(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô

(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU TRÊN Ô TÔ SVTH : NGUYỄN ĐỖ QUÍ MSSV: 16145489 SVTH : MSSV: NGUYỄN HỮU NAM 16145459 GVHD: ThS NGUYỄN TRUNG HIẾU Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2021 LỜI CẢM ƠN Để đồ án tốt nghiệp đạt kết tốt đẹp ngày hơm nay, nhóm chúng em nhận hỗ trợ, giúp đỡ nhiều thầy cô giảng viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM Thầy nhiệt tình tư vấn cho chúng em đề tài gặp khó khăn cần tìm hướng đắn Với tình cảm sâu sắc, chân thành, cho phép nhóm chúng em tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến tất người tạo điều kiện giúp đỡ chúng em trình học tập nghiên cứu đề tài Đầu tiên, chúng em xin gửi tới thầy khoa Cơ khí Động lực, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật lời chào hỏi trân trọng, lời chúc sức khỏe lời cảm ơn sâu sắc Với quan tâm, bảo hướng dẫn nhiệt tình chu đáo thầy, đến nhóm chúng em hồn thành đề tài đồ án tốt nghiệp mình, đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống giám sát thu thập liệu tơ” Đặc biệt, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới GVHD, ThS Nguyễn Trung Hiếu – giảng viên trực tiếp hướng dẫn hỗ trợ nhiều cho nhóm chúng em suốt trình làm đề tài tốt nghiệp Những hướng dẫn vơ có ích thầy hỗ trợ chúng em nhiều trình làm việc Bên cạnh đó, qua làm việc với thầy, nhóm tích lũy vốn kiến thức chun ngành có ích cho thân quan trọng tác phong, cách thức làm việc hiệu cần có kỹ sư Xin chân thành cảm ơn thầy! Kế đến, xin chân thành cảm ơn tất thành viên phòng thí nghiệm thầy Nguyễn Trung Hiếu nhiệt tình hỗ trợ đưa gợi ý, hướng cho nhóm Nhờ hỗ trợ này, nhóm có thêm hướng cho đề tài, từ nâng cao chất lượng đề tài Một lần xin chân thành cảm ơn tất bạn Và cuối cùng, không gửi lời cảm ơn sâu sắc đến với ba mẹ, người đồng hành con, đưa khuyên bảo lúc gặp bế tắc Cảm ơn ba mẹ suốt thời gian qua Thành mà đạt hôm nhờ cơng sức ba mẹ chịu cực khổ nuôi qua ngày, giúp mở rộng cánh cửa tương lai thông qua đường học vấn Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến với ba mẹ Với điều kiện thời gian kinh nghiệm cịn hạn chế nhóm, luận văn tránh sai lầm thiếu sót, nhóm em hy vọng i nhận ý kiến đóng góp từ thầy để bổ sung cho nhóm, từ góp phần hoàn thiện dần nội dung đồ án tốt nghiệp Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 01 năm 2021 Sinh viên thực Nguyễn Đỗ Quí Nguyễn Hữu Nam ii BẢN TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống giám sát thu thập liệu tơ I Tổng qt đề tài Ngồi nhu cầu ô tô điều người dùng quan tâm hết an toàn, tiện dụng nhu cầu di chuyển giải trí, kết nối với tảng công nghệ để giúp ô tô trở nên đại sang trọng Việc ứng dụng thành công công nghệ IOT lên phương tiện ô tô tạo nhiều lợi ích nhờ vào nguồn thông tin vô lớn chia sẻ từ xe Từ đó, nhà nghiên cứu ứng dụng phát triển thêm nhiều sáng chế, ứng dụng để giải toán kinh tế - xã hội kiểm sốt mật độ giao thơng, quản lý hành trình xe, đưa cảnh báo, phát triển mơ hình kinh doanh dựa chia sẻ thơng tin từ phương tiện Với mục đích tạo hệ thống, tảng cho phép thu thập, giám sát lưu trữ liệu dựa tảng công nghệ Cloud Computing Bên cạnh tạo hướng phát triển cho công việc nghiên cứu ứng dụng sâu rộng cần đến chức thu thập lưu trữ liệu II Các vấn đề nghiên cứu  Nghiên cứu lập trình JavaScript  Nghiên cứu chuẩn giao tiếp UART, SPI, I2C  Nghiên cứu giao thức mạng MQTT HTTP  Xây dựng trang web mức độ đơn giản với giao diện phù hợp để hiển thị liệu cho người dùng  Nghiên cứu module GPS cách xác định vị trí  Nghiên cứu lý thuyết vai trò CAN OBD-II nghành công nghệ ô tô  Lấy truyền liệu từ xe lên web server thông qua kết nối WiFi  Kết nối module để truyền nhận liệu lên web server  Lưu trữ liệu vào thẻ nhớ micro SD III Định hướng phát triển đề tài Nhóm mong muốn xây dựng hệ thống có khả lấy liệu cần thiết từ xe thông qua giao thức OBD, lấy liệu từ module GPS cảm biến gia tốc gửi Server để lưu trữ vào database Ngồi thiết bị lưu liệu vào thẻ nhớ kết nối đến server Bên cạnh đó, hệ thống cịn có giao diện web để người dùng theo dõi iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .i BẢN TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU viii DANH MỤC CÁC HÌNH ix DANH MỤC CÁC BẢNG xii MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Lí chọn đề tài 1.2 Xu hướng nghiên cứu giới 1.3 Các hướng nghiên cứu nước .4 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT .5 2.1 Tìm hiểu mạng CAN (Control Area Network) 2.1.1 Sơ lược lịch sử mạng CAN 2.1.2 Chuẩn giao thức CAN 2.1.2.1 Truyền tốc độ thấp .6 2.1.2.2 Truyền tốc độ cao 2.1.2.3 Các mức trạng thái trội lặn 2.1.3 Cơ chế giao tiếp .8 2.1.4 Cấu trúc điện .9 2.1.4.1 Khung tiêu chuẩn .9 2.1.4.2 Khung mở rộng 10 2.2 Tìm hiểu chuẩn OBD2 .11 2.2.1 Tổng quan chuẩn OBD2 11 2.2.2 Tìm hiểu giắc OBD2 11 2.2.3 Tìm hiểu OBD2 PID 13 2.2.4 Mối liên hệ CAN OBD2 15 2.3 Giới thiệu GPS, GSM, GPRS 18 2.3.1 Tìm hiểu GPS 18 2.3.2 Tìm hiểu GSM 20 iv 2.3.3 Tìm hiểu GPRS 20 2.4 Khảo sát để lựa chọn module GPS/GSM/GPRS 21 2.4.1 Mạch GSM GPRS GPS BDS A9G 21 2.4.2 Module GPS U-Blox NEO-M8N-0-10 22 2.4.3 Module GPS NEO-6M 7N APM2.5 23 2.4.4 Module GSM/GPS SIM908 Easy 24 2.4.5 Module GSM/GPRS/GPS A7 25 2.4.6 Module SIM868 Coreboard GSM/GPRS/GPS/Bluetooth .26 2.4.7 So sánh module GPS/GPRS/GSM 27 2.5 Cảm biến gia tốc .28 2.6 Giới thiệu NodeJS 31 2.7 Giao thức MQTT 32 2.7.1 Khái niệm MQTT 32 2.7.2 Cấu trúc MQTT .33 2.7.3 Ưu điểm MQTT .34 2.7.4 Một số khái niệm MQTT 34 2.8 Internet of Thing (IoT) 36 2.8.1 Khái niệm IoT 36 2.8.2 Ứng dụng IoT 36 2.8.3 Các mơ hình IoT ứng dụng xe tô 37 2.8.3.1 Ứng dụng Dash 38 2.8.3.2 Hệ thống ADAS dòng xe cao cấp 38 2.8.3.3 Đỗ xe thông minh IoT .40 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT, LỰA CHỌN PHẦN CỨNG VÀ CÁC NỀN TẢNG HỖ TRỢ 43 3.1 Khảo sát mơ hình tương tự .43 3.1.1 Thiết bị khám xe Micas 43 3.1.2 Hệ thống quản lý đội xe (FMS) 44 3.1.3 Các đồ án trước 45 3.2 Thiết kế mơ hình hệ thống 46 3.2.1 Tổng quan mơ hình hệ thống .46 v 3.2.2 Sơ đồ khối hệ thống .47 3.3 Khảo sát lựa chọn thiết bị phần cứng 48 3.3.1 Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 NodeMCU LuaNode32 48 3.3.2 Module GPS 50 3.3.3 Mạch giảm áp 3A LM2596S 50 3.3.4 Mạch chuyển đổi giao tiếp CAN MCP2515 51 3.3.5 Cảm biến gia tốc MPU6050 52 3.3.6 Mạch mở rộng giao tiếp I2C 53 3.4 Khảo sát chọn lựa tảng Cloud Computing 56 3.4.1 Tổng quan Cloud Computing 56 3.4.2 Nền tảng Amazon Web Service .58 3.5 Khảo sát lựa chọn công nghệ lập trình, hệ sở liệu 60 3.5.1 Xây dựng MQTT broker với Aedes .60 3.5.2 Cơ sở liệu truy vấn không cấu trúc MongoDB 60 3.5.3 Kết nối tới MongoDB server với NodeJS 61 3.5.4 Xây dựng trang web với Express NodeJS 61 CHƯƠNG THI CƠNG MƠ HÌNH VÀ KẾT QUẢ KIỂM TRA GIAO TIẾP VỚI ECU CỦA XE TOYOTA YARIS 2009 .63 4.1 Các thiết bị mơ hình 63 4.2 Mơ hình thiết bị thực tế 66 4.2.1 Tổng quan thiết bị 66 4.2.2 Sơ đồ khối thiết bị 67 4.2.3 Sơ đồ nguyên lý 68 4.2.4 Thiết kế vỏ hộp phần mềm CATIA V5 R26 CorelDRAW X7 69 4.3 Các lưu đồ thuật toán Gateway 70 4.3.1 Tác vụ cài đặt 70 4.3.2 Vịng lặp .71 4.3.3 Tác vụ cài đặt mềm 72 4.4 Các lưu đồ thuật toán Server Client .72 4.4.1 Nhận lọc gói tin MQTT 72 4.4.2 Web Server xử lý tác vụ từ Web client 73 vi 4.4.3 Client gửi yêu cầu xử lý liệu trả từ Server 74 4.5 Kết kiểm tra giao tiếp hộp Gateway với ECU Toyota Yaris 2009 74 CHƯƠNG QUY TRÌNH VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 76 5.1 Thiết lập quy trình kiểm thử hoạt động hệ thống 76 5.2 Kết chạy thực nghiệm xe Vios 2009 79 5.2.1 Dữ liệu thu giao diện máy tính 79 5.2.2 Phân tích kết thực nghiệm .81 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 86 6.1 Kết luận 86 6.2 Hướng phát triển đề tài .87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ADC: Analogue to Digital Converter AWS: Amazon Web Service CNKT: công nghệ kỹ thuật DAC: Digital Analog Converter DC: Direct Current DGPS: Defferential GPS DSP: Digital Motion Processor ĐATN: đồ án tốt nghiệp EC2: Elastic Computer Cloud FIFO: first-in, first-out GVHD: giảng viên hướng dẫn IDE: Integrated Development Environment IEPE: Internal Electronic Piezoelectric JSON: JavaScript Object Notation MIPS: Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages MQTT: Message Queuing Telemetry Transport OASIS: Organization for the Advancement of Structured Information Standards OTA: Over the air PID: Parameter Identifier QCVN: quy chuẩn Việt Nam RISC: Reduced Instructions Set Computer SCL: Serial Clock Line SDA: Serial Data Line SMBUS: System Management Bus SPI: Serial Peripheral Interface SSID: Service Set Identifier SVTH: sinh viên thực UART: Universal Asynchronous Receiver / Transmitter VĐK: vi điều khiển viii DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 2.1 Điện áp hoạt động hai dây CAN_H CAN_L CAN tốc độ cao Hình 2.2 Điện áp hoạt động hai dây CAN_H CAN_L CAN tốc độ thấp Hình 2.3 Khung liệu khung tiêu chuẩn Hình 2.4 Khung mở rộng 10 Hình 2.5 Phân loại giắc OBD2 12 Hình 2.6 Thứ tự chân giắc OBD2 12 Hình 2.7 Minh họa mối liên hệ CAN OBD2 15 Hình 2.8 Các chân có giắc cắm OBD2 xe 15 Hình 2.9 Khung chứa tin nhắn nhận qua OBD2 17 Hình 2.10 Phân tích ý nghĩa liệu 17 Hình 2.11 GPS 18 Hình 2.12 Logo GSM 20 Hình 2.13 Module GSM GPRS GPS BDS A9G 21 Hình 2.14 Module GPS U-Blox NEO-M8N-0-10 22 Hình 2.15 Module GPS GPS NEO-6M 23 Hình 2.16 Module GSM/GPS SIM908 Easy 24 Hình 2.17 Module GSM/GPRS/GPS A7 25 Hình 2.18 Module SIM868 Coreboard GSM/GPRS/GPS/Bluetooth 26 Hình 2.19 Cảm biến gia tốc MPU6050 29 Hình 2.20 Sơ đồ nguyên lý cảm biến MPU6050 30 Hình 2.21 Logo NodeJS 31 Hình 2.22 Sơ đồ cấu trúc giao thức MQTT 33 Hình 2.23 Giao diện ứng dụng Dash điện thoại thông minh 38 Hình 2.24 Một số thiết bị hỗ trợ ADAS hãng Advantech 40 Hình 2.25 Bố trí cảm biến camera, xử lý thu nhận thông tin 41 Hình 2.26 Bãi đỗ xe thông minh Đà Nẵng 42 Hình 3.1 Thiết bị khám xe thơng minh Micas 43 Hình 3.2 Giao diện App Micas điện thoại thơng minh 44 Hình 3.3 Mơ hình hệ thống FMS 45 ix Hình 4.22 Dữ liệu gửi Server lưu vào sở liệu Hình 4.23 Các gói tin CAN thu Hình 4.24 Kết thu sau phân tích gói tin CAN 75 CHƯƠNG QUY TRÌNH VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 5.1 Thiết lập quy trình kiểm thử hoạt động hệ thống Các thiết bị cần thiết cho việc thử nghiệm hoạt động hệ thống xe gồm:  Hộp Gateway  cảm biến gia tốc  Ăng-ten GPS  Các loại dây cáp, gồm: cáp OBD2, cáp RJ45 cáp nạp code Hình 5.1 Các thiết bị hệ thống Sau chuẩn bị đầy đủ thiết bị cần thiết, ta tiến hành bố trí thiết bị lên xe Hộp thiết bị đặt vị trí ghế ngồi tài xế kết nối với xe thông qua cổng OBD2 vô lăng xe dây cáp OBD2 cảm biến gia tốc đặt vị trí góc xe cố định sàn xe băng dính cảm biến kết nối với hộp thiết bị dây cáp chuẩn RJ45 76 Hình 5.2 Hộp thiết bị cảm biến gia tốc đặt phía trước xe Hình 5.3 Hai cảm biến gia tốc đặt phía sau xe Sau bố trí hồn chỉnh thiết bị hệ thống lên xe, ta tiến hành kích hoạt server EC2 77 Hình 5.4 Kích hoạt server EC2 Hình 5.5 Cấu hình Server AWS EC2 Sau kích hoạt server EC2, ta bắt đầu trình thử nghiệm Trong trình thử nghiệm, tài xế lái xe phạm vi khuôn viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM theo trường hợp cụ thể, với tốc độ trung bình