Nghiên cứu mô phỏng mạch thiết kế điều khiển đèn pha ô tô bằng mạng can sử dụng phần mềm proteus 8.1

ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology16 Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng 6 - 2017
NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG MẠCH THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN ĐÈN PHA Ô TÔ
BẰNG MẠNG CAN SỬ DỤNG PHẦN MỀM PROTEUS 8.1
Nguyễn Văn Huỳnh, Lê Vĩnh Sơn, Bùi Hải Nam, 
Dương Thị Thu Hằng, Nguyễn Văn Nhỉnh 
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên
Ngày tòa soạn nhận được bài báo: 10/04/2017
Ngày phản biện đánh giá và sửa chữa: 20/05/2017
Ngày bài báo được duyệt đăng: 10/06/2017
Tóm tắt:
Bài báo này trình bày kết quả mô phỏng mạch thiết kế điều khiển đèn pha ô tô sử dụng mạng CAN, 
dùng phần mềm Proteus 8.1 để mô phỏng mạch thiết kế điều khiển theo chế độ hoạt động của đèn pha ô 
tô, theo cường độ ánh sáng của môi trường xe đang hoạt động trong các điều kiện khác nhau, lập trình C 
trên phần mềm CodevisionAVR cho vi điều khiển Atmega8, sử dụng một IC MCP2551 có chức năng chuyển 
đổi tín hiệu từ UART sang CAN và các linh kiện khác. Kết quả mô phỏng cho thấy sự hoạt động của mạch 
thiết kế điều khiển đèn pha ô tô sử dụng mạng CAN tương ứng với các điều kiện hoạt động của đèn pha 
trên xe ôtô.
Từ khóa: Điều khiển đèn pha, mạng CAN, mạch thiết kế.
1. Đặt vấn đề
Những năm gần đây công nghệ chiếu sáng ô 
tô đã có những phát triển bước ngoặt. Với sự xuất 
hiện của bóng đèn LED có cường độ sáng mạnh 
và tầm chiếu sáng xa, cho ánh sáng như ánh sáng 
ban ngày, các nhà sản xuất ô tô đã giải được bài 
toán về nguồn chiếu sáng. Không ngừng ở đó, chiếu 
sáng còn được sử dụng mạng CAN điều khiển nhằm 
giảm các đường dây dẫn điện trên xe ô tô. Một số 
nhà sản xuất linh kiện điện tử bán dẫn đã sản xuất 
loại bộ điều khiển CAN độc lập, hoặc thực hiện 
chúng trong những thiết kế chip đơn.
CAN được sử dụng với việc truyền dữ liệu 
lớn, đáp ứng thời gian thực và trong môi trường 
khác nhau và truyền tốc độ cao rất ổn định.[1]. Do 
đó mạng CAN được sử dụng trong ngành công 
nghiệp xe hơi. Hệ thống chiếu sáng sử dụng mạng 
CAN đã dần trở nên thông dụng đối với các nước 
phát triển coi trọng vấn đề an toàn giao thông còn 
đối với Việt Nam ta hiện nay thì chiếu sáng sử dụng 
mạng CAN vẫn còn khá mới mẻ, chỉ được trang bị 
trên các xe hạng sang. Vì vậy, Nghiên cứu này nhằm 
mô phỏng mạch thiết kế điều khiển mạng CAN trên 
cơ sở đó điều chỉnh mạch thiết kế để lắp đặt được 
trên ô tô ở Việt Nam chưa sử dụng mạng CAN trong 
điều khiển các đèn chiếu sáng. Sử dụng phần mềm 
lập trình CodeVisionAVR để lập trình C cho vi điều 
khiển Atmega8, phần mềm thiết kế mạch Altium 
Designer (mạch in điều khiển đèn pha cốt sử dụng 
mạng CAN), mạch sử dụng một IC MCP2551 có 
chức năng chuyển đổi tín hiệu từ UART sang CAN.
2. Cơ sở lý thuyết
Phần cứng hệ thống đọc dữ liệu thông tin 
mạng CAN gồm 2 bộ phận vô cùng quan trọng là: 
vi điều khiển ATmega8 và chip MCP2551. Được bố 
trí như mô hình thu thập thông tin Hình 1.
Hình 1. Mô hình thu thập thông tin trên mạng CAN
2.1. Vi điều khiển Atmega8
Chip ATmega8 [2] dòng AVR mới nhất, có 
đầy đủ các tính năng của AVR nhưng lại nhỏ gọn 
(gói PDIP có 28 chân) và low cost.
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng 6 - 2017 Journal of Science and Technology 17
Hình 2. Chip ATmega8
2.2. IC CAN MCP2551
IC CAN MCP2551 [3] đóng vai trò là một 
bộ thu nhận tín hiệu và đảm bảo mức điện áp hoạt 
động của tín hiệu.
IC có đặc điểm: Sử dụng chuẩn ISO11898, 
tốc độ truyền cao đến 1MB/s, điện áp sử dụng từ 
4V đến 5V, có thể chuyển đổi giữa UART và CAN.
Hình 3. Chân của IC CAN MCP2551
Bảng 1. Chức năng các chân MCP2551
Tên chân
 viết Tắt
Tên tiếng anh Thông tin 
TXD Transmit Data 
Input
Truyền dữ liệu 
đầu vào
VSS Ground Mát
VDD Supply Voltage Điện áp cung cấp
RXD Receive Data 
Output
Nhận dữ liệu 
đầu ra
VREF Reference
Output Voltage
Tham chiếu điện 
áp đầu ra
CANL CAN Low-Level
Voltage I/O
CANH CAN High-Level 
Voltage I/O
Điện áp kênh 
CAN cao
RS Slope-Control 
Input
Đầu vào điều 
khiển
Kết nối các chân của IC CAN MCP2551 ở 
chế độ làm việc.
Hình 4. Kết nối hoạt động của IC CAN MCP2551
3. Mô phỏng mạch thiết kế điều khiển đèn pha 
cốt sử dụng mạng CAN trên ô tô
3.1. Lập trình C bằng phần mềm CodeVision 
AVR cho vi điều khiển Atmega8 
Dựa trên lưu đồ thuật toán Hình 5, Hình 6 tác 
giả đã sử dụng phần mềm CodeVisionAVR [4] lập 
trình C [5] điều khiển cho Vi điều khiển Atmega8 
trên cơ sở điều khiển theo mức điện áp.
Hình 5. Lưu đồ thuật toán nhận tín hiệu công tắc 
đa năng
Hình 6. Lưu đồ thuật toán nhận tín hiệu để điều 
khiển đèn
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology18 Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng 6 - 2017
3.2. Mô phỏng mạch thiết kế điều khiển đèn pha 
cốt trên phần mềm Proteus 8.1
Click vào biểu tượng Protus 8.1 [6] để chạy 
chương trình, chương trình sẽ xuất hiện với giao 
diện như sau:
Hình 7. Giao diện làm việc của phần mềm
Khi màn hình xuất hiện chọn File/New 
Project để vào trang làm việc mới. Nhấp chuột vào 
các biểu tượng để lấy linh kiện hoặc ấn vào phím 
tắt “P”.
Hình 8. Lấy linh kiện trong thư viện
Tìm và tra cứu tên linh kiện và nhấn OK.
Hình 9. Tra cứu thư viện linh kiện
Sau khi tra đưa các linh kiên điện lên giao 
diện của phần mềm proteus 8.1. Ta tiến hành mô 
phỏng như sau:
Hình 10. Bộ nguồn điều khiển
Hình 11. Bộ nhận tín hiệu
Hình 12. Vi xử lý ATMEGA8
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng 6 - 2017 Journal of Science and Technology 19
Hình 13. Sơ đồ IC MCP2551
Mạch điều khiển đèn sử dụng những 
MOSFETS để điều khiển các bóng đèn (Hình 14).
Các MOSFETS điều khiển âm. Và chúng 
được nhận tín hiệu từ các PORTC từ 0 đến 4 để điều 
khiển các bóng đèn.
Các bóng đèn trong mô hình sẽ có hai dây: 
dây dương sẽ được đấu vào dương của ắc quy 
12V. Dây âm sẽ được đấu vào các rơ le và được 
MOSFETS điều khiển âm.
Khi người lái xe bật công tắc AUTO thì vi 
xử lý sẽ nhận tín hiệu và khi đó sẽ cho phép chân 23 
của vi điều khiển AVR được hoạt động (Hình 15). 
Khi ánh sáng chiếu vào quang trở thì nội trở của 
quang trở sẽ thay đổi theo giá trị Ôm (Ω). Khi xe ô 
tô đi vào bóng tối, tức cường độ ánh sáng giảm thì 
nội trở của quang trở sẽ tăng lên đến MΩ. Khi ô tô 
đi vào bóng tối, giá trị nội trở cao hơn ngưỡng quy 
định và sẽ bật đèn pha sáng.
Hình 14. Bộ điều khiển các đèn trên hệ thống
Hình 15. Quang trở đưa tín hiệu vào chân 23 của 
vi xử lý
Mạch điều khiển đèn pha cốt được mô phỏng 
như Hình 16.
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology20 Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng 6 - 2017
Hình 16. Mạch điều khiển mạng CAN mô phỏng trên Proteus 8.1
3.3. Kết quả mô phỏng
Hình 17. Đèn pha không hoạt động khi trời sáng
Hình 18. Đèn pha vẫn hoạt động khi không có xe đi 
ngược chiều
Hình 19. Đèn pha tự động bật khi trời tối
Hình 20. Đèn pha tự động chuyển cốt khi có xe đi 
ngược chiều
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng 6 - 2017 Journal of Science and Technology 21
4. Kết luận
- Quá trình mô phỏng mạch thiết kế điều 
khiển đèn pha ôtô sử dụng mạng CAN trên phần 
mềm Proteus 8.1, cho chúng ta thấy rõ được các 
chức năng điều khiển đèn pha ôtô từ chế độ điều 
khiển bằng tay sang chế độ điều khiển tự động. Điều 
đó được thể hiện trên các sơ đồ điều khiển từ hình 
17 đến 20, nó đã tối ưu hóa quá trình điều khiển đèn 
pha ôtô như đèn pha tự động bật sáng khi trời tối 
hay đèn pha tự động chuyển từ chiếu xa (pha) sang 
chiếu gần (cốt) khi gặp xe đi ngược chiều.
- Tóm lại: dựa trên file mô phỏng mạch thiết 
kế điều khiển hoạt động đèn pha sử dụng mạng 
CAN, chúng ta có thể khảo sát các chế độ hoạt động 
khác nhau của đèn pha tương ứng với các chế độ 
hoạt động trên xe ôtô. Đồng thời kết quả mô phỏng 
trên phần mềm Proteus 8.1 cho ta cơ sở để tiến hành 
điều chỉnh mạch chế tạo bộ điều khiển và xây dựng 
mô hình điều khiển đèn pha ôtô sát với các ứng 
dụng trên các xe ôtô thực tế, nhằm tối ưu hóa quá 
trình điều khiển và rút ngắn thời gian chế tạo và thử 
nghiệm.
Tài liệu tham khảo
[1]. Hoàng Minh Sơn (2008), Mạng truyền thông công nghiệp, NXB Khoa học và kỹ thuật.
[2]. Shop manual AVR1607, Brushless DC Motor (BLDC) Control in Sensor Mode using 
ATxmega128A1 and ATAVRMC323 of Atmel Group.
[3]. Datasheet MCP2551, Driver CAN bus.
[4]. Phạm Văn Ất (2015), Kỹ thuật lập trình C cơ sở và nâng cao, NXB Giao thông vận tải.
[5]. Hướng dẫn sử dụng phần mềm CodevisionAVR, hãng HP InforTech và Proteus 8.1, hãng 
Labcenter.
[6]. Đỗ Văn Dũng (2014), Hệ thống điện và điện tử ôtô hiện đại, NXB ĐH quốc gia TPHCM.
SIMULATION RESEARCH OF THE DESIGN AUTOMOTIVE HEADLIGHT CONTROL 
CIRCUIT WITH CAN COMMUNICATION USING PROGRAM PROTEUS 8.1
Abstract:
This paper shows the simulation results of the designed automotive headlight control circuit with 
CAN communication, Proteus 8.1 had been applied to simulate the designed control circuit according 
to headlight operation, light intensity of the different automotive running conditions. C programming on 
CodevisionAVR is for Atmega8 microcontroller, using an IC MCP2551 has a signal converter function 
from UART signal to CAN and other components. Simulation results present that the operation of designed 
headlight control circuit with CAN communication corresponds to automotive running conditions.
Keywords: headlight control, CAN communication, designed circuit.