Thiết kế, chế tạo máy chuẩn đoán ôtô thông qua mạng can

Bên cạnh đó, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, các ôtô sản xuất ngày nay được trang bị hệ thống điện-điện tử khá phức tạp như hệ thống phun xăng, hệ thống điều hòa khô

trương da ̣y nghê la mục tiêu của đê tai Nội dung đê tai “ Nghiên c ́ u, thiết kế chế

t o máy ch n đoá n ô tô thông qua ma ̣ng CAN ” Bao gôm cac bươc thực hiê ̣n

và nạp dữ liệu cho máy

4 Tiên hanh thực nghiê ̣m chẩn đoan trên xe ô tô Honda Civic bă ng may chẩn đoan được chê ta ̣o thực hiê ̣n so sanh kêt quả vơi may chẩn đoan Inova 3133

Kết quả đề tài đã ch ế tạo thành công May chẩn đoan ô tô thông qua ma ̣ng CAN, qua thử nghiệm xác định may ho ạt động trên xe Honda Civic đúng theo yêu

cầu kỹ thuâ ̣t, xuât mã lỗi chinh xac theo tiêu chuẩn nha sản xuât va Iso , kết cấu đơn

giản gọn nhẹ Đây la cơ sở khoa học ban đâu cho việc sản xuất thiêt bi ̣ chẩn đoan ô

tô trong tương lai

ABSTRACT

Today, automotive technology have developed dramatically, Many systems on modern cars are equipped with eletronic control modules such as : electronic fuel injection, electronic ignition, automatical air conditioning, ABS brake, electronic suspension, automatic emission control, etc These innovations make automobile control become more and more complicated, so that the demand of a common system which can both control the quality of harmful gases emission as well as monitor all other electronic and mechanical system on automobile is an imperative requirement.CAN system is produced to response the former requirements and soon be an indispensable part in today’s caọ SỄnce tểen, fault and damaged dỄagnosỄs on modeọn caọs stọongly deịend on high-priced dedicated devices and softwares For manufacturing automotive diagnostic divice via CAN with cheaper cost for using in automotive service stations and vocational schools, the thesis issued following content:

1 Theoretical research on CAN and data communication in the CAN systems

2 Research method of the data encryption standards OBD-2 and communication standards OBD -2

3 Using microchip PIC24HJ64GP506A, LCD and electronic units, which are easy found in Vietnam market to design and produce electronic board of the tester Programming and Load data for the device

4 To carry out diagnosis experiments on the Honda Civic series with the

manufactured tester and make comparison with the results with Inova 3133

diagnostic equipment

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

M C L C

Quyết định giao đề tài

Lý lịch cá nhân i

Lời cam đoan ii

Cảm tạ iii

Tóm tắt iv

Mục lục vi

Danh sách các chữ viết tắt x

Danh sách các hình xi

Danh sách các bảng xii

Ch ng 1: T NG QUAN 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố 1

1.1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 1

1.1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố 2

1.1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 2

1.1.2.2Tình hình nghiên cứu ngoài nước 6

1.2 Mục tiêu của đề tài 8

1.3.Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài 8

1.4.Phương pháp nghiên cứu 8

1.5.Kế hoạch thực hiện 9

Ch ng 2 CƠ S LÝ THUY T 2.1 Khái quát về chuẩn giao thức CAN ··· 10

2.1.1 Giới thiệu về mạng CAN ··· 10

2.1.2 Khái quát về giao thức CAN ··· 11

2.2 Lớp vật lý ··· 14

2.2.1 Non return zero ··· 14

2.2.2 Bit Stuffing ··· 15

2.2.3 Bit Timing ··· 15

2.3 Độ dài của một Bus ··· 16

2.4 Trạng thái “Dominant” và “Recessive” ··· 17

2.5 Giải quyết tranh chấp trên Bus ··· 18

2.6 CAN frame ··· 19

2.7 Các segment khác nhau ··· 25

2.8 Khoảng thời gian khác nhau của các Segment và Time Quantum ··· 25

2.9 Sự đồng bộ xung clock ··· 27

2.9.1 SJW ··· 27

2.9.2 Lỗi pha ··· 27

2.9.3 Cơ chế đồng bộ ··· 29

2.9.4 Truyền nhận message ··· 30

2.9.5 Xử lý lỗi ··· 30

2.10 ng dụng mạng CAN trên xe ··· 32

2.10.1 Những hạn chế củađây điện ··· 32

2.10.2 Đường truyền dữ liệu đa hợp ··· 34

2.10.3 Sơ đồ mạng CAN trên xe Honda Civic ··· 37

2.10.4 Sơ đồ mạng CAN trên xe Toyota Vios 2007 ··· 39

2.10.5 Sơ đồ mạng CAN trên xe Toyota Yaris 2007 ··· 40

Ch ng 3:CÁC PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA D LI U CH NĐOÁN OBD-2 VÀ CÁC CHU N GIAO TI P OBD-2 3.1 Giới thiệu về OBD -2 PIDs ··· 41

3.2 Các chế độ hoạt động ··· 41

3.3 Bảng mã PIDs ··· 42

3.3.1.Bảng mã PIDs và cách giải mã ··· 42

3.3.2 Cách giải mã các PIDs đặc biệt ··· 55

3.3.2.1 Chế độ 1 – PID01 ··· 55

3.3.2.2 Chế độ 1 – PID03 ··· 56

3.3.2.3 Chế độ 1 – PID12 ··· 57

3.3.2.4Chế độ 1 – PID 1C ··· 57

3.3.2.5 Chếđộ 1 PID41 ··· 58

3.3.2.6 Chế độ 3 ··· 59

3.4 Qúa trình truyền dữ liệu sử dụng CAN 11 bit ··· 61

3.4.1 Qúa trình truyền dữ liệu ··· 62

3.4.2.Qúa trình nhận dữ liệu ··· 62

3.5 Các chuẩn giao tiếp OBD -2 ··· 62

3.5.1 Giắc chẩnđoán OBD -2 ··· 63

3.5.2 Mã lỗi ··· 64

3.5.3 Các chuẩn giao tiếp OBD -2 ··· 65

3.5.3.1 Giao thức ISO 9141-2 ··· 65

3.5.2.2 Giao thức SAE J1850 VPW ··· 67

3.5.2.3 Giao thức SAE J1850 PWM ··· 67

3.5.2.4 Giao thức ISO 14230 KWP2000 ··· 69

3.5.2.5 Giao thức ISO 15765 CAN ··· 70

Ch ng 4:THI T K , CH T O MÁY CH N ĐOÁN Ô TÔ THÔNG QUA M NG CAN 4.1 Tổng quan về dòng PIC24HJ64GP506A ··· 71

4.1.1 Các đặc điểm chính ··· 71

4.1.2 Tóm tắt các dòng PIC24H ··· 73

4.1.3 Kiểu đóng gói ··· 74

4.2 Module CAN trong PIC24HJ64GP506A ··· 74

4.2.1 Tổng quan module CAN ··· 74

4.2.2 Các dạng Frame truyền ··· 75

4.2.3 Các chế độ hoạt động ··· 75

4.2.3.1 Chế độ Initialization ··· 75

4.2.3.2 Chế độ Disable ··· 76

4.2.3.3.Chế độ Normal ··· 76

4.2.3.4.Chế độ Loopback ··· 76

4.3 Thiết kế các mạch điện cơ bản của máy ··· 77

4.3.1 Mạch nguồn ··· 77

4.3.2 Mạch MCU ··· 77

4.3.3 Mạch Vehicle interface ··· 79

4.3.4 Mạch LCD Interface ··· 80

4.4 Chế tạo máy chẩn đoán ô tô thông qua mạng CAN ··· 82

4.4.1 Sơ đồ mạch in lớp trên và vị trí linh kiện ··· 82

4.4.2 Sơ đồ mạch in lớp dưới ··· 83

4.4.3 Máy chẩn đoán ô tô thông qua mạng CAN ··· 84

4.4.4 Lưu đồ thuật toán ··· 85

Ch ng 5: TH C NGHI M MÁY CHU N ĐOÁN TRÊN XE 5.1 Hướng dẫn sử dụng máy chẩn đoán CAN ··· 86

5.1.1 Cấu tạo máy chẩn đoán CAN ··· 86

5.1.2 Chức năng máy chẩn đoán CAN ··· 87

5.1.3 An toànkhi sử dụng máy ··· 87

5.2 Thực nghiệm chẩn đoán của xe Honda Civic ··· 88

5.2.1 Kết nối máy chẩn đoán với xe ··· 88

5.2.2 Vận hành chẩn đoán ··· 89

5.2.2.1 Chẩn đoan lỗi cảm biên nhiệt độ không khítrên xe Honda Civic ··· 91

5.2.2.2 Chẩn đoan lỗi cảm biến MAF ··· 91

5.2.2.3 Xóa mã lỗi ··· 92

5.2.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm ··· 92

5.2.3.1 Đánh giá kết quả chẩn đoán mã lỗi trên xe ··· 92

5.2.3.2 Sơ đồ thí nghiệm máy chẩn đoán ··· 93

5.2.3.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm bằng máy chẩn đoán Inova 3133 ··· 94

Ch ng6: K T LU N - HƯ NG PHÁT TRI N C A Đ TÀI 6.1 Kết luận ··· 96

6.2 Một số đề nghị ··· 97

6.3 Hướng phát triển của đề tài ··· 97

TÀI LI U THAM KH O ··· 98

LI T Kể CÁC CH VI T T́T

CAN Controller Area Network

DTC Diagnostic Trouble Codes

ECMElectronic Control Module

ECU Electronic Control Unit

ISO International Standard Organization

OBD On-Board Diagnostic

EOBDEuropean On Board Diagnostics

HDOBD Heavy Duty On-Board Diagnostic

CPU Central Proceeing Unit

LLC Logical Link Control

MAC Medium Access Control

PWM-Pulse-Width Modulation

ALU Arithmetic Logical Unit

NRZ None Return to Zero

NMT Network Mangement

VPW Variable Pulse Width

PWM Pulse Width Mdulation

KWP Keyword Protocol

SOF Start Of Frame

DMA Direct Memory Access

DLC Diagnostic Link Connector

LCD Liquid Crystal Display

CRC Cyclic Redundancy Code

PSW Program Status Word

SAE Society of Automotive Engineers

DANH SÁCH CÁC B NG

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

Bảng 1.2 : kế hoạch và thời gian thực hiện··· 9

Bảng 2.1: Vận tốc – Độ dài – Bit time ··· 16

Bảng 2.2: So sánh CAN low speed và CAN high speed ··· 17

Bảng 2.3: Thời gian của mỗi segment ··· 26

Bảng 2.4: Cơ chế đồng bộ ··· 29

Bảng 3.1: Các chế độ hoạt động ··· 41

Bảng 3.2: Bảng mã PIDs và cách giải mã ··· 54

Bảng 3.3: Mã hĩa Chế độ 1- PID01 ··· 55

Bảng 3.4: Cách mã hĩa quá trình kiểm tra ··· 55

Bảng 3.5: Mã hĩa Byte C và D ở động cơ xăng ··· 56

Bảng 3.6: Mã hĩa Byte C và D ở động cơ dầu ··· 56

Bảng 3.7: Mã hĩa Chế độ 1 –PID03 ··· 57

Bảng 3.8: Mã hĩa Chế độ 1 –PID12 ··· 57

Bảng 3.9: Mã hĩa Chế độ 1 –PID1C ··· 58

Bảng 3.10: Mã hĩa Chế độ 1 –PID41 ··· 59

Bảng 3.11: Mã hĩa Chế độ 3 đọc DTCs bit A7,A6 ··· 59

Bảng 3.12: Mã hĩa Chế độ 3 đọc DTCs bit A5,A4 ··· 59

Bảng 3.13: Mã hĩa Chế độ 3 đọc DTCs bit A3,A2,A1,A0 ··· 60

Bảng 3.14: Mã hĩa loại nhiên liệu··· 61

Bảng 3.15: Chức năng các bytes trong quá trình truyền ··· 62

Bảng 3.16: Chức năng các byte trong quá trình nhận ··· 62

Bảng 4.1: Các dịng PIC24H trên thị trường ··· 73

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ chânAT89C51 ··· 4

Hình 1.2: Sơ đồ chân vi điều khiểnAT89S52 ··· 6

Hình 2.1: Tính ổn định của CAN ··· 11

Hình 2.2: Ví dụ về mạng CAN ··· 12

Hình 2.3: Một nút mạng CAN ··· 12

Hình 2.4: Mô hình mạng CAN ··· 13

Hình 2.5: Các lớp layer giao tiếp ··· 14

Hình 2.6: NRZ method ··· 15

Hình 2.7: Kỹ thuật Bit Stuffing ··· 15

Hình 2.8: Giản đồ thời gian ··· 15

Hình 2.9: Tốc độ tỉ lệ nghịch với độ dài Bus ··· 16

Hình 2.10: Điện áp của CAN low speed ··· 17

Hình 2.11: Điện áp của CAN high speed ··· 18

Hình 2.12: Sự kháng nhiễu với ảnh hưởng của điện từ ··· 18

Hình 2.13: Giải quyết tranh chấp trên Bus ··· 19

Hình 2.14: Khung truyền ··· 20

Hình 2.15 : CRC field ··· 20

Hình 2.16: Khung truyền dữ liệu CAN··· 21

Hình 2.17: CAN standard frame ··· 22

Hình 2.18: CAN Extended frame ··· 22

Hình 2.19: CAN remote frame ··· 23

Hình 2.20: CAN error frame··· 23

Hình 2.21: Baudrate định nghĩa thời gian cho 1 bit ··· 24

Hình 2.22: Mỗi bit được cấu tạo bởi 4 segments ··· 24

Hình 2.23: Cấu trúc của Time Quantum ··· 25

Hình 2.24: Số lượng Time Quanta có thể cho mỗi segment ··· 26

Hình 2.25: Vấn đề đồng bộ ··· 27

Hình 2.26: Chuỗi dịch chuyển độ dài Segment của Nominal Bit Time ··· 28

Hình 2.27: Sơ đồ khối bộ nhận CAN message ··· 30

Hình 2.28: Sơ đồ khối bộ truyền CAN message ··· 30

Hình 2.29: Các loại lỗi khác nhau··· 31

Hình 2.30 Mô tả đường truyền đa hợp··· 33

Hình 2.31 Mô hình mạng CAN trên xe ··· 35

Hình 2.32 Mạng giao tiếp CAN với ECU trên xe ··· 36

Hình 2.33: Mạng giao tiếp CAN với ECU trên xe Volvo ··· 36

Hình 2.34: Sơ đồ mạng CAN trên xe Honda Civic 2007 ··· 37

Hình 2.35: Sơ đồ mạng CAN trên xe Vios 2007 ··· 39

Hình 2.36: Sơ đồ mạng CAN trên xe Toyota Yaris 2007··· 40

Hình 3.1 Giắc chẩn đoán OBD – 2 ··· 63

Hình 3.2: Hình 3.2: ý nghĩa các ký tự trong một mã lỗi ··· 64

Hình 3.3: Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp ISO 9141 ··· 66

Hình 3.4:Dạng sóng của giao thức ISO 9141-2 ··· 66

Hình 3.5:Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp SAE J1850 VPW ··· 67

Hình 3.6: Dạng sóng của giao thức SAE J1850 VPW ··· 67

Hình 3.7:Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp SAE J1850 PWM ··· 67

Hình 3.8: Dạng sóng của giao thức SAE J1850 PWM ··· 67

Hình 3.9:Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp ISO 14320 KWP2000 ··· 69

Hình 3.10:Dạng sóng của giao thức KWP2000 ··· 69

Hình 3.11: Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp ISO 15765 CAN ··· 70

Hình 3.12: Dạng sóng của giao thức ISO 15765 CAN ··· 70

Hình 4.1: Sơ đồ đóng gói kiểu 64-Pin TQFP ··· 74

Hình 4.2: Sơ đồ khối module CAN ··· 75

Hình 4.3: Sơ đồ mạch nguồn cấp 5V và 3.3V ··· 77

Hình 4.4: Mạch MCU sử dụng PIC24HJ64GP506A ··· 78

Hình 4.5: Mạch Vehicle Interface ··· 79

Hình 4.6:Sơ đồ mạch LCD Interface ··· 81

Hình 4.7:Sơ đồ mạch in lớp trên và vị trí linh kiện··· 82

Hình 4.8:Sơ đồ mạch in lớp dưới ··· 83

Hình 4.9: Máy chẩn đoán ô tô thông qua mạng CAN ··· 84

Hình 4.10: Lưu đồ thuật toán điều khiển ··· 85

H̀nh 5.1 : Câu ta ̣o may chẩn đoan ··· 87

Hình 5.2 : kết nối máy với xe ··· 88

Hình 5.3 : Màn hình hiển thị hiện tại xe không có mã lỗi ··· 89

Hình 5.4: Màn hình hiển thị mã lỗi nhiệt độ không khí nạp xe Honda Civic ··· 90

Hình 5 5:Màn hình hiển thị lỗi cảm biến MAF trên xe Honda Civic ··· 91

Hình 5.6 : Màn hình hiển thị xóa mã lỗi trên xe ··· 92

Hình 5 7 : Sơ đồ thí nghiệm máy chẩn đoán ô tô thông qua mạng CAN ··· 93

Hình 5 8 : Hiển thị mã lỗi cảm biến nhiệt độ không khí nạp ··· 94

Hình 5.9: Hiển thị mã lỗi của cảm biến MAF ··· 95

Hình 5.10 :Xóa lỗi ··· 95

CHƯƠNG 1

TOÅNG QUAN

1.1 T ng quan chung v lĩnh v c nghiên cứu, các k t qu nghiên cứu trong

vƠ ngoƠi n c đã công bố

1.1.1 T ng quan chung v lĩnh v c nghiên cứu:

Trong thời đại ngày nay, ô tô đã trở nên phổ biến và trở thành một phương tiên di chuyển – vận tải không thể thay thế được đối với con người Số lượng ô tô được bán ra ngày càng tăng Theo thống kê đến tháng đầu năm 2011, tổng số lượng

ô tô trên toàn thế giới đã đạt mốc hơn 1 tỷ xe Trung bình cứ 6,75 người thì lại có

một chiếc ô tô Đứng đầu là Mỹ với tỷ lệ 1,13 người/1 ô tô

Hàng năm, lượng ô tô trên toàn thế giới tiêu thụ hơn 1000 tỷ lít nhiên liệu và

là nguyên nhân chính gây ra các vấn đề ô nhiễm môi trường ở các đô thị Để đối phó với tình trạng trên, chính phủ nhiều quốc gia đã đưa ra nhiều quy định cũng như tiêu chuẩn về khí thải ô tô Từ đó, các nhà sản xuất ô tô đã cho ra đời nhiều thiết bị nhằm giảm thiểu và giám sát lượng khí thải cho các sản phẩm của mình

Bên cạnh đó, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, các ôtô sản xuất ngày nay được trang bị hệ thống điện-điện tử khá phức tạp như hệ thống phun xăng, hệ thống điều hòa không khí tự động, hệ thống phanh chống hãm cứng,

hệ thống treo điện tử, hệ thống đánh lửa điện tử, hệ thống kiểm soát khí thải… Ô tô

trở nên phức tạp hơn, gây nhiều khó khăn cho kỹ thuật viên trong việc phát hiện ra

hệ thống gặp vấn đề khi hư hỏng xuất hiện

Yêu cầu đặt ra là phải có một hệ thống chung để vừa có thể kiểm soát lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường để giúp các kỹ thuật viên kiểm tra các hệ thống dễ dàng hơn để giảm công sức và thời gian trong việc sửa chữa Hệ thống CAN (Control Areas Nekwork) ra đời đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trên và nhanh chóng

trở thành hệ thống không thể thiếu trên ô tô hiện nay

CAN truy cập và lấy thông tin từ ECM đưa ra các chẩn đoán về khí thải và

các hệ thống khác Từ đĩ, kỹ thuật viên cĩ thể xác định được lỗi nằm ở hệ thống nào một cách nhanh chĩng cũng như quyết định xem chiếc xe này cĩ đạt các yêu

cầu về khí thải hay khơng

Trongthựctế,cơngviệcsửachữacácpantrênơtơcĩ trang bị mạng CANgặpnhiềukhĩkhăndo

thiếucácthiếtbịchẩnđốnchuyêndùngđểchẩnđốntrìnhtrạngkỹthuậtcủaơtơ.Từvấn đềnêutrên,vớisựhướngdẫncủathầyPGS.TSĐỗVănDũngngườinghiêncứuđãchọnđề tài “Nghiêncứu chế tạo máy chẩn đốn ơtơ thơng qua mạng CAN”

1.1.2 Các k t qu nghiên cứu trong vƠ ngoƠi n c đã cơng bố:

1.1.2.1.Tình hình nghiên cứu trong n c

Nội địa hố sản phẩm, đẩy mạnh nền cơng nghệ sản xuất trong nước là một yêu cầu tất yếu để hạ giá thành sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao tính cạnh tranh của các sản phẩm Việt Nam trên thị trường trong nước cũng như

quốc tế Đây cũng là một trong những mục tiêu chính của nền cơng nghiệp nước ta

hiện nay Tuy nhiên vấn đề tồn tại lớn nhất chính là vốn và cơng nghệ Mục tiêu sản

xuất với chi phí thấp, đồng thời làm chủ được cơng nghệ cao để cĩ được sự chủ động trong sản xuất đang được các cơ sở sản xuất quan tâm hàng đầu Vì thế Thầy

PGS_TS Đ VĔN DǛNG nhận thấy được sự cần thiết của cơng nghệ chế tạo,

thiết kế và lập trình vi điều khiển Thầy đã đề xuất và hướng dẫn các đề tài mang tính chất thiết kế, chế tạo và ứng dụng cao như:

 Nghiên cứu, chế tạo mạch đánh lửa trên động cơ ô tô theo chương trình – KS Nguyễn Văn Long Giang – Luận văn thạc sĩ 2002 –2004, người hướng dẫn: PGS TS Đỗ Văn Dũng – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM

Luận văn được hoàn thành trên cơ sở ứng dụng vi xử lý (dùng bộ vi điều khiển AT89C51 )để chế tạo mạch đánh lửa trên động cơ ô tô theo chương trình

Kết quả luận văn cho thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của vi điều khiển trong điều khiển lập trình hoạt động cho nhiều kết cấu cơ khí và thiết bị điện phức tạp trên ô tô

° Giới thiệu khái quát về họ vi điều khiển MSC-51:

MCS-51TMlà một họ IC vi điều khiển do Intel phát triển và sản xuất Một số nhà sản xuất được phép cung cấp các IC tương thích với các sản phẩm MCS-

51TMcủa Intel là Siemens, Advanced Micro Devices, Fujitsu, Philips, Atmel AT89C52 là một Microcomputer 8 bit, loại CMOS, có tốc độ cao và công suất thấp với bộ nhớ Flash có thể lập trình được Nó được sản xuất với công nghệ bộ nhớ không bay hơi mật độ cao của hãng Atmel, và tương thích với chuẩn công nghiệp của 80C51 và 80C52 về chân và bộ lệnh

* Các IC của họ MCS-51TMcó các đặc trưng chung như sau:

- 4 port I/O 8 bit

- Giao tiếp nối tiếp

- 64K không gian bộ nhớ chương trình mở rộng

- 64K không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng

- Một bộ xử lý luận lý (thao tác trên các bit đơn)

- 210 bit được địa chỉ hóa

Số bộ định thời (Bộ đếm)

° Giới thiệu AT89C52:

Hình 1.1:Sơ đồ chân AT89C51

“ Nghiênc ứu ch t o máy ch n đoán các lo i ECU đi u khi n đ ng c ”.– KS

H H u Chấn ậ Lu n văn th c sĩ 2003 ậ2005, ng i h ng d n: PGS TS Đỗ Văn Dǜng ậ Tr ng Đ i học S Ph m Kỹ Thu t TP HCM

Luận văn được hoàn thành trên cơ sở ứng dụng vi xử lý (dùng bộ vỄ đỄều kểỄ n AT89S52) để chế tạo mạch điều khiển hộp số tự động theo chương trình Kết

quả luận văn cho thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của vi điều khiển trong điều khiển lập trình hoạt động cho nhiều kết cấu cơ khí và thiết bị điện phức tạp trên ô tô nói riêng và hệ thống điều khiển tự động nói chung

°Sơ đồ khối và chức nĕng các kểối của AT89S52:

* Bộ vi điều khiển AT89S52 gồm các khối:

- CPU ( Central Processing Unit):

+ Thanh ghi tích lũy A

+ Thanh ghi tích lũy phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia

+ Đơn vị logic học ( ALU: Arithmetic Logical Unit)

+ Từ trạng thái chương trình (PSW: Program Status Word)

+ Bốn băng thanh ghi

+ Con trỏ ngăn xếp

- Bộ nhớ chương trình (Bộ nhớ ROM) gồm 8Kb Flash

- Bộ nhớ dữ liệu (Bộ nhớ RAM) gồm 256 bytes

- Bộ UART (Universal Ansynchronous Receiver and Transmitter) làm chức năng truyền nhận nối tiếp, nhờ khối này, AT89S52 có thể giao tiếp với cổng COM của máy tính

- 3 bộ Timer/Counter 16 bit thực hiện các chức năng định thời và đếm sự kiện

- WDT (Watch Dog Timer): được dùng để hồi phục lại hoạt động của CPU khi

nó bị treo bởi 1 nguyên nhân nào đó Gồm có một bộ Timer 14 bit, một bộ Timer 7 bit, thanh g hi WDTPRG (WDT programable) điều khiển Timer 7 bit

và một thanh ghi chức năng WDTRST (WDT resister)

Hình 1.2: Sơ đồ chân vi điều khiểnAT89S52

Nghiên cứu thi t k ch t o ECU đi u khi n tr l c lái đi n, KS Lê Thanh Nhàn ậ Lu n văn th c sĩ 2006 ậ2008, ng i h ng d n: PGS TS Đỗ Văn

Dǜng ậ Tr ng Đ i học S Ph m Kỹ Thu t TP HCM

Luận văn được hoàn thành trên cơ sở ứng dụng vi xử lý để chế tạo ECU để điều khiển trợ lực lái điện Kết quả luận văn cho thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của vi điều khiển trong điều khiển lập trình hoạt động cho nhiều kết cấu cơ khí và thiết bị điện phức tạp trên ô tô

1.1.2.2 T̀nh h̀nh nghiên cứu ngoƠi n c :

Năm 1955, Hiệp hội bảo vệ môi trường không khí liên bang được ra đời, cung cấp những nghiên cứu, hỗ trợ công nghệ để tìm hiểu sâu hơn về nguyên nhân

và ảnh hưởng của nguồn không khí ô nhiễm

Kể từ đó, các tổ chức khác liên tục ra đời trong nhiều năm với các quy định

và điều luật song hành như: Ban tài nguyên không khí California - CARB

(California Air Resources Board) cùng với Luật không khí liên bang ra đời năm

1967, Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ - EPA (Environmental Protection Agency) ra đời vào tháng 9 năm 1970 với sự bổ sung và điều chỉnh bộ Luật không khí liên bang

và nhiều các quy định khác của Hội kỹ sư ô tô Mỹ - SAE (Society of Automotive Engineers) ra đời năm 1988 nhằm hạn chế lượng khí thải ô tô ra môi trường

Năm 1969, Wolkswagen giới thiệu hệ thống On-board Computers đầu tiên

với khả năng kiểm tra hệ thống dành cho các mẫu xe phun xăng thế hệ thứ 3 của họ

Năm 1975, hệ thống On-board Computers Datsun 280Z xuất hiện trên nhiều

mẫu xe, chủ yếu là để điều chỉnh thời gian phun trong hệ thống phun nhiên liệu Hệ thống OBD đơn giản đã xuất hiện mặc dù không có tiêu chuẩn rõ ràng về việc nó sẽ giám sát như thế nào hay báo cáo tình trạng hệ thống ra sao

Năm 1980, GM thực hiện một giao diện và giao thức độc quyền để thử nghiệm ECM (Electronic Control Module) Giao thức ASSEMBLY LINE (ALDL)

kết nối ở tốc độ 160 baud với tín hiệu có bề rộng xung thay đổi (PWM-Pulse-Width Modulation)được sử dụng trên một vài mẫu xe năm 1980 tại bang California và được áp dụng trên toàn lãnh thổ nước Mỹ năm 1981 Chức năng duy nhất của hệ

thống này là Bliky Codes (Nhấp nháy mã lỗi) Bằng cách kết nối hai chân theo qui định của nhà sản xuất.Khi bật chìa khóa và động cơ không hoạt động, đèn Check Engine sẽ nhấp nháy với 2 chữ số tương ứng với một mã lỗi cụ thể

Năm 1986, một phiên bản cải tiến của giao thức ALDL ra đời có tốc độ 8192 baud với đường truyền tín hiệu UART.Giao thức này được quy định trong tiêu chuẩn GM-XDE-5024B

Năm 1988, SAE ra đời và đưa ra những tiêu chuẩn về giắc nối và tín hiệu

chẩn đoán

Năm 1991, CARB yêu cầu tất cả các xe được bán trên lãnh thổ bang California từ năm 1991 về sau phải được trang bị những chức năng cơ bản của

OBD Đây được coi là hệ thống OBD-I mặc dù tên này không được sử dụng cho đến khi OBD-2ra đời Hệ thống này chưa có những quy định và tiêu chuẩn về hình

dạng giắc chẩn đoán, vị trí của giắc trên xe hay giao thức kết nối được sử dụng

Đầu năm 1994, được thúc đẩy bởi chương trình thử nghiệm khí thải trên toàn quốc, CARB đã cho ra đời hệ thống OBD-2với nhiều chức năng và đặc điểm kỹ thuật mới, áp dụng trên tất cả xe sản xuất từ năm 1996 được bán ở California Các tiêu chuẩn của SAE về mã lỗi và giắc chẩn đoán đã được tích hợp vào hệ thống này

Năm 1996, OBD-2được yêu cầu phải trang bị trên tất cả các xe được bán trên

Năm 2010, tiêu chuẩn HDOBD (Heavy Duty On-Board Diagnostic) ra đời, bắt buộc áp dụng cho tất cả xe khách được bán tại Mỹ

1.2 M c tiêu c a đ tƠi :

Đề tài nghiên cứu chế tạomáychẩn đoán ô tô thông qua mạng CAN có hai

mục tiêu chính:

- Dùngđểkiểmtraxuất mã lỗiôtô có mạng CAN,phụcvụchocôngviệcsửa chữa

- Sửdụnglàmmôhìnhgiảngdạyvề chẩn đoántrênôtô trong các trường dạy nghề

1.3 Nhi m v c a đ tài và gi i h n đ tài:

Chỉ tập trung nghiên cứu về cơ sở lý thuyết máy chẩn đoán OBD 2 và cách giao tiếp dữ liệu trong hệ thống mạng CAN

- Thực nghiệm trên máy chẩn đoán 3133 để xác định các thông số mã lỗi động cơ có chuẩn giao tiếp CAN trên xe Honda Civic để làm cơ sở chế tạo máy chẩn đoán ô tô thông qua mạng CAN

- Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy chẩn đoán ôtô thông qua mạng CAN Thực nghiệm xuất mã lỗi động cơ và đánh giá kết quả hoạt đô ̣ng của máy

1.4 Ph ng pháp nghiên cứu:

Để thực hiện đề tài, người nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp nghiên cứu tài liệu

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Phương pháp lập trình vi điều khiển

- Phương pháp thiết kế chế tạo mạch

Trên cơ sở các phương pháp nghiên cứu nêu trên, đề tài sẽ tập trung vào các lãnh vựcnghiên cứu:

- Nghiên cưu ly thuyêt vê ma ̣ng CAN va giao tiêp dữ liê ̣u trong hê ̣ thông ma ̣ng CAN

- Nghiên cưu phương phap mã hoa dữ liê ̣u chuẩn OBD -2 và các chuẩn giáo tiêp OBD -2

- Sử dụng Microchip PIC 24HJ64GP506A, LCD va cac linh kiê ̣n hiê ̣n co trên thị trường Việt Nam thiết kế và chế tạo mạch điện máy chẩn đoán , lâ ̣p trinh

và nạp dữ liệu cho máy

- Tiên hanh thực nghiê ̣m chẩn đoan trên xe ô tô Honda Civic băng may chẩn đoan được chê ta ̣o thực hiê ̣n so sanh kêt quả vơi may chẩn đoan Inova 3133

1.5 K ho ch th c hi n :

1 Tháng 02,03/2013 - Thu thập dữ liệu trên xe Honda Civic

đời 2011

2 Tháng 04/2013

- Nghiên cứu lý thuyết vi xử ly

- Nghiên cưu cơ sở ly thuyêt ma ̣ng CAN va cac chuẩn giao tiêp OBD -2

3 Tháng 05/2013 - Thiết kế board mạch va chê ta ̣o máy

chẩn đoán ô tô thông qua ma ̣ng CAN

4 Tháng 07/2013 - Nghiên cưu lập trình va na ̣p dữ liê ̣u

cho may

5 Tháng 8,9/2013 - Thử nghiệm, điều chỉnh

- Hoàn chỉnh luận văn

B ng 1.2 : Kế hoạch và thời gian thực hiện

CHƯƠNG 2

CƠ S LÝ THUY T V M NG CAN

2.1 Khái quát v chu n giao thức CAN :

2.1.1 Gi i thi u v m ng CAN

Controller Area Network (CAN) là giao thức giao tiếp nối tiếp hỗ trợ mạnh cho những hệ thống điều khiển thời gian thực phân bố (Distributed Realtime Control System) với độ ổn định, bảo mật và chống nhiễu cực tốt

CAN lần đầu tiên được phát triển bởi nhà cung cấp phụ tùng xe ô tô của Đức – Robert Bosch vào giữa những năm 80 Để thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng trong vấn đề an toàn và tiện nghi và làm giảm bớt khí thải ô nhiễm và tiêu thụ năng lượng, ngành công nghiệp ô tô đã phát triển rất nhiều hệ thống điện tử Với mục đích chính là làm cho những hệ thống phức tạp này trở nên an toàn, ổn định và tiết kiệm nhiên liệu mà vẫn có thể giảm thiểu việc đi dây chằng chịt, đơn

giản hóa hệ thống và tiết kiệm chi phí sản xuất, mạng CAN đã được ra đời

Ngay từ khi mới ra đời, CAN đã được chấp nhận và ứng dụng một cách rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp, chế tạo ô tô Qua thời gian, CAN ngày càng trở nên thông dụng hơn vì tính hiệu quả, ổn định, đơn giản và chi phí thấp.Nó được sử

dụng trong việc truyền dữ liệu lớn, tốc độ cao, ổn định và đáp ứng thời gian thực trong nhiều môi trường khác nhau Đó là lý do tại sao chúng được sử dụng trong rất nhiều các ngành công nghiệp khác nhau bên cạnh ngành công nghiệp ô tô như máy nông nghiệp, tàu ngầm, dụng cụ y khoa, máy dệt, v.v…

Ngày nay, CAN đã được chuẩn hóa thành tiêu chuẩn ISO 11898 Hầu như mọi nhà sản xuất chip điện tử lớn như Intel, NEC, Siemens, Motorola, Maxin IC, Fairchild, Microchip, Philips, Mitsubishi, Hitachi, ST Micro, v.v… đều có sản xuất

ra chip CAN, hoặc có tích hợp CAN vào thành phần ngoại vi của vi điều khiển

Việc thực hiện chuẩn CAN trở nên cực kì đơn giản nhờ sự hỗ trợ của các nhà sản

xuất chip đó

Điểm nổi trội nhất ở chuẩn CAN là tính ổn định và an toàn (reliability and safety) Nhờ cơ chế phát hiện và xử lý lỗi cực mạnh, lỗi CAN messages hầu như được phát hiện Theo thống kê, xác suất để một message của CAN bị lỗi không được phát hiện là:

Hình 2.1: Tính ổn định của CAN

Ví dụ cho rằng, giả sử cứ 0.7s thì môi trường tác động lên đường truyền CAN làm lỗi 1 bít, và giả sử tốc độ truyền là 500 Kbit/s, hoạt động trong 8h/ngày và

365 ngày/năm thì trong vòng 1000 năm, trung bình sẽ có 1 frame lỗi bị lỗi mà

không được phát hiện

Miền ứng dụng của CAN trải rộng (from high speed network to low cost multiflex wiring): hệ thống điện ô tô, xe tải, hộp điều khiển động cơ (Engine control units), sennsor, PLC communication, thiếtbị y tế… Ngày nay, CAN đã có

vị trí chiếm lĩnh trong ngành công nghiệp ô tô Trong những chiếc xe đời mới thường có một mạng CAN high speed để điều khiển động cơ và phanh…một mạng CAN low speed dùng để điều khiển những thiết bị khác như kiếng chiếu hậu, đèn… Chuẩn Field Bus Divice net, CAN open, J1939 thường dùng trong công nghiệp chính là chuẩn CAN mở rộng với Physixcal layer và MAACsub layer của các chuẩn này là CAN

2.1.2 Khái quát v giao th ức CAN

Chuẩn đầu tiên của CAN là chuẩn ISO 11898-2 định nghĩa các tính chất của CAN High Speed

Một ví dụ về mạng CAN trong thực tế:

Hình 2.2: Ví dụ về mạng CAN

Công nghệ cáp của mạng CAN có đường dây dẫn đơn giản, giảm tối thiểu

hiện tượng sự đội tín hiệu Sự truyền tín hiệu thực hiện nhờ cặp dây chuyền tín hiệu

vi sai, có nghĩa là chúng ta đo sự khác nhau giữa hai đường (CANH và CANL) Đường dây Bus kết thúc bằng điện trở 120 Ohm (Thấp nhất là 108 Ohm và cao nhất

là 132 Ohm) ở mỗi đầu

Mạng CAN được tạo thành bởi một nhóm các Nodes Mỗi Node có thể giao

tiếp với bất kỳ Nodes nào khác trong mạng Việc giao tiếp được thực hiện bằng việc truyền đi và nhận các gói dữ liệu – gọi là thông điệp Mỗi loại thông điệp trong mạng CAN được gán cho một ID – số định danh – tùy theo mức độ ưu tiên của thông điệp đó

Hình 2.3: Một nút mạng CAN

Mạng CAN thuộc loại Message Base System, khác với Address Base

System, mỗi loại thông điệp được gán một ID Những hệ thống Address Base

System thì mỗi Node được gán cho một ID Message Base System có tính mở hơn

vì khi thêm hoặc bớt một Node hay thay một nhóm Node phức tạp hơn không làm ảnh hưởng đến cả hệ thống Có thể có vài Node nhận và cùng thực hiện một nhiệm

vụ Hệ thống điều khiển phân bố dựa trên mạng CAN có tính mở, dễ dàng thay đổi

mà không cần phải thiết kế lại toan bộ hệ thống

Mỗi Node có thể nhận nhiều loại thông điệp khác nhau, ngược lại, một thông điệp có thể được nhận bởi nhiều Nodes và công việc được thực hiện một cách đồng

Tiêu chuẩn ISO 11898 định nghĩa hai lớp Physical layer và Data Link layer Lớp Physical layer định nghĩa cách biểu diễn/thu nhận bit 0, bit 1, cách định

thời gian và đồng bộ hóa

Lớp Data Link layer được chia làm hai lớp nhỏ là Logical Link Control (LLC) và Medium Access Control (MAC): định nghĩa frame truyền và những

nguyên tắc xử lý để tránh trường hợp cả hai messages cùng truyền đồng thời

Hình 2.5: Các lớp layer giao tiếp Ngoài ra, chuẩn CAN còn định nghĩa nhiều cơ chế khác để kiểm tra lỗi, xử lý lỗi Cơ chế kiểm tra và xử lý lỗi chia làm 5 loại lỗi: Bit Error, Stuff Error, CRC Error, Form Error và ACK Error

2.2 L p v t lý

2.2.1 Non return zero

Mỗi bit trong mạng CAN được mã hóa bằng phương pháp None–return–to–zero (NRZ method) Trong suốt quá trình của một bit, mức điện áp của dây được

giữ nguyên, có nghĩa là, trong suốt quá trình một bit được tạo, giá trị của nó giữ không đổi

Hình 2.6: NRZ method 2.2.2 Bit Stuffing

Một trong những ưu điểm của các mã hóa NRZ là mức của bit được giữ trong suốt quá trình của nó Điều này tạo ra vấn đề về độ ổn định nếu một lượng lớn bit giống nhau nối tiếp Kỹ thuật Bit Stuffing áp đặt tự động một bit có giá trị ngược lại khi nó phát hiện 5 bit liên tiếp trong khi truyền

Hình 2.7: Kỹ thuật Bit Stuffing

2.2.3 Bit Timing

Ta định nghĩa thời gian đơn vị nhỏ nhất là Time Quantum Thời gian cơ bản này là một phân số của thời gian dao động của Bus Một bit khoảng 8 đến 25 quanta

Hình 2.8: Giản đồ thời gian

2.3 Đ dài c a m t Bus

Độ dài của một Bus phụ thuộc vào những thông số sau:

 Độ trễ lan truyền trên đường dây của Bus

 Sự khác nhau của thời gian Time Quantum (vì sự khác nhau của xung Clok trong các nút)

 Biên độ tín hiệu thay đổi theo điện trở của cáp và tổng trở vào các nút



Hình 2.9: Tốc độ tỉ lệ nghịch với độ dài Bus

B ng 2.1: Vận tốc – Độ dài – Bit time

Cần chú ý rằng bất cứ Module nào kết nối vào một Bus CAN phải được hỗ trợ với tốc độ tối thiểu là 20Kbit/s Để sử dụng Bus có độ dài hơn 200m, cần thiết phải sử

dụng một Optocoupleur, và để sử dụng Bus dài hơn 1km, phải cần một hệ thông kết

nối trung gian như Repeater hoặc Bridge

2.4 Tr ng thái “Dominant” vƠ “Recessive”

lớp vật lý, Bus CAN định nghĩa hai trạng thái là “dominant” và

“recessive”, tương ứng với hai trạng thái là 0 và 1 Trạng thái “dominant” chếm ưu thế hơn so với trạng thái “recessive” Bus chỉ ở trạng thái “recessive” khi không có Node nào phát đi trạng thái “dominant” Điều này tạo ra khả năng giải quyết tranh chấp khi nhiều hơn một Master cùng muốn chiếm quyền sử dụng Bus

Bởi tính chất vật lý của Bus, cần thiết phải phân biệt 2 dạng truyền:

- Truyền CAN lowspeed

- Truyền CAN highspeed

Bảng 2.2 sau tổng kết những tính chất cơ bản khác nhau giữa 2 dạng, đặc

biệt là tốc độ:

B ng 2.2: So sánh CAN low speed và CAN high speed

Hình 2.10: Điện áp của CAN low speed

Hình 2.11: Điện áp của CAN high speed

Vì tính chất vi sai trên đường truyền tín hiệu của Bus CAN, sự miễn trừ tác động điện từ được đảm bảo vì 2 dây của Bus đều bị tác động như nhau cùng một lúc

bởi tín hiệu nhiễu

Hình 2.12: Sự kháng nhiễu với ảnh hưởng của điện từ

2.5 Gi i quy t tranh chấp trên Bus

Phương thức giao tiếp của Bus CAN là sự phát tán thông tin (Broadcast): Mỗi điểm kết nối và mạng thu nhận frame truyền từ nút phát Sau đó, mỗi nút sẽ quyết định việc xử lý message, có trả lời hay không, có phản hồi hay không… Cách

thức này giống như sự phát thông tin về đường đi, người lái xe có thể thay đổi lộ trình, dừng xe hay thay đổi tài xế hoặc không làm gì…

Giao thức CAN cho phép các nút khác nhau đưa dữ liệu cùng lúc vào một quá trình nhanh chóng, ổn định của cơ chế xử lý sẽ xác định xem nút nào được phát

hiện đầu tiên

Để xử lý thời gian thực, dữ liệu phải được truyền nhanh Điều này ảnh hưởng không chỉ đường truyền vật lý cho phép tới 1Mbit/s, mà còn đòi hỏi một sự cấp phát nhanh Bus trong trường hợp xung đột, khi mà rất nhiều nút muốn truyền đồng thời Khi trao đổi dữ liệu trên Bus, thứ tự sẽ được xác định dựa vào loại thông tin Ví dụ, các giá trị hay biến đổi nhanh, như trạng thái của một cảm biến, hay phản hồi của

một động cơ, phải được truyền liên tục với độ trễ thấp nhất, hơn là các giá trị khác như nhiệt độ của động cơ, các giá trị thay đổi ít Trong mạng CAN, phần ID của

mỗi thông điệp, là một từ gồm 11 bit (Version 2.0A) xác định mức ưu tiên Phần ưu tiên này nằm ở đầu mỗi thông điệp Mức ưu tiên xác định bởi 7 bit cho version 2.0A, tới 127 mức và mức 128 là 0000000 theo NMT (Network Mangement)

Quy trình xử lý của Bus dựa trên phân giải từng bit, theo những nút đang tranh chấp, phát đồng thời trên Bus Nút nào mức ưu tiên thấp hơn sẽ mất sự canh tranh với nút ưu tiên cao

Hình 2.13: Giải quyết tranh chấp trên Bus

2.6 CAN frame

Một khung truyền có dạng sau:

Hình 2.14: Khung truyền Chuẩn CAN định nghĩa bốn loại Frame: Data Frame dùng khi Node muốn truyền dữ liệu tới các Nodes khác Remote Frame dùng để yêu cầu truyền Data Frame Error Frame và Overload Frame dùng trong việc xử lý lỗi

Chi ti t các ph n khác nhau trong m t khung truy n d li u:

Start Of Frame: Nằm ở phần đầu của một Frame dữ liệu hay Remote Frame, luôn ở trạng thái dominant Một nút có thể bắt đầu truyền dữ liệu nếu Bus

rảnh Sau đó tất cả các nút đều đồng bộ sau SOF của nút bắt đầu truyền

CRC field:

Hình 2.15 : CRC field CRC Field: Bao gồm một chuỗi 15 bits và CRC Delimiter (là 1 bit

recessive)

Một chuỗi CRC (Cyclic Redundancy Code) cho phép kiểm tra sự nguyên

vẹn của dữ liệu truyền Tất cả các nút nhận phải thực hiện quy trình kiểm tra này

Chỉ vùng SOF, vùng tranh chấp, vùng điều khiển và vùng dữ liệu được sử dụng để tính toán chuỗi CRC Trên thực tế, độ dài cực đại của Frame không vượt quá 215bits cho một chuỗi CRC 15 bits

Trình t tính toán:

- Các bit vừa nêu (trừ các bit Stuffing thêm vào), bao gồm các bits từ đầu Frame đến cuối vùng dữ liệu (cho Frame dữ liệu) hay cuối vùng điều khiển (cho Remote Frame) được coi như một hàm f(x) với hệ số là 0 và 1 theo sự hiện diện số lượng của mỗi một bit Đa thức nhận được sẽ nhân với x15 sau đó chia cho hàm gx = x15 + x14 + x10 + x8 + x7 + x4 + x3 + 1 Chuỗi bit tương ứng với hàm này là: 1100010110011001

- Số dư của phép chia module [2] hàm fx cho gx sẽ tạo thành chuỗi CRC

15 bits

- Nếu sai số CRC được phát hiện khi kết quả gửi đi khác với kết quả

nhận được thì bên nhận sẽ gửi đi một message lỗi dưới dạng Request Frame

ACK Field

- Gồm 2 bit: ACK slot và ACK Delimiter (là 1 bit recesive)

- Một nút đang truyền sẽ gửi một bit recesive trong ACK slot

- Một nút nhận đúng message thông báo cho nút truyền sẽ gửi 1 bit dominant trong ACK slot

- Data Frame: Dùng để truyền đi một message Có hai dạng: Standard Frame và Extended Frame

Hình 2.16: Khung truyền dữ liệu CAN

Standad Frame: Bắt đầu bằng 1 bit Start Of Frame (SOF) luôn ở trạng thái dominant, 11 bit ID tiếp theo, 1 bit Remote Transmit Request (RTR) để phân biệt Remote Frame và Data Frame nếu bằng dominant nghĩa là Data Frame, nếu bằng recessive nghĩa là Remote Frame Tiếp đến là 1 bit Identifier Extension (IDE) để phân biệt giữa Standard Frame (“dominant”) và Extended Frame (“recessive”) Tiếp theo là 1 bit r0 luôn ở trạng thái dominant Tiếp đến là 3 bit Data Length Control cho biết số lượng byte data của Frame Tiếp đến là 0 đến 8 bytes data Tiếp đến là

15 bit CRC và 1 bit CRC delimiter Tiếp đến là 1 bit Acknowledge và 1 bit delimiter, tiếp theo là 7 bits End Of Frame luôn ở trạng thái recessive Cuối cùng là khoảng cách tối thiểu giữa 2 Frame truyền Inter-Frame Space (IFS)

Hình 2.17: CAN standard frame Extended Frame: Gần giống như Standard Frame, và có 29 bits ID:

Hình 2.18: CAN Extended frame Remote Frame: Dùng để yêu cầu truyền Data Frame tới một nút khác Gần

giống Data Frame nhưng có DLC = 0 và không có Data Field

Hình 2.19: CAN remote frame Error Frame: Được phát ra khi Node phát hiện lỗi

Hình 2.20: CAN error frame

Frame lỗi bao gồm 2 phần:

- Cờ lỗi

- Phần demimiter

Overload Frame: Dùng khi Frame bị tràn bộ đệm

Nominal Bit Time:Là độ dài của một bit trên Bus Mỗi nút trên Bus phải điều chỉnh nhịp cùng với Nominal Bit Time để có thể phát và nhận chính xác dữ

liệu trên Bus

Hình 2.21: Baudrate định nghĩa thời gian cho 1 bit Chuẩn BOSCH mô tả thành phần của Nominal Bit Time, được chia ra thành nhiều đoạn (Segment):

- Đoạn đồng bộ (SYNC_SEG)

- Đoạn lan truyền (PROG_SEG)

- Đoạn pha buffer 1 (PHASE_SEG1)

- Đoạn pha buffer 2 (PHASE_SEG2)

Hình 2.22: Mỗi bit được cấu tạo bởi 4 segments Nominal Bit Time, tính theo giây, là nghịch đảo của dung lượng trên Bus:

2.7 Các segment khác nhau

Segment đồng bộ: Sử dụng để đồng bộ các nút khác nhau trên Bus Một chuyển trạng thái (từ 0 xuông 1) phải được thực hiện trong phần này để cho phép đồng bộ xung nhịp lại của những nút khác nhau trong khi nhận Frame

- Segment lan truyền: Được sử dụng để bù trừ thời gian lan truyền trên Bus

- Segment bộ đệm pha 1 và 2: Sử dụng để bù trừ lỗi của pha xác định khi truyền Chúng ta sẽ thấy các Segment thay đổi dài ngắn vì hiện tượng đồng

bộ lại (Resynchronisation)

2.8 Kho ng th i gian khác nhau c a các Segment vƠ Time Quantum

Time Quantum: Là một đơn vị thời gian tạo thành từ chu kỳ dao động nội

của mỗi nút Time Quantum gồm rất nhiều xung clock đồng bộ dao động Chu kỳ xung clock được gọi là Minimum Time Quantum Giá trị pre – scale là m thì:

Giá trị của m có thể dao động từ 1 đến 32

Hình mô tả cấu trúc của Time Quantum từ chu kỳ xung clock nội của một nút:

Hình 2.23: Cấu trúc của Time Quantum

Trong ví dụ trên thì m bằng 2

Thời gian của mỗi Segment:

B ng 2.3: Thời gian của mỗi segment

Số Time Quanta trong mỗi Nominal Bit Time thay đổi từ 8 đến 25

Hình 2.24 cho biêt s ố lượng Time Quanta có thể cho mỗi Segment của Nominal Bit Time:

Hình 2.24: Số lượng Time Quanta có thể cho mỗi segment

Sự lựa chọn số lượng Time Quanta cho mỗi Segment phụ thuộc vào tần số

của bộ dao động Một lượng lớn Time Quanta cho Segment sẽ tăng tính chính xác

của sự đồng bộ cá nút trong Bus

2.9 S đ ng b xung clock

Mỗi nút phải tạo ra một thời gian danh nghĩa Bit Time để có thể nhận và phát

dữ liệu xuống Bus với sự đồng bộ các nút khác Thực tế, nếu Nominal Bit Time của

mỗi nút không được đồng bộ với nhau, giá trị đọc từ Bus tại thời điểm lấy mẫu có

thể không là giá trị đúng với thời điểm mong muốn Độ trễ này có thể làm ảnh hưởng trong nút nhân Frame, khi mà có ít thời gian tính toán CRC và gửi 1 bit

dominant trong ACK Slot để xác nhận rằng Frame đã đúng

Hình 2.25: Vấn đề đồng bộ

2.9.1 SJW

SJW điều chỉnh một bit clock đi 1 – 4 TQ (được khởi tạo trước trong thanh ghi và không đổi trong quá trình hoạt động) để thực hiện việc đồng bộ với thông điệp truyền

2.9.2 L ỗi pha

PHASE_ERROR được phát hiện khi sự thay đổi bit dominant thành recessive hay 1 bit recessive thành dominant không xảy ra bên trong Segment đồng bộ Một biến e được sử dụng để đánh giá lỗi này và đưa ra tín hiệu Sự tính toán e được thực hiện như sau:

 e = 0 khi sự thay đổi bit xảy ra bên trong Segment đồng bộ (SYN_SEG)

 e > 0 khi sự thay đổi bit xảy ra trước thời điểm lấy mẫu

 e < 0 khi sự thay đổi bit xảy ra sau thời điểm lấy mẫu

Cơ chế trên phục vụ cho việc đồng bộ lại những Nominal Bit Time khác nhau của mỗi nút trên Bus Cơ chế đồng bộ này cũng áp dụng cho sự chuyển bit recessive sang dominant hay ngược lại khi có 5 bits liên tiếp cùng loại theo cơ chế Bit – Stuffing

Lỗi pha e tính toán so với thời điểm lất mẫu để xác định PHASE_SEG 1

phải dài hơn hay PHASE_SEG 2 phải ngắn đi để lần chuyển trạng thái bit tiếp theo sẽ vào Segment đồng bộ

Hình đưa ra chuỗi dịch chuyển độ dài của segment của Nominal Bit Time:

Hình 2.26: Chuỗi dịch chuyển độ dài Segment của Nominal Bit Time