Nghiên cứu, thử nghiệm mô - đun giả lập hệ thống chẩn đoán trên ô tô thông qua mạng CAN - LIN

Đồ án thử nghiệm mô đun giả lập chẩn đoán ô tô qua mạng CAN-LIN tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

• Tác giả: Trần Trung Hùng
• Người hướng dẫn: ThS. Lê Quang Vũ
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô
• Đề tài: Nghiên cứu, thử nghiệm mô - đun giả lập hệ thống chẩn đoán trên ô tô thông qua mạng CAN - LIN
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về mô đun giả lập hệ thống chẩn đoán CAN LIN

Mạng truyền thông trên ô tô hiện đại đóng vai trò xương sống cho mọi hoạt động điều khiển. Các giao thức như CAN và LIN kết nối hàng chục bộ điều khiển điện tử ECU trên phương tiện. Hệ thống này giúp giảm thiểu số lượng dây dẫn và nâng cao tốc độ truyền tải thông tin. Mạng CAN phụ trách các cụm điều khiển yêu cầu tốc độ cao và độ tin cậy tuyệt đối như động cơ, phanh hay túi khí. Ngược lại, mạng LIN đảm nhận các thiết bị ngoại vi tốc độ thấp hơn như gương chiếu hậu, gạt mưa hoặc cụm điều khiển cửa. Mô đun giả lập hệ thống chẩn đoán ô tô qua mạng CAN-LIN được xây dựng nhằm mô phỏng toàn diện môi trường mạng này. Thiết bị tái hiện chân thực các khung truyền dữ liệu và tín hiệu phản hồi theo tiêu chuẩn quốc tế. Cổng giao tiếp OBD-II chuẩn 16 chân được tích hợp trực tiếp trên mô đun. Nhờ đó, người học có thể kết nối các thiết bị quét chuyên dụng để giám sát tham số thời gian thực. Hệ thống tạo ra nền tảng trực quan để tìm hiểu sâu về luồng dữ liệu xe hơi mà không cần tiếp xúc trực tiếp trên xe thật đắt đỏ.

1.1. Vai trò của mạng CAN và LIN trong công nghệ ô tô

Mạng CAN và LIN tạo thành cấu trúc phân tầng tối ưu trên xe hơi hiện đại. Chuẩn CAN sử dụng phương thức truyền tín hiệu vi sai qua hai dây CAN High và CAN Low. Phương thức này loại bỏ hiệu quả hiện tượng nhiễu điện từ trong khoang động cơ. Tốc độ truyền tải của mạng CAN đạt mức một megabit mỗi giây trên chuẩn CAN 2.0 và cao hơn với CAN FD. Trong khi đó, chuẩn LIN sử dụng kết nối đơn tuyến giá thành thấp với cơ chế một chủ nhiều tớ. Giao thức LIN vận hành ở tốc độ tối đa hai mươi kilobit mỗi giây, rất phù hợp cho thiết bị tiện nghi. Sự phối hợp nhịp nhàng giữa CAN và LIN giúp giảm trọng lượng bó dây điện, tiết kiệm nhiên liệu và đơn giản hóa quy trình bảo dưỡng.

1.2. Tầm quan trọng của tiêu chuẩn chẩn đoán OBD II

Tiêu chuẩn chẩn đoán OBD-II là quy chuẩn bắt buộc trên các dòng ô tô thương mại ngày nay. Hệ thống này liên tục giám sát trạng thái khí thải, hiệu suất động cơ và các cảm biến cốt lõi. Cổng kết nối DLC mười sáu chân đóng vai trò giao diện vật lý tiêu chuẩn kết nối máy quét với ECU. Khi phát hiện hư hỏng, bộ điều khiển sẽ lưu trữ mã lỗi chẩn đoán DTC tương ứng vào bộ nhớ. Kỹ thuật viên dễ dàng tra cứu mã lỗi để xác định chính xác khu vực gặp sự cố. Việc trang bị cổng OBD-II trên mô đun giúp học viên tiếp cận quy trình kiểm tra xe thực tế, từ đó rèn luyện kỹ năng phân tích dữ liệu chuyên nghiệp.

II. Phân tích khó khăn khi đào tạo chẩn đoán ô tô qua mạng CAN LIN

Công tác đào tạo kỹ thuật chẩn đoán mạng ô tô hiện nay đối mặt với nhiều rào cản lớn. Chi phí đầu tư phương tiện thử nghiệm thực tế rất cao và khó nhân rộng cho nhiều sinh viên. Việc can thiệp trực tiếp lên hệ thống điện của xe thật tiềm ẩn rủi ro chập cháy hoặc hư hại các linh kiện đắt tiền. Hơn nữa, việc tạo pan lỗi thực tế trên ô tô hoàn chỉnh đòi hỏi thời gian phức tạp và dễ gây mất an toàn kỹ thuật. Các xưởng thực hành đại học thường thiếu trang thiết bị chuyên biệt mô phỏng tín hiệu vi sai mạng CAN và LIN. Học viên vì vậy khó có cơ hội quan sát dạng sóng tín hiệu thực tế cũng như cấu trúc khung truyền tin. Khái niệm về trọng tài bus, bit nhồi hoặc lỗi truyền dẫn trở nên quá trừu tượng trên các trang sách lý thuyết. Thiết bị chẩn đoán đắt tiền cũng khó được khai thác triệt để nếu không có môi trường thực nghiệm an toàn. Do đó, nhu cầu chế tạo một mô đun giả lập chuyên dụng, giá thành hợp lý và độ bền cao trở thành vấn đề kỹ thuật cấp bách đối với ngành công nghệ ô tô.

2.1. Hạn chế về thiết bị thực hành và an toàn kỹ thuật

Các phòng thí nghiệm ô tô gặp nhiều khó khăn trong việc trang bị đầy đủ xe thực hành cho sinh viên. Một chiếc xe hoàn chỉnh đòi hỏi kinh phí mua sắm và bảo trì rất lớn. Quá trình thao tác tạo lỗi trên xe thật có nguy cơ làm hỏng các hộp điều khiển ECU đắt tiền. Nguy cơ đoản mạch hoặc cháy nổ hệ thống dây điện trên xe luôn tiềm ẩn. Điều này hạn chế khả năng thực hành độc lập của người học. Việc thiếu các thiết bị đo lường chuyên biệt như máy hiện sóng hay máy phân tích logic cũng khiến việc học tập bị gián đoạn. Sinh viên khó nắm bắt được bản chất vật lý của mạng dữ liệu nếu chỉ học qua các mô hình tĩnh.

2.2. Sự phức tạp trong cấu trúc khung truyền dữ liệu

Cấu trúc phân lớp của mạng CAN và LIN chứa đựng nhiều thuật toán phức tạp. Quá trình phân xử quyền ưu tiên trên bus sử dụng ID thông điệp đòi hỏi sự phối hợp chuẩn xác giữa các nút mạng. Trạng thái bit trội (dominant) và bit lặn (recessive) thay đổi liên tục ở tốc độ cao trên dây dẫn. Nếu không có mô đun chuyên dụng, người học khó phân biệt được lỗi khung, lỗi bit hay lỗi chẵn lẻ CRC. Ngoài ra, việc giao tiếp với cổng DLC đòi hỏi tuân thủ nghiêm ngặt các quy chuẩn tín hiệu thời gian. Thiếu công cụ giả lập khiến học viên gặp nhiều bỡ ngỡ khi bước vào môi trường sửa chữa xe hơi chuyên nghiệp sau khi ra trường.

III. Giải pháp thiết kế mô đun giả lập hệ thống chẩn đoán CAN LIN

Mô đun giả lập hệ thống chẩn đoán ô tô qua mạng CAN-LIN được nghiên cứu và thiết kế với kiến trúc tối ưu. Thiết bị sử dụng vi điều khiển hiệu năng cao kết hợp với các bộ thu phát CAN và LIN chuyên dụng. Phần cứng tích hợp đầy đủ hai điện trở đầu cuối 120 Ohm để ngăn chặn phản xạ tín hiệu trên đường bus. Khối mạch nguồn được trang bị các tầng bảo vệ chống quá áp, quá dòng và chống đảo cực an toàn. Thiết kế bố trí các điểm đo tín hiệu giúp học viên dễ dàng cắm que đo máy hiện sóng để quan sát xung điện áp vi sai. Về mặt phần mềm, mô đun lập trình sẵn các kịch bản phát sinh lỗi thường gặp như mất liên lạc ECU, lỗi cảm biến hoặc hỏng đường truyền. Thuật toán xử lý cho phép mô phỏng chính xác dữ liệu từ cảm biến tốc độ, nhiệt độ nước làm mát và vị trí bướm ga. Khi thiết bị chẩn đoán gửi yêu cầu qua cổng DLC, mô đun tự động phản hồi các khung tin tương thích chuẩn OBD-II. Nhờ đó, người học có thể đọc tham số trực tiếp, kiểm tra đồ thị dữ liệu và xóa mã lỗi một cách dễ dàng và an toàn.

3.1. Thiết kế phần cứng và cấu hình mạch thu phát tín hiệu

Phần cứng mô đun được thiết kế dạng module linh hoạt trên bo mạch in hai lớp chất lượng cao. Khối điều khiển trung tâm đảm nhiệm xử lý logic, đồng bộ hóa chu kỳ truyền nhận và quản lý dữ liệu. Bộ thu phát CAN chuyên dụng chuyển đổi các mức logic thành tín hiệu vi sai trên hai dây CAN_H và CAN_L. Tương tự, IC thu phát LIN điều hòa tín hiệu điện áp đơn tuyến chuẩn mười hai vôn trên xe. Các đầu nối mở rộng cho phép kết nối thêm nhiều nút mạng giả lập khác nhau. Mạch tích hợp công tắc ngắt điện trở đầu cuối phục vụ việc khảo sát hiện tượng suy hao và phản xạ sóng trên đường bus thực nghiệm.

3.2. Thuật toán mô phỏng dữ liệu và xử lý mã lỗi OBD II

Phần mềm điều khiển được lập trình bằng ngôn ngữ C tối ưu hóa với kiến trúc máy trạng thái hữu hạn. Chương trình tạo các gói tin định kỳ mô phỏng cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến lưu lượng khí nạp và tốc độ trục khuỷu. Khi phát hiện lệnh chẩn đoán từ cổng DLC, hệ thống sẽ phân giải các dịch vụ OBD-II tiêu chuẩn. Thiết bị hỗ trợ đọc dữ liệu tức thời Mode 1, đọc thông tin xe Mode 9 và truy xuất mã lỗi Mode 3. Bên cạnh đó, hệ thống hỗ trợ mô phỏng kích hoạt mã lỗi DTC thông qua các nút bấm cài đặt trên bảng điều khiển. Quy trình này giúp người thao tác quan sát trực quan sự biến thiên tham số.

IV. Ứng dụng mô đun giả lập hệ thống chẩn đoán ô tô tại ĐH SPKT TPHCM

Mô đun giả lập hệ thống chẩn đoán ô tô qua mạng CAN-LIN tại ĐH SPKT TPHCM mang lại giá trị thực tiễn to lớn cho công tác đào tạo. Đề tài tốt nghiệp thuộc Khoa Cơ khí Động lực đã chứng minh khả năng thay thế hiệu quả các xe thử nghiệm đắt tiền trong bài giảng thực hành. Sinh viên dễ dàng tiếp cận quy trình kiểm tra mã lỗi, phân tích khung truyền CAN và tín hiệu điều khiển LIN. Sự an toàn tuyệt đối của mô đun tạo điều kiện thuận lợi để người học tự do thử nghiệm các kịch bản tạo lỗi pan mà không sợ gây hư hại thiết bị. Hệ thống mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi tại các phòng thí nghiệm kỹ thuật ô tô trên toàn quốc. Thiết bị hỗ trợ giảng viên xây dựng các bài tập đo kiểm phong phú, nâng cao chất lượng dạy học chuyên ngành điện tử ô tô. Ngoài ra, mô đun đóng vai trò cầu nối quan trọng giữa lý thuyết mạng truyền thông phức tạp và kỹ năng sửa chữa thực tiễn. Nghiên cứu khẳng định năng lực sáng tạo của sinh viên ĐH SPKT TPHCM trong việc ứng dụng công nghệ nhúng vào giải quyết các bài toán kỹ thuật hiện đại.

4.1. Hiệu quả giảng dạy thực hành tại Khoa Cơ khí Động lực

Mô đun giả lập mang lại bước tiến vượt bậc trong phương pháp dạy học tại Khoa Cơ khí Động lực. Giảng viên có thể hướng dẫn chi tiết từng nhóm sinh viên thực hành trên thiết bị nhỏ gọn và an toàn. Học viên chủ động kết nối máy đọc lỗi OBD-II để tra cứu mã lỗi DTC và xem dữ liệu động. Việc quan sát dạng sóng trực tiếp trên máy hiện sóng giúp làm sáng tỏ các nguyên lý phân xử bus và phát hiện xung nhiễu. Sự trực quan hóa này nâng cao khả năng tiếp thu bài học, giảm thời gian giải thích lý thuyết trừu tượng và nâng cao kỹ năng tư duy logic cho kỹ sư tương lai.

4.2. Hướng phát triển mở rộng cho hệ thống mạng trên ô tô

Đề tài mở ra nhiều triển vọng cải tiến kỹ thuật trong các giai đoạn phát triển tiếp theo. Mô đun có khả năng nâng cấp để hỗ trợ giao thức CAN FD với tốc độ truyền dữ liệu lên đến năm megabit mỗi giây. Việc tích hợp thêm chuẩn mạng ô tô tiên tiến khác như Automotive Ethernet và FlexRay cũng hoàn toàn khả thi. Bên cạnh đó, hệ thống có thể kết nối với phần mềm giao diện trên máy tính thông qua chuẩn truyền thông không dây Bluetooth hoặc Wi-Fi. Cải tiến này giúp người dùng điều khiển từ xa, ghi nhận dữ liệu đo kiểm và tự động hóa quy trình phân tích tín hiệu một cách thông minh và tiện lợi hơn.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành công nghiệp ô tô hiện đại, sự gia tăng nhanh chóng của các hệ thống điều khiển điện tử đòi hỏi các phương thức truyền thông tin cậy, tốc độ cao và tối ưu hóa chi phí. Mạng CAN (Controller Area Network) và mạng LIN (Local Interconnect Network) đã trở thành hai chuẩn truyền thông tiêu chuẩn: CAN đảm nhiệm kết nối các bộ điều khiển trung tâm (ECU) đòi hỏi độ tin cậy và băng thông cao, trong khi LIN phục vụ các cụm thiết bị ngoại vi cấp thấp nhằm giảm thiểu chi phí dây dẫn. Đi kèm với cấu trúc mạng này là giao thức chẩn đoán On-Board Diagnostics (OBD-II), cho phép các thiết bị chuyên dụng giao tiếp với phương tiện để trích xuất dữ liệu vận hành và xử lý sự cố.

Tuy nhiên, việc nghiên cứu, kiểm thử và đào tạo kỹ thuật chẩn đoán ô tô gặp phải rào cản lớn do chi phí đầu tư phương tiện thật hoặc các thiết bị mô phỏng chuyên dụng từ nước ngoài rất đắt đỏ. Việc can thiệp trực tiếp lên xe thật trong quá trình thực hành còn tiềm ẩn nguy cơ gây hư hại các cụm điều khiển điện tử. Xuất phát từ thực tiễn đó, đề tài "Nghiên cứu, thử nghiệm mô-đun giả lập hệ thống chẩn đoán trên ô tô thông qua mạng CAN-LIN" được thực hiện nhằm cung cấp một giải pháp phần cứng giá thành thấp, có khả năng tái tạo tín hiệu mạng và tương thích trực tiếp với máy chẩn đoán thương mại.

Mục tiêu nghiên cứu được xác định cụ thể gồm ba nhiệm vụ:

1. Nghiên cứu và chế tạo mô-đun giả lập tín hiệu mạng CAN.
2. Kết nối máy chẩn đoán với mô-đun thông qua cổng OBD để thực thi các chức năng chẩn đoán tiêu chuẩn.
3. Nghiên cứu và chế tạo mô-đun giả lập tín hiệu mạng LIN phục vụ công tác quan sát, phân tích dữ liệu ngoại vi.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Giao thức truyền thông CAN, giao thức truyền thông LIN và hệ thống chẩn đoán tiêu chuẩn OBD-II trên ô tô.
• Phạm vi không gian: Thực hiện đo đạc, thu thập và phân tích dữ liệu thực tế trên hai mô hình hộp điều khiển xe Kia Picanto SA 2011 và Chevrolet Cruze 2011 tại Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh.
• Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai từ ngày 23/02/2025 đến ngày 10/06/2025.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài vận dụng hệ thống lý thuyết về mạng truyền thông nội bộ trên ô tô và các tiêu chuẩn chẩn đoán quốc tế, bao gồm:

• Chuẩn giao tiếp CAN (ISO 11898): Phân tích đặc tính vật lý của CAN tốc độ cao (ISO 11898-2, tốc độ tối đa 1 Mbps, thường sử dụng 500 kbps) và CAN tốc độ thấp (ISO 11898-3, tốc độ tối đa 125 kbps). Phương thức truyền tín hiệu vi sai trên hai dây CAN_H và CAN_L với hai trạng thái logic: Dominant (mức 0, hiệu điện thế chênh lệch $V_{diff} > 0.9V$) và Recessive (mức 1, $V_{diff} < 0.5V$). Cơ chế phân xử quyền ưu tiên không phá hủy dữ liệu (CSMA/CR) dựa trên mã định danh Identifier (11 bit ở chuẩn CAN 2.0A và 29 bit ở chuẩn CAN 2.0B). Cấu trúc các loại khung: Khung dữ liệu (Data Frame), Khung yêu cầu truyền từ xa (Remote Frame), Khung báo lỗi (Error Frame) và Khung báo quá tải (Overload Frame).
• Chuẩn truyền tải dữ liệu chẩn đoán CAN-TP (ISO 15765-2): Cơ chế phân đoạn thông điệp vượt quá độ dài 8 byte của khung CAN tiêu chuẩn (hỗ trợ gói tin lên đến 4096 byte), quy định 4 cấu trúc khung PCI: Khung đơn (Single Frame - SF, mã 0x0), Khung đầu tiên (First Frame - FF, mã 0x1), Khung liên tiếp (Consecutive Frame - CF, mã 0x2) và Khung điều khiển luồng (Flow Control Frame - FC, mã 0x3 chứa các thông số Flow Status, Block Size và Separation Time).
• Chuẩn giao tiếp LIN: Giao thức truyền thông nối tiếp một dây dựa trên UART/ISO 9141, điện áp danh định 12V, tốc độ truyền tối đa 20 kbps (thường dùng 19.2 kbps). Mô hình mạng Master-Slave với cấu trúc khung gồm Header do Master phát (trường Break, Sync 0x55, ID có 2 bit Parity kiểm tra) và Response do Master hoặc Slave phát (1 đến 8 byte dữ liệu cùng trường Checksum). Cơ chế quản lý năng lượng bao gồm chế độ ngủ (Sleep Mode qua lệnh Master Request ID 60 byte dữ liệu đầu bằng 0, hoặc bus không hoạt động quá 4 giây) và chế độ đánh thức (Wakeup bằng cách kéo bus về mức Dominant từ 250 µs đến 5 ms).
• Hệ thống chẩn đoán On-Board Diagnostics (OBD-II / ISO 15765-4): Cấu trúc 16 chân của giắc kết nối DLC và 10 chế độ hoạt động chẩn đoán tiêu chuẩn (từ Mode 01 đến Mode 0A).

Phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai qua các bước:

• Phương pháp phân tích thực nghiệm và giải mã gói tin: Sử dụng thiết bị phần cứng chuyên dụng CH-OBD-FD CAN-FD/LIN kết hợp phần mềm Car Bus Analyzer và CAN-Hacker để trích xuất, phân tích các khung truyền CAN và LIN thực tế trên mô hình xe Kia Picanto SA 2011 và Chevrolet Cruze 2011.
• Phương pháp thiết kế hệ thống nhúng: Lập trình điều khiển vi điều khiển ARM Cortex-M3 (STM32F103C8T6), thiết kế mạch giao tiếp phần cứng trên phần mềm Proteus 8, xây dựng thuật toán phân tích yêu cầu từ máy chẩn đoán và đóng gói dữ liệu phản hồi theo đúng định dạng thời gian thực.
• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu khung truyền thu thập trực tiếp từ cổng giao tiếp của hai dòng xe khảo sát, tài liệu kỹ thuật chuẩn ISO và thông số linh kiện từ các nhà sản xuất bán dẫn.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống được hiện thực hóa dưới dạng các mô-đun phần cứng chuyên dụng, kết hợp giữa mạch vi điều khiển và các tầng thu phát vật lý tương ứng cho từng giao thức.

Thành phần / Thiết bị	Chủng loại / Linh kiện	Vai trò kỹ thuật trong hệ thống
Vi điều khiển trung tâm	STM32F103C8T6 (ARM Cortex-M3)	Xử lý logic, quản lý bộ đệm CAN/LIN, thuật toán chẩn đoán OBD-II
Bộ thu phát CAN	MCP2551	Chuyển đổi mức logic từ chân CAN_Tx/CAN_Rx sang mức vi sai CAN_H/CAN_L
Bộ thu phát LIN	TJA1020 (TTL UART sang LIN)	Chuyển đổi mức logic UART 3.3V/5V của vi điều khiển sang mức điện áp bus LIN 12V
Cổng giao tiếp chẩn đoán	Cổng DLC 16 chân tiêu chuẩn OBD-II	Giao tiếp vật lý hai chiều trực tiếp với máy chẩn đoán thương mại
Cảm biến giả lập	Chiết áp xoay (Potentiometer)	Tạo điện áp analog biến thiên đưa vào bộ ADC để mô phỏng tín hiệu cảm biến
Thiết bị thu thập, phân tích	CAN-Hacker, CH-OBD-FD CAN-FD/LIN	Bắt gói tin, kiểm tra cấu trúc khung truyền trên xe mẫu và kiểm thử mô-đun
Phần mềm thiết kế & giám sát	Proteus 8, LabVIEW	Thiết kế sơ đồ nguyên lý, layout mạch in và lập trình giao diện giám sát

Quy trình triển khai thuật toán được tổ chức thành hai khối chức năng chính:

• Khối mô-đun CAN: Vi điều khiển cấu hình bộ lọc CAN nội bộ để nhận dạng các ID yêu cầu chẩn đoán (chuẩn 11-bit ID 0x7DF hoặc 0x7E0). Khi nhận được yêu cầu, thuật toán phân loại theo Mode OBD-II. Với Mode 01, dữ liệu đọc từ chân ADC liên kết với chiết áp được ánh xạ thành giá trị PID cảm biến (như tốc độ động cơ, nhiệt độ nước làm mát) và gửi về máy quét dưới dạng Single Frame. Với Mode 02, hệ thống đóng băng và lưu trữ các giá trị cảm biến tại thời điểm phát sinh mã lỗi. Với các chế độ trả về chuỗi dữ liệu dài như Mode 03 (đọc mã lỗi lưu trữ DTCs), Mode 07 (mã lỗi chờ xử lý), Mode 09 (đọc chuỗi VIN) và Mode 0A (mã lỗi vĩnh viễn), thuật toán áp dụng chuẩn ISO 15765-2 để gửi gói First Frame, đợi gói Flow Control từ máy chẩn đoán, sau đó tuần tự gửi các gói Consecutive Frame. Chế độ điều khiển cơ cấu chấp hành hỗ trợ nhận lệnh bật/tắt tín hiệu Ignition 1.
• Khối mô-đun LIN: Từ dữ liệu bắt gói thực tế của bộ công tắc điều khiển cửa kính xe Chevrolet Cruze 2011, nhóm tác giả xây dựng bảng mã trạng thái ứng với từng thao tác vật lý. Vi điều khiển đóng vai trò LIN Slave kết nối qua chip TJA1020, lắng nghe Header từ Master (thiết bị CH-OBD-FD đóng vai trò Master phát chuỗi Break-Sync-ID) và gửi Response mang tải trọng dữ liệu phản ánh chính xác trạng thái công tắc tương ứng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Lý do chọn đề tài, mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu và cơ sở lý thuyết tổng quan

Chương 1 thiết lập luận cứ khoa học và cơ sở lý thuyết cho toàn bộ đề tài:

• Phân tích bối cảnh công nghệ mạng truyền thông trên ô tô, đối chiếu tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước (chủ yếu dừng ở việc mô phỏng dữ liệu hiển thị Mode 01 qua phần mềm, thiếu vắng việc thực hiện đầy đủ các chế độ OBD-II kết hợp mạng LIN trên phần cứng thực) và ngoài nước (các thiết bị thương mại như OBD-II ECU Simulator của Kevin Liang hay các nền tảng đào tạo chuyên dụng có chi phí rất cao).
• Tổng hợp chi tiết lý thuyết mạng CAN: Cấu trúc bus, mức điện áp Dominant/Recessive, cấu trúc khung truyền dữ liệu tiêu chuẩn và mở rộng, cơ chế kiểm tra lỗi (Bit, Stuff, CRC, Form, ACK) và giao thức truyền tải đa khung CAN-TP (ISO 15765-2).
• Khái quát giao thức LIN: Đặc tính lớp vật lý, cấu trúc bức điện LIN (Break, Sync, ID, Data, Checksum classic và enhanced), các loại khung truyền (Unconditional, Event-triggered, Sporadic, Diagnostic), cùng cơ chế quản lý trạng thái mạng (Sleep và Wakeup).
• Giới thiệu hệ thống OBD-II: Lịch sử chuẩn hóa từ CARB/EPA (1988 đến nay), chuẩn kết nối DLC 16 chân và phân tích chức năng chi tiết của 10 chế độ làm việc (Mode 01 đến Mode 0A).

Kết quả nghiên cứu

Phần này trình bày toàn bộ tiến trình thực nghiệm, thuật toán điều khiển và dữ liệu kiểm thử thực tế của hai mô-đun:

• Xây dựng mô-đun CAN: Trình bày chi tiết sơ đồ giải thuật cho từng chế độ phản hồi chẩn đoán: Quét giao thức ISO CAN BUS, phản hồi Mode 01 kèm thuật toán chuyển đổi giá trị chiết áp thành thông số cảm biến, lưu trữ dữ liệu Freeze Frame của Mode 02, thuật toán truyền Multi-Frame cho Mode 03, xóa mã lỗi Mode 04, đọc mã lỗi Mode 07 và Mode 0A, trích xuất mã nhận dạng phương tiện VIN ở Mode 09, cùng thuật toán điều khiển cơ cấu chấp hành bật/tắt Ignition 1. Kết quả kiểm thử cho thấy mô-đun CAN kết nối ổn định với máy chẩn đoán thương mại, hiển thị trực tiếp dữ liệu thay đổi theo chiết áp, hiển thị mã lỗi khi được kích hoạt và thực hiện xóa lỗi thành công.
• Xây dựng mô-đun LIN: Phân tích các khung truyền thực tế của bộ công tắc tài xế xe Chevrolet Cruze 2011 kết nối với thiết bị đọc LIN ở nhiều chế độ: Trạng thái bình thường, nâng/hạ/auto kính cửa tài xế, nâng/hạ/auto kính cửa hành khách, nâng/hạ/auto kính cửa sau trái, nâng/hạ/auto kính cửa sau phải, và chế độ khóa/mở khóa nâng hạ kính. Xây dựng thuật toán cho vi điều khiển đóng vai trò Slave phản hồi yêu cầu từ Master, kiểm chứng thành công khả năng giao tiếp giữa mô-đun với thiết bị phân tích CH-OBD-FD CAN-FD/LIN.

Đánh giá kết quả nghiên cứu

Phần này tổng kết các kết quả đạt được về mặt chế tạo mô hình và hiệu năng giao thức:

• Thiết kế hoàn thiện mạch phần cứng trên Proteus 8, gia công mạch in, chế tạo vỏ hộp bảo vệ hoàn chỉnh và xây dựng giao diện hiển thị, điều khiển trên phần mềm LabVIEW.
• Đánh giá khả năng đáp ứng của giao thức CAN khi kết nối trực tiếp với các dòng máy chẩn đoán khác nhau trên thị trường, xác nhận độ trễ và tính tương thích chuẩn khung truyền.
• Đánh giá mức độ ổn định của giao thức LIN khi giả lập bộ công tắc tài xế và đề xuất các phương hướng hoàn thiện hệ thống.

Kết quả và đóng góp

Kết quả thực nghiệm của đề tài được tổng hợp thông qua các thông số và tính năng kỹ thuật cụ thể đã kiểm chứng trên thiết bị thực tế:

Hạng mục kiểm thử	Đối tượng / Công cụ thực nghiệm	Kết quả ghi nhận trong văn bản
Quét giao thức kết nối	Máy chẩn đoán thương mại	Nhận diện chính xác chuẩn ISO CAN BUS Protocol qua cổng DLC
Đọc dữ liệu Mode 01	Chiết áp analog + Máy chẩn đoán	Giá trị cảm biến (tốc độ, nhiệt độ...) thay đổi tuyến tính theo vị trí chiết áp
Dữ liệu đóng băng Mode 02	Lỗi giả lập trên mô-đun	Ghi nhận và hiển thị thông số cảm biến tại thời điểm xuất hiện lỗi
Đọc mã lỗi Mode 03, 07, 0A	Máy chẩn đoán + Thuật toán Multi-Frame	Truyền tải và hiển thị chính xác danh sách mã lỗi lưu trữ, mã lỗi chờ và mã lỗi vĩnh viễn
Xóa mã lỗi Mode 04	Lệnh xóa từ máy chẩn đoán	Xóa thành công mảng mã lỗi đã lưu và giải phóng dữ liệu đóng băng trong vi điều khiển
Nhận dạng xe Mode 09	Máy chẩn đoán	Xuất chuỗi mã số VIN hợp lệ qua giao thức đa khung ISO 15765-2
Điều khiển chấp hành	Lệnh kích hoạt từ máy chẩn đoán	Thực thi thành công lệnh bật và tắt trạng thái Ignition 1
Giả lập mạng LIN	Tool CH-OBD-FD + Car Bus Analyzer	Phản hồi chính xác 11 trạng thái thao tác của cụm công tắc kính xe Chevrolet Cruze

Đóng góp của đề tài so với các nghiên cứu trước đó trong nước:

• Tích hợp thành công giải pháp giả lập đồng thời hai mạng truyền thông nền tảng CAN và LIN trên nền vi điều khiển phổ thông STM32F103C8T6 với chi phí chế tạo thấp.
• Khắc phục hạn chế của các nghiên cứu mô phỏng trước đây (vốn chỉ dừng lại ở việc đọc dữ liệu hiện hành Mode 01), triển khai đầy đủ các chế độ OBD-II phức tạp từ Mode 01 đến Mode 0A, xử lý thành công cơ chế truyền nhận đa khung dữ liệu (Multi-Frame) theo tiêu chuẩn ISO 15765-2.
• Cung cấp mô hình phần cứng có khả năng tương tác hai chiều với máy chẩn đoán thật (cho phép cả chức năng đọc dữ liệu, xóa lỗi và điều khiển cơ cấu chấp hành), giúp loại bỏ sự phụ thuộc vào xe thật trong quá trình kiểm thử thiết bị chẩn đoán.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài được tác giả ghi nhận trực tiếp trong văn bản:

• Giới hạn tài nguyên phần cứng: Vi điều khiển STM32F103C8T6 có dung lượng bộ nhớ (RAM, Flash) và xung nhịp xử lý hạn chế, chưa đáp ứng được việc mô phỏng các mạng CAN có cấu trúc đa nút phức tạp hoặc các chuẩn truyền thông tốc độ cao như CAN-FD ở tải bus lớn.
• Mức độ tương thích tín hiệu: Tín hiệu giả lập vẫn chịu giới hạn về độ chính xác thời gian thực so với hệ thống ECU thực tế do hạn chế về thuật toán và phần cứng xử lý.
• Phạm vi dịch vụ OBD-II: Hệ thống mới đáp ứng các chế độ cơ bản của chuẩn OBD-II tiêu chuẩn, chưa bao quát toàn bộ các dịch vụ chẩn đoán mở rộng (như chuẩn chẩn đoán hợp nhất UDS - ISO 14229).
• Giới hạn mạng LIN: Mô-đun LIN mới dừng lại ở việc mô phỏng giao tiếp đơn lẻ một Slave (bộ công tắc tài xế), chưa triển khai được mạng LIN đa nút với nhiều thiết bị ngoại vi cùng lúc.

Hướng phát triển tiếp theo được đề xuất:

• Nâng cấp cấu hình vi điều khiển lên các dòng chip có hiệu năng cao hơn, dung lượng bộ nhớ lớn hơn để mở rộng tính năng mô phỏng.
• Tích hợp thêm các giao thức chẩn đoán chuyên sâu (như UDS, KWP2000).
• Mở rộng kiến trúc mạng LIN hỗ trợ nhiều nút Slave đồng thời trên cùng một đường bus.

Giá trị tham khảo

Đề tài là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho:

• Sinh viên, học viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa có định hướng nghiên cứu sâu về điện tử ô tô, mạng truyền thông nội bộ và hệ thống chẩn đoán.
• Các kỹ sư phát triển thiết bị chẩn đoán (Scan tools), thiết bị ghi dữ liệu (Data Loggers), hoặc các nhà phát triển phần mềm giao tiếp OBD-II cần một công cụ phần cứng chi phí thấp để kiểm thử chức năng mà không cần tiếp cận phương tiện thực tế.
• Các nội dung có giá trị tham khảo kỹ thuật cao gồm: Quy trình bắt và giải mã bức điện CAN/LIN trên xe thật bằng công cụ CH-OBD-FD; phương pháp xây dựng thuật toán phân mảnh gói tin chẩn đoán đa khung ISO 15765-2; sơ đồ mạch nguyên lý thiết kế trên Proteus 8 và phương pháp lập trình vi điều khiển giao tiếp với chip MCP2551 và TJA1020.

Câu hỏi thường gặp

1. Đề tài đã thu thập dữ liệu khung truyền thực tế trên những dòng xe nào để làm cơ sở thiết kế mô-đun?
Dữ liệu khung truyền thực tế được đo đạc, thu thập và phân tích trực tiếp từ hai mô hình hộp điều khiển xe tại Khoa Cơ khí Động lực: Kia Picanto SA đời 2011 và Chevrolet Cruze đời 2011.

2. Cấu hình phần cứng chính của mô-đun giả lập tín hiệu gồm những linh kiện nào?
Hệ thống sử dụng vi điều khiển trung tâm STM32F103C8T6 (lõi ARM Cortex-M3), kết hợp bộ thu phát CAN MCP2551, bộ chuyển đổi UART sang LIN TJA1020, cổng kết nối DLC 16 chân tiêu chuẩn OBD-II và các chiết áp xoay để tạo tín hiệu analog đưa vào bộ chuyển đổi ADC.

3. Cơ chế truyền đa khung (Multi-Frame) theo chuẩn ISO 15765-2 được triển khai như thế nào trong mô-đun CAN?
Khi dữ liệu chẩn đoán vượt quá dung lượng 8 byte của một khung CAN đơn lẻ (như khi truyền danh sách mã lỗi Mode 03 hoặc mã số VIN Mode 09), mô-đun gửi khung First Frame (chứa thông tin tổng chiều dài dữ liệu), chờ nhận khung Flow Control từ máy chẩn đoán để xác định trạng thái cho phép gửi và thời gian trễ, sau đó tuần tự gửi các khung Consecutive Frame có đánh số thứ tự từ 1 đến 15 (quay vòng về 0) cho đến khi hoàn tất chuỗi dữ liệu.

4. Mô-đun mạng LIN trong đề tài mô phỏng cụ thể cụm chi tiết nào trên xe?
Mô-đun LIN đóng vai trò Slave mô phỏng toàn bộ hoạt động của cụm công tắc cửa kính phía tài xế trên xe Chevrolet Cruze 2011, bao gồm 11 trạng thái: Nghỉ bình thường, nâng/hạ/auto kính cửa tài xế, nâng/hạ/auto kính cửa hành khách, nâng/hạ/auto kính cửa sau trái, nâng/hạ/auto kính cửa sau phải, và chế độ khóa/mở khóa công tắc nâng hạ kính.

5. Mô-đun CAN đã vượt qua những bài kiểm thử chẩn đoán thực tế nào với máy chẩn đoán thương mại?
Mô-đun đã được kiểm chứng tương thích thành công qua các bài đo: Quét tự động nhận diện giao thức ISO CAN BUS, đọc thông số cảm biến biến thiên theo chiết áp ở Mode 01, xuất dữ liệu đóng băng ở Mode 02, đọc mã lỗi ở Mode 03, Mode 07 và Mode 0A, thực thi lệnh xóa mã lỗi ở Mode 04, trích xuất mã nhận dạng phương tiện VIN ở Mode 09, và nhận lệnh điều khiển cơ cấu chấp hành bật/tắt Ignition 1.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Trần Trung Hùng và Trương Tuấn Kiệt đã hoàn thành mục tiêu thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công mô-đun phần cứng giả lập hệ thống chẩn đoán ô tô thông qua mạng CAN và LIN dựa trên nền vi điều khiển STM32F103C8T6. Công trình giải quyết tốt bài toán tương thích với máy chẩn đoán thực tế qua việc hỗ trợ đầy đủ các chế độ OBD-II tiêu chuẩn (từ Mode 01 đến Mode 0A) và tái tạo chính xác tín hiệu ngoại vi của cụm công tắc cửa kính qua mạng LIN. Mặc dù còn một số hạn chế về năng lực xử lý phần cứng và phạm vi dịch vụ chẩn đoán nâng cao, đề tài là tài liệu kỹ thuật có giá trị ứng dụng cao, cung cấp giải pháp thực hành và kiểm thử an toàn, chi phí thấp cho ngành công nghệ kỹ thuật ô tô.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Lý do chọn đề tài Giao thức CAN (Controller Area Network) là một chuẩn giao tiếp phổ biến trong ngành công nghiệp ô tô, được sử dụng rộng rãi để kết nối các thiết bị điện tử trong xe như ECU (Electronic Control Unit). LIN – Local interconnect network là một giao thức mạng được sử dụng để giao tiếp giữa các thành phần trong xe hiện đại, được phát triển để tạo ra một tiêu chuẩn cho truyền thông đa kênh cấp thấp giá rẻ trong mạng lưới ô tô. Sự kết hợp của CAN và LIN tạo nên mạng lưới giao tiếp toàn diện trong xe, đảm bảo vận hành hiệu quả và an toàn.

Hiểu rõ cách hoạt động của hai giao thức này là nền tảng để nghiên cứu và phát triển các hệ thống ô tô. Để giúp tiếp cận và hiểu rõ cách thức hoạt động chẩn đoán của máy chẩn đoán ô tô trong môi trường mô phỏng an toàn và kiểm soát. Từ đó nắm bắt các quy trình chẩn đoán ô tô, từ việc thu thập dữ liệu thời gian thực đến xử lý lỗi, qua đó hiểu sâu hơn về nguyên lý hoạt động của các thiết bị chẩn đoán, kỹ năng quan cần thiết trong ô tô. Cung cấp nền tảng để phát triển kỹ năng lập trình nhúng, phân tích, xử lý tín hiệu CAN và LIN cũng như dữ liệu chẩn đoán từ CAN.

Đề tài tập trung vào giả lập cả tín hiệu CAN và LIN, hai giao thức giao tiếp quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô. Việc mô phỏng cả hai giao thức này giúp hiểu rõ cách các hệ thống điện tử trong xe ô tô hoạt động, từ các đơn vị điều khiển chính (ECU) sử dụng CAN đến các thiết bị phụ trợ sử dụng LIN. Đồng thời cho phép mô phỏng các hệ thống thực tế, hỗ trợ kiểm tra, chẩn đoán và phát triển các thiết bị ô tô mà không cần sử dụng xe thật, từ đó giảm chi phí và thời gian thử nghiệm thông qua mạng CAN. Đề tài góp phần nâng cao hiểu biết về các giao thức giao tiếp trên, Iot trên ô tô và máy chẩn đoán từ đó góp phần vào sự phát triển ngành công nghiệp ô tô về sau.

Mục tiêu của đề tài - Nghiên cứu chế tạo mô-đun giả lập các tín hiệu mạng CAN. - Kết nối máy chẩn đoán với mô-đun thông qua OBD để thực hiện việc các chức năng của máy chẩn đoán. - Nghiên cứu chế tạo mô-đun giả lập tín hiệu mạng LIN để quan sát và phân tích. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu 1 - Giao thức CAN (Controller Area Network).

- Giao thức LIN (Local Interconnect Network). - Hệ thống OBD II trên ô tô. Phạm vi nghiên cứu - Về không gian: Thực hiện đọc, phân tích dữ liệu trên 2 mô hình hộp xe Kia Picanto SA 2011 và Chevrolet Cruze 2011 tại khoa Cơ khí Động lực trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Về thời gian thực hiện đề tài: 23/2/2025 – 10/6/2025 Nội dung thực hiện: - Nghiên cứu phương thức giao tiếp CAN sử dụng trên hệ thống OBD-II. - Nghiên cứu phương thức giao tiếp LIN.

- Nghiên cứu và chế tạo mô-đun CAN giao tiếp với máy chẩn đoán qua OBD-II sử dụng STM32F103C8T6 và MCP2551. - Chế tạo mô hình giả lập các tín hiệu CAN để thao tác với máy chẩn đoán. - Nghiên cứu và chế tạo mô-đun LIN giao tiếp với tool CH-OBD-FD. - Chế tạo mô hình giả lập các tín hiệu bộ công tắc tài xế thông qua mạng LIN để thao tác với tool CH-OBD-FD.

Tình hình nghiên cứu 1. Tình hình nghiên cứu trong nước • Nghiên cứu mô phỏng ECU sử dụng STM32 và giao tiếp CAN/OBD-II: - Tại Việt Nam, một số sinh viên và nhóm nghiên cứu đã bắt đầu tiếp cận với việc mô phỏng ECU sử dụng vi điều khiển STM32 kết hợp module giao tiếp CAN như MCP2551/MCP2515. Các đề tài này tập trung vào việc tạo ra tín hiệu giả lập từ cảm biến như tốc độ động cơ, nhiệt độ nước làm mát để hiển thị lên cụm đồng hồ hoặc gửi qua cổng OBD-II để kiểm tra bằng máy chẩn đoán. - Tuy nhiên, đa số các nghiên cứu chỉ mới dừng lại ở mode 01 (hiển thị dữ liệu hiện hành), chưa mở rộng sang các mode khác như 03 (đọc mã lỗi), 04 (xóa mã lỗi), 07, 08, 09, 0A, cũng như chưa tích hợp giao tiếp LIN để mô phỏng các tín hiệu từ thiết bị ngoại vi khác.

• Nghiên cứu chẩn đoán và điều khiển qua giao thức OBD-II: 2 - Một số đề tài cao học hoặc đồ án tốt nghiệp khác đã có bước đầu tìm hiểu về cấu trúc giao thức OBD-II, định dạng khung dữ liệu CAN ISO 15765-4, và ứng dụng vào đọc dữ liệu cảm biến qua máy chẩn đoán. Tuy nhiên, vẫn chưa có nhiều đề tài triển khai thực tế đầy đủ các mode từ 01 đến 0A, và thường sử dụng các phần mềm mô phỏng thay vì máy chẩn đoán thực tế. Nhận xét: Mặc dù đã có những bước tiếp cận ban đầu, nhưng trong nước vẫn còn thiếu các nghiên cứu toàn diện về mô phỏng ECU ảo tích hợp đủ các mode OBD-II (01 đến 0A) để hiển thị thông tin cảm biến, mã lỗi, thông tin ECU và khả năng điều khiển cơ cấu chấp hành bằng máy chẩn đoán thực. Tình hình nghiên cứu ngoài nước • OBD-II ECU Simulator của Kevin Liang - Sản phẩm OBD-II ECU Simulator, được thiết kế bởi Kevin Liang và phân phối trên nền tảng Tindie, là một thiết bị mô phỏng ECU hỗ trợ đầy đủ các mode OBD-II từ 01 đến 0A.

Thiết bị này cho phép người dùng điều chỉnh các giá trị PID thông qua sáu núm vặn vật lý, hỗ trợ các giao thức như ISO 9141-2, ISO 14230-4 (KWP Fast) và ISO 15765 (CAN 250K/500K STD/EXT). Ngoài ra, thiết bị còn có màn hình LCD 3", các đèn LED chỉ báo trạng thái và kết nối USB để giám sát bus và lập trình PID. Đây là một công cụ hữu ích cho việc phát triển và kiểm tra các thiết bị và phần mềm OBD. • Open-source OBD-II ECU Simulators - Hiện nay có một số dự án mã nguồn mở trên các nền tảng như GitHub phát triển ECU mô phỏng phục vụ việc kiểm thử máy chẩn đoán.

Những dự án này cho phép mô phỏng phản hồi theo các mode OBD-II như 01, 03, 04, 07,. và có thể thiết lập mã lỗi hoặc thông số cảm biến theo ý muốn. Một số còn tích hợp chức năng cập nhật DTC hoặc xóa lỗi theo Mode 04. Nhận xét: Các mô hình mã nguồn mở đã phát triển khá đầy đủ và có thể mở rộng dễ dàng.

Tuy nhiên, việc tích hợp phần cứng cụ thể như STM32F103C8T6 và giao tiếp LIN vẫn chưa được khai thác triệt để, chủ yếu là qua mô phỏng phần mềm hoặc sử dụng board chuyên dụng. • OBD-II diagnostic teaching platforms 3 - Một số trường đại học và viện nghiên cứu nước ngoài đã phát triển các nền tảng đào tạo chẩn đoán ô tô sử dụng ECU ảo tích hợp CAN/OBD-II để sinh viên thực hành đọc lỗi, xóa lỗi, kiểm tra dữ liệu hiện hành, và điều khiển cơ cấu chấp hành. Các nền tảng này thường dùng vi điều khiển dòng ARM hoặc FPGA, và có thể mô phỏng nhiều loại lỗi động cơ khác nhau. Nhận xét: Hệ thống đào tạo chuyên nghiệp này là tiền đề cho việc phát triển các ECU mô phỏng đầy đủ chức năng.

Tuy nhiên, các hệ thống này có chi phí cao và thường đóng gói trong các bộ thực hành thương mại, khó tiếp cận cho cá nhân hoặc nhóm nghiên cứu nhỏ. Tổng quan về CAN Bus CAN (Controller Area Network) là một giao thức truyền thông nối tiếp mạnh mẽ, được thiết kế để cho phép các thiết bị điện tử (ECU) giao tiếp với nhau một cách hiệu quả và đáng tin cậy trong môi trường khắc nghiệt. Ban đầu được phát triển bởi Bosch vào những năm 1980 cho ngành ô tô, CAN sau đó đã được chuẩn hóa theo tiêu chuẩn ISO- 11898 và ISO-11519, trở thành giao thức mạng tiêu chuẩn trong lĩnh vực ô tô và nhiều ngành công nghiệp khác. CAN bus rất quan trọng vì nó đơn giản hóa cách vận hành của máy móc và phương tiện.

Bằng cách sử dụng một hệ thống liên lạc duy nhất, nó: - Giảm độ phức tạp của hệ thống dây điện: Giảm thiểu số lượng cáp cần thiết để liên lạc. - Giảm chi phí: Giảm thiểu dây, dẫn đến chi phí sản xuất và bảo trì thấp. - Cải thiện độ tin cậy: Ít kết nối hơn có nghĩa là ít điểm lỗi tiềm ẩn hơn. - Tăng cường hiệu suất: Đảm bảo trao đổi dữ liệu nhanh hơn và hiệu quả hơn giữa các thành phần.

Hiệu quả này đã khiến CAN bus trở nên không thể thiếu không chỉ trong các ứng dụng ô tô mà còn trong tự động hóa công nghiệp, thiết bị y tế và các lĩnh vực khác đòi hỏi khả năng giao tiếp mạnh mẽ, thời gian thực. Trên ô tô, CAN bus còn được sử dụng là giao thức chính trong hệ thống chẩn đoán (OBD). Thông qua CAN bus ta có thể thực hiện hệ thống chẩn đoán. Ngày nay, tất cả các xe ô tô và xe tải nhẹ đều trang bị hệ thống chẩn đoán này.

Cấu trúc mạng CAN Hình 2. Cấu trúc bus CAN và Node của mạng CAN [1] 5 Cấu trúc mạng CAN bao gồm 2 đường dây riêng biệt CAN_H (CAN High), CAN_L (CAN Low), 2 đầu của đường dây Bus được trang bị điện trở 120 ohm để đảm bảo tín hiệu được ổn định và các Nodes mà mỗi Node sẽ có thể giao tiếp với bất kì Node khác trong mạng CAN. Quá trình giao tiếp được thực hiện thông qua việc gửi và nhận các gói dữ liệu, được gọi là thông điệp (Message). Mỗi thông điệp trong mạng CAN được gắn với một mã định danh (ID), được xác định dựa trên mức độ ưu tiên của thông điệp đó.

Cấu trúc Node (Station) Mỗi node CAN cần được trang bị một vi điều khiển (MCU) liên kết với một bộ điều khiển CAN (CAN Controller). Bộ điều khiển CAN này kết nối với bộ thu phát CAN (CAN Transceiver) thông qua hai đường tín hiệu: một đường truyền dữ liệu nối tiếp (Tx) và một đường nhận dữ liệu nối tiếp (Rx). Đường Vref cung cấp điện áp tham chiếu, thường ở mức 0.5 × Vcc, tức là 2.5V khi Vcc là 5V. Vi điều khiển (MCU) đảm nhiệm vai trò cốt lõi trong việc điều khiển node, thực hiện các chức năng chính như cấu hình hoạt động của bộ CAN controller, gửi dữ liệu cần truyền đến bộ CAN controller và lấy dữ liệu nhận được từ bộ CAN controller để phục vụ hoạt động của node.