Самодельный адаптер для диагностики автомобилей. Самый простенький K-line адаптер на двух транзисторах…

Это, вероятно, случалось с каждым из нас: вы едете в своем автомобиле и вдруг желтая лампочка «Check Engine» загорается на приборной панели как тревожное предупреждение о том, что возникли какие-то проблемы с двигателем. К сожалению, это оно само по себе не дает каких-либо намеков на то, что именно является причиной неполадки и может означать все что угодно, начиная от неплотно закрытой крышки топливного бака до проблем с каталитическим конвертером. Я помню, как Honda Integra 94-го года имела ЭБУ под креслом водителя и красный светодиод начинал мигать, если возникали какие-то проблемы с двигателем.

Подсчитав количество «блинков», можно было определить код ошибки. По мере того, как ЭБУ автомобилей становятся все более и более сложными, количество кодов ошибок возрастает экспоненциально. Использование бортовой диагностики автомобиля On-Board Diagnostic (OBD-II) позволяет решить эту проблему. Данный адаптер позволяет использовать персональный компьютер для OBD диагностики. Адаптер AllPro функционально совместим с ELM327 и поддерживает все существующие OBD-II протоколы обмена данными:

ISO 9141-2
ISO 14230-4 (KWP2000)
SAE PWM J1850 (Pulse Width Modulation)
SAE VPW J1850 (Variable Pulse Width)
ISO 15765-4 Controlled Area Network (CAN)

VPW, PWM и CAN
Первых два протокола ISO описаны в указанной выше предыдущей публикации. Детальное описание OBD протоколов выходит за рамки данной статьи, я лишь их кратко перечислю.J1850 VPW (Variable Pulse Width) — протокол автомобилей General Motors и некоторых моделей Chrysler со скоростью передачи 10.4 кбит/с по одному проводу.

Напряжение на шине VPW изменяется от 0 до 8 В, данные по шине передаются чередованием коротких (64 мкс) и длинных (128 мкс) импульсов. Реальная же скорость передачи данных по шине изменяется в зависимости от битовой маски данных и находится в пределах от 976 до 1953 байт/с. Это самый медленный из OBD протоколов.

J1850 PWM (Pulse With Modulation) используется в автомобилях корпорации Ford. Скорость передачи здесь 41.6 кбит/ с с использованием дифференциального сигнала по двум проводам. Напряжение на шине изменяется от 0 до 5 В, a длительность импульса составляет 24 мкс. Работа с этим протоколом требует аккуратности в программировании микропроцессора, так как скорость выполнения инструкций языка «C» на PIC микропроцессоре даже с улучшенной PIC18 архитектурой становится сопоставимой с длиной короткой посылки PWM протокола (7 мкс).

CAN (Controlled Area Network) протокол разработан Robert Bosch в 1983 году и окончательно стандартизирован в ISO 11898. Использование CAN шины данных в автомобиле позволяет различным устройствам общаться друг с другом, минуя центральный процессор, так называемый multi-master режим.

Плюсами является также повышенная скорость передачи, до 1 Мбит/с и лучшая помехоустойчивость. Изначально протокол предназначался для использования в автомобилях, но теперь применяется и в других областях. Чтобы повысить надежность передачи данных, в шинах CAN применяется способ дифференциальной передачи сигналов по двум проводам. Образующие эту пару провода называются CAN_High и CAN_Low.

В исходном состоянии шины на обоих проводах поддерживается постоянное напряжение на определенном базовом уровне, приблизительно 2.5 В, называемым рецессивным состоянием. При переходе в активное (доминантное) состояние напряжение на проводе CAN_High повышается, а на проводе CAN_Low снижается, рис.1.

Существует также два формата сообщений или фреймов — стандартный с 11 битным адресным полем (CAN 2.0A) и расширенный с 29 битным полем (CAN 2.0B). Стандартом ISO 15765-4 определяется использование для целей OBD как CAN 2.0A, так и CAN 2.0B. Вместе со скоростями передачи по шине 250 и 500 кбит/с это создает 4 различных CAN протокола.

Поддерживает ли ваш автомобиль OBD-II?
OBD является обязательным только в Северной Америке и Европе. Если в Америке это правило действует с 1996 года, то Евросоюз принял EOBD вариант автодиагностики, основанный на OBD-II, сравнительно недавно. В Европе OBD стал обязательным, начиная с 2001 года, а для дизельных двигателей даже с 2004. Если ваш автомобиль выпущен до 2001 года, то он может вообще не поддерживать OBD даже при наличии соответствующего разъема.

Например, Renault Kangoo 99 года не поддерживает EOBD (хотя редакционная Kangoo dcI60 2004 года с CAN протоколом прошла успешную стыковку с описанным адаптером, а Renault Twingo поддерживает! Те же самые автомобили, сделанные для других рынков, например Турции, могут тоже не быть совместимыми с OBD протоколом. Как определить, какой протокол поддерживается электронным блоком управления автомобиля?

Первое — можно поискать информацию в интернете, хотя там много неточной и непроверенной информации. К тому же, многие автомобили выпускаются для разных рынков с различными протоколами диагностики. Второй более надежный способ — найти разъем и посмотреть, какие контакты в нем присутствуют. Разъем обычно находится под приборной панелью со стороны водителя. Протокол ISO 914-2 или ISO 14230-4 определяется наличием контакта 7, как показано в таблице 1.

Большинство автомобилей последних лет выпуска поддерживает только CAN протокол с контактами 6 и 14 соответственно. В Европе и Северной Америке все новые автомобили, начиная с 2007/ 2008 года, должны использовать OBD только на основе CAN. Замечу, однако, что, как правильно отмечено в комментарии, «Если марка присутствует в таблице, то это не дает гарантии поддержки OBD-II».

Использование L-line в ISO 9141/14230… Отдельно хочется сказать по поводу L-линии в ISO 9141-2/ 14230-4 протоколах. Сейчас она практически нигде не используется, так как для процедуры инициализации связи вполне достаточно только K-линии. В стандарте же, однако, сказано, что сигнал инициализации должен передаваться по двум линиям одновременно, K и L. Владимир Гурский из www.wgsoft.de, автор программы «ScanMaster ELM», собрал большую коллекцию различных ЭБУ.

В качестве примера необходимости L-линии он приводит Renault Twingo 1.2л 2005 года выпуска. Использование здесь при иницилиазации только K-линии приводит к неверному адресу двигателя в ответах ЭБУ. Если же инициализация производится по K и L одновременно, то тогда все работает правильно.

Рис 2

AllPro адаптер на PIC18F2455
Схема моего всепротокольного OBD-II адаптера показана на рис.2 . Основой является микроконтроллер Microchip PIC18F2455, имеющий модуль USB интерфейса. Устройство использует напряжение питания 5 В от шины USB. Конденсатор C6 служит фильтром внутреннего стабилизатора 3.3 В для обеспечения работы USB шины. Светодиоды D2 и D3 являются индикаторами приема/передачи, а светодиод D1 использован для контроля статуса USB шины.

Выход ISO 9141/14230 интерфейса управляется половинкой драйвера IC2-2, а входной сигнал подается через делитель R12/R13 на вход RX (вывод 18), который является триггером Шмидта, как и большинство входов PIC18F2455, что обеспечивает достаточно надежное срабатывание. Для контроля L-линии используется IC3-1 и R10.

Шина J1850 VPW требует напряжения питания 8 В, получаемого от стабилизатора L78L08 IC4. Сигнал на выход VPW подается через инвертор IC3-2 и буферный полевой транзистор Q1. Делитель R7/R8 и внутренний триггер Шмидта на входе RA1 составляют входной интерфейс J1850 PWM протокола. Внутренний компаратор (входы RA0 и RA3) PIC18F2455 вместе с резисторами R4, R5 выделяет дифференциальный сигнал PWM. Для контроля выхода PWM шины используются IC2-1 и полевой транзистор Q2.

Отдельно хочется сказать по поводу поддержки CAN. Microchip не выпускает контроллеры, содержащие и CAN, и USB. Можно использовать контроллер с CAN модулем и внешний USB чип типа FT232R. Или наоборот, подключить внешний CAN контроллер, как сделано в этом адаптере. CAN интерфейс здесь образуют контроллер MCP2515 (IC5) и трансивер MPC2551 (IC6). MCP2515 подключен через SPI шину к PIC18F2455 и программируется каждый раз при подаче питания адаптера.

Согласующие (bus termination) RC цепочки R14/ C10 и R15/C11 предназначены для уменьшения отражений на CAN шине согласно стандарту ISO 15765-4. Использование их не обязательно, при относительно коротком кабеле отражениями можно пренебречь. Вместо PIC18F2455 можно использовать PIC18F2550 с той же самой прошивкой, см. варианты замены в таблице 2.

таблица 2

Внешний вид устройства показан на рис.3 и обложке, а печатная плата на рис.4.

Программирование PIC18F2455

Для программирования PIC18 можно использовать несложный JDM программатор , схема показана на рис.5.

рис 5

Он очень прост и может бы собран за час на макетной плате. Недостатком является то, что программатор требует наличия последовательного (Com) интерфейса в компьютере и не работает с виртуальными USB/Com адаптерами. Использование ноутбуков также не рекомендуется, так как они не обеспечивают необходимого напряжения на выходе Com порта.

рис 6

Разводка программатора показана на рис.6 и сделана с использованием так называемой «stripboard» технологии, достаточно популярного подхода к макетированию. Типичная stripboard имеет матрицу отверстий с шагом 2.54 мм для монтажа электронных компонентов, соединенных полосками меди на обратной стороне, отсюда и название — stripboard.

Разрезав полоски на обратной стороне и установив сверху проволочные перемычки, можно быстро собрать относительно несложные конструкции. Полоски легко перерезаются зенковкой отверстий обычным сверлом. Существует даже специальная программа — «LochMaster» для проектирования конструкций таким способом. При использовании программатора следует обратить внимание, что корпус персонального компьютера (контакт 5 DB9 разъема) не соответствует корпусу программатора.

Другим условием является использование «полноценного» последовательно кабеля со всеми проводами, необходимыми для работы схемы. Программатор надежно работает с WinPic , единственная проблема заключается в том, что требуется отдельно загрузить файл-дескриптор PIC18F2455.dev (или PIC18F2550.dev) из дистрибуции Microchip IDE после того, как установлен собственно WinPic.

Другой программой, работающей с JDM программатором, является PICPgm , никаких дополнительных файлов здесь не требуется, хотя автору следует поработать над английской грамматикой, рис.7 . Прошивка адаптера доступна.

OBD-II кабель
Для подключения к бортовому компьютеру адаптер использует «стандартный» DB-9/OBD-II кабель. Разводка кабеля показана в таблице 3.

Подключение и тестирование устройства. Правильно собранный адаптер в налаживании не нуждается и распознается Windows как USB устройство. Микропроцессор PIC18F2455 не имеет собственного драйвера и использует Windows 2000/XP/Vista CDC (Communication Device Class) драйвер usbser.sys виртуального Com порта.

По поводу использования драйвера хочется, однако, добавить, что согласно информации www.usb.org исправил баги в usbser.sys только начиная с Windows XP SP2 и использование адаптера с Windows 2000 может быть проблематично. После того, как адаптер распознался как USB устройство и драйвер установлен, можно приступать к тестированию.

Для этого требуется подключить источник стабилизованного напряжения 12 вольт на выводы 1 и 9 разъема J2 и подключить адаптер к персональному компьютеру через USB кабель. Проверяется наличие напряжения 8 В на выходе стабилизатора IC4. Следующим шагом является запуск Windows приложения HyperTerm и подсоединения к Com порту адаптера.

Устройство имеет процедуру самодиагностики с проверкой прохождения сигнала со выхода на вход по всем протоколам. Для этого используется команда «AT@3», рис.8.

Прохождение проверяется по следующим цепям:

IC2-1, R4 для отрицательной шины PWM
Q2, D6, R5 для положительной шины PWM
IC3-2, IC4, R11, Q1, D5, R7, R8 для VPW
IC2-2, R9, R12, R13 для ISO 9141/14230
Ответ контроллера MCP2515 по шине SPI

Например, отсутствие IC2 приведет сразу к двум ошибкам, рис.9 .

Процедура самодиагностики не включает проверку CAN трансивера MCP2551, здесь можно просто замерить напряжение на выводах 6 и 7. Оно должно быть в пределах 2.5 В.

Работа с Адаптером
Адаптер совместим по системе команд с ELM327 и может использоваться с приложениями, работающими с ELM327. Я предпочитаю использовать «ScanMaster ELM» Владимира Гурского , рис.10.

ScanTool.net for Windows v1.13
Digimoto
PCMSCAN
EasyObdII Pro
В качестве примера приведу ситуацию, которая случилась с VW Passat моего знакомого. В автомобиле загорелась лампочка «Check Engine», подключение ANPro адаптера определило ошибку Р0118 -«engine coolant temperature circuit high input», т.е. высокий уровень сигнала с датчика температуры охлаждающей жидкости, рис. 11 . Дальнейшее расследование выявило неисправный датчик. После замены датчика ошибка была стерта с помощью «Clear Trouble codes» кнопки, см. рис.12. Ошибка исчезла и больше не появлялась, рис.13.

Английское слово "Tuning" означает "настройка", "регулировка", а чип-тюнинг реальный способ повысить мощность двигателя и улучшить динамику автомобиля без каких либо механических переделок двигателя, лишь за счет изменения программных параметров блока управления. Правда, возможность такая существует лишь для автомобилей с электронным блоком управления двигателя ЭБУ (англ. ECU - Engine Control Unit).

ЭБУ - это автомобильный компьютер, формирующий сигналы управления для исполнительных устройств систем впрыска топлива и зажигания на основании, получаемой от датчиков информации о числе оборотов и положении коленчатого вала двигателя, расходе воздуха и т.д. В составе ЭБУ имеется чип или микросхема памяти, в которую зашита программа управления двигателем.

Силовой агрегат каждой марки и модели современного автомобиля имеет собственную программу, корректируя которую, можно изменять параметры работы отдельных систем: регулировать количество подаваемого в цилиндры топлива и угол опережения зажигания, управлять режимами работы систем контроля выхлопных газов и пр. Чип-тюнинг сродни замене прошивки для плеера или BIOS для компьютера, правда, возможности чип-тюнинга несколько шире. Если при замене BIOS полностью меняется прошивка, то чип-тюнинг подразумевает также и корректировку лишь отдельных параметров.

Для замены прошивки большинства цифровых устройств они подключаются к компьютеру через стандартные интерфейсные разъемы, а для подключения к компьютеру электронного блока управления автомобиля необходим адаптер К, Л линии и диагностическая программа для контроля и изменения параметров.

Упрощенные демо-версии профессиональных программ для чип-тюнинга выложены для свободного использования на многих специализированных сайтах, там же можно найти и новые прошивки для электронных блоков управления. В интернет доступно большое количество схем адаптеров разного уровня сложности для самостоятельной сборки. Менее подготовленные радиолюбители и не специалисты в данной области часто предпочитают использовать проверенные конструкции от фирмы МАСТЕР КИТ.

В 2006 году в нашем журнале был описан набор «Универсальный автомобильный адаптер КЛ линии NM9213-USB». Устройство получилось, как было отмечено еще на тестовых испытаниях, удобным и полезным, за исключением некоторых минусов, связанных с необходимостью подбора соединительных кабелей, их распайкой и монтажом всего устройства.

И вот МАСТЕР КИТ в такт с новинками на рынке полупроводниковых компонентов предлагают еще более совершенную конструкцию. Новинка этого года - новый готовый блок «Адаптер К-Линии BM9213-USB», воплотивший в себе усовершенствованные разработки электронных фирм и позволяющий работать через USB порт. Выпускается адаптер в виде готового устройства, что снимает с покупателя многие проблемы сборки, присущие предыдущему набору.

Если же программа работает с USB портом необходимый драйвер можно скачать отсюда. Там же, на страничке можно найти по установке драйверов для всех операционных систем.

Рис.8. Тестирование адаптера в автомастерской.

Упаковка дополнительных цепей в корпусе одной микросхемы (L9637D) значительно снижает внешние наводки и повышает надежность работы. В итоге, по мнению специалистов автосервиса, новый адаптер значительно удобнее прежнего (успешно используемого и поныне), более универсален при выборе диагностических программ и сможет обеспечить более качественную диагностику автомобилей, оснащенных разнообразными типами электронных блоков управления.

Дополнительную информацию и программное обеспечение можно найти на следующих WEB - сайтах:

Предлагаемый Вашему вниманию адаптер, несмотря на кажущуюся сложность, прост в изготовлении и порадует Вас безупречной работой без проблем и без сбоев. Данный вариант (сборки от Shuriken) работает у меня в тяжелейших боевых условиях уже на протяжении более 3-х лет. Данную схему можно настойчиво рекомендовать для повторения, если планируется интенсивное профессиональное использование..

Для увеличении схемы щелкните по уменьшенной копии.

Несколько схем KL-Line (с) Олег Братков

Данная схема, предоставлена для публикации Олегом Братковым из Пятигорска. Особенностью схемы является исключение довольно "нежной" микросхемы МС33199 и использование L9637 (или аналогов), применяемых в иммобилизаторах ВАЗ АПС4/6. И еще одна разработка Олега, на "продвинутых" микросхемах DS275 и L9637. Нетрудно заметить, что легким движением эту схему можно превратить в K-Line.

Адаптер на МАХ232 и 74HST14

Следующий оптически изолированный адаптер K-L-Line от Олега Браткова предназначен скорее для "гурманов". Далее - текст автора.

Левая часть подключается к автомобилю, питание 12 вольт от бортовой сети 12 вольт. Правая часть подключается соответственно к СОМ-порту. Питание 12 вольт можно взять от блока питания 220/12 вольт. Я поместил адаптер во внутрь системного блока, питание 12 вольт от БП компьютера. Разъём вывел на переднюю панель на заглушку для 3.5 дюймового дисковода. Настройка простая. Смотрим осциллографом на коллекторе транзистора оптрона сигнал. Если завален, затянут передний фронт импульсов - надо увеличить ток через светодиод оптрона, то есть уменьшить сопротивление ограничивающего резистора. Для 4N25 нужно около 10 мА. Если завален задний фронт - уменьшить сопротивление подтягивающего резистора коллектора. У меня получилось при указанных номиналах. Между базой и эмитером транзистора оптрона 4N25 ставится шунтирующий резистор 500 кОм - 1 Мом.

KL-Line©Sneg

Данный адаптер KL-line, по сути, скомпонован из двух схем. Первая - канал К-line, полностью повторяет схему адаптера KR-2 НПП НТС первых выпусков, для подключения к ЭБУ всех отечественных автомобилей, включая Январь 4 и GM (без переключателя). Другая схема взята с http://orlovdv.narod.ru/COMport.html, разработанная как схема KL-line. В схеме НПП НТС отсутствует линия L необходимая для диагностики некоторых иномарок, во второй схеме, для подключения к блокам GM и Январь 4, требуется менять подтягивающий резистор. Так же в данной схеме предусмотрена защита L-line от короткого замыкания. Еще одно преимущество данной схемы в том, что в ней не используется микросхема MC33199, существующая только в планарном корпусе.

При монтаже адаптера крайне желательно использовать комплектующие зарубежного производства.

ВНИМАНИЕ!!! При использовании аналогов транзистора MMBF170, возможны сбои при программировании контроллеров Микас 7.1.

Адаптер K-L-Line. Простая схема на транзисторах.©MOBIL

Данную схему предоставил для публикации Юрий (aka "mobil") из Ижевска. Простой адаптер на транзисторах. Не имеет тех недостатков которые бывают в других простых схемах на транзисторах. Особенность в том что не затягивается фронт по которому идет синхронизация RS-232. В результате адаптер уверенно работает с диагностическими программами на скоростях до 115 кБод. Не требует отрицательной подпитки, так как транзистор "тянет" вход СОМ - порта к +12, а не шунтирует подтягивающий резистор. Уверенно работает с кабелем длиной 5 метров.

Резисторы установленные рядом с разъемом RS-232 желательно размещать прямо в корпусе разъема. Это устраняет помехи и защищает СОМ - порт компьютера. Проверенно на ВАЗах, ГАЗах, VW, AUDI с использование нескольких компьютеров.

Кабель - адаптер K-Line USB позволяет подключать ПК, ноутбук и планшет к большинству автомобилей со стандартным диагностическим разъёмом OBDII. Предназначен для диагностики работы и сброса ошибок различных систем авто.
Отличается от множества подобных кабелей применением чипа-конвертера FTDI (работающий с нестандартной скоростью приёма-передачи 10400) и наличием переключателя, позволяющего подцепляться к различным контактам OBDII для расширения применяемости адаптера на разных авто. Полезной особенностью такого адаптера является возможность диагностировать не только ECU (ЭБУ), но и многие SRS (AirBag), некоторые ABS, BCM и т.д - главное, чтобы они имели K-Line и была под рукой соответствующая программа.

У данного продавца эти кабели закончились, но можно легко их найти, например тут

Корпус сделан из полупрозрачной синей пластмассы, довольно прочный
Кабель USB достаточно длинный - 1,5м.
Красный индикатор горит при подключении к бортсети и слегка подмигивает при обмене информацией.
На диске ничего ценного не обнаружено - там лежат драйвера 2004г, VAG COM 2004г и FiatECUScan16.
Число программ, работающих с этим кабелем великое множество, например: CASCADE, Вася Диагност, ScanMaster, OpenDiagPro, OBD Scan Tech, TECU, Diagnostic Tool, EasyOBDII, Digimoto, Chip tuning, PCMSCAN, KWP_D, Tiggo Diag и др.
С бортсетью 24V кабель несовместим.

Без разборки конечно-же не обошлось












Сделан адаптер вполне прилично.

Реальная схема кабеля.


U1 - конвертер USB - COM TTL (FT232RL)
U2 - компаратор для преобразования уровней (LM393)

Китайцы и тут умудрились привычно накосячить.
1. Неверно обозначили контакты подключения в правом положении переключателя. Вместо 12/13 реально подключены 11/12

Поправлено

2. Неверно организован порог переключения входных компараторов. Вместо положенных по спецификациям ISO 9141 и ISO 14230 для K и L линий - 70% от бортового питания (около 8,5В) зафиксировали его на 65% от питания USB (3,1В). Т.е. фактически использовали уровни для древнего протокола ALDL от GM. Вероятно это сделано для повышения совместимости со старыми ЭБУ от GM в ущерб стабильности, хотя в большинстве случаев, такая схема будет работать нормально. Более правильным было-бы добавить переключатель 5/12B. Для исправления косяка, выпаял SMD резистор R9 и запаял обычный на 2кОм следующим образом:


В некоторых случаях, устройство будет нормально работать и без переделки, а если не будет - паяльник в руки…

3. Отсутствует гистерезис переключения уровней. В условиях сильных помех на длинных линиях, устройство может работать нестабильно. Исправлять не стал - работает и так, т.к. линия короткая.

4. Линии K и L абсолютно идентичны, т.е. если линию K поменять местами с линией L - ничего не измениться. Тут Китайцы чего-то перемудрили, ибо L-Line работает всегда только на передачу информации, причём с линии RTS. Можно считать, что в этом адаптере вместо L-Line поставили ещё одну K-Line по логике ИЛИ, жёстко посадив её на 15pin OBDII
Современные авто L-Line уже не используют, поэтому переделывать не стал.

Неоригинальность чипа FTDI FT232RL установить не удалось - адаптер работает как со старыми, так и с новыми оригинальными драйверами под WinXP x86 и Win8.1 x86
На всякий случай - старые драйвера

Новые драйвера ставятся автоматически

После установки драйверов в свойствах уменьшаем время ожидания с 16мсек до 10мсек, после чего необходимо перезагрузить ПК. После этого, адаптер работает более стабильно.

Вывод: полезное устройство для любительской диагностики автомобилей.