Thiết kế, chế tạo máy chẩn đoán ô tô thông qua mạng CAN

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN VĂN NGỌC

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY CHẨN ĐỐN ƠTƠ
THƠNG QUA MẠNG CAN

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246

S KC 0 0 4 0 8 2

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN VĂN NGỌC

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY CHẨN ĐỐN ƠTƠ
THƠNG QUA MẠNG CAN

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246
Hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tô thông qua mạng CAN

LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: Nguyễn Văn Ngọc
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: / /1975
Nơi sinh: Cầ n Thơ
Quê quán: Nhơn Nghiã Phong Điề n Cầ n Thơ
Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 58/14 đường số 7 phường Linh Trung
Quâ ̣n Thủ Đức.
Điện thoại cơ quan: 08-7314063
Điện thoại nhà riêng: 0903877573
Fax:
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ ……
Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học:
2. Đại học:
Hệ đào tạo: chính quy Thời gian đào tạo từ 09/1993 đến 07/ 1998
Nơi học (trường, thành phố): Trường đại học sư pha ̣m kỹ thuâ ̣t TP.HCM
Ngành học: Cơ Khí Động Lực
Tên đồ án, luận án hoặc mơn thi tốt nghiệp:Chuyên đề Ly hơ ̣p, hô ̣p số trên ôtô
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 7 năm 1998, trường đại
học sư pha ̣m kỹ thuâ ̣t TP.HCM.

Người hướng dẫn: GVC Nguyễn Văn Toàn
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:
Thời gian
01-11/1998
5/2005
6/2007đến nay

Nơi công tác
Trường da ̣y nghề người
tàn tật TW2
Trường Kỹ Nghệ II
Trường cao đăng nghề Kỹ Thuật
Công Nghệ TP.HCM

GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG

i

Công việc đảm nhiệm
Giáo viên
Phụ trách khoa cơ khí
Trưởng khoa cơ khí
đơ ̣ng lực

HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tô thông qua mạng CAN

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 08 năm 2013
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Văn Ngo ̣c

GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG

ii

HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tô thông qua mạng CAN

LỜI CẢM ƠN
Trải qua 2 năm học cao học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí
Minh, tơi đã tiếp thu được nhiều kiến thức quý báu từ qúy Thầy, Cô để làm cơ sở
và nền tảng trong việc nghiên cứu và tiếp cận thêm tài liệu mới, từ đó giúp tơi hồn
thiện thêm trên rất nhiều lĩnh vực nhất là về lĩnh vực chun mơn.
Trong q trình thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ, tôi chân thành cám ơn đến
các cá nhân, tập thể đã hết lịng giúp đỡ tơi hồn thành đề tài luận văn:
Về phía Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM, Tôi xin chân thành cám
ơn:


Xin cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí

Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi theo học lớp cao học chuyên ngành Kỹ
thuật cơ khí động lực.



Xin cảm ơn đến quý Thầy Cô tham gia giảng dạy lớp cao học ô tô niên khố
B2011-2013 đã trang bị cho tơi nhiều kiến thức nền tảng giúp tơi hồn thành
luận văn tốt nghiệp.



Xin cảm ơn thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng đã hướng dẫn chỉ bảo tận tình giúp tơi
hồn thành tập luận văn này.



Xin cảm ơn các Thầy phản biện đã đóng góp nhiều ý kiến q báo giúp tơi
hồn thiện nội dung tập luận văn.



Xin cảm ơn công ty điê ̣n tử Thiên Phong đã hỗ trợ kỹ thuật và tạo điều kiê ̣n để
tôi được nghiên cứu tại công ty.



Xin cảm ơn các Thầy Cơ khoa Cơ khí Động lực Trường ĐHSPKT TP.HCM
cùng các bạn học viên đã tận tình giúp đỡ tơi trong thời gian thực hiện luận
văn.

Về phía trường Cao đẳng nghề kỹ thuật công nghệ thành Tp HCM, tôi xin
chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa Cơ khí động lực đã tạo điều kiện và giúp
đỡ tận tình để tơi tham gia khóa học và hồn thành tốt luận văn này.
TP Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 8 năm 2013
Học viên

Nguyễn Văn Ngọc

GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG

iii

HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tô thông qua mạng CAN

TÓM TẮT
Ngày nay, công nghê ̣ ô tô có những phát triể n vươ ̣t bâ ̣c , các hệ thống trên ô tô
đươ ̣c trang bi ̣hiê ̣n đa ̣i như hê ̣ thố ng phun xăng điê ̣n tử , hê ̣ thố ng đánh lửa điê ̣n tử ,
hê ̣ thố ng điề u hòa không khí tự đô ̣ng , hê ̣ thố ng phanh chố ng ham
̃ cứng , hê ̣ thố ng
treo điê ̣n tử , hê ̣ thố ng kiể m soát khí thải… .làm cho việc kiểm soát các hệ thống trên
ô tô trở nên phức ta ̣p hơn . Do đó, nhu cầu phải có mơ ̣t hê ̣ thố ng chung vừa có thể
kiể m soát lươ ̣ng khí thải gây ô nhiễm môi trường

và vừa có thể giám sát các hệ

thống điện tử cũng như cơ khí trên ơ tơ là một địi hỏi cấp thiết. Hê ̣ thố ng ma ̣ng
CAN ra đời đáp ứng đầ y đủ các yêu cầ u trên và nhanh chóng trở thành hê ̣ thố ng

không thể thiế u trên ơ tơ hiê ̣n nay . Từ đó, viê ̣c chẩ n đoán lỗi hư hỏng trên ô tô tr ở
nên phụ thuộc vào các thiế t bi ̣và phầ n mề m

chuyên dùng đắ t tiề n . Chế ta ̣o máy

chẩ n đoán ô tô với chi phí thấ p dễ sử du ̣ng trong các tra ̣m sửa chữa ô tô và trong các
trường da ̣y nghề là mu ̣c tiêu của đề tài . Nô ̣i dung đề tài “ Nghiên cƣ́u, thiế t kế chế
tạo máy chẩn đoá n ô tô thông qua ma ̣ng CAN ”. Bao gồ m các bước thực hiê ̣n
sau:
1. Nghiên cứu lý thuyế t về ma ̣ng CAN và giao tiế p dữ liê ̣u trong hê ̣ thố ng ma ̣ng
CAN.
2. Nghiên cứu phương pháp mã hóa dữ liê ̣u chuẩ n OBD -2 và các chuẩn giáo
tiế p OBD -2.
3. Sử dụng Microchip PIC 24HJ64GP506A, LCD và các linh kiê ̣n hiê ̣n có trên
thị trường Việt Nam thiết kế và chế tạo mạch điện máy chẩn đoán , lâ ̣p trin
̀ h
và nạp dữ liệu cho máy.
4. Tiế n hành thực nghiê ̣m chẩ n đoán trên xe ô tô Honda Civic bằ

ng máy chẩ n

đoán đươ ̣c chế ta ̣o thực hiê ̣n so sánh kế t quả với máy chẩ n đoán Inova 3133.
Kết quả đề tài đã ch ế tạo thành công Máy chẩ n đoán ô tô thông qua ma ̣ng
CAN, qua thử nghiệm xác định máy ho ạt động trên xe Honda Civic đúng theo yêu
cầu kỹ thuâ ̣t, xuấ t mã lỗi chiń h xác theo tiêu chuẩ n nhà sản xuấ t và Iso , kết cấu đơn
giản gọn nhẹ. Đây là cơ sở khoa học ban đầ u cho việc sản xuất thiế t bi ̣chẩ n đoán ô
tô trong tương lai.

GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG

iv

HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tô thông qua mạng CAN

ABSTRACT
Today, automotive technology have developed dramatically, Many systems on
modern cars are equipped with eletronic control modules such as : electronic fuel
injection, electronic ignition, automatical air conditioning, ABS brake, electronic
suspension, automatic emission control, etc. These innovations make automobile control
become more and more complicated, so that the demand of a common system which can
both control the quality of harmful gases emission as well as monitor all other electronic
and mechanical system on automobile is an imperative requirement.CAN system is
produced to response the former requirements and soon be an indispensable part in
today’s car. Since then, fault and damaged diagnosis on modern cars strongly depend on
high-priced dedicated devices and softwares. For manufacturing automotive diagnostic
divice via CAN with cheaper cost for using in automotive service stations and vocational
schools, the thesis issued following content:
1. Theoretical research on CAN and data communication in the CAN systems.
2. Research method of the data encryption standards OBD-2 and communication
standards OBD -2.
3. Using microchip PIC24HJ64GP506A, LCD and electronic units, which are easy
found in Vietnam market to design and produce electronic board of the tester.
Programming and Load data for the device.
4. To carry out diagnosis experiments on the Honda Civic series with the
manufactured tester and make comparison with the results with Inova 3133
diagnostic equipment.
The thesis result is successfully manufacturing automotive diagnostic divice via CAN

system with robust design and simply structure. During test time, the device has operated
propertly in Honda Civic as technical requirements; the detected fault codes from the
device are completely satisfy manufacturers and ISO standards.The result of the thesis is a
scientific foundation for producing automotive diagnostic equipments in the future.

GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG

v

HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tô thông qua mạng CAN

MỤC LỤC
Trang tựa

Trang

Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân .......................................................................................................... i
Lời cam đoan ........................................................................................................... ii
Cảm tạ ..................................................................................................................... iii
Tóm tắt ................................................................................................................... iv
Mục lục ................................................................................................................... vi
Danh sách các chữ viết tắt ....................................................................................... x
Danh sách các hình ................................................................................................. xi
Danh sách các bảng ............................................................................................... xii
Chƣơng 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và

ngồi nước đã cơng bố ............................................................................................. 1
1.1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu ...................................................... 1
1.1.2. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã cơng bố .............................. 2
1.1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ............................................................... 2
1.1.2.2Tình hình nghiên cứu ngồi nước ................................................................ 6
1.2. Mục tiêu của đề tài ............................................................................................ 8
1.3.Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài ............................................................... 8
1.4.Phương pháp nghiên cứu.................................................................................... 8
1.5.Kế hoạch thực hiện ............................................................................................ 9
Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Khái quát về chuẩn giao thức CAN ················································ 10
2.1.1 Giới thiệu về mạng CAN ·························································· 10
2.1.2 Khái quát về giao thức CAN ······················································ 11
2.2. Lớp vật lý ·············································································· 14
2.2.1 Non return zero ······································································ 14
2.2.2 Bit Stuffing ·········································································· 15

GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG

vi

HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tô thông qua mạng CAN

2.2.3 Bit Timing ··········································································· 15
2.3. Độ dài của một Bus ·································································· 16
2.4. Trạng thái “Dominant” và “Recessive” ··········································· 17
2.5. Giải quyết tranh chấp trên Bus ····················································· 18

2.6. CAN frame ············································································ 19
2.7. Các segment khác nhau ······························································ 25
2.8. Khoảng thời gian khác nhau của các Segment và Time Quantum ············· 25
2.9. Sự đồng bộ xung clock ······························································ 27
2.9.1. SJW ················································································· 27
2.9.2. Lỗi pha ··············································································· 27
2.9.3. Cơ chế đồng bộ ···································································· 29
2.9.4. Truyền nhận message ······························································ 30
2.9.5. Xử lý lỗi ············································································· 30
2.10. Ứng dụng mạng CAN trên xe ···················································· 32
2.10.1. Những hạn chế củađây điện ···················································· 32
2.10.2. Đường truyền dữ liệu đa hợp···················································· 34
2.10.3. Sơ đồ mạng CAN trên xe Honda Civic ········································ 37
2.10.4. Sơ đồ mạng CAN trên xe Toyota Vios 2007 ································· 39
2.10.5. Sơ đồ mạng CAN trên xe Toyota Yaris 2007 ································· 40
Chƣơng 3:CÁC PHƢƠNG PHÁP MÃ HĨA DỮ LIỆU CHẨNĐỐN
OBD-2 VÀ CÁC CHUẨN GIAO TIẾP OBD-2
3.1. Giới thiệu về OBD -2 PIDs ························································· 41
3.2. Các chế độ hoạt động ································································ 41
3.3. Bảng mã PIDs ········································································· 42
3.3.1.Bảng mã PIDs và cách giải mã ···················································· 42
3.3.2. Cách giải mã các PIDs đặc biệt ·················································· 55
3.3.2.1. Chế độ 1 – PID01 ································································ 55
3.3.2.2. Chế độ 1 – PID03 ································································ 56
3.3.2.3. Chế độ 1 – PID12 ································································ 57

GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG

vii

HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tô thông qua mạng CAN

3.3.2.4Chế độ 1 – PID 1C ································································ 57
3.3.2.5. Chếđộ 1 PID41 ··································································· 58
3.3.2.6. Chế độ 3 ··········································································· 59
3.4. Qúa trình truyền dữ liệu sử dụng CAN 11 bit ···································· 61
3.4.1. Qúa trình truyền dữ liệu ·························································· 62
3.4.2.Qúa trình nhận dữ liệu······························································ 62
3.5. Các chuẩn giao tiếp OBD -2 ······················································· 62
3.5.1. Giắc chẩnđoán OBD -2 ···························································· 63
3.5.2. Mã lỗi ················································································ 64
3.5.3. Các chuẩn giao tiếp OBD -2 ······················································ 65
3.5.3.1. Giao thức ISO 9141-2 ··························································· 65
3.5.2.2. Giao thức SAE J1850 VPW ···················································· 67
3.5.2.3 Giao thức SAE J1850 PWM ···················································· 67
3.5.2.4 Giao thức ISO 14230 KWP2000 ··············································· 69
3.5.2.5 Giao thức ISO 15765 CAN ······················································ 70
Chƣơng 4:THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY CHẨN ĐỐN Ơ TƠ THƠNG
QUA MẠNG CAN
4.1. Tổng quan về dịng PIC24HJ64GP506A ·········································· 71
4.1.1 Các đặc điểm chính ································································· 71
4.1.2 Tóm tắt các dịng PIC24H ························································· 73
4.1.3 Kiểu đóng gói ······································································· 74
4.2. Module CAN trong PIC24HJ64GP506A ········································· 74
4.2.1. Tổng quan module CAN ·························································· 74
4.2.2. Các dạng Frame truyền ···························································· 75
4.2.3 Các chế độ hoạt động ······························································· 75

4.2.3.1 Chế độ Initialization ······························································ 75
4.2.3.2 Chế độ Disable ···································································· 76
4.2.3.3.Chế độ Normal ···································································· 76
4.2.3.4.Chế độ Loopback ································································ 76

GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG

viii HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tô thông qua mạng CAN

4.3. Thiết kế các mạch điện cơ bản của máy ·········································· 77
4.3.1. Mạch nguồn ········································································ 77
4.3.2. Mạch MCU ·········································································· 77
4.3.3. Mạch Vehicle interface ··························································· 79
4.3.4. Mạch LCD Interface ······························································ 80
4.4. Chế tạo máy chẩn đốn ơ tô thông qua mạng CAN ····························· 82
4.4.1 Sơ đồ mạch in lớp trên và vị trí linh kiện ········································ 82
4.4.2. Sơ đồ mạch in lớp dưới ·························································· 83
4.4.3. Máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN ····································· 84
4.4.4. Lưu đồ thuật tốn

································································ 85

Chƣơng 5: THỰC NGHIỆM MÁY CHUẨN ĐỐN TRÊN XE
5.1. Hướng dẫn sử dụng máy chẩn đoán CAN ········································ 86
5.1.1. Cấu tạo máy chẩn đoán CAN ····················································· 86
5.1.2. Chức năng máy chẩn đốn CAN ················································· 87
5.1.3. An tồnkhi sử dụng máy ·························································· 87

5.2. Thực nghiệm chẩn đoán của xe Honda Civic····································· 88
5.2.1. Kết nối máy chẩn đoán với xe ··················································· 88
5.2.2. Vận hành chẩn đoán ······························································· 89
5.2.2.1 Chẩ n đoán lỡi cảm biế n nhiệt độ khơng khítrên xe Honda Civic ·········· 91
5.2.2.2 Chẩ n đoán lỗi cảm biến MAF ··················································· 91
5.2.2.3. Xóa mã lỗi ········································································ 92
5.2.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm ···················································· 92
5.2.3.1 Đánh giá kết quả chẩn đoán mã lỗi trên xe ···································· 92
5.2.3.2 Sơ đồ thí nghiệm máy chẩn đốn ·············································· 93
5.2.3.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm bằng máy chẩn đoán Inova 3133 ·········· 94
Chƣơng6: KẾT LUẬN - HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
6.1. Kết luận ···············································································
6.2. Một số đề nghị ········································································
6.3 Hướng phát triển của đề tài ··························································
TÀI LIỆU THAM KHẢO ······························································

GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG

ix

HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC

96
97
97
98


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tô thông qua mạng CAN

LIỆT KÊ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CAN Controller Area Network
DTC Diagnostic Trouble Codes
ECMElectronic Control Module
ECU Electronic Control Unit
ISO International Standard Organization
OBD On-Board Diagnostic
EOBDEuropean On Board Diagnostics
HDOBD Heavy Duty On-Board Diagnostic
CPU Central Proceeing Unit
LLC Logical Link Control
MAC Medium Access Control
PWM-Pulse-Width Modulation
ALU Arithmetic Logical Unit
NRZ None Return to Zero
NMT Network Mangement
VPW Variable Pulse Width
PWM Pulse Width Mdulation
KWP Keyword Protocol
SOF Start Of Frame
DMA Direct Memory Access
DLC Diagnostic Link Connector
LCD Liquid Crystal Display
CRC Cyclic Redundancy Code
PSW Program Status Word
SAE Society of Automotive Engineers

GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG

x

HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN

DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 1.1: Bộ nhớ định thời họ MSC-51 ·················································· 3

Bảng 1.2 : kế hoạch và thời gian thực hiện··············································· 9
Bảng 2.1: Vận tốc – Độ dài – Bit time ·················································· 16
Bảng 2.2: So sánh CAN low speed và CAN high speed ····························· 17
Bảng 2.3: Thời gian của mỗi segment ·················································· 26
Bảng 2.4: Cơ chế đồng bộ ································································ 29
Bảng 3.1: Các chế độ hoạt động ························································· 41
Bảng 3.2: Bảng mã PIDs và cách giải mã ·············································· 54
Bảng 3.3: Mã hóa Chế độ 1- PID01 ···················································· 55
Bảng 3.4: Cách mã hóa q trình kiểm tra ············································ 55
Bảng 3.5: Mã hóa Byte C và D ở động cơ xăng ······································· 56
Bảng 3.6: Mã hóa Byte C và D ở động cơ dầu ········································ 56
Bảng 3.7: Mã hóa Chế độ 1 –PID03 ···················································· 57
Bảng 3.8: Mã hóa Chế độ 1 –PID12 ···················································· 57
Bảng 3.9: Mã hóa Chế độ 1 –PID1C ···················································· 58
Bảng 3.10: Mã hóa Chế độ 1 –PID41 ··················································· 59
Bảng 3.11: Mã hóa Chế độ 3 đọc DTCs bit A7,A6 ·································· 59
Bảng 3.12: Mã hóa Chế độ 3 đọc DTCs bit A5,A4 ·································· 59

Bảng 3.13: Mã hóa Chế độ 3 đọc DTCs bit A3,A2,A1,A0 ························· 60
Bảng 3.14: Mã hóa loại nhiên liệu······················································· 61
Bảng 3.15: Chức năng các bytes trong quá trình truyền······························ 62
Bảng 3.16: Chức năng các byte trong q trình nhận································· 62
Bảng 4.1: Các dịng PIC24H trên thị trường ··········································· 73

GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG

xi

HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN

DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1: Sơ đồ chânAT89C51 ··························································· 4
Hình 1.2: Sơ đồ chân vi điều khiểnAT89S52 ··········································· 6
Hình 2.1: Tính ổn định của CAN ······················································· 11
Hình 2.2: Ví dụ về mạng CAN ·························································· 12
Hình 2.3: Một nút mạng CAN ··························································· 12
Hình 2.4: Mơ hình mạng CAN ·························································· 13
Hình 2.5: Các lớp layer giao tiếp ························································ 14
Hình 2.6: NRZ method ··································································· 15
Hình 2.7: Kỹ thuật Bit Stuffing ························································· 15
Hình 2.8: Giản đồ thời gian ······························································ 15

Hình 2.9: Tốc độ tỉ lệ nghịch với độ dài Bus ·········································· 16
Hình 2.10: Điện áp của CAN low speed ··············································· 17
Hình 2.11: Điện áp của CAN high speed ·············································· 18
Hình 2.12: Sự kháng nhiễu với ảnh hưởng của điện từ ······························ 18
Hình 2.13: Giải quyết tranh chấp trên Bus ············································ 19
Hình 2.14: Khung truyền ································································· 20
Hình 2.15 : CRC field ···································································· 20
Hình 2.16: Khung truyền dữ liệu CAN················································· 21
Hình 2.17: CAN standard frame ························································ 22
Hình 2.18: CAN Extended frame ······················································· 22
Hình 2.19: CAN remote frame ·························································· 23
Hình 2.20: CAN error frame····························································· 23
Hình 2.21: Baudrate định nghĩa thời gian cho 1 bit ·································· 24
Hình 2.22: Mỗi bit được cấu tạo bởi 4 segments ····································· 24
Hình 2.23: Cấu trúc của Time Quantum ··············································· 25
Hình 2.24: Số lượng Time Quanta có thể cho mỗi segment ························ 26

GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG

xii

HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN

Hình 2.25: Vấn đề đồng bộ ······························································ 27
Hình 2.26: Chuỗi dịch chuyển độ dài Segment của Nominal Bit Time ··········· 28
Hình 2.27: Sơ đồ khối bộ nhận CAN message ········································ 30
Hình 2.28: Sơ đồ khối bộ truyền CAN message ······································ 30

Hình 2.29: Các loại lỗi khác nhau······················································· 31
Hình 2.30. Mơ tả đường truyền đa hợp················································· 33
Hình 2.31. Mơ hình mạng CAN trên xe ················································ 35
Hình 2.32. Mạng giao tiếp CAN với ECU trên xe ···································· 36
Hình 2.33: Mạng giao tiếp CAN với ECU trên xe Volvo ··························· 36
Hình 2.34: Sơ đồ mạng CAN trên xe Honda Civic 2007 ··························· 37
Hình 2.35: Sơ đồ mạng CAN trên xe Vios 2007 ······································ 39
Hình 2.36: Sơ đồ mạng CAN trên xe Toyota Yaris 2007···························· 40
Hình 3.1. Giắc chẩn đốn OBD – 2 ····················································· 63
Hình 3.2: Hình 3.2: ý nghĩa các ký tự trong một mã lỗi ····························· 64
Hình 3.3: Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp ISO 9141 ······································ 66
Hình 3.4:Dạng sóng của giao thức ISO 9141-2 ······································· 66
Hình 3.5:Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp SAE J1850 VPW ····························· 67
Hình 3.6: Dạng sóng của giao thức SAE J1850 VPW ······························· 67
Hình 3.7:Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp SAE J1850 PWM ····························· 67
Hình 3.8: Dạng sóng của giao thức SAE J1850 PWM ······························· 67
Hình 3.9:Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp ISO 14320 KWP2000 ························ 69
Hình 3.10:Dạng sóng của giao thức KWP2000 ······································· 69
Hình 3.11: Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp ISO 15765 CAN ···························· 70
Hình 3.12: Dạng sóng của giao thức ISO 15765 CAN ······························· 70
Hình 4.1: Sơ đồ đóng gói kiểu 64-Pin TQFP·········································· 74
Hình 4.2: Sơ đồ khối module CAN ····················································· 75
Hình 4.3: Sơ đồ mạch nguồn cấp 5V và 3.3V ········································· 77
Hình 4.4: Mạch MCU sử dụng PIC24HJ64GP506A ································· 78
Hình 4.5: Mạch Vehicle Interface ······················································ 79

GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG

xiii HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN

Hình 4.6:Sơ đồ mạch LCD Interface ··················································· 81
Hình 4.7:Sơ đồ mạch in lớp trên và vị trí linh kiện··································· 82
Hình 4.8:Sơ đồ mạch in lớp dưới ······················································· 83
Hình 4.9: Máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN ································ 84
Hình 4.10: Lưu đồ thuật tốn điều khiển ··············································· 85
Hình 5.1 : Cấ u ta ̣o máy chẩ n đoán ····················································· 87
Hình 5.2 : kết nối máy với xe ···························································· 88
Hình 5.3 : Màn hình hiển thị hiện tại xe khơng có mã lỗi ··························· 89
Hình 5.4: Màn hình hiển thị mã lỗi nhiệt độ khơng khí nạp xe Honda Civic ····· 90
Hình 5. 5:Màn hình hiển thị lỗi cảm biến MAF trên xe Honda Civic············· 91
Hình 5.6 : Màn hình hiển thị xóa mã lỗi trên xe ······································ 92
Hình 5. 7 : Sơ đồ thí nghiệm máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN ········· 93
Hình 5. 8 : Hiển thị mã lỗi cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp ······················· 94
Hình 5.9: Hiển thị mã lỗi của cảm biến MAF ········································· 95
Hình 5.10 :Xóa lỗi ········································································ 95

GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG

xiv

HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC


Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong
và ngồi nƣớc đã cơng bố.

1.1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu:
Trong thời đại ngày nay, ô tô đã trở nên phổ biến và trở thành một phương
tiên di chuyển – vận tải không thể thay thế được đối với con người. Số lượng ô tô
được bán ra ngày càng tăng. Theo thống kê đến tháng đầu năm 2011, tổng số lượng
ơ tơ trên tồn thế giới đã đạt mốc hơn 1 tỷ xe. Trung bình cứ 6,75 người thì lại có
một chiếc ơ tơ. Đứng đầu là Mỹ với tỷ lệ 1,13 người/1 ô tô.
Hàng năm, lượng ô tơ trên tồn thế giới tiêu thụ hơn 1000 tỷ lít nhiên liệu và
là nguyên nhân chính gây ra các vấn đề ô nhiễm môi trường ở các đô thị. Để đối
phó với tình trạng trên, chính phủ nhiều quốc gia đã đưa ra nhiều quy định cũng như
tiêu chuẩn về khí thải ơ tơ. Từ đó, các nhà sản xuất ô tô đã cho ra đời nhiều thiết bị
nhằm giảm thiểu và giám sát lượng khí thải cho các sản phẩm của mình.
Bên cạnh đó, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, các ôtô
sản xuất ngày nay được trang bị hệ thống điện-điện tử khá phức tạp như hệ thống
phun xăng, hệ thống điều hòa khơng khí tự động, hệ thống phanh chống hãm cứng,
hệ thống treo điện tử, hệ thống đánh lửa điện tử, hệ thống kiểm sốt khí thải…. Ơ tơ
trở nên phức tạp hơn, gây nhiều khó khăn cho kỹ thuật viên trong việc phát hiện ra
hệ thống gặp vấn đề khi hư hỏng xuất hiện.
Yêu cầu đặt ra là phải có một hệ thống chung để vừa có thể kiểm sốt lượng
khí thải gây ơ nhiễm mơi trường để giúp các kỹ thuật viên kiểm tra các hệ thống dễ
dàng hơn để giảm công sức và thời gian trong việc sửa chữa. Hệ thống CAN
(Control Areas Nekwork) ra đời đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trên và nhanh chóng
trở thành hệ thống không thể thiếu trên ô tô hiện nay.
CAN truy cập và lấy thông tin từ ECM đưa ra các chẩn đốn về khí thải và

GVHD: PGS_TS ĐÕ VĂN DŨNG

1

HVTH: KS NGUYỄN VĂN NGỌC


Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN

các hệ thống khác. Từ đó, kỹ thuật viên có thể xác định được lỗi nằm ở hệ thống
nào một cách nhanh chóng cũng như quyết định xem chiếc xe này có đạt các yêu
cầu về khí thải hay khơng.
Trongthựctế,cơngviệcsửachữacácpantrênơtơcó

trang

bị

mạng

CANgặpnhiềukhókhăndo
thiếucácthiếtbịchẩnđốnchundùngđểchẩnđốntrìnhtrạngkỹthuậtcủtơ.Từvấn
đềnêutrên,vớisựhướngdẫncủathầyPGS.TSĐỗVănDũngngườinghiêncứuđãchọnđề
tài “Nghiêncứu chế tạo máy chẩn đốn ôtô thông qua mạng CAN”.
1.1.2. Các kết quả nghiên cứu trong và ngồi nƣớc đã cơng bố:
1.1.2.1.Tình hình nghiên cứu trong nƣớc
Nội địa hố sản phẩm, đẩy mạnh nền cơng nghệ sản xuất trong nước là một
yêu cầu tất yếu để hạ giá thành sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao
tính cạnh tranh của các sản phẩm Việt Nam trên thị trường trong nước cũng như
quốc tế. Đây cũng là một trong những mục tiêu chính của nền công nghiệp nước ta

hiện nay. Tuy nhiên vấn đề tồn tại lớn nhất chính là vốn và cơng nghệ. Mục tiêu sản
xuất với chi phí thấp, đồng thời làm chủ được cơng nghệ cao để có được sự chủ
động trong sản xuất đang được các cơ sở sản xuất quan tâm hàng đầu. Vì thế Thầy
PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG nhận thấy được sự cần thiết của công nghệ chế tạo,
thiết kế và lập trình vi điều khiển. Thầy đã đề xuất và hướng dẫn các đề tài mang
tính chất thiết kế, chế tạo và ứng dụng cao như:
 Nghieân cứu, chế tạo mạch đánh lửa trên động cơ ô tô theo chương trình – KS.
Nguyễn Văn Long Giang – Luận văn thạc só 2002 –2004, người hướng dẫn:
PGS. TS Đỗ Văn Dũng – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM.
Luận văn được hoàn thành trên cơ sở ứng dụng vi xử lý (dùng bộ vi điều
khiển AT89C51)để chế tạo mạch đánh lửa trên động cơ ô tô theo chương trình.
Kết quả luận văn cho thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của vi điều khiển trong
điều khiển lập trình hoạt động cho nhiều kết cấu cơ khí và thiết bị điện phức tạp
trên ô tô.

GVHD: PGS_TS ĐÕ VĂN DŨNG

2

HVTH: KS NGUYỄN VĂN NGỌC


Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN

° Giới thiệu khái quát về họ vi điều khiển MSC-51:
MCS-51TMlà một họ IC vi điều khiển do Intel phát triển và sản xuất. Một
số nhà sản xuất được phép cung cấp các IC tương thích với các sản phẩm MCS51TMcủa Intel là Siemens, Advanced Micro Devices, Fujitsu, Philips, Atmel.
AT89C52 là một Microcomputer 8 bit, loại CMOS, có tốc độ cao và công suất
thấp với bộ nhớ Flash có thể lập trình được. Nó được sản xuất với công nghệ bộ
nhớ không bay hơi mật độ cao của hãng Atmel, và tương thích với chuẩn công

nghiệp của 80C51 và 80C52 về chân và bộ lệnh.
* Các IC của họ MCS-51TMcó các đặc trưng chung như sau:
- 4 port I/O 8 bit.
- Giao tiếp nối tiếp.
- 64K không gian bộ nhớ chương trình mở rộng.
- 64K không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng.
- Một bộ xử lý luận lý (thao tác trên các bit đơn).
- 210 bit được địa chỉ hóa.
- Bộ nhân/chia 4 µs.
Ngoài ra, tùy theo số hiệu sản xuất mà chúng có những khác biệt về bộ
nhớ và bộ định thời/ bộ đếm như trong bảng so sánh dưới đây:
Số hiệu sản xuất

Bộ nhớ chương

Bộ nhớ dữ liệu

Số bộ định thời

trình trên chip

trên chip

(Bộ đếm)

8031

0K

128 byte

2

8051

4K ROM

128 byte

2

8751

4K EPROM

128 byte

2

8951

4K FLASH

128 byte

2

8032

0K

256 byte

3

8052

8K ROM

256 byte

3

8752

8K EPROM

256 byte

3

8952

8K FLASH

256 byte

3

Baûng 1.1: Bộ nhớ định thời họ MSC-51

GVHD: PGS_TS ĐÕ VĂN DŨNG

3

HVTH: KS NGUYỄN VĂN NGỌC


Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN

° Giới thiệu AT89C52:

Hình 1.1:Sơ đồ chân AT89C51
“Nghiêncứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ”.– KS.
Hồ Hữu Chấn – Luận văn thạc sĩ 2003 –2005, ngƣời hƣớng dẫn: PGS. TS Đỗ
Văn Dũng – Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP. HCM.
Luận văn được hoàn thành trên cơ sở ứng dụng vi xử lý (dùng bộ vi điều
khiển AT89S52) để chế tạo mạch điều khiển hộp số tự động theo chương trình. Kết
quả luận văn cho thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của vi điều khiển trong điều
khiển lập trình hoạt động cho nhiều kết cấu cơ khí và thiết bị điện phức tạp trên ơ tơ
nói riêng và hệ thống điều khiển tự động nói chung.
°Sơ đồ khối và chức năng các khối của AT89S52:
* Bộ vi điều khiển AT89S52 gồm các khối:
- CPU ( Central Processing Unit):

GVHD: PGS_TS ĐÕ VĂN DŨNG

4

HVTH: KS NGUYỄN VĂN NGỌC

Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN

+ Thanh ghi tích lũy A.
+ Thanh ghi tích lũy phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia.
+ Đơn vị logic học ( ALU: Arithmetic Logical Unit)
+ Từ trạng thái chương trình (PSW: Program Status Word)
+ Bốn băng thanh ghi
+ Con trỏ ngăn xếp
- Bộ nhớ chương trình (Bộ nhớ ROM) gồm 8Kb Flash.
- Bộ nhớ dữ liệu (Bộ nhớ RAM) gồm 256 bytes.
- Bộ UART (Universal Ansynchronous Receiver and Transmitter) làm chức
năng truyền nhận nối tiếp, nhờ khối này, AT89S52 có thể giao tiếp với cổng
COM của máy tính.
- 3 bộ Timer/Counter 16 bit thực hiện các chức năng định thời và đếm sự kiện.
- WDT (Watch Dog Timer): được dùng để hồi phục lại hoạt động của CPU khi
nó bị treo bởi 1 nguyên nhân nào đó. Gồm có một bộ Timer 14 bit, một bộ
Timer 7 bit, thanh g hi WDTPRG (WDT programable) điều khiển Timer 7 bit
và một thanh ghi chức năng WDTRST (WDT resister).

GVHD: PGS_TS ĐÕ VĂN DŨNG

5

HVTH: KS NGUYỄN VĂN NGỌC