基于CAN的车载故障诊断系统设计与实现

程瑶

（陕西交通职业技术学院 陕西 西安710000）

基于CAN的车载故障诊断系统设计与实现

程瑶

（陕西交通职业技术学院 陕西 西安710000）

对于当前社会信息化技术发展的前提下，基于CAN总线技术，分析设计车载故障诊断系统的需求，并基于SAE J1939协议，从系统需求分析、总体结构、功能设计、CAN总线设计、硬件、软件代码设计方面优化设计实现车载故障诊断系统。结果证实，基于CAN设计车载故障诊断系统，可以提升系统在诊断车载故障时的准确率，提升34.0%，可以在线完成对车辆故障的诊断工作，发挥积极应用性能。结论表明，基于CAN技术设计实现车载故障诊断系统，满足实际应用需求，发挥积极设计实现效益，可以在实践中推广该系统设计方案。

车载故障诊断系统；CAN；系统设计

随着社会时代的发展，在现代汽车的故障诊断方面，当车辆出现故障时，继续能够及时诊断车辆故障情况，因而设计开发车载故障诊断系统，即将成为一大趋势[1-4]。文中基于CAN总线技术，优化设计开发车载故障诊断系统，以确保可以及时诊断车辆故障，发挥积极影响。

1 CAN总线技术

CAN总线最初是由德国BOSCH公司提出的数字信号通信网络目的是为了解决汽车监控系统中的诸多复杂技术和难题，它属于总线式的串行通信协议[5-8]。在CAN总线技术支持下，可以使系统的硬件连接变得更为简单，也可以使硬件运行中有良好的可靠性，提升信息传输的实时性，运用该技术设计的系统性能价格比也较高[9]。同时，在实际系统设计中，运用CAN总线技术，也总是能够满足当前现代自动化系统的设计通信需要，特别是在工业数据的总线通信领域之中，更是能够发挥积极的应用价值[10]。分析CAN总线技术的特点，主要就表现在以下几点：首先，在系统线路控制中，CAN总线是一种多主站的总线，并且可以确保在任意的时刻内，总线各节点均能够主动的想控制网络的其它节点发送信息，可以不分主从级别的进行节点通信，运用CAN总线设计的系统，可以使系统的通信模式更为灵活。其次，在CAN总线中，也具备较为独特的非破坏性仲裁技术，可以将具有高优先级的节点，优先的为其传送数据，这样就能满足系统运行通信中的实时性要求[11-16]。运用总线CAN技术，开发设计车载故障诊断系统，发挥重要作用。

2 系统设计需求分析

在本次设计的CAN技术下的车载故障诊断系统中，应该提高系统中各个ECU之间的通信速度，从而运用CAN总线技术简化线路，降低系统总线故障频率，更加方便的实现对汽车各电子控制单元（ECU）间的通信[17]。在系统设计运用CAN总线通信技术中，还具有一点对多点、点对点、全局传送数据的通信功能，发挥应用优势基于CAN总线技术，设计实现车载故障诊断系统，确保可以使传统的车载故障诊断系统与能够故障诊断仪相互结合，这样就可以将故障诊断仪完善的数据通信功能、友好的界面显示与在板故障诊断的实时性相结合[18]，从而能够完成故障信息如故障诊断码、故障描述等的实时采集与显示。同时在车载故障诊断系统设计中，应该确保能够及时有效的处理车辆故障信息，提升车载设备的稳定性，简化车载设备维修困难，保证汽车安全运行，满足系统用户使用需求。

3 设计实现基于CAN的车载故障诊断系统

3.1 系统的总体结构设计

对于本次设计的车载故障诊断系统中，运用CAN技术，从三大模块优化设计系统的结构，主要包含总线接入的模块、主控的模块以及实现用户与系统人机交互的模块，由这3部分组成系统的重要结构部分。系统结构如图1所示。

图1 系统的总体结构

总线接入模块由CAN控制器和收发器两个部分组成。主要就是可以通过车辆中设置的车载古镇诊断系统的接口，能够与车辆的CAN网络进行连接，这样就有助于实现在局域网内，确保车载故障诊断系统同车辆控制数据的交互传输。

在系统的人机交互模块之中，则主要是面向用户设计的，因此可以由LCD屏以及触摸屏这两个部分组成，该模块在系统的结构内，主要就是可以显示车辆的相关状态参数，同时也可以显示车辆的故障信息，也可以确保用户通过该模块查询车辆状态，也可以输入故障诊断指令，运用系统诊断车辆故障。

同样，对于系统的主控制器模块，主要就是控制交互模块与总线模块的，确保这两个模块能够有序的运行，并且可以通过程序设计，有效发挥车载故障诊断系统的各项故障诊断控制作用。

3.2 系统CAN总线设计

在CAN中学技术支持下的车载故障诊断系统设计中，确保提升系统诊断故障的实时性。相较于传统的车载故障诊断系统中，是不允许设计实时系统的，因此可以运用CAN技术，分析汽车上各设备、各节点的实时性，然后就可以根据各节点对车载故障诊断实时性的要求，能够设计出针对高、中、低速不同速率的CAN通信网络，优化假设系统的CAN总线，能够设计高速CAN通信网络、中速的CAN通信网络以及低速CAN通信网络，实现对不同节点实时要求的总线传输。同时，也可以针对这3个不同的CAN通信网络，设置网关，连接3个网关而实现对车载故障诊断系统中全部节点数据的共享。就如，在车载故障诊断系统设计中，由于车辆中座椅调节、中央门锁以及车灯控制部分，没有严格的实时性需求，可以将其设置为低速通信网络，设置其通信波特率为30 bps。因而，本次设计的车载故障诊断系统中，其CAN总线通信网络的拓扑结构，如图2中所示。

3.3 设计系统的硬件部分

基于CAN技术，设计的车载故障诊断系统中，为确保能够减少系统的开发周期，将会运用由Motorola公司生产带CAN模块的MC9S12DP256微处理器。在 MC9S12DP256中，不仅包含 16位的 HCS12 CPU，性价比高，可以降低车载故障诊断系统设计成本，简化车载故障诊断系统的开发与升级过程，发挥积极应用优势。同样，在系统的硬件设计部分，其CAN收发器以及电源系统的控制部分，也均是应用MC9S12DP256芯片来控制实现的。在系统设计中，MC9S12DP256硬件的主频可以高达25 MH，不仅2个能够异步串行通信的SCI口，也具备一些通信接口，满足系统控制诊断车辆故障的需求，维护系统正常运行，使设计的车载故障诊断系统发挥实用价值。

图2 系统的CAN拓扑结构图

3.4 系统软件设计

本次设计的车载故障诊断系统中，基于CAN总线技术，将会采用嵌入式的Linux系统作为车载系统的操作系统。之后，在系统的软件设计中，采用Linux操作系统后，就可以将故障诊断系统中所有的硬件操作，均放入到故障诊断系统的驱动程序内，完成对系统故障诊断的、任务调度以及并发控制等操作。同样，在本次系统设计中，为确保系统在未来有更好的扩展性，可以优化系统软件的设计层次，这样不仅可以简化程序结构，使故障诊断系统的程序结构更加清晰，也可以提升系统故障诊断功能的可移植性，便于日后系统的升级维护。关于本次设计的软件层次结构，具体如图3所示。

图3 系统的软件设计层次

对于本次设计车载故障诊断系统中，运用CAN技术，在系统的软件驱动程序设计方面，由于驱动程序一般是在系统的内核部分，主要就是负责计算机控制系统同车辆各外围硬件设备之间通信的，因此应该优化设计系统此部分。具体系统代码实现中，故障诊断算法训练部分代码如下所示：

4 系统设计实现效益分析

其验证本系统设计实现效益，能够利用CAN alyst-II CAN-bus的总线分析仪，从而可以搭建出本次车载故障诊断系统的网络虚拟测试环境，从而能够对本次设计的车载故障诊断系统的各项功能，进行相关的应用测试。对此，可以选取多组的测试参数，对车载故障诊断系统进行应用测试，系统得出的故障诊断解析结果全部正确，部分结果如表 1所示。

表1 测试结果

当实际运行中，若是车辆发生故障之时，运用基于CAN车载故障诊断系统，这样也能够在系统的人际交互窗口中，显示出车辆相关设备的故障源。对于本次测试中，关于瞬时油耗的显示中，能够让车辆的驾驶员认知了解到在进行车辆各种操作时，车辆在瞬时的油耗情况，这样就有助于纠正司机不良驾驶车辆的习惯。同样，在系统长，也可以应用CANPro协议，基于系统的故障诊断分析平台，向系统的控制网络中发送相应的报文，测试车子故障诊断系统的监控性能，确保系统在实际中发挥实际作用。本次系统应用测试的结果，如图4所示。

图4 验证结果

基于CAN设计车载故障诊断系统，可以提升系统在诊断车载故障时的准确率，提升34.0%，可以在线完成对车辆故障的诊断工作，发挥积极应用性能，提升系统设计实现效益，具有积极影响。基于CAN设计车载故障诊断系统，运用CAN网络，不仅可以提升车载故障诊断系统的性能，也可以提升系统运行的可靠性，同样也可以使设计的车载故障诊断系统维持其独特的设计准确，发挥应用价值。在社会实践中应用基于CAN技术设计的车载故障诊断系统，不仅能够检测出车载设备运行过程中产生的故障错误，也可以通过在线的模式诊断分析车载设备故障，简化车辆故障诊断程序，提升车载系统诊断效率，发挥积极的应用效益，因而也越来越受到人们的重视，发挥积极的应用实现价值。

5 结 论

综上所述，基于CAN技术设计实现车载故障诊断系统，满足实际应用需求，发挥积极设计实现效益，可以在实践中推广该系统设计方案。

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Design and implementation of vehicle fault diagnosis system based on CAN

CHENG Yao
（Shaanxi College of Communication Technology，Xi'an 710000，China）

In the context of the current society of the development of the information technology，based on the CAN bus technology.Analysis design of vehicle fault diagnosis system of demand，and based on SAE J1939 protocol，from the system requirements analysis，overall structure，functional design，design of CAN bus，the hardware and the software code design aspects of optimization design of vehicle fault diagnosis system.The results confirmed that the design of vehicle fault diagnosis system based on the CAN bus can be lifting system in vehicle fault diagnosis accurate rate and enhance the 34.0%，can be completed online vehicle fault diagnosis，and play an active application performance.Conclusion shows that the vehicle fault diagnosis system based on CAN technology can meet the needs of practical application，and play an active design to achieve benefits.It can promote the design of the system in practice.

vehicle fault diagnosis system；CAN；system design

TN99

A

1674－6236（2017）10-0162-04

2016-06-22稿件编号：201606160

陕西省自然科学基础研究计划项目（2012JM8011）

程 瑶（1984—），女，广东中山人，硕士，讲师。研究方向：汽车制造装配，汽车电子，新能源汽车。