Nghiên cứu, thiết kế hệ thống giám sát nhiên liệu trên ô tô đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

TỔNG QUAN

Lý do chọn đề tài

Xăng, dầu là hàng hóa thiết yếu trong đời sống xã hội, được sử dụng rộng rãi trên các phương tiện cơ giới Hiện nay, việc giao nhận và buôn bán xăng dầu chủ yếu diễn ra qua các cột bơm xăng dầu, đặc biệt là tại các cửa hàng bán lẻ Trước đây, các cột bơm chủ yếu sử dụng bộ chỉ thị cơ khí, nhưng với sự phát triển của công nghệ điện và điện tử, các cột bơm đã chuyển sang sử dụng bộ chỉ thị điện tử Những ưu điểm của bộ chỉ thị điện tử giúp các chủ cơ sở kinh doanh xăng dầu quản lý hiệu quả hơn, từ việc theo dõi số lượng nhập, xuất đến doanh thu theo ca và theo ngày, điều mà bộ chỉ thị cơ khí không thể thực hiện được.

Mặc dù kinh doanh xăng dầu mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại nhiều vấn đề tiêu cực Trong những năm gần đây, các cơ quan chức năng đã tiến hành nhiều đợt thanh tra và kiểm tra chất lượng, phát hiện nhiều trường hợp gian lận tinh vi như thay đổi, cài đặt lại IC chương trình của cột đo xăng dầu, dẫn đến sai số trong đo lường và gây thiệt hại cho người tiêu dùng Việc phát hiện các hành vi gian lận này gặp khó khăn, vì chỉ cần một thao tác đơn giản như nhấn phím hay sử dụng thiết bị điều khiển từ xa có thể khiến cột bơm trở lại trạng thái chính xác ban đầu.

Vào ngày 17/12/2013, Bộ Khoa học và Công nghệ đã ban hành Thông tư số 28/2013/TT-BKHCN quy định về kiểm tra nhà nước về đo lường, trong đó có Chương riêng về “Kiểm tra đặc thù” Thông tư này nhấn mạnh rằng phương tiện giao thông chuyên dùng cho kiểm tra đặc thù cần được hoán cải và ngụy trang phù hợp với mục đích kiểm tra Gần đây, Công văn số 1011/TC-L ngày 09/5/2017 của Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đã hướng dẫn rằng các phương tiện này bao gồm ô tô và xe máy phổ biến trên thị trường Việt Nam, được cải tiến để phục vụ cho kiểm tra đặc thù.

Việc thiết kế hệ thống giám sát nhiên liệu trên xe ô tô là cần thiết để kiểm tra và đo lường xăng dầu tại các cửa hàng bán lẻ, từ đó nâng cao công tác quản lý nhà nước về đo lường Hệ thống này không chỉ đảm bảo công bằng xã hội mà còn bảo vệ quyền lợi hợp pháp của tổ chức và cá nhân Sự kết hợp giữa thiết bị đo nhiên liệu và giám sát sẽ giúp nhà phân phối và người giám sát đơn giản hóa công việc, loại bỏ nhu cầu cử người giám sát thường trực, đồng thời phát hiện nhanh chóng các hành vi rút ruột xăng dầu.

Khác với các cảm biến dựa trên nguyên lý cầu phân áp hiện có trên xe ô tô, thiết bị giám sát mới sử dụng cảm biến diện dung với độ chính xác cao, cho phép nghiên cứu lượng tiêu hao nhiên liệu của các mẫu xe trên các đoạn đường hỗn hợp một cách chính xác Điều này giúp xác định những ưu điểm và nhược điểm của các loại động cơ, từ đó hỗ trợ phát triển các dòng xe tương lai Ngoài ra, thiết bị còn giúp việc thẩm định và đánh giá động cơ sau quá trình sử dụng trở nên dễ dàng và nhanh chóng hơn.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

- Thiết kế và chế tạo hệ thống đo lường thể tích thùng chứa nhiên liệu trên xe ô tô (Hệ thống đo lường chính xác)

- Thiết kế và chế tạo hệ thống giám sát nhiên liêu trên ô tô

- Kết hợp 2 hệ thống để giám sát mức nhiên liệu trên ô tô

- Phục vụ cho giảng dạy

Hệ thống đo lường thể tích thùng chứa nhiên liệu trên xe ô tô được thiết kế và chế tạo kết hợp với module GPRS/GSM SIM900A, nhằm giám sát mức nhiên liệu một cách hiệu quả Giải pháp này không chỉ giúp theo dõi lượng nhiên liệu tiêu thụ mà còn cung cấp thông tin thời gian thực cho người sử dụng, nâng cao tính an toàn và hiệu suất cho phương tiện.

Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tìm kiếm, tham khảo tài liệu trên các trang mạng nước ngoài

- Tham khảo và tìm hiểu từ thầy và bạn bè

- Thiết kế và khảo sát hệ thống để đạt được độ chính xác

- Tìm hiểu và suy nghĩ phương pháp đưa dữ liệu lên trang web

Giới hạn của đề tài

- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của thiết bị đo mức nhiên liệu

- Thiết kế mô hình giám sát nhiên liệu trên ô tô

- Thiết kế code, giao diện cho hệ thống giám sát mức nhiên liệu

Kế hoạch nghiên cứu

ề tài được thực hiện trong vòng 12 tuần, các công việc được bố trí như sau:

- Thu thập tài liệu, xác định nhiệm vụ, đối tượng nghiên cứu, xác định mục tiêu nghiên cứu, phân tích tài liệu liên hệ

- Chỉnh sửa của giáo viên hướng dẫn

Các bước thực hiện

- Lập kế hoạch thực hiện

- Thiết kế mô hình hệ thống giám sát nhiên liệu

- Thiết kế code và giao diện cho hệ thống

- Thiết kế các chi tiết phụ

- Tiến hành đo đạc, kiểm tra, thu thập các thông số

- Nghiệm thu các thông số kiểm tra

CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIÊN LIỆU TRÊN Ô TÔ 4 2.1 Giới thiệu tổng quan về thiết bị Capacitive level meter và Dinel CLM–40

Cấu tạo của thiết bị Capacitive level meter và Dinel CLM–40

Cấu tạo cơ bản của thiết bị bao gồm hai điện cực ống, một ống trong và một ống ngoài, kết nối với mạch điện tử Thiết bị này có ba dây dẫn: một dây dương, một dây âm và một dây tín hiệu Trên mạch điện tử có nút "set" để cài đặt mức dầu, giúp bộ xử lý tính toán và xuất tín hiệu tương ứng chỉ thị mức nhiên liệu trong thùng chứa.

Hình 2.1 Kích thước thiết bị Capacitive level meter và Dinel CLM–40 [1]

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của thiết bị Capacitive level meter và Dinel CLM –40 iện áp vào 9 – 36V iện áp đầu ra 0 – 10V

Cường độ dòng điện tiêu thụ 3,75  20,5 mA

Cường độ dòng điện đầu ra 4 – 20mA

Dung kháng R z ≤ (U - 9) / 20,5 (kΩ; V) ộ không tuyến tính 1% tối đa

Trọng lượng (không tính điện cực) Xấp xỉ 0.3kg

Nguyên lý hoạt động của thiết bị Capacitive level meter và Dinel CLM–40

Khi nối hai bản của tụ điện với hai cực của nguồn điện, các bản sẽ tích lũy điện tích bằng nhau nhưng trái dấu Điều này tạo ra một điện trường trong khoảng không gian giữa hai bản, và điện trường này phụ thuộc vào hệ số C, được gọi là điện dung của tụ điện Công thức liên quan đến điện dung của tụ điện là rất quan trọng trong việc hiểu nguyên lý hoạt động của nó.

 C: là điện dung tụ điện, đơn vị là Fara (F)

 ξ: Là hằng số điện môi của lớp cách điện

 d: là chiều dày của lớp cách điện

 S: là diện tích bản cực của tụ điện

Việc thay đổi mực chất lỏng trong ống tương tự như việc điều chỉnh ξ trong công thức, dẫn đến sự thay đổi điện áp và xung ở chân tín hiệu, từ đó giúp xác định mức dầu một cách chính xác.

Hình 2.2 Minh hoạ sự thay đổi hằng số điện môi ξ [2]

Bằng cách phân tích sự thay đổi áp suất liên quan đến kích thước của bình chứa, chúng ta có thể xác định chính xác lượng nhiên liệu theo đơn vị thể tích có trong bình.

Giới thiệu tổng quan về mạch điều khiển Adruino Uno R3

Mạch điều khiển Arduino Uno R3 là phiên bản thứ ba của dòng Uno, sử dụng các vi điều khiển 8 bit AVR như ATmega8, ATmega168 và ATmega328 Bộ vi điều khiển này có khả năng thực hiện nhiều tác vụ đơn giản, bao gồm điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lý tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, và xây dựng trạm đo nhiệt độ - độ ẩm với hiển thị trên màn hình LCD, cùng với nhiều ứng dụng khác.

2.2.1 Cấu tạo của mạch điều khiển Adruino Uno R3

Arduino Uno được trang bị vi điều khiển ATmega328P với tần số dao động 16 MHz Thiết bị này có tổng cộng 14 chân I/O, được đánh số từ 0 đến 13.

Bài viết đề cập đến 13 chân kết nối, trong đó có 6 chân PWM được đánh dấu bằng ký hiệu ~ trước mã số Ngoài ra, còn có 6 chân nhận tín hiệu analog được đánh dấu từ A0 đến A5, những chân này cũng có thể hoạt động như các chân ra/vào thông thường.

(như pin 0 - 13) Ở các pin được đề cập, pin 13 là pin đặc biệt vì nối trực tiếp với LED trạng thái trên board

- Trên board còn có 1 nút reset, 1 ngõ kết nối với máy tính qua cổng USB và

1 ngõ cấp nguồn sử dụng jack 2.1mm lấy năng lượng trực tiếp từ AC-DC adapter hay thông qua ắc-quy nguồn

- Khi làm việc với Arduino board, một số thuật ngữ sau cần được lưu ý:

Bộ nhớ Flash là loại bộ nhớ có khả năng ghi dữ liệu và giữ lại thông tin ngay cả khi không có nguồn điện Nó đóng vai trò tương tự như ổ cứng, nơi lưu trữ dữ liệu trên board mạch Chương trình được viết cho Arduino sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ này, với kích thước phụ thuộc vào loại vi điều khiển sử dụng; chẳng hạn, vi điều khiển ATmega8 có 8KB bộ nhớ flash Bộ nhớ Flash có thể chịu được khoảng 10,000 lần ghi và xóa.

RAM, giống như RAM của máy tính, sẽ mất dữ liệu khi mất điện, nhưng bù lại có tốc độ đọc, ghi và xóa rất nhanh Kích thước của RAM nhỏ hơn nhiều so với Flash Memory.

EEPROM là một loại bộ nhớ tương tự như Flash Memory nhưng có chu kỳ ghi/xóa cao hơn, lên tới khoảng 100,000 lần, và kích thước rất nhỏ Để đọc và ghi dữ liệu, người dùng có thể sử dụng thư viện EEPROM của Arduino.

- Ngoài ra, board Arduino còn cung cấp cho ta các pin khác nhau như pin cấp nguồn 3.3V, pin cấp nguồn 5V, pin GND

- Một số hình ảnh về Adruino Uno R3 ATmega318P:

Hình 2.3 Adruino Uno R3 ATmega328P trong thực tế [3]

Hình 2.4 Sơ đồ vị trí các chân trên Adruino Uno R3 ATmega328P [4]

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của mạch điều khiển Adruino Uno R3 ATmega328P

Vi điều khiển ATmega328P iện áp hoạt động 5V iện áp vào khuyên dùng 7-12V iện áp vào giới hạn 6-20V

14 (trong đó 6 pin có khả năng băm xung)

Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin 20 mA

Cường độ dòng điện trên mỗi 3.3V pin 50 mA

32 KB (ATmega328P) 0.5 KB được sử dụng bởi bootloader

2.2.2 Sơ lƣợc về các chân nguồn năng lƣợng và tín hiệu của mạch điều khiển Adruino Uno R3 ATmega328P

GND (Ground) là cực âm của nguồn điện cung cấp cho Arduino UNO Khi sử dụng các thiết bị có nguồn điện riêng biệt, các chân GND cần được nối với nhau để đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn cho hệ thống.

- 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA

- 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA

- V in (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

IOREF là chân đo điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO, luôn duy trì ở mức 5V Tuy nhiên, cần lưu ý rằng không nên lấy nguồn 5V từ chân này vì chức năng chính của nó không phải là cung cấp nguồn.

- RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

- 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận

Arduino Uno có khả năng giao tiếp với các thiết bị khác thông qua hai chân nhận dữ liệu TTL Serial (RX) Kết nối Bluetooth, thường được hiểu là kết nối Serial không dây, sử dụng hai chân này Tuy nhiên, nếu không cần giao tiếp Serial, nên tránh sử dụng hai chân này để tiết kiệm tài nguyên.

Chân PWM (3, 5, 6, 9, 10, và 11) cho phép xuất xung PWM với độ phân giải 8bit, tương ứng với giá trị từ 0 đến 255, điều chỉnh điện áp ra từ 0V đến 5V thông qua hàm analogWrite() Điều này mang lại khả năng điều chỉnh linh hoạt hơn so với các chân khác chỉ có mức điện áp cố định 0V và 5V.

Chân giao tiếp SPI bao gồm 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO) và 13 (SCK) Ngoài các chức năng cơ bản, bốn chân này còn được sử dụng để truyền và phát dữ liệu qua giao thức SPI với các thiết bị khác.

Trên Arduino UNO, có một đèn LED màu cam ký hiệu chữ L, được kết nối với chân số 13 Khi nhấn nút Reset, đèn LED này sẽ nhấp nháy để báo hiệu Nếu người dùng sử dụng chân số 13, đèn LED sẽ phát sáng.

- 6 chân analog (A0 → A5): cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 2 10 -

1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên board, có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức là nếu cấp điện áp 2.5V vào chân này thì có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit

- ặc biệt, Arduino Uno có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp

I 2 C/TWI với các thiết bị khác

Giới thiệu tổng quan về module GPRS/GSM SIM900A

Module GSM GPRS SIM900A của SIMCOM hoạt động trên các tần số 900 và 1800 MHz, với khả năng tự động tìm kiếm hai băng tần này Người dùng có thể thiết lập dải tần số thông qua lệnh AT, và tốc độ truyền dữ liệu có thể được cấu hình từ 1200 đến 115200 bps.

Modem GPRS/GSM SIM900A được trang bị ngăn xếp TCP/IP nội bộ, cho phép kết nối Internet qua GPRS Đây là một module không dây nhỏ gọn, hoàn chỉnh theo dạng SMT, với bộ xử lý chip đơn cực mạnh mẽ kết hợp lõi AMR926EJ-S.

2.3.1 Cấu tạo, vị trí các chân và cách điều khiển cơ bản của module GPRS/GSM SIM900A

Mạch được thiết kế với bộ nguồn xung 3A tích hợp, sử dụng IC LM2596-ADJ cho dòng tải 3A và tần số 150KHz Nó cung cấp ba mức điện áp khác nhau cho module SIM900A: 3.3V, 4V và 4.5V, cho phép người dùng lựa chọn điện áp phù hợp với ứng dụng Mạch cũng có header ngõ ra để cung cấp nguồn cho vi điều khiển VCC, GND, cảm biến và các thiết bị ngoại vi khác Điện áp ngõ ra được chọn thông qua một “jumper select” trên mạch.

- Giao tiếp ngõ ra RS232 giúp giao tiếp với máy tính và lập trình cho Module SIM900a thông qua tập lệnh AT COMMAND

- Có thể kết nối module GSM/GPRS SIM900A với máy tính thông qua thiết bị chuyển đổi USB to COM

- ược hỗ trợ đầy đủ các ngõ ra:

 Cổng COM RS232: Cổng giao tiếp nối tiếp

 Có thể kết nối với dòng vi điều khiển PIC, AVR, ARM, Arduino phát triển các ứng dụng giám sát và điều khiển

Hình 2.5 Sơ đồ vị trí các chân trên module GPRS/GSM SIM900A [5]

- Một số thông số kỹ thuật của module:

 iện năng tiêu thụ thấp: 1.5mA (ở chế độ ngủ)

 iều khiển qua tập lệnh AT (GSM 07.07 ,07.05 and SIMCOM enhanced AT Commands)

 Phù hợp với GSM giai đoạn 2/2+

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MÔ HÌNH

HỆ THỐNG GIÁM SÁT NHIÊN LIỆU TRÊN Ô TÔ

Thiết kế mô hình giám sát nhiên liệu

Mô hình thiết kế bao gồm các thành phần chính như mô phỏng bình chứa nhiên liệu, cảm biến đo mức nhiên liệu (cảm biến điện dung CLM), mạch điều khiển Arduino Uno R3 ATmega328P, và Module GPRS/GSM SIM900A cùng với dây điện Các thiết bị này được kết nối với nhau để tạo thành một mô hình hoàn chỉnh, phục vụ cho việc theo dõi và quản lý mức nhiên liệu hiệu quả.

3.1.1 Thiết kế mô hình mô phỏng bình chứa nhiên liệu

Để chuẩn bị, bạn cần các vật dụng sau: ống nhựa PVC ϕ60mm và nắp ống, một phễu để rót nhiên liệu, ống nhựa mềm ϕ5mm, hai co nhựa và một ống xả đồng.

1 van xả đường kính trong ϕ5mm, 1 cái phễu, 1 thước sắt thẳng có chiều dài 30cm

Nhóm thực hiện cắt ống nhựa dài 39cm và mài nhẵn hai đầu để phù hợp với chiều dài của cảm biến Sau đó, khoét lỗ ϕ33mm trên nắp ống để lắp cảm biến vào Khi lắp hai nắp ống PVC, chiều cao tổng của mô hình đạt 42cm Tiếp theo, nhóm khoét hai lỗ ϕ10mm trên thân ống PVC, cách nhau 36cm, và gắn hai co nhựa, sau đó đưa ống nhựa mềm dọc theo ống PVC.

Sau khi hoàn thành công đoạn với ống PVC, nhóm thực hiện sẽ xoay ống một góc 90 độ và khoan một lỗ chạm đáy nắp ống dưới Tiếp theo, dọc theo ống PVC, khoan thêm một lỗ ở độ cao 33cm để xác định mức dầu Cuối cùng, tiếp tục xoay ống thêm một góc 90 độ và khoan một lỗ có đường kính 20mm, cách đáy 38cm, nhằm gắn phễu đổ đầu vào mô hình, phễu sẽ được đặt nghiêng.

Nhóm thực hiện đã tạo ra một góc tuỳ ý để dễ dàng đổ nhiên liệu vào mô hình Bước cuối cùng, họ gắn một thước sắt dài 30cm bên cạnh ống nhựa mềm để xác định mức dầu trong bình Để đảm bảo các bộ phận được kết nối chắc chắn, nhóm đã sử dụng keo Epoxy 2 thành phần và keo Silicon.

 Mô hình ứng dụng nguyên tắc bình thông nhau nên mức dầu trong bình chứa cao tới đâu thì mức dầu trong ống nhựa mềm cao tới đó

- Một số hình ảnh của mô hình:

Hình 3.1 Mô hình mô phỏng bình chứa nhiên liệu mặt trước

Mặt trước của mô hình được thiết kế với ống nhựa hiển thị mức dầu trong bình chứa, kèm theo thước đo để xác định cột dầu theo đơn vị milimet Ngoài ra, mô hình còn có van giới hạn mức dầu và van xả dầu, đảm bảo việc kiểm soát và quản lý mức dầu hiệu quả.

Hình 3.2 Mô hình mô phỏng bình chứa nhiên liệu mặt bên

Mặt bên của mô hình được trang bị phễu để dễ dàng đổ nhiên liệu vào bình chứa, cùng với đế đỡ thiết kế chắc chắn với ba chân bắt vít, giúp mô hình đứng vững và ổn định.

Hình 3.3 Mô hình mô phỏng bình chứa nhiên liệu mặt trên

 Mặt trên mô hình với lỗ thiết kế vừa lọt cảm biến vào phía trong để nhóm thực hiện đo nhiên liệu

3.1.2 Kết nối mô hình mô phỏng bình chứa nhiên liệu và các thiết bị điện tử

- Sơ đồ kết nối các thiết bị với mô hình (cảm biến CLM):

Hình 3.4 Sơ đồ kết nối các thiết bị điện tử với mô hình

- Cảm biến sử dụng nguồn 12V-5A nên ta sử dung 1 Adapter có nguồn tương đương để cấp cho cảm biến

- Sử dụng chân Digital 7 (tự chọn) của Adruino Uno R3 là chân nhận tín hiệu gửi về từ cảm biến

- GND của cảm biến kết nối với GND của Adruino Uno R3

- Kết nối chân 5V Adruino Uno R3 với chân VCC của module SIM900A để cấp nguồn cho module

To establish a connection between the Arduino Uno R3 and the SIM900A module, connect pin 8 of the Arduino to pin 5VT (TX – Transmitter) of the SIM900A, and link pin 9 of the Arduino to pin 5VR (RX – Receiver) of the SIM900A.

- GND của module SIM900A kết nối với GND của Adruino Uno R3

- Nút nhấn 3 chân: 1 chân gắn trở gắn với chân 5V, 1 chân gắn với GND của adruino, và 1 chân gắn với chân số 2 của adruino

Hình 3.5 Kết nối thực tế giữa các thiết bị điện tử

Giao tiếp giữa mô hình với Adruino Uno, giao diện tương tác Matlab GUI và Callback 20 1 Giao tiếp giữa mô hình với Adruino Uno

Bài viết tập trung vào việc tìm hiểu kết nối và giao tiếp giữa máy tính, thiết bị điện tử và cảm biến Nó hướng dẫn cách sử dụng Matlab GUI để giao tiếp với cảm biến, lấy tín hiệu và tính toán kết quả từ tín hiệu nhận được Bên cạnh đó, bài viết cũng trình bày cách thiết lập các giao diện, kết nối chúng với nhau và giải thích các thông số có trong giao diện.

3.2.1 Giao tiếp giữa mô hình với Adruino Uno

- Sau khi kết nối các thiết bị điện tử với nhau, ta tiến hành viết code cho Adruino để nhận được tín hiệu từ cảm biến

- Khởi động chương trình Adruino IDE

- Code Arduino IDE: int sig=7; byte x; void setup() { pinMode(sig,INPUT);

Bảng 3.1 Giải thích code Adruino IDE để lấy tín hiệu từ cảm biến

Code Adruino IDE Giải thích công dụng int sig = 7; byte x;

Tạo biến chân tín hiệu là chân 7 Khai báo biến x là tín hiệu cảm biến void setup() { pinMode(sig,INPUT);

Thiết lập Chân tín hiệu INPUT

Mở cổng Serial 115200 baurdrate void loop() { x=digitalRead(sig);

Vòng lặp đọc tín hiệu từ cảm biến Gởi tín hiệu cảm biến qua serial

- Chọn mạch Adruino kết nối và chọn cổng giao tiếp cho Adruino

Hình 3.6 Chọn mạch (Board) Adruino đang sử dụng để kết nối

Hình 3.7 Chọn cống giao tiếp (Port) cho Adruino

Hình 3.8 Xung của cảm biến đọc được hiển thị trong Adruino

3.2.2 Giao diện tương tác Matlab GUI và Callback

- Tạo giao diện điều khiển trên Matlab GUI:

 Bật Matlab và đánh chữ “guide” để mở Matlab GUI, sau đó chọn

Blank GUI (Default) và ấn nút OK

 Tạo các thành phần trong giao diện điều khiển

Hình 3.9 Giao diện khởi tạo, thiết kế giao diện trong GUI

 Các công cụ biểu tượng cần để thực hiện tạo giao diện cho chương trình:

 Push Button: là nút nhấn, khi nhấn vào sẽ thực thi lệnh trong cấu trúc hàm callback của nó

 Edit Text: là nơi các kí tự được nhập vào từ người dùng, người dùng có thể thay đổi được

 Static Text: Là các kí tự được hiển thị thông qua các callback, hoặc thông thường để viết nhãn cho các biểu tượng

Axes là giao diện đồ họa hiển thị hình ảnh, với nhiều thuộc tính khác nhau, bao gồm không gian 2D với các trục đứng và ngang, cùng với không gian 3D cho phép hiển thị hình ảnh trong ba chiều.

 Nút Play (Run) để thực thi chương trình

Khi bạn chọn và kéo thả vào khu vực thiết kế, mỗi hộp thoại sẽ có các thông số điều chỉnh riêng Để chỉnh sửa các thông số liên quan đến hộp thoại, bạn chỉ cần nhấp đúp vào hộp thoại đó hoặc nhấn chuột phải vào đối tượng và chọn.

- Phía bên trái của Menu Inspector là tên thuộc tính, có thể gọi thực thi các thuộc tính này bằng các lệnh

Giá trị thuộc tính nằm ở bên trái, do người dùng thiết lập và có thể thay đổi qua các lệnh gọi (Callback) hoặc được định sẵn trước.

 String: Tên của đối tượng xuất hiện trên giao diện

 Tag: Tên của đối tượng xuất hiện trong Callback

- Và sau khi thiết kế ta có 1 giao diện sau:

Hình 3.11 Giao diện Matlab GUI giao tiếp với mô hình

- Thành phần của giao diện Matlab:

 Nút Calculate : Chạy chương trình tính toán của Matlab và đửa ra kết quả theo số điểm Points Num

 Nút Clear: Xóa biến khi có lỗi và xóa lỗi

 Ô nhập Points Num: Số điểm chọn để đo và đưa ra đồ thị

 Ô Pulse Period: ộ dài của một chu kỳ

 Ô Pulse Width: ộ dài của một xung

 Hai ô Vulume: Kết quả tính toán mức dầu theo thể tích (mm 3 ) và theo phần trăm bình chứa (%)

 ồ thị: ồ thị tín hiệu của cảm biến đo được bằng Arduino

- Bắt đầu thực hiện viết code Matlab với việc thực thi hàm Callback: Nhấp chuột phải chọn View Callbacks và chọn tiếp Callback

- Sau đó hàm Callback sẽ tự động được gọi và con trỏ chuột sẽ tìm đến vị trí của nó trong Mfile

- Khi muốn gọi một hàm nào cho đối tượng khác cũng có thể thực hiện như trên, sau đó tiến hành viết câu lệnh cho nó

- Code tập trung vào 2 Push Button “Calculate” và “Clear” để kết nối các thành phần trong giao diện lại với nhau:

 Calculate: Tính toán và đưa ra thông số tại các ô Edit Text và thể hiện sự thay đổi xung của cảm biến trên ô Axes

 Clear: Xoá các dữ liệu, biến, đồ thị và đóng các cổng

The Calculate program establishes a serial connection on COM5 with a baud rate of 115200, allowing data to be read in a loop based on user input It retrieves a numerical value from the interface, converts it to a number, and then reads floating-point values from the serial port until the specified count is reached The elapsed time is recorded, and the serial connection is closed The collected data is plotted against time, with axes labeled and a grid enabled for clarity Additionally, the program calculates the pulse width and pulse period of the signal, providing the final values for further analysis.

28 set(handles.pw,'string',pw); set(handles.pp,'string',pp); min = 123; max = 5026; %Thuc nghiem tim ra min va max pw level = percent(max,min,pw);

V = volume (60,30,level); set(handles.V,'string',V); set(handles.lvl,'string',level); clear all

- Chương trình con được sử dụng tích hợp trong nút Calculate:

 Chương trình Volume: function x = volume (d,hmax,level)

 Chương trình Percent: function x = percent(max,min,pw) x = ((pw-min)/(max-min))*100;

Bảng 3.2 Giải thích code cho nút Calculate trong giao diện giao tiếp Matlab GUI

Code tính toán Giải thích công dụng global s; Tạo biến toàn cục s s = serial('COM5','BaudRate',115200); Gán biến s là cổng giao tiếp Seial

Mở cổng giao tiếp s óng cổng giao tiếp s

Xóa cổng giao tiếp s để đo ở các lần tiếp theo num = get(handles.num,'string'); num = str2num(num);

Lấy chuỗi từ ô Points Num Chuyển chuổi sang dạng số

Bắt đầu bấm thời gian đo

Kết thúc thời gian đo và gán cho biến thời gian t i=1; while i