(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô

(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ

THU THẬP DỮ LIỆU TRÊN Ô TÔ

LỜI CẢM ƠN

Để đồ án tốt nghiệp này đạt được kết quả tốt đẹp cho đến ngày hôm nay, nhóm chúng

em đã nhận được sự hỗ trợ, giúp đỡ của nhiều thầy cô giảng viên trường Đại học Sư phạm

Kỹ thuật TPHCM Thầy cô đã nhiệt tình tư vấn cho chúng em mỗi khi đề tài gặp khó khăn cần tìm hướng đi đúng đắn mới Với tình cảm sâu sắc, chân thành, cho phép nhóm chúng

em được bài tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả mọi người đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng

em trong quá trình học tập và nghiên cứu đề tài

Đầu tiên, chúng em xin gửi tới các thầy khoa Cơ khí Động lực, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật lời chào hỏi trân trọng, lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn sâu sắc Với sự quan tâm, chỉ bảo và hướng dẫn nhiệt tình chu đáo của các thầy, đến nay nhóm chúng em

đã hoàn thành được đề tài đồ án tốt nghiệp của mình, đề tài:

“Nghiên cứu, thiết kế hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô”

Đặc biệt, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới GVHD, ThS Nguyễn Trung Hiếu – giảng viên trực tiếp hướng dẫn và hỗ trợ nhiều nhất cho nhóm chúng em trong suốt quá trình làm đề tài tốt nghiệp Những hướng dẫn vô cùng có ích của thầy đã hỗ trợ chúng em rất nhiều trong quá trình làm việc Bên cạnh đó, qua làm việc với thầy, nhóm

đã tích lũy được vốn kiến thức chuyên ngành có ích cho bản thân và quan trọng hơn là tác phong, cách thức làm việc hiệu quả cần có ở một kỹ sư Xin chân thành cảm ơn thầy!

Kế đến, xin chân thành cảm ơn tất cả các thành viên trong phòng thí nghiệm của thầy Nguyễn Trung Hiếu đã nhiệt tình hỗ trợ cũng như đưa ra những gợi ý, hướng đi cho nhóm mình Nhờ sự hỗ trợ này, nhóm mình đã có thêm những hướng đi mới cho đề tài, từ đó nâng cao chất lượng đề tài Một lần nữa xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn

Và cuối cùng, không thể nào không gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến với ba mẹ, những người luôn đồng hành cùng các con, luôn đưa ra những khuyên bảo mỗi lúc con gặp bế tắc nhất Cảm ơn ba mẹ đã đi cùng con trong suốt thời gian qua Thành quả mà con đạt được hôm nay chính là nhờ công sức của ba mẹ đã chịu cực khổ nuôi con qua từng ngày, đã giúp con mở rộng cánh cửa tương lai thông qua con đường học vấn Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến với ba mẹ

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của nhóm, luận văn này không thể nào tránh được những sai lầm cũng như những thiếu sót, nhóm em rất hy vọng

nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy để bổ sung cho nhóm, từ đó góp phần hoàn thiện dần nội dung đồ án tốt nghiệp

Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 01 năm 2021

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đỗ Quí Nguyễn Hữu Nam

vô cùng lớn được chia sẻ từ xe Từ đó, những nhà nghiên cứu ứng dụng có thể phát triển thêm nhiều sáng chế, ứng dụng để giải quyết các bài toán về kinh tế - xã hội như kiểm soát mật độ giao thông, quản lý hành trình xe, đưa ra các cảnh báo, phát triển các mô hình kinh doanh dựa trên sự chia sẻ thông tin từ các phương tiện này

Với mục đích tạo ra một hệ thống, nền tảng cơ bản cho phép thu thập, giám sát và lưu trữ dữ liệu dựa trên các nền tảng công nghệ Cloud Computing Bên cạnh tạo ra một hướng phát triển cho các công việc nghiên cứu ứng dụng sâu rộng cần đến chức năng thu thập và

lưu trữ dữ liệu

II Các vấn đề nghiên cứu

liệu cho người dùng

III Định hướng phát triển đề tài

Nhóm mong muốn xây dựng một hệ thống có khả năng lấy các dữ liệu cần thiết từ xe thông qua giao thức OBD, lấy dữ liệu từ module GPS và các cảm biến gia tốc gửi về Server

để lưu trữ vào database Ngoài ra thiết bị có thể lưu dữ liệu vào thẻ nhớ khi không thể kết nối đến server Bên cạnh đó, hệ thống còn có giao diện web để người dùng theo dõi

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

BẢN TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU viii

DANH MỤC CÁC HÌNH ix

DANH MỤC CÁC BẢNG xii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 3

1.1.Lí do chọn đề tài 3

1.2.Xu hướng nghiên cứu trên thế giới 3

1.3.Các hướng nghiên cứu ở trong nước 4

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 5

2.1.Tìm hiểu về mạng CAN (Control Area Network) 5

2.1.1 Sơ lược lịch sử mạng CAN 5

2.1.2 Chuẩn giao thức CAN 6

2.1.2.1 Truyền tốc độ thấp 6

2.1.2.2 Truyền tốc độ cao 6

2.1.2.3 Các mức trạng thái trội và lặn 6

2.1.3.Cơ chế giao tiếp 8

2.1.4 Cấu trúc bức điện 9

2.1.4.1 Khung tiêu chuẩn 9

2.1.4.2 Khung mở rộng 10

2.2.Tìm hiểu về chuẩn OBD2 11

2.2.1 Tổng quan về chuẩn OBD2 11

2.2.2 Tìm hiểu về giắc OBD2 11

2.2.3 Tìm hiểu về OBD2 PID 13

2.2.4 Mối liên hệ giữa CAN và OBD2 15

2.3.Giới thiệu về GPS, GSM, GPRS 18

2.3.1 Tìm hiểu về GPS 18

2.3.2 Tìm hiểu về GSM 20

2.3.3 Tìm hiểu về GPRS 20

2.4.Khảo sát để lựa chọn module GPS/GSM/GPRS 21

2.4.1 Mạch GSM GPRS GPS BDS A9G 21

2.4.2 Module GPS U-Blox NEO-M8N-0-10 22

2.4.3 Module GPS NEO-6M 7N APM2.5 23

2.4.4 Module GSM/GPS SIM908 Easy 24

2.4.5 Module GSM/GPRS/GPS A7 25

2.4.6 Module SIM868 Coreboard GSM/GPRS/GPS/Bluetooth 26

2.4.7 So sánh giữa các module GPS/GPRS/GSM 27

2.5.Cảm biến gia tốc 28

2.6.Giới thiệu NodeJS 31

2.7.Giao thức MQTT 32

2.7.1 Khái niệm MQTT 32

2.7.2 Cấu trúc của MQTT 33

2.7.3 Ưu điểm của MQTT 34

2.7.4 Một số khái niệm cơ bản trong MQTT 34

2.8.Internet of Thing (IoT) 36

2.8.1 Khái niệm IoT 36

2.8.2 Ứng dụng của IoT 36

2.8.3 Các mô hình IoT ứng dụng trên xe ô tô 37

2.8.3.1 Ứng dụng Dash 38

2.8.3.2 Hệ thống ADAS trên các dòng xe cao cấp 38

2.8.3.3 Đỗ xe thông minh IoT 40

CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT, LỰA CHỌN PHẦN CỨNG VÀ CÁC NỀN TẢNG HỖ TRỢ 43

3.1.Khảo sát các mô hình tương tự 43

3.1.1 Thiết bị khám xe Micas 43

3.1.2 Hệ thống quản lý đội xe (FMS) 44

3.1.3 Các đồ án trước 45

3.2.Thiết kế mô hình hệ thống 46

3.2.1 Tổng quan về mô hình hệ thống 46

3.2.2 Sơ đồ khối hệ thống 47

3.3.Khảo sát và lựa chọn các thiết bị phần cứng 48

3.3.1 Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 NodeMCU LuaNode32 48

3.3.2 Module GPS 50

3.3.3 Mạch giảm áp 3A LM2596S 50

3.3.4 Mạch chuyển đổi giao tiếp CAN MCP2515 51

3.3.5 Cảm biến gia tốc MPU6050 52

3.3.6 Mạch mở rộng giao tiếp I2C 53

3.4.Khảo sát và chọn lựa các nền tảng Cloud Computing 56

3.4.1 Tổng quan về Cloud Computing 56

3.4.2 Nền tảng Amazon Web Service 58

3.5.Khảo sát và lựa chọn công nghệ lập trình, hệ cơ sở dữ liệu 60

3.5.1 Xây dựng MQTT broker với Aedes 60

3.5.2 Cơ sở dữ liệu truy vấn không cấu trúc MongoDB 60

3.5.3 Kết nối tới MongoDB server với NodeJS 61

3.5.4 Xây dựng trang web cơ bản với Express trong NodeJS 61

CHƯƠNG 4 THI CÔNG MÔ HÌNH VÀ KẾT QUẢ KIỂM TRA GIAO TIẾP VỚI ECU CỦA XE TOYOTA YARIS 2009 63

4.1.Các thiết bị trong mô hình 63

4.2.Mô hình thiết bị thực tế 66

4.2.1 Tổng quan về thiết bị 66

4.2.2 Sơ đồ khối thiết bị 67

4.2.3 Sơ đồ nguyên lý 68

4.2.4 Thiết kế vỏ hộp bằng phần mềm CATIA V5 R26 và CorelDRAW X7 69

4.3.Các lưu đồ thuật toán của Gateway 70

4.3.1 Tác vụ cài đặt 70

4.3.2 Vòng lặp chính 71

4.3.3 Tác vụ cài đặt mềm 72

4.4.Các lưu đồ thuật toán của Server và Client 72

4.4.1 Nhận và lọc các gói tin MQTT 72

4.4.2 Web Server xử lý các tác vụ từ Web client 73

4.4.3 Client gửi yêu cầu và xử lý dữ liệu trả về từ Server 74

4.5.Kết quả kiểm tra giao tiếp giữa hộp Gateway với ECU Toyota Yaris 2009 74

CHƯƠNG 5 QUY TRÌNH VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 76

5.1.Thiết lập quy trình kiểm thử hoạt động hệ thống 76

5.2.Kết quả chạy thực nghiệm trên xe Vios 2009 79

5.2.1 Dữ liệu thu được trên giao diện máy tính 79

5.2.2 Phân tích kết quả thực nghiệm 81

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 86

6.1.Kết luận 86

6.2.Hướng phát triển của đề tài 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

FIFO: first-in, first-out

GVHD: giảng viên hướng dẫn

MQTT: Message Queuing Telemetry Transport

QCVN: quy chuẩn Việt Nam

SMBUS: System Management Bus

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1 Điện áp hoạt động trên hai dây CAN_H và CAN_L CAN tốc độ cao 7

Hình 2.2 Điện áp hoạt động trên hai dây CAN_H và CAN_L CAN tốc độ thấp 7

Hình 2.3 Khung dữ liệu của khung tiêu chuẩn 9

Hình 2.4 Khung mở rộng 10

Hình 2.5 Phân loại giắc OBD2 12

Hình 2.6 Thứ tự chân của giắc OBD2 12

Hình 2.7 Minh họa mối liên hệ giữa CAN và OBD2 15

Hình 2.8 Các chân có trên giắc cắm OBD2 trên xe 15

Hình 2.9 Khung chứa tin nhắn nhận được qua OBD2 17

Hình 2.10 Phân tích ý nghĩa dữ liệu 17

Hình 2.11 GPS 18

Hình 2.12 Logo của GSM 20

Hình 2.13 Module GSM GPRS GPS BDS A9G 21

Hình 2.14 Module GPS U-Blox NEO-M8N-0-10 22

Hình 2.15 Module GPS GPS NEO-6M 23

Hình 2.16 Module GSM/GPS SIM908 Easy 24

Hình 2.17 Module GSM/GPRS/GPS A7 25

Hình 2.18 Module SIM868 Coreboard GSM/GPRS/GPS/Bluetooth 26

Hình 2.19 Cảm biến gia tốc MPU6050 29

Hình 2.20 Sơ đồ nguyên lý của cảm biến MPU6050 30

Hình 2.21 Logo NodeJS 31

Hình 2.22 Sơ đồ cấu trúc giao thức MQTT 33

Hình 2.23 Giao diện ứng dụng Dash trên điện thoại thông minh 38

Hình 2.24 Một số thiết bị hỗ trợ ADAS của hãng Advantech 40

Hình 2.25 Bố trí cảm biến và camera, bộ xử lý thu nhận thông tin 41

Hình 2.26 Bãi đỗ xe thông minh đầu tiên tại Đà Nẵng 42

Hình 3.1 Thiết bị khám xe thông minh Micas 43

Hình 3.2 Giao diện của App Micas trên điện thoại thông minh 44

Hình 3.3 Mô hình hệ thống FMS 45

Hình 3.4 Sơ đồ tổng quát hệ thống 47

Hình 3.5 Sơ đồ khối của Tracking module 47

Hình 3.6 Giao diện Web UI 48

Hình 3.7 Kit RF thu phát Wifi BLE ESP32 NodeMCU LuaNode32 49

Hình 3.8 Module GPS U-Blox NEO-M8N-0-10 50

Hình 3.9 Mạch giảm áp LM2596S 50

Hình 3.10 Mạch chuyển đổi giao tiếp CAN MCP2515 51

Hình 3.11 Cảm biến gia tốc MPU6050 52

Hình 3.12 Xung đột địa chỉ trong giao tiếp I2C 53

Hình 3.13 Module mở rộng giao tiếp I2C TCA9548A 53

Hình 3.14 Sơ đồ ứng dụng đơn giản hóa của TCA9548A 54

Hình 3.15 Các thành phần trong byte địa chỉ của TCA9548A 55

Hình 3.16 Mô hình Cloud Computing 56

Hình 3.17 Top 5 nền tảng Cloud Computing phổ biến nhất hiện nay 58

Hình 3.18 Các dịch vụ của AWS 60

Hình 3.19 Tạo một MQTT broker đơn giản 60

Hình 3.20 Tạo một Web Server hoạt động ở mạng local trên máy tính cá nhân 62

Hình 4.1 ECU Toyota Yaris 63

Hình 4.2 Sơ đồ chân ECU Toyota Yaris 2009 63

Hình 4.3 Đầu Jack OBD2 64

Hình 4.4 Cáp kết nối OBD2 64

Hình 4.5 Cảm biến MPU6050 65

Hình 4.6 Mô hình thiết bị hộp Gateway 66

Hình 4.7 Mặt trước thiết bị 66

Hình 4.8 Mặt sau thiết bị 66

Hình 4.9 Cấu tạo bên trong mạch Gateway 67

Hình 4.10 Sensor 67

Hình 4.11 Sơ đồ khối các module trên thiết bị 67

Hình 4.12 Sơ đồ hệ thống 68

Hình 4.13 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị 69

Hình 4.14 Thiết kế vỏ hộp bằng phần mềm CATIA V5 R26 69

Hình 4.15 Thiết kế nhãn dán bằng phần mềm CorelDRAW X7 69

Hình 4.16 Tác vụ cài đặt 70

Hình 4.17 Vòng lặp chính 71

Hình 4.18 Tác vụ cài đặt mềm 72

Hình 4.19 Nhận và lọc các gói tin MQTT 72

Hình 4.20 Web Server xử lý các tác vụ từ Web client 73

Hình 4.21 Client gửi yêu cầu và xử lý dữ liệu trả về từ Server 74

Hình 4.22 Dữ liệu được gửi về Server và lưu vào cơ sở dữ liệu 75

Hình 4.23 Các gói tin CAN thu được 75

Hình 4.24 Kết quả thu được sau khi phân tích các gói tin CAN 75

Hình 5.1 Các thiết bị của hệ thống 76

Hình 5.2 Hộp thiết bị và 2 cảm biến gia tốc đặt ở phía trước xe 77

Hình 5.3 Hai cảm biến gia tốc được đặt ở phía sau xe 77

Hình 5.4 Kích hoạt server trên EC2 78

Hình 5.5 Cấu hình Server trên AWS EC2 78

Hình 5.6 Tài xế lái xe và người quản lý ngồi tại xưởng điện – điện tử ô tô 79

Hình 5.7 Tab Dashboard trên màn hình máy tính 79

Hình 5.8 Tab Charts trên màn hình máy tính 80

Hình 5.9 File dữ liệu được lưu trong SD card 80

Hình 5.10 Bài kiểm tra tăng tốc, phanh đột ngột 81

Hình 5.11 Dữ liệu thu được từ thử nghiệm tăng tốc, phanh đột ngột 81

Hình 5.12 Bài kiểm tra lên và xuống dốc 82

Hình 5.13 Dữ liệu thu được từ thử nghiệm xe lên và xuống dốc 82

Hình 5.14 Bài thử nghiệm quay vòng trái, phải 83

Hình 5.15 Dữ liệu thu được từ thử nghiệm quay vòng trái, phải 83

Hình 5.16 Bài thử nghiệm xe đi đoạn đường ngẫu nhiên 84

Hình 5.17 Dữ liệu thu được từ thử nghiệm xe đi đoạn đường ngẫu nhiên 84

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1 Giá trị điện áp trên hai dây CAN_H và CAN_L 8

Bảng 2.2 Bảng mô tả các chân của giắc OBD2 12

Bảng 2.3 Mô tả chế độ của OBD2-PIDs 14

Bảng 2.4 Dữ liệu trả về khi gửi mã PIDs 14

Bảng 2.5 Bảng giá trị PIDs của chế độ 01 15

Bảng 2.6 So sánh giữa các module GPS/GPRS/GSM 27

Bảng 2.7 So sánh một số loại cảm biến gia tốc 28

Bảng 2.8 Chức năng các chân cảm biến MPU6050 30

Bảng 3.1 So sánh giữa module ESP8266 và ESP32 49

Bảng 3.2 Chức năng các chân trên TCA9548A 54

Bảng 3.3 Các địa chỉ khác nhau của TCA 9548A 55

Bảng 4.1 Các thiết bị sử dụng trong mô hình Board Gateway 64

số chủng loại xe như xe tải trọng tải đến 7 tấn có tỷ lệ nội địa hóa 55%; xe khách từ 24 chỗ ngồi trở lên tỷ lệ nội địa hóa đạt từ 45-55% cơ bản đáp ứng mục tiêu đề ra vào năm 2020 Một số loại sản phẩm đã xuất khẩu sang thị trường Lào, Campuchia, Myanmar, Trung Mỹ,

Với cơ sở hạ tầng về công nghệ thông tin tương đối phát triển đã tạo điều kiện cho các doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô có khả năng tiếp cận nhanh chóng với các thành quả công nghiệp 4.0, có thể coi là chìa khóa, cơ hội để tạo bước phát triển mang tính đột phá cho ngành công nghiệp ôtô Việt Nam Hãy cùng tưởng tượng ngày này của vài năm nữa những chiếc xe ôtô có thể “trò chuyện” với nhau, giao tiếp với nhau, kết nối với các hệ thống công cộng khác và trở thành những “người bạn” thân thiết với con người Hiện nay tất cả các nhà nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và sản xuất ô tô đang tập trung phát triển công nghệ theo ba xu hướng chính và sẽ gắn kết với nhau để tạo thành một khối cùng phát triển trong tương lai không xa Đó là: công nghệ thiết kế, chế tạo và sản xuất phần cứng hợp với thời đại; công nghệ phần mềm điều khiển thông minh và sử dụng trí tuệ nhân tạo; công nghệ kết nối và giao tiếp

Công nghệ kết nối và giao tiếp là một hệ thống được kết hợp từ nhiều công nghệ cao như GPS, máy tính và viễn thông Đây là công nghệ được áp dụng trên các dòng xe ô tô hiện nay, trong đó, dữ liệu từ các thiết bị hỗ trợ định vị GPS được cài đặt trên xe sẽ kết hợp với mạng không dây, sau đó sẽ gửi các dữ liệu thông tin thu thập được đến máy tính trung tâm có quyền kiểm soát và theo dõi hành trình của xe Công nghệ này giúp cho người lái

xe có thể nắm bắt kịp thời tình trạng của xe và cảnh báo nguy hiểm, theo dõi vị trí hiện tại của xe, nắm bắt tình trạng giao thông và hạn chế vi phạm luật giao thông, cho biết lượng nhiên liệu tiêu thụ, gọi cứu hộ hay tìm trạm dịch vụ ở gần vị trí hiện tại,… Ngày nay, những tính năng này đang dần trở thành một trong những tính năng quan trọng không thể thiếu trên xe ô tô hiện đại

Xuất phát từ những phân tích, lập luận trên cùng với đó là những gợi ý từ GVHD

Nguyễn Trung Hiếu, nhóm chúng em đã quyết định thực hiện đề tài: “Nghiên cứu, chế

tạo hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô” làm đề tài cho Đồ án tốt nghiệp của

chúng em

Em xin chân thành cảm ơn thầy GVHD Nguyễn Trung Hiếu đã tận tình hỗ trợ nhóm chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án Ngoài những kiến thức được thầy bổ trợ thêm trong quá trình làm việc, nhóm chúng em còn được học tập tác phong làm việc của một kĩ sư chuyên nghiệp Qua đây, chúng em xin chân thành cảm ơn và chúc thầy luôn mạnh khỏe, luôn sáng suốt trong công việc cũng như cuộc sống, tiếp tục đào tạo thêm nhiều thế hệ kĩ sư ô tô phục vụ cho nền công nghiệp ô tô nói chung và nền công nghiệp ô tô Việt Nam nói riêng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Lí do chọn đề tài

Nền công nghiệp 4.0 đã và đang phát triển mạnh mẽ trên thế giới, làm thay đổi căn bản nền sản xuất của thế giới, tác động đến các quốc gia trên nhiều phương diện, một cuộc cách mạng sản xuất gắn liền với những đột phá về công nghệ, liên quan đến kết nối internet, điện toán đám mây, in 3D, công nghệ cảm biến, thực tế ảo, và ngành công nghiệp ô tô là một trong những ngành được hưởng lợi không ít từ cuộc cách mạng công nghiệp này Giờ đây ô tô đã không còn là một thiết bị cơ khí giúp vận chuyển con người và hàng hóa một cách dễ dàng Ngoài những nhu cầu cơ bản của một chiếc ô tô thì hiện nay điều người dùng quan tâm hơn hết là sự an toàn, sự tiện dụng về nhu cầu di chuyển và giải trí, kết nối với các nền tảng công nghệ để giúp chiếc ô tô trở nên hiện đại và sang trọng hơn Việc ứng dụng thành công công nghệ IOT lên các phương tiện ô tô sẽ tạo ra rất nhiều lợi ích nhờ vào nguồn thông tin vô cùng lớn được chia sẻ từ xe Từ đó, những nhà nghiên cứu ứng dụng

có thể phát triển thêm nhiều sáng chế, ứng dụng để giải quyết các bài toán về kinh tế - xã hội như kiểm soát mật độ giao thông, quản lý hành trình xe, đưa ra các cảnh báo, phát triển các mô hình kinh doanh dựa trên sự chia sẻ thông tin từ các phương tiện này

Với mục đích tạo ra một hệ thống, nền tảng cơ bản cho phép thu thập, giám sát và lưu trữ dữ liệu dựa trên các nền tảng công nghệ Cloud computing Bên cạnh tạo ra một hướng phát triển cho các công việc nghiên cứu ứng dụng sâu rộng cần đến chức năng thu thập và lưu trữ dữ liệu Qua sự mày mò tìm hiểu cũng như được sự hướng dẫn của GVHD Nguyễn

Trung Hiếu, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu trên ô tô” làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp

1.2 Xu hướng nghiên cứu trên thế giới

Sự phát triển mạnh mẽ của các công nghệ mới như IoT, AI, Big Data, Cloud,… không chỉ giúp định hình lại ngành công nghiệp xe hơi, mà còn khiến những sản phẩm “trong mơ” có thể đến gần hơn với hiện thực những chiếc xe tự lái, xe điện thông minh trở nên gần hơn khi đã có thể chiêm ngưỡng “concept” ở các triển lãm Đóng góp quan trọng nhất của AI là làm cho các mẫu xe ô tô trở nên an toàn hơn thông qua khả năng giao tiếp với nhau (Vehicle-to-vehicle) giúp làm giảm tai nạn và cả khả năng giao tiếp với con người

Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ đã và đang đe họa đến ngành sản xuất ô tô truyền thống, xe hơi không còn là “lãnh địa bất khả xâm phạm” của Ford, GM, Honda, Daimler,

Toyota, Jaguar Land Rover hay Volkswagen nữa Hàng loạt các công ty, tập đoàn lớn về công nghệ như: Tesla, Google, Apple, Qualcomm,… đã và đang dần “lấn sân” sang lĩnh vực nghiên cứu và phát triển ô tô áp dụng công nghệ cao, tạo ra một cuộc chiến mới trong lĩnh vực ô tô toàn cầu

Trước sự “tấn công” ồ ạt của các công ty công nghệ, các nhà sản xuất ô tô đang bắt đầu thay đổi, và năm 2017 làn sóng cách tân chưa bao giờ mạnh mẽ đến thế Sự chuyển dịch lớn trong các nhà sản xuất đã đưa những chiếc xe thông minh đến gần hơn với hiện

nhà sản xuất công nghệ, các thương hiệu ô tô đã bắt đầu chi nhiều tiền hơn cho nghiên cứu phát triển (R&D) để đưa các mẫu xe thông minh đến gần hơn với người tiêu dùng AI trên

xe hơi đang tiến được những bước rất xa và tạo ra những chiếc xe không chỉ là phương tiện

đi lại đơn thuần

1.3 Các hướng nghiên cứu ở trong nước

Hiện tại, ở Việt Nam đang có rất nhiều công ty như FPT, Robert Bosch, Renesas, Global Cyber Soft,… đang triển khai các dự án liên quan đến việc kết nối và giám sát các phương tiện giao thông Việc kết nối này có thể giúp cho chúng ta nhận biết được các mối nguy hiểm cũng như cách tránh né được chúng; giúp kiểm soát được vi phạm luật an toàn giao thông của các phương tiện; hỗ trợ xây dựng các hệ thống an toàn trên xe, các hệ thống trợ giúp con người trong việc di chuyển trên đường

Tháng 10/2017, FPT đã chính thức thử nghiệm công nghệ xe tự hành trên ô tô 4 chỗ chạy trong khuôn viên văn phòng của công ty tại TP.HCM Xe có thể chạy ổn định trong khuôn viên làm việc của FPT với tốc độ 25km/h Trong quá trình di chuyển, xe tự căn làn, chủ động rẽ trái/phải theo vạch đường cũng như xác định đối tượng trên đường và băng qua đường để tự động phanh và vòng tránh vật cản Với những tính năng trên, năng lực công nghệ xe tự lái của FPT đang hướng tới cấp độ 2 trên 5 cấp độ của SAE (Hiệp hội kỹ

sư ô tô Hoa Kỳ) Hiện trong mảng công nghệ ô tô, FPT đã và đang triển khai khoảng 150

dự án liên quan đến công nghệ này cho 20 khách hàng tại Nhật Bản, Hàn Quốc, châu Âu

và Mỹ FPT đẩy mạnh đầu tư nghiên cứu phát triển các giải pháp công nghệ ô tô để hợp tác với các hãng hàng đầu thế giới liên quan tới ô tô, bao gồm cả hãng sản xuất (OEM) và hãng cung cấp linh kiện tier-1 [1]

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 2.1 Tìm hiểu về mạng CAN (Control Area Network)

2.1.1 Sơ lược lịch sử mạng CAN

CAN là một giao thức giao tiếp nối tiếp hỗ trợ mạnh cho những hệ thống điều khiển phân bố theo thời gian thực với độ ổn định, bảo mật và khả năng chống nhiễu cực kì tốt CAN được Bosch Gmbh phát triển từ năm 1983, sau đó đã chính thức ra mắt vào năm 1986

và được công nhận bởi SAE hiệp hội các kĩ sư ô tô Mĩ, có trụ sở đặt tại Detroit Michigan Vào những năm đầu tiên sau khi ra mắt, Intel và Philips là 02 nhà sản xuất đầu tiên sản xuất chip xử lý cho CAN (1987) và Mercedes-Benz W140 là chiếc ô tô thương mại đầu tiên được trang bị CAN Ngày nay, gần như toàn bộ các dòng ô tô hiện đại đều có hỗ trợ CAN và hầu như tất các các nhà sản xuất chip lớn trên thế giới đều sản xuất ra các dòng chip có tích hợp CAN như Siemens, Motorola, NEO, Infineon, Mitsubishi, TI…

Ngoài nền công nghiệp ô tô, CAN còn được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp tự động hóa, đóng tàu, tàu ngầm, nông nghiệp, y khoa, nhờ vào các ưu điểm về

độ tin cậy của mình

Từ lúc giới thiệu lần đầu đến hiện tại, Bosch đã cho ra rất nhiều phiên bản khác nhau cho CAN, nhưng đại ý có thể tóm lại đơn giản như sau:

+ CAN 2.0 A: CAN tiêu chuẩn, 11-bit ID

+ CAN 2.0 B tiêu chuẩn: CAN tiêu chuẩn, 11-bit ID

+ CAN 2.0 B mở rộng: CAN mở rộng, 29-bit ID

Vào năm 1993, hiệp hội ISO đã phát hành tài liệu tiêu chuẩn hóa cho CAN thông qua ISO 11898 (Cần lưu ý rằng tiêu chuẩn của ISO không phải là toàn bộ các đặc tính của CAN

mà Bosch quy định)

Theo sau ISO 11898, còn rất nhiều phiên bản khác nhằm tiêu chuẩn hóa CAN tính đến thời điểm hiện tại [2]

2.1.2 Chuẩn giao thức CAN

Chuẩn đầu tiên của CAN là ISO 11898 nhằm định nghĩa các đặc tính của CAN, bao gồm cả CAN tốc độ cao (CAN-C) và CAN tốc độ thấp (CAN-B)

2.1.2.1 Truyền tốc độ thấp

CAN-B được định nghĩa trong tiêu chuẩn ISO 11898-3 và hoạt động ở tốc độ bit từ 5 đến 125kbit/s Được ứng dụng trong phạm vi thân xe và thoải mái, tiện nghi Tốc độ này

đủ thỏa các yêu cầu về thời gian thực đòi hỏi trong phạm vi này Ví dụ các ứng dụng như:

CAN bus cũng được thấy sử dụng trong chẩn đoán xe Ở đây bộ điều khiển điện tử được kết nối trực tiếp với CAN bus từ đó nhận thông tin nó cần cho việc chẩn đoán ngay tức thì Các giao diện chẩn đoán trước đây (KWP 2000) đang trở nên ít phổ biến đi

2.1.2.2 Truyền tốc độ cao

CAN-C được định nghĩa trong tiêu chuẩn ISO 11898-2 và hoạt động với tốc độ 125kbit/s đến 1Mbit/s Do đó truyền dữ liệu có thể thỏa các yêu cầu về thời gian thực của hộp số truyền lực Các CAN-C bus được sử dụng cho mạng lưới của các hệ thống sau:

khiển điện tử)

 Các cụm thiết bị

2.1.2.3 Các mức trạng thái trội và lặn

Trạng thái trội của CAN được định nghĩa: Là trạng thái mà tại đó, giá trị điện áp của bus được chủ động thay đổi bởi nút CAN muốn truyền tín hiệu Giá trị tương ứng của trạng thái này là 0

Trạng thái lặn của CAN được định nghĩa: Là trạng thái mà tại đó, giá trị điện áp của

bus bị động trả về giá trị mặc định bởi điện trở cuối Trạng thái lặn chỉ xảy ra khi không có bất kì nút CAN nào muốn truyền tín hiệu Giá trị tương ứng của trạng thái này là 1

Đối với CAN tốc độ cao và CAN tốc độ thấp, giá trị của 2 trạng thái trội và lặn là hoàn toàn khác nhau, nhưng cách định nghĩa vẫn giống nhau

Hình 2.1 Điện áp hoạt động trên hai dây CAN_H và CAN_L CAN tốc độ cao

Hình 2.2 Điện áp hoạt động trên hai dây CAN_H và CAN_L CAN tốc độ thấp

Bảng 2.1 Giá trị điện áp trên hai dây CAN_H và CAN_L

2.1.3 Cơ chế giao tiếp

Đặc trưng của CAN là phương pháp định địa chỉ và giao tiếp hướng đối tượng, trong khi hầu hết các hệ thống Bus trường khác đều giao tiếp dựa vào địa chỉ các trạm Mỗi thông tin trao đổi trong mạng được coi như một đối tượng, được gán một số mã ID

Thông tin được gửi đi trên Bus theo kiểu truyền thông báo với độ dài có thể khác nhau Các thông báo không được gửi tới một địa chỉ nhất định mà bất cứ trạm nào cũng có thể nhận theo nhu cầu Nội dung mỗi thông báo được các trạm phân biệt qua một mã ID Mã

ID không nói lên địa chỉ đích của thông báo, mà chỉ biểu diễn ý nghĩa của dữ liệu trong tin nhắn Vì thế, mỗi trạm trên mạng có thể tự quyết định tiếp nhận và xử lý tin nhắn hay không tiếp nhận tin nhắn qua phương thức lọc tin nhắn Cũng nhờ sử dụng phương thức lọc tin hắn, nhiều trạm có thể đồng thời cùng nhận một tin nhắn và có các phản ứng khác nhau Một trạm có thể yêu cầu một trạm khác gửi dữ liệu bằng cách gửi một khung yêu cầu Trạm có khả năng cung cấp nội dung thông tin đó sẽ gửi trả lại một khung chứa dữ liệu có cùng mã ID với khung yêu cầu Cùng với tính năng đơn giản, cơ chế giao tiếp hướng

đối tượng ở CAN còn mang lại tính linh hoạt và tính nhất quán dữ liệu của hệ thống Một trạm CAN không cần biết thông tin cấu hình hệ thống (ví dụ địa chỉ trạm) Nên việc bổ sung hay bỏ đi một trạm trong mạng không đòi hỏi bất cứ một sự thay đổi nào về phần cứng hay phần mềm ở các trạm khác Trong mạng CAN, có thể chắc chắn rằng một tin nhắn hoặc được tất cả các trạm quan tâm tiếp nhận đồng thời, hoặc không được trạm nào tiếp nhận Tính nhất quán dữ liệu được đảm bảo qua các phương pháp gửi đồng loạt và xử

lý lỗi

2.1.4 Cấu trúc bức điện

CAN sử dụng phương thức định địa chỉ theo đối tượng Các đối tượng được hiểu ở đây chính là đại diện cho các thông báo mang dữ liệu quan tâm như giá trị đo, giá trị điều khiển, thông tin trạng thái Mỗi đối tượng thông báo có một tên riêng biệt, hay nói cách khác là một ID được sử dụng để truy cập trên Bus Mỗi bức điện sẽ có một ô chứa căn cước của đối tượng với chiều dài 11 bit (dạng khung chuẩn theo (CAN 2.0A) hoặc 29 bit (khung mở rộng CAN 2.0B) Dưới đây là cấu trúc của khung dữ liệu tiêu chuẩn và khung mở rộng

2.1.4.1 Khung tiêu chuẩn

Hình 2.3 Khung dữ liệu của khung tiêu chuẩn

Khung dữ liệu: mang dữ liệu từ một trạm truyền tới các trạm nhận Khung dữ liệu là dạng khung thường gặp nhất vì tất cả các tin nhắn đều được truyền đi dưới dạng khung này

Khung yêu cầu dữ liệu: được gửi từ một trạm yêu cầu truyền khung dữ liệu với cùng

mã ID

Khung lỗi: được gửi từ bất kỳ trạm nào phát hiện lỗi bus

Khung quá tải: được sử dụng nhằm tạo một khoảng cách thời gian bổ sung giữa hai khung dữ liệu hoặc yêu cầu dữ liệu trong trường hợp một trạm bị quá tải

Các khung dữ liệu và yêu cầu dữ liệu có thể sử dụng ở cả dạng khung chuẩn và dạng khung mở rộng Giữa hai khung dữ liệu hoặc yêu cầu dữ liệu cần một khoảng cách ít nhất

là 3 bít lặn để phân biệt được gọi khoảng nghỉ của khung Trong trường hợp quá tải khoảng cách này sẽ lớn hơn bình thường

2.1.4.2 Khung mở rộng

Hình 2.4 Khung mở rộng

Để cho phép các khung dữ liệu tiêu chuẩn và mở rộng có thể chia sẻ trong cùng một mạng một hệ thống, thì cần phải chia thông báo mở rộng 29 bit thành hai phần: Phần quan trọng nhất với 11 bit và phần ít quan trọng nhất với 18 bit Điều này bảo đảm các bit ở trường phân xử mở rộng IDE vẫn giữ nguyên trong cả khung tiêu chuẩn và khung mở rộng, tại cùng một vị trí bit

Trong khung dữ liệu mở rộng, các bit khởi đầu của khung (SOF) được theo sau bởi một trường phân xử với 32 bit, 11 bit đầu tiên là các bit quan trọng nhất trong 29 bit ID

Kế tiếp các bit này là bit yêu cầu từ xa thay thế (SRR) được truyền như là một bit lặn Kế tiếp là các bit ID mở rộng, đây cũng là các bit lặn và nó báo khung này là khung mở rộng Nếu sau khi truyền 11bit ID mà tình trạng xung đột vẫn không được giải quyết, và một trong các nút trong quá trình phân xử đang gửi một khung dữ liệu tiêu chuẩn với 11bit ID, thì khung dữ liệu tiêu chuẩn này sẽ chiếm được quyền ưu tiên (Win) trong sự phân xử Trong khung dữ liệu, các bit SRR và IDE được theo sau bởi 18 bit còn lại của bit ID,

và các bit yêu cầu truyền từ xa (một khung dữ liệu với các bit RTR trội) Vùng tiếp theo là trường điều khiển, chứa 6 bit, 2 bit đầu tiên được giữ lại và ở trạng thái trội Bốn bit còn lại là mã độ dài của dữ liệu DDL chỉ rõ số byte dữ liệu có trong trường dữ liệu, cũng giống như trong khung dữ liệu tiêu chuẩn

Các dải bit còn lại của khung dữ liệu (trường dữ liệu, trường CRC, trường xác nhận, phần kết thúc của khung dữ liệu và khoảng tạm ngừng có cấu trúc giống như khung dữ liệu tiêu chuẩn

2.2 Tìm hiểu về chuẩn OBD2

2.2.1 Tổng quan về chuẩn OBD2

OBD là tên viết tắt của “On-Board Diagnostic”, là một chuẩn giao tiếp nhằm hỗ trợ chẩn đoán trên ô tô OBD định nghĩa các dạng lỗi trong quá trình hoạt động của ô tô dưới dạng các DTC cùng với các dịch vụ đi kèm để thực hiện quá trình chẩn đoán trên ô tô Các dịch vụ của OBD có ưu điểm là rất dễ dàng truy cập, thậm chí là từ các thiết bị

từ bên thứ ba, dẫn đến tính phổ biến cao, người dùng có thể dễ dàng chẩn đoán được tình trạng của xe dựa trên các thông số và DTC mà hệ thống OBD trả về Trong suốt quá trình phát triển, OBD đã phát hành khá nhiều phiên bản, trong đó OBD2 là bản OBD phổ biến nhất đến tận ngày nay OBD2 có thể được sử dụng như là một công cụ chẩn đoán thời gian thực OBD2 hỗ trợ nhiều tính năng với nhiều thông số khác nhau thông qua các thông số (OBD2 PID) OBD2 hỗ trợ 5 chuẩn giao thức khác nhau: giao thức CAN, KWP, ISO 9141, J-1850 PWM và J-1850 VPW Trước khi có sự ra đời của OBD, các hãng ô tô sử dụng MIL để hiển thị các mã lỗi người dùng phải đếm nhịp chớp tắt của đèn MIL để xác định

mã, sau đó tra thông tin trong tài liệu của hãng ô tô đó Trong khi đó, nếu có thiết bị OBD2, người dùng chỉ cần cắm thiết bị OBD2 vào cổng OBD trên xe, kết quả chẩn đoán trả về sẽ chứa toàn bộ các thông tin liên quan, bao gồm cả các DTC và dữ liệu hiên thời để theo dõi

sự hoạt động của xe OBD có lịch sử phát triển từ năm 1991, bắt đầu từ hiệp hội bảo vệ môi trường California Vào năm 1994, các hãng xe ô tô ở Mĩ cam kết sẽ trang bị OBD2 trên toàn bộ danh mục sản phẩm của họ bắt đầu từ năm 1996 trở về sau OBD2 cũng được chính thức giao cho hiệp hội các kỹ sư quản lý theo chuẩn SAE J 1962 định nghĩa các chuẩn về DTC cùng với các cơ chế liên quan, bao gồm cả bộ kết nối OBD2

Ngày nay, OBD2 đã trở thành một tiêu chuẩn toàn cầu, vượt ra khỏi biên giới nước

Mĩ, bắt buộc phải được trang bị trên tất cả các xe được bán ra (trừ một số nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam)

2.2.2 Tìm hiểu về giắc OBD2

Có 2 loại giắc cắm OBD2: loại A và loại B Loại A sử dụng điện áp nguồn 12V, còn loại B sử dụng điện áp nguồn 24V

Hình 2.5 Phân loại giắc OBD2

Cấu tạo giắc OBD2 gồm 2 hàng chân được đánh số từ 1 đến 16 như hình vẽ bên dưới

Hình 2.6 Thứ tự chân của giắc OBD2

Ý nghĩa các chân được trình bày chi tiết trong bảng 2.2 dưới đây

Bảng 2.2 Bảng mô tả các chân của giắc OBD2

Single - Wire CAN

- Ford, FIAT: Thông tin giải trí

CAN High

9

Nhà sản xuất quy định:

- BMW: TD (Tachometer Display) tín hiệu RPM

- GM: 8192 bit/s ALDL được lắp đặt

- GM: Phát hiện đối tượng CAN bus -

- Ford: Tốc độ trung bình CAN Low

- Chrysler: CCD Bus -

BMW: Ethernet RX

2.2.3 Tìm hiểu về OBD2 PID

OBD2 PIDs (chẩn đoán tham số IDs) là mã được sử dụng để yêu cầu dữ liệu từ một chiếc xe, được sử dụng như một công cụ chẩn đoán Tiêu chuẩn SAE J / 1979 định nghĩa nhiều PID, nhưng các nhà sản xuất cũng xác định nhiều PID hơn cho xe của họ Tất cả các loại xe tải nhẹ (tức là ít hơn 8.500 pounds) được bán ở Bắc Mỹ từ năm 1996, cũng như các loại xe tải hạng trung (tức là 8.500-14.000 bảng Anh) bắt đầu từ năm 2005 và các xe hạng nặng (lớn hơn 14.000 bảng Anh) bắt đầu từ năm2010, được yêu cầu hỗ trợ chẩn đoán OBD2, sử dụng đầu nối liên kết dữ liệu tiêu chuẩn và một tập hợp con của các SAE J /

1979 được xác định PID (hoặc SAE J / 1939 áp dụng cho xe hạng trung / hạng nặng), kiểm tra khí thải

Thông thường, một kỹ thuật viên ô tô sẽ sử dụng PID với một thiết bị chuẩn đoán được kết nối với đầu nối OBD2 của xe

ISO, KWP (sau năm 2008, chỉ CAN)

 Thiết bị trên xe nhận dạng PID và chịu trách nhiệm phản hồi lại giá trị PID đó tới xe

 Thiết bị chẩn đoán đọc phản hồi và hiển thị nó cho kỹ thuật viên

 Các chế độ của OBD2 PIDs

Có 10 chế độ hoạt động được mô tả trong tiêu chuẩn OBD2 SAE J1979 mới nhất

Bảng 2.3 Mô tả chế độ của OBD2-PIDs

Chế độ

giám sát cảm biến oxy cho chỉ CAN)

lái xe hiện tại hoặc cuối cùng)

Các nhà sản xuất xe không bắt buộc phải hỗ trợ tất cả các chế độ Mỗi nhà sản xuất

có thể xác định các chế độ bổ sung trên # 9 (ví dụ: chế độ 22 như được xác định bởi SAE J2190 cho Ford / GM, chế độ 21 cho Toyota) cho các thông tin khác

 Tìm hiểu về chế độ 01

Mục đích của việc tìm hiểu này là đọc và chuyển đổi được dữ liệu của xe từ ECU cụ thể ở đây là thông số độ cơ Vì vậy chúng em sẽ tập trung tìm hiểu vào chế độ 01 của OBD2 PIDs Khi gửi mã PIDs để lấy thông số thì dữ liệu trả về bao gồm 4 byte (A,B,C,D)

có dạng như ở bảng 2.2 và các giá trị PIDs của chế độ 01 được liệt kê ở bảng 2.3 [3]

Bảng 2.4 Dữ liệu trả về khi gửi mã PIDs

A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0

C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 C0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

Bảng 2.5 Bảng giá trị PIDs của chế độ 01

Giá trị nhỏ nhất

Giá trị lớn nhất

Theo dõi DTC bị xóa (Bao gồm trạng thái đèn báo lỗi (MIL) và số lượng DTC.)

256 A + B4

4Bảng ở trên chỉ là một số mã PID thông dụng Ví dụ: gửi mã 0105 để lấy dữ liệu nhiệt

độ nước làm mát Trong đó, 01 là chế độ 01, 05 là PID của nhiệt độ nước làm mát

2.2.4 Mối liên hệ giữa CAN và OBD2

OBD2 thực chất là một giao thức có lớp cao hơn so với CAN (cũng như 4 giao thức còn lại mà OBD2 hoạt động là: KWP, ISO 9141, J-1850 PWM và J-1850 VPW)  Là một dạng lớp giao thức cao hơn HLP Điều này có nghĩa rằng khi sử dụng OBD2 trên CAN, ta

hoàn toàn có được toàn bộ các cơ chế đã được định nghĩa bởi CAN

Hình 2.7 Minh họa mối liên hệ giữa CAN và OBD2

ISO 15765 là một tiêu chuẩn được phát hành vào năm 2008 nhằm quy định các thiết

lập về lớp vật lý nhằm hỗ trợ cho OBD2 mà sau này đã được phổ biến rộng rãi

Hình 2.8 Các chân có trên giắc cắm OBD2 trên xe

OBD2 trên CAN theo lý thuyết sẽ hoạt động như một yếu tố kí sinh theo khung CAN Khi ta kết nối một thiết bị đọc OBD2 vào mạng CAN và các dữ liệu lấy được giao tiếp, ta chỉ thấy dữ liệu thô CAN chứ hoàn toàn không phải dữ liệu OBD2 cho đến khi ta gửi một đúng yêu cầu để bắt đầu đọc OBD2

Một OBD2 trên tin nhắn CAN sẽ bao gồm 1 ID (11 bit – ID lấy từ khung CAN) và 8 byte dữ liệu (64 bit)

Các ID có dạng 7xx cho phần chẩn đoán

OBD2 Data (8 byte) được chia thành các vùng khác nhau: [chế độ] [PID] [dữ liệu]

Sẽ có sự phân biệt giữa ID yêu cầu và ID phản hồi

Hình 2.9 Khung chứa tin nhắn nhận được qua OBD2

Hình 2.10 Phân tích ý nghĩa dữ liệu

OBD2 Chế độ yêu cầu _ [Hex]: [Khai báo]

 01: Hiển thị dữ liệu hiện thời

Các dữ liệu lấy từ OBD luôn ở định dạng Hex

Như vậy, OBD2 là một dạng HLP có nhiệm vụ gửi/nhận dữ liệu dựa trên cấu trúc của định dạng trao đổi thông tin mà nó hỗ trợ (được đề cập đến trong phần này là giao thức

CAN) Nhìn chung cấu trúc cũng như các chế độ của OBD2 là hoàn toàn giống nhau đối với tất cả các giao thức mà nó hỗ trợ Nhưng ta cần chú ý đến ID khi gửi dữ liệu vì nó phụ thuộc vào giao thức mang dữ liệu OBD2 Cần lưu ý rằng vùng hoạt động của OBD2 chỉ liên hệ đến ECU động cơ cùng với các thông số của nó mà thôi

2.3 Giới thiệu về GPS, GSM, GPRS

2.3.1 Tìm hiểu về GPS

Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) là hệ thống có chức năng xác định vị trí của một điểm bất kì dựa trên vị trí của vệ tinh nhân tạo do Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành và quản lý Tuy nhiên, chúng ta chỉ có thể sử dụng GPS của người Mỹ ở một mức độ nhất định, đủ để dùng cho mục đích cá nhân mà thôi Ngoài ra, hệ thống GPS còn cung cấp rất nhiều dịch vụ và thông tin dành cho các lĩnh vực khoa học, quân sự, hàng không, dự báo thời tiết,… [4]

Hình 2.11 GPS

Hệ thống GPS gồm 3 phần chính: phần không gian, phần điều khiển và phần sử dụng Tín hiệu GPS là tín hiệu vô tuyến công suất thấp trong dãy L1: 1575,42 MHz dùng trong dân sự Tín hiệu của GPS gồm 3 thông tin: giả ngẫu nhiên, thiên văn, lịch

 Nguyên lý hoạt động của GPS

Vị trí của 1 điểm trên mặt đất, sẽ là tham chiếu so với vị trí của các vệ tinh và trung tâm tín hiệu trung gian mặt đất Hiểu đơn giản là: vị trí của bạn sẽ được tính toán dựa trên khoảng cách từ nơi bạn đang đứng đến các vệ tinh, và đến các trung tâm mặt đất Khoảng cách này được đo bằng phương pháp rất đơn giản, đó là: Quãng đường = Vận Tốc x Thời Gian Ở đây, vận tốc là vận tốc truyền tín hiệu (sóng), thời gian đo bằng đồng hồ nguyên

tử có độ chính xác cực cao Vì thế, khi nhận đc tín hiệu từ vệ tinh, thiết bị sẽ tự tính toán

ra khoảng cách giữa thiết bị và vệ tinh thông qua phương pháp trên

Theo lý thuyết, chỉ cần có 3 vệ tinh là có thể tính toán đc vị trí (tính ra tọa độ x,y,z trong không gian), tuy nhiên do có sai số nhất định nên hệ thống cần thêm 1 tham chiếu nữa, tức là thêm 1 vệ tinh nữa là 4 vệ tinh để có thể tính toán được chính xác GPS tuy tính toán vị trí rất chính xác nhưng vẫn luôn luôn có sai số Sai số này có thể là vài mét, hoặc vài trăm mét Sai số hiển thị trên màn hình thiết bị chỉ là sai số có thể có dựa trên phân tích tín hiệu thu nhận được, còn thực tế thì không ai biết được chính xác Bởi các vệ tinh, trái đất, và cả chúng ta đều di chuyển liên tục đồng thời trong thời gian thực

 Cấu tạo của thiết bị định vị GPS

mạng viễn thông ở Việt Nam như VIETTEL, MOBIFONE, VINAFONE,… khi đi ra khỏi địa phận Việt Nam có thể sử dụng Roaming chuyển vùng quốc tế Module này không chỉ cho phép liên lạc hai chiều, gọi điện, nhắn tin mà còn đảm bảo truyền tất cả dữ liệu liên tục qua GPRS/EDGE vào Internet

độ nghiêng, chuyển động, khả năng chụp ảnh, hiển thị và cảnh báo

theo dõi và điều hành; phần còn lại nằm ở máy chủ, nơi tất cả các dữ liệu được truyền về, bảo vệ và lưu trữ Phần mềm nằm trong thiết bị có nhiệm vụ thu nhận và truyền dữ liệu liên tục vào Internet

 Ứng dụng của GPS trên ô tô

chuyển và trạng thái tắt/mở máy, vượt quá tốc độ của xe,…

hay đang chạy, biết được lộ trình hiện tại xe đang đi (real time)

 Xem lại lộ trình xe theo thời gian và vận tốc tùy chọn

 Cảnh báo khi xe vượt quá tốc độ, vượt ra khỏi vùng giới hạn

2.3.2 Tìm hiểu về GSM

Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM (Global System for Mobile Communications) là một công nghệ chuẩn dùng cho mạng thông tin di động Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể chuyển vùng với nhau, do đó những máy điện thoại

di động của các mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới Các mạng di động GSM hoạt động trên 4 tần số, nhưng hầu hết thì hoạt động ở tần số 900 MHz

và 1800 MHz GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động trên thế giới Khả năng phủ sóng rộng khắp nơi của chuẩn GSM làm cho nó trở nên phổ biến trên thế giới, cho phép người sử dụng có thể sử dụng điện thoại di động của họ ở nhiều vùng trên thế giới GSM khác với các chuẩn tiền thân của nó về cả tín hiệu và tốc độ, chất lượng cuộc gọi Nó được xem như là một hệ thống điện thoại di động thế hệ thứ hai (second generation, 2G) GSM là một chuẩn mở, hiện tại nó được phát triển bởi 3rd Generation Partnership Project (3GPP) Đứng về phía quan điểm khách hàng, lợi thế chính của GSM là chất lượng cuộc gọi tốt hơn, giá thành thấp và dịch vụ tin nhắn Thuận lợi đối với nhà điều hành mạng là khả năng triển khai thiết bị từ nhiều người cung ứng GSM cho phép nhà điều hành mạng

có thể sẵn sàng dịch vụ ở khắp nơi, vì thế người sử dụng có thể sử dụng điện thoại của họ

ở khắp nơi trên thế giới

Hình 2.12 Logo của GSM 2.3.3 Tìm hiểu về GPRS

Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp GPRS (General Packet Radio Service) là một dịch vụ

dữ liệu di động dạng gói dành cho những người dùng GSM và điện thoại di động IS-136 GPRS giúp bạn truy cập giao thức ứng dụng như: truy cập internet (WAP), tin nhắn SMS, tin nhắn đa phương tiện (MMS), email GPRS là giao thức kết nối internet cũ trước khi mạng 3G ra đời Nó cung cấp dữ liệu ở tốc độ 56 – 114 kbps Khi người dùng muốn dùng các thiết bị di động truy cập vào internet thì họ buộc phải đăng kí với nhà mạng để kết nối GPRS GPRS kết hợp cùng mạng 2G (mạng điện thoại nghe, gọi, nhắn tin thông thường nhất hiện nay) sẽ tạo thành mạng 2.5G (xuất hiện biểu tượng kết nối chữ G nằm cạnh biểu

tượng sóng trên điện thoại), một thế hệ trung gian giữa 2G và 3G Lợi ích của GPRS là giúp người dùng tiết kiệm chi phí kết nối, liên lạc Vì dữ liệu được truyền qua GPRS được tính theo từng megabyte, trong khi cách thức kết nối truyền thống tính theo từng phút kết nối Có nghĩa là, khi dùng dịch vụ GPRS bạn sẽ chỉ trả phí cho dung lượng bạn đăng tải cao hay thấp chứ không phải bạn đã kết nối trong bao lâu

2.4 Khảo sát để lựa chọn module GPS/GSM/GPRS

2.4.1 Mạch GSM GPRS GPS BDS A9G

Mạch GSM GPRS GPS BDS A9G là phiên bản nâng cấp của Module Sim A7 từ nhà sản xuất Ai-Thinker với nhiều cải tiến vượt trội cho khả năng hoạt động ổn định và tiết kiệm năng lượng, mạch có thiết kế nhỏ gọn, tích hợp đầy đủ các tính năng như các module Sim hiện có trên thị trường như Sim900, Sim800, ngoài ra mạch còn được tích hợp thêm khả năng định vị GPS, khe cắm thẻ nhớ Micro SD và Microphone cho tính năng Voice [5]

Hình 2.13 Module GSM GPRS GPS BDS A9G

Mạch GSM GPRS GPS BDS A9G giao tiếp qua UART với bộ tập lệnh AT quen thuộc

đi kèm, rất dễ để điều khiển, lập trình và kết nối với VĐK hoặc kết nối trực tiếp với máy tính qua mạch chuyển USB - UART

 Đặc điểm kỹ thuật

chế độ

 Có một bộ sạc pin lithium, micrô, giao diện loa, giao tiếp USB, nhiều phím cho người dùng/led, khe cắm thẻ TF, cảm biến gia tốc, giao diện SPI, giao diện I2C2

Ai-Thinker

2.4.2 Module GPS U-Blox NEO-M8N-0-10

Module định vị GPS U-Blox NEO-M8N-0-10 tích hợp Anten sử dụng giao tiếp truyền thông UART có thể kết nối với bất kỳ VĐK nào và nó cũng có bộ chuyển đổi USB để kết nối trực tiếp với máy tính Mạch có thiết kế nhỏ gọn, có độ nhạy cao cho các ứng dụng trong nhà Mô-đun GPS có pin để dự phòng và EEprom để lưu các cài đặt cấu hình [6]

Hình 2.14 Module GPS U-Blox NEO-M8N-0-10

 Đặc điểm kỹ thuật

2.4.3 Module GPS NEO-6M 7N APM2.5

thông tin định vị tốt nhất có thể Thiết bị này có độ nhạy cao, tiêu thụ điện năng thấp, kích thước nhỏ, độ nhạy theo dõi cao so với vị trí của nó bao phủ, nơi mô-đun bình thường GPS không định vị được, chẳng hạn như ở đô thị chật hẹp hoặc môi trường rừng rậm, NEO-6M

có thể định vị được với độ chính xác cao Module này có kích thước nhỏ gọn, thích hợp cho các dòng xe ô tô, thiết bị cầm tay như PDA, giám sát phương tiện, ứng dụng và các hệ thống định vị di động khác [7]

Hình 2.15 Module GPS GPS NEO-6M

 Đặc điểm kỹ thuật

là 30 mA

các ăng-ten hoạt động khác

dữ liệu

 Mô-đun tương thích 3,3V/5V, thuận tiện cho việc kết nối các hệ thống VĐK khác nhau

2.4.4 Module GSM/GPS SIM908 Easy

Module GSM/GPS SIM908 Easy là loại module SIM908 tích hợp 1 bộ GSM/GPRS

và 1 bộ GPS mạnh mẽ (có ăng-ten rời) Là một sản phẩm do AT-COM phát triển dựa trên các tính năng của module SIM908 GSM/GPS SIM908 Easy được thiết kế giúp người dùng

dễ dàng nghiên cứu và triển khai các ứng dụng liên quan đến GSM, GPRS như điều khiển, giám sát, truyền nhận dữ liệu,…và ứng dụng GPS như : định vị toạ độ hiển thị lên bản đồ Google, đo tốc độ , thời gian…với độ chính xác cao Ngoài ra còn tích hợp Battery và bộ sạc Li-ion Battery cung cấp cho người dùng khả năng di động cao, tiện lợi, kích thước nhỏ gọn, ngõ ra dữ liệu tiện dụng [8]

Hình 2.16 Module GSM/GPS SIM908 Easy

 Đặc điểm kỹ thuật

 Ngõ ra :

 Hỗ trợ thư viện thiết kế cho Altium, Eagle, Orcad

 Độ nhạy <-105;

 Hỗ trợ GPRS dữ liệu dịch vụ, tốc độ dữ liệu tối đa, tải về 85.6Kbps, tải lên 42.8Kbps;

 Các lệnh AT hỗ trợ giao diện lệnh chuẩn AT và TCP / IP;

2.4.6 Module SIM868 Coreboard GSM/GPRS/GPS/Bluetooth

Module SIM868 Coreboard GSM/GPRS/GPS/Bluetooth là module của hãng CoCocina Module SIM 868 hoạt động trên bốn tần số GSM 850MHz, EGSM 900MHz, DCS 1800MHz va PCS 1900MHz Thiết kế nhỏ gọn tích hợp GPRS và GPRS / Glonass trong gói SMT sẽ giúp tiết kiệm đáng kể cả thời gian và chi phí cho khách hàng phát triển các ứng dụng GNSS Với hỗ trợ GNSS, nó cho phép các tài sản biến được theo dõi liên tục tại bất kỳ vị trí và bất cứ lúc nào với phủ sóng tín hiệu SIM868 có thể theo dõi tín hiệu thấp -167dBm ngay cả khi không có sự hỗ trợ của mạng [10]

Hình 2.18 Module SIM868 Coreboard GSM/GPRS/GPS/Bluetooth

 Nhiệt độ hoạt động: -45C - +90C

 Hỗ trợ gửi tin nhắn, gọi điện thoại

GPS U-Blox M8N-0-10

NEO-GPS NEO-6M 7N APM2.5

 Độ nhạy < -105

 Tích hợp đế SIM Card trên mạch

upload 42.8 Kbps, Download 85.6Kbps

 Hỗ trợ GPS và A-GPS

 Thiết kế nhỏ gọn,

độ nhạy và độ chính xác cao

 Có pin dự phòng

và EEprom để lưu các cài đặt cấu hình

A-GPS

chính xác cao, tiêu thụ điện năng thấp

A-GPS