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2024年6月8日发(作者:)

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新能源汽车ECU与手机APP数据传输的实现方法* 

史添添 ,周琳凯 ,曾奕哲 ,张育华。,曾;口4- ,郭永伟’ 

(1.大连交通大学,大连116000;2.大连理工大学;3.镇江恒驰科技有限公司) 

摘要:本文通过移动手机APP与新能源汽车的ECU之间建立通信,以达到从手机中查看ECU采集到的汽车关键工况 

参数的目的。文中ECU的主控制芯片采用MC9S08DZ60,ECU通过串口WiFi模块并采用WiFi—Direct模式与手机建 

立通信,并设计实现了ECU向手机APP端的数据传输,极大地方便了用户通过手机实时监控自己的车辆。 

关键词:新能源汽车;ECU;APP;WiFi—Direct;MC9S08DZ60;数据传输 

中图分类号:TP216.1 文献标识码:A 

Data Transmission Implementation Method of New Energy 

Vehicles ECU with Mob_le Phone APP 

Shi Tiantian ,Zhou Linkai ,Zeng Yizhe ̄,Zhang Yuhua3,Zeng Jie ,Guo Yongwei 

(1.Dalian Jiaotong University,Dalian 116000,China;2.Dalian University of Technology;3.Hents Technologies Inc.) 

Abstract:By establishing a communication between the APP of mobile phone and ECU of new energy vehicles,the key working parame— 

ters of the new energy vehicles can be get,which are displayed on the phone.The main control chip of ECU uses the MC9S08DZ60 is 

used as the main control chip of ECU.Then the ECU can establish communication with the phone through the WiFi module using the 

WiFi—Direct mode.The data transmission from ECU to the end of the phone APP is realized.Therefore,the users can monitor their vehi— 

cles in real time by the mobile phone. 

Key words:new energy vehicles;ECU;APP;WiFi Direct;MC9S08DZ60;data transmission 

引 言 

在新能源汽车领域快速发展的同时,由于技术上的不 

成熟,其运行安全问题一直是大家关注的焦点。如果能够 

MCU、模拟/数字信号输入电路、控制输出电路、WiFi通 

信模块;移动终端通常就是一部驾驶人员持有的安卓智能 

手机,新能源车辆信息监控APP运行在普通安卓智能手 

机上,用于实时查看车辆的关键参数以及部件健康状况, 

尤其是动力电池装置的状态监控。整个系统的构架如 

图1所示。 

在新能源汽车运行过程中及时观测到车辆的关键部件数 

据及健康状况,就能避免部分车辆安全问题。为解决新能 

源汽车安全性能不稳定的问题,本文设计一套能够实时方 

便地监测车辆的关键数据及健康状况的监控系统是十分 

必要的。本文就是利用新能源汽车ECU的串口wi Fi模 

块,通过WiFi—Direct模式与手机客户端建立连接,并将 

通过串口得到的ECU数据传输给手机APP,使人们能够 

ECU通过车辆上的各种传感器获取所需数字/模拟 

信号,MCU根据采集到的车辆参数来决定对车辆的控制, 

同时这些参数也通过串口通信发送给ECU的WiFi模块, 

ECU的wiFi模块和手机通过WiFi—Direct模式建立连 

在手机上时时监测车辆的关键数据及健康状况,以便在出 

现异常状况时采取快速有效的措施。 

接后,ECU的WiFi模块会将这些参数通过TCP协议发 

送到手机端,APP收到数据后进行解析并将最终的数据 

1 系统总体结构及工作过程 

本系统由带有WiFi功能的ECU和带有车辆信息监 

控APP的移动终端两部分组成。其中ECU中主要包含 

*基金项目:2015年江苏省科技计划项目(项目编号:BE2015132);中国 

显示在APP中实现人对车辆信息的实时监测。在APP 

中,对关键参数会设定一个正常状况的范围值,一旦ECU 

发送来的数据超出正常范围值,APP就会弹出报警对话 

框提示车辆使用者及时排查车辆可能发生的问题,以确保 

新能源车辆安全可靠地运行。 

铁路总公司科技研究开发计划(2015J002一E)。 

76 Microcontrollers&Embedded Systems 2017年第7期 w .mesnet.com.cn 

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萎 囊誊 

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一豫i锄 

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最小系统如图2所示。其串口2 

(9S08DZ60的Tx2和Rx2端口)专 

门用于与WiFi模块的通信。PTB1 

和PTB2引脚用于控制WiFi模块的 

睡眠唤醒和工作使能。 

2.2 W 模块的接口电路 

通常具有串口功能的wi Fi模 

块,其内嵌TCP/IP协议。其硬件构 

成主要是由内嵌的微处理芯片和 

WiFi通信芯片构成,微处理器实现裸 

机驱动程序和TCP/IP协议,WiFi芯 

片则完成数据的无线收发。串口 

WiFi模块对外提供UART串口或 

SPI接口,因而可以通过串口或者 

SPI接口与ECU中的MCU通信,由 

此实现ECU与外部移动终端的无线 

图1 系统总体结构 

通信。 

WiFi模块选用的是国产的 

2 ECU通信硬件电路设计 

2.1 ECU主控制单元的基本电路 

作为ECU的控制核心,微控制器的选择要考虑到各 

个方面。首先微控制器内部的端口资源要能够满足新能 

源汽车控制基本功能的要求;其次,微控制器要拥有良好 

的电磁兼容特性及快速的运算处理能力。 

PLJWIA,它是一款高性价比的串口wiFi模块,也是一个 

完整且自成体系的WiFi网络解决方案,能够搭载软件应 

用。当PLJw1A在搭载应用并作为设备中唯一的应用处 

理器时,能够直接从外接闪存中启动。内置的高速缓冲存 

储器有利于提高系统性能,并减少内存需求。另外一种情 

况是,无线上网接人承担WiFi适配器的任务时,可以将其 

添加到任何基于微控制器的设计中,连接简单易行,只需通 

过SPI/UART接口或中央处理器AHB桥接口即可。 

PLJwlA内部嵌入了一个超低功率32位微型CPU, 

带有16位精简模式。支持多个模拟和数字接口。主串行 

根据对控制器的功能需求,选用飞思卡尔公司的 

MC9S08DZ60微控制芯片作为ECU的主控制单元 

(McU)。这款微控制器芯片通过汽车级认证,满足本系 

统中对硬件电路抗干扰性能的 

苛刻要求。MC9SO8DZ60为64 

引脚LQFP封装的芯片,该芯片 

Flash程序存储器有60 KB, 

RAM存储器有4 KB。内部有 

2 KB的EEPR0M存储器、24通 

道12位ADC转换器、两个 

PWM模块、两个模拟比较器、一 

个I C、一个SPI、两个UART、一 

个CAN通信模块和53个通用 

i/o。而且该芯片还有很多的I/O 

端口,可以满足对电压、电流等

丰富、稳定性好、运算效率高、价 

格便宜,所以是一款性价比很高 

的车用微控制器。 

J 

参数的采集。由于此芯片资源 。 

MC9SO8DZ60主控芯片的 

图2 MC9S08DZ60型号MCU的最小系统 

敬请登录网站在线投稿 2017年第7期 《平 机 嵌入式系镬I应用》 77 

;_ 

接口(SI)能在二、三、四线制总线配置下运行,被用来控制 

EEPROM或其他I C/SPI设备。多址I。C设备共享2线 

制总线,多址SPI设备共享时钟和数据信号,且根据芯片 

的选择,各自单独使用由软件控制的GPIO引脚。 

模块遵循TCP/IP、802.11 b/g/n/e/i WLAN MAC协议 

WiFi既有技术为基础,让WiFi装置在没有路由器、热点 

的情况下,仍能建立Peer to Peer的无线连接。能让设备 

之间互动,传输内容,速度最高为250 Mbps,最远距离约 

为300公尺。 

WiFi—Direct设备通过组建小组(以一对一或一对多 

的拓扑形式)来建立连接,图4为WiFi—Direct的拓扑结构 

和WiFi~Direct规格,不仅支持分散控制功能(DCF)下的基 

本服务单元(BSS)的操作,还遵循最新的P2P协议,支持 

P2P团体操作(P2P group operation)。WiFi—Direct模式在适 

图,小组的工作形式与基础设施BsS类似。由一部WiFi— 

Direct设备负责整个小组,包括控制哪部设备加入、小组何 

时启动和终止等。在本文中属于一对一的P2P连接模式, 

WiFi模块作为GroupOwner,而手机端作为GroupClient。 

当的指令下启动,就会自动完成搜索设备等P2P功能。本模 

块WiFi—Direct模式操作简便,符合本文中的设计要求。 

本设计中由于串口WiFi模块工作电源为3.3 V, 

而主控制芯片工作电源则为5 V,所以两者不能直接相 

连。为此,主控制器与WiFi模块之间电气连接必须通 

过中间的电平转换芯片方可。电平转换芯片选用 

74LVC4245A。主控制芯片的PTB1和PTB2引脚连 

接电平转换芯片的输入端A1和A2,输出端B1和B2 

连接WiFi模块的睡眠唤醒(WKUP)和使能端(WORK 

EN)引脚,由此通过主控制芯片可控制WiFi模块的 

接电平转换芯片的输入端A3和A4,输出端B3和B4连 

接WiFi模块的URX和UTX引脚,由此主控制芯片可以 

图4 WiFi—Direct的拓扑结构图 

启动和睡眠唤醒。主控制芯片的TXD2和RXD2引脚连 

3.2主控制器软件部分 

MCU是ECU中的核心部分,当MCU从传感器中获 

取到车辆相关数据后,通过WiFi模块开启WiFi—Direct 

通过串口与WiFi模块进行通信。WiFi模块与电平转换 

模式并主动搜索附近可配对设备(手机),搜索到设备后主 

动邀请该设备加入P2P连接小组,一旦连接建立ECU通 

过WiFi模块向手机端发送TCP数据,手机 

接收数据后对其解析最终显示给用户。当发 

送完一帧数据后会检测ECU与手机的P2P 

连接是否断开,如果连接断开则重新获取数 

芯片连接电路图如图3所示。 

VD 

VCA VCB 

C26 

T 

=-PTB1 A0 OE 工 MTCK MTDI 

・。

A1 B0 MTDO MIM5 

PTB2 

A2 

)aD2 

A3 

RXD2 

A4 

’0l 

・I 

DⅡL VCB 

l 1. 

B1 

Wakeup

B2 Work—cn 

...—— 

GPIO 2 WKUP 

据并开始扫描设备,如果连接没有断开则继 

续向手机发送新一帧数据。主控制器程序设 

计流程如图5所示。 

— GPIO 0 WORK EN 

URX RF ANT 

B3 

A5 B4 ------・--・一r--1—-—--・--—--一 UTX GND 

3.3手机监控APP 

本文中的手机APP软件系统开发选择开 

A6 

A7 

l 

B5 ——

B6 

-II-一 GND 

PL r1A 

VDD 

放的Android手机操作系统,手机软件系统选 

用c/s架构模式,然后按照MVC模式详细设 

’0I 

GND B7 

GND ----_JI- 

计各个功能模块。手机软件总体系统基于物 

联网技术,可对新能源汽车进行智能化管理, 

通过每辆新能源汽车的ECU并借助于其本 

GND —-__JI・ 

图3 WiFi模块与电平转换芯片连接电路图 

身嵌入的WiFi通信模块,将其采集到车辆各 

3软件设计 

3.1 W_Fi—Direct介绍 

WiFi Alliance于2010年1O月发布WiFi—Direct白 

种关键参数及工况信息,通过W 模块传输到使用者手机 

终端。手机软件前台能够将新能源汽车的关键参数及_[况 

信息显示处理,并在后台建立数据库,根据时间记录相关数 

据。用户可以查询在手机中保存的车辆历史数据。 

皮书,WiFi—Direct标准是指允许无线网络中的设备无需 

通过无线路由器即可相互连接。WiFi—Direct技术以 

WiFi模块与手机APP是通过WiFi—Direct模式建立 

通信,Android对WiFi Direct有很好的支持,并提供了相应 

78 Microcontrollers&Embedded Systems 2017年第7期 www

mesnet.com.cn 

的类和接口。本文中手机 

端作为P2P小组中的 

设备初始化 

N 

IP然后通过Socket使手机APP与ECU端建立TCP连接; 

④建立连接后ECU端通过WiFi模块向手机发送车 

GroupClient,当被搜索到后 

需要接收ECU端的连接邀 

请。手机端通过WiFi—Di— 

rect配对建立连接.并接收 

显示数据的流程图如图6 

采集到传感器 

辆相关数据,APP在Service组件每收到一帧数据后,通 

过Handler类来传递给显示界面并更新显示的数据。 

墼 

开启WiFi.Direct模式并 

搜索附近可匹配设备 

4系统测试 

图7所示为手机监控APt 的WiFi—Direct连接界面. 

所示。其流程如下: 

①App中的Activity组 

件通过调用WifiP2pManager 

当ECU端扫描到手机设备并发}fl连接邀请后,就会在本界 

\堡苎:/

●Y 

 

I 

面弹f“对话框,需要用户点击接收方可建立P2P连接。 

图8所示为手机监控APP的车辆数据显示界面,当 

手机端收到ECU发来的TCP车辆数据后,经过后台解析 

最终显示在界面上.每当ECU传来新一帧车辆数据,该界 

类的discoverPeers()方法开 

始扫描设备; 

②成功扫捕到可用设 

备后,App的广播组件 

Broadcast Receiver会收到 

N 

作为Go主动邀请 l 

其加入P2Pd"组 

面都会自动刷新车辆参数的值。 

对方接受邀请? 

--

--

rv-- 

建立P2PIN络 

向手机发送 

最新TCP数据 

P2P可连接设备列表已改 

变的通知,此时ECU主动 

一麟~~一~一一一

图7 模拟EGO与手机进行通信测试 图8 车辆数据显示界面 

发出P2P连接邀请,Broad— 

castReceiver又会收到P2P 

可连接设备的连接邀请的 

通知.收到此通知后会在 

Activity中弹m对话框让用 

户来选择是否接受连接邀 

图5 主控制器程序设计流程 

请,用户点击接受后,手机 

端将会作为GroupClient与ECU成功配对; 

圉 囤圉 

申匿审冒 

....... ... . — .............. 

结 语 

随着物联网技术的快速发展,物联网技术正渗透到各 

个领域,尤其是新能源汽车领域。本文利用wiFi—Direct 

技术实现新能源汽车ECU与手机APP的通信,使得人们 

使用智能手机就可以随时随地对新能源车辆关键参数进 

行时时地监控,及时发现并排查可能会发生的安全问题。 

冈此.该技术的研究对于推动新能源汽车发展具有实 

: 

i t ̄@NF N; 

际意义。_E 

参考文献 

[1]刘洪涛.邹南.ARM处理器开发详解[M].北京:电子]_:业 

出版社.2012:46—49. 

 i

:每收到新的 

U 

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201 6.18(2). 

[5]明日科技.Android从入门到精通[M].北京:北京清华大学 

图6手机端通过WiFi—Direct配对 

出版社,2012. 

史添添、周琳凯(在读硕士),主要研究方向为车辆信息及控制技术。 

建立连接并接收显示数据的流程 

③配对成功后.在App的Service组件中根据 

WifiP2plnfo类的group()wnerAddress方法获取到ECU端的 

(责任编辑:杨迪娜 收稿日期:2016—07—15) 

敬请登录网站在线投稿 

2017年第7期 《平哼机乌嵌入式彖髓I应冈》 79 


本文标签: 车辆连接设备手机数据