Thu thập dữ liệu thí nghiệm động cơ từ xa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM CÔNG SƠN THU THẬP DỮ LIỆU THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ TỪ XA NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC –

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM CÔNG SƠN

THU THẬP DỮ LIỆU THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ TỪ XA

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 605246

Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2014

S K C0 0 4 4 6 7

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

THU THẬP DỮ LIỆU THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ TỪ XA

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 605246

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM CÔNG SƠN

THU THẬP DỮ LIỆU THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ TỪ XA

NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 605246

Hướng dẫn khoa học:

PGS-TS: ĐỖ VĂN DŨNG

Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2014

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Họ & tên: Phạm Công Sơn Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 25/10/1985 Nơi sinh: ĐắkLắk

Quê quán: Bình Định Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Trường CĐN Cơ giới và Thủy lợi

Điện thoại cơ quan: Điện thoại di động: 0913 471 085

Phamcongson1025@gmail.com

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1 Trung học chuyên nghiệp:

Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ …/… đến …/… Nơi học (trường, thành phố):

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng năm 2014

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình ho ̣c tâ ̣p và hoàn thành luâ ̣n văn này , tôi đã nhâ ̣n được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô và các bạn cùng l ớp Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin đươ ̣c bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới:

Ban giám hiê ̣u , Phòng đào tạo Sau đa ̣i ho ̣c, Khoa Cơ Khí Động Lực trường

Đa ̣i Ho ̣c Sư Ph ạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã ta ̣o mo ̣i điều kiê ̣n thuâ ̣n lợi giúp đỡ tôi trong quá trình ho ̣c tâ ̣p và hoàn thành luâ ̣n văn

Phó giáo sư- Tiến si ̃ Đỗ Văn Dũng, người thầy kính mến đã hết lòng giúp đỡ ,

dạy bảo, đô ̣ng viên và ta ̣o mo ̣i điều kiê ̣n thuâ ̣n lợi cho tôi trong suốt quá trình ho ̣c

tâ ̣p và hoàn thành luâ ̣n văn tốt nghiê ̣p

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong hội đồng chấm luận văn đã cho tôi những đóng góp quý báu để hoàn chỉnh luâ ̣n văn này

Kính chúc ban giám hiệu, các thầy luôn mạnh khỏe, thành công và luôn là ngọn đuốc soi đường cho thế hệ đàn em chúng em tiến bước thành công hơn, vững chắc hơn trên con đường khoa học tuy có khó khăn, thử thách nhưng đầy thú vị này Xin chân thành cảm ơn và chúc các thầy cô sức khỏe và thành đạt

TÓM TẮT

Hệ thống OBD-II được trang bị trên xe nhằm theo dõi tình trạng hoạt động của

xe và giám sátmức độ ô nhiễm của động cơ Đề tài thu thập dữ liệu thí nghiệm động

cơ từ xanghiên cứu các ứng dụng của CAN, 3G, OBD-II để thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu và chẩn đoán động cơ từ xaqua mạng 3G Hệ thống này giúp Kỹ thuật viên, người lái xe theo dõi được tình trạng hoạt động của động cơ từ xa ở mọi thời điểm bằng mạng 3G Để làm được điều này dữ liệu của các cảm biến và mã lỗi chẩn đoán sẽ được gửi tới máy chủ và từ máy chủ gửi tới kỹ thuật viên thông qua mạng 3G Với thời gian trễ trung bình khoảng 1000ms, từ xe cho tới kỹ thuật viên Điều này thuận lợi cho việc theo dõi tình trạng hoạt động của động cơ và mức ô nhiễm của động cơ

ABSTRACT

System OBD-II is equipped in the car in order to track state of activities and check the level of pollution of vehicle The thesis collected experimental data of remote engine for the applications of CAN, 3G, OBD-II to create the system of collecting data and diagnose the remote vehicle through 3G network This system helps technicians and drivers track the working state of remote engine at any time with the network 3G The data of sensors and fault codes of self diagnosis will be sent to host computer and from server sent to the technicians through the network 3G within the delay time of average about 1000ms from the car to the technician It

is convenient to track the state of operation and level of pollution of the engine

MỤC LỤC

Quyết định giao đề tài

Lý lịch cá nhân i

Lời cam đoan ii

Lời cảm ơn iii

Tóm tắt iv

Mục lục v

Danh sách các chữ viết tắt ix

Danh sách các hình xi

Danh sách các bảng xiii

CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Những đề tài trong và ngoài nước 2

1.3 Mục tiêu của đề tài 4

1.4 Đối tượng nghiên cứu 4

1.5 Phương pháp nghiên cứu 4

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

2.1 Tổng quan về OBD-2 5

2.1.1 Giới thiệu 5

2.1.2 Giắc chẩn đoán OBD-2 6

2.1.3 Hoạt động của đèn báo lỗi 8

2.2 Mã lỗi 9

2.3 Các chuẩn giao tiếp OBD-2 10

2.4 Giao thức chẩn đoán 11

2.5 Các chế độ hoạt động của OBD-2 14

2.6 Giới thiệu về OBD-2 PIDs 15

2.7 Các chế độ hoạt động 15

2.8 PIDs và cách giải mã 16

2.9 Cách giải mã các PIDs đặc biệt 17

2.9.1 Chế độ 1 - PID01 17

2.9.2 Chế độ 1 - PID03 18

2.9.3 Chế độ 1 - PID12 19

2.9.4 Chế độ 1 -PID1C 19

2.9.5 Chế độ 1 - PID41 20

2.9.6 Chế độ 3 20

2.9.7 Mã hóa loại nhiên liệu 21

2.9.8 Quá trình truyền nhận dữ liệu sử dụng CAN - 11 bit 22

2.10 Tổng quan về VPN 23

2.10.1 Định nghĩa VPN 23

2.10.2 Lợi ích của VPN 24

2.10.3 Các thành phần cần thiết để tạo kết nối VPN 25

2.10.4 Các giao thức VPN 25

2.10.5 Thiết lập một kết nối VPN 28

2.10.6 Các dạng kết nối VPN 29

2.11 Các công nghệ truyền thông viễn thông 32

2.11.1 GPRS 32

2.11.1.1 Khái niệm 32

2.11.1.2 Thông số kỹ thuật 33

2.11.1.3 Ƣu nhƣợc điểm 36

2.11.1.4 Tình hình triển khai hạ tầng ở Việt Nam 37

2.11.2 Third-generation technology (3G) 37

2.11.2.1 Khái niệm 37

2.11.2.2 Thông số kỹ thuật 39

2.11.2.3 Ƣu nhƣợc điểm của 3G 43

2.11.2.4 Tình hình triển khai hạ tầng ở Việt Nam 44

2.11.3 Kết luận lựa chọn 46

2.12 Các mô hình truyền thông viễn thông 46

2.12.1 Embedded server 46

2.12.1.1 Mô hình 46

2.12.1.2 Phương thức hoạt động 48

2.12.1.3 Ưu nhược điểm của Embedded server 47

2.12.2 Machine To Machine 48

2.12.2.1 Mô hình 48

2.12.2.2 Phương thức hoạt động 48

2.12.2.3 Ưu nhược điểm của Machine To Machine 49

2.12.3 VPN Client to site 50

2.12.3.1 Mô hình 50

2.12.3.2 Phương thức hoạt động 50

2.12.2.3 Ưu nhược điểmVPN Client to site 52

2.13 Kết luận lựa chọn hình thức mô hình 51

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH 52

3.1 Mô hình 52

3.2 Phương thức hoạt động 53

3.3 Cụm thu thập dữ liệu trên xe 54

3.4 Server 59

3.5 Cụm SUPPORTER 61

CHƯƠNG 4: THỬ NGHIỆM 65

4.1 Phương pháp đo trong thí nghiệm: 65

4.2 Kiểm nghiệm độ trễ của dữ liệu 66

4.3 Kiểm nghiệm tính năng đọc mã lỗi và xóa mã lỗi trên xe 68

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 70

5.1 Kết quả đạt được 70

5.2 Các vấn đề chưa đạt được 70

5.3 Hướng phát triển đề tài 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

PHỤ LỤC 71

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

2G Second Generation

3G Third Generation

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line

ALDL Assembly Line Diagnostic Link

ARM Acorn RISC Machine

ATM Asynchronous Transfer Mode

BBB BeagleBone Black

BTS Base Transceiver Station

CAN Controller Area Networks

CARB California Air Resources Board

CDMA Code Division Multiple Access

CF Consecutive Frame

CN Core Network

CP-2 Coreless Phone-2

DTC Diagnostic Trouble Codes

EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution

ECU Electronic Control Module

EOBD European On Board Diagnostics

ETSI European Telecommunications Standards Institute

FCF Flow Control Frame

FF First Frame

GGSN Gateway GPRS Support Node

GRE Generic Routing Encapsulation

GPRS General Packet Radio Service

GSM Global System for Mobile communications

HSDPA High Speed Downlink Packet Access

IMT-2000 International Mobile Telecommunications in the year 2000

IP Internet Protocol

IPsec Internet Protocol Security

ISP Internet Service Provider

JOBD Japan On Board Diagnostics

L2F Layer 2 Forwarding)

L2TP Layer 2 Tunneling Protocol

LAN Local Area Network

MS Mobile Station

OBD-II On-board diagnostics

PIDs Parameter IDs

PWM Pulse-Width Modulation

PPP Point-to-Point Protocol

PPTP Point-to-Point Tunneling Protocol

QoS Quality of Service

SAE Society of Automotive Engineers

SDU Service Data Unit

SF Single Fram

SGSN Servicing GPRS Support Node

SSTP Secure Socket Tunneling Protocol

TCP/IP Transmission Control Protocol (TCP) and the Internet Protocol (IP) UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter

UMTS Universal Mobile Telecommunnication System

VPN Virtual Private Network

WAN Wide Area Network

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Các dạng ký hiệu đèn Check 8

Hình 2.2: Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp ISO 15765 CAN 11

Hình 2.3: Dạng sóng của giao thức ISO 15765 CAN 12

Hình 2.4: Mô hình mạng VPN 23

Hình 2.5:L2TP không cung cấp mã hóa 26

Hình 2.6: IPSec Cilent to IPSec Server 27

Hình 2.7: Point to Point Tunneling Protocol 28

Hình 2.8: Client to server VPN – Router 29

Hình 2.9:The non-VPN remote access setup 30

Hình 2.10:The Remote Access VPN setup Như bạn có thể suy ra từ hình 2.10 30

Hình 2.11: Cấu trúc mang GPRS 32

Hình 2.12: Kiến trúc phân lớp chất lượng dịch vụ trên mạng UMTS 39

Hình 2.13: Mô hình phân cấp dịch vụ 41

Hình 2.14: Mô hình Embedded web server 46

Hình 2.15:Mô hình Machine To Machine 48

Hình 2.16:VPN Client to site 50

Hình 3.1: Mô hình thu thập dữ liệu thí nghiệm động cơ từ xa 52

Hình 3.2: Hình nguyên lý thu thập dữ liệu thí nghiệm động cơ từ xa 53

Hình 3.3:Mô hình thực tế cụm thu thập dữ liệu trên xe 54

Hình 3.4: Mạch kit TS-STM32F107VCT6 55

Hình 3.5: Lưu đồ thuật toán của TS-STM32F107VCT6 56

Hình 3.6: Máy tính nhúng BBB (BeagleBone Black) 57

Hình 3.7: Lưu đồ thuật toán của BBB (BeagleBone Black) 58

Hình 3.8: Máy Server 59

Hình 3.9: Lưu đồ thuật toán của Server 60

Hình 3.10: Giao diện kết nối SUPORTER và cụm thu thập dữ liệu trên xe 61

Hình 3.11: Giao diện của SUPORTER thể hiện tốc độ động cơ và tốc độ xe, nhiệt

độ nước làm mát 62

Hình 3.12: Giao diện của SUPORTER đọc mã lỗi và xóa mã lỗi 62

Hình 3.13: Lưu đồ thuật toán của SURPORTER 63

Hình 4.1: Hàm Tick count trong LabVIEW 65

Hình 4.2: Thời gian trễ 66

Hình 4.3: Đường chạy thử để kiểm nghiệm độ trể của dữ liệu 66

Hình 4.4: Đường chạy thử để kiểm nghiệm tính năng độ và xóa mã lỗi 68

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Giắc chẩn đoán OBD-2 7

Bảng 2.2: Ý nghía ký tự trong một mã lỗi 9

Bảng 2.3:Phương thức truyền dữ liệu 13

Bảng 2.4: Cấu trúc các loại khung truyền 14

Bảng 2.5: Các chế độ hoạt động 16

Bảng 2.6: Mã hóa Chế độ 1- PID01 17

Bảng 2.7: Cách mã hóa quá trình kiểm tra 17

Bảng 2.8: Mã hóa Byte C và D ở động cơ xăng 17

Bảng 2.9: Mã hóa Byte Cvà D ở động cơ diesel 18

Bảng 2.10: Mã hóa Chế độ 1 -PID03 18

Bảng 2.11: Mã hóa Chế độ 1 -PID12 19

Bảng 2.12:Chế độ 1 -PID1C 19

Bảng2.13: Mã hóa Chế độ 1 -PID41 20

Bảng 2.14: Mã hóa Chế độ 3 đọc DTCs 21

Bảng2.15: Mã hóa loại nhiên liệu 21

Bảng 2.16: Chức năng các bytes trong quá trình truyền 22

Bảng 2.17: Chức năng các byte trong quá trình nhận 23

Bảng 2.18: Độ tin cậy của mạng GPRS 33

Bảng 2.19: Thông số độ trễ của GPRS 34

Bảng 2.20:Tốc độ kênh truyền trong GPRS 35

Bảng 2.21:Tốc độ cho các dịch vụ ứng dụng GPRS 35

Bảng 2.22: Tổng quan mạng 3G/IMT-2000 38

Bảng 2.23: Bảng xác định các tham số cho từng lớp lưu lượng 40

Bảng 2.24: Phân lớp dịch vụ 41

Bảng 2.25: Các yêu cầu về hoạt động cho các dịch vụ Thoại/Thời gian thực 42

Bảng 2.26: Các yêu cầu về hoạt động cho các dịch vụ lớp tương tác 2 chiều 42

Bảng 2.27: Các yêu cầu về hoạt động cho dịch vụ luồng dữ liệu 43

Bảng 2.28: Bảng so sánh tốc độ và độ trễ của công nghệ truyềnthông 3G và GPRS 46 Bảng 4.1: Thống kê độ trễ của dữ liệu ngày Thứ Sáu 67 Bảng 4.2:Độ trễ của dữ liệu ngày Chủ Nhật 67 Bảng 4.3: Thống kê đọc xóa mã lỗi 69

Dođó, nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin trong cácphòng thí nghiệm nói chung và ngành Kỹ thuậtđộng cơ nhiệt nóiriêng, có thể giúp cho người học có thể mô phỏng quá trình thínghiệm trên máy tính cá nhân của mình với những thông

số đầu vào cho trước và kết quảphân tích nhanh, chính xác nhất

Bên cạnh đó, làm thí nghiệm đểnghiên cứu hoàn thiện động cơ đốt trong nhằm làm tăng công suất, tiết kiệm nhiên liệuđạt hiệu quảkinh tế, kỹthuật, giảm thiểu ô nhiễm môi trườngđã trởthành mụctiêu hàngđầu của các hãng sản xuất ô tô hiện nay trên thếgiới Do đónghiên cứu hoàn thiện động cơgiúp người học nắm vững các vấn đềvềthực nghiệm chuyên ngành của mình, từ đó đưa ra nhận xét, giảipháp đểcải thiện động cơ được nghiên cứu

Cùng với sự bùng nổ về khoa học công nghệ, ô tô ngày hôm nay tích hợp rất nhiều hệ thống điều khiển bằng điện tử nhằm mang lại cho người sử dụng sự thoải mái và tiện dụng, bên cạnh đó việcchẩn đoán nhằm phát hiện hư hỏng rất phức tạp tốn kém nhiều thời gian và chi phí cao Ngoài ra, hiện nay có khoảng 2.4 tỉ người dùng Internet, 1,1 người dùng Smartphone Việt Nam có khoảng 16 triệu thuê bao 3G Vì vậy:

2

Đề tài “Thu thập dữ liệu thí nghiệm động cơ từ xa” do PGS.TS Đỗ Văn Dũng hướng dẫn, nhằm thu thập các thông số cụ thể là: Tốc độ xe, nhiệt độ động cơ, mã lỗi chẩn đoán để thí nghiệm, theo dõi tình trạng hoạt động của động cơ

1.2 Những đề tài trong và ngoài nước

Providing Accident Detection in Vehicular Networks Through OBD-II Devices and Android-based Smartphones

Người thực hiện:Jorge Zaldivar, Carlos T Calafate, Juan Carlos Cano, Pietro

Manzoni

Bài báo này đề xuất chế tạo một thiết bị gắn trên xe nhằm theo dõi, thu thập tình trạng của xe thông qua chuẩn OBD- II những tín hiệu này được gửi tới chiếc điện thoại chạy bằng hệ điều hành Android bằng sóng bluetooth Như vậy, khi xe gặp tai nạn lập tức chiếc điện thoại này sẽ gửi một e-mail hoặc tin nhắn SMS tới địa chỉ đã định trước.[1]

Ưu điểm:

- Theo dõi được tình trạng hoạt động của động cơ

- Đọc và xóa mã lỗi động cơ

- Có thể báo được tai nạn của xe đến một địa chỉ e-mail hoặc SMS được định trước

Nhược điểm:

- Giá thành cao

- Khó xây dựng được cơ sở dữ liệu của xe

Android-based universal vehicle diagnostic and tracking system

Người thực hiện:Tahat A

Đến năm 4/6/2012, Tahat, A cùng cộng sự đã bảo vệ thành công đề tài có

tên: Android-based universal vehicle diagnostic and tracking system

Nhằm mục đích đơn giản hóa và với chi phí thấp nhất vẫn có thể theo dõi tình trạng của xe tạo điều thuận lợi cho việc bảo dưỡng, sửa chữa đề tài này đề xuất tạo ra một thiết bị như vậy Thiết bị này có khả năng thực hiện thu thập các dữ liệu từ ECU động cơ thông qua chuẩn OBD- II sau đó gửi cho điện thoại chạy hệ điều hành