Đồ án: tốt nghiệp nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị thu thập và giám

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị thu thập dữ liệu, giám sát hoạt động trên ô tô. Đồ án tốt nghiệp ứng dụng công nghệ hiện đại.

• Tác giả: Tăng Minh Phước
• Người hướng dẫn: Thạc sĩ Nguyễn Trung Hiếu
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Nghiên Cứu, Thiết Kế, Chế Tạo Thiết Bị Thu Thập Và Giám Sát Trên Ô Tô
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đồ Án Tốt Nghiệp Ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô

Đồ án tốt nghiệp là một trong những yêu cầu quan trọng nhất đối với sinh viên ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô. Đây là dự án khoa học cuối cùng giúp sinh viên áp dụng toàn bộ kiến thức đã học vào thực tiễn. Đồ án không chỉ đơn thuần là một bài tập lớp, mà còn là cơ hội để sinh viên chứng tỏ năng lực chuyên môn và kỹ năng thực hành. Tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, các sinh viên được yêu cầu thực hiện nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các thiết bị ứng dụng trong lĩnh vực ô tô hiện đại. Qua quá trình này, sinh viên học được cách làm việc nhóm, giải quyết vấn đề kỹ thuật phức tạp, và chuẩn bị bước vào thị trường lao động chuyên nghiệp.

1.1. Vai Trò Của Đồ Án Tốt Nghiệp Trong Đào Tạo Kỹ Sư

Đồ án tốt nghiệp đóng vai trò cầu nối giữa lý thuyết và thực hành. Sinh viên phải thiết kế, chế tạo và kiểm thử các thiết bị thực tế, từ đó rèn luyện tư duy kỹ thuật và khả năng giải quyết vấn đề. Đây cũng là cơ hội để sinh viên áp dụng công nghệ mới như GPS, GSM, GPRS vào các hệ thống ô tô thực tế.

1.2. Ý Nghĩa Của Việc Nghiên Cứu Thiết Bị Giám Sát Ô Tô

Với Cách mạng Công nghiệp 4.0, việc kết nối và giám sát các phương tiện trở nên cần thiết. Thiết bị thu thập dữ liệu từ ô tô giúp phát hiện nguy hiểm, kiểm soát an toàn giao thông và hỗ trợ phát triển hệ thống an toàn xe. Đây là hướng phát triển chính của ngành ô tô hiện đại.

II. Nội Dung Chính Của Đồ Án Nghiên Cứu Thiết Kế Chế Tạo Thiết Bị

Đề tài "Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thu thập và giám sát trên ô tô" được thực hiện bởi nhóm sinh viên tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Dự án này tập trung vào việc phát triển hệ thống thu thập dữ liệu GPS và thông số động cơ từ ô tô, sau đó truyền tải lên web server để giám sát theo thời gian thực. Hệ thống sử dụng các công nghệ tiên tiến như Arduino Mega 2560, Module A9G (GPS/GPRS/GSM), và OBD-II UART để thu thập thông tin vị trí xe và các thông số động cơ quan trọng. Dữ liệu được đóng gói dưới định dạng JSON và gửi qua giao thức TCP/IP tới web server được xây dựng bằng Node.js.

2.1. Các Công Nghệ Chính Sử Dụng Trong Đồ Án

Đồ án sử dụng Arduino Mega 2560 làm bộ xử lý chính, kết nối với Module A9G để lấy dữ liệu GPS và GPRS, cùng với OBD-II UART để đọc các thông số từ động cơ ô tô. Web server Node.js được sử dụng để xử lý và lưu trữ dữ liệu, cung cấp giao diện người dùng với bản đồ, biểu đồ và cập nhật theo thời gian thực.

2.2. Mục Tiêu Chính Của Dự Án

Mục tiêu là phát triển một hệ thống hoàn chỉnh có khả năng thu thập, truyền tải và hiển thị dữ liệu từ ô tô trên web. Hệ thống giúp giám sát vị trí xe, vận tốc, nhiên liệu, và các thông số động cơ khác, hỗ trợ quản lý đội xe và đảm bảo an toàn giao thông.

III. Quy Trình Thiết Kế Và Chế Tạo Mô Hình Thử Nghiệm

Quá trình thực hiện đồ án được chia thành nhiều giai đoạn chính. Đầu tiên, nhóm sinh viên phải khảo sát và lựa chọn các module thích hợp từ các lựa chọn có sẵn trên thị trường. Sau đó, tiến hành thiết kế sơ đồ kết nối giữa các thành phần như Arduino, Module GPS/GPRS, và OBD-II UART. Giai đoạn quan trọng tiếp theo là lập trình các hàm để điều khiển module, thu thập dữ liệu GPS, đọc thông số từ OBD-II, và gửi dữ liệu lên web server. Sau khi hoàn thành mã nguồn, nhóm tiến hành lắp ráp mô hình thử nghiệm và kiểm thử trên thực tế. Quá trình này đòi hỏi sự kiên trì, tỉ mỉ và khả năng giải quyết vấn đề khi gặp phải các lỗi kỹ thuật.

3.1. Các Bước Thiết Kế Ban Đầu

Giai đoạn 1 bao gồm phân tích yêu cầu, khảo sát thị trường để lựa chọn các module phù hợp. Giai đoạn 2 là thiết kế sơ đồ kỹ thuật chi tiết, xác định các đặc tính điện và chức năng của từng thành phần. Nhóm phải so sánh hiệu năng của các module GSM/GPRS/GPS khác nhau trước khi quyết định sử dụng Module A9G.

3.2. Lập Trình Và Kiểm Thử Hệ Thống

Lập trình Arduino để giao tiếp UART với các module, xử lý dữ liệu GPS theo chuẩn NMEA, và đọc OBD-II PID từ động cơ. Web server Node.js được lập trình để nhận dữ liệu JSON, lưu trữ trong cơ sở dữ liệu, và hiển thị trên giao diện web với bản đồ và biểu đồ theo thời gian thực.

IV. Kết Quả Đạt Được Và Hướng Phát Triển Trong Tương Lai

Sau khi hoàn thành quá trình thiết kế, chế tạo và kiểm thử, nhóm sinh viên đã đạt được hệ thống hoàn chỉnh có khả năng thu thập dữ liệu GPS, truyền tải bằng GPRS, và hiển thị trên web server. Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động ổn định, dữ liệu được truyền tải kịp thời và chính xác. Giao diện web cung cấp tính năng xem bản đồ vị trí xe, biểu đồ thông số động cơ, và cập nhật dữ liệu trực tiếp. Tuy nhiên, do giới hạn thời gian và kiến thức, đồ án vẫn còn một số hạn chế cần cải thiện. Trong tương lai, hệ thống có thể mở rộng với tính năng cảnh báo tự động, tích hợp AI để phân tích hành vi lái xe, và kết nối với nhiều ô tô cùng lúc để quản lý đội xe toàn diện.

4.1. Những Kết Quả Chính Của Đồ Án

Hệ thống hoàn chỉnh với khả năng thu thập dữ liệu GPS chính xác, đọc thông số OBD-II từ động cơ, và truyền tải qua GPRS. Giao diện web cung cấp giám sát theo thời gian thực, hiển thị vị trí xe trên bản đồ, và thống kê thông số động cơ qua biểu đồ. Dự án chứng minh tính khả thi của giải pháp trong thực tế.

4.2. Hạn Chế Và Hướng Phát Triển Tương Lai

Những hạn chế hiện tại bao gồm phạm vi giám sát hạn chế, chi phí module cao, và khả năng lưu trữ dữ liệu lâu dài. Hướng phát triển tương lai có thể tích hợp AI phân tích hành vi lái, cảnh báo an toàn tự động, quản lý đội xe quy mô lớn, và ứng dụng trên các loại ô tô khác nhau.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT Ô TÔ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THU THẬP VÀ GIÁM SÁT TRÊN Ô TÔ GVHD : NGUYỄN TRUNG HIẾU SVTH : TĂNG MINH PHƯỚC 14145209 ĐỖ TRUNG HIẾU 14145077 SKL007932 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2018 LỜI CẢM ƠN Nhóm chúng em xin cảm ơn các quý thầy từ bộ môn Điện Tử Ô tô, cũng như các thầy cô trong khoa Cơ Khí Động Lực, trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, những người đã dìu dắt chúng em trong suốt thời gian học tập. Được các quý thầy cô tận tình chỉ dạy và giúp đỡ từ những kiến thức chuyên môn trong nhà trường đến thực tiễn trong cuộc sống đã giúp chúng em tiếp cận gần hơn và hiểu biết rõ hơn về ngành nghề mà mình đã chọn. Từ những nền tảng kiến thức và hiểu biết vững chắc đó đã giúp chúng em hoàn thành tập đồ án này và là hành trang để chúng em bước vào đời.

Hơn hết chúng em xin chân thành cảm ơn Thạc sĩ NGUYỄN TRUNG HIẾU (Giảng viên trường đại học sư phạm kỹ thuật TP HCM) đã hướng dẫn tận tình giúp chúng em hoàn thành đề tài tốt nghiệp một cách tốt nhất. Bên cạnh đó, thầy cũng dạy chúng em nhiều thứ về cuộc sống và kĩ năng cần có để có thế sống tốt hơn sau khi ra trường. Bên cạnh đó chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã hết lòng ủng hộ, giúp đỡ và góp ý cho nhóm em trong suốt quà trình thực hiện. Mặc dù đã rất cố gắng và nỗ lực nhiều, nhưng do kiến thức ít ỏi cũng như thời gian nghiên cứu là có hạn nên những thành quả đạt được không tránh khỏi những thiếu sót.

Do đó chúng em kính mong nhận được những sự đóng góp, chỉ dạy của quý thầy cô để chúng em hoàn thiện đồ án được tốt hơn. Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng. năm 2018 Nhóm sinh viên thực hiện ĐỖ TRUNG HIẾU TĂNG MINH PHƯỚC i TÓM TẮT Hiện tại nước ta đang thực hiện cách mạng công nghiệp 4.

Việc kết nối các thiết bị với nhau cũng trở nên cần thiết để có thể bắt kịp làn sóng này. Ô tô cũng không ngoại lệ, hiện tại 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. Bên cạnh đó việc này cũng giúp kiểm soát được sự vi phạm luật an toàn giao thông của các phương tiện cũng như hỗ trợ xây dựng các hệ thống an toàn trên xe, các hệ thống trợ giúp con người trong việc di chuyển trên đường.

Nắm được xu hướng phát triển đó của nền công nghiệp ô tô, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị thu thập và giám sát trên ô tô” để thực hiện trong tập đồ án này. ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN. ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU. vi DANH MỤC CÁC HÌNH.

vii DANH MỤC CÁC BẢNG. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI .1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC .2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI .4 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .1 Phương pháp giải quyết vấn đề: .2 Phạm vi nghiên cứu: .5 GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO MEGA 2560 .6 GIỚI THIỆU VỀ USB UART CP2102.7 GIỚI THIỆU VỀ OBD-II URAT .8 GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO IDE 1.9 KHẢO SÁT ĐỂ LỰA CHỌN MODULE GPS/GPRS/GSM .1 Module GSM/GPRS/GPS A7 .2 Mạch GSM GPRS GPS BDS A9G .3 Module GSM/GPS SIM908 Easy .4 Module Sim5320E EVB GSM/3G/GPS .5 HSPA+ Multi-band LGA Module GNSS GPS and GSM/EGPRS .6 Terminus GSM/GPRS Plug-in Module with GPS .7 Module GSM/GPRS/GPS SIM808 .8 Module Hepta-band HSPA + GPS .9 Module GPS/GPRS/GSM V3.10 Module SIM868 Coreboard GSM/GPRS/GPS/Bluetooth .11 2G Quad-band GSM GPRS SMS 56-Channel Module GPS Tracker Development Board .12 So sánh giữa các module GPS/GPRS/GSM .10 GIỚI THIỆU VỀ GPS, GSM,GPRS .1 Tìm hiểu về GPS .2 Tìm hiểu về GSM .3 Tìm hiểu về GPRS.11 GIỚI THIỆU NODE JS. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT .1 LỰA CHỌN MODULE GSM GPRS GPS BDS A9G .2 GIAO TIẾP UART.3 PHÂN TÍCH DỮ LIỆU GPS .4 TÌM HIỂU VỀ JACK OBD-II .1 Giới thiệu chung .2 Cấu tạo của Jack OBD-II .5 TÌM HIỂU VỀ OBD-II PID .6 TÌM HIỂU VỀ WEB SERVER SỬ DỤNG NODEJS.1 Web server là gì: .2 Chuỗi JSON và web server: .3 Giao thức TCP/IP. LẤY DỮ LIỆU GPS VÀ THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ ĐƯA LÊN WEB .1 LẤY DỮ LIỆU GPS .1 Thiết lập và kích hoạt module A9G .2 Thiết lập chế độ GPS,GPRS .3 Kết nối module A9G với Arduino Mega 2560.2 LẤY VÀ CHUYỂN ĐỔI THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ .1 Thiết lập OBD-II URAT .2 Lấy thông số động cơ trong qua OBD-II UART.3 Chuyển đổi thông số động cơ .4 Kết nối module OBD-II UART với Arduino Mega 2560 .3 GỬI DỮ LIỆU BẰNG GIAO THỨC TCP, ĐÓNG GÓI KIỂU JSON .1 Thiết lập giao thức TCP .2 Đóng gói kiểu Json .4 GIAO DIỆN CỦA WEB .1 Đăng nhập vào địa chỉ .2 Giao diện Live Update .3 Giao diện Chart .4 Giao diện Map.

THI CÔNG MÔ HÌNH VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .1 NHỮNG THIẾT BỊ LÀM MÔ HÌNH .2 SƠ ĐỒ KẾT NỐI MÔ HÌNH .3 MÔ HÌNH THỬ NGHIỆM THỰC TẾ .4 KẾT QUẢ CHẠY MÔ HÌNH. QUY TRÌNH VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .1 THIẾT LẬP THIẾT BỊ .2 KẾT QUẢ CHẠY THỰC NGHIỆM. KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN .1 NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .2 HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI .3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI. 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

68 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU AGPS: Assisted Global Positioning System AT: Attention command CAN: Controller Are Network DTCs: Diagnostic Trouble Codes ECU: Electronic Control Unit GPS: Global Positioning System GSM: Global System for Mobile Communications GPRS: General Packet Radio Service GND: Ground HTTP: HyperText Transfer Protocol ID: Identification JSON: JavaScript Object Notation LED: Light Emitting Diode MMS: Multimedia Messaging System NMEA: National Marine Electronics Association OBD-II PIDs: On-board diagnostics Parameter IDs RPM: Revolutions Per Minute RX: Receiver SMS: Short Message Services SAE: Society of Automotive Engineers TCP/IP: Internet protocol suite hoặc IP suite hoặc TCP/IP protocol suite TX: Transmitter UART: Universal Asynchronous Receiver – Transmitter UTC: Universal Time Coordinated 3G: Third-generation technology vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.2 USB UART CP2102 .3 Module OBD-II UART .4 Module GPRS GSM GPS A7 .5 Module GPRS GSM GPS A9G .6 Module GSM/GPS SIM908 Easy .7 Module Sim5320E EVB GSM/3G/GPS .8 Module GSM/GPRS/GPS SIM808 .9 Module GPS/GPRS/GSM V3.10 Module SIM868 Coreboard GSM/GPRS/GPS/Bluetooth .11 Quad-band GSM GPRS SMS 56-Channel Module GPS Tracker .1 Cấu tạo UART .2 Cách thức kết nối giao tiếp UART .3 Phân loại Jack OBD .4 Chân của jack OBD .5 Tổng quan kết nối Web Server .2 Sơ đồ kết nối với máy tính và modue A9G .3 Mô hình thực tế kết nối với máy tính và modue A9G .4 Gửi lệnh AT .5 Gửi lệnh AT+GPSRD = 5 .6 Tập lệnh thiết lập GPRS .7 Sơ đồ kết nối giữa Arduino Mega và Module A9G.8 Gửi lệnh ATZ đến board OBD-II UART .9 Gửi lệnh ATRV đến board OBD-II UART .10 Gửi lệnh ATSP0 đến board OBD-II UART .11 Gửi lệnh 0100 đến board OBD-II UART .12 Gửi lệnh 0105 đến board OBD-II UART .13 Bảng mã PID mode 01 .14 Sơ đồ giao tiếp giữa Arduino Mega, OBD-II UART và ECU .15 Tập lệnh thiết lập giao thức TCP/IP .16 Giao diện chính của Web .17 Giao diện của Live Update .18 Biểu đồ thông số của xe .19 Giao diệp của Chart .20 Biểu đồ tốc độ động cơ theo ngày giờ .21 Giao diện của Map theo ngày .22 Biểu đồ tọa độ GPS theo ngày .23 Giao diện của Map theo thời gian .24 Bản đồ tọa độ GPS theo thời gian .1 ECU Toyota Yaris .2 Đầu Jack OBD .3 Cáp kết nối OBD-II.5 Sơ đồ kết nối mô hình .6 Mô hình thử nghiệm.7 Mô hình kết nối module A9G, OBD-II, Mega 2560,Giảm áp .8 Kết quả trên Web .9 Thay đổi thông số THW, THA .10 Tọa độ GPS khi chạy thử nghiệm .1 Mô hình tổng quan của hệ thống .2 Thiết lập module với xe .3 Khởi động web .4 Thông số khi xe nổ máy .5 Thông số khi xe tăng tốc .6 Tọa độ GPS khi chạy thực nghiệm .7 Hiện thị mã lỗi .1 Tải thư viện Arduino Json.2 Thêm thư viện Arduino Json .3 Kiểm tra thư viện. 67 ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: So sánh giữa các module GPS/GPRS/GSM .1: Mô tả tổng quan thông điệp NMEA .2: Cấu trúc của thông điệp NMEA .3: Mô tả của Tên thông điệp .4: Mô tả “GGA” của Tên thông điệp .5: Mô tả “GSA” của Tên thông điệp .6: Mô tả “GSV” của Tên thông điệp .7: Mô tả “RMC” của Tên thông điệp .8: Mô tả “VTG” của Tên thông điệp .9 Bảng mô tả chân Jack OBD .10: Mô tả chế độ của OBD-II PIDs .11: Dữ liệu trả về khi gửi mã PIDs.12: Bảng giá trị PIDs của chế độ 01 .1: Định dạng chuổi Json. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC Trong nước: Hiện tại nước ta đang thực hiện cách mạng công nghiệp 4. Việc kết nối các thiết bị với nhau cũng trở nên cần thiết để có thể bắt kịp làn sóng này.

Ô tô cũng không ngoại lệ, hiện tại 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. Bên cạnh đó việc này cũng giúp kiểm soát được sự vi phạm luật an toàn giao thông của các phương tiện cũng như hỗ trợ xây dựng các hệ thống an toàn trên xe, các hệ thống trợ giúp con người trong việc di chuyển trên đường. Ngoài nước: Hiện tại có rất nhiều dự án sử dụng vạn vật kết nối như xe tự lái, hệ thống giám sát hành trình, hệ thống kết nối các thiết bị trong nhà và xe,…nhưng hầu hết các dự án này điều không chia sẻ mã nguồn và có tính bản quyền.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện nay khi khoa học ngày càng phát triển, nhu cầu đời sống của con người ngày càng tăng lên.