OBD2（OBDII）で遊ぼう　其の二：ELM327をマイコン制御

天気予報では高い確率で雨．どーして、運悪く休日と重なっちゃうんだろう～．下回りをいじりたかったんだけど、こうも曇天だと作業始める気にもなれないし（ーｏー；；

仕方ないので、前回のＯＢＤ２工作の続きをやってみることにしました！　前回は、机上でＯＢＤアダプタとの通信まで構築することに成功しました．　今回はそれを一歩進めて、実車に接続して実験してみることにしました．ん～ドキドキ♪

今回はちょっぴりディープにご紹介（笑）
※【OBD2（OBDII）で遊ぼう　其の一】もご覧下さいませ／

CONTENTs
	0x00　(1)　OBD２の予備知識 　0x01　(2)　対応するPIDコマンドの調査 （EVO9編） 　0x02　(3)　PID値の取得 　0x03　(4)　OBD2接続のおもちゃ製作 　0x04　(*)　実験風景動画 　0x05　(5)　この先の課題

感想：　ゴタゴタと能書きを書きましたが、PICでOBD2情報を得ることはあっけないほど簡単でした♪
　　　　 　だってほとんどアダプタ（ELM327）がやってくれるので（ーｏー；
　　　　 　市販されているOBD対応機器の利益率はかなり良さそうですねｗ

	（１）OBD２の予備知識	▼　△　(Top)

　 可能ならばノートPCとマイコンシミュレータで車輌につながったアダプタと通信してデバッグする方が効率が良いのですが、今回ははじめからマイコンにプログラムしての実験．と言うのも、この先オモチャとして使えるかどうかはあるコマンドの結果によるので、PCを持ち出すといった手間をかけずにまずは手っ取り早く通信可否を調べたかったからです．　それを、実現するのが即席マイコン基板と 0100，0120，0140 の３つのOBDリクエストコマンドになります．

OBD2で診断できる大枠の項目（Modeと呼ばれる）を簡単に紹介すると、下記で示した0x01～0x0Aまでの全１０項目になります．主に使うのは、Mode0x01 の ”現在ステータス” や、Mode0x03, Mode0x07 といったトラブルコードの参照になるのかな．

MODE

$01. Show current data 　$02. Show freeze frame data 　$03. Show stored Diagnostic Trouble Codes 　$04. Clear Diagnostic Trouble Codes and stored values 　$05. Test results, oxygen sensor monitoring (non CAN only) 　$06. Test results, other component/system monitoring (for CAN only) 　$07. Show pending Diagnostic Trouble Codes (detected during current or last driving cycle) 　$08. Control operation of on-board component/system 　$09. Request vehicle information 　$0A. Permanent DTC's (Cleared DTC's)

　さて、黒っ９が一番ほしーデータはもちろんMode0x01の現在ステータスになります（＾ー＾　ご存じのようにOBD2は国際規格なので多くの車輌に対応できるだけの項目があります．逆に言うとたくさんの項目から自動車メーカが必要なものを選ぶことができるようになっているようです．そのため、単にOBD2の規格に準拠していてもその車輌から得られる情報は、限定されていることがほとんどのようですね．

そこで、対象車輌がどの項目情報を送信してくれるかを調べる必要がありますが、それを簡単に行えるのが先に紹介した 0100，0120，0140 コマンドになります．これらは、２バイトで１組となっていて、１バイト目がMode番号、２バイト目がPID（Parameter ID）になります．

	（２）対応するPIDコマンドの調査 （EVO9編）	▼　▲　(Top)

　 現在ステータス（Mode0x01）の項目は全１９６項目．エンジン回転数やクーラント温度などがこれらに含まれます．Evo9が一体どの項目をサポートしているか興味津々ですね♪　コマンドを投げると６バイトのデータが帰ってくるので、３バイト目以降を分析することで項目数を知ることができます．

Mode1 PID 0x00

Wikipediaを見ると↑のように受信した６バイトのうち後ろ４バイトをビット換算すると、１／０でPIDの対応状況が分かるようです．なるほどですね．例えば、次のよなレスポンスがあったとすると、

> 0100
	41 00 BE 1F B0 10

”41 00” はレスポンス接頭子とPIDを示していて、以降の ”BE 1F B0 10” をbitに分解します．分解例を示します．　まず１バイト目の”BE”は、１６進数で表されているので、Windows7の電卓で２進数に変換します．すると、”0b10111110”であることが分かります．人間ならばこの時点で目で追っていけば対応PIDが分かりますが、特定のPIDが対応しているか否かをマイコンで認識させるためにはもう少し工夫が必要になります．

例えば、PID0x05（Engine coolant temperature）が対応しているかを調べるには、レスポンス結果の１バイト目（8bitなのでPID1～8を示す）と任意PIDとをビット演算してあげます．

Bitwise operations
	0b1011 1110　　←　”0xBE”の２進数表示 　　　&　0b0000 0100　　←　PID0x05は３bit目が1（＝0b10000000(0x80)を右に5回シフトしたもの） 　　----------------- 　　　　　0b0000 0100 　 ←　ビット演算結果

この例では、結果が”1”として得られたので、投げた PID0x05 に対応していることが分かります．これを、16バイト分行うのはめんどくさいので、任意のバイト数データを処理する判定関数を作ってみました（C言語）．任意の開始アドレスから処理を初めてNULLデータ（'\0'）がくるまでリピートします．

Function: Enabled PID detecter

引数は、データビットの開始アドレス／戻り値は32bit配列（4バイトデータ時）の先頭アドレスになります．メインからこのように呼び出して使います．dt はレスポンス値　”41 00 BE 1F B0 10”　が格納された配列になります． 使い方は至極簡単．ポインタ変数を定義して、結果配列のアドレスを格納するだけです．

　　　BYTE *p;
　　　p = SelEnblPID( &dt[2] );

それでは、Mitsubishi Lancer Evolution 9GT の対応PIDを列挙してみましょう．
まずは、Mode0x01-00 から．数行のプログラムを書いてリスト化したのが左下の対応表です．

Summary of Enabled PIDs
		PIDは、下記の１６項目． ※ポインタが示す値が1となっている項目です． 00　PIDs supported [01 - 20] 01　Monitor status since DTCs cleared. 03　Fuel system status 04　Calculated engine load value 05　Engine coolant temperature 06　Short term fuel % trim—Bank 1 07　Long term fuel % trim—Bank 1 0C　Engine RPM 0D　Vehicle speed 0E　Ignition Timing advance 0F　Intake air temperature 10　MAF air flow rate 11　Throttle position 13　Oxygen sensors present 14　Bank 1, Sensor 1:Oxygen sensor voltage,Short term fuel trim 1C　OBD standards this vehicle conforms to 同様に、 Mode0x01-20，0x01-40， 0x01-60　と調べましたが、Evo9から得られる現在ステータス情報はこれだけでした．EvoXのCAN通信ならもっとたくさんの情報が得られるようですが、旧車規格では仕方ないようです．

もう少したくさんの取得可能な項目があることを期待したのですがちょっと寂しいですね．

	（３）PID値の取得	▼　▲　(Top)

さて、ここまできたらPIDを投げてその値を取得したくなってウズウズしちゃいますよね（＾ー＾ｏ

早速マイコンプログラムにコマンドを追加して、どんな値が帰ってくるのか調査してみました．抽出したPIDリストをプリントアウトしてレスポンスを記載していきます． 得られたリストは、wikipedisに載ってる変換式使って項目毎のUNITに変換していきます． 黒っ９が試した行程と同じように、市販のOBD２に対応した機器も同様にシリアル通信で車輌と会話しています．何も知らなかったつい先週までは、一見して難しそーだな～と思われた　”OBD2”　も、こうやってひとつひとつ紐解くと単純なことの繰り返しなんですネッ♪

　
プログラムとか実験作業よりも、ブログにまとめる方のが時間かかってたりして・・・（笑）


一連の作業はたった２つの資料（＋ちょっとしたC言語の知識）だけで、ものすごく複雑に見えるパズルを解くことができます．数々のサイトがありますがどれも深く追求していないので資料を見るのが一番でした．
　・ ELM327データシート(PDF)
　・ OBD-II PIDs（wikipedia）
　※２つとも非常に濃い資料なので、他のサイトを読み漁るよりも近道でしょう．

	通信プロトコルの確認	※説明から漏れたのでちょいと補足． 　 OBD2は１２種類のプロトコルがありますが、Evo9がどのプロトコルを採用しているのか分からなかったので、ELM327の設定は ”AUTO=AT SP0” にしてます．　アダプタをリセットして、MODEコマンドを投げた最初の１回はBUSの初期化が入るので、レスポンスは３～５秒かかりますが、２回目以降は体感的にすぐにレスポンスが得られる感じです♪ ←アダプタがどのプロトコルで通信を確立したかは、”AT DP” コマンドで確認できます．
	DTC（トラブルコード）の確認	Mode0x03はトラブルコードの確認コマンドとされているので、何か保存されているか覗いてみたところ、”NO DATA” と帰ってきました． ん～、ホントかな？問い合わせ方法が違うのか？ 同じようなコマンドにMode0x07があります．これも同じような反応でした．
	OBD standards this vehicle conforms to what?	Mode1x1CはOBD規格の何に準拠しているかが読み出せます． Evo9の場合、”0x01” って帰ってきたので、”OBD-II as defined by the CARB” であることが分かりました． レスポンスは、 0x00～0x0D までの１３種類．

	（４）OBD2接続のおもちゃ製作	▼　▲　(Top)

　今回は、マイコンを使って車輌と通信を確立できるかを確認するために市販のOBD2アダプタを使いましたが、計器などの自作おもちゃを作る場合には、アダプタ本体も含めて自作した方が全体的に小型にできます．ELM社のHPをみると、下記のようなDIP型から面実装タイプ（SMD）まで豊富に取り揃えているので、これを利用して作ってみよ～かなぁ．　コンパクトに7segディスプレイで作るもよし、マイコンで制御するTFT液晶に表示するのもよし．　SDカードをつないでログを取るのもよし．　いろいろ妄想が膨らみますネッ！




ちなみに、市販されている多くのOBD２アダプタはクローン製です．こう聞くと聞こえがよいですが、いわゆるコピー商品ですね．コマンドでELMチップのファームウェアバージョンを読み出すと、”ELM327 v1.5” と帰ってきます．　ハイ、ご多分に漏れずコピー品でした（ー＿ー；　ELM社のHPにも注意書きがあります．

Please note: There is no ELM327 v1.4a, or v1.5, or v1.5a ! Some clone makers have introduced what they call a 'v1.4a', or a 'v1.5', or a 'v1.5a' but Elm Electronics has never made one.

某国製がはびこりまくってますね（＾＾；；

ELM327 (Evo9 OBD2) connection experiment with PIC18 　　(Top)

こんな感じで実験してみました♪　実際は、起動時に “ピポッ” ってなったり、レスポンスがあると、”ピピッ” って応答したりカッコイイんだけど、音がうまく取れなかった・・・（＾＾；　せっかくプログラムしたのに残念． 動画は、任意のコマンドなげて受信したレスポンスを表示しているときのものです．レスポンスは文字列（str型）と１６進数（unsigned char型）表記どちらでも表示できるように、翻訳機能も付けてます．

	（５）この先の課題	▽　▲　(Top)

おもちゃを作るにあたっての課題はたくさんありますが、さしあたってはこれらのことかな．

課題／検討項目
	・項目の受信サンプリング時間の把握と可能な限りの高速化 　・低レートサンプリングが予想されるので離散データの補間と、外挿による変化の推定 　　さらに、リサンプリングしてなめらか挙動に． 　　 あるいは、 別の方法を考えるとか． 　・エラー対応／タイムアウト対応 　・ELM327との通信速度改善 　　 ELMチップでボーレートを変更できそうなので、なるべく高速に． 　・カックイ～インジケート方法

　まだまだ、楽しめそうかな？
　でも車輌から取得できるデータ内容をみると面白味に欠けるので一端終了かな．



※プログラムとか電気電子は素人なので、専門家の皆さんがみたら説明内容や表現が稚拙でへっぽこに見えるかもしれません． でも、そこは大目に見てください（笑）