NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MẠNG TRUYỀN THÔNG CANMPX TRÊN XE TOYOTA VIOS 2010 VÀ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN MÔ PHỎNG TRUYỀN TÍN HIỆU MẠNG CAN TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.34 MB, 58 trang )

VŨ NGỌC ANH

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
---------------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MẠNG TRUYỀN THÔNG
CAN-MPX TRÊN XE TOYOTA VIOS 2010 VÀ ỨNG DỤNG
VI ĐIỀU KHIỂN MÔ PHỎNG TRUYỀN TÍN HIỆU MẠNG
CAN TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS
CBHD: TS. Nguyễn Anh Ngọc

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Sinh viên: Vũ Ngọc Anh
Mã số sinh viên: 2018600424

Hà Nội – Năm 2022

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
---------------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MẠNG TRUYỀN THÔNG
CAN-MPX TRÊN XE TOYOTA VIOS 2010 VÀ ỨNG DỤNG
VI ĐIỀU KHIỂN MƠ PHỎNG TRUYỀN TÍN HIỆU MẠNG

CAN TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS
CBHD: TS. Nguyễn Anh Ngọc
Sinh viên: Vũ Ngọc Anh
Mã số sinh viên: 2018600424

Hà Nội – 2022

BỘ CƠNG THƯƠNG

CỘNGHỒXÃHỘICHỦNGHĨAVIỆTNAM

TRƯỜNGĐẠIHỌCCƠNGNGHIỆPHÀNỘI

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Vũ Ngọc Anh
Lớp: 2018DHKTOT01
Ngành CNKTƠTƠ

Mã SV: 2018600424
Khóa: K13

Tên đề tài: Nghiên cứu hệ thống mạng truyền thông CAN-MPX trên xe
Toyota Vios 2010 và ứng dụng vi điều khiển mô phỏng truyền tín hiệu mạng
CAN trên phần mềm Proteus.
Mục tiêu đề tài:
Giúp sinh viên hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý làm việc của hệ thống mạng truyền
thông CAN-MPX, mô phỏng truyền tín hiệu trên mạng CAN bằng Proteus

thơng qua module CAN MCP 2515, khảo sát đánh giá sai hỏng, nguyên nhân,
biện pháp khắc phục sửa chữa hệ thống.
Kết quả dự kiến
1. Phần thuyết minh:
- Chương 1: Tổng quan về hệ thống mạng truyền thơng CAN-MPX.
- Chương 2: Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý làm việc của hệ thống kết nối
thông tin điều khiển CAN-MPX trên xe Vios 2010, mô phỏng truyền tín hiệu
trên mạng CAN bằng Proteus thơng qua module CAN MCP 2515.
- Chương 3: Những sai hỏng thường gặp, nguyên nhân, các biện pháp khắc
phục sửa chữa đối với hệ thống CAN-MPX.
2.Bản vẽ:
- 01 bản vẽ: Sơ đồ mạch mạng CAN-MPX trên xe Toyota Vios 2010
- 01 bản vẽ: Mạch mơ phỏng truyền tín hiệu giữa 2 node trên mạng CAN
- 01 bản vẽ: Quy trình kiểm tra hở mạch trên đường CAN chính
Thời gian thực hiện: từ 21/03/2022 đến 22/05/2022
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TRƯỞNG KHOA

TS. Nguyễn Anh Ngọc

TS. Nguyễn Anh Ngọc

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................

Hà Nội, Ngày.... Tháng.... Năm 2022

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................

2.4. Nguyên lý truyền và nhận tin trên xe Toyota Vios 2010 ..................... 21
2.5. Vị trí các ECU chính trên xe Vios 2010 .............................................. 23
2.6. Mơ phỏng truyền tín hiệu trên mạng CAN bằng Proteus thông qua
module CAN MCP 2515 ............................................................................. 25
Chương 3: Những sai hỏng thường gặp, nguyên nhân, các biện pháp khắc
phục sửa chữa đối với hệ thống CAN-MPX ............................................... 31
3.1 . Hở mạch trên đường truyền chính hệ thống CAN ........................... 31
3.2.

Ngắn mạch trong dây đường truyền CAN ...................................... 35

3.3.

Ngắn mạch với GND trong đường truyền CAN ............................. 37

I
Kết luận .......................................................................................................... 42
Tài liệu tham khảo ........................................................................................ 43
Phụ lục ............................................................................................................ 44

II

DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU
Hình 1.1. Cấu trúc mơ hình OSI ....................................................................... 2
Hình 1.2. Chức năng các tầng trong mơ hình OSI ............................................ 4
Hình 1.3. Cấu trúc một mạng CAN .................................................................. 7
Hình 1.4. Một nút trong hệ thống CAN ............................................................ 7
Hình 1.5. Phương pháp mã hóa Non-return-to-zero ......................................... 8

Hình 1.6. Truyền tín hiệu vi sai và tính chất chống nhiễu trên đường truyền .. 8
Hình 1.7. Mức điện áp trên đường truyền CAN tốc độ cao ............................ 10
Hình 1.8. Mức điện áp trên đường truyền CAN tốc độ thấp .......................... 10
Hình 1.9. Cấu trúc mạng CAN trên Vios 2010 ............................................... 11
Hình 2.1. Ngun lí nhận tin dựa vào ID tin nhắn ở CAN ............................. 13
Hình 2.2. Phân giải trên đường truyền CAN .................................................. 15
Hình 2.3. Khung yêu cầu truyền (Remote frame) ........................................... 15
Hình 2.4. Khung báo lỗi (Error frame) ........................................................... 16
Hình 2.5. Hai dạng khung dữ liệu trong CAN (Data frame) .......................... 20
Hình 2.6. Truyền và nhận tín hiệu .................................................................. 22
Hình 2.7. Vị trí các ECU chính trên xe Vios 2010 ......................................... 23
Hình 2.8. Vị trí các ECU chính trên xe Vios 2010 ......................................... 23
Hình 2.9. Sơ đồ mạch điện cụ thể giắc đấu dây CAN trên Vios 2010 ........... 24
Hình 2.10. Giao diện Proteus .......................................................................... 26
Hình 2.11. Module CAN MCP2515 ............................................................... 26
Hình 2.12. Arduino Uno.................................................................................. 27
Hình 2.13. Màn hình LCD 16x2 ..................................................................... 28
Hình 2.14. Module I2C Arduino ..................................................................... 28
Hình 2.15. Mạch mơ phỏng............................................................................. 29
Hình 2.16. Kết quả mơ phỏng ......................................................................... 30
Hình 3.1. Sơ đồ đường truyền chính hệ thống CAN ...................................... 31
Hình 3.2. Giắc DCL trên xe Toyota ................................................................ 32
Hình 3.3. Phía trước giắc DLC3 ..................................................................... 33

II
Hình 3.4. Phía sau giắc nối dây điện: (đến giắc đấu dây P-CAN) .................. 33
Hình 3.5. Phía trước của giắc nối dây điện (đến ECU trợ lực lái) .................. 34
Hình 3.6. Phía trước của giắc nối dây điện (đến ECM) .................................. 34
Hình 3.7. Phía sau của giắc nối dây điện (đến giắc đấu dây D-CAN)............ 34

Hình 3.8. Phía sau của giắc nối dây điện ( đến giắc đấu dây D-CAN) ........... 35
Hình 3.9. Phía sau giắc nối dây điện (đến giắc đấu dây P-CAN) ................... 35

Bảng 1.1. 42 giao thức mạng phổ biến ............................................................. 2
Bảng 1.2. Các tầng trong giao thức OSI ........................................................... 3
Bảng 1.3. Xử lý dữ liệu máy gửi ....................................................................... 3
Bảng 1.4. Xử lý dữ liệu từ máy nhận ................................................................ 4
Bảng 2.1. Sơ đồ chân của MCP2515 ............................................................. 27
Bảng 2.2. Giao tiếp giữa Arduino với module CAN ...................................... 28
Bảng 3.1. Đo giắc DCL3 ................................................................................. 33
Bảng 3.2. Kiểm tra dây chính phía giắc P-CAN ............................................. 33
Bảng 3.3. Kiểm tra dây chính phía ECU trợ lực lái ........................................ 33
Bảng 3.4. Kiểm tra dây chính phía giắc nối ECM .......................................... 34
Bảng 3.5. Kiểm tra dây chính phía giắc nối D-CAN ...................................... 34
Bảng 3.6. Kiểm tra dây chính phía từ D-CAN tới P-CAN ............................. 35
Bảng 3.7. Kiểm tra dây chính phía ECU trợ lực lái điện ................................ 35
Bảng 3.8. Kiểm tra dây nhánh DCL3.............................................................. 36
Bảng 3.9. Kiểm tra dây chính phía P-CAN .................................................... 36
Bảng 3.10. Kiểm tra phía P-CAN – ECU trợ lực lái ...................................... 36
Bảng 3.11. Kiểm tra phía D-CAN – Giắc đấu dây P-CAN ............................ 36
Bảng 3.12. Kiểm tra giắc đấu dây D-CAN - ECM ......................................... 37
Bảng 3.13. Kiểm tra dây chính ECU trợ lực lái .............................................. 37
Bảng 3.14. Kiểm tra dây chính ECM .............................................................. 37
Bảng 3.15. Kiểm tra dây nhánh DCL3............................................................ 37
Bảng 3.16. Kiểm tra phía giắc đấu dây P-CAN .............................................. 38

II
Bảng 3.17. Kiểm tra phía dây P-CAN – ECU trợ lực lái................................ 38
Bảng 3.18. Kiểm tra phía P-CAN – ECU thân xe chính ................................ 38

Bảng 3.19. Kiểm tra phía P-CAN – ECU đồng hồ táp lô ............................... 38
Bảng 3.20. Kiểm tra phía dây P-CAN - ECM ................................................ 39
Bảng 3.21. Kiểm tra phía D-CAN – Cụm cảm biến túi khí trung tâm ........... 39
Bảng 3.22. Kiểm tra dây chính ECU trợ lực lái .............................................. 39
Bảng 3.23. Kiểm tra dây nhánh ECU thân xe chính ....................................... 40
Bảng 3.24. Kiểm tra dây nhánh ECU đồng hồ táp lô ..................................... 40
Bảng 3.25. Kiểm tra dây chính ECM .............................................................. 40
Bảng 3.26. Kiểm tra dây nhánh ECU điều khiển trượt ................................... 40
Bảng 3.27. Kiểm tra dây nhánh phía cảm biến túi khí .................................... 41

III

LỜI NĨI ĐẦU
Ngành cơng nghiệp ơ tơ hiện nay đóng vai trò quan trọng trong sự phát
triển của một đất nước. Nó ra đời nhằm mục đích phục vụ nhu cầu vận chuyển
hàng hóa và hành khách, phát triển kinh tế xã hội đất nước. Từ lúc ra đời cho
đến nay ô tô đã được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực như giao thơng vận tải,
quốc phịng an ninh, nông nghiệp, công nghiệp, du lịch. Đất nước ta hiện nay
đang trong q trình cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa, các ngành công nghiệp
nặng luôn từng bước phát triển. Trong đó, ngành cơng nghiệp ơ tơ ln được
chú trọng và trở thành một mũi nhọn của nền kinh tế và tỷ lệ nội địa hóa cũng
ngày càng cao. Xu hướng công nghệ gần đây trong ngành công nghiệp ô tô là
mang sự an toàn hơn và thoải mái lên một chiếc xe bằng cách kết hợp các kỹ
thuật tự động như tránh va chạm, bung túi khí và các thiết bị thơng tin giải trí.
Trong q trình làm nên một chiếc xe tự động thì xuất hiện ngày càng nhiều
việc sử dụng các đơn vị điều khiển điện tử (ECU). Do đó, cần có một hệ thống
truyền thơng đặc biệt làm nhiệm vụ thông tin liên lạc giữa các ECU trong một
chiếc xe. Và một trong những nghiên cứu nhằm đáp ứng những yêu cầu trên đó
là nghiên cứu về hệ thống mạng truyền thơng trên xe ơ tơ. Vì vậy em chọn đồ

án: “ Nghiên cứu hệ thống mạng truyền thông CAN-MPX trên xe Toyota
Vios 2010 và ứng dụng vi điều khiển mơ phỏng truyền tín hiệu trên mạng
CAN”.
Trong thời gian làm đồ án này em đã tổng hợp và khái quát lại những
kiến thức đã học, và từ kiến thức cơ sở chuyên nghành, tự rút ra nhận xét và
kinh nghiệm cho bản thân trước khi vào công việc thực tế. Trong phạm vi đồ
án này, em đã tìm hiểu một cách tổng quát về hệ thống mạng CAN, cấu trúc
mạng, các giao thức CAN, nguyên lí làm việc và các hư hỏng thường gặp và
cách sửa chữa hệ thống mạng CAN trên xe Vios 2010. Đề tài bao gồm những
nội dung chính sau:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống mạng truyền thông CAN-MPX

III
Chương 2: Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý làm việc của hệ thống kết nối
thông tin điều khiển CAN-MPX trên xe Vios 2010, mơ phỏng truyền tín hiệu
trên mạng CAN bằng Proteus thông qua module CAN MCP 2515
Chương 3: Những sai hỏng thường gặp, nguyên nhân, các biện pháp
khắc phục sửa chữa đối với hệ thống CAN-MPX.
Sau một thời gian tìm tịi nghiên cứu thực hiện đồ án chúng em đã
hoàn thành. Nhưng do sự hạn chế về thời gian và trình độ chun mơn nên đồ
án khơng tránh khỏi những thiếu sót, kính mong nhà trường cùng các thầy cơ
và các bạn góp ý để đồ án được hồn thiện hơn.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn nhà trường, các thầy cơ trong
Khoa Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tô và thầy giáo Nguyễn Anh Ngọc đã chỉ bảo
hướng dẫn tận tình, tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập
tại trường và giúp em hoàn thành đồ án này!
Hà Nội, ngày tháng năm 2022
Sinh viên thực hiện
Vũ Ngọc Anh

1

Chương 1: Tổng quan về hệ thống mạng truyền thông CANMPX
1.1. Các giao thức mạng (protocol)
Giao thức mạng là một tập hợp các quy tắc mà mạng phải tuân theo.
Giao thức mạng là những tiêu chuẩn và chính sách chính thức được tạo thành
từ các quy tắc, quy trình và định dạng xác định giao tiếp giữa hai hoặc nhiều
thiết bị qua mạng. Các giao thức mạng thực hiện những hành động, chính sách
và giải quyết vấn đề từ đầu đến cuối, để quá trình giao tiếp mạng hoặc dữ liệu
diễn ra kịp thời, được bảo mật và quản lý. Giao thức mạng xác định các quy tắc
và quy ước giao tiếp.
Giao thức mạng kết hợp tất cả những yêu cầu tiến trình và có những
ràng buộc khi các máy tính, router, máy chủ và các thiết bị hỗ trợ mạng khác
bắt đầu thực hiện giao tiếp. Các giao thức mạng phải được xác nhận và cài đặt
bởi người gửi và người nhận để đảm bảo quá trình giao tiếp dữ liệu/mạng diễn
ra suôn sẻ. Giao thức mạng cũng áp dụng các node phần mềm và phần cứng
giao tiếp trên mạng. Có 42 giao thức mạng phổ biến thường gặp:
#1. Serial #8.
Port
MODBUS
RTU
#2. USB #9.
(Universal MODBUS
Serial
ASC II
Bus)
#3. RS232 #10.
MODBUS

TCP/IP
#4. RS422 #11. CAN
(Control
Area
Network)
#5. RS485 #12.
UART

#15. KNX #22.
(Konnex) DeviceNet

#29.
SQL

#36. MQTT

#16. MBus
(MeterBus
#17.
EtherCAT

#23.
#30.
ControllNet Server

#37. SNMP

#24.
Bộ #31.
chuyển đổi HTTP

#38. SMS

#18.
ProfiNet

#25.
Gateway

#32.
FTP

#39. Email

#19.
ProfiBus

#26.
Internet
Protocol
Suite
(TCP/IP)

#33.
OPC

#40.
GSM/GPRS

2
#6.
Ethenet
(LAN,
RJ45)
#7.
MODBUS

#13.
HART

#20. CC- #27. TCP
Link

#34.
VNC

#41. GPS

#14.
BACnet

#21. CC- #28.
IP #35.
Link/LT
(Internet
VPN
Protocol)

#42. GIS

Bảng 1.1. 42 giao thức mạng phổ biến

Trong các giao thức phổ biến trên, giao thức #11 chính là mạng CAN
đang được sử dụng phổ biến trên ơ tơ, ngồi ra 2 giao thức #22 và #25 được
phát triển dựa trên giao thức #11 [1]
1.2. Mơ hình OSI

Hình 1.1. Cấu trúc mơ hình OSI

Mơ hình kết nối các hệ thống mở OSI (Open Systems Interconnection)
là mơ hình căn bản về các tiến trình truyền thơng, thiết lập các tiêu chuẩn kiến
trúc mạng ở mức Quốc tế, là cơ sở chung để các hệ thống khác nhau có thể liên
kết và truyền thơng được với nhau. Mơ hình OSI tổ chức các giao thức truyền
thông thành 7 tầng, mỗi một tầng giải quyết một phần hẹp của tiến trình truyền
thơng, chia tiến trình truyền thơng thành nhiều tầng và trong mỗi tầng có thể có
nhiều giao thức khác nhau thực hiện các nhu cầu truyền thông cụ thể. [1]
1.2.1. Các chức năng trong giao thức OSI
Tầng

Chức năng chủ yếu

Giao thức

3
7 – Application –
Tầng ứng dung
6 – Presentation –
Tầng trình bày

5 – Session – Tầng
Phiên

4 – Transport – Tầng
vận chuyển
3 – Network – Tầng
mạng

2 -– Data Link – Tầng
liên kết dữ liệu
1 – Physical – Tầng
vật lý

Giao tiếp người và môi
trường mạng
Chuyển đổi cú pháp dữ
liệu để đáp ứng yêu cầu
truyền thông của các
ứng dụng
Quản lý các cuộc liên
lạc giữa các thực thể
bằng cách thiết lập, duy
trì, đồng bộ hóa và hủy
bỏ các phiên truyền
thông giữa các ứng dụng
Vận chuyển thơng tin
giữa các máy chủ (End
to End). Kiểm sốt lỗi
và luồng dữ liệu
Thực hiện chọn đường

và đảm bảo trao đổi
thông tin trong liên
mạng với cơng nghệ
chuyển mạch thích hợp.
Tạo/gỡ bỏ khung thơng
tin (Frames), kiểm sốt
luồng và kiểm sốt lỗi.
Đảm bảo các yêu cầu
truyền/nhận các chuỗi
bit qua các phương tiện
vật lý.

Ứng dụng
Giao thức biến đổi mã

Giao thức phiên

Giao thức giao vận

Giao thức mạng

Thủ tục kiểm soát

Giao diện DTE - DCE

Bảng 1.2. Các tầng trong giao thức OSI

1.2.2. Xử lý dữ liệu từ máy gửi
Tầng 7
Tầng 6

Tầng 5
Tầng 4
Tầng 3
Tầng 2
Tầng 1

Nhận dữ liệu
Mã hóa và nén dữ liệu
Xác nhận và bổ sung thơng tin
Chia thành nhiều phần nhỏ
Chia thành từng gói để vận chuyển đúng tuyến
Chia nhỏ thành từng frame
Chuỗi thành các chuỗi bit nhị phân
Bảng 1.3. Xử lý dữ liệu máy gửi

1.2.3. Xử lý dữ liệu từ máy nhận
Tầng 1

Nhận chuỗi nhị phân vào vùng đệm

4
Tầng 2

Tầng 3
Tầng 4
Tầng 5
Tầng 6
Tầng 7

Kiểm tra các frame lỗi, khi phát hiện frame lỗi sẽ hủy bỏ frame
đó, kiểm tra địa chỉ data link có khớp địa chỉ máy nhận hay
khơng
Kiểm tra IP, đúng thì gỡ dữ liệu
Phục hồi dữ liệu
Kiểm tra tính nguyên vẹn của dữ liệu
Định dạng dữ liệu
Gỡ hoàn thiện dữ liệu
Bảng 1.4. Xử lý dữ liệu từ máy nhận

Hình 1.2. Chức năng các tầng trong mơ hình OSI

5
1.3. Giới thiệu về mạng CAN
CAN viết tắt của Controller Area Network, tạm dịch là "mạng khu vực
điều khiển", hay gọi đơn giản Mạng CAN, là một công nghệ mạng ghép nối
tiếp khởi nguồn được thiết kế dùng cho công nghiệp xe ô tô, đặc biệt các loại
xe Châu Âu. Kênh dữ liệu CAN (CAN bus) khởi đầu được dùng cho các hệ
thống nhúng, và như tên đã bao hàm ý là một công nghệ mạng cung cấp truyền
thông tin nhanh chóng trong các vi điều khiển theo yêu cầu thời gian thực đang
dần thay thế cho công nghệ sử dụng bộ nhớ cổng đôi (Dual-Ported RAM) đắt
đỏ và phức tạp hơn nhiều.
Một trong những yếu tố thúc đẩy trong ngành công nghiệp ô tô để phát
triển mạng giao tiếp CAN (Controller Network Area) và các giao thức giao tiếp
khác chính là nhu cầu tìm ra các giải pháp mới cho vấn đề mạng giao tiếp, đi
song song với nhu cầu hạn chế sự phức tạp hệ thống đường dây điện trên xe.
Hệ thống dây điện trong xe ô tô có thể dài đến vài dặm và nặng hơn 100 kg.
Điều đó gây cản trở khơng ít trong q trình sản xuất, bao gồm lắp đặt, chi phí
cũng như quá trình bảo dưỡng.

Kể từ đầu những năm 1980, hầu hết tất cả các nhà sản xuất ô tô đã bắt
đầu nỗ lực chuyên sâu để tìm và phát triển các giao thức truyền thông phù hợp
cho từng cụm hệ thống điều khiển trên ô tô. Những hệ thống như quản lý động
cơ, truyền động, phanh, ổn định xe yêu cầu xử lý thời gian thực lớn hơn nên sử
dụng mạng truyền thông với tốc độ truyền nhanh hơn. Ở những hệ thống điều
khiển điện thân xe, ví dụ như đối với điều khiển gương, cửa sổ điện, khóa cửa,
điều chỉnh ghế ngồi, kiểm sốt khí hậu, ánh sáng, u cầu tốc độ truyền thơng
thấp hơn, do đó địi hỏi băng thơng truyền thấp hơn. Ngồi ra để đáp ứng nhu
cầu cho các nhiều ứng dụng khác nhau, các giao thức khác nhau đã xuất hiện,
như CAN, Mạng kết nối cục bộ (LIN), Truyền tải truyền thông (MOST) và
FlexRay
Ý tưởng của mạng CAN được nhóm kỹ sư tại GmbH Robert Bosch, Đức,
ấp ủ từ đầu thập niên 1980. Họ đã nghiên cứu thị trường cho một công nghệ

6
bus trường mới dùng trong xe ơ tơ mà có thể cho phép họ đưa thêm các chức
năng vào nữa. Họ tập trung chủ yếu vào hệ thống thông tin giữa các bộ điều
khiển điện tử trong xe hơi của hãng Mercedes-Benz.
Từ đó đến nay có nhiều nhà sản xuất linh kiện bán dẫn khác đã quyết
định sản xuất loại bộ điều khiển CAN độc lập, hoặc thực hiện chúng trong
những thiết kế chíp đơn.
Một bước phát triển thành cơng CAN đáng kể khác là sự thành lập tổ
chức nhóm các nhà sản xuất và người sử dụng quốc tế, gọi là Hội CAN tự động
hóa (CiA = CAN in Automation) năm 1992, hoạt động của hội này dựa trên
mối quan tâm, tham gia và khởi xướng của các thành viên.
Tóm tắt lịch sử CAN
1983: Bắt đầu dự án phát triển mạng trên xe hơi trong nội bộ hãng Bosch
1986: Chính thức giới thiệu giao thức CAN
1987: Những chíp điều khiển CAN đầu tiên xuất hiện ở nhà sản xuất linh kiện

bán dẫn Intle và Philips
1991: Bosch xuất bản thông số kỹ thuật CAN 2.0
1992: Thành lập nhóm các nhà sử dụng và sản xuất CAN quốc tế
1993: Xuất bản tiêu chuẩn ISO 11898
1994: CiA tổ chức Hội nghị CAN quốc tế lần thứ nhất (iCC)
1995: Xuất bản Tiêu chuẩn ISO 11898 sửa đổi định dạng khung mở rộng
1995: CiA xuất bản giao thức CANopen [2]
1.4. Cấu trúc mạng CAN
1.4.1. Hệ thống nút (node) trong mạng lưới CAN
Trong một hệ thống CAN thông thường bao gồm nhiều nhiều nút (node). Các
nút giao tiếp với nhau bằng hai đường truyền CAN là CAN_H và CAN_L.

7

Hình 1.3. Cấu trúc một mạng CAN

Trong mỗi nút CAN gồm có vi điều khiển (microcontroller) phục vụ
cho tầng ứng dụng, bộ điều khiển CAN (CAN controller) và bộ thu phát CAN
(CAN transceiver). Bộ điều khiển CAN chịu trách nhiệm cho các chế độ truyền
và nhận tin. Nó nhận thơng tin cần truyền đi từ vi điều khiển và đóng gói thơng
tin đó thành một khung truyền (Frames) gồm dãy các bit tín hiệu theo chuẩn
của CAN và chuyển tiếp đến bộ thu phát bằng kênh TxD. Bộ thu phát khuếch
đại các tín hiệu vừa nhận được, tạo ra mức điện áp cần thiết theo tiêu chuẩn của
truyền dữ liệu vi sai trên đường truyền CAN và đưa chuỗi bit vừa được xử lý
lên đường truyền (CAN_H và CAN_L).
Ngược lại, tin (message) đến được bộ thu phát xử lý và gửi đến bộ điều
khiển CAN bằng kênh RxD. Vi điều khiển ở tầng ứng dụng được dùng để chạy
chương trình ứng dụng (ví dụ như hệ thống chỉnh gương), quản lý và điều khiển
bộ điều khiển CAN, chuẩn bị dữ liệu gửi đi và đánh giá, xử lý dữ liệu nhận

được.

Hình 1.4. Một nút trong hệ thống CAN

8
1.4.2. Mã hóa tín hiệu truyền đi
Trên đường truyền, mạng CAN sử dụng hai trạng thái bit để giao tiếp
thông tin, dominant (bit 0) và recessive (bit 1). Mỗi bit trong mạng CAN được
mã hóa bằng phương pháp None‐return‐to‐zero. Trong suốt quá trình truyền
của một bit, mức điện áp của dây được giữ ngun, có nghĩa trong suốt q
trình một bit được tạo, giá trị của nó khơng đổi. Với phương pháp này, khơng
có bắt buộc về 0 giữa hai trạng thái truyền có cùng giá trị. Khi nhận được tin
nhắn, bộ thu phát CAN chuyển đổi mức tín hiệu trở lại trạng thái logic. Trong
quá trình này, bộ khuếch đại vi sai sẽ trừ mức điện áp CAN_L đi cho CAN_H
để quyết định xem đó là bit dominant hay bit recessive. Vì vậy, trên đường
truyền khi gặp xung nhiễu (ví dụ như trong hệ thống đánh lửa), thì xung nhiễu
đó tác dụng đều trên cả hai đường, điều này giúp cho việc lọc nhiễu trở dễ dàng
hơn.

Hình 1.5. Phương pháp mã hóa Non-return-to-zero

Hình 1.6. Truyền tín hiệu vi sai và tính chất chống nhiễu trên đường truyền

9
Một số bộ thu phát cũng đánh giá mức điện áp trên dòng CAN_H và
CAN_L một cách riêng biệt, tức khơng dùng tín hiệu vi sai từ CAN_H và
CAN_L. Do đó, có thể hoạt động tiếp tục ở chế độ một đường dây nếu một
trong hai bị hỏng do ngắn mạch hoặc đứt cáp. Tuy nhiên, các nút sẽ phải sử

dụng chung một mức điện áp tham chiếu (ground) để đảm bảo chức năng khi
đường dây gặp trục trặc.
1.4.3. Bộ phận truyền tín hiệu điện và dây dẫn
- Truyền tín hiệu điện bằng hai dây dẫn
Hai dây phục vụ truyền tín hiệu trong CAN, gồm CAN_H và CAN_L.
Cặp dây hỗ trợ truyền dữ liệu đối xứng (symmetrical data transfer), trong đó
các bit được đặt trên cả hai dây và được áp bằng các mức điện áp khác nhau.
Truyền bằng cách này giúp hạn chế độ nhạy với tín hiệu nhiễu trên đường
truyền vì như đã đề cập từ trước, tín hiệu nhiễu ảnh hưởng đến hai đường truyền
là như nhau và nhờ vậy mà có thể lọc ra. Ngồi ra việc tăng cường thêm vỏ bọc
trên dây dẫn làm giảm bớt bức xạ do chính dây dẫn phát ra khi truyền, đặc biệt
là khi truyền ở tốc độ cao.
- Truyền tín hiệu điện bằng một dây dẫn
Để truyền dữ liệu bằng một dây dẫn thì tất cả các nút trong mạng CAN
phải có chung một điện áp tham chiếu, giả sử mức điện áp đó bằng với mức
điện áp của đường truyền còn lại. Việc truyền dữ liệu trên một đường dây dễ bị
nhiễu hơn vì khơng thể lọc các xung nhiễu như với đường dây hai dây. Vì điều
này mà mức điện áp cao cấp cho tín hiệu khi truyền cần được nâng lên. Truyền
tín hiệu bằng dây dẫn đơn chỉ thích hợp khi truyền tín hiệu ở tốc độ thấp (CAN
low-speed).
1.4.4. Mức điện áp
Bộ thu phát CAN (CAN transceiver) chuyển đổi các bit logic 0 và 1
nhận được từ bộ điều khiển CAN (CAN controller) thành tín hiệu điện với các
mức điện áp khác nhau và đưa lên đường truyền. Mạng CAN tốc độ thấp (CAN
low speed) và CAN tốc độ cao (CAN high speed) định nghĩa mức điện áp trên

10
đường truyền cho trạng thái dominant và trạng thái recessive khác nhau. Ở trạng
thái recessive, CAN tốc độ cao sử dụng mức điện áp 2.5V cho hai đường dây.

Ở trạng thái dominant, sử dụng mức điện áp 3.5V cho đường CAN_H và điện
áp 1.5V cho đường CAN_L. Ở CAN tốc độ thấp, mức điện áp 0V đặt trên
đường truyền CAN_H khi ở trạng thái recessive và 5V trên đường CAN_L. Ở
trạng thái domiant, điện áp 3.6V cho đường CAN_H và 1.4V cho đường
CAN_L

Hình 1.7. Mức điện áp trên đường truyền CAN tốc độ cao

Hình 1.8. Mức điện áp trên đường truyền CAN tốc độ thấp

1.4.5. Điện trở hai đầu đường dây truyền tín hiệu
Phản xạ tín hiệu điện ở cuối đường dây truyền có thể gây ảnh hưởng
đến tính ổn định của đường truyền. Để ngăn chặn nó, ở cuối hai đầu đường dây
truyền thường được lắp thêm điện trở giá trị 120 Ohm. Ở một số hệ thống, điện
trở này được tích hợp bên trong bộ điều khiển. Với Vios 2010, điện trở giá trị
120 Ohm được tích hợp bên trong hộp ECM và hộp ECU trợ lực lái (Power
Steering ECU Assembly) [3]

11

[4]
Hình 1.9. Cấu trúc mạng CAN trên Vios 2010

12

Chương 2: Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý làm việc của hệ thống
kết nối thông tin điều khiển CAN-MPX trên xe Vios 2010, mơ
phỏng truyền tín hiệu trên mạng CAN bằng Proteus thông

qua module CAN MCP 2515
2.1. Giao thức CAN trên xe Vios 2010
2.1.1. Các tầng trong giao thức CAN
Đối với các giao thức truyền thông, theo tiêu chuẩn người ta thường
gộp các tác vụ liên quan đến nhau thành một nhóm, gọi là tầng (layer), tạo độ
linh hoạt cho hệ thống khi thực hiện giao tiếp. Với mạng CAN trên xe Vios
2010, cả phần cứng và phần mềm của CAN được chia ra thành bốn tầng như
sau: Tầng ứng dụng (Application layer), tầng đối tượng (Object layer), tầng vận
chuyển (Transport layer) và tầng vật lý (Physical layer).
2.1.2. Tầng ứng dụng (Application layer)
Tầng ứng dụng sắp xếp thông tin dưới dạng những cấu trúc dữ liệu được
ứng dụng sử dụng. Những cấu trúc dữ liệu đó khi cần được chuyển qua tầng
đối tượng phục vụ cho việc ứng dụng ở tầng ứng dụng của các nút CAN trong
hệ thống.
2.1.3. Tầng đối tượng (Object layer)
Nhiệm vụ của tầng này là quản lý tin nhắn. Tầng này quyết định tin
nhắn nào được gửi đi và gửi vào thời điểm nào. Đối với tin nhắn đến, tầng này
có nhiệm vụ lọc tin.
2.1.4. Tầng vận chuyển (Transport layer)
Tầng vận chuyển xử lý tin nhắn nhận được bởi tầng vật lý và gửi nó cho
tầng đối tượng. Ngược lại, nhận tin nhắn cần gửi đi từ tầng đối tượng và xử lý
tin sao cho tầng vật lý có thể truyền nó trên đường truyền. Tầng vận chuyển
đảm nhận nhiệm vụ phân và phát hiện lỗi giải khi truyền.

13
2.1.5. Tầng vật lý (Physical layer)
Tầng cuối cùng trong giao thức này bao gồm dây dẫn và điện áp dùng
để truyền tín hiệu.
2.1.6. Ngun lý đa nút truyền khơng sử dụng bộ xử lý trung tâm

( multimaster)
Giao thức CAN trên xe Vios hỗ trợ giao tiếp giữa các nút không mà
không cần một đơn vị điều khiển trung tâm (master). Mỗi nút đều có quyền
truyền tin đi bất kỳ lúc nào. Tin có thể truyền đi hay khơng phụ thuộc vào hai
yếu tố: đường truyền có đang trống (free) hay khơng và tin truyền đi có vượt
qua khâu giải quyết tranh chấp hay không. Thiết kế này cho phép hệ thống hoạt
động bình thường dù có một vài nút gặp lỗi.
2.1.7. Nguyên tắc gửi tin dựa vào nội dung tin (Content-based
addressing)
Mạng CAN trên Vios không đánh dấu địa chỉ trên nút truyền mà ghi
trực tiếp trên mỗi tin nhắn truyền đi. Mỗi tin truyền đi được gán một địa chỉ,
gọi ID (identifier). Chính ID này định nghĩa nội dung cho tin nhắn truyền đi.
Mỗi một nút trong hệ thống có thể phát tin cho tất cả các nút còn lại trong hệ
thống. Các nút còn lại trong hệ thống chỉ đọc tin này khi ID này nằm trong danh
sách ID tin cần đọc được lưu trong bộ nhớ của nó. Bằng cách này, mỗi một nút
có thể tự quyết định xem có cần nhận tin nhắn đang truyền trên đường dây dẫn
vào hay khơng.

Hình 2.1. Ngun lí nhận tin dựa vào ID tin nhắn ở CAN

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MẠNG TRUYỀN THÔNG CANMPX TRÊN XE TOYOTA VIOS 2010 VÀ ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN MÔ PHỎNG TRUYỀN TÍN HIỆU MẠNG CAN TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS

Trích đoạn

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về