Ứng dụng nền tảng Arduino và LabVIEW trong thu thập dữ liệu động cơ

44 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 51 (01/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
ỨNG DỤNG NỀN TẢNG ARDUINO 
 VÀ LABVIEW TRONG THU THẬP DỮ LIỆU ĐỘNG CƠ 
APPLYING ARDUINO AND LABVIEW PLATFORM IN AUTOMOTIVE 
ENGINE DATA ACQUISITION 
Lê Khánh Tân 
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, Việt Nam 
Ngày toà soạn nhận bài 27/11/2018, ngày phản biện đánh giá 24/12/2018, ngày chấp nhận đăng 15/01/2019 
TÓM TẮT 
Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 và công nghệ điều khiển thông minh qua máy tính sẽ dẫn 
đến việc điều khiển ô tô thông qua máy tính ngày càng phát triển mạnh. Việc điều khiển xe bằng 
máy tính sẽ giúp con người giảm bớt được thao tác khi vận hành, đồng thời việc xử lí các sự cố 
xảy ra cũng chính xác và nhanh hơn. Để làm được điều đó thì việc thu thập dữ liệu từ động cơ 
về máy tính là rất quan trọng, sau đó những tín hiệu này sẽ được dùng để xử lí và thực thi mệnh 
lệnh của người điều khiển và mục đích cuối cùng là giúp động cơ hoạt động ổn định theo mong 
muốn của chúng ta. Đề tài này sẽ ứng dụng phần mềm LabVIEW và Arduino để xây dựng thiết 
bị thu thập dữ liệu trên động cơ Toyota Yaris 2SZ-FE phục vụ cho nhu cầu giảng dạy, học tập 
và nghiên cứu của sinh viên. 
Từ khóa: Hệ thống điều khiển; thu thập dữ liệu; điều khiển bằng máy tính; LabVIEW; Arduino; 
cảm biến; cơ cấu chấp hành. 
ABSTRACT 
The 4.0 industrial revolution and computer-controlled intelligent technology will lead to 
the development of controlling automobiles through computers. Controlling the car by 
computer will help people reduce working while operating, and the treatment of the incident in 
the street is also accurate and faster. To do this, it is important to collect data from the 
automotive to the computer, then these signals will be used to process and execute the 
command of the operator and the ultimate goal is to keep the engine working stable according 
to all conditions. This project will use LabVIEW and Arduino software to build a data 
acquisition device on the Toyota Yaris 2SZ-FE engine for serving of teaching, learning and 
research of students. 
Keywords: Control system; data acquisition; computer control; LabVIEW; Arduino; sensor; 
actuators. 
1. GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 
Với mục tiêu là tạo điều kiện cho người 
học được dễ dàng tiếp cận với thiết bị mới 
trong học tập, và rèn luyện kỹ năng kiểm tra, 
chẩn đoán, thu thập thông tin theo hướng ứng 
dụng công nghệ thông tin vào chuyên ngành 
ô tô. 
Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên, tác 
giả nghiên cứu quyết định thực hiện đề tài 
“Ứng dụng nền tảng Arduino và LabVIEW 
trong thu thập dữ liệu trên ô tô” với mong 
muốn tạo ra một mô hình có thể áp dụng vào 
giảng dạy ngay học phần mà mình đang đảm 
trách. 
Sản phẩm đề tài sau khi hoàn thành sẽ 
cung cấp cho người học mô hình thu thập dữ 
liệu và điều khiển từ máy tính các dữ liệu 
hoạt động của động cơ. Qua đó người học 
tiếp cận nhanh và ứng dụng tốt vào các bài 
thực hành và trong nghiên cứu khoa học. 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 51 (01/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
45 
2. THIẾT KẾ THIẾT BỊ THU THẬP 
DỮ LIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN 
2.1 Sơ lược về động cơ Toyota Yaris 2SZ – 
FE và phương pháp thu thập dữ liệu 
Động cơ trên xe Toyota Yaris sử dụng 
loại động cơ xăng, 4 kỳ, 4 xylanh thẳng hàng. 
Hệ thống đánh lửa sớm điện tử (Electronic 
Spark Advance - ESA) sử dụng bobine đơn. 
Hệ thống phun xăng điện tử (Electronic Fuel 
Injection - EFI). [1] 
Ta thực hiện thu thập tín hiệu từ các cảm 
biến: nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí nạp, 
vị trí bướm ga, cảm biến lưu lượng khí nạp, 
lấy tín hiệu IGT để đo thời gian ngậm điện của 
bobine và tốc độ động cơ, lấy tín hiệu từ một 
chân #10 hoặc #20 trên mỗi kim phun về ECU 
động cơ để đo thời gian mà kim phun nhiên 
liệu với mỗi chu kỳ của máy. [2] 
Thu thập tín hiệu cảm biến vị trí bàn đạp 
ga là tín hiệu kép loại tuyến tính. 
2.2 Thiết kế phần cứng thu thập dữ liệu 
 Sử dụng board Arduino để thu thập dữ 
liệu từ các hệ thống trên động cơ: 
Hình 1. Hình vẽ mô phỏng mạch điện tổng thể 
Tín hiệu ananlog của các cảm biến vị trí 
bàn đạp ga số 1 (VPA) và 2 (VPA2), cảm biến 
nhiệt độ khí nạp (THA), cảm biến nhiệt độ 
nước làm mát (THW), cảm biến khối lượng 
khí nạp (VG), cảm biến vị trí bướm ga (VTA) 
được thu thập về ECU qua một con điện trở 
1,5 KΩ về chân analog A0, A1, A2, A3, A4, 
A5 trên board Arduino. [3] 
 Thiết kế cơ chế ổn định tín hiệu đầu vào 
và bảo vệ tín hiệu cảm biến khỏi các xung 
nhiễu: 
Hình 2. Sơ đồ thực tế mạch trích tín hiệu 
analog từ cảm biến về board Arduino. 
Tín hiệu từ cảm biến trên động cơ được 
đưa qua bộ lọc thông thấp gồm R1 và C1 giúp 
lọc các tín hiệu xung gai cao tầng, đồng thời 
được ghim áp bởi diode zener 5V giúp bảo vệ 
tín hiệu cảm biến khỏi các điện áp cao. Tổng 
trở kháng của mạch trích tín hiệu analog từ 
cảm biến trên động cơ rất lớn nên phần cứng 
thu thập dữ liệu chỉ đóng vai trò như thiết bị 
đo và lọc tín hiệu. Thực nghiệm cho thấy hoàn 
toàn không gây ảnh hưởng đến các thông số 
làm việc của động cơ. 
Tín hiệu góc ngậm đánh lửa và tốc độ 
động cơ được lấy từ chân tín hiệu IGT từ ECU 
xuống bobine thông qua một con điện trở 
1,5KΩ về chân digital 2 trên board Arduino. 
Tín hiệu thời gian phun được lấy từ chân 
tín hiệu #10 hoặc #20 hoặc #30 hoặc #40 sau 
một trong bốn kim phun qua điện trở 10KΩ về 
chân digital 3 trên board Arduino. [2] 
 Sử dụng board Arduino và IC DAC MCP 
4921 để giả tín hiệu của cảm biến vị trí 
bàn đạp ga điều khiển động cơ: 
Hình 3. Mạch in thiết kế trên Proteus điều 
khiển và thu thập dữ liệu 
Tín hiệu analog giả tín hiệu cảm biến vị 
trí bàn đạp ga (VPA) được thu thập từ chân tín 
hiệu số 8 trên Microchip MCP 4921 thứ I 
được đưa vào chân A0 board Arduino. 
46 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 51 (01/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
Tín hiệu analog giả tín hiệu cảm biến vị 
trí bàn đạp ga (VPA2) được thu thập từ chân 
tín hiệu số 8 trên Microchip MCP 4921 thứ II 
được đưa vào chân A1 board Arduino. [3] 
Hình 4. Mạch thiết kế 3D trên Proteus cùng 
2 chip DAC MCP4921 
Chân số 1 và số 6 của cả hai MCP 4921 
nối với nhau và nối với chân 5V board 
Arduino. Chân số 2 MCP 4921 thứ I nối với 
chân ra số 10 board Arduino để nhận xung 
điều chỉnh. Chân số 2 MCP 4921 thứ II nối 
với chân ra số 9 board Arduino để nhận xung 
điều chỉnh. Chân số 3 của cả hai MCP 4921 
nối với nhau và nối về chân ra 13 board 
Arduino. Chân số 4 của cả hai MCP 4921 nối 
với nhau và nối với chân ra 11 board Arduino. 
Chân số 5 và 7 của cả hai MCP 4921 nối với 
nhau và nối về chân GND board Arduino. 
Chân số 8 MCP 4921 thứ I đưa tín hiệu đi điều 
khiển giả tín hiệu chân VPA của cảm biến bàn 
đạp ga trên ECU động cơ. Chân số 8 MCP 
4921 thứ II đưa tín hiệu đi điều khiển giả tín 
hiệu chân VPA2 của cảm biến bàn đạp ga trên 
ECU động cơ. [3] 
 Thiết kế mạch OR để ghép nối và bảo vệ 
cảm biến bàn đạp ga: 
Hình 5. Các chế độ hoạt động của cổng OR. 
Hình 6. Mạch “OR” thiết kế trên mô hình thật 
Mỗi mạch OR gồm 2 diode và 1 điện trở 
1KΩ. Mỗi đầu Anode của điốt được nối với 
tín hiệu đi điều khiển. Hai đầu Cathode của 
diode được nối với nhau và nối với một đầu 
của điện trở và nối xuống mass. 
Hình 7. Thiết kế hộp bộ thu thập và điều 
khiển động cơ 
Hình 8. Thiết kế bên ngoài hộp điều khiển 
2.3 Thiết kế phần mềm giao tiếp thu thập 
dữ liệu và điều khiển từ máy tính trên 
nền tảng Arduino và LabVIEW 
 Lập trình Arduino 
Arduino sau khi thu thập dữ liệu qua các 
chân trên board Arduino sẽ gửi dữ liệu qua 
giắc nối USB type B trên Arduino của một 
đầu cáp nối đến đầu nối còn lại USB type A 
trên máy tính. [3] 
Hình 9. Giao tiếp giữa máy tính và Arduino 
Hình 10. Sơ đồ khối đọc tín hiệu từ các chân 
tín hiệu 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 51 (01/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
47 
Các tín tiện của cảm biến sẽ đưa về các 
chân Analog từ A0 đến A5 trên board mạch 
Arduino. [3] 
Hình 11. Sơ đồ khối đọc tín hiệu xung IGT 
Tín tiện thời gian tích trữ năng lượng 
trên hệ thống đánh lửa (thời gian ngậm) IGT 
sẽ đưa về chân digital 2 để đếm xung xác 
định số vòng quay động cơ. Tín hiệu Điều 
khiền kim phun sẽ đưa về chân digital 3 trên 
board mạch Arduino để xác định thời gian 
phun. 
 Lập trình giao tiếp giữa board arduino và 
LabVIEW 
Cách giao tiếp RS232 sử dụng trên 
LabVIEW: 
Hình 12. Sơ đồ khối giao tiếp giữa Arduino 
và LabVIEW 
Việc lập trình trên LabVIEW sẽ bắt đầu 
với việc khởi tạo các khối hàm VISA. Đây là 
những khối hàm chức năng đã được xây 
dựng sẵn nhằm giúp LabVIEW có thể kết nối 
với các phần cứng bên ngoài. [4] 
Hình 13. Mô hình khối giao tiếp VISA của 
LabVIEW 
Các dữ liệu sau được truyền máy tính sẽ 
được chuyển đổi thành các mảng (array). [4] 
Hình 14. Mô tả các khối hàm chuyển đổi mảng 
Sau khi nhận được tín hiệu truyền đến từ 
giao tiếp RS232, chúng ta sẽ bóc tách riêng 
biệt từng gói dữ liệu đã đặt tên trong code 
Arduino ra để tiến hành xử lý, đọc và hiển thị 
trên biểu đồ, thông số đã qua tính toán của 
Sub VI. [5] 
Hình 15. Mô hình khối tách tín hiệu trong 
LabVIEW [5] 
3. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 
KẾT QUẢ 
3.1 Thử nghiệm với động cơ hoạt động 
cầm chừng 
Động cơ hoạt động với chế độ cầm 
chừng không tải. 
Bướm ga đóng hoàn toàn với góc mở 
0%. 
Bàn đạp ga đóng hoàn toàn với góc đạp 
0% 
Động cơ nằm trong xưởng động cơ với 
nhiệt độ môi trường tại xưởng bình thường. 
Tín hiệu bàn đạp ga dạng Volt hiển thị 
qua biểu đồ và đồng hồ khi góc mở bàn đạp 
ga 0% [6] 
48 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 51 (01/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
Hình 16. Giao diện chương trình lúc không 
tải (VTA 0 %) 
KẾT QUẢ 
Kết quả đo được thể hiện đầy đủ trên 
giao diện LabVIEW của máy tính với các tín 
hiệu đo được ở thử nghiệm 1 như sau: 
Tốc độ động cơ: ~700 rpm 
Góc mở bướm ga: ~ 0 % 
Thời gian ngậm: 2.6 millis 
Thời gian phun: ~2.6 millis 
Cảm biến khối lượng khí nạp: 2 Volt 
Góc mở bàn đạp: ~0% 
Tín hiệu bàn đạp VPA: 0.78 Volt 
Tín hiệu bàn đạp VPA2: 1.52 Volt 
Ý NGHĨA 
Kiểm tra sơ bộ tất cả các tín hiệu cảm 
biến trên động cơ được thu thập lên máy tính. 
Hình 17. Bảng đồ thị kết quả chương trình 
lúc không tải (VTA 0 %) 
3.2 Thử nghiệm với động cơ hoạt động 
trong số vòng quay từ 1500 – 2000 
vòng/phút 
Xe hoạt động với chế độ không tải. 
Tốc độ động cơ trong khoảng 1500 – 
2000 vòng/phút. 
Động cơ nằm trong xưởng động cơ với 
nhiệt độ môi trường tại xưởng bình thường. [6] 
Hình 18. Giao diện chương trình lúc động 
cơ không tải (~1500 rpm) 
KẾT QUẢ 
Kết quả đo được thể hiện đầy đủ trên 
giao diện LabVIEW của máy tính với các tín 
hiệu đo được ở thử nghiệm 2 như sau: 
Khi kéo thanh Pedal góc đạp bàn đạp 
~20%: tốc độ động cơ: ~1600 rpm, thời gian 
ngậm: 2.2 millis, thời gian phun 2.5 millis, 
VG: 2 volt, tín hiệu bàn đạp ga: VPA = 1.27 
volt, VPA2 = 2.01 volt. 
Khi bật công tắt Returrn ON: tín hiệu 
bàn đạp giảm dần về tại vị trí volt cầm 
chừng, thanh kéo bàn đạp trên giao diện 
LAbVIEW hồi về 0 %, tín hiệu giảm về giá 
trị cầm chừng. 
Hình 19. Bảng đồ thị kết quả chương trình 
lúc không tải (~1500 rpm) 
Ý NGHĨA 
Cơ chế tự trả về khi bật công tắt và giữ 
nguyên góc bàn đạp khi công tắc off là một 
lợi thế trong việc điều khiển động cơ trên 
máy tính: 
Đem lại sự chân thực khi điều khiển bàn 
đạp trên máy tính. Duy trì hay tăng tốc theo 
mong muốn mà không cần giữ lâu vào thanh 
bàn đạp ga trên máy tính cũng như đạp ga 
trên mô hình. 
Là bước phát triển cho việc thiết kế một 
cơ cấu điều khiển động cơ xe qua máy tính 
cho người khuyết tật về chân không đạp được 
bàn đạp 
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 51 (01/2019) 
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh 
49 
3.3 Thử nghiệm mở bướm ga từ 0% đến 
100% lúc động cơ không nổ máy 
Điều khiển kéo bàn đạp ga trên giao diện 
chương trình LabVIEW 
Bàn đạp ga mở 100% 
Công tắc ON, động cơ không nổ máy [6] 
Hình 20. Bảng điều khiển bàn đạp ga kéo lên 
góc mở 100% 
KẾT QUẢ: 
Khi kéo thanh kéo bàn đạp lên 100% thì 
tín hiệu bướm ga mở 100%. 
Khi đạp bàn đạp ga mô hình, bướm ga 
mở 100%. 
 Khi nhả bàn đạp mô hình, kéo thanh mô 
phỏng bàn đạp trên máy tính thì tín hiệu góc mở 
luôn theo tín hiệu mở nào có giá trị cao hơn. 
Ý NGHĨA 
Kiểm tra được cơ chế điều khiển thuận 
tiện của hệ thống, có thể tùy chỉnh lựa chọn 
phương thức điều khiển theo mong muốn 
người điều khiển và không gây hư hại cho hệ 
thống trên xe. 
Có thể phát triển hệ thống điều khiển 
động cơ theo 2 phương thức điều khiển: gián 
tiếp bằng máy tính và trực tiếp trên xe. Đây 
là cơ sở để thiết kế các phương thức điều 
khiển cho ô tô thông minh sau này. 
4. KẾT LUẬN 
Đề tài đã thiết kế và thi công hoàn chỉnh 
mô hình “Ứng dụng nền tảng Arduino và 
LabVIEW trong thu thập dữ liệu động cơ”. Đề 
tài có nhiều ý nghĩa quan trọng trong công tác 
đào tạo và về mặt khoa học cũng như thực tiễn. 
Đáp ứng các yêu cầu giao tiếp giữa 
Arduino và LabVIEW thông qua giao tiếp 
RS232. 
Thiết kế giao diện LabVIEW dễ nhìn, 
thông tin rõ ràng, chính xác. 
Thiết kế board mạch Arduino gọn gàng, 
dễ dàng lắp đặt và kết nối. 
Dữ liệu trên động cơ sẽ được truyền liên 
tục lên trên máy tính và việc điều khiển động 
cơ cũng trở nên dễ dàng trên máy tính. Mô 
hình giúp cho người học dễ dàng quan sát, thí 
nghiệm và vận hành trên thiết bị. Điều này có 
ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với cuộc cách 
mạng công nghiệp 4.0 đang bùng nổ nói 
chung và công nghệ xe tự hành nói riêng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Đinh Ngọc Ân, “Trang bị điện trên ô tô máy kéo”, Nhà xuất bản đại học và trung học 
chuyên nghiệp Hà nội, 1980 
[2] PGS-TS. Đỗ Văn Dũng, “Trang bị điện và điện tử trên ô tô hiện đại”, NXB Đại học Quốc 
gia Tp Hồ Chí Minh, 2004. 
[3] Michael McRoberts, “Beginning Arduino” second edition, Technology in action, America, 2008. 
[4] Nationsl Instruments Corporation. (2006), “LabVIEW Basic Course Manual”, North 
Mopac, Austin, Texas. 
[5] S.Sumathi, P.Surekha, “LabVIEW based Advanced Instrumentation System” India, 2007 
[6] James D.Halderman, “Diagnosis and Troubleshooting of Automotive Electrical, Electronic 
and Computer System”. New Jersey, America, 2012. 
Tác giả chịu trách nhiệm bài viết: 
Lê Khánh Tân 
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM 
Email: tanlk@hcmute.edu.vn