Ứng dụng iot trong việc thu thập và truyền nhận dữ liệu trên mô hình động cơ TOYOTA COROLLA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC THU THẬP VÀ
TRUYỀN NHẬN DỮ LIỆU TRÊN MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ
TOYOTA COROLLA

SVTH: NGUYỄN TẤN LÝ
MSSV: 13145157
SVTH: TRẦN THẾ TÁNH
MSSV: 13145226
GVHD: TS. LÊ KHÁNH TÂN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chun Ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Ơ Tơ
Tên đề tài

ỨNG DỤNG IOT TRONG VIỆC THU THẬP VÀ
TRUYỀN NHẬN DỮ LIỆU TRÊN MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ
TOYOTA COROLLA

SVTH:

NGUYỄN TẤN LÝ

MSSV:

13145157

SVTH:

TRẦN THẾ TÁNH

MSSV:

13145226

GVHD: TS. LÊ KHÁNH TÂN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017


TRƯỜNG ĐH 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. NGUYỄN TẤN LÝ
2. TRẦN THẾ TÁNH

MSSV: 13145157
MSSV: 13145256

Chun ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Ơ Tơ

Mã ngành đào tạo: 52510205

Hệ đào tạo: Đại học chính quy

Mã hệ đào tạo: 1

Khóa: 2013

Lớp: 131454

1. Tên đề tài
Ứng dụng IoT trong việc thu thập và truyền nhận dữ liệu trên mơ hình động cơ
TOYOTA COROLLA.
2. Nhiệm vụ đề tài





Tìm hiểu về các tín hiệu cảm biến và xung đánh lửa, kim phun.
Tìm hiểu về phần mềm Arduino và LabView.
Thiết kế chế tạo mơ hình thu thập dữ liệu.

Truyền dữ liệu sang máy tính khác bằng mạng Internet.

3. Sản phẩm của đề tài
 1 thiết bị thu thập dữ liệu trên mơ hình động cơ.
 1 bài báo cáo thuyết minh.
 1 đĩa CD.
4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: tháng 4 năm 2017.
5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: tháng 7 năm 2017.
TRƯỞNG BỘ MÔN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

i


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

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

Bộ môn ……………………………..

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên…………………………………..MSSV:…………….. Hội đồng:…………
Họ và tên sinh viên…………………………………..MSSV:…………….. Hội đồng:…………
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 (không đánh máy)
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN(khơng đánh máy)
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:
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

ii


...................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................

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 đầ y đủ cả hình thức và nội dung của các mục
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài

10

Tính cấp thiết của đề tài

10

Nội dung ĐATN

10
50

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hợi…

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 07 năm 2017
Giảng viên hướng dẫn

iii


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

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

Bộ môn ……………………………..

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên ......................................................... MSSV: ………….Hội đồng…………
Họ và tên sinh viên ......................................................... MSSV: ………….Hội đồng…………
Tên đề tài: .........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
Ngành đào tạo: ................................................................................................................................
Họ và tên GV phản biện: (Mã GV) ..................................................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................

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)
....................................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................

3. Kết quả đạt được:
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................

4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................

5. Câu hỏi:
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................

iv


..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................................

6. Đánh giá:

1.

2.

Điểm
tối đa

Mục đánh giá

TT

Hình thức và kết cấu ĐATN

30

Đúng format với đầ y đủ cả hình thức và nội dung của các mục
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài

10

Tính cấp thiết của đề tài

10

Nội dung ĐATN

10
50

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật,
khoa học xã hợi…

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

7. Kết luận:
 Được phép bảo vệ
 Không được phép bảo vệ

Điểm đạt
được

100

TP.HCM, ngày

tháng 07 năm 2017

Giảng viên phản biện

v

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN
Tên đề tài:

Ứng dụng IoT trong việc thu thập và truyền nhận dữ liệu trên mơ hình động
cơ TOYOTA COROLLA.
Họ và tên Sinh viên: NGUYỄN TẤN LÝ
TRẦN THẾ TÁNH
Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ơ Tơ

MSSV: 13145157
MSSV: 13145226

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 về. 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 2017

vi

LỜI CẢM ƠN
Trong cuộc sống, khơng có sự thành cơng nào là không gắn liền với sự nỗ lực phấn
đấu, đồng thời với đó là sự giúp đỡ tận tình của những người am hiểu về những lĩnh vực
đó.
Trong giảng đường đại học, đó chính là các Thầy, các Cơ đã tận tâm hướng dẫn
giúp đỡ cho sinh viên. Đối với chúng em đó chính là các Thầy, các Cơ trong Trường ĐH
Sư Phạm Kỹ Thuật, những người luôn cố gắng đào tạo một cách tốt nhất cho chúng em để
có thể có được những kiến thức, cũng như trình độ chuyên môn tốt.
Và đặc biệt trong kỳ học cuối cùng này, và đồ án tốt nghiệp cũng là môn học cuối
cùng của chúng em. Chúng em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Lê Khánh Tân,
đã tận tâm hướng dẫn, chỉ bảo chúng em qua từng giai đoạn một cách nhiệt tình, để chúng
em có thể hoàn thành được đồ án trong thời gian cho phép với kết quả là tốt nhất để chúng
em có thể ngồi đây và viết báo cáo chuẩn bị cho buổi bảo vệ đồ án sắp tới.
Đồ án “ Ứng dụng IoT trong việc thu thập và truyền nhận dữ liệu trên mơ hình động
cơ TOYOTA COROLLA ” của chúng em được thực hiện trong khoảng 9 tuần. Thực hiện
từng bước, từ tìm hiểu Arduino cho đến LabView và sau đó thực hiện các bước cho đến
cuối cùng. Vì kiến thức chúng em cịn hạn chế do vậy khơng thể tránh khỏi những sai xót,
chúng em rất mong nhận được các đánh giá, nhận xét cũng như là góp ý tận tình của q
Thầy Cơ để đồ án của chúng em có thể hồn thiện hơn.
Một lần nữa xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện:
1. Nguyễn Tấn Lý
2. Trần Thế Tánh

vii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .....................................................................................................................vii
MỤC LỤ C ........................................................................................................................ viii
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................................. xi
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................... xiii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT............................................................ xiv
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.................................................................................................1
1.1. Lý do chọn đề tài .......................................................................................................1
1.2. Mục tiêu của đề tài ....................................................................................................1
1.3. Nhiệm vụ của đề tài ...................................................................................................2
1.4. Các bước thực hiện đề tài..........................................................................................2
1.5. Kế hoạch nghiên cứu .................................................................................................2
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................................4
2.1. Hệ thống điều khiển động cơ .....................................................................................4
2.1.1. Lịch sử phát triển ................................................................................................4
2.1.2. Hệ thống điều khiển động cơ ..............................................................................5
2.1.3. Lý thuyết cảm biến ............................................................................................10
2.2. Sơ lược về Internet và IoT .......................................................................................22
2.2.1. Các kết nối tầm ngắn ........................................................................................22
2.2.2. Internet ..............................................................................................................27
2.2.3. IoT .....................................................................................................................31
2.3. Truyền dẫn bằng công nghệ Internet 3G/4G...........................................................39
2.3.1. TCP/IP...............................................................................................................39
2.3.2. VPN ...................................................................................................................42
2.3.3. Truyền dẫn bằng công nghệ Internet 3G/4G ....................................................44
2.4. Mơ hình hệ thống điện điều khiển động cơ TOYOTA COROLLA...........................52
2.4.1. Sơ đồ mơ hình ....................................................................................................52
2.4.2. Kiểm tra mơ hình ...............................................................................................52
2.4.3. Tiến hành sửa chữa ...........................................................................................53
CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO .............................................................................54

3.1. Làm thử nghiệm .......................................................................................................54
3.1.1. Chuẩn bị ............................................................................................................54
3.1.2. Lắp mạch như bên dưới để thử nghiệm.............................................................54
viii


3.1.3. Viết chương trình Arduino IDE cho mơ hình thử nghiệm.................................54
3.1.4. Màn hình hiển thị ..............................................................................................55
3.2. Tiến hành viết code ..................................................................................................56
3.2.1. Lưu đồ code Arduino IDE cho hệ thống như sau: ............................................56
3.2.2. Chương trình code Arduino IDE hồn chỉnh....................................................58
3.2.3. Giải thích chương trình code ............................................................................60
3.3. Chuyển đổi tín hiệu. .................................................................................................62
3.3.1. Chuyển đổi giá trị nhiệt độ nước làm mát ........................................................63
3.3.2. Chuyển giá trị lưu lượng khí nạp ......................................................................63
3.3.3. Chuyển giá trị vị trí bướm ga ............................................................................63
3.4. Viết chương trình LabView......................................................................................64
3.4.1. Chương trình LabView cho thiết bị thu thập trên xe (máy Server)...................64
3.4.2. Chương trình LabView cho thiết bị nhận dữ liệu (máy Client) ........................66
3.5. Chế tạo thiết bị đo ...................................................................................................67
CHƯƠNG 4: TIẾN HÀNH ĐO KIỂM TRA THIẾT BỊ ......................................................69
4.1 Quy trình đo ..............................................................................................................69
4.2. Khởi động mơ hình và thử từng chế độ ...................................................................73
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................74
5.1. Những việc đã đạt được...........................................................................................75
5.2. Những khó khăn gặp phải khi thực hiện đồ án........................................................75
5.3. Kiến nghị .................................................................................................................75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................76
PHỤ LỤC A .......................................................................................................................77
1. Giới thiệu về Arduino.....................................................................................................77

1.1. Lịch sử Arduino .......................................................................................................77
1.2. Phần cứng Arduino Uno R3 ....................................................................................78
1.2.1. Nút Reset ...........................................................................................................78
1.2.2. Cổng USB ..........................................................................................................79
1.2.3. Nguồn rời ..........................................................................................................79
1.2.4. Cấp nguồn cho cảm biến ...................................................................................79
1.2.5. Các chân anolog ...............................................................................................79
1.2.6. IC AT Mega328 .................................................................................................79
1.2.7. Các chân digital ................................................................................................80
ix


1.2.8. Chân dây cáp để gắn với Arduino.....................................................................80
1.2.9. Chân dây cáp để gắn vào máy tính ...................................................................80
1.3. Thơng số của Arduino ............................................................................................81
2. Giao diện Arduino IDE ..................................................................................................82
2.1. Thanh Menu .............................................................................................................82
2.2. Nút kiểm tra chương trình .......................................................................................82
2.3. Nút Upload chương trình ........................................................................................82
2.4. Vùng viết code .........................................................................................................82
2.5. Vùng thông báo........................................................................................................83
2.6. Nút lưu chương trình ...............................................................................................83
2.7. Mở 1 chương trình đã có sẵn ..................................................................................83
2.8. Mở chương trình mới...............................................................................................83
2.9. Nút hiển thị thơng số................................................................................................83
3. Các menu trong Arduino ................................................................................................83
3.1. Example ...................................................................................................................83
3.2. Chọn cổng COM ......................................................................................................84
3.3. Lập trình trong Arduino ..........................................................................................85
3.3.1. void setup() ........................................................................................................85

3.3.2. void loop() .........................................................................................................85
3.3.3. Serial.begin() .....................................................................................................85
3.3.4. Lệnh Serial.print(); ...........................................................................................86
3.3.5. Lệnh delay() ......................................................................................................86
PHỤ LỤC B .......................................................................................................................87
1. Giới thiệu LabView ........................................................................................................87
1.1. Lịch sử .....................................................................................................................87
1.2. Các ứng dụng LabView trong thực tế......................................................................89
2. Những khái niệm cơ bản của LabView ..........................................................................91
2.2. VI (Vitual Instrument) – Thiết bị ảo ........................................................................91
2.3. Các thành phần chính của LabView........................................................................91
2.3.1. Bảng giao diện (Front Panel) ...........................................................................91
2.3.2. Sơ đồ khối (Block Diagram) .............................................................................92
2.4. Các kỹ thuật lập trình trên LabView .......................................................................93
2.4.1. Bảng điều khiển .................................................................................................93
x


2.4.2. Một số tính năng của bảng Controls Palatte ....................................................94
2.4.3. Bảng hàm chức năng (Function Palette ) .........................................................96
2.4.4. Một số cơng cụ sử dụng trong đồ án thu thập tín hiệu cảm biến ......................98

xi


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Sơ đồ bố trí các cảm biến trong hệ thống phun xăng điện tử .............................6
Hình 2.2: Sơ đồ khối của hệ thống phun xăng điện tử. .......................................................6
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun xăng kiểu L-EFI và D-EFI. ...............................7
Hình 2.4: Hệ thống ESA.......................................................................................................8

Hình 2.5: Mạch đánh lửa. ....................................................................................................9
Hình 2.6: Cấu tạo cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nhiệt..........................................11
Hình 2.7: Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nhiệt trên mơ hình. ................................11
Hình 2.8: Nguyên lý hoạt động của cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nhiệt. .............12
Hình 2.9: Sơ đồ mạch điện của cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nhiệt. ....................12
Hình 2.10: Cấu tạo của cảm biến vị trí bướm ga. .............................................................13
Hình 2.11: Cấu tạo của cảm biến vị trí bướm ga trên mơ hình.........................................14
Hình 2.12: Sơ đồ mạch điện của cảm biến vị trí bướm ga. ...............................................14
Hình 2.13: Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ nước làm mát. ................................................15
Hình 2.14: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát trên mơ hình. ..............................................15
Hình 2.15: Sơ đồ ngun lý của cảm biến nhiệt độ nước làm mát. ...................................16
Hình 2.16: Đường đặc tính của cảm biến nhiệt độ nước làm mát. ...................................17
Hình 2.17: Sơ đồ mạch điện của cảm biến nhiệt độ nước làm.mát. ..................................17
Hình 2.18: Cảm biến nhiệt độ khí nạp. ..............................................................................18
Hình 2.19: Cấu tạo của cám biến oxy trên mơ hình. .........................................................19
Hình 2.20: Cấu tạo cảm biến oxy. .....................................................................................20
Hình 2.21: Nguyên lý hoạt động và sơ đồ mạch điện của cảm biến oxy. ..........................20
Hình 2.22: Cấu tạo của cảm biến kích nổ trên mơ hình. ...................................................21
Hình 2.23: Ngun lý hoạt động của cảm biến kích nổ. ....................................................22
Hình 2.24: Sơ đồ mạch điện của cảm biến kích nổ. ..........................................................22
Hình 2.25: Tổng quan về bộ giao thức TCP/IP. ................................................................40
Hình 2.26: Quá trình đóng mở gói dữ liệu trong TCP/IP. ................................................41
Hình 2.27: Mơ hình truyền dẫn bằng cơng nghệ Internet 3G/4G. ....................................45
Hình 2.28: Giao diện DashBoard của router Vigor2925 Dcom 4G .................................46
Hình 2.29: Cấu hình của LAN-to-LAN Profiles. ...............................................................46
Hình 2.30: Cấu hình của Port Redirection. .......................................................................51
Hình 2.31: Mơ hình hệ thống điện điều khiển động cơ TOYOTA COROLLA...................52
Hình 3.1: Mơ hình thử nghiệm thiết bị. .............................................................................54
Hình 3.2: Đồ thị chuyển đổi giá trị điện áp và giá trị nhiệt độ nước làm mát. .................63
Hình 3.3: Đồ thị chuyển đổi giá trị điện áp và giá trị lưu lượng khí nạp. ........................63

Hình 3.4: Đồ thị chuyển đổi giá trị điện áp và giá trị độ mở bướm ga. ............................63
Hình 3.5: Khối Block Diagram của phần mềm LabView thu thập. ...................................64
Hình 3.6: Khối Front Panel của phần mềm LabView thu thập. ........................................65
Hình 3.7: Block Diagram của phần mềm LabView nhận dữ liệu. .....................................66
Hình 3.8: Khối Front Panel của phầm mềm LabView nhận dữ liệu. ................................66
Hình 3.9: Sơ đồ mơ hình thiết bị đo. ..................................................................................67
xii


Hình 3.10: Hộp và test board. ...........................................................................................68
Hình 3.11: Hộp thiết bị đo hồn chỉnh. .............................................................................68
Hình 4.1: Cắm thiết bị đo vào mơ hình..............................................................................69
Hình 4.2: Cắm thiết bị đo vào máy tính. ............................................................................69
Hình 4.3: Chọn loại Arduino và mở Port. .........................................................................70
Hình 4.4: Đọc giá trị xuất ra màn hình. ............................................................................70
Hình 4.5: Mở cổng COM và Port cho LabView. ...............................................................71
Hình 4.6: Mở Port và địa chỉ IP cho máy thu tín hiệu. .....................................................72
Hình 4.7: Chạy chương trình. ............................................................................................72
Hình 4.8: Chương trình khi bật cơng tắc máy. ..................................................................73
Hình 4.9: Chương trình khi khởi động máy. ......................................................................73
Hình 4.10: Chương trình khi tăng ga chậm. ......................................................................74
Hình 4.11: Chương trình khi tăng ga đột ngột. .................................................................74
Hình 1: Phần cứng Arduino ...............................................................................................78
Hình 2: Giao diện chương trình Arduino. .........................................................................82
Hình 3: Example. ...............................................................................................................83
Hình 4: Chọn loại Arduino. ...............................................................................................84
Hình 5: Chọn cổng COM. ..................................................................................................84
Hình 6: Chương trình trong Arduino.................................................................................85
Hình 7: Thiết bị ảo thay thế cho thiết bị truyền thơng.......................................................88
Hình 8: Ứng dụng LabView chế tạo xe khơng người lái. ..................................................89

Hình 9: Kết hợp giữa 2 phần mềm Solid Work và LabView để thiết kế và điều khiển cánh
tay robot. ............................................................................................................................90
Hình 10:Ứng dụng của LabView trong mơ hình dự báo thời tiết và đo nhiệt độ. .............90
Hình 11: Bảng giao diện. ...................................................................................................92
Hình 12: Bảng sơ đồ khối. .................................................................................................92
Hình 13: Bảng Control Palette ..........................................................................................94
Hình 14: Bảng Modern – Numeric control. .......................................................................94
Hình 15: Bảng Boolean Control. .......................................................................................95
Hình 16: Bảng hiển thị các đồ thị. .....................................................................................96
Hình 17: Đồ thị dạng 3D. ..................................................................................................96
Hình 18: Function palette – Structure. ..............................................................................97
Hình 19: Function Palette – Array. ...................................................................................98

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Bảng tương quan điện áp, điện trở và mức nhiệt độ nước làm mát. .................17
Bảng 2.2: Bảng tương quan điện áp, điện trở và mức nhiệt độ khí nạp. ...........................19

xiii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Ý nghĩa viết tắt

THA
THW
VTA
VG
OX

KNK
G
NE
RPM
RS232
TCP/IP
IoT
ECU
IGT
#10
WAN
LAN
VPN
ESA
EFI
RF
GPS
USB
Arduino IDE
IC
ATmega328
LabView
V2V

Round Per Minute

Ý nghĩa
Tín hiệu cảm biến nhiệt độ khí
nạp
Tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước

làm mát
Tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga
Tín hiệu cảm biến lưu lượng khí
nạp
Tín hiệu cảm biến oxy
Tín hiệu cảm biến kích nổ
Tín hiệu vị trí trục cam
Tín hiệu vị trí trục khuỷu
Tốc độ quay vòng / phút

Đơn vị

vòng/phút

Chuẩn giao tiếp kết nối Arduino
với máy tính
Transmission Control
Giao thức để gửi và nhận tín hiệu
Protocol/Internet Protocol qua mạng đáng tin cậy
Internet of Things
Mạng lưới vạn vật kết nối Internet
Electronic Control Unit Bộ điều khiển điện tử
Tín hiệu điều khiển đánh lửa
Tín hiệu kim phun
Wide Area Network
Mạng diện rộng
Local Area Network
Mạng cục bộ
Virtual Private Network Mạng riêng ảo
Hệ thống đánh lửa sớm bằng điện

Electronic Spark Advance
tử
Electronic Fuel Injection Hệ thống phun nhiên liệu điện tử
Radio Frequency
Tần số vô tuyến
Global Position System Hệ thống định vi toàn cầu
Chuẩn kết nối tuần tự trên máy
Phần mềm lập trình cho Arduino
Vi xử lý trên Arduino
Laboratory Virtual
Instrument Engineering
Workbench
Vehicle to Vehicle

Phần mềm máy tính
Từ xe đến xe

xiv


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Lý do chọn đề tài
Trong những năm gần đây, sự phát triển không ngừng của công nghệ ô tô trên thế
giới, đặc biệt là các công nghệ tiên tiến đem lại sự thoải mái, tiện nghi cho con người. Con
người đã tạo ra rất nhiều các thiết bị điện tử và công nghệ thông tin nhằm phục vụ cho điều
đó.
Việc thu thập dữ liệu để kiểm tra các thiết bị nhằm cải tiến công nghệ là việc rất
cần thiết, tuy nhiên việc thu thập và xử lý trên xe đòi hỏi nhiều thiết bị cồng kềnh và gây
rất nhiều khó khăn. Nên từ đó, điều quan trong là cần phải thu thập dữ liệu trên xe và truyền
về trung tâm để xử lý tín hiệu đó. Việc truyền tín hiệu này địi hỏi sự chính xác và nhanh

chóng.
Cùng với sự phát triển của cơng nghệ truyền thơng và Internet thì việc thu thập dữ
liệu giờ đây khơng cịn là những thiết bị cơ khí cồng kềnh và hiệu quả khơng cao.
Vậy tại sao khơng tìm kiếm một phương pháp đơn giản hơn và hiệu quả hơn chỉ với
một chiếc máy tính và một bộ thiết bị thu thập dữ liệu nhỏ gọn và truyền về trung tâm xử
lý ở bất kỳ vị trí nào.
Từ đó chúng em quyết định chọn đề tài này nhằm tìm hiểu về thu thập thông tin cảm
biến trên ô tô và truyền về máy tính trung tâm. Từ sự nghiên cứu đó, hy vọng sau khi ra
trường chúng em có thể phát triển thêm và ứng dụng nhiều hơn công nghệ này vào cuộc
sống và công việc tương lai.
1.2. Mục tiêu của đề tài
 Thiết kế chế tạo mơ hình thu thập dữ liệu trên mơ hình hệ thống điện điều khiển
động cơ TOYOTA COROLLA.
 Truyền dữ liệu lên máy tính bằng Arduino và hiển thị kết quả bằng LabView.
 Truyền tất cả dữ liệu đó sang máy tính khác qua mạng Internet.
 Máy tính nhận dữ liệu, xử lý và hiển thị kết quả.

1


1.3. Nhiệm vụ của đề tài
 Tổng hợp lại những kiến thức đã học được tại trường trong 4 năm qua và áp dụng
vào thực tế để chế tạo thiết bị thu thập tín hiệu.
 Thiết kế phần cứng thu thập dữ liệu.
 Thiết kế phần mềm cho thiết bị thu thập dữ liệu và truyền sang máy tính khác.
1.4. Các bước thực hiện đề tài
1. Đọc và tham khảo tài liệu.
2. Nghiên cứu mơ hình hệ thống điện điều khiển động cơ TOYOTA COROLLA.
3. Tìm và sửa chữa những chỗ hư hỏng trên mơ hình hệ thống điện điều khiển động
cơ TOYOTA COROLLA.

4. Thử nghiệm mơ hình thu thập tín hiệu với các biến trở và mạch tạo xung.
5. Viết code Arduino cho các mơ hình thử nghiệm thu thập tín hiệu.
6. Tìm các đồ thị tương quan giữa giá trị điện trở và giá trị thực tế.
7. Viết chương trình LabView điều khiển và hiển thị mơ hình thử nghiệm.
8. Tổng hợp lại và hoàn chỉnh phần mềm.
9. Tiến hành xây dựng phần cứng hoàn chỉnh.
10. Tiến hành thử nghiệm thu thập dữ liệu trực tiếp trên mô hình hệ thống điện điều
khiển động cơ TOYOTA CORROLA.
11. Thu thập dữ liệu ở các chế độ hoạt động khác nhau, xem xét sự hoạt động ổn định
của mơ hình và đánh giá kết quả thu được.
12. Viết bài báo cáo thuyết minh.
13. Viết Power Point thuyết trình.
1.5. Kế hoạch nghiên cứu
Trong thời gian 9 tuần nhóm đã chia thành 3 giai đoạn.
 Giai đoạn 1: 3 tuần
 Nghiên cứu mơ hình hệ thống điện điều khiển động cơ TOYOTA COROLLA.
 Đọc và tham khảo tài liệu.
 Tìm và sửa chữa những chỗ hư hỏng trên mơ hình hệ thống điện điều khiển
động cơ TOYOTA COROLLA.
 Giai đoạn 2: 3 tuần

2


 Thử nghiệm mơ hình thu thập tín hiệu với các biến trở và mạch tạo xung.
 Viết code Arduino cho các mơ hình thử nghiệm thu thập tín hiệu.
 Tìm các đồ thị tương quan giữa giá trị điện trở và giá trị thực tế.
 Viết chương trình LabView điều khiển và hiển thị mơ hình thử nghiệm.
 Tổng hợp lại và hoàn chỉnh phần mềm.
 Tiến hành xây dựng phần cứng hoàn chỉnh.

 Giai đoạn 3: 3 tuần
 Tiến hành thử nghiệm, thu thập dữ liệu trực tiếp trên mơ hình hệ thống điện
điều khiển động cơ TOYOTA COROLLA.
 Thu thập dữ liệu ở các chế độ hoạt động khác nhau và xem xét sự hoạt động ổn
định của mơ hình và đánh giá kết quả thu được.
 Viết bài báo cáo thuyết minh.
 Viết Power Point thuyết trình.

3


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Hệ thống điều khiển động cơ
2.1.1. Lịch sử phát triển
Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp - ông Stevan - đã nghĩ ra cách phun nhiên liệu
cho một máy nén khí. Sau đó một thời gian, một người Đức đã cho phun nhiên liệu vào
buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả. Đầu thế kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống
phun nhiên liệu trong động cơ 4 thì tĩnh tại (nhiên liệu dùng trên động cơ này là dầu hỏa
nên hay bị kích nổ và hiệu suất rất thấp). Tuy nhiên, sau đó sáng kiến này đã được ứng
dụng thành cơng trong việc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay ở Đức. Đến
năm 1966, hãng BOSCH đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí.
Trong hệ thống phun xăng này, nhiên liệu được phun liên tục vào trước xupap hút nên có
tên gọi là K – Jetronic (K- Konstant – liên tục, Jetronic – phun). K – Jetronic được đưa vào
sản xuất và ứng dụng trên các xe.
Tên tiếng Anh của K-Jetronic là CIS (continuous injection system) đặc trưng cho
các hãng xe châu Âu và có bốn loại cơ bản cho CIS là: K – Jetronic, K –Jetronic – với cảm
biến oxy và KE – Jetronic (có kết hợp điều khiển bằng điện tử) hoặc KE – Motronic (kèm
điều khiển góc đánh lửa sớm). Do hệ thống phun cơ khí cịn nhiều nhược điểm nên đầu
những năm 80, BOSCH đã cho ra đời hệ thống phun sử dụng kim phun điều khiển bằng
điện. Có hai loại: hệ thống L-Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định nhờ cảm biến đo

lưu lượng khí nạp) và D-Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định dựa vào áp suất trên
đường ống nạp). Đến năm 1984, người Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng
hệ thống phun xăng L-Jetronic và D-Jetronic trên các xe của hãng Toyota (dùng với động
cơ 4A – ELU). Đến năm 1987, hãng Nissan dùng L – Jetronic thay cho bộ chế hòa khí của
xe Nissan Sunny.
Song song, với sự phát triển của hệ thống phun xăng, hệ thống điều khiển đánh lửa
theo chương trình (ESA – electronic spark advance) cũng được đưa vào sử dụng vào những
năm đầu thập kỷ 80. Sau đó, vào đầu những năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS –
direct ignition system) ra đời, cho phép khơng sử dụng delco và hệ thống này đã có mặt
trên hầu hết các xe thế hệ mới.

4


Ngày nay, gần như tất cả các ô tô đều được trang bị hệ thống điều khiển động cơ cả
xăng và diesel theo chương trình, giúp động cơ đáp ứng được các yêu cầu gắt gao về khí
xả và tính tiết kiệm nhiên liệu. Thêm vào đó, cơng suất động cơ cũng được cải thiện rõ rệt.
Những năm gần đây, một thế hệ mới của động cơ phun xăng đã ra đời. Đó là động
cơ phun trực tiếp: GDI (gasoline direct injection). Trong tương lai gần, chắc chắn GDI sẽ
được sử dụng rộng rãi.
2.1.2. Hệ thống điều khiển động cơ
2.1.2.1. Khái qt
Động cơ xăng sinh cơng qua chu trình giãn nở của hỗn hợp xăng và khơng khí. Ba
yếu tố chủ yếu của động cơ xăng để sinh công là hỗn hợp hịa khí tốt, nén tốt và đánh lửa
tốt.
Để đạt được 3 yếu tố này trong cùng một lúc, điều quan trọng là sự điều khiển chính
xác để tạo được hỗn hợp hịa khí và thời điểm đánh lửa. Trước năm 1981, chỉ có hệ thống
điều khiển động cơ là EFI (phun nhiên liệu bằng điện tử) sử dụng máy tính để điều khiển
lượng phun nhiên liệu. Ngồi EFI, ngày nay cịn có các hệ thống khác được điều khiển
bằng máy tính bao gồm ESA (đánh lửa sớm bằng điện tử), ISC (điều khiển tốc độ chạy

không tải), các hệ thống chẩn đốn,….
Để máy tính làm việc được thích hợp, cần có một hệ thống tồn diện bao gồm các
thiết bị đầu vào và đầu ra. Trên một ô tô, các cảm biến như cảm biến nhiệt độ nước hoặc
cảm biến lưu lượng khí nạp tương ứng với thiết bị đầu vào. Và các bộ chấp hành như các
kim phun hoặc các IC đánh lửa tương ứng với thiết bị đầu ra. Máy tính điều khiển động cơ
được gọi là ECU động cơ (hoặc ECM: môđun điều khiển động cơ). Các cảm biến, các bộ
chấp hành và ECU động cơ gắn liền với các dây dẫn điện. Chỉ sau khi ECU động cơ xử lý
các tín hiệu đầu vào từ các cảm biến và truyền các tín hiệu điều khiển đến các bộ chấp hành
mới có thể điều khiển được toàn bộ hệ thống như là một hệ thống điều khiển bằng máy
tính.

5


2.1.2.2. Sơ lược về hệ thống phun nhiên liệu điện tử (Electronic Fuel Injection-EFI)
 Cấu tạo

Hình 2.1: Sơ đồ bố trí các cảm biến trong hệ thống phun xăng điện tử.

Hình 2.2: Sơ đồ khối của hệ thống phun xăng điện tử.
Cấu tạo chung của hệ thống phun xăng điện tử bao gồm các cảm biến, bộ vi xử lý
trung tâm và các cơ cấu chấp hành.
 Ưu điểm
 Cung cấp hỗn hợp khơng khí - nhiên liệu đến từng xy-lanh đồng đều.
 Điều khiển được tỷ lệ khơng khí - nhiên liệu dễ dàng và chính xác với tất cả các
dải tốc độ làm việc của động cơ.
 Đáp ứng nhanh chóng, chính xác với sự thay đổi góc mở bướm ga.
6

 Hiệu suất nạp hỗn hợp khơng khí - nhiên liệu cao.
 Hỗn hợp khơng khí - nhiên liệu trước khi cháy được phun tơi hơn, dẫn đến quá
trình cháy được hoàn thiện làm tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường
đáng kể.


Nguyên lý hoạt động

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun xăng kiểu L-EFI và D-EFI.
Bộ xử lý trung tâm nhận các tín hiệu từ các cảm biến gửi về phân tích, xử lý và lựa
chọn chế độ phun nhiên liệu hợp lý được lưu trữ trong bộ nhớ của ECU. Đồng thời, xuất
tín hiệu điều khiển các cơ cấu chấp hành cho hệ thống cung cấp nhiên liệu.
Điểm khác nhau căn bản giữa hệ thống cung cấp nhiên liệu thông thường với hệ
thống phun xăng điện tử ở chỗ.
Với hệ thống cung cấp nhiên liệu thông thường, chế độ làm việc của động cơ phụ
thuộc hoàn toàn vào bàn đạp chân ga, hỗn hợp nhiên liệu và khơng khí được hịa trộn trong
xy-lanh nhờ sự tụt áp.
Với hệ thống phun xăng điện tử, chế độ làm việc của động cơ không chỉ phụ thuộc
vào bàn đạp chân ga mà còn phụ thuộc vào trạng thái mơi trường làm việc (nhiệt độ nước),
phụ tải (có bật điều hịa hay khơng), mức độ và thành phần khí thải (cảm biến oxy), số
vịng quay của trục khuỷu động cơ, trục cam (cảm biến vị trí trục khuỷu, trục cam), lưu
lượng khơng khí (cảm biến lưu lượng khí), áp suất đường ống nạp (cảm biến áp suất đường
ống nạp)...

7


2.1.2.3. Sơ lược về hệ thống ESA (đánh lửa sớm điện tử)
Hệ thống ESA (đánh lửa sớm điện tử) là một hệ thống dùng ECU động cơ để xác
định thời điểm đánh lửa dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau.

ECU động cơ tính tốn thời điểm đánh lửa từ thời điểm đánh lửa tối ưu được lưu
trong bộ nhớ để phù hợp với tình trạng của động cơ, và sau đó chuyển các tín hiệu đánh
lửa đến IC đánh lửa. Thời điểm đánh lửa tối ưu cơ bản được xác định bằng tốc độ của động
cơ và lượng khơng khí nạp (áp suất đường ống nạp).
 Cấu tạo
Hệ thống ESA gồm có các cảm biến khác nhau, ECU động cơ, các IC đánh lửa,
cuộn dây đánh lửa và các bugi.

Hình 2.4: Hệ thống ESA.
 Vai trị của các cảm biến
Cảm biến vị trí trục cam (tín hiệu G): Cảm biến này phát hiện góc quay chuẩn và
thời điểm của trục cam.
Cảm biến vị trí trục khuỷu (tín hiệu NE): Cảm biến này phát hiện góc quay trục
khuỷu và tốc độ của động cơ.
Cảm biến tiếng gõ (tín hiệu KNK): Cảm biến này phát hiện tình trạng của tiếng gõ.
Cảm biến oxy (tín hiệu OX): Cảm biến này phát hiện nồng độ của oxy trong khí xả.

8


 Vai trò của ECU động cơ
ECU động cơ nhận các tín hiệu từ các cảm biến, tính tốn thời điểm đánh lửa tối ưu
theo các tình trạng động cơ và truyền tín hiệu đánh lửa (IGT) đến IC đánh lửa.
 Vai trò của IC đánh lửa
IC đánh lửa nhận tín hiệu IGT do ECU động cơ phát ra để ngắt dòng điện sơ cấp
trong cuộn đánh lửa một cách gián đoạn. Nó cũng gửi tín hiệu xác nhận đánh lửa (IGF)
đến ECU động cơ.
 Mạch đánh lửa
ECU động cơ xác định thời điểm đánh lửa dựa vào tín hiệu G, tín hiệu NE và các
tín hiệu từ các cảm biến khác. Khi đã xác định được thời điểm đánh lửa, ECU động cơ gửi

tín hiệu IGT đến IC đánh lửa. Trong khi tín hiệu IGT được chuyển đến để bật IC đánh lửa,
dòng điện sơ cấp chạy vào cuộn dây đánh lửa này. Trong khi tín hiệu IGT tắt đi, dòng điện
sơ cấp đến cuộn dây đánh lửa sẽ bị ngắt. Đồng thời, tín hiệu IGF được gửi đến ECU động
cơ. Hiện nay, mạch đánh lửa chủ yếu dùng loại DIS (hệ thống đánh lửa trực tiếp). ECU
động cơ phân phối dòng điện cao áp đến các xi lanh bằng cách gửi từng tín hiệu IGT đến
các IC đánh lửa theo trình tự đánh lửa. Điều này làm cho nó có thể tạo ra việc điều chỉnh
thời điểm đánh lửa có độ chính xác cao.

Hình 2.5: Mạch đánh lửa.

9