Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển điện thân xe cho xe máy

TÓM TẮT Đây là đồ án trình bày tính toán thiết kế, chế tạo mạch điều khiển điện thân xe cho xe máy với các hệ thống điện trên xe máy bao gồm: hệ thống chiếu sáng, còi, ắc quy, các công t

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

GVHD: ThS NGUYỄN TRỌNG THỨC SVTH: NGUYỄN TÂN KHOA

SVTH: HÀ THANH TUẤN

S K L 0 1 2 0 8 4

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN THÂN XE

CHO XE MÁY

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian hơn 3 tháng thực hiện đồ án vừa qua nhóm chúng em đã tích luỹ được kinh nghiệm, kỹ năng, và kiến thức Giúp chúng em củng cố được kiến thức từ nhà trường

và tự tìm tòi học hỏi các kiến thức từ bên ngoài

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn cha mẹ, Ban giám hiệu nhà trường và Ban lãnh đạo Khoa đã tạo điều kiện cho chúng em được học tập, nghiên cứu tại một trong những môi trường thân thiện và tốt nhất ở Việt Nam, không những thế còn tiếp cận được những trang thiết bị tân tiến hiện đại như tại trường Đại học sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô đội ngủ giảng viên trường, Khoa cơ khí động lực và Ngành Công nghệ Kỹ thuật ô tô đã soạn cho chúng em những giáo án tận tình để chúng em học tập hiệu quả và nhanh tiếp thu hơn trong 4 năm qua Ngoài ra nhóm chúng em xin cảm ơn các thầy giảng viên bộ môn Điện, Động cơ, Gầm đã giúp chúng em tiếp cận những kiến thức thực tế trên xe và những trang thiết bị hiện đại

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn đến thầy giảng viên hướng dẫn - Nguyễn Trọng Thức đã rất tận tình hướng dẫn, giúp đỡ trong những lần chúng em gặp khó khăn,

và thầy còn là người đôn thúc nhóm hoàn thành đồ án đúng thời hạn

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn lớp 181451 ô tô luôn đồng hành, sát cánh và

hỗ trợ chúng em qua 4 năm học Chúng mình xin chúc các bạn cùng hoàn thành đồ án đúng tiến độ và bảo vệ thành công đồ án viên mãn nhất

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2023

Nhóm sinh viên thực hiện

Nguyễn Tân Khoa _ Hà Thanh Tuấn

TÓM TẮT

Đây là đồ án trình bày tính toán thiết kế, chế tạo mạch điều khiển điện thân xe cho xe máy với các hệ thống điện trên xe máy bao gồm: hệ thống chiếu sáng, còi, ắc quy, các công tắc và cải tiến thêm cảm biến ánh sáng

Đề tài này đã sử dụng vi điều khiển chính ATmega2560 trên Arduino Mega 2560 lập trình để điều khiển mạch điện thân xe cho mô hình Lập trình Arduino Mega 2560, MPC

2515 và Arduino Nano để giao tiếp mạng CAN trong mạch điều khiển điện thân xe, và còn lập trình chẩn đoán mô hình trên máy tính

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU vi

DANH MỤC HÌNH ẢNH x

DANH MỤC CÁC BẢNG xiii

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 Tổng quan về đề tài: 1

1.2 Tính cấp thiết của đề tài: 1

1.3 Mục tiêu của đề tài: 2

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 2

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu: 2

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu: 2

1.5 Phương pháp nghiên cứu: 3

1.6 Nội dung thực hiện: 3

1.7 Bố cục của đồ án: 3

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 Cơ sở lý thuyết hệ thống chiếu sáng trên xe máy Vision 2016 4

2.1.1 Vị trí các đèn trên xe 4

2.1.2 Sơ đồ mạch điện xe máy Vision 2016 6

2.2 Tìm hiểu về hộp Body Control Module 14

2.3 Tìm hiểu về mạng Can-bus 15

Tổng quan về mạng giao tiếp CAN trên ô tô 15

Những đặc điểm của mạng CAN 15

2.4 Tìm hiểu về giao tiếp Serial port 21

Giao tiếp Serial 22

Ứng dụng 25

CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT VỀ LINH KIỆN VÀ PHẦN MỀM 27

LẬP TRÌNH 27

3.1 Phần mềm lập trình 27

3.1.1 Phần mềm Arduino IDE 27

3.1.2 Phần mền soạn thảo Visual Studio Code 27

3.1.3 RunTime NodeJS 28

3.1.4 Giới thiệu về phần mềm Solidworks 29

3.2 Ngôn ngữ để xây dựng hệ thống 29

3.2.1 Ngôn ngữ HTML 29

3.2.2 Ngôn ngữ CSS 29

3.2.3 Ngôn ngữ lập trình C, C++ 30

3.2.4 Ngôn ngữ lập trình JavaScript 30

3.3 Sơ lược về phần cứng được sử dụng 31

3.3.1 Arduino Mega 2560 Pro 31

3.3.2 Ardurio Nano 34

3.3.3 Mạch MPC 2515 39

3.3.4 IC ULN2003A 42

3.3.5 Điện trở 48

3.3.6 Còi xe 48

3.3.7 Bộ 4 công tắc trên xe máy 49

3.3.8 Đèn xe trước – sau 51

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ, THỰC NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH 52

4.1 Giới thiệu sơ lược về mô hình 52

4.2 Thiết kế hộp BCM 54

4.2.1 Sơ đồ mạch điện mạch BCM 54

4.2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch BCM 56

4.2.3 Lâp trình Arduino cho BCM 61

4.2.4 Tiến hành thiết kế mạch in 70

4.3 Thiết kế hộp module DCL 73

4.3.1 Sơ đồ mạch điện module DCL 73

4.3.2 Lâp trình Arduino cho module DCL 75

4.4 Thiết kế phần mềm hỗ trợ chẩn đoán trên máy tính 77

4.4.1 Giao diện plug in 79

4.5 Thiết kế khung mica 81

4.5.1 Thiết kế hộp BCM 81

4.5.2 Thiết kế khung mica mô hình 83

CHƯƠNG 5: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÔ HÌNH 84

5.1 Hướng dẫn đấu nối mô hình 84

5.1.1 Hướng dẫn đấu nối công tắc và INPUT BCM 84

5.1.2 Hướng dẫn đấu nối mô hình và cơ cấu chấp hành 85

5.1.3 Hướng dẫn đấu nối BCM và các modules còn lại 86

5.2 Hướng dẫn sử dụng App 90

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 99

6.1 Kết luận 99

6.1.1 Kết quả đạt được 99

6.1.2 Hạn chế của đề tài 99

6.2 Kiến nghị 99

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 100

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

ADC: Analog to Digital Converter

BOOTLOADER: phần mềm năng cấp hoặc sửa đổi trong Arduino

CAN: Contronller Area Network

CAN_Controller: Bộ điều khiển CAN

CAN_H / CAN HI : Controller Area Network High

CAN_L / CAN LO: Controller Area Network Low

CAN_Transceiver: Bộ thu phát CAN

Client: Phần hiển thị trên giao diện

COM: Cổng nối tiếp (Serial Port)

CSS: Cascading Style Sheets (ngôn ngữ lập trình)

DLC: Diagnostic Link Connector

DOMINANT: Mức trôi

ECU: Engine Control Units

FL: Chân Flash trong công tắc chế độ đèn

HAZARD: Đèn báo nguy

HL: Head-lights

HI: Chế độ đèn pha

HO, HN: Horn

HTML: Hypertext Markup Language (ngôn ngữ lập trình)

IC: Integrated Circuit

ICSP: In Circuit Serial Programming

IN-HI: đèn hiển thị pha

ILTL: đèn hiển thị Left Turn Lights

INPUT: Đầu vào

IRTL: đèn hiển thị Right Turn Lights

JAVACRIPTS: Ngôn ngữ lập trình web

MCU: Multipoint Control Unit

MISO: Master Input Slave Output

MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor

MOSI: Master Ouput Slave Input

NodeJS: Môi trường lập trình

OBD : On Board Diagnostic

OUTPUT: Đầu ra

PDIP: Plastic Dual-In-line Package

PWM: Pulse Width Modulation

RECESSIVE: Mức lặn

RST: Reset

RTL: Right Turn Lights

RX: Receiver

Server: Hê điều hành của máy tính

SIG: Chân tín hiệu cảm biến ánh sáng

SOLIDWORKS: Phần mềm thiết kế 3D

SS: Slave Select

START BITS: Dữ liệu đầu tiên được đưa vào khung truyền

STOP BITS: dữ liệu cuối được gửi xong

SW-HI: công tắc chế độ đèn pha

SW-LO: Công tắc chế độ đèn cos

SW-HN: Công tắc còi

SW-RTL: Công tắc Right Turn Lights

TL: Tail-lights

TX: Transmitter

UART: Universal Asynchronous Receiver-Transmitter

USB: Universal Serial Bus

SW-LTL: Công tắc Left Turn Lights

SW-FB: Front Braking

SW-RB: Rear Braking

VDC: Vol Direct Current

VS Code: Visual Studio Code

WL: Chân công tắc xi nhan trái

WR: Chân công tắc xi nhan phải

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Hình đèn đầu xe máy Vision 2016 4

Hình 2.2: Hình đèn xi nhan đầu xe máy Vision 4

Hình 2.3: Hình đèn xi nhan sau xe máy Vision 5

Hình 2.4: Hình đèn hậu xe máy Vision 5

Hình 2.5: Sơ đồ mạch điện xe máy Vision 2016 6

Hình 2.6: Hình ảnh ắc quy và cầu chì/ hộp rơ le 6

Hình 2.7: Hình ảnh dây điện Bl/Br và dây điện Bl/R 7

Hình 2.8: Hình ảnh công tắc đèn và công tắc pha/cos 7

Hình 2.9: Hình ảnh đèn sau 8

Hình 2.10: Hình ảnh hộp nháy và công tắc đèn báo rẽ 9

Hình 2.11: Hình ảnh công tắc còi và còi 10

Hình 2.12: Hình ảnh công tắc phanh trước - sau 10

Hình 2.13: Hình ảnh đèn sau 10

Hình 2.14: Hình ảnh công tắc còi xe 11

Hình 2.15: Hình ảnh công tắc đèn xe 12

Hình 2.16: Hình ảnh công tắc đèn xe 12

Hình 2.17: Hình ảnh công tắc xi-nhan 13

Hình 2.18: Hình ảnh bus và Node trên CAN 15

Hình 2.19: Hình ảnh bus CAN 16

Hình 2.20: Hình ảnh minh hoạ 1 mạng CAN 16

Hình 2.21: Minh họa một mạng CAN trong xe hơi sử dụng các chip Motorola 17

Hình 2.22: Minh họa một Node gồm bo mạch thực thị giao thức CAN, bo MCU, bo nút nhấn và bo LED 17 Hình 2.23: Mức điện áp trên đường CAN_H và CAN_L khi truyền dữ liệu 19

Hình 2.24: Xác định mức logic thông qua sai lệch áp giữa CAN_H và CAN_L 19

Hình 2.25: Một phần cấu trúc của chip CAN transceiver gồm bộ lái bus Driver và bộ nhận từ bus Receiver 20

Hình 2.26: Minh họa một dạng sóng đo đạc thực tế trên ngõ vào Driver, ngõ ra Receiver và CAN bus 20

Hình 2.27: Giao tiếp nối tiếp và giao tiếp song song (Nguồn Wikipedia) 21

Hình 2.28: RS232 và TTL 23

Hình 2.29: Ví dụ về một khung truyền 24

Hình 2.30: Giao tiếp 2 thiết bị sử dụng Serial UART 25

Hình 2.31: Vị trí chân giao tiếp UART trên board Arduino Uno 25

Hình 3.1: Arduino Mega 2569 Pro 31

Hình 3.2: Hình ảnh các chân Arduino Mega 2560 Pro 32

Hình 3.3: Hình ảnh Arduino Nano 34

Hình 3.4: Hình ảnh các chân trong Arduino Nano 35

Hình 3.5: Hình ảnh ISCP 38

Hình 3.6: Hình ảnh hình khối ICSP 39

Hình 3.7: Hình ảnh MPC 2515 40

Hình 3.8: Hình ảnh IC ULN2003A 42

Hình 3.14: Hình ảnh còi xe 48

Hình 3.15: Hình ảnh công tắc còi xe 49

Hình 3.16: Hình ảnh công tắc đèn xe 49

Hình 3.17: Hình ảnh công tắc đèn xe 50

Hình 3.18: Hình ảnh Công tắc xi-nhan 50

Hình 3.19: Hình ảnh đèn trước 51

Hình 3.20: Hình ảnh đèn sau 51

Hình 4.1: Sơ đồ mô hình 52

Hình 4.2: Sơ đồ mạch điện mạch BCM 54

Hình 4.3: Bảng tra chân kết nối mcp2525 với arduino mega 2560 pro 55

Hình 4.4: Lưu đồ thuật toán BCM 63

Hình 4.5: Lập trình trên BCM 64

Hình 4.6: Hình ảnh ắc quy và Arduino 68

Hình 4.7: Thiết kế mạch in chế độ PCB trên proteus 70

Hình 4.8: Hình 3D mặt sau của mạch BCM trên proteus 70

Hình 4.9: Hình 3D mặt trướccủa mạch BCM trên proteus 71

Hình 4.10: Hình File giấy in của BCM 71

Hình 4.11: Hình mặt sau của mạch in BCM 72

Hình 4.12: Hình mặt trước của mạch BCM 72

Hình 4.13: Hình Mạch điện module DCL 73

Hình 4.14: Hình ảnh thực module DCL 74

Hình 4.15: Hình ảnh thực module DCL được gắn trên mô hình 74

Hình 4.16: Lưu đồ thuật toán DCL 75

Hình 4.17: Hình code lập trình DCL-(1) 76

Hình 4.18: Hình Tạo chuổi JSON object- Thiết bị này đơn giản nên sẽ không làm mạch in mà sẽ làm trực tiếp trên board đồng đục lổ .77

Hình 4.19: Hình thư mục giao diện 78

Hình 4.20: Giao diện plug-in 79

Hình 4.21: Hình Giao diện home 79

Hình 4.22: Hình Giao diện hiển thị 80

Hình 4.23: Hình giao điện điều khiển 80

Hình 4.24: Hình chiều rộng hộp BCM 81

Hình 4.25: Hình mặt đáy hộp BCM 81

Hình 4.26: Hình chiều dài hộp BCM 82

Hình 4.27: Hình nắp hộp BCM 82

Hình 4.28: Thành phẩm hộp BCM sau khi in 82

Hình 4.29: Hình ảnh thiết kế khung mô hình trên Solidworks 83

Hình 4.30: Hình ảnh mô hình hoàn chỉnh 83

Hình 5.1: Hình ảnh kết nối nguồn với mô hình 86

Hình 5.2: Hình ảnh cấp nguồn dương và âm cho BCM 87

Hình 5.3: Hình ảnh dây CAN_H và CAN_L trên BCM 88

Hình 5.4: Hình ảnh kết nối dây CAN lên DCL 89

Hình 5.5: Hình ảnh kết nối DCL với máy tính 90

Hình 5.6: Giao diện App hỗ trợ chẩn đoán 90

Hình 5.7: Hình ảnh đèn led trước CONNECT 91

Hình 5.8: Hình ảnh giao diện khi cổng kết nối 92

Hình 5.9: Hình ảnh trước khi đóng giao diện kết nối 92

Hình 5.10: Hình ảnh led đỏ của DCL sáng khi kết nối thành công 93

Hình 5.11: Hình ảnh giao diện mục màn hình chính 93

Hình 5.12: Hình ảnh giao diện mục điều khiển 94

Hình 5.13: Hình ảnh đèn led xanh sáng khi ở mục điều khiển 94

Hình 5.14: Hình ảnh giao diện khi DISCONNECT 95

Hình 5.15: Hình ảnh của DCL tắt khi ngắt kết nối 95

Hình 5.16: Hình ảnh đèn đầu 96

Hình 5.17: Hình ảnh đèn auto 96

Hình 5.18: Hình ảnh đèn phanh 97

Hình 5.19: Hình ảnh đèn hazard 97

Hình 5.20: Hình ảnh đèn xi nhan trái 98

Hình 5.21: Hình ảnh đèn xi nhan phải 98

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Bảng công tắc đèn và pha/cos 8

Bảng 2.2: Bảng công tắc đèn báo rẽ 9

Bảng 2.3: Bảng công tắc còi 11

Bảng 2.4: Bảng công tắc đèn xe 12

Bảng 2.5: Bảng công tắc pha/cos 13

Bảng 2.6: Bảng công tắc xi nhan 14

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560 Pro 32

Bảng 3.2: Bảng thông số kỹ thuật Arduino Nano 35

Bảng 3.3: Bảng các chân của arduino Nano 36

Bảng 3.4: Bảng các chân ICSP 39

Bảng 3.5: Bảng thông số kỹ thuật MPC 2515 41

Bảng 3.6: Bảng các thông số kỹ thuật chân IC ULN2003A 44

Bảng 3.7: Bảng thông số kỹ thuật MOSFET loại P 46

Bảng 4.1: Bảng chân OUTPUT trong BCM 56

Bảng 4.2: Bảng chân INPUT trong BCM 56

Bảng 4.3: Bảng tham chiếu nội bộ mạch BCM 56

Bảng 4.4: Những hàm thực thi INPUT 65

Bảng 4.5: Những hàm thực thi OUTPUT 69

Bảng 5.1: Bảng hướng dẫn đấu nối công tắc và INPUT BCM 84

Bảng 5.2: Bảng đấu nối giữa OUTPUT BCM và cơ cấu chấp hành 85

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Tổng quan về đề tài:

Không chỉ riêng Việt Nam là đất nước có mật độ xe máy cao mà còn các quốc gia ở Đông Nam Á khác Thái Lan, Indonesia, Malaysia, Myammar… Ngoài ra còn Trung Quốc, Đài Loan các quốc gia Đông Á còn lại tuy nhiên số lượng sử dụng không nhiều Và nhắc đến xe máy thì không thể nào không nói đến Ấn Độ là quốc gia có số lượng xe máy cao nhất Nhưng đa số các quốc gia trong Đông Nam Á và Ấn Độ sử dụng phổ biến các xe máy phổ thông không có nhiều tính năng đặc biệt trên đó, nếu có thì có phun xăng điện tử (Fi), ABS Nên việc tìm một chiếc xe máy có những hộp điều khiển thông minh hơi khó, nhận biết được tình hình đó nhóm chúng em đã nghiên cứu, thiết kế ra hộp điều khiển điện thân

xe (BCM) cho xe máy, để xe máy thông minh hơn, dễ dàng chẩn đoán và sửa chửa

Ngoài ra khi để các xe máy có hộp điều khiển điện thân xe (BCM) để dễ dàng sửa chửa, chẩn đoán thì không thể nào thiếu một module trung gian để BCM có thể giao tiếp với thiết bị chẩn đoán Tuy nhiên nhóm chúng em không dừng lại ở đó, nhóm còn tự tạo riêng cho đề tài một phần mềm hỗ trợ chẩn đoán, điều khiển trên máy tính để có thể tự thực hiện mọi thao tác

Bên cạnh đó thì không thể nào thiếu một mạng giao tiếp giữa các module với nhau

và mạng đó được dùng khá phổ biết trong và ngoài nước Đó là mạng giao tiếp CAN Vì nói làm giảm đáng kể số lượng dây trên xe, thu thập dữ liệu và truyền tải dữ liệu một cách

dễ dàng và nhanh chóng Đảm bảo tính an toàn, nhanh chóng và tiện lợi trên xe

1.2 Tính cấp thiết của đề tài:

Và trong những ngày đầu tiên, các hộp được nối trực tiếp với nhau từng điểm một là chuyện hết sức bình thường vì khi đó số lượng hộp trên xe là không nhiều, chỉ được hộp điều khiển động cơ, có thể có thêm hộp điều khiển hộp số và đôi khi là hộp điều khiển phanh ABS Thế nhưng bây giờ, trên 1 chiếc xe bình thường trung bình có khoảng 30 hộp điều khiển khác nhau chưa kể các xe sang có thể lên đến hàng trăm hộp, tất cả các hệ thống trên xe dù là nhỏ nhất: điều khiển ghế ngồi, điều khiển mở cốp, điều khiển âm thanh, …

Như vậy nếu vẫn sử dụng kiểu kết nối truyền thống bằng dây điện thông thường từng điểm một (point to point) với nhau thì đường dây của 1 chiếc xe sẽ vô cùng phức tạp và

có nhiều nhược điểm Vì vậy cần có 1 giải pháp tối ưu hơn để giải quyết sự liên kết giữa các hộp điều khiển mà không cần tăng số lượng dây dẫn Và từ đó, hệ thống mạng giao tiếp trên ô tô CAN ra đời và được sử dụng đến ngày nay

Từ những vấn đề trên nhóm thực hiện nhận thấy cần thiết phải nghiên cứu và thiết

kế hoàn chỉnh ứng dụng mạng CAN trên xe máy Mà nhờ đó tài xế có thể tiện theo dõi những thông số về xe và dễ quan sát quá trình giao tiếp truyền nhận dữ liệu và các tín hiệu truyền từ xe lên táp lô Với việc vận dụng ngôn ngữ lập trình Adruino cho BCM để giả lập tín hiệu truyền nhận giúp cung cấp phần nào kiến thức về mạng giao tiếp CAN trên các phương tiện giao thông

1.3 Mục tiêu của đề tài:

- Tính toán, thiết kế và chế tạo mạch điều khiển điện thân xe cho xe máy đảm bảo về

an toàn, thông mình hơn, dễ dàng sửa chửa và dần dần có thể được sử dụng rộng rãi

- Tính toán, thiết kế phần mềm hỗ trợ cho chẩn đoán cho xe máy kết nối với BCM trên xe

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu:

Đề tài “Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển điện thân xe cho xe máy” được thực hiện với các đối tượng sau:

- Các dạng tính hiệu trên hệ thống

- Mạng giao tiếp CAN giữa các Module

- Lập trình giao diện web, Arduino

- Tính toán, thiết kế mạch điều khiển điện thân xe cho xe máy

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu:

- Lập trình điều khiển trên Arduino IDE

- Lập trình giao diện chẩn đoán trên Visual Studio Code

- Ứng dụng NodeJS để chạy web chẩn đoán

- Lập trình BCM điều khiển hệ thống điện trên xe máy Vision 2016

- Vẽ mô phỏng 3D mạch in của mô hình trên Solidworks

1.5 Phương pháp nghiên cứu:

- Sử dụng các nguồn tài liệu trên Internet, và tham khảo các đồ án kì trước về Arduino, các ngôn ngữ lập trình, và cách giao tiếp giữa Arduino với MCP 2515 và giao diện web trên máy tính

1.6 Nội dung thực hiện:

- Nghiên cứu về mạng giao tiếp CAN

- Nghiên cứu về hộp điều khiển thân xe

- Nghiên cứu về các linh kiện điện tử và vi điều khiển cần sử dụng

- Tính toán, thiết kế và chế tạo mạch điều khiển điện thân xe cho xe máy

- Nghiên cứu về ngôn ngữ lập trình HTML, CSS, JavaScript về giao diện web

1.7 Bố cục của đồ án:

- Chương 1: Tổng quan về đề tài

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết

- Chương 3: Giới thiệu phần mềm và phần cứng được sử dụng

- Chương 4: Thiết kế, thực nghiệm trên mô hình

- Chương 5: Hướng dẫn sử dụng và đánh giá mô hình

- Chương 6: Kết luận

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Cơ sở lý thuyết hệ thống chiếu sáng trên xe máy Vision 2016

2.1.1 Vị trí các đèn trên xe

 Đèn đầu

Đèn đầu của xe Vision là một phần rất là quan trọng được đặt phía trước đầu xe nhằm đảm bảo chiều sáng phía trước giúp tài xe dễ dàng quan sát Đèn đầu chia ra làm 2 chế độ: chế độ pha và chế độ cos

Hình 2.3: Hình đèn xi nhan sau xe máy Vision

Đèn xin nhan được gắn ở cả 2 phía đầu xe và đui xe với mục đích đưa ra tín hiệu báo

rẽ, cảnh báo nguy hiểm cho các phương tiện xung quang Thương đèn xi nhan có màu vàng, tuy nhiên một số hãng sẽ thay bằng màu đỏ

 Đèn hậu

Hình 2.4: Hình đèn hậu xe máy Vision

Đèn hậu được đặt phía sau xe, bao gồm đèn khoảng cách và đèn phanh:

- Đèn phanh được thiết kế nhằm mục đích khi xe phanh các xe phía sau sẽ nhận biết

và có thể xử lí kịp thời khi phát hiện

2.1.2 Sơ đồ mạch điện xe máy Vision 2016

Cũng như các mạch điện thông thờng khác, các thiết bị sử dụng điện trên xe điều được ác-quy cấp nguồn, dòng điện từ ắc-quy sẽ cầu chì/ hộp rờ le và đi đến các thiết bị tiêu thụ điện

Hình 2.6: Hình ảnh ắc quy và cầu chì/ hộp rơ le Hình 2.5: Sơ đồ mạch điện xe máy Vision 2016

Đèn khoảng cách, còi, xi nhan, đèn phanh trên xe Vission 2017 trong mạch điều được dây điện Bl/Br tải điện, còn đèn cos/pha thì dùng dây điện Bl/R

Đèn pha/cos:

Khi ta bật đèn xe cho đèn chọn chế độ cos, dòng điện từ ắc quy qua cầu chì A qua

rơ le chính và qua cầu chì D trên đường dây điện Bl/R sau đó đi vào công tắc đèn 4 chân Lúc này tiếp điểm C1 đóng lại làm cho dây điện Bl/R nối với dây điện Bu/W, dòng điện từ dây điện Bu/W đi xuống công tắc pha/cos, do ta chọn ở chế độ cos nên tiếp điểm HL sẽ gạt sáng trái nên dây điện Bu/W và dây điện W sẽ nối với nhau điện chạy vào đèn ở chế

Hình 2.7: Hình ảnh dây điện Bl/Br và dây điện Bl/R

Hình 2.8: Hình ảnh công tắc đèn và công tắc pha/cos

Lúc này tiếp điểm C1 đóng lại dây điện Bl/R nối với dây Bu/W, dòng điện từ Bu/W đi xuống công tắc pha/cos, do ta chọn ở chế độ pha nên tiếp điểm HL sẽ gạt sang phải nên dây Bu/W và dây Bu nối với nhau, sau đó điện chạy vào bóng đèn ở chế độ cao và điện chạy về dây G/O về mass, ngoài ra 1 phần nhánh của dây Bu sẽ vào đèn hiển thị báo pha ở đồng hồ tốc độ sau đó về mass

Còn khi ta không bật đèn xe thì tiếp điểm C1 không đóng lại, dây Bl/R không nối với dây Bu/W nên dây không có điên đèn không sáng

Đèn khoảng cách (Tail light):

Khi ta bật Tail light điện từ ắc quy qua cầu chì A qua rơ le chính qua cầu chì E sau

đó xuống dây Bl/Br đi vào công tắc đèn 4 chân, cùng lúc đó tiếp điệm TL và C2 đã đóng lại dây Br/W có điện, điện sẽ chạy xuống bóng đèn sau qua 1 cuộn dây (đèn chế độ thấp)

và qua dây G chạy về mass

Hình 2.9: Hình ảnh đèn sau Bảng 2.1: Bảng công tắc đèn và pha/cos

Đèn xi nhan:

Khi ta bật xi nhan, điện sẽ được nhận tương tự như Tail light nhưng thay vì đến công tắc đèn thì điện sẽ đi vào rơ le đèn báo rẽ (2 chân), sau đó điện đi xuống công tắc xi nhan (3 chân) trên dây Gr Tại đây nếu người lái muốn rẽ bên trái thì công tắc sẽ gạt sang tiếp điểm WL, dây điện O có điện dây điện sẽ chạy qua 2 bóng đèn xi nhan trái trước-sau sau đó chạy về mass và 1 phần dây điện O còn lại sẽ chạy vào đèn báo rẽ trên đồng hồ tốc

độ và chạy về mass Còn khi người lái rẽ phải thì tương tư vậy tuy nhiên tiếp điểm W gạt qua WR, dây điện Lb có điện điện sẽ chạy qua 2 bóng đèn phải trước-sau và về mass, nhánh đinệ Lb còn lại sẽ chạy vào đèn báo rẽ trên đồng hồ tốc độ

Hình 2.10: Hình ảnh hộp nháy và công tắc đèn báo rẽ

Bảng 2.2: Bảng công tắc đèn báo rẽ

Công tắc còi:

Khi ta bấm còi tiếp điểm BAT và HO đóng lại dòng điện từ dây Bl/Br đi qua dây

Lg, dây Lg có điện và điện chạy qua còi xe (còi xe phát ra âm thanh), sau đó chạy qua dây G/Bu về mass

Công tắc phanh trước – sau:

Khi ta đạp phanh trước hoặc sau thì tiếp điểm công tắc phanh đóng lại dòng điện từ dây Bl/BR đi qua dây G/Y, sau đó điện sẽ chạy xuống bóng đèn sau đi qua 2 cuộn dây đèn sau sáng (ở chế độ cao) sau đó về mass

Hình 2.11: Hình ảnh công tắc còi và còi

Hình 2.12: Hình ảnh công tắc phanh trước - sau

Hình 2.13: Hình ảnh đèn sau

Từ nguyên lí hệ thống chiếu sáng trên xe Vission 2017 nhóm chúng em đã nghiên cứu cải tiến hệ thống này hơn Bằng cách tạo ra BCM để bộ chấp hành làm việc nhanh hơn

và mà còn dễ sửa chữa hơn, người dùng có thể kết nối máy chẩn đoán vài xe tình hình của

hệ thống trên xe, ngoài ra chúng em còn thay thế một số chân trên các công tắc và thay thế một số chế độ ( thay thế Tail light thành Auto đèn) để phù hợp hơn cho đồ án, và bỏ đi một

số bộ phận không cần thiết (vd: bộ nháy của xi nhan, thay vào đó là lập trình), là hệ thống

đỡ phức tạp hơn

Công tắc còi xe wave:

Nhìn từ mặt sau công tắc còi xe gồm 2 chân (HO, G), chân HO của công tắc sẽ nối với chân input SW-HN của BCM, chân G sẽ nối mass

Bảng 2.3: Bảng công tắc còi

FREE PUSH

Hình 2.14: Hình ảnh công tắc còi xe

Công tắc đèn xe:

Nhìn từ phía sau công tắc khoảng cách các giắc đực với điểm chết dưới ngắn hơn so với điểm chết trên và nhìn từ trái sang phải công tắc đèn gồm 4 chân (TL, G1, HL, G2), chân HL và TL sẽ lần lượt nối với input HL và TL của BCM, còn G1 và G2 nối mass Khi

ta bật chế độ auto thì chân TL và G1 của công tắc thông với nhau, còn khi ta chọn chế độ bật đèn thì 2 chân HL, G2 thông với nhau và 2 chân TL, G1 cũng thông với nhau

Nhìn từ phía sau công tắc khoảng cách các giắc đực với điểm chết dưới ngắn hơn so với điểm chết trên và nhìn từ trái sang phải công tắc đèn gồm 4 chân (HI, G, LO, FL), 2 chân LO, HI lần lượt nối với input SW-LO và SW-HI của BCM, còn 2 chân còn lại ta nối mass Khi ta ở chế độ bình thường không chọn chế độ nào thì chân LO và G thông với nhau, chọn chế độ pha thì chân HI và G sẽ thông với nhau và khi ta chọn chế độ Pass thì chân FL và HI sẽ thông với nhau

Tương tự các nhìn như trên công tắc xi–nhan gồm 3 chân (G, WR, WL), 2 chân WL,

WR lần lượt nối với chân input SW-LTL và SW-RTL của BCM Khi ta xi-nhan phải thì 2 chân WR và G thông với nhau, còn ta xi-nhan trái thì 2 chân WL và G thông với nhau Khi bật chế độ hazard thì tất cả chân thông với nhau

Hình 2.17: Hình ảnh công tắc xi-nhan

Bảng 2.6: Bảng công tắc xi nhan

2.2 Tìm hiểu về hộp Body Control Module

Các mô-đun điều khiển thân xe (BCM) phụ thuộc vào các linh kiện điện tử có độ tin cậy cao để giám sát và kiểm soát nhiều loại thân xe, chức năng an ninh và tiện lợi

Do độ phức tạp ngày càng tăng, các phương tiện thường có nhiều BCM, mỗi BCM dành riêng cho một hệ thống phụ, bao gồm:

 Điều khiển chiếu sáng: bao gồm đèn sợi đốt, HID, Xenon, đèn LED và giám sát chẩn đoán liên quan của chúng (bảo vệ quá tải và quá nhiệt, phát hiện hư bóng đèn, v.v.);

 Trình điều khiển động cơ điều khiển gương, cần gạt nước, cửa sổ, vị trí ghế ngồi, mái vòm, ổ khóa và kiểm soát khí hậu;

 Kiểm soát an ninh cho thiết bị cố định và hệ thống nhập không cần chìa khóa NFC

Để giảm trọng lượng và kích thước của các hệ thống này, rơle ngày càng được thay thế bằng các thiết bị nguồn tích hợp với chẩn đoán nhúng Dữ liệu trung tâm này được lưu trữ trong hộp BCM và được sao lưu dự phòng trong hộp IPC Nó bao gồm tất cả các thông tin về thiết bị trên xe và được truyền tải thông qua mạng CAN để đến các bộ điều khiển

Nó có thể chứa các thông tin về loại động cơ, loại hộp số Từ các thông tin này, các bộ điều khiển có liên quan bản thân nó sẽ hoạt động sao cho phù hợp với điều kiện của xe Điều này sẽ giảm thiểu khối lượng chương trình cần lập trình khi thay hộp điều khiển

FREE LEFT RIGHT HAZARD

2.3 Tìm hiểu về mạng Can-bus

2.3.1 Tổng quan về mạng giao tiếp CAN trên ô tô

CAN là viết tắt của Control Area Network – nghĩa là Mạng điều khiển cục bộ Là một

hệ thống truyền tải dữ liệu nối tiếp ứng dụng thời gian thực Nó là một hệ thống thông tin phức hợp có tốc độ truyền rất cao và đặc biệt là khả năng phát hiện ra hư hỏng Bằng cách kết hợp dây đường truyền CANH và CANL, CAN thực hiện việc liên lạc dựa trên sự chênh lệch điện áp ECU hoặc các cảm biến lắp trên xe hoạt động bằng cách chia sẻ thông tin và liên lạc với nhau CAN có 2 điện trở 120Ω, dùng để thông tin liên lạc với đường truyền chính

CAN cho phép các module khác nhau và các máy tính trên xe ô tô nói chuyện với nhau Nó như một nhóm các đường dẫn với tốc độ rất cao cho phép các dữ liệu và các lệnh được nén qua lại từ một module khác nhau Điều này cho phép các hệ thống như hệ thống điều khiển điện tử của hệ thống động cơ ECU, hệ thống phanh chống bó cứng ABS, hệ thống kiểm soát độ bám đường, hệ thống kiểm soát tay lái, hệ thống cân bằng điện tử, hệ thống treo điện tử, hệ thống kiểm soát làm lạnh tự động, module điều khiển ánh sáng và hàng chục, hàng trăm hệ thống khác… tất cả được kết nối với nhau bằng điện tử

2.3.2 Những đặc điểm của mạng CAN

Mạng CAN gồm các thành phần cơ bản sau:

Hình 2.18: Hình ảnh bus và Node trên CAN

Bus CAN là bus vi sai gồm:

Dây cáp gồm hai dây riêng biệt được gọi là CAN_H (CAN High) và CAN_L (CAN Low) Tùy vào mỗi ứng dụng mà hai dây này có thể là dây xoắn kép hay cáp quang Ngoài

ra, dây cáp còn có vỏ bọc chống nhiễu, vỏ này được nối đến một điện áp tham khảo hoặc nối đất CAN_H có điện áp cao, thường là 0V khi bus không truyền, nhận dữ liệu CAN_L

có điện áp thấp, thường là +5V khi bus không truyền, nhận dữ liệu Như đã nói, bus CAN

là bus vi sai, khi dữ liệu được truyền trên bus, điện áp trên CAN_H và CAN_L sẽ thay đổi, mức logic 0/1 sẽ được xác định căn cứ trên sự chênh lệch (sai lệch) điện áp giữa CAN_H

Hình 2.21: Minh họa một mạng CAN trong xe hơi sử dụng các chip Motorola

Cấu trúc Node hay Station

Mỗi một nút CAN yêu cầu phải có một ‘vi điều khiển’ (microcontroller - MCU) kết nối với một ‘bộ điều khiển CAN’ (CAN – Controller) Bộ điều khiển CAN sẽ được kết nối với ‘bộ chuyển đổi CAN’, hay bộ truyền-nhận hoặc bộ thu-phát, (CAN – Transceiver) thông qua một đường ra dữ liệu nối tiếp (Tx) và một đường vào dữ liệu nối tiếp (Rx) và đường Vref là điện áp ra tham khảo cung cấp một mức điện áp danh định bằng 0.5×Vcc = 0.5×5 = 2.5V

Microcontroller - MCU thực thi các chức năng chính, điều khiển chính của một Node Thực hiện cấu hình hoạt động cho CAN controller, phân phối dữ liệu cần truyền đến CAN controller, lấy dữ liệu nhận từ CAN controller để sử dụng cho hoạt động của Node

CAN controller thực thi các xử lý về truyền nhận dữ liệu, báo lỗi, tính toán thời gian bit, theo chuẩn CAN quy định; phát dữ liệu cần truyền dạng số (theo mức logic 0/1) ra chân TX; nhận dữ liện dạng số qua chân RX CAN controller có thể là một chip (vi mạch) độc lập, ví dụ như MCP2515 của Microchip, hoặc là một ngoại vi được tích hợp bên trong

vi điều khiển, ví dụ như LPC2290 của NXP Semiconductors

CAN transceiver hoạt động như bộ chuyển đổi từ tín hiệu số (mức logic 0/1) trên đường TX thành tín hiệu tương tự trên bus CAN và ngược lại, chuyển đổi từ tín hiệu tương

tự trên bus CAN (CAN_H và CAN_L) thành tín hiệu số trên đường RX

Tín hiệu trên bus CAN

Như đã trình bày, CAN transceiver chuyển đổi qua lại giữa tín hiệu số (giao tiếp với CAN controller) và tương tự (giao tiếp với bus CAN) Trong giao thức CAN,

Mức dominant, nghĩa là "mức trội" hay "mức chiếm ưu thế", là mức logic 0

Mức recessive, nghĩa là "mức lặn" hay "mức ẩn", là mức 1

Điều này vì bus CAN hoạt động theo cơ chế AND-wire, khi một logic 0 và một logic cùng được truyền từ CAN controller qua CAN transceiver đến bus CAN thì trên bus CAN

sẽ thể hiện mức điện áp biểu diễn cho bit 0 (bit trội)

Mức áp trên bus CAN trong tầm từ -2V trên CAN_L, đến +7V trên CAN_H, nhưng được sử dụng phổ biến là 0V trên CAN_L và +5V trên CAN_H khi dùng ở tốc tộ cao 1Mbit/s Đường CAN_H có mức áp +5V khi ở trạng thái nghỉ và sẽ sụt áp còn +3.5V khi đang hoạt động Lúc này, mức +3.5V được quy định là mức ‘dominant’ và +2.5V được quy định là mức ‘recessive’

Đường CAN_L có mức áp 0V khi ở trạng thái nghỉ và sẽ tăng lên +1.5V khi hoạt động Lúc này, mức +1.5V được quy định là mức ‘dominant’ và +2.5V được quy định là mức ‘recessive’

Hình 2.23: Mức điện áp trên đường CAN_H và CAN_L khi truyền dữ liệu

Trạng thái bus dựa vào sự sai lệch áp giữa CAN_H và CAN_L Cụ thể, nếu sai lệch điện áp thấp hơn điệp áp ngưỡng tối thiểu thì đó là mức recessive (mức 1), thường dưới +0.5V Nếu sai lệch điện áp cao hơn điện áp ngưỡng tối thiểu thì đó là mức dominant (mức 0), thường trên +0.9V Nếu sai lệch áp rơi vào khoảng từ 0.5V đến ).9V thì không thể phân biệt được mức logic và gây sai dữ liệu

Hình 2.24: Xác định mức logic thông qua sai lệch áp giữa CAN_H và CAN_L