Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình mạng can trên ô tô đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i T M T T ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT T T VÀ KÝ HIỆU vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii DANH MỤC CÁC BẢNG xi Chư ng T NG AN ĐỀ TÀI 1.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.1.1 Trong nước 1.1.2 Ngoài nước 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục tiêu đề tài 1.4 Phương pháp phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Phương pháp giải vấn đề 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu Chư ng CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1 Tổng quan mạng truyền thông 2.1.1 Khái niệm mạng truyền thông 2.1.2 Vai trị mạng truyền thơng 2.1.3 Truyền thông, truyền liệu truyền tín hiệu 2.1.4 Truyền đồng không đồng 2.1.5 Truyền chiều truyền hai chiều iii 2.1.6 Bảo toàn liệu 2.1.7 Mã hóa bit 11 2.1.8 NRZ, RZ 12 2.1.9 Cấu trúc liên kết 12 2.1.11 Mơ hình lớp 17 2.1.12 Đặt địa 19 2.1.13 Phương thức truy cập bus 22 2.1.14 Phương thức truyền dẫn tín hiệu 27 2.2 Tổng quan mạng ô tô 29 2.2.1 Sơ đồ tổng quát 29 2.2.2 Các loại giao thức truyền thông ôtô 30 2.2.3 Các chế điều khiển 32 2.2.4 Các yêu cầu cho hệ thống bus 35 2.2.5 Các ứng dụng xe 37 2.3 Tổng quan mạng can 40 2.3.1 Sơ lược lịch sử mạng CAN 40 2.3.2 Chuẩn giao thức CAN 41 2.3.3 Cơ chế giao tiếp 43 2.3.4 Cấu trúc điện 44 2.3.5 Định thời bit 56 2.3.6 Phương pháp đồng 59 2.3.7 Phần cứng 61 2.3.8 Phát lỗi báo lỗi 64 2.3.9 Cơ sở lý thuyết việc phát lỗi 66 2.3.10 Các lớp giao thức ứng dụng CAN 66 iv 2.3.11 Bộ lọc tiêu chuẩn so sánh cho việc chấp nhận khung liệu đến 68 Chư ng MƠ HÌNH MẠNG CAN 70 3.1 Giới thiệu phần cứng 70 3.1.1 Tìm Board Arm STM32F103T8C6 70 3.1.2 Tìm hiểu Board ARDUINO UNO R3 72 3.1.3 Tìm hiểu transceiver (TJA1050, MCP2551, SN65HVD2301-2) 73 3.1.4 Tìm hiểu vi điều khiển CAN MCP2515 Module MCP2515 74 3.1.5 ECU xe 75 3.1.6 OBD-II CAN 79 3.2 Giới thiệu phần mềm 82 3.2.1 Giới thiệu Keil c uVersion cho ARM 82 3.2.2 Thiết kế CATIA V5 R26 83 3.3 Các công cụ cần dung thiết kế mơ hình CAN 84 3.3.1 Phần cứng 84 3.3.2 Phần mềm 84 3.4 Phần cứng mơ hình 84 3.4.1 Nút STM32F103C8T6 84 3.4.2 Nút ARDUINO UNO R3 85 3.5 Mơ hình 87 3.6 Giải thuật kết 88 Chư ng KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 95 4.1 Những kết đạt 95 4.2 Hạn chế đề tài 95 4.3 Hướng phát triển đề tài 95 PHỤ LỤC 95 v TÀI LIỆU THAM KHẢO 102 vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT T T VÀ KÝ HIỆU ACK Acknowledge CRC Cyclic Redundancy Check SOF Start of Frame EOF End of Frame RTR Remote Transmission Request IDE Identifier Extension ID Identifier SRR Substitute Remote Request SJW Synchronization Jump Width OSI Open System Interconnection Reference RJW Resynchronization Jump With HDLC High level Data–Link Control HLP Higher Layer Protocol MAC Medium Access Control UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter DLC Data Length Code OBD On-Board Diagnostic DTC Diagnostic Trouble Code MIL Malfunction Indicated Light ECU Electronic Control Unit LLC Logical-link Control KWP Keyword Protocol SAE The Society of Automotive Engineer CATIA Computer Aided Three Dimensional Interactive Application CAD Computer Aided Design CAM Computer Aided Manufacturing vii CAE Computer Aid Engineering SPL Standard Peripheral Libraries CAN Controller Area Network ARM Advanced RISC Machine CMOS Complementary Metal-Oxide- Semiconductor DMA Direct memory access RTC Real-Time Clock SRAM Static random-access memory PWM Pulse Width Modulation EEPROM Electrically erasable programmable readonly memory CPU Central processing unit SPI Serial Peripheral Interface PID Proportional Integral Derivative MAC Medium Access Control viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình Ngun lý truyền dẫn liệu Hình 2 Ví dụ mã hóa bit Hình M h a bít N 12 Hình Cấu trúc khơng gian Bus 13 Hình Cấu trúc khơng gian Sao 13 Hình Cấu trúc khơng gian dạng Vịng 14 Hình Cấu trúc không gian mạng dạng Lưới 15 Hình Cấu trúc không gian mạng lai Sao - Bus 15 Hình Cấu trúc khơng gian mạng lai Sao - Vịng 16 Hình 10 Minh họa bảy lớp mơ hình tham chiếu mạng 17 Hình 11 Phương pháp gửi thơng tin the phương thức đặt địa hướng đăng ý 20 Hình 12 Phương pháp gửi thông tin the phương thức đặt địa the hướng nội dung 21 Hình 13 Phân loại phương pháp truy nhập Bus 23 Hình 14 Phương pháp chủ tớ 23 Hình 15 Phương pháp TDMA 24 Hình 16 Minh họa phương pháp CSMA/CD 25 Hình 17 Minh họa phương pháp CSMA/CA 26 Hình 18 Truyền dẫn hơng đối xứng pha dây 28 Hình 19 Truyền dẫn chênh lệch đối xứng (3 kênh dây dẫn) 28 Hình 20 Điện trở 120 Ω cấp hai đ u dây chống nhiễu 29 Hình 21 Minh họa số lượng ECU sử dụng xe 29 Hình 22 Sơ đồ tổng quát mạng truyền thông tơ 30 Hình 23 Các vùng ứng dụng xe 37 Hình 24 Điện áp hoạt động hai dây CAN_H CAN_L CAN tốc độ cao 42 Hình 25 Điện áp hoạt động hai dây CAN_H CAN_L CAN tốc độ thấp 43 Hình 26 Khung liệu khung tiêu chuẩn 44 Hình 27 Minh họa bit bắt đ u khung liệu 45 viii Hình 28 Minh họa vùng phân xử 46 Hình 29 M ID ưu tiên truyền đường bus 47 Hình 30 Minh họa ùng điều khiển liệu 47 Hình 31 Mã hóa chiều dài liệu 48 Hình 32 Vùng chứa liệu 48 Hình 33 Vùng tính tốn lỗi 48 Hình 34 Vùng xác nhận 49 Hình 35 Vùng kết thúc khung liệu 50 Hình 36 Khoảng nghỉ bus 50 Hình 37 Cấu trúc khung lỗi CAN 51 Hình 38 Cấu trúc khung lỗi chủ động 51 Hình 39 Cấu trúc khung lỗi bị động 52 Hình 40 Cấu trúc khung tải 52 Hình 41 Hai khung tải khung 53 Hình 42 Cấu trúc khoảng nghỉ khung lỗi bị động 54 Hình 43 Cấu trúc khung nghỉ lỗi bị động 54 Hình 44 Khung mở rộng 55 Hình 45 Định thời bit 56 Hình 46 Ví dụ tính thời gian để truyền bit 56 Hình 47 Số lượng tử tq thời gian truyền bit 56 Hình 48 Các pha trong bit 57 Hình 49 Vùng đồng hóa 58 Hình 50 Minh họa cách tính thời gian bù cho trễ vật lý 58 Hình 51 Mảng thời gian 58 Hình 52 Minh họa điểm lấy mẫu 59 Hình 53 Sự tái đồng tr ng trường hợp truyền chậm 61 Hình 54 Sự tái đồng tr ng trường hợp truyền chậm 61 Hình 55 Bộ điều khiển CAN 63 Hình 56 Bộ điều khiển CAN Đ y Đủ 64 Hình 57 Các dạng lỗi 65 Hình 58 Lớp giao thức CAN 67 ix Hình 59 Chức lớp giao thức CAN 67 Hình 60 Ví dụ minh họa cho lọc tiêu chuẩn so sánh chấp nhận tin nhắn 68 Hình Sơ đồ mạch điện hệ thống 70 Hình 3.2 ARM STM32F103C8T6 70 Hình 3.3 ARDUINO UNO R3 72 Hình Module MCP2515 CAN 74 Hình ECU xe 75 Hình 3.6 Cấu tạo hệ thống ECU 76 Hình Sơ đề thể nguyên lý làm việc chung ECU 78 Hình Minh họa mối liên hệ CAN OBD II 80 Hình 3.9 Các chân có giắc cắm OBD - II xe 80 Hình 10 Khung chứa tin nhắn nhận qua OBD II 81 Hình 11 Phân tích ý nghĩa liệu 81 Hình 12 Giao diện KeilC V5 82 Hình 13 Ph n mềm thiết kế CATIA V5 - R26 83 Hình 14 Chân giao tiếp SPI 86 Hình 15 Nút ARDUINO UNO CAN 87 Hình 16 Mơ hình hệ thống mơ 3D CATIA 87 Hình 17 Mơ hình thực tế mạng CAN 88 Hình 18 Phân tích khung liệu truyền bus 92 Hình 19 Dữ liệu nhận từ đồng hồ xe 93 Hình 20 Dữ liệu thu từ ECU 94 x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Các loại giao thức truyền thông hay sử dụng ô tô 30 Bảng 2 Giá trị điện áp hai dây CAN_H vá CAN_L 43 Bảng Các dòng truyền nhận phổ biến 73 xi Hình 13 Mơ hình thực tế mạng CAN 3.6 Giải thuật kết Giải thuật cho nút Arduino UNO R3 88 89 Giải thuật cho nút STM32F103C8T6 90 91 Kết phân tích liệu bus Hình Phân tích khung liệu truyền bus Nhận xét đánh giá: Xung nhận từ đo xung Hantek phân tích xung thành chuỗi nhị phân Qua thấy tin nhắn bao gồm phần sau: Bit bắt đầu tin nhắn, vùng phân xử, vùng điều khiển, vùng liệu, vùng CRC, vùng xác nhận bảy bit kết thúc tin nhắn 92 Hình Dữ liệu nhận từ đồng hồ xe 93 Nhận xét đánh giá: Sau kết nối mạch giao tiếp với đồng hồ đọc liệu từ đồng hồ hiển thị gửi Tiếp dùng mạch giao tiếp để điều khiển đồng hồ hiển thị cách gửi vào tin nhắn đồng thời nhận tin nhắn từ đồng hồ gửi để điều khiển sáng tắt đèn đồng hồ Hình Dữ liệu thu từ ECU Nhận xét đánh giá: Sau tiến hành lắp mạch giao tiếp hộp nút kết thu chuỗi tin nhắn như: 0x545, 0xa0, 0x18f, 0x2a0,… 94 Chư ng KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Những kết đạt - Tìm hiểu biết cách sử dụng board ARM STM33F103C8T6, no R3 - Biết cách sử dụng phần mềm hiển thị liệu lên máy tính Terminal phần mềm máy đo xung Hantek - Truyền nhận board với - Dùng máy đo xung đo tín hiệu dây CAN_H CAN_L sau phân tích liệu nhận từ tín hiệu xung đo - Nhận truyền liệu điều khiển sáng tắt đèn cụm thiết bị thị thông tin xe - Đọc liệu từ hộp EC 4.2 Hạn chế đề tài - Thời gian để tìm hiểu nghiên cứu đề tài hạn chế - Tài liệu (dữ liệu điều khiển đồng hồ EC ) khó kiếm - Thiếu trang thiết bị để thử nghiệm 4.3 Hướng phát triển đề tài - Thử nghiệm trực tiếp xe - Giả lập tín hiệu cảm biến đọc trực tiếp tín hiệu thơng qua mạng CAN - Tìm hiểu mơ hình hóa mạng khác xe tô PHỤ LỤC Hướng dẫn kết nối USB UART CP2102 Để thu thập liệu từ thực tế hiển thị hình máy tính ta sử dụng mơ đun ART CP2102 Hình Mơ-đun ART CP2102 cho biết kết nối truyền liệu nối tiếp (Tx) máy phát với chân liệu nhận (Rx) máy thu để gửi nhận liệu Máy phát máy thu phải nối mát với Thơng qua mơ-đun ART CP2102 ta truyền nhận liệu từ phần cứng hiển thị máy tính 95 - Thiết lập chân PIN Tx, Rx, RTS, CTS STM32F103C8T6 - Thiết lập ART - Trong mô đun ta sử dụng chân Tx chân D10 chân Rx chân D9 Mô đun ART sử dụng Mô-đun Tốc độ truyền 115200 (bps) Cách cài đặt phần mềm Keil C Bước 1: Install phần mềm - Đầu tiên nhấp chuột phải vào file mdk511.exe chọn open - Đánh dấu tick vào ô I agree to all the tems of the preceding License Agreement , sau dó chọn Next 96 - Tiếp theo, chọn đường dẫn lưu thư mục cài đặt, sau chọn Next - Tiếp theo, điền đầy đủ thơng tin, chọn Next 97 - Sau máy tính cài đặt xong chọn Finish 98 Bước 2: Cài đặt thư viện - Sau kết thúc cài đặt phần mềm , hộp thoại Pack Installer xuất hiện, nhấn OK Trong hộp thoại Pack Installer, chọn install dòng chip sử dụng Sau trình Install kết thúc,tắt hộp thoại Pack Installer - 99 Bước 3: Crack - Chạy chương trình Keil uVision vừa cài đặt, sau vào File License Management - Hộp thoại License Management xuất hiện, copy mã CID 100 - Sau đó, chọn vào thư mục Crack /keygen, Click chạy file keygen.exe làm theo bước hướng dẫn hình sau 101 - Tiếp theo, quay trở lại hộp thoại License Management, làm theo hướng dẫn - Như xong bước cài đặt crack thành công phần mềm Keil C-V5 ARM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hưng n – 2015, Giáo trình Mạng Truyền Thơng Trên Ơ Tơ Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp.HCM, 63 trang [2] Bosch Professional Automotive Information Automotive Mechatronics Konrad Reif Ed [3] https://vi.wikipedia.org/wiki/M%C3%B4_h%C3%ACnh_OSI [4] https://www.slideshare.net/mbedlabsTechnosoluti/can-bus-65612867 102 ... hành 1.2 Tính cấp thiết đề tài Mơn học ứng dụng điều khiển tự động ô tô môn học áp dụng cho sinh viên năm ngành công nghệ kỹ thuật ô tô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM Môn học trang bị cho... truyền thông ? ?tô Hình 22 Sơ đồ tổng quát mạng truyền thông ô tô Bảng Các loại giao thức truyền thông hay sử dụng ô tô Giao Thức Định nghĩa Loại Bus CAN- C High-speed CAN Controller Area Network CAN- B... Trong nước Mạng truyền thông giao thức CAN lĩnh vực kỹ thuật hoàn toàn mà thực chất công nghệ kế thừa, chắt lọc phát triển từ kỹ thuật truyền thống cho phù hợp với yêu cầu công nghệ ô tô Từ thập