Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ    Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ GVHD: Phạm Quốc Thái Trang: 1 SVTH: Lê Anh Nhật - Lớp 02C4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 4 1. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI 5 1.1. Đặt vấn đề 5 1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ 6 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ LINH KIỆN THIẾT KẾ BỘ GIAO TIẾP 6 2.1. Giới thiệu khái quát về họ vi điều khiển 8051 6 2.1.1. Cấu trúc vi điều khiển P89V51RD2 7 Sơ đồ khối 7 2.1.2. Chức năng các chân 9 2.1.3. Tổ chức bộ nhớ của bộ vi điều khiển 8951 12 2.1.4. Các thanh ghi chức năng đặc biệt ( SFR ) 14 2.1.5. Hoạt động của bộ định thời và các ngắt 19 2.1.5.1. Hoạt động của định thời 19 2.1.5.2. Hoạt động ngắt 20 2.2. Bộ chuyển đổi ADC 21 Giới thiệu vi mạch ADC0809 21 2.3. Giao tiếp LCD 16 x 2 và vi điều khiển P89V51RD2 25 2.3.1. Giới thiệu LCD 16 x 2 25 2.3.2. Phương thức giao tiếp giữa LCD 16 x 2 và vi điều khiển P89V51RD2 25 3. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 26 3.1. Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng của hệ thống điều khiển động cơ 26 Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng 26 3.2. Các tín hiệu đầu vào 29 3.2.1.Cảm biến vị trí bướm ga 29 3.2.2. Cảm biến nhệt độ nước làm mát 30 3.2.3. Cảm biến nhiệt độ khí nạp 32 3.2.4. Cảm biến ôxy 34 3.2.5. Cảm biến kích nổ 35 3.2.6. Cảm biến áp suất đường ống nạp 37 3.2.7. Bộ tạo tín hiệu G và NE 38 GVHD: Phạm Quốc Thái Trang: 2 SVTH: Lê Anh Nhật - Lớp 02C4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ 3.2.8. Tín hiệu STAR (máy khởi động) 39 3.3. Bộ điều khiển điện tử 39 3.3.1. Tổng quan 39 3.3.2. Cấu trúc ECU 40 3.4. Các tín hiệu điều khiển 44 3.4.1. Điều khiển đánh lửa 44 3.4.1.1. Cơ bản về đánh lửa theo chương trình 44 3.4.1.2. Điều khiển chống kích nổ 46 3.4.1.3. Hiệu chỉnh góc đánh lửa theo các chế độ làm việc của động cơ 48 3.4.2. Điều khiển kim phun 50 3.4.2.1. Hoạt động của kim phun 51 3.4.2.2. Sơ đồ mạch điện điều khiển kim phun 52 3.4.2.3. Chức năng của ECU trong việc điều khiển kim phun 53 3.4.2.4. Sự hiệu chỉnh thời gian phun 55 3.4.3. Điều khiển chế độ không tỉa (cầm chừng) và kiểm soát khí thải 59 3.5. Hệ thống tự chuẩn đoán 61 3.5.1. Tổng quan về hệ thống tự chuẩn đoán 61 3.5.2. Nguyên lý phát hiện lỗi 61 3.5.3. Phương pháp truy xuất mã lỗi 62 4. THIẾT KẾ MẠCH GIAO TIẾP VI ĐIỀU KHIỂN P89V51RD2 VÀ ECU ĐỘNG CƠ 64 4.1. Cơ sở giao tiếp 64 4.2. Phương án thiết kế 65 4.4. Sơ đồ mạch tổng thể của thiết bị hiển thị mã lỗi 66 4.5. Giới thiệu động cơ thử nghiệm 67 5. CHƯƠNG TRÌNH GIAO TIẾP ECU VÀ HIỂN THỊ MÃ LỖI LÊN LCD 70 5.1. Lưu đồ thuật toán 70 5.2. Chương trình 72 6. QUY TRÌNH CHẨN ĐOÁN 83 7. KẾT LUẬN 85 GVHD: Phạm Quốc Thái Trang: 3 SVTH: Lê Anh Nhật - Lớp 02C4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 LỜI NÓI ĐẦU Hệ thống phun xăng điện tử ngày càng được sử dụng rộng rãi nhằm mục đích tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường. Trong quá trình học và thực tập em được tìm hiểu về động cơ phun xăng điện tử, biết được nguyên lý phát hiện lỗi động cơ. Trên một số xe, việc ECU phát hiện lỗi được thông báo cho người sử dụng thông qua đèn báo. Việc này gây bất tiện cho người sử dụng và người kỹ thuật viên khi muốn biết lỗi động cơ phải tra bảng mã lỗi của từng loại động cơ. Thiết kế một thiết bị hiển thị lỗi của động cơ thay cho việc đọc lỗi bằng đèn báo, hoặc thay thế cho thiết bị sẵn có trên thị trường nhưng giá quá cao, mà vẫn chính xác. Em chọn đề tài: ‘‘Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ” Qua đây em xin chân thành cám ơn đến thầy Phạm Quốc Thái và các thầy phụ trách phòng thí nghiệm AVL đã tạo điều kiện cho em được tiếp xúc các mô hình thực tế, tham khảo nhiều tài liệu quí trong thời gian thực tập và làm đồ án tốt nghiệp. Mong muốn thiết kế một thiết bị đơn giản với nhiều chức năng nhưng do thời gian làm đề tài khá ngắn, nội dung đề tài có nhiều vấn đề phức tạp, sự thiếu thốn các thiết bị đo, thiết bị kiểm tra, ngoài ra hạn chế trong việc thiết kế mạch điện tử cũng tạo ra GVHD: Phạm Quốc Thái Trang: 4 SVTH: Lê Anh Nhật - Lớp 02C4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ không ít khó khăn nên đề tài mới chỉ được kiểm tra trên động cơ TYOTA 4A-FE. Trong quá trình thực hiện không thể tránh khỏi những sai sót mong các thầy thông cảm và chỉ dẫn tạo điều kiện để em được hoàn thiện đề tài. Em xin chân thành cảm ơn! Đà nẵng, ngày 01 tháng 06 năm 2007 Sinh viên thực hiện Lê Anh Nhật 1. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI 1.1. Đặt vấn đề Từ khi chiếc ô tô đầu tiên trên thế giới ra đời cho đến nay, ô tô đã trở thành một phương tiện vận chuyển cần thiết khó có gì thay thế được trong cuộc sống. Hiện nay, so với các phương tiện giao thông khác ô tô có vị trí vô cùng quan trọng và tỷ lệ hành khách tham gia giao thông đường bộ cao hơn so với các loại phương tiện giao thông khác. Cùng với xu hướng phát triển về khoa học kỹ thuật công nghệ thì nền công nghiệp ô tô cũng phát triển không ngừng. Từ những năm 80 của thế kỷ XX, công nghệ điện tử đã được ứng dụng trên ô tô dần dần thay thế các cơ cấu điều khiển bằng cơ khí. Qua nhiều thập niên điện tử trở thành một trong những nhân tố quan trọng không thể thiếu được trên ô tô. Nó không những giúp động cơ ô tô điều khiển chính xác hơn và còn làm giảm ô nhiểm môi trường, tiết kiệm nhiên liệu, tăng công suất động cơ. Song song với việc hiện đại hoá chiếc ô tô ngày càng hoàn hảo hơn thì vấn đề bảo trì, chẩn đoán, sửa chữa ngày càng phức tạp hơn. Với những chiếc ô tô hiện đại hiện nay lượng dữ liệu điều khiển xe ngày càng nhiều. Vì vậy chẩn đoán sửa chữa GVHD: Phạm Quốc Thái Trang: 5 SVTH: Lê Anh Nhật - Lớp 02C4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ theo phương pháp thủ công đã trở nên hết sức khó khăn. Do đó, để giúp cho người kỹ thuật viên thực hiện tốt công việc chẩn đoán và sửa chữa các ô tô đời mới đã trang bị hệ thống tự chuẩn đoán. Cùng với xu thế của thế giới, ô tô ở Việt Nam đã ngày càng được sử dụng nhiều hơn. Do đó điều kiện về kinh tế người sử dụng ở Việt Nam thường sử dụng những xe cũ nhập từ nước ngoài về, mặc dù trên các xe có trang bị hệ thống tự chẩn đoán nhưng ở bộ phận hiển thị lỗi lại sử dụng đèn tín hiệu để báo lỗi. Với cách báo lỗi như vậy gây khó khăn cho người kỹ thuật viên trong việc kiểm tra lỗi, và có khi là không chính xác. Để đơn giản hơn cho người kỹ thuật viên trong việc đọc lỗi động cơ ta sử dụng thiết bị hiển thị lỗi động cơ. Hiện nay đã có thiết bị này nhưng giá cả khá đắt. Trong khi đó chỉ với những thiết bị sẵn có trên thị trường có thể tạo ra thiết bị có tính năng tương tự nhưng với giá cả lại rẻ hơn rất nhiều. 1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ Đề tài: “Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ “ nhằm chế tạo một thiết bị hiển thị lỗi của động cơ bằng vi điều khiển đơn giản với giá thành thấp nhưng đảm bảo độ tin cậy. Các bước thực hiện: - Tìm hiểu cấu trúc vi điều khiển - Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình - Khảo sát hệ thống điều khiển động cơ - Tìm hiểu về hệ thống tự chẩn đoán - Thiết kế phần cứng bộ giao tiếp - Lập trình vi điều khiển 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ LINH KIỆN THIẾT KẾ BỘ GIAO TIẾP 2.1. Giới thiệu khái quát về họ vi điều khiển 8051 MCS-51 là một họ IC vi điều khiển do Intel phát triển và sản xuất. Các nhà sản xuất IC khác như Siemens, Advanced Micro Devices,Fujitsu và Phillip được cấp phép làm các nhà cuung cấp thứ hai cho các chip của họ MCS-51. Chip 8051 là bộ vi điều GVHD: Phạm Quốc Thái Trang: 6 SVTH: Lê Anh Nhật - Lớp 02C4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ khiển đầu tiên của họ vi điều khiển MCS-51, là một trong những bộ vi điều khiển mạnh và linh hoạt nhất, đã trở thành bộ vi diều khiển hàng đầu trong những năm gần đây Đặc điểm và chức năng hoạt động của các IC họ MSC-51 hoàn toàn tương tự như nhau. Ở đây giới thiệu IC P89V51RD2 là một họ IC vi điều khiển do hãng Philips Semiconductor sản xuất. Các đặc điểm của P89V51RD2 được tóm tắt như sau : - Khối xử lý trung tâm 80C51 chuẩn - Hoạt động ở điện áp nguồn 5V từ tần số 0 MHz đến 40 MHz - 64 KB EPROM bên trong với khả năng lập trình ngay trên hệ thống (ISP). - 1024 Byte RAM nội. - 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit. - Giao tiếp nối tiếp SPI và UART - Dải đếm khả trình PCA với chức năng PWM, thu giữ và so sánh - 3 bộ TIMER/COUNTER 16 bit - 8 nguồn ngắt với 4 mức ưu tiên - 2 thanh ghi con trỏ dữ liệu DPTR - Tương thích mức logic TTL và CMOS - 1 bộ WATCHDOG TIMER khả trình. 2.1.1. Cấu trúc vi điều khiển P89V51RD2 Sơ đồ khối GVHD: Phạm Quốc Thái Trang: 7 SVTH: Lê Anh Nhật - Lớp 02C4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ Hình 2.1: Sơ đồ khối kiến trúc bên trong P89V51RD2 Đơn vị xử lí trung tâm nhận trực tiếp xung từ bộ dao động, ngoài ra còn có khả năng đưa một tín hiệu giữ nhịp từ bên ngoài. Chương trình đang chạy có thể cho dừng lại nhờ một khối điều khiển ngắt ở bên trong. Các nguồn ngắt có thể là: các biến cố ở bên ngoài, sự tràn bộ đếm định thời hoặc cũng có thể là giao diện nối tiếp. Ba bộ định thời 16 bit hoạt động như một bộ đếm. Các cổng (port0, port1, port2, port3), sử dụng vào mục đích điều khiển. Ở cổng 3 có thêm các đường dẫn điều khiển dùng để trao đổi với một bộ nhớ bên ngoài, hoặc để đầu nối giao diện nối tiếp, cũng như các đường ngắt dẫn bên ngoài. Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền và một bộ nhận không đồng bộ, làm việc độc lập với nhau. Tốc độ truyền qua cổng nối tiếp có thể đặt trong dãy rộng và được ấn định bằng một bộ định thời. GVHD: Phạm Quốc Thái Trang: 8 SVTH: Lê Anh Nhật - Lớp 02C4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ Trong vi điều khiển 8951 có hai thành phần quan trọng khác đó là bộ nhớ và các thanh ghi : + Bộ nhớ gồm có bộ nhớ RAM và bộ nhớ ROM dùng để lưu trữ dữ liệu và mã lệnh. + Các thanh ghi sử dụng để lưu trữ thông tin trong quá trình xử lí. Khi CPU làm việc nó làm thay đổi nội dung của các thanh ghi. 2.1.2. Chức năng các chân Mặc dù các thành viên của họ MSC-51 có nhiều kiểu đóng vỏ khác nhau, chẳng hạn như hai hàng chân DIP (Dual In-Line Pakage) dạng vỏ dẹt vuông QFP (Quad Flat Pakage) và dạng chíp không có chân đỡ LLC (Leadless Chip Carrier) và đều có 40 chân cho các chức năng khác nhau như vào ra I/0, đọc , ghi , địa chỉ, dữ liệu và ngắt. Tuy nhiên, vì hầu hết các nhà phát triển chính dụng chíp đóng vỏ 40 chân với hai hàng chân DIP, nên chúng ta cùng khảo sát Vi điều khiển với 40 chân dạng DIP. GVHD: Phạm Quốc Thái Trang: 9 SVTH: Lê Anh Nhật - Lớp 02C4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ Hình 2.2: Sơ đồ chân P89V51RD2 Vi điều khiển 8951 có 32 trong 40 chân có chức năng như là các cổng I/O, trong đó 24 chân được sử dụng với hai mục đích. Nghĩa là ngoài chức năng cổng I/O, mỗi chân có công dụng kép này có thể là một đường điều khiển của Bus địa chỉ hay Bus dữ liệu hoặc là mỗi chân hoạt động mọt cách độc lập để giao tiếp với các thiết đơn bit như là công tắc, LED, transistor… a.Port0: là port có 2 chức năng, ở trên chân từ 32 đến 39 của MC 8951. Trong các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ ngoài, P0 được sử dụng như là những cổng I/O. Còn trong các thiết kế lớn có yêu cầu một số lượng đáng kể bộ nhớ ngoài thì P0 trở thành các đường truyền dữ liệu và 8 bit thấp của bus địa chỉ. GVHD: Phạm Quốc Thái Trang: 10 SVTH: Lê Anh Nhật - Lớp 02C4 [...]... bộ vi xử lý; ngõ ra (outputs) là các cơ cấu chấp hành (actuator) như kim phun, GVHD: Phạm Quốc Thái Trang: 27 SVTH: Lê Anh Nhật - Lớp 02C4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ Hình 3.2: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển GVHD: Phạm Quốc Thái Trang: 28 SVTH: Lê Anh Nhật - Lớp 02C4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển. .. cấu trúc và các khối chức năng GVHD: Phạm Quốc Thái Trang: 26 SVTH: Lê Anh Nhật - Lớp 02C4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ Hình 3.1: Sơ đồ các khối chức năng Sơ đồ các khối chức năng của hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình được mô tả trên hình 3.1 Hệ thống điều khiển bao gồm : ngõ vào (inputs) với chủ yếu các cảm biến , hộp ECU là bộ... là điều chỉnh độ tương phản , tức là độ sáng của LCD, để điều chỉnh độ tương phản thì nối chân này với biến trở 10k, một đầu nối dất một đầu nối với dương nguôn 2.3.2 Phương thức giao tiếp giữa LCD 16 x 2 và vi điều khiển P89V51RD2 GVHD: Phạm Quốc Thái Trang: 25 SVTH: Lê Anh Nhật - Lớp 02C4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ Trước khi làm vi c... Not để tạo xung Clock cho ADC GVHD: Phạm Quốc Thái Trang: 24 SVTH: Lê Anh Nhật - Lớp 02C4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ Hình 2.6 Mạch dao động cho ADC 0809 Tần số dao động của mạch là f = 1/(3.R.C) Tần số dao động chuẩn là 600 KHz => 640 =1/(3.R.C) Với R từ 100Ω đến vài KΩ, ta chọn R = 330 Ω => C = 1500 pF 2.3 Giao tiếp LCD 16 x 2 và vi điều. .. 02C4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ ECU xem nhiệt độ 20oC là mức chuẩn, nếu nhiệt độ khí nạp lớn hơn 20 oC thì ECU sẽ điều khiển giảm lượng xăng phun, nếu nhiệt độ khí nạp nhỏ hơn 20 oC ECU điều khiển tăng lượng xăng phun Với phương pháp này tỷ lệ hỗn hợp sẽ được đảm bảo theo nhiệt độ môi trường - Mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp Đặc tính và. .. 89H và thanh ghi điều khiển timer (TCON) ở địa chỉ 88H Chỉ có TCON được địa chỉ hóa từng bit g Các thanh ghi port nối tiếp GVHD: Phạm Quốc Thái Trang: 17 SVTH: Lê Anh Nhật - Lớp 02C4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ 8951 chứa một port nối tiếp trên chip dành cho vi c trao đổi thông tin với các thiết bị nối tiếp như máy tính, modem hoặc cho vi c... chọn 8 kênh và một bộ logic điều khiển tương thích Bộ chuyển đổi AD 8 bit này dùng phương pháp chuyển đổi xấp xỉ liên tiếp Bộ chọn kênh có thể truy xuất bất kỳ kênh nào trong các ngõ vào tương tự một cách độc lập GVHD: Phạm Quốc Thái Trang: 21 SVTH: Lê Anh Nhật - Lớp 02C4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ Hình 2.5: Sơ đồ chân vi mạch ADC 0809... 02C4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ 2.1.5 Hoạt động của bộ định thời và các ngắt 2.1.5.1 Hoạt động của định thời Bộ định thời được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng hướng điều khiển và 8051 với các bộ định thời trên chip không phải là trường hợp ngoại lệ 8051 có hai bộ dịnh thời 16-bit, mỗi bộ có bốn chế độ hoạt động Các bộ định thời dung để: ... 5V + Điện áp ngõ vào 0 - 5V + Tần số xung clock 10kHz - 1280 kHz + Nhiệt độ hoạt động - 40oC đến 85oC GVHD: Phạm Quốc Thái Trang: 22 SVTH: Lê Anh Nhật - Lớp 02C4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ + Dễ dàng giao tiếp với vi xử lý hoặc dùng riêng + Không cần điều chỉnh zero hoặc đầy thang Nguyên lý hoạt động: ADC 0809 có 8 ngõ vào tương tự, ngõ... tiên Người thiết kế có thể chọn không phải khởi động lại con trỏ ngăn xếp mà để nó lấy giá trị mặc định khi reset hệ thống Giá trị măc định đó là 07H và kết qủa là ngăn GVHD: Phạm Quốc Thái Trang: 16 SVTH: Lê Anh Nhật - Lớp 02C4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ đầu tiên để cất dữ liệu có địa chỉ 08H Nếu phần mềm ứng dụng không khởi động lại SP, . Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ    Đồ Án Tốt Nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động. vi điều GVHD: Phạm Quốc Thái Trang: 6 SVTH: Lê Anh Nhật - Lớp 02C4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ khiển đầu tiên của họ vi điều khiển. Nhật - Lớp 02C4 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế mạch giao tiếp giữa ECU và vi điều khiển để hiển thị lỗi động cơ Trong vi điều khiển 8951 có hai thành phần quan trọng khác đó là bộ nhớ và các thanh