OBD-сканер на базе Arduino

Мастер сделавший этот сканер владелец автомобиля Toyota Prius. Это гибридный автомобиль и на его приборной панели отсутствуют некоторые привычные приборы, например, тахометр или датчик температуры охлаждающей жидкости. Также интересно узнать о текущем расходе топлива или рассчитать среднее значение.

Все эти значения рассчитываются компьютером двигателя автомобиля, а для считывания данных просто требуется сканер.
Есть различные коммерческие решения, таким как Scan Gauge. Также можно использовать сканеры ELM327 работающий через Bluetooth. Популярными моделями являются Carista , BlueDriver или обычный диагностический сканер Innova / Bosch.

Мастер решил сделать сканер самостоятельно и установить его в свой автомобиль на постоянной основе.

Шаг первый: о шине CAN
Работа с CAN-шиной требует осторожности, при неправильных действиях можно вывести автомобиль из строя. Если вы не понимаете, что делаете, лучше приобретите готовый сканер.

CAN-шина — это система цифровой связи и управления электрическими устройствами автомобиля, позволяющая собирать данные от всех устройств, обмениваться информацией между ними, управлять ими.

Шина CAN — это протокол дифференциальной связи. Это означает, что для нее нужно всего два провода. Обычно это витая пара. Мы будем получать доступ к устройству через порт OBD. Если вы решите повторить самоделку, то вам не обязательно понимать, как этот протокол работает на фундаментальном уровне, но вы должны понимать его достаточно, чтобы иметь возможность писать или изменять код Arduino.
Почти каждый автомобиль сегодня имеет порт OBD II. Все они имеют одинаковый электрический разъем под панелью приборов. Однако существуют совершенно разные протоколы связи в зависимости от производителя автомобиля. Любой автомобиль, проданный в США после 2008 года, использует шину CAN ISO 15765 и именно его мастер будет использовать.

Шаг второй: схема подключения
Питаться устройство будет от блока предохранителей. Конкретно он берет питание от цепи стеклоочистителя. Можно использовать любую цепь главное, чтобы она отключалась при вытаскивании ключа из замка зажигания. В противном случае устройство может посадить аккумуляторную батарею автомобиля.

12В может приходить и на порт OBD. Но здесь нужно быть уверенным, что провод именно питание, не сигнальная цепь.

Шаг четвертый: предохранитель и понижающий преобразователь
Изначально мастер подключил Ардуино к бортовой сети автомобиля 12 В без понижающего преобразователя. К сожалению устройство долго не проработало и сгорело. Тогда он установил понижающий преобразователь.

Подключает Vin- понижающего преобразователя к заземлению OBD. Подключает Vin + понижающего преобразователя к 12 В автомобиля (через предохранитель).

Теперь нужно отрегулировать выходное напряжение. Мастер подключает нагрузку к выходу преобразователя и устанавливает необходимый диапазон.

Шаг пятый: Arduino
Дальше нужно все смонтировать.
Мастер использует плату Teensy 4.0. Если будет использована другая плата, то распиновка может отличатся. Подключает напрямую контакты к плате CAN модуля:
MOSI (slave in)
MISO (slave out)
SS (chip select/slave select)
CLK (clock)
Возможно понадобиться подтягивающий резистор для интерфейса i2c.
Дисплей: подключайтесь напрямую (при условии, что используется тот же OLED-дисплей, что и у мастера) —
SDA (serial data)
SCL (serial clock)

Для питания дисплея подключает Vcc и GND. Эти четыре провода мастер установил в один разъем. Дисплей будет установлен на передней панели авто и при необходимости его можно будет снимать.

Подключение автосканера ODB2 к ЭБУ, смартфону, ПК

Длительное время поиск неисправностей автомобиля при нестабильной работе его систем был нетривиальной задачей, с которой нередко не справлялись даже работники СТО и автосервисов, обладающих значительным опытом, навыками и знаниями об устройстве автомобиля. Задача усложнялась ещё и потому, что каждый автопроизводитель старался использовать собственные наработки, в той или иной мере не способствующие стандартизации автомобильной отрасли в целом. С появлением электронных датчиков и цифровых блоков управления проблема диагностирования сдвинулась с мёртвой точки. Но и здесь разнообразие стандартов требовало от ремонтников приобретения большого количества приборов, понимающих коды ошибок и систему команд, описывающих работу двигателя и других систем, отличающихся для разных марок/моделей авто. Принятие стандарта ODB2 (сначала на американском рынке, а впоследствии – повсеместно) позволило упорядочить значительную часть информации, выдаваемой бортовым компьютером в результате съёма показаний датчиков. Появление автосканеров, ориентированных на протокол ОДБ2, не заставило себя ждать, и в настоящее время именно такие девайсы получили самое широкое применение.

Подключение и использование автосканера OBD2.

Описание стандарта OBD2 на уровне диагностического разъёма

Попытки автоматизировать средства диагностики предпринимались с момента появления бортовых компьютеров в середине 70-х годов. Собственно говоря, компьютерами эти устройства назвать было сложно, этот термин появился гораздо позже. Электронные блоки управления работой силовых агрегатов уже тогда имели примитивные средства самодиагностики, но использовать их могли исключительно специалисты посредством замыкания определённых контактов разъёма ЭБУ. О необходимости унификации обмена данными между автомобильной периферией и блоком управления заговорили в начале 80-х, и именно тогда была предпринята первая попытка реализации этой идеи. Специалисты General Motors разработали протокол обмена данными с использованием интерфейса ALDL собственной разработки, который первоначально использовался только на автомобилях данного бренда. После усовершенствований протокола в 1986 году, направленных на увеличение скорости и объёмов обмена данными, на него обратили внимание другие автопроизводители, а в 1991 году в Калифорнии, где из-за загрязнённости воздуха экологи начали бить тревогу, был введён регламент, согласно которому все продаваемые в этом штате автомобили должны были использовать протокол OBD1.

Хотя первоначальная направленность стандарта была экологической (слежение за выхлопом), он был встречен специалистами сервисных центров с энтузиазмом. Но только через пять лет появилось вторая версия протокола, в которой уже регламентировались и стандартизировались и протоколы ошибок, и используемые разъёмы, и месторасположения разъёма. Действие стандарта было распространено на все продаваемые в США автомобили, поэтому европейские и азиатские автопроизводители, желающие продавать в Северной Америке свою продукцию, также были вынуждены принять протокол OBD2. В 2004 году, когда стандарт распространился и на дизельные авто, протокол дополнили спецификациями Controller Area Network, направленными на стандартизацию шины обмена информацией.

Интерфейс OBD2

Под этим ёмким понятием следует понимать:

• собственно разъём для подключения периферии и датчиков,
• электрические подключения (провода, колодки);
• систему управляющих команд для передачи цифровых данных между ЭБУ и программно-аппаратными средствами диагностики;
• стандарты, касающиеся схематики разъемов (в частности, распиновки диагностического разъема ОБД2).

Общепризнанная геометрия разъёма – трапециевидный корпус в шестнадцатипиновом исполнении, однако, именно таких стандартных параметров придерживаются не все автопроизводители: на многих грузовиках используются разъёмы других форм и размеров, но с обязательным соответствием правилам использования шин передачи данных. Даже на некоторых моделях Mazda вплоть до 2003 года использовался разъём, не соответствующий протоколу по форме. Впрочем, не регламентируется стандартом, и где должен быть расположен разъём ODB2. Единственная рекомендация – он должен находиться на расстоянии, не превышающем 1 метр от рулевой колонки, то есть в пределах прямой досягаемости рук водителя. Неудивительно, что общепризнанного места установки разъёма нет. Его располагают:

• под приборной панелью (слева от руля);
• в районе разъёма для пепельницы;
• под заглушками, которые обычно имеются на консоли всех современных авто;
• под кронштейном ручного тормоза;
• во внутреннем пространстве подлокотника.

Для конкретной модели местоположение диагностического разъёма можно узнать из справочного руководства или, погуглив в интернете.

Распиновка разъёма OBD2

Как уже отмечалось, стандартом предусматривается использование разъёма трапециевидной формы с 16 пинами, почти половина из которых зарезервирована для самостоятельного использования автопроизводителями. Схема контактов (распиновка ОБД2 разъёма) представлена на следующем рисунке:

1. зарезервировано для автопроизводителей;
2. SAE-J1850/1850 (+);
3. зарезервировано для автопроизводителей;
4. заземление кузова автомобиля (масса);
5. сигнальное заземление;
6. высокоскоростная CAN-шина;
7. двунаправленная шина K-Line;
8. зарезервировано для автопроизводителей;
9. низкоскоростная CAN-шина;
10. SAE-J1850/1850 (-);
11. зарезервировано для автопроизводителей;
12. зарезервировано для автопроизводителей;
13. зарезервировано для автопроизводителей;
14. высокоскоростная CAN-шина;
15. шина стандарта L-Line;
16. плюсовой контакт питания от АКБ.

Поскольку наиболее распространёнными протоколами обмена данными в автомобиле считаются CAN/K-Line/L-Line, именно эти контакты задействованы в большинстве случаев. Схема взаимодействия между ЭБУ и отслеживаемыми блоками следующая: бортовой компьютер посылает сигналы на датчики и исполнительные устройства по указанным шинам в соответствии с протоколом ОБД2, получая от них данные о неисправностях и отклонениях в работе в закодированном виде (опять же в полном соответствии со стандартом). Автосканеры опрашивают ЭБУ, получая и декодируя эти данные, выводя их на встроенный дисплей или внешнее устройство. Наличие зарезервированных шин предполагает подключение внешних устройств, диагностирование которых стандартом не предусмотрено. Достаточно часто именно такие устройства становятся причиной неработоспособности автосканера.

Поскольку основная шина – CAN, обычно именно её обрыв или КЗ и становятся причиной отсутствия связи между диагностическим устройством и блоками управления (например, АБС, кузовными элементами, подушками безопасности). Их неправильное подключение и может вызвать замыкание CAN-шины. Проблему решают, поочерёдно отключая эти устройства. Редко, но бывает, что в автомобиле работает нештатная автомагнитола (или медиацентр), которая закорачивает другую востребованную шину – К-Line. Проверяют это аналогичным образом, отключив магнитолу. Впрочем, распиновка диагностического разъема ОБД2, выполненная в заводских условиях, не должна приводить к возникновению подобных проблем, независимо от количества дополнительных устройств, диагностирование которых не предусмотрено базовой частью протокола. А вот самостоятельное подключение любого нештатного устройства может вызвать неработоспособность диагностического оборудования.

Подключение сканеров к нестандартному разъёму

Схема распиновки OBD2 разъёма предусматривает использование конкретных шин для конкретных целей, но некоторые автопроизводители, придерживаясь стандартной распиновки, не соблюдают общепринятый формат разъёма. Особенно это касается грузового транспорта, но нередко можно встретить и легковые авто (в большинстве случаев – произведённых до 2000 года), у которых диагностический разъём имеет нестандартный вид. В таких случаях прибегают к использованию соответствующих переходников, которые достаточно сложно найти в обычных автомагазинах, но легко – в интернете. Если приобрести подходящий переходник затруднительно, достаточно иметь схему распиновки разъёма ОБД вашего транспортного средства, чтобы изготовить его самостоятельно (при наличии навыков обращения с паяльником и знаний основ электротехники). Опять же, схему перекоммутации контактов диагностического разъёма можно найти в сети.

Для профессиональных автосервисов лучше воспользоваться наборами переходников, в состав которых входит от шести до двух десятков различных переходников. При их использовании нестандартный разъём переходника подключается к ОБД порту ЭБУ, второй разъём – к порту диагностического кабеля (как вариант – непосредственно в автосканеру). Встречаются и такие ситуации, когда использование переходника не позволяет произвести диагностику из-за того, что ЭБУ просто не поддерживает работу по OBD-протоколу. В этом случае (речь идёт о возрастных авто) следует искать соответствующий сканер.

Подключение автосканеров к Android-устройствам

Эту процедуру можно выполнить, используя беспроводное соединение через Wi-Fi или Bluetooth. Наиболее распространённый в нашей стране сканер-адаптер ELM327 позволяет использовать только Bluetooth соединение, но есть множество бюджетных автосканеров с функцией Wi-Fi, поэтому рассмотрим сначала именно этот вариант. Если вы являетесь обладателем достаточно древнего смартфона (например, работающего под Андроид 2.2), вы не сможете использовать Wi-Fi-соединение по причине отсутствия поддержки в этой версии операционки ad-hoc-сетей. Проблема решается установкой соответствующего приложения. Порядок действий при подключении адаптера к смартфону:

1. Подключаем сканер к разъёму OBD-2 на ЭБУ, ждём примерно 20 секунд. Если на автосканере начали мигать светодиоды – можно приступать к его подключению к Андроид-устройству.
2. Запускаем на смартфоне сканирование Wi-Fi сетей, в появившемся списке должна иметься запись типа WiFi_OBD2 или её вариации.
3. Нам необходимо выполнить некоторые настройки, для чего зажимаем наименование появившейся сети, а выпавшем меню выбираем пункт «Изменить сеть».
4. На появившемся экране ставим галочку напротив пункта «Дополнительные параметры».
5. Жмём на параметр «Настройки IP», переходим по вкладке «Пользовательские» (или «Статические»).
6. Вручную вводим IP-адрес, который должен начинаться с 192.168.0, а последняя цифра должна быть больше 10, поскольку по умолчанию адрес 192.168.0.10 присваивается самому автосканеру.
7. Нажимаем кнопку «Сохранить» – если всё сделано правильно, статус сети изменится на «Подключено».
8. Остаётся только установить приложение, позволяющее работать с диагностическим устройством, запустить и настроить его. В качестве примера рассмотрим распространённую программу Torque.
9. В пункте меню «Состояние адаптера» выбираем подпункт «Настройки».
10. В появившемся меню выбираем пункт «Настройки адаптера OBD».
11. Жмём «Тип подключения», выбираем сеть WiFi.
12. Программа сама должна определить адрес сканера (192.168.0.10), если это не так – прописываем его вручную, а в графе «Порт» указываем значение 35000.
13. Настройки выполнены, можно приступать к работе с диагностическим устройством.

А теперь рассмотрим процедуру подключения адаптера OBD2 к смартфону через Bluetooth.

Алгоритм подключения будет следующим:

• сначала подключаем сканер к разъёму OBD-2 на ЭБУ;
• включаем смартфон, запускаем поиск доступных соединений;
• появится список устройств со включённым Bluetooth, выбираем наш адаптер;
• вводим код (пароль) подключения, который можно узнать из документации к автосканеру.

Если документация утеряна, можно попытаться ввести следующие пароли, один из которых может оказаться валидным:

Если связь между смартфоном и сканером не устанавливается, чтобы исключить причину неправильного пароля, попробуйте подключить ELM327 к другому смартфону. Если получится – причина не в коде, а в особенностях реализации микроконтроллера самого сканера – нередки случаи, когда он отказывается работать с мобильным устройством, но хорошо коннектится к ноутбуку. Другая распространённая причина отсутствия связи между устройствами – ограниченный лимит времени, выделяемого на обнаружение Bluetooth-устройства, поэтому поиск на смартфоне автосканера семейства ELM327 лучше производить не позже чем через минуту после подключения последнего к разъёму OBDII – в этом случае проблем со временем обнаружения сети возникнуть не должно.

Подключение сканера к ПК с ОС Windows

Хотя всё большее количество пользователей использует смартфон в качестве миниатюрного персонального компьютера, а тенденция к увеличению размера экрана просматривается достаточно чётко, именно последний фактор часто играет решающую роль при выборе периферии, используемой для диагностики состояния автомобиля. Всё-таки 5 и 15 дюймов – это ощутимая разница, да и в вычислительной мощи смартфоны пока явно уступают своим старшим собратьям. В то же время просмотр некоторых режимов работы агрегатов автомобиля требует одновременного наблюдения как минимум за двумя разными показателями датчиков, чтобы увидеть существование или отсутствие определённой зависимости между ними. Сделать это на смартфоне не удастся, поэтому профессионалы предпочитают проводить диагностику на ноутбуке или стационарном компьютере.

Не возбраняется это делать и рядовым автолюбителям – ноутбуком сегодня никого не удивишь, а его подключение к автосканеру практически ничем не отличается от аналогичной процедуры для смартфонов, несмотря на различие операционных систем. Тем более что для сканеров семейства ELM327 нет проблем с драйверами для всех версий ОС от Microsoft, начиная со старушки Windows XP. Другое дело – поддерживает ли сканер вашу модель автомобиля. Эту информацию можно выудить из документации к адаптеру или на официальном сайте производителя. Обычно в комплекте с диагностическим устройством идёт и соответствующее программное обеспечение, поставляемое на CD-диске. Если его нет или потеряно – тоже не беда: на просторах всемирной сети необходимую программу можно найти и скачать буквально за несколько минут.

Алгоритм подключения следующий:

1. Подключаем сканер к разъёму OBD2 на ЭБУ, ждём примерно 15 – 20 секунд. Если на автосканере начали мигать светодиоды – можно приступать к его подключению к компьютеру.
2. В панели управления выбираем вкладку «Устройства и принтеры» (она может называться и по другому, например, «Принтеры и факсы»). Добавляем обнаруженный Bluetooth-адаптер, который должен иметь наименование, включающее слово «OBDII», «OBD2» или «CHX».
3. При появлении запроса на ввод PIN-кода проставляем комбинацию «1234» (пароль для ELM327 по умолчанию), если он не подходит – комбинацию «6789».
4. После добавления автосканера будут высвечены зарезервированные для него входящие/исходящие COM-порты, последний следует запомнить.
5. После запуска диагностической утилиты необходимо в настройках программы прописать порт, который мы ранее запомнили.

Всё, настроечная часть работы выполнена. Осталось только включить двигатель и начать его диагностировать.

Подключение сканера к IPhone

«Яблочные» смартфоны – гаджеты уникальные. Достаточно упомянуть, что в этих устройствах Bluetooth предназначено для работы исключительно с телефонной гарнитурой. Чтобы использовать возможности этого сетевого протокола по полной, придётся установить утилиту RoqyBT4 (берём её на Cydia) вместе с дополнением RoqyOBD. За программу придётся заплатить порядка 5 долларов, но если ваш сканер не имеет Wi-Fi, то его покупка обойдётся намного дороже. Так что для сканеров ELM327 Bluetooth – это оптимальный вариант.

Процедура подключения следующая:

• подключаем сканер к ОБД2-разъёму;
• запускаем RoqyBT4, активируем Bluetooth;
• в списке доступных Bluetooth-устройств выбираем наш адаптер, который должен называться «Generic OBD token» или похоже, вводим PIN-код, указанный в инструкции к сканеру;
• как только появится сообщение «Соединено» («Connected»), запускаем диагностическую утилиту (на компакт-диске, идущем вместе со сканером, имеется программа DashCmd);
• дожидаемся, когда программа законнектится со сканером (красный кружочек сменится на зелёный).

Как видим, в принципе ничего сложного, за исключением использования приложения, позволяющего задействовать Bluetooth для связи с другими устройствами, поддерживающими этот беспроводный протокол передачи данных.

Алгоритм диагностики автомобиля

Итак, если все настройки выполнены, можно приступать к собственно диагностике. Первая задача – это подключение автосканера к бортовому компьютеру. Здесь всё просто: используем поставляемый в комплекте OBD-кабель, который подсоединяется к диагностическому разъёму ЭБУ. Если на сканере загорается зелёный светодиод – всё в порядке, если нет – следует искать причину неподачи на вход адаптера питания +12В (за это отвечает 16-й пин диагностического разъёма). Возможно, всё дело в сгоревшем предохранителе, защищающем этот участок цепи, если он цел – возможно, имеется разрыв цепи или её КЗ, которое нужно устранить. Для автономного сканера никаких дополнительных действий предпринимать не нужно. Но при использовании самого распространённого в нашей стране адаптера семейства ELM327 или аналогов потребуется его подключение к смартфону, ноутбуку или любому другому устройству с дисплеем (как настроить OBD2 адаптер к Андроид-устройствам или ноутбуку, работающему под ОС Виндовс, мы уже знаем). После подключения посредством беспроводного соединения (продвинутые сканеры могут иметь и LAN-порт) запускаем на компьютере диагностическую программу. Перечень такого ПО достаточно обширен (см. статью о выборе автосканера).

Первое, что необходимо выполнить – указать марку/модель авто, год выпуска и тип двигателя. После включения зажигания запустится режим самодиагностики (об этом будут свидетельствовать мигающие светодиодные лампочки на панели приборов), после чего запускается режим статического обнаружения неисправностей. Процесс диагностики должен сопровождаться миганием светодиодов на автосканере. По окончании процесса программа запросит у ЭБУ коды обнаруженных ошибок и выдаст их на экран в удобочитаемом виде. Если утилита русифицирована, сообщения будут на русском языке, но китайские производители часто грешат неточностью перевода, поэтому желательно записать также цифровой код ошибок, которые впоследствии следует проанализировать и попытаться устранить неисправность.

Большинство автосканеров имеет режим стирания ошибок из памяти бортового компьютера, этой опцией следует пользоваться после каждого сканирования. Выключаем зажигание и через несколько минут заводим двигатель, даём ему поработать 5 – 8 минут, после чего осуществляем небольшой заезд, сопровождающийся выполнением всех возможных манёвров (поворотов в обе стороны, торможения/ускорения, реверсного движения, включения всех световых приборов и по возможности – прочего электрооборудования). После контрольного заезда опять включаем режим диагностики, сравниваем результаты с предыдущими. Те ошибки, которые остались, и являются активными, требующими реакции со стороны автовладельца. Практически все автосканеры, кроме обнаружения неисправностей, позволяют наблюдать работу отслеживаемых систем в динамике при работающем моторе. Параметры их функционирования отображаются на дисплее в виде символьно-цифровой или графической информации, для интерпретации которой требуются определённые навыки и опыт – обычно это прерогатива профессиональных мотористов или автоэлектриков.

Расшифровка кодов ошибок

Одно из главных достоинств протокола OBD2 – унификация кодирования неисправностей, что гарантирует одинаковую их интерпретацию независимо от марки/модели транспортного средства. Структура кода неисправности отображена на следующем рисунке:

Как правило, сканер при высвечивании обнаруженных ошибок вместе с кодом указывает и описание неисправности. А уже по коду и описанию ошибки можно пробовать искать в интернете способы устранения неисправности, забив в поисковике код ошибки и название своего автомобиля. Работники автосервисов в принципе хорошо осведомлены о том, что означает каждая ошибка и что нужно сделать для её исправления. Но автолюбителям следует быть осторожнее: сведения, почерпнутые на специализированных форумах и других автомобильных ресурсах, могут содержать ошибки или неточности, которые могут отразиться на результатах самостоятельного ремонта, поэтому лучший способ решения проблемы – поиск и просмотр соответствующих видеоматериалов.