Nghiên cứu, chế tạo máy chẩn đoán cầm tay cho một số dòng xe

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CNKT Ô TÔ

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÁY CHẨN ĐOÁN CẦM TAY
CHO MỘT SỐ DÒNG XE

GVHD: THS. LÊ QUANG VŨ
SVTH: NGUYỄN TUẤN KIỆT
PHAN VĂN NHỰT

SKL009416

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 8/2022


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÁY CHẨN ĐOÁN
CẦM TAY CHO MỘT SỐ DỊNG XE
SVTH:
1. NGUYỄN TUẤN KIỆT
MSSV: 18145164
2. PHAN VĂN NHỰT
MSSV: 18145197

Khóa: 2018
Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
GVHD: ThS. LÊ QUANG VŨ

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2022


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÁY CHẨN ĐOÁN
CẦM TAY CHO MỘT SỐ DỊNG XE
SVTH:
1. NGUYỄN TUẤN KIỆT
MSSV: 18145164
2. PHAN VĂN NHỰT
MSSV: 18145197
Khóa: 2018
Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
GVHD: ThS. LÊ QUANG VŨ

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2022


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
Tp. Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 2022

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:
Nguyễn Tuấn Kiệt
MSSV: 18145164
Lớp: 18145CL5B
Phan Văn Nhựt
MSSV: 18145197
Lớp: 18145CL5B
Ngành: Công Nghệ Kỹ thuật Ơ tơ
Giảng viên hướng dẫn: ThS. LÊ QUANG VŨ ĐT: 0973777077
Ngày nhận đề tài: 22/02/2022
Ngày nộp đề tài: 09/08/2022
1. Tên đề tài: Nghiên cứu, chế tạo máy chẩn đoán cầm tay cho một số dòng xe.
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: Tài liệu về mạng giao tiếp, mơ hình hệ thống mạng
CAN
3. Nội dung thực hiện đề tài:
• Tìm hiểu các loại máy chẩn đốn phổ biến trên thị trường
• Tìm hiểu về cấu trúc dữ liệu và truyền nhận qua mạng CAN
• Thiết kế thi cơng máy chẩn đốn cầm tay
• Lập trình giao diện phân tích dữ liệu và mã lỗi cho máy chẩn đốn
• Thực nghiệm chẩn đoán và đọc dữ liệu cho một số xe hiện hành
4. Sản phẩm:
• Một quyển thuyết minh đề tài
• Máy chẩn đốn
TRƯỞNG NGÀNH

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

i

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Tuấn Kiệt
MSSV: 18145164
Phan Văn Nhựt
MSSV: 18145197
Nghành: Cơng Nghệ Kỹ thuật Ơ tơ
Tên đề tài: Nghiên cứu, chế tạo máy chẩn đoán cầm tay cho một số dòng xe
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: ThS. LÊ QUANG VŨ
NHẬT XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: ...............................................................
......................................................................................................................................
2. Ưu điểm: ...................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
3. Khuyết điểm: .............................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
......................................................................................................................................
5. Đánh giá loại: ............................................................................................................
6. Điểm: .................................... (Bằng chữ: ............................................................... )
Tp. Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 2022
Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

ii

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Tuấn Kiệt
MSSV: 18145164
Phan Văn Nhựt
MSSV: 18145197
Nghành: Cơng Nghệ Kỹ thuật Ơ tơ
Tên đề tài: Nghiên cứu, chế tạo máy chẩn đoán cầm tay cho một số dòng xe
Họ và tên Giáo viên phản biện: ThS. Nguyễn Thành Tuyên
NHẬT XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: ...............................................................
......................................................................................................................................
2. Ưu điểm: ...................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
3. Khuyết điểm: .............................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
......................................................................................................................................
5. Đánh giá loại: ............................................................................................................
6. Điểm: .................................... (Bằng chữ: ............................................................... )
Tp. Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 2022
Giáo viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)

iii


LỜI CẢM ƠN
Được sự phân công của Khoa Đào tạo chất lượng cao - Trường Đại học Sư phạm Kỹ
thuật TP.HCM, cùng với sự đồng ý của giảng viên hướng dẫn ThS. Lê Quang Vũ và
giảng viên trưởng ngành ô tơ ThS. Vũ Đình Huấn. Nhóm thực hiện xin chân thành cảm
ơn tất cả Q Thầy Cơ khoa Cơ khí Động lực trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ
Chí Minh đã tận tình giảng dạy và truyền đạt kiến thức cũng như những kinh nghiệm
quý báu trong suốt thời gian học tập.
Nhóm đặc biệt gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS. Lê Quang Vũ, khoa Cơ khí Động
lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh – người đã tận tình hướng dẫn
và truyền đạt kiến thức, giúp nhóm hồn thành đồ án một cách tốt nhất.
Nhóm thực hiện cũng xin chân thành cảm ơn tập thể thầy cô trường Đại học Sư phạm
Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh nói chung, các thầy cơ trong khoa Cơ Khí Động Lực nói riêng
đã truyền đạt các kiến thức đại cương cũng như chuyên ngành, giúp nhóm có được cơ
sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt quá trình học tập.
Xin chúc Quý thầy cô luôn dồi dào sức khoẻ để tiếp tục cống hiến cho sự nghiệp
giáo dục của nước nhà nói chung và trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
nói riêng!

Tp. Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 2022
Nhóm sinh viên thực hiện

Nguyễn Tuấn Kiệt – Phan Văn Nhựt

iv


TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Với sự phát triển của nước ta hiện nay việc sở hữu ô tô riêng là một nhu cầu thiết
yếu đối với mỗi gia đình trong thời kỳ hội nhập. Chính vì lẽ đó lượng tiêu thụ các loại
xe ơ tơ từ các hãng trong và ngồi nước đã ngày một tăng cao. Báo cáo của Hiệp hội các
nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA), thị trường ơ tơ Việt Nam đã đón nhận con số bán
xe kỷ lục từ trước đến nay, đạt 47.865 xe, tăng 31.6% so với tháng trước đó và tăng 45%
so với tháng 12/2019.
Trên thực tế rất nhiều xe đời mới đã được bán ra thị trường đồng nghĩa với việc
người dùng hồn tồn có thể tự theo dõi, chẩn đốn tình trạng và những hư hỏng cơ bản
của phương tiện bằng các thiết bị bán chuyên nhưng vẫn vô cùng hữu ích. Thơng qua
mạng CAN (Control Area Network) có mặt trên các phương tiện ơ tơ đời mới thì việc
này trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết.
Đề tài nghiên cứu được thực hiện từ tháng 2/2022 đến tháng 9/2022. Nội dung về cơ
sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu của đề tài chủ yếu là lý thuyết về mạng CAN,
hệ thống chẩn đốn lỗi trên ơ tơ (OBD) và ngơn ngữ lập trình Arduino.
Nội dung đồ án đã trình bày một cách đầy đủ về việc xây dựng phần mềm chẩn đốn
với các tính năng hiển thị thơng số hiện hành, đọc và xóa các lỗi được hệ thống báo về.

v


MỤC LỤC
TRANG PHỤ BÌA
TRANG
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .......................................................................... i
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .......................................... ii
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ............................................ iii
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iv
TÓM TẮT ĐỒ ÁN .................................................................................................... v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................... x
DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... xi

DANH MỤC HÌNH ẢNH........................................................................................ xii
Chương 1.................................................................................................................... 1
TỔNG QUAN ĐỀ TÀI .............................................................................................. 1
1.1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................. 1
1.2. Mục tiêu của đề tài .......................................................................................... 1
1.3. Phương pháp nghiên cứu................................................................................ 2
1.4. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 2
1.5. Bố cục của đề tài ............................................................................................. 2
Chương 2.................................................................................................................... 3
CƠ SỞ LÍ THUYẾT .................................................................................................. 3
2.1. Nguyên nhân và lịch sử phát triển ................................................................. 3
2.1.1. Định nghĩa CAN Bus ................................................................................ 3
2.1.2. Nguyên nhân ra đời của CAN Bus .......................................................... 3
2.1.3. Lịch sử về mạng CAN .............................................................................. 4
2.2. Thuộc tính, ưu điểm và ứng dụng của CAN Bus ........................................... 5
2.2.1. Thuộc tính và ưu điểm của CAN Bus...................................................... 5
2.2.2. Phạm vi ứng dụng của CAN Bus ............................................................. 6
2.3. Cấu trúc của CAN Bus ................................................................................... 7
vi


2.3.1. Cấu trúc phân lớp của giao thức CAN .................................................... 7
2.3.2. Các thành phần cơ bản của mạng CAN .................................................. 8
2.3.3. Trạng thái tín hiệu và các chuẩn truyền trên mạng CAN ...................... 9
2.4. Các loại khung truyền của giao thức CAN .................................................. 11
2.4.1. Khung dữ liệu (Data Frame) ................................................................. 11
2.4.2. Khung yêu cầu (Remote Frame)............................................................ 15
2.4.3. Khung báo lỗi (Error Frame) ................................................................ 16
2.4.4. Khung báo quá tải (Overload frame) .................................................... 17
2.5. Khoảng liên khung ........................................................................................ 18

2.5.1. Vai trò và cấu trúc ................................................................................. 18
2.5.2. Cấu tạo các vùng .................................................................................... 19
2.6. Quy luật nhồi bit (Bit Stuffing) .................................................................... 20
2.7. Ưu điểm của mạng CAN............................................................................... 20
2.8. Cách nhận biết mạng CAN trên ô tô............................................................ 21
2.9. Cách kiểm tra hệ thống CAN ....................................................................... 22
Chương 3.................................................................................................................. 23
TÌM HIỂU VỀ OBD - CÁC LOẠI MÁY CHẨN ĐOÁN ...................................... 23
3.1. OBD (On – Board Diagnostics) – Hệ thống chẩn đoán lỗi trên xe.............. 23
3.1.1. Khái niệm OBD ...................................................................................... 23
3.1.2. Mục đích ra đời ...................................................................................... 23
3.1.3. Nguyên lý hoạt động và cấu tạo chung .................................................. 23
3.2. Các giao diện chuẩn trên ô tô ....................................................................... 25
3.2.1. OBD-I ..................................................................................................... 25
3.2.2. OBD-II .................................................................................................... 26
3.2.3. Ý nghĩa của các mã lỗi trên OBD-II ...................................................... 28
3.3. Các giao thức tín hiệu của OBD-II............................................................... 29

vii


3.3.1 SAE J1850 PWM (Điều biến độ rộng xung – 41,6 kbit/s, tiêu chuẩn của
hãng ô tô Ford)................................................................................................. 29
3.3.2. SAE J1850 VPW (Độ rộng xung biến thiên - 10,4 kbit/s, tiêu chuẩn của
hãng General Motors)...................................................................................... 30
3.3.3. ISO 9141-2 .............................................................................................. 30
3.3.4. ISO 14230 KWP2000 (Keyword Protocol 2000) ................................... 30
3.3.5. ISO 15765 CAN (250 kbit/s hoặc 500 kbit/s). ........................................ 31
3.4. Dữ liệu chẩn đoán của OBD-II ..................................................................... 31
3.5. Phương thức hoạt động ................................................................................ 32

3.6. Các chức năng của máy chẩn đoán .............................................................. 33
3.6.1. Đọc mã lỗi ............................................................................................... 33
3.6.2. Xóa mã lỗi ............................................................................................... 33
3.6.3. Dữ liệu động ........................................................................................... 34
3.6.4. Trạng thái của trình giám sát ................................................................ 34
3.6.5. Thông tin xe, hộp điều khiển ................................................................. 35
3.7. Một số máy chẩn đoán phổ biến trên thị trường ......................................... 35
3.7.1. Máy đọc lỗi ô tô đa năng Autel MS 908S Pro ....................................... 35
3.7.2. Máy đọc lỗi ô tô chuyên sâu G-SCAN 2 ................................................ 37
3.7.3. Máy đọc lỗi ô tô tiếng việt Cartek 1....................................................... 38
Chương 4.................................................................................................................. 40
THIẾT KẾ VÀ THỰC NGHIỆM MÁY CHẨN ĐỐN ........................................ 40
4.1. Thơng tin phần cứng..................................................................................... 40
4.1.1. Arduino mega 2560 ................................................................................ 40
4.1.2. Module CAN Bus MCP2515 .................................................................. 41
4.1.3. Màn hình LCD ....................................................................................... 43
4.1.4. Module hạ áp LM 2596 .......................................................................... 43
4.1.5. Dây cáp DB9 – OBD-II .......................................................................... 44
viii


4.2. Phần mềm...................................................................................................... 45
4.2.1. Phần mềm lập trình Arduino IDE......................................................... 45
4.2.2. Cài đặt thư viện trên Arduino IDE ....................................................... 46
4.2.3. Xây dựng thuật tốn gửi và nhận tín hiệu CAN ................................... 46
4.2.4. Kết nối các thuật toán ............................................................................ 52
4.3. Xây dựng giao diện hiển thị trên LCD ......................................................... 52
4.4. Xây dựng mơ hình thiết bị chẩn đốn cơ bản .............................................. 54
4.5. Thực nghiệm trên xe Toyota Vios ................................................................ 56
4.5.1. Thu thập dữ liệu trên xe Vios qua Arduino IDE................................... 59

4.4.2. Thu thập dữ liệu hiển thị trên HMI ...................................................... 59
Chương 5.................................................................................................................. 62
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................. 62
5.1. Kết Luận........................................................................................................ 62
5.2. Hướng phát triển .......................................................................................... 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 63
PHỤ LỤC: CODE ARDUINO ................................................................................ 64

ix


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
OBD: On Board Diagnostic
DLC: Diagnostic Link Connector
DTC: Diagnostic Trouble Code
PID : Proportional Intergral Derivative
RPM: Revolution Per Minute
ECU: Electronic Control Unit
ECM: Electronic Control Module
SAE: Society of Automotive Engineers
CAN: Controller Area Network
LIN: Local Interconnected Network
BCM: Body Control Module
ID: Identification
SOF: Start Of Frame
RTR: Remote Transmission Request
SRR: Substitute Remote Request
CRC: Cyclic Redundancy Check Field
ACK: Acknowlegde Field
DLC: Data Length Code

IDE: Identifiler Extention
EOF: End of Frame
SPI: Serial Peripheral Bus

x


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1. Liên hệ giữa tốc độ truyền dữ liệu và chiều dài mạng ................................. 6
Bảng 4. 1. Các thông số cơ bản của Arduino Mega 2560 ........................................... 41
Bảng 4. 2. Các thông số cơ bản của Module MCP2515 ............................................. 42
Bảng 4. 3. Các thông số cơ bản của Module hạ áp LM 2596...................................... 44
Bảng 4. 4. Các chế độ chẩn đoán của OBD-II ............................................................ 48

xi


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1. Biểu đồ bán hàng theo tháng thị trường ơ tơ Việt Nam. ................................ 1
Hình 2. 1. Minh họa kết nối các ECU trên ô tơ khi chưa sử dụng CAN Bus.................. 3
Hình 2. 2. Minh họa kết nối các ECU trên ô tô sử dụng CAN Bus ................................ 4
Hình 2. 3. Mạng lưới đường truyền tín hiệu trên ơ tơ .................................................... 7
Hình 2. 4. Cấu trúc phân lớp của mạng CAN theo mơ hình OSI ................................... 8
Hình 2. 5. Cấu trúc phân lớp của mạng CAN theo mơ hình OSI ................................... 8
Hình 2. 6. Các thành phần cơ bản của mạng CAN ........................................................ 9
Hình 2. 7. Minh họa mạng CAN tốc độ cao ISO 11898-2 ............................................. 9
Hình 2. 8. Tín hiệu CAN tốc độ cao ISO 11898-2 ...................................................... 10
Hình 2. 9. Minh họa mạng CAN tốc độ thấp ISO 11898-3 .......................................... 10
Hình 2. 10. Tín hiệu CAN tốc độ thấp ISO 11898-3 ................................................... 11
Hình 2. 11. Định dạng khung tiêu chuẩn ..................................................................... 12

Hình 2. 12. Định dạng của khung mở rộng ................................................................. 12
Hình 2. 13. Các phân lớp bit của vùng phân xử .......................................................... 13
Hình 2. 14. Giá trị của các bit DLC ............................................................................ 14
Hình 2. 15. Độ dài tối thiểu và tối đa của vùng dữ liệu ............................................... 14
Hình 2. 16. Các phần của vùng CRC .......................................................................... 15
Hình 2. 17. Các phần của vùng ACK .......................................................................... 15
Hình 2. 18. Vùng kết thúc........................................................................................... 16
Hình 2. 19. Khung yêu cầu dạng chuẩn ...................................................................... 16
Hình 2. 20. Các phần của khung báo lỗi...................................................................... 17
Hình 2. 21. Cờ lỗi chủ động và bị động ...................................................................... 17
Hình 2. 22. Các phần của khung quá tải ...................................................................... 18
Hình 2. 23. Cấu trúc 1 của khoảng liên khung ............................................................ 19
Hình 2. 24. Cấu trúc 2 của khoảng liên khung ............................................................ 20
Hình 2. 25. Phương pháp nhồi bit ............................................................................... 21
Hình 2. 26. Dây mạng CAN trên ơ tơ.......................................................................... 22
Hình 3. 1. Các bộ phận của một hệ thống OBD .......................................................... 25
Hình 3. 2. Hộp ECU (Electronic Control Unit) ........................................................... 25
Hình 3. 3. Đèn cảnh báo hư hỏng................................................................................ 26
Hình 3. 4. Các vị trí cắm giắc chẩn đốn OBD ........................................................... 26
Hình 3. 5. Hình dạng các giắc OBD-I của các hãng xe ............................................... 27
xii


Hình 3. 6. Các chân trên giắc OBD-I của hãng Toyota ............................................... 27
Hình 3. 7. Các chân ra giắc OBD-II theo chuẩn SAE J1962........................................ 28
Hình 3. 8. Ý nghĩa các kí tự trong mã lỗi chuẩn .......................................................... 29
Hình 3. 9. Các chân ra của giắc OBD-II theo chuẩn J1850 PWM ............................... 30
Hình 3. 10. Các chân ra của giắc OBD-II theo chuẩn J1850 VPW .............................. 31
Hình 3. 11. Các chân ra giắc OBD-II theo chuẩn ISO 9141-2 và KWP2000 ............... 31
Hình 3. 12. Các chân ra của giắc OBD-II theo chuẩn ISO 15765 CAN ....................... 32

Hình 3. 13. Hiển thị mã lỗi trên máy chẩn đốn .......................................................... 34
Hình 3. 14. Chức năng xóa mã lỗi trên máy chẩn đốn ............................................... 35
Hình 3. 15. Chức năng hiển thị dữ liệu động trên máy chẩn đốn ............................... 35
Hình 3. 16. Hiển thị trạng thái của trình giám sát ........................................................ 36
Hình 3. 17. Thơng tin xe của hộp điều khiển............................................................... 36
Hình 3. 18. Máy chẩn đốn Autel MS908S Pro .......................................................... 37
Hình 3. 19. Máy đọc lỗi - chẩn đoán đa năng G-SCAN 2............................................ 38
Hình 3. 20. Phụ kiện máy đọc lỗi ơ tơ G-scan 2 .......................................................... 39
Hình 3. 21. Máy chẩn đốn lỗi ô tô tiếng Việt Cartek 1 .............................................. 40
Hình 4. 1. Board mạch Arduino Mega 2560 ............................................................... 41
Hình 4. 2. Module CAN Bus MCP2515 ..................................................................... 43
Hình 4. 3. Màn hình HMI UART cảm ứng điện trở 2.8 inch ....................................... 44
Hình 4. 4. Module hạ áp LM2596 ............................................................................... 44
Hình 4. 5. Dây cáp DB9 – OBD-II.............................................................................. 45
Hình 4. 6. Kết nối giữa 2 đầu cáp DB9 – OBD-II ....................................................... 46
Hình 4. 7. Arduino IDE .............................................................................................. 46
Hình 4. 8. Cấu trúc ID vùng dữ liệu trong tin nhắn CAN theo tiêu chuẩn OBD-II ...... 47
Hình 4. 9. ID và vùng dữ liệu của tin yêu cầu và tin phản hồi ..................................... 48
Hình 4. 10. PID và cơng thức tính của Tốc độ xe và Tua máy (Engine RPM) ............. 49
Hình 4. 11. Đường dẫn code OBD-II mẫu theo thư viện CAN .................................... 50
Hình 4. 12. Vùng dữ liệu trong tin nhắn mạng CAN phản hồi tốc độ xe ..................... 50
Hình 4. 13. Một số thông số từ ECU trong chế độ đọc dữ liệu hiện tại chuẩn OBD-II 51
Hình 4. 14. Chương trình gửi tin nhắn CAN cho các chế độ OBD-II .......................... 51
Hình 4. 15. Vùng dữ liệu tin nhắn CAN phản hồi ....................................................... 51
Hình 4. 16. Chuyển đổi hai kí tự đầu trong mã lỗi chẩn đốn OBD-II......................... 52
Hình 4. 17. Chuyển đổi kí tự 3-4-5 trong mã lỗi chẩn đốn OBD-II............................ 52
Hình 4. 18. thuật tốn của thiết bị chẩn đoán .............................................................. 53
xiii

Hình 4. 19. Giao diện máy chẩn đốn ......................................................................... 55
Hình 4. 20. Vỏ thiết bị chẩn đốn ............................................................................... 55
Hình 4. 21. Mạch ngun lý của máy chẩn đốn ......................................................... 56
Hình 4. 22. Bản vẽ mạch điện tử của thiết bị chẩn đốn .............................................. 57
Hình 4. 23. Mạch hồn chỉnh sau khi in ...................................................................... 58
Hình 4. 24. Máy chẩn đốn cơ bản ............................................................................. 59
Hình 4. 25. Dữ liệu thu thập được khi thử nghiệm trên xe Vios .................................. 60
Hình 4. 26. Dữ liệu đọc được từ xe ............................................................................. 60
Hình 4. 27. Tạo lỗi tại giắc của cảm biến lưu lượng khí nạp ....................................... 61
Hình 4. 28. Mã lỗi thu được sau khi tạo ban và đọc lỗi ............................................... 62
Hình 4. 29. Q trình xóa lỗi trên xe........................................................................... 62

xiv


Chương 1
TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1. Lý do chọn đề tài
Với sự phát triển của nước ta hiện nay việc sở hữu ô tô riêng là một nhu cầu thiết
yếu đối với mỗi gia đình trong thời kỳ hội nhập. Chính vì lẽ đó lượng tiêu thụ các loại
xe ơ tơ từ các hãng trong và ngoài nước đã ngày một tăng cao. Báo cáo của Hiệp hội các
nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA), thị trường ô tô Việt Nam đã đón nhận con số bán
xe kỷ lục từ trước đến nay, đạt 47.865 xe, tăng 31.6% so với tháng trước đó và tăng 45%
so với tháng 12/2019.

Hình 1. 1. Biểu đồ bán hàng theo tháng thị trường ô tô Việt Nam.
Số người sử dụng xe ô tô trên nước chúng ta ngày càng tăng, một trong những số
người đó muốn tự bản thân mình biết được xe mình cần gì và hư hỏng của xe như thế
nào để đảm bảo một cách tốt nhất tại nhà hơn là đưa xe của mình vào các ga-ra sửa chữa
hay các trung tâm bảo hành. Với những nhu cầu thiết yếu này và cùng với đó là những

mong muốn tìm tịi áp dụng các kỹ thuật tiên tiến vào công tác bảo dưỡng sửa chữa để
công tác bảo dưỡng sửa chữa được chính xác và tiết kiệm. Do đó nhóm hướng tới việc
có thể tự thiết lập một cơng cụ để có thể tự mình kiểm tra được chiếc xe với các mục tiêu
như hiển thị các dữ liệu của xe cũng như đọc các lỗi mà xe mình mắc phải.
1.2. Mục tiêu của đề tài
Hiểu và nắm vững kiến thức lý thuyết về giao thức CAN.
Lập trình hệ thống giao tiếp CAN giữa các vi điều khiển Arduino Mega 2560 và
Module CAN MCP2515.
Đọc, giải mã các thông số hiện hành của các cảm biến thơng qua mạng CAN
Đọc và xóa mã lỗi (DTC) trên ECU.

1


1.3. Phương pháp nghiên cứu
Vận dụng các kiến thức đã được học, nghiên cứu, phát triển để thiết kế hệ thống chẩn
đoán mã lỗi và thu thập dữ liệu thu được từ phương tiện.
Thu thập, tính tốn các dữ liệu nhận được từ ECU cũng như các cảm biến trên xe để
phục vụ cho mục đích làm việc, chẩn đốn, nghiên cứu.
Tham khảo các nguồn, tài liệu học tập nghiên cứu khác nhau để tối ưu các chức năng
của đồ án.
1.4. Phạm vi nghiên cứu
Hệ thống chẩn đoán lỗi (On Board Diagnostics – OBD) trên các xe phổ biến trên thị
trường hiện nay.
Hệ thống giao tiếp mạng CAN được áp dụng trên các ô tô hiện đại để giao tiếp, lưu
trữ, xử lý thơng tin xe.
Áp dụng tính tốn, kết hợp giữa thiết kế phần cứng và phần mềm lập trình Arduino
để thiết kế và tối ưu ứng dụng cho phép giao tiếp với cổng đọc lỗi OBDII.
1.5. Bố cục của đề tài
Chương 1: Tổng quan đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Tìm hiểu về OBD – các loại máy chẩn đốn
Chương 4: Thiết kế, thi cơng máy chẩn đốn cầm tay
Chương 5: Lập trình giao diện phân tích dữ liệu và mã lỗi cho máy chẩn đốn
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

2


Chương 2
CƠ SỞ LÍ THUYẾT
2.1. Nguyên nhân và lịch sử phát triển
2.1.1. Định nghĩa CAN Bus
Controller Area Network (CAN), là giao thức truyền thông nối tiếp hỗ trợ mạnh cho
những hệ thống điều khiển thời gian thực phân bố với độ ổn định, bảo mật và đặc biệt
chống nhiễu cực kỳ tốt.
Ý tưởng của mạng CAN được nhóm kỹ sư tại GmbH Robert Bosch Đức, nghiên cứu
từ đầu thập niên 1980. Họ đã nghiên cứu một công nghệ Bus mới dùng trong xe ơ tơ mà
có thể cho phép đưa thêm nhiều chức năng vào nữa mà số lượng dây nối không quá lớn.
2.1.2. Nguyên nhân ra đời của CAN Bus
Chuẩn CAN ra đời với mục đích ban đầu là phục vụ cho ngành công nghiệp xe ô tô.
Trước khi sử dụng chuẩn CAN, việc kết nối giữa các bộ điều khiển trên xe hơi rất phức
tạp và yêu cầu nhiều dây nối. Khi ngành công nghiệp xe ô tô phát triển, các khối điều
khiển điện tử với nhiều chức năng phức tạp (điều khiển thân xe, điều khiển cửa, điều
khiển động cơ, thu thập dữ liệu các cảm biến, định vị xe, ...) trong xe ngày càng nhiều
làm việc bố trí kết nối càng trở nên phức tạp, tốn kém và bảo trì khó khăn.

Hình 2. 1. Minh họa kết nối các ECU trên ô tô khi chưa sử dụng CAN Bus
CAN ra đời đã giải quyết các vấn đề tồn tại. Các module chỉ cần 2 dây để kết nối với
nhau. Việc thêm hay bớt module trong Bus CAN dễ dàng. Việc truyền dữ liệu có độ tin

cậy cao, tốc độ nhanh.

3


Hình 2. 2. Minh họa kết nối các ECU trên ô tô sử dụng CAN Bus
2.1.3. Lịch sử về mạng CAN
Năm 1983, công ty Robert Bosch GmbH đã bắt đầu phát triển mạng CAN.
Năm 1986, giao thức được chính thức công bố ở đại hội của hội Kĩ sư ô tô (Society
of Automotive Engineers - SAE) ở Detroit, Michigan, Mỹ.
Năm 1987, những chip điều khiển CAN (CAN controller chip) đầu tiên được Intel
và Phillips sản xuất và xuất hiện trên thị trường.
Năm 1991, Bosch đã xuất bản một số phiên bản kỹ thuật của mạng CAN và phiên
bản mới nhất là CAN 2.0.
Năm 1992, Thành lập nhóm các nhà sử dụng và sản xuất CAN quốc tế: Hội CAN tự
động hóa (CAN in Automation, CiA). Hội CiA xuất bản giao thức Lớp ứng dụng CAN
(CAN Application Layer, CAL). Những chiếc xe Mercedes-Benz đầu tiên được trang bị
CAN tiếp theo xuất hiện, Mercedes-Benz W140.
Năm 1993, Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) đã phát hành tiêu chuẩn CAN
ISO 11898.
Năm 1994, CiA tổ chức Hội nghị CAN quốc tế lần thứ nhất. Allen-Bradley giới thiệu
giao thức DeviceNet. Hiệp hội Kỹ sư ô tô – SAE phát hành tiêu chuẩn SAE J1939.
Từ năm 1994, một số giao thức cấp cao hơn đã được chuẩn hóa trên CAN, chẳng
hạn như CANopen và DeviceNet. Các thị trường khác đã áp dụng rộng rãi các giao thức
bổ sung này, hiện là tiêu chuẩn cho truyền thông công nghiệp.
Năm 2012, Bosch đã phát hành CAN FD 1.0 hoặc CAN với tốc độ dữ liệu linh hoạt.
Kỹ thuật này sử dụng một định dạng khung khác nhau cho phép một chiều dài dữ liệu
4

khác nhau cũng như các tùy chọn chuyển đổi để tốc độ bit nhanh hơn. CAN FD tương
thích với mạng CAN 2.0 hiện có để các thiết bị của chúng có thể cùng hoạt động trên
cùng một mạng với nhau.
CAN Bus là một trong năm giao thức được sử dụng trong việc chẩn đoán trên xe.
Tiêu chuẩn OBD-II bắt buộc phải có đối với tất cả các xe ơ tơ và xe tải nhẹ bán tại Hoa
Kỳ từ năm 1996. Và sau này đã được áp dụng cho tất cả các xe trên thế giới.
2.2. Thuộc tính, ưu điểm và ứng dụng của CAN Bus
2.2.1. Thuộc tính và ưu điểm của CAN Bus
CAN Bus có cấu tạo đơn giản, chỉ có 2 dây kết nối các module điều khiển với nhau
dễ dàng hơn so với cách làm truyền thống, chi phí thấp, dễ lắp đặt và dễ sửa chữa, bảo
trì khi có sự cố.
CAN Bus là một giao thức chung để nhiều nhà cung cấp khác nhau có thể phát triển
các module điều khiển tương thích với nhau.
CAN Bus truyền thông điệp theo mức độ ưu tiên, đảm bảo hiệu quả cao theo thời
gian thực. Mỗi thông điệp được truyền đều có một mức ưu tiên. Khi nhiều thơng điệp
được truyền ra từ một nút (Node) hay trạm (Station) trên mạng CAN cùng lúc thì thơng
điệp có mức ưu tiên cao nhất sẽ được truyền. Các thơng điệp có mức ưu tiên thấp hơn sẽ
tạm dừng và được truyền lại khi cổng CAN rảnh. Việc xác định mức ưu tiên dựa trên
cấu trúc thông điệp và cơ chế phân xử quy định trong chuẩn CAN.
CAN Bus cho phép người dùng thiết lập các thông số kỹ thuật của thông điệp một
cách linh hoạt: cấu hình thời gian bit, đồng bộ, độ dài dữ liệu truyền - nhận, …
CAN Bus cho phép nhận dữ liệu đa điểm với sự đồng bộ thời gian. Một thơng điệp
có thể được nhận bởi nhiều node khác nhau trên mạng cùng lúc. Tất cả các node trên
mạng đều có thể thấy thơng điệp đang truyền, tùy vào cấu hình ở mỗi node sẽ quyết định
có chấp nhận thông điệp này hay không.
CAN Bus cho phép nhiều bộ điều khiển (Multimaster) cùng kết nối đồng thời vào
mạng và nhận thông điệp từ các bộ phận đầu vào (Slaver) như cảm biến tốc độ, cảm biến
nhiệt độ, …
CAN Bus có khả năng phát hiện và báo hiệu lỗi. Mỗi thơng điệp có kèm theo mã
CRC để kiểm tra lỗi. Nếu lỗi xuất hiện, Node nhận sẽ bỏ qua thông điệp và truyền khung

báo lỗi lên mạng CAN. Mỗi Node có thể tự xác định trạng thái lỗi và ngắt khỏi mạng
nếu lỗi xuất hiện quá nhiều.
CAN Bus tự động truyền lại các thông điệp bị lỗi khi mạng rảnh giúp đảm bảo tính
tồn vẹn dữ liệu trên mạng CAN. Một thông điệp được truyền ra mạng nếu bị lỗi thì
5


Node truyền thông điệp này sẽ giữ lại và tự động phát lại thông điệp này khi cổng CAN
rảnh cho đến khi thành cơng.
Tốc độ bit của CAN có thể khác nhau trong các hệ thống khác nhau nhưng trong một
hệ thống cho trước thì tốc độ bit đồng nhất và cố định. Tốc độ bit còn tùy thuộc vào
chiều dài đường truyền. Tốc độ tối đa có thể lên đến 1 Mbit/s. Đảm bảo cho mức độ phản
hồi nhanh chóng của mạng CAN trong phạm vi nhỏ.
Bảng 2. 1. Liên hệ giữa tốc độ truyền dữ liệu và chiều dài mạng
Bus Length

Bit rate

Bit time

25 meters

1000 kbit/s

1 µs

50 meters

800 kbit/s

1.25 µs

100 meters

500 kbit/s

2 µs

250 meters

250 kbit/s

4 µs

500 meters

125 kbit/s

8 µs

1000 meters

50 kbit/s

20 µs

2500 meters

25 kbit/s

50 µs

2.2.2. Phạm vi ứng dụng của CAN Bus
Hiện nay CAN được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau như: Xe ô tô, tàu
khách và tàu hàng, hệ thống điện tử hàng hải, điện tử hàng khơng, tự động hóa nhà máy,
điều khiển máy cơng nghiệp, tự động hóa tịa nhà, thang máy, thiết bị phụ tùng y tế, …
với tốc độ bit có thể lên đến 1 Mbit/s.

6


Hình 2. 3. Mạng lưới đường truyền tín hiệu trên ô tô
2.3. Cấu trúc của CAN Bus
2.3.1. Cấu trúc phân lớp của giao thức CAN
Giao thức CAN, giống như nhiều giao thức mạng khác, có thể được phân tách thành
các lớp tượng trưng sau đây: Ứng dụng (Application Layer), Đối tượng (Object Layer),
Truyền tải (Transfer Layer) và Vật lý (Physical Layer).

7


Hình 2. 4. Cấu trúc phân lớp của mạng CAN theo mơ hình OSI

Hình 2. 5. Cấu trúc phân lớp của mạng CAN theo mơ hình OSI
2.3.2. Các thành phần cơ bản của mạng CAN
CAN là một chuỗi mạng đa chủ thể để kết nối các thiết bị điều khiển điện tử (ECU)
đến các bộ chấp hành và các cảm biến đầu vào, còn được gọi là các nút mạng (Nodes).
Các nút mạng này có thể giao tiếp với nhau. Tất cả các nút mạng được kết nối với nhau
8