BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HUỲNH QUỐC VIỆT NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH GIAO TIẾP GIỮA MÁY TÍNH VÀ ECU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ, MÁY KÉO - 605246 S KC 0 0 0 4 1 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2005 Luan van BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH LUAÄN VAÊN THAÏC SÓ KS. HUỲNH QUỐC VIỆT NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH GIAO TIẾP GIỮA MÁY TÍNH VÀ ECU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ Chuyeân ngaønh : KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ, MÁY KÉO Maõ soá ngaønh : 60 52 46 Tp. Hoà Chí Minh, thaùng 9 naêm 2005 Luan van MUÏC LUÏC NOÄI DUNG Trang Chöông 1.1 Ñaët vaán ñeà I 1.2 Muïc tieâu vaø nhieäm vuï II 1.3 Phaïm vi nghieân cöùu II 1.4 Ñoái töôïng nghieân cöùu III 1.5 Phöông phaùp nghieân cöùu III 1.6 ÖÙng duïng thöïc tieãn III 1.7 Ñieåm môùi cuûa luaän vaên III 1.8 Boá cuïc cuûa luaän vaên IV Chöông 2.
CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT VEÀ MAÙY TÍNH VAØ GIAO TIEÁP 1 2.1 Sô ñoà khoái toång quaùt maùy tính 1 2.1 Kieán truùc maùy tính toång quaùt 1 2.2 Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa caùc thaønh phaàn trong maùy tính 1 2.2 Tieâu chuaån giao tieáp maùy tính 5 2.1 Giao tieáp song song – giao tieáp qua coång maùy in 5 2.2 Giao tieáp qua Slot card 5 2.3 Giao tieáp noái tieáp qua coång RS-232 6 2.3 Toång quan veà coång noái tieáp 6 2.1 Khaùi nieäm veà giao tieáp noái tieáp 6 2.2 Tieâu chuaån giao tieáp coång noái tieáp 6 2.3 Phöông phaùp keát noái thieát bò 7 2.4 Traïng thaùi tín hieäu 8 2.5 Ñònh daïng vaø phöông thöùc truyeàn döõ lieäu noái tieáp 10 2.6 Nguyeân lyù truyeàn döõ lieäu 11 2.4 Khaùi quaùt veà giao tieáp noái tieáp trong Matlab 13 2.1 Trình töï thöïc hieän giao tieáp giöõa thieát bò vôùi coång noái tieáp 13 2.2 Thieát laäp vaø hieån thò caùc thuoäc tính caáu hình 14 2.5 Thieát laäp coång giao tieáp vôùi Matlab 15 2.1 Taïo coång noái tieáp 15 2.2 Keát noái thieát bò 17 2.3 Thieát laäp caáu hình giao tieáp 18 2.4 Vieát vaø ñoïc döõ lieäu 19 2.5 Ngöng keát noái vaø ngaét thieát bò 25 2.6 Söï kieän (Event) vaø haøm Callback 26 2.1 Loaïi söï kieän vaø thuoäc tính Callback 26 2.2 Löu tröõ thoâng tin söï kieän 28 2.3 Taïo vaø thöïc thi caùc haøm Callback 29 2.7 Söû duïng nhöõng chaân ñieàu kieån 29 Luan van 2.1 Baùo hieäu traïng thaùi keát noái thieát bò 29 2.2 Ñieàu khieån doøng döõ lieäu 30 2.8 Ghi thoâng tin leân ñóa 31 2.1 Phöông phaùp ghi taäp tin 31 2.2 Xaùc ñònh teân taäp tin 32 2.3 Ñònh daïng taäp tin 32 2.9 Löu vaø xuaát döõ lieäu 32 Chöông 3. CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT VEÀØ LINH KIEÄN THIEÁT KEÁ BOÄ GIAO 34 TIEÁP 3.1 Giôùi thieäu khaùi quaùt veà hoï vi ñieàu khieån MSC-51 34 3.2 Caáu truùc AT89S52 34 3.1 Giôùi thieäu AT89S52 34 3.2 Sô ñoà khoái 35 3.3 Chöùc naêng caùc chaân 36 3.4 Khaûo saùt caùc khoái nhôù beân trong 89S52 40 3.3 Hoaït ñoäng cuûa boä ñònh thôøi vaø caùch ngaét 45 3.1 Hoaït ñoäng cuûa ñònh thôøi 45 3.2 Hoaït ñoäng ngaét 48 3.4 Chöông trình ngoân ngöõ Assembly cuûa 89S52 49 3.2 Hoaït ñoäng cuûa trình bieân dòch 50 3.3 Caùc leänh duøng trong laäp trình 51 3.6 Vi maïch MAX232 55 3.8 Vi maïch LM324 58 3.9 Vi maïch 7805 60 Chöông 4. KHAÛO SAÙT HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN ÑOÄNG CÔ 61 4.1 Caáu truùc heä thoáng ñieàu khieån laäp trình vaø thuaät toaùn ñieàu 61 khieån 4.1 Sô ñoà caáu truùc vaø caùc khoái chöùc naêng 61 4.2 Thuaät toaùn ñieàu khieån laäp trình 62 4.2 Caùc tín hieäu vaøo 66 4.1 Caûm bieán ño gioù 66 4.2 Caûm bieán aùp suaát tuyeät ñoái treân ñöôøng oáng naïp 70 4.3 Caûm bieán böôùm ga 71 4.4 Caûm bieán nhieät ñoä nöôùc laøm maùt 72 4.5 Caûm bieán nhieät ñoä khí naïp 73 4.6 Caûm bieán khí thaûi 74 4.7 Caûm bieán toác ñoä ñoäng cô vaø vò trí piston 74 4.3 Boä ñieàu khieån ñieän töû 77 Luan van 4.1 Toång quan 77 4.3 Caáu truùc ECU 79 4.4 Maïch giao tieáp ngoõ vaøo 80 4.4 Caùc tín hieäu ñieàu khieån 82 4.1 Ñieàu khieån ñaùnh löûa 82 4.2 Ñieàu khieån kim phun 87 4.3 Ñieàu khieån cheá ñoä khoâng taûi vaø kieåm soaùt khí thaûi 94 4.5 Heä thoáng töï chaån ñoaùn 95 4.1 Toång quan veà heä thoáng töï chaån ñoaùn 95 4.2 Nguyeân lyù phaùt hieän loãi 96 4.3 Phöông phaùp truy xuaát maõ loãi 96 4.6 Truyeàn döõ lieäu noái tieáp trong ñoäng cô 98 4.1 Truyeàn döõ lieäu noái tieáp 98 4.2 Hieån thò döõ lieäu ñoäng cô 99 4.3 Maïch ñieän heä thoáng chaån ñoaùn OBD 100 4.4 Maïch ñieän heä thoáng chaån ñoaùn OBD-II 101 4.5 Nhöõng öùng duïng vaø haïn cheá cuûa maùy queùt döõ lieäu noái tieáp trong 102 chaån ñoaùn ñoäng cô Chöông 5. THIEÁT KEÁ GIAO DIEÄN GIAO TIEÁP BAÈNG MATLAB 103 5.1 Khaùi nieäm GUIDE trong Matlab 103 5.2 Phöông phaùp taïo GUIs vôùi GUIDE 103 5.1 Taïo moät GUIDE 104 5.2 Caùc thaønh phaàn trong GUIs 105 5.3 Thieát laäp thuoäc tính caùc thaønh phaàn 106 5.1 Hieån thò thuoäc tính ban ñaàu 107 5.2 Caùc thuoäc tính thöôøng duøng 107 5.3 Thieát laäp thuoäc tính cho caùc thaønh phaàn 108 5.4 Thuoäc tính Callback 113 5.1 Theâm caùc Callback vaøo M-file 113 5.2 Thay ñoåi Tag vaø thuoäc tính Callback 114 5.5 Laäp trình GUIs 114 5.9 Button group 119 Luan van 5.10 Caùc truïc toïa ñoä 119 5.6 ÖÙng duïng thieát keá giao dieän giao tieáp 123 5.1 Noäi dung thieát keá 123 5.2 Thieát keá noäi dung 127 5.3 Thieát keá hoäp thoaïi hieån thò thoâng baùo keát thuùc chöông trình 133 Chöông 6.
THIEÁT KEÁ BOÄ GIAO TIEÁP 134 6.1 Sô ñoà toång quaùt 134 6.1 Sô ñoà khoái chöùc naêng 134 6.2 Noäi dung thieát keá boä giao tieáp 135 6.3 Ñaëc ñieåm ñoäng cô thí nghieäm 136 6.4 Thöïc nghieäm xaùc ñònh ñaëc tuyeán laøm vieäc cuûa caùc caûm bieán treân 136 ñoäng cô.2 Thieát keá phaàn cöùng boä giao tieáp 139 6.1 Sô ñoà nguyeân lyù boä giao tieáp 139 6.2 Sô ñoà boá trí linh kieän 140 6.3 Boä giao tieáp 141 6.3 Thieát keá phaàn meàm boä giao tieáp 142 Chöông 7. THÖÏC NGHIEÄM 146 7.2 Sô ñoà thí nghieäm 146 7.1 Trình töï thöïc hieän thí nghieäm 146 7.2 Sô ñoà boá trí thí nghieäm 148 7.3 Phöông phaùp vaän haønh 148 7.4 Keát quaû thí nghieäm 150 7.1 Ñoïc döõ lieäu hieän haønh cuûa ñoäng cô 150 7.2 Nhaäp döõ lieäu ñieàu khieån ñoäng cô töø maùy tính 151 7.3 Ñoïc maõ loãi 153 7.6 Nhaän xeùt keát quaû thöïc nghieäm 156 Chöông 8. KEÁT LUAÄN VAØ ÑEÀ NGHÒ 8.3 Höôùng phaùt trieån cuûa ñeà taøi VI Phuï luïc 1. Chöông trình Matlab söû duïng trong giao dieän vaø giao tieáp Phuï luïc 2.
Chöông trình vi ñieàu khieån cuûa boä giao tieáp Phuï luïc 3. Baûng thoâng soá döõ lieäu ñoäng cô theo thöïc nghieäm Luan van Chöông 1: DAÃN NHAÄP 1. Ñaët vaán ñeà. Ñaõ hôn 118 naêm keå töø khi chieác oâ toâ ñaàu tieân treân theá giôùi ra ñôøi, ñeán nay oâ toâ ñaõ trôû thaønh moät phöông tieän vaän chuyeån caàn thieát khoâng gì thay theá ñöôïc trong xaõ hoäi loaøi ngöôøi.
So vôùi caùc phöông tieän giao thoâng khaùc, oâ toâ coù vò trí voâ cuøng quan troïng vì tæ leä haønh khaùch tham gia giao thoâng baèng ñöôøng boä cao hôn haún so vôùi caùc loaïi phöông tieän giao thoâng khaùc, haèng naêm tyû leä taêng tröôûng trong saûn xuaát oâtoâ ñaït xaáp xæ 3%. Cuøng vôùi xu höôùng phaùt trieån cuûa theá giôùi, khoa hoïc kyõ thuaät vaø coâng ngheä cuõng phaùt trieån khoâng ngöøng, nhieàu thaønh töïu noåi baät goùp phaàn thuùc ñaåy söï phaùt trieån caùc ngaønh coâng nghieäp. Neàn coâng nghieäp oâ toâ cuõng khoâng naèm ngoaøi quy luaät ñoù, töø nhöõng naêm 80 cuûa theá kyû XX, coâng ngheä ñieän töû ñaõ ñöôïc öùng duïng treân oâ toâ daàn daàn thay theá caùc cô caáu ñieàu khieån baèng cô khí. Qua nhieàu thaäp nieân, ñieän töû trôû thaønh moät trong nhöõng nhaân toá quan troïng khoâng theå thieáu ñöôïc treân oâ toâ.
Noù khoâng nhöõng giuùp ñoäng cô oâ toâ ñieàu khieån chính xaùc hôn nhaèm giaûm oâ nhieãm moâi tröôøng, tieát kieäm nhieân lieäu, taêng coâng suaát ñoäng cô maø coøn laø thöôùc ño giaù trò veà tính eâm dòu, möùc ñoä tieän nghi cuûa chieác oâ toâ hieän ñaïi, töø ñoù, quyeát ñònh khaû naêng soáng coøn cuûa chieác oâ toâ ñoù. Song song vôùi vieäc hieän ñaïi hoùa chieác oâ toâ ngaøy caøng hoaøn haûo hôn thì vaán ñeà baûo trì, chaån ñoaùn, söûa chöõa cuõng ngaøy caøng phöùc taïp hôn. Vôùi nhöõng chieác oâ toâ hieän ñaïi hieän nay, löôïng döõ lieäu ñieàu khieån xe ngaøy caøng nhieàu. Vì vaäy, chaån ñoaùn, söûa chöõa theo phöông phaùp thuû coâng ñaõ trôû neân heát söùc khoù khaên neáu khoâng muoán noùi laø khoâng töôûng.
Do ñoù, ñeå giuùp cho ngöôøi kyõ thuaät vieân thöïc hieän toát coâng vieäc chaån ñoaùn vaø söõa chöõa, caùc oâ toâ ñôøi môùi ñaõ trang bò heä thoáng töï chaån ñoaùn. Tuy nhieân, heä thoáng töï chaån ñoaùn chæ phaùt hieän ñöôïc loãi heä thoáng khi caùc tín hieäu naèm ngoaøi khoaûng xaùc ñònh cho pheùp. Vì theá, khi tín hieäu ñoù sai leäch vôùi thöïc teá nhöng vaãn naèm trong khoaûng xaùc ñònh ñoù thì heä thoáng töï chaån ñoaùn vaãn khoâng phaùt hieän ñöôïc. Ñieàu naøy daãn ñeán ñoäng cô hoaït ñoäng khoâng ñaït hieäu quaû cao.
Maët khaùc, vôùi cöông vò laø ngöôøi giaùo vieân kyõ thuaät, ngöôøi nghieân cöùu luoân mong muoán ñaït hieäu quaû cao trong coâng taùc giaûng daïy. Ngoaøi kieán thöùc chuyeân moân, loøng say meâ coâng vieäc coäng vôùi phöông phaùp sö phaïm hieän ñaïi thì thieát bò daïy hoïc cuõng goùp phaàn raát lôùn trong vieäc naâng cao hieäu quaû giaûng daïy, ñaëc bieät laø giaûng daïy kyõ thuaät. Nghieân cöùu, thieát keá, cheá taïo moâ hình daïy hoïc laø moät minh chöùng cuï theå vaø ñeà taøi naøy cuõng khoâng ngoaøi muïc ñích ñoù. Saûn phaåm cuûa ñeà taøi laø moâ hình daïy hoïc minh hoïa söï thay ñoåi caùc thoâng soá ñoäng cô vaø ñaëc bieät laø aûnh höôûng cuûa caùc tín hieäu ñaàu vaøo ñeán hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô nhö theá naøo.
Song song vôùi coâng taùc giaûng daïy, coâng taùc nghieân cöùu cuûa ngöôøi giaùo vieân kyõ thuaät cuõng khoâng keùm phaàn quan troïng. Haàu heát caùc döõ lieäu ñieàu khieån ñoäng cô I Luan van ñöôïc xaùc ñònh töø thöïc nghieäm. Nhöng do tín hieäu ñaàu vaøo khaù nhieàu, thieát bò trong nöôùc coøn khieâm toán neân chuùng ta khoâng theå xaùc ñònh ñöôïc söï aûnh höôûng cuûa töøng tín hieäu ñeán caùc cheá ñoä hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô. Ñieàu naøy aûnh höôûng raát lôùn ñeán coâng taùc nghieân cöùu.
Vôùi nhöõng traên trôû, khuùc maét trong chuyeân moân cuøng vôùi khaùt voïng naâng cao trình ñoä, caûi tieán, phaùt trieån kyõ thuaät. Ngöôøi nghieân cöùu ñaõ tìm ñöôïc höôùng giaûi quyeát trong ñeà taøi: “Nghieân cöùu, thieát keá, cheá taïo maïch giao tieáp giöõa maùy tính vaø ECU ñieàu khieån ñoäng cô “ do PGS.