Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Trong nước
Mạng truyền thông giao thức CAN không phải là công nghệ mới mà là sự phát triển từ các kỹ thuật truyền thống, đáp ứng nhu cầu trong công nghệ ô tô Trong hơn một thập kỷ qua, mạng truyền thông đã trở thành phần không thể thiếu trong các hệ thống điều khiển và giám sát hiện đại Tuy nhiên, người vận hành thường gặp khó khăn trong việc tìm kiếm tài liệu tham khảo đáng tin cậy và chuyên sâu về cách thức hoạt động của mạng CAN, các tiêu chuẩn giao tiếp và ứng dụng trong xe.
Ngoài nước
Mạng CAN đã được phát triển gần như hoàn thiện và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau Tuy nhiên, lý thuyết về mạng CAN trong ô tô vẫn còn mang tính trừu tượng và chuyên sâu, do đó cần có thêm nghiên cứu và thực hành để hiểu rõ hơn về nó.
Tính cấp thiết của đề tài
Môn học ứng dụng điều khiển tự động trên ô tô tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM dành cho sinh viên năm 3 ngành công nghệ kỹ thuật ô tô, cung cấp kiến thức về hệ thống điều khiển tự động Tuy nhiên, môn học còn thiếu các ví dụ minh họa và thiết bị thực nghiệm, đặc biệt là mô hình hệ thống mạng CAN, điều này ảnh hưởng đến hiệu quả giảng dạy và khả năng tiếp thu của sinh viên.
Chúng tôi nhận thấy sự cần thiết phải nghiên cứu và ứng dụng mô hình hệ thống CAN thu nhỏ, sử dụng vi điều khiển STM32F103C8T6 và ARDUINO UNO R3 Mô hình này không chỉ có giá thành hợp lý mà còn cung cấp kiến thức thiết thực về cách thức hoạt động của hệ thống CAN trên xe, góp phần vào việc nâng cao hiểu biết trong lĩnh vực này.
Mục tiêu của đề tài
- Hiểu và nắm vững kiến thức lý thuyết về giao thức CAN
- Tìm hiểu các thiết bị ngoại vi và hướng dẫn sử dụng board ARM STM32F103C8T6 dùng trình biên dịch KeilC
- Lập trình hệ thống giao tiếp CAN giữa các vi điều khiển ARD INO NO R3 và
- Đọc dữ liệu và truyền dữ liệu điều khiển sáng tắt đèn báo trên đồng hồ hiển thị
- Đọc dữ lệu từ hộp EC
- Hoàn thiện mô hình hệ thống CAN
1.4 Phư ng pháp và phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Phư ng pháp giải quyết vấn đề
- Sử dụng các nguồn tài liệu trên Internet để tìm hiểu về KeilC, cách giao tiếp giao thức CAN giữa board STM32F103C8T6 và ARD INO UNO R3
- Thu thập dữ liệu từ hãng để lấy thông tin điều khiển cụm đồng hồ hiển thị
- Ứng dụng CATIA để thiết kế ra mô hình hệ thống
- Ứng dụng kỹ thuật cơ khí hàn các board mạch
- Lập trình giao tiếp giữa các board STM32F103C8T6 cũng như giữa các ARD INO
- Lập trình truyền nhận dữ liệu điều khiển cụm đồng hồ hiển thị ECU
- Đưa ra nhận xét và đề xuất hướng phát triển của đề tài
Chư ng 2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1 Tổng quan về mạng truyền thông
2.1.1 Khái niệm về mạng truyền thông
Sự phát triển mạnh mẽ của các giải pháp tự động hóa nhờ vào hệ thống truyền thông số là kết quả của những tiến bộ trong vi điện tử, máy tính, thông tin và tự động hóa Mạng truyền thông công nghiệp, đặc biệt là mạng truyền thông trên ô tô, là các hệ thống mạng truyền thông số sử dụng phương thức truyền bit nối tiếp để kết nối các thiết bị công nghiệp trong một hoặc nhiều hệ thống.
Mạng truyền thông thực chất là một dạng đặc biệt của máy tính, so với mạng máy tính thông thường có những điểm giống và khác nhau như sau:
- Kỹ thuật truyền thông số hay truyền dữ liệu là đặc trưng chung của cả hai lĩnh vực
- Trong nhiều ttường hợp, mạng máy tính sử dụng trên ô tô được xem là một phần trong mô hình phân cấp công nghiệp
Trong ngành công nghiệp ô tô, yêu cầu về tính thời gian thực, độ tin cậy và khả năng tương thích cao hơn so với mạng máy tính thông thường, trong khi mạng máy tính lại cần đảm bảo tính bảo mật cao.
- Mạng máy tính có phạm vi trải rộng khác nhau
- Sự khác nhau trong phạm vi ứng dụng dẫn đến sự khác nhau trong các yêu cầu về kỹ thuật cũng như tính kinh tế
2.1.2 Vai trò của mạng truyền thông
Ghép nối thiết bị và trao đổi thông tin là yếu tố cốt lõi trong giải pháp tự động hóa Cần kết nối một hoặc nhiều bộ điều khiển với cảm biến và cơ cấu chấp hành Trong hệ thống điều khiển phân tán, các bộ điều khiển cũng phải giao tiếp để phối hợp điều khiển quá trình, từ đó giám sát và theo dõi toàn bộ hoạt động của hệ thống điều khiển.
Mạng truyền thông trên ô tô đóng vai trò quan trọng trong đo lường, điều khiển và tự động hóa Việc sử dụng mạng truyền thông, đặc biệt là cấu trúc không gian bus, thay thế phương pháp nối điểm - điểm truyền thống giữa các thiết bị mang lại nhiều lợi ích đáng kể.
- Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị
- Tiết kiệm dây nối, công thiết kế giữa các thiết bị
- Nâng cao độ tin cậy và chính xác của thông tin
- Nâng cao độ linh hoạt, tính năng mở rộng hệ thống
- Đơn giản hóa/tiện lợi hóa việc tham số, chẩn hóa, định vị lỗi, sự cố của các thiết bị
- Mở ra nhiều chức năng và khả năng ứng dụng mới của hệ thống
Mạng truyền thông công nghiệp, đặc biệt là mạng truyền thông trên ô tô, đã cách mạng hóa tư duy thiết kế và tích hợp hệ thống Ưu thế của giải pháp này không chỉ nằm ở phương diện kỹ thuật mà còn mang lại lợi ích kinh tế đáng kể Kết quả là, ứng dụng của mạng truyền thông công nghiệp đã trở nên phổ biến và rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau.
2.1.3 Truyền thông, truyền dữ liệu và truyền tín hiệu
2.1.3.1 Giao tiếp và truyền thông
Giao tiếp hay truyền thông là quá trình trao đổi thông tin giữa các đối tác giao tiếp, có thể là con người hoặc hệ thống kỹ thuật, nhằm điều khiển hoặc quan sát trạng thái của nhau Trong bối cảnh kỹ thuật, hai khái niệm này được hiểu tương đương, với truyền dữ liệu là phương thức chính để các máy tính giao tiếp trong mạng Để thực hiện việc truyền dữ liệu, cần có quá trình mã hóa và giải mã tín hiệu trong hệ thống truyền thông.
Hình 2 1 Nguyên lý truyền dẫn dữ liệu
2.1.3.2 Mã hóa và giải mã
Quá trình chuyển đổi thông tin (dữ liệu) thành chuỗi tín hiệu phù hợp để truyền dẫn bao gồm hai bước chính: mã hóa nguồn và mã hóa đường truyền.
Dữ liệu nguồn được bổ sung thông tin phụ trợ thiết yếu cho quá trình truyền dẫn, bao gồm địa chỉ của bên gửi và bên nhận, kiểu dữ liệu, cùng với thông tin kiểm tra lỗi Do đó, lượng thông tin trong một tín hiệu sẽ vượt quá lượng thông tin thực sự cần truyền tải.
Quá trình tạo tín hiệu tương ứng với các bit trong gói dữ liệu theo phương pháp nhất định là rất quan trọng trong mạng truyền thông công nghiệp Mã hóa đường truyền đồng nghĩa với việc mã hóa từng bit, vì tín hiệu được tạo ra từ khâu mã hóa chính là tín hiệu được truyền dẫn Để bên nhận có thể phân biệt giới hạn giữa các bit dữ liệu nối tiếp nhau, cần áp dụng phương thức đồng bộ hóa.
Hình 2 2 Ví dụ về mã hóa bit
Quá trình chuyển đổi tín hiệu nhận được thành dãy bit tương ứng và xử lý thông tin để tái tạo lại thông tin gốc là rất quan trọng Bằng cách loại bỏ các thông tin bổ sung, chúng ta có thể đảm bảo rằng dữ liệu được phục hồi một cách chính xác và hiệu quả.
2.1.3.3 Điều chế và điều biến tín hiệu
Quá trình tạo tín hiệu trực tiếp liên quan đến việc truyền tải thông tin thông qua các tham số như biên độ, tần số hoặc pha, trong đó các tham số này có thể nhận bất kỳ giá trị nào.
Chỉ quá trình dùng tín hiệu mang thông tin để điều khiển, biến đổi các tham số thích hợp của một tín hiệu thứ hai (tín hiệu mang)
2.1.3.4 Tốc độ truyền và tốc độ bit
Tốc độ Baud là số lần tín hiệu thay đổi giá trị tham số thông tin trong một giây, được đo bằng đơn vị Baud Tuy nhiên, với nhiều phương pháp mã hóa bit, tín hiệu không nhất thiết phải thay đổi trạng thái trong mỗi nhịp, do đó tốc độ Baud không hoàn toàn chính xác Vì vậy, khái niệm tốc độ truyền hay tốc độ bit được sử dụng để phản ánh chính xác hơn về khả năng truyền tải dữ liệu.
Tốc độ truyền hay tốc độ bit được định nghĩa là số bit dữ liệu được truyền trong một giây, thường được đo bằng đơn vị bit/s (bps) Công thức tính tốc độ bit là v = f*n, trong đó f là tần số nhịp và n là số bit được truyền trong mỗi nhịp Nếu mỗi nhịp chỉ truyền một bit, thì tốc độ bit sẽ bằng tần số nhịp, tức là v = f, và lúc này tốc độ bit tương đương với tốc độ Baud, với 1 Baud tương đương 1 bit/s.
2.1.3.5 Tính năng thời gian thực
Tính năng thời gian thực là đặc trưng quan trọng trong hệ thống tự động hóa, không chỉ yêu cầu phản ứng nhanh mà còn cần phải có phản ứng kịp thời với các tác động bên ngoài.
2.1.4 Truyền đồng bộ và không đồng bộ
Sự khác biệt giữa truyền đồng bộ và không đồng bộ chủ yếu liên quan đến cách thức truyền bit nối tiếp Điều này đề cập đến việc đồng bộ hóa giữa bên gửi và bên nhận dữ liệu, tức là cách mà bên nhận nhận biết thời điểm tín hiệu trên đường truyền chứa dữ liệu và khi nào không.
