Nghiên cứu mô phỏng hệ thống chiếu sáng tự động trên ô tô bằng Proteus, Arduino

1.Lý do lựa chọn đề tàiTrong những năm gần đây, công nghiệp ô tô đã có những thay đổi lớn. Đặc biệt là hệ thống điện và điện tử trên ô tô đã có bước phát triển vượt bậc nhằm đáp ứng các yêu cầu: tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm độc hại của khí thải, tăng tính an toàn và tiện nghi của ô tôSau khi học xong học phần lý thuyết ô tô để hiểu rõ hơn về môn học, cũng như củng cố kiến thức nhóm bắt tay vào làm bài tập lớn môn hệ thống điện – điện tử ô tô. Để hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động cũng như mô phỏng lại hệ thống chiếu sáng tự động trên ô tô. Nhóm thực hiện bài tập lớn “Thiết kế mô hình mô phỏng hệ thống chiếu sáng tự động trên xe ô tô” theo sự hướng dẫn của thầy Trịnh Đắc Phong. Hi vọng qua sự nghiên cứu, tìm hiểu có thể giới thiệu đến quý thầy cô và các bạn một tài liệu thuyết minh với những kiến thức tích lũy cơ bản thực tế nhất về hệ thống này.Do thời gian, điều kiện nghiên cứu, và trình độ còn nhiều hạn chế cho nên nhóm đồ án chúng chúng em không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhập được sự giúp đỡ, góp ý của quý thầy cô và các bạn. Chúng em xin chân thành cảm ơn2.Mục tiêu đề tài•Trau dồi kiến thức về môn Hệ thống điện – điện tử ô tô và rèn luyện các kỹ năng cần thiết trong quá trình làm bài•Tìm hiểu sử dụng phần mềm protesus và arduno trong việc mô phỏng mạch điện chiếu sáng tự động

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ - - BÀI TẬP LỚN MÔN: HỆ THỐNG ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Ô TÔ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MƠ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ Sinh viên thực : Nhóm Lớp : 2018DHKTOTO3 Khóa : 13 GVHD : Trịnh Đắc Phong Hà Nội - 2020 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Mục tiêu đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TRÊN Ô TÔ 1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu phân loại Hệ thống chiếu sáng .8 1.1.1 Nhiệm vụ 1.1.2 Yêu cầu 1.1.3 Phân loại 12 1.2 Cấu tạo bóng đèn 13 1.2.1 Cường độ ánh sáng 13 1.2.2 Đèn giây tóc 14 1.2.3 Bóng đèn Halogen 14 1.2.4 Gương phản chiếu 16 1.2.5 Đèn hệ Châu Âu 17 1.3 Hệ thống chiếu sáng tự động 18 1.3.1 Sơ đồ mạch điều khiển đèn pha tự động 19 1.3.2 Nguyên lý làm việc hệ thống 19 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM VÀ LINH KIỆN SỬ DỤNG 21 2.1 Giới thiệu phần mềm sử dụng mô 21 2.1.1 Phần mềm Proteus 21 2.1.2 Phần mềm Arduino 24 2.1.3 Arduino 26 2.2 Các thiết bị sử dụng mơ hình 31 2.2.1 Cảm biến ánh sáng (light sensor) 31 2.2.2 Module relay (rơ le) 32 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, MƠ PHỎNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TỰ ĐỘNG 38 3.1 Mô phần mềm Proteus 38 3.2 Lắp mạch thực tế thực nghiệm .41 3.3 Nguyên lý hoạt động 43 KẾT LUẬN 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 PHỤ LỤC 47 DANH MỤC HÌNH Ả Hình 1 Hệ thống chiếu sáng .8 Hình Đồ thị cường độ sáng mặt đường 10 Hình Bóng đèn halogen .14 Hình Đèn Halogen 15 Hình Nguyên lý hoạt động 16 Hình Chóa đèn hình chữ nhật 16 Hình Cách bố trí tim đèn .17 Hình Đèn châu âu 17 Hình Mơ hình hệ thống chiếu sáng tự động 18 Hình 10 Sơ đồ mạch điều khiển đèn pha tự động 19 Y Hình Giao diện Proteus .22 Hình 2 Cửa sổ làm việc phần mềm Proteus .22 Hình Màn hình lựa chọn linh kiện 23 Hình Màn hình chỉnh sửa nạp code cho linh kiện 24 Hình Mạch mơ Proteus 24 Hình Màn hình làm việc Arduino .25 Hình Arduino .27 Hình Sơ đồ mạch Arduino 28 Hình Các chân Arduino .31 Hình 10 Cảm biến ánh sáng 32 Hình 11 Sơ đồ mạch điện cảm biến ánh sáng 32 Hình 12 Module relay 5V kênh 33 Hình 13 Sơ đồ ngun lí module relay 34 Hình 14 Ardino UNO R3 .35 Hình 15 Jack nguồn DC 36 Hình Chọn Arduino thư viện .38 Hình Chọn cảm biến ánh sáng 38 Hình 3 Viết code cho arduino 39 Hình Lưu file liệu code để nhập vào arduino 39 Hình Chọn Arduino phù hợp .40 Hình Nhập code cho Arduino 40 Hình Mơ mạch điện 41 Hình Mơ hình mạch sau lắp hồn thiện 42 Hình Thực nghiêm mơ hình 42 Hình 10 Quá trình thực thuyết minh 43 Hình 11 Sơ đồ cơng tắc điều khiển chiếu sáng loại dương chờ .47 Hình 12 Sơ đồ cơng tắc điều khiển đèn TOYOTA HIACE 47 Hình 13 Điều khiển đèn sương mù 48 Hình 14 Mạch nâng hạ tự động bật đèn đầu 48 Hình 15 Sơ đồ mạch pha cốt xe Toyota 49 MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Trong năm gần đây, cơng nghiệp tơ có thay đổi lớn Đặc biệt hệ thống điện điện tử tơ có bước phát triển vượt bậc nhằm đáp ứng yêu cầu: tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm độc hại khí thải, tăng tính an tồn tiện nghi ô tô Sau học xong học phần lý thuyết ô tô để hiểu rõ mơn học, củng cố kiến thức nhóm bắt tay vào làm tập lớn môn hệ thống điện – điện tử ô tô Để hiểu rõ nguyên lý hoạt động mô lại hệ thống chiếu sáng tự động tơ Nhóm thực tập lớn “Thiết kế mơ hình mơ hệ thống chiếu sáng tự động xe ô tô” theo hướng dẫn thầy Trịnh Đắc Phong Hi vọng qua nghiên cứu, tìm hiểu giới thiệu đến quý thầy cô bạn tài liệu thuyết minh với kiến thức tích lũy thực tế hệ thống Do thời gian, điều kiện nghiên cứu, trình độ cịn nhiều hạn chế nhóm đồ án chúng chúng em khơng thể tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhập giúp đỡ, góp ý q thầy bạn Chúng em xin chân thành cảm ơn! Mục tiêu đề tài  Trau dồi kiến thức môn Hệ thống điện – điện tử ô tô rèn luyện kỹ cần thiết trình làm  Tìm hiểu sử dụng phần mềm protesus arduno việc mô mạch điện chiếu sáng tự động CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TRÊN Ô TÔ 1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu phân loại Hệ thống chiếu sáng Hệ thống chiếu sáng, tín hiệu xe hệ thống quan trọng, có ảnh hưởng lớn đến q trình làm việc xe vận hành người lái an toàn đối tượng tham gia giao thơng Để cho xe hoạt động ổn định đảm bảo an tồn hệ thống phải có độ tin cậy xác cao Tuy nhiên hệ thống chiếu sáng, tín hiệu cổ điển chưa đáp ứng yêu cầu trên, yêu cầu điều kiện thực tế ngày nên hệ thống cần trang bị thêm số linh kiện điện tử, cảm biến, đáp ứng yêu cầu Hình 1 Hệ thống chiếu sáng 1.1.1 Nhiệm vụ Hệ thống chiếu sáng làm nhiệm vụ chiếu sáng phần đường xe chuyển động đêm tối, báo hiệu ánh sáng Khi ô tô chạy đường chiếu sáng tốt ô tơ đỗ đường khơng cần chiếu sáng đằng trước Trong trường hợp phương tiện vận tải khác phải biết rõ xe khác chạy đỗ đường Vì ngồi đèn pha với nấc ánh sáng tơ cịn có cơng suất (3-6)cd Các đèn thường bố trí bên tai xe, đơi bố trí luoon đèn pha gọi đèn kích thước (đèn dừng) Các đèn cịn có nhiệm vụ báo cho phương tiện vận tải chạy ngược chiều toạ độ xe chạy hay đỗ phía trước Thơng báo hướng chuyển động xe đến điểm giao nhau, muốn quay đầu xe hay xin vượt, muốn quan sát sau lùi xe Đèn phanh để báo hiệu cho xe khác xe phanh, đèn có cường độ sáng lớn dễ nhận thấy kể vào ban ngày Sử dụng đèn sương mù để quan sát phần đường tham gia giao thông điều kiện sương mù dày đặc mà đèn pha cốt khơng phát huy tác dụng gây phản xạ ánh sáng trở lại lái xe gây loá mắt người lái 1.1.2 Yêu cầu Đối với đèn pha để soi sáng mặt đường người người ta dùng đèn pha Các đèn pha phải chiếu xa 100m khoảng cách đường phía trước xe Vậy để chiếu sáng khoảng đường xa chùm tia sáng đèn pha phải có cường độ chiếu sáng khác phải có chố phản chiếu để hướng chùm tia sáng vào khoảng mặt đường cần thiết Với cơng suất đèn (50-60) W Khi tính toán hệ thống quang học đèn chất lượng chế tạo đèn tốt đảm bảo chiếu xa (200-300)m Yêu cầu đèn chiếu sáng phía trước Khi bật cơng tắc đèn chiếu gần đèn chiếu xa phải tắt Ngược lại, sử dụng đèn chiếu xa đèn phải thể báo hiệu có làm việc Hình Đồ thị cường độ sáng mặt đường Cường độ ánh sáng lượng để phát xạ ánh sáng khoảng cách định Năng lượng ánh sáng có liên quan đến nguồn sáng cường độ ánh sáng đo đơn vị cd Tổng hạt ánh sáng rơi bề mặt gọi độ chiếu sáng, cường độ ánh sáng đo đơn vị lux Một bề mặt chiếu sáng có cường độ lux bóng đèn có cường độ 1cd đặt cách 1m từ chắn thẳng đứng Khi gia tăng khoảng cách chiếu sáng giảm theo Cường độ chiếu sáng tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ nguồn sáng Điều có nghĩa khoảng cách chiếu sáng tăng gấp cường độ ánh sáng bề mặt ánh giáng giảm ¼ cườgn độ ánh sáng ban đầu Vì vậy, cần ánh sáng có cường độ lớn lúc ban đầu lượng cung cấp cho đèn tăng lần  Khoảng chiếu sáng xa từ 180-250m 10  Khoảng chiếu sáng gần từ 50-75m Công suất tiêu thụ bóng đèn  Ở chế độ chiếu xa 45-75W  Ở chế độ chiếu gần 35-40W Tuy đèn sáng làm loá mắt lái xe chạy ngược chiều, làm cho họ định hướng gây tai nạn Do đèn pha ô tô phải thoả mãn yêu cầu:  Có cường độ chiếu sáng lớn  Khơng làm lố mắt người phương tiện vận tải chạy ngược chiều Đối với đèn xi nhan muốn báo hiệu phương tiện tham gia giao thông người tham gia giao thơng khác biết hướng di chuyển đến điểm giao cắt muốn quay đầu xe phải thơng báo tín hiệu đèn xi nhan Tín hiệu phải rõ ràng thơng báo cho tất phía trước phía sau biết Ở đèn sương mù cần phải giải vấn đề khơng gây phản chiếu lại lái xe gây lố lái xe ngược chiều, khoảng sáng phải 25m phát huy tác dụng Quầng sáng đuoejc trải rộng lề đường giúp lái xe tránh ổ gà Các đèn sau phải lắp thành cặp: Đèn chiếu sáng phía trước, đèn báo rẽ, đèn vị trí, đèn phanh (có đèn phanh lắp thành cặp) Các đèn tạo thành cặp phải thoả mãn yêu cầu sau: màu, có đặc tính quang học nhau, lắp đối xứng qua mặt phẳng trung tuyến dọc xe 37 - Chân 13: kết nối với led (ký hiệu chữ L board), người dùng dùng chân để điều khiển led Không nên dùng chân để điều khiển thiết bị ngoại vi Vì mở nguồn bootloader làm cho chân 13 chớp chớp nên ảnh hưởng đến thiết bị điều khiển - Chân A0-> A5: cách chân đọc ADC (độ phân giải 10 bit) - Chân A4 (SDA), A5(SCL): dùng giao tiếp SPI Tất chân kể sử dụng chức I/O bình thường, đề cập đến chức đặc biệt thơi nên ko nhác đến chức I/O Nếu sử dụng làm I/O (ngõ vào / ra) dùng chân được, cịn dùng chức đặc biệt phải lựa chọn chân có chức Đương nhiên, sử dụng chức đặc biệt chức I/O chân bị khóa 38 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, MƠ PHỎNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TỰ ĐỘNG 3.1 Mô phần mềm Proteus Sau nhận đề tài thực tập lớn với hướng dẫn thầy nhóm em sử dụng phần mềm proteus để thực mô Bước 1: Lựa chọn linh kiện để mô Trước mô thực lựa chọn linh kiện phù hợp thư viện Proteus Hình Chọn Arduino thư viện Ta bấm biểu tượng P DEVICE để vào thư Proteus sau để tìm kiếm linh kiện ta chọn mục “Keyword” đánh tên linh kiện muốn sử dụng để thực lắp mạch 39 Hình Chọn cảm biến ánh sáng Bước 2: Thực viết code Ta mở phần mềm Arduino IDE sau thực viết code Hình 3 Viết code cho arduino Sau viết code xong kiểm tra không xuất lỗi ta vào “File” → “Preferences” sau tích vào “Complation” “Upload” 40 Hình Lưu file liệu code để nhập vào arduino Sau dó trở hình chọn “Tools” → ”Board” → ”Arduino/Genuino Uno” Đây trình lựa chọn arduino phần mềm để phù hợp với thiết bị ta chọn proteus Nếu không lựa chọn phù hợp khiến code nhập vào không nhận liệu xảy tượng lỗi làm mạch khơng hoạt động Hình Chọn Arduino phù hợp Bước 3: Nhập code cho mạch mô Sau hoàn thành việc viết code cho mạch ta trở lại phần mềm Proteus để thực nhập code chạy mơ 41 Hình Nhập code cho Arduino Ta nháy đúp vào Arduino mạch hình xuất cửa sổ “Edit Component” Bảng giúp ta chỉnh sửa số liệu tần số “Clock Frequence”, Kích thước liệu vào “Boot loader size”, liệu code “Program file”… Ở ta chọn vào “Program File” để chọn file code ta vừa viết nhập vào Arduino Hình Mơ mạch điện Tiếp theo hồn thành việc nhạp code cho mạch ta bấm nút Play góc cuối bên trái để thực mơ kiểm tra mạch hoạt động hay cịn lỗi qua khắc phục 42 3.2 Lắp mạch thực tế thực nghiệm Bước 1: Mua linh kiện lắp mạch theo bố trí Linh kiện mua qua trình lắp mạch :  Arduino Uno R3  cảm biến ánh sáng  Relay  Board mạch  Dây dẫn  cục pin 9V Hình Mơ hình mạch sau lắp hồn thiện Quy trình lắp: Đầu tiên ta cắm chân DO cảm biến vào chân số 10 Arduio (do ta khai báo chân cảm biến chân số 10 nhập code) chân lại VCC GND cắm vào nguồn âm dương Board mạch Chân số Arduino nối với chân INT Relay chân VCC GND nối với chân dương âm board mạch Trên Relay chân NO nối với đầu dây bóng dây bóng đèn Chân COM nối nguồn pin 43 Thực nghiệm mơ hình thực tế Hình Thực nghiêm mơ hình Mơ tả trình: Khi trạng thái bình thường (cường độ sáng đủ quan sát) đèn trạng thái tắt Còn ta vào vùng tối, cảm biến ánh sáng cài đặt xác định độ sáng phù hợp đánh giá xem độ sáng vùng vào mức thấp chưa sau truyền tín hiệu Arduino, để điều khiển sáng tắt bóng đèn 3.3 Nguyên lý hoạt động Khi xe chuyển động cường độ ánh sáng cao gây điện trở thấp giữa tế bào cadmium sulfide Khi đó, điện trở thấp khơng có ánh sáng tạo nên cảm biến ánh sáng khơng thể truyền tín hiệu đến Arduino để điều khiển nên đèn không sáng Khi ô tơ chuyển động đến nơi có cường độ ánh sáng thấp dẫn đến điện trở cao tế bào cadmium sulfide, cảm biến ánh sáng truyền tín hiệu đến Arduino chíp Arduino nhận tín hiệu từ cảm biến ánh sáng bắt đầu xử lí dựa theo code lập trình sẵn Sau dựa vào code, Arduino truyền tín hiệu đến Module Relay khiến chân tín hiệu chuyển từ chân NC (thường đóng) sáng chân NO (thường mở) Mà đèn nối với chân COM chân NO, nên đèn sáng lên 44 3.4 Thực thuyết minh tập lớn Hình 10 Quá trình thực thuyết minh 3.5 Kết thảo luận Từ lúc bắt đầu chọn, đăng kí đề tài đến lúc hoàn thành tập lớn thầy kí duyệt nhóm em tiếp thu nhiều kiến thức phần mềm khả làm việc nhóm Nhóm khơng mơ mơ hình phần mềm mà cịn làm mơ hình thực tế hệ thống Nhóm em phân tích hệ thống đưa nguyên lí hoạt động hệ thống Sau chọn đề tài nhóm trưởng phân cơng cơng việc cho thành viên nhóm Khơng xếp buổi gặp mặt để họp tổng kết công việc mà người giao hồn thành Từ thành viên bàn luận, nhận xét đưa góp ý, nhằm hồn thiện tập lớn cách nhanh chóng hoàn thiện Những thành viên làm xong phần cơng việc mình, chủ động giúp đỡ thành viên cịn lại Sau hồn thành tập lớn nhóm lại tập trung thảo luận mơ hình hệ thống, nguyên lí hoạt động hệ thống trình bày cho nhóm biết, hiểu phần cơng việc mà bàn giao 45 46 KẾT LUẬN Sau thực q trình mơ xây dựng mơ hình hệ thống chiếu sáng tự động nhóm tổng kết học qua áp dụng cho thực tế Kết đạt  Nắm rõ kiến thức hệ thống điện xe ô tô  Đặc biệt hiểu nguyên lý hoạt động hệ thống chiếu sáng qua trình thực tập lớn  Biết áp dụng, sử dụng phần mềm để hỗ trợ cho trình học làm tập lớn  Trau dồi kỹ làm việc nhóm thời gian làm tập lớn 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình “Hệ thống điện – điện tử tơ”, khoa cơng nghệ Ơ tơ, Trường đại học Cơng Nghiệp Hà Nội [2] Đồ án “Thiết kế hệ thống điều khiển chiếu sáng thông minh xe ô tô”, Vũ Hồng Nhật, Trường đại học Sư Phạm kỹ thuật Hưng Yên [3] PGS.TS Đỗ Văn Dũng Giáo trình “Hệ thống điện thân xe”, [4] Luận văn tốt nghiệp “Phần mềm Proteus 6.5”, Phạm Quốc Hiệp [5] “Hướng dẫn sử dụng Arduino”, Nguyễn Trung Tín [6] http://arduino.vn/ [7] http://vimach.net/threads/proteus-co-ban.204/ 48 PHỤ LỤC Một số mạch chiếu sáng ô tô Hình 11 Sơ đồ công tắc điều khiển chiếu sáng loại dương chờ Hình 12 Sơ đồ cơng tắc điều khiển đèn TOYOTA HIACE 49 Hình 13 Điều khiển đèn sương mù Hình 14 Mạch nâng hạ tự động bật đèn đầu 50 Hình 15 Sơ đồ mạch pha cốt xe Toyota Code sử dụng Mơ hình mơ int cambien = 10;// khai báo chân digital 10 cho cảm biến int Led = 8;//kháo báo chân digital cho đèn LED void setup (){ pinMode(Led,OUTPUT);//pinMode xuất tín hiệu đầu cho led pinMode(cambien,INPUT);//pinMode nhận tín hiệu đầu vào cho cảm biê } void loop (){ int value = digitalRead(cambien);//lưu giá trị cảm biến vào biến value digitalWrite(Led,value);//xuất giá trị đèn LED } 51 ... lý thuyết ô tô để hiểu rõ môn học, củng cố kiến thức nhóm bắt tay vào làm tập lớn mơn hệ thống điện – điện tử ô tô Để hiểu rõ nguyên lý hoạt động mô lại hệ thống chiếu sáng tự động ô tơ Nhóm... môn Hệ thống điện – điện tử ô tô rèn luyện kỹ cần thiết trình làm  Tìm hiểu sử dụng phần mềm protesus arduno việc mô mạch điện chiếu sáng tự động CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TRÊN... dựng mơ hình hệ thống chiếu sáng tự động nhóm tổng kết học qua áp dụng cho thực tế Kết đạt  Nắm rõ kiến thức hệ thống điện xe ô tô  Đặc biệt hiểu nguyên lý hoạt động hệ thống chiếu sáng qua trình