CN110850846B - 脉宽调制汽车诊断总线接口电路及诊断系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种脉宽调制汽车诊断总线接口电路及诊断系统。电路包括MCU，MCU的一端通过USB接口连接至PC，另一端通过两个输入输出IO口连接到脉宽调制总线接口电路的两个MCU发送端；脉宽调制总线接口电路，发送电路的一端连接两个MCU发送端，将接收到的信号电平转换成符合ECU总线接口电平后传输至汽车OBD接口线端PWM_P及PWM_N，接收电路在诊断中一端连接汽车OBD接口线端PWM_P，将汽车ECU的电平信号转换为微控制器MCU的电平信号后，传输至MCU接收端VPWM_RX_P。利用本发明，可提供一种具有脉宽调制汽车诊断总线接口装置的诊断仪，可以快速高效地检测维修采用脉宽调制总线的汽车故障及状态，提高维修效率。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种脉宽调制汽车诊断总线接口电路及诊断系统。
背景技术
汽车总线技术是汽车ECU之间及ECU与各传感器之间信息传递的通道，其优点是可以极大的简化线束，降低了各单元之间的故障率，也使汽车控制单元之间的布线变得更容易，更可靠。
汽车总线技术随着电子技术的发展，经历了从无到有，从低速到高速的发展，世界各大汽车生产商相继投入研发，研发出了具有各自知识产权的汽车总线技术，其中脉宽调制汽车总线技术研发成功并应用在福特等部分车型上。
汽车诊断接口OBD与汽车ECU的总线相连接，因此通过汽车OBD口的脉宽调制总线与汽车ECU进行通信，即可以读取ECU的状态信息，也可以发送命令让汽车ECU执行相应的动作，这为汽车故障的诊断与维修提供了方便。
当采用脉宽调制总线的汽车产生故障，汽车ECU会把汽车的状态信息以特定的编码方式存在内部存储器中，读取这些故障码会给汽车维修带来方便，提高维修效率。为了快速高效的检测维修采用脉宽调制总线的汽车故障及状态，市场上急需开发一种具有脉宽调制汽车诊断总线接口装置的诊断仪，本发明也是基于此原因设计开发。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种脉宽调制汽车诊断总线接口电路及诊断系统，能够解决维修诊断仪与汽车ECU之间电平不平衡需进行电平转换的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种脉宽调制汽车诊断总线接口电路，所述接口电路包括：微控制器MCU，所述微控制器MCU的一端通过USB接口连接至PC，以接收PC传输的诊断控制命令，所述微控制器MCU的另一端通过两个输入输出IO口连接到脉宽调制总线接口电路的两个MCU发送端VPWM_TX_P及VPWM_TX_N；脉宽调制总线接口电路，所述脉宽调制总线接口电路包括发送电路及接收电路，发送电路的一端连接两个MCU发送端VPWM_TX_P及VPWM_TX_N，将接收到的信号电平转换成符合ECU总线接口电平后传输至两个汽车OBD接口线端PWM_P及PWM_N，所述接收电路在诊断中一端连接汽车OBD接口线端PWM_P，将汽车ECU的电平信号转换为微控制器MCU的电平信号后，传输至MCU接收端VPWM_RX_P。
在一些实施方式中，所述发送电路包括：脉宽调制PWM发送电路，以及同脉宽调制PWM发送电路复用部分元件的可变脉宽调制VPW发送电路。
在一些实施方式中，所述的脉宽调制PWM发送电路包括：第一支路与第二支路。
在一些实施方式中，第一支路包括：第二电阻、第四电阻、第六电阻、第七电阻、第一三极管、第二三极管，其中，第二电阻的一端连接第一三极管的基极，另一端连接第二三极管的集电极，第四电阻的一端连接MCU发送端VPWM_TX_P，另一端连接第二三极端的基极，第六电阻的一端连接第一三极管的集电极，另一端接地，第七电阻的一端连接MCU发送端VPWM_TX_P，另一端接地，第一三极管的发射极连接汽车电平电压，集电极连接汽车OBD接口线端PWM_P，第二三极管的发射极接地。
在一些实施方式中，第二支路包括：第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第三三极管、第四三极管，其中，第八电阻的一端连接汽车电平电压，另一端连接第三三极管的集电极，第九电阻的一端连接电源，另一端连接MCU发送端VPWM_TX_N，第十电阻的一端连接电源，另一端连接第四三极管的集电极，第十一电阻的一端连接第三三极管的基极，另一端连接第四三极管的集电极，第三三极管与第四三极管的发射极均接地，第三三极管的集电极连接汽车OBD接口线端PWM_N。
在一些实施方式中，可变脉宽调制VPW发送电路包括：第二电阻、第四电阻、第六电阻、第七电阻、第一三极管、第二三极管，其中，第二电阻的一端连接第一三极管的基极，另一端连接第二三极管的集电极，第四电阻的一端连接MCU发送端VPWM_TX_P，另一端连接第二三极端的基极，第六电阻的一端连接第一三极管的集电极，另一端接地，第七电阻的一端连接MCU发送端VPWM_TX_P，另一端接地，第一三极管的发射极连接汽车电平电压，集电极连接汽车OBD接口线端PWM_P，第二三极管的发射极接地。
在一些实施方式中，接收电路包括：第一电阻、第三电阻、第五电阻及运算放大器，其中，第一电阻的一端连接电源，另一端连接运算放大器的输出端，第三电阻的一端连接汽车OBD接口线端PWM_P，另一端连接运算放大器的同相输入端，第五电阻的一端连接电源，另一端连接运算放大器的反相输入端，运算放大器的输出端连接MCU接收端VPWM_RX_P。
此外，本发明还提供一种诊断系统，所述诊断系统包括：PC及诊断仪，PC通过USB连接至诊断仪，在诊断过程中，所述诊断仪通过OBD总线连接至汽车ECU，所述诊断仪包括根据前文所述的脉宽调制汽车诊断总线接口电路。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
通过本发明，通过内部的电平转换电路使诊断仪MCU的脉宽调制总线信号连接汽车ECU的脉宽调制总线信号。通过实际测试，电路设计符合技术要求，信号传输性能良好，稳定可靠，可以快速高效的检测维修采用脉宽调制总线的汽车故障及状态，给汽车维修带来方便，提高维修效率。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是脉宽调制编码定义的示意图；
图2是本发明一个实施例的脉宽调制汽车诊断总线接口诊断系统的结构示意图；
图3是本发明一个实施例的脉宽调制总线接口电路的结构示意图；
图4是本发明一个实施例的脉宽调制总线接口电路的电路示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
脉宽调制汽车总线技术是采用脉宽的变化来传输信息，脉宽调制PWM的编码“1”和“0”的定义是，在一个位周期的时间内(如图1的TBit)，高电平与低电平的占空比是1：2代表数字编码“1”，如果高电平与低电平的占空比是2：1则代表数字编码“0”，如图1所示。
可变脉宽VPW的编码“1”和“0”的定义是，Tbit等于64微秒为高电平代表“1”，Tbit等于128微秒为高电平代表“0”，因此，一帧数据就是由这些不同时间长短的高低脉冲序列组成。
在ECU或MCU内部，根据通信协议设定帧结构组成一个完整的帧结构发送，每帧中的每个字节中的“1”和“0”，则是由分别代表“1”和“0”不同脉宽的数字序列组成字节，字节中的一个位所占时间的控制则是采用ECU或MCU内部的定时器，通过通用IO接口输出相应时间长短的脉宽信号来表示。
同理，接收端则是根据ECU或MCU的定时器的时间长短，判断IO口高电平的时间长短来确定该接收位是“1”或“0”。
以上脉宽调制总线的发送或接收都是在ECU或MCU内部完成，但是，MCU与ECU之间的信号传输电平不同，在MCU端发送与接收采用3.3V电平传输方式，而在ECU端则是采用12V或24V的电平发送与接收，这样两端的信号电平不一致，不能直接进行信息传送。
如图2所示，本发明提出一种脉宽调制汽车诊断总线接口电路，包括依次连接的微控制器MCU和脉宽调制总线接口电路，其中，所述微控制器MCU的一端通过USB接口连接PC，以接收上位机传输的诊断控制命令，所述微控制器MCU另一端，通过2个输入输出IO口连接到所述脉宽调制总线接口电路的发送电路的两个输入端VPWM_TX_P及VPWM_TX_N，由分立元器件组成的电平转换电路，使传输信号电平转换成符合ECU总线接口电平，发送电路的两个输出端PWM_P及PWM_N通过OBD接口与汽车ECU单元相连。脉宽调制总线接口电路接收电路的一端连接汽车OBD接口总线中的PWM_P端，以便接收ECU发送的数据流，通过接收电路的电平转换，把ECU的电平数据流转换成诊断仪微控制器的电平信号，连接到微控制器MCU的接收端VPWM_RX_P。
如图3所示脉宽调制汽车诊断总线接口包括发送电路与接收电路。
脉宽调制信号PWM的发送，在一个实施例中，如图4所示，在发送脉宽调制信号时，发送电路输入端分别为VPWM_TX_P和VPWM_TX_N,这两个输入端分别连接诊断仪MCU的两个脉宽调制的IO口上。进一步的，电阻R4和R7并联的一端连接到发送输入端VPWM_TX_P，电阻R4的一端与第二三极管Q2的基极相连，电阻R7与第二三极管Q2的发射极相连，第二三极管的集电极与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与第一三极管的基极相连，第一三极管的发射极连接到汽车电平电压12V或24V的VBAT端，第一三极管的集电极与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与R7的一端、第二三极管Q2的发射极并联后与地端GND相连。第一三极管的集电极与电阻R6的一端相连后连接到汽车OBD接口的PWM_P线上，这样，总线电平由3.3V转变为汽车电瓶电压，使一路发送信号被汽车ECU接收。
在一个实施例中，诊断仪微控制器MCU另一发送IO口连接到脉宽调制接口电路的VPWM_TX_N端，电阻R9的一端与电阻R12的一端并联后与VPWM_TX_N端相连，电阻R9的另一端与电阻R10的一端并联后接到电源3.3V上，电阻R12的另一端与第四三极管的基极相连，电阻R10的另一端与电阻R11的一端并联后与第四三极管的集电极相连，电阻R11的另一端与第三三极管的基极相连，第三三极管的发射极与第四三极管的发射极并联后与地端GND连接,电阻R8的一端与汽车电平电压12V或24V的VBAT相连，电阻R8的另一端与第三三极管的集电极相连后连接到汽车OBD口的PWM_N总线上。
可变脉宽调制信号VPW的发送，如图4所示，在一个实施例中，诊断仪MCU的可变脉宽调制信号VPW的IO口连接到发送电路输入端VPWM_TX_P端，进一步的，电阻R4和R7并联的一端连接到发送输入端VPWM_TX_P，电阻R4的一端与第二三极管Q2的基极相连，电阻R7与第二三极管Q2的发射极相连，第二三极管的集电极与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与第一三极管的基极相连，第一三极管的发射极连接到汽车电平电压12V或24V的VBAT端，第一三极管的集电极与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与R7的一端、第二三极管Q2的发射极并联后与地端GND相连。第一三极管的集电极与电阻R6的一端相连后连接到汽车OBD接口的PWM_P线上，这样，总线电平由3.3V转变为汽车电瓶电压，使可变脉宽调制信号VPW发送信号被汽车ECU接收。
在一个实施例中，如图4所示，脉宽调制信号PWM的接收与可变脉宽VPW信号的接收是采用相同的接收电路。总线信号的接收通过电阻R3的一端连接到汽车端的OBD口的PWM_P总线上，电阻R3的另一端连接到运算放大器U1的第3管脚上，运算放大器U1的第2管脚与电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与电源VCC3V3相连。
进一步的运算放大器U1的第8管脚连接到汽车电平电压12V或24V的VBAT端，电阻R1的一端连接到电源3.3V上，电阻R3的另一端与运算放大器U1的第1管脚并连后连接到诊断仪的MCU接收口VPWM_RX_P端，把汽车ECU的总线要传输的信号通过本电路传给诊断仪MCU，实现脉宽调制总线信号的接收。
本发明总线收发信号工作流程如下所述：
诊断仪微控制器MCU发送的脉宽调制信号PWM为两个相位相反的差分信号分别连接到电平转换电路的VPWM_TX_P端和VPWM_TX_N端，其中VPWM_TX_P信号通过电阻R2、电阻R4、电阻R6、电阻R7以及第一三极管Q1、第二三极管Q2组成的电平转换网络后连接到汽车OBD接口的PWM_P线端。另一信号VPWM_TX_N通过电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12以及第三三极管Q3、第四三极管Q4组成的电平转换网络后连接到汽车OBD接口的PWM_N线端。通过这个转换网络后，诊断仪发送的脉宽调制信号PWM就传输到了汽车ECU端。
当诊断仪微控制器MCU发送的是可变脉宽信号VPW,则VPW信号连接到电平转换电路的VPWM_TX_P端，然后通过电阻R2、电阻R4、电阻R6、电阻R7以及第一三极管Q1、第二三极管Q2组成的电平转换网络后连接到汽车OBD接口的PWM_P线端。通过这个转换网络后，诊断仪发送的可变脉宽调制VPW信号传输到汽车ECU端。
诊断仪微控制器脉宽调制总线信号的接收，首先是ECU把脉宽调制总线信号传输到汽车端OBD诊断口PWM_P端，然后通过电阻R1、电阻R3、电阻R5以及运算放大器U1组成的电平转换网络后连接到诊断仪微控制器MCU的VPWM_RX_P端。通过这个转换网络，汽车ECU发送的脉宽调制信号传输到诊断仪微控制器MCU。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种脉宽调制汽车诊断总线接口电路，包括：
微控制器MCU，所述微控制器MCU的一端通过USB接口连接至PC，以接收PC传输的诊断控制命令，所述微控制器MCU的另一端通过两个输入输出IO口连接到脉宽调制总线接口电路的两个MCU发送端VPWM_TX_P及VPWM_TX_N；
脉宽调制总线接口电路，所述脉宽调制总线接口电路包括发送电路及接收电路，发送电路的一端连接两个MCU发送端VPWM_TX_P及VPWM_TX_N，将接收到的信号电平转换成符合ECU总线接口电平后传输至两个汽车OBD接口线端PWM_P及PWM_N，所述接收电路在诊断中一端连接汽车OBD接口线端PWM_P，将汽车ECU的电平信号转换为微控制器MCU的电平信号后，传输至MCU接收端VPWM_RX_P；
所述发送电路包括：脉宽调制PWM发送电路，以及同脉宽调制PWM发送电路复用部分元件的可变脉宽调制VPW发送电路；
所述的脉宽调制PWM发送电路包括：第一支路与第二支路；
第一支路包括：第二电阻、第四电阻、第六电阻、第七电阻、第一三极管、第二三极管，其中，第二电阻的一端连接第一三极管的基极，另一端连接第二三极管的集电极，第四电阻的一端连接MCU发送端VPWM_TX_P，另一端连接第二三极端的基极，第六电阻的一端连接第一三极管的集电极，另一端接地，第七电阻的一端连接MCU发送端VPWM_TX_P，另一端接地，第一三极管的发射极连接汽车电平电压，集电极连接汽车OBD接口线端PWM_P，第二三极管的发射极接地；
第二支路包括：第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第三三极管、第四三极管，其中，第八电阻的一端连接汽车电平电压，另一端连接第三三极管的集电极，第九电阻的一端连接电源，另一端连接MCU发送端VPWM_TX_N，第十电阻的一端连接电源，另一端连接第四三极管的集电极，第十一电阻的一端连接第三三极管的基极，另一端连接第四三极管的集电极，第三三极管与第四三极管的发射极均接地，第三三极管的集电极连接汽车OBD接口线端PWM_N。
2.根据权利要求1所述的脉宽调制汽车诊断总线接口电路，其特征在于，可变脉宽调制VPW发送电路包括：第二电阻、第四电阻、第六电阻、第七电阻、第一三极管、第二三极管，其中，第二电阻的一端连接第一三极管的基极，另一端连接第二三极管的集电极，第四电阻的一端连接MCU发送端VPWM_TX_P，另一端连接第二三极端的基极，第六电阻的一端连接第一三极管的集电极，另一端接地，第七电阻的一端连接MCU发送端VPWM_TX_P，另一端接地，第一三极管的发射极连接汽车电平电压，集电极连接汽车OBD接口线端PWM_P，第二三极管的发射极接地。
3.根据权利要求1所述的脉宽调制汽车诊断总线接口电路，其特征在于，接收电路包括：第一电阻、第三电阻、第五电阻及运算放大器，其中，第一电阻的一端连接电源，另一端连接运算放大器的输出端，第三电阻的一端连接汽车OBD接口线端PWM_P，另一端连接运算放大器的同相输入端，第五电阻的一端连接电源，另一端连接运算放大器的反相输入端，运算放大器的输出端连接MCU接收端VPWM_RX_P。
4.一种诊断系统，所述诊断系统包括：PC及诊断仪，PC通过USB连接至诊断仪，在诊断过程中，所述诊断仪通过OBD总线连接至汽车ECU，其特征在于，所述诊断仪包括根据权利要求1至3任意一项所述的脉宽调制汽车诊断总线接口电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |