Luận văn Nghiên cứu và chế tạo mô hình giảng dạy động cơ phun xăng từ xa bằng mạng 3G (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu và chế tạo mô hình giảng dạy động cơ phun xăng từ xa bằng mạng 3G (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN BẢO LONG NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH GIẢNG DẠY ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG TỪ XA BẰNG MẠNG 3G NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 S K C0 0 4 4 4 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2014
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN BẢO LONG NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH GIẢNG DẠY ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG TỪ XA BẰNG MẠNG 3G NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2014
3. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận Văn Cao Học BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN BẢO LONG NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH GIẢNG DẠY ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG TỪ XA BẰNG MẠNG 3G NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS.ĐỖ VĂN DŨNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2014. GVHD: PGS.TS. ĐỖ VĂN DŨNG 1 HVTH: NGUYỄN BẢO LONG
4. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận Văn Cao Học MỤC LỤC MỤC LỤC 1 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 6 MỤC LỤC HÌNH 8 MỤC LỤC BẢNG 12 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 13 1.1 Tổng quan và lý do chọn đề tài: 13 1.2 Một số đề tài nghiên cứu đã công bố: 14 1.3 Hƣớng nghiên cứu: 15 1.3.1 Phương án 1 (Đối với động cơ rời ở ngoài): 15 1.3.2 Phương án 2 (Đối với động cơ được đặt trên xe): 15 1.4 Ƣu và nhƣợc điểm của từng phƣơng án: 15 1.4.1 Ưu và nhược điểm phương án 1: 15 1.4.2 Ưu và nhược điểm phương án 2: 15 1.5 Các công cụ cần thiết để thực hiện đề tài: 16 1.5.1 Đầu phát tín hiệu: 16 1.5.2 Đầu nhận tín hiệu: 16 1.6 Các vấn đề gặp phải trong quá trình làm đề tài: 16 1.7 Điểm mới của đề tài: 17 1.8 Sơ đồ khối đƣờng truyền dữ liệu: 18 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 19 2.1 Lý thuyết về mạng: 19 2.1.1 Sơ lƣợc lịch sử phát triển: 19 2.1.1.1 Khái niệm cơ bản 19 2.1.1.2 Phân biệt các loại mạng: 20 2.1.2 Bộ giao thức TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol ) 22 2.1.2.1 Tổng quan về bộ giao thức TCP/IP 22 GVHD: PGS.TS. ĐỖ VĂN DŨNG 2 HVTH: NGUYỄN BẢO LONG
5. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận Văn Cao Học 2.1.2.2 Một số giao thức cơ bản trong bộ giao thức TCP/IP 26 2.1.2.3 Cập nhật địa chỉ IP khi kết nối qua ADSL 28 2.2 Hệ thống CAN trên ô tô: 29 2.2.1 Giới thiệu về mạng CAN 29 2.2.2 Khái quát về giao thức CAN 30 2.2.2.1 Tổng quan về giao thức CAN 30 2.2.2.2 Lớp vật lý 32 2.2.2.3 Giải quyết tranh chấp trên Bus 37 2.2.2.4 CAN Frame 38 2.2.2.5 Nominal Bit Time 41 2.2.2.6 Sự đồng bộ xung clock 43 2.2.2.7 Vấn đề đồng bộ 44 2.2.2.8 Xử lý lỗi 48 2.3 Hệ thống chẩn đoán OBD–2 49 2.3.1 Tổng quan về OBD-2: 49 2.3.1.1 Giới thiệu 49 2.3.1.2 Các phiên bản OBD 50 2.3.1.3 Giắc chuẩn đoán OBD-2 52 2.3.1.4 Hoạt động của đèn báo lỗi 53 2.3.1.5 Mã lỗi 54 2.3.1.6 Các chuẩn giao tiếp OBD-2 55 2.3.1.7 Các chế độ hoạt động của OBD-2 57 2.3.1.8 Phạm vi ứng dụng của OBD-2 57 2.3.2 Phƣơng pháp mã hóa dữ liệu chuẩn OBD-2 58 2.3.2.1 Giới thiệu về OBD-2 PIDs 58 2.3.2.2 Các chế độ hoạt động 58 2.3.2.3 Giải mã PIDs 58 2.3.2.4 Bảng mã PIDs và cách giải mã 58 2.4 Sơ lƣợc về ATmega 128: 60 2.4.1 Tổng quan về ATmega 128: 60 GVHD: PGS.TS. ĐỖ VĂN DŨNG 3 HVTH: NGUYỄN BẢO LONG
6. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận Văn Cao Học 2.4.2 Sơ đồ chân của ATmega128: 61 2.4.3 Chuẩn giao tiếp USART: 67 2.4.3.1 Khái niệm: 67 2.4.3.2 Truyền thông nối tiếp không đồng bộ với AVR (UART) 69 2.4.3.3 Sử dụng UART 73 2.4.4 Chuẩn truyền thông SPI: 73 2.4.4.1 Truyền thông SPI trên AVR. 75 2.4.4.2 Sử dụng SPI trên AVR: 77 Chƣơng 3: NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH. 79 3.1 Chế tạo mô hình thực tế:. 79 3.1.1 Sơ lược về mô hình 79 3.1.2 Module AVR 128 (Board mạch điều khiển) 80 3.1.3 Viết chương trình cho Module AVR 128 82 3.2 Module 3G F2103: 83 3.2.1 Các tính năng và lợi ích 84 3.2.2 Các đặc tính kỹ thuật: 84 3.2.3 Hình dáng bên ngoài: 84 3.2.4 Đặc tính kỹ thuật: 85 3.2.5 Cài đặt Module 3G để gửi dữ liệu về một địa chỉ IP 85 3.2.6 Kiểm tra sự hoạt động của Module 3G bằng phần mềm: 87 3.3 Thiết kế giao diện Website: 88 3.3.1 Hiển thị các thông số động cơ qua bảng đồng hồ. 88 3.3.2 Hiển thị các thông số bằng chữ số 89 3.3.3 Tạo các hư hỏng liên quan đến hệ thống điện động cơ 90 3.3.4 Chẩn đoán 90 3.3.5 Giám sát 91 3.3.6 Lịch học 91 3.3.7 Bài giảng 92 GVHD: PGS.TS. ĐỖ VĂN DŨNG 4 HVTH: NGUYỄN BẢO LONG
7. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận Văn Cao Học Chƣơng 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM: 93 4.1.1 Thực nghiệm trên xe Mirage (Động cơ 3A92 - MPI) 93 4.1.2 Thực nghiệm trên xe Triton (Động cơ 4D56 Common Rail) 96 4.1.3 Thực nghiệm trên xe Pajero Sport (Động cơ 6B31 MPI) 98 4.1.4 Thực nghiệm điều khiển từ xa qua giao diện Website 100 4.2.1 Khảo sát độ trễ của hệ thống khi truyền bằng mạng 3G 100 Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU: 103 5.1 Kết luận 103 5.2 Hạn chế của đề tài 103 5.3 Hướng nghiên cứu 103 Tài liệu tham khảo 104 GVHD: PGS.TS. ĐỖ VĂN DŨNG 5 HVTH: NGUYỄN BẢO LONG
8. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận Văn Cao Học DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 3 G (Third Generation) : Hệ thống thông tin thế hệ thứ 3 ADC ( analog-to-digital converter) : Chuyển đổi tin hiệu từ tương tự sang số ADSL (Asymmetric Digital Subscriber : Là đường dây thuê bao số bất đối xứng Line) AFS (Air Flow Sensor) : Cảm biến lưu lượng khí nạp APS (Accelerator Pedal Position Sensor ) : Cảm biến vị trí bàn đạp ga BAV (Battery Voltage) : Điện áp ắc quy CAN (Controller Area Network) : Mạng giao tiếp nối tiếp giữa các thiết bị CARB (California Air Resource Board) : Ban quản lý tài nguyên không khí California CSMA/CA (carrier sense multiple access : Là giao thức truyền thông tin trong đó with collision avoidance) các thiết bị mạng tranh nhau sử dụng đường truyền DC (Direct Current ) : Động cơ một chiều DTC (Diagnostic Trouble Code) : Mã lỗi DNS (Domain Name System) : Hệ thống tên miền ECT (Engine Coolant Temperature) : Nhiệt độ nước làm mát ECU (Enigine Control Unit) : Bộ điều khiển đông cơ EngL (Engine Load) : Tải động cơ EngT (Engine Time) : Thời gian động cơ hoạt động EGR (Exhaust Gas Recirculation) : Hệ thống luân hồi khí thải MPI (Muti Point Injection) : Phụn nhiên liệu đa điểm GND ( Ground) : Chân mát IEEE (Institute of Electrical and : Viện Kỹ sư điện Electronics Engineers) và điện tử IAT (Intake Air Temperature) : Nhiệt độ khí nạp I/O (input/output or I/O) : Sự giao tiếp giữa hệ thống sử lý thông tin LAN (Wireless Local Area Network) : Mạng nội bộ GVHD: PGS.TS. ĐỖ VĂN DŨNG 6 HVTH: NGUYỄN BẢO LONG
9. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận Văn Cao Học MAP (Manifold absolute Pressure ) : Áp suất tuyệt đối đường ống nạp OBD (On Board Diagnostic) : Là khả năng tự chẩn đoán và báo cáo tình trạng hệ thống của một chiếc xe PID (Parameter–IDs) : Thông số nhận dạng PULSE : Xung PWM ( Pulse Width Modulation) : Điều chế độ rộng xung RPM (Revolution Per Minute) : Số vòng quay trên giây TPS (Throttle Position Sensor) : Cảm biến vị trí bướm ga TCP/IP (Transmission Control Protocol/ : Bộ giao thức liên mạng Internet Protocol) USB (Universal Serial Bus) : Chuẩn kết nối tuần tự USART (Universal Synchronous & : Là bộ truyền nhận nối tiếp đồng bộ và Asynchronous serial Reveiver and không đồng bộ) Transmitter) . SPI (Serial Peripheral Bus) : là một chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao VCC : Nguồn 5V lấy từ USB VHS(Vehicle speed) : Tốc độ xe GVHD: PGS.TS. ĐỖ VĂN DŨNG 7 HVTH: NGUYỄN BẢO LONG
10. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận Văn Cao Học MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ khối đường truyền dữ liệu 18 Hình 2.1: Mô hình mạng cơ bản 19 Hình 2.2: Mô hình OSI bảy tầng 22 Hình 2.3: Kiến trúc TCP/IP 23 Hình 2.4: Quá trình đóng/mở gói dữ liệu trong TCP/IP 24 Hình 2.5: Cấu trúc dữ liệu trong TCP/IP 25 Hình 2.6: Khuôn dạng dữ liệu trong IP 26 Hình 2.7: Khuôn dạng UDP datagram 24 Hình 2.8: Khuôn dạng TCP segment 27 Hình 2.9: Mô tả cách cấp địa chỉ IP 28 Hình 2.10: Tính ổn định của CAN 29 Hình 2.11: Ứng dụng mạng CAN trong điều khiển ô tô 30 Hình 2.12: Ví dụ về mạng CAN 30 Hình 2.13: Một nút mạng CAN 31 Hình 2.14: Mô hình mạng CAN 32 Hình 2.15:Các lớp Layer 32 Hình 2.16: NRZ method 33 Hình 2.17: Kỹ thuật Bit Stuffing 33 Hình 2.18: Giản đồ thời gian 34 Hình 2.19: Tốc độ tỉ lệ nghịch với độ dài Bus 34 Hình 2.20: Điện áp của CAN low speed 36 Hình 2.21: Điện áp của CAN high speed 36 Hình 2.22: Sự kháng nhiễu với ảnh hưởng của điện từ 37 GVHD: PGS.TS. ĐỖ VĂN DŨNG 8 HVTH: NGUYỄN BẢO LONG
11. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận Văn Cao Học Hình 2.23:Tranh chấp trên Bus 38 Hình 2.24: Khung truyền 38 Hình 2.25: CRC field 38 Hình 2.26: Khung truyền dữ liệu CAN 39 Hình 2.27: Khung truyền mẫu 40 Hình 2.28: Khung truyền dạng mở rộng 40 Hình 2.29: Khung truyền từ xa 40 Hình 2.30: Khung truyền khi phát hiện lỗi 41 Hình 2.31: Baudrate định nghĩa thời gian cho 1 bit 41 Hình 2.32: Thành phần của Nominal Bit Time 42 Hình 2.32: Cấu trúc của Time Quantum 43 Hình 2.33: Số lượng Time Quanta 43 Hình 2.34: Sự đồng bộ xung Clock 44 Hình 2.35: Chuỗi dịch chuyển độ dài Segment của Nominal Bit Time 45 Hình 2.36: Sơ đồ khối bộ nhận CAN message 47 Hình 2.37: Sơ đồ khối bộ truyền CAN message 47 Hình 2.38: Tổng hợp những loại lỗi khác nhau trong từng phần của một message 48 Hình 2.39: Giắc chẩn đoán OBD 1.5 51 Hình 2.40: Giắc chẩn đoán OBD-2 53 Hình 2.41: Các dạng ký hiệu đèn Check 54 Hình 2.42:Ý nghĩa của mã lỗi. 54 Hình 2.43: Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp ISO 15765 CAN 56 Hình 2.44: Dạng sóng của giao thức ISO 15765 CAN 56 Hình 2.45: Sơ đồ chân của ATmega128 61 Hình 2.46: Truyền 8 bit theo phương pháp song song và nối tiếp 67 GVHD: PGS.TS. ĐỖ VĂN DŨNG 9 HVTH: NGUYỄN BẢO LONG
12. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận Văn Cao Học Hình 2.47: Cấu trúc thanh ghi UDR 70 Hình 2.48: Cấu trúc thanh ghi UCSRA 70 Hình 2.49: Cấu trúc thanh ghi UCSRB 70 Hình 2.50: Cấu trúc thanh ghi UCSRC 71 Hình 2.51: Cấu trúc thanh ghi UBRRL và UBRRH 72 Hình 2.52. Giao diện SPI. 74 Hình 2.53. Truyền dữ liệu SPI. 74 Hình 2.54 Các chế độ hoạt động của SPI khi CPHA=0 76 Hình 2.55. Các chế độ hoạt động của SPI khi CPHA=1. 76 Hình 3.1: Mô hình giảng dạy động cơ từ xa bằng mạng 3G. 79 Hình 3.2: Module điều khiển Atemega 128 (phần nguyên lý) 80 Hình 3.3: Module điều khiển Atemega 128 (phần vẽ mạch) 81 Hình 3.4: Chương trình cho Module Atemega 128 82 Hình 3.5: Module 3G 83 Hình 3.6: Sơ đồ kết nối 83 Hình 3.7: Hình dạng Module F2103 84 Hình 3.8: Kết nối dây cho module 3G (NGUỒN, ĂNGTEN,CAB USB) 85 Hình 3.9:Cách tìm địa chỉ IP 86 Hình 3.10: Cài đặt cho module 3G 86 Hình 3.11: Kiểm tra sự hoạt động của Module 3G bằng phần mềm 87 Hình 3.12: Hiển thị các thông số qua bảng đồng hồ. 88 Hình 3.13: Hiển thị các thông số qua dạng chữ số 89 Hình 3.14: Tạo các hư hỏng liên quan đến hệ thống điện động cơ qua 3G 90 Hình 3.15: Chẩn đoán Mã lỗi qua 3G 90 Hình 3.16: Giám sát qua 3G 91 GVHD: PGS.TS. ĐỖ VĂN DŨNG 10 HVTH: NGUYỄN BẢO LONG
13. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận Văn Cao Học Hình 3.17: Xem lịch học qua 3G 91 Hình 3.18: Xem bài giảng qua 3G 92 Hình 3.19: Thực nghiệm trên xe Mirage Mitsubishi 93 Hình 3.20: Đọc các thông số trên động cơ 3A92 94 Hình 3.21: Đọc mã lỗi trên động cơ 3A92 95 Hình 3.22: Thực nghiệm trên xe Triton Mitsubishi 96 Hình 3.24: Đọc các thông số trên động cơ 4D56 97 Hình 3.25: Đọc mã lỗi trên động cơ 4D56 97 Hình 3.26: Thực nghiệm trên xe Pajero Sport Mitsubishi 98 Hình 3.27: Đọc các thông số trên động cơ 6B31 98 Hình 3.28: Đọc mã lỗi trên động cơ 6B31 99 Hình 3.29: Tạo mã lỗi qua mạng 3G 100 GVHD: PGS.TS. ĐỖ VĂN DŨNG 11 HVTH: NGUYỄN BẢO LONG
14. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận Văn Cao Học MỤC LỤC BẢNG Bảng 1: So sánh giao thức TCP/IP và OSI 25 Bảng 2: Vận tốc độ dài và thời gian của Bit 35 Bảng 3: So sánh CAN low speed và CAN high speed 35 Bảng 4: Thời gian của mỗi Segment 43 Bảng 5: Cơ chế đồng bộ 46 Bảng 6: 10 chế độ trong tiêu chuẩn SAE J1979 58 Bảng 7: Bảng mã PIDs và cách giải mã 59 Bảng 8: Chức năng các chân tại Port A của Atmega 128. 62 Bảng 9: Chức năng các chân tại Port B của Atmega 128. 63 Bảng 10: Chức năng các chân tại Port C của Atmega 128. 63 Bảng 11: Chức năng các chân tại Port D của Atmega 128. 64 Bảng 12: Chức năng các chân tại Port E của Atmega 128. 65 Bảng 13: Chức năng các chân tại Port F của Atmega 128. 65 Bảng 14: Chức năng các chân tại Port G của Atmega 128. 66 Bảng 15: Chọn chế độ parity 71 Bảng 16: Quy định độ dài dữ liệu 72 Bảng 17: Tính tốc độ baud 72 Bảng 18: Cài đặt tốc độ SPI. 77 Bảng 19: Đặc tính kỹ thuật.Module 3G 85 Bảng 20: Đo độ trễ của mạng 3G 100 GVHD: PGS.TS. ĐỖ VĂN DŨNG 12 HVTH: NGUYỄN BẢO LONG
15. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận Văn Cao Học CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1, Tổng quan và lý do chọn đề tài: Hiện nay, với nền công nghiệp phát triển rất nhanh đòi hỏi phải có nhiều nguồn nhân lực với tay nghề trình độ cao. Một trong những ngành công nghiệp hàng đầu đó là ngành công nghiệp ô tô. Với lý do này nhiều trường, lớp, trung tâm giảng dạy, trung tâm thí nghiệm thực hành, trung tâm nghiên cứu phát triển ra đời để đào tạo và đáp ứng nhu cầu trong ngành công nghiệp ô tô. Với số lượng người học ngày càng đông như hiện nay và số lượng giáo viên giảng dạy cho bộ môn ô tô có hạn. Giải pháp đặt ra làm sao có thể thực hiện việc giảng dạy, truyền đạt kiến thức và kỹ năng tới người học một cách nhanh nhất, dễ hiểu nhất và hiệu quả nhất. Một trong những giải pháp này là giám sát, quản lý và đào tạo từ xa. Đó là lý do tôi chọn đề tài “Nghiên cứu và chế tạo mô hình giảng dạy động cơ phun xăng từ xa bằng mạng 3G”. Đề tài này tập trung nghiên cứu và chế tạo mô hình quản lý thực tập động cơ xăng từ xa, giám sát học viên đang thực tập trên động cơ xăng từ xa bằng mạng 3G. Tại sao lại chọn mạng 3G. Bởi vì điểm mạnh của mạng 3G mang lại là tiện lợi, tính cơ động cao, phổ biến và chi phí rẻ. Về mặt tốc độ đường truyền, nếu trong vùng phủ sóng tốt thì tốc độ kết nối của 3G là 7.2Mbps. Về tính tiện dụng, mạng 3G có thể kết nối internet mọi lúc mọi nơi ngay cả khi bị mất điện trong khi mạng ADSL hoặc Wifi bị vô hiệu hóa. Về mặt cơ động, thiết bị 3G có thể đi tới mọi nơi (trong tương lai gần, mạng 3G sẽ được phủ sóng gần như toàn quốc), trong khi đó mạng Wifi và ADSL bị giới hạn trong một không gian cố định. Ứng dụng của đề tài này là thu thập dữ liệu trên động cơ thực tập như: tốc độ động cơ, nhiệt độ nước làm mát & khí nạp, lưu lượng & áp suất khí nạp, vị trí bướm ga & bàn đạp ga, tín hiệu kích nổ, thời gian phun nhiên liệu, góc đánh lửa sớm, Sau khi thu thập, dữ liệu này sẽ được tổng hợp và gửi về đầu nhận bằng mạng 3G. Tại các thiết bị đầu nhận như: PC, Laptop, Smart phone sẽ truy cập vào một trang Website: www.3g-redcis.cnmgroup.vn để theo dõi các thông số này. Ngoài ra hệ thống cho phép kiểm tra mã lỗi, xóa mã lỗi, tạo ra các trường hợp hư hỏng đối với hệ thống phun GVHD: PGS.TS. ĐỖ VĂN DŨNG 13 HVTH: NGUYỄN BẢO LONG
16. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận Văn Cao Học xăng, đánh lửa, các tín hiệu cảm biến giả định hư hỏng như trong thực tế để học viên có thể thực hiện quy trình chẩn đoán và tiến hành sửa chữa. 1.2 Một số đề tài nghiên cứu đã công bố: Đã có nhiều đề tài trong nước liên quan tới ứng dụng điều khiển từ xa như: - Đề tài “Thiết kế chế tạo thiết bị giám sát chuẩn đoán ô tô từ xa”. Đề tài được thực hiện bởi SV. Trần Đức Nguyên, Ngô Huỳnh Nhật Triều, Vũ Cao Sang dưới sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng và hoàn thành vào tháng 06 năm 2013. Đề tài đã thực hiện được công việc như sau: “Đọc dữ liệu và mã lỗi động cơ thông qua cổng OBD-2, gửi mã lỗi động cơ thông qua tin nhắn SMS, nghiên cứu thiết kế giao diện điều khiển trên máy tính dùng ngôn ngữ HTML và truyền nhận tín hiệu qua mạng internet ”. - Đề tài “Nghiên cứu và phát triến hệ thống điều khiển bƣớm ga, nhằm điều khiển ô tô từ xa thông qua mạng 3G ”. Đề tài được thực hiện bởi HV.Trần Xuân Trình dưới sự hướng dẫn của TS.Nguyễn Bá Hải vào tháng 08 năm 2012. Đề tài được thực hiện tại phòng nghiên cứu của trung tâm bồi dưỡng giáo viên và đào tạo nhân lực công nghệ cao Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật, cộng với sự hướng dẫn của các thành viên trong nhóm HỌC ĐỂ LÀM. Đề tài đã thực hiện được công việc như sau: “Thiết kế và điều khiển được hệ thống ga gián tiếp từ xa thông qua mạng 3G. Ứng dụng của mô hình xe điều khiển ga điện tử gián tiếp để phục vụ trong thí nghiệm. Đánh giá kết quả thực nghiệm thời gian tăng tốc. Đo được thời gian trễ của hệ thống ga gián tiếp từ xa qua thiết bị 3G”. - Đề tài “Thiết kế và chế tạo mô hình giảng dạy thực hành động cơ phun xăng từ xa”. Đề tài được thực hiện bởi SV. Nguyễn Đại Hòa và Phùng Thanh Vinh dưới sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng hoàn thành vào tháng 01 năm 2011. Đề tài đã thực hiện được công việc như sau: “Thiết kế được một mô hình điều khiển động cơ phun xăng từ xa bằng mạng WiFi và thiết kế giao diện điều khiển bằng ngôn ngữ HTML trên Web. Nghiên cứu về cách truyền nhận gói tin qua giao thức mạng. Xây dựng thuật toán nhận, gửi dữ liệu và điều khiển thiết bị”. - Đề tài “Nghiên cứu và chế tạo mô hình xe điều khiển từ xa” của KS.Phạm Trường Giang dưới sự hướng dẫn của TS.Nguyễn Bá Hải được thực hiện vào tháng 10 năm GVHD: PGS.TS. ĐỖ VĂN DŨNG 14 HVTH: NGUYỄN BẢO LONG
17. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận Văn Cao Học 2011. Đề tài đã thực hiện được công việc như sau: “Thu thập và truyền dữ liệu qua mạng mạng wifi tuy nhiên chỉ ở dạng đợn giản điều khiển một motor để thay đổi tốc độ một cách trực tiếp”. 1.3 Hƣớng nghiên cứu: Để thu thập các dữ liệu từ các cảm biến như tốc độ động cơ, nhiệt độ nước làm mát & khí nạp, lưu lượng & áp suất khí nạp, vị trí bướm ga & bàn đạp ga, tín hiệu kích nổ, thời gian phun nhiên liệu, góc đánh lửa sớm, cần phải có một mô hình động cơ hoạt động thực tế hoặc dùng động cơ đang sử dụng trên xe. Có 2 phương án để lấy dữ liệu từ động cơ như sau: 1.3.1 Phƣơng án 1 (Đối với động cơ rời ở ngoài): Nghiên cứu chế tạo một bo mạch chủ để thu thập và lưu dữ liệu từ động cơ gửi tới sau đó truyền dữ liệu này tới Module 3G (Client), Module 3G sẽ phát tín hiệu này tới đầu nhận (Server). 1.3.2 Phƣơng án 2 (Đối với động cơ đƣợc đặt trên xe): Nghiên cứu chế tạo một bo mạch để lấy tín hiệu từ cổng OBD II của xe (giao tiếp với ECU) sau đó gửi dữ liệu tới mạch chủ. Bo mạch chủ sẽ lưu dữ liệu từ mạch OBD II gửi về và truyền dữ liệu này tới Module 3G (Client), Module 3G sẽ phát tín hiệu này tới đầu nhận (Server). 1.4 Ƣu và nhƣợc điểm của từng phƣơng án: 1.4.1 Phƣơng án 1: Ưu điểm: Có thể sử dụng động cơ sẵn có trong xưởng thực tập. Dễ dàng thao tác, lắp đặt các mạch thu và truyền dữ liệu. Nhược điểm: Tính cơ động không cao. Chì sử dụng cho động cơ tĩnh tại. Mất nhiều thời gian khi chuyển đổi các động cơ qua lại lẫn nhau. 1.4.2 Phƣơng án 2: Ưu điểm: Tính cơ động cao, thu thập dữ liệu khi xe đang chạy trên đường. Dễ dàng đánh giá ảnh hưởng của điều kiện tải bên ngoài tới động cơ. Lấy dữ liệu động cơ một cách dễ dàng, nhanh, gọn, tiện lợi (chỉ cần kết nối tới cồng OBD II trên xe). Có thể lắp ráp trên nhiều loại xe khác nhau. GVHD: PGS.TS. ĐỖ VĂN DŨNG 15 HVTH: NGUYỄN BẢO LONG
18. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận Văn Cao Học Nhược điểm: Cần phải có xe thực tế để thí nghiệm. Vì trên xe còn nhiều hệ thống khác nên phải cẩn thẩn và chính xác trong khâu thiết kế board mạch để không gây ảnh hưởng tới các hệ thống điện khác trên xe. 1.5 Các công cụ cần thiết để thực hiện đề tài: 1.5.1 Đầu phát tín hiệu: - Mô hình động cơ hoặc động cơ đang sử dụng trên xe. - Mạch giao tiếp OBD II dùng để giao tiếp với hộp ECU. - Mạch chủ dùng để xử lý dữ liệu (Sử dụng Chíp AVR - Atmega 128) - Thẻ nhớ SD card để lưu dữ liệu. - Màn hình LCD 20x4 để hiện thị thông số động cơ. - Mạch truyền dữ liệu 3G (Modul 3G) 1.5.2 Đầu nhận tín hiệu: - Các thiết bị truy nhập được internet hoặc 3G như PC, Laptop, Tablet, Smartphone, - Giao diện Website (Hiển thị thông số, chẩn đoán hư hỏng và tạo mã lỗi) 1.6 Các vấn đề gặp phải trong quá trình làm đề tài: - Bo mạch OBD II thường chỉ tương thích với một số hãng xe duy nhất. Cần nghiên cứu và tìm kiếm Chip sử dụng trong mạch OBD II đề có thể tương thích với nhiều loại động cơ của các hãng khác nhau như Toyota, Ford, Huyndai, Kia, Mitsubishi, Mazda - Tốc độ và thời gian trễ khi truyền dữ liệu: Cùng một thời điểm, thông số hoạt động của động cơ giữa đầu phát và đầu nhận là khác nhau. Do ảnh hưởng của độ trễ trong đường truyền dữ liệu sẽ gây ra sai số. Câu hỏi đặt ra là, cần khắc phục vấn đề này như thế nào để tối ưu hóa tín hiệu giữa đầu nhận và đầu truyền dữ liệu. - Chọn phương án truyền dữ liệu trong hai trường hợp sau: 1, Xử lý và phân tích dữ liệu thành đồ thị, sau đó gửi đồ thị này về phía đầu nhận. 2, Lưu dữ liệu thành dạng Database đã định sẵn các thông số cần thiết để truyền lên Website. GVHD: PGS.TS. ĐỖ VĂN DŨNG 16 HVTH: NGUYỄN BẢO LONG
19. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận Văn Cao Học 1.7 Điểm mới của đề tài: - Thay vì sử dụng mạng ADSL hoặc wifi, đề tài đã sử dụng mạng truyền thông 3G để truyền dữ liệu từ động cơ tới Server. - Kiểm tra được các thông số hoạt động của động cơ và chẩn đoán mã lỗi từ xa thông qua giao diện Website. - Vận hành động cơ từ xa (ON/OFF) và tạo hư hỏng liên quan đến hệ thống điện động cơ như hệ thống phun xăng hoặc hệ thống đánh lửa và các hệ thống khác. - Đề tài mang tính cơ động, hiệu quả cao. - Ngoài mục đích phục vụ cho giàng dạy, đề tài có thể sử dụng thực thụ như một máy chẩn đoán. Có thể kiểm tra các thông số hoạt động của động cơ và mã lỗi đối với các xe có trang bị hệ thống CAN. GVHD: PGS.TS. ĐỖ VĂN DŨNG 17 HVTH: NGUYỄN BẢO LONG
20. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận Văn Cao Học 1.8 Sơ đồ khối đƣờng truyền dữ liệu: ĐỘNG CƠ THỰC TẬP Thẻ nhớ - SD card Hộp điều khiển động cơ (ECU) SPI USART Module USART Module CAN H & TT Module 3G L OBD II ATmega 128 I/O ĐỘNG CƠ TRÊN XE Hộp điều khiển động cơ LCD hiển thị các (ECU) thông số động cơ TCP/IP 3G, Wifi, ADSL Smart phone TCP/IP Web: 3g-redcis.cnmgroup.vn Tablet IP:123.30.209.243 Laptop, PC, Trạm thu phát sóng 3G Hình 1.1. Sơ đồ khối đường truyền dữ liệu GVHD: PGS.TS. ĐỖ VĂN DŨNG 18 HVTH: NGUYỄN BẢO LONG
21. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Luận Văn Cao Học CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Lý thuyết về mạng: 2.1.1 Sơ lƣợc lịch sử phát triển: Vào giữa những năm 50, những hệ thống máy tính đầu tiên ra đời sử dụng các bóng đèn điện tử nên kích thước rất cồng kềnh và tiêu tốn nhiều năng lượng. Việc nhập dữ liệu vào máy tính được thực hiện thông qua các bìa đục lỗ và kết quả được đưa ra máy in, điều này làm mất rất nhiều thời gian và bất tiện cho người sử dụng. Đến giữa những năm 60, cùng với sự phát triển của các ứng dụng trên máy tính và nhu cầu trao đổi thông tin với nhau, một số nhà sản xuất máy tính đã nghiên cứu chế tạo thành công các thiết bị truy cập từ xa tới các máy tính của họ, và đây chính là những dạng sơ khai của hệ thống mạng máy tính. Đến đầu những năm 70, hệ thống thiết bị đầu cuối 3270 của IBM ra đời cho phép mở rộng khả năng tính toán của các trung tâm máy tính đến các vùng ở xa. Đến giữa những năm 70, IBM đã giới thiệu một loạt các thiết bị đầu cuối được thiết kế chế tạo cho lĩnh vực ngân hàng, thương mại. Thông qua dây cáp mạng các thiết bị đầu cuối có thể truy cập cùng một lúc đến một máy tính dùng chung. Đến năm 1977, công ty Datapoint Corporation đã tung ra thị trường hệ điều hành mạng của mình là “Attache Resource Computer Network” (Arcnet) cho phép liên kết các máy tính và các thiết bị đầu cuối lại bằng dây cáp mạng, và đó chính là hệ điều hành mạng đầu tiên. 2.1.1.1 Khái niệm cơ bản. Nói một cách cơ bản, mạng máy tính là hai hay nhiều máy tính được kết nối với nhau theo một cách nào đó sao cho chúng có thể trao đổi thông tin qua lại với nhau. Hình 2.1: Mô hình mạng cơ bản Mạng máy tính ra đời xuất phát từ nhu cầu muốn chia sẻ và dùng chung dữ liệu. Không có hệ thống mạng thì dữ liệu trên các máy tính độc lập muốn chia sẻ với nhau phải thông qua việc in ấn hay sao chép qua đĩa mềm, CD ROM, điều này gây rất nhiều bất tiện cho người dùng. Các máy tính được kết nối thành mạng cho phép các khả năng: Sử dụng chung các công cụ tiện ích Chia sẻ kho dữ liệu dùng chung. GVHD: PGS.TS. ĐỖ VĂN DŨNG 19 HVTH: NGUYỄN BẢO LONG
22. S K L 0 0 2 1 5 4