Thiết kế, mô phỏng và chế tạo mô hình xe điện sử dụng năng lượng mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, MƠ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH XE ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ơ Tơ Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Đỗ Minh Triết Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Trương Văn Chu Toàn 1711252008 17DOTA5 Nguyễn Quốc Trầm 1711250658 17DOTA5 Phạm Đình Gia Huy 1711250858 17DOTA5 TP Hồ Chí Minh, 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, MƠ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH XE ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ơ Tơ Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Đỗ Minh Triết Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Trương Văn Chu Toàn 1711252008 17DOTA5 Nguyễn Quốc Trầm 1711250658 17DOTA5 Phạm Đình Gia Huy 1711250858 17DOTA5 TP Hồ Chí Minh, 2021 LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin trân trọng cảm ơn thầy Th.S Nguyễn Đỗ Minh Triết, người trực tiếp hướng dẫn, sửa bảo em nội dung, phương pháp để em hoàn thành tốt báo cáo đồ án tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc, chân thành tới ban lãnh đạo Trường Đại Học Cơng Nghệ TP.HCM tồn thể thầy, trường tận tình hỗ trợ em suốt thời gian thực đồ án Mặc dù em cố gắng để có báo cáo hoàn chỉnh tận dụng tối ưu tài liệu cung cấp Tuy nhiên trình viết báo cáo khó tránh khỏi thiếu sót áp lực thời gian hiểu biết giới hạn Rất mong nhận góp ý từ thầy Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, ln tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt trình học tập hồn thành khóa luận tốt nghiệp Một lần em xin chân thành cảm ơn! Sinh Viên Thực Hiện NGUYỄN QUỐC TRẦM TRƯƠNG VĂN CHU TOÀN PHẠM ĐÌNH GIA HUY i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ SƠ ĐỒ v DANH MỤC BẢNG BIỂU viii LỜI MỞ ĐẦU ix CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Lý chọn đề tài .1 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Nhiệm vụ đề tài 1.5 Phương pháp thiết kế 1.5.1 Phương pháp thiết kế 1.5.2 Phương pháp chế tạo 1.5.3 Phương pháp thiết kế chế tạo .2 1.6 Kế hoạch nghiên cứu CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ XE CHẠY BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ HỆ THỐNG GIỮ LÀN ĐƯỜNG 2.1 Năng lượng mặt trời 2.2 Giới thiệu xe chạy lượng mặt trời .4 2.2.1 Ưu - nhược điểm xe điện chạy lượng mặt trời .6 2.2.2 Nguyên lý chung xe sử dụng lượng mặt trời 2.2.3 Các mẫu xe có .7 2.2.4 Ơ tơ điện chạy lượng mặt trời Việt Nam 2.3 Giới thiệu hệ thống giữ đường 2.3.1 Hệ thống giữ đường 2.3.2 Ưu nhược điểm hệ thống giữ đường 10 2.3.3 Vì cần trang bị hệ thống giữ đường 11 2.3.4 Cấu tạo hệ thống giữ đường .12 CHƯƠNG III: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 3.1 Giới thiệu phần mềm thiết kế .14 ii 3.1.1 Giới thiệu phần mềm Solidworks 14 3.1.2 Giới thiệu phần mềm proteus 15 3.1.3 Giới thiệu phần mềm Arduino ide 16 3.1.4 Giới thiệu phần mềm pycharm 17 3.2 Các thiết bị linh kiện xe .19 3.2.1 Pin lượng mặt trời 250W .19 3.2.2 Ắc quy 21 3.2.3 Bộ điều khiển sạc pin lượng mặt trời GV-YJSS-10A 21 3.2.4 Bộ Inverter biến tần cho lượng mặt trời 22 3.2.5 Motor giảm tốc DC 24V 250W 23 3.2.6 Motor giảm tốc 12V 100W 23 3.2.7 Bộ mã hóa quay quang điện 100 / 200 / 360 / 400 / 500 / 600p / r (encoder) 24 3.2.8 Webcam HD Logitech C270 720P 30FPS 25 3.2.9 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 NPN 6-36V 26 3.2.10 Động SERVO SG90 180 độ 26 3.2.11 Domino, cầu đấu điện 12P 25A TB-2512 27 3.2.12 Arduino .28 3.2.13 Mạch điều khiển động DC BTS7960 43A (1 động cơ) 29 3.2.14 Mạch giảm áp XL4016 8A 30 3.2.15 Mạch giảm áp DC LM2596 3A 31 3.2.16 Mạch opto cách ly kênh PC817 .32 CHƯƠNG IV: QUY TRÌNH THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH XE ĐIỆN CHẠY BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 33 4.1 Ý tưởng khí 33 4.1.1 Khung xe: .33 4.1.2 Thân vỏ: 33 4.1.3 Hệ thống treo trước: 34 4.1.4 Hệ thống treo sau: 34 4.1.5 Hệ thống lái: 35 4.1.6 Động cơ: .36 4.1.7 Hệ thống truyền lực: .36 iii 4.1.8 Cầu sau vi sai: 36 4.2 Cơ cấu chi tiết khung xe: 37 4.2.1 Bản vẽ chi tiết xe 37 4.2.2 Bản vẽ, thông số chi tiết phận xe, phương pháp gia công: 38 4.3 Thiết kế phần vỏ 44 4.3.1 Quy trình làm phần vỏ xe .44 4.4 Thiết kế hệ thống .46 4.4.1 Giới thiệu 46 4.4.3 Thiết kế mạch .48 4.4.4 Toàn sơ đồ nguyên lý 57 4.5 Lập trình hệ thống 61 CHƯƠNG V: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 71 5.1 Kết thực nghiệm: 71 5.2 Hiệu chỉnh 73 CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .74 6.1 Kết luận 74 6.3 Những hạn chế: 74 6.2 Hướng phát triển 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC PHỤ LỤC iv DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ SƠ ĐỒ Hình 2.1: Thành phần tổng xạ nhiễu xạ ngày sáng Hình 2.2: Bản đồ xạ nhiệt việt nam Hình 2.3 Mẫu thử nghiệm ô tô điện chạy lượng mặt trời Lightyear One Hình 2.4 Nội thất bên xe Hình 2.5 Mẫu tơ điện chạy lượng mặt trời Hình 2.6 Xe chạy lượng mặt trời Hình 2.7 Xe điện chạy lượng mặt trời Việt Nam Hình 2.8 Hệ thống hỗ trợ giữ đường Hình 2.9 Hệ thống giữ đường bị ảnh hưởng điều kiện thời tiết bất lợi 11 Hình 2.10 Mơ xe bị chệch đường 11 Hình 2.11 Hệ thống cảnh báo chệch đường 12 Hình 2.12 Hệ thống camera cảnh báo đường 12 Hình 2.13 Hệ thống cảnh báo sai lệch đường 13 Hình 3.1 Giới thiệu phần mềm Solidworks 14 Hình 3.2 Solidworks có nhiều ưu điểm vượt trội 15 Hình 3.3 Giao diện chờ phần mềm proteus 15 Hình 3.4 Phần mềm proteus 16 Hình 3.5 Giao diện chờ phần mềm arduino 17 Hình 3.6 Giao diện chờ phần mềm pycharm 18 Hình 3.7 Các tính pycharm 18 Hình 3.8 Tấm pin lượng mặt trời 19 Hình 3.9 Cấu tạo module pin mặt Trời (EVA là: Ethylene Vinyl Acetate) 20 Hình 3.10 Bình ắc quy 21 Hình 3.11 Bộ điều khiển sạc pin lượng mặt trời GV-YJSS-10A .22 Hình 3.13 Motor giảm tốc DC 24V 250W 23 Hình 3.14 Motor giảm tốc 12V 100W 24 Hình 3.15 Bộ encoder 24 Hình 3.16 Cấu tạo encoder 25 Hình 3.17 Webcam HD Logitech C270 720P 30FPS 25 v Hình 3.18 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 NPN 6-36V 26 Hình 3.19 Động servo SG90 180 độ .27 Hình 3.20 Domino, Cầu đấu điện 12P 25A TB-2512 28 Hình 3.21 Mạch arduino 28 Hình 3.22 Mạch điều khiển động BTS7960 43A 30 Hình 3.23 Mạch hạ áp XL4016 8A .31 Hình 3.24 Mạch giảm áp DC LM2596 3A 31 Hình 3.25 Mạch Opto cách ly kênh PC817 32 Hình 4.1 Cơ cấu bố trí chi tiết khung xe 37 Hình 4.2 Bản vẽ xe 38 Hình 4.3 Mơ hình thực tế khung xe .39 Hình 4.4 Hình ảnh mơ hệ thống treo phía trước .40 Hình 4.5 Hình ảnh mơ hệ thống treo sau 40 Hình 4.6 Hình ảnh mơ hệ thống lái 41 Hình 4.7 Hình ảnh mơ hình thực tế hệ thống lái 41 Hình 4.8 Hình ảnh mơ hệ thống dẫn động cầu sau 43 Hình 4.9 Hình ảnh mơ hình thực tế hệ thống dẫn động cầu sau 43 Hình 4.10 Hình ảnh mô pin lượng mặt trời 43 Hình 4.11 Quá trình định định hình khung xe .45 Hình 4.12 Hình dáng ban đầu xe 45 Hình 4.13 Khung vỏ xe sau composite đông cứng lại .46 Hình 4.14 Sơ đồ nối pin .47 Hình 4.14 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 47 Hình 4.15 Bộ sạc ắc quy 52 Hình 4.16 Arduino Uno R3 52 Hình 4.17 Khối cảm biến vật cản kết nối với Arduino 53 Hình 4.18 Khối rẽ trái phải kết nối với Arduino 55 Hình 4.19 Khối di chuyển tiến lùi kết nối với Arduino .56 Hình 4.20 Khối manual 57 Hình 4.21 Khối encoder .57 Hình 4.22 Sơ đồ ngun lý tồn mạch 58 vi Hình 4.23 Sơ đồ ngun lý tồn mạch 58 Hình 4.24 Sơ đồ ngun lý tồn mạch 59 Hình 4.25 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 59 Hình 4.26 Mạch điều khiển tiến lùi thu thập tín hiệu cảm biến 60 Hình 4.27 Mạch điều khiển bánh lái 61 Hình 4.28 Lưu đồ hệ thống 62 Hình 4.29 Lựa chọn chế độ hoạt động 63 Hình 4.30 Chọn chế độ điều khiển tự động 63 Hình 4.31 Lưu đồ xác định khoảng lệch vạch đường 64 Hình 4.32 Hình ảnh thu thập từ Camera 64 Hình 4.33 Tạo vùng xét .65 Hình 4.34 Lọc lấy màu trắng đen 65 Hình 4.35 Tách biên hình ảnh 65 Hình 4.36 Tìm tọa độ giao điểm biên trục đo 66 Hình 4.37 Tính tốn giá trị khoảng lệch 66 Hình 4.38 Tạo vùng xét hình chữ nhật để xác định line đỏ 67 Hình 4.39 Tách lấy phần màu đỏ 67 Hình 4.40 Lưu đồ xác định phần trăm xuất vạch đỏ 68 Hình 4.41 Xe dừng lại % vạch màu đỏ lớn 50% 68 Hình 4.42 Lưu đồ giải thuật arduino 69 Hình 5.1 Mơ hình xe thực tế 71 Hình 5.2 Mơ hình xe thực tế 71 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Số liệu xạ mặt trời Việt Nam Bảng 3:1 Thông số kỹ thuật pin .20 Bảng 3:2 Thông số kỹ thuật arduino .28 Bảng 4.1 Ý tưởng khung xe 33 Bảng 4.2 Ý tưởng thân vỏ 33 Bảng 4.3 Ý tưởng hệ thống treo trước 34 Bảng 4.4 Ý tưởng hệ thống treo sau 34 Bảng 4.5 Ý tưởng hệ thống lái .35 Bảng 4.6 Ý tưởng chọn động 36 Bảng 4.7 Ý tưởng chọn hệ thống truyền lực 36 Bảng 4.8 Ý tưởng chọn hệ thống truyền lực 36 Bảng 4.9 Chi tiết khung xe 38 Bảng 4.10 Chi tiết hệ thống treo trước 39 Bảng 4.11 Chi tiết hệ thống treo sau 40 Bảng 4.12 Chi tiết hệ thống lái 40 Bảng 4.13 Chi tiết hệ thống dẫn động cầu sau 42 Bảng 4.14 Ưu nhược điểm loại vật liệu 44 Bảng 4.15 Linh kiện điện tử công dụng 48 Bảng 4.16 Tên thiết bị hệ thống 50 Bảng 4.17 Chọn Pin lượng mặt trời phù hợp 51 Bảng 4.18 Vị trí nối chân tín hiệu 54 Bảng 4.19 Vị trí chân tín hiệu .60 Bảng 5.1 Bảng đánh giá tiêu chí 72 viii ... Hình 2.4 Nội thất bên xe Hình 2.5 Mẫu tơ điện chạy lượng mặt trời Hình 2.6 Xe chạy lượng mặt trời Hình 2.7 Xe điện chạy lượng mặt trời Việt Nam Hình 2.8 Hệ thống hỗ... chạy lượng mặt trời Xe điện chạy lượng mặt trời sử dụng nguồn điện chuyển hóa từ ánh sáng mặt trời để vận hành Vì thế, bên cạnh ưu điểm cịn nhiều hạn chế, tìm hiểu xem - Ưu điểm xe điện chạy lượng. .. 3.2 Các thiết bị linh kiện xe 3.2.1 Pin lượng mặt trời 250W 3.2.1.1 Cấu tạo pin mặt trời Pin mặt trời phận yếu hệ thống lượng mặt trời Tấm pin mặt trời có nhiệm vụ thu nhận lượng mặt trời chuyển