Luận văn Thiết kế mô hình giảng dạy hệ thống truyền dữ liệu qua mạng CAN (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Thiết kế mô hình giảng dạy hệ thống truyền dữ liệu 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 MẠNH CHIẾN THIẾT KẾ MÔ HÌNH GIẢNG DẠY HỆ THỐNG TRUYỀN DỮ LIỆU QUA MẠNG CAN NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ KHÍ ÐỘNG LỰC - 60520116 S K C0 0 5 1 0 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016
2. BỘ GIÁO D ỤC VÀ ĐÀO T ẠO TR ƯỜNG ĐẠI H ỌC S Ư PH ẠM K Ỹ THU ẬT THÀNH PH Ố HỒ CHÍ MINH LU ẬN V ĂN TH ẠC S Ĩ NGUY ỄN M ẠNH CHI ẾN THI ẾT K Ế MÔ HÌNH GI ẢNG D ẠY H Ệ TH ỐNG TRUY ỀN D Ữ LI ỆU QUA M ẠNG CAN NGÀNH: KỸ THU ẬT CƠ KHÍ ĐỘNG L ỰC-60520116 Hướng d ẫn khoa h ọc: PGS.TS ĐỖ VĂN D ŨNG Tp. H ồ Chí Minh, tháng 04/2016
3. Tr ường Đại H ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật TP.HCM Lu ận V ăn Th ạc S ĩ LÝ L ỊCH KHOA H ỌC I. LÝ L ỊCH S Ơ L ƯỢC: Họ & tên: Nguy ễn M ạnh Chi ến Gi ới tính: Nam Ngày, tháng, n ăm sinh: 10/06/1991 Nơi sinh: Bình Thu ận Quê quán: Thanh Hóa Dân t ộc: Kinh Ch ỗ ở riêng ho ặc địa ch ỉ liên l ạc: 9/18, đường 8, ph ường T ăng Nh ơn Phú B, Qu ận 9, Tp.H ồ Chí Minh Điện tho ại: 01647223600 E-mail: manhchien1006@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO T ẠO: Đại h ọc: Hệ đào t ạo: Chính quy Th ời gian đào t ạo t ừ 09/2009 đến 04/2014 Nơi h ọc: Tr ường Đại H ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật Thành Ph ố Hồ Chí Minh Ngành h ọc: S ư Ph ạm C ơ Khí Động L ực Tên đồ án t ốt nghi ệp: Động C ơ 1NZ-FE Nơi b ảo v ệ đồ án t ốt nghi ệp: Bộ môn Động C ơ- Tr ường Đại H ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật Tp.H ồ Chí Minh Ng ười h ướng d ẫn: ThS. Nguy ễn Kim III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN K Ể TỪ KHI T ỐT NGHI ỆP ĐẠI H ỌC: Th ời gian Nơi công tác Công vi ệc đảm nhi ệm 08/2015-nay Jaguar Landrover Vi ệt Nam Kỹ Thu ật Viên GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn D ũng -i- HVTH: Nguy ễn M ạnh Chi ến
4. Tr ường Đại H ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật TP.HCM Lu ận V ăn Th ạc S ĩ LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên c ứu c ủa tôi. Các s ố li ệu, k ết qu ả nêu trong lu ận v ăn là trung th ực và ch ưa t ừng được ai công b ố trong b ất k ỳ công trình nào khác Tp. H ồ Chí Minh, ngày tháng n ăm 2016 (Ký tên và ghi rõ h ọ tên) GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn D ũng -ii- HVTH: Nguy ễn M ạnh Chi ến
5. Tr ường Đại H ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật TP.HCM Lu ận V ăn Th ạc S ĩ CẢM T Ạ Đề tài được hoàn thành không ch ỉ nh ờ sự cố gắng, n ỗ lực c ủa b ản thân mà còn nh ờ sự hướng d ẫn, giúp đỡ của th ầy PGS.TS Đỗ Văn D ũng. Tôi xin chân thành cảm ơn s ự giúp đỡ nhi ệt tình c ủa th ầy. Ngoài ra, tôi c ũng c ảm ơn s ự giúp đỡ, đóng góp ý ki ến c ủa th ầy ThS. Nguy ễn Tr ọng Th ức, b ạn bè, gia đình. GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn D ũng -iii- HVTH: Nguy ễn M ạnh Chi ến
6. Tr ường Đại H ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật TP.HCM Lu ận V ăn Th ạc S ĩ TÓM T ẮT Ngày nay m ột h ệ th ống điều khi ển trên ô tô ngày càng ph ức t ạp. M ạng CAN (Controller Area Network), t ạm d ịch là “M ạng ECU” hay g ọi t ắt là m ạng CAN ra đời.Tuy v ậy, h ệ th ống truy ền d ữ li ệu qua m ạng CAN trên ô tô là m ột h ệ th ống còn khá m ới m ẻ đối v ới h ọc viên, sinh viên và nh ững k ỹ thu ật viên s ửa ch ữa ô tô. Ch ưa có mô hình tr ực quan để ng ười h ọc có th ể hình dung, h ọc t ập.Do v ậy vi ệc Thi ết k ế mô hình gi ảng d ạy h ệ th ống truy ền d ữ li ệu qua m ạng CAN là đề tài c ần thi ết giúp ng ười h ọc ti ếp c ận v ới các công ngh ệ mới, ph ục v ụ cho vi ệc ch ẩn đoán s ửa ch ữa các h ệ th ống điện trên xe. Đề tài đã đạt được m ột s ố kết qu ả nh ư sau: - Đã nghiên c ứu c ơ s ở lý thuy ết c ủa h ệ th ống truy ền d ữ li ệu CAN trên ô tô. - Thi ết k ế và ch ế tạo thành công h ộp ECU c ủa h ệ th ống truy ền d ữ li ệu CAN trên ô tô. Các ECU giao ti ếp v ới nhau b ằng giao ti ếp CAN. - Mô hình mô ph ỏng h ệ th ống truy ền d ữ li ệu CAN trên ô tô được ch ế tạo t ừ đề tài có th ể dùng để gi ảng d ạy và nghiên c ứu v ề hệ th ống truy ền d ữ li ệu CAN trên ô tô. SUMMARY Nowadays, A control system is more complexed on automobile. CAN (Controller Area Network), roughly translated as "Network ECU" or referred to as the CAN network was born. However, the Data transfer system via CAN network is a rather new system for students and technicians. No visual model for learners to be able to visualize and study. Thus the teaching model of Data transfer system via CAN networkis essential topics to help students gain access to new technologies, to serve the diagnostic repair electrical systems on the car. The thesis has achieved some results as follows: - Having studied the theoretical basis of the data transfer system via CAN. - Design and fabrication of the ECU box successful. The ECU communicate with each other using CAN communication. - The model simulated data transfer systems via CAN is made of threads can be used for teaching and research. GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn D ũng -iv- HVTH: Nguy ễn M ạnh Chi ến
7. Tr ường Đại H ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật TP.HCM Lu ận V ăn Th ạc S ĩ MỤC L ỤC TRANG QUY ẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LÝ L ỊCH KHOA H ỌC i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC L ỤC v DANH SÁCH CÁC CH Ữ VI ẾT T ẮT viii DANH SÁCH CÁC HÌNH ix DANH SÁCH CÁC B ẢNG xii Ch ươ ng 1:TỔNG QUAN 1 1.1 T ổng quan chung v ề lĩnh v ực nghiên c ứu 1 1.2 Tình hình nghiên c ứu trong và ngoài n ước 1 1.2.1 Tình hình nghiên c ứu trên th ế gi ới 1 1.2.2 Tình hình nghiên c ứu trong n ước 3 1.3 M ục tiêu và đối t ượng nghiên c ứu 4 1.3.1 M ục tiêu nghiên c ứu 4 1.3.2 Đối t ượng nghiên c ứu 5 1.4 Nhi ệm v ụ của đề tài và ph ạm vi nghiên c ứu 5 1.4.1Nhi ệm v ụ của đề tài 5 1.4.2Ph ạm vi nghiên c ứu 5 1.5Ph ươ ng pháp nghiên c ứu 5 Ch ươ ng 2:CƠ S Ở LÝ THUY ẾT H Ệ TH ỐNG TRUY ỀN D Ữ LI ỆU CAN TRÊN Ô TÔ 6 2.1T ổng quát v ề mạng CAN (Controller Area Network) 6 2.2Khái quát v ề giao th ức CAN 8 2.2.1T ổng quát v ề giao th ức CAN 8 2.2.2 L ớp v ật lý 12 2.2.2.1Non return zero 12 2.2.2.2Bit Stuffing 12 2.2.2.3Bit Timing 13 2.2.2.4 Độ dài c ủa m ột Bus 13 GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn D ũng -v- HVTH: Nguy ễn M ạnh Chi ến
8. Tr ường Đại H ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật TP.HCM Lu ận V ăn Th ạc S ĩ 2.2.2.5Tr ạng thái “Dominant” và “Recessive” 14 2.2.3Gi ải quy ết tranh ch ấp trên Bus 16 2.2.4CAN frame 17 2.2.5Nominal Bit Time 21 2.2.6S ự đồng b ộ xung clock 24 2.2.7 Truy ền nh ận message 27 2.2.8 X ử lý l ỗi 28 2.2.9 M ạch b ảo b ệ CAN bus 29 2.2.9.1 Ph ần c ứng 29 2.2.9.2 Đặc tính k ỹ thu ật c ủa b ộ ph ận thu phát CAN transceiver 34 2.2.9.3 L ựa ch ọn ph ươ ng th ức b ảo v ệ CAN bus 37 2.2.9.4 Các m ạch b ảo v ệ CAN bus 38 Ch ươ ng 3:THI ẾT K Ế VÀ CH Ế TẠO MÔ HÌNH GI ẢNG D ẠY H Ệ TH ỐNG TRUY ỀN D Ữ LI ỆU QUA M ẠNG CAN 45 3.1 Các thành ph ần c ủa mô hình: 45 3.1.1 C ảm bi ến siêu âm (SRF05) 45 3.1.2 Màn hình LCD 47 3.1.3 Vi điều khi ển PIC 18F4580 50 3.2 Thu th ập d ữ li ệu đầu vào c ủa h ệ th ống 52 3.3 Thi ết k ế, ch ế tạo m ạch ECU mô ph ỏng h ệ th ống truy ền d ữ li ệu CAN 54 3.3.1 S ơ đồ kh ối và s ơ đồ thu ật toán điều khi ển h ệ th ống truy ền d ữ li ệu CAN 54 3.3.1.1 S ơ đồ kh ối h ệ th ống truy ền d ữ li ệu CAN 54 3.3.1.2 S ơ đồ thu ật toán điều khi ển h ệ th ống truy ền d ữ li ệu CAN 55 3.3.2 S ơ đồ mạch điều khi ển h ệ th ống truy ền dữ li ệu CAN trên ô tô 57 3.4 Th ử nghi ệm, đánh giá k ết qu ả 63 Ch ươ ng 4:KẾT LU ẬN VÀ ĐỀ NGH Ị 64 4.1. K ếtlu ận 64 4.2. Đề ngh ị 64 4.3. H ướng phát tri ển đề tài 64 PHI ẾU GI ẢNG D ẠY 65 TÀI LI ỆU THAM KH ẢO 73 GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn D ũng -vi- HVTH: Nguy ễn M ạnh Chi ến
9. Tr ường Đại H ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật TP.HCM Lu ận V ăn Th ạc S ĩ GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn D ũng -vii- HVTH: Nguy ễn M ạnh Chi ến
10. Tr ường Đại H ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật TP.HCM Lu ận V ăn Th ạc S ĩ DANH SÁCH CÁC CH Ữ VI ẾT T ẮT CAN : (Controller Area Network) CRC : (Cyclic Redundancy Code) ECU : (Engine Control Unit) EMI : (Electromagnetic Interference) ESD : (Electrostatic Discharge) HBM : (Human Body Model) ISO : (International Standard Organize) LCD : (Liquid Crystal Display) SAE : (Standard of American Engineering) SOF : (Start Of Frame). TVS : (Transient Voltage Suppression) GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn D ũng -viii- HVTH: Nguy ễn M ạnh Chi ến
11. Tr ường Đại H ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật TP.HCM Lu ận V ăn Th ạc S ĩ DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: S ơ đồ tổng quát h ệ th ống CAN (Controller Area Network) trên xe 6 Hình 2.2: Tính ổn định c ủa CAN 7 Hình 2.3: Ứng d ụng m ạng CAN trong điều khi ển ô tô 8 Hình 2.4: Ví d ụ về mạng CAN 9 Hình 2.5: M ột nút m ạng CAN 10 Hình 2.6: Mô hình m ạng CAN 11 Hình 2.7: Các l ớp layer giao ti ếp 11 Hình 2.8: NRZ method 12 Hình 2.9: K ỹ thu ật Bit Stuffing 12 Hình 2.10: Gi ản đồ th ời gian 13 Hình 2.11: T ốc độ tỉ lệ ngh ịch v ới độ dài Bus 13 Hình 2.12: Điện áp c ủa CAN low speed 15 Hình 2.13: Điện áp c ủa CAN high speed 15 Hình 2.14: S ự kháng nhi ễu v ới ảnh h ưởng c ủa điện t ừ 16 Hình 2.15: Gi ải quy ết tranh ch ấp trên Bus 17 Hình 2.16: Khung truy ền 17 Hình 2.17: CRC field 18 Hình 2.18: Khung truy ền d ữ li ệu CAN 19 Hình 2.19: CAN standard frame 19 Hình 2.20: CAN Extended frame 20 Hình 2.21: CAN remote frame 20 Hình 2.22: CAN error frame 20 Hình 2.23: Baudrate định ngh ĩa th ời gian cho 1 bit 21 Hình 2.24: M ỗi bit được c ấu t ạo b ởi 4 segments 22 Hình 2.25: C ấu trúc c ủa Time Quantum 23 Hình 2.26: S ố lượng Time Quanta có th ể cho m ỗi segment 23 GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn D ũng -ix- HVTH: Nguy ễn M ạnh Chi ến
12. Tr ường Đại H ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật TP.HCM Lu ận V ăn Th ạc S ĩ Hình 2.27: V ấn đề đồng b ộ 24 Hình 2.28: Chu ỗi d ịch chuy ển độ dài Segment c ủa Nominal Bit Time 25 Hình 2.29: S ơ đồ kh ối b ộ nh ận CAN message 27 Hình 2.30: S ơ đồ kh ối b ộ truy ềnCAN message 27 Hình 2.31: Các lo ại l ỗi khác nhau 29 Hình 2.32: C ấu trúc 1 m ạch CAN BUS 30 Hình 2.33: ISO 11898-2 Differential High-speed CAN bus 32 Hình 2.34: ISO 11898-3 Fault tolerant CAN Bus 33 Hình 2.35: SAE J2411 single wire CAN Bus 34 Hình 2.36: Cách t ạo ra 1 diode TVS hai chi ều 39 Hình 2.37: M ạch b ảo v ệ CAN dùng TVS diode 39 Hình 2.38: M ạch b ảo v ệ CAN dùng TVS diode 40 Hình 2.39: M ạch b ảo v ệ CAN dùng TVS diode 40 Hình 2.40: M ạch b ảo v ệ CAN dùng MOVs 41 Hình 2.41: M ạch b ảo v ệ CAN dùng cu ộn c ảm 42 Hình 2.43: M ạch b ảo v ệ CAN dùng m ạch k ết h ợp 44 Hình 2.44: M ạch b ảo v ệ mạng CAN 1 dây đơ n 44 Hình 3.1 S ơ đồ kh ối mô hình gi ảng d ạy h ệ th ống truy ền d ữ li ệu qua m ạng CAN 45 Hình 3.2 C ảm bi ến siêu âm SRF05 46 Hình 3.3 Các chân k ết n ối c ủa c ảm bi ến 46 Hình 3.4 : Hình dáng c ủa lo ại LCD thông d ụng 47 Hình 3.5 : S ơ đồ chân c ủa LCD 48 Hình 3.6 S ơ đồ chân PIC18F4580 50 Hình 3.7 C ấu trúc bên trong c ủa MCP2551 51 Hình 3.8 S ơ đồ kết n ối v ới PIC 52 Hình 3.9 Nguyên lý ho ạt động c ủa SFR05 53 Hình 3.10: S ơ đồ mạch điện h ệ th ống truy ền d ữ li ệu CAN trên mô hình 54 Hình 3.11: S ơ đồ nguyên lý m ạch ngu ồn 57 Hình 3.12: S ơ đồ nguyên lý m ạch hi ển th ị 58 GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn D ũng -x- HVTH: Nguy ễn M ạnh Chi ến
13. Tr ường Đại H ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật TP.HCM Lu ận V ăn Th ạc S ĩ Hình 3.13 M ạch giao ti ếp CAN 58 Hình 3.14 M ạch các c ảm bi ến 59 Hình 3.15 M ạch các nút nh ấn 59 Hình 3.16 M ạch in 60 Hình 3.17 Hình ảnh t ổng th ể của mô hình 61 Hình 3.18 Hình ảnh bên trong ECU 61 Hình 3.19 Màn hình lúc m ới kh ởi động 62 Hình 3.20 K ết qu ả hi ển th ị trên màn hình 62 GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn D ũng -xi- HVTH: Nguy ễn M ạnh Chi ến
14. Tr ường Đại H ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật TP.HCM Lu ận V ăn Th ạc S ĩ DANH SÁCH CÁC B ẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: V ận t ốc – Độ dài – Bit time 14 Bảng 2.2: So sánh CAN low speed và CAN high speed 14 Bảng 2.3: Th ời gian c ủa m ỗi segment 23 Bảng 2.4: C ơ ch ế đồng b ộ 26 Bảng 2.5: Các tiêu chu ẩn c ủa l ớp v ật lý trong CAN 30 Bảng 3.1 K ết qu ả thí nghi ệm 63 GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn D ũng -xii- HVTH: Nguy ễn M ạnh Chi ến
15. Tr ường Đại H ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật TP.HCM Lu ận V ăn Th ạc S ĩ Ch ươ ng 1: TỔNG QUAN 1.1 T ổng quan chung v ề l ĩnh v ực nghiên c ứu Ngày nay m ột h ệ th ống điều khi ển được chia ra thành nhi ều c ụm khác nhau và được điều khi ển bởi nh ững máy tính riêng r ẽ khác nhau. Do đó s ố lượng dây d ẫn và các c ảm bi ến ngày càng t ăng, d ẫn đến vi ệc ch ẩn đoán s ữa ch ữa g ặp nhi ều khó kh ăn. Chính nh ững điều này đã thúc đẩy cho s ự ra đời c ủa m ột s ố hệ th ống m ạng điều khi ển, trong đó có m ạng CAN . CAN là vi ết t ắt c ủa Controller Area Network, tạm d ịch là “M ạng ECU” hay g ọi t ắt là m ạng CAN, là 1 công ngh ệ mạng ghép n ối ti ếp, được phát tri ển b ởi Robert Bosch GmbH vào nh ững n ăm đầu c ủa th ập niên 1980. Vào th ời gian đầu, m ạng CAN được s ử dụng r ộng rãi trong nền công nghi ệp tự động hóa và các ứng d ụng trên xe h ơi, xe t ải và cho đến ngày nay thì m ạng CAN cũng đã th ể hi ện được tính ưu vi ệt c ủa nó trong các l ĩnh v ực khác nh ư hàng không, vũ tr ụ, y h ọc cho t ới các thi ết b ị sử dụng cho gia đình nh ư: máy gi ặt, máy sấy .M ạng CAN có l ợi th ế là 1 h ệ th ống kênh ghép n ối ti ếp s ẽ lược b ớt đi dây d ẫn, tăng c ường kh ả năng điều khi ển, gi ảm b ớt s ố lượng c ảm bi ến, phát hi ện l ỗi d ễ dàng, thu ận ti ện trong vi ệc ch ẩn đoán và s ữa ch ữa. 1.2 Tình hình nghiên c ứu trong và ngoài n ước 1.2.1 Tình hình nghiên c ứu trên th ế gi ới Các hãng ôtô hàng đầu M ỹ Nh ật đã đầu t ư nhi ều tri ệu USD để áp d ụng m ạng CAN trên ôtô c ủa h ọ. Hầu nh ư m ọi nhà s ản xu ấtchip l ớn nh ư: Intel, NEC, Siemens, Motorola, Maxim IC, Fairchild, Microchip, Philips, Texas Instrument, Mitsubishi, Hitachi, STmicro đều có s ản xu ất ra chip CAN. + Robert Bosch GmbH, “ CAN Specification 2.0”, Sep. 1991. Bài vi ết v ề đặc điểm k ỹ thu ật c ủa CAN. + Vivekanandan., B., Sabane, M., and Murali, K., "Configurable Vehicle Networks," SAE Technical Paper 2003-28-0012. GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn D ũng -1- HVTH: Nguy ễn M ạnh Chi ến
16. Tr ường Đại H ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật TP.HCM Lu ận V ăn Th ạc S ĩ Bài vi ết này đề cập đến s ự phát tri ển c ủa các m ạng liên k ết trên ô tô, các tiêu chu ẩn cho các m ạng liên k ết này. Bài vi ết c ũng ch ỉ ra r ằng trong nh ững n ăm g ần đây các ECU được k ết n ối qua m ạng thông tin đa d ẫn, các m ạng th ường s ử dụng là CAN nh ư là đường truy ền chính và LIN nh ư là đường truy ền ph ụ kết n ối v ới nhau thông qua c ổng (Gateway). + Mathony, H., Kaiser, K., and Unruh, J., "Network Architecture for CAN," SAE Technical Paper 930004, 1993. Bài vi ết nói v ề cấu trúc m ạng CAN, nó bao g ồm m ột k ết c ấu các l ớp thông tin liên l ạc và m ột b ộ ph ận qu ản lý m ạng. K ết c ấu các l ớp thông tin này bao g ồm các thi ết b ị có ch ức n ăng phân ph ối, truy ền t ải d ữ li ệu và giao di ện ứng d ụng. Nh ững mô đun c ủa h ệ th ống h ỗ tr ợ thi ết k ế thông tin liên lạc và ph ần m ềm qu ản lý m ạng với nhi ều hay ít đặc điểm ch ức n ăng theo yêu c ầu c ủa ứng d ụng. Ph ươ ng pháp ti ếp cận này cho phép m ột s ự thích ứng t ối ưu hóa c ủa h ệ th ống m ạng đến yêu c ầu ứng dụng. + Alvarenga, C., "Multiplexing in Automobiles - An Application Example of the CAN Protocol," SAE Technical Paper 921504, 1992. Bài vi ết gi ới thi ệu công ngh ệ truy ền thông cho phép truy ền và nh ận ph ản h ồi thông tin trên xe h ơi, s ử dụng nh ững đặc điểm t ươ ng t ự với m ạng c ục b ộ dùng vi điều khi ển. D ạng công ngh ệ này th ường được bi ết đến nh ư công ngh ệ ghép kênh (multiplexing) trên ô tô. Bài vi ết đư a ra chi ti ết nghiên c ứu h ệ th ống ghép kênh dùng giao th ức CAN, cách th ức này được đánh giá kh ả quan trên các d ự án xe h ơi ở Brazin. + Wang Xing, Huiyan Chen và Huarong Ding, “The Application of CAN on vehicle”, Beijing Institute of Technology Vehicle Engineering College, Beijing 100081, China. Bài báo ch ỉ ra các đặc điểm n ổi b ật c ủa m ạng CAN và so sánh v ới m ạng BITBUS- được phát tri ển b ởi Intel. Ch ỉ ra ứng d ụng CAN trên xe Jaguar, ứng d ụng trên h ệ th ống ki ểm soát n ăng l ượng cho xe điện, ứng d ụng cho vi ệc điều khi ển h ệ th ống treo d ựa trên CAN. GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn D ũng -2- HVTH: Nguy ễn M ạnh Chi ến
17. Tr ường Đại H ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật TP.HCM Lu ận V ăn Th ạc S ĩ + K.Tindell, A.Burnsand và A.J.Wellings, “ Calculating Controller Area Network Message Response”, Control Eng. Practice, Vol.3,pp.1163-1169, Copyright 1995 Elsevier Science Ltd, UK. Bài vi ết cho th ấy th ời gian đáp ứng khi truy ền m ột thông điệp nh ất định trong mạng CAN, đư a ra b ảng k ết qu ả th ực nghi ệm v ề th ời gian truy ền c ủa các thông điệp khác nhau. 1.2.2 Tình hình nghiên c ứu trong n ước Cùng v ới s ự phát tri ển công ngh ệ ô tô trên th ế gi ới ngành công ngh ệ ô tô trong nước c ũng có nh ững b ước ti ến nh ất định v ới kh ởi đầu là nh ững công trình nghiên c ứu trong các tr ường Đại h ọc c ủa sinh viên, k ỹ sư. Sau đây là m ột s ố đề tài điển hình: + Nghiên c ứu, thi ết k ế, ch ế tạo máy ch ẩn đoán OBD-2 - Sinh viên th ực hi ện: Nguy ễn Trung Hi ếu (07105033) – Bùi V ăn Hoàng (07105037) - Lu ận v ăn đại h ọc tháng 03 n ăm 2012, Giáo viên h ướng d ẫn: PGS.TS ĐỖ VĂN D ŨNG – Tr ường Đại h ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật Tp. HCM. Nội dung đề tài: - Hình thành c ơ s ở lý thuy ết v ề máy ch ẩn đoán OBD-2 s ử dụng chu ẩn giao ti ếp CAN. - Ch ế t ạo mô hình máy ch ẩn đoán OBD-2 chu ẩn giao ti ếp CAN sử dụng giao di ện LabVIEW + Hệ th ống CAN (Controller Area Network) - Sinh viên th ực hi ện: Nguy ễn Chí Công (MSSV: 09305004) - Nguy ễn V ăn Minh (MSSV: 09305031) - Lu ận v ăn đại h ọc tháng 01 n ăm 2011, Giáo viên h ướng d ẫn: ThS. NGUY ỄN V ĂN LONG GIANG – Tr ường Đại h ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật Tp. HCM. Nội dung đề tài: - Gi ới thi ệu v ề h ệ th ống m ạng CAN. - Cấu trúc v ề thông điệp c ủa h ệ th ống m ạng CAN. - Ph ươ ng th ức truy ền d ữ li ệu c ủa CAN ứng d ụng trên ô tô. - Hệ th ống CAN BUS và h ệ th ống x ử lý - Ứng d ụng c ủa h ệ th ống CAN trên ô tô. GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn D ũng -3- HVTH: Nguy ễn M ạnh Chi ến
18. Tr ường Đại H ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật TP.HCM Lu ận V ăn Th ạc S ĩ + Vi ết chuyên đề các h ệ th ống m ới trên h ệ th ống điều khi ển động c ơ và ôtô - Sinh viên th ực hi ện: Nguy ễn S ĩ Ph ước (MSSV: 04105089) - Lâm Đình Thu ận (MSSV: 04105125) - Lu ận v ăn đại h ọc tháng 03 n ăm 2009, Giáo viên h ướng d ẫn: PGS.TS ĐỖ VĂN D ŨNG – Tr ường Đại h ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật Tp. HCM. Nội dung đề tài: - Hệ th ống thông tin đa d ẫn MPX. - Hệ th ống m ạng điện thân xe BEAN. - Hệ th ống m ạng ECU CAN. - Hệ th ống m ạng k ết n ối n ội b ộ khu v ực LIN. - Hệ th ống m ạng điều khi ển thi ết b ị âm thanh AVC-LAN. - Hệ th ống mã hóa khóa động c ơ ôtô IMMOBILIZER SYSTEM + Hệ th ống truy ền d ữ li ệu Multiplex và CAN trên ô tô – Học viên th ực hi ện: Vũ Th ị Thu Hi ền – Lu ận v ăn Th ạc s ĩ n ăm 2013, Giáo viên h ướng d ẫn: PGS.TS ĐỖ VĂN D ŨNG – Tr ường Đại h ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật Tp. HCM. Nội dung đề tài: - Cơ s ở lý thuy ết c ủa h ệ th ống truy ền d ữ li ệu Multiplex và CAN trên ô tô. - Thi ết k ế ch ế tạo mô hình mô ph ỏng ho ạt động truy ền d ữ li ệu gi ữa ECU điều khi ển t ốc độ motor qu ạt làm mát động c ơ và ECU điều khi ển góc m ở của motor servo tr ộn khí dựa trênvi điều khi ển Atmega16 1.3 Mục tiêu và đối t ượng nghiên c ứu 1.3.1 Mục tiêu nghiên c ứu - Nghiên c ứu cấu trúc m ột thông điệp trong CAN (m ạng điều khi ền vùng), và chu ẩn giao ti ếp CAN. - Nghiên c ứu cơ s ở lý thuy ết, cách l ập trình vi điều khi ển, để làm n ền t ảng cho vi ệc ch ế tạo mô hình. GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn D ũng -4- HVTH: Nguy ễn M ạnh Chi ến
19. Tr ường Đại H ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật TP.HCM Lu ận V ăn Th ạc S ĩ 1.3.2 Đối t ượng nghiên c ứu - Nghiên c ứu các lo ại h ệ th ống truy ền d ữ li ệu. - Nghiên c ứu chu ẩn giao ti ếp CAN. - Nghiên c ứu m ạch vi điều khi ển họ PIC18F 1.4 Nhi ệm v ụ c ủa đề tài và ph ạm vi nghiên c ứu 1.4.1 Nhi ệm v ụ c ủa đề tài Nh ững n ăm đầu th ập niên 90 h ệ th ống truy ền d ữ li ệu qua m ạng CAN ra đời đáp ứng nhi ều v ấn đề cho các h ệ th ống điện trong xe, v ới t ốc độ truy ền t ải cao, độ sai s ố rất th ấp. T ừ năm 2007 t ất c ả các lo ại xe ôtô nh ập vào M ỹ bắt bu ộc ph ải dùng m ạng CAN. Tại th ị tr ường Vi ệt Nam hi ện nay các xe m ới c ủa hãng Huyndai, ToYoTa, cũng dùng m ạng CAN. Tuy v ậy, h ệ th ống truy ền d ữ li ệu qua m ạng CAN trên ô tô là một h ệ th ống còn khá m ới m ẻ đối v ới h ọc viên, sinh viên và nh ững k ỹ thu ật viên sửa ch ữa ô tô. Tài li ệu b ằng ti ếng Vi ệt v ề hệ th ống truy ền d ữ li ệu ở Vi ệt Nam còn rất ít, do đó r ất khó kh ăn trong vi ệc tìm hi ều và s ửa ch ữa h ệ th ống này. Đề tài này có nhi ệm v ụ tìm hi ều c ơ s ở lý thuy ết c ủa h ệ th ống truy ền d ữ li ệu qua m ạnh CAN trên ô tô. Phân tích ho ạt động c ủa h ệ th ống truy ền d ữ li ệu trên m ột ô tô c ụ th ể từ đó thi ết k ế ch ế tạo mô hình dùng trong gi ảng d ạy. Do v ậy vi ệc Thi ết kế, ch ế tạo mô hình gi ảng d ạy h ệ th ống truy ền d ữ li ệu qua m ạng CAN là đề tài c ần thi ết giúp sinh viên và các h ọc viên ti ếp c ận h ơn v ới các công ngh ệ mới, ph ục v ụ cho vi ệc chu ẩn đoán s ửa ch ữa các h ệ th ống điện trên xe. 1.4.2 Ph ạm vi nghiên c ứu Đề tài gi ới h ạn nghiên c ứu hệ th ống truy ền d ữ li ệu CAN trên xe và ch ế tạo mô hình h ệ th ống truy ền d ữ li ệu CAN điều khi ển h ệ th ống tín hi ệu, h ỗ tr ợ lùi. 1.5 Ph ươ ng pháp nghiên c ứu - Ph ươ ng pháp nghiên c ứu, t ổng hợp tài li ệu. - Ph ươ ng pháp nghiên c ứu th ực nghi ệm. - Ph ươ ng pháp l ập trình vi điều khi ển. - Ph ươ ng pháp thi ết k ế, ch ế tạo m ạch. GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn D ũng -5- HVTH: Nguy ễn M ạnh Chi ến
20. Tr ường Đại H ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật TP.HCM Lu ận V ăn Th ạc S ĩ Ch ươ ng 2: CƠ S Ở LÝ THUY ẾT H Ệ TH ỐNG TRUY ỀN D Ữ LI ỆU CAN TRÊN Ô TÔ 2.1T ổng quát v ề m ạng CAN(ControllerArea Network) Hình 2.1: S ơ đồ tổng quát h ệ th ống CAN (Controller Area Network) trên xe Controller Area Network (CAN) là giao th ức giao ti ếp n ối ti ếp h ỗ tr ợ mạnh cho nh ững h ệ th ống điều khi ển th ời gian th ực phân b ố (Distributed Realtime Control System) v ới độ ổn định, b ảo m ật và ch ống nhi ễu c ực t ốt. CAN l ần đầu tiên được phát tri ển b ởi nhà cung c ấp ph ụ tùng xe ô tô c ủa Đức – Robert Bosch vào gi ữa nh ững n ăm 80. Để th ỏa mãn nhu c ầu ngày càng t ăng c ủa khách hàng trong v ấn đề an toàn và ti ện nghi và làm gi ảm b ớt khí th ải ô nhi ễm và tiêu th ụ năng l ượng, ngành công nghi ệp ô tô đã phát tri ển r ất nhi ều h ệ th ống điện t ử. Với m ục đích chính là làm cho nh ững h ệ th ống ph ức t ạp này tr ở nên an toàn, ổn GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn D ũng -6- HVTH: Nguy ễn M ạnh Chi ến
21. Tr ường Đại H ọc S ư Ph ạm K ỹ Thu ật TP.HCM Lu ận V ăn Th ạc S ĩ định và ti ết ki ệm nhiên li ệu mà v ẫn có th ể gi ảm thi ểu vi ệc đi dây ch ằng ch ịt, đơ n gi ản hóa h ệ th ống và ti ết ki ệm chi phí s ản xu ất, m ạng CAN đã được ra đời. Ngay t ừ khi m ới ra đời, CAN đã được ch ấp nh ận và ứng d ụng m ột cách r ộng rãi trong các l ĩnh v ực công nghi ệp, ch ế tạo ô tô. Qua th ời gian, CAN ngày càng tr ở nên thông d ụng h ơn vì tính hi ệu qu ả, ổn định, đơ n gi ản và chi phí th ấp.Nó được s ử dụng trong vi ệc truy ền d ữ li ệu l ớn, t ốc độ cao, ổn định và đáp ứng th ời gian th ực trong nhi ều môi tr ường khác nhau. Đó là lý do t ại sao chúng được s ử dụng trong r ất nhi ều các ngành công nghi ệp khác nhau bên c ạnh ngành công nghi ệp ô tô nh ư máy nông nghi ệp, tàu ng ầm, d ụng c ụ y khoa, máy d ệt, v.v Ngày nay, CAN đã được chu ẩn hóa thành tiêu chu ẩn ISO 11898. H ầu nh ư mọi nhà s ản xu ất chip điện t ử lớn nh ư Intel, NEC, Siemens, Motorola, Maxin IC, Fairchild, Microchip, Philips, Mitsubishi, Hitachi, ST Micro, v.v đều có s ản xu ất ra chip CAN, ho ặc có tích h ợp CAN vào thành ph ần ngo ại vi c ủa vi điều khi ển. Vi ệc th ực hi ện chu ẩn CAN tr ở nên cực kì đơ n gi ản nh ờ sự hỗ tr ợ của các nhà s ản xu ất chip đó. Điểm n ổi tr ội nh ất ở chu ẩn CAN là tính ổn định và an toàn (reliability and safety). Nh ờ cơ ch ế phát hi ện và x ử lý l ỗi c ực m ạnh, l ỗi CAN messages h ầu nh ư được phát hi ện. Theo th ống kê, xác su ất để một message c ủa CAN b ị lỗi không được phát hi ện là: Hình 2.2: Tính ổn định c ủa CAN Ví d ụ cho r ằng, gi ả sử cứ 0.7s thì môi tr ường tác động lên đường truy ền CAN làm l ỗi 1 bít, và gi ả sử tốc độ truy ền là 500 Kbit/s, ho ạt động trong 8h/ngày và GVHD: PGS_TS. Đỗ Văn D ũng -7- HVTH: Nguy ễn M ạnh Chi ến
22. S K L 0 0 2 1 5 4