Luận văn Thiết kế, chế tạo máy chẩn đoán ôtô thông qua mạng CAN (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Thiết kế, chế tạo máy chẩn đoán ôtô thông qua mạng CAN (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 VĂN NGỌC THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY CHẨN ĐỐN ƠTƠ THƠNG QUA MẠNG CAN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246 S KC 0 0 4 0 8 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN NGỌC THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY CHẨN ĐỐN ƠTƠ THƠNG QUA MẠNG CAN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013
3. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Nguyêñ Văn Ngọc Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: / /1975 Nơi sinh: Cần Thơ Quê quán: Nhơn Nghiã Phong Điền Cần Thơ Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 58/14 đườ ng sớ 7 phườ ng Linh Trung Quâṇ Thủ Đứ c. Điện thoại cơ quan: 08-7314063 Điện thoại nhà riêng: 0903877573 Fax: E-mail: nguyenvanngoc@hvct.edu.vn II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: chính quy Thời gian đào tạo từ 09/1993 đến 07/ 1998 Nơi học (trường, thành phố): Trường đại học sư phaṃ kỹ thuâṭ TP.HCM Ngành học: Cơ Khí Động Lực Tên đồ án, luận án hoặc mơn thi tốt nghiệp:Chuyên đề Ly hơp̣ , hơp̣ sớ trên ơtơ Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 7 năm 1998, trường đại học sư phaṃ kỹ thuâṭ TP.HCM. Người hướng dẫn: GVC Nguyêñ Văn Toàn III. QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi cơng tác Cơng việc đảm nhiệm Trương daỵ nghề ngươi 01-11/1998 ̀ ̀ Giáo viên tàn tật TW2 5/2005 Trường Kỹ Nghệ II Phụ trách khoa cơ khí Trường cao đăng nghề Kỹ Thuật Trương khoa cơ khi 6/2007đến nay ̉ ́ Cơng Nghệ TP.HCM đơṇ g lưc̣ GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG i HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC
4. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 08 năm 2013 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyêñ Văn Ngoc̣ GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG ii HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC
5. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN LỜI CẢM ƠN Trải qua 2 năm học cao học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, tơi đã tiếp thu được nhiều kiến thức quý báu từ qúy Thầy, Cơ để làm cơ sở và nền tảng trong việc nghiên cứu và tiếp cận thêm tài liệu mới, từ đĩ giúp tơi hồn thiện thêm trên rất nhiều lĩnh vực nhất là về lĩnh vực chuyên mơn. Trong quá trình thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ, tơi chân thành cám ơn đến các cá nhân, tập thể đã hết lịng giúp đỡ tơi hồn thành đề tài luận văn: Về phía Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM, Tơi xin chân thành cám ơn: Xin cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho tơi theo học lớp cao học chuyên ngành Kỹ thuâṭ cơ khí đơṇ g lưc̣ . Xin cảm ơn đến quý Thầy Cơ tham gia giảng dạy lớp cao học ơ tơ niên khố B2011-2013 đã trang bị cho tơi nhiều kiến thức nền tảng giúp tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp. Xin cảm ơn thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng đã hướng dẫn chỉ bảo tận tình giúp tơi hồn thành tập luận văn này. Xin cảm ơn các Thầy phản biện đã đĩng gĩp nhiều ý kiến quý báo giúp tơi hồn thiện nội dung tập luận văn. Xin cảm ơn cơng ty điêṇ tử Thiên Phong đã hơ ̃ trơ ̣ kỹ thuâṭ và tạo điều kiêṇ để tơi đươc̣ nghiên cứ u tại cơng ty. Xin cảm ơn các Thầy Cơ khoa Cơ khí Động lực Trường ĐHSPKT TP.HCM cùng các bạn học viên đã tận tình giúp đỡ tơi trong thời gian thực hiện luận văn. Về phía trường Cao đẳng nghề kỹ thuật cơng nghệ thành Tp HCM, tơi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa Cơ khí động lực đã tạo điều kiện và giúp đỡ tận tình để tơi tham gia khĩa học và hồn thành tốt luận văn này. TP Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 8 năm 2013 Học viên Nguyễn Văn Ngọc GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG iii HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC
6. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN TÓM TẮT Ngày nay, cơng nghê ̣ơ tơ có những phát triển vươṭ bâc̣ , các hệ thống trên ơ tơ đươc̣ trang bi ̣hiêṇ đaị như hê ̣thớng phun xăng điêṇ tử , hê ̣thớng đánh lử a điêṇ tử , hê ̣thớng điều hòa khơng khí tư ̣ đơṇ g , hê ̣thớng phanh chớng ham̃ cứ ng , hê ̣thớng treo điêṇ tử , hê ̣thớng kiểm soát khí thải .làm cho việc kiểm sốt các hệ thống trên ơ tơ trở nên phứ c tap̣ hơn . Do đĩ, nhu cầu phải có mơṭ hê ̣thớng chung vừ a có thể kiểm soát lươṇ g khí thải gây ơ nhiêm̃ mơi trường và vừa cĩ thể giám sát các hệ thống điện tử cũng như cơ khí trên ơ tơ là một địi hỏi cấp thiết. Hê ̣thớng maṇ g CAN ra đời đáp ứ ng đầy đủ các yêu cầu trên và nhanh chóng trở thành hê ̣thớng khơng thể thiếu trên ơ tơ hiêṇ nay . Từ đĩ, viêc̣ chẩn đoán lỡi hư hỏng trên ơ tơ tr ở nên phụ thuộc vào các thiết bi ̣và phần mềm chuyên dùng đắt tiền . Chế taọ máy chẩn đoán ơ tơ với chi phí thấp dê ̃ sử duṇ g trong các traṃ sử a chữa ơ tơ và trong các trường daỵ nghề là muc̣ tiêu của đề tài . Nơị dung đề tài “ Nghiên cƣ́ u, thiết kế chế tạo máy chẩn đoá n ơ tơ thơng qua maṇ g CAN ”. Bao gờm các bước thưc̣ hiêṇ sau: 1. Nghiên cứ u lý thuyết về maṇ g CAN và giao tiếp dữ liêụ trong hê ̣thớng maṇ g CAN. 2. Nghiên cứ u phương pháp ma ̃ hóa dữ liêụ chuẩn OBD -2 và các chuẩn giáo tiếp OBD -2. 3. Sử dụng Microchip PIC 24HJ64GP506A, LCD và các linh kiêṇ hiêṇ có trên thị trường Việt Nam thiết kế và chế tạo mạch điện máy chẩn đốn , lâp̣ trình và nạp dữ liệu cho máy. 4. Tiến hành thưc̣ nghiêṃ chẩn đoán trên xe ơ tơ Honda Civic bằ ng máy chẩn đoán đươc̣ chế taọ thưc̣ hiêṇ so sánh kết quả với máy chẩn đoán Inova 3133. Kết quả đề tài đã ch ế tạo thành cơng Máy chẩn đoán ơ tơ thơng qua maṇ g CAN, qua thử nghiệm xác định máy ho ạt động trên xe Honda Civic đúng theo yêu cầu kỹ thuâṭ , xuất ma ̃ lỡi chính xác theo tiêu chuẩn nhà sản xuất và Iso , kết cấu đơn giản gọn nhẹ. Đây là cơ sở khoa học ban đầu cho việc sản xuất thiết bi ̣chẩn đoán ơ tơ trong tương lai. GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG iv HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC
7. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN ABSTRACT Today, automotive technology have developed dramatically, Many systems on modern cars are equipped with eletronic control modules such as : electronic fuel injection, electronic ignition, automatical air conditioning, ABS brake, electronic suspension, automatic emission control, etc. These innovations make automobile control become more and more complicated, so that the demand of a common system which can both control the quality of harmful gases emission as well as monitor all other electronic and mechanical system on automobile is an imperative requirement.CAN system is produced to response the former requirements and soon be an indispensable part in today’s car. Since then, fault and damaged diagnosis on modern cars strongly depend on high-priced dedicated devices and softwares. For manufacturing automotive diagnostic divice via CAN with cheaper cost for using in automotive service stations and vocational schools, the thesis issued following content: 1. Theoretical research on CAN and data communication in the CAN systems. 2. Research method of the data encryption standards OBD-2 and communication standards OBD -2. 3. Using microchip PIC24HJ64GP506A, LCD and electronic units, which are easy found in Vietnam market to design and produce electronic board of the tester. Programming and Load data for the device. 4. To carry out diagnosis experiments on the Honda Civic series with the manufactured tester and make comparison with the results with Inova 3133 diagnostic equipment. The thesis result is successfully manufacturing automotive diagnostic divice via CAN system with robust design and simply structure. During test time, the device has operated propertly in Honda Civic as technical requirements; the detected fault codes from the device are completely satisfy manufacturers and ISO standards.The result of the thesis is a scientific foundation for producing automotive diagnostic equipments in the future. GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG v HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC
8. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Cảm tạ iii Tĩm tắt iv Mục lục vi Danh sách các chữ viết tắt x Danh sách các hình xi Danh sách các bảng xii Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngồi nước đã cơng bố 1 1.1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 1 1.1.2. Các kết quả nghiên cứu trong và ngồi nước đã cơng bố 2 1.1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước 2 1.1.2.2Tình hình nghiên cứu ngồi nước 6 1.2. Mục tiêu của đề tài 8 1.3.Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài 8 1.4.Phương pháp nghiên cứu 8 1.5.Kế hoạch thực hiện 9 Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Khái quát về chuẩn giao thức CAN ················································ 10 2.1.1 Giới thiệu về mạng CAN ·························································· 10 2.1.2 Khái quát về giao thức CAN ······················································ 11 2.2. Lớp vật lý ·············································································· 14 2.2.1 Non return zero ······································································ 14 2.2.2 Bit Stuffing ·········································································· 15 GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG vi HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC
9. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN 2.2.3 Bit Timing ··········································································· 15 2.3. Độ dài của một Bus ·································································· 16 2.4. Trạng thái “Dominant” và “Recessive” ··········································· 17 2.5. Giải quyết tranh chấp trên Bus ····················································· 18 2.6. CAN frame ············································································ 19 2.7. Các segment khác nhau ······························································ 25 2.8. Khoảng thời gian khác nhau của các Segment và Time Quantum ············· 25 2.9. Sự đồng bộ xung clock ······························································ 27 2.9.1. SJW ················································································· 27 2.9.2. Lỗi pha ··············································································· 27 2.9.3. Cơ chế đồng bộ ···································································· 29 2.9.4. Truyền nhận message ······························································ 30 2.9.5. Xử lý lỗi ············································································· 30 2.10. Ứng dụng mạng CAN trên xe ···················································· 32 2.10.1. Những hạn chế củađây điện ···················································· 32 2.10.2. Đường truyền dữ liệu đa hợp ···················································· 34 2.10.3. Sơ đồ mạng CAN trên xe Honda Civic ········································ 37 2.10.4. Sơ đồ mạng CAN trên xe Toyota Vios 2007 ································· 39 2.10.5. Sơ đồ mạng CAN trên xe Toyota Yaris 2007 ································· 40 Chƣơng 3:CÁC PHƢƠNG PHÁP MÃ HĨA DỮ LIỆU CHẨNĐỐN OBD-2 VÀ CÁC CHUẨN GIAO TIẾP OBD-2 3.1. Giới thiệu về OBD -2 PIDs ························································· 41 3.2. Các chế độ hoạt động ································································ 41 3.3. Bảng mã PIDs ········································································· 42 3.3.1.Bảng mã PIDs và cách giải mã ···················································· 42 3.3.2. Cách giải mã các PIDs đặc biệt ·················································· 55 3.3.2.1. Chế độ 1 – PID01 ································································ 55 3.3.2.2. Chế độ 1 – PID03 ································································ 56 3.3.2.3. Chế độ 1 – PID12 ································································ 57 GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG vii HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC
10. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN 3.3.2.4Chế độ 1 – PID 1C ································································ 57 3.3.2.5. Chếđộ 1 PID41 ··································································· 58 3.3.2.6. Chế độ 3 ··········································································· 59 3.4. Qúa trình truyền dữ liệu sử dụng CAN 11 bit ···································· 61 3.4.1. Qúa trình truyền dữ liệu ·························································· 62 3.4.2.Qúa trình nhận dữ liệu ······························································ 62 3.5. Các chuẩn giao tiếp OBD -2 ······················································· 62 3.5.1. Giắc chẩnđốn OBD -2 ···························································· 63 3.5.2. Mã lỗi ················································································ 64 3.5.3. Các chuẩn giao tiếp OBD -2 ······················································ 65 3.5.3.1. Giao thức ISO 9141-2 ··························································· 65 3.5.2.2. Giao thức SAE J1850 VPW ···················································· 67 3.5.2.3 Giao thức SAE J1850 PWM ···················································· 67 3.5.2.4 Giao thức ISO 14230 KWP2000 ··············································· 69 3.5.2.5 Giao thức ISO 15765 CAN ······················································ 70 Chƣơng 4:THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY CHẨN ĐỐN Ơ TƠ THƠNG QUA MẠNG CAN 4.1. Tổng quan về dịng PIC24HJ64GP506A ·········································· 71 4.1.1 Các đặc điểm chính ································································· 71 4.1.2 Tĩm tắt các dịng PIC24H ························································· 73 4.1.3 Kiểu đĩng gĩi ······································································· 74 4.2. Module CAN trong PIC24HJ64GP506A ········································· 74 4.2.1. Tổng quan module CAN ·························································· 74 4.2.2. Các dạng Frame truyền ···························································· 75 4.2.3 Các chế độ hoạt động ······························································· 75 4.2.3.1 Chế độ Initialization ······························································ 75 4.2.3.2 Chế độ Disable ···································································· 76 4.2.3.3.Chế độ Normal ···································································· 76 4.2.3.4.Chế độ Loopback ································································ 76 GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG viii HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC
11. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN 4.3. Thiết kế các mạch điện cơ bản của máy ·········································· 77 4.3.1. Mạch nguồn ········································································ 77 4.3.2. Mạch MCU ·········································································· 77 4.3.3. Mạch Vehicle interface ··························································· 79 4.3.4. Mạch LCD Interface ······························································ 80 4.4. Chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN ····························· 82 4.4.1 Sơ đồ mạch in lớp trên và vị trí linh kiện ········································ 82 4.4.2. Sơ đồ mạch in lớp dưới ·························································· 83 4.4.3. Máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN ····································· 84 4.4.4. Lưu đồ thuật tốn ································································ 85 Chƣơng 5: THỰC NGHIỆM MÁY CHUẨN ĐỐN TRÊN XE 5.1. Hướng dẫn sử dụng máy chẩn đốn CAN ········································ 86 5.1.1. Cấu tạo máy chẩn đốn CAN ····················································· 86 5.1.2. Chức năng máy chẩn đốn CAN ················································· 87 5.1.3. An tồnkhi sử dụng máy ·························································· 87 5.2. Thực nghiệm chẩn đốn của xe Honda Civic ····································· 88 5.2.1. Kết nối máy chẩn đốn với xe ··················································· 88 5.2.2. Vận hành chẩn đốn ······························································· 89 5.2.2.1 Chẩn đoán lỡi cảm biến nhiệt độ khơng khítrên xe Honda Civic ·········· 91 5.2.2.2 Chẩn đoán lỡi cảm biến MAF ··················································· 91 5.2.2.3. Xĩa mã lỗi ········································································ 92 5.2.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm ···················································· 92 5.2.3.1 Đánh giá kết quả chẩn đốn mã lỗi trên xe ···································· 92 5.2.3.2 Sơ đồ thí nghiệm máy chẩn đốn ·············································· 93 5.2.3.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm bằng máy chẩn đốn Inova 3133 ·········· 94 Chƣơng6: KẾT LUẬN - HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 6.1. Kết luận ··············································································· 96 6.2. Một số đề nghị ········································································ 97 6.3 Hướng phát triển của đề tài ·························································· 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO ······························································ 98 GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG ix HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC
12. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN LIỆT KÊ CÁC CHỮ VIẾT TẮT CAN Controller Area Network DTC Diagnostic Trouble Codes ECMElectronic Control Module ECU Electronic Control Unit ISO International Standard Organization OBD On-Board Diagnostic EOBDEuropean On Board Diagnostics HDOBD Heavy Duty On-Board Diagnostic CPU Central Proceeing Unit LLC Logical Link Control MAC Medium Access Control PWM-Pulse-Width Modulation ALU Arithmetic Logical Unit NRZ None Return to Zero NMT Network Mangement VPW Variable Pulse Width PWM Pulse Width Mdulation KWP Keyword Protocol SOF Start Of Frame DMA Direct Memory Access DLC Diagnostic Link Connector LCD Liquid Crystal Display CRC Cyclic Redundancy Code PSW Program Status Word SAE Society of Automotive Engineers GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG x HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC
13. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 1.1: Bộ nhớ định thời họ MSC-51 ·················································· 3 Bảng 1.2 : kế hoạch và thời gian thực hiện··············································· 9 Bảng 2.1: Vận tốc – Độ dài – Bit time ·················································· 16 Bảng 2.2: So sánh CAN low speed và CAN high speed ····························· 17 Bảng 2.3: Thời gian của mỗi segment ·················································· 26 Bảng 2.4: Cơ chế đồng bộ ································································ 29 Bảng 3.1: Các chế độ hoạt động ························································· 41 Bảng 3.2: Bảng mã PIDs và cách giải mã ·············································· 54 Bảng 3.3: Mã hĩa Chế độ 1- PID01 ···················································· 55 Bảng 3.4: Cách mã hĩa quá trình kiểm tra ············································ 55 Bảng 3.5: Mã hĩa Byte C và D ở động cơ xăng ······································· 56 Bảng 3.6: Mã hĩa Byte C và D ở động cơ dầu ········································ 56 Bảng 3.7: Mã hĩa Chế độ 1 –PID03 ···················································· 57 Bảng 3.8: Mã hĩa Chế độ 1 –PID12 ···················································· 57 Bảng 3.9: Mã hĩa Chế độ 1 –PID1C ···················································· 58 Bảng 3.10: Mã hĩa Chế độ 1 –PID41 ··················································· 59 Bảng 3.11: Mã hĩa Chế độ 3 đọc DTCs bit A7,A6 ·································· 59 Bảng 3.12: Mã hĩa Chế độ 3 đọc DTCs bit A5,A4 ·································· 59 Bảng 3.13: Mã hĩa Chế độ 3 đọc DTCs bit A3,A2,A1,A0 ························· 60 Bảng 3.14: Mã hĩa loại nhiên liệu······················································· 61 Bảng 3.15: Chức năng các bytes trong quá trình truyền ······························ 62 Bảng 3.16: Chức năng các byte trong quá trình nhận ································· 62 Bảng 4.1: Các dịng PIC24H trên thị trường ··········································· 73 GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG xi HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC
14. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Sơ đồ chânAT89C51 ··························································· 4 Hình 1.2: Sơ đồ chân vi điều khiểnAT89S52 ··········································· 6 Hình 2.1: Tính ổn định của CAN ······················································· 11 Hình 2.2: Ví dụ về mạng CAN ·························································· 12 Hình 2.3: Một nút mạng CAN ··························································· 12 Hình 2.4: Mơ hình mạng CAN ·························································· 13 Hình 2.5: Các lớp layer giao tiếp ························································ 14 Hình 2.6: NRZ method ··································································· 15 Hình 2.7: Kỹ thuật Bit Stuffing ························································· 15 Hình 2.8: Giản đồ thời gian ······························································ 15 Hình 2.9: Tốc độ tỉ lệ nghịch với độ dài Bus ·········································· 16 Hình 2.10: Điện áp của CAN low speed ··············································· 17 Hình 2.11: Điện áp của CAN high speed ·············································· 18 Hình 2.12: Sự kháng nhiễu với ảnh hưởng của điện từ ······························ 18 Hình 2.13: Giải quyết tranh chấp trên Bus ············································ 19 Hình 2.14: Khung truyền ································································· 20 Hình 2.15 : CRC field ···································································· 20 Hình 2.16: Khung truyền dữ liệu CAN················································· 21 Hình 2.17: CAN standard frame ························································ 22 Hình 2.18: CAN Extended frame ······················································· 22 Hình 2.19: CAN remote frame ·························································· 23 Hình 2.20: CAN error frame····························································· 23 Hình 2.21: Baudrate định nghĩa thời gian cho 1 bit ·································· 24 Hình 2.22: Mỗi bit được cấu tạo bởi 4 segments ····································· 24 Hình 2.23: Cấu trúc của Time Quantum ··············································· 25 Hình 2.24: Số lượng Time Quanta cĩ thể cho mỗi segment ························ 26 GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG xii HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC
15. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN Hình 2.25: Vấn đề đồng bộ ······························································ 27 Hình 2.26: Chuỗi dịch chuyển độ dài Segment của Nominal Bit Time ··········· 28 Hình 2.27: Sơ đồ khối bộ nhận CAN message ········································ 30 Hình 2.28: Sơ đồ khối bộ truyền CAN message ······································ 30 Hình 2.29: Các loại lỗi khác nhau······················································· 31 Hình 2.30. Mơ tả đường truyền đa hợp················································· 33 Hình 2.31. Mơ hình mạng CAN trên xe ················································ 35 Hình 2.32. Mạng giao tiếp CAN với ECU trên xe ···································· 36 Hình 2.33: Mạng giao tiếp CAN với ECU trên xe Volvo ··························· 36 Hình 2.34: Sơ đồ mạng CAN trên xe Honda Civic 2007 ··························· 37 Hình 2.35: Sơ đồ mạng CAN trên xe Vios 2007 ······································ 39 Hình 2.36: Sơ đồ mạng CAN trên xe Toyota Yaris 2007···························· 40 Hình 3.1. Giắc chẩn đốn OBD – 2 ····················································· 63 Hình 3.2: Hình 3.2: ý nghĩa các ký tự trong một mã lỗi ····························· 64 Hình 3.3: Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp ISO 9141 ······································ 66 Hình 3.4:Dạng sĩng của giao thức ISO 9141-2 ······································· 66 Hình 3.5:Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp SAE J1850 VPW ····························· 67 Hình 3.6: Dạng sĩng của giao thức SAE J1850 VPW ······························· 67 Hình 3.7:Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp SAE J1850 PWM ····························· 67 Hình 3.8: Dạng sĩng của giao thức SAE J1850 PWM ······························· 67 Hình 3.9:Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp ISO 14320 KWP2000 ························ 69 Hình 3.10:Dạng sĩng của giao thức KWP2000 ······································· 69 Hình 3.11: Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp ISO 15765 CAN ···························· 70 Hình 3.12: Dạng sĩng của giao thức ISO 15765 CAN ······························· 70 Hình 4.1: Sơ đồ đĩng gĩi kiểu 64-Pin TQFP ·········································· 74 Hình 4.2: Sơ đồ khối module CAN ····················································· 75 Hình 4.3: Sơ đồ mạch nguồn cấp 5V và 3.3V ········································· 77 Hình 4.4: Mạch MCU sử dụng PIC24HJ64GP506A ································· 78 Hình 4.5: Mạch Vehicle Interface ······················································ 79 GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG xiii HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC
16. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN Hình 4.6:Sơ đồ mạch LCD Interface ··················································· 81 Hình 4.7:Sơ đồ mạch in lớp trên và vị trí linh kiện··································· 82 Hình 4.8:Sơ đồ mạch in lớp dưới ······················································· 83 Hình 4.9: Máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN ································ 84 Hình 4.10: Lưu đồ thuật tốn điều khiển ··············································· 85 Hình 5.1 : Cấu taọ máy chẩn đoán ····················································· 87 Hình 5.2 : kết nối máy với xe ···························································· 88 Hình 5.3 : Màn hình hiển thị hiện tại xe khơng cĩ mã lỗi ··························· 89 Hình 5.4: Màn hình hiển thị mã lỗi nhiệt độ khơng khí nạp xe Honda Civic ····· 90 Hình 5. 5:Màn hình hiển thị lỗi cảm biến MAF trên xe Honda Civic ············· 91 Hình 5.6 : Màn hình hiển thị xĩa mã lỗi trên xe ······································ 92 Hình 5. 7 : Sơ đồ thí nghiệm máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN ········· 93 Hình 5. 8 : Hiển thị mã lỗi cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp ······················· 94 Hình 5.9: Hiển thị mã lỗi của cảm biến MAF ········································· 95 Hình 5.10 :Xĩa lỗi ········································································ 95 GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG xiv HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC
17. Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngồi nƣớc đã cơng bố. 1.1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu: Trong thời đại ngày nay, ơ tơ đã trở nên phổ biến và trở thành một phương tiên di chuyển – vận tải khơng thể thay thế được đối với con người. Số lượng ơ tơ được bán ra ngày càng tăng. Theo thống kê đến tháng đầu năm 2011, tổng số lượng ơ tơ trên tồn thế giới đã đạt mốc hơn 1 tỷ xe. Trung bình cứ 6,75 người thì lại cĩ một chiếc ơ tơ. Đứng đầu là Mỹ với tỷ lệ 1,13 người/1 ơ tơ. Hàng năm, lượng ơ tơ trên tồn thế giới tiêu thụ hơn 1000 tỷ lít nhiên liệu và là nguyên nhân chính gây ra các vấn đề ơ nhiễm mơi trường ở các đơ thị. Để đối phĩ với tình trạng trên, chính phủ nhiều quốc gia đã đưa ra nhiều quy định cũng như tiêu chuẩn về khí thải ơ tơ. Từ đĩ, các nhà sản xuất ơ tơ đã cho ra đời nhiều thiết bị nhằm giảm thiểu và giám sát lượng khí thải cho các sản phẩm của mình. Bên cạnh đĩ, với sự phát triển khơng ngừng của khoa học kỹ thuật, các ơtơ sản xuất ngày nay được trang bị hệ thống điện-điện tử khá phức tạp như hệ thống phun xăng, hệ thống điều hịa khơng khí tự động, hệ thống phanh chống hãm cứng, hệ thống treo điện tử, hệ thống đánh lửa điện tử, hệ thống kiểm sốt khí thải . Ơ tơ trở nên phức tạp hơn, gây nhiều khĩ khăn cho kỹ thuật viên trong việc phát hiện ra hệ thống gặp vấn đề khi hư hỏng xuất hiện. Yêu cầu đặt ra là phải cĩ một hệ thống chung để vừa cĩ thể kiểm sốt lượng khí thải gây ơ nhiễm mơi trường để giúp các kỹ thuật viên kiểm tra các hệ thống dễ dàng hơn để giảm cơng sức và thời gian trong việc sửa chữa. Hệ thống CAN (Control Areas Nekwork) ra đời đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trên và nhanh chĩng trở thành hệ thống khơng thể thiếu trên ơ tơ hiện nay. CAN truy cập và lấy thơng tin từ ECM đưa ra các chẩn đốn về khí thải và GVHD: PGS_TS ĐÕ VĂN DŨNG 1 HVTH: KS NGUYỄN VĂN NGỌC
18. Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN các hệ thống khác. Từ đĩ, kỹ thuật viên cĩ thể xác định được lỗi nằm ở hệ thống nào một cách nhanh chĩng cũng như quyết định xem chiếc xe này cĩ đạt các yêu cầu về khí thải hay khơng. Trongthựctế,cơngviệcsửachữacácpantrênơtơcĩ trang bị mạng CANgặpnhiềukhĩkhăndo thiếucácthiếtbịchẩnđốnchuyêndùngđểchẩnđốntrìnhtrạngkỹthuậtcủaơtơ.Từvấn đềnêutrên,vớisựhướngdẫncủathầyPGS.TSĐỗVănDũngngườinghiêncứuđãchọnđề tài “Nghiêncứu chế tạo máy chẩn đốn ơtơ thơng qua mạng CAN”. 1.1.2. Các kết quả nghiên cứu trong và ngồi nƣớc đã cơng bố: 1.1.2.1.Tình hình nghiên cứu trong nƣớc Nội địa hố sản phẩm, đẩy mạnh nền cơng nghệ sản xuất trong nước là một yêu cầu tất yếu để hạ giá thành sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao tính cạnh tranh của các sản phẩm Việt Nam trên thị trường trong nước cũng như quốc tế. Đây cũng là một trong những mục tiêu chính của nền cơng nghiệp nước ta hiện nay. Tuy nhiên vấn đề tồn tại lớn nhất chính là vốn và cơng nghệ. Mục tiêu sản xuất với chi phí thấp, đồng thời làm chủ được cơng nghệ cao để cĩ được sự chủ động trong sản xuất đang được các cơ sở sản xuất quan tâm hàng đầu. Vì thế Thầy PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG nhận thấy được sự cần thiết của cơng nghệ chế tạo, thiết kế và lập trình vi điều khiển. Thầy đã đề xuất và hướng dẫn các đề tài mang tính chất thiết kế, chế tạo và ứng dụng cao như:  Nghiên cứu, chế tạo mạch đánh lửa trên động cơ ô tô theo chương trình – KS. Nguyễn Văn Long Giang – Luận văn thạc sĩ 2002 –2004, người hướng dẫn: PGS. TS Đỗ Văn Dũng – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM. Luận văn được hoàn thành trên cơ sở ứng dụng vi xử lý (dùng bộ vi điều khiển AT89C51)để chế tạo mạch đánh lửa trên động cơ ô tô theo chương trình. Kết quả luận văn cho thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của vi điều khiển trong điều khiển lập trình hoạt động cho nhiều kết cấu cơ khí và thiết bị điện phức tạp trên ô tô. GVHD: PGS_TS ĐÕ VĂN DŨNG 2 HVTH: KS NGUYỄN VĂN NGỌC
19. Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN ° Giới thiệu khái quát về họ vi điều khiển MSC-51: MCS-51TMlà một họ IC vi điều khiển do Intel phát triển và sản xuất. Một số nhà sản xuất được phép cung cấp các IC tương thích với các sản phẩm MCS- 51TMcủa Intel là Siemens, Advanced Micro Devices, Fujitsu, Philips, Atmel. AT89C52 là một Microcomputer 8 bit, loại CMOS, có tốc độ cao và công suất thấp với bộ nhớ Flash có thể lập trình được. Nó được sản xuất với công nghệ bộ nhớ không bay hơi mật độ cao của hãng Atmel, và tương thích với chuẩn công nghiệp của 80C51 và 80C52 về chân và bộ lệnh. * Các IC của họ MCS-51TMcó các đặc trưng chung như sau: - 4 port I/O 8 bit. - Giao tiếp nối tiếp. - 64K không gian bộ nhớ chương trình mở rộng. - 64K không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng. - Một bộ xử lý luận lý (thao tác trên các bit đơn). - 210 bit được địa chỉ hóa. - Bộ nhân/chia 4 µs. Ngoài ra, tùy theo số hiệu sản xuất mà chúng có những khác biệt về bộ nhớ và bộ định thời/ bộ đếm như trong bảng so sánh dưới đây: Số hiệu sản xuất Bộ nhớ chương Bộ nhớ dữ liệu Số bộ định thời trình trên chip trên chip (Bộ đếm) 8031 0K 128 byte 2 8051 4K ROM 128 byte 2 8751 4K EPROM 128 byte 2 8951 4K FLASH 128 byte 2 8032 0K 256 byte 3 8052 8K ROM 256 byte 3 8752 8K EPROM 256 byte 3 8952 8K FLASH 256 byte 3 Bảng 1.1: Bộ nhớ định thời họ MSC-51 GVHD: PGS_TS ĐÕ VĂN DŨNG 3 HVTH: KS NGUYỄN VĂN NGỌC
20. Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN ° Giới thiệu AT89C52: Hình 1.1:Sơ đồ chân AT89C51 “Nghiêncứu chế tạo máy chẩn đốn các loại ECU điều khiển động cơ”.– KS. Hồ Hữu Chấn – Luận văn thạc sĩ 2003 –2005, ngƣời hƣớng dẫn: PGS. TS Đỗ Văn Dũng – Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP. HCM. Luận văn được hồn thành trên cơ sở ứng dụng vi xử lý (dùng bộ vi điều khiển AT89S52) để chế tạo mạch điều khiển hộp số tự động theo chương trình. Kết quả luận văn cho thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của vi điều khiển trong điều khiển lập trình hoạt động cho nhiều kết cấu cơ khí và thiết bị điện phức tạp trên ơ tơ nĩi riêng và hệ thống điều khiển tự động nĩi chung. °Sơ đồ khối và chức năng các khối của AT89S52: * Bộ vi điều khiển AT89S52 gồm các khối: - CPU ( Central Processing Unit): GVHD: PGS_TS ĐÕ VĂN DŨNG 4 HVTH: KS NGUYỄN VĂN NGỌC
21. Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN + Thanh ghi tích lũy A. + Thanh ghi tích lũy phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia. + Đơn vị logic học ( ALU: Arithmetic Logical Unit) + Từ trạng thái chương trình (PSW: Program Status Word) + Bốn băng thanh ghi + Con trỏ ngăn xếp - Bộ nhớ chương trình (Bộ nhớ ROM) gồm 8Kb Flash. - Bộ nhớ dữ liệu (Bộ nhớ RAM) gồm 256 bytes. - Bộ UART (Universal Ansynchronous Receiver and Transmitter) làm chức năng truyền nhận nối tiếp, nhờ khối này, AT89S52 cĩ thể giao tiếp với cổng COM của máy tính. - 3 bộ Timer/Counter 16 bit thực hiện các chức năng định thời và đếm sự kiện. - WDT (Watch Dog Timer): được dùng để hồi phục lại hoạt động của CPU khi nĩ bị treo bởi 1 nguyên nhân nào đĩ. Gồm cĩ một bộ Timer 14 bit, một bộ Timer 7 bit, thanh g hi WDTPRG (WDT programable) điều khiển Timer 7 bit và một thanh ghi chức năng WDTRST (WDT resister). GVHD: PGS_TS ĐÕ VĂN DŨNG 5 HVTH: KS NGUYỄN VĂN NGỌC