Thiết kế xây dựng mô hình hệ thống gạt mưa tự động trên ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ - XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG GẠT MƯA TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ NGÀNH: CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT Ô TÔ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN VĂN TRẠNG Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Nguyễn Thanh Trung 1811252871 18DOTD1 Nguyễn Đình Tồn 1811252678 18DOTC4 Nguyễn Văn Tuấn 1811141247 18DOTD1 Tp Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng năm 2022 MỤC LỤC CHƯƠNG I 1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Đặt vấn đề .1 1.1.1 Đối tượng nghiên cứu 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước nước ngồi 1.1.3 Những vấn đề tồn lại 1.1.4 Ý tưởng thiết kế 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Nội dung đề tài .4 1.4 Phương pháp nghiền cứu 1.5 Kết cấu đề tài CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GẠT MƯA 2.1 Lịch sử phát triển hệ thống gạt mưa – rửa kính tơ 2.1.1 Đôi nét gạt nước xe 2.2 Vai trò nhiệm vụ hệ thống gạt mưa – rửa kính 2.3 Phân loại hệ thống gạt mưa - rửa kính 2.4 Yêu cầu hệ thống gạt nước 2.5 Sơ đồ bố trí gạt nước rửa kính 10 2.6 Cấu tạo nguyên lí hoạt động hệ thống gạt mưa - rửa kính 10 2.6.1 Cấu tạo chung hệ thống 10 2.6.2 Cần gạt nước/thanh gạt nước 11 2.6.3 Gạt nước che nửa gạt nước che hoàn tồn 12 2.6.4 Một số cách bố trí lưỡi gạt nước thường gặp: 13 2.6.5 Công tắc gạt nước Relay điều khiển gạt nước gián đoạn 14 2.6.6 Motor rửa kính 16 2.6.7 Motor gạt nước 18 2.7 Gạt nước tự động trời mưa .21 2.8 Tổng quan Arduino .22 v 2.8.1 Arduino IDE gì? 22 2.8.2 Tính Arduino IDE 23 2.8.3 Ứng dụng Arduino 29 2.8.4 Phần mềm lập trình Arduino IDE .30 CHƯƠNG III 37 MÔ HÌNH HỆ THỐNG GẠT MƯA TỰ ĐỘNG 37 3.1 Yêu cầu thiết kế 37 3.2 Ý tưởng thiết kế 37 3.3 Nạp chương trình code vào ESP8266 38 3.4 Sơ đồ hệ thống gạt nước tự động ứng dụng ô tô 42 3.5 Chọn vật liệu làm khung mơ hình 46 3.5.1 Khung lắp đặt mơ hình 46 3.5.2 Khung nâng mơ hình 47 CHƯƠNG IV THI CÔNG MƠ HÌNH .48 4.1 Chọn vật liệu, thiết bị 48 4.1.1 Cảm biến mưa 48 4.1.2 ESP8266 51 4.1.3 Module Relay (5V) 51 4.1.4 Công tắc gạt mưa ô tô 52 4.1.5 Motor gạt mưa 53 4.1.6 Bộ chuyển điện 200V sang 12V 54 4.1.7 Giá đỡ cần gạt mưa 55 4.2 Thi cơng mơ hình .55 4.2.1 Thiết lập vị trí cho chi tiết mơ hình 55 4.2.2 Mơ hình hồn chỉnh 60 4.2.3 Sử dụng phần mềm BLYNK để điều khiển ESP8266 61 4.2.4 Những đúc kết sau hồn thành mơ hình 63 CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 65 5.1 Kết luận .65 vi 5.2 Hướng phát triển đề tài .65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC 68 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Bố trí hệ thống cảm biến tự động xe………………………………….2 Hình 2.1 Cơ cấu hoạt động cần gạt nước bà Anderson nghĩ ra…………… Hình 2.2 Motor điện đặt phía nằm kính lái……………… …….8 Hình 2.3 Bố trí tổng quan……………………………………… ……………… 10 Hình 2.4 Mơ hình tổng thể hệ thống gạt nước tơ…………………… …….10 Hình 2.5 Hình ảnh cần gạt nước tơ…………………………………… … 11 Hình 2.6 Cấu tạo cần gạt nước ………………… ……………………………… 11 Hình 2.7 Cơ cấu truyền động cần gạt nước…………………… …………….12 Hình 2.8 Gạt nước che nửa che hoàn toàn……………………… ……….13 Hình 2.9 Một số cách bố trí lưỡi gạt……………………….…………………13 Hình 2.10 Cơng tắc gạt nước………………………………….……………….….15 Hinh 2.11 Rơ le mạch gián đoạn xe tơ…………….…………………….…15 Hình 2.12 Hệ thống phun nước…………………………………………….…… 16 Hình 2.13 Motor bơm nước…………………………………………….…………16 Hình 2.14 Chức kết hợp gạt nước rửa kính…………………………… 17 Hình 2.15 Cấu tạo motor gạt nước cấu tạo cuộn dây moto………… ……18 Hình 2.16 Hoạt động cơng tắc dạng cam……………………………… ……19 Hình 2.17 Hoạt động đĩa cam cần gạt chưa điểm dừng…………… ….20 Hình 2.18 Mạch nguyên lý gạt nước rửa kính phía trước……….……… 21 Hình 2.19 Giao diện phần mềm arduino………………………………… ………22 Hình 2.20 Arduino IDE -Phần mềm lập trình mã nguồn mở miễn phí ………… 28 Hình 2.21 Code C/C++……………………………………………………… … 24 Hình 2.22 Tương thích với bo mạch Arduino………………………………… …24 Hình 2.23 Thư viện Library Manager vơ đa dạng……………………………25 Hình 2.24 Một số tính thường xuyên sử dụng phần mềm…………….…25 Hình 2.25 Nút kiểm tra lỗi (Verify)……………………………………………… 26 Hình 2.26 Nút tải code vào bo mạch (Upload)………………………………….…26 viii Hình 2.27 Vùng lập trình…………………………………………………….……27 Hình 2.28 Thanh Menu……………………………………………………………27 Hình 2.29 Hỗ trợ nhiều tảng khác nhau………………………………………28 Hình 2.30 Arduino IDE – Phần mềm lập trình mã nguồn mở miễn phí………… 29 Hình 2.31 Esp8266……………………………………………………………… 31 Hình 2.32 Ứng dụng Esp8266…………………………………………… ….32 Hình 2.33 Điều khiển thiết bị từ xa ……………… ……………………….…… 33 Hình 2.34 Cập nhật Firmware từ xa……………………………………………….34 Hình 2.35 Điều khiển giọng nói………………………………………… …35 Hình 2.36 Điều khiển xe từ xa…………………………………………… ………35 Hình 2.37 Hiển thị led ma trận…………………………………………………… 36 Hình 3.1 Mơ tả bước 1………………………………………………… …………38 Hình 3.2 Mơ tả bước …………………………………………………………….39 Hình 3.3 Mơ tả bước 2………………………………………………………… …39 Hình 3.4 Mơ tả bước 3………………………………………………………… …40 Hình 3.5 Mơ tả bước 3………………………………………………………… …40 Hình 3.6 Mơ tả bước 3………………………………………………………….….41 Hình 3.7 Mơ tả bước 4………………………………………………………… …41 Hình 3.8 Sơ đồ hệ thống gạt nước tự động ứng dụng tơ…………………….42 Hình 3.9 Hình ảnh động gạt nước thực tế……………………………… 43 Hình 3.10 Sơ đồ mạch điện hệ thống gạt nước mưa tự động ứng dụng tơ…… …………………………………………………………………………….44 Hình 3.11 Tấm Mica………………………………………………………… … 46 Hình 3.12 Khung nâng mơ hình…… …………………………………………….47 Hình 4.1 Cảm biến mưa……………………………………………………………49 Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý cảm biến mưa……………………………… ……51 Hình 4.3 Com ESP8266 gắn thực tế vào mơ hình…………………………………52 Hình 4.4 Relay……………………………………… ……………………………53 Hình 4.5 Công tắc gạt mưa ô tô……………… ……………………………… 53 ix Hình 4.6 Motor gạt mưa………………………………………………………… 54 Hình 4.7 Motor bơm nước rửa kính………………………………… …… … 55 Hình 4.8 Bộ chuyển điện 220V sang 12V……………………………………… 55 Hình 4.9 Gía đỡ cần gạt nước…………………………………………… ……….56 Hình 4.10 Gía đỡ mơ hình………………………………………………… …… 56 Hình 4.11 Gía đỡ cỗ định gạt mưa motor gạt mưa………………………… .57 Hình 4.12 Motor bơm nước rửa kính mơ hình……………………… ………57 Hình 4.13 Bộ cơng tắc gạt mưa tơ………………………………………… 58 Hình 4.14 Vị trí gắn mạch tự động gạt mưa…………………………….…… 58 Hình 4.15 Đường dây điện mơ hình……………………………………… …59 Hình 4.16 Bộ chuyển điện 220V sang 12V.………………………………… … 60 Hình 4.17 Mơ hình thực tế………………………………………………… ….….61 Hình 4.18 Phần mềm Blynk…………………………………………………… 62 Hình 4.19 Tải app Blynk CHplay điện thoại……………………… …… 63 Hình 4.20 Giao diện phần mềm Blynk sử dụng mơ hình ……………… …64 x CHƯƠNG I GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.1.1 Đối tượng nghiên cứu “ Mơ hình gạt nước tự động ô tô” Ngày với phát triển vũ bão ngành điện tử thập niên gần tác động lớn đến ngành công nghiệp ô tô Chiếc ô tô ngày không sản phẩm khí ngày đầu phát triển, kết hợp khí điện tử biến trở thành sản phẩm cơng nghệ cao, nơi tập hợp nhiều thiết bị, hệ thống điện tử tân tiến Tất nhằm mục đích tạo vận hành tối ưu cho xe đem lại thoải mái, thuận tiện cho người điều khiển Một thiết bị nghiên cứu đưa vào ứng dụng thời gian gần điều khiển gạt nước tự động Đây thiết bị hữu ích có khả ứng dụng cao, có khả tự phát nước, tuyết bùn bám vào mặt kính trước ơtơ điều khiển cần gạt nước với tốc độ thích hợp Đồng thời điều khiển hoạt động đèn pha ánh sáng không đủ Người điều khiển không cần phải bỏ tay khỏi vô lăng, liên tục điều chỉnh tốc độ cần gạt điều kiện thay đổi, việc lái xe trở nên dễ dàng an tồn 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước nước Bộ điều khiển gạt nước tự động nghiên cứu phát triển thành cơng nước ngồi, trở thành tùy chọn mua xe Một số hãng xe lớn BMW, Mercedes…đã đưa ứng dụng vào sử dụng Trên thị trường có bán lẻ thiết bị với kích thước nhỏ gọn giá thành hợp lý, lắp đặt hầu hết loại xe ô tô Ở nước xuất sản phẩm với mức giá chấp nhận nhiên sản phẩm chưa phổ biến, hầu hết hàng nhập Các công ty trường đào tạo kỹ thuật đưa vào nghiên cứu sản phẩm chất lượng với giá thành cạnh tranh Hình 1.1 Bố trí hệ thống cảm biến tự động xe 1.1.3 Những vấn đề tồn lại Sản phẩm nghiên cứu ứng dụng thành cơng nước ngồi có số ý kiến cho phát minh không thực cần thiết người điều khiển tốt thiết bị xe cách xác thời điểm hợp lý Vì vấn đề nhiều người quan tâm Vì với đề tài làm cho thiết bị trở nên thực hữu ích, có tính ứng dụng cao hơn, hoạt động xác hơn, thơng minh giá thành hợp lí Đồng thời tham gia vào trình dạy học trường có ngành cơng nghệ tơ 1.1.4 Ý tưởng thiết kế Xuất phát từ tình hình thực tế nước quốc tế, nhận định phân tích ta nhận thấy ngày loại xe cao cấp trung cấp trang bị hệ thống gạt nước mưa rửa kính tự động Tuy nhiên loại xe tiền hệ thống gạt nước mưa đa số làm việc nguyên tắc chuyển đổi tay Điều đôi lúc gây bất lợi cho người lái xe ln thời gian bật công tắc gạt nước lái xe điều kiện thời tiết xấu (mưa bão…), điều gây tập trung ảnh hưởng đến việc lái xe an tồn Trong thời đại cơng nghệ việc ứng dụng công nghệ vào việc trang thiết bị phương tiện giao thông để đem đến tiện nghi cho người điều khiển phương tiện giao thơng vơ cần thiết Vì vậy, với kiến thức học thông tin cập nhật internet em nhận thấy vấn đề xây dựng hệ thống gạt nước tự động chuyển sang ON trời có mưa dừng lại trời tạnh mưa vấn đề nhà sản xuất người dùng quan tâm Nhằm mục đích đem đến tiện lợi cho người lái xe, đặc biệt chủ sở hữu người mà có thu nhập thấp trung bình chưa có hội sở hữu cho xe trang bị hệ thống gạt nước tự động trang bị xe hệ thống gạt nước rửa kính tự động với chi phí phù hợp Đề tài em đưa kết hợp hệ thống gạt nước mưa bổ sung thêm chức tự động ON có mưa OFF tạnh mưa để tự động hóa hệ thống gạt nước mưa tơ mà khơng cần có can thiệp tay Với mục đích này, em sử dụng cảm biến phát mưa để thu thập liệu từ môi trường hạt nước mưa rơi mặt kính gửi cho điều khiển Bộ điều khiển vi điều khiển có khả thu thập liệu xử lý liệu để từ tác động điều khiển động gạt nước Hệ thống gọi hệ thống gạt nước mưa tự động 1.2 Mục tiêu đề tài ⚫ Được làm sắt gia đông lỗ sẵn ⚫ Chiều dài chân giá đỡ 100cm ⚫ Chiều rộng khung chứa mơ hình 80cm ⚫ Chiều dài khung chưa mơ hình 100cm Hình 4.11 Gía đỡ cỗ định gạt mưa motor gạt mưa Được lắp vị trí cao khoảng hai phần ba khung chứa mơ hình Lắp đặt bị trí nhằm ta nhìn thấy rõ lúc gạt mưa hoạt động nhằm tăng tính thẩm mỹ cho mơ hình Hình 4.12 Motor bơm nước rửa kính mơ hình 56 Vì thiết bị có kích thước nhỏ nhiều so với chi titts khác hạt mưa nên đặt phía dần tâm cần cố đạnh gạt mưa mơ hình Hình 4.13 Bộ công tắc gạt mưa ô tô ⚫ Được lắp đặt vị trí phía góc trái khung chứa mơ hình ⚫ Vì chi tiết lớn chi tiết khác nên gắn chi tiết vào bên góc trái nhằm tránh lúc hoạt đọng không bị cấn hay va chạm thiết bị khác ⚫ Và nhằm để dây thẩm mỹ để góc Hình 4.14 Vị trí gắn mạch tự động gạt mưa Được đặt góc bên phải mơ hình Gồm : - Con ESP8266 57 - Hai relay nhận truyền tín hiệu - Nút đóng, mở ESP8266 tay - Đầu tẩu cấp nguồn 5v cho mạch - Con cảm biến mưa Hình 4.15 Đường dây điện mơ hình Đường dây điện mơ hình đường gọn gàng vào mép khung, nhìn vào mơ hình khơng thấy nhiều dây chằn chịt rối 58 Hình 4.16 Nguồn chuyển đổi nguồn từ 220V xuống 12V Nguồn lắp phía sau mơ hình để gọn gàng, thẩm mỹ, dễ cắm nguồn Và để an toàn cắm nguồn hoạt động, để bên ngồi khả an tồn cao có đầu cấp nguồn 220 trực tiếp vào Nếu khơng may lỡ tay chạm vào nguy hiểm 59 4.2.2 Mơ hình hồn chỉnh Hình 4.17 Mơ hình thực tế Ngun lí hoạt động mơ hình: Khi cấp nguồn 5V vào , vi điều khiển Esp8266 bật, code nạp vào Esp8266, có mưa rơi vào cảm biến mưa, cảm biến gửi tín hiệu qua bảng điều khiển, từ bảng điều khiển gửi qua Esp8266 giá trị Analog tương ứng với lượng mưa Khi giá trị gửi vào vi điều khiển Esp8266, Esp8266 xử lý đọc tín hiệu truyền lệnh code nạp vào, tín hiệu xuất gửi đến chân IN rơ le tương ứng mà code nạp vào, tín hiệu xuất cho rơ le mạch rơ le kích đóng mạch kín Chân COM rơ le cho nguồn 12V qua chân NO rơ le, 60 mặc khác chân NO nối với dây motor gạt mưa, có điện áp 12V qua motor hoạt động 4.2.3 Sử dụng phần mềm BLYNK để điều khiển ESP8266 Hình 4.18 Phần mềm Blynk Blynk tảng với ứng dụng điện thoại thông minh cho phép bạn dễ dàng sử dụng, tương tác với vi điều khiển như: Arduino, Esp8266, Esp32 Raspberry qua Internet Blynk App bảng điều khiển kỹ thuật số cho phép bạn xây dựng giao diện đồ họa cho dự án cách kéo thả widget khác mà nhà cung cấp thiết kế sẵn Blynk không bị ràng buộc với số bo shield cụ thể Thay vào đó, hỗ trợ phần cứng mà bạn lựa chọn Cho dù Arduino Raspberry Pi bạn liên kết với Internet qua Wi-Fi, Ethernet chip ESP8266, Blynk giúp bạn kết nối sẵn sàng cho dự án IoT 61 Blynk Server – chịu trách nhiệm tất giao tiếp điện thoại thông minh phần cứng Bạn sử dụng Blynk Cloud chạy cục máy chủ Blynk riêng Nó mã nguồn mở, dễ dàng xử lý hàng nghìn thiết bị chí khởi chạy Raspberry Pi Hình 4.19 Tải app Blynk CHplay điện thoại Thư viện Blynk – dành cho tất tảng phần cứng phổ biến – cho phép giao tiếp với máy chủ xử lý tất lệnh đến lệnh Mỗi bạn nhấn nút ứng dụng Blynk, thông điệp truyền đến không gian đám mây Blynk, tìm đường đến phần cứng bạn Mọi thứ bạn cần để xây dựng quản lý phần cứng kết nối: cung cấp thiết bị, hiển thị liệu cảm biến, điều khiển từ xa với ứng dụng web di động, cập nhật chương trình sở qua mạng, bảo mật, phân tích liệu, quản lý người dùng truy cập, cảnh báo, tự động hóa nhiều thứ khác hơn… 62 Hình 4.20 Giao diện phần mềm Blynk sử dụng mơ hình Trên hình hiển thị hai relay hai tương ứng với hai relay ngồi mơ hình Khi mưa lớn relay1 báo hiển thị thơng báo mưa lớn lên hình, tương tự relay hai báo mưa nhỏ vừa Nút OFF để tắt mở ESP điện thoại từ xa 4.2.4 Những đúc kết sau hồn thành mơ hình Sau hồn thành mơ hình, nhóm chúng nhóm chúng em đúc kết thêm nhiều kinh nghiệm cho thân trình làm Vì trình thực mơ hình có sử dụng kiến thức gia cố, hàn, cắt, khoan… bên khí vi mạch điện tử 63 học qua tìm hiểu thêm đc vi mạch ESP8266 chúng em dùng hay mạch viết code Arduino 64 CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Trải qua thời gian nghiên cứu thực đồ án giúp em hiểu rõ vai trò, ứng dụng vi điều khiển thực tiễn, cách lập trình cho vi điều khiển (ESP8266) Ngoài qua đề tài giúp em hiểu rõ cấu tạo hoạt động hệ thống gạt nước ô tô, để từ có hướng phát triển ứng dụng điện tử vào hệ thống gạt nước rửa kính tự động ô tô với giá thành phù hợp để người khơng có khả sở hữu xe cao cấp trang bị cho ứng dụng tiện ích Dưới hướng dẫn bảo tận tình thầy Nguyễn Văn Trạng, nhóm chúng em hoàn thành đề tài thời hạn thiết kế mạch gạt nước tự động có mưa, biết cách ứng dụng ô tô Mặc dù cố gắng kiến thức hạn hẹp nên nhiều hạn chế Em mong nhận đóng góp thầy để đồ án em hồn thiện đưa vào ứng dụng đời thực 5.2 Hướng phát triển đề tài Đề tài lần hồn thành xong, cịn số điểm hạn chế chưa tối ưu mơ hình: Về mặt thẩm mỹ phận mạch vi điều khiển chưa có độ thẩm mỹ cao, nên chưa áp dụng lên xe ô tô Chỉ điều khiển tốc độ gạt theo cấp độ: LOW, HIGH Ngoài kết nêu nghiên cứu khoa học cịn nhiều hạn chế thiếu sót Vì thời gian có hạn nên nhóm nghiên cứu 65 đề tài chưa sâu vào tiến đề tài Ngồi nguồn kinh phí cịn hạn hẹp nên nhóm lấy làm tiếc việc khơng thể hồn thiện mơ hình đề tài nghiên cứu Đồng thời nhóm em muốn chế tạo lại phận cảm biến với độ hiệu cao tích hợp thêm chức rửa kính tự động có bụi bẩn bám mặt kính 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO ➢ Tài liệu sách [1] PGS TS Đỗ Văn Dũng (2000) Trang bị điện điện tử ôtô đại, Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Thành phố Hồ Chí Minh [2] PGS TS Đỗ Văn Dũng- Điện động điều khiển động cơ, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh 2013 [3] ĐÀO MẠNH HÙNG- Trang bị điện thiết bị tự động điều khiển ô tô, Nhà xuất giáo dục [4] Trương Văn Tám, Giáo trình linh kiện điện tử, Hà Nội, 2003 [5] Bùi Quý Lực, Kỹ thuật vi điều khiển, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [6] Dương Thăng Long, Ngơn ngữ lập trình C, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Tài liệu tìm kiếm qua internet Hệ thống gạt mưa rửa kính tô: http://www.oto-hui.com Hướng dẫn dử dụng phần mềm Blynk: https://nshopvn.com/blog/huong-dan-cai-dat-va-su-dung-blynk-new-2-0-tren-arduin o-ide-voi-esp8266/#gioi-thieu 67 PHỤ LỤC Chương trình mơ hình: #define BLYNK_PRINT Serial #define BLYNK_MAX_SENDBYTES 256 #include #include //============================================================= #define led D2 #define Relay1 D5 #define Relay2 D6 #define nut D3 #define analogPin A0 WidgetLED denchedo (V2); WidgetLED denrelay1 (V4); WidgetLED denrelay2 (V5); WidgetLED mualon (V6); WidgetLED muavua (V7); char auth[] = "vXKlpZQObvZ3lUfVm4QfbRFHU5rq5xoD"; char ssid[] = "IPHON13"; char pass[] = "12345678"; void setup() { Blynk.begin(auth, ssid, pass); pinMode(led,OUTPUT); pinMode(nut,INPUT_PULLUP); pinMode(Relay1,OUTPUT); pinMode(Relay2,OUTPUT); } int mua,chedo=0,tam=0; void loop() { Blynk.run(); mua = analogRead(A0); Blynk.virtualWrite(V1, mua); delay(10); if (digitalRead(nut)==0) { chedo=chedo+1; 68 if (chedo==2) chedo=0; delay(10); } if (chedo==0) { digitalWrite(led,LOW); } else { digitalWrite(led,HIGH); } if (chedo==0) { denchedo.on(); if (mua411 && mua