Diseño y realización de un sistema On Board Diagnostics (OBD-II)

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    23-Feb-2016

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Diseo y realizacin de un sistema On Board Diagnostics (OBD-II) . ALUMNO: Oscar Rayo Mansilla ESPECIALIDAD: Electrnica DIRECTOR: Jordi Sellars Gonzlez DEPARTAMENTO: Fsica y Ingeniera Nuclear. 1. INTRODUCCIN Motivacin del proyecto Antecedentes Objetivos Descripcin general - PowerPoint PPT Presentation

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<p>Diseo y realizacin de un sistema On Board Diagnostics (OBD-II) </p> <p>Diseo y realizacin de un sistema On Board Diagnostics (OBD-II) ALUMNO: Oscar Rayo MansillaESPECIALIDAD: ElectrnicaDIRECTOR: Jordi Sellars GonzlezDEPARTAMENTO: Fsica y Ingeniera Nuclear1NDICE1. INTRODUCCINMotivacin del proyectoAntecedentesObjetivosDescripcin general</p> <p>2. DISEOSDiseo del modem interfaceConstruccin del programador JDM2Mejoras del modem interfaceProgramas de pruebaDiseo del software de control</p> <p>3. RESULTADOSDescripcin del funcionamientoPosibles aplicaciones</p> <p>4. PRESUPUESTO </p> <p>5. CONCLUSIONES Y MEJORASPlan de trabajoObjetivos logradosConclusiones finalesMejoras futuras del sistema</p> <p>La presentacin constar de una introduccin, de la explicacin de los diseos realizados, los resultados obtenidos junto con el presupuesto del proyecto, y por supuesto de las conclusiones y mejoras que podran aplicarse en un futuro.2MOTIVACIN DEL PROYECTO</p> <p>Diagnstico tcnico de las averas de un vehculo a travs de su computadora.</p> <p>Disponibilidad de una solucin de bajo coste.</p> <p>Evitar la dependencia de los servicios oficiales del mantenimiento del automvil.</p> <p>DISEO Y REALIZACIN DE UN SISTEMA ON BOARD DIAGNOSTIC (OBD-II)INTRODUCCINComo todos sabemos hoy en da los vehculos comercializados actualmente incorporan gran cantidad de sistemas electrnicos capaces de gestionar todos los procesos que se dan en el funcionamiento normal de un automvil, pero la mayora de usuarios desconocen como funciona y cuales son sus capacidades. </p> <p>Este sistema esta compuesto principalmente de una computador que procesa todos los datos que va obteniendo de los sensores localizados en diferentes puntos del vehculo, para asegurar su correcto funcionamiento.</p> <p>Este es una caracterstica que en los concesionarios no nos informan de ella, ya que en ningn momento nos explican que nuestro coche incorpora una computadora, pero ellos si la utilizan para diagnosticar inmediatamente cualquier avera, mediante herramientas que no estn, en principio, a nuestro alcance.</p> <p>Por tanto la motivacin del proyecto se origina en posibilidad de disponer de una herramienta de bajo coste que interacte con este sistema, la computadora o centralita electrnica, evitando as la dependencia de los servicios oficiales.</p> <p>3ANTECEDENTES</p> <p>OBD II Equipamiento autodiagnosticable de abordoOBD-II (Estados Unidos), EOBD (Europa), y JOBD (Japn)Sus caractersticas pueden monitorear prcticamente todos los componentes que pueden afectar las emisiones contaminantesInformaciones importantes sobre posibles fallas detectadas</p> <p>EE.UU. 1996 (OBD-II)Europa 2001 (EOBD)</p> <p>DISEO Y REALIZACIN DE UN SISTEMA ON BOARD DIAGNOSTIC (OBD-II)INTRODUCCINEl sistema antes mencionado y del que disponen los vehculos se llama OBD II que es la abreviatura de On Board Diagnostics (Diagnstico de Abordo) II, la segunda generacin de los requerimientos de autodiagnostico de abordo y que inicialmente fue implantado en los Estados Unidos de Amrica.Actualmente se emplea OBD-II (Estados Unidos), EOBD (Europa), y JOBD (Japn) estndar que aportan un control casi completo del motor y otros dispositivos del vehculo.Las caractersticas del OBD-II estn incorporadas en el hardware y el software de la centralita electrnica de los vehculos para monitorear prcticamente todos los componentes que pueden afectar las emisiones y guarda informaciones importantes sobre posibles fallas detectadas para que un operario pueda encontrar y resolver el problema. En los Estados Unidos de Amrica, todos los vehculos de pasajeros y los camiones de gasolina y combustibles alternos a partir de 1996 deben contar con sistemas de OBD II, en Europa a partir del ao 2001 se obliga implantar el estndar EOBD.</p> <p>4INTRODUCCINDISEO Y REALIZACIN DE UN SISTEMA ON BOARD DIAGNOSTIC (OBD-II)ANTECEDENTESHerramientas y software disponible en el mercado basados en el micro ELM327</p> <p>Interface con microELM327 Interfacecon Bluetoothbasadaen elELM327Software de control ScanTool.netActualmente ya existen herramientas y software disponibles para poder llevar a cabo la inspeccin de un vehculo dotado de OBD-II.Estos programas estn diseados para trabajar junto con el microcontrolador ELM327, es decir, necesitan de este elemento intermedio entre el PC y el vehculo. Existen muchos modelos de interface disponibles en el mercado, pero todas se basan en este microcontrolador, distribuido por ELM Electronics. </p> <p>5INTRODUCCINDISEO Y REALIZACIN DE UN SISTEMA ON BOARD DIAGNOSTIC (OBD-II)OBJETIVOS</p> <p>Conseguir una comunicacin estable con cualquier centralita electrnica (ECU) de cualquier vehculo equipado con OBD-II.</p> <p>Conseguir desarrollar una aplicacin portable a cualquier sistema operativo y plataforma utilizando lenguaje JAVA y la estructura de programacin por capas. </p> <p>Realizar mejoras en el hardware ya existente en el mercado a partir del cual se construir nuestra interface.</p> <p>Demostrar que con la informacin disponible en la red, es posible acceder a los sistemas de control que implementan los fabricantes de automviles en sus vehculos.</p> <p>INTRODUCCINDISEO Y REALIZACIN DE UN SISTEMA ON BOARD DIAGNOSTIC (OBD-II)DESCRIPCIN GENERAL DEL HARDWARE</p> <p>Modem interface, interprete entre la ECU y el puerto USB.Protocolos OBD-II:SAEJ1850PWMISO 9141/14230SAEJ1850VPWISO15765 (CAN)CABLEADO:Cable USB tipo A-B Cable conector J1962 especfico OBD-II.</p> <p>OBD-II 16 PIN(Macho)DB9 PIN(Hembra)(J2850 BUS+)27(Masa chasis)41+2(Masa seal) 51+2(CAN H) 63(ISO 9141-2 K Line) 74(J2850 BUS- ) 106(CAN L) 145(Linea L ISO 9141-2) 158(Voltaje batera) 169Existen dos partes importantes a diferenciar en el desarrollo de este proyecto:La parte que engloba el hardware necesario formada por un modem interface que hace de intrprete entre la centralita electrnica del automvil (ECU), y el puerto serie o USB de un ordenador personal.</p> <p>Esta interface contiene como elemento principal un microcontrolador (PIC18F2550) que es el encargado de gestionar la comunicacin entre los dos perifricos en cuestin (PC y ECU).</p> <p>Implementa 4 posibles protocolos de comunicacin utilizados por el OBD-II: SAEJ1850PWM, ISO 9141/14230, SAEJ1850VPW e ISO15765 (CAN).</p> <p>Dispone del cableado necesario para realizar la conexin al puerto USB del PC y al conector J1962 especfico para OBD-II. Al inicio del proyecto se construy un cable OBD-II de forma provisional para hacer pruebas, debido a que es difcil encontrarlos en los comercios.</p> <p>7INTRODUCCINDISEO Y REALIZACIN DE UN SISTEMA ON BOARD DIAGNOSTIC (OBD-II)DESCRIPCIN GENERAL DEL SOFTWARE</p> <p>Gestin del modem interface atreves del puerto serie o USB. </p> <p>Configuracin del puertoLecturas de cdigos de errorSeleccin de protocolos de comunicacinLecturas a tiempo real de los sensores del motorExploracin del trfico de datosEsta es la parte que engloba el software, y hace referencia a la aplicacin realizada mediante JAVA, que funcionar en el PC y que gestionar el modem interface a partir de los datos que se vallan recibiendo y enviando a treves del puerto serie o USB. Permite configurar los parmetros del puerto serie segn convenga.</p> <p>Realiza lecturas de cdigos de error que pueda tener almacenados la centralita electrnica del automvil. </p> <p>Permite seleccionar los protocolos de comunicacin que sean necesarios segn el vehculo.</p> <p>Realiza lecturas a tiempo real de los datos que aportan los diferentes sensores del motor del vehculo, rpm, velocidad, carga del motor, etc.</p> <p>Dispone de una consola de texto que monitorea el puerto serie refrescando su contenido segn el estado del trfico de datos entre el PC y el modem interface.</p> <p>8DISEOSDISEO Y REALIZACIN DE UN SISTEMA ON BOARD DIAGNOSTIC (OBD-II)DISEO DEL MODEM INTERFACE</p> <p>Utilizacin de un diseo disponible en la red para realizar mejorasInterface basada en el microcontrolador PIC18F2550 Compatibilidad con el micro ELM327La interface realizada se basa en el microcontrolador PIC18F2550 el cual contiene un firmware compatible con el micro antes mencionado, el ELM327. Este esquema elctrico se obtuvo de la red para posteriormente realizar las mejoras que se crey oportunas.</p> <p>El par de Mosfets (Q2 P-channel y Q1 N-channel) controlan el bus J1850PWM junto un comparador interno del PIC18F2550 y las resistencias R4 y R5 que crean la seal diferencial de la entrada del PWM. J1850 VPW est controlado por MC33390 .El integrado MC33290 maneja el protocolo ISO9141/14230 junto con Q3.Los integrados MCP2515 y MCP2551 controlan el protocolo CAN BUS</p> <p>9DISEOSDISEO Y REALIZACIN DE UN SISTEMA ON BOARD DIAGNOSTIC (OBD-II)Para realizar la placa de circuito impreso se utiliz el siguiente layout:</p> <p>Pistas de la cara inferior del circuitoPistas de la cara superior del circuitoDistribucin de componentes de la cara inferior del circuitoDistribucin de componentes de la cara superior del circuitoDISEOSDISEO Y REALIZACIN DE UN SISTEMA ON BOARD DIAGNOSTIC (OBD-II)CONSTRUCCIN DEL PROGRAMADOR JDM2</p> <p>Cumple con el estndar ICSP de MicrochipMontaje en placa de baquelita para prototiposConstruccin rpida y con pocos componentes Es necesario disponer de un programador para realizar el grabado del firmware en el microcontrolador (PIC18F2550). Este programador debe cumplir con el estndar ICSP que es el que ofrece la empresa Microchip para poder introducir los firmwares en los microcontroladores que ellos fabrican.</p> <p>El circuito se mont en una placa de baquelita especfica para realizar prototipos siguiendo el esquema elctrico que se observa en la imagen.</p> <p>Podemos ver como el cableado procedente del programador est etiquetado con el nombre de los pines a los cuales debe ser conectado. Por otro lado vemos como el cable procedente del puerto RS-232 del PC, est conectado en su respectivo conector DB9.</p> <p>Este es el pineado que utiliza el programador y por tanto el estndar ICSP, en la gama del PIC18F2XXX.</p> <p>11DISEOSDISEO Y REALIZACIN DE UN SISTEMA ON BOARD DIAGNOSTIC (OBD-II)Funcionamiento correcto en varios vehculos y diferentes protocolos </p> <p>Pin 2 conector OBD-II(BUS+)Pin 10 conector OBD-II(Bus-) MEJORAS DEL MODEM INTERFACEProblemas de comunicacin en el protocolo SAEJ1850PWM a travs de una ECU de diseo obsoletoDuracin del periodo de un bit 24s Un bit=1 Activo durante 8s Un bit=0 Activo durante 16s BUS+ activo 5v. BUS- activo 0v. Una vez montado y probado se obtuvieron problemas de comunicacin en el protocolo SAEJ1850PWM , por lo que se procedi a obtener una captura de la trama binaria mediante un osciloscopio digital obtenida a partir del BUS de dicho protocolo:</p> <p>Primera grafica: Resultado de la trama enviada a travs del pin 2 (BUS+) del conector OBD-II</p> <p>Segunda grafica: Resultado de la trama enviada a travs del pin 10 (BUS-) del conector OBD-II</p> <p>Este protocolo dispone de dos lneas de comunicacin, el BUS+ y BUS-, y se caracteriza por utilizar la modulacin del ancho de pulso (PWM) como mecanismo de codificacin de bits. El periodo de cada bit tiene una duracin de 24 s y su estado se expresa de la siguiente forma:Un bit=1, se representa con un estado activo de 8us dentro de un periodo.Un bit=0, se representa con un estado activo de 16us dentro de un periodo.El BUS+ est activo cuando toma el valor de 5v. El BUS- est activo cuando toma el valor de 0v.</p> <p>12DISEOSDISEO Y REALIZACIN DE UN SISTEMA ON BOARD DIAGNOSTIC (OBD-II)Modificacin del circuito por obtener tensiones incorrectas en el BUS+</p> <p>Componentes que gestionan el protocolo SAEJ1850PWMQ1(Canal-N)Q2(Canal-P)Resultado de la modificacin del circuitoQ1(NPN)Q2(PNP)Debido a que el BUS+nunca lograba llegar a los +5V, solo hasta los 44 aproximadamente, se procedi a modificar la electrnica que gestiona el protocolo J1850PWM.</p> <p>Los encargados de ajustar las tensiones que adoptan el BUS+ y el BUS- son los Mosfets Q1 y Q2 (Q2 P-channel y Q1 N-channel) junto con las resistencias R7 y R6</p> <p>Partiendo de otro diseo disponible en la red que implementa el mismo protocolo, se cambiaron los Mosfets por transistores PNP y NPN(PNP-&gt;2N3906 y NPN-&gt;2N3904) y las resistencias R6 y R7 de 22k por resistencias de 2K7 . Adems se incorporaron resistencias de proteccin a las bases de los transistores de 1K</p> <p>13DISEOSDISEO Y REALIZACIN DE UN SISTEMA ON BOARD DIAGNOSTIC (OBD-II)Las especificaciones del protocolo indican que las tensiones del BUS estn dentro de los mrgenesPosibilidad de errores en las tramas enviadas</p> <p>61 F1 6A 41 0C 0B 88 5C 61 6A F1 01 00 0A Trama que el modem enva por defectoTrama con la que debera responder la ECUUnnable to connectRespuesta real del modem, al no responder la ECULa cabecera del trama (Header Field) especifica direcciones de memoriaSolucin mediante la modificacin de la cabeceraSegn las especificaciones del protocolo SAEJ1850PWM los niveles de tensin antes mencionados estaban, aun as, dentro de los mrgenes permitidos, por lo que se pens que posiblemente el problema tambin poda venir causado por errores en las tramas enviadas, </p> <p>La cabecera de la trama (Header Field), especifica las direcciones de memoria que identifican a los mdulos electrnicos de la ECU, por tanto se pens que posiblemente esta cabecera deba ser modificada por otra que indicase las direcciones correctas. El protocolo SAEJ1850PWM menciona a la cabecera 6A 61 F1, como generalmente las mas utilizada, pero tambin menciona otras posibilidades, como por ejemplo la cabecera E4 10 F1.</p> <p>14DISEOSDISEO Y REALIZACIN DE UN SISTEMA ON BOARD DIAGNOSTIC (OBD-II)Modificacin de la cabecera (Header Field) accediendo directamente al firmware del microcontrolador:103C70000350E66EE66A00010028BC6F000E0120CA:103C8000BD6FBCC0E6FFBDC0E6FF040E0024BE6FE2:103C9000000E0120BF6FBEC0E6FFBFC0E6FFDDEC37:103CA0001EF046E90028E96E000E0120EA6E610E59:103CB000EF6E020E0024E96E000E0120EA6E6A0E26:103CC000EF6E030E0024E96E000E0120EA6EF10E85:103CD000EF6E0001030EBC6F00EBE9FF01EBEAFFA2:103CE000BC51EF2642E9E7CFD9FF1200D9CFE6FF5A:103C70000350E66EE66A00010028BC6F000E0120CA:103C8000BD6FBCC0E6FFBDC0E6FF040E0024BE6FE2:103C9000000E0120BF6FBEC0E6FFBFC0E6FFDDEC37:103CA0001EF046E90028E96E000E0120EA6EE40EBA:103CB000EF6E020E0024E96E000E0120EA6E100E77:103CC000EF6E030E0024E96E000E0120EA6EF10E85:103CD000EF6E0001030EBC6F00EBE9FF01EBEAFFA2:103CE000BC51EF2642E9E7CFD9FF1200D9CFE6FF5ALocalizacin de la cabeceraModificacin de la cabecera y del checksum E4 10 F1 01 00 0A Respuesta de la ECU despus de la modificacin:C4 F1 10 7F 01 01 00 00 11 41 7F 01: modo de trabajo no compatiblePara poder modificar las cabeceras se tubo que acceder al firmware que contiene el microcontrolador ya que no es posible modificarlas con ninguna orden especfica. Utilizando el software (Hex Workshop Hex Editor), se intent averiguar donde se encontraban los bytes que definan las cabeceras en cuestin, y despus de una bsqueda muy extensa se encontraron y modificaron con los nuevos valores. A continuacin se pueden observar los fragmentos de cdigo donde se encontraban.</p> <p>Vemos que los bytes estn situados en diferentes lneas de cdigo hexadecimal...</p>

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