Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ điều khiển đèn pha cốt trên ô tô sử dụng mạng can

Bài viết này trình bày kết quả nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ điều khiển đèn pha cốt trên ô tô sử dụng mạng CAN kết hợp ba bộ điều khiển, một bộ điều khiển chính (ECU chủ) và hai bộ điều khiển phụ (ECU 1, ECU 2).

ISSN 2354-0575 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐÈN PHA CỐT TRÊN Ô TÔ SỬ DỤNG MẠNG CAN Bùi Đức Hạnh, Nguyễn Văn Nhơn, Lê Vĩnh Sơn, Dương Thị Thu Hằng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Ngày tòa soạn nhận báo: 16/10/2018 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 06/11/2018 Ngày báo duyệt đăng: 09/11/2018 Tóm tắt: Bài báo trình bày kết nghiên cứu thiết kế, chế tạo điều khiển đèn pha cốt ô tô sử dụng mạng CAN kết hợp ba điều khiển, điều khiển (ECU chủ) hai điều khiển phụ (ECU 1, ECU 2) Dựa phần mềm lập trình CodeVisionAVR để lập trình C cho vi điều khiển Atmega8, phần mềm thiết kế mạch Altium Designer (mạch in điều khiển đèn pha cốt sử dụng mạng CAN), mạch sử dụng IC MCP2551 có chức chuyển đổi tín hiệu từ UART sang CAN Kết có điều khiển đèn pha cốt hồn chỉnh điều khiển mạng CAN, lắp đặt tơ chưa có mạng CAN Từ khóa: Đèn pha, mạng CAN, mạch điều khiển Đặt vấn đề Hiện có nhiều nhà sản xuất linh kiện điện tử bán dẫn sản xuất loại điều khiển CAN độc lập, thực chúng thiết kế chip đơn Mạng CAN nghiên cứu thị trường cho công nghệ bus trường dùng xe tơ mà cho phép đưa thêm chức vào hệ thống thông tin điều khiển điện tử xe hãng Mercedes-Benz Một bước phát triển thành công CAN thành lập tổ chức nhóm nhà sản xuất người sử dụng quốc tế, gọi Hội CAN tự động hóa (CiA = CAN in Automatic - 1992).[1] CAN sử dụng với việc truyền liệu lớn, đáp ứng thời gian thực môi trường khác truyền tốc độ cao ổn định Do mạng CAN sử dụng ngành công nghiệp xe Hệ thống chiếu sáng sử dụng mạng CAN dần trở nên thông dụng nước phát triển, coi trọng vấn đề an toàn giao thơng cịn Việt Nam ta chiếu sáng sử dụng mạng CAN cịn mẻ, trang bị xe hạng sang Vì vậy, Nghiên cứu nhằm thiết kế mạch điều khiển mạng CAN để lắp đặt ô tô thông thường Việt Nam Cơ sở lý thuyết Sử dụng phần mềm lập trình CodeVisionAVR để lập trình C cho vi điều khiển Atmega8, phần mềm thiết kế mạch Altium Designer (mạch in điều khiển đèn pha cốt sử dụng mạng CAN), mạch sử dụng IC MCP2551 có chức chuyển đổi tín hiệu từ UART sang CAN 2.1 Vi điều khiển Atmega8 [2] Chip ATmega8 dòng AVR nhất, có đầy đủ tính AVR lại nhỏ gọn (gói Khoa học & Cơng nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018 PDIP có 28 chân) low cost Hình Chip ATmega8 Phần mềm lập trình CodeVision AVR để lập trình C cho vi điều khiển Atmega8 [3] gồm: Lựa chọn chíp AVR tần số thạch anh tần số (Hình 2), Khởi tạo cho cổng IO (Hình 3) Hình Chip AVR tần số thạch anh Journal of Science and Technology 23 ISSN 2354-0575 Sau nhớ song file: IO.c – IO.prj – IO.cwp giao diện cửa sổ code vision để khởi tạo code Trong có đầy đủ code cần thiết cho cấu hình cổng IO để bắt đầu soạn code Hình Thiết lập cổng vào Các chân IO AVR mặc định trạng thái IN, muốn chuyển thành trạng thái OUT để đưa mức logic ta click chuột vào nút IN (màu trắng) để chuyển thành OUT Tab Port Sau chọn File → Generate, Save and Exit Hình Giao diện cửa sổ code vision để khởi tạo code 2.2 IC CAN MCP2551 [4] IC CAN MCP2551 đóng vai trị thu nhận tín hiệu đảm bảo mức điện áp hoạt động tín hiệu Hình IC CAN MCP2551 Bảng Thơng số IC CAN MCP2551 Datasheets Hình Chuyển trạng thái chân IO từ IN -> OUT Hình Lưu file 24 MCP2551 Development Tools Catalog Tiêu chuẩn Loại Họ 60 Integrated Circuits (ICs) Interface - Drivers, Receivers, Transceivers Kiểu Transceiver Mạng CAN Bộ điều khiển/bộ thu 1/1 Điện áp cung cấp 4.5 V ~ 5.5 V Nhiệt độ hoạt động -40°C ~ 85°C Kích thước 8-DIP (0.300", 7.62mm) Supplier Device Package 8-PDIP Đường truyền trực tiếp CAN Transceivers Tên khác MCP2551IP Khoa học & Công nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018 Journal of Science and Technology ISSN 2354-0575 Mạch sử dụng IC MCP2551 có chức chuyển đổi tín hiệu từ UART sang CAN Kết nối chân IC CAN MCP2551 chế độ làm việc Mở PCB1.PcbDoc add project tạo ban đầu altium chuyển sang giao diện vẽ mạch in Hình Kết nối hoạt động IC CAN MCP2551 Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển đèn pha cốt sử dụng mạng CAN ô tô 3.1 Thiết kế mạch điều khiển đèn pha cốt phần mềm Altium Designer Giao diện Altium Designer (Hình 9) gồm công cụ, menu, trạng thái để thông báo thơng tin như: tọa độ, kích thước, độ dài,… Các tab dọc hai bên cơng cụ quản lí: project, navbar, libralies, history, Chính hình làm việc để thao tác vẽ mạch nguyên lí, mạch in Hình 11 Giao diện vẽ mạch Menu Place có phần vẽ mạch in trực quan Interactive Routing (đi dây tay), Via, Pad (tạo chân linh kiện), Polygon Pour (phủ đồng cho mạch in) Phía layer (lớp mạch in) thiết kế Một PCB quy định thành nhiều lớp, lớp có tên màu sắc đặc trưng cho lớp ngồi thực tế: Hình 12 Các lớp chọn mạch in Hình Giao diện phần mềm Altium Designer [4] Thư viện lựa chọn tra cứu linh kiện điện tử thiết kế mạch + Top layer: đường mạch lớp + Bottom layer: đường mạch lớp + Top overlay: lớp hiển thị mạch + Bottom overlay: lớp chữ hiển thị mặt mạch Sau vẽ mạch in mạch ECU chủ (Hình 13) ECU1, ECU2 (Hình 14) Hình 13 Mạch in ECU chủ phần mềm Altium Designer Hình 10 Thư viện tra cứu linh kiện Khoa học & Công nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018 Journal of Science and Technology 25 ISSN 2354-0575 Hình 14 Mạch in ECU ECU vẽ phần mềm Altium Designer chủ Hình 17 Mạch in 3D ECU chủ In phim mạch làm điều khiển ECU Hình 18 Mạch in 3D ECU ECU 3.2 Lắp ráp linh kiện điện tử mạch in Phim mạch thiết kế in công nghiệp mạch ECU chủ (Hình 19) ECU 1, ECU (Hình 20) Hình 15 Phim mạch bo dây điều khiển ECU chủ Hình 19 Mạch in cơng nghiệp ECU chủ Hình 16 Phim mạch bo dây điều khiển ECU ECU Mạch in 3D phần mềm Altium Desgner gắn linh kiện lên mạch so sánh độ xác với mạch hồn chỉnh Hình 20 Mạch in cơng nghiệp ECU 1, ECU 26 Khoa học & Công nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018 Journal of Science and Technology ISSN 2354-0575 Bố trí linh kiện lên bo mạch (Hình 21), (Hình 22) Khi đèn pha cốt hoạt động nhằm chống nhiễu thơng tin mạch cịn thiết kế gắn tụ có tần số cao thấp để lọc nhiễu điều khiển Hình 21 Mạch ECU chủ ráp linh kiện điện tử Hình 22 Mạch ECU ECU chủ ráp linh kiện điện tử Trên sở thiết kế mạch ráp linh kiện điện tử mạch in điều khiển đèn pha cốt sử dụng mạng CAN chế tạo điều khiển mơ hình hệ thống đèn pha cốt ô tô sử dụng mạng CAN gồm: điều khiển (ECU chủ) hai điều khiển phụ (ECU 1, ECU 2) để sử dụng lắp đặt hệ thống đèn pha cốt mơ hình chưa có mạng CAN Trong ECU chủ nhận tín hiệu đầu vào tín hiệu điều khiển cơng tắc đa người lái xe Tín hiệu vào vi xử lý, vi xử lý xử lí tín hiệu chuyển IC CAN Từ IC CAN xuất hai tín hiệu CAN H CAN L, tức giao tiếp mạng CAN với ECU ECU ECU ECU nhận tín hiệu CAN H, CAN L từ ECU chủ, tín hiệu vào IC CAN ECU ECU Tín hiệu CAN xử lí đưa vào vi xử lý ECU Vi xử lý tiến hành thao tác điều khiển bóng đèn điều khiển sở ngắt âm bóng pha cốt, chân dương hai bóng đèn pha cốt nối thẳng vào cực dương ắc quy 12V Kết luận Qua ứng dụng CAN, thiết kế, chế tạo điều khiển để sử dụng lắp đặt mơ hình hệ thống đèn pha cốt ô tô thông thường Việt Nam chưa sử dụng mạng CAN thành mơ hình hệ thống đèn pha cốt sử dụng mạng CAN Các điều khiển ứng dụng lắp đặt mơ hình hệ thống đèn pha cốt tơ Khoa Cơ khí Động lực - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên với chế độ hoạt động hệ thống đèn pha cốt xe ô tô đại thiết kế sử dụng mạng CAN Đây tiền đề để tiếp tục ứng dụng CAN thiết kế, chế tạo điều khiển khác sử dụng lắp đặt mơ hình hệ thống điện thân xe tơ Tài liệu tham khảo [1] Hồng Minh Sơn, Mạng truyền thông công nghiệp, NXB khoa học kỹ thuật [2] Shop manual AVR1607, Brushless DC Motor (BLDC) Control in Sensor Mode using ATxmega128A1 and ATAVRMC323 of Atmel Group [3] Phạm Văn Ất, Kỹ thuật lập trình C sở nâng cao, NXB Giao thông vận tải [4] WWW.microchip.com, datasheet MCP2551, driver CAN bus RESEARCH AND MANUFACTURE THE AUTOMOTIVE HEADLIGHT CONTROLL CIRCUIT USING CAN COMMUNICATION Abstract: This article presents the results of the research and manufacture of headlights control board for vehicles using CAN network combining three controlers, a main controller (master ECU) and two auxiliary controllers (ECU1, ECU2) On this board, not only using Code Vision AVR programming software to write for Atmega8 microcontroller, but also the printed circuit was designed by the Altium Designer software In addition, it had a function of signal converter from UART to CAN through one IC MCP2551 The result was a complete headlight control unit which could be installed on vehicles without CAN network Keywords: headlight, CAN network, control board Khoa học & Công nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018 Journal of Science and Technology 27 ... kiện điện tử Trên sở thiết kế mạch ráp linh kiện điện tử mạch in điều khiển đèn pha cốt sử dụng mạng CAN chế tạo điều khiển mơ hình hệ thống đèn pha cốt ô tô sử dụng mạng CAN gồm: điều khiển (ECU... hệ thống đèn pha cốt ô tô thông thường Việt Nam chưa sử dụng mạng CAN thành mơ hình hệ thống đèn pha cốt sử dụng mạng CAN Các điều khiển ứng dụng lắp đặt mơ hình hệ thống đèn pha cốt ô tô Khoa... project tạo ban đầu altium chuyển sang giao diện vẽ mạch in Hình Kết nối hoạt động IC CAN MCP2551 Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển đèn pha cốt sử dụng mạng CAN ô tô 3.1 Thiết kế mạch điều khiển đèn