基于K/CAN总线的远程车辆诊断系统研究与实现

摘要

随着经济的发展，汽车走进了千家万户，给人们的出行带来了极大的便捷。中国汽车保有量从1995年1040万辆增长到了2016年的1.94亿辆，全国平均百户家庭拥有36辆私家车，中国已经进入汽车社会。 由于道路上车辆增多，实时掌握车辆内部状态信息对车主来说至关重要。另外伴随汽车电子技术的发展，车辆故障种类越来越纷繁复杂，再加之车辆基数的增大使得单位时间里车辆故障数越来越多，这对汽修人员和汽修厂提出了更高的要求。论文立足于以上背景研发一套远程车辆诊断系统，其可以满足车主实时监控车辆内部状态的愿望，又可以极大的提高汽修人员和汽修厂的维修效率，具有广阔的应用前景。 首先，本文通过对比论证，选择了较为经济和贴合系统需求的技术架构。该架构把系统分为四个功能模块：诊断仪模块，智能手机APP模块，远程服务器模块，Web前端模块。本文主要负责诊断仪模块和远程服务器模块的研发。 接下来，论文针对系统用到的技术进行研究和介绍。通过对汽车通信技术做了深入研究，总结出各类通信协议的定位和作用，并在此基础上提出了新的诊断通信框架。该框架把众多的车载诊断通信协议进行统一和规整，流程化通信过程，提供统一的通信服务。该框架具有较好的开放性和扩展性，能够降低后续诊断仪通信软件维护成本、提高开发效率。进一步选择框架中基于K总线和CAN总线这两条典型的通信线路进行研究，对两条线路依赖的ISO11898-1、ISO11898-2、ISO15765-2、ISO15765-4、ISO14230-1、ISO14230-2、ISO14230-4、ISO15013-5系列协议进行详尽分析、对比和总结了这些纷繁复杂的协议间的区别和联系。紧接着对服务器开发所用到的技术进行介绍。 随后，本文基于LPC1549JBD48核心控制器搭建诊断仪硬件电路，并在此基础上利用LPCXpresso IDE研发诊断仪软件。诊断仪软件实现了技术研究中提出的诊断通信框架和应用软件，在框架中完成了上述两条通信线路开发。诊断通信框架极大的方便了诊断仪通信协议软件的后续维护和升级。 最后，本文运用Pyhton编程语言，再基于Flask轻量级框架，采取分层的软件设计理念设计并开发了远程服务器软件。接下来采取Nginx加uWSGI的方式把服务器软件部署到云端，加以测试后投入到实际环境中运用。其中服务器设计中提出了DB Proxy（数据库代理）概念，该设计可为第三方应用提供网络数据库服务，通过访问特定的URL可以创建、删除、更新及查询数据库和数据表，而无需通过原生的SQL语句和数据库交互，从而提高了第三方应用的开发效率。DB Proxy可以为第三方应用提供虚拟表，即第三方应用可以创建和查询一张不存在于数据库中的自定义表，该表实际数据来源于数据库中多张数据表的数据项拼接，具有较大的灵活性。 论文以车辆内部电子控制单元为对象，基于OBD-Ⅱ标准中的K和CAN总线相关通信技术以及蓝牙通信技术、http/https通信技术和Python编程语言，研究和开发了一套车辆远程监控系统。该系统在满足市场需求的同时，还具有良好的兼容性、维护性和扩展性，更进一步结合大数据、人工智能等科技领域，可以挖掘出巨大的应用价值。

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