LINK TẢI LUẬN VĂN MIỄN PHÍ CHO AE KET-NOI
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống truyền nhận dữ liệu sử dụng mạng Can trên Toyota Camry 2007
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................................xii
TÓM TẮT................................................................................................................................ii MỤC LỤC.............................................................................................................................. iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU .........................................................vii DANH MỤC CÁC HÌNH................................................................................................... viii DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................. xiii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ............................................................................1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài ..............................................................................................1
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước .................................................................1
1.2.1. Trong nước ...........................................................................................................1
1.2.2. Ngoài nước ...........................................................................................................1
1.3. Mục tiêu của đề tài ......................................................................................................2
1.4. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu..........................................................................2
1.4.1. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................2
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu ..............................................................................................2
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................................3 2.1. Tổng quan về mạng truyền thông trên ô tô .................................................................3
2.1.1. Định nghĩa giao thức truyền thông .......................................................................3
2.1.2. Vai trò của mạng truyền thông .............................................................................5
2.1.3. Mạng truyền thông được dùng trên ô tô. ..............................................................5
2.2. Tổng quan về hệ thống mạng giao tiếp CAN..............................................................9
2.2.1. Sơ lược về mạng giao tiếp CAN...........................................................................9
2.2.2. Tầng vật lý (Physical layer)................................................................................11
iii
2.2.3. Cấu trúc khung tin nhắn .....................................................................................17
2.2.4. Sự phân xử tin nhắn (Arbitration). .....................................................................27
2.2.5. Truyền đồng bộ và truyền không đồng bộ..........................................................28
2.2.6. CAN bus và hệ thống xử lý ................................................................................29
2.2.7. Phát hiện lỗi ........................................................................................................39
2.3. Hệ thống giao tiếp CAN trên Toyota Camry 2007 ...................................................41
2.3.1. Giới thiệu về hệ thống CAN trên Toyota Camry 2007 ......................................41
2.3.2. Sơ đồ mạch điện hệ thống CAN trên Toyota Camry 2007 ................................43
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM..........................................45
3.1. Cấu trúc của mô hình ................................................................................................45
3.1.1. Các tín hiệu cần truyền tải trên mô hình.............................................................45
3.1.2. Tốc độ truyền tải của CAN trên mô hình ...........................................................45
3.1.3. cách truyền tải trên mô hình..................................................................45
3.1.4. Các yêu cầu khác của mô hình ...........................................................................46
3.1.5. Các thành phần sử dụng trong mô hình..............................................................46
3.2. Các phần mềm sử dụng .............................................................................................57
3.2.1. AutoCAD ............................................................................................................ 57
3.2.2. SolidWorks .........................................................................................................58
3.2.3. Arduino IDE .......................................................................................................58
3.3. Sơ đồ mạch điện sử dụng trong mô hình...................................................................59
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH......................................................68
4.1. Ý tưởng thiết kế.........................................................................................................68
4.2. Sơ đồ khối hệ thống...................................................................................................68
4.3. Thiết kế mô hình........................................................................................................69
iv
4.4. Thiết kế khung đỡ mô hình .......................................................................................69
4.5. Thi công mô hình ......................................................................................................70
4.5.1. Khung mô hình ................................................................................................... 70
4.5.2. Nút hộp điều khiển động cơ ECM......................................................................71
4.5.3. Nút hộp điều khiển điện thân xe BCM...............................................................74
4.5.4. Nút Arduino Uno và CAN bus Shield................................................................77
4.5.5. Nút đồng hồ hiển thị thông tin............................................................................78
4.5.6. Giắc chẩn đoán ...................................................................................................78
4.5.7. Các công tắc đánh PAN......................................................................................79
4.6. Giao tiếp với mô hình bằng Arduino.........................................................................80
4.7. Mô hình hoàn thiện ...................................................................................................86
4.8. Thử nghiệm và đánh giá mô hình..............................................................................87
4.8.1. Thử nghiệm hoạt động của mô hình...................................................................87
4.8.2. Thử nghiệm giao tiếp với hệ thống qua Arduino ...............................................90
4.8.3. Đánh giá mô hình ............................................................................................... 91
4.9. Chẩn đoán lỗi hệ thống giao tiếp CAN trên Toyota Camry 2007.............................92
4.9.1. Quy trình kiểm tra và xử lý lỗi. ..........................................................................92
4.9.2. Kiểm tra đường truyền CAN ..............................................................................93
CHƯƠNG 5: CÁC BÀI THỰC HÀNH TRÊN MÔ HÌNH ..............................................98 5.1. Bài thực hành kiểm tra điện trở đầu cuối trên mạng CAN. ......................................98
5.1.1. Mục đích ............................................................................................................. 98
5.1.2. Chuẩn bị..............................................................................................................98
5.1.3. Chú ý...................................................................................................................98
5.1.4. Các bước tiến hành .............................................................................................98
v
5.2. Bài thực hành kiểm tra xung trên mạng CAN.........................................................102
5.2.1. Mục đích ...........................................................................................................102
5.2.2. Chuẩn bị............................................................................................................102
5.2.3. Chú ý.................................................................................................................102
5.2.4. Các bước tiến hành ...........................................................................................102
5.3. Bài thực hành dùng máy chẩn đoán để đọc dữ liệu trên CAN và chẩn đoán lỗi ....107
5.3.1. Mục đích ...........................................................................................................107
5.3.2. Chuẩn bị............................................................................................................107
5.3.3. Chú ý.................................................................................................................107
5.3.4. Các bước tiến hành ...........................................................................................107
5.4. Bài thực hành đo kiểm các cảm biến công tắc trên hệ thống..................................113
5.4.1. Mục đích ...........................................................................................................113
5.4.2. Chuẩn bị............................................................................................................113
5.4.3. Chú ý.................................................................................................................113
5.4.4. Tiến hành đo kiểm ............................................................................................113
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ..................................118
6.1. Kết luận ...................................................................................................................118
6.2. Hướng phát triển đề tài............................................................................................118
THAM KHẢO.....................................................................................................................120 PHỤ LỤC.............................................................................................................................121
vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
STT Chữ viết tắt
1 CAN
2 NRZ
3 RZ
4 SOF
5 ID
6 RTR
7 SRR
8 IDE
9 DLC
10 CRC
11 ACK
12 EOF
13 ECU
14 ECM
15 BCM
16 ABS
17 OBD
18 LAN
19 WAN
20 CANH
21 CANL
22 ISO
23 TTL
24 TQ
25 DTC
Chữ viết đầy đủ
Controller Area Network None Return To Zero Return To Zero
Start Of Frame
Identifier
Remote Transmission Request
Substitute Remote Request
Identifier Extension
Data Length Code
Cyclic Redundancy Check
Acknowledge
End of Frame
Electronic Control Unit
Engine Control Module
Body Control Module
Antilock Brake System
On-Board Diagnostic
Local Area Network
Wide Area Network
CAN High
CAN Low
International Organization for Standardization Transistor - Transistor Logic
Time Quantum
Diagnostic Trouble Code
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2. 1: Hệ thống liên kết dạng sao.......................................................................................3 Hình 2. 2: Hệ thống liên kết dạng BUS ....................................................................................3 Hình 2. 3: Hệ thống liên kết dạng vòng....................................................................................4 Hình 2. 4: Hệ thống liên kết dạng lưới .....................................................................................4 Hình 2. 5: Hệ thống liên kết dạng cây ......................................................................................4 Hình 2. 6: Hệ thống liên kết dạng lai sao - vòng ......................................................................5 Hình 2. 7: Sơ đồ mạng giao tiếp được sử dụng trên ô tô ..........................................................9 Hình 2. 8: Cấu tạo cơ bản của một mạng CAN ......................................................................10 Hình 2. 9: Cấu trúc mô hình mạng CAN ................................................................................11 Hình 2. 10: Phương pháp mã hóa NRZ và RZ .......................................................................12 Hình 2. 11: Quy luật nhồi bit ..................................................................................................12 Hình 2. 12: Định nghĩa bit time và đồng bộ ...........................................................................13 Hình 2. 13: Phân đoạn thời gian của bit..................................................................................14 Hình 2. 14: Tỉ lệ giữa tốc độ và chiều dài...............................................................................16 Hình 2. 15: Mã hóa của bit trội và bit lặn...............................................................................16 Hình 2. 16: Cấu trúc tin nhắn CAN ........................................................................................17 Hình 2. 17: Khung dữ liệu ......................................................................................................18 Hình 2. 18: Cấu trúc khung tiêu chuẩn và khung mở rộng.....................................................19 Hình 2. 19: Mối liên hệ giữa trường DLC và trường dữ liệu .................................................20 Hình 2. 20: Trường kiểm tra (CRC) và trường xác nhận (ACK) ...........................................21 Hình 2. 21: Khung yêu cầu (Remote Frame) dạng chuẩn ......................................................22 Hình 2. 22: Khung yêu cầu (Remote Frame) dạng mở rộng ..................................................22 Hình 2. 23: Khung lỗi (Error Frame)......................................................................................22 Hình 2. 24: Cờ báo lỗi chủ động.............................................................................................23 Hình 2. 25: Cờ báo lỗi bị động ...............................................................................................23 Hình 2. 26: Khung báo quá tải (Overload Frame) ..................................................................24 Hình 2. 27: Cấu trúc khoảng phân cách liên khung nút không có lỗi bị động hay vừa nhận thông điệp................................................................................................................................25
viii
Hình 2. 28: Cấu trúc khoảng phân cách liên khung nút có lỗi bị động và vừa truyền thông điệp. ......................................................................................................................................... 26 Hình 2. 29: Khoảng phân cách liên khung..............................................................................27 Hình 2. 30: Cơ chế phân xử trọng tài......................................................................................27 Hình 2. 31: Truyền thông đồng bộ..........................................................................................28 Hình 2. 32: Truyền thông không đồng bộ...............................................................................29 Hình 2. 33: Sơ đồ mạng CAN trên ô tô ..................................................................................30 Hình 2. 34: Chi tiết một nút trên CAN ...................................................................................30 Hình 2. 35: Sự nhiễu điện từ trong CAN bus .........................................................................31 Hình 2. 36: Sơ đồ về quy trình nhận của một nút...................................................................32 Hình 2. 37: CAN bus gửi yêu cầu từ xa..................................................................................33 Hình 2. 38: Mô tả thuật toán lọc ID trong CAN controller ....................................................34 Hình 2. 39: Cấu trúc tổng thể bộ điều khiển CAN .................................................................35 Hình 2. 40: Bộ điều khiển CAN tích hợp ...............................................................................36 Hình 2. 41: Module CAN cơ bản............................................................................................37 Hình 2. 42: Module CAN mới (Full CAN).............................................................................38 Hình 2. 43: Hình ảnh tổng hợp các loại lỗi khác nhau trên khung tin nhắn ...........................41 Hình 2. 44: Bố trí mạng CAN trên Toyota .............................................................................42 Hình 2. 45: Sơ đồ mạch điện hệ thống CAN trên Toyota Camry 2007..................................43 Hình 2. 46: Sơ đồ mạch điện hệ thống CAN trên Toyota Camry 2007..................................44 Hình 3. 1: Cấu trúc mô hình ...................................................................................................45 Hình 3. 2: Bộ điều khiển điện tử ECM ...................................................................................46 Hình 3. 3: Sơ đồ chân của ECM của Toyota Camry 2007 .....................................................47 Hình 3. 4: Mạch cấp nguồn ECM ...........................................................................................50 Hình 3. 5: Bộ điều khiển điện thân xe BCM ..........................................................................51 Hình 3. 6: Đồng hồ hiển thị Toyota Camry 2007 ...................................................................52 Hình 3. 7: Giắc chẩn đoán.......................................................................................................53 Hình 3. 8: Cảm biến vị trí trục khuỷu.....................................................................................53 Hình 3. 9: Công tắc tổ hợp điều khiển đèn .............................................................................54
ix
Hình 3. 10: Cấu trúc Arduino Uno R3....................................................................................55 Hình 3. 11: Sơ đồ chân của Arduino Uno R3.........................................................................56 Hình 3. 12: Arduino CAN bus Shield.....................................................................................56 Hình 3. 13: Giao diện làm việc của AutoCAD.......................................................................57 Hình 3. 14: Giao diện làm việc Arduino IDE.........................................................................59 Hình 3. 15: Sơ đồ mạch điện sử dụng trong mô hình.............................................................67 Hình 4. 1: Sơ đồ khối hệ thống ...............................................................................................68 Hình 4. 2: Bản vẽ bố trí mô hình mô hình ..............................................................................69 Hình 4. 3: Bản vẽ khung đỡ mô hình......................................................................................70 Hình 4. 4: Khung Mica ...........................................................................................................70 Hình 4. 5: Khung nhôm đỡ mô hình .......................................................................................71 Hình 4. 6: Nút hộp điều khiển động cơ...................................................................................71 Hình 4. 7: ECM.......................................................................................................................72 Hình 4. 8: Biến trở giả lập tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát.....................................73 Hình 4. 9: Đĩa tạo tín hiệu trục khuỷu ....................................................................................73 Hình 4. 10: Động cơ dẫn động quay đĩa tín hiệu....................................................................74 Hình 4. 11: Dimmer điều chỉnh tốc độ ...................................................................................74 Hình 4. 12: Nút hộp điều khiển điện thân xe..........................................................................75 Hình 4. 13: Hộp cầu chì và BCM ...........................................................................................75 Hình 4. 14: Các công tắc giả lập tín hiệu cửa .........................................................................76 Hình 4. 15: Cụm công tắc điều khiển đèn chiếu sáng ............................................................77 Hình 4. 16: Nút Arduino Uno và CAN bus Shield .................................................................78 Hình 4. 17: Nút đồng hồ hiển thị ............................................................................................78 Hình 4. 18: Giắc chẩn đoán ....................................................................................................79 Hình 4. 19: Các công tắc đánh PAN tạo lỗi............................................................................79 Hình 4. 20: Sơ đồ đánh PAN trên mô hình.............................................................................80 Hình 4. 21: Flow chart của Receive code ...............................................................................81 Hình 4. 22: Thiết lập chân tín hiệu và khai báo dữ liệu..........................................................84 Hình 4. 23: Khởi tạo hệ thống giao tiếp..................................................................................84
x
Hình 4. 24: Code đọc dữ liệu trên CAN .................................................................................85 Hình 4. 25: Code gửi tín hiệu nhiệt độ nước làm mát lên mô hình ........................................85 Hình 4. 26: Mô hình hoàn thiện..............................................................................................86 Hình 4. 27: Đồng hồ báo tốc độ động cơ khi tăng tốc độ động cơ.........................................87 Hình 4. 28: Đồng hồ nhiệt độ nước làm mát trước và sau khi điều chỉnh..............................88 Hình 4. 29: Đèn báo cửa đang mở ..........................................................................................88 Hình 4. 30: Đèn báo chế độ đèn đầu.......................................................................................89 Hình 4. 31: Đèn báo chế độ đèn Pha.......................................................................................89 Hình 4. 32: Kết quả đọc dữ liệu từ hệ thống...........................................................................90 Hình 4. 33: Kết quả gửi dữ liệu lên hệ thống..........................................................................91 Hình 4. 34: Sơ đồ mạng CAN của mô hình............................................................................93 Hình 4. 35: Sơ đồ chân giắc chẩn đoán ..................................................................................93 Hình 4. 36: Xung đo được ở điều kiện hoạt động bình thường..............................................95 Hình 4. 37: Xung đo được khi các điện trở đầu cuối bị hỏng hay ngắt kết nối ....................95 Hình 4. 38: Xung đo được khi dây CANL bị nối Mass..........................................................96 Hình 4. 39: Xung đo được khi dây CANH bị nối Mass .........................................................97 Hình 4. 40: Xung đo được khi dây CANH và CANL ngắn mạch với nhau...........................97 Hình 5. 1: Giá trị điện trở trên CAN ở điều kiện hoạt động bình thường ..............................98 Hình 5. 2: Vị trí đo kiểm điện trở ...........................................................................................99 Hình 5. 3: : Giá trị đo tổng trở trên mạch chính khi ngắt PAN 1 .........................................100 Hình 5. 4: Giá trị đo điện trở trên mạch chính khi ngắt PAN 2............................................101 Hình 5. 5: Giá trị đo điện trở trên mạch chính khi ngắt PAN 3............................................101 Hình 5. 6: Kết nối với máy đo xung .....................................................................................102 Hình 5. 7: Kết nối các chân đo tín hiệu ................................................................................103 Hình 5. 8: Phần mềm Hantek 1008C ....................................................................................103 Hình 5. 9: Xung đo được ở điều kiện bình thường...............................................................104 Hình 5. 10: Xung đo được khi đánh PAN 1 .........................................................................104 Hình 5. 11: Xung đo được khi đánh PAN 2 .........................................................................105 Hình 5. 12: Xung đo được khi đánh PAN3 ..........................................................................105
xi
Hình 5. 13: Xung khi CANL nối mass .................................................................................106 Hình 5. 14: Xung khi CANH nối mass.................................................................................106 Hình 5. 15: Xung khi CANH nối với CANL........................................................................107 Hình 5. 16: Chọn model xe ...................................................................................................108 Hình 5. 17: Giao điện khi bắt đầu.........................................................................................108 Hình 5. 18: Trạng thái của hệ thống để kiểm tra dữ liệu ......................................................109 Hình 5. 19: Dữ liệu đọc từ ECM...........................................................................................109 Hình 5. 20: Dữ liệu đọc từ BCM ..........................................................................................110 Hình 5. 21: Dữ liệu đọc từ đồng hồ ......................................................................................110 Hình 5. 22: Hệ thống ở trạng thái bình thường.....................................................................111 Hình 5. 23: Hệ thống khi đánh PAN 1..................................................................................111 Hình 5. 24: Hệ thống khi đánh PAN 2..................................................................................112 Hình 5. 25: Hệ thống khi đánh PAN 3..................................................................................112 Hình 5. 26: Mã lỗi hộp ECM ................................................................................................113 Hình 5. 27: Giá trị điện trở của cảm biến trục khuỷu. ..........................................................114 Hình 5. 28: Giá trị điện áp xoay chiều thay đổi khi tăng tốc độ...........................................115 Hình 5. 29: Sơ đồ chân cụm công tắc điều khiển đèn ..........................................................116 Hình 5. 30: Đo kiểm chân công tắc cụm công tắc đèn .........................................................116
xii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2. 1: Thông số của các mạng giao tiếp ............................................................................8 Bảng 2. 2: Bảng ước lượng số bit nhồi ...................................................................................13 Bảng 2. 3: Liên hệ giữa tốc độ truyền thời gian bit và độ dài Bus .........................................15 Bảng 3. 1: Các chân của hộp ECM.........................................................................................47 Bảng 3. 2: Vị trí, chức năng của các thành phần trên đồng hồ hiển thị..................................52 Bảng 4. 1: Các chân của sử dụng hộp ECM ...........................................................................72 Bảng 4. 2: Các chân sử dụng của hộp BCM...........................................................................76 Bảng 4. 3: Các Pan lỗi của mô hình........................................................................................79 Bảng 4. 4: Các thành phần trên mô hình.................................................................................86 Bảng 4. 5: Bảng chẩn đoán trên đường truyền CAN thông qua giắc chẩn đoán....................94 Bảng 5. 1: Phiếu kết quả đo điện trở trên CAN......................................................................99 Bảng 5. 2: Kết quả đo tham khảo............................................................................................99 Bảng 5. 3: Kết quả đo kiểm các chân của công tắc ..............................................................117
xiii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Với sự phát triển không ngừng của công nghệ và kỹ thuật hiện nay, ngày có càng nhiều những hệ thống điều khiển tự động thông đã được tích hợp trên ô tô nhằm nâng cao trải nghiệm cũng như sự tiện nghi cho người sử dụng. Với việc áp dụng những công nghệ tiên tiến, hàng loạt những hộp điều khiển tự động được trang bị cho ô tô như hộp điều khiển động cơ (ECM), hộp điều khiển điển thân xe (BCM), hộp điều khiển hệ thống điều hòa (A/C Amplifier), .... Các hộp này cần có sự trao đổi những thông tin, dữ liệu cho nhau nhằm đảm bảo việc điều khiển các cơ cấu chấp hành một cách chính xác. Vì vậy cần có một hệ thống thông tin liên lạc giữa chúng. Từ đầu những năm 90 của thế kỷ trước, CAN (Controller Area Network) đã được ứng dụng để giao tiếp giữa các hộp trên xe và hiện nay nó đã trở thành hệ thống được áp dụng rộng rãi trên hầu hết ô tô. Không những vậy, CAN còn giúp cho các thợ sửa chữa, kỹ sư giải quyết những hư hỏng trên xe một cách nhanh chóng. Tuy nhiên, việc giảng dạy về CAN trên trường lớp vẫn còn nhiều hạn chế, thiếu những ví dụ cụ thể cũng như mô hình thực tế. Từ vấn đề đó, nhóm chúng em đã thực hiện mô hình hệ thống CAN trên xe thực tế nhằm cung cấp công cụ cho việc giảng dạy cũng như phần nào kiến thức về mạng CAN trên ô tô.
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.2.1. Trong nước
Mạng giao tiếp CAN đã ra đời và được áp dụng rộng rãi trên ô tô cũng như các ngành công nghiệp khác từ lâu. Tuy nhiên, vẫn có khá ít những đề tài nghiên cứu về nó. Cho đến những năm gần đây, đã có nhiều đề tài nghiên cứu về nó nhiều hơn nhằm bắt kịp xu hướng công nghệ hiện đại. Tuy nhiên thực tế vẫn gặp nhiều khó khăn trong việc tiếp cận, vận hành mạng giao tiếp trên ô tô nói chung và mạng CAN nói riêng.
1.2.2. Ngoài nước
Việc nghiên cứu về mạng giao tiếp trên ô tô ở nước ngoài đã được thực hiện từ lâu, vì vậy mạng giao tiếp CAN đã phát gần như toàn diện. Không những vậy, hiện họ cũng đã nghiên cứu và phát triển những công nghệ khác như MOST(Media Oriented Systems Transport), FlexRay, LIN...hay những công nghệ truyền thông như Ethernet TSN (Time-Sensitive
1
Networking) hay Ethernet AVB (Audio Video Bridging) với tốc độ và độ tin cậy cao ứng dụng cho xe tự hành.
1.3. Mục tiêu của đề tài
- Tìm hiểu kiến thức lý thuyết về CAN.
- Đọc được sơ đồ mạch điện trên xe Toyota Camry 2007.
- Tìm hiểu giao tiếp giữa Arduino Uno R3, Module CAN bus Shield và mạng giao tiếp thực tế.
- Đọc dữ liệu giao tiếp giữa BCM, ECM và đồng hồ hiển thị.
- Điều khiển được các đồng hồ và đèn báo trên đồng hồ thông qua các cảm biến, công tắc và Arduino.
- -
Thực hiện được mô hình mạng CAN. Hoàn thành bản thuyết minh đề tài
1.4.
1.4.1. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp và phạm vi nghiên cứu
- Sử dụng nguồn tài liệu từ Internet để tìm hiểu về mạng truyền thông trên ô tô, Arduino, giao tiếp giữa các hộp điều khiển trên ô tô và giữa Arduino với mạng CAN trên ô tô thông qua module CAN bus Shield.
- Tìm kiếm sơ đồ mạch điện từ hãng cũng như các dữ liệu điều khiển đồng hồ hiển thị.
- Ứng dụng các phần mềm kỹ thuật để thiết kế mô hình .
- Giả lập các tín hiệu truyền lên mạng CAN thông qua các công tắc, cảm biến và Arduino.
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết về mạng truyền thông trên ô tô nói chúng và mạng truyền thông sử dụng CAN trên Toyota Camry 2007 nói riêng.
- Truyền nhận tín hiệu giữa các hộp điều khiển và đồng hồ hiển thị.
- Lập trình giao tiếp giữa Arduino và mạng CAN sử dụng module CAN bus Shield.
- Đưa ra nhận xét, kết quả và đề xuất hướng phát triển của đề tài.
2
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Tổng quan về mạng truyền thông trên ô tô
2.1.1. Định nghĩa giao thức truyền thông
Giao thức truyền thông là bộ những quy tắc cho toán bộ thiết bị được kết nối trong hệ thống giao tiếp với nhau để trao đổi thông tin dữ liệu thông qua các kênh truyền thông. Giao thức sẽ định nghĩa các quy tắc (rule), cú pháp (syntax), ngữ nghĩa (semantics). Sự đồng bộ (synchronization) trong quá trình truyền thông và có thể thêm phương pháp khắc phục lỗi trên đường truyền. Giao thức truyền thông có thể được thực thi trên phần cứng, phần mềm hay cả hai. Một số kiểu liên kết giữ các thành phần trong mạng như sau:
Hình 2. 1: Hệ thống liên kết dạng sao
Hình 2. 2: Hệ thống liên kết dạng BUS
3
Hình 2. 3: Hệ thống liên kết dạng vòng
Hình 2. 4: Hệ thống liên kết dạng lưới
Hình 2. 5: Hệ thống liên kết dạng cây
4
Hình 2. 6: Hệ thống liên kết dạng lai sao - vòng
2.1.2. Vai trò của mạng truyền thông
Mạng truyền thông trong công nghiệp nói chung hay mạng truyền thông trên ô tô nói riêng đã mang lại không những tác động tích cực không chỉ trên phương diện kỹ thuật mà còn cả trên phương diện kinh tế. Sau đây là một số những hiệu quả mà mạng truyền thông mang lại:
- Đơn giản hóa các hệ thống: Nhiều thiết bị có thể ghép nối với nhau thông qua một đường truyền duy nhất. Điều đó giúp giảm số lượng dây dẫn làm các hệ thống trở nên đơn giản hơn. - Độ chính xác và tin cậy cao: Việc sử dụng mạng truyền thông số giúp cho việc truyền thông tin tránh được những tác nhân bên ngoài gây nhiễu và làm biết đổi thông tin.
- Tăng độ linh hoạt cũng như chức năng mở rộng của hệ thống: Nhờ cấu trúc đơn giản nên việc thay thế cũng như mở rộng thêm các chức năng hay loại bỏ bớt trở nên dễ dàng.
- Giá thành thấp: Nhờ cấu trúc đơn giản chỉ cần một đường truyền nên giúp giảm số lượng dây dẫn, từ đó giảm giá thành của hệ thống.
2.1.3. Mạng truyền thông được dùng trên ô tô.
Có một vài mạng truyền thông được dùng trên ô tô như:
- CAN (Controller Area Network): Đây là một chuẩn giao tiếp dữ liệu được thiết kế dành riêng cho ô tô. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ô tô hiện đại để cho phép các mô-đun điều khiển (ECU) khác nhau giao tiếp với nhau và chia sẻ thông tin.
- LIN (Local Interconnect Network): Là một giao thức giao tiếp nối tiếp được sử dụng trong các phương tiện để kết nối các thành phần điện tử khác nhau. Đây là một giao thức chi phí
5
thấp, công suất thấp và tốc độ thấp được sử dụng để kết nối các cảm biến, bộ truyền động và các thành phần điện tử khác trong xe. LIN được sử dụng để gửi và nhận dữ liệu giữa các thành phần và nó được thiết kế để dễ dàng thực hiện và bảo trì. Nó cũng được sử dụng để giảm số lượng dây cần thiết trong một chiếc xe, giúp giảm chi phí và độ phức tạp của hệ thống dây điện của xe.
- MOST (Media Oriented Systems Transport): là một giao thức tốc độ cao, đa phương tiện được sử dụng để kết nối âm thanh, video và các thành phần đa phương tiện khác trong xe. Đây cũng là một giao thức đáng tin cậy và mạnh mẽ được thiết kế để dễ thực hiện và bảo trì. Hầu hết được sử dụng để gửi và nhận dữ liệu giữa các thành phần và nó được thiết kế để có thể xử lý một lượng lớn dữ liệu một cách nhanh chóng và hiệu quả.
- FlexRay: là một mạng lưới giao tiếp tốc độ cao được sử dụng trong các phương tiện cho các ứng dụng yêu cầu giao tiếp thời gian thực. Nó được phát triển bởi FlexRay Consortium, được thành lập vào năm 2002 để tạo ra một giao thức truyền thông tiêu chuẩn hóa cho ngành công nghiệp ô tô. FlexRay có các đặc điểm sau:
• Giao tiếp tốc độ cao: FlexRay hỗ trợ tốc độ dữ liệu lên tới 10 Mbps, nhanh hơn nhiều so với các mạng truyền thông khác được sử dụng trong xe. Điều này cho phép nó hỗ trợ các ứng dụng phức tạp, chẳng hạn như hệ thống hỗ trợ trình điều khiển nâng cao hay kiểm soát hệ thống treo hoạt động.
• Dung sai lỗi: FlexRay sử dụng hệ thống giao tiếp kênh kép, có nghĩa là dữ liệu được truyền qua hai đường dẫn giao tiếp riêng biệt. Điều này cung cấp mức độ dung sai lỗi cao, đảm bảo rằng mạng truyền thông sẽ tiếp tục hoạt động ngay cả khi một trong các kênh gặp lỗi.
• Giao tiếp Time triggered: FlexRay sử dụng sơ đồ giao tiếp kích hoạt thời gian, điều đó có nghĩa là các thông điệp được truyền đi vào những thời điểm cụ thể, thay vì liên tục. Điều này cung cấp giao tiếp có thể đoán và xác định, điều này rất cần thiết cho các ứng dụng thời gian thực.
• Hỗ trợ các mạng giao tiếp lớn: FlexRay có thể hỗ trợ các mạng giao tiếp lớn, với tới 65.000 nút, khiến nó phù hợp để sử dụng trong các phương tiện phức tạp với nhiều mô - đun điều khiển.
6
• Tính bảo mật cao: FlexRay sử dụng các chức năng bảo mật nâng cao, chẳng hạn như mã hóa và xác thực, để ngăn chặn truy cập trái phép vào mạng truyền thông.
• ThôngquacáctínhnăngnàymàFlexRaytrởthànhmộtlựachọnlýtưởngchocácứng dụng trên ô tô yêu cầu giao tiếp thời gian thực. tuy nhiên nó khá là tốn kém hơn các mạng truyền thông khác.
-
máy chủ và các thiết bị khác để tạo thành mạng khu vực địa phương (LAN) hay mạng khu vực rộng (WAN). Nó cung cấp một cách để truyền dữ liệu qua cáp vật lý và dựa trên một tập hợp các tiêu chuẩn và giao thức được xác định bởi Viện Kỹ sư Điện và Điện tử (IEEE). Tốc độ nhanh chóng, đáng tin cậy và có thể mở rộng, làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các doanh nghiệp và tổ chức thuộc mọi quy mô. Công nghệ này đã tồn tại trong nhiều năm và đã trải qua một số sửa đổi, với phiên bản gần đây nhất, được biết đến là 10GBase-T, cung cấp tốc độ lên tới 10 Gbps.
Ethernet: là một loại công nghệ mạng máy tính được sử dụng rộng rãi để kết nối máy tính,
7
ii
TÓM TẮT
Hiện nay, với việc công nghệ không ngừng phát triển trong nhiều lĩnh vực khác nhau
nhằm đáp ứng lại nhưng nhu cầu của con người. Ngành công nghiệp ô tô không cũng không
phải ngoại lệ, ngày càng có nhiều những hệ thống hiện đại được sử dụng trên ô tô. Đi đôi với
điều đó, số lượng các hộp điều khiển điện tử được trang bị ngày càng nhiều và những hộp này
cũng cần trao đổi những thông tin với nhau để có thể điều khiển các hệ thống một cách chính
xác vì vậy các nhà chế tạo đã nghiên cứu ra mạng giao tiếp trên ô tô.
Ban đầu việc giao tiếp chỉ diễn ra giữa một vài hộp điều khiển, tuy nhiên với sự việc
ngày càng nhiều các hộp điều khiển được trang bị thì việc giao tiếp giữa các hộp càng phức
tạp. Vì vậy, mạng giao tiếp CAN được ra đời để có thể giao tiếp giữa nhiều hộp điều khiển
mà không làm tăng số lượng dây dẫn. Cho đến hiện nay, CAN có mặt trên hầu hết các ô tô do
sự đơn giản và hiệu quả của nó. Tuy nhiên lượng tài liệu vẫn còn hạn chế nên việc tìm hiểu
và tiếp cận còn nhiều khó khăn.
Nắm bắt được vấn đề đó chúng em đã quyết định thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế
và chế tạo mô hình truyền nhận dữ liệu sử dụng mạng CAN trên Toyota Camry 2007” để làm
đồ án tốt nghiệp và thu được một số kết quả sau:
- Nắm được lý thuyết về hệ thống giao tiếp sử dụng CAN.
- Biết được quá trình truyền nhận dữ liệu giữa các hộp điều khiển.
- Nắm được hệ thống giao tiếp sử dụng CAN trên Toyota Camry 2007.
- Hoàn thiện mô hình hệ thống CAN trên Toyota Camry 2007.
- Đọc và gửi tín hiệu lên CAN thông qua Arduino.
iii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................xii
TÓM TẮT ................................................................................................................................ii
MỤC LỤC.............................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU .........................................................vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................. xiii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ............................................................................ 1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài .............................................................................................. 1
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ................................................................. 1
1.2.1. Trong nước ........................................................................................................... 1
1.2.2. Ngoài nước ........................................................................................................... 1
1.3. Mục tiêu của đề tài ...................................................................................................... 2
1.4. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu .......................................................................... 2
1.4.1. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 2
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 2
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................................... 3
2.1. Tổng quan về mạng truyền thông trên ô tô ................................................................. 3
2.1.1. Định nghĩa giao thức truyền thông ....................................................................... 3
2.1.2. Vai trò của mạng truyền thông ............................................................................. 5
2.1.3. Mạng truyền thông được dùng trên ô tô. .............................................................. 5
2.2. Tổng quan về hệ thống mạng giao tiếp CAN .............................................................. 9
2.2.1. Sơ lược về mạng giao tiếp CAN ........................................................................... 9
2.2.2. Tầng vật lý (Physical layer) ................................................................................ 11
iv
2.2.3. Cấu trúc khung tin nhắn ..................................................................................... 17
2.2.4. Sự phân xử tin nhắn (Arbitration). ..................................................................... 27
2.2.5. Truyền đồng bộ và truyền không đồng bộ.......................................................... 28
2.2.6. CAN bus và hệ thống xử lý ................................................................................ 29
2.2.7. Phát hiện lỗi ........................................................................................................ 39
2.3. Hệ thống giao tiếp CAN trên Toyota Camry 2007 ................................................... 41
2.3.1. Giới thiệu về hệ thống CAN trên Toyota Camry 2007 ...................................... 41
2.3.2. Sơ đồ mạch điện hệ thống CAN trên Toyota Camry 2007 ................................ 43
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM .......................................... 45
3.1. Cấu trúc của mô hình ................................................................................................ 45
3.1.1. Các tín hiệu cần truyền tải trên mô hình............................................................. 45
3.1.2. Tốc độ truyền tải của CAN trên mô hình ........................................................... 45
3.1.3. cách truyền tải trên mô hình .................................................................. 45
3.1.4. Các yêu cầu khác của mô hình ........................................................................... 46
3.1.5. Các thành phần sử dụng trong mô hình .............................................................. 46
3.2. Các phần mềm sử dụng ............................................................................................. 57
3.2.1. AutoCAD ............................................................................................................ 57
3.2.2. SolidWorks ......................................................................................................... 58
3.2.3. Arduino IDE ....................................................................................................... 58
3.3. Sơ đồ mạch điện sử dụng trong mô hình................................................................... 59
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ...................................................... 68
4.1. Ý tưởng thiết kế ......................................................................................................... 68
4.2. Sơ đồ khối hệ thống ................................................................................................... 68
4.3. Thiết kế mô hình........................................................................................................ 69
v
4.4. Thiết kế khung đỡ mô hình ....................................................................................... 69
4.5. Thi công mô hình ...................................................................................................... 70
4.5.1. Khung mô hình ................................................................................................... 70
4.5.2. Nút hộp điều khiển động cơ ECM ...................................................................... 71
4.5.3. Nút hộp điều khiển điện thân xe BCM ............................................................... 74
4.5.4. Nút Arduino Uno và CAN bus Shield ................................................................ 77
4.5.5. Nút đồng hồ hiển thị thông tin ............................................................................ 78
4.5.6. Giắc chẩn đoán ................................................................................................... 78
4.5.7. Các công tắc đánh PAN ...................................................................................... 79
4.6. Giao tiếp với mô hình bằng Arduino......................................................................... 80
4.7. Mô hình hoàn thiện ................................................................................................... 86
4.8. Thử nghiệm và đánh giá mô hình .............................................................................. 87
4.8.1. Thử nghiệm hoạt động của mô hình ................................................................... 87
4.8.2. Thử nghiệm giao tiếp với hệ thống qua Arduino ............................................... 90
4.8.3. Đánh giá mô hình ............................................................................................... 91
4.9. Chẩn đoán lỗi hệ thống giao tiếp CAN trên Toyota Camry 2007 ............................. 92
4.9.1. Quy trình kiểm tra và xử lý lỗi. .......................................................................... 92
4.9.2. Kiểm tra đường truyền CAN .............................................................................. 93
CHƯƠNG 5: CÁC BÀI THỰC HÀNH TRÊN MÔ HÌNH .............................................. 98
5.1. Bài thực hành kiểm tra điện trở đầu cuối trên mạng CAN. ...................................... 98
5.1.1. Mục đích ............................................................................................................. 98
5.1.2. Chuẩn bị .............................................................................................................. 98
5.1.3. Chú ý................................................................................................................... 98
5.1.4. Các bước tiến hành ............................................................................................. 98
vi
5.2. Bài thực hành kiểm tra xung trên mạng CAN ......................................................... 102
5.2.1. Mục đích ........................................................................................................... 102
5.2.2. Chuẩn bị ............................................................................................................ 102
5.2.3. Chú ý................................................................................................................. 102
5.2.4. Các bước tiến hành ........................................................................................... 102
5.3. Bài thực hành dùng máy chẩn đoán để đọc dữ liệu trên CAN và chẩn đoán lỗi .... 107
5.3.1. Mục đích ........................................................................................................... 107
5.3.2. Chuẩn bị ............................................................................................................ 107
5.3.3. Chú ý................................................................................................................. 107
5.3.4. Các bước tiến hành ........................................................................................... 107
5.4. Bài thực hành đo kiểm các cảm biến công tắc trên hệ thống .................................. 113
5.4.1. Mục đích ........................................................................................................... 113
5.4.2. Chuẩn bị ............................................................................................................ 113
5.4.3. Chú ý................................................................................................................. 113
5.4.4. Tiến hành đo kiểm ............................................................................................ 113
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .................................. 118
6.1. Kết luận ................................................................................................................... 118
6.2. Hướng phát triển đề tài ............................................................................................ 118
THAM KHẢO ..................................................................................................................... 120
PHỤ LỤC ............................................................................................................................. 121
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống truyền nhận dữ liệu sử dụng mạng Can trên Toyota Camry 2007
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................................xii
TÓM TẮT................................................................................................................................ii MỤC LỤC.............................................................................................................................. iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU .........................................................vii DANH MỤC CÁC HÌNH................................................................................................... viii DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................. xiii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ............................................................................1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài ..............................................................................................1
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước .................................................................1
1.2.1. Trong nước ...........................................................................................................1
1.2.2. Ngoài nước ...........................................................................................................1
1.3. Mục tiêu của đề tài ......................................................................................................2
1.4. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu..........................................................................2
1.4.1. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................2
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu ..............................................................................................2
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................................3 2.1. Tổng quan về mạng truyền thông trên ô tô .................................................................3
2.1.1. Định nghĩa giao thức truyền thông .......................................................................3
2.1.2. Vai trò của mạng truyền thông .............................................................................5
2.1.3. Mạng truyền thông được dùng trên ô tô. ..............................................................5
2.2. Tổng quan về hệ thống mạng giao tiếp CAN..............................................................9
2.2.1. Sơ lược về mạng giao tiếp CAN...........................................................................9
2.2.2. Tầng vật lý (Physical layer)................................................................................11
iii
2.2.3. Cấu trúc khung tin nhắn .....................................................................................17
2.2.4. Sự phân xử tin nhắn (Arbitration). .....................................................................27
2.2.5. Truyền đồng bộ và truyền không đồng bộ..........................................................28
2.2.6. CAN bus và hệ thống xử lý ................................................................................29
2.2.7. Phát hiện lỗi ........................................................................................................39
2.3. Hệ thống giao tiếp CAN trên Toyota Camry 2007 ...................................................41
2.3.1. Giới thiệu về hệ thống CAN trên Toyota Camry 2007 ......................................41
2.3.2. Sơ đồ mạch điện hệ thống CAN trên Toyota Camry 2007 ................................43
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM..........................................45
3.1. Cấu trúc của mô hình ................................................................................................45
3.1.1. Các tín hiệu cần truyền tải trên mô hình.............................................................45
3.1.2. Tốc độ truyền tải của CAN trên mô hình ...........................................................45
3.1.3. cách truyền tải trên mô hình..................................................................45
3.1.4. Các yêu cầu khác của mô hình ...........................................................................46
3.1.5. Các thành phần sử dụng trong mô hình..............................................................46
3.2. Các phần mềm sử dụng .............................................................................................57
3.2.1. AutoCAD ............................................................................................................ 57
3.2.2. SolidWorks .........................................................................................................58
3.2.3. Arduino IDE .......................................................................................................58
3.3. Sơ đồ mạch điện sử dụng trong mô hình...................................................................59
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH......................................................68
4.1. Ý tưởng thiết kế.........................................................................................................68
4.2. Sơ đồ khối hệ thống...................................................................................................68
4.3. Thiết kế mô hình........................................................................................................69
iv
4.4. Thiết kế khung đỡ mô hình .......................................................................................69
4.5. Thi công mô hình ......................................................................................................70
4.5.1. Khung mô hình ................................................................................................... 70
4.5.2. Nút hộp điều khiển động cơ ECM......................................................................71
4.5.3. Nút hộp điều khiển điện thân xe BCM...............................................................74
4.5.4. Nút Arduino Uno và CAN bus Shield................................................................77
4.5.5. Nút đồng hồ hiển thị thông tin............................................................................78
4.5.6. Giắc chẩn đoán ...................................................................................................78
4.5.7. Các công tắc đánh PAN......................................................................................79
4.6. Giao tiếp với mô hình bằng Arduino.........................................................................80
4.7. Mô hình hoàn thiện ...................................................................................................86
4.8. Thử nghiệm và đánh giá mô hình..............................................................................87
4.8.1. Thử nghiệm hoạt động của mô hình...................................................................87
4.8.2. Thử nghiệm giao tiếp với hệ thống qua Arduino ...............................................90
4.8.3. Đánh giá mô hình ............................................................................................... 91
4.9. Chẩn đoán lỗi hệ thống giao tiếp CAN trên Toyota Camry 2007.............................92
4.9.1. Quy trình kiểm tra và xử lý lỗi. ..........................................................................92
4.9.2. Kiểm tra đường truyền CAN ..............................................................................93
CHƯƠNG 5: CÁC BÀI THỰC HÀNH TRÊN MÔ HÌNH ..............................................98 5.1. Bài thực hành kiểm tra điện trở đầu cuối trên mạng CAN. ......................................98
5.1.1. Mục đích ............................................................................................................. 98
5.1.2. Chuẩn bị..............................................................................................................98
5.1.3. Chú ý...................................................................................................................98
5.1.4. Các bước tiến hành .............................................................................................98
v
5.2. Bài thực hành kiểm tra xung trên mạng CAN.........................................................102
5.2.1. Mục đích ...........................................................................................................102
5.2.2. Chuẩn bị............................................................................................................102
5.2.3. Chú ý.................................................................................................................102
5.2.4. Các bước tiến hành ...........................................................................................102
5.3. Bài thực hành dùng máy chẩn đoán để đọc dữ liệu trên CAN và chẩn đoán lỗi ....107
5.3.1. Mục đích ...........................................................................................................107
5.3.2. Chuẩn bị............................................................................................................107
5.3.3. Chú ý.................................................................................................................107
5.3.4. Các bước tiến hành ...........................................................................................107
5.4. Bài thực hành đo kiểm các cảm biến công tắc trên hệ thống..................................113
5.4.1. Mục đích ...........................................................................................................113
5.4.2. Chuẩn bị............................................................................................................113
5.4.3. Chú ý.................................................................................................................113
5.4.4. Tiến hành đo kiểm ............................................................................................113
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ..................................118
6.1. Kết luận ...................................................................................................................118
6.2. Hướng phát triển đề tài............................................................................................118
THAM KHẢO.....................................................................................................................120 PHỤ LỤC.............................................................................................................................121
vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
STT Chữ viết tắt
1 CAN
2 NRZ
3 RZ
4 SOF
5 ID
6 RTR
7 SRR
8 IDE
9 DLC
10 CRC
11 ACK
12 EOF
13 ECU
14 ECM
15 BCM
16 ABS
17 OBD
18 LAN
19 WAN
20 CANH
21 CANL
22 ISO
23 TTL
24 TQ
25 DTC
Chữ viết đầy đủ
Controller Area Network None Return To Zero Return To Zero
Start Of Frame
Identifier
Remote Transmission Request
Substitute Remote Request
Identifier Extension
Data Length Code
Cyclic Redundancy Check
Acknowledge
End of Frame
Electronic Control Unit
Engine Control Module
Body Control Module
Antilock Brake System
On-Board Diagnostic
Local Area Network
Wide Area Network
CAN High
CAN Low
International Organization for Standardization Transistor - Transistor Logic
Time Quantum
Diagnostic Trouble Code
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2. 1: Hệ thống liên kết dạng sao.......................................................................................3 Hình 2. 2: Hệ thống liên kết dạng BUS ....................................................................................3 Hình 2. 3: Hệ thống liên kết dạng vòng....................................................................................4 Hình 2. 4: Hệ thống liên kết dạng lưới .....................................................................................4 Hình 2. 5: Hệ thống liên kết dạng cây ......................................................................................4 Hình 2. 6: Hệ thống liên kết dạng lai sao - vòng ......................................................................5 Hình 2. 7: Sơ đồ mạng giao tiếp được sử dụng trên ô tô ..........................................................9 Hình 2. 8: Cấu tạo cơ bản của một mạng CAN ......................................................................10 Hình 2. 9: Cấu trúc mô hình mạng CAN ................................................................................11 Hình 2. 10: Phương pháp mã hóa NRZ và RZ .......................................................................12 Hình 2. 11: Quy luật nhồi bit ..................................................................................................12 Hình 2. 12: Định nghĩa bit time và đồng bộ ...........................................................................13 Hình 2. 13: Phân đoạn thời gian của bit..................................................................................14 Hình 2. 14: Tỉ lệ giữa tốc độ và chiều dài...............................................................................16 Hình 2. 15: Mã hóa của bit trội và bit lặn...............................................................................16 Hình 2. 16: Cấu trúc tin nhắn CAN ........................................................................................17 Hình 2. 17: Khung dữ liệu ......................................................................................................18 Hình 2. 18: Cấu trúc khung tiêu chuẩn và khung mở rộng.....................................................19 Hình 2. 19: Mối liên hệ giữa trường DLC và trường dữ liệu .................................................20 Hình 2. 20: Trường kiểm tra (CRC) và trường xác nhận (ACK) ...........................................21 Hình 2. 21: Khung yêu cầu (Remote Frame) dạng chuẩn ......................................................22 Hình 2. 22: Khung yêu cầu (Remote Frame) dạng mở rộng ..................................................22 Hình 2. 23: Khung lỗi (Error Frame)......................................................................................22 Hình 2. 24: Cờ báo lỗi chủ động.............................................................................................23 Hình 2. 25: Cờ báo lỗi bị động ...............................................................................................23 Hình 2. 26: Khung báo quá tải (Overload Frame) ..................................................................24 Hình 2. 27: Cấu trúc khoảng phân cách liên khung nút không có lỗi bị động hay vừa nhận thông điệp................................................................................................................................25
viii
Hình 2. 28: Cấu trúc khoảng phân cách liên khung nút có lỗi bị động và vừa truyền thông điệp. ......................................................................................................................................... 26 Hình 2. 29: Khoảng phân cách liên khung..............................................................................27 Hình 2. 30: Cơ chế phân xử trọng tài......................................................................................27 Hình 2. 31: Truyền thông đồng bộ..........................................................................................28 Hình 2. 32: Truyền thông không đồng bộ...............................................................................29 Hình 2. 33: Sơ đồ mạng CAN trên ô tô ..................................................................................30 Hình 2. 34: Chi tiết một nút trên CAN ...................................................................................30 Hình 2. 35: Sự nhiễu điện từ trong CAN bus .........................................................................31 Hình 2. 36: Sơ đồ về quy trình nhận của một nút...................................................................32 Hình 2. 37: CAN bus gửi yêu cầu từ xa..................................................................................33 Hình 2. 38: Mô tả thuật toán lọc ID trong CAN controller ....................................................34 Hình 2. 39: Cấu trúc tổng thể bộ điều khiển CAN .................................................................35 Hình 2. 40: Bộ điều khiển CAN tích hợp ...............................................................................36 Hình 2. 41: Module CAN cơ bản............................................................................................37 Hình 2. 42: Module CAN mới (Full CAN).............................................................................38 Hình 2. 43: Hình ảnh tổng hợp các loại lỗi khác nhau trên khung tin nhắn ...........................41 Hình 2. 44: Bố trí mạng CAN trên Toyota .............................................................................42 Hình 2. 45: Sơ đồ mạch điện hệ thống CAN trên Toyota Camry 2007..................................43 Hình 2. 46: Sơ đồ mạch điện hệ thống CAN trên Toyota Camry 2007..................................44 Hình 3. 1: Cấu trúc mô hình ...................................................................................................45 Hình 3. 2: Bộ điều khiển điện tử ECM ...................................................................................46 Hình 3. 3: Sơ đồ chân của ECM của Toyota Camry 2007 .....................................................47 Hình 3. 4: Mạch cấp nguồn ECM ...........................................................................................50 Hình 3. 5: Bộ điều khiển điện thân xe BCM ..........................................................................51 Hình 3. 6: Đồng hồ hiển thị Toyota Camry 2007 ...................................................................52 Hình 3. 7: Giắc chẩn đoán.......................................................................................................53 Hình 3. 8: Cảm biến vị trí trục khuỷu.....................................................................................53 Hình 3. 9: Công tắc tổ hợp điều khiển đèn .............................................................................54
ix
Hình 3. 10: Cấu trúc Arduino Uno R3....................................................................................55 Hình 3. 11: Sơ đồ chân của Arduino Uno R3.........................................................................56 Hình 3. 12: Arduino CAN bus Shield.....................................................................................56 Hình 3. 13: Giao diện làm việc của AutoCAD.......................................................................57 Hình 3. 14: Giao diện làm việc Arduino IDE.........................................................................59 Hình 3. 15: Sơ đồ mạch điện sử dụng trong mô hình.............................................................67 Hình 4. 1: Sơ đồ khối hệ thống ...............................................................................................68 Hình 4. 2: Bản vẽ bố trí mô hình mô hình ..............................................................................69 Hình 4. 3: Bản vẽ khung đỡ mô hình......................................................................................70 Hình 4. 4: Khung Mica ...........................................................................................................70 Hình 4. 5: Khung nhôm đỡ mô hình .......................................................................................71 Hình 4. 6: Nút hộp điều khiển động cơ...................................................................................71 Hình 4. 7: ECM.......................................................................................................................72 Hình 4. 8: Biến trở giả lập tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát.....................................73 Hình 4. 9: Đĩa tạo tín hiệu trục khuỷu ....................................................................................73 Hình 4. 10: Động cơ dẫn động quay đĩa tín hiệu....................................................................74 Hình 4. 11: Dimmer điều chỉnh tốc độ ...................................................................................74 Hình 4. 12: Nút hộp điều khiển điện thân xe..........................................................................75 Hình 4. 13: Hộp cầu chì và BCM ...........................................................................................75 Hình 4. 14: Các công tắc giả lập tín hiệu cửa .........................................................................76 Hình 4. 15: Cụm công tắc điều khiển đèn chiếu sáng ............................................................77 Hình 4. 16: Nút Arduino Uno và CAN bus Shield .................................................................78 Hình 4. 17: Nút đồng hồ hiển thị ............................................................................................78 Hình 4. 18: Giắc chẩn đoán ....................................................................................................79 Hình 4. 19: Các công tắc đánh PAN tạo lỗi............................................................................79 Hình 4. 20: Sơ đồ đánh PAN trên mô hình.............................................................................80 Hình 4. 21: Flow chart của Receive code ...............................................................................81 Hình 4. 22: Thiết lập chân tín hiệu và khai báo dữ liệu..........................................................84 Hình 4. 23: Khởi tạo hệ thống giao tiếp..................................................................................84
x
Hình 4. 24: Code đọc dữ liệu trên CAN .................................................................................85 Hình 4. 25: Code gửi tín hiệu nhiệt độ nước làm mát lên mô hình ........................................85 Hình 4. 26: Mô hình hoàn thiện..............................................................................................86 Hình 4. 27: Đồng hồ báo tốc độ động cơ khi tăng tốc độ động cơ.........................................87 Hình 4. 28: Đồng hồ nhiệt độ nước làm mát trước và sau khi điều chỉnh..............................88 Hình 4. 29: Đèn báo cửa đang mở ..........................................................................................88 Hình 4. 30: Đèn báo chế độ đèn đầu.......................................................................................89 Hình 4. 31: Đèn báo chế độ đèn Pha.......................................................................................89 Hình 4. 32: Kết quả đọc dữ liệu từ hệ thống...........................................................................90 Hình 4. 33: Kết quả gửi dữ liệu lên hệ thống..........................................................................91 Hình 4. 34: Sơ đồ mạng CAN của mô hình............................................................................93 Hình 4. 35: Sơ đồ chân giắc chẩn đoán ..................................................................................93 Hình 4. 36: Xung đo được ở điều kiện hoạt động bình thường..............................................95 Hình 4. 37: Xung đo được khi các điện trở đầu cuối bị hỏng hay ngắt kết nối ....................95 Hình 4. 38: Xung đo được khi dây CANL bị nối Mass..........................................................96 Hình 4. 39: Xung đo được khi dây CANH bị nối Mass .........................................................97 Hình 4. 40: Xung đo được khi dây CANH và CANL ngắn mạch với nhau...........................97 Hình 5. 1: Giá trị điện trở trên CAN ở điều kiện hoạt động bình thường ..............................98 Hình 5. 2: Vị trí đo kiểm điện trở ...........................................................................................99 Hình 5. 3: : Giá trị đo tổng trở trên mạch chính khi ngắt PAN 1 .........................................100 Hình 5. 4: Giá trị đo điện trở trên mạch chính khi ngắt PAN 2............................................101 Hình 5. 5: Giá trị đo điện trở trên mạch chính khi ngắt PAN 3............................................101 Hình 5. 6: Kết nối với máy đo xung .....................................................................................102 Hình 5. 7: Kết nối các chân đo tín hiệu ................................................................................103 Hình 5. 8: Phần mềm Hantek 1008C ....................................................................................103 Hình 5. 9: Xung đo được ở điều kiện bình thường...............................................................104 Hình 5. 10: Xung đo được khi đánh PAN 1 .........................................................................104 Hình 5. 11: Xung đo được khi đánh PAN 2 .........................................................................105 Hình 5. 12: Xung đo được khi đánh PAN3 ..........................................................................105
xi
Hình 5. 13: Xung khi CANL nối mass .................................................................................106 Hình 5. 14: Xung khi CANH nối mass.................................................................................106 Hình 5. 15: Xung khi CANH nối với CANL........................................................................107 Hình 5. 16: Chọn model xe ...................................................................................................108 Hình 5. 17: Giao điện khi bắt đầu.........................................................................................108 Hình 5. 18: Trạng thái của hệ thống để kiểm tra dữ liệu ......................................................109 Hình 5. 19: Dữ liệu đọc từ ECM...........................................................................................109 Hình 5. 20: Dữ liệu đọc từ BCM ..........................................................................................110 Hình 5. 21: Dữ liệu đọc từ đồng hồ ......................................................................................110 Hình 5. 22: Hệ thống ở trạng thái bình thường.....................................................................111 Hình 5. 23: Hệ thống khi đánh PAN 1..................................................................................111 Hình 5. 24: Hệ thống khi đánh PAN 2..................................................................................112 Hình 5. 25: Hệ thống khi đánh PAN 3..................................................................................112 Hình 5. 26: Mã lỗi hộp ECM ................................................................................................113 Hình 5. 27: Giá trị điện trở của cảm biến trục khuỷu. ..........................................................114 Hình 5. 28: Giá trị điện áp xoay chiều thay đổi khi tăng tốc độ...........................................115 Hình 5. 29: Sơ đồ chân cụm công tắc điều khiển đèn ..........................................................116 Hình 5. 30: Đo kiểm chân công tắc cụm công tắc đèn .........................................................116
xii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2. 1: Thông số của các mạng giao tiếp ............................................................................8 Bảng 2. 2: Bảng ước lượng số bit nhồi ...................................................................................13 Bảng 2. 3: Liên hệ giữa tốc độ truyền thời gian bit và độ dài Bus .........................................15 Bảng 3. 1: Các chân của hộp ECM.........................................................................................47 Bảng 3. 2: Vị trí, chức năng của các thành phần trên đồng hồ hiển thị..................................52 Bảng 4. 1: Các chân của sử dụng hộp ECM ...........................................................................72 Bảng 4. 2: Các chân sử dụng của hộp BCM...........................................................................76 Bảng 4. 3: Các Pan lỗi của mô hình........................................................................................79 Bảng 4. 4: Các thành phần trên mô hình.................................................................................86 Bảng 4. 5: Bảng chẩn đoán trên đường truyền CAN thông qua giắc chẩn đoán....................94 Bảng 5. 1: Phiếu kết quả đo điện trở trên CAN......................................................................99 Bảng 5. 2: Kết quả đo tham khảo............................................................................................99 Bảng 5. 3: Kết quả đo kiểm các chân của công tắc ..............................................................117
xiii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Với sự phát triển không ngừng của công nghệ và kỹ thuật hiện nay, ngày có càng nhiều những hệ thống điều khiển tự động thông đã được tích hợp trên ô tô nhằm nâng cao trải nghiệm cũng như sự tiện nghi cho người sử dụng. Với việc áp dụng những công nghệ tiên tiến, hàng loạt những hộp điều khiển tự động được trang bị cho ô tô như hộp điều khiển động cơ (ECM), hộp điều khiển điển thân xe (BCM), hộp điều khiển hệ thống điều hòa (A/C Amplifier), .... Các hộp này cần có sự trao đổi những thông tin, dữ liệu cho nhau nhằm đảm bảo việc điều khiển các cơ cấu chấp hành một cách chính xác. Vì vậy cần có một hệ thống thông tin liên lạc giữa chúng. Từ đầu những năm 90 của thế kỷ trước, CAN (Controller Area Network) đã được ứng dụng để giao tiếp giữa các hộp trên xe và hiện nay nó đã trở thành hệ thống được áp dụng rộng rãi trên hầu hết ô tô. Không những vậy, CAN còn giúp cho các thợ sửa chữa, kỹ sư giải quyết những hư hỏng trên xe một cách nhanh chóng. Tuy nhiên, việc giảng dạy về CAN trên trường lớp vẫn còn nhiều hạn chế, thiếu những ví dụ cụ thể cũng như mô hình thực tế. Từ vấn đề đó, nhóm chúng em đã thực hiện mô hình hệ thống CAN trên xe thực tế nhằm cung cấp công cụ cho việc giảng dạy cũng như phần nào kiến thức về mạng CAN trên ô tô.
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.2.1. Trong nước
Mạng giao tiếp CAN đã ra đời và được áp dụng rộng rãi trên ô tô cũng như các ngành công nghiệp khác từ lâu. Tuy nhiên, vẫn có khá ít những đề tài nghiên cứu về nó. Cho đến những năm gần đây, đã có nhiều đề tài nghiên cứu về nó nhiều hơn nhằm bắt kịp xu hướng công nghệ hiện đại. Tuy nhiên thực tế vẫn gặp nhiều khó khăn trong việc tiếp cận, vận hành mạng giao tiếp trên ô tô nói chung và mạng CAN nói riêng.
1.2.2. Ngoài nước
Việc nghiên cứu về mạng giao tiếp trên ô tô ở nước ngoài đã được thực hiện từ lâu, vì vậy mạng giao tiếp CAN đã phát gần như toàn diện. Không những vậy, hiện họ cũng đã nghiên cứu và phát triển những công nghệ khác như MOST(Media Oriented Systems Transport), FlexRay, LIN...hay những công nghệ truyền thông như Ethernet TSN (Time-Sensitive
1
Networking) hay Ethernet AVB (Audio Video Bridging) với tốc độ và độ tin cậy cao ứng dụng cho xe tự hành.
1.3. Mục tiêu của đề tài
- Tìm hiểu kiến thức lý thuyết về CAN.
- Đọc được sơ đồ mạch điện trên xe Toyota Camry 2007.
- Tìm hiểu giao tiếp giữa Arduino Uno R3, Module CAN bus Shield và mạng giao tiếp thực tế.
- Đọc dữ liệu giao tiếp giữa BCM, ECM và đồng hồ hiển thị.
- Điều khiển được các đồng hồ và đèn báo trên đồng hồ thông qua các cảm biến, công tắc và Arduino.
- -
Thực hiện được mô hình mạng CAN. Hoàn thành bản thuyết minh đề tài
1.4.
1.4.1. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp và phạm vi nghiên cứu
- Sử dụng nguồn tài liệu từ Internet để tìm hiểu về mạng truyền thông trên ô tô, Arduino, giao tiếp giữa các hộp điều khiển trên ô tô và giữa Arduino với mạng CAN trên ô tô thông qua module CAN bus Shield.
- Tìm kiếm sơ đồ mạch điện từ hãng cũng như các dữ liệu điều khiển đồng hồ hiển thị.
- Ứng dụng các phần mềm kỹ thuật để thiết kế mô hình .
- Giả lập các tín hiệu truyền lên mạng CAN thông qua các công tắc, cảm biến và Arduino.
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết về mạng truyền thông trên ô tô nói chúng và mạng truyền thông sử dụng CAN trên Toyota Camry 2007 nói riêng.
- Truyền nhận tín hiệu giữa các hộp điều khiển và đồng hồ hiển thị.
- Lập trình giao tiếp giữa Arduino và mạng CAN sử dụng module CAN bus Shield.
- Đưa ra nhận xét, kết quả và đề xuất hướng phát triển của đề tài.
2
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Tổng quan về mạng truyền thông trên ô tô
2.1.1. Định nghĩa giao thức truyền thông
Giao thức truyền thông là bộ những quy tắc cho toán bộ thiết bị được kết nối trong hệ thống giao tiếp với nhau để trao đổi thông tin dữ liệu thông qua các kênh truyền thông. Giao thức sẽ định nghĩa các quy tắc (rule), cú pháp (syntax), ngữ nghĩa (semantics). Sự đồng bộ (synchronization) trong quá trình truyền thông và có thể thêm phương pháp khắc phục lỗi trên đường truyền. Giao thức truyền thông có thể được thực thi trên phần cứng, phần mềm hay cả hai. Một số kiểu liên kết giữ các thành phần trong mạng như sau:
Hình 2. 1: Hệ thống liên kết dạng sao
Hình 2. 2: Hệ thống liên kết dạng BUS
3
Hình 2. 3: Hệ thống liên kết dạng vòng
Hình 2. 4: Hệ thống liên kết dạng lưới
Hình 2. 5: Hệ thống liên kết dạng cây
4
Hình 2. 6: Hệ thống liên kết dạng lai sao - vòng
2.1.2. Vai trò của mạng truyền thông
Mạng truyền thông trong công nghiệp nói chung hay mạng truyền thông trên ô tô nói riêng đã mang lại không những tác động tích cực không chỉ trên phương diện kỹ thuật mà còn cả trên phương diện kinh tế. Sau đây là một số những hiệu quả mà mạng truyền thông mang lại:
- Đơn giản hóa các hệ thống: Nhiều thiết bị có thể ghép nối với nhau thông qua một đường truyền duy nhất. Điều đó giúp giảm số lượng dây dẫn làm các hệ thống trở nên đơn giản hơn. - Độ chính xác và tin cậy cao: Việc sử dụng mạng truyền thông số giúp cho việc truyền thông tin tránh được những tác nhân bên ngoài gây nhiễu và làm biết đổi thông tin.
- Tăng độ linh hoạt cũng như chức năng mở rộng của hệ thống: Nhờ cấu trúc đơn giản nên việc thay thế cũng như mở rộng thêm các chức năng hay loại bỏ bớt trở nên dễ dàng.
- Giá thành thấp: Nhờ cấu trúc đơn giản chỉ cần một đường truyền nên giúp giảm số lượng dây dẫn, từ đó giảm giá thành của hệ thống.
2.1.3. Mạng truyền thông được dùng trên ô tô.
Có một vài mạng truyền thông được dùng trên ô tô như:
- CAN (Controller Area Network): Đây là một chuẩn giao tiếp dữ liệu được thiết kế dành riêng cho ô tô. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ô tô hiện đại để cho phép các mô-đun điều khiển (ECU) khác nhau giao tiếp với nhau và chia sẻ thông tin.
- LIN (Local Interconnect Network): Là một giao thức giao tiếp nối tiếp được sử dụng trong các phương tiện để kết nối các thành phần điện tử khác nhau. Đây là một giao thức chi phí
5
thấp, công suất thấp và tốc độ thấp được sử dụng để kết nối các cảm biến, bộ truyền động và các thành phần điện tử khác trong xe. LIN được sử dụng để gửi và nhận dữ liệu giữa các thành phần và nó được thiết kế để dễ dàng thực hiện và bảo trì. Nó cũng được sử dụng để giảm số lượng dây cần thiết trong một chiếc xe, giúp giảm chi phí và độ phức tạp của hệ thống dây điện của xe.
- MOST (Media Oriented Systems Transport): là một giao thức tốc độ cao, đa phương tiện được sử dụng để kết nối âm thanh, video và các thành phần đa phương tiện khác trong xe. Đây cũng là một giao thức đáng tin cậy và mạnh mẽ được thiết kế để dễ thực hiện và bảo trì. Hầu hết được sử dụng để gửi và nhận dữ liệu giữa các thành phần và nó được thiết kế để có thể xử lý một lượng lớn dữ liệu một cách nhanh chóng và hiệu quả.
- FlexRay: là một mạng lưới giao tiếp tốc độ cao được sử dụng trong các phương tiện cho các ứng dụng yêu cầu giao tiếp thời gian thực. Nó được phát triển bởi FlexRay Consortium, được thành lập vào năm 2002 để tạo ra một giao thức truyền thông tiêu chuẩn hóa cho ngành công nghiệp ô tô. FlexRay có các đặc điểm sau:
• Giao tiếp tốc độ cao: FlexRay hỗ trợ tốc độ dữ liệu lên tới 10 Mbps, nhanh hơn nhiều so với các mạng truyền thông khác được sử dụng trong xe. Điều này cho phép nó hỗ trợ các ứng dụng phức tạp, chẳng hạn như hệ thống hỗ trợ trình điều khiển nâng cao hay kiểm soát hệ thống treo hoạt động.
• Dung sai lỗi: FlexRay sử dụng hệ thống giao tiếp kênh kép, có nghĩa là dữ liệu được truyền qua hai đường dẫn giao tiếp riêng biệt. Điều này cung cấp mức độ dung sai lỗi cao, đảm bảo rằng mạng truyền thông sẽ tiếp tục hoạt động ngay cả khi một trong các kênh gặp lỗi.
• Giao tiếp Time triggered: FlexRay sử dụng sơ đồ giao tiếp kích hoạt thời gian, điều đó có nghĩa là các thông điệp được truyền đi vào những thời điểm cụ thể, thay vì liên tục. Điều này cung cấp giao tiếp có thể đoán và xác định, điều này rất cần thiết cho các ứng dụng thời gian thực.
• Hỗ trợ các mạng giao tiếp lớn: FlexRay có thể hỗ trợ các mạng giao tiếp lớn, với tới 65.000 nút, khiến nó phù hợp để sử dụng trong các phương tiện phức tạp với nhiều mô - đun điều khiển.
6
• Tính bảo mật cao: FlexRay sử dụng các chức năng bảo mật nâng cao, chẳng hạn như mã hóa và xác thực, để ngăn chặn truy cập trái phép vào mạng truyền thông.
• ThôngquacáctínhnăngnàymàFlexRaytrởthànhmộtlựachọnlýtưởngchocácứng dụng trên ô tô yêu cầu giao tiếp thời gian thực. tuy nhiên nó khá là tốn kém hơn các mạng truyền thông khác.
-
máy chủ và các thiết bị khác để tạo thành mạng khu vực địa phương (LAN) hay mạng khu vực rộng (WAN). Nó cung cấp một cách để truyền dữ liệu qua cáp vật lý và dựa trên một tập hợp các tiêu chuẩn và giao thức được xác định bởi Viện Kỹ sư Điện và Điện tử (IEEE). Tốc độ nhanh chóng, đáng tin cậy và có thể mở rộng, làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các doanh nghiệp và tổ chức thuộc mọi quy mô. Công nghệ này đã tồn tại trong nhiều năm và đã trải qua một số sửa đổi, với phiên bản gần đây nhất, được biết đến là 10GBase-T, cung cấp tốc độ lên tới 10 Gbps.
Ethernet: là một loại công nghệ mạng máy tính được sử dụng rộng rãi để kết nối máy tính,
7
ii
TÓM TẮT
Hiện nay, với việc công nghệ không ngừng phát triển trong nhiều lĩnh vực khác nhau
nhằm đáp ứng lại nhưng nhu cầu của con người. Ngành công nghiệp ô tô không cũng không
phải ngoại lệ, ngày càng có nhiều những hệ thống hiện đại được sử dụng trên ô tô. Đi đôi với
điều đó, số lượng các hộp điều khiển điện tử được trang bị ngày càng nhiều và những hộp này
cũng cần trao đổi những thông tin với nhau để có thể điều khiển các hệ thống một cách chính
xác vì vậy các nhà chế tạo đã nghiên cứu ra mạng giao tiếp trên ô tô.
Ban đầu việc giao tiếp chỉ diễn ra giữa một vài hộp điều khiển, tuy nhiên với sự việc
ngày càng nhiều các hộp điều khiển được trang bị thì việc giao tiếp giữa các hộp càng phức
tạp. Vì vậy, mạng giao tiếp CAN được ra đời để có thể giao tiếp giữa nhiều hộp điều khiển
mà không làm tăng số lượng dây dẫn. Cho đến hiện nay, CAN có mặt trên hầu hết các ô tô do
sự đơn giản và hiệu quả của nó. Tuy nhiên lượng tài liệu vẫn còn hạn chế nên việc tìm hiểu
và tiếp cận còn nhiều khó khăn.
Nắm bắt được vấn đề đó chúng em đã quyết định thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế
và chế tạo mô hình truyền nhận dữ liệu sử dụng mạng CAN trên Toyota Camry 2007” để làm
đồ án tốt nghiệp và thu được một số kết quả sau:
- Nắm được lý thuyết về hệ thống giao tiếp sử dụng CAN.
- Biết được quá trình truyền nhận dữ liệu giữa các hộp điều khiển.
- Nắm được hệ thống giao tiếp sử dụng CAN trên Toyota Camry 2007.
- Hoàn thiện mô hình hệ thống CAN trên Toyota Camry 2007.
- Đọc và gửi tín hiệu lên CAN thông qua Arduino.
iii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................xii
TÓM TẮT ................................................................................................................................ii
MỤC LỤC.............................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU .........................................................vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................. xiii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ............................................................................ 1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài .............................................................................................. 1
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ................................................................. 1
1.2.1. Trong nước ........................................................................................................... 1
1.2.2. Ngoài nước ........................................................................................................... 1
1.3. Mục tiêu của đề tài ...................................................................................................... 2
1.4. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu .......................................................................... 2
1.4.1. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 2
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 2
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................................... 3
2.1. Tổng quan về mạng truyền thông trên ô tô ................................................................. 3
2.1.1. Định nghĩa giao thức truyền thông ....................................................................... 3
2.1.2. Vai trò của mạng truyền thông ............................................................................. 5
2.1.3. Mạng truyền thông được dùng trên ô tô. .............................................................. 5
2.2. Tổng quan về hệ thống mạng giao tiếp CAN .............................................................. 9
2.2.1. Sơ lược về mạng giao tiếp CAN ........................................................................... 9
2.2.2. Tầng vật lý (Physical layer) ................................................................................ 11
iv
2.2.3. Cấu trúc khung tin nhắn ..................................................................................... 17
2.2.4. Sự phân xử tin nhắn (Arbitration). ..................................................................... 27
2.2.5. Truyền đồng bộ và truyền không đồng bộ.......................................................... 28
2.2.6. CAN bus và hệ thống xử lý ................................................................................ 29
2.2.7. Phát hiện lỗi ........................................................................................................ 39
2.3. Hệ thống giao tiếp CAN trên Toyota Camry 2007 ................................................... 41
2.3.1. Giới thiệu về hệ thống CAN trên Toyota Camry 2007 ...................................... 41
2.3.2. Sơ đồ mạch điện hệ thống CAN trên Toyota Camry 2007 ................................ 43
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM .......................................... 45
3.1. Cấu trúc của mô hình ................................................................................................ 45
3.1.1. Các tín hiệu cần truyền tải trên mô hình............................................................. 45
3.1.2. Tốc độ truyền tải của CAN trên mô hình ........................................................... 45
3.1.3. cách truyền tải trên mô hình .................................................................. 45
3.1.4. Các yêu cầu khác của mô hình ........................................................................... 46
3.1.5. Các thành phần sử dụng trong mô hình .............................................................. 46
3.2. Các phần mềm sử dụng ............................................................................................. 57
3.2.1. AutoCAD ............................................................................................................ 57
3.2.2. SolidWorks ......................................................................................................... 58
3.2.3. Arduino IDE ....................................................................................................... 58
3.3. Sơ đồ mạch điện sử dụng trong mô hình................................................................... 59
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ...................................................... 68
4.1. Ý tưởng thiết kế ......................................................................................................... 68
4.2. Sơ đồ khối hệ thống ................................................................................................... 68
4.3. Thiết kế mô hình........................................................................................................ 69
v
4.4. Thiết kế khung đỡ mô hình ....................................................................................... 69
4.5. Thi công mô hình ...................................................................................................... 70
4.5.1. Khung mô hình ................................................................................................... 70
4.5.2. Nút hộp điều khiển động cơ ECM ...................................................................... 71
4.5.3. Nút hộp điều khiển điện thân xe BCM ............................................................... 74
4.5.4. Nút Arduino Uno và CAN bus Shield ................................................................ 77
4.5.5. Nút đồng hồ hiển thị thông tin ............................................................................ 78
4.5.6. Giắc chẩn đoán ................................................................................................... 78
4.5.7. Các công tắc đánh PAN ...................................................................................... 79
4.6. Giao tiếp với mô hình bằng Arduino......................................................................... 80
4.7. Mô hình hoàn thiện ................................................................................................... 86
4.8. Thử nghiệm và đánh giá mô hình .............................................................................. 87
4.8.1. Thử nghiệm hoạt động của mô hình ................................................................... 87
4.8.2. Thử nghiệm giao tiếp với hệ thống qua Arduino ............................................... 90
4.8.3. Đánh giá mô hình ............................................................................................... 91
4.9. Chẩn đoán lỗi hệ thống giao tiếp CAN trên Toyota Camry 2007 ............................. 92
4.9.1. Quy trình kiểm tra và xử lý lỗi. .......................................................................... 92
4.9.2. Kiểm tra đường truyền CAN .............................................................................. 93
CHƯƠNG 5: CÁC BÀI THỰC HÀNH TRÊN MÔ HÌNH .............................................. 98
5.1. Bài thực hành kiểm tra điện trở đầu cuối trên mạng CAN. ...................................... 98
5.1.1. Mục đích ............................................................................................................. 98
5.1.2. Chuẩn bị .............................................................................................................. 98
5.1.3. Chú ý................................................................................................................... 98
5.1.4. Các bước tiến hành ............................................................................................. 98
vi
5.2. Bài thực hành kiểm tra xung trên mạng CAN ......................................................... 102
5.2.1. Mục đích ........................................................................................................... 102
5.2.2. Chuẩn bị ............................................................................................................ 102
5.2.3. Chú ý................................................................................................................. 102
5.2.4. Các bước tiến hành ........................................................................................... 102
5.3. Bài thực hành dùng máy chẩn đoán để đọc dữ liệu trên CAN và chẩn đoán lỗi .... 107
5.3.1. Mục đích ........................................................................................................... 107
5.3.2. Chuẩn bị ............................................................................................................ 107
5.3.3. Chú ý................................................................................................................. 107
5.3.4. Các bước tiến hành ........................................................................................... 107
5.4. Bài thực hành đo kiểm các cảm biến công tắc trên hệ thống .................................. 113
5.4.1. Mục đích ........................................................................................................... 113
5.4.2. Chuẩn bị ............................................................................................................ 113
5.4.3. Chú ý................................................................................................................. 113
5.4.4. Tiến hành đo kiểm ............................................................................................ 113
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .................................. 118
6.1. Kết luận ................................................................................................................... 118
6.2. Hướng phát triển đề tài ............................................................................................ 118
THAM KHẢO ..................................................................................................................... 120
PHỤ LỤC ............................................................................................................................. 121
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links