BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN VĂN NGỌC

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY CHẨN ĐOÁN ÔTÔ
THÔNG QUA MẠNG CAN

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246

S KC 0 0 4 0 8 2

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN VĂN NGỌC

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY CHẨN ĐOÁN ÔTÔ
THÔNG QUA MẠNG CAN

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246
Hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013

Người hướng dẫn: GVC Nguyễn Văn Toàn
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:
Thời gian
01-11/1998
5/2005
6/2007đến nay

Nơi công tác
Trường da ̣y nghề người
tàn tật TW2
Trường Kỹ Nghệ II
Trường cao đăng nghề Kỹ Thuật
Công Nghệ TP.HCM

GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG

i

Công việc đảm nhiệm
Giáo viên
Phụ trách khoa cơ khí
Trưởng khoa cơ khí
đô ̣ng lực

HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đoán ô tô thông qua mạng CAN


Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi theo học lớp cao học chuyên ngành Kỹ
thuật cơ khí động lực.



Xin cảm ơn đến quý Thầy Cô tham gia giảng dạy lớp cao học ô tô niên khoá
B2011-2013 đã trang bị cho tôi nhiều kiến thức nền tảng giúp tôi hoàn thành
luận văn tốt nghiệp.



Xin cảm ơn thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng đã hướng dẫn chỉ bảo tận tình giúp tôi
hoàn thành tập luận văn này.



Xin cảm ơn các Thầy phản biện đã đóng góp nhiều ý kiến quý báo giúp tôi
hoàn thiện nội dung tập luận văn.



Xin cảm ơn công ty điê ̣n tử Thiên Phong đã hỗ trợ kỹ thuật và tạo điều kiê ̣n để
tôi được nghiên cứu tại công ty.



Xin cảm ơn các Thầy Cô khoa Cơ khí Động lực Trường ĐHSPKT TP.HCM
cùng các bạn học viên đã tận tình giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện luận
văn.


không thể thiế u trên ô tô hiê ̣n nay . Từ đó, viê ̣c chẩ n đoán lỗi hư hỏng trên ô tô tr ở
nên phụ thuộc vào các thiế t bi ̣và phầ n mề m

chuyên dùng đắ t tiề n . Chế ta ̣o máy

chẩ n đoán ô tô với chi phí thấ p dễ sử du ̣ng trong các tra ̣m sửa chữa ô tô và trong các
trường da ̣y nghề là mu ̣c tiêu của đề tài . Nô ̣i dung đề tài “ Nghiên cƣ́u, thiế t kế chế
tạo máy chẩn đoá n ô tô thông qua ma ̣ng CAN ”. Bao gồ m các bước thực hiê ̣n
sau:
1. Nghiên cứu lý thuyế t về ma ̣ng CAN và giao tiế p dữ liê ̣u trong hê ̣ thố ng ma ̣ng
CAN.
2. Nghiên cứu phương pháp mã hóa dữ liê ̣u chuẩ n OBD -2 và các chuẩn giáo
tiế p OBD -2.
3. Sử dụng Microchip PIC 24HJ64GP506A, LCD và các linh kiê ̣n hiê ̣n có trên
thị trường Việt Nam thiết kế và chế tạo mạch điện máy chẩn đoán , lâ ̣p trin
̀ h
và nạp dữ liệu cho máy.
4. Tiế n hành thực nghiê ̣m chẩ n đoán trên xe ô tô Honda Civic bằ

ng máy chẩ n

đoán đươ ̣c chế ta ̣o thực hiê ̣n so sánh kế t quả với máy chẩ n đoán Inova 3133.
Kết quả đề tài đã ch ế tạo thành công Máy chẩ n đoán ô tô thông qua ma ̣ng
CAN, qua thử nghiệm xác định máy ho ạt động trên xe Honda Civic đúng theo yêu
cầu kỹ thuâ ̣t, xuấ t mã lỗi chiń h xác theo tiêu chuẩ n nhà sản xuấ t và Iso , kết cấu đơn
giản gọn nhẹ. Đây là cơ sở khoa học ban đầ u cho việc sản xuất thiế t bi ̣chẩ n đoán ô
tô trong tương lai.

GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG


system with robust design and simply structure. During test time, the device has operated
propertly in Honda Civic as technical requirements; the detected fault codes from the
device are completely satisfy manufacturers and ISO standards.The result of the thesis is a
scientific foundation for producing automotive diagnostic equipments in the future.

GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG

v

HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đoán ô tô thông qua mạng CAN

MỤC LỤC
Trang tựa

Trang

Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân .......................................................................................................... i
Lời cam đoan ........................................................................................................... ii
Cảm tạ ..................................................................................................................... iii
Tóm tắt ................................................................................................................... iv
Mục lục ................................................................................................................... vi
Danh sách các chữ viết tắt ....................................................................................... x
Danh sách các hình ................................................................................................. xi
Danh sách các bảng ............................................................................................... xii
Chƣơng 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và

2.6. CAN frame ············································································ 19
2.7. Các segment khác nhau ······························································ 25
2.8. Khoảng thời gian khác nhau của các Segment và Time Quantum ············· 25
2.9. Sự đồng bộ xung clock ······························································ 27
2.9.1. SJW ················································································· 27
2.9.2. Lỗi pha ··············································································· 27
2.9.3. Cơ chế đồng bộ ···································································· 29
2.9.4. Truyền nhận message ······························································ 30
2.9.5. Xử lý lỗi ············································································· 30
2.10. Ứng dụng mạng CAN trên xe ···················································· 32
2.10.1. Những hạn chế củađây điện ···················································· 32
2.10.2. Đường truyền dữ liệu đa hợp···················································· 34
2.10.3. Sơ đồ mạng CAN trên xe Honda Civic ········································ 37
2.10.4. Sơ đồ mạng CAN trên xe Toyota Vios 2007 ································· 39
2.10.5. Sơ đồ mạng CAN trên xe Toyota Yaris 2007 ································· 40
Chƣơng 3:CÁC PHƢƠNG PHÁP MÃ HÓA DỮ LIỆU CHẨNĐOÁN
OBD-2 VÀ CÁC CHUẨN GIAO TIẾP OBD-2
3.1. Giới thiệu về OBD -2 PIDs ························································· 41
3.2. Các chế độ hoạt động ································································ 41
3.3. Bảng mã PIDs ········································································· 42
3.3.1.Bảng mã PIDs và cách giải mã ···················································· 42
3.3.2. Cách giải mã các PIDs đặc biệt ·················································· 55
3.3.2.1. Chế độ 1 – PID01 ································································ 55
3.3.2.2. Chế độ 1 – PID03 ································································ 56
3.3.2.3. Chế độ 1 – PID12 ································································ 57

GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG

vii


4.2.3.1 Chế độ Initialization ······························································ 75
4.2.3.2 Chế độ Disable ···································································· 76
4.2.3.3.Chế độ Normal ···································································· 76
4.2.3.4.Chế độ Loopback ································································ 76

GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG

viii HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đoán ô tô thông qua mạng CAN

4.3. Thiết kế các mạch điện cơ bản của máy ·········································· 77
4.3.1. Mạch nguồn ········································································ 77
4.3.2. Mạch MCU ·········································································· 77
4.3.3. Mạch Vehicle interface ··························································· 79
4.3.4. Mạch LCD Interface ······························································ 80
4.4. Chế tạo máy chẩn đoán ô tô thông qua mạng CAN ····························· 82
4.4.1 Sơ đồ mạch in lớp trên và vị trí linh kiện ········································ 82
4.4.2. Sơ đồ mạch in lớp dưới ·························································· 83
4.4.3. Máy chẩn đoán ô tô thông qua mạng CAN ····································· 84
4.4.4. Lưu đồ thuật toán

································································ 85

Chƣơng 5: THỰC NGHIỆM MÁY CHUẨN ĐOÁN TRÊN XE
5.1. Hướng dẫn sử dụng máy chẩn đoán CAN ········································ 86
5.1.1. Cấu tạo máy chẩn đoán CAN ····················································· 86
5.1.2. Chức năng máy chẩn đoán CAN ················································· 87
5.1.3. An toànkhi sử dụng máy ·························································· 87

LIỆT KÊ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CAN Controller Area Network
DTC Diagnostic Trouble Codes
ECMElectronic Control Module
ECU Electronic Control Unit
ISO International Standard Organization
OBD On-Board Diagnostic
EOBDEuropean On Board Diagnostics
HDOBD Heavy Duty On-Board Diagnostic
CPU Central Proceeing Unit
LLC Logical Link Control
MAC Medium Access Control
PWM-Pulse-Width Modulation
ALU Arithmetic Logical Unit
NRZ None Return to Zero
NMT Network Mangement
VPW Variable Pulse Width
PWM Pulse Width Mdulation
KWP Keyword Protocol
SOF Start Of Frame
DMA Direct Memory Access
DLC Diagnostic Link Connector
LCD Liquid Crystal Display
CRC Cyclic Redundancy Code
PSW Program Status Word
SAE Society of Automotive Engineers

GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG

x

Bảng 3.13: Mã hóa Chế độ 3 đọc DTCs bit A3,A2,A1,A0 ························· 60
Bảng 3.14: Mã hóa loại nhiên liệu······················································· 61
Bảng 3.15: Chức năng các bytes trong quá trình truyền······························ 62
Bảng 3.16: Chức năng các byte trong quá trình nhận································· 62
Bảng 4.1: Các dòng PIC24H trên thị trường ··········································· 73

GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG

xi

HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy chẩn đoán ô tô thông qua mạng CAN

DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1: Sơ đồ chânAT89C51 ··························································· 4
Hình 1.2: Sơ đồ chân vi điều khiểnAT89S52 ··········································· 6
Hình 2.1: Tính ổn định của CAN ······················································· 11
Hình 2.2: Ví dụ về mạng CAN ·························································· 12
Hình 2.3: Một nút mạng CAN ··························································· 12
Hình 2.4: Mô hình mạng CAN ·························································· 13
Hình 2.5: Các lớp layer giao tiếp ························································ 14
Hình 2.6: NRZ method ··································································· 15
Hình 2.7: Kỹ thuật Bit Stuffing ························································· 15
Hình 2.8: Giản đồ thời gian ······························································ 15

Hình 2.29: Các loại lỗi khác nhau······················································· 31
Hình 2.30. Mô tả đường truyền đa hợp················································· 33
Hình 2.31. Mô hình mạng CAN trên xe ················································ 35
Hình 2.32. Mạng giao tiếp CAN với ECU trên xe ···································· 36
Hình 2.33: Mạng giao tiếp CAN với ECU trên xe Volvo ··························· 36
Hình 2.34: Sơ đồ mạng CAN trên xe Honda Civic 2007 ··························· 37
Hình 2.35: Sơ đồ mạng CAN trên xe Vios 2007 ······································ 39
Hình 2.36: Sơ đồ mạng CAN trên xe Toyota Yaris 2007···························· 40
Hình 3.1. Giắc chẩn đoán OBD – 2 ····················································· 63
Hình 3.2: Hình 3.2: ý nghĩa các ký tự trong một mã lỗi ····························· 64
Hình 3.3: Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp ISO 9141 ······································ 66
Hình 3.4:Dạng sóng của giao thức ISO 9141-2 ······································· 66
Hình 3.5:Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp SAE J1850 VPW ····························· 67
Hình 3.6: Dạng sóng của giao thức SAE J1850 VPW ······························· 67
Hình 3.7:Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp SAE J1850 PWM ····························· 67
Hình 3.8: Dạng sóng của giao thức SAE J1850 PWM ······························· 67
Hình 3.9:Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp ISO 14320 KWP2000 ························ 69
Hình 3.10:Dạng sóng của giao thức KWP2000 ······································· 69
Hình 3.11: Sơ đồ khối chuẩn giao tiếp ISO 15765 CAN ···························· 70
Hình 3.12: Dạng sóng của giao thức ISO 15765 CAN ······························· 70
Hình 4.1: Sơ đồ đóng gói kiểu 64-Pin TQFP·········································· 74
Hình 4.2: Sơ đồ khối module CAN ····················································· 75
Hình 4.3: Sơ đồ mạch nguồn cấp 5V và 3.3V ········································· 77
Hình 4.4: Mạch MCU sử dụng PIC24HJ64GP506A ································· 78
Hình 4.5: Mạch Vehicle Interface ······················································ 79

GVHD : PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG

xiii HVTH : KS NGUYỄN VĂN NGỌC


TOÅNG QUAN
1.1.

Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong
và ngoài nƣớc đã công bố.

1.1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu:
Trong thời đại ngày nay, ô tô đã trở nên phổ biến và trở thành một phương
tiên di chuyển – vận tải không thể thay thế được đối với con người. Số lượng ô tô
được bán ra ngày càng tăng. Theo thống kê đến tháng đầu năm 2011, tổng số lượng
ô tô trên toàn thế giới đã đạt mốc hơn 1 tỷ xe. Trung bình cứ 6,75 người thì lại có
một chiếc ô tô. Đứng đầu là Mỹ với tỷ lệ 1,13 người/1 ô tô.
Hàng năm, lượng ô tô trên toàn thế giới tiêu thụ hơn 1000 tỷ lít nhiên liệu và
là nguyên nhân chính gây ra các vấn đề ô nhiễm môi trường ở các đô thị. Để đối
phó với tình trạng trên, chính phủ nhiều quốc gia đã đưa ra nhiều quy định cũng như
tiêu chuẩn về khí thải ô tô. Từ đó, các nhà sản xuất ô tô đã cho ra đời nhiều thiết bị
nhằm giảm thiểu và giám sát lượng khí thải cho các sản phẩm của mình.
Bên cạnh đó, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, các ôtô
sản xuất ngày nay được trang bị hệ thống điện-điện tử khá phức tạp như hệ thống
phun xăng, hệ thống điều hòa không khí tự động, hệ thống phanh chống hãm cứng,
hệ thống treo điện tử, hệ thống đánh lửa điện tử, hệ thống kiểm soát khí thải…. Ô tô
trở nên phức tạp hơn, gây nhiều khó khăn cho kỹ thuật viên trong việc phát hiện ra
hệ thống gặp vấn đề khi hư hỏng xuất hiện.
Yêu cầu đặt ra là phải có một hệ thống chung để vừa có thể kiểm soát lượng
khí thải gây ô nhiễm môi trường để giúp các kỹ thuật viên kiểm tra các hệ thống dễ
dàng hơn để giảm công sức và thời gian trong việc sửa chữa. Hệ thống CAN
(Control Areas Nekwork) ra đời đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trên và nhanh chóng
trở thành hệ thống không thể thiếu trên ô tô hiện nay.
CAN truy cập và lấy thông tin từ ECM đưa ra các chẩn đoán về khí thải và


hiện nay. Tuy nhiên vấn đề tồn tại lớn nhất chính là vốn và cơng nghệ. Mục tiêu sản
xuất với chi phí thấp, đồng thời làm chủ được cơng nghệ cao để có được sự chủ
động trong sản xuất đang được các cơ sở sản xuất quan tâm hàng đầu. Vì thế Thầy
PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG nhận thấy được sự cần thiết của cơng nghệ chế tạo,
thiết kế và lập trình vi điều khiển. Thầy đã đề xuất và hướng dẫn các đề tài mang
tính chất thiết kế, chế tạo và ứng dụng cao như:
 Nghiên cứu, chế tạo mạch đánh lửa trên động cơ ô tô theo chương trình – KS.
Nguyễn Văn Long Giang – Luận văn thạc só 2002 –2004, người hướng dẫn:
PGS. TS Đỗ Văn Dũng – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM.
Luận văn được hoàn thành trên cơ sở ứng dụng vi xử lý (dùng bộ vi điều
khiển AT89C51)để chế tạo mạch đánh lửa trên động cơ ô tô theo chương trình.
Kết quả luận văn cho thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của vi điều khiển trong
điều khiển lập trình hoạt động cho nhiều kết cấu cơ khí và thiết bò điện phức tạp
trên ô tô.

GVHD: PGS_TS ĐÕ VĂN DŨNG

2

HVTH: KS NGUYỄN VĂN NGỌC


Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy chẩn đốn ơ tơ thơng qua mạng CAN

° Giới thiệu khái quát về họ vi điều khiển MSC-51:
MCS-51TMlà một họ IC vi điều khiển do Intel phát triển và sản xuất. Một
số nhà sản xuất được phép cung cấp các IC tương thích với các sản phẩm MCS51TMcủa Intel là Siemens, Advanced Micro Devices, Fujitsu, Philips, Atmel.
AT89C52 là một Microcomputer 8 bit, loại CMOS, có tốc độ cao và công suất
thấp với bộ nhớ Flash có thể lập trình được. Nó được sản xuất với công nghệ bộ
nhớ không bay hơi mật độ cao của hãng Atmel, và tương thích với chuẩn công


2

8051

4K ROM

128 byte

2

8751

4K EPROM

128 byte

2

8951

4K FLASH

128 byte

2

8032

0K


GVHD: PGS_TS ĐÕ VĂN DŨNG

3

HVTH: KS NGUYỄN VĂN NGỌC


Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy chẩn đoán ô tô thông qua mạng CAN

° Giới thiệu AT89C52:

Hình 1.1:Sơ đồ chân AT89C51
“Nghiêncứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ”.– KS.
Hồ Hữu Chấn – Luận văn thạc sĩ 2003 –2005, ngƣời hƣớng dẫn: PGS. TS Đỗ
Văn Dũng – Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP. HCM.
Luận văn được hoàn thành trên cơ sở ứng dụng vi xử lý (dùng bộ vi điều
khiển AT89S52) để chế tạo mạch điều khiển hộp số tự động theo chương trình. Kết
quả luận văn cho thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của vi điều khiển trong điều
khiển lập trình hoạt động cho nhiều kết cấu cơ khí và thiết bị điện phức tạp trên ô tô
nói riêng và hệ thống điều khiển tự động nói chung.
°Sơ đồ khối và chức năng các khối của AT89S52:
* Bộ vi điều khiển AT89S52 gồm các khối:
- CPU ( Central Processing Unit):

GVHD: PGS_TS ĐÕ VĂN DŨNG

4

HVTH: KS NGUYỄN VĂN NGỌC