(Luận văn thạc sĩ hcmute) điều khiển nâng hạ kính trên ô tô bằng sóng bluetooth

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒNG PHI KHANH ĐIỀU KHIỂN NÂNG HẠ KÍNH TRÊN Ơ TƠ BẰNG SĨNG BLUETOOTH NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÀNG PHI KHANH ĐIỀU KHIỂN NÂNG HẠ KÍNH TRÊN Ơ TƠ BẰNG SĨNG BLUETOOTH NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 605246 Hƣớng dẫn khoa học: TS Lê Thanh Phúc Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013 Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Hoàng Phi Khanh Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 10/04/1985 Nơi sinh: Tp.HCM Quê quán: Huế Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 83/34 Hòa Hƣng, Quận 10, Tp.HCM Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: 08.38621270 Fax: Email: Hoangphikhanh@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ …/… đến …/ …… Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 09/2004 đến 05/2009 Nơi học (trƣờng, thành phố): ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Ngành học: Cơ Khí Động Lực Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Ứng dụng công nghệ thơng tin giảng dạy mơn tính tốn kết cấu ô tô Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: 3/2009, trƣờng ĐH Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Ngƣời hƣớng dẫn: Mse Đặng Quý III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 9/2009 ÷ 8/2010 ĐH Cơng Nghiệp Tp.HCM Giảng viên thỉnh giảng 9/2011 ÷ 8/2012 CĐ Kỹ Thuật Lý Tự Trọng Giảng viên thỉnh giảng 1/2013 ÷ 8/2013 CĐ Kinh Tế Kỹ Thuật Phú Lâm Giảng viên thỉnh giảng i Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng 10 năm 2013 (Ký tên ghi rõ họ tên) HOÀNG PHI KHANH ii Luan van LỜI CẢM ƠN Trong suố t quá triǹ h ho ̣c tâ ̣p và hoàn thành luâ ̣n văn này , đã nhâ ̣n đƣơ ̣c sƣ̣ hƣớng dẫn , giúp đỡ quý báu thầy cô bạn l ớp Với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc xin đƣợc bày tỏ lới cảm ơn chân thành tới : Ban giám hiê ̣u , Phòng đào tạo sau đại học , Khoa Cơ Khí Động Lực trƣờng Đa ̣i Ho ̣c Sƣ Ph ạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã ta ̣o mo ̣i điề u kiê ̣n thuâ ̣n lơ ̣i giúp đỡ quá triǹ h ho ̣c tâ ̣p và hoàn thành luâ ̣n văn Phó giáo sƣ - Tiế n si ̃ Đỗ Văn Dũng, ngƣời thầ y kính mế n đã hế t lòng giúp đỡ, dạy bảo , đô ̣ng viên và ta ̣o mo ̣i điề u kiê ̣n thu ận lợi cho tơi suốt q trình học tập hoàn thành luận văn tốt nghiệp Tiến sĩ Lê Thanh Phúc, ngƣời thầy tận tâm, nhiệt tình hƣớng dẫn bảo để tơi hồn thành tốt luận văn tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn các thầ y cô t rong hô ̣i đồ ng chấ m luâ ̣n văn đã cho nhƣ̃ng đóng góp quý báu để hoàn chỉnh luâ ̣n văn này Kính chúc ban giám hiệu, thầy mạnh khỏe, thành công đuốc soi đƣờng cho hệ đàn em chúng em tiến bƣớc thành công hơn, vững đƣờng khoa học có khó khăn, thử thách nhƣng đầy thù vị Xin chân thành cảm ơn chúc thầy cô sức khỏe thành đạt iii Luan van TÓM TẮT Luận văn nghiên cứu hệ thống điều khiển nâng hạ kính tơ Đặc điểm sử dụng sóng Bluetooth để truyền liệu điều khiển chức cửa sổ kính Bên cạnh đó, việc ứng dụng vi điều khiển để điều khiển chức hệ thống sử dụng đèn báo tín hiệu có chƣớng ngại vật cho ngƣời lái biết tài xế không trực tiếp điều khiển Sử dụng mạch cơng suất tăng tính ổn định hệ thống q trình điều khiển Hệ thống dùng để điều khiển thiết bị đƣợc gắn thêm ô tô mà không cần can thiệp lớn vào hệ thống dây điện xe Nếu đƣợc ứng dụng rộng rãi thiết bị ô tô, xe tƣơng lai giống nhƣ mơ hình máy tính thu nhỏ trao đổi liệu đáp ứng nhu cầu ngƣời sử dụng cách tốt an tồn tính tự động hóa ngày đƣợc nâng cao ABSTRACT The thesis presents an investigation on an advanced power window system The proposed system uses the Bluetooth wave to transmit the data and to control the operating modes of the power window In addition, the microcontroller is used to monitor the system performance and to warn the driver when it is stuck The system may be used to control the electrical devices without major modification of wiring system The further research may be carried out for other systems where the devices may connect together The future cars will contain the subsystems that have the wireless communication iv Luan van MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục v Danh sách hình viii Danh sách bảng x Chƣơng 1: Tổng quan đề tài 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Các đề tài nghiên cứu nƣớc 1.3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa khoa hoc tính thực tiễn đề tài 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.6 Kế hoa ̣ch thƣ̣c hiê ̣n Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết 2.1 Hệ thống cửa sổ điện ô tô 2.1.1 Khái quát 2.1.2 Chức 2.1.3 Vị trí phận 2.2 Động điện chiều 10 2.2.1 Khái niệm chung 10 2.2.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc, phân loại động điện chiều 10 2.3 Tìm hiểu cơng nghệ Bluetooth 14 2.3.1 Tổng quan Bluetooth 14 2.3.2 Bản chất công nghệ Bluetooth 16 v Luan van 2.3.3 Ƣu nhƣợc điểm Bluetooth 48 2.3.4 Tầm ứng dụng tƣơng lai Bluetooth 49 2.4 Cơ sở lý thuyết sóng vơ tuyến 51 2.4.1 Khái niệm sóng vơ tuyến 51 2.4.2 Phân chia giải tần số vô tuyến 51 2.4.3 Đặc điểm truyền sóng vơ tuyến 54 2.4.4 Phƣơng thức truyền sóng vơ tuyến 55 2.4.5 Các nhân tố ảnh hƣởng đến truyền lan sóng vơ tuyến 57 2.5 Tìm hiểu sơ điều khiển từ xa 57 2.5.1 Tổng quan điều khiển từ xa 57 2.5.2 So sánh điều khiển từ xa sóng vơ tuyến sóng hồng ngoại 60 Chƣơng 3: Lƣu đồ điều khiển lập trình điều khiển 61 3.1 Tổng quan module Bluetooth 61 3.1.1 Giới thiệu module Bluetooth HC – 05 61 3.1.2 Các lệnh dùng thiết lập module Bluetooth HC- 05 63 3.2 Lƣu đồ điều khiển lập trình điều khiển 70 3.2.1 Chức tính hoạt động hệ thống nâng hạ kính cần điều khiển 70 3.2.2 Xây dựng lƣu đồ 71 Chƣơng 4: Mơ hình thực nghiệm 81 4.1 Mơ hình 81 4.1.1 Kết cấu mơ hình phần hệ thống điều khiển 81 4.1.2 Board mạch thu, phát sóng Bluetooth 85 4.1.3 Mạch cảm biến dòng 88 4.2 Thực nghiệm mơ hình 89 4.2.1 Kiểm nghiệm độ nhạy hệ thống điều khiển 89 4.2.2 Kiểm nghiệm chức báo kẹt 90 4.2.3 Kiểm nghiệm hoạt động thực tế 90 Chƣơng 5: Kết luận 91 5.1 Kết đạt đƣợc 91 vi Luan van 5.2 Các vấn đề chƣa đạt đƣợc 91 5.3 Hƣớng phát triển đề tài 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 PHỤ LỤC 101 vii Luan van DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Hệ thống cửa sổ điện ô tô Hình 2.2: Mô tả hoạt động hệ thống cửa sổ điện tơ Hình 2.3: Điều khiển cửa sổ điện tắt chìa khóa chống bó kẹt Hình 2.4: Các phận hệ thống cửa sổ điện Hình 2.5: Mơtơ cửa sổ điện Hình 2.6: Cơng tắc cửa sổ điện Hình 2.7: Mơ tả ngun lý làm việc động điện chiều 11 Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý máy điện chiều 12 Hình 2.9: Mơtơ quay ngƣợc chiều kim đồng hồ 13 Hình 2.10: Mơtơ quay chiều kim đồng hồ 13 Hình 2.11: Một Piconet thực tế 17 Hình 2.12: Hình Piconet có Slave 18 Hình 2.13: Hình Piconet có nhiều Slave 18 Hình 2.14: Một Scatternet gồm Piconet 19 Hình 2.15: Sự hình thành Scatternet theo cách 20 Hình 2.16: Sự hình thành Scatternet theo cách 20 Hình 2.17: Mơ hình Piconet 22 Hình 2.18: Quá trình truy vấn tạo kết nối 23 Hình 2.19: Truy vấn tạo kết nối thiết bị thực tế 23 Hình 2.20: Minh họa Scatternet 24 Hình 2.21: Cách nhảy tầng số 25 Hình 2.22: Piconet 27 Hình 2.23: Scatternet 28 Hình 2.24: Định dạng gói tin Bluetooth 28 Hình 2.25: Giữ chế độ tƣơng tác 40 viii Luan van if(BitTempButton ==1) // chi cho gui lan nhan nut { bytesend = (bytesend&0b00000100)|command;// giu lai trang thai Lock va auto neu co putc(bytesend); BitTempButton=0; } } #INT_TIMER1 void ISR_TIMER1(void) { set_timer1(7936); // sau 250ms thi ngat dem++; } #int_RDA void RDA_isr(void) { temp = getc(); if(temp== 0xAA) { output_high(LED_Warning); // bat den bao ket BitTempWarning = 0; } else { output_low(LED_Warning); // tat den bao ket BitTempWarning = 1; } } void main() { port_b_pullups(false); set_tris_a(0b11001111); set_tris_b(0b11111110); set_tris_c(0b10111111); 98 Luan van set_tris_d(0xFF); set_tris_e(0); delay_ms(300); //! output_low(power); output_low(PIN_KEY); output_low(LED_LockStatus); output_low(LED_Warning); // tat LED bao ket setup_timer_0(T0_INTERNAL|T0_DIV_256); setup_timer_1(T1_INTERNAL|T1_DIV_BY_8); enable_interrupts(INT_TIMER1); enable_interrupts(INT_RDA); enable_interrupts(GLOBAL); // khoi tao bluetooth delay_ms(1000); printf("AT+INIT\r\n"); // gui lenh khoi tao module BlueTooth delay_ms(500); printf("AT+CLASS=0\r\n"); // delay_ms(500); printf("AT+INQM=1,9,48\r\n"); delay_ms(500); printf("AT+INQ\r\n"); delay_ms(8000); printf("AT+LINK=12,6,149159\r\n"); short bit_TempLock2=1;// de nhan nut lock thi trang thai thay doi lan BitTempWarning = 1; //! output_low(LED_Warning); //! delay_ms(500); //! output_high(LED_Warning); while(true) { 99 Luan van if(input(IG)==1) // Neu bat chia khoa { output_high(power); dem = 1; // Nut Lock co cap cao nhat, Neu nut nhan cung luc thi chi co nut lock duoc quen thuc hien if(input(Button_Lock) ==1) // Neu nut Lock duoc nhan { delay_ms(30); if(Bit_TempLock2 == 1) { Bit_TempLock = ~Bit_TempLock;// khoi tao bang if(Bit_TempLock == 1) { BitTempAuto2 = 1; FSendCommand(0b00000100|ControlUp); // gui lenh khoa cac nut o slave output_high(LED_LockStatus); } else } else { bytesend = 0; FSendCommand(0); // gui lenh khong khoa cac nut o slave output_low(LED_LockStatus); } Bit_TempLock2 = 0; } 100 Luan van } else if(input(Button_Up) ==0) // Neu nut nang kieng duoc nhan { if(BitTempWarning == 1) // neu den bao ket tat { delay_ms(30); // chong doi nut nhan FButtonAuto_Check(); // kiem tra nut auto co nhan khong // neu nhan cho bit nho auto len FSendCommand(ControlUp); // gui lenh dieu khien nang kieng } } else if(input(Button_Down)==0) // nguoc lai neu nut kieng duoc nhan { delay_ms(30); // chong doi nut nhan FButtonAuto_Check(); // kiem tra nut auto co nhan khong FSendCommand(ControlDown); } else // khong co nut nao nhan { delay_ms(30); if(BitTempAuto2==1) // Neu co che auto { BitTempAuto1 = 0; } else { BitTempButton = 1; FSendCommand(Stop); 101 Luan van BitTempAuto2 = 1; } BitTempButton =1; Bit_TempLock2 = 1; } }else { if(dem>=40) // 40*250ms = 10000ms = 10s { FSendCommand(ControlUp); dem = 1; delay_ms(500); output_low(power); //! sleep(); } } } // End of main while } Lập trình điều khiển chƣơng trình thu SLAVE (ECU) Chƣơng trình đƣợc nạp vào PIC nằm mạch điều khiển cửa sổ /* */ #include #device *=16 #device adc=10 #FUSES NOWDT //No Watch Dog Timer 102 Luan van #FUSES HS //High speed Osc (> 4mhz for PCM/PCH) (>10mhz for PCD) #FUSES PUT //Power Up Timer #FUSES NOBROWNOUT #FUSES NOLVP //No brownout reset //No low voltage prgming, B3(PIC16) or B5(PIC18) used for I/O #use delay(clock=7372800) #use rs232(baud=38400,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=8,stream=PORT1) // huong nhin tu cac OPTO tro len cac FET // trang thai la dieu khien, la tat #define Pin_Enable PIN_D5 // cho dong co hoat dong #define Pin_Direct PIN_B0 // dieu khien huong dong co #define ButtonUp PIN_C2 #define ButtonDown PIN_C3 #define ButtonAuto PIN_C5 #define LocateTop PIN_D0 #define LocateBot PIN_D1 const char ControlUp = 1,ControlDown= 2, Stop = 0; char Control_State=0; short BitLock=0; // gia tri dieu khien dong co tu master // Bit dieu khien khoa cua master //!short Bit_TempLock = 0; // char temp2 =0,i =0; // gia tri tam thoi chuong trinh chinh va bien dem short BitTemp = 0; // de cho de lay lan dieu khien dong co tranh dong so cap doc cam bien unsigned long adc; char temp3 =0; //!unsigned char dem=1; //!// su dung bit cuoi cua byte de dieu khien dong co 103 Luan van //!// Bit 0, trang thai dieu khien dong co chay thuan, tt dung dong co //!// Bit 1, trang thai dieu khien dong co chay nghich, tt dung dong co void MotorControl(char control) { switch(control) { case ControlUp: // dieu khien dong co chay thuan if(input(LocateTop) ==1) // kieng chua len toi vi tri tren { if(input_state(Pin_Direct)) { output_low(Pin_Enable); delay_us(3); // Thoi gian FET ngat output_low(Pin_Direct); delay_ms(20); // delay de bao ve tiep diem relay BitTemp = 0; } output_high(Pin_Enable); if(BitTemp == 0) { { delay_ms(70); // thoi gian de bo qua dong khoi dong BitTemp = 1; } } else // kieng da len toi vi tri tren { //! Bit_TempLock = 0; 104 Luan van BitTemp = 0; output_low(Pin_Enable); delay_us(3); // Ngat dien cung cap dong co // Thoi gian FET ngat output_low(Pin_Direct); Control_State = 0; temp2 = 0; } break; case ControlDown: // dieu khien dong co chay nghich BitTemp = 0; if(input(LocateBot) ==1) // kieng chua xuong toi vi tri duoi { if(!input_state(Pin_Direct)) { output_low(Pin_Enable); delay_us(3); // Thoi gian FET ngat output_high(Pin_Direct); delay_ms(20); } output_high(Pin_Enable); } else // kieng da xuong toi vi tri duoi, ngat dien dong co { output_low(Pin_Enable); // Ngat dien cung cap dong co delay_us(3); output_low(Pin_Direct); Control_State = 0; temp2 = 0; } 105 Luan van break; case stop: temp2 = 0; output_low(Pin_Enable); delay_us(3); // Thoi gian FET ngat output_low(Pin_Direct); BitTemp = Control_State = 0; break; } } #int_RDA void RDA_isr(void) { char CTemp; // gia tri tam thoi chuong trinh ngat CTemp =getc(); Control_State =CTemp&3; // chi lay bit cuoi de dieu khien dong co temp3 = Control_State; temp2 = Control_State; // Neu master khong dieu khien thi cho phep cac nut nhan o slave dieu khien // hoac master khoa thi slave khong dieu khien duoc BitLock = bit_test(Ctemp,2); // bit la bit Lock if(Control_State == stop) { temp2 = 0; output_low(Pin_Enable); delay_us(3); output_low(Pin_Direct); // dung dong co // Neu master dang dieu khien thi khong cho slave dieu khien 106 Luan van BitTemp = 0; } } void main() { port_b_pullups(false); output_low(Pin_Enable); output_low(Pin_Direct); // dung dong co set_tris_a(0b11111111); set_tris_b(0x11111110); set_tris_c(0b10111111); set_tris_d(0x11111111); setup_timer_0(T0_INTERNAL|T0_DIV_256); setup_timer_1(T1_INTERNAL|T1_DIV_BY_8); setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_16); SETUP_ADC_PORTS(AN0); set_adc_channel(0); delay_us(30); setup_comparator(NC_NC_NC_NC); enable_interrupts(INT_RDA); enable_interrupts(GLOBAL); while(true) /******************************************************************* ********/ label: /******************************************************************* ********/ // Phan dieu khien dong co // neu master dang dieu khien hoac dang khoa thi khong quet nut nhan 107 Luan van if(Control_State != 0) { // neu master dieu khien nang va kieng chua len toi vi tri top thi cho dieu khien nang if(Control_State == ControlUp) { MotorControl(ControlUp); } else if(Control_State == ControlDown) { MotorControl(ControlDown); } } else // neu master khong dieu khien { // Nut nhan nang kieng bi tac dong, Neu luc bi tac dong ma da len // toi diem cao nhat cua cua kieng thi khong cho nang kieng if(BitLock == 0) // master dang ko khoa { //! Bit_TempLock = 1; if(temp2 == ControlUp) { MotorControl(ControlUp); } else if(input(ButtonUp) == ) { MotorControl(ControlUp); } // khong nhan duoc Down da xuong toi vi tri duoi else if(input(ButtonDown) == ) 108 Luan van { MotorControl(ControlDown); } else { MotorControl(Stop); } } }// End of ControlValue /***************************** Kiem tra ket***************************/ set_adc_channel(0); delay_us(23); adc = read_adc(); if(adc >=650) { // dao chieu dong co (XOR) thoi gian 400 ms roi dung dong co putchar(0xAA); // bao ket MotorControl(ControlDown); delay_ms(400); // Motor quay nguoc lai 50mm temp3 = Control_State; MotorControl(Stop); Control_State = 0; i=0; // neu dung dong co 20s ma khong co tin hieu dieu khien tu mater thi // tu dong tiep tuc dieu khien dong co theo trang thai truoc while(i=100) { if(temp3 == 0) // Neu ko co auto { putc(0x55); // bao khong ket ve master Break; } else { MotorConTrol(ControlUp); temp2 = ControlUp; putc(0x55); break; 110 Luan van } //! Break; // thoat khoi vong lap while } } // End of while //! label: } // End If }// End of Main while } 111 Luan van Luan van ... thu phát sóng để điều khiển Cụ thể dùng sóng Bluethooth để điều khiển nâng hạ kính Từ đây, phát triển điều khiển nhiều hệ thống khác nhƣ điều khiển nâng hạ cốp sau, điều chỉnh nâng hạ ghế theo... phạm vi nghiên cứu Do bƣớc đầu nghiên cứu chế tạo nên đề tài trọng điều khiển hệ thống nâng hạ kính ? ?tô phạm vi nghiên cứu dùng sóng Bluetooth để điều khiển Về sau mở rộng phát triển áp dụng điều. .. chúc thầy cô sức khỏe thành đạt iii Luan van TÓM TẮT Luận văn nghiên cứu hệ thống điều khiển nâng hạ kính ô tô Đặc điểm sử dụng sóng Bluetooth để truyền liệu điều khiển chức cửa sổ kính Bên cạnh