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

ISSN 2354-0575
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐÈN PHA CỐT
TRÊN Ô TÔ SỬ DỤNG MẠNG CAN
Bùi Đức Hạnh, Nguyễn Văn Nhơn, Lê Vĩnh Sơn, Dương Thị Thu Hằng
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên
Ngày tòa soạn nhận được bài báo: 16/10/2018
Ngày phản biện đánh giá và sửa chữa: 06/11/2018
Ngày bài báo được duyệt đăng: 09/11/2018
Tóm tắt:
Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ điều khiển đèn pha cốt trên ô tô sử
dụng mạng CAN kết hợp ba bộ điều khiển, một bộ điều khiển chính (ECU chủ) và hai bộ điều khiển phụ
(ECU 1, ECU 2). Dựa trên phần mềm lập trình CodeVisionAVR để lập trình C cho vi điều khiển Atmega8,
phần mềm thiết kế mạch Altium Designer (mạch in điều khiển đèn pha cốt sử dụng mạng CAN), mạch sử
dụng một IC MCP2551 có chức năng chuyển đổi tín hiệu từ UART sang CAN. Kết quả đã có được một bộ
điều khiển đèn pha cốt hoàn chỉnh điều khiển bằng mạng CAN, có thể lắp đặt trên ơ tơ chưa có mạng CAN.
Từ khóa: Đèn pha, mạng CAN, mạch điều khiển.
1. Đặt vấn đề
Hiện nay đã có rất nhiều nhà sản xuất linh
kiện điện tử bán dẫn sản xuất loại bộ điều khiển
CAN độc lập, hoặc thực hiện chúng trong những
thiết kế chip đơn. Mạng CAN đã được nghiên cứu
thị trường cho công nghệ bus trường mới dùng
trong xe ơ tơ mà có thể cho phép đưa thêm các chức
năng vào hệ thống thông tin giữa các bộ điều khiển
điện tử trong xe hơi của hãng Mercedes-Benz. Một
bước phát triển thành công của CAN là đã thành lập
tổ chức nhóm các nhà sản xuất và người sử dụng
quốc tế, gọi là Hội CAN tự động hóa (CiA = CAN
in Automatic - 1992).[1]
CAN được sử dụng với việc truyền dữ liệu
lớn, đáp ứng thời gian thực và trong môi trường

khác nhau và truyền tốc độ cao rất ổn định. Do đó
mạng CAN được sử dụng trong ngành cơng nghiệp
xe hơi. Hệ thống chiếu sáng sử dụng mạng CAN đã
dần trở nên thông dụng đối với các nước phát triển,
coi trọng vấn đề an tồn giao thơng cịn đối với Việt
Nam ta hiện nay thì chiếu sáng sử dụng mạng CAN
vẫn còn khá mới mẻ, chỉ được trang bị trên các xe
hạng sang. Vì vậy, Nghiên cứu này nhằm thiết kế
mạch điều khiển mạng CAN để lắp đặt trên ô tô
thông thường ở Việt Nam.
2. Cơ sở lý thuyết
Sử dụng phần mềm lập trình CodeVisionAVR
để lập trình C cho vi điều khiển Atmega8, phần
mềm thiết kế mạch Altium Designer (mạch in điều
khiển đèn pha cốt sử dụng mạng CAN), mạch sử
dụng một IC MCP2551 có chức năng chuyển đổi
tín hiệu từ UART sang CAN.
2.1. Vi điều khiển Atmega8 [2]
Chip ATmega8 dịng AVR mới nhất, có đầy
đủ các tính năng của AVR nhưng lại nhỏ gọn (gói

Khoa học & Cơng nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018

PDIP có 28 chân) và low cost.

Hình 1. Chip ATmega8
Phần mềm lập trình CodeVision AVR để lập
trình C cho vi điều khiển Atmega8 [3] gồm:
Lựa chọn chíp AVR và tần số của thạch anh
tần số (Hình 2), Khởi tạo cho các cổng IO (Hình 3).

Hình 2. Chip AVR và tần số thạch anh

Journal of Science and Technology

23


ISSN 2354-0575
Sau khi nhớ song 3 file: IO.c – IO.prj –
IO.cwp được giao diện cửa sổ code vision để khởi
tạo code. Trong đó có đầy đủ code cần thiết cho cấu
hình cổng IO để bắt đầu soạn code.

Hình 3. Thiết lập cổng vào ra
Các chân IO của AVR mặc định trạng thái
IN, muốn chuyển thành trạng thái OUT để có thể
đưa các mức logic ra ta click chuột vào các nút IN
(màu trắng) để nó chuyển thành OUT trong các Tab
Port. Sau đó chọn File → Generate, Save and Exit.

Hình 6. Giao diện cửa sổ code vision để khởi tạo
code
2.2. IC CAN MCP2551 [4]
IC CAN MCP2551 đóng vai trị là một bộ
thu nhận tín hiệu và đảm bảo mức điện áp hoạt động
của tín hiệu.

Hình 7. IC CAN MCP2551
Bảng 1. Thơng số của IC CAN MCP2551

Datasheets
Hình 4. Chuyển trạng thái chân IO từ IN -> OUT

Hình 5. Lưu file

24

MCP2551
Development Tools
Catalog

Tiêu chuẩn
Loại
Họ

60
Integrated Circuits (ICs)
Interface - Drivers,
Receivers, Transceivers
Kiểu
Transceiver
Mạng
CAN
Bộ điều khiển/bộ thu
1/1
Điện áp cung cấp
4.5 V ~ 5.5 V
Nhiệt độ hoạt động
-40°C ~ 85°C
Kích thước

8-DIP (0.300", 7.62mm)
Supplier Device Package
8-PDIP
Đường truyền trực tiếp
CAN Transceivers
Tên khác
MCP2551IP

Khoa học & Công nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018

Journal of Science and Technology


ISSN 2354-0575
Mạch sử dụng một IC MCP2551 có chức năng
chuyển đổi tín hiệu từ UART sang CAN. Kết nối các
chân của IC CAN MCP2551 ở chế độ làm việc.

Mở PCB1.PcbDoc được add ở project tạo
ban đầu altium sẽ chuyển sang giao diện vẽ mạch
in.

Hình 8. Kết nối hoạt động của IC CAN MCP2551
3. Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển đèn pha cốt
sử dụng mạng CAN trên ô tô
3.1. Thiết kế mạch điều khiển đèn pha cốt trên
phần mềm Altium Designer
Giao diện Altium Designer (Hình 9) gồm
các thanh cơng cụ, thanh menu, thanh trạng thái để
thông báo những thông tin như: tọa độ, kích thước,

độ dài,… Các tab dọc hai bên là cơng cụ quản lí:
project, navbar, libralies, history,.. Chính giữa là
màn hình làm việc để thao tác vẽ mạch ngun lí,
mạch in.

Hình 11. Giao diện vẽ mạch
Menu Place có phần vẽ mạch in trực quan.
Interactive Routing (đi dây bằng tay), Via, Pad
(tạo chân linh kiện), Polygon Pour (phủ đồng cho
mạch in).
Phía dưới là các layer (lớp mạch in) của thiết
kế. Một PCB sẽ được quy định ra thành nhiều lớp,
mỗi lớp có một tên và màu sắc đặc trưng cho lớp đó
ngồi thực tế:

Hình 12. Các lớp chọn mạch in

Hình 9. Giao diện phần mềm Altium Designer [4]
Thư viện lựa chọn và tra cứu các linh kiện
điện tử khi thiết kế mạch.

+ Top layer: đường mạch ở lớp trên cùng.
+ Bottom layer: đường mạch ở lớp dưới cùng
+ Top overlay: lớp chứ hiển thị trên cùng
của mạch.
+ Bottom overlay: lớp chữ hiển thị ở mặt
dưới của mạch.
Sau khi vẽ mạch thì in mạch của ECU chủ
(Hình 13) và ECU1, ECU2 (Hình 14).

Hình 13. Mạch in ECU chủ trên phần mềm Altium
Designer
Hình 10. Thư viện tra cứu linh kiện

Khoa học & Công nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018

Journal of Science and Technology

25


ISSN 2354-0575

Hình 14. Mạch in ECU 1 và ECU 2 vẽ trên phần
mềm Altium Designer
chủ.

Hình 17. Mạch in 3D ECU chủ

In trên phim mạch làm bộ điều khiển ECU

Hình 18. Mạch in 3D ECU 1 và ECU 2
3.2. Lắp ráp linh kiện điện tử trên mạch in
Phim mạch đã thiết kế được in cơng nghiệp
mạch ECU chủ (Hình 19) và ECU 1, ECU 2 (Hình 20).
Hình 15. Phim mạch bo dây của bộ điều khiển
ECU chủ

Hình 19. Mạch in cơng nghiệp ECU chủ

Hình 16. Phim mạch bo dây của bộ điều khiển
ECU 1 và ECU 2
Mạch in 3D trên phần mềm Altium Desgner
gắn các linh kiện lên mạch và so sánh độ chính xác
với mạch hồn chỉnh.
Hình 20. Mạch in công nghiệp ECU 1, ECU 2

26

Khoa học & Công nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018

Journal of Science and Technology


ISSN 2354-0575
Bố trí linh kiện lên bo mạch (Hình 21),
(Hình 22). Khi đèn pha cốt hoạt động nhằm chống
nhiễu thông tin trên mạch cịn được thiết kế gắn các
tụ có tần số cao và thấp để lọc nhiễu khi điều khiển.

Hình 21. Mạch ECU chủ khi đã ráp các linh kiện
điện tử

Hình 22. Mạch ECU 1 và ECU 2 chủ khi đã ráp các
linh kiện điện tử
Trên cơ sở thiết kế mạch và ráp các linh kiện
điện tử trên mạch in điều khiển đèn pha cốt sử dụng

mạng CAN đã chế tạo 3 bộ điều khiển của mơ hình
hệ thống đèn pha cốt ô tô sử dụng mạng CAN gồm:

bộ điều khiển chính (ECU chủ) và hai bộ điều khiển
phụ (ECU 1, ECU 2) để sử dụng lắp đặt trên hệ
thống đèn pha cốt trên mơ hình chưa có mạng CAN.
Trong đó ECU chủ nhận các tín hiệu đầu vào là tín
hiệu điều khiển cơng tắc đa năng của người lái xe.
Tín hiệu đi vào vi xử lý, vi xử lý sẽ xử lí tín hiệu và
chuyển ra IC CAN. Từ đó IC CAN xuất hai tín hiệu
là CAN H và CAN L, tức là giao tiếp trong mạng
CAN với ECU 1 và ECU 2. ECU 1 và ECU 2 sẽ
nhận được tín hiệu CAN H, CAN L từ ECU chủ, tín
hiệu sẽ đi vào IC CAN của bộ ECU 1 và ECU 2. Tín
hiệu CAN được xử lí và đưa vào vi xử lý của ECU.
Vi xử lý sẽ tiến hành các thao tác điều khiển bóng
đèn và điều khiển trên cơ sở ngắt âm của các bóng
pha cốt, các chân dương của hai bóng đèn pha cốt
sẽ được nối thẳng vào cực dương của ắc quy 12V.
4. Kết luận
Qua ứng dụng CAN, đã thiết kế, chế tạo
được bộ điều khiển để sử dụng lắp đặt trên mơ hình
hệ thống đèn pha cốt ô tô thông thường ở Việt Nam
chưa sử dụng mạng CAN thành mơ hình hệ thống
đèn pha cốt sử dụng mạng CAN. Các bộ điều khiển
này đã được ứng dụng lắp đặt trên mơ hình hệ thống
đèn pha cốt ơ tơ tại Khoa Cơ khí Động lực - Trường
Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên với các chế
độ hoạt động như hệ thống đèn pha cốt trên xe ô tô
hiện đại thiết kế sử dụng mạng CAN. Đây cũng là
tiền đề để tiếp tục ứng dụng CAN thiết kế, chế tạo
các bộ điều khiển khác sử dụng lắp đặt trên mơ hình
hệ thống điện thân xe ơ tơ.

Tài liệu tham khảo
[1]. Hồng Minh Sơn, Mạng truyền thông công nghiệp, NXB khoa học và kỹ thuật.
[2]. Shop manual AVR1607, Brushless DC Motor (BLDC) Control in Sensor Mode using
ATxmega128A1 and ATAVRMC323 of Atmel Group.
[3]. Phạm Văn Ất, Kỹ thuật lập trình C cơ sở và nâng cao, NXB Giao thông vận tải.
[4]. WWW.microchip.com, datasheet MCP2551, driver CAN bus.
RESEARCH AND MANUFACTURE THE AUTOMOTIVE HEADLIGHT CONTROLL CIRCUIT
USING CAN COMMUNICATION
Abstract:
This article presents the results of the research and manufacture of headlights control board for
vehicles using CAN network combining three controlers, a main controller (master ECU) and two auxiliary
controllers (ECU1, ECU2). On this board, not only using Code Vision AVR programming software to write
for Atmega8 microcontroller, but also the printed circuit was designed by the Altium Designer software. In
addition, it had a function of signal converter from UART to CAN through one IC MCP2551. The result was
a complete headlight control unit which could be installed on vehicles without CAN network.
Keywords: headlight, CAN network, control board.

Khoa học & Công nghệ - Số 20/Tháng 12 - 2018

Journal of Science and Technology

27