CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Lí do chọn đề tài Đi cùng với sự phát triển của khoa học, kỹ thuật và công nghệ, con người đã áp dụng nhiều thành tựu nghiên cứu vào đời sống. Nhờ đó những thiết bị hiện đại được ra đời, tất cả chúng được tạo ra với một mục đích giúp con người có cuộc sống thoải mái dễ dàng hơn. Những sản phẩm tiên tiến liên quan đến rất nhiều lĩnh vực bao gồm: giải trí, đi lại, học tập… các thiết bị di động thông minh, các thiết bị điện tử, các hệ thống thông tin, mạng lưới Internet toàn cầu, trí thông minh nhân tạo… Trong đó, không thể không kể đến ô tô.
Đã từng có thời điểm, người ta nhìn vào sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô để đánh giá sự phát triển của quốc gia đó. Ngành công nghiệp ô tô càng ngày càng phát triển, nó giúp kinh tế phát triển con người có lợi ích được sử dụng công nghệ mới, nhưng vấn đề đặt ra là con người phải có thêm kiến thức để quản lý, sử dụng, thậm chí là phát triển công nghệ đó lên một tầm cao hơn. Để làm được việc đó, giờ đây không chỉ thông qua việc học lý thuyết mà còn phải kết hợp với thực hành trực tiếp. Nó giúp con người đối mặt với vấn đề và giải quyết vấn đề một cách cụ thể nhất.
Qua những điều nêu ở trên, nhóm nhận thấy việc trang bị thật tốt cho mình kiến thức lý thuyết là chưa đủ, bản thân phải đối mặt với vấn đề thực tế nhiều hơn trước khi bước vào công việc trong tương lai. Tuy nhiên, sinh viên hiện nay khá tự tin vào kiến thức mình đã học mà bỏ quên đi tính trải nghiệm thực tế. Nhận thấy được việc đó, chúng em đã cùng nhau tìm hiểu và xin phép được sự hướng dẫn của giảng viên Nguyễn Thiện Dinh để thực hiện đề tài “Thiết kế phần mềm chẩn đoán các cảm biến – cơ cấu chấp hành hệ thống điều khiển động cơ” nhằm hỗ trợ giảng viên giảng dạy và đưa sinh viên ứng dụng lý thuyết đã học vào gần với thực tế hơn. Thực trạng hiện tại 1.1 Tình hình ngoài nước Năm 2019, một nhóm nghiên cứu sinh tại Khoa Giáo dục Kỹ thuật Ô tô, Đại học Negeri Yogyakarta, Indonesia bao gồm M.Sulistyo đã thực hiện nghiên cứu “Project Based Learning Model to Increase the Competency of Automotive Engineering Teachers Candidates” [1].
Nghiên cứu này nhằm tạo ra một mô hình học dựa trên dự án cho giáo dục nghề nghiệp (Project-Based Learning model - PjBL) 1 trong việc học thực hành các khóa học về ô tô về điện thân xe. Sản phẩm của nghiên cứu này là một mô hình PjBL cho giáo dục nghề nghiệp trong lĩnh vực ô tô đã được đánh giá và khẳng định phù hợp để sử dụng như một mô hình học trong lĩnh vực ô tô của giáo dục nghề nghiệp. Sinh viên tham gia thực nghiệm cũng đã cho các phản hồi rất tích cực về kết quả của nghiên cứu và đánh giá rất cao các hiệu quả mà nghiên cứu mang lại. Vào tháng 6 năm 2023, trong một bài đăng có tựa đề “An example of an advanced sensor-based car automation system using Raspberry Pi with MACHINE LEARNING in Python source codes for real-times projects” [2], trên mạng xã hội Linkedln, tác giả Harisha Lakshan Warnakulasuriya đã đề cập đến việc kết nối giữa cảm biến và phần mềm dựa theo thời gian thực.
Tình hình trong nước Năm 2013, nhận thức được tầm quan trọng của việc giảng dạy kết hợp với sử dụng mô hình, ThS. Châu Quang Hải tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tiến hành nghiên cứu và đề xuất đề tài nghiên cứu khoa học “Mô phỏng hệ thống EDC” để tạo ra một đĩa CD mô phỏng lại hệ thống EDC (Electronic Diesel Control – Hệ thống phun dầu điện tử) [3], giúp sinh viên có thể dễ dàng nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý của hệ thống. Thiết kế trên đĩa CD giúp việc trao đổi giữa các người dùng dễ dàng hơn. Việc áp dụng các nội dung Multimedia vào việc giảng dạy trong hệ thống điện ô tô ở nước ta còn hạn hẹp.
Tháng 11, năm 2013, ThS. Đinh Tấn Ngọc của trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã tiến hành đề tài nghiên cứu “Ứng dụng MULTIMEDIA mô phỏng các hệ thống nhiên liệu trong động cơ Diesel bằng phần phần mềm Flash” [4]. Đề tài đã bổ sung được nguồn tài liệu giảng dạy cho bộ môn thực tập động cơ Diesel thêm sinh động, trực quan với những hình ảnh và video thực tế, giúp cho công tác dạy và học được tốt hơn. Tháng 10 năm 2015, ThS.
Lê Khánh Tân đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thử nghiệm phần mềm chẩn đoán PAN của hệ thống điện điều khiển động cơ” [5]. Đề tài đã chế tạo ra được mô hình để chẩn đoán PAN của hệ thống điện điều khiển 2 động cơ, góp phần làm nâng cao hiệu quả giảng dạy và kỹ năng thực hành chẩn đoán của sinh viên. Kế thừa thành công của đề tài trước, ThS. Lê Khánh Tân tiếp tục thực hiện đề tài nghiên cứu chế tạo mô hình ứng dụng IOT trong việc thu thập dữ liệu trên ô tô vào năm 2019 [6].
Đề tài đã rất thành công khi sử dụng kết hợp Arduino và các nền tảng của LabVIEW cho ra kết quả là một board mạch thu thập dữ liệu không dây và có thể hiển thị lên máy tính. Gần đây, tháng 7 năm 2023, nhóm hai bạn Lâm Duy Huy và Trần Vũ Hảo thực hiền đề tài tốt nghiệp mang tên “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình thực tập điện tử cơ bản trên ô tô” [7]. Đề tài giúp sinh viên có thể thực hành ngay sau khi được học các lý thuyết về mạch điện, điều này giúp sinh viên quan sát trực quan hơn, nắm vững và ghi nhớ tốt hơn các kiến thức đã học, còn được trang bị các kỹ năng thực hành, phán đoán. Qua những đề tài nghiên cứu ở trên, có thể thấy được rằng việc áp dụng mô hình vào việc giảng dạy là một vấn đề đáng được quan tâm và đầu tư nhiều hơn.
Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu trên mặc dù đã đưa ra được những giải pháp, áp dụng được nhiều kỹ thuật nhưng vẫn còn chưa khai thác hết được tiềm năng của phương pháp giảng dạy này. Nắm bắt được điều đó, nhóm đã nghiên cứu và tìm hiểu, tiến hành đề tài có thể kết nối được giữa phần mềm máy tính và thiết bị phần cứng thông qua các phương thức giao tiếp ngoại vi, đồng thời tích hợp được nội dung giảng dạy để giúp cho việc truyền tải kiến thức đi đôi với thực hành, giúp việc học về cảm biến – cơ cấu chấp hành trực quan hơn, dễ tiếp cận với sinh viên hơn, cho sinh viên cái nhìn gần với thực tế hơn về các hệ thống trên xe cũng như các vấn đề mà những hệ thống sẽ gặp phải. Mục tiêu của đề tài - Tìm hiểu cơ sở lý thuyết phần mềm Visual Studio Windows Forms để xây dựng phần mềm trên hệ điều hành Windows. Tiến hành mô phỏng các chức năng của phần mềm và phần cứng trước khi tiến hành thực tế.
- Lưu trữ dữ liệu sinh viên giúp giảng viên dễ dàng quản lý và kiểm tra học tập. - Xây dựng được phần mềm hỗ trợ việc giảng dạy của giáo viên và giao tiếp được với phần cứng để giúp cho việc giảng dạy được trực quan hơn. 3 - Thư viện bài học với các bài giảng cơ bản về các cảm biến – cơ cấu chấp hành hệ thống điều khiển động cơ trên ô tô, hỗ trợ cho việc giảng dạy. Giảng viên có thể bổ sung hoặc thay thế nội dung bài học, thực hành cho phù hợp với thực tế giảng dạy.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Trong đề tài này, nhóm tập trung nghiên cứu các đối tượng: - Phần mềm Visual Studio Windows Form. - Arduino và cách giao tiếp giữa phần mềm và phần cứng (cảm biến và cơ cấu chấp hành). - Giáo trình giảng dạy về điện tử cơ bản trên ô tô cho sinh viên. Phạm vi nghiên cứu của đề tài này sẽ tập trung vào việc thiết kế phần mềm Winforms có thể giao tiếp được với phần cứng, phần mềm gửi tín hiệu đến phần cứng, mạch điều khiển và mạch tạo pan, hiển thị chúng lên phần mềm.
Phương pháp tiếp cận và nghiên cứu 1. Phương pháp tiếp cận Để đạt được mục tiêu của đề tài, phương pháp tiếp cận của nhóm sẽ gồm: - Nghiên cứu những kiến thức về ngôn ngữ lập trình C# được dùng trong WinForms để tạo ra một phần mềm có những tính năng cơ bản trong việc học hành và luyện tập. - Áp dụng các kiến thức về cảm biến, cơ cấu chấp hành hệ thống điều khiển động cơ ô tô đã học, sử dụng nguyên lý hoạt động của nhóm làm phần cứng, từ đó thiết kế phần mềm, sau đó kết hợp phần mềm với phần cứng. - Tìm hiểu về cách thiết lập lưu trữ phần mềm chẩn đoán.
- Nghiên cứu các kiến thức khi chẩn đoán, xử lý lỗi của mạch điện, và xây dựng giáo án bài học. Phương pháp nghiên cứu - Sử dụng tài liệu từ các nguồn trên Internet để sử dụng phần mềm WinForms. - Tham khảo các tài liệu, giáo án từ thư viện, Internet để xây dựng giao diện, tính năng phần mềm. - Kết hợp với nhóm làm phần cứng để tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh.
Nội dung nghiên cứu - Cơ sở lý thuyết về phần mềm Visual Studio Windows Form. - Cơ sở lý thuyết về phần mềm Arduino. - Phương pháp giao tiếp giữa phần mềm Winform và Arduino thông qua SerialPort. - Thiết lập giao diện phần mềm, cơ sở dữ liệu.
- Thử nghiệm nhiều lần và đánh giá hiệu quả mà phần mềm mang lại. Các nội dung chính trong đề tài Đề tài gồm 5 chương: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Thiết kế phần mềm chẩn đoán các cảm biến – cơ cấu chấp hành hệ thống điều khiển động cơ được biên soạn bằng Visual Studio Windows Forms Chương 4: Kết quả và đánh giá Chương 5: Kết luận và kiến nghị 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Giới thiệu về Visual Studio và Windows Forms 2.1 Visual Studio Visual Studio được thiết lập vào năm 1997 và thuộc quyền sở hữu bởi Microsoft, tập đoàn này đã cho ra mắt hai phiên bản của Visual Studio là Professional và Enterprise. Lúc ban đầu, phần mềm này có tên là Project Boston, nhưng sau đó được đổi tên lại vì được tích hợp thêm các công cụ phát triển và đóng gói sản phẩm duy nhất.
Trải qua quãng thời gian dài với nhiều phiên bản khác nhau, Visual Studio được chính thức phát hành vào tháng 7 năm 2015.