Từ nhiệm vụ chính của đề tài đặt ra là nghiên cứu hệ thống đèn chiếu sáng thôngminh, nội dung nghiên cứu của đề tài được thực hiện với các mục tiêu nghiên cứu sau: Tạo ra được mạch có thể điều khiển đèn liếc giống trên xe thực tế. Đưa ra được các thuật toán lập trình thông qua các cơ sở lý thuyết. Thiết kế được mô hình thể hiện được nguyên lý hoạt động của hệ thống thực tế. Qua đó so sánh đánh giá ý tưởng với hệ thống thực tế.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BÁO CÁO ĐỒ ÁN ĐIỆN Ô TÔ THIẾT KẾ LẬP TRÌNH CHO MƠ HÌNH MƠ PHỎNG ĐÈN LIẾC TRÊN Ơ TƠ NHĨM SVTH: GVHD: LÊ TẤN PHÁT MSSV: 18145200 HÀ THANH NHÂN MSSV: 18145193 NGUYỄN TRỌNG THỨC Tp Hồ Chí Minh, Tháng 06 năm 2021 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ********* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021 Điểm: Chữ ký giáo viên hướng dẫn LỜI CẢM ƠN “Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh đưa môn học Hệ thống điện - điện tử vào trương trình giảng dạy Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giảng viên môn - Thầy Nguyễn Trọng Thức dạy dỗ, truyền đạt kiến thức quý báu cho em suốt thời gian học tập vừa qua Trong thời gian tham gia lớp học mơn thầy, em có thêm cho nhiều kiến thức bổ ích, tinh thần học tập hiệu quả, nghiêm túc Đây chắn kiến thức quý báu, hành trang để em vững bước sau Bộ môn điện ô tô môn học thú vị, vơ bổ ích có tính thực tế cao Đảm bảo cung cấp đủ kiến thức, gắn liền với nhu cầu thực tiễn sinh viên Tuy nhiên, vốn kiến thức nhiều hạn chế khả tiếp thu thực tế nhiều bỡ ngỡ Mặc dù em cố gắng chắn báo cáo khó tránh khỏi thiếu sót nhiều chỗ cịn chưa xác, kính mong Thầy xem xét góp ý để báo cáo em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn!” i DANH MỤC CÁC HÌNH 1.1 Xe ô tô trước thời kỳ sử dụng đèn điện 2.1 Đèn dây tóc tơ 2.2 Đèn halogen ô tô 2.3 Đèn xenon ô tô 2.4 Đèn LED ô tô 2.5 Xe sử dụng công nghệ Adaptive-front light system 2.6 Sự tự động đèn liếc tĩnh 2.7 Sự tự động đèn liếc động 2.8 Đèn liếc động vào đoạn đường cong 3.1 Xe Mazda CX5 3.2 Kiểm tra đánh giá an toàn xe Mazda CX5 3.3 Công nghệ AFS Mazda CX5 3.4 Sơ đồ mạch điện hệ thống AFS Mazda CX5 3.5 Đèn bi cầu led Mazda CX5 3.6 Hệ thống thay đổi trục quang học Mazda CX5 3.7 Cảm biến vị trí góc lái 3.8 Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động 3.9 Cách thức hoạt động đèn liếc Mazda CX5 4.1 Arduino sử dụng mạch 4.2 Joystick modul sử dụng mạch 4.3 Step motor sử dụng mạch ii 4.4 Đèn led sử dụng mạch 4.5 DRV 8825 sử dụng mạch 4.6 Nút nhấn hai chân sử dụng mạch 5.1 Sơ đồ khối thiết kế 5.2 Sơ đồ mạch điện 5.3 Mạch mô protues 5.4 Code mơ 5.5 Mạch hồn thành iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .I DANH MỤC CÁC HÌNH II TÓM TẮT PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Giới hạn phạm vi nghiên cứu 1.3 Mục tiêu nghiên cứu PHẦN 2: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐÈN CHIẾU SÁNG TRÊN Ô TÔ 1.1 Khái quát 1.2 Đèn xe trước thời kỳ sử dụng đèn điện CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ HỆ THỐNG 2.1 Tổng quan hệ thống đèn chiếu sáng 2.2 Giới thiệu công nghệ AFS 2.3 Sự tự động công nghệ Adaptive Front-light System CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TRÊN XE MAZDA CX5 12 3.1 Giới thiệu chung Mazda CX5 12 3.2 Giới thiệu công nghệ chiếu sáng theo góc lái Mazda CX5 (Adaptive Front Light System) 13 CHƯƠNG 4: CHỌN LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 19 4.1 Arduino 19 4.2 Joystick modul 19 4.3 Step motor 20 4.4 Đèn LED 21 4.5 DRV8825 21 4.6 Nút nhấn chân 22 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 23 5.1 Sơ đồ khối thiết kế 23 5.2 Sơ đồ mạch điện chi tiết 23 5.3 Mạch hoàn thành 25 5.4 Code mô 26 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 28 Kết luận 28 Hướng phát triển 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 TÓM TẮT Lịch sử phát triển Công nghệ chiếu sáng xe gắn liền với lịch sử đời phát triển kéo dài 120 năm ngành cơng nghiệp tơ Với vai trị đôi mắt cho người lái xe vào ban đêm, công nghệ chiếu sáng xe quan tâm trọng nghiên cứu Những năm gần công nghệ chiếu sáng tơ có phát triển bước ngoặt Với xuất bóng đèn tăng áp Xenon với cường độ sáng mạnh tầm chiếu sáng xa, cho ánh sáng ánh sáng ban ngày, nhà sản xuất ô tô giải tốn nguồn chiếu sáng Khơng ngừng đó, để đáp ứng địi hỏi đáng người sử dụng mơi trường lái xe an tồn, thân thiện vào ban đêm, gần nhà sản xuất giới thiệu công nghệ chiếu sáng chủ động xe với tham vọng hồn tồn đánh bật bóng đêm Nổi bật giải pháp chiếu sáng chủ động theo góc đánh lái xe, với cơng nghệ tài xế khơng cịn phải lo lắng việc thường xuyên phải đối mặt với vùng tối đột ngột nguy hiểm việc bất ngờ xuất chướng ngại vật lái xe vào ban đêm gặp cung đường cong đoạn rẽ PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Hệ thống chiếu sáng chủ động dần trở nên thông dụng nước phát triển, coi trọng vấn đề an tồn giao thơng cịn Việt Nam ta chiếu sáng chủ động mẻ, trang bị xe hạng sang, việc sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô tiếp cận cơng nghệ cịn hạn chế, chủ yếu qua Internet qua tạp chí tơ Vì vậy, nhóm làm đề tài mạnh dạn lựa chọn đề tài “Thiết kế lập trình cho mơ hình mơ đèn liếc tơ” sau xét đến tính khả thi đề tài 1.2 Giới hạn phạm vi nghiên cứu Khái niệm chiếu sáng chủ động xe rộng tiếp tục nhà nghiên cứu cải tiến phát triển Trong phạm vi nghiên cứu đề tài giới hạn thời gian, kinh phí khả nên đề tài tập trung thiết kế lập trình để thể nguyên lý hoạt động hệ thống với tín hiệu vào giả lập so với xe thực tế, cụ thể điểu khiển motor lập trình mô hệ thống 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Từ nhiệm vụ đề tài đặt nghiên cứu hệ thống đèn chiếu sáng thông minh, nội dung nghiên cứu đề tài thực với mục tiêu nghiên cứu sau: - Tạo mạch điều khiển đèn liếc giống xe thực tế Đưa thuật tốn lập trình thơng qua sở lý thuyết Thiết kế mô hình thể nguyên lý hoạt động hệ thống thực tế Qua so sánh đánh giá ý tưởng với hệ thống thực tế PHẦN 2: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ĐÈN CHIẾU SÁNG TRÊN Ô TÔ 1.1 Khái quát Theo số liệu thống kê ngày nay, công nghệ chiếu sáng xe phát triển nhiều, hầu hết tuyến đường trang bị đèn đường chiếu sáng, tăng độ an toàn cho xe lưu thông vào ban đêm tỉ lệ số vụ tai nạn xe vào ban đêm lên đến 40 % mật độ xe lưu thông vào ban đêm 1/5 mật độ xe lưu thông vào ban ngày, địi hỏi phải tăng tính an tồn cho người điều khiển xe vào ban đêm mà công nghệ chiếu sáng xe quan tâm trọng nghiên cứu, phát triển Ai thấy tầm quan trọng đèn chiếu sáng xe vận hành bóng tối Ra đời đồng thời với xe hơi, đèn pha trải qua 120 năm lịch sử từ khổng lồ cổ lỗ tới Bi-Xenon hay LED ngày Bắt đầu từ đèn thuở sơ khai có cấu tạo khổng lồ đến Bilux (hai bóng) hình parabol thập niên 1950-1960, đèn pha cải thiện đến 85% hiệu chiếu sáng Sau xuất đèn cốt (low-beam) chiếu sáng khoảng 100 m đèn Bi-Xenon với khoảng cách quan sát an toàn 180 m Lịch sử đèn pha bắt đầu thời với xe Gottlieb Daimler Karl Benz giới thiệu xe năm 1886 Qua giai đoạn, yêu cầu đòi hỏi khác thực tế lái xe vào ban đêm, thời tiết xấu, đèn pha liên tục cải tiến phát triển với nhiều loại khác 1.2 Đèn xe trước thời kỳ sử dụng đèn điện Chiếc xe đời vào năm 1886, thời Thomas Edinson phát minh bóng đèn sợi đốt, nhiên bóng đèn sợi đốt lúc khơng sử dụng để chiếu sáng xe nguồn điện để thắp sáng bóng đèn Accu lại khơng đáp ứng dung lượng máy phát điện chiều cồng kềnh chưa ứng dụng xe Vì vào năm cuối kỷ 19 người ta muốn lái xe đường vào ban đêm phải mang theo đèn lồng, đèn măng sông… đèn sử dụng để thắp sáng nhà Tuy nhiên đèn với ánh sáng loe lét đáp ứng chiếu sáng cho xe Vì nhà 3.2.4 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 3.2.4.1 Cấu tạo - Đèn bi cầu led: Bóng đèn bao gồm đèn led gương cầu Hệ thống đèn đảm nhiệm hai chức đèn pha đèn coss Tiết kiệm lượng với công suất 32W cho độ sáng tốt Hình 3.5 Đèn bi cầu led Mazda CX5 - Hệ thống thay đổi trục quang học: Hệ thống bao gồm mô-dun điều khiển motor bước Giúp cho đèn thay đổi góc chiếu Góc chiếu thay đổi lên tới 15 độ Hình 3.6 Hệ thống thay đổi trục quang học Mazda CX5 Cảm biến vị trí góc lái: Khi Volant quay cảm biến gửi tiến hiệu đến Modul điều khiển để thay đổi góc chiếu sáng hệ thống đèn đầu 16 Hình 3.7 Cảm biến trị trí góc lái 3.2.4.2 Ngun lý hoạt động Hình 3.8 Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động - Điều kiện kích hoạt trạng thái làm việc Adaptive Front Lighting: + Động làm việc 17 + Bật đèn pha + Công tắc AFS OFF trạng thái tắt + Tốc độ xe lớn 2km/h Các điều kiện đáp ứng mơ-đun điều khiển AFS điều khiển truyền động xoay dựa tín hiệu góc lái tín hiệu tốc độ xe Khi vào cua dải tốc độ khác có chung góc đánh lái góc liếc đèn thay đổi khác Ví dụ xe tốc độ 90 km/h góc liếc tối đa 13 độ Nhưng vận tốc 60km/h góc liếc đèn lên tới cực đại 15 độ Hình 3.9 Cách thức hoạt động đèn liếc Mazda CX5 18 CHƯƠNG 4: CHỌN LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 4.1 Arduino Arduino tảng mã nguồn mở sử dụng để xây dựng ứng dụng điện tử tương tác với với môi trường thuận lợi Arduino giống máy tính nhỏ để người dùng lập trình thực dự án điện tử mà không cần phải có cơng cụ chun biệt để phục vụ việc nạp code Arduino tương tác với giới thông qua cảm biến điện tử, đèn, động Arduino gồm: phần cứng gồm board mạch mã nguồn mở (thường gọi vi điều khiển) lập trình phần mềm hỗ trợ phát triển tích hợp IDE (Integrated Development Environment) dùng để soạn thảo, biên dịch code nạp chương cho board Hình 4.1 Arduino sử dụng mạch 4.2 Joystick modul Joystick hoạt động nút di chuyển tay game PS Bên Joystick biến trở (10K) di chuyển tự tới/lùi/trái/phải Ngồi Joystick cịn có button nhận biết ta nhấn mạnh xuống Nó nhỏ gọn dễ sử dụng Module Joystick hoạt động mức điện áp 5V Để sử dụng được, cần đọc giá trị biến trở nút nhấn chân module: - VRx hay X -> giá trị biến trở trục X VRy hay Y-> giá trị biến trở trục Y SW hay KEY -> giá trị nút nhấn 19 Hình 4.2 Joystick modul sử dụng mạch 4.3 Step motor Hình 4.3 Step motor 5V mạch Step Motor loại động chấp hành đặc biệt, thường sử dụng cho hệ truyền động rời rạc Step Motor thực chất động đồng dùng để biến đổi tín hiệu điều khiển dạng xung điện rời rạc thành chuyển động góc quay chuyển động Rotor có khả cố định Rotor vào vị trí cần thiết Step Motor làm việc nhờ có chuyển mạch điện tử đưa tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự tần số định Tổng số góc quay roto tương ứng với số lần chuyển mạch, chiều quay tốc độ quay roto, phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi tần số chuyển đổi Khi xung điện áp đặt vào cuộn dây stato động bước roto động quay góc định, góc bước quay động Khi xung điện áp đặt vào cuộn dây phần ứng thay đổi liên tục roto quay liên tục (Nhưng thực chất chuyển động theo bước rời rạc) 20 4.4 Đèn LED Đèn led có tuổi thọ hiệu suất lớn nhiều lần đèn sợi đốt hiệu so với hầu hết loại đèn huỳnh quang Có tuổi thọ cao, khả chiếu sáng cực tốt, dễ điều chỉnh chiếu sáng theo hướng Hình 4.4 Đèn LED sử dụng mạch 4.5 DRV8825 DRV8825 Stepper Driver sử dụng thay cho mô đun A4988 Dùng để điều khiển động bước thơng thường Dịng cực đại cấp cho động bước lên tới 2.5A Chức điều khiển bước động bước xuống tới 1/32 bước Điện trở IC thấp, giảm phát nhiệt, hoạt động ổn định Hình 4.5 DRV 8825 mạch 21 4.6 Nút nhấn chân Nút nhấn chân dùng mạch điện tử thơng dụng Có chức dùng để để làm nút reset nút nguồn Hình 4.6 Nút nhấn chân 22 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 5.1 Sơ đồ khối thiết kế Input - Output Xử lý Cảm biến góc lái Step motor Cơng tắt Nguồn Vi điều khiển - Đèn báo Motor đèn liếc Hình 5.1 Sơ đồ khối thiết kế 5.2 Sơ đồ mạch điện chi tiết Joystick giả lập thay cảm biến vị trí góc lái, nút nhấn thay cơng tắt đèn, driver giao tiếp điều khiển trực tiếp step motor, step motor giả lập thay đổi góc quay đèn thay motor đèn liếc, đèn led thay đèn báo Hình 5.2 Sơ đồ mạch điện 23 Hình 5.3 Mạch mơ proteus 24 5.3 Mạch hồn thành Hình 5.3 Mạch hồn thành 25 5.4 Code mơ 26 Hình 5.4 Code mơ 27 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Ngày nay, trình phát triển khoa học kỹ thuật ngồi việc đáp ứng nhu cầu phục cho đời sống người việc nâng cao an tồn để bảo vệ cho người sử dụng việc cấp thiết để thúc đẩy tiến không ngừng cho khoa học kỹ thuật Qua trình nghiên cứu thực đề tài nhóm chế tạo thành cơng mơ hình đèn liếc tơ hồn thành tốt yêu cầu đặt với điểm bật giống xe thực tế thay đổi góc chiếu sáng đèn thơng qua step motor cách giả lập tín hiệu để xoay joystick Mơ hình sử dụng linh kiện dễ mua dễ sử dụng thơng qua cải tiến lắp đặt cho dịng xe đời cũ Bên cạnh giúp cho người hiểu thêm lý thuyết hệ thống đèn liếc thực tế thông qua mô hình đơn giản Thiết kế mơ gần tương tự hệ thống chiếu sáng thông minh hãng xe tiếng như: BMW, Mercedes, Ford đặt biệt Mazda CX5 Tóm lại, đề tài “Thiết kế lập trình cho mơ hình mơ đèn liếc tơ” góp phần vơ quan trọng học tập thực tế, cung cấp kiến thức hữu ích hệ thống chiếu sáng thông minh ô tô, nâng cao hiểu biết người vấn đề an toàn lái xe vào ban đêm sống đại tương lai Hướng phát triển Nếu có thời gian nghiên cứu có thêm kinh phí nhóm nâng cấp mạch điều khiển trở nên nhỏ gọn tích hợp board mạch, lập trình thêm hệ thống liếc theo tốc độ thực tế xe, thay đổi cường độ sáng đèn theo mong muốn 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] NDT, Cách điều khiển biến trở Adruino, Adruibo Việt Nam, truy cập đường link: http://arduino.vn/bai-viet/181-gioi-thieu-servo-sg90-va-cach-dieu-khienbang-bien-tro ngày truy cập 1-6-2021 [2] Linh kiện điện tử, Linh kiện chất lượng, truy cập đường link: http://linhkienchatluong.vn/ ngày truy cập 1-6-2021 [3] Hạo Nam, Mazda Miền Nam, Công nghệ Adaptive front light system Mazda CX5, truy cập đường link: https://mazdamiennam.com/cong-nghe-adaptivefront-light-system-o-xe-mazda-hoat-dong-ra-sao/, ngày truy cập: 1-6-2021 [4] Ngô Kỳ Lam, Ơ tơ Sài Gịn, Thế hệ thống đèn AFS, truy cập đường link: https://www.otosaigon.com/threads/the-nao-la-he-thong-den-afs.968736/, ngày truy cập: 1-6-2021 29 ... 2.1 Đèn dây tóc tơ 2.2 Đèn halogen ô tô 2.3 Đèn xenon ô tô 2.4 Đèn LED ô tô 2.5 Xe sử dụng công nghệ Adaptive-front light system 2.6 Sự tự động đèn liếc tĩnh 2.7 Sự tự động đèn liếc động 2.8 Đèn. .. chiếu sáng tơ có phát triển bước ngoặt Với xuất bóng đèn tăng áp Xenon với cường độ sáng mạnh tầm chiếu sáng xa, cho ánh sáng ánh sáng ban ngày, nhà sản xuất ô tô giải tốn nguồn chiếu sáng Khơng... BMW, Audi… Đèn Bi Xenon đời nhằm cải thiện khả chiếu sáng, an toàn động, điểm mà loại đèn Halogen chưa đáp ứng Hình 2.3 Đèn xenon ô tô Tạo ánh sáng gần với ánh sáng ban ngày so với đèn halogen: