基于OBD协议的Android平台汽车虚拟仪表设计

摘 要： 提出了一种基于OBD协议的Android平台汽车虚拟仪表设计方法。该装置以连接器硬件和解析OBD数据软件为核心，连接器硬件读取OBD接口实时数据,软件解析相关参数值,最后在Android平台设备上进行图形化虚拟仪表显示。在分析OBD协议关键技术后,具体阐述了Android SDK开发环境下软件的设计方案。按该方案设计的汽车虚拟仪表已经实现，工程实测证明：此种设计方案高效可靠，能够达到监测汽车运行参数的预期目的。
关键词: 车载诊断系统； 安卓； 汽车； 虚拟仪表

OBD(On Board Diagnostics)即“车载诊断系统”[1]，装载OBD协议的汽车能够自动监测汽车各项运行参数，具有很高的安全性。但是受到OBD仪表高额制造成本的制约，绝大部分汽车只支持OBD协议并提供OBD接口，但是未设置OBD车载检测仪表，因此OBD的各项功能未得到有效发挥。
Android是一款基于Linux平台的开源移动通信终端操作系统，由Google公司研发，目前全球长期使用的Android平台设备约有1 300万台。
本文介绍一种能够应用在Android设备平台的OBD汽车虚拟仪表设计方案。
1 系统整体设计
1.1 需求分析
OBD系统能够输出汽车电子控制单元ECU(Electronic Control Unit)通过车载传感器获得的燃油系统、温度系统、点火系统、动力系统以及废气控制辅助装置系统运行状态数据，在发生故障的情况下则输出故障码。
基于OBD协议的Android平台汽车虚拟仪表需要实现的功能是扩展OBD接口功能,与OBD接口通信，解析相关报文数据流，将解析结果以图形化的方式显示，如动力监控界面能够显示发动机状态、发动机转速、当前时速、剩余油量、发动机温度等。
1.2 整体设计
用系统工程的方法划分虚拟仪表设计工作，参照模块化软件开发规范，按照以下步骤实现汽车虚拟仪表：
（1）分析OBD接口，设计硬件连接器，将电平转换到Android平台设备可接受的范围；
（2）虚拟仪表软件初始化连接器，读取输入信号，解析OBO信号报文并以图形化的方式显示。系统子模块图如图1所示。

2 OBD接口
根据ISO DIS 15031-3规范，OBD接口被定义为双排16针插座,有A、B两种外形规范，A用于小型乘用车，B用于载重汽车[2]。A型接口一般位于转向柱和汽车中线之间。16个引脚信号定义如下。
如图2，插座的02、06、07、10、14 和15号引脚用于传输不同的汽车通信协议，通常用其作为诊断通信接口。因为一个型号的汽车只使用一种协议，所以同一型号的汽车，只需要使用其中的一个接线柱。插座01、03、08、09、11、12 和13 未做分配，由车辆制造厂商自行定义。如第4节工程实测中使用的长城CC7130SM00 汽车，将11 脚定义为发动机防盗信号、12定义为ABS(Anti-locked Braking System)车轮防抱死信号、13脚定义为安全气囊信号。

3 硬件连接器设计
3.1 连接器设计
连接器的作用是将OBD接口输出信号转换为Android平台设备能够识别的信号并输入。此处选用ELM电子生产的OBD转RS232专用芯片ELM327作为连接器主控芯片，连接器一端连接OBD插座，OBD接口16号引脚为芯片供电，OBD信号通过芯片转换后从数据收发口RXD、TXD输出。基于ELM327的连接器组成框图如图3所示。

3.2 电平转换
Android平台设备一般采用无线蓝牙、WLAN或有线USB端口进行数据通信，这里选择USB端口作为信号输入端口。ELM327输出的信号范围是0 V~12 V，Android平台设备USB端口接收的信号范围为0 V~5 V，两者不匹配[3],设计以PL2303芯片为核心的转换电路完成转换，电路图如图4所示。

4 虚拟仪表软件设计