Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô ngành công nghệ kỹ thuật ô tô
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (8.22 MB, 110 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO HỆ THỐNG GIÁM SÁT
VÀ THU THẬP DỮ LIỆU TRÊN Ô TÔ
GVHD: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
SVTH: NGUYỄN ĐỖ QUÍ
NGUYỄN HỮU NAM
SKL 0 0 7 9 4 9
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2021
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 Ơ TƠ
SVTH :
NGUYỄN ĐỖ Q
MSSV:
16145489
SVTH :
MSSV:
NGUYỄN HỮU NAM
16145459
GVHD:
ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2021
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Tên đề tài
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
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ
THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
TP. Hồ Chí Minh, ngày…… tháng …… năm ……
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: 1. .......................................................................... MSSV:......................................................
(E-mail:............................................................. Điện thoại ............................................ )
2. .......................................................................... MSSV:......................................................
(E-mail:............................................................. Điện thoại ............................................ )
Chuyên ngành: ................................................................................... Mã ngành đào tạo:...............................
Hệ đào tạo:........................................................................................... Mã hệ đào tạo: ......................................
Khóa: ...................................................................................................... Lớp: ...........................................................
1. Tên đề tài
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
2. Nhiệm vụ đề tài
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
3. Sản phẩm của đề tài
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: ........................................................................................................................
5. Ngày hồn thành nhiệm vụ: ......................................................................................................................
TRƯỞNG BỘ MƠN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Bộ mơn ……………………
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên: ............................................................................... MSSV: ....................................................
Họ và tên sinh viên: ............................................................................... MSSV: ....................................................
Tên đề tài:
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
Ngành đào tạo: ...........................................................................................................................................................
Họ và tên GV hướng dẫn: .......................................................................................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN
2.1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
2.2. Nội dung đồ án
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát
triển)
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
2.3. Kết quả đạt được
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
2.4. Những tồn tại (nếu có)
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
3. Đánh giá
1.
2.
Điểm tối
đa
Mục đánh giá
TT
Hình thức và kết cấu ĐATN
Điểm đạt
được
30
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục
10
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
10
Tính cấp thiết của đề tài
10
Nội dung ĐATN
50
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…
5
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
10
Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
15
Khả năng cải tiến và phát triển
15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…
5
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
10
4.
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
10
Tổng điểm
100
4. Kết luận
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày
tháng
năm 2021
Giảng viên hướng dẫn
(Ký, ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Bộ mơn ……………………………
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên: ............................................................................... MSSV: ....................................................
Họ và tên sinh viên: ............................................................................... MSSV: ....................................................
Tên đề tài:
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
Ngành đào tạo: ...........................................................................................................................................................
Họ và tên GV phản biện: .........................................................................................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN
2.1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
2.2. Nội dung đồ án
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát
triển)
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
2.3. Kết quả đạt được
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
2.4. Những tồn tại (nếu có)
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................................................
3. Đánh giá
1.
2.
Điểm tối
đa
Mục đánh giá
TT
Hình thức và kết cấu ĐATN
Điểm đạt
được
30
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục
10
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
10
Tính cấp thiết của đề tài
10
Nội dung ĐATN
50
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…
5
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
10
Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
15
Khả năng cải tiến và phát triển
15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…
5
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
10
4.
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
10
Tổng điểm
100
4. Kết luận
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày
tháng
năm 2021
Giảng viên phản biện
(Ký, ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN
Tên đề tài: .......................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
Họ và tên sinh viên: ........................................................................ MSSV: ..........................................
........................................................................ MSSV: ..........................................
Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên
phản biện và các thành viên trong Hội đồng bảo vệ. Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn
chỉnh đúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức.
Chủ tịch Hội đồng:
Giảng viên hướng dẫn:
Giảng viên phản biện:
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
tháng
năm 2021
LỜI CẢM ƠN
Để đồ án tốt nghiệp này đạt được kết quả tốt đẹp cho đến ngày hơm nay, nhóm chúng
em đã nhận được sự hỗ trợ, giúp đỡ của nhiều thầy cô giảng viên trường Đại học Sư phạm
Kỹ thuật TPHCM. Thầy cơ đã nhiệt tình tư vấn cho chúng em mỗi khi đề tài gặp khó khăn
cần tìm hướng đi đúng đắn mới. Với tình cảm sâu sắc, chân thành, cho phép nhóm chúng
em được bài tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến tất cả mọi người đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng
em trong quá trình học tập và nghiên cứu đề tài.
Đầu tiên, chúng em xin gửi tới các thầy khoa Cơ khí Động lực, trường Đại học Sư
phạm Kỹ thuật lời chào hỏi trân trọng, lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn sâu sắc. Với sự
quan tâm, chỉ bảo và hướng dẫn nhiệt tình chu đáo của các thầy, đến nay nhóm chúng em
đã hoàn thành được đề tài đồ án tốt nghiệp của mình, đề tài:
“Nghiên cứu, thiết kế hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ơ tơ”.
Đặc biệt, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới GVHD, ThS. Nguyễn
Trung Hiếu – giảng viên trực tiếp hướng dẫn và hỗ trợ nhiều nhất cho nhóm chúng em
trong suốt quá trình làm đề tài tốt nghiệp. Những hướng dẫn vơ cùng có ích của thầy đã hỗ
trợ chúng em rất nhiều trong quá trình làm việc. Bên cạnh đó, qua làm việc với thầy, nhóm
đã tích lũy được vốn kiến thức chun ngành có ích cho bản thân và quan trọng hơn là tác
phong, cách thức làm việc hiệu quả cần có ở một kỹ sư. Xin chân thành cảm ơn thầy!
Kế đến, xin chân thành cảm ơn tất cả các thành viên trong phịng thí nghiệm của thầy
Nguyễn Trung Hiếu đã nhiệt tình hỗ trợ cũng như đưa ra những gợi ý, hướng đi cho nhóm
mình. Nhờ sự hỗ trợ này, nhóm mình đã có thêm những hướng đi mới cho đề tài, từ đó
nâng cao chất lượng đề tài. Một lần nữa xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn.
Và cuối cùng, không thể nào không gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến với ba mẹ, những
người luôn đồng hành cùng các con, luôn đưa ra những khuyên bảo mỗi lúc con gặp bế tắc
nhất. Cảm ơn ba mẹ đã đi cùng con trong suốt thời gian qua. Thành quả mà con đạt được
hơm nay chính là nhờ cơng sức của ba mẹ đã chịu cực khổ nuôi con qua từng ngày, đã giúp
con mở rộng cánh cửa tương lai thông qua con đường học vấn. Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc
nhất đến với ba mẹ.
Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm cịn hạn chế của nhóm, luận văn này
khơng thể nào tránh được những sai lầm cũng như những thiếu sót, nhóm em rất hy vọng
i
nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy để bổ sung cho nhóm, từ đó góp phần hồn
thiện dần nội dung đồ án tốt nghiệp.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 01 năm 2021
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Đỗ Quí
Nguyễn Hữu Nam
ii
BẢN TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô
I. Tổng quát về đề tài
Ngoài những nhu cầu cơ bản của một chiếc ơ tơ thì hiện nay điều người dùng quan tâm
hơn hết là sự an toàn, sự tiện dụng về nhu cầu di chuyển và giải trí, kết nối với các nền tảng
cơng nghệ để giúp chiếc ô tô trở nên hiện đại và sang trọng hơn. Việc ứng dụng thành công
công nghệ IOT lên các phương tiện ô tô sẽ tạo ra rất nhiều lợi ích nhờ vào nguồn thông tin
vô cùng lớn được chia sẻ từ xe. Từ đó, những nhà nghiên cứu ứng dụng có thể phát triển
thêm nhiều sáng chế, ứng dụng để giải quyết các bài toán về kinh tế - xã hội như kiểm sốt
mật độ giao thơng, quản lý hành trình xe, đưa ra các cảnh báo, phát triển các mơ hình kinh
doanh dựa trên sự chia sẻ thơng tin từ các phương tiện này.
Với mục đích tạo ra một hệ thống, nền tảng cơ bản cho phép thu thập, giám sát và lưu
trữ dữ liệu dựa trên các nền tảng công nghệ Cloud Computing. Bên cạnh tạo ra một hướng
phát triển cho các công việc nghiên cứu ứng dụng sâu rộng cần đến chức năng thu thập và
lưu trữ dữ liệu.
II. Các vấn đề nghiên cứu
Nghiên cứu cơ bản về lập trình JavaScript.
Nghiên cứu chuẩn giao tiếp UART, SPI, I2C.
Nghiên cứu các giao thức mạng MQTT và HTTP.
Xây dựng được trang web ở mức độ đơn giản với giao diện phù hợp để hiển thị dữ
liệu cho người dùng.
Nghiên cứu về module GPS cũng như cách xác định vị trí.
Nghiên cứu lý thuyết và vai trò của CAN và OBD-II đối với nghành công nghệ ô tô.
Lấy và truyền dữ liệu từ xe lên web server thông qua kết nối WiFi.
Kết nối các module để có thể truyền và nhận dữ liệu lên web server.
Lưu trữ dữ liệu vào thẻ nhớ micro SD.
III. Định hướng phát triển đề tài
Nhóm mong muốn xây dựng một hệ thống có khả năng lấy các dữ liệu cần thiết từ xe
thông qua giao thức OBD, lấy dữ liệu từ module GPS và các cảm biến gia tốc gửi về Server
để lưu trữ vào database. Ngồi ra thiết bị có thể lưu dữ liệu vào thẻ nhớ khi không thể 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 .................................................3
1.1. Lí do chọn đề tài........................................................................................................3
1.2. Xu hướng nghiên cứu trên thế giới ...........................................................................3
1.3. Các hướng nghiên cứu ở trong nước.........................................................................4
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT .......................................................................5
2.1. Tìm hiểu về mạng CAN (Control Area Network) ....................................................5
2.1.1. Sơ lược lịch sử mạng CAN ............................................................................5
2.1.2. Chuẩn giao thức CAN ......................................................................................6
2.1.2.1. Truyền tốc độ thấp .....................................................................................6
2.1.2.2. Truyền tốc độ cao ......................................................................................6
2.1.2.3. Các mức trạng thái trội và lặn....................................................................6
2.1.3. Cơ chế giao tiếp .............................................................................................8
2.1.4. Cấu trúc bức điện .............................................................................................9
2.1.4.1. Khung tiêu chuẩn .......................................................................................9
2.1.4.2. Khung mở rộng ........................................................................................10
2.2. Tìm hiểu về chuẩn OBD2 .......................................................................................11
2.2.1. Tổng quan về chuẩn OBD2 ............................................................................11
2.2.2. Tìm hiểu về giắc OBD2 .................................................................................11
2.2.3. Tìm hiểu về OBD2 PID..................................................................................13
2.2.4. Mối liên hệ giữa CAN và OBD2 ....................................................................15
2.3. Giới thiệu về GPS, GSM, GPRS.............................................................................18
2.3.1. Tìm hiểu về GPS ............................................................................................18
2.3.2. Tìm hiểu về GSM ...........................................................................................20
iv
2.3.3. Tìm hiểu về 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 giữa các 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 của MQTT .......................................................................................33
2.7.3. Ưu điểm của MQTT .......................................................................................34
2.7.4. Một số khái niệm cơ bản trong MQTT ..........................................................34
2.8. Internet of Thing (IoT) ............................................................................................36
2.8.1. Khái niệm IoT ................................................................................................36
2.8.2. Ứng dụng của IoT ..........................................................................................36
2.8.3. Các mơ hình IoT ứng dụng trên xe ơ tô .........................................................37
2.8.3.1. Ứng dụng Dash ........................................................................................38
2.8.3.2. Hệ thống ADAS trên các dịng xe cao cấp ..............................................38
2.8.3.3. Đỗ xe thơng minh IoT .............................................................................40
CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT, LỰA CHỌN PHẦN CỨNG VÀ CÁC NỀN TẢNG HỖ TRỢ
............................................................................................................................................43
3.1. Khảo sát các 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 về mơ hình hệ thống .....................................................................46
v
3.2.2. Sơ đồ khối hệ thống .......................................................................................47
3.3. Khảo sát và lựa chọn các 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 và chọn lựa các nền tảng Cloud Computing ............................................56
3.4.1. Tổng quan về Cloud Computing ....................................................................56
3.4.2. Nền tảng Amazon Web Service .....................................................................58
3.5. Khảo sát và lựa chọn cơng nghệ lập trình, hệ cơ sở dữ liệu ...................................60
3.5.1. Xây dựng MQTT broker với Aedes ...............................................................60
3.5.2. Cơ sở dữ 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 cơ bản với Express trong NodeJS ................................61
CHƯƠNG 4. THI CƠNG MƠ HÌNH VÀ KẾT QUẢ KIỂM TRA GIAO TIẾP VỚI ECU
CỦA XE TOYOTA YARIS 2009 .....................................................................................63
4.1. Các thiết bị trong mơ hình ......................................................................................63
4.2. Mơ hình thiết bị thực tế ...........................................................................................66
4.2.1. Tổng quan về 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 bằng phần mềm CATIA V5 R26 và CorelDRAW X7 ........69
4.3. Các lưu đồ thuật toán của Gateway ........................................................................70
4.3.1. Tác vụ cài đặt .................................................................................................70
4.3.2. Vòng lặp chính ...............................................................................................71
4.3.3. Tác vụ cài đặt mềm ........................................................................................72
4.4. Các lưu đồ thuật toán của Server và Client .............................................................72
4.4.1. Nhận và lọc các gói tin MQTT ......................................................................72
4.4.2. Web Server xử lý các tác vụ từ Web client ....................................................73
vi
4.4.3. Client gửi yêu cầu và xử lý dữ liệu trả về từ Server ......................................74
4.5. Kết quả kiểm tra giao tiếp giữa hộp Gateway với ECU Toyota Yaris 2009 ..........74
CHƯƠNG 5. QUY TRÌNH VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .........................................76
5.1. Thiết lập quy trình kiểm thử hoạt động hệ thống....................................................76
5.2. Kết quả chạy thực nghiệm trên xe Vios 2009 .........................................................79
5.2.1. Dữ liệu thu được trên giao diện máy tính ......................................................79
5.2.2. Phân tích kết quả thực nghiệm .......................................................................81
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ...........................86
6.1. Kết luận ...................................................................................................................86
6.2. Hướng phát triển của 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 hiện
UART:
Universal Asynchronous Receiver / Transmitter
VĐK:
vi điều khiển
viii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1.
Điện áp hoạt động trên hai dây CAN_H và CAN_L CAN tốc độ cao ................7
Hình 2.2.
Điện áp hoạt động trên hai dây CAN_H và CAN_L CAN tốc độ thấp ..............7
Hình 2.3.
Khung dữ liệu của khung tiêu chuẩn ..................................................................................9
Hình 2.4.
Khung mở rộng ......................................................................................................................... 10
Hình 2.5.
Phân loại giắc OBD2 .............................................................................................................. 12
Hình 2.6.
Thứ tự chân của giắc OBD2 ................................................................................................ 12
Hình 2.7.
Minh họa mối liên hệ giữa CAN và OBD2 .................................................................. 15
Hình 2.8.
Các chân có trên giắc cắm OBD2 trên xe...................................................................... 15
Hình 2.9.
Khung chứa tin nhắn nhận được qua OBD2 ................................................................ 17
Hình 2.10. Phân tích ý nghĩa dữ liệu ...................................................................................................... 17
Hình 2.11. GPS................................................................................................................................................. 18
Hình 2.12. Logo của 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 của 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 trên điện thoại thơng minh ............................................. 38
Hình 2.24. Một số thiết bị hỗ trợ ADAS của hãng Advantech ................................................... 40
Hình 2.25. Bố trí cảm biến và camera, bộ xử lý thu nhận thơng tin ......................................... 41
Hình 2.26. Bãi đỗ xe thông minh đầu tiên tại Đà Nẵng ................................................................. 42
Hình 3.1.
Thiết bị khám xe thơng minh Micas ................................................................................ 43
Hình 3.2.
Giao diện của App Micas trên điện thoại thơng minh ............................................. 44
Hình 3.3.
Mơ hình hệ thống FMS.......................................................................................................... 45
ix
Hình 3.4.
Sơ đồ tổng quát hệ thống ...................................................................................................... 47
Hình 3.5.
Sơ đồ khối của Tracking module ...................................................................................... 47
Hình 3.6.
Giao diện Web UI .................................................................................................................... 48
Hình 3.7.
Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 NodeMCU LuaNode32 ................................... 49
Hình 3.8.
Module GPS U-Blox NEO-M8N-0-10 ........................................................................... 50
Hình 3.9.
Mạch giảm áp LM2596S ...................................................................................................... 50
Hình 3.10. Mạch chuyển đổi giao tiếp CAN MCP2515 ................................................................ 51
Hình 3.11. Cảm biến gia tốc MPU6050 ................................................................................................ 52
Hình 3.12. Xung đột địa chỉ trong giao tiếp I2C ............................................................................... 53
Hình 3.13. Module mở rộng giao tiếp I2C TCA9548A ................................................................. 53
Hình 3.14. Sơ đồ ứng dụng đơn giản hóa của TCA9548A ........................................................... 54
Hình 3.15. Các thành phần trong byte địa chỉ của TCA9548A .................................................. 55
Hình 3.16. Mơ hình Cloud Computing .................................................................................................. 56
Hình 3.17. Top 5 nền tảng Cloud Computing phổ biến nhất hiện nay .................................... 58
Hình 3.18. Các dịch vụ của AWS ............................................................................................................ 60
Hình 3.19. Tạo một MQTT broker đơn giản ....................................................................................... 60
Hình 3.20. Tạo một Web Server hoạt động ở mạng local trên máy tính cá nhân ............... 62
Hình 4.1.
ECU Toyota Yaris ................................................................................................................... 63
Hình 4.2.
Sơ đồ chân ECU Toyota Yaris 2009 ............................................................................... 63
Hình 4.3.
Đầu Jack OBD2 ........................................................................................................................ 64
Hình 4.4.
Cáp kết nối OBD2.................................................................................................................... 64
Hình 4.5.
Cảm biến MPU6050 ............................................................................................................... 65
Hình 4.6.
Mơ hình thiết bị hộp Gateway ............................................................................................ 66
Hình 4.7.
Mặt trước thiết bị ...................................................................................................................... 66
Hình 4.8.
Mặt sau thiết bị .......................................................................................................................... 66
Hình 4.9.
Cấu tạo bên trong mạch Gateway ..................................................................................... 67
Hình 4.10. Sensor ............................................................................................................................................ 67
Hình 4.11. Sơ đồ khối các module trên thiết bị.................................................................................. 67
Hình 4.12. Sơ đồ hệ thống ........................................................................................................................... 68
Hình 4.13. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị ................................................................................................ 69
Hình 4.14. Thiết kế vỏ hộp bằng phần mềm CATIA V5 R26 ..................................................... 69
x
Hình 4.15. Thiết kế nhãn dán bằng phần mềm CorelDRAW X7............................................... 69
Hình 4.16. Tác vụ cài đặt .................................................................................................70
Hình 4.17. Vịng lặp chính ...............................................................................................71
Hình 4.18. Tác vụ cài đặt mềm ........................................................................................72
Hình 4.19. Nhận và lọc các gói tin MQTT ......................................................................72
Hình 4.20. Web Server xử lý các tác vụ từ Web client ....................................................73
Hình 4.21. Client gửi yêu cầu và xử lý dữ liệu trả về từ Server ................................................. 74
Hình 4.22. Dữ liệu được gửi về Server và lưu vào cơ sở dữ liệu ............................................... 75
Hình 4.23. Các gói tin CAN thu được.................................................................................................... 75
Hình 4.24. Kết quả thu được sau khi phân tích các gói tin CAN ............................................... 75
Hình 5.1.
Các thiết bị của hệ thống....................................................................................................... 76
Hình 5.2.
Hộp thiết bị và 2 cảm biến gia tốc đặt ở phía trước xe ............................................ 77
Hình 5.3.
Hai cảm biến gia tốc được đặt ở phía sau xe................................................................ 77
Hình 5.4.
Kích hoạt server trên EC2 .................................................................................................... 78
Hình 5.5.
Cấu hình Server trên AWS EC2 ........................................................................................ 78
Hình 5.6.
Tài xế lái xe và người quản lý ngồi tại xưởng điện – điện tử ơ tơ ...................... 79
Hình 5.7.
Tab Dashboard trên màn hình máy tính ......................................................................... 79
Hình 5.8.
Tab Charts trên màn hình máy tính .................................................................................. 80
Hình 5.9.
File dữ liệu được lưu trong SD card ................................................................................ 80
Hình 5.10. Bài kiểm tra tăng tốc, phanh đột ngột ............................................................................. 81
Hình 5.11. Dữ liệu thu được từ thử nghiệm tăng tốc, phanh đột ngột ..................................... 81
Hình 5.12. Bài kiểm tra lên và xuống dốc ............................................................................................ 82
Hình 5.13. Dữ liệu thu được từ thử nghiệm xe lên và xuống dốc .............................................. 82
Hình 5.14. Bài thử nghiệm quay vịng trái, phải ............................................................................... 83
Hình 5.15. Dữ liệu thu được từ thử nghiệm quay vịng trái, phải .............................................. 83
Hình 5.16. Bài thử nghiệm xe đi đoạn đường ngẫu nhiên............................................................. 84
Hình 5.17. Dữ liệu thu được từ thử nghiệm xe đi đoạn đường ngẫu nhiên ........................... 84
xi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1.
Giá trị điện áp trên hai dây CAN_H và CAN_L ...........................................................8
Bảng 2.2.
Bảng mô tả các chân của giắc OBD2 .............................................................................. 12
Bảng 2.3.
Mô tả chế độ của OBD2-PIDs ............................................................................................ 14
Bảng 2.4.
Dữ liệu trả về khi gửi mã PIDs .......................................................................................... 14
Bảng 2.5.
Bảng giá trị PIDs của chế độ 01 ........................................................................................ 15
Bảng 2.6.
So sánh giữa các module GPS/GPRS/GSM ................................................................. 27
Bảng 2.7.
So sánh một số loại cảm biến gia tốc .............................................................................. 28
Bảng 2.8.
Chức năng các chân cảm biến MPU6050 ...................................................................... 30
Bảng 3.1.
So sánh giữa module ESP8266 và ESP32 ..................................................................... 49
Bảng 3.2.
Chức năng các chân trên TCA9548A ............................................................................. 54
Bảng 3.3.
Các địa chỉ khác nhau của TCA 9548A ......................................................................... 55
Bảng 4.1.
Các thiết bị sử dụng trong mơ hình Board Gateway................................................. 64
xii
MỞ ĐẦU
Trong bối cảnh thời đại của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 hiện nay, mặc dù khởi
đầu chậm hơn khoảng 30 năm so với các nước trong khu vực, nhưng ngành công nghiệp ô
tô của Việt Nam đã và đang có những bước phát triển vượt bậc và đã gặt hái được những
thành tựu đáng tự hào. Theo đó, tổng năng lực sản xuất, lắp ráp ô tô ở Việt Nam đến nay
đạt khoảng 600.000 xe/năm, gồm hầu hết các chủng loại xe con, xe tải và xe khách; một
số chủng loại xe như xe tải trọng tải đến 7 tấn có tỷ lệ nội địa hóa 55%; xe khách từ 24 chỗ
ngồi trở lên tỷ lệ nội địa hóa đạt từ 45-55% cơ bản đáp ứng mục tiêu đề ra vào năm 2020.
Một số loại sản phẩm đã xuất khẩu sang thị trường Lào, Campuchia, Myanmar, Trung
Mỹ,...
Với cơ sở hạ tầng về công nghệ thông tin tương đối phát triển đã tạo điều kiện cho các
doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ơ tơ có khả năng tiếp cận nhanh chóng với các thành quả
cơng nghiệp 4.0, có thể coi là chìa khóa, cơ hội để tạo bước phát triển mang tính đột phá
cho ngành cơng nghiệp ơtơ Việt Nam. Hãy cùng tưởng tượng ngày này của vài năm nữa
những chiếc xe ơtơ có thể “trị chuyện” với nhau, giao tiếp với nhau, kết nối với các hệ
thống công cộng khác và trở thành những “người bạn” thân thiết với con người. Hiện nay
tất cả các nhà nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và sản xuất ô tô đang tập trung phát triển cơng
nghệ theo ba xu hướng chính và sẽ gắn kết với nhau để tạo thành một khối cùng phát triển
trong tương lai khơng xa. Đó là: công nghệ thiết kế, chế tạo và sản xuất phần cứng hợp với
thời đại; công nghệ phần mềm điều khiển thơng minh và sử dụng trí tuệ nhân tạo; cơng
nghệ kết nối và giao tiếp.
Công nghệ kết nối và giao tiếp là một hệ thống được kết hợp từ nhiều cơng nghệ cao
như GPS, máy tính và viễn thơng. Đây là cơng nghệ được áp dụng trên các dịng xe ô tô
hiện nay, trong đó, dữ liệu từ các thiết bị hỗ trợ định vị GPS được cài đặt trên xe sẽ kết hợp
với mạng khơng dây, sau đó sẽ gửi các dữ liệu thông tin thu thập được đến máy tính trung
tâm có quyền kiểm sốt và theo dõi hành trình của xe. Cơng nghệ này giúp cho người lái
xe có thể nắm bắt kịp thời tình trạng của xe và cảnh báo nguy hiểm, theo dõi vị trí hiện tại
của xe, nắm bắt tình trạng giao thơng và hạn chế vi phạm luật giao thông, cho biết lượng
nhiên liệu tiêu thụ, gọi cứu hộ hay tìm trạm dịch vụ ở gần vị trí hiện tại,… Ngày nay, những
tính năng này đang dần trở thành một trong những tính năng quan trọng không thể thiếu
trên xe ô tô hiện đại.
1
Xuất phát từ những phân tích, lập luận trên cùng với đó là những gợi ý từ GVHD
Nguyễn Trung Hiếu, nhóm chúng em đã quyết định thực hiện đề tài: “Nghiên cứu, chế
tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô” làm đề tài cho Đồ án tốt nghiệp của
chúng em.
Em xin chân thành cảm ơn thầy GVHD Nguyễn Trung Hiếu đã tận tình hỗ trợ nhóm
chúng em trong suốt q trình thực hiện đồ án. Ngoài những kiến thức được thầy bổ trợ
thêm trong quá trình làm việc, nhóm chúng em cịn được học tập tác phong làm việc của
một kĩ sư chuyên nghiệp. Qua đây, chúng em xin chân thành cảm ơn và chúc thầy luôn
mạnh khỏe, luôn sáng suốt trong công việc cũng như cuộc sống, tiếp tục đào tạo thêm nhiều
thế hệ kĩ sư ô tô phục vụ cho nền công nghiệp ô tô nói chung và nền công nghiệp ô tô Việt
Nam nói riêng.
2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.1. Lí do chọn đề tài
Nền công nghiệp 4.0 đã và đang phát triển mạnh mẽ trên thế giới, làm thay đổi căn bản
nền sản xuất của thế giới, tác động đến các quốc gia trên nhiều phương diện, một cuộc cách
mạng sản xuất gắn liền với những đột phá về công nghệ, liên quan đến kết nối internet,
điện toán đám mây, in 3D, công nghệ cảm biến, thực tế ảo,... và ngành công nghiệp ô tô là
một trong những ngành được hưởng lợi khơng ít từ cuộc cách mạng cơng nghiệp này. Giờ
đây ơ tơ đã khơng cịn là một thiết bị cơ khí giúp vận chuyển con người và hàng hóa một
cách dễ dàng. Ngồi những nhu cầu cơ bản của một chiếc ơ tơ thì hiện nay điều người dùng
quan tâm hơn hết là sự an toàn, sự tiện dụng về nhu cầu di chuyển và giải trí, kết nối với
các nền tảng công nghệ để giúp chiếc ô tô trở nên hiện đại và sang trọng hơn. Việc ứng
dụng thành công công nghệ IOT lên các phương tiện ô tô sẽ tạo ra rất nhiều lợi ích nhờ vào
nguồn thông tin vô cùng lớn được chia sẻ từ xe. Từ đó, những nhà nghiên cứu ứng dụng
có thể phát triển thêm nhiều sáng chế, ứng dụng để giải quyết các bài toán về kinh tế - xã
hội như kiểm sốt mật độ giao thơng, quản lý hành trình xe, đưa ra các cảnh báo, phát triển
các mơ hình kinh doanh dựa trên sự chia sẻ thông tin từ các phương tiện này.
Với mục đích tạo ra một hệ thống, nền tảng cơ bản cho phép thu thập, giám sát và lưu
trữ dữ liệu dựa trên các nền tảng công nghệ Cloud computing. Bên cạnh tạo ra một hướng
phát triển cho các công việc nghiên cứu ứng dụng sâu rộng cần đến chức năng thu thập và
lưu trữ dữ liệu. Qua sự mày mị tìm hiểu cũng như được sự hướng dẫn của GVHD Nguyễn
Trung Hiếu, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống giám
sát và thu thập dữ liệu trên ô tô” làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp.
1.2. Xu hướng nghiên cứu trên thế giới
Sự phát triển mạnh mẽ của các công nghệ mới như IoT, AI, Big Data, Cloud,… khơng
chỉ giúp định hình lại ngành cơng nghiệp xe hơi, mà cịn khiến những sản phẩm “trong
mơ” có thể đến gần hơn với hiện thực. những chiếc xe tự lái, xe điện thơng minh trở nên
gần hơn khi đã có thể chiêm ngưỡng “concept” ở các triển lãm. Đóng góp quan trọng nhất
của AI là làm cho các mẫu xe ô tô trở nên an toàn hơn thông qua khả năng giao tiếp với
nhau (Vehicle-to-vehicle) giúp làm giảm tai nạn và cả khả năng giao tiếp với con người.
Sự phát triển nhanh chóng của cơng nghệ đã và đang đe họa đến ngành sản xuất ô tô truyền
thống, xe hơi khơng cịn là “lãnh địa bất khả xâm phạm” của Ford, GM, Honda, Daimler,
3
Toyota, Jaguar Land Rover hay Volkswagen nữa. Hàng loạt các cơng ty, tập đồn lớn về
cơng nghệ như: Tesla, Google, Apple, Qualcomm,… đã và đang dần “lấn sân” sang lĩnh
vực nghiên cứu và phát triển ô tô áp dụng công nghệ cao, tạo ra một cuộc chiến mới trong
lĩnh vực ô tô toàn cầu.
Trước sự “tấn công” ồ ạt của các công ty công nghệ, các nhà sản xuất ô tơ đang bắt
đầu thay đổi, và năm 2017 làn sóng cách tân chưa bao giờ mạnh mẽ đến thế. Sự chuyển
dịch lớn trong các nhà sản xuất đã đưa những chiếc xe thông minh đến gần hơn với hiện
thực dù các mẫu xe này vẫn chưa thể xuất hiện ở showroom ô tô. Không chỉ bắt tay với các
nhà sản xuất công nghệ, các thương hiệu ô tô đã bắt đầu chi nhiều tiền hơn cho nghiên cứu
phát triển (R&D) để đưa các mẫu xe thông minh đến gần hơn với người tiêu dùng. AI trên
xe hơi đang tiến được những bước rất xa và tạo ra những chiếc xe không chỉ là phương tiện
đi lại đơn thuần.
1.3. Các hướng nghiên cứu ở trong nước
Hiện tại, ở Việt Nam đang có rất nhiều cơng ty như FPT, Robert Bosch, Renesas,
Global Cyber Soft,… đang triển khai các dự án liên quan đến việc kết nối và giám sát các
phương tiện giao thơng. Việc kết nối này có thể giúp cho chúng ta nhận biết được các mối
nguy hiểm cũng như cách tránh né được chúng; giúp kiểm soát được vi phạm luật an tồn
giao thơng của các phương tiện; hỗ trợ xây dựng các hệ thống an toàn trên xe, các hệ thống
trợ giúp con người trong việc di chuyển trên đường.
Tháng 10/2017, FPT đã chính thức thử nghiệm cơng nghệ xe tự hành trên ô tô 4 chỗ
chạy trong khuôn viên văn phịng của cơng ty tại TP.HCM. Xe có thể chạy ổn định trong
khuôn viên làm việc của FPT với tốc độ 25km/h. Trong quá trình di chuyển, xe tự căn làn,
chủ động rẽ trái/phải theo vạch đường cũng như xác định đối tượng trên đường và băng
qua đường để tự động phanh và vòng tránh vật cản. Với những tính năng trên, năng lực
cơng nghệ xe tự lái của FPT đang hướng tới cấp độ 2 trên 5 cấp độ của SAE (Hiệp hội kỹ
sư ô tô Hoa Kỳ). Hiện trong mảng công nghệ ô tô, FPT đã và đang triển khai khoảng 150
dự án liên quan đến công nghệ này cho 20 khách hàng tại Nhật Bản, Hàn Quốc, châu Âu
và Mỹ. FPT đẩy mạnh đầu tư nghiên cứu phát triển các giải pháp công nghệ ô tô để hợp
tác với các hãng hàng đầu thế giới liên quan tới ô tô, bao gồm cả hãng sản xuất (OEM) và
hãng cung cấp linh kiện tier-1 [1].
4
