專利名稱:J1939總線數(shù)據(jù)記錄器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種J1939總線數(shù)據(jù)記錄器，包括主控制器MCU，所述主控制器MCU通過兩個CAN接口電路分別讀取J1939數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)和基于UDS協(xié)議的車輛的診斷CAN總線數(shù)據(jù)，所述主控制器MCU通過TF卡接口電路對TF卡進行讀寫，所述主控制器MCU由RTC模塊提供時鐘信號。主控制器MCU為STM32芯片，并采用uCos-iii操作系統(tǒng)。本實用新型可以廣泛用于針對商用客車和貨車的J1939總線數(shù)據(jù)記錄，以供對車輛總線數(shù)據(jù)進行離線分析。本實用新型使用十分便捷，真正做到即插即記錄，且記錄的數(shù)據(jù)文件可以使用特定的軟件打開，來進行數(shù)據(jù)分析。
【專利說明】J1939總線數(shù)據(jù)記錄器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及數(shù)據(jù)記錄器【技術領域】，尤其涉及一種便攜、易用和可配置的基于OBD-1I接口的J1939總線數(shù)據(jù)記錄器、元件布置方法及工藝流程。
【背景技術】
[0002]SAE J1939 (以下簡稱J1939)是美國汽車工程協(xié)會(SAE)的推薦標準，用于為中重型道路車輛上電子部件間的通訊提供標準的體系結構。J1939基于德國Bosch公司開發(fā)的控制器局域網(wǎng)絡(CAN 〖Controller Area Network)，可達到250Kbps的通訊速率。目前，J1939是在商用車輛、艦船、軌道機車、農(nóng)業(yè)機械和大型發(fā)動機中應用最廣泛的CAN應用層協(xié)議。
[0003]市面上現(xiàn)有一些CAN總線數(shù)據(jù)記錄器，有些也能夠?qū)崿F(xiàn)J1939總線數(shù)據(jù)的記錄，但大都只能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的簡單記錄，無法實現(xiàn)深層次的應用，比如數(shù)據(jù)文件格式的選擇、數(shù)據(jù)文件的配置和終端電阻的配置等功能。如果用戶不能自主配置文件的名稱，則所有記錄的數(shù)據(jù)都會是同一個文件名(僅一個時間可以用于區(qū)分)，則當記錄器換到別的車上時就會出現(xiàn)文件的混亂，會誤導數(shù)據(jù)的分析。
實用新型內(nèi)容
[0004]為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本實用新型提供一種便攜、易用和可配置的基于OBD-1I接口的J1939總線數(shù)據(jù)記錄器、元件布置方法及工藝流程，具有較高的實時性、功能的靈活性，以及對大數(shù)據(jù)量的處理能力，能適應不同文件格式和總線負載場合的應用。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的采取如下技術方案:
[0006]一種基于OBD-1I接口的J1939總線數(shù)據(jù)記錄器，包括主控制器MCU，所述主控制器MCU通過兩個CAN接口電路分別讀取J1939數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)和基于UDS協(xié)議的車輛的診斷CAN總線數(shù)據(jù)，所述主控制器MCU通過TF卡接口電路對TF卡進行讀寫，所述主控制器MCU由RTC模塊提供時鐘信號。
[0007]更進一步的，所述主控制器MCU為STM32芯片，并采用uCos_iii操作系統(tǒng)。
[0008]更進一步的，所述TF卡接口電路采用STM32芯片集成的SD1接口 ；所述STM32芯片集成的CAN通道通過SGM3005模擬開關實現(xiàn)一對二的CAN通道擴展，然后分別通過CAN接口電路讀取J1939數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)和基于UDS協(xié)議的車輛的診斷CAN總線數(shù)據(jù)；所述RTC模塊由STM32芯片內(nèi)嵌的時鐘模塊外接晶振和紐扣電池實現(xiàn)。
[0009]更進一步的，該記錄器還包括電源，所述電源由LM2594-5V開關電源芯片構成一級電源，向CAN接口電路提供5V電源，并由S0T-23封裝的XC6206線性電源芯片作為二級電源，向STM32芯片、TF卡接口電路和RTC模塊提供3.3V電源。
[0010]更進一步的，所述XC6206線性電源芯片向RTC模塊提供的3.3V電源與紐扣電池之間采用肖特基二極管進行隔離，當記錄器上電時紐扣電池不供電，否則紐扣電池供電。
[0011]更進一步的，該記錄器采用直插式記錄器外殼，其外觀尺寸為48mm*25mm*31mm。
[0012]本實用新型還提供一種基于OBD-1I接口的J1939總線數(shù)據(jù)記錄器的元件布置方法，該記錄器內(nèi)部采用兩層電路板的堆疊結構，記錄器所有電子元件均布置于上層電路板，下層電路板不布置元件，兩層電路板之間采用插針進行連接。
[0013]更進一步的，所述兩層電路板之間采用2.0mm的雙塑雙排插針進行連接。
[0014]更進一步的，所述STM32芯片和電源設置在上層電路板的背面，所述TF卡接口電路和CAN接口電路設置在上層電路板的正面，所述下層電路板背面設有OBD-1I診斷口插頭，用于上層電路板CAN通道和OBD-1I診斷口的過渡連接。
[0015]本實用新型還提供一種基于OBD-1I接口的J1939總線數(shù)據(jù)記錄器的制作工藝流程，其特征在于包括如下步驟:
[0016](I)使用回流焊工藝焊接上層電路板，然后焊接紐扣電池，最后使用熱熔膠固定上層電路板電子元件，確保其可靠地工作；完成焊接工作后使用串口燒錄工具，向STM32芯片燒錄基于TF卡的Bootloader ；
[0017](2)使用波峰焊工藝焊接上下兩層電路板之間的雙塑雙排插針；
[0018](3)最后將焊接好的兩層電路板放置到OBD-1I診斷口插頭上，，焊接好電路板和OBD-1I診斷口插頭的連接點。
[0019]有益效果:(1)本實用新型主控制器MCU為STM32芯片，采用該芯片集成的SD1接口作為TF卡接口電路，配合SD1驅(qū)動程序和開源的FatFs R0.09文件管理系統(tǒng)，非常方便地實現(xiàn)了 TF卡的讀寫等編輯功能。而存儲后的文件格式、最大單個文件的大小和文件名內(nèi)容等信息，用戶均可以通過修改TF卡中的配置文件來進行自定義，這就使得該記錄器的使用十分便捷，真正做到即插即記錄，且記錄的數(shù)據(jù)文件可以使用特定的軟件打開，來進行數(shù)據(jù)分析。(2)本實用新型記錄器采用直插式記錄器外殼，內(nèi)部采用兩層電路板的堆疊結構，構造精巧、便攜和易于使用，整體結構具有足夠的剛性和韌性，這樣才能適應商用汽車顛簸的工況，兩層電路板的堆疊結構還有一個好處是當需要更換診斷口的引腳定義時，僅需要修改下層的電路板，上層的電路板則可以保持不變。(3)本實用新型記錄器出廠前已刷寫好基于TF卡的Bootloader，這樣才能在用戶拿到手之后實現(xiàn)基于TF卡的應用程序升級，方便沒有專業(yè)燒錄工具的用戶對該記錄器的程序升級，降低了該記錄器的使用維護成本。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型提供的J1939總線數(shù)據(jù)記錄器硬件結構圖。
[0021]圖2為本實用新型提供的J1939總線數(shù)據(jù)記錄器內(nèi)部結構示意圖。
[0022]圖3為本實用新型提供具有兩路CAN通道的CAN接口電路圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本實用新型作更進一步的說明。
[0024]如圖1所示，本實用新型提供的一種基于OBD-1I接口的J1939總線數(shù)據(jù)記錄器，其硬件組成包括主控制器MCU、TF卡(Trans-flash Card，快閃存儲器卡)接口電路、CAN接口電路、RTC (實時時鐘)模塊、看門狗電路和電源，各部分詳細介紹如下:
[0025](I)主控制器MCU
[0026]本實用新型主控制器MCU采用基于Cortex-M3(即ARM_v7)內(nèi)核的STM32F103RET6(以下簡稱STM32)作為主控芯片，負責記錄器所有的功能實現(xiàn)。該ARM芯片最高主頻高達72MHz、內(nèi)嵌了 512K Flash,64K RAM和大量常用的外設。STM32芯片采用了目前最新版的uCos-1ii操作系統(tǒng)(OS)，該開源操作系統(tǒng)重新優(yōu)化了任務調(diào)度機制，支持不限個數(shù)的任務數(shù)，可使用相同優(yōu)先級的任務，結合定時器可實現(xiàn)針對任務的時間片管理。這些先進的功能使得uCos-1ii相較于之前的版本，更加接近較高性能嵌入式操作系統(tǒng)的要求。在本實用新型中就結合了內(nèi)存管理和消息隊列構成非溢出式環(huán)形FIFO緩沖區(qū)，可靠地實現(xiàn)了大數(shù)據(jù)量的J1939幀傳輸，使得本記錄器的最大數(shù)據(jù)吞吐量高達1500幀/秒，大大高于總線上實際的幀數(shù)量需求。
[0027](2) TF卡接口電路
[0028]STM32芯片集成了一個SD1接口，該接口對于連接閃存存儲器非常有用，本實用新型采用該SD1接口作為TF卡接口電路，配合SD1驅(qū)動程序和開源的FatFs R0.09文件管理系統(tǒng)，非常方便地實現(xiàn)了 TF卡的讀寫等編輯功能。同時基于內(nèi)存管理和消息隊列構成的非溢出式環(huán)形FIFO緩沖區(qū)，可靠地實現(xiàn)了大數(shù)據(jù)量的J1939幀存儲，實際上該接口電路的理論存儲能力大大高于本實用新型的需要，由于數(shù)據(jù)的存儲過程采用了異或校驗，因此數(shù)據(jù)的存儲具有很高的可靠性。上電后本記錄器會檢測TF卡是否存在，如果存在則對其初始化一個工作區(qū)，然后準備讀取配置文件和數(shù)據(jù)記錄。數(shù)據(jù)記錄時每次寫入512個字節(jié)(扇區(qū)最小單位)，每寫入IK字節(jié)紅燈閃爍一次，用以提醒司機目前記錄器在正常存儲數(shù)據(jù)。
[0029](3) CAN 接口電路
[0030]由于本實用新型采用的STM32芯片僅集成了一路CAN通道，而實際卻需要兩路，考慮到可靠性和可用空間，本新型放棄了業(yè)界廣泛使用的繼電器進行多路選通的方案，改用MS0P-10封裝的SGM3005模擬開關來實現(xiàn)一對二的CAN通道擴展，擴展出來的兩路CAN通道分別為J1939數(shù)據(jù)總線和基于UDS協(xié)議的車輛的診斷CAN總線。該模擬開關的導通電阻低至0.5Ω，而允許流過的持續(xù)電流高達300mA，經(jīng)實測使用模塊開關的方案成本更省，選通更快，所需空間大大減小。兩路CAN通道的CAN接口電路如圖3所示，其中CAN收發(fā)器采用了業(yè)界常用的NXP公司的TJA1050芯片，并配有完備的ESD防護和共模電感，具備了較高的可靠性，并預留了 120Ω的終端電阻，用戶可以按需進行配置。
[0031](4) RTC 模塊
[0032]本實用新型采用STM32芯片內(nèi)嵌的RTC模塊，僅僅需要在芯片外添加晶振和紐扣電池就能實現(xiàn)穩(wěn)定的實時時鐘功能，紐扣電池同時給STM32芯片內(nèi)部受保護的RAM來供電，只要紐扣電池有電則RAM中的數(shù)據(jù)在掉電后都能保持，記錄器的關鍵參數(shù)都放置在這個受保護的RAM中。值得說明的是RTC時間可以實現(xiàn)在車上的自動校準，由于現(xiàn)在的車上必須裝有帶北斗模塊的行駛記錄儀，記錄儀I秒為周期向CAN總線上廣播TD (日期時間)報文，本記錄器得到該報文后會與自身的系統(tǒng)時間相比較，當偏差值超過5秒的時候會用TD報文上的時間來修正自身的時間，因此實際使用時用戶是不需要擔心記錄器出廠后的系統(tǒng)時間不準確的。本實用新型利用MCU內(nèi)嵌的時鐘日歷(RTC)模塊來創(chuàng)建系統(tǒng)時間，該時間將作為數(shù)據(jù)文件名稱的一部分，文件名主要包含文件創(chuàng)建時間、車輛信息和司機信息等內(nèi)容；
[0033](5)電源
[0034]記錄器的電源部分同樣考慮到了項目的需要而進行了優(yōu)化，記錄器實際需要三種電源:3.3V電源給ARM芯片、TF卡和RTC模塊等電路供電，5V電源給CAN收發(fā)器TJA1050供電，紐扣電池給RTC模塊供電。本實用新型考慮到商用汽車24V以上的供電環(huán)境，決定采用基于LM2594-5V的開關電源芯片構成一級電源，來給CAN收發(fā)器提供5V電源；并采用S0T-23封裝的XC6206線性電源芯片作為二級電源，產(chǎn)生3.3V作為ARM芯片、TF卡和RTC模塊等的電源。其中RTC模塊實際上是需要兩路電源:一路是3.3V電源，另一路是紐扣電池供電，但這兩者并不同時供電，之間采用肖特基二極管進行隔離，當有3.3V電源時(即記錄器上電)紐扣電池不供電，否則用紐扣電池來供電，這樣就可以確保RTC模塊的不斷電工作，保證記錄器時時都有準確的系統(tǒng)時間。本實用新型一級電源和二級電源優(yōu)選采用LDO電源。
[0035](6)看門狗電路
[0036]看門狗電路作為芯片器件常用外設，在此不再贅述。
[0037]記錄器的使用特性決定必須采用小巧的結構尺寸，且便于攜帶，本實用新型提供的記錄器采用直插式記錄器外殼，其外觀尺寸約為48*25*31 (mm);由于記錄器內(nèi)部的可用空間非常狹小，因此本實用新型對于器件的布置有獨到之處，主要的特點是采用兩塊電路板的堆疊結構，所有的電子元件僅布置于上層電路板，下層電路板不布置元件，僅在背面設有OBD-1I診斷口插頭，用于上層電路板CAN通道和OBD-1I診斷口的過渡連接，而兩層電路板之間采用2.0mm的雙塑雙排插針來進行連接，使得整體結構具有足夠的剛性和韌性，這樣才能適應商用汽車顛簸的工況，這樣做還有一個好處是當需要更換診斷口的引腳定義時，僅需要修改下層的電路板，上層的電路板則可以保持不變。具體的記錄器內(nèi)部硬件如圖2所示。
[0038]上層電路板的元件布置充分考慮到了司機使用的便利和可靠性，高集成度的芯片布置在上層電路板的背面，比如STM32芯片和電源系統(tǒng)，免受司機不當操作時的傷害；TF卡卡座放置在上層電路板的正面，方便司機隨時插入和取出TF卡；兩個受控于STM32芯片的LED指示燈縱向布置在記錄器的右側，方便司機觀察。
[0039]由于記錄器的結構很緊湊因此生產(chǎn)時需要按照一定的工藝流程，步驟如下:
[0040](I)使用回流焊工藝焊接上層電路板，并焊接紐扣電池，最后使用熱熔膠來固定紐扣電池、鋁電解電容和功率電感等大體積器件，確保其可靠地工作。完成焊接工作后使用串口燒錄工具，給ARM芯片燒錄基于TF卡的Bootloader。
[0041](2)使用波峰焊工藝焊接上下兩層電路板之間的雙塑雙排插針，焊接完成后兩層電路板就可以被穩(wěn)固地連接在一起了。這種懸臂梁結構可以具有足夠的剛性和韌性，可以抵御車上的震動沖擊。
[0042](3)最后將焊接好的兩層電路板放置到OBD-1I診斷口插頭上，焊接好電路板和OBD-1I診斷口插頭的連接點。
[0043]以上工作完成后，將配置文件和可執(zhí)行文件(.bin)拷到TF卡中，然后插入到記錄器的TF卡卡座里，記錄器就能夠自動完成升級，并且按照配置文件里的配置參數(shù)自動投入工作進行數(shù)據(jù)的記錄。需要注意的是記錄器出廠前應該刷寫好基于TF卡的Bootloader，這樣才能在用戶拿到手之后實現(xiàn)基于TF卡的應用程序升級。
[0044]本實用新型記錄器往往是交給車輛的司機來操作的，最終將采集到的數(shù)據(jù)交給車隊的分析人員進行分析。因此記錄器的設計思想就是對于司機的操作越簡單、直觀越好，確保該記錄器在使用的過程中不需要司機的干預，也不會影響車輛的正常行駛。簡單地說司機只要將配置好的記錄器插到車輛的OBD-1I診斷口上，記錄器就能夠自動地記錄J1939總線上的全部數(shù)據(jù)，直到司機將其拔下，記錄的過程司機可以通過記錄器的LED指示燈直觀地看到。
[0045]司機在使用記錄器之前，首先需要配置記錄器的工作方式，這是通過修改TF卡配置文件《CANLogTool_config.cfg))來實現(xiàn)的。用戶拿到該記錄器之后，應該先將上述的配置文件拷貝到電腦或智能手機，在其中修改車輛的信息(如車牌號、司機姓名等)、單個文件的最大限制和J1939過濾報文ID等，修改完成后將文件拷回TF卡并裝入記錄器，則記錄器下次上電后會自動讀取新的配置參數(shù)值并按照新的參數(shù)值來進行記錄工作。假如該配置文件丟失或者沒有正確配置，則記錄器會按照默認的優(yōu)化后的參數(shù)進行工作。配置完成后，只要司機將記錄器插到診斷口上，記錄器就自動開始記錄J1939數(shù)據(jù)，真正做到“即插即用”。當司機重新插拔記錄器或者記錄的數(shù)據(jù)文件大小超出配置參數(shù)中的限值，記錄器都會生成新的記錄文件，記錄器上有紅、藍兩個LED指示燈，藍燈頻閃代表記錄器的正常工作，紅燈閃爍代表數(shù)據(jù)正在被記錄，如果沒有數(shù)據(jù)被記錄(如鑰匙開關關閉)則紅燈熄滅，僅藍燈繼續(xù)頻閃。
[0046]本實用新型可以廣泛用于針對商用客車和貨車的J1939總線數(shù)據(jù)記錄，以供對車輛總線數(shù)據(jù)進行離線分析。在很多情況下，比如車輛燃油經(jīng)濟性和動力性分析，都需要J1939總線上的數(shù)據(jù)來支撐，因此對于總線數(shù)據(jù)能否進行準確地記錄事關分析的成敗。本實用新型的特征在于其構造精巧、便攜和易于使用，主要由外殼、TF卡電路、J1939接口電路和MCU等部分組成，用戶只需將其插到車輛的OBD-1I診斷口上，該記錄器就能夠自動地把J1939總線上的數(shù)據(jù)按照特定的格式生成文件并存儲進TF卡中。而存儲后的文件格式、最大單個文件的大小和文件名內(nèi)容等信息，用戶均可以通過修改TF卡中的配置文件來進行自定義，這就使得該記錄器的使用十分便捷，真正做到即插即記錄，且記錄的數(shù)據(jù)文件可以使用特定的軟件打開，來進行數(shù)據(jù)分析。
[0047]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于OBD-1I接口的J1939總線數(shù)據(jù)記錄器，其特征在于:包括主控制器MCU，所述主控制器MCU通過兩個CAN接口電路分別讀取J1939總線數(shù)據(jù)和基于UDS協(xié)議的車輛診斷CAN總線數(shù)據(jù)，所述主控制器MCU通過TF卡接口電路對TF卡進行讀寫。2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于OBD-1I接口的J1939總線數(shù)據(jù)記錄器，其特征在于:所述主控制器MCU為STM32芯片，并采用uCos-1ii操作系統(tǒng)。3.根據(jù)權利要求2所述的一種基于OBD-1I接口的J1939總線數(shù)據(jù)記錄器，其特征在于:所述TF卡接口電路采用STM32芯片集成的SD1接口 ；所述STM32芯片集成的CAN通道通過SGM3005模擬開關實現(xiàn)一對二的CAN通道擴展，然后分別通過CAN接口電路讀取J1939總線數(shù)據(jù)和基于UDS協(xié)議的車輛診斷CAN總線數(shù)據(jù)；所述主控制器MCU由RTC模塊提供時鐘信號，所述RTC模塊由STM32芯片內(nèi)嵌的時鐘模塊與外接晶振和紐扣電池實現(xiàn)。4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于OBD-1I接口的J1939總線數(shù)據(jù)記錄器，其特征在于:該記錄器還包括電源，所述電源由LM2594-5V開關電源芯片構成一級電源，向CAN接口電路提供5V電源，并由S0T-23封裝的XC6206線性電源芯片作為二級電源，向STM32芯片、TF卡接口電路和RTC模塊提供3.3V電源。5.根據(jù)權利要求4所述的一種基于OBD-1I接口的J1939總線數(shù)據(jù)記錄器，其特征在于:所述XC6206線性電源芯片向RTC模塊提供的3.3V電源與紐扣電池之間采用肖特基二極管進行隔離，當記錄器上電時紐扣電池不供電，否則紐扣電池供電。6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于OBD-1I接口的J1939總線數(shù)據(jù)記錄器，其特征在于:該記錄器采用直插式記錄器外殼，其外觀尺寸為48mm*25mm*31mm。
【文檔編號】G07C5-00GK204270370SQ201420619296
【發(fā)明者】營健, 張靜, 郭鵬, 王殿輝 [申請人]中國重汽集團濟南動力有限公司