Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển khóa cửa từ xa trên ô tô

UỶ BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TÊN ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHĨA CỬA TỪ XA TRÊN ƠTƠ” CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: THS PHẠM TRƯỜNG GIANG ĐƠN VỊ CHỦ TRÌ: KHOA CƠ KHÍ ƠTƠ Tp.Hồ Chí Minh tháng năm 2017 MỤC LỤC Trang tựa TRANG Chương I GIỚI THIỆU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Ý nghĩa đề tài 1.3 Mục tiêu 1.4 Đề xuất thiết kế hệ thống điều khiển khóa cửa từ xa ơtơ Chương II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHĨA CỬA TỪ XA TRÊN ƠTƠ 2.1 Tổng quan hệ thống điều khiển khóa cửa ơtơ 2.1.1 Khái quát hệ thống điều khiển khóa cửa ơtơ 2.1.2 Chức hệ thống điều khiển khóa cửa ôtô 11 2.1.3 Vị trí hệ thống điều khiển khóa cửa ơtơ 2.1.4 Cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ hệ thống điều khiển khóa cửa ôtô 2.2 Hệ thống điều khiển khố cửa từ xa Ơtơ 14 2.2.1 Khái quát 14 2.2.2 Chức 15 2.2.3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 19 2.3 Lý thuyết động chiều phương pháp điều khiển từ xa sóng RF 24 2.3.1 Lý thuyết động chiều 24 2.3.2 Phương pháp điều khiển từ xa sóng RF 22 2.4 Lý thuyết động chiều phương pháp điều khiển từ xa sóng RF 24 2.4.1 Lý thuyết động chiều 24 2.4.2 Phương pháp điều khiển từ xa sóng RF 27 2.5 2.5.1 Lý thuyết lập trình vi điều khiển PIC 16F876A 29 Tổng quan CCS 29 2.5.2 Lập trình CCS 29 Chương III THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA CỬA TỪ XA TRÊN Ô TÔ 31 Thiết kế hệ thống điều khiển khóa cửa từ xa ôtô 31 3.1 3.1.1 Điều khiển motor đóng mở cửa tài xế 31 3.1.2 Điều khiển mở tất cửa xe 49 3.2 Hệ thống điều khiển bảo vệ khóa cửa từ xa ơtơ 33 KẾT LUẬN VÀ GIẢI PHÁP .35 Kết luận 35 Ha ̣n chế 35 Hướng nghiên cứu 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 Hệ thống khóa cửa điều khiển từ xa ôtô Hình 2.1 Hệ thống đóng mở khóa cửa ôtô Hình 2.2 Đóng mở khóa cửa ơtơ Hình 2.3 Chức chống qn chìa khóa ơtơ Hình 2.4 Hệ thống khóa cửa đóng mở cửa ơtơ Hình 2.5 Vị trí phận hệ thống khóa cửa ôtô Hình 2.6 Cụm khóa cửa ơtơ Hình 2.7 Motor điều khiển khóa cửa 10 Hình 2.8 Motor điều khiển mở cửa 15 Hình 2.9 Chức điều khiển khố khoá tay 16 Hình 2.10 Chức điều khiển mở khố tay 17 Hình 2.11 Chức khố cửa chìa 18 Hình 2.12 Chức mở khố cửa chìa 20 Hình 2.13 Hệ thống khóa cửa điều khiển từ xa tơ 21 Hình 2.14 Chức chìa khóa 22 Hình 2.15 Chức mở cửa khoang hành lý 16 Hình 2.16 Chức báo động 17 Hình 2.17 Cấu tạo hệ thống khóa cửa từ xa ôtô 18 Hình 2.18 Sơ đồ mạch điện điều khiển khóa cửa từ xa 19 Hình 2.19 Điều khiển mở khoá tất cửa xe 20 Hình 2.20 Hoạt động mở khóa hai bước 22 Hình 2.21 Hoạt động mở khóa hai bước 23 Hình 2.22 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tốc độ động chiều không đảo chiều quay dùng Transistor 25 Hình 2.23 Sơ đồ cấu tạo dùng bốn Transistor điều khiển đảo chiều quay động 25 Hình 2.24 Sơ đồ nguyên lý mạch đảo chiều động dùng Transistor khuyếch đại thuật toán 26 Hình 2.25 Bộ thu sóng RF 27 Hình 3.1 Motor điều khiển đóng mở cửa bên tài xế 31 Hình 3.3 Các khóa cửa tơ 32 Hình 3.4 Điều khiển đóng mở cửa bên cạnh tài xế cửa phía sau 33 Hình 3.5 Cơng tắc điều khiển từ xa 33 Hình 3.6 Hộp điều khiển từ xa mạch điều khiển đảo chiều động điện 34 Hình 3.7 ECU điều khiển hệ thống lửa 34 Chương I GIỚI THIỆU 1.1 Lý chọn đề tài Hiện điều khiển từ xa không ngừng phát triển ứng dụng nhiều công nghiệp, nghiên cứu không gian nhiều lĩnh vực khác Sự tiến điện tử thành tựu đạt cho phép ứng dụng cách toàn diện hiệu mà điều khiển từ xa mang lại, thay người làm nhiệm vụ phức tạp nhiều điều kiện nguy hiểm mơi trường bên ngồi Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống điều khiển từ xa giám sát an ninh cho tòa nhà, vùng nguy hiểm, vùng độc hại…là điều cần thiết cho người Trong tương lai việc thiết bị điều khiển không dây điều hiển nhiên, nước giới phát triển mạnh điều khiển máy bay không người lái thành công, xe không người lái giai đoạn thí nghiệm… Với mong muốn để sinh viên trường Cao Đẳng Công Nghệ Thủ Đức hiểu rõ hệ thống khóa cửa từ xa nên tơi định chọn đề tài: “Nghiên cứu, Thiết kế hệ thống điều khiển khóa cửa từ xa ơtơ” với mục đích sử dụng hệ thống khóa cửa từ xa dùng để làm thí nghiệm trường học Sau hình ảnh miêu tả hệ thống điều khiển khóa cửa từ xa ô tô:  Ưu điểm hệ thống điều khiển khóa từ xa Sau thiết kế hệ thống điều khiển khóa cửa từ xa ôtô: - Giúp cho sinh viên học môn thực tập điện thân xe nắm rõ hệ thống khóa cửa từ xa tốt - Mơ hình thực tế giúp sinh viên thích thú, động học hệ thống điều khiển khóa cửa từ xa - Dựa sản phẩm hệ thống điều khiển khóa cửa từ xa ứng dụng cho hệ thống khác chống trộm, điều khiển thiết bị nhà Hình 1.1 Hệ thống khóa cửa điều khiển từ xa ơtơ [1]  Nhược điểm hệ thống điều khiển khóa từ xa - Tín hiệu bị nhiễu - Thời gian trễ - Để đường truyền tốt cần có thiết bị đại  Phương pháp khắc phục nhược điểm - Tránh nhiễu sóng cách truyền tầng số đặc biệt nhúng mã kỹ thuật số địa thiết bị nhận tín hiệu vô tuyến Điều giúp thu vô tuyến thiết bị hồi đáp tín hiệu tương ứng cách xác - Dùng ổn áp 12V tránh trường hợp điện áp ắc quy tăng giảm làm ảnh đến thời gian trễ 1.2 Ý nghĩa đề tài Ở xưởng điện ôtô Trường Cao Đẳng Công Nghệ Thủ Đức hệ thống điều khiển khóa cửa từ xa mẻ Trong tương lai tới xuất xe tơ khơng người lái điều chắn xảy Vì vậy, tơi chọn đề tài nhằm mục đích phục vụ nghiên cứu nhà trường Nếu thực thành công giúp cho sinh viên hiểu rõ hệ thống Đây đề tài mang tính thiết thực giúp cho tơi có nhiều học tập lĩnh vực điều khiển từ xa 1.3 Mục tiêu - Xây dựng hệ thống khóa cửa từ xa ôtô - Điều khiển từ xa thiết kế điều khiển từ xa qua sóng RF - Ứng dụng hệ thống điều khiển khóa cửa từ xa để phục dạy học 1.4 Đề xuất thiết kế hệ thống điều khiển khóa cửa từ xa ơtơ - Do thời gian làm nghiên cứu không nhiều làm mô hình giúp cho sinh viên tiếp cận với thiết bị điều khiển từ xa - Đề xuất thiết kế hệ thống khóa cửa từ xa có kết cấu đơn giản chi phí thấp nhằm phục vụ làm thí nghiệm giúp giảng dạy Trường Cao Đẳng Công Nghệ Thủ Đức Chương II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHĨA CỬA TỪ XA TRÊN ƠTƠ 2.1 Tổng quan hệ thống điều khiển khóa cửa ôtô 2.1.1 Khái quát hệ thống điều khiển khóa cửa ơtơ Hệ thống điều khiển khố cửa khơng đơn đóng/mở cửa xe cơng tắc khí, mà cịn điều khiển mơ tơ điện tuỳ theo vận hành cơng tắc điều khiển khố cửa chìa khố Hệ thống có chức chống qn chìa khoá, chức mở khoá hai bước chức bảo vệ Các chức hệ thống khác tuỳ theo kiểu xe, cấp nội thất thị trường Hình 2.1 Hệ thống đóng mở khóa cửa ơtơ [1] 2.1.2 Chức hệ thống điều khiển khóa cửa ơtơ Hệ thống điều khiển khố cửa có chức sau Các chức hệ thống khác tuỳ theo kiểu động cơ, cấp nội thất thị trường a) Chức điện Hình 2.2 Đóng mở khóa cửa ơtơ [1] b) Chức khố/mở khố tay Khi ấn cơng tắc điều khiển khố cửa phía khố/mở khố, tất cửa khoá/mở khoá c) Chức khoá/mở khoá cửa chìa Khi chìa khố tra vào ổ khố cửa phía người lái hành khách xoay vị trí khố/mở khố, tất cửa khoá/mở d) Chức mở khoá hai bước Đây chức mở khố chìa Khi chìa khố dùng để mở khố cửa, cửa mở thao tác thứ (bước 1) Còn cửa khác muốn mở được, phải dùng thao tác thứ hai (bước 2) e) Chức chống qn chìa khố: Khi mở cửa phía người lái chìa khố ổ khoá điện, việc xoay núm khoá cửa vị trí khố (với cơng tắc vị trí khố tắt OFF) mở tất cửa nhờ mạch chống quyên chìa Khi cơng tắc điều khiển khố cửa hoạt động để khố cửa điều kiện trên, tất cửa khoá lần mở lại kích hoạt mạch chống qn chìa khố Hình 2.20: Hoạt động mở khóa hai bước Khi ấn lên cơng tắc mở khố điều khiển từ xa hai lần liên tiếp thời gian giây, rơle tổ hợp bật hai Transisor Tr3 Tr2 đồng thời bật rơle mở khoá (D) (P) cửa phía người lái hành khách quay mơ tơ khố cửa phía khố 22 Hình 2.21: Hoạt động mở khóa hai bước 2.3 Lý thuyết động chiều phương pháp điều khiển từ xa sóng RF 2.3.1 Lý thuyết động chiều a Khái niệm Tốc độ làm việc động người điều khiển quy định gọi tốc độ đặt Trong trình làm việc, tốc độ động bị thay đổi tốc độ động phụ thuộc nhiều vào thông số nguồn, mạch tải nên thơng số thay đổi tốc độ động bị thay đổi theo Tình trạng gây sai số tốc độ không cho phép Để khắc phục người ta dùng phương pháp ổn định tốc độ Độ ổn định tốc độ ảnh hưởng quan trọng đến giải điều chỉnh (phạm vi điều chỉnh tốc độ) khả tải động Độ ổn định cao giải điều chỉnh có khả mở rộng mơmen q tải lớn Có nhiều phương pháp để điều chỉnh tốc độ động như: - Điều chỉnh tham số - Điều chỉnh điện áp nguồn - Điều chỉnh cấu trúc sơ đồ 23 Ở đề cập đến phương pháp điều khiển tốc độ động chiều b Cấu tạo Cấu tạo động điện gồm stator, rotor hệ thống chổi than - vành góp Stator bao gồm vỏ máy, cực từ chính, cực từ phụ, dây quấn phần cảm (dây quấn kích thích) gồm bối dây đặt rãnh lõi sắt Số lượng cực từ phụ thuộc tốc độ quay Đối với động cơng suất nhỏ ngừời ta kích từ nam châm vĩnh cửu Rotor (còn gọi phần ứng) gồm thép kỹ thuật điện ghép lại có rãnh để đặt phần tử dây quấn phần ứng Điện áp chiều đưa phần ứng qua hệ thống chổi than-vành góp Kết cấu giá đỡ chổi than có khả điều chỉnh áp lực tiếp xúc tự động trì áp lực tuỳ theo độ mòn chổi than Chức chổi than-vành góp để đưa điện áp chiều vào cuộn dây phần ứng đổi chiều dòng điện cuộn dây phần ứng Số lượng chổi than số lượng cực từ (một nửa có cực tính dương nửa có cực tính âm) c Ngun lý làm việc động điện chiều Khi đặt lên dây quấn kích từ điện áp kích từ Uk dây quấn kích từ xuất dịng kích từ ik mạch từ máy có từ thơng Ø Tiếp đặt giá trị điện áp U lên mạch phần ứng dây quấn phần ứng có dịng điện i chạy qua Tương tác dòng điện phần ứng từ thơng kích thích tạo thành mơ men điện từ mômen điện từ kéo cho phần ứng quay quanh trục Giá trị mômen điện từ tính sau: m pn I  kI 2a (2.6) Trong đó: - p: số đơi cực động - n: số dẫn phần ứng cực từ - a: số mạch nhánh song song dây quấn phần ứng - k: hệ số kết cấu máy d Phương pháp điều khiển động chiều khơng có đảo chiều 24 Khi điều khiển tốc độ động công suất nhỏ điện áp phần ứng nhỏ người ta thường dùng sơ đồ điều khiển Transistor việc điều khiển Transistor dễ dàng tiện lợi, mạch điều khiển đơn giản, độ tin cậy cao, đặc biệt sử dụng phương pháp điều khiển xung Hình 2.22: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tốc độ động chiều không đảo chiều quay dùng Transistor e Phương pháp điều khiển động có đảo chiều quay Cấu tạo Ở chế độ quay thuận: người ta đưa xung điều khiển Udk1 vào cực bazơ T1 T4 lúc Transistor T1 T4 mở có dịng điện từ dương nguồn qua T1 đến phần ứng động qua T4 âm nguồn, động quay theo chiều thuận Hình 2.23: Sơ đồ cấu tạo dùng bốn Transistor điều khiển đảo chiều quay động 25 Ở chế độ quay ngược: Transistor khoá, để động quay ngược lại người ta đưa xung điều khiển Udk2 vào cực bazơ T2 T3 dẫn đến hai Transistor T2 T3 mở, dòng điện từ dương nguồn qua T2 đến phần ứng động qua T3 âm nguồn, động quay theo chiều ngựơc lại Hình 2.24 Sơ đồ nguyên lý mạch đảo chiều động dùng Transistor khuyếch đại thuật tốn Hình 2.24 mơ tả mạch điều khiển tốc độ động chiều có đảo chiều quay dùng khuếch đại thuật tốn đèn bán dẫn cơng suất Mạch gồm tầng khuếch đại: - Tầng tầng khuếch đại điện áp đầu vào sử dụng khuếch đại thuật toán 741 - Tầng tầng khuếch đại công suất dùng T1, T2, T3, T4 ghép kiểu Darlington Điện áp cung cấp cho tầng khuếch đại công suất ±12V Mạch phản hồi âm báo từ đầu cuối khuếch đại thuật tốn D1, D2 điơt ổn định điện áp cho khuếch đại thuật toán Tụ C1 C2 với R10 có tác dụng lọc thành phần xoay chiều động làm việc chế độ máy phát phát ta đổi chiều quay - Rf điện trở mạch phản hồi 26 Nguyên lý hoạt động Khi Udk có cực tính dương chân khuếch đại thuật tốn có điện áp âm đặt vào bazơ T1 T2 T1 loại npn T2 loại pnp T1 khố cịn T2 dẫn Khi T2 dẫn âm nguồn (-12V) qua R5, qua T2 (lúc dẫn) đặt vào bazơ T3 T4 Cũng T3 loại npn, T4 loại pnp T3 bị khố cịn T4 dẫn Do T2 T4 dẫn nên có dòng điện từ qua động qua T4 âm nguồn (-12V) động quay theo chiều định Đây sơ đồ mạch phản hồi âm điện áp Nguyên tắc giữ ổn định tốc độ sau: giả sử tốc độ động giảm dòng điện Id tăng làm điện áp đầu UR giảm Thông qua điện trở phản hồi Rf điện đầu vào chân khuếch đại thuật tốn tăng lên U2 = Udk - UR mà Udk = cosnt nên UR giảm U2 tăng Khi điện áp đầu vào khuếch đại thuật tốn tăng điện áp đầu tăng theo làm cho UR tăng UR tăng làm cho tốc độ động tăng lên Ngược lại Udk có cực tính âm đầu có điện áp dương đặt vào bazơ T1 T2 Lúc T1 T3 dẫn cịn T2 T4 khố, có dịng từ dương nguồn (+12V) qua T3 qua động làm cho động quay theo chiều ngược lại Quá trình tự động giữ ổn định tốc độ động giống 2.4.2 Phương pháp điều khiển từ xa sóng RF PT2272 Hình 2.25: Bộ thu sóng RF 27 Hình 2.25: Vị trí chân thu sóng RF Module Thu RF 315M ( Loại M4 ) - Điện áp sử dụng: 5V - I