基于OBDII接口的车辆行驶信息采集系统10-11

1、基于OBDII接口的车辆行驶信息采集系统卢贤贯, 任条娟, 陈鹏, 陈俊洁, 张杰堂, 陈友荣（浙江树人大学 信息科技学院，浙江 杭州 310015）摘要:为了实时采集车辆行驶过程的相关状态数据，设计一种基于OBDII接口的车辆行驶信息采集系统。系统主要包括车辆、车辆行驶信息采集节点和上位机软件组成。采集节点通过OBDII接口与车辆进行通信，实时采集车辆行驶过程中的当前时刻、节点号、车速、转速、油耗、经度、纬度、水温、故障码等状态数据，并通过串口转发给上位机。上位机接收车辆状态信息，存储到数据库中并在界面上显示。实验测试表明：该系统可实时采集、存储和显示车辆行驶信息。具有一定的应用价值。关键词

2、：智能交通；车辆行驶信息；信息采集；OBDII接口;Vehicle Driving Information Gathering System Based on OBDII InterfaceLu Xianguan, Ren Tiaojuan, Chen Peng, Chen Junjie, Zhang Jietang, Chen Yourong(College of Information Science and Technology, Zhejiang Shuren University, Hangzhou 310015, China)Abstract: To real-timely gat

3、her related state data in the vehicle driving process, a vehicle driving information gathering system based on OBDII interface is designed. The system includes vehicle, gathering node of vehicle driving information and host computer software. Gathering node communicates with the vehicle through OBDI

4、I interface, real-timely gathers the current time, node number, vehicle speed, rotational speed, fuel consumption, longitude, latitude, water temperature, fault codes and other state data in the vehicle driving process, and forwards the data to host computer via serial port. Host computer receives v

5、ehicle status information, stores in the database and displays on the screen. Experimental tests show that the system can real-timely gather, store and display the vehicle driving information. It has a certain value.Keywords: intelligent transportation; vehicle driving information; information gathe

6、ring; OBDII interface;0 引言基金项目：2015年国家级大学生创业创新训练项目（201411842005）, 浙江省自然科学基金项目(LY13F010013)，浙江省公益性技术应用研究计划项目(2015C33028, 2014C33108 )。作者简介：卢贤贯(1995-)，男（汉），浙江温州，浙江树人大学信息科技学院电子信息工程专业131班，本科生，主要研究方向：车联网。指导教师：任条娟，陈友荣交通是国民经济的基础产业，也是社会发展和人民生活水平提高的基本条件。交通运输的发达程度是衡量一个国家现代化程度的标志之一。随着社会经济的不断发展，城市交通尤其问题突出，严重影响城

7、市健康发展。道路交通堵塞、拥挤、事故频发等现象显得越来越频繁，道路交通已成为城市发展的“瓶颈”。 交通运输所带来的交通拥堵，交通事故等负面效应也日益突出，逐步成为经济和社会发展中的全球性共同问题。因此国家大力推进智慧城市的建设，努力发展智能交通领域，提高人们生活水平。但是仅仅依靠单纯的交通管理仍无法有效地杜绝交通事故的发生。为了解决以上问题设计了一种基于OBDII接口的车辆行驶信息采集系统。本系统通过车辆的OBDII接口读取车辆的行驶速度、发动机转速、节气门位置、故障信息等行驶信息，并在基于Labview软件的上位机程序上显示这些信息，从而为交通事故的预防提供数据支持1。1 系统整体结构设计图

8、1车辆行驶信息采集系统的结构图如图1所示，基于OBDII接口的车辆行驶信息采集系统主要包括车辆、车辆行驶信息采集节点和上位机软件。车辆通过自身的OBDII接口接收车辆状态的查询信息，并发送对应的状态信息2；采集节点通过OBDII接口发送车辆状态的查询信息，接收对应的车辆状态信息，进行进一步处理后在触摸屏上实时显示，并将采集的数据通过串口模块发送给上位机。上位机接收并通过底层采集的信息后，存储到数据库中，并在界面上显示。1.1车辆行驶信息采集节点的设计方案 图2车辆行驶信息采集节点的设计方案如图2所示，车辆行驶信息采集节点主要由北斗定位模块、单片机模块、蓝牙模块、ELM327模块、串口接口、触摸

9、屏模块组成。其中，ELM327模块通过CAN总线或K总线实时采集车辆行驶过程中的车速、转速、节气门位置、故障信息等信息；蓝牙模块实现ELM327模块和单片机模块的通信；北斗定位模块实时定位车辆的地理坐标信息；串口接口实现车辆行驶信息采集节点和上位机的通信；触摸屏模块实现相关信息的显示；单片机模块是车辆行驶信息采集节点的处理核心，对蓝牙模块采集到的车辆行驶信息数据进行分析、处理、转发和显示2。1.2上位机服务器的设计方案图3上软件实现方案上位机软件采用Labview与Microsoft SQL Server作为开发工具。如图3所示，上位机软件通过串口与车辆行驶信息采集节点建立通信链路，实现数据采

10、集、数据头判断、数据位判断、数据截取等功能，并连接数据库，将采集到的数据储存到数据库中。并且实现实时数据显示和历史数据显示两种模式3。其中历史数据显示通过数据库连接、表格选择和建立电子报表，输出Excel表格。2 系统的硬件设计本系统的硬件设计主要包括相关元器件、芯片和模块的选型，以及主控电路板的原理图介绍。2.1 硬件设备的选型如图2所示，车辆行驶信息采集节点主要由蓝牙模块、单片机模块、ELM327模块、北斗模块、3.2寸TFT彩屏显示模块和电源模块组成。其中，由于STC15L2K60S2单片机芯片具有60K字节Flash程序存储器且具有双串口功能，能独立处理两个独立串口通信，能够存储触摸屏

11、的大量驱动程序和满足信息处理终端节点的功能要求，因此单片机选用STC15L2K60S2芯片4。ELM327是目前最新基于蓝牙的OBDII通用型汽车诊断检测工具，支持所有OBDII协议，可以对车辆行驶过程中的车速、转速、节气门位置、故障信息等信息进行实时诊断。3.2寸TFT彩屏显示屏模块选用型号为SPC-S95160的3.2寸电阻式触摸液晶屏，可以显示字母、数字符号、中文字型及自定图片。 以上便是本系统中车辆信息采集节点硬件选型的介绍。2.2 蓝牙模块的接口电路图4 蓝牙模块电路图蓝牙模块选用HC-05主从一体蓝牙模块。蓝牙模块设置为主模式，自动搜索和连接从设备ELM327模块。图4 是蓝牙模块

12、的接口电路。蓝牙通过TXD, RXD与单片机进行通信。蓝牙模块可实现ELM327模块与单片机的相互通信。2.3触摸屏模块图5是触摸屏电路图。触摸屏D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, D11, D12, D13, D14数据接口分别与单片机相连，RESET为复位信号，CS, WR, TP_SO,TP_SI, RS, RD, TP_IRQ, TP_SCK, TP_CS等液晶控制管脚与单片机控制管脚相连。通过对触摸屏触摸来触发控制信号使单片机发送不同指令采集车辆信息5。图5 触摸屏电路2.4 ELM327模块 图6 ELM327支持的OBDII协

13、议如图6所示，ELM327模块支持所有OBDII协议，并且还可以进行自动协议选择。串口协议支持RS232协议，其波特率可设为9600或者38400。ELM327模块通过CAN总线或K总线实时采集车辆行驶过程的车辆数据，数据包括引擎每分钟转速（RPM）、计算后的负荷值、冷却液温度、燃料系统状态、车速、短期燃料情况、长期燃料情况、进气歧管压力、喷油提前时间、进气温度、空气气流速度、节流阀绝对位置、燃料系统状态、燃料压力、燃油消耗量监测等内容，而且由于各个厂商标准不一，不同车型的采集内容会有所不同。2.5 北斗模块北斗模块主控芯片采用u-blox M8, 能够同时获取和跟踪不同的 GNSS（全球导航

14、卫星）系统。可接收BeiDou，也可并行接收 GPS（QZSS） 和 GLONASS或 GLONASS 和 BeiDou。该模块专门适应于即使在 GPS 信号差的环境下（尤其是城市峡谷）都需要最高的可用性和准确性的高性能应用。由于 GPS/SBAS 操作在晴空郊外条件下就可达到最佳定位，M8 平台还配备了内置的智能自动切换功能，可根据 GNSS 卫星的可见性和可靠性，自动切换到单一 GNSS 操作模式。3 系统的软件设计本系统的软件设计主要是要实现上位机软件与车辆行驶信息采集节点之间的通信，需要考虑通信数据的格式，具体数据格式如下3.1数据指令格式表1 数据包格式HeadLengthAddre

15、ssSignDataReserved各个填充区详细说明如下表2所示。表2 各个填充区说明名称长度功能Head2-Byte包头 (0x31,0x35)Length2-Byte包长区(Head+Length+Address+Sign+Data+Reserved)的总长Address7-Byte地址区Sign1-Byte标识位Data2-8Byte数据区Reserved1-7Byte保留区（填充0x00）3.2车辆行驶信息采集节点的软件设计 采集节点的软件设计主要包括接口初始化、界面显示部分、数据接收处理部分和数据发送部分。其中，界面显示部分包括显示中文字符、英文字符、图片和切换界面；数据

16、接收处理部分包括串口中断接收判断和指令处理；数据发送部分包括控制指令数据的发送6。 如图7所示，首先程序初始化液晶屏、串口和一些相关参数，屏幕显示主页面。等待触摸信号A、B、C、D分别是进入四个子界面的控制信号，若触摸信号是其中一个，则进入子界面，否则停留在主界面。进入子界面，可切换回主界面，若子界面有被控设备，则根据不同触摸信号发送LED灯和电控锁的控制指令。接着，通过串口接收中断，接收车辆状态信息存储在相关数组中，数据经过单片机处理后显示，在显示完毕后通过第二串口将数据发送出来7。如子界面只有车辆行驶信息界面，则采集节点直接通过串口接收中断数据，经过单片机处理后显示最新数据8。图7 采集节

17、点程序流程图3.3 上位机软件设计Microsoft SQL Server使用集成的商业智能工具提供了企业级的数据管理。LabVIEW集成了满足 GPIB、VXI、RS-232和 RS-485 协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能，还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数，并且LabVIEW提供接口连接SQL Server完成数据的存储或分析。因此本系统采用LabVIEW 2013、SQL Server 2012作为开发工具9。3.3.1 SQL Server表格结构设计本系统的数据存储采用了SQL Server数据库，除了用户登录相关的表之外还有两张关键的表即车辆信息表

18、和车辆行驶数据表，描述如下：表3 车辆信息表设计字段名类型长度主键/外键字段值约束备注节点号VARCHAR4节点地址车辆识别码VARCHAR17车辆识别车牌(车型)VARCHAR10车辆身份车辆行驶数据表与车辆信息表类似，主要包含当前时刻，节点号，车速km/h，转速rpm，油耗，经度，纬度，水温，故障码等内容。3.3.2 通信协议 图8 LabVIEW 串口通信协议如图8所示，LabVIEW自带函数库中有本系统需要的串口通信。通过选择相应的函数串连完成数据通信。过程中需要设定端口、延时、输入变量等参数以此应对不同的环境。3.3.2 LabVIEW与SQL Server连接LabVIEW工具Cr

19、eat Data Link建立udl与SQL Server连接，首先选择Microsoft OLE DB Provider for SQL Server驱动，其次选择服务器（一般多为本地SQL Server服务器），然后填写登录SQL Server服务器的用户名和密码（确保所填用户名具有系统所需操作的权限），之后选择数据存储的数据库，最后设定连接超时，保存udl文件。Udl文件用于NI公司为LabVIEW提供的Database插件，选择打开数据库连接，之后便可以对数据库进行数据储存、查看、查询等操作。最后为了尽量减少消耗系统资源，每次执行完操作都需要将数据库连接关闭。4 系统实物效果和测试根据

20、系统方案的硬件设计和软件设计方案，绘制出系统节点的原理图，制作和焊接PCB电路板，最终完成车辆行驶信息采集节点、上位机软件的实物及软件设计。以下主要给出采集节点的实物效果和上位机软件界面。4.1 采集节点实物图图9 系统实物图如图9所示，液晶屏上显示主界面，主界面有四个子界面的图片，点击上面的图片选项可以选择进入车辆信息，实时检测，故障检测，系统设置四个子界面。中间为触摸屏控制主板与触摸屏，触摸屏屏的右边为ELM327模块，右上角连接为蓝牙模块，左边为北斗卫星定位模块。4.2子界面实物图如图10所示，a车辆信息编号界面，显示车辆编号级车辆编码，b为车辆实时信息界面，显示车辆运行时的实时信息。c

21、为故障选择界面，通过判断故障码可以知道车辆的故障信息。d是系统设置界面，通过此界面可以选择车辆信息的采集协议，点击相应的功能文字可选择进行相应操作。 （a）车辆信息界面 （b）实时信息界面 （c）故障检测界面 （d）系统设置图10 各个界面显示界面效果图4.3上位机界面图打开系统，出现登录界面，如图11所示：图11 上位机登陆界面（里面文字看不清楚）输入用户名密码，点击【登录】进入系统，跳转至主界面。图12 系统选择界面如图12所示，系统选择界面有5个候选项，分别为实时数据、历史数据、导出电子表格、车牌查询、车辆注册。选择串口通信、TCP通信或车辆注册即可进行数据采集，选择车牌查询。电子报表只能对数据库中存在的数据进行查询。图13 串口通信方式如图13所示，选择串口通信方式进入此界面。选择端口，配置波特率建立串口通信，可自动采集车辆行驶信息。同时显示车速、转速、油耗、冷却液温度等实时车辆数据。通过选择上方的选项还可以使用上位机软件的其他功能。图14 采集数据的表格显示如图14所示，本界面无需用户操作，可以实时显示时间、节点号、车速km/h、转速rpm、油耗、经度、纬度、水温、故障码等车辆行驶信息，所有新增的数据会在行首插入，同时支持鼠标滚轮滚动。图15 Excel表 如图15所示，上位机接收到串口数据进行实时显示之后，历史数据通过数据库进行