Hcmute tự động hóa quá trình đo độ rơ vô lăng cho trạm đăng kiểm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH ĐO ĐỘ RƠ VƠ LĂNG CHO TRẠM ĐĂNG KIỂM MÃ SỐ: T2017-05GVT SKC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 03/2018 Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG DÀNH CHO GIẢNG VIÊN TRẺ TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH ĐO ĐỘ RƠ VƠ LĂNG CHO TRẠM ĐĂNG KIỂM Mã số: T2017-05GVT Chủ nhiệm đề tài: GV.ThS Lê Quang Vũ TP HCM, 03/2018 Luan van DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU i Luan van MỤC LỤC Chương TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.3 Đối tượng nghiên cứu …………………………………………………… 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Phạm vi ứng dụng Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung Adruino 2.2 Giới thiệu board Adruino Uno 2.3 Giới thiệu board Arduino Nano 2.4 Giới thiệu module cầu H BTS7960 2.5 Giới thiệu module thu phát RF 11 2.6 Giới thiệu module thu phát sóng vơ tuyến NRF24L01 12 2.7 Giới thiệu cảm biến siêu âm US-015 13 2.8 Giới thiệu LCD 16x2 module I2C 15 2.9 Giới thiệu incremental rotary encoder 17 2.10 Giới thiệu module giảm áp DC LM2596 18 2.11 Giới thiệu quy trình kiểm định xe giới 20 2.12 Giới thiệu thực đo độ rơ vô lăng đăng kiểm xe giới 26 2.13 Nguyên lý việc đo độ rơ vô lăng 26 2.14 Kiểm tra khắc phục độ rơ vô lăng 28 Chương THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT LẬP TRÌNH ĐO ĐỘ RƠ VƠ LĂNG 30 3.1 Thiết kế cấu khí 30 3.1.1 Thiết kế cấu giá đỡ 30 ii Luan van 3.1.2 Thiết kế cấu gá vào vô lăng 32 3.1.3 Thiết kế giá đỡ động 34 3.1.4 Thiết kế giá đỡ cảm biến 35 3.1.5 Cơ cấu khí hồn chỉnh mơ hình độ rơ vơ lăng tự động xe giới phương chiều chuyên động phận 36 3.2 Mô mạch Proteus 40 3.3 Lắp đặt lập trình độ rơ vơ lăng thực tế 43 3.3.1 Kiểm tra hoạt động linh kiện 43 3.3.2 Quá trình đo độ rơ vô lăng thực tế 47 3.3.3 Dùng module thu phát không giây NRF24L01 52 Chương KẾT LUẬN 57 iii Luan van DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU DIY Do it yourself I/O Input/Output DC Direct Current MOSFET Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor BJT Bipolar junction transistor I2C Inter-Intergrated Circuit iv Luan van DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cách đo độ rơ vô lăng Hình 2.2 Board Adruino Nano Hình 2.2 Board Adruino Nano Hình 2.3 Mạch cầu H Hình 2.4 Nguyên lý mạch cầu H Hình 2.5 Cấu tạo rờ le Hình 2.6 Mạch cầu H sử dụng rờ le Hình 2.7 Module cầu H BTS7960 10 Hình 2.8 Sơ đồ chân module cầu H BTS7960 11 Hình 2.9 Module MX-FS-03V MX-05V 11 Hình 2.10 Module thu phát sóng vơ tuyến NRF24L01 11 Hình 2.11 Cảm biến siêu âm US-015 14 Hình 2.12 Màn hình LCD 16x2 14 Hình 2.13 Module I2C 15 Hình 2.14 Các IC giao tiếp với qua chuẩn I2C 16 Hình 2.15 Sau hàn chân module LCD với module I2C 16 Hình 2.16 Incremental rotary encoder đĩa quay 17 Hình 2.17 Nguyên lý hoạt động incremental rotary encoder 18 Hình 2.18 Tín hiệu incremental rotary encoder xuất 18 Hình 2.19 Module LM2596 19 Hình 2.22 Giao diện người dùng Arduino IDE 20 Hình 2.23 Ngun lý đo độ rơ vơ lăng 26 Hình 2.24 Sơ đồ khối hệ thống 28 Hình 3.2 Hình chiếu mặt giá đỡ 31 Hình 3.3 Cơ cấu giá đỡ mô 31 Hình 3.4 Hình chiếu mặt cấu gá 33 Hình 3.5 Cơ cấu gá vô lăng mô 33 Hình 3.6 Hình chiếu mặt giá đỡ động điện 34 Hình 3.7Cơ cấu giá đỡ động điện mô 35 Hình 3.8 Hình chiếu mặt giá đỡ cảm biến 35 v Luan van Hình 3.9 Cơ cấu giá đỡ cảm biến 36 Hình 3.10 Mơ hình cấu đo độ rơ vơ lăng hồn chỉnh 36 Hình 3.11 Hệ dẫn động vô lăng 37 Hình 3.12 Sơ đồ đường truyền công suất đến vô lăng 37 Hình 3.13 Cơ cấu gá vô lăng 38 Hình 3.14 Giá đỡ động điện 38 Hình 3.15 Giá đỡ cảm biến 39 Hình 3.16 Giá đỡ cấu dẫn động vơ lăng hình ảnh tổng qt cấu đô dộ rơ vô lăng thực 39 Hình 3.17 Sơ đồ hệ thống mơ Proteus 40 Hình 3.18 Các linh kiện sau kết nối với 43 Hình 3.19 Hệ thống hoạt động cấp nguồn 44 Hình 3.20 Tín hiệu gửi cảm biến siêu âm 45 Hình 3.21 Tín hiệu cảm biến siêu âm bánh xe dẫn hướng dịch chuyển 46 Hình 3.22 Lưu đồ thuật tốn tìm biên độ khoảng cách 46 Hình 3.23 Thử nghiệm hệ thống xe Vios 47 Hình 3.24 Gá cấu dẫn động vào vô lăng 53 Hình 3.25 Cơ cấu đỡ động điện 55 Hình 3.26 Đặt cảm biến siêu âm gần bánh xe dẫn hướng 55 vi Luan van DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Sơ đồ kết nối chân linh kiện hệ thống 44 Bảng 3.2 Thống kê lần đo độ rơ vô lăng xe Toyota Vios 51 Bảng 3.3 Sơ đồ kết nối chân module NRF24L1 52 Bảng 3.4 Thống kê lần đo sử dụng module thu phát 55 vii Luan van TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Tp HCM, ngày tháng năm THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung - Tên đề tài: “ Tự động hóa q trình đo độ rơ vô lăng cho trạm đăng kiểm” - Mã số: T2017-07GVT - Chủ nhiệm: Lê Quang Vũ - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện:12 tháng Mục tiêu Đề tài nghiên cứu với mục tiêu thiết kế, chế tạo thử nghiệm hệ thống đo độ rơ vô lăng tự động cho công tác đăng kiểm Hệ thống phương pháp đo phù hợp với tiêu chuẩn cục đăng kiểm có khả triển khai trạm đăng kiểm xe giới Tính sáng tạo Đề tài ứng dụng cấu truyền động điện điều khiển tự động cảm biến đo lường thay khâu thủ công dây chuyền đăng kiểm Kết nghiên cứu Chế tạo thử nghiệmbước đầu thành công hệ thống tự động đo độ rơ vơ lăng Hệ thống hoạt động có độ xác tương đối nằm sai số cho phép Sản phẩm - 01 mơ hình hệ thống đo độ rơ vô lăng cho xe ô tô - 01 báo khoa học đăng tạp chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng Góp phần giảm nhân công công tác đăng kiểm tăng yếu tố khách quan, không phụ thuộc vào đăng kiểm viên Trưởng Đơn vị (ký, họ tên) Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) viii Luan van Để hệ thống hoạt động ổn định dễ tìm nguyên nhân lỗi làm hệ thống khơng hoạt động, nhóm nghiên cứu tiến hành kiểm tra thử linh kiện Đầu tiên nhóm nghiên cứu kiểm tra cảm biến siêu âm (linh kiện quan trọng định sai phép đo), với code nhóm nghiên cứu sử dụng để đo khoảng cách mơ đo ngồi thực tế đơi tín hiệu khơng rõ lý do, làm cho hệ thống hoạt động ổn định, để tăng ổn định nhóm nghiên cứu định sử thư viện arduino cảm biến siêu âm HCSR04[4], sau kiểm tra lại thấy cảm biến khơng bị tín hiệu mà hoạt động bình thường Tiếp theo nhóm nghiên cứu thấy tín hiệu trả ln bị nhiễu hình 3.20, nhóm nghiên cứu thảo luận dùng lọc để giảm nhiễu cảm biến độ nhạy bánh xe vừa dịch Thời gian (s) Hình 3.19 Tín hiệu gửi cảm biến siêu âm chuyển làm phép đo khơng xác Nhóm nghiên cứu định dùng thuật toán xác định biên độ khoảng cách dao động, sau dùng khoảng cách vừa nhận để so sánh khoảng biên độ dao động, có chêch lệch tức bánh xe chuyển động hình 3.21 45 Luan van Khoảng cách (mm) Thời gian (s) Hình 3.20 Tín hiệu cảm biến siêu âm bánh xe dẫn hướng dịch chuyển Lưu đồ thuật toán sau: Khoảng cách siêu âm KC Đ Đ While i< 10 MAX < KC S MAX = KC S Đ MIN > KC MIN = KC S Xuất MIN MAX i+ =1 Code sau: Hình 3.21 Lưu đồ thuật tốn tìm biên độ khoảng cách thoigian = millis(); while ((millis() - thoigian) int(Sensor1.ping(58,615)*10)) )) nhonhat=Sensor1.ping(58,615)*10; // tìm khoảng nhỏ Serial.println(lonnhat); Serial.println("&"); Serial.println(nhonhat); // xuất kết hình } Đối với linh kiện module khác, nhóm nghiên cứu kiểm tra thấy hoạt động bình thường khơng khác lúc mơ nên nhóm nghiên cứu tiến hành đo thực tế 3.3.2 Q trình đo độ rơ vơ lăng thực tế Hệ thống tiến hành thử nghiệm xe Toyota Vios Tồn cảnh q trình thử nghiệm hình 3.23 Hình 3.22 Thử nghiệm hệ thống xe Vios Nhóm nghiên cứu tiến hành đo độ rơ vơ lăng thực tế xe Toyota Vios Đầu tiên nhóm nghiên cứu gá cấu dẫn động vào vô lăng, kết nối bánh đai với cấu đỡ động điện hình 3.24, kết nối dây điện từ xử lý trung tâm đến động điện cảm biến đo góc Đặt cảm biến siêu âm bánh gần bánh dẫn hướng, cấp nguồn điện tiến hành đo độ rơ vơ lăng hình 3.26 47 Luan van Hình 3.23 Gá cấu dẫn động vào vơ lăng Hình 3.24 Cơ cấu đỡ động điện 48 Luan van Hình 3.25 Đặt cảm biến siêu âm gần bánh xe dẫn hướng Nhóm nghiên cứu tiến hành khởi động xe đo kết hình 3.27: Hình 3.26 Kết đo độ rơ vơ lăng Thuật tốn để đo độ rơ vơ lăng thực tế xác định khoảng cách từ cảm biến siêu âm đến bánh xe dẫn hướng bánh xe vị trí thẳng đứng, giây tìm biên độ dao động khoảng cách siêu âm, sau quay vơ lăng qua trái khoảng cách từ cảm biến siêu âm đến bánh dẫn hướng nhỏ biên độ dao động khoảng cách siêu âm dừng quay vơ lăng lại giây, tiếp tục xác định biên độ dao động khoảng cách siêu âm bánh xe dẫn hướng vị trí giây, sau quay vơ lăng qua phải, khoảng cách từ siêu âm đến bánh xe dẫn hướng lớn biên độ dao động khoảng cách cảm biến dừng lại, xuất giá trị góc quay tự hay độ rơ vô lăng hình Code thực tế sau: void loop() { 49 Luan van thoigian = millis(); while ((millis() - thoigian) int(Sensor1.ping(58,615)*10)) nhonhat=Sensor1.ping(58,615)*10; Serial.println(lonnhat); Serial.println("&"); Serial.println(nhonhat); } while ((int(Sensor1.ping(58,615)*10) >= nhonhat ) && point== 0) { quaytrai(200); } dungyen(); delay(5000); xung = ; point = 1; lonnhat = 0; thoigian = millis(); while ((millis() - thoigian) int(Sensor1.ping(58,615)*10)) nhonhat=Sensor1.ping(58,615)*10; Serial.println(lonnhat); Serial.println("&"); Serial.println(nhonhat); } 50 Luan van while ((int(Sensor1.ping(58,615)*10)