Nghiên cứu, thiết lập giao diện tiện nghi thông minh trên ô tô sử dụng tín hiệu mạng can và các cảm biến chạy trên nền tảng android

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ NGHIÊN CỨU, THIẾT LẬP GIAO DIỆN TIỆN NGHI THÔNG MINH TRÊN Ô TÔ SỬ DỤNG TÍN HIỆU MẠNG CAN VÀ CÁC CẢM BIẾN CHẠY TRÊN NỀN TẢNG ANDROID GVHD: ThS LÊ QUANG VŨ SVTH: HÀNG ĐỨC ANH NGUYỄN HOÀNG TRUNG HIẾU SKL0010089 Tp Hồ Chí Minh, tháng 8/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THIẾT LẬP GIAO DIỆN TIỆN NGHI THÔNG MINH TRÊN Ô TÔ SỬ DỤNG TÍN HIỆU MẠNG CAN VÀ CÁC CẢM BIẾN CHẠY TRÊN NỀN TẢNG ANDROID SVTH: HÀNG ĐỨC ANH MSSV: 18145082 NGUYỄN HỒNG TRUNG HIẾU MSSV: 18145116 Khóa: 2018 Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GVHD: ThS LÊ QUANG VŨ Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Hàng Đức Anh MSSV: 18145082 Ngành : Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tơ Lớp:18145CL4A Họ tên sinh viên: Nguyễn Hồng Trung Hiếu MSSV: 18145116 Ngành : Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tơ Lớp:18145CL4A GVHD: ThS Lê Quang Vũ SĐT:0973777077 Tên đề tài Nghiên cứu, thiết lập giao diện tiện nghi ô tô sử dụng tín hiệu liệu CAN cảm biến chạy tảng Android Nhiệm vụ đề tài − − − − − Tìm hiểu sở lý thuyết thiết kế app cho Android Tìm hiểu sở lý thuyết giao tiếp mạng CAN, truyền liệu không dây Thiết kế giao diện tiện nghi thông minh chạy tảng Android Thiết kế, thi cơng giải mã tín hiệu, thu thập dữu liệu cho App tiện nghi Chạy thực nghiệm mô hình xe hành Sản phẩm đề tài − Tập thuyết minh + file mềm Ngày giao nhiệm vụ đề tài: 12/03/2022 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 08/08/2022 TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Hàng Đức Anh MSSV: 18145082 Nguyễn Hoàng Trung Hiếu MSSV: 18145116 Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tơ Tên đề tài: Nghiên cứu, thiếp lập giao diện tiện nghi thơng minh tơ sử dụng tín hiệu liệu mạng CAN cảm biến chạy tảng Android Họ tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Lê Quang Vũ NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) ii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Hàng Đức Anh MSSV: 18145082 Nguyễn Hoàng Trung Hiếu MSSV: 18145116 Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tơ Tên đề tài: Nghiên cứu, thiếp lập giao diện tiện nghi thông minh tơ sử dụng tín hiệu liệu mạng CAN cảm biến chạy tảng Android Họ tên Giáo viên phản biện: TS Lê Thanh Phúc NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) iii LỜI CẢM ƠN Mới ngày chúng em cầm tay đơn trúng tuyển vào Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Thời gian trôi qua bốn năm, dần giúp chúng em trưởng thành hơn, thích nghi với sống nơi phố thị Vinh dự lớn mang vai sinh viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật khơng niềm tự hào cho chúng em gia đình mà song song hội áp lực đào đạo ngơi trường “top” kỹ thuật Sài Gịn Bất trải nghiệm có khó khăn Đặc biệt sinh viên tỉnh lẻ chúng em bước chân lên nơi Sài Gịn hoa lệ Nhờ có Thầy Cô đồng hành cho chúng em nhiều lời khuyên bổ ích học tập đời sống Là sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ơ tơ chúng em tự hào ngành có điểm tuyển sinh cao trường Khơng điểm cao, chúng em cịn tiếp cận với phương pháp dạy học tiên tiến Cơ sở vật chất chất lượng điểm cộng lớn Đại học Sư phạm Kỹ thuật mang lại cho chúng em nhiều kỹ niệm lòng biết ơn chúng em đến với trường Đầu tiên, nhóm chúng em xin cảm ơn đến trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật nói chung khoa Đào tạo Chất lượng cao nói riêng tồn thể cán bộ, thầy cơ, nhân viên trường tạo hội tốt để chúng em hịa nhập phát triển tốt môi trường đầy thách thức Thứ hai, nhóm em xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến với thầy Lê Quang Vũ Nhóm em thầy có duyên học tập làm việc với nhiều Thầy giúp nhóm chúng em cải thiện điểm yếu ln ln khích lệ tinh thần nhóm em để hồn thành tốt cơng việc giao Sau có đường đời chúng em khó tìm người thầy tâm huyết tận tâm với sinh viên thầy Vũ Gặp thầy may mắn lớn nhóm em bạn sinh viên Nhóm em vơ biết ơn thầy chúc thầy nhiều sức khỏe,thành cơng cơng việc sau Sau cùng, nhóm xin gửi lời cảm ơn đến tập thể Giảng viên, Cán Viên chức khoa Đào tạo Chất lượng cao nói riêng tồn thể nhà trường nói chung giúp sinh viên chúng em không kiến thức học tập mà thái độ kỹ sống Ngoài ra, cảm ơn nhà tài trợ hỗ trợ học bổng cho sinh viên đầu tư sở vật chất cho Nhà trường Trong q trình làm đồ án nhóm chúng em có nhiều thiếu sót khơng đáp ứng đủ tiêu chí mà mục tiêu đồ án đề Nhóm chúng em cố gắn với tất tâm huyết cho báo cáo đồ án tốt nghiệp đời sinh viên Quá trình làm báo cáo nhóm em khó tránh khỏi sai lầm thiếu sót Mong q thầy, có nhận xét nhẹ nhàn với nhóm em Sinh viên 1: Hàng Đức Anh Sinh viên 2: Nguyễn Hoàng Trung Hiếu iv MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI CẢM ƠN iv MỤC LỤC v TÓM TẮT ĐỀ TÀI viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix DANH MỤC BẢNG BIỂU x DANH MỤC HÌNH ẢNH xi TÀI LIỆU THAM KHẢO xv CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Kế hoach thực CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khái quát mạng CAN 2.1.1 Giới thiệu CAN bus 2.1.2 Node mạng CAN 2.1.3 CAN Message 2.1.4 Lớp vật lý 16 2.1.5 CAN bit Timing 18 2.2 Ứng dụng mạng CAN ô tô 19 2.2.1 Những hạn chế, khó khăn sử dụng dây điện thông thường 19 v 2.2.2 Phân loại mạng giao tiếp CAN 20 2.2.3 Định nghĩa thuật ngữ hệ thống CAN 21 CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU CÁCH MÃ HÓA CHUẨN DỮ LIỆU VÀ CÁC CHUẨN GIAO TIẾP CỦA OBD II 23 3.1 Giới thiệu OBD II 23 3.2 Giới thiệu OBD II-PIDs 25 3.2.1 Giải mã PIDs đặc biệt 27 3.2.2 Quá trình truyền nhận liệu sử dụng CAN (11-bit) 31 3.2.3 Quá trình truyền liệu 32 3.2.4 Quá trình nhận liệu 32 3.2.5 Các giao thức tín hiệu OBD II 33 3.2.6 Các loại giao thức tín hiệu OBD II 36 3.2.7 Các chân giắc OBD II 37 CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG MIT APP INVENTOR TRONG VIỆC XÂY XỰNG GIAO DIỆN TIỆN NGHI 38 4.1 Giới thiệu Mit App Inventor 38 4.2 Xây dựng ứng dụng giao diện tiện nghi 40 4.2.1 Tạo dự án 40 4.2.2 Thiết kế giao diện 41 4.2.3 Lập trình chức 44 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ BỘ GIAO TIẾP OBD II VÀ HỒN THIỆN MƠ HÌNH GIAO DIỆN 63 5.1 Thiết kế truyền tải tín hiệu 63 5.1.1 Các module cần thiết 63 1.1.2 Sơ đồ khối mạch giao tiếp cổng OBD II 64 5.1.3 Sơ đồ kết nối chân module giải mã 64 5.1.4 Lập trình cho truyền phát tín hiệu 67 5.2 Hồn thiện mơ hình giao diện tiện nghi thông minh 68 5.2.1 Các phụ kiện cần thiết 68 5.2.2 Hoàn thiện mơ hình 74 5.3 Các kết đạt thu thập thông tin để hiển thị 75 vi 5.3.1 Thu thập thông số mơ hình xe Kia Morning 2011-AT 75 5.3.2 Hình ảnh thực tế giao diện hình tơ: 76 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 80 6.1 Những nhiệm vụ đạt 80 6.2 Những nhiệm vụ chưa đạt 80 6.3 Những khó khăn cách khắc phục thực đề tài 80 6.3.1 Những khó khăn 80 6.3.2 Cách khắc phục 80 6.4 Ưu điểm sản phẩm 80 6.5 Nhược điểm sản phẩm 81 6.6 Kinh nghiệm đạt 81 6.7 Hướng phát triển tương lai 81 PHỤ LỤC CODE ARDUINO 82 vii TÓM TẮT ĐỀ TÀI Cùng với sự phát triển không ngừng mặt ô tô Các yếu tố công nghệ trang bị xe ngày quan tâm, góp phần giúp nhìn nhận đánh giá sản phẩm ô tô hãng thị trường Đi với sự phát triển hình Android tơ Khơng đơn để giải trí hay xem đồ lúc trước Mà từ hình Android tơ giúp người điều khiển phương tiện điều khiển bằng giọng nói hay hiển thị thông số mong muốn xe… Tiếp bước từ đồ án mơn học Nhóm định chọn đề tài nghiên cứu, thiết lập giao diện tiện nghi thơng minh tơ sử dụng tín hiệu liệu mạng CAN cảm biến chạy tảng Android Với mong muốn sử dụng điện thoại Andoird hình DVD xe − Giai đoạn 1: Tìm hiểu tảng lập trình app, tiến hành thiết kế giao diện app − Giai đoạn 2: Tìm hiểu tham khảo cách giải mã mạng CAN để thu thập thông tin xe − Giai đoạn 3: Kết hợp với lấy tín hiệu mạng CAN để hiển thị app Andorid − Giai đoạn 4: Chạy thử nghiệm thêm tính kết hợp giọng nói − Giai đoạn 5: Hồn tất mơ hình viết báo cáo để tiến hành báo cáo đồ án viii 5.2.2 Hồn thiện mơ hình Các phụ kiện kèm lắp vào với hình Android theo sơ đồ Hình 5.2.2.1 Sơ đồ lắp dây mơ hình Sau tiến hành lắp ráp khung, hình phụ kiện kèm mơ hình hồn chỉnh tạo Hình 5.2.2.2 Hồn thiện mơ hình giao diện tiện nghi thông minh 74 5.3 Các kết đạt thu thập thông tin để hiển thị 5.3.1 Thu thập thơng số mơ hình xe Kia Morning 2011-AT Sau kết nối truyền tải tín hiệu lên mơ hình xe Kia Morning Các thơng số hỗ trợ chuẩn PID mơ hình xe Kia Morning sau: OBD PIDs Mô tả 0x04 Calculated engine load 0x05 Engine coolant temperature 0x0B Intake manifold absolute pressure 0x0C Engine speed 0x0D Vehicle speed 0x0F Intake air temperature 0x11 Throttle position Bảng 5.3.1.1 Bảng thống kê mơ hình xe Kia Morning hỗ trợ chuẩn PID 75 5.3.2 Hình ảnh thực tế giao diện hình tơ: Hình 5.3.2.1 Giao diện mở app Hình 5.3.2.2 Giao diện tốc độ xe tốc độ đơng dạng 76 Hình 5.3.2.3 Giao diện tốc độ xe tốc độ đông dạng Hình 5.3.2.4 Giao diện tốc độ xe tốc độ đơng dạng 77 Hình 5.3.2.5 Giao diện hiển thị số thơng số khác Hình 5.3.2.6 Giao diện chọn Theme cho hình 78 Hình 5.3.2.7 Giao diện chuẩn đốn lỗi Hình 5.3.2.8 Giao diện điều khiển Hình 5.3.2.9 Giao diện hiển thị điều khiển bằng giọng nói 79 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Những nhiệm vụ đạt Trong học kỳ vừa rồi, lịch học lịch thực tập mõi bạn mõi khác Nên nhóm chúng em khó hẹn để làm đồ án cách hoàn chỉnh Cùng với làm cịn nhiều thứ chưa làm cịn nhiều hạn chế thiếu sót Nhờ sự giúp sức lớn từ phía thầy Lê Quang Vũ giảng viên hướng dẫn nhóm đồ án tốt nghiệp lần Nên nhóm làm số nhiệm vụ tiêu biểu sau: − Thiết kế app Android thơng qua MIT app − Tìm hiểu lý thuyết thiết kế truyền tải thông tin qua cổng OBD II − Thu thập số thông tin xe hiển thị lên hình tơ − Thiết kế, lắp ráp khung tạo mơ hình giao diện tiện nghi thơng minh − Sử dụng số nút tính 6.2 Những nhiệm vụ chưa đạt Ngồi ra, nhóm chúng em hạn chế số nhiệm vụ chưa kịp hoàn thành nhiều lý khác − Thiết kế khung cho thẩm mĩ − Tính giọng nói chưa thơng minh hạn chế − Thiết kế điều khiển trực tiếp xe qua điện thoại Android 6.3 Những khó khăn cách khắc phục thực đề tài 6.3.1 Những khó khăn Việc lập trình app Android có nhiều khó khăn cho sinh viên khơng chun lập trình chúng em Ngồi ra, lập trình MIT app cịn bị hạn chế số tính áp dụng lên hình Android tơ Cùng với bận lịch học thực tập nên thời gian nhóm giành cho để thảo luận lên ý tưởng gặp nhiều khó khăn 6.3.2 Cách khắc phục Nhóm hướng tới tìm hiểu viết app Android phần mềm chuyên dụng Khai thác hết tính thơng minh app để hướng tới người dùng Nghiên cứu, nhu cầu sở thích người tiêu dùng để hoàn thiện app hơn…Tải app lên cửa hàng Google Play để người dùng tiếp cận tải xuống để sử dụng 6.4 Ưu điểm sản phẩm − Phổ biến cho người dùng hệ điều hành Android − Giao diện đẹp, cá tính ưu chuộng 80 − Khơng tốn nhiều chi phí nghiên cứu lắp đặt − Là sản phẩm có tính tiện nghi cao Đáp ứng với công nghệ phát triển xe ngày đại, thông minh 6.5 Nhược điểm sản phẩm − Chưa sử dụng rộng rãi cho tất dòng xe − Chưa phổ biến rộng rãi đến người dùng phổ thông − Cần nâng cấp thêm nhiều giao diện nhắm đến đối tượng người dùng − Hạn chế số tính thiết kế MIT app − Chưa khai thác hết tính xe 6.6 Kinh nghiệm đạt − Định hình tư phát triển thân − Biết xu hướng phát triển thị trường − Hiểu nguyên lý hoạt động mạng CAN thu thập thơng tin − Biết thêm tiện ích xe trang bị nhiều cơng nghệ − Có thêm kiến thức hình Android tơ 6.7 Hướng phát triển tương lai − Thiết kế app Android phần mềm chuyện dụng − Cải thiện nhiều tính thơng minh thu hút nhiều người dùng − Có thể quản lý nhà cửa, thiết bị văn phịng… thơng qua hình Android − Hướng đến sử dụng hình khơng dây − Nhân rộng mơ hình bán thị trường 81 PHỤ LỤC CODE ARDUINO #include #include "mcp_can.h" const int SPI_CS_PIN = 53; MCP_CAN CAN(SPI_CS_PIN); #define CAN_ID_PID // Set CS pin 0x7DF byte buf[8], leng, i; void set_mask_filt() { //set mask CAN.init_Mask(0, 0, 0x7FC); CAN.init_Mask(1, 0, 0x7FC); //set filter CAN.init_Filt(0, 0, 0x7E8); CAN.init_Filt(1, 0, 0x7E8); CAN.init_Filt(2, 0, 0x7E8); CAN.init_Filt(3, 0, 0x7E8); CAN.init_Filt(4, 0, 0x7E8); CAN.init_Filt(5, 0, 0x7E8); } // khai bao ham gui tren CAN// 82 void CAN_SEND(byte mode, byte PID) { if ( mode == 0x01) { char t[8] = {0x02, mode, PID, 0, 0, 0, 0, 0}; CAN.sendMsgBuf(CAN_ID_PID, 0, 8, t); } else { char t[8] = {0x01, mode, 0, 0, 0, 0, 0, 0}; CAN.sendMsgBuf(CAN_ID_PID, 0, 8, t); } } // khai bao ham nhan tren CAN// void CAN_RECEIVE() { for (byte i = 0; i < 8; i++) { buf[i] = 0; } if (CAN_MSGAVAIL == CAN.checkReceive()) { CAN.readMsgBuf(&leng, buf); data buf // read data, len: data length, buf: } } void printdata() { for (i = 0; i < buf[0]; i++) { Serial.print(buf[i], HEX); } 83 } void setup() { Serial3.begin(9600); //tốc độ trao đổi tin nhắn với hình 9600bits/s Serial.begin(115200); while (CAN_OK != CAN.begin(CAN_1000KBPS)) { // init can bus : baudrate = 1000k ;1000 kilo bit / giay Serial.println("CAN BUS Shield init fail"); Serial.println(" Init CAN BUS Shield again"); delay(100); } Serial.println("CAN BUS Shield init ok!"); set_mask_filt(); } void loop() { CAN_SEND(0x01, 0x04); // Engine Load 0x04 { CAN_RECEIVE(); } while ((buf[1] != 0x01) && (buf[2] != 0x04)); printdata(); int EngineLoad = buf[3] / 2.55; Serial.print(" Engine Load : "); Serial.print(EngineLoad); 84 Serial.println(); CAN_SEND(0x01, 0x0C); // Engine speed 0x0C { CAN_RECEIVE(); } while ((buf[1] != 0x01) && (buf[2] != 0x0C)); printdata(); int EngineSpeed = (256*buf[3] + buf[4])/4; Serial.print(" Engine Speed : "); Serial.print(EngineSpeed); Serial.println(); CAN_SEND(0x01, 0x0D); // Vehicle speed 0x0D { CAN_RECEIVE(); } while ((buf[1] != 0x01) && (buf[2] != 0x0D)); printdata(); int VehicleSpeed = buf[3]; Serial.print(" Vehicle Speed : "); Serial.print(VehicleSpeed); Serial.println(); CAN_SEND(0x01, 0x11); // Throttle position 0x11 { CAN_RECEIVE(); 85 } while ((buf[1] != 0x01) && (buf[2] != 0x11)); printdata(); int ThrottlePosition = buf[3] / 2.55; Serial.print(" Throttle position : "); Serial.print(ThrottlePosition); Serial.println(); CAN_SEND(0x01, 0x05); // Engine coolant temperature 0x05 { CAN_RECEIVE(); } while ((buf[1] != 0x01) && (buf[2] != 0x05)); printdata(); int ECT = buf[3] - 40; Serial.print(" Engine coolant temperature : "); Serial.print(ECT); Serial.println(); CAN_SEND(0x01, 0x0F); // Intake air temperature 0x0F { CAN_RECEIVE(); } while ((buf[1] != 0x01) && (buf[2] != 0x0F)); printdata(); int IAT = buf[3] - 40; Serial.print(" Intake air temperature : "); Serial.print(IAT); 86 Serial.println(); CAN_SEND(0x01, 0x0B); // Intake manifold absolute pressure 0x0B { CAN_RECEIVE(); } while ((buf[1] != 0x01) && (buf[2] != 0x0B)); printdata(); int MAP = buf[3] ; Serial.print(" Intake manifold absolute pressure : "); Serial.print(MAP); Serial.println(); Serial3.print(VehicleSpeed); Serial3.print(","); Serial3.print(EngineSpeed); Serial3.print(","); Serial3.print(ThrottlePosition); Serial3.print(","); Serial3.print(MAP); Serial3.print(","); Serial3.print(ECT); Serial3.print(","); Serial3.print(IAT); delay(150); } 87 S K L 0