崑崑崑崑 山山山山 科科科科 技技技技 大大大大 學學學學

崑 崑

崑 崑 山 山 山 山 科 科 科 科 技 技 技 技 大 大 大 大 學 學 學 學

電子工程系四技部 電子工程系四技部 電子工程系四技部 電子工程系四技部

專 專 專

專 題 題 題 題 研 研 研 研 究 究 究 究 報 報 報 報 告 告 告 告

輔助行車安全系統 輔助行車安全系統 輔助行車安全系統 輔助行車安全系統

學生 學生 學生

學生： ： ： ： 彭國瑋 彭國瑋 彭國瑋 彭國瑋 洪連勝

洪連勝 洪連勝 洪連勝 指導教授

指導教授 指導教授

指導教授： ： ： ： 曾清標 曾清標 曾清標 曾清標 老師 老師 老師 老師

中華民國九十九 中華民國九十九 中華民國九十九

中華民國九十九年五月 年五月 年五月 年五月

電崑 電崑 電崑 電崑 子山 子山 子山 子山 系科 系科 系科 系科 四 四 四 四技技技 技 技大 技大 技大 技大 部學 部學 部學 部學

輔 輔 輔 輔 助 助 助 助 行 行 行 行 車 車 車 車 安 安 安 安 全 全 全 全 系 系 系 系 統 統 統 統 彭洪 彭洪 彭洪 彭洪 國連 國連 國連 國連 瑋勝 瑋勝 瑋勝 瑋勝 撰 撰 撰 撰 九九 九九 十十 十十 九九 九九 年年 年年 五五 五五 月月 月月

輔助行車安全系統

崑山科技大學 電子工程系

摘要 摘要 摘要 摘要

在美國加州1988年起所有車款已經備有OBD-I，然而在廢氣排放 的標準以及臭氧的空氣汙染減少仍然還有進步空間，在市場上排放量 超出標準值的車輛仍然存在著。因此排放廢氣管制的需求更為嚴。進 而使用OBD-II系統顯示出OBD-I無法偵測出的問題，不管事系統上或 硬體檢測上都有漏洞。從此市面上的OBD-II取代了OBD-I。 [2]

國 會 在 1970 年 透 過 空 氣 淨 化 法 並 且 建 立 環 境 保 護 行 政 機 構 (EPA)。開始維護車輛的合格排放廢氣標準，為了符合標準，製造商 使用了電子儀器控燃料和引擎點火裝置。在1988年，在汽車上已設置 了標準連接器插座和診斷測試系統。[2]

OBD 目前已占了大多數的汽車市場，在 1980 年代製造商已經使 用電子儀器控制車子引擎功能和檢測引擎問題。是為了要達到 EPA 的排放量標準。經過了這幾年 OBD 系統已經變得複雜，因此在 90 年代訂出一個 OBDII 並實施新的標準，幾乎完全預防引擎控制和底 盤、車的立即監控，以及汽車的診斷控制網路。[2]

關鍵字：車上診斷系統 ,CAN Bus

目錄 目錄 目錄 目錄

摘要 ...I 目錄 ...II 圖目錄 ... III 表目錄 ...V

第一章 導論...1

1.1 前言 ...1

1.2 研究動機與目的 ...2

第二章 系統原理...3

2.1 CAN Bus...3

2.1.1 CAN Bus 的起源與歷史 ...3

2.1.2 CAN Bus 規格與特點 ...4

2.2 車上診斷系統(OBD) ...9

2.2.1 OBD 歷史 ...9

2.2.2 OBD 簡介與規格 ...11

2.3 I2C...16

2.3.1 I2C 特性 ...16

第三章 系統設計...17

3.1 系統功能 ...17

3.2 系統架構設計 ...17

3.3 MCU...19

3.4 第三煞車燈設計 ...21

第四章 實作結果 ...23

4.1 第三煞車燈...23

4.2 LCD...25

4.3 超音波模組...27

第五章 討論與結論 ...30

參考文獻 ...31

附 錄 A OBD-II PID 碼...32

圖目錄 圖目錄 圖目錄 圖目錄

第二章 第二章 第二章 第二章

圖 2- 1 2.0A 版(2.0 版 Part A Basic CAN) ...4

圖 2- 2 2.0B 版(2.0 版 Part B Full CAN) ...4

圖 2- 3 On-Board Diagnostics(OBD)美國時間表 ...9

圖 2- 4 匯流排狀態 ...10

圖 2- 5 車上 OBD 實體 ...10

圖 2- 6 ISO9141-2 配置圖 ...14

圖 2- 7 START and STOP conditions ...16

第三章 第三章 第三章 第三章 圖 3- 1 系統架構圖 ...18

圖 3- 2 系統架構圖(車上) ...18

圖 3- 3 dsPIC18F458 腳位圖 ...19

圖 3- 4 軟體流程 ...20

圖 3- 5 8*8 矩陣型高亮度紅光 LED ...21

圖 3- 6 組合成 32*8 高亮度紅光 ...21

圖 3- 7 74LS154 IC 腳位圖...22

圖 3- 8 74LS154 真值表 ...22

第四章第四章 第四章第四章 圖 4- 1 第三煞車燈電路圖 ...23

圖 4- 2 第三煞車燈實際電路 ...24

圖 4- 3 第三煞車燈實際電路(成品包裝) ...24

圖 4- 4 時速顯示 1 ...24

圖 4- 5 時速顯示 2 ...25

圖 4- 6 煞車顯示 ...25

圖 4- 7 coolant_temp ...26

圖 4- 8 Fuel_press ...26

圖 4- 9 Intake_manlfold press ...26

圖 4- 10 Engine RPM ...26

圖 4- 11 Vehicie speed ...26

圖 4- 12 Timing_advance ...26

圖 4- 13 Intake_air_temp ...26

圖 4- 14 Air_Fuel Rario ...26

圖 4- 15 Throttle_position ...26

圖 4- 16 OBD confoems to ...26

圖 4- 17 LCD 資料顯示(成品包裝)...27

圖 4- 18 超音波實體圖 ...27

圖 4- 19 超音波訊號量測 1(有障礙物時)...28

圖 4- 20 超音波訊號量測 2(有障礙物時)...28

圖 4- 21 超音波訊號量測 3(無障礙物時)...29

圖 4- 22 超音波訊號量測 4(無障礙物時)...29

表目錄 表目錄 表目錄 表目錄

表 2- 1 CAN Versions ...4

表 2- 2 協定內容 ...5

表 2- 3 OSI 模型 ...5

表 2- 4 ISO/OSI 基本參照模型 ...6

表 2- 5 CAN Bus 傳輸速度與距離關係 ...7

表 2- 6 CAN 協定和標準規格 ... 8

第一章 第一章 第一章

第一章 導 導 導論 導 論 論 論

1.1 1.1 1.1

1.1 前言 前言 前言 前言

汽車科技的發展，不僅在技術複雜度的提升和功能的增進，汽 車科技發展目的也有很大變化，在 1980 年代汽車科技的發展主要 著重在提升汽車的性能和省油性，近年來汽車科技發展的趨勢，

則轉向對駕駛人安全的保護和提升駕駛人的操作駕駛能力，許多 最新的汽車科技，的確對增加行車駕駛人的安全駕駛能力的有所 幫助。

汽車科技的發展在現代生活中是不可或缺的，日常生活中各種 交通工具如自用小客車、貨車、公用巴士與鐵路及捷運的發展讓 國人在日常生活之中便利許多，以臺灣來說在2008年一月汽車數 量571萬餘輛，平均每4人擁有一輛車子，相對的在交通工具的發 展雖然迅速，但在許多新聞訊息中看到，許多的交通意外也因交 通工具的便利以及普遍化增加了，在交通意外上，96年總共發生 16萬多件事故，造成2573人死亡。[2]

對駕駛者來說，大部分的時間都在跟隨前方車輛前進，因此本 作品的目的在改進第三煞車燈，第三煞車燈的使用主要目的在減 少車後追撞事故的發生，美國從1985年便規定車輛必須加裝第三 煞車燈，加裝第三煞車燈能使後方駕駛人反應速度變快，可提早 煞車縮短煞車滑行距離。

本作品使用高亮度LED改裝煞車燈，亮度比一般傳統燈泡更 高，耗能上更加節省，在LED控制能有多種變化，使駕駛人在車輛 行進中能更加安全。並且使用CAN車載網路通訊架構傳輸，可以使 配線減到最少，減輕汽車負擔。

1.2 1.2

1.2 1.2 研究 研究 研究動機 研究 動機 動機與目的 動機 與目的 與目的 與目的

車輛安全控制系統一直是製車理念最重要的項目，也是發展 的重點之一。而在車輛安全控制系統上又區分為主動式安全控制 系統與被動式安全控制系統，兩者主要差別在於前者著重於防止 意外發生，後者則是著重於意外發生後進行車內人員的保護，其 兩者皆不外乎保障車輛內所有乘員的安全以及防止造成社會成本 的提高。

車輛於行駛當中，人員與環境的互動、環境與車輛的互動和 車輛與人員的互動顯得相當重要，為了防範事故於未然，駕駛人 員操控主動式安全控制系統的情形即是重要的一環。當駕駛人員 所要採取操控主動式安全控制系統時，其必須預知事故的發生方 能使安全控制系統發揮最大效用，於是現今車輛加裝了許多感知 器來彌補駕駛人感官上的缺陷、安裝許多系統控制電腦來輔助駕 駛人行車判斷上的不足、配置了許多作動器來修正駕駛人操控行 為上之偏差，達成防止意外的發生據以車輛安全控制系統之目的。

在現今車輛配備的車上診斷系統我們可以利用行車電腦與車 上診斷系統的連結相互提供的資訊，在透過車載通訊網路(CAN Bus) 的通訊介面來讀取車輛在道路行駛中的各項數據，在經過運算之 後能夠透過煞車燈來顯示時速，平常正常行駛時透過 LED 煞車燈 用點矩陣的方式顯示行車速度，當駕駛踩下煞車時，LED 煞車燈由 原本顯示行車速度瞬間轉換成顯示煞車燈訊號提醒後方來車。

駕駛者也可調整 LED 煞車燈的亮度，在平常時以一般亮度顯 示，在下大雨或起霧時能調高亮度提醒後方來車。另外在車輛加 裝超音波測距，在車與車之間距離過短的時候，提醒駕駛者保持 安全距離避免追撞的情況發生。

第二章 第二章 第二章

第二章 系統原理 系統原理 系統原理 系統原理 2.

2.

2.

2.1 11 1 CAN Bus CAN Bus CAN Bus CAN Bus

2. 2.

2. 2.1 11 1.1 CAN Bus .1 CAN Bus .1 CAN Bus .1 CAN Bus 的起源與歷史 的起源與歷史 的起源與歷史 的起源與歷史

在1980 年代初期，Bosch 公司的工程人員就在探討現有的串 列車用串列網路運用於轎車的可能性，由於當時還沒有一個網路 協議能夠完全滿足汽車工程的需求，所以在1983 年由Uwe Kiencke 工程師開始設計一個新的串列車用串列網路系統，而後被德國 Braunschweig - Wolfenbuttel 的 的 應 用 科 學 大 學 的 教 授 Wolfhard Lawrenz 命名為”Controller Area Network”，並於 1986年在SAE(美國汽車工程師協會)大會上，Bosch公司正式提出 CAN[3]，並於1991年提出2.0 版被提交做為國際標準。

CAN主要依據OSI模型制定第一層與第二層的網路協定，CAN在 ISO裡經過標準化定義有ISO 11519-2與ISO 11898兩種標準，ISO 11898與ISO 11519-2主要在物理層不同，資料連結層上是一樣的，

ISO 11519 是 125kbps 以 下 的 CAN 低 速 通 訊 標 準 ， ISO 11898 是 125kbps-1Mbps的CAN 高速通訊標準，SAE 1939被定義使用在巴士 以及卡車上使用，在車上診斷系統有關於CAN Bus部份定義在ISO 15765這份文件，資料傳輸部份定義在ISO 15765-4，ISO 15765-4 定義250Kbps與500Kbps兩種速率，並定義11 bit ID與29bit相關 資料。[3]

CAN 是一種多主動方式的串型通訊總線，基本設計規耀秋有高 的位速率，高抗電磁干擾性，玵且能夠檢測出產生的任何錯誤。

當信號傳輸距離到 10Km 時。CAN 仍可提供高達 50Kbit/s 的數據傳 輸速率。由於 CAN 總線具有很高的實際性能。因此 CAN 已經在汽 車工業、航空工業、工業控制安全防護等領域中得到廣泛應用。

[3]

2. 2.

2. 2.1 11 1.2 CAN Bus .2 CAN Bus .2 CAN Bus .2 CAN Bus規格與 規格與 規格與特點 規格與 特點 特點 特點

CAN 2.0 CAN 2.0 CAN 2.0

CAN 2.0 通訊標準 通訊標準 通訊標準： 通訊標準 ： ： ：

最早提出的CAN BUS是Bosch CAN 2.0 A標準，最新的CAN BUS 參考規範則是Bosch CAN 2.0 B標準。

CAN 2.0B主要規範的內容為實體層(Physical Layer)與資料 連結層(Data Link Layer)，在實際的CAN BUS通訊應用上，需要 加入其它根據CAN BUS通訊協定內容所規範的高層協定(Higher Layer Protocols, HLPs)，才能夠使不同廠家所生產的CAN BUS網 路節點間得以互相通信。[13]

NOMENCLATURE STANDARD MAX.SIGNALING RATE IDENTIFIER Low–Speed CAN ISO 11519 125 kbps 11-bit CAN 2.0A ISO 11898:1993 1 Mbps 11-bit CAN 2.0B ISO 11898:1995 1 Mbps 29-bit

表 2- 1 CAN Versions [6]

圖 2- 1 2.0A 版(2.0 版 Part A Basic CAN) [12]

圖 2- 2 2.0B 版(2.0 版 Part B Full CAN) [12]

CAN CAN

CAN CAN- -- -Bus Bus Bus 通訊網路標準 Bus 通訊網路標準 通訊網路標準 通訊網路標準

表 2- 2 協定內容 ^[12]

表 2- 3 OSI 模型 [12]

CAN 協議的基本概念

ISO/OSI 基本參照模型 各層定義的主要項目 7 7

7 7 層：應用層 由實際應用程式提供可利用的服務。

6 6 6

6 層：表示層 進行資料表現形式的轉換。如：文字設定、資料 壓縮、加密等的控制

5 5 5

5 層：會話層 為建立會話式的通信，控制資料正確地接收和發 送。

4 4 4

4 層：傳輸層 控制資料傳輸的順序、傳送錯誤的恢復等，保證 通信的品質。如：錯誤修正、再傳輸控制。

軟 體 控 制

3 3 3

3 層：網路層 進行資料傳送的路由選擇或中繼。如：單元間的 資料交換、位址管理。

2 2 2

2 層：資料連結層 將物理層收到的信號（位元序列）組成有意義的 資料，提供傳輸錯誤控制等資料傳輸控制流程。

如：訪問的方法、資料的形式。通信方式、連接 控制方式、同步方式、檢錯方式。應答方式、通 信方式、包（幀）的構成。位元的調製方式（包 括位元時序條件）。

硬 體 控

制 1 1 1 1 層：物理層 規定了通信時使用的電纜、連接器等的媒體、電 氣信號規格等， 以實現設備間的信號傳送。如：

信號電平、收發器、電纜、連接器等的形態。

表 2- 4 ISO/OSI 基本參照模型 [6]

CAN CAN

CAN CAN 車用串列網路具有以下的特點 車用串列網路具有以下的特點 車用串列網路具有以下的特點： 車用串列網路具有以下的特點 ： ： ：

(1) 結構簡單，只有二根線與外部連結，且內部含有錯誤偵測 和管理模組。

(2) CAN BUS 上的節點數主要取決於車用串列網路的驅動電 路，目前可達110 個。在標準模式中ID 有11 位，而擴展 模式中ID 有29 位。

(3) CAN 的節點在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功 能，可以使車用串列網路上其他節點的操作不受影響。

(4) CAN 為多主式工作，網路上任一節點分成不同的優先等 級，可滿足不同要求的傳輸，優先權最高的資料最快可在 134µs 內得到傳輸。

(5) CAN 採用非破壞車用串列網路仲裁技術，當CAN BUS 尚有 多個節點同時送出信息時，優先權較低的節點會先自動退 出發送，而由當時最高優先權的信息先行傳輸，如此一來 可以大幅節省處理碰撞的仲裁時間（尤其是網路負載很重 的環境下，也不會發生網路癱瘓的情形），而現在電腦常 使用的乙太網路就有可能發生此種情形。

(6) CAN 的直接通信距離最遠可以達到10Km(當速率在5Kbps 以下時)，而通信速度最快可以達到1Mbps(此時的兩點間 最遠的通信距離為40m)，在未來現行的RS485 有可能逐步 被CAN 取代。

(7) CAN 的通信介值可為雙絞線、銅軸電纜或光纖等，可供使 用者自由選擇。

傳輸速度(Kbit/s) 距離 (m)

62.5 1000

125 500

250 250

500 100

1000 30

表 2- 5 CAN Bus 傳輸速度與距離關係 [6]

CAN 協定經ISO 標準化後有ISO11898 標準和ISO11519-2 標 準兩種。ISO11898 和ISO11519-2 標準對於資料連結層的定義相 同，但物理層不同。其各規格如下表。

名稱 串列傳輸速率 規格 適用領域

SAE J1939-11 250k 雙線式、遮罩雙絞

線 卡車、大客車

SAE J1939-12 250k 雙線式、遮罩雙絞 線、12V 供電

農用機械

SAE J2284 500k 雙線式、雙絞線

（非遮罩）

汽車（高速：動 力、傳動系統）

SAE J24111 33.3k、83.3k 單線式 汽車（低速：車 身系統）

NMEA-2000 62.5k、125k、

250k、500k、1M

雙線式、遮罩雙絞 線供電

船舶

DeviceNet 125k、250k、500k 雙線式、遮罩雙絞 線24V 供電

工業設備

CANopen 10k、20k、50k、

125k、250k、

500k、800k、1M

雙線式、雙絞線可 選（遮罩、供電）

工業設備

SDS 125k、250k、

500k、1M

雙線式、遮罩雙絞 線可選（供電）

工業設備

表 2- 6 CAN 協定和標準規格 [6]

2. 2.

2. 2.2 22 2 車上診斷系統 車上診斷系統 車上診斷系統(OBD) 車上診斷系統 (OBD) (OBD) (OBD)

2.2 2.2 2.2

2.2.1 OBD .1 OBD .1 OBD .1 OBD 歷史 歷史 歷史 歷史

車上診斷系統(On Board Diagnostics, 簡稱 OBD)：指具有經 由車上電腦監控車輛空氣污染防制設備使用狀況及偵測故障之能 力，並可儲存故障碼及顯示故障指示信號功能之系統。

主要功能：

(1) 連續監測：監測迴路的連續性

(2) 故障碼儲存及讀取：OBD 必須將診斷故障碼、空氣污染防 制設備及相關元件之診斷就緒碼(readiness codes)、污 染控制系統的狀態碼等資料，記錄並儲存於 OBD 之電腦記 憶體中。該相關電腦碼必須可透過標準化的資料連接頭進 行讀取。

圖 2- 3 On-Board Diagnostics(OBD)美國時間表^[12]

START與

與 與 與STOP匯流排狀態 匯流排狀態 匯流排狀態 匯流排狀態: :: :

圖 2- 4 匯流排狀態[13]

圖 2- 5 車上 OBD 實體[13]

2.2 2.2

2.2 2.2.2 OBD .2 OBD .2 OBD .2 OBD 簡介與規格 簡介與規格 簡介與規格 簡介與規格 OBD OBD

OBD OBD 之標準化介面 之標準化介面 之標準化介面 之標準化介面， ， ，應符合下列規定 ， 應符合下列規定 應符合下列規定 應符合下列規定： ： ： ：

(1) OBD 的軟體通訊協定應符合 SAE J1850 規定，其他替代之 通訊協定規範為 ISO 9141-2、ISO 14230-4 及 ISO 15765-4。

(2) OBD 之基本診斷資料標準規範為 SAE J1979、ISO/DIS 15031-5。

(3) OBD 診斷故障碼標準規範為 SAE J2012、ISO/DIS 15031-6。

(4) OBD 診斷接頭標準規範為 SAE J1962、ISO/DIS 15031-3。

(5) OBD 所使用之縮寫、文字定義等標準規範為 SAE J1930、

ISO/TR 15031-2。

(6) OBD 資料讀取工具(Scan Tool)標準規範為 SAE J1978、

ISO/DIS 15031-4。

[3]

OBD-II Protocol 傳輸速率

傳輸速率 傳輸速率： 傳輸速率 ： ： ：

1. ISO 9141-2 (5 baud init 10.4 Kbaud) 2. ISO 14230-4 (5 baud init 10.4 Kbaud) 3. ISO 14230-4 (fast init 10.4 Kbaud) 4. SAE J1850 PWM (41.6 Kbaud) 5. SAE J1850 VPW (10.4 Kbaud)

6. ISO 15765-4 CAN Bus (11 bit ID, 500 Kbaud) 7. ISO 15765-4 CAN Bus (29 bit ID, 500 Kbaud) 8. ISO 15765-4 CAN Bus (11 bit ID, 250 Kbaud) 9. ISO 15765-4 CAN Bus (29 bit ID, 250 Kbaud)

[3]

OBD-II Diagnostic connector:

1. -

2. Bus positive Line of SAE-J1850

3. - Ford DCL(+) Argentina, Brasil (pre OBD-II) 1997-2000 4. Chassis ground

5. Signal ground

6. CAN high (ISO 15765-4 and SAE-J2234) 7. K line of ISO 9141-2 and ISO 14230-4 8. –

9. –

10. Bus negative Line of SAE-J1850

11. - Ford DCL(-) Argentina, Brasil (pre OBD-II) 1997-2000 12. –

13. –

14. CAN low (ISO 15765-4 and SAE-J2234) 15. L line of ISO 9141-2 and ISO 14230-4 16. Battery voltage

[3]

OBDII腳位介紹:

SEA J1850 PWM ：

： ： ：

SAE J1850 PWM (pulse-width modulation - 41.6 kbaud)福特公司標準

pin 2: Bus+

pin 10: Bus–

高電壓: +5+5+5 +5

V

訊息寬度只有 12BYTE(包括 CRCCRCCRC)CRC [3]

SAE J1850 VPW：

： ： ：

SAE J1850 VPW (variable pulse width - 10.4/41.6 kbaud)

pin 2: Bus+

Bus idles low

關鍵電壓: +3.5 V

訊息寬度只有12BYTE(包括CRC) [3]

ISO 9141-2：

： ： ：

這個協定有10.4K baud與RS232些許相似

pin 7: K-line

pin 15: L-line (optional)

UART 信號 (不是RS-232 電壓) K-line idles high

High voltage is Vbatt

訊息寬度只有 12BYTE(包誇 CRC) [3]

The ISO9141-2 標準

標準 標準： 標準 ： ： ：

它指定要求因為建立在 an on board ECU 和 suitable

diagnostic tester 之間訊息交換，用車子上的 ECU 做一個簡易的 測試、檢查、調整和診斷。[3]

ISO9141-2配置

配置 配置： 配置 ： ： ：

ISO-9141-2 configuration (bus system) [3]

圖 2- 6 ISO9141-2 配置圖

[3]

--ECU必須要有K-Line或K-Line和L-Line來做通訊溝通連結。

--K-Line和L-Line是收集單個或多個ECU所檢測的結果傳送到bus system。

--K-Line是負責提供一個連續信號透過ECU傳送給診斷檢測者。

--K-Line也會預設一個連續通訊。

ISO 14230 KWP2000 (Keyword Protocol 2000):

pin 7: K-line

pin 15: L-line (optional) 動作原理與ISO9141-2相同

資料傳輸範圍:1.2到10.4 kbaud [3]

ISO 15765 CAN:

CAN這個協定在美國是非常普及的，尤其是對於車場，應用於 OBDII。在2008年，在美國所有賣車的行業必須在車上裝上CAN。

pin 6: CAN High pin 14: CAN Low

Ground pins:

ISO 9141 和ISO 14230使用相同的輸出腳位，因此兩者都可以使 用此連結器。[3]

2.3 I2C I2C I2C I2C

2.3.1 I2C 2.3.1 I2C 2.3.1 I2C

2.3.1 I2C 特性特性特性特性

(1)只要求兩條匯流排線路一條串列資料線 SDA 一條串列時脈 線 SCL

(2)每個連接到匯流排的裝置都可以通過唯一的位址和一直存 在的簡單的主機從機關係軟體設定地址主機可以作為主 機發送器或主機接收器

(3)它是一個真正的多主機匯流排如果兩個或更多主機同時初 始化資料傳輸可以通過衝突檢測和仲裁防止資料被破壞

(4)串列的 8 位元雙向資料傳輸位元速率 標準模式下可達 100kbit/s 快速模式下可達 400kbit/s 高速模式下可達 3.4Mbit/s

(5)晶片上的濾波器可以濾去匯流排資料線上的突波保證資料 完整

(6)連接到相同匯流排的 IC 數量只受到最大電容 400pF 限制 (7)與 Bus 相連的每個元件都有一特定位址，使用軟體搜尋方

式 ，每 個元件 在整 個通 信過程 中都 是單 一 master 或 slave。[6]

圖 2- 7 START and STOP conditions [6]

第三章 第三章 第三章

第三章 系統 系統 系統設計 系統 設計 設計 設計

3.1 3.1 3.1

3.1 系統功能 系統功能 系統功能 系統功能

3.2 3.2 3.2

3.2 系統架構 系統架構 系統架構 系統架構設計 設計 設計 設計

車輛內建之車上診斷系統 ISO 15765-4 CAN Bus 2. MCU：

(1) 讀取資料(與車上診斷系統溝通) (2) 按鍵設定(選擇所要顯示數據) 3. . . LCD 顯示： .

(1) 多種資料顯示

(2) I2C Slave(接收 I2C Bus 資料) 4.第三煞車燈：

(1) 高亮度紅光 LED 顯示 (2) 時速顯示

(3) 模擬煞車全亮 5. 超音波：

(1) 隨時偵測車輛之間的距離 (2) 超過安全範圍提出警告

圖 3- 1 系統架構圖

圖 3- 2 系統架構圖(車上)

3.3 MCU 3.3 MCU 3.3 MCU 3.3 MCU

使用 dsPIC18F458 作為整套系統控制微處理器， dsPIC18F458 內建有 CAN Controller，內建之 CAN 模組可支援 CAN 2.0A 與 CAN 2.0B，並配合位準轉換的晶片 MCP2551 製作 CAN BUS 介面，

MCP2551 是一個可容錯的高速 CAN 控制器，能完全符合 ISO 11898 標準，並能滿足 12V 與 24V 系統，工作速度可到 1Mb/s，

如果未接電源並不會影響 CAN Bus 上的訊號，並會自動偵錯。

此 CAN BUS 介面主要是連接車上診斷系統，速度為 500kbps 與 250kbps，讀取車上診斷系統提供資訊，取得資料後在經過運算 方為正確資料，利用微處理器內建 I2C 介面將資料傳到 I2C Bus 上，I2C Bus 主要將資料提供給 LCD 與第三煞車燈的時速顯示。[8]

圖 3- 3 dsPIC18F458 腳位圖[8]

軟體設計(如下圖)：

1.當汽車發動時，電源跟著啟動並開啟 CAN 車載網路的起始化。

2.MCU 讀取 CAN 輸出資訊。

3.踩煞車時點矩陣 LED 為動態顯示。

4.開啟大燈顯示即時車速。

5.超音波偵測少於設定距離 LCD 與 LED 警告啟動。

圖 3- 4 軟體流程

3. 3.

3. 3.4 4 4 4 第三煞車燈設計 第三煞車燈設計 第三煞車燈設計 第三煞車燈設計

第三煞車燈主要利用 4 個 8X8 矩陣型高亮度紅光 LED，串成一 32X8 LED 顯示字幕，在顯示控制上使用 dsPIC18F458 作為主控，

在接收到 I2C Bus 上的時速資料後，能夠顯示當下的時速，以利 後方的駕駛者可以即時採煞車。

利用此高亮度紅光矩陣型 LED 製作汽車時速的顯示，另外當駕 駛人踩下煞車時能夠像一般的煞車燈一樣，全部亮起紅光，在控 制電路上利用 2 顆 74LS154 IC(3 對 8 解碼器)作 4 對 16 解碼器，

使用 8 個 I\O port 就可以控制 32 隻掃描線，在利用 8 隻 I\O port 作為資料線，總共使用 16 隻 I\O port 便能控制 32x8 矩陣型 LED。

圖 3- 5 8*8 矩陣型高亮度紅光 LED

圖 3- 7 74LS154 IC 腳位圖[11]

圖 3- 8 74LS154 真值表[11]

第四章 第四章 第四章

第四章 實作結果 實作結果 實作結果 實作結果

4.1 4.1 4.1

4.1 第三煞車燈 第三煞車燈 第三煞車燈 第三煞車燈

第三煞車燈主要功能在透過 I2C Bus 讀取汽車行駛當下的數 據，在經過運算之後能夠透過煞車燈來顯示當下行駛時速，平常 行駛時透過 LED 煞車燈用 LED 點矩陣的方式顯示行車速度，當駕 駛踩下煞車時，LED 煞車燈由原本顯示行車速度瞬間轉換跟ㄧ般煞 車燈一樣顯示煞車燈訊號提醒後方來車。

駕駛者也可調整 LED 煞車燈的亮度，在平常時以一般亮度顯 示，在下大雨或起霧時能調高亮度提醒後方來車。

1 電路功能電路功能電路功能電路功能：：： ：

(1) 汽車第三煞車燈功能 (2) 時速顯示

(3) 接收 I2C Bus 上資料 2

22

2 電路圖電路圖電路圖電路圖：：：：

圖 4- 1 第三煞車燈電路圖

3 3 3

3 實際 實際 實際 實際

： ： ： ：

圖 4- 2 第三煞車燈實際電路

圖 4- 3 第三煞車燈實際電路(成品包裝)

圖 4- 4 時速顯示 1

圖 4- 5 時速顯示 2

圖 4- 6 煞車顯示

4.2 4.2 4.2 4.2 LCD LCD LCD LCD

LCD 顯示資料：

1. coolant_temp 水溫

2. Fuel_press 油壓

3. Intake_manlfold press 進氣歧管壓力

4. Engine RPM RPM

5. Vehicie speed 時速 6. Timing_advance 點火角 7. Intake_air_temp 進氣溫度 8. Air_Fuel Rario 空燃比

9. Throttle_position 油門位置 10. OBD confoems to OBD 種類

LCD LCD

LCD LCD 實體顯示 實體顯示 實體顯示 實體顯示

圖 4- 7 coolant_temp 圖 4- 8 Fuel_press

圖 4- 9 Intake_manlfold press 圖 4- 10 Engine RPM

圖 4- 11 Vehicie speed 圖 4- 12 Timing_advance

圖 4- 13 Intake_air_temp 圖 4- 14 Air_Fuel Rario

圖 4- 15 Throttle_position 圖 4- 16 OBD confoems to

圖 4- 17 LCD 資料顯示(成品包裝)

4.3 4.3 4.3

4.3 超音波模組 超音波模組 超音波模組 超音波模組 實際電路

實際電路 實際電路 實際電路： ： ： ：

圖 4- 18 超音波實體圖

超音波訊號量測結果(如下圖)：

輸出端接上示波器，在有無障礙物阻擋時電壓準位為 3.4~3.6V，

有障礙物阻檔時為 0.5~0.8V。

圖 4- 19 超音波訊號量測 1(有障礙物時)

圖 4- 20 超音波訊號量測 2(有障礙物時)

圖 4- 21 超音波訊號量測 3(無障礙物時)

圖 4- 22 超音波訊號量測 4(無障礙物時)

第五章 第五章 第五章

第五章 討論與 討論與 討論與結論 討論與 結論 結論 結論

現代的汽車在控制系統上比起以前來說有更多的改變，

CAN Bus 在現代汽車上有越來越多的應用，CAN Bus 較高的抗 電磁干擾跟高速傳輸速度並能檢測出任何錯誤的特性，使用在 汽車電子以及工業控制上比其他傳輸介面更加的適合。

現在市面上關於第三煞車燈有相當多的產品，但僅是把傳 統鎢絲燈泡取代成使用 LED 增加其亮度，功能上只維持基本的 警示功能，並沒有多做變化，而本系統使用的第三煞車燈不僅 使用低耗電、高亮度、反應時間快的 LED 當作照明材料，並藉 由 LED 排列點矩陣的方式，顯示出不同的功能包含了尾燈、方 向燈、煞車燈、時速顯示，而且控制 LED 的亮度可以呈現更多 的樣貌變化。而超音波偵測比起市面上舊有的倒車雷達，偵測 距離更長，同時在前後加裝超音波偵測防止被後方車追撞或者 因駕駛者分心沒注意到與前車的距離。

而本作品有許多缺點，非常感謝指導老師、實驗室學長和 實驗室同學的幫助與指導，也被許多校外老師指點過，仔細想 想我們規劃出三個改善作品方式。在第三煞車燈方面的 LED 面 板太小，無法讓後方的駕駛者看清楚時速；為了讓第三煞車燈 的數字與背景色看起來有落差，我們想到可以用顏色的色差和 立體感來增加效果；超音波測車距方面，我們因為是用在模擬 上面，所以使用了超音波感應器，但是要使用在實車上時，必 須要改成紅外線感應器，讓感測距離變得更遠。

參考文獻 參考文獻 參考文獻 參考文獻

[1] 許芳菖， “車載 CAN Bus 系統之比較研究”，碩士論文，國立 虎尾科技大學，2007。

[2] 環保署、交通部、汽油及替代清潔燃料引擎汽車車型排氣審驗 合格證明核發撤銷及廢止辦法，2007。

[3] CAN Specification, BOSCH, 1991.

[4] SAE Vehicle Network for Multiplexing and Data Communications Standards Committee, SAE J1850 Standard,

“Class B Data Communications Network Interface” Rev MAY94.

[5] SAE J1962 April 2002, Diagnostic Connector Equivalent to ISO/DIS 15031-3: December 14, 2001, 2004 SAE Handbook, SAE international, 2004.

[6] Introduction to the Controller Area Network (CAN), SLOA101 - August 2002,TI

[7] Philips Semiconductors (now NXP Semiconductors), I2C-bus specification and user manual, Rev. 03 — 19 June 2007.

[8] Microchip, dsPIC30F458 Data Sheet, Revision D (August 2006).

[9] YEEBO LCD LTD, FC1533, September, 2007.

[10] Microchip, MCP2551 Data Sheet , Revision E (January 2007) [11] FAIRCHILD, DM74LS154 4-Line to 16-Line

Decoder/Demultiplexer, March, 2000

[12] ISO 15765: Diagnostics on Controller Area Networks (CAN).

International Organization for Standardization, 2004.

[13] “http://www.leaptronix.com/PDF/LA%20series%20bus.pdf” ， CAN BUS 的原理與應用 王晨原

[14] 陳俊茂，”建構於 CAN 匯流排之車用碼錶的設計與實現”，碩 士論文，崑山科技大學 2008。

附 附 附

附 錄 錄 錄 錄 A AA A OBD OBD OBD OBD- -- -II PID II PID II PID II PID 碼 碼 碼 碼

附錄一為附錄一為

附錄一為附錄一為 OBDOBDOBD-OBD---II PIDII PIDII PID 碼II PID碼碼碼，，，，定義在定義在定義在定義在 SAE J1979SAE J1979SAE J1979SAE J1979。。。。

Mode (hex)

PID (hex)

Data bytes returned

Description Min value Max value

01 00 4 PIDs supported

01 01 4 Number of trouble codes and I/M info

01 03 2 Fuel system status

01 04 1 Calculated engine load value 0 100

01 05 1 Engine coolant temperature -40 215

01 06 1 Short term fuel % trim—Bank 1 -100 (lean) 99.22 (rich) 01 07 1 Long term fuel % trim—Bank 1 -100 (lean) 99.22 (rich) 01 08 1 Short term fuel % trim—Bank 2 -100 (lean) 99.22 (rich) 01 09 1 Long term fuel % trim—Bank 2 -100 (lean) 99.22 (rich)

01 0A 1 Fuel pressure 0 765

01 0B 1 Intake manifold pressure 0 255

01 0C 2 Engine RPM 0 16,383.75

01 0D 1 Vehicle speed 0 255

01 0E 1 Timing advance -64 63.5

01 0F 1 Intake air temperature -40 215

01 10 2 MAF air flow rate 0 655.35

01 11 1 Throttle position 0 100

01 12 1 Sec.(?) air status

01 13 1 Oxygen sensors present

01 14 2

Bank 1, Sensor 1:

Oxygen sensor voltage, Short term fuel trim

0 0

1.275 99.2

01 15 2

Bank 1, Sensor 2:

Oxygen sensor voltage, Short term fuel trim

0 0

1.275 99.2

01 16 2

Bank 1, Sensor 3:

Oxygen sensor voltage, Short term fuel trim

0 0

1.275 99.2

01 17 2 Bank 1, Sensor 4: 0 1.275

Oxygen sensor voltage, Short term fuel trim

0 99.2

01 18 2 Bank 2, Sensor 1:

Oxygen sensor voltage, Short term fuel trim

0 0

1.275 99.2

01 19 2 Bank 2, Sensor 2:

Oxygen sensor voltage, Short term fuel trim

0 0

1.275 99.2

01 1A 2 Bank 2, Sensor 3:

Oxygen sensor voltage, Short term fuel trim

0 0

1.275 99.2

01 1B 2 Bank 2, Sensor 4:

Oxygen sensor voltage, Short term fuel trim

0 0

1.275 99.2

01 1C 1 OBD standards this vehicle conforms to

01 1D 1 Oxygen sensors present

01 1E 1 Auxiliary input status

01 1F 2 Run time since engine start 0 65,535

01 20 4 PIDs supported 21-40

01 21 2 Distance traveled with MIL on 0 65,535

01 22 2 Fuel Rail Pressure (relative to manifold vacuum)

0 5177.265

01 23 1 (?) Fuel Pressure (diesel) 0 765 (?)

01 24 4 O2S1_WR_lambda(1):

Equivalence Ratio Voltage

0 0

2 8

01 25 4 O2S2_WR_lambda(1):

Equivalence Ratio Voltage

0 0

2 8

01 26 4 O2S3_WR_lambda(1):

Equivalence Ratio Voltage

0 0

2 8

01 27 4 O2S4_WR_lambda(1):

Equivalence Ratio Voltage

0 0

2 8

01 28 4 O2S5_WR_lambda(1):

Equivalence Ratio Voltage

0 0

2 8

01 29 4 O2S6_WR_lambda(1):

Equivalence Ratio Voltage

0 0

2 8

01 2A 4 O2S7_WR_lambda(1): 0 2

Equivalence Ratio Voltage 0 8

01 2B 4 O2S8_WR_lambda(1):

Equivalence Ratio Voltage

0 0

2 8

01 2C 1 Commanded EGR 0 100

01 2D 1 EGR Error -100 99.22

01 2E 1 Commanded evaporative purge 0 100

01 2F 1 Fuel Level Input 0 100

01 30 1 # of warm-ups since codes cleared

0 255

01 31 2 Distance traveled since codes cleared

0 65,535

01 32 2 Evap. System Vapor Pressure -8,192 8,192

01 33 1 Barometric pressure 0 255

01 34 4 O2S1_WR_lambda(1):

Equivalence Ratio Current

0 -128

2 128

01 35 4 O2S2_WR_lambda(1):

Equivalence Ratio Current

0 -128

2 128

01 36 4 O2S3_WR_lambda(1):

Equivalence Ratio Current

0 -128

2 128

01 37 4 O2S4_WR_lambda(1):

Equivalence Ratio Current

0 -128

2 128

01 38 4 O2S5_WR_lambda(1):

Equivalence Ratio Current

0 -128

2 128

01 39 4 O2S6_WR_lambda(1):

Equivalence Ratio Current

0 -128

2 128

01 3A 4 O2S7_WR_lambda(1):

Equivalence Ratio Current

0 -128

2 128

01 3B 4 O2S8_WR_lambda(1):

Equivalence Ratio Current

0 -128

2 128

01 3C 2 Catalyst Temperature

Bank 1, Sensor 1

-40 6,513.5

01 3D 2 Catalyst Temperature

Bank 1, Sensor 2

-40 6,513.5

01 3E 2 Catalyst Temperature -40 6,513.5

Bank 2, Sensor 1

01 3F 2 Catalyst Temperature

Bank 2, Sensor 2

-40 6,513.5

01 40 4 PIDs supported 41-60 (?)

01 41 ? Monitor status this drive cycle ? ?

01 42 2 Control module voltage 0 65.535

01 43 2 Absolute load value 0 25696

01 44 2 Command equivalence ratio 0 2

01 45 1 Relative throttle position 0 100

01 46 1 Ambient air temperature -40 215

01 47 1 Absolute throttle position B 0 100

01 48 1 Absolute throttle position C 0 100

01 49 1 Accelerator pedal position D 0 100

01 4A 1 Accelerator pedal position E 0 100

01 4B 1 Accelerator pedal position F 0 100

01 4C 1 Commanded throttle actuator 0 100

01 4D 2 Time run with MIL on 0 65,535

01 4E 2 Time since trouble codes

cleared

0 65,535

01 C3 ? ? ? ?

01 C4 ? ? ? ?

02 02 2 Freeze frame trouble code 03 N/A n*6 Request trouble codes 04 N/A 0 Clear trouble codes / MIL 09 02 5x5 Vehicle serial number