CN100509499C - 汽车无线监测及故障诊断系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车无线监测及故障诊断系统，其包括控制执行模块和控制中心，该控制中心与该控制执行模块通过分别与该控制中心和该控制执行模块相连的无线发送接收模块实现无线的控制通信，该控制执行模块可实现至少一种执行器的控制动作，该控制执行模块接受控制中心发出的监测及故障诊断操作任务，控制完成该操作任务，并向控制中心反馈操作结果，该控制中心统一调度控制执行模块的工作，综合分析结果，给出故障处理办法。本发明的系统可以将各种监测和诊断功能集成一体，以通过控制中心进行全方位的电脑会诊，因此设备资源得到并行、综合使用，从而节省大量的社会资源。

Description

汽车无线监测及故障诊断系统及方法

技术领域

本发明涉及一种汽车监测及故障诊断系统及方法，尤其涉及一种采用无线通信方式的汽车监测及故障诊断系统及方法。

背景技术

汽车是人们最熟悉、最常见的交通运输工具，它在人们生活中发挥着十分重要的作用。汽车尽管品质各异，形式多样，但它们在生产的过程中都需要监测，车主对车况也需要了解，在使用过程中都不可避免地会出现各种各样的故障，需要及时加以排除或修理。随着社会发展和科学技术的进步，汽车的设计与生产也越来越多的采用了电子技术、自动化技术和电子计算机技术，这一方面使汽车的自动化程度越来越高，性能更加优越，操作更加方便灵活，另一方面也对汽车维修和监测提出了更高的要求。传统的手工监测和维修方式已不能满足新型汽车的维修需要。

为此，目前国内外的汽车维修厂都需要配备汽车电控系统故障仪来检测汽车相关系统的故障，或采用专门的监测设备来监测汽车的性能。由于这类设备价格比较昂贵，有的价格高达几十万元，因此每个汽修厂都配备一台这样的设备是不现实的。又由于这类设备牵涉到大量的各种汽车的技术资料，开发起来比较困难。还由于这类设备都必须直接与汽车的诊断接口连接后才能进行操作，因此无法进行远距离检测。这使得具有关这类设备的企业的设备有时不能充分加以利用，而没有设备的企业又不能共享诊断设备的资源。因此专利号为00101363.7的中国专利就是为了克服这个问题而提出了一种能通过电话线路把汽车故障诊断仪与被检测汽车连接起来进行远距离检测的装置，以使一个区域的多个汽车维修企业能够共同分享一台高性能的汽车故障诊断仪的服务，从而降低汽车故障诊断仪的使用成本。

虽然目前在汽车监测及故障诊断方面基本上均采用有线通信的控制方式，以保证操作的实时性和可靠性，该控制方式在汽车生产监测、维修及车主对车况的了解等方面得到广泛的使用，但由于汽车个体较大，因此给各种设备的使用带来极大的不便利，且现有大量监测及故障诊断的设备功能有限而且独立，无法将各种监测和诊断功能集成一体，更无法进行全方位的电脑会诊，因此设备资源得不到并行、综合使用，从而需消耗大量的社会资源。

发明内容

为了克服现有的汽车监测及故障诊断采用有线通信的控制方式而存在的上述缺点及设备资源得不到并行、综合使用的问题，本发明提供一种采用无线通信方式的汽车监测及故障诊断系统及方法。

为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种汽车无线监测及故障诊断系统，其包括控制执行模块，该系统还包括控制中心，该控制中心与该控制执行模块通过分别与该控制中心和该控制执行模块相连的无线发送接收模块实现无线的控制通信，该控制执行模块可实现至少一种执行器的控制动作，该控制执行模块接受控制中心发出的监测及故障诊断操作任务，控制完成该操作任务，并向控制中心反馈操作结果，该控制中心统一调度控制执行模块的工作，综合分析结果，给出故障处理办法，该控制执行模块包括顺序连接的无线通信接口模块、信号控制处理模块、信号模拟处理模块/数据通信物理统一处理模块、信号采集模块/原始数据通信物理接口模块和信号采集接口/诊断信号接口。

一种汽车无线监测及故障诊断方法，其包括以下步骤：

a.控制中心接受用户指定监测或故障诊断操作项目；

b.打开通信端口；

c.控制中心通过无线方式启动指定的控制执行模块；

d.控制中心通过无线方式向指定的控制执行模块发出操作项目工作包；

e.控制执行模块的信号采集接口/诊断信号接口向被测试对象进行数据采集或发送各种诊断信号，并获得所需信息或指挥测试对象进行相应操作，由信号采集模块/原始数据通信物理接口模块负责拾取，通过信号模拟处理模块/数据通信物理统一处理模块将信号转化成信号控制处理模块可以处理的数据物理格式，由信号控制处理模块进行数据处理；

f.将结果数据通过无线发送接收模块传递给控制中心，控制中心获得操作项目的结果数据，并处理、记录，给出判断、解释或人机交互。

本发明的有益效果是：由于本发明的汽车监测及故障诊断系统是采用无线通信控制方式代替目前的有线通信控制方式，且各种简单方便使用的控制执行模块并行工作、并受控于控制中心，由控制中心统一调度工作，综合分析结果，给出有效的故障处理办法，且控制中心根据功能需要可以是单片机、工控机、甚至是个人电脑、笔记本电脑、服务器等现有资源，因此本发明可以将各种监测和诊断功能集成一体，以通过控制中心进行全方位的电脑会诊，因此设备资源得到并行、综合使用，从而节省大量的社会资源。

附图说明

图1是本发明汽车无线监测及故障诊断系统的结构示意图。

图2是图1所示的控制中心的控制软件的功能模块框图。

图3是图1所示的控制执行模块的功能模块框图。

图4是本发明汽车无线监测及故障诊断方法的流程图。

具体实施方式

请参阅图1，伴随在无线通信控制领域的技术发展及成熟，汽车监测及故障诊断系统采用无线通信控制方式代替目前的有线通信控制方式，将控制中心1与控制执行模块2通过无线发送接收模块19、29实现无线连接，各种简单方便的控制执行模块2并行工作、并受控于控制中心1，由控制中心1统一调度工作，综合分析结果，给出有效的故障处理办法。而控制中心1根据功能需要可以是单片机、工控机、甚至是个人电脑、笔记本电脑、服务器等现有资源，甚至可以挂接到作业管理软件，用户汽车资料跟踪软件，以调整整个汽车生产监测和汽车维修的方式。

本发明的汽车无线监测及故障诊断系统包括控制中心1、控制执行模块2和无线发送接收模块19、29。

其中，控制中心1使用的是个人电脑，安装有基于Windows操作系统的控制软件(也可以是基于LINUX等其它操作系统的控制软件)，在个人电脑的接口上(例如USB、COM或LPT接口)连接无线发送接收模块11，以实现与控制执行模块2的无线双向通信(详细的内容后述)；控制中心1为用户提供统一的使用界面，进行人机交互，通过无线指令来统一指挥调度各控制执行模块2的工作内容和顺序，并获得各执行任务的结果，综合分析给出的结果，并保存数据、提交报告。

请参阅图2，控制中心1的控制软件包括以下模块：主应用程序框架与操作系统间的接口模块11、各种监测或故障诊断应用程序12、界面模块及显示窗体模块13、数据存取操作模块14、各种监测测试控制模块15、无线通信模块16和数据区17。其中，主应用程序框架与操作系统间的接口模块11调用各种监测或故障诊断应用程序12和界面模块及显示窗体模块13；各种监测或故障诊断应用程序12调用界面模块及显示窗体模块13、数据存取操作模块14和各种监测测试控制模块15；数据存取操作模块14调用数据区17；各种监测测试控制模块15调用无线通信模块16。为提高各类监测或故障诊断功能的开发速度，以上除各种监测或故障诊断应用程序12根据功能的不同需不断的增加改进完善，其他模块的软件均可以不变。

上述控制软件模块的功能描述如下：

主应用程序框架与操作系统间的接口模块11是本发明的应用程序的主体框架，它会自动搜索所有的监测或故障诊断应用程序12，并提供人机交互的平台。

各种监测或故障诊断应用程序12能完成用户指定的一类监测或故障诊断功能，其由主应用程序调度，供用户选择。

界面模块及显示窗体模块13提供各种主应用程序框架11和各种监测或故障诊断应用程序12的调用，显示人机交互的各种界面的组件。

数据存取操作模块14将指定数据从一定格式的数据堆中取出并解密。

各种监测测试控制模块15提供各种操作，控制指令，建立各种通信接口协议的组包/解包工作(如通信中的ISO七层协议中的网络层)。

无线通信模块16建立与无线发送接收模块19通信的各种物理接口和通信链路。

数据区17将数据通过自定义的可视化编译系统编译成某种格式的数据堆，由数据存取操作模块14解释和操作。

请参阅图3，控制执行模块2将多种执行器的工作集成为一体，可实现多种执行器的控制动作，其与无线发送接收模块29连接，以实现与控制中心1的无线双向通信，接受控制中心1发出的监测及故障诊断操作任务，控制完成该操作任务，并向控制中心1反馈操作结果。

因各种监测及故障诊断的功能不同，控制执行模块2的差别也较大，一般包括如下几个模块：无线通信接口模块21、信号采集接口/诊断信号接口22、信号采集模块/原始数据通信物理接口模块23、信号模拟处理模块/数据通信物理统一处理模块24、信号控制处理模块25和启动/关闭控制模块26。

控制执行模块2的工作过程为：首先触发启动/关闭控制模块26后，控制执行模块2启动，当接收到可操作的命令时，自动通过信号采集接口/诊断信号接口22向被测试对象进行数据采集或发送各种诊断信号，并获得所需信息或指挥测试对象进行相应操作，由信号采集模块/原始数据通信物理接口模块23负责拾取，通过信号模拟处理模块/数据通信物理统一处理模块24将信号转化成信号控制处理模块25可以处理的数据物理格式，由信号控制处理模块25进行数据处理，或执行下一个动作，并实时将数据结果通过无线通信接口模块21与无线发送接收模块29连接并传送到控制中心1，当执行完成所用动作时，返回完成信号及结果内容。

控制执行模块2也可以不需要启动/关闭控制模块26。

无线发送接收模块19、29采用RF无线通信，通信频率在2.4G～2.5G范围内，通过分频和地址码方式，实现点对多点或多点对多点的通信网络结构，半双工通信模式。无线发送接收模块19、29采用NORDIC公司的RF通信IC(NRF2401/NRF24E1)，通过编写通信的程序，以实现分频，从而实现点对多点通信网络结构，半双工通信模式。无线发送接收模块19、29提供USB/COM/LPT通信接口，无线通信速率高达1Mbps，通信有效速率115200BPS。无线发送接收模块19、29采用的是NORDIC公司的IC NRF24E1(NRF2401/NRF24E1)，使用MICROCHIP IC 25AA320为控制程序存储器，由NRF24E1自动装载。

无线通信点对多点的实现：在NRF24E1中有多种通信频率设定，范围在(2.4G～2.5G)；各无线发送接收模块19、29都有通信目标地址码标识，其是由控制中心1自动分配，各无线发送接收模块19、29也可以通过控制中心1来设置不同的频率来标识，各控制执行模块2的地址码由与控制中心1连接的无线发送接收模块19统一编码，对目标通信地址不同的数据会自动丢失。

半双工通信实现：为了使通信达到半双工，解决通信冲突和在数据接收错误时不丢失数据，将采用与控制中心1连接的无线发送接收模块19进行不间断查询及通信时采用帧计数器来解决，当与各控制执行模块2连接的无线发送接收模块29接收到与控制中心1连接的无线发送接收模块19的一帧数据时，才可以发送数据，无线发送接收模块19接收到一帧数据时，都会比较帧计数器，如不同则重复发送，与各控制执行模块2连接的无线发送接收模块29接收到一帧数据时，则自动增加更改当前计数器。

启动控制执行模块接口：当与各控制执行模块2连接的无线发送接收模块29接收到启动、关闭命令都会动作控制执行模块接口的信号，其会直接控制执行模块2的复位。

请参阅图4，汽车无线监测及故障诊断方法工作流程如下：

a.控制中心1接受用户指定监测或故障诊断操作项目；

b.打开通信端口(例如USB/COM/LPT)；

c.唤醒无线发送接收模块19；

d.控制中心1通过无线方式启动指定的控制执行模块2；

e.控制中心1通过无线方式向指定的控制执行模块2发出操作项目工作包(由多项有顺序的动作组成)；

f.等待指定控制执行模块2完成操作项目，将结果数据通过无线发送接收模块29传递给控制中心1，控制中心1获得操作项目的结果数据，并处理、记录，给出判断、解释或人机交互；

g.控制执行模块2等待控制中心1发出下一个操作项目，控制中心1确定下一步操作的项目和控制执行模块2；

h.若需其他控制执行模块2工作，则通过无线方式启动指定控制执行模块2，然后返回步骤e；

i.当控制执行模块2执行完用户指定的监测及故障诊断操作项目后，关闭本次操作所打开的控制执行模块2；

j.控制中心1提交本次操作的所有执行报告，或登记存储报告，供用户查阅；

k.控制中心1等待用户指定下次操作项目。

本发明汽车无线监测及故障诊断系统及方法的行业技术要求及实现如下：

1.监测控制的实时性：为满足监测控制的实时性，本发明采用了3个办法，在多任务多用户的Windows平台上实现微秒级的实时：

a.在Windows平台上，当运行本控制中心1的程序时，自动挂起所有的应用程序，根据PC机内部时钟频率计算时间；

b.对操作执行实时顺序强的项目，由一系列顺序操作指令一次性组包，由控制执行模块2(实时单片机系统)依次完成；

c.通信速率可以根据实时程度进行适当调整，无线通信的最大速率为1Mbps。

2.用户资料管理和档案跟踪：为使监测及故障诊断的资料得以保存，以供日后追溯、调查使用，本发明控制中心1提供统一的外围接口(主要是DLL/LIB接口)，可供第三方开发商接入其他软件，可以外挂用户资料管理系统，更可以根据具体的实际工作需要，定制或外挂工作流程以实现操作自动化。

3.社会资源充分使用：为节约社会资源，本发明采用普通的计算机，各用户均可采用现有资源使用本发明的所有功能，不需专门的功能独立的设备。

Claims (9)

1.一种汽车无线监测及故障诊断系统，其包括控制执行模块，其特征在于：该系统还包括控制中心，该控制中心与该控制执行模块通过分别与该控制中心和该控制执行模块相连的无线发送接收模块实现无线的控制通信，该控制执行模块可实现至少一种执行器的控制动作，该控制执行模块接受控制中心发出的监测及故障诊断操作任务，控制完成该操作任务，并向控制中心反馈操作结果，该控制中心统一调度控制执行模块的工作，综合分析结果，给出故障处理办法，该控制执行模块包括顺序连接的无线通信接口模块、信号控制处理模块、信号模拟处理模块/数据通信物理统一处理模块、信号采集模块/原始数据通信物理接口模块和信号采集接口/诊断信号接口。

2、如权利要求1所述的汽车无线监测及故障诊断系统，其特征在于：该控制中心可以为单片机、工控机、个人电脑、笔记本电脑或服务器。

3、如权利要求2所述的汽车无线监测及故障诊断系统，其特征在于：该控制中心安装有控制软件。

4、如权利要求3所述的汽车无线监测及故障诊断系统，其特征在于：该控制中心的控制软件包括以下模块：

主应用程序框架与操作系统间的接口模块：它会自动搜索所有的监测或故障诊断应用程序，并提供人机交互的平台；

各种监测或故障诊断应用程序：其能完成用户指定的一类监测或故障诊断功能，其由主应用程序调度，供用户选择；

界面模块及显示窗体模块：其提供各种主应用程序框架和各种监测或故障诊断应用程序的调用，显示人机交互的各种界面的组件；

各种监测测试控制模块：其提供各种操作，控制指令，建立各种通信接口协议的组包/解包工作；

无线通信模块：其建立与无线发送接收模块通信的各种物理接口和通信链路。

5、如权利要求1所述的汽车无线监测及故障诊断系统，其特征在于：该无线发送接收模块采用RF无线通信，通信频率在2.4G～2.5G范围内，通过分频和地址码方式，实现点对多点或多点对多点的通信网络结构，半双工通信模式。

6、如权利要求5所述的汽车无线监测及故障诊断系统，其特征在于：为了使通信达到半双工，解决通信冲突和在数据接收错误时不丢失数据，将采用与控制中心连接的无线发送接收模块查询及通信时采用帧计数器来解决，当与各控制执行模块连接的无线发送接收模块接收到与控制中心连接的无线发送接收模块的一帧数据时，才可以发送数据，无线发送接收模块接收到一帧数据时，都会比较帧计数器，如不同则重复发送，与各控制执行模块连接的无线发送接收模块接收到一帧数据时，则自动增加更改当前计数器。

7、如权利要求5所述的汽车无线监测及故障诊断系统，其特征在于：该无线发送接收模块都有通信目标地址码标识，其是由控制中心自动分配，各无线发送接收模块也可以通过控制中心来设置不同的频率来标识，各控制执行模块的地址码由与控制中心连接的无线发送接收模块统一编码，对目标通信地址不同的数据会自动丢失。

8、一种汽车无线监测及故障诊断方法，其特征在于包括以下步骤：

a.控制中心接受用户指定监测或故障诊断操作项目；

b.打开通信端口；

c.控制中心通过无线方式启动指定的控制执行模块；

d.控制中心通过无线方式向指定的控制执行模块发出操作项目工作包；

e.控制执行模块的信号采集接口/诊断信号接口向被测试对象进行数据采集或发送各种诊断信号，并获得所需信息或指挥测试对象进行相应操作，由信号采集模块/原始数据通信物理接口模块负责拾取，通过信号模拟处理模块/数据通信物理统一处理模块将信号转化成信号控制处理模块可以处理的数据物理格式，由信号控制处理模块进行数据处理；

f.将结果数据通过无线发送接收模块传递给控制中心，控制中心获得操作项目的结果数据，并处理、记录，给出判断、解释或人机交互。

9、如权利要求8所述的汽车无线监测及故障诊断方法，其特征在于步骤f后还包括以下步骤：

g.控制执行模块等待控制中心发出下一个操作项目，控制中心确定下一步操作的项目和控制执行模块；

h.若需其他控制执行模块工作，则通过无线方式启动指定控制执行模块，然后返回步骤d；

i.控制中心提交本次操作的所有执行报告，或登记存储报告，供用户查阅；

j.控制中心等待用户指定下次操作项目。

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