CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Lý do chọn đề tài Ngành công nghiệp ô tô là một trong những ngành công nghiệp quan trọng và có ý nghĩa rất lớn trong nền kinh tế, vì thế trong những năm gần đây Việt Nam có những chính sách ưu đãi và kích cầu nhằm giúp ngành công nghiệp ô tô có tốc độ tăng trưởng mạnh mẽ. Chính vì thế các doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô hiện nay cũng đang phải đối diện với một thị trường cạnh ngày càng khắc nghiệt. Trong điều kiện thị trường canh tranh hiện nay các doanh nghiệp đều đặt mục tiêu thỏa mãn mọi nhu cầu câu khách hàng, tiến hành mọi biện pháp để đáp ứng tốt nhất nhu cầu của khách hàng.
Bây giờ, ngoài tiêu chí chọn lựa của khách hàng là khung gầm, động cơ, công suất,… mà còn là sự tiện nghi, mẫu mã và sự an toàn.Qua đó nhiều hãng xe lớn đang đầu tư mạnh về công nghệ và mẫu mã thiết kế để tăng sự cạnh tranh với việc nhu cầu về công nghệ cho xe ngày càng nhiều nhóm em chọn đề tài “Nghiên cứu, thử nghiêm giao diện tiện nghi thông minh trên ô tô cho màn hình android” để tiếp xúc gần với công nghệ xe hiện này và tìm hiểu sâu về kết nối giữa xe và phần mềm android qua sự hướng dẫn của thầy Ths. Mục tiêu nghiên cứu - Tìm hiểu cơ sở lí thuyết về mạng CAN, hệ thống OBD II, thiết kế app Android - Thiết kế app Android trên MIT app. - Kết hợp phát triển nhiều giao diện thông minh và thêm tính năng giọng nói. - Lập trình cho bộ giao tiếp và giải mã các dữ liệu để hiện thị lên màn hình - Thiết kế bộ giao tiếp và giải mã dữ liệu và giả lập các tín hiệu trên xe 1.
Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Mô hình mạng CAN xe Kia Morning 2011 -AT và xe Ford Focus 2019. Sử dụng MIT app để xây dựng giao diện Android.Tìm hiểu, lập trình và thiết kế bộ giao tiếp giải mã mạng CAN thông qua cổng OBD II để gửi các tín hiệu và thông số được giải mã lên màn hình và đọc các mã lỗi trên xe 1. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu các kiến thức lý thuyết thu thập tín hiệu mạng CAN, giải mã tín hiệu và thiết kế giao diện android bằng MIT app. 1 Phương pháp mô hình hóa: Thiết kế giao diện Android bằng cách kéo thả trên giao diện Block của MIT app và nghiên cứu và lập trình code cho các Block của MIT app, Thiết kế bộ giao tiếp OBD II và lập trình code để thu thập dữ liệu từ xe truyền lên màn hình.
Kế hoạch thực hiện Bảng 1. Kế hoạch và thời gian thực hiện kế hoạch STT THỜI GIAN NỘI DUNG GHI CHÚ Tìm hiểu CAN Bus và OBD 1 Tháng 3/2024 II Tìm hiểu về MIT app và cách xây dựng các khối trên app 2 Tháng 4/2024 code trên MIT app, viết code trên app và MIT app Xây dựng mô hình màn hình Android, thử nghiệm, hiệu 3 Tháng 5/2024 chỉnh và thiết kế lập trình bộ giao tiếp OBD II và giả lập các tín hiệu Hoàn chỉnh báo cáo và báo 4 Tháng 6/2024 cáo đồ án 2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MẠNG CAN 2.1 Khái quát về mạng CAN 2.1 Lịch sử hình thành và phát triển Vào năm 1986,Robert Bosch GmbH người Đức lần đầu tiên phát triển CAN khi được đề nghị phát triển hệ thống giao tiếp giữa các hệ thống điện thân xe bởi Mercedes.Vì họ nhận ra rằng giao tiếp điểm - điểm của UART hiện nay không còn phù hợp.Vì thế một hệ thống giao tiếp đa chủ trở nên cấp thiết."Controller Area Network" được chung tay phát triển bởi nhà sản xuất ô tô Mercedes-Benz và nhà sản xuất chất bán dẫn Intel và một vài trường đại học ở Đức. Năm 1986, tại Đại hội SAE ở Detriut tiêu chuẩn CAN được giới thiệu cho mọi người bởi Bosch.Tập đoàn Intel đã dẫn đầu về việc sản xuất những con chip điều khiển CAN.Từ đó thế giới xe hơi có nhiều sự thay đổi đáng kể từ việc giảm trọng lượng và chi phí từ dây dẫn nhờ việc phát triển của CAN là một sản phẩm phụ may mắn, nhưng đầy thực tiễn. Tóm tắt lịch sử phát triển - Năm 1983 : Dự án được đề xuất và phát triển trên xe hơi trong nội bộ hãng Bosch - Năm 1986 : Giao thức CAN được công bố - Năm 1987 : Các chip điều khiển CAN có mặt đầu tiên tại nhà máy sản xuất linh kiện bán dẫn Intel và Philips - Năm 1991 : Các thông số kỹ thuật CAN 2.0 được Bosch công bố - Năm 1992 : Nhóm các nhà sử dụng và sản xuất CAN quốc tế được thành lập : Hội CAN tự động hóa (CiA).
Hội CiA xuất bản giao thức Lớp ứng dụng CAN (CAN Application Layer, CAL).Và lần đầu xuất hiện những chiếc xe Mercedes- Benz được trang bị giao thức CAN - Năm 1993 : Tiêu chuẩn ISO 11898 được xuất bản - Năm 1994 : Hội CAN tự động hóa tổ chức Hội nghị CAN quốc tế lần đầu tiên (iCC). Allen-Bradley công bố giao thức DeviceNet. - Năm 1995: Sửa đổi Tiêu chuẩn ISO 11898 định dạng khung mở rộng. CiA xuất bản giao thức CANopen 3 Về mặt kỹ thuật, CAN cho phép liên kết tối đa 2032 thiết bị (ví dụ một nút với một mã ID) trên một mạng duy nhất.
Nó cung cấp khả năng truyền tải tốc độ cao lên đến 1 Mbits/giây và khả năng điều khiển thời gian thực. Ngoài ra, tính năng giới hạn thời gian và cảnh báo lỗi làm cho CAN đáng tin cậy hơn trong môi trường nhiễu cao. Dựa trên đặc điểm thông số kỹ thuật của Bosch.0 của CAN được chia thành hai phần: - CAN tiêu chuẩn (Phiên bản 2.0A): sử dụng ID (Identifier) 11 bit. - CAN mở rộng (Phiên bản 2.0B): sử dụng ID 29 bit.
Hai phần được định nghĩa bởi các ID khác nhau của thông điệp, với sự khác biệt chính là độ dài mã ID. Có hai tiêu chuẩn ISO cho CAN. Sự khác biệt là ở lớp vật lý: ISO 11898 xử lý các ứng dụng tốc độ cao lên đến 1Mbit / giây và ISO 11519 có giới hạn trên là 125 kbit/giây.2 Giới thiệu CAN Controller Area Network (CAN hoặc CAN Bus) là hệ thống mạng nối tiếp, tốc độ cao, bán song công, hai dây. Ban đầu CAN được phát triển riêng cho ngành công nghiệp ôtô, nhưng hiện nay CAN cũng đã trở thành một tiêu chuẩn quan trọng trong tự động hoá công nghiệp và các ngành khác.
Hiện nay, mạng CAN được chuẩn hóa theo tiêu chuẩn ISO 11898. Hai dây chính của mạng là CAN-High speed (CAN-H) và CAN-Low speed (CAN-L). CAN-H: dựa theo tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế (ISO) ISO 11898-2 ban đầu mạng CAN có tốc độ truyền từ 125kBit/s đến 1MBit/s, CAN-H có điện áp cao, thường là 0V khi bus không truyền và nhận dữ liệu và ở mức hoạt động thì điện áp là 2,5-3,5V. CAN-L: Chuẩn ISO 11898-3 được phát hành ngay sau đó dành cho CAN-LOW có tốc độ truyền từ 5kBit/s đến 125 kBit/s, CAN-L có điện áp thấp, thường là 1,5-2,5V khi bus không truyền hay nhận dữ liệu.
Phân loại mạng giao tiếp CAN Đường truyền CAN chia thành 2 loại là đường truyền tốc độ cao HS-CAN và đường truyền tốc độ trung bình MS-CAN - Đường truyền tốc độ cao (HS-CAN) là dùng kết nối các hệ thống gầm, truyền lực và hệ thống khác của xe.Đường truyền tốc độ cao còn gọi là"Đường truyền CAN No.1" và "Đường truyền CAN No.Nó hoạt động với tốc độ khoảng 500 kbps.Trong 4 ECU trung tâm và CAN No2.J/C các đường truyền CAN No1 được đặt các điện trở cực.Điện trở của đường truyền CAN No.2 chỉ đo được từ giắc DLC3. - Đường truyền tốc độ trung bình (MS-CAN) dùng để kết nối giữa các hệ thống điện thân xe và đường truyền MS-CAN còn gọi là "Đường truyền CAN MS".Vùng tốc độ để CAN MS hoạt động là 250 kbps. ECU thân xe chính và ECU chứng nhận là chỗ để đặt các điện trở cực cho đường truyền MS-CAN.Điện trở của đường truyền CAN MS không đo được từ giắc DLC3. Việc thông tin liên lạc giữa những mạng này được thực hiện qua ECU thân xe (cho đường truyền CAN MS) hay ECU trung tâm (cho đường truyền CAN No.2), có vai trò như một ECU trung tâm.
Sơ đồ mạng CAN tốc độ trung bình MS CAN 5 2.3 Ưu điểm mạng CAN trên ô tô - Đơn giản, chi phí thấp:khi chưa có bus CAN xuất hiện thì việc đi dây trên xe có rất nhiêu dây gây tốn chi phí và phức tạp với bus CAN chỉ có hai dây liên kết các module lại với nhau làm đi dây đơn giản hơn và khi gặp sự cố dễ dàng sửa chữa và bảo dưỡng. - Tạo ra một giao thức chung giúp nhiều nhà cung cấp khác nhau dễ dàng kết nối các module điều khiển phù hợp với nhau - Tính bảo mật của thông điệp (Prioritization of messages): mỗi thông điệp được phát ra từ một nút (node) hay trạm (station) trên bus - CAN có vùng phân xử ưu tiên nên khi nhiều thông điệp truyền qua cùng lúc thì thông điệp có mức ưu tiên hơn thì được truyền còn mức còn lại thì đợi bus rảnh sẽ được truyền tiếp.Việc mức ưu tiên của thông điệp dựa trên cấu tạo thông điệp và chế độ ưu tiên qui định trong chuẩn CAN. - Cấu hình linh hoạt: cho phép thiết lập cấu hình thời gian bit, thời gian đồng bộ hoá, chiều dài dữ liệu truyền, dữ liệu nhận,… - Nhận dữ liệu đa điểm với sự đồng bộ thời gian: một thông điệp có thể được truyền tới nhiều node khác nhau trong bus cùng lúc. Tất cả các node trên bus đều có thể thấy thông điệp đang nhận trên bus, tuỳ thuộc vào cấu hình ở từng node mà node sẽ quyết định có chấp nhận thông điệp này hay không.
- Nhiều master (multimaster) - Phát hiện và cảnh báo lỗi: Mỗi thông điệp có kèm theo mã CRC (Cyclic Redundancy Code) để tiến hành phát hiện lỗi. Nếu lỗi tồn tại, node nhận sẽ bỏ qua thông báo lỗi và gửi khung thông báo lỗi (error frame) đến bus CAN. Mỗi node trong bus có bộ đếm quản lý lỗi truyền nhận riêng biệt để xác định tình trạng lỗi của riêng nó. Nếu lỗi xuất hiện quá thường xuyên, một node có thể tự động ngắt khỏi bus.
Ngoài ra có một vài dạng lỗi cũng có thể được phát hiện với chuẩn CAN. - Tự động truyền lại các thông điệp bị lỗi khi bus rảnh: Một thông điệp khi truyền ra bus nếu bị lỗi nó sẽ không mất đi vì node truyền thông điệp này sẽ khoá nó lại và tự động truyền các thông điệp lỗi khi bus CAN rảnh cho đến khi thành công. Điều này giúp duy trì sự toàn vẹn thông tin trong bus.