Research on CAN bus in vehicle

Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu mạng CAN bus trên ô tô tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM năm 2024

• Tác giả: Nguyễn Minh Hiếu
• Người hướng dẫn: TS. Lê Thanh Phúc
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô
• Đề tài: Research on CAN bus in vehicle
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về mạng CAN bus trên ô tô tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật

Mạng CAN bus là giao thức truyền thông tiêu chuẩn trong ngành kỹ thuật ô tô hiện đại. Đề tài tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM tập trung phân tích sâu kiến trúc mạng này. Nghiên cứu do sinh viên Nguyễn Minh Hiếu và Phạm Nguyễn Thái Kiều thực hiện. Giảng viên hướng dẫn là Tiến sĩ Lê Thanh Phúc. Hệ thống CAN kết nối nhiều khối điều khiển điện tử (ECU) qua hai dây xoắn vi sai. Mạng loại bỏ hệ thống dây dẫn phức tạp truyền thống. Khối lượng xe giảm đáng kể. Tốc độ truyền dữ liệu đạt mức ổn định và chính xác cao. Dữ liệu cảm biến truyền tức thời giữa các phân hệ chấp hành. Tiêu chuẩn quốc tế ISO 11898 quy định rõ lớp vật lý và tầng liên kết dữ liệu. Nghiên cứu tại nhà trường phân tích toàn diện cấu trúc khung truyền. Mô hình đáp ứng yêu cầu công nghệ xe thế hệ mới. Đề tài tạo tiền đề thực nghiệm quan trọng cho kỹ sư tương lai.

1.1. Bối cảnh và mục tiêu nghiên cứu tại trường ĐH SPKT

Ngành công nghệ ô tô phát triển nhanh chóng. Số lượng thiết bị điều khiển điện tử trên xe tăng vọt. Nhu cầu truyền dữ liệu liên tục đòi hỏi giao thức mạng tin cậy. Đề tài tốt nghiệp tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM hướng đến việc làm chủ công nghệ CAN bus. Nhóm tác giả khảo sát chi tiết nguyên lý hoạt động của đường truyền mạng. Mục tiêu cốt lõi là xây dựng mô hình thực nghiệm hoàn chỉnh trên máy tính và phần cứng. Sinh viên nắm vững cách thức đọc tín hiệu vi sai. Nghiên cứu hỗ trợ nâng cao chất lượng đào tạo chuyên ngành kỹ thuật ô tô. Kết quả đề tài mang lại tài liệu học thuật giá trị cao cho sinh viên khóa sau.

1.2. Cấu trúc cơ bản của hệ thống mạng CAN trên ô tô

Mạng CAN hoạt động theo cấu trúc liên kết kiểu đường trục đa điểm. Hai đường dây chính gồm dây CAN High và dây CAN Low. Hai đầu bus sử dụng điện trở kết thúc 120 Ohm. Điện trở này triệt tiêu phản xạ sóng trên đường truyền dẫn tín hiệu. Khi bus ở trạng thái rảnh, điện áp trên cả hai dây duy trì ở mức xấp xỉ 2.5V. Trạng thái này biểu thị bit lặn (recessive logic 1). Khi phát bit trội (dominant logic 0), điện áp dây CAN High tăng lên 3.5V và dây CAN Low hạ xuống 1.5V. Bộ thu phát CAN phát hiện sự chênh lệch điện áp này để giải mã tín hiệu chính xác. Kiến trúc dây xoắn giúp triệt tiêu nhiễu điện từ rất hiệu quả.

II. Phân tích xung đột tín hiệu mạng CAN bus trên ô tô hiện đại

Xung đột đường truyền là bài toán trọng tâm khi nhiều nút gửi dữ liệu cùng lúc. Giao thức CAN không sử dụng định chỉ nút nhận hay địa chỉ nút gửi. Hệ thống phân định ưu tiên dựa hoàn toàn vào giá trị định danh gói tin Identifier. Mạng CAN ứng dụng cơ chế CSMA/CA để kiểm soát truy cập đường truyền. Mỗi nút phải lắng nghe đường truyền trước khi bắt đầu gửi dữ liệu. Quá trình trọng tài không phá hủy diễn ra trực tiếp trên từng bit tín hiệu. Nút nào gửi bit trội (logic 0) sẽ giành quyền phát sóng tiếp. Nút gửi bit lặn (logic 1) phát hiện xung đột và lập tức chuyển sang chế độ nhận. Cơ chế này đảm bảo dữ liệu quan trọng không bị gián đoạn hay mất gói. Nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM chỉ rõ cấu trúc khung chuẩn 11 bit và khung mở rộng 29 bit. Khung mở rộng cung cấp không gian định danh rộng lớn cho xe hiện đại. Tuy nhiên, tải mạng tăng cao dễ gây trễ tín hiệu nếu việc phân bổ mức ưu tiên không tối ưu.

2.1. Cơ chế CSMA CA và phân định ưu tiên truyền dữ liệu

Giao thức CSMA/CA giữ vai trò cốt lõi trong giải quyết tranh chấp đường truyền CAN. Khi đường truyền ở trạng thái rảnh sau khoảng thời gian IFS, các nút mới được phép truyền tin. Bit bắt đầu khung SOF xuất hiện dưới dạng một bit trội. Quá trình truyền diễn ra đồng thời với việc lắng nghe mức logic phản hồi từ đường truyền. Nếu một nút gửi bit lặn nhưng nhận về bit trội, nút đó lập tức thua trong quá trình phân định trọng tài. Nút thua quyền phát sẽ nhường bus cho thông điệp có quyền ưu tiên cao hơn. Quá trình phân định diễn ra suôn sẻ mà không làm hỏng dữ liệu của nút thắng cuộc.

2.2. Phân biệt khung chuẩn và khung mở rộng trong mạng CAN

Cấu trúc khung dữ liệu CAN đóng vai trò định dạng gói tin trên mạng ô tô. Khung chuẩn Standard Frame sử dụng trường định danh Identifier dài 11 bit. Trường này cung cấp tối đa 2048 mã định danh thông điệp riêng biệt. Trong khi đó, khung mở rộng Extended Frame mở rộng trường định danh lên 29 bit. Khung mở rộng chia thành hai phần gồm Base ID 11 bit và Extended ID 18 bit. Khung 29 bit cung cấp hơn 500 triệu mã định danh duy nhất. Khung mở rộng đáp ứng tiêu chuẩn giao thức phức tạp như SAE J1939 trên xe tải và xe buýt. Việc hiểu rõ hai loại khung giúp kỹ sư lập trình bộ lọc thông điệp chính xác.

III. Giải pháp mô phỏng mạng CAN bus trên ô tô bằng công cụ phần mềm

Nghiên cứu tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM triển khai giải pháp thực nghiệm hiện đại. Nhóm nghiên cứu tích hợp phần mềm Visual Studio Code làm môi trường phát triển trung tâm. Nền tảng này hỗ trợ quản lý mã nguồn linh hoạt qua cơ chế workspace. Các tiện ích mở rộng từ VS Code Marketplace cho phép lập trình nhúng đa ngôn ngữ thuận tiện. Hệ thống phần mềm kết nối trực tiếp với các module phần cứng vi điều khiển và bộ thu phát CAN transceiver. Kỹ sư tiến hành cấu hình bộ lọc tin nhắn Acceptance Filter nhằm giảm tải xử lý cho CPU. Các thông điệp CAN được giải mã theo thời gian thực để phân tích thông số động cơ. Đồ án kiểm tra chặt chẽ tính toàn vẹn của dữ liệu thông qua trường kiểm tra lỗi CRC 15 bit. Nhờ phương pháp mô phỏng và đo kiểm bài bản, nhóm phát hiện sớm các lỗi trễ khung và xung đột đường truyền. Mô hình này giúp giảm chi phí thử nghiệm thực tế trên xe thật.

3.1. Thiết lập môi trường Visual Studio Code trong lập trình nhúng

Visual Studio Code đóng vai trò then chốt trong thiết lập phần mềm điều khiển. Trình biên tập này quản lý các thư mục dự án độc lập thông qua mô hình workspace. Lập trình viên dễ dàng tùy chỉnh cấu hình để loại bỏ các tệp tin không cần thiết. Command Palette hỗ trợ truy cập nhanh mọi chức năng qua giao diện dòng lệnh thuận tiện. Kho tiện ích mở rộng phong phú cung cấp trình gỡ lỗi debugger và công cụ phân tích mã tĩnh linter. Nhóm tác giả sử dụng các extension chuyên dụng cho hệ thống nhúng vi điều khiển. Việc tích hợp mã nguồn trực tiếp giúp đẩy nhanh tiến độ thử nghiệm giao tiếp mạng CAN.

3.2. Phương pháp giải mã và phát hiện lỗi khung truyền dữ liệu

Phương pháp kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu dựa trên mã CRC 15 bit. Mỗi khung truyền đều tích hợp chuỗi kiểm tra vòng dư để phát hiện sai lệch bit. Nếu bộ thu phát hiện lỗi tính toán, nút nhận sẽ truyền cờ báo lỗi Error Flag ngay lập tức. Mạng CAN ứng dụng cơ chế nhồi bit Bit Stuffing để duy trì tính đồng bộ tín hiệu xung nhịp. Cứ sau năm bit liên tiếp có cùng cực tính, bộ truyền tự động chèn một bit ngược lại. Thuật toán này ngăn ngừa hiện tượng mất đồng bộ thời gian giữa các nút mạng. Các biện pháp kỹ thuật trên đảm bảo độ an toàn cực cao cho xe vận hành.

IV. Kết luận về ứng dụng mạng CAN bus trên ô tô và hướng phát triển

Nghiên cứu về mạng CAN bus tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM khẳng định tính ưu việt của giao thức truyền thông ô tô. Đồ án của sinh viên hoàn thành đầy đủ mục tiêu thiết kế và thực nghiệm mạng cơ bản. Hệ thống chứng minh khả năng truyền tải dữ liệu ổn định và chống nhiễu điện từ vượt trội. Việc tinh giản hệ thống dây điện giúp giảm đáng kể trọng lượng khung gầm và tiết kiệm nhiên liệu. Kết quả nghiên cứu tạo nền tảng vững chắc để phát triển các hệ thống chẩn đoán ô tô chuyên sâu On-Board Diagnostics. Sinh viên ngành ô tô tại nhà trường được trang bị kỹ năng phân tích lỗi mạng và lập trình vi điều khiển thực tế. Xu hướng tương lai hướng đến việc kết hợp CAN bus với giao thức CAN FD và Ethernet tốc độ cao. Sự kết hợp này đáp ứng đòi hỏi khắt khe của xe tự hành và xe điện thông minh. Đề tài đóng góp thiết thực cho công tác giảng dạy kỹ thuật ô tô hiện đại.

4.1. Ứng dụng thực tiễn trong công nghệ chẩn đoán ô tô

Giao thức CAN bus là xương sống của cổng chẩn đoán tiêu chuẩn OBD-II. Máy chẩn đoán giao tiếp trực tiếp với các hộp điều khiển ECU qua đường truyền CAN. Kỹ thuật viên đọc dữ liệu vận hành động cơ và mã lỗi sự cố DTC một cách nhanh chóng. Quá trình kiểm tra hệ thống phanh ABS hay túi khí trở nên đơn giản và chính xác. Đề tài tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM mở ra giải pháp mô phỏng chẩn đoán hữu ích cho sinh viên. Mô hình thực nghiệm hỗ trợ sinh viên rèn luyện tư duy phân tích sự cố đường truyền mạng và thiết bị ngoại vi trên xe.

4.2. Tiềm năng tích hợp mạng CAN FD trên ô tô thế hệ mới

Sự bùng nổ của ô tô điện và xe tự lái đòi hỏi băng thông truyền dữ liệu lớn hơn. Công nghệ CAN FD (Flexible Data-rate) ra đời nhằm khắc phục giới hạn tốc độ 1 Mbps của mạng CAN truyền thống. Chuẩn CAN FD nâng tốc độ truyền tải lên đến 5 Mbps hoặc 8 Mbps trong pha dữ liệu. Chiều dài dữ liệu Data Field cũng mở rộng từ 8 byte lên 64 byte cho mỗi khung truyền. Các nghiên cứu tiếp theo tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM có thể phát triển theo hướng tích hợp CAN FD. Hướng nghiên cứu này giúp nâng cao hiệu suất truyền dẫn cho hệ thống hỗ trợ lái nâng cao ADAS.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quá trình phát triển của ngành công nghiệp ô tô từ đầu thập niên 1970, các hệ thống điều khiển điện tử bắt đầu xuất hiện, khởi đầu bằng mạch tích hợp (IC) cho hệ thống đánh lửa và tiếp nối bởi hộp điều khiển động cơ (ECM) vào đầu thập niên 1980. Khi các công nghệ như hệ thống cân bằng điện tử (ESP) và hệ thống mã hóa khóa động cơ (Immobilizer) ra đời trong thập niên 1990, mức độ phức tạp của mạng lưới điện trên phương tiện gia tăng nhanh chóng. Ban đầu, các cụm điều khiển giao tiếp với nhau bằng phương thức kết nối điểm - điểm (point-to-point). Cách tiếp cận này dẫn tới tình trạng quá tải về trọng lượng và kích thước bó dây dẫn: một chiếc ô tô hiện đại cần khoảng 1.500 dây dẫn riêng biệt, trong đó cụm dây điều khiển hệ thống cửa phía người lái có thể lên tới 50 dây. Số lượng đầu nối và dây dẫn tăng cao cũng làm tăng nguy cơ phát sinh lỗi kỹ thuật theo chu kỳ tăng gấp đôi sau mỗi 10 năm. Hiện nay, một mẫu xe thông thường tại châu Âu trang bị khoảng 30 bộ điều khiển điện tử (ECU), trong khi các dòng xe cao cấp có thể sở hữu hàng trăm ECU độc lập.

Để giải quyết vấn đề dây dẫn cồng kềnh và đáp ứng yêu cầu truyền thông dữ liệu tốc độ cao, chính xác và đồng bộ giữa các module (như mô-đun điều khiển hộp số TCM, mô-đun phanh chống bó cứng ABS, mô-đun động cơ ECM), giao thức mạng CAN (Controller Area Network) được hãng Robert Bosch GmbH giới thiệu vào năm 1986 theo đặt hàng từ Mercedes. Mạng CAN bus đóng vai trò nền tảng trong cấu trúc điện tử của phương tiện, cho phép các vi điều khiển và thiết bị ngoại vi trao đổi dữ liệu mà không cần máy tính chủ điều phối trung tâm.

Đề tài tốt nghiệp "Nghiên cứu về mạng CAN bus trên ô tô" (Research on CAN bus in Vehicle) được nhóm sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Khoa Đào tạo Quốc tế, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Thanh Phúc, nhằm làm chủ việc giải mã và lưu trữ luồng dữ liệu phục vụ nghiên cứu phương tiện.

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của đề tài gồm 5 nội dung chính:

1. Nắm vững cơ sở lý thuyết về giao tiếp mạng CAN và các phương thức truyền dữ liệu trên ô tô.
2. Thiết kế và chế tạo bộ giải mã kết nối thông qua cổng chẩn đoán On-Board Diagnostics II (OBD-II).
3. Lập trình vi điều khiển Arduino Nano để thu thập và xử lý tín hiệu ngoại vi từ mạng nội bộ xe.
4. Lập trình giao diện đồ họa người dùng (GUI) bằng ngôn ngữ Python để giám sát các thông số vận hành theo thời gian thực.
5. Thực hiện việc lưu trữ dữ liệu hiển thị từ giao diện người dùng dưới định dạng tệp văn bản (.txt) phục vụ công tác phân tích và nghiên cứu chuyên sâu.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án bao gồm: vi điều khiển Arduino Nano, mô-đun giao tiếp CAN bus MCP2515, chuẩn mạng Controller Area Network, môi trường lập trình Arduino IDE, trình soạn thảo mã nguồn Visual Studio Code, và dòng xe thương mại Mazda CX-5 đời 2018.

Phạm vi nghiên cứu được xác định giới hạn trong khoảng thời gian 3 tháng thực hiện đồ án. Không gian nghiên cứu tập trung tại phòng thí nghiệm chuyên ngành và thực nghiệm trực tiếp trên xe Mazda CX-5 (2018), tập trung vào quá trình trích xuất, giải mã và hiển thị các bức điện dữ liệu vận hành từ cổng chẩn đoán OBD-II.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng dựa trên hệ thống cơ sở lý thuyết về mạng truyền thông nội bộ xe và các giao thức chẩn đoán tiêu chuẩn quốc tế:

• Tiêu chuẩn mạng CAN: Đặc tả kỹ thuật Bosch CAN 2.0 gồm chuẩn CAN 2.0A (sử dụng định danh Identifier 11-bit) và chuẩn mở rộng CAN 2.0B (sử dụng định danh 29-bit). Tầng vật lý được quy định theo tiêu chuẩn ISO 11898 đối với mạng CAN tốc độ cao (High-speed CAN lên tới 1 Mbit/s) và ISO 11519 đối với mạng CAN tốc độ thấp (Low-speed CAN lên tới 125 kbit/s). Tín hiệu mạng CAN sử dụng đường truyền vi sai gồm hai dây dẫn CAN-H (CAN High) và CAN-L (CAN Low), với điện trở đầu cuối 120 Ω tại hai cực của bus nhằm phối hợp trở kháng và chống phản xạ tín hiệu. Trạng thái bit trên đường truyền phân biệt giữa mức trội (Dominant - mức logic 0) và mức lặn (Recessive - mức logic 1) căn cứ theo hiệu điện thế giữa CAN-H và CAN-L. Cơ chế truy cập đường truyền sử dụng giao thức CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) kết hợp kỹ thuật phân xử không phá hủy (non-destructive bitwise arbitration). Cấu trúc bức điện bao gồm 4 loại khung chính: Khung dữ liệu (Data Frame), Khung yêu cầu truyền xa (Remote Frame), Khung báo lỗi (Error Frame), và Khung báo quá tải (Overload Frame).
• Tiêu chuẩn chẩn đoán On-Board Diagnostics (OBD): Lịch sử phát triển từ OBD-I (CARB áp dụng từ 1988) đến OBD-II bắt buộc tại Mỹ từ năm 1996, EOBD tại châu Âu (2001 cho động cơ xăng, 2004 cho động cơ diesel), và yêu cầu tiêu chuẩn hóa ISO 15765-4 (CAN bus) trên toàn bộ xe du lịch tại Mỹ từ năm 2008. Giắc kết nối 16 chân chuẩn SAE J1962 quy định vị trí các chân cấp nguồn 12V (chân 16), nối mass khung xe (chân 4), mass tín hiệu (chân 5), đường CAN-H (chân 6), và đường CAN-L (chân 14). Tiêu chuẩn SAE J1979 định nghĩa 10 chế độ dịch vụ chẩn đoán (Diagnostic Modes từ 01 đến 0A) cùng các mã định danh thông số (PIDs).
• Cơ chế giải mã tập tin DBC: Định dạng file DBC do Vector Informatik GmbH phát triển để mô tả cấu trúc dữ liệu mạng CAN dưới dạng văn bản thuần. Cú pháp bản tin bao gồm định danh thông điệp (BO_), độ dài dữ liệu (DLC), tên nút gửi/nhận, và định nghĩa các tín hiệu thành phần (SG_) kèm vị trí bit bắt đầu, độ dài bit, quy ước thứ tự byte (Intel @1 - little-endian hoặc Motorola @0 - big-endian), dấu của giá trị (+ không dấu hoặc - có dấu), hệ số tỉ lệ (factor) và độ dời (offset).

Phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai thông qua:

• Phương pháp phân tích tài liệu kỹ thuật: Tổng hợp các sơ đồ chân, tiêu chuẩn giao thức và cấu trúc bức điện từ các hiệp hội kỹ thuật ô tô (SAE, ISO).
• Phương pháp thiết kế và tích hợp phần cứng - phần mềm: Xây dựng mạch ghép nối giữa vi điều khiển Arduino Nano và IC điều khiển MCP2515; lập trình mã nguồn điều khiển phần cứng trên Arduino IDE; xây dựng giao diện hiển thị đồ họa bằng ngôn ngữ Python.
• Phương pháp thực nghiệm: Thiết lập mô hình truyền nhận đối xứng giữa hai nút MCP2515 trong phòng thí nghiệm; sử dụng thiết bị đo dạng sóng xung điện áp tại các tần số 20 µs và 4 µs để kiểm tra tính ổn định của đường truyền; đấu nối trực tiếp với cổng OBD-II trên xe Mazda CX-5 2018 để bắt gói tin và phân tích dữ liệu thực tế.

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu bao gồm luồng dữ liệu bức điện CAN phát ra từ cổng OBD-II của xe Mazda CX-5 2018 đang hoạt động, kết hợp với các thông số xung đo đạc thực nghiệm từ hệ thống vi mạch phần cứng.

Tốc độ truyền (Bit rate)	Chiều dài cáp tối đa quy định (m)
1 Mbit/s	40
500 kbit/s	100
250 kbit/s	200
125 kbit/s	500
10 kbit/s	6000

Thiết kế và triển khai

Hệ thống thu thập và xử lý dữ liệu được thiết kế theo cấu trúc ba khối chính: Khối chuyển đổi giao tiếp mạng CAN, Khối vi điều khiển trung gian, và Khối giao diện người dùng trên máy tính.

Khối chuyển đổi giao tiếp sử dụng mô-đun MCP2515, bao gồm IC điều khiển giao thức CAN độc lập MCP2515 kết hợp với IC thu phát (transceiver) chuyển đổi mức tín hiệu vi sai sang mức logic số. Mô-đun này kết nối với cổng chẩn đoán OBD-II của xe thông qua hai đường dây tín hiệu CAN High (chân 6) và CAN Low (chân 14), lấy điểm tham chiếu mass từ chân 4 và chân 5. Điện trở đầu cuối 120 Ω được tích hợp trên mạch để đảm bảo mức điện áp vi sai vận hành chuẩn xác (mức lặn xấp xỉ 2,5V trên cả hai dây; mức trội đạt 3,5V trên CAN-H và 1,5V trên CAN-L).

Khối vi điều khiển trung gian sử dụng bo mạch Arduino Nano (trang bị vi điều khiển ATmega328P). Arduino Nano giao tiếp với mô-đun MCP2515 qua chuẩn truyền thông nối tiếp nối tiếp SPI (Serial Peripheral Interface). Các chân kết nối phần cứng cụ thể: chân SCK nối với D13, MISO nối với D12, MOSI nối với D11, chân chọn chip CS nối với chân số D10, chân tín hiệu ngắt nhận dữ liệu INT nối với chân D2, chân VCC cấp nguồn 5V và chân GND nối mass chung. Chương trình nạp trên Arduino Nano có nhiệm vụ cấu hình tốc độ bus 500 kbit/s, chuyển đổi các khung dữ liệu CAN nhận được từ thanh ghi của MCP2515 sang chuỗi ký tự định dạng mã số thập lục phân (hexadecimal), sau đó truyền tiếp dữ liệu qua giao tiếp Serial UART lên máy tính với tốc độ baud tương thích.

Khối ứng dụng giám sát được phát triển trên máy tính trong môi trường Visual Studio Code, sử dụng ngôn ngữ lập trình Python. Phần mềm sử dụng thư viện pyserial để mở và giám sát cổng COM nối tiếp nhận dữ liệu từ Arduino. Thư viện giao diện đồ họa tkinter được dùng để thiết kế bảng điều khiển trực quan gồm các khối hiển thị đồ thị diễn biến tốc độ động cơ theo thời gian thực, đồng hồ tốc độ xe, chỉ số góc đánh lái và biểu đồ trạng thái bàn đạp ga. Dữ liệu sau khi trích xuất được giải mã theo các quy tắc chuyển đổi DBC và tự động ghi vào tệp văn bản (.txt) để lưu trữ vết vận hành.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu (CHAPTER 1: INTRODUCTION)

Chương mở đầu phân tích bối cảnh phát triển của ngành công nghiệp ô tô tại Việt Nam với sự tham gia của các hãng sản xuất toàn cầu (Toyota, Honda, Kia, Mazda, Mercedes-Benz) và thương hiệu nội địa VinFast. Đồ án chỉ ra sự chuyển dịch của phương tiện giao thông hướng tới các tính năng thông minh, hệ thống tự hành và an toàn chủ động, trong đó mạng CAN bus giữ vai trò cốt lõi. Tác giả xác định rõ mục tiêu đề tài, giới hạn phạm vi nghiên cứu trong khung thời gian 3 tháng, xác định đối tượng thực nghiệm chính là vi điều khiển Arduino Nano, mô-đun MCP2515 và dòng xe Mazda CX-5 (2018), đồng thời nêu tổng quan bố cục năm chương của khóa luận.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết (CHAPTER 2: LITERATURE REVIEW)

Chương 2 trình bày chi tiết nền tảng lý thuyết của mạng Controller Area Network và hệ thống On-Board Diagnostics:

• Khái quát kiến trúc mạng CAN, cơ chế phân định mức logic dựa trên hiệu điện thế vi sai giữa CAN-H và CAN-L. Trình bày chi tiết cấu tạo một nút mạng (Node) gồm vi điều khiển (MCU), bộ điều khiển CAN (CAN controller) và bộ thu phát CAN (CAN transceiver).
• Phân tích định thời bit (CAN bit timing) gồm 4 phân đoạn: Phân đoạn đồng bộ (Synchronization segment), Phân đoạn truyền lan (Propagation segment), Phân đoạn pha 1 (Phase 1 segment), và Phân đoạn pha 2 (Phase 2 segment).
• Cấu trúc các trường trong bức điện chuẩn và mở rộng: Trường mở đầu (SOF - 1 bit logic 0), Trường phân xử trọng tài (Arbitration Field - 11 bit cho chuẩn 2.0A, 29 bit cho chuẩn 2.0B kèm các bit RTR, SRR, IDE), Trường điều khiển (Control Field gồm các bit dành riêng r0, r1 và DLC 4 bit xác định độ dài dữ liệu từ 0 đến 8 byte), Trường dữ liệu (Data Field), Trường kiểm tra lỗi (CRC Field gồm chuỗi 15 bit CRC và 1 bit CRC Delimiter), Trường xác nhận (ACK Field gồm 1 bit ACK Slot và 1 bit ACK Delimiter), và Trường kết thúc khung (EOF gồm 7 bit lặn).
• Lịch sử phát triển các tiêu chuẩn OBD, so sánh giữa OBD-I và OBD-II. Liệt kê các giao thức tín hiệu phổ biến: SAE J1850 VPW (10,4 kbit/s), SAE J1850 PWM (41,6 kbit/s), ISO 9141-2 (truyền không đồng bộ trên đường K/L, tốc độ 10,4 kbit/s), ISO 14230 KWP2000, và ISO 15765 CAN (250 hoặc 500 kbit/s).
• Tổng hợp sơ đồ chân của giắc cắm OBD-II chuẩn SAE J1962, cấu trúc gói tin yêu cầu/phản hồi thông số PID (Parameter IDs) theo tiêu chuẩn SAE J1979 qua 10 chế độ dịch vụ (Mode 01 đến Mode 0A).
• Trình bày cú pháp cấu trúc tệp dữ liệu DBC của hãng Vector Informatik dùng trong giải mã các thông số CAN thô thành đại lượng vật lý.

Chương 3: Tổng quan phần cứng và phần mềm (CHAPTER 3: HARDWARE AND SOFTWARE OVERVIEW)

Chương 3 thuyết minh thông số kỹ thuật và cách sử dụng các công cụ phần cứng, phần mềm trong dự án:

• Môi trường phát triển Visual Studio Code: Tổng quan tính năng, giao diện làm việc, bảng lệnh (Command Palette) và hệ sinh thái tiện ích mở rộng phục vụ lập trình đa ngôn ngữ.
• Ngôn ngữ lập trình Python: Tổng quan đặc điểm, cú pháp và các thư viện hỗ trợ giao tiếp cổng nối tiếp và thiết kế đồ họa.
• Môi trường lập trình Arduino IDE: Quy trình biên dịch (Compile) và tải mã nguồn (Upload) lên vi điều khiển ATmega328P trên bo mạch Arduino Nano.
• Mô-đun mạng CAN MCP2515: Nguyên lý giao tiếp SPI giữa vi điều khiển và chip điều khiển CAN, các chế độ pha xung đồng hồ SPI (CPOL và CPHA).

Chương 4: Thực nghiệm và kết quả (CHAPTER 4: EXPERIMENT AND RESULTS)

Chương 4 mô tả toàn bộ quá trình thử nghiệm và các kết quả thu được:

• Thiết kế giao diện đồ họa người dùng (GUI): Xây dựng cửa sổ chính, tích hợp logo, các khối màu trạng thái, nút nhấn chức năng, hộp thoại cảnh báo, danh sách chọn hãng xe và khung đồ thị hiển thị các thông số vận hành.
• Thử nghiệm mô phỏng truyền nhận giữa hai nút CAN MCP2515: Thiết lập mạch đo kiểm thực tế, đo dạng sóng xung điện áp tại nút phát và nút nhận ở chu kỳ 20 µs và 4 µs để kiểm tra tính toàn vẹn của tín hiệu.
• Đấu nối và thu thập dữ liệu thực tế trên cổng OBD-II của xe Mazda CX-5:
  • Bắt bản tin mang ID 202 (ENGINE_DATA), xác định vị trí byte chứa giá trị tốc độ động cơ (Engine speed), hiển thị đồ thị giá trị RPM.
  • Trích xuất dữ liệu tốc độ xe (Vehicle speed) từ bản tin mang ID 202, xây dựng đồ thị tương ứng.
  • Bắt bản tin mang ID 82 (STEER), xác định byte dữ liệu góc đánh lái vô lăng (Steering angle) và thể hiện giá trị số góc lái.
  • Bắt bản tin mang ID 215 (WHEEL_SPEED), bóc tách byte dữ liệu tốc độ của 4 bánh xe riêng biệt: bánh trước trái (Front Left), bánh trước phải (Front Right), bánh sau trái (Rear Left), bánh sau phải (Rear Right). So sánh giá trị tốc độ giữa các bánh khi xe chuyển động thẳng (các bánh có tốc độ đồng đều) và khi xe thực hiện chuyển hướng rẽ phải (vận tốc bánh ngoài lớn hơn bánh trong).
  • Trích xuất thông số vị trí bàn đạp ga (Pedal gas) từ bản tin mang ID 202 và hiển thị trực quan tỷ lệ phần trăm mở ga.

Chương 5: Kết luận và khuyến nghị (CHAPTER 5: CONCLUSION AND RECOMMENDATION)

Chương cuối tóm tắt toàn bộ khối lượng công việc đã hoàn thành: giải mã thành công các bức điện dữ liệu từ xe thực tế, xây dựng hoàn chỉnh giao diện GUI trên Python, ghi nhận và xuất file dữ liệu. Đề xuất các hướng phát triển tiếp theo nhằm mở rộng phạm vi áp dụng cho các dòng xe khác và nâng cao tính tiện dụng của hệ thống chẩn đoán.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã triển khai thành công hệ thống phần cứng và phần mềm phục vụ việc trích xuất, giải mã và hiển thị dữ liệu mạng CAN từ xe Mazda CX-5 2018 qua cổng OBD-II, thu được các kết quả thực nghiệm định lượng cụ thể:

Mã định danh (ID)	Tên thông điệp	Thông số trích xuất	Ý nghĩa vận hành thực tế ghi nhận
202 (Hex/Dec)	ENGINE_DATA	Tốc độ động cơ (Engine speed)	Đo đạc và vẽ đồ thị biến thiên vòng tua máy (RPM)
202 (Hex/Dec)	ENGINE_DATA	Tốc độ xe (Vehicle speed)	Xác định vận tốc di chuyển tức thời của xe
202 (Hex/Dec)	ENGINE_DATA	Vị trí bàn đạp ga (Pedal gas)	Đo tỷ lệ mở bàn đạp ga khi người lái tăng tốc
82 (Hex/Dec)	STEER	Góc đánh lái (Steering angle)	Đo góc xoay vô lăng sang trái hoặc sang phải
215 (Hex/Dec)	WHEEL_SPEED	Tốc độ 4 bánh xe (FL, FR, RL, RR)	Ghi nhận sự chênh lệch vận tốc bánh xe khi rẽ phải và đồng đều khi chạy thẳng

Về mặt phần cứng, nhóm nghiên cứu đã kiểm chứng dạng sóng xung điện áp trên dao động ký tại các chu kỳ xung 20 µs và 4 µs giữa hai nút mạng CAN, xác nhận hệ thống mạch giao tiếp tự thiết kế hoạt động ổn định và chính xác theo đặc tính vi sai tiêu chuẩn.

Về mặt giải pháp, đồ án đề xuất quy trình trích xuất dữ liệu chi phí thấp kết hợp giữa vi điều khiển thương mại phổ thông (Arduino Nano) và mô-đun CAN MCP2515, thay thế cho các thiết bị chuyên dụng đắt tiền từ các hãng chẩn đoán. Việc ứng dụng cấu trúc tệp DBC của Vector giúp quá trình ánh xạ dữ liệu thô dạng byte sang giá trị vật lý diễn ra trực quan, có thể tùy biến linh hoạt cho nhiều hệ thống điều khiển khác nhau.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận chỉ ra một số hạn chế gắn liền với phạm vi và điều kiện thực hiện đề tài:

• Thời gian nghiên cứu giới hạn trong 3 tháng, dẫn tới việc thực nghiệm giải mã mới chỉ thực hiện tập trung trên một dòng xe cụ thể (Mazda CX-5 đời 2018).
• Nhóm nghiên cứu chủ yếu trích xuất một số ID bản tin vận hành cơ bản (ID 202, ID 82, ID 215) phục vụ giám sát chuyển động, chưa khai thác toàn bộ tập hợp các bản tin điều khiển thân vỏ, hệ thống an toàn hoặc hệ thống tiện nghi trên xe.
• Định dạng lưu trữ dữ liệu hiện tại dừng lại ở tệp văn bản thô (.txt), chưa tích hợp cơ sở dữ liệu chuyên dụng để quản lý các tập dữ liệu dung lượng lớn theo thời gian dài.

Các hướng phát triển tiếp theo được đề xuất:

• Mở rộng nghiên cứu giải mã mạng CAN cho nhiều chủng loại và thương hiệu ô tô khác nhau nhằm so sánh cấu trúc định danh dữ liệu giữa các hãng sản xuất.
• Nghiên cứu sâu hơn về các giao thức mở rộng thế hệ mới như CAN FD (CAN with Flexible Data-rate) để đáp ứng yêu cầu truyền dữ liệu dung lượng lớn trên các mẫu xe thông minh hiện đại.
• Hoàn thiện tính năng truyền dữ liệu không dây từ bộ giải mã về máy tính hoặc thiết bị di động thông qua Wi-Fi hoặc Bluetooth.
• Tích hợp thêm các thuật toán tự động nhận diện mã lỗi chẩn đoán sự cố (DTC) và phân tích lỗi hệ thống theo chuẩn SAE J1979.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành:

• Ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô: Cung cấp tài liệu tra cứu có hệ thống về cấu trúc vật lý mạng CAN bus, chuẩn chẩn đoán OBD-I/OBD-II, sơ đồ phân bổ chân giắc SAE J1962 và các phương thức chẩn đoán điện tử trên xe.
• Ngành Kỹ thuật Cơ điện tử và Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa: Cung cấp sơ đồ mạch ghép nối thực tế giữa vi điều khiển 8-bit với bộ điều khiển CAN chuyên dụng MCP2515 qua bus SPI, cùng phương pháp lập trình điều khiển thiết bị ngoại vi.
• Sinh viên thực hiện đồ án tốt nghiệp về xe thông minh và thiết bị chẩn đoán: Có thể tái sử dụng trực tiếp cấu trúc mã nguồn Python kết hợp pyserial và tkinter để xây dựng giao diện hiển thị dữ liệu cảm biến ô tô theo thời gian thực, cũng như tham khảo phương pháp ánh xạ định dạng tệp DBC để giải mã các thông số vận hành.

Câu hỏi thường gặp

Khóa luận đã trích xuất và giải mã thành công những thông số vận hành nào trên xe Mazda CX-5 2018? Nghiên cứu đã trích xuất thành công 5 thông số vận hành từ 3 mã định danh thông điệp chính: tốc độ động cơ (Engine speed), tốc độ xe (Vehicle speed) và độ mở bàn đạp ga (Pedal gas) từ bản tin ID 202 (ENGINE_DATA); góc đánh lái vô lăng (Steering angle) từ bản tin ID 82 (STEER); cùng vận tốc độc lập của 4 bánh xe (trước trái, trước phải, sau trái, sau phải) từ bản tin ID 215 (WHEEL_SPEED).

Hiệu điện thế trên hai đường dây CAN-H và CAN-L được xác định như thế nào ở mức logic 0 và mức logic 1? Theo lý thuyết trong khóa luận, ở trạng thái nghỉ (mức lặn - logic 1), điện áp trên cả CAN-H và CAN-L duy trì ở mức xấp xỉ 2,5V, hiệu điện thế chênh lệch bằng 0V (hoặc dưới ngưỡng 0,5V). Khi phát tín hiệu (mức trội - logic 0), điện áp dây CAN-H tăng lên 3,5V và dây CAN-L giảm xuống 1,5V, tạo ra hiệu điện thế chênh lệch khoảng 2,0V (vượt ngưỡng 0,9V để nút nhận diện mức 0). Vùng hiệu điện thế từ 0,5V đến 0,9V được xem là vùng không xác định.

Chân kết nối nào trên cổng chẩn đoán OBD-II (SAE J1962) được sử dụng cho giao thức ISO 15765-4 CAN? Theo bảng phân bố chân chuẩn SAE J1962 trong văn bản, giao thức ISO 15765-4 CAN sử dụng chân số 6 cho đường tín hiệu CAN High (CAN_H) và chân số 14 cho đường tín hiệu CAN Low (CAN_L), kết hợp với chân số 4 (mass khung vỏ), chân số 5 (mass tín hiệu) và chân số 16 (nguồn ắc quy 12V).

Trường mã độ dài dữ liệu (DLC) trong khung truyền CAN có kích thước bao nhiêu bit và giá trị quy định ra sao? Trường DLC (Data Length Code) nằm trong trường điều khiển (Control Field) của khung dữ liệu CAN, có kích thước 4 bit. Trường này quy định số lượng byte dữ liệu trong trường dữ liệu (Data Field) với giá trị hợp lệ từ 0 đến 8 byte; các giá trị lớn hơn 8 không được phép sử dụng trong chuẩn CAN 2.0.

Tệp định dạng DBC của hãng Vector Informatik giữ vai trò gì trong quá trình xử lý dữ liệu của đề tài? Tệp DBC là tệp văn bản quy chuẩn mô tả cấu trúc các bản tin CAN. Nó cho phép chuyển đổi các chuỗi byte dữ liệu thô dạng số thập lục phân nhận từ cổng OBD-II thành các đại lượng vật lý có ý nghĩa (như vòng/phút, km/h, độ) nhờ định nghĩa chính xác vị trí bit bắt đầu, độ dài bit, thứ tự byte, hệ số nhân và độ dời của từng tín hiệu.

Kết luận

Khóa luận "Nghiên cứu về mạng CAN bus trên ô tô" đã hoàn thành mục tiêu thiết kế và thử nghiệm hệ thống thu thập, giải mã dữ liệu mạng CAN bus thông qua cổng chẩn đoán OBD-II trên dòng xe Mazda CX-5 2018. Bằng việc kết hợp phần cứng vi điều khiển Arduino Nano, mô-đun MCP2515 và ứng dụng giao diện đồ họa Python, nhóm nghiên cứu đã trích xuất và hiển thị trực quan các thông số vận hành cốt lõi như tốc độ động cơ, vận tốc xe, góc lái và tốc độ từng bánh xe. Kết quả thực nghiệm khẳng định tính khả thi của giải pháp chế tạo bộ giải mã dữ liệu phương tiện chi phí thấp, tạo cơ sở thực tiễn vững chắc cho các nghiên cứu chuyên sâu về giám sát và chẩn đoán ô tô thông minh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION GRADUATION THESIS AUTOMOTIVE ENGINEERING TECHNOLOGY RESEARCH ON CAN BUS IN VEHICLE INSTRUCTOR:LE THANH PHUC3K' STUDENT: NGUYEN MINH HIEU PHAM NGUYEN THAI KIEU  S K L 0 2 8 4 4 Ho Chi Minh City, May 2024 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY OF INTERNATIONAL EDUCATION GRADUATION PROJECT RESEARCH ON CAN BUS IN VEHICLE NGUYEN MINH HIEU Student ID: 19145145 PHAM NGUYEN THAI KIEU Student ID: 19145194 Major: AUTOMOTIVE ENGINEERING Supervisor: LE THANH PHUC, PhD. Ho Chi Minh City, May 2024 THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- Ho Chi Minh City, May 20, 2024 GRADUATION PROJECT ASSIGNMENT Student name: Nguyen Minh Hieu Student ID: 19145145 Student name: Pham Nguyen Thai Kieu Student ID: 19145194 Major: Automotive Engineering Class: 19145CLA1,2 Supervisor: Le Thanh Phuc, Ph.D Phone number: 0932 591 200 Date of assignment: Date of submission: 1. Project title: Research on CAN bus in Vehicle 2. Initial materials provided by supervisor: 3.

Content of the project: 4. Final product: CHAIR OF THE PROGRAM SUPERVISOR (Sign with full name) (Sign with full name) THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- SUPERVISOR’S EVALUATION SHEET Student name: Nguyen Minh Hieu Student ID: 19145145 Student name: Pham Nguyen Thai Kieu Student ID: 19145194 Major: AUTOMOTIVE ENGINEERING Project title: Research on CAN bus in Vehicle Supervisor: LE THANH PHUC Ph. Content of the project:. Approval for oral defense? (Approved or denied).

Ho Chi Minh City, May 20, 2024 SUPERVISOR (Sign with full name) THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- PRE-DEFENSE EVALUATION SHEET Student name: Nguyen Minh Hieu Student ID: 19145145 Student name: Pham Nguyen Thai Kieu Student ID: 19145194 Major: AUTOMOTIVE ENGINEERING Project title: Research on CAN bus in Vehicle Name of Examiner:. Content and workload of the project. Approval for oral defense? (Approved or denied) .) Ho Chi Minh City, May 20, 2024 EXAMINER (Sign with full name) THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- EVALUATION SHEET OF DEFENSE COMMITTEE MEMBER Student name: Nguyen Minh Hieu Student ID: 19145145 Student name: Pham Nguyen Thai Kieu Student ID: 19145194 Major: AUTOMOTIVE ENGINEERING Project title: Research on CAN bus in Vehicle Name of Defense Committee Member:. Content and workload of the project .) Ho Chi Minh City, May 20, 2024 COMMITTEE MEMBER (Sign with full name) Disclaimer This research is considered to be a document specific to our group, and therefore, it may not be entirely accurate in terms of theory due to various influencing factors (components, power sources, etc.

This is only a reference document and will contain other references, for which we will not be responsible. i Acknowledgements To complete this project, we would like to express our gratitude to all the teachers at Ho Chi Minh City University of Technology and Education, especially the teachers from the High-Quality Training Faculty, who have provided enthusiastic guidance and continuous support. This has enabled us to acquire a great deal of knowledge during our time as students. Our group would like to sincerely thank Mr.

Lê Thanh Phúc, our advisor, for his enthusiastic support, guidance, and feedback throughout the process of completing our graduation thesis. To facilitate our research, he provided us access to a well-equipped laboratory. Additionally, the group expresses gratitude to each member of Mr. Lê Thanh Phúc's lab for their enthusiastic support in helping us acquire the necessary knowledge to complete this project.

Once again, we would like to extend our heartfelt thanks to the teachers at Ho Chi Minh City University of Technology and Education and the teachers from the High-Quality Training Faculty. ii Table of Contents Disclaimer. ii List of Figures. ix CHAPTER 1: INTRODUCTION .1 Reason for choosing the topic .4 Scope of research.

3 CHAPTER 2: LITERATURE REVIEW .1 Overview of Control Area Network .1 Introduce CAN bus .2 Node in CAN .3 Transmission rate and physical layer of CAN .2 Overview of On-Board Diagnostics .1 Introduce On-Board Diagnostics. 19 CHAPTER 3: HARDWARE AND SOFTWARE OVERVIEW .1 Overview Visual Studio Code .2 Overview Python programming language. 42 CHAPTER 4: EXPERIMENT AND RESULTS .1 Design Graphic User Interface .2 Simulate sending and transmitting CAN messages between two MCP2515 .2 Results received when connecting to the OBD II port on the Mazda CX5 59 CHAPTER 5: CONCLUSION AND RECOMMENDATION. 85 iv List of Figures Figure 2.1: CAN network cable .2: The voltage levels on the CAN-H and CAN-L lines during data transmission .3: Determine the logic level through the voltage difference of CAN-H and CAN-L .4: Illustration of a CAN .5: Illustration of a Node consisting of a CAN protocol implementation board, MCU board, push button board and LED board .6: Bus structure of CAN .7: Bus structure and Node of CAN .8: Many different types of Nodes .9: Timing of one bit .10: Standard Data Frame .11: Extended Data Frame.12: Format the Control Field .13: Table of values of DLC determine the length of Data Field .15: Standard Remote Frame .16: Extended Remote Frame .19: The control model of the engine control unit .20: Diagnostic ports OBD I of manufacturers .21: OBD I connector pinout .22: OBD II standard has been equipped on all vehicles since 1996 in the US .23: SAE J1850 VPW protocol pinout .24: SAE J1850 PWM protocol pinout .25: ISO 9141-2 protocol pinout .26: ISO 15765 protocol pinout .27: An example of DBC message .1: Visual Studio Code logo………………………………………………….2: Interface when opening VS code .3: Interface when programming on VS code .4: Arduino IDE logo .5: New project programming interface on IDE .6: Working screen of Arduino IDE .7: Compile and Upload button .8: Done compling status .9: Done uploading status.10: SPI mode of Serial Clock .11: An example of data exchange by SPI .1: New window is created………………………………………………….2: Add logo and text to the window .3: Add color blocks.4: Add texts on interface .5: Add buttons on interface .6: Engine speed graph .7: Dialog box appear.8: A window containing a selection list appears .9: The selected vehicle brand is displayed .10: When press the EXIT button .11: Interface after completion .12: Wiring circuit of two node CAN .13: Real wiring circuit of two Node CAN .14: Output at transmitting node.15: Output at receiving node .16: Voltage pulse measured on the receiving Node with Frequency 20 µs .17: Voltage pulse measured on the receiving Node with Frequency 4 µs .18: Connection diagrams between Arduino Nano and MCP2515 .19: Actual circuit connecting between Arduino Nano and MCP2515 .20: Select ID 202 with name ENGINE_DATA .21: Position of Engine speed data byte .22: Readable raw data of Engine speed with ID 202 .23: Graph displays engine speed value.24: Position of Vehicle data byte .25: Readable raw data of Vehicle speed with ID 202 .26: Graph displays vehicle speed value .27: Select ID 82 with name STEER .28: Position of steer angle data byte .29: Readable raw data of Steering angle with ID 82.30: Graphic display steering angle value .31: Select ID 215 with name WHEEL_SPEED .32: Position of front left wheel speed data byte .33: Readable raw data of front left wheel speed with ID 215 .34: Position of front right wheel speed data byte.35: Readable raw data of front right wheel speed with ID 215 .36: Position of rear left wheel speed data byte .37: Readable raw data of rear left wheel speed with ID 215 .38: Position of rear right wheel speed data byte .39: Readable raw data of rear right wheel speed with ID 215 .40: Display vehicle speed value when vehicle moves straight .41: Display vehicle speed value when vehicle turn right .42: Select ID 202 with name ENGINE_DATA .43: Position of pedal gas data byte with ID 202 .44: Readable raw data of pedal gas with ID 202 .45: Graphic display pedal gas value.

81 vii List of Table Table 2.1: Cable length according to regulations .2: Function of 16 pins female OBDII .3: Function of Bytes in transmitting process.4: Function of Bytes in receiving process .5: 10 modes of OBD-II standard SAE J1979 .1: Commands and functions used in the projec………………………………37 Table 3.2: Arduino Nano specifications .3: Function of MCP2515 module .4: CPOL and CPHA for each mode .1: Pin connection between Arduino Nano and MCP2515……………………59 Table 4.2: Experimental value of Engine speed after calculation .3: Experimental value of Vehicle speed after calculation .4: Experimental value of Steering wheel after calculation .5: Experimental value of front left wheel speed after calculation .6: Experimental value of front right wheel speed after calculation .7: Experimental value of rear left wheel speed after calculation .8: Experimental value of rear right wheel speed after calculation .9: Experimental value of pedal gas after calculation. 80 viii Abstract This project aims to develop a system utilizing Arduino and the MCP2515 controller to interface with On-Board Diagnostics II (OBD2) systems, extracting engine data and presenting it through a graphical user interface (GUI) built with Python. OBD2 is a standardized system in modern vehicles, providing access to various parameters and diagnostic information. The integration of Arduino and MCP2515 enables communication with the vehicle's OBD2 port, facilitating data retrieval.

The primary components of the system include an Arduino microcontroller, MCP2515 CAN controller, and a Python-based GUI application. The Arduino, equipped with the MCP2515 module, serves as the intermediary between the vehicle's OBD2 port and the computer running the GUI. Through the OBD2 port, the Arduino establishes communication with the vehicle's Engine Control Unit (ECU) to request and retrieve engine data. Upon receiving data from the vehicle, the Arduino processes it and sends it to the computer via a serial connection.

The Python GUI application, utilizing libraries such as PySerial and Tkinter, receives the data and displays it in a user-friendly interface. The GUI provides real-time monitoring of various engine parameters, including RPM, vehicle speed, coolant temperature, fuel consumption, and more. Overall, the integration of Arduino and MCP2515 to retrieve and save Obd2 data, along with the Python GUI, provides an effective and accessible solution for vehicle diagnostics and monitoring, catering to automotive enthusiast. ix CHAPTER 1: INTRODUCTION 1.1 Reason for choosing the topic Vietnam today is a country that is developing in all aspects.

The lives of the people here have improved significantly. Along with that, the demand for owning cars, whether for commuting, business, or simply collecting as a passion, is increasing. Recognizing these essential needs, major global automobile corporations such as Toyota, Honda, Kia, Mazda, Mercedes-Benz, and recently, the Vietnamese-made car brand Vinfast, have heavily invested in the Vietnamese market. The automobile market today is highly competitive.

Therefore, car manufacturers must invest in developing every aspect of a vehicle. This includes not only the engine, chassis, and transmission but also the criteria that consumers consider when choosing a car, such as aesthetics, convenience, safety, and environmental protection. In recent years, the automotive industry has witnessed the rapid development of smart and self-driving vehicles. The CAN bus plays a crucial role in connecting and communicating between the electronic components within a vehicle, thereby enabling advanced features such as autonomous driving systems, monitoring systems, and safety systems.

The CAN bus is an essential component of the electronic systems in transportation vehicles, especially cars. A solid understanding of the CAN bus is necessary to comprehend and work with the electronic systems in modern automobiles. The field of CAN bus in automotive transportation still has many aspects that require exploration and research. Delving into extended CAN bus protocols, such as J1939 and OBD-II, understanding the issues and challenges related to CAN bus, and proposing solutions and innovations for the future of CAN bus are all areas of interest.

Knowledge of the CAN bus is not only useful in the automotive industry but can also be applied in other areas such as motorcycles, trucks, buses, and various industrial systems.