基于OBD接口的危险驾驶报警与记录系统设计

２０１３年第５期　文章编号：１００９—２５５２（２０１３）０５—００１６—０４　中图分类号：ＴＮ９１９．７２；Ｕ４７２．９　文献标识码：Ａ　

基于ＯＢＤ接口的危险驾驶报警与记录系统设计　

何龙文　，徐建闽２，徐鑫龙　（１．华南理工大学自动化科学与工程学院，广州５１０６４０；２．华南Ｊ￥－Ｆ＿大学土木与交通学院，广州５１０６４０）　

摘要：ＯＢＤ（Ｏｎ－Ｂｏａｒｄ　Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ）意为“汽车自诊断系统”，它可实现对汽车发动机、燃油　系统、离合器等部件的监测。ＯＢＤ系统提供对外的接口和公开协议，可与其他设备实现数据通　信。利用￥３Ｃ２４４０嵌入式开发板来采集ＯＢＤ接口对危险驾驶有判断依据的数据，并对数据进行　融合分析，一旦出现危险情况，则通过外置扬声器来实现对驾驶员的语音报警，从而避免事故　的发生。系统还提供ｓＤ卡接口，可将报警信息存入到ＳＤ卡中，方便数据后期的分析处理。　关键词：ＯＢＤ；￥３Ｃ２４４０；实时报警；信息存储　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｄａｎｇｅｒｏｕｓ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ａｌａｒｍ　ａｎｄ　ｒｅｃｏｒｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　０ＢＤ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ＨＥ　Ｌｏｎｇ．ｗｅｎ　，ＸＵ　Ｊｉａｎ　ｍｉｎ　．ＸＵ　Ｘｉｎ．１ｏｎｇ　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｄｎｇ，Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０６４０，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０６４０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ—ｂｏａｒｄ　ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ（ＯＢＤ）ｃａｎ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅ，ｆｕｅｌ　ｓｙｓｔｅｍ，ｃｌｕｔｃｈ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｄｅｖｉｃｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｒ．ＯＢＤ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｔｈｅ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ　ａｎｄ　ｏｐｅｎ　ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ，ｉｔ　ｃａｎ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｄａｔａ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　ｗｉｔｈ　ｏｔｈｅｒ　ｄｅｖｉｃｅｓ．Ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃｏｌｌｅｃｔｓ　ＯＢＤ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｄａｔａ　ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｂｅ　ｔｈｅ　ｅｖｉｄｅｎｃｅ　ｏｆ　ｄａｎｇｅｒｏｕｓ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｂｙ￥３　Ｃ２４４０　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｂｏａｒｄ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈｅ　ｄａｔａ　ａｎｄ　ａｌａｒｍ　ｔｈｅ　ｄｒｉｖｅｒ　ｗｈｅｎ　ｄａｎｇｅｒｏｕｓ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｅｍｅｒｇｅ　ＳＯ　ｔｈａｔ　ａｃｃｉｄｅｎｔｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ａｖｏｉｄｅｄ．Ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ＳＤ　ｃａｒｄ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，　ｉｔ　ｃａｎ　ｒｅｃｏｒｄ　ｔｈｅ　ｄａｎｇｅｒｏｕｓ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｄａｔａ　ｉｎ　ｔｈｅ　ＳＤ　ｃａｒｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ　ａｎｄ　ｓｔｏｒａｇｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＯＢＤ；Ｓ３　Ｃ２４４０；ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ａｌａｒｍ；ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｔｏｒａｇｅ　

ＯＢＤ系统最初是为了监测汽车尾气排放是否　超标而设计，近几年，随着汽车尾气排放标准的出　台，我国多个城市已规定停止销售未安装ＯＢＤ系统　的汽车，汽车配备ＯＢＤ系统已经是未来汽车产业发　展的一种趋势０　Ｊ。ＯＢＤ能对汽车发动机、燃油系　统、变速箱等部件进行监测，其通信协议的公开性为　ＯＢＤ接口的拓展和运用提供很大的便利。　本系统利用￥３Ｃ２４４０来采集并分析ＯＢＤ接口　数据，实现危险驾驶状态的判断和报警，同时将危险　驾驶记录存储到ＳＤ卡中，相对目前一般的车载报　警系统有以下特点：（１）报警信息更丰富。ＯＢＤ接　口除提供准确实时的速度信息外，还能提供发动机　和油门等信息。本系统利用该接口提供数据作为危　险驾驶的判断依据，不仅能实现常规的超速行驶的　一１６一　报警，还能对燃油温度过高、变速箱失效、引擎过热　等汽车本身因素导致的汽车失控甚至爆炸等危险实　现提前预警。（２）实现了危险驾驶信息的记录和存　储。危险驾驶信息的记录一方面能让驾驶员及时明　确汽车故障并排除，另一方面能使驾驶员了解自己　超速驾驶记录，提高自律意识，特别是对公交、客运　和货运公司来说，对驾驶员超速行为进行记录与评　估，根据评估结果采取一些相对应的措施，能有效约　束驾驶员的不良驾驶习惯。　

收稿日期：２０１２一ｌ１—２８　基金项目：国家自然科学基金面上项目（６１１７４１８４）；广东省工业科　技攻关计划项目（２ｏ０８Ｂｏ１０２００ＯｌＯ）　作者简介：何龙文（１９８６一），男，硕士研究生，研究方向为智能交通　系统。　１　ＯＢＤ接口数据　ＯＢＤ系统能对汽车发动机、排放控制系统、燃　油系统、ＥＧＲ等部件进行实时监测，外部设备与　ＯＢＤ接口的通信采用请求和应答的方式进行。　ＯＢＤ接１：３标准并不止规定了一种通信协议，而是统　

一应用最广泛的几种公开协议，包括ＩＳ０９１４１、　ＩＳ０１５７６５（ＣＡＮ　ＢＵＳ）、ＩＳ０１４２３０（ＫＷＰ２０００）、ＳＡＥ　Ｊ１８５０（ＰＷＭ）、ＳＡＥ　Ｊ１８５０（ＶＰｗ）等　ｊ，为了实现与　ＯＢＤ接口的通信协议的兼容性，本系统采用　ＥＬＭ３２７作为协议解析中介单元。　ＯＢＤ系统输出信息的模式／服务包括以下几　部分。　Ｍｏｄｅ　ｌ：请求动力系当前数据　Ｍｏｄｅ　２：请求冻结桢数据　Ｍｏｄｅ　３：请求排放相关的动力系诊断故障码　Ｍｏｄｅ　４：清除／复位排放相关的诊断信息　Ｍｏｄｅ　５：请求氧传感器监测测试结果　Ｍｏｄｅ　６：请求非连续监测系统ＯＢＤ测试结果　Ｍｏｄｅ　７：请求连续监测系统ＯＢＤ测试结果　Ｍｏｄｅ　８：请求控制车载系统，测试或者部件　Ｍｏｄｅ　９：读车辆和标定识别号　每个模式下请求的具体数据在通信协议中都有　相应的说明，每个模式都包含大量的汽车状态信息，　本系统的设计主要是针对危险驾驶的报警和记录，　因此需要获取的信息包括：　（１）车辆和标定识别号（Ｍｏｄｅ　９），用于记录危　险信息对应的汽车身份。　（２）车速（Ｍｏｄｅ　１），用于判断汽车是否超速。　（３）诊断故障码（Ｍｏｄｅ　３），包括燃油系统、变速　箱、引擎等部件的异常情况。　２　系统整体设计　本系统硬件模块由３部分组成：行车参数获取　模块、语音报警模块和违规信息存储模块，如图１所　示。系统以ＯＢＤ接口作为危险驾驶信息的数据来　源，通过ＥＬＭ３２７芯片与￥３Ｃ２４４０嵌人式开发板实　现数据通信，在嵌入式系统中实现数据的融合分析，　一旦得出危险驾驶的判断结果，则通过扬声器播放　语音报警信息。系统同时可将驾驶员违规信息存储　到ＳＤ卡的违规记录文件中，方便后期数据的分析　处理。　软件模块包括操作系统和应用程序。操作系　统采用Ｗｉｎｃｅ６．０。Ｗｉｎｃｅ６．０是一种为多种嵌入式　系统和产品设计的紧凑、高效、可升级的操作系统，　能为有限的硬件资源提供多线程、多任务和完全优　

图】系统整体结构　先级的计算环境。系统应用程序即为本系统需要实　现的危险驾驶信息接收、分析和处理功能。危险驾　驶信息的接收依赖于通信协议的解析，应用程序将　接收的数据进行分析判断，实现系统报警与记录　功能。　３　硬件设计　系统的硬件核心平台选用了三星公司的处理器　￥３Ｃ２４４０。该处理器是最高主频达５００Ｈｚ，内部集成　了ＡＲＭ公司ＡＲＭ９２０Ｔ处理器核的３２位微控制　器，资源丰富。对本系统需要的音频和ＳＤ储存卡　都能得到很好的支持，高效的处理速度可保证报警　的实时性　ｊ。　３．１行车参数获取模块　本模块目的是实现嵌入式系统与ＯＢＤ接口的　数据通信。为了实现ＯＢＤ接口与￥３Ｃ２４４０的各通　信协议的兼容性，需要通过ＥＬＭ３２７芯片作为协议　解析中介。ＥＬＭ３２７在片内就设计了上述协议的接　口以及与上位机通讯的串口，外部设备只需添加简　单电路即可通过Ｒｘ和Ｔｘ实现与ＥＬＭ３２７的数据通　信，从而获取ＯＢＤ接口数据。　从图２中可以看到ＥＬＭ３２７的电路连接非常直　观。ＲＳ２３２接口给外部设备提供数据通信功能，也　是本系统中与嵌入式系统通信的接口。波特率接口　的作用是设置ＲＳ２３２通信的波特率。与汽车的通　信通过ＯＢＤ接口实现，只要根据通信协议的名称，　对应ＥＬＭ３２７不同协议接口的定义连接即可　］。　￥３Ｃ２４４０通过通用内置的异步收发器（ＵＡＲＴ）　单元来与ＲＳ２３２实现数据通信。ＵＡＲＴ配有３个独　立异步串行Ｉ／Ｏ（ＳＩＯ）端口，每个都可以是基于中断　或基于ＤＭＡ模式的操作。换句话说，ＵＡＲＴ可以通　过产生中断或ＤＭＡ请求来进行ＣＰＵ和ＵＡＲＴ之间　

一１７—　图２行车参数获取模块硬件框架　的数据传输。ＵＡＲＴ通过使用系统时钟可以支持最　高１１５．２ｋｂｐｓ的比特率。如果是外部器件提供　ＵＥＸＴＣＬＫ的ＵＡＲＴ，则ＵＡＲＴ可以运行在更高的速　度。每个ＵＡＲＴ通道包含两个６４字节的ＦＩＦＯ发送　和接收。　每个ＵＡＲＴ包含一个波特率发生器、发送器、接　收器和一个控制单元。波特率发生器可以由　ＰＣＬＫ、ＦＣＬＫ／ｎ或ＵＥＸＴＣＬＫ（外部输入时钟）时钟　驱动。发送器和接收器包含了６４字节ＦＩＦＯ和数据　移位器。将数据写入到ＦＩＦＯ接着在发送前复制到　发送移位器中。随后将在发送数据引脚（ＴＸ）移出　数据。与此同时从接收数据引脚（Ｒｘ）移人收到的　数据，接着从移位器复制到ＦＩＦＯ，从而实现数据的　发送与接收功能。　３．２语音报警模块　语音报警模块采用ＵＤＡ１３４１ＴＳ作为音频Ｄ／Ａ　转换芯片，通过ＩＩＳ总线与￥３Ｃ２４４０实现数据通信。　语音报警模块硬件结构如图３所示。　

图３语首报警模块硬件框架　在这个体系结构中，数据传输使用两个ＢＤＭＡ　通道。数据传输先由内部总线送到内存，然后传到　ＢＤＭＡ控制器通道０，再通过【ＩＳ控制器写入ＩＩＳ总　线并传输给音频芯片。ＩＩＳ总线只处理声音数据。　其他信号（如控制信号）必须单独传输。为了使芯　片的引出管脚尽可能少，ＩＩＳ只使用了三根串行总　线。这三根线分别是：提供分时复用功能的数据线、　字段选择线（声道选择）、时钟信号线　ｊ。　

一１　８一　

ＢＤＭＡ控制器没有内置的存储区域，在驱动程　序中必须为音频设备分配ＤＭＡ缓存区。缓存区的　地址在通道ＤＭＡ控制器的地址寄存器中设置。　ＵＤＡ１３４１ＴＳ芯片除了提供ＩＩＳ接口和麦克风扬声器　接口，还提供Ｌ３接口用来控制播放音量。Ｌ３接口　分别连到￥３Ｃ２４４０的３个通用数据输出引脚上。　通过以上电路设计，可以很好地实现嵌入式系　统的音频播放功能，并支持音量大小的调整。　３．３违规信息存储模块　本系统的驾驶员违规信息采用文件的方式存储　到性价比很高ＳＤ卡中。由于￥３Ｃ２４４０已经内置了　ＳＤＩ控制器，可以很方便地对ＳＤ卡进行识别和数据　传输，故电路不需加入其他的ｓＤ卡控制芯片。　如图４所示，ＳＤＩ主机控制器是使用１个串行　时钟线与５条数据线同步进行信息移位和采样。传　输频率通过设定ＳＤＩＰＲＥ寄存器的相应位的设定来　控制，可以修改频率来调节波特率数据寄存器的值。　用ＳＤＩ控制器来操作ＳＤ卡需要以下几个基本　步骤：（１）设置ＳＤＩＣＯＮ配制适当的时钟和中断使　能；（２）设置ＳＤＩＰＲＥ配制为适当值；（３）等待为初　始化卡的７４个ＳＤＣＬＫ时钟周期。其中ＣＭＤ控制　模块主要对ＳＤ卡进行识别和初始化等操作，ＤＡＴ　控制模块主要用于ＳＤ卡数据的读取与存储。