Gạt mưa là bộ phận nhỏ nhưng lại hết sức quan trọng đối với xe hơi. Nó có nhiệm vụ loại bỏ nước và bụi bẩn ra khỏi kính chắn gió, giúp người lái có tầm nhìn tốt hơn khi điều khiển xe. Ngày nay, gạt nước được xem như một tiêu chuẩn không chỉ trên trên tất cả những chiếc xe hơi mà còn được trang bị cho xe lửa, tàu biển và cả máy bay nữa. Bên cạnh mô hình của nhóm, nghiên cứu thiết kế hệ thống gạt mưa tự động thông qua ứng dụng vi điều khiển Arduino, đề tài “HỆ THỐNG GẠT MƯA TỰ ĐỘNG AUDI A8 2018. THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG GẠT MƯA TỰ ĐỘNG ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO” tìm hiểu công nghệ gạt mưa hiện đại của dòng xe Audi A8. Chương 1 Tổng quan về hệ thống gạt mưa. Giới thiệu về lịch sử hình thành hệ thống gạt mưa rửa kính. Khái quát về ý nghĩa, cấu tạo, nguyên lý hoạt động,... của hệ thống gạt mưa – rửa kính. Chương 2 Cơ sở lý thuyết hệ thống gạt mưa tự động trên ô tô Audi A8 Giới thiệu chung về ô tô Audi A8. Các chi tiết trong hệ thống gạt mưa tự động của ô tô Audi A8 và chức năng của chúng. Chương 3 Quy trình bảo dưỡng, chuẩn đoán, sửa chữa hệ thống gạt mưa tự động trên ô tô Audi A8 Quy trình bảo dưỡng hệ thống. Một số nguyên nhân hưng hỏng và cách sửa chữa. Chương 4 Thiết kế mô hình hệ thống gạt mưa tự động thông qua ứng dụng vi điều khiển Arduino phục vụ công tác giảng dạy Giới thiệu về chung Board Arduino và những ứng dụng bật của Board Arduino. Giới thiệu về từng chi tiết của mô hình hệ thống gạt mưa tự động. Tiến hành làm mô hình, chạy thử nghiệm và sửa lỗi đến khi hệ thống hoạt động ổn định.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GẠT MƯA
Lịch sử hình thành hệ thống gạt mưa
Hệ thống gạt nước và rửa kính ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu quan sát tầm nhìn tốt hơn khi lái xe, giúp người lái không phải dừng lại để lau chùi bằng tay Sự tồn tại của hệ thống này phản ánh nguyên lý thiết yếu trong việc nâng cao an toàn và tiện ích khi điều khiển phương tiện.
Vào năm 1903, trong chuyến đi dạo tại thành phố New York, Mary Anderson (1866-1953) nhận thấy tài xế thường phải dừng xe để lau hơi nước và tuyết trên kính chắn gió Quan sát này đã dẫn đến việc bà phát minh ra cần gạt nước Mặc dù ban đầu ý tưởng của bà bị cho là điên rồ, nhưng đến năm 1905, Mary Anderson đã chính thức nhận được bằng sáng chế tại Mỹ cho phát minh của mình.
Hình 1.1 Mary Anderson (1866-1953) và sơ đồ hệ thống gạt mưa của bà
Nguyên lý hoạt động của cần gạt nước do bà Mary phát minh rất đơn giản, với hai cần gạt gắn vào thân xe và tiếp xúc với kính qua lưỡi cao su mỏng Khi tài xế xoay tay nắm trong ca-bin, cơ cấu truyền động khiến hai cần gạt di chuyển lên xuống, giúp loại bỏ tuyết và hơi nước, cải thiện tầm nhìn Mặc dù phát minh này không được các hãng xe chấp nhận ngay từ đầu, nhưng đến năm 1916, cần gạt nước đã trở thành thiết bị tiêu chuẩn trên mọi loại xe tại Mỹ.
Các nhà sử học đang tranh luận về nguồn gốc của chiếc gạt nước kính chắn gió tự động đầu tiên Nhiều học giả cho rằng Hawaiian Ormand Wall là người phát minh ra thiết bị này, vì ông đã sử dụng động cơ để điều khiển cần gạt nước thay vì dựa vào sức người Tuy nhiên, một số nghiên cứu khác lại chỉ ra rằng Cleveland, Ohio, cũng có vai trò quan trọng trong việc phát triển công nghệ này.
William M và Fred Folberth, hai anh em người Mỹ, đã phát minh ra gạt nước kính chắn gió tự động, được coi là những người tiên phong trong lĩnh vực này Cần gạt nước của họ hoạt động bằng năng lượng chân không, sử dụng không khí từ ống góp động cơ để di chuyển gạt nước qua kính chắn gió Khi gạt nước đến mép cửa sổ, nó sẽ quay trở lại bên kia, tạo ra hiệu quả làm sạch tối ưu Mặc dù Folberth phát minh ra thiết bị này vào năm 1919, ông chỉ nhận được bằng sáng chế cho sản phẩm sau đó.
Vào ngày 16 tháng 8 năm 1921, William và Folberth bắt đầu sản xuất cần gạt nước tại một nhà máy ở Cleveland Đến năm 1925, Folberth quyết định bán công ty của mình.
Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống gạt mưa của William và Folberth
Cần gạt nước của Folberths nhanh chóng trở nên lỗi thời do tính không đáng tin cậy Thiết kế sử dụng không khí từ ống góp động cơ khiến cần gạt nước giảm tốc độ và tăng tốc theo sự thay đổi của xe Nhu cầu của người lái xe về một cần gạt nước hiệu quả hơn đã dẫn đến những cải tiến đáng kể trong công nghệ gạt nước điện vào những năm 1930.
Vào năm 1917, sự ra đời của mô tơ điện đã cải tiến cơ cấu chuyển động của cần gạt nước, nhờ vào phát minh của nha sĩ người Hawaii, Ormand Wall, khi ông đặt mô tơ điện ở vị trí trung tâm phía trên kính lái.
Lá cao su của cần gạt nước quay theo hình vòng cung, tạo ra một diện tích quét giống như hình cầu vồng lộn ngược trên kính lái Bộ rửa kính được trang bị cho xe hơi với phần điều khiển tích hợp vào cần gạt bật/tắt Bộ phận này phun nước rửa kính lên kính lái qua các lỗ nhỏ trên nắp capo, với một bình chứa nước được đặt trong khoang máy và các thành phần điện khác kết nối để thực hiện chức năng này.
Hình 1.3 Hệ thống gạt mưa kiểu cũ với tâm phía trên
In 1923, Anderson filed a patent application for the "motor operated windshield cleaner," a seemingly simple name that actually encompasses two significant inventions.
Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống gạt mưa của Anderson
Cần gạt nước kính chắn gió ngắt quãng là một tính năng hữu ích cho ô tô, cho phép người điều khiển điều chỉnh thời gian giữa các lần quét Tính năng này giúp tiết kiệm thời gian gạt mưa trên cửa sổ, đặc biệt trong điều kiện mưa vừa, từ đó cải thiện tầm nhìn cho người lái và giảm thiểu hao mòn cho cần gạt nước.
Ông Anderson đã phát minh ra động cơ điện thay vì sử dụng động cơ chân không nặng nề, mà ông cho là "quá mức" trong đơn xin cấp bằng sáng chế Động cơ điện này được cung cấp năng lượng bởi pin ô tô, được lắp đặt ở vị trí khác trong xe và kết nối qua hệ thống dây điện Ưu điểm của động cơ điện là bộ phận gạt nước trên cửa sổ nhỏ và nhẹ hơn nhiều so với hệ thống gạt nước kính chắn gió Folberth, vốn có động cơ và nguồn điện tích hợp trong một hộp trên đỉnh cửa sổ.
Sau năm 1922, sự phát triển của cần gạt nước kính chắn gió tạm lắng cho đến năm 1964, khi nhà phát minh Robert W Kearns ở Detroit, Michigan, nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho "hệ thống gạt nước kính chắn gió hoạt động gián đoạn" Mặc dù cần gạt nước ngắt quãng đã được Raymond Anderson phát minh nhưng hệ thống của ông yêu cầu người lái xe điều chỉnh bằng tay Kearns đã cải tiến với hệ thống tự động một phần, cho phép tự điều chỉnh khoảng thời gian và tự tắt Hệ thống hoạt động dựa trên cảm biến điện tử đo lực cản của cần gạt nước trên kính chắn gió, với nguyên tắc: ít kéo = ướt, thêm kéo = khô Kearns cũng phát minh ra hệ thống gạt nước đôi một mô-tơ, cho phép một động cơ cung cấp năng lượng cho nhiều cần gạt nước, đánh dấu một bước tiến lớn so với thiết kế của Anderson.
Hệ thống gạt nước kính chắn gió được thiết kế với một động cơ duy nhất, cung cấp năng lượng cho hai liên kết kết nối với tay gạt nước và cánh gạt nước Các sơ đồ mạch điều khiển cho hệ thống gạt nước gián đoạn cho thấy động cơ luôn hoạt động ở mức 34 Câu chuyện về ông Kearns, người phát minh ra hệ thống này cho Ford Motor Company, là một minh chứng cho sự kiên trì: mặc dù ý tưởng của ông bị từ chối, nhưng vào năm 1969, một hệ thống tương tự đã xuất hiện trên xe Mercury cao cấp Cuộc chiến pháp lý giữa Kearns và Ford kéo dài đến năm 1990, kết thúc với chiến thắng thuộc về ông Cuộc tranh chấp này thể hiện sự đối đầu giữa một nhà phát minh độc lập và một tập đoàn lớn.
5 truyền cảm hứng cho bộ phim Flash of Genius năm 2009, bộ phim phải xem cho tất cả những ai quan tâm đến ngành kinh doanh cần gạt nước
Hình 1.5 Bob W Kearns (10/3/1927 – 9/2/2005) và sơ đồ hệ thống gạt mưa của ông
Ý nghĩa của hệ thống gạt mưa
Gạt mưa là một bộ phận quan trọng của xe hơi, có chức năng loại bỏ nước và bụi bẩn khỏi kính chắn gió, đảm bảo tầm nhìn tốt cho người lái Ngày nay, gạt nước không chỉ là tiêu chuẩn trên xe hơi mà còn được trang bị cho xe lửa, tàu biển và máy bay.
Hình 1.6 Gạt mưa trên tàu hỏa
Hình 1.7 Gạt mưa trên máy bay
Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống
1.3.1 Nhiệm vụ của hệ thống gạt mưa
Hệ thống gạt nước trên ô tô giúp người lái có tầm nhìn rõ ràng bằng cách loại bỏ nước mưa và bụi bẩn trên kính trước và kính sau Thiết bị rửa kính cũng hỗ trợ làm sạch kính chắn gió phía trước, đảm bảo an toàn khi tham gia giao thông Do đó, hệ thống gạt nước là một phần thiết yếu cho sự an toàn của xe.
1.3.2 Yêu cầu của hệ thống gạt mưa
Hệ thống gạt nước và rửa kính trên ô tô là thiết bị quan trọng giúp người lái có tầm nhìn rõ ràng trong điều kiện thời tiết xấu, như mưa Nó không chỉ gạt nước mưa trên kính trước và kính sau mà còn làm sạch bụi bẩn nhờ vào chức năng rửa kính Gần đây, một số mẫu xe hiện đại đã được trang bị tính năng tự động điều chỉnh tốc độ gạt nước theo tốc độ di chuyển và tự động kích hoạt khi trời mưa Để đảm bảo an toàn, hệ thống gạt nước cần hoạt động nhẹ nhàng, linh hoạt và ổn định, phù hợp với các điều kiện mưa khác nhau.
1.3.3 Phân loại hệ thống gạt mưa
Motor gạt mưa được truyền động từ động cơ ô tô
Motor gạt mưa chạy bằng khí nén
Motor gạt mưa được truyền từ động cơ điện (hiện nay tất cả các xe ô tô đều sử dụng loại này)
1.3.4 Cấu tạo chung của hệ thống gạt mưa
Hình 1.9 Cấu tạo chung của hệ thống gạt mưa
Cấu tạo chung Hệ thống gạt nước – rửa kính bao gồm các bộ phận sau:
1) Cần gạt nước/lưỡi gạt nước;
2) Motor và cơ cấu dẫn động gạt nước;
3) Vòi phun của bộ rửa kính;
4) Bình chứa nước rửa kính (có chứa motor rửa kính);
5) Công tắc gạt nước – rửa kính;
6) Cần gạt nước phía sau;
8) Relay điều khiển gạt nước sau;
9) Bộ điều khiển gạt nước;
Hình 1.10 Các bộ phận của hệ thống gạt mưa tự động Động cơ điện gạt nước
Motor gạt nước là động cơ điện một chiều sử dụng nam châm vĩnh cửu để tạo ra lực Thiết bị này bao gồm motor và bộ truyền bánh răng nhằm giảm tốc độ đầu ra Motor gạt nước được trang bị ba loại chổi than: chổi than tốc độ thấp, chổi than tốc độ cao và chổi than dùng chung, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
(để nối mass) Một công tắc dạng cam được bố trí trong bánh răng để gạt nước dừng ở vị trí cố định trong mọi thời điểm
Một sức điện động lớn được tạo ra trong cuộn dây phần ứng khi motor quay để hạn chế tốc độ quay của motor
Hình 1.11 Cấu tạo motor gạt nước
Hình 1.12 Motor động cơ gạt nước hình thực tế
Khi dòng điện vào cuộn dây phần ứng, chổi than tạo ra một sức điện động lớn, khiến motor hoạt động ở tốc độ thấp.
Khi dòng điện vào cuộn dây phần ứng, chổi than tạo ra một sức điện động ngược, giúp motor quay với tốc độ cao.
Hình 1.13 Hoạt động của công tắc dạng cam
Cơ cấu gạt nước giúp dừng thanh gạt nước ở vị trí cố định, đảm bảo thanh gạt nước luôn nằm ở dưới cùng của kính chắn gió khi tắt công tắc Công tắc dạng cam thực hiện chức năng này, với đĩa cam có rãnh chữ.
Khi công tắc gạt nước ở vị trí LO/HI, điện áp từ ắc quy được đưa vào mạch điện, cho phép dòng điện đi vào motor gạt nước và làm cho motor quay Tuy nhiên, khi công tắc gạt nước tắt, nếu tiếp điểm P2 không ở vị trí rãnh, điện áp vẫn tiếp tục được cung cấp cho motor qua tiếp điểm P1, khiến motor tiếp tục quay Khi đĩa cam quay và đưa tiếp điểm P2 vào vị trí rãnh, dòng điện sẽ ngừng, dẫn đến việc motor gạt nước dừng lại Tuy nhiên, do quán tính, motor không dừng ngay lập tức mà vẫn quay một chút, làm cho tiếp điểm P3 tiếp xúc với điểm dẫn điện của đĩa cam, thực hiện việc đóng mạch.
Phần ứng của mô tơ gạt nước kết nối với cực (+)1 thông qua công tắc, dẫn đến tiếp điểm P1 và P3, tạo ra sức điện động ngược trong mạch Quá trình này hãm mô tơ bằng điện, giúp dừng mô tơ tại một vị trí cố định.
Cơ cấu dẫn động thanh gạt nước
Hình 1.14 Cơ cấu dẫn động gạt nước
Hình 1.15 Cần gạt nước trên xe ô tô
Cần gạt nước bao gồm một lưỡi cao su gạt nước được lắp vào thanh kim loại gọi là thanh gạt nước Lưỡi gạt nước được ép vào kính trước bằng lò xo, cho phép gạt nước mưa hiệu quả khi thanh gạt nước di chuyển Chuyển động tuần hoàn của thanh gạt nước được tạo ra nhờ motor và cơ cấu dẫn động.
Gạt nước xe hơi hiện nay thường được thiết kế để che một nửa hoặc hoàn toàn, nhằm đảm bảo tính khí động học và tạo bề mặt lắp ghép phẳng Những gạt nước này thường được giấu dưới nắp ca pô, giúp tăng tính thẩm mỹ và cải thiện tầm nhìn từ phía trước của xe.
12 thấy một phần gọi là gạt nước che một nửa, gạt nước không nhìn thấy được gọi là gạt nước che hoàn toàn
Khi gạt nước che hoàn toàn bị phủ băng tuyết, nó sẽ không thể hoạt động Việc cố tình sử dụng gạt nước trong tình trạng này có thể gây hỏng motor Để ngăn ngừa hư hại, nhiều mẫu xe cho phép chuyển từ chế độ gạt nước che hoàn toàn sang chế độ che một phần bằng tay Sau khi chuyển sang chế độ che một nửa, gạt nước có thể được đóng lại bằng cách di chuyển theo hướng mũi tên chỉ dẫn.
Hình 1.16 Gạt nước che một nửa và che hoàn toàn
Motor bơm rửa kính là thiết bị quan trọng trong hệ thống rửa kính của xe hơi Nước rửa kính được đổ vào bình chứa trong khoang động cơ, được làm từ nhựa mờ Motor rửa kính, có dạng cánh quạt giống như bơm nhiên liệu, giúp phun nước rửa kính hiệu quả từ bình chứa ra kính chắn gió.
Hình 1.17 Motor bơm nước rửa kính
Có hai loại hệ thống rửa kính cho ô tô có rửa kính sau: một loại sử dụng bình chứa chung cho cả kính trước và kính sau, trong khi loại còn lại có hai bình chứa riêng biệt Thêm vào đó, một số hệ thống cho phép điều chỉnh vòi phun cho cả kính trước và kính sau thông qua motor rửa kính điều khiển van, trong khi các hệ thống khác sử dụng hai motor riêng biệt cho từng bộ phận rửa kính.
Hình 1.18 Công tắc gạt mưa sử dụng trên ô tô
Công tắc điều khiển được lắp đặt trên trục trụ lái, cho phép người lái dễ dàng thao tác bất cứ lúc nào cần thiết Công tắc này có nhiều vị trí khác nhau để phục vụ cho các chức năng điều khiển.
1.3.5 Nguyên lý hoạt động của hệ thống gạt mưa
1.3.5.1 Nguyên lý hoạt động khi công tắc gạt nước ở vị trí LO (tốc độ thấp)
Khi công tắc gạt nước được chuyển sang chế độ tốc độ thấp (LOW/MIST), dòng điện sẽ đi vào chổi than của motor gạt nước, cho phép gạt nước hoạt động với tốc độ thấp Sơ đồ hoạt động cho thấy quá trình này bao gồm ắc quy cung cấp điện, tiếp điểm LO của công tắc gạt nước, và motor gạt nước (LO) kết nối với mass.
1.3.5.2 Nguyên lý hoạt động của công tắc gạt nước ở vị trí HI (tốc độ cao)
CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG GẠT MƯA TRÊN Ô TÔ AUDI
Giới thiệu chung về ô tô Audi A8 và hệ thống gạt mưa của xe
Audi A8 2022, dòng sedan cỡ lớn hàng đầu của Audi, đại diện cho sự tiên phong trong công nghệ cao cấp và hiện đại nhất của thương hiệu.
Bảng 2.1 Thông số xe Audi A8
Thông số Audi A8L 55 TFSI Quattro
Chiều dài cơ sở (mm) 3.128
Dung tích thùng nhiên liệu (L) 72
Tiêu hao nhiên liệu trong đô thị/cao tốc/kết hợp (L/100 km) 10.8 – 10.7 / 6.3 – 6.1 / 7.9 – 7.8
Số chỗ ngồi 5 Động cơ Động cơ tăng áp V6 phun xăng trực tiếp và mô tơ điện Mild hybrid MHEV 48V Dung tích xi-lanh (cc) 2.995
Công suất cực đại (Hp/RPM) 340 / 5.000 – 6.400
Thông số Audi A8L 55 TFSI Quattro
Mô-men xoắn cực đại (Nm/RPM) 500 /1.370 – 4.500
Hộp số Tự động 8 cấp S-tronic
Khả năng tăng tốc 0 – 100 km/h
Hệ dẫn động Công nghệ dẫn động bốn bánh toàn thời gian tối ưu quattro ultra
Hệ thống treo trước Hệ thống treo đệm khí thích ứng
Hệ thống treo sau Hệ thống treo đệm khí thích ứng
Mâm vành 19” hợp kim nhôm thiết kế 15 chấu kiểu Y,
Hệ thống đèn pha HD Matrix LED
Chức năng tự điều chỉnh khoảng sáng đèn pha Có Đèn báo sắp qua giao lộ Có Đèn cho mọi điều kiện thời tiết Có
Cảm biến ánh sáng và mưa Có Đèn ban ngày cách độc lập Có
Hệ thống rửa đèn pha được trang bị đèn hậu OLED, tích hợp báo rẽ hiệu ứng động và chức năng thông báo xe khởi hành hoặc về nhà Gương chiếu hậu ngoài có chức năng sấy, chống chói tự động, điều chỉnh điện, gập điện và đi kèm chức năng ghi nhớ.
Vô lăng bọc da chấu kép đa chức năng với lẫy chuyển số Có
Vô lăng chỉnh điện, điều chỉnh độ nghiêng và vị trí Có
Cần số bọc da Có
Hệ thống hiển thị thông tin lái xe điện tử Audi virtual cockpit Có
Ghế trước được trang bị chức năng chỉnh điện độc lập, cho phép điều chỉnh tựa đầu và bơm lưng ghế, cùng với tính năng ghi nhớ vị trí và làm ấm ghế Ngoài ra, ghế còn có hệ thống thông hơi và chức năng mát-xa cho cả hai ghế trước và sau.
Thông số Audi A8L 55 TFSI Quattro
Tựa tay trung tâm cho hai ghế trước Có Điều khiển đa chức năng trung tâm cho 2 ghế sau Có
Remote điều khiển các chức năng massage, điều chỉnh đèn với màn hình OLED 5.7’’ full HD
Giao diện âm nhạc Audi, kết nối
Da ghế Valcona lên tới 5 màu lựa chọn Có Ốp trang trí nội thất với phần trên gỗ Natural Burr Walnut, phần dưới vật liệu nhôm xước mờ
Có Ốp nhôm bệ cửa Có
Gương chiếu hậu bên trong chống chói tự động, Gương soi có đèn cho người ngồi phía sau
Hệ thống điều hòa Hệ thống điều hòa nhiệt độ 4 vùng tự động với cảm biến thông minhlọc bụi và hạt gây dị ứng
Giao diện giải trí đa phương tiện Navigation Plus thông qua hai màn hình hiển thị cảm ứng màu đen bóng, viền nhôm, rung phản hồi khi chạm
Hệ thống âm thanh cao cấp 3D Bang &
Olufsen Premium Sound System (17 loa vệ tinh bao gồm cả loa 3D, loa trung tâm và siêu trầm, 16 kênh, 105 watts)
Hệ thống giải trí cho ghế sau được trang bị 2 máy tính bảng cơ động với màn hình chống lóa 10’’ full HD 1920 x 1200, mang đến trải nghiệm giải trí tuyệt vời Ngoài ra, gói trang trí chrome ngoại thất cùng với đèn nội thất đa sắc tạo nên không gian sang trọng và hiện đại.
Cửa sổ trời toàn cảnh Có
Mồi thuốc và gạt tàn Có
Chìa khóa tiện lợi với cảm biến điều khiển mở nắp khoang hành lý Có
Khoang hành lý đóng mở bằng điện Có
Cửa và nắp khoang hành lý hít tự động, thảm lót sàn trước và sau Có
Bánh xe dự phòng tiết kiệm diện tích, bộ đồ nghề và con đội Có
Thông số Audi A8L 55 TFSI Quattro
Tam giác cảnh báo, Áo phản quang, bộ y tế sơ cứu Có
Tùy chọn 12 màu sơn thân xe Có
Lựa chọn chế độ lái Audi Drive
Hệ thống hiển thị thông tin lái xe điện tử Audi Virtual Cookpit Có
Hệ thống hỗ trợ đỗ xe tích hợp camera 360 Có
Cảnh báo chuyển làn Có
Cảnh báo chống kéo xe, khóa trung tâm Có
Cảnh báo áp suất lốp Có
Hệ thống kiểm soát hành trình và cảnh báo giới hạn tốc độ Có
Hệ thống tái tạo năng lượng từ phanh Có
Túi khí trước, túi khí cạnh bên, hệ thống túi khí cho phần đầu Có
Chấu và dây đai cố định ghế trẻ em cho hàng ghế sau Có
Bảo hành 3 năm không giới hạn số km sử dụng Có
Hệ thống gạt mưa Audi A8:
Audi A8 mới được tích hợp hàng loạt công nghệ hiện đại hỗ trợ người lái, trong đó công nghệ cần gạt nước thông minh là một ví dụ
Audi A8 2018 được trang bị hệ thống treo chủ động mới, bảng điều khiển trung tâm với màn hình cảm ứng 10,1 inch, và hệ thống tự lái giúp tránh kẹt xe Mẫu sedan hạng sang này còn tích hợp nhiều công nghệ tiện ích, trong đó nổi bật là cần gạt nước thông minh “siêu sạch”.
Hệ thống "Magic Vision Control" của Mercedes-Benz không phải là điều mới mẻ, nhưng Audi đã cải tiến với công nghệ phun xịt thông minh hơn Hệ thống của Audi điều chỉnh chế độ phun dựa trên tốc độ lái xe, nhiệt độ bên ngoài và mức độ bẩn, giúp làm sạch kính chắn gió nhanh chóng và đảm bảo tầm nhìn tốt nhất cho người lái trong mọi điều kiện thời tiết.
Nhiều tai nạn giao thông xảy ra do tầm nhìn của tài xế bị hạn chế trong điều kiện thời tiết xấu như mưa lớn, tuyết rơi và bão cát Để giảm thiểu những rủi ro này, các kỹ sư của Audi đã nghiên cứu và phát triển một loại chổi quét kính chắn mới, nhằm nâng cao khả năng quan sát cho người lái.
Cần gạt nước 29 gió (hay cần gạt nước tự làm sạch) có khả năng quét và tự làm sạch kính chắn gió, điều mà các loại cần gạt thông thường không thể thực hiện Theo Audi, quá trình phát triển loại cần gạt nước thông minh này mất 4 năm với nhiều thử nghiệm để đảm bảo khả năng làm sạch hoàn hảo nhất.
Hình 2.2 Ảnh gạt mưa tự động Audi A8 đang hoạt động nhìn từ trong ô tô
Hình 2.3 Ảnh gạt mưa tự động ô tô Audi A8 chụp gần
Các kỹ sư của Audi đã tiến hành nhiều thử nghiệm trong điều kiện khắc nghiệt, bao gồm mưa lớn và gió mạnh tại Ailen, cũng như trên các con đường lầy lội Họ đã tự kiểm chứng hệ thống trong một bài kiểm tra ô nhiễm trong đường hầm gió Hệ thống này đã vượt qua các thử nghiệm mới nhất trong điều kiện thực tế, bao gồm nhiệt độ đóng băng và tuyết rơi trên các con đường mòn tại Kaunertal, Áo.
30 nghiệm về công nghệ gạt nước mới này với tốc độ cao 68 mile/h (khoảng 109 km/h) và cho kết quả tốt
Hình 2.4 Ảnh mô phỏng gạt mưa Audi A8 hoạt động
Nhà phát minh Audi, ông Stephan Họfner, cho biết công nghệ gạt nước mới giúp người lái duy trì tầm nhìn rõ ràng trong mọi điều kiện thời tiết, từ đó nâng cao mức độ an toàn Ông giải thích rằng hệ thống này khác biệt so với các hệ thống truyền thống, khi nước không phun từ mui xe mà được phun trực tiếp lên kính chắn gió từ các vòi phun nhỏ trên cánh tay gạt nước, giúp nước được quét sạch ngay lập tức trước lưỡi gạt nước.
Công nghệ gạt nước mới giúp loại bỏ hoàn toàn sương mù, nước mưa và bụi bẩn trên kính lái mà không để lại nước đọng Nước được phun ra từ các lưỡi gạt với áp suất cao, được điều chỉnh bởi phần mềm máy tính dựa trên nhiệt độ môi trường và mức độ ô nhiễm.
Vào mùa hè, nhiệt độ cao khiến bụi khô bám nhẹ trên kính, do đó phần mềm tự động bơm lượng nước ít hơn Ngược lại, mùa đông với điều kiện ẩm ướt và lạnh làm giảm tầm nhìn, hệ thống rửa sẽ phun nhiều nước hơn qua góc quét lớn hơn Khi nhiệt độ xuống thấp, hệ thống tự động làm nóng để ngăn chặn sự đóng băng, với công suất tối đa lên tới 20 watts.
Công nghệ cần gạt nước thông minh mang lại tầm nhìn hoàn hảo cho người lái trong mọi điều kiện thời tiết và tình huống lái xe Đặc biệt, công nghệ này lần đầu tiên được trang bị trên mẫu xe Audi A8 mới.
Chi tiết về hệ thống rửa kính chắn gió ô tô Audi A8
Hệ thống gạt mưa và rửa kính chắn gió tiêu chuẩn được thiết kế và hoạt động tương tự như các hệ thống đã được sử dụng trên các mẫu xe Audi trước đây.
Liên kết gạt nước tích hợp trong buồng thông gió bao gồm động cơ gạt nước và bộ điều khiển tích hợp, dẫn động hai tay gạt nước được trang bị lưỡi gạt nước Aero.
31 Đơn vị điều khiển động cơ gạt nước J400, một nô lệ LIN của bộ điều khiển hệ thống điện J519 và có một số chức năng xóa, chẳng hạn như:
- Vị trí đỗ xen kẽ của các cánh gạt nước
- Giảm tốc độ tại các điểm lùi
- Tốc độ lau phụ thuộc vào tốc độ
- Vị trí bảo dưỡng của tay gạt nước để thay thế lưỡi gạt nước
Hình 2.5 Ảnh mô phỏng vị trí gạt mưa trên ô tô Audi A8
Tín hiệu từ công tắc gạt nước kính chắn gió E được truyền đến giao diện chẩn đoán DATA BUS J533 thông qua đơn vị điều khiển điện cột lái J527 qua FlexRay Sau đó, các tin nhắn này được chuyển tiếp đến bộ điều khiển hệ thống điện J519 qua hệ thống CAN 2.
Bộ điều khiển hệ thống điện kích hoạt điều khiển động cơ gạt nước đơn vị J400 thông qua kết nối LIN
Hình 2.6 Sơ đồ tín hiệu điều khiển hệ thống gạt mưa tự động Audi A8
2.2.2 Bơm nước rửa kính chắn gió ô tô Audi A8
Hình 2.7 Hình vị trí các vòi phun rửa kính trên ô tô Audi A8
Hệ thống rửa kính chắn gió tiêu chuẩn bao gồm bơm rửa kính, ống chứa nước rửa kính và ba vòi phun nước Các vòi phun này được tích hợp bên dưới nắp ca-pô, giúp tối ưu hóa hiệu quả rửa kính chắn gió.
Các thiết bị này có khả năng chịu nhiệt và được trang bị vít điều chỉnh để phân phối chính xác chất lỏng rửa kính trên màn chắn gió Hệ thống điện cung cấp năng lượng trực tiếp cho các điện trở làm nóng máy rửa kính.
2.2.3 Cần gạt nước thích ứng với vòi phun nước tích hợp PR no 9PF
Hình 2.8 Hệ thống rửa kính phun tia nước phía trên lưỡi gạt nước đang hoạt động
Hình 2.9 Hệ thống rửa kính phun tia nước bên dưới lưỡi gạt nước đang hoạt động
Audi A8 (loại 4N) có tùy chọn trang bị bộ rửa kính chắn gió thích ứng với vòi phun nước tích hợp, thường được gọi là cần gạt nước ướt cánh tay Trong phiên bản này, tia nước của hệ thống rửa kính được tích hợp ở cả tay gạt nước phía trên và bên dưới lưỡi gạt nước Đặc biệt, cả hai kênh phản lực của hệ thống rửa kính trong mỗi tay gạt nước đều được làm nóng.
Nước rửa kính được phun bên cạnh lưỡi gạt nước, mang lại hiệu quả làm sạch vượt trội và tiện lợi hơn so với hệ thống gạt mưa kính chắn gió truyền thống.
Hệ thống lau kính chắn gió đảm bảo không có nước bắn vào, giúp duy trì tầm nhìn rõ ràng cho người lái xe Điều này góp phần nâng cao sự an toàn trong quá trình lái xe.
2.2.4 Hệ thống rửa kính chắn gió
Mối liên kết giữa gạt nước và bộ phận điều khiển động cơ gạt nước J400 tương tự như hệ thống rửa kính chắn gió tiêu chuẩn Cần gạt nước ướt được trang bị 2 tia phản lực rửa kính tích hợp, giúp tản nhiệt hiệu quả cho mỗi tia.
Mỗi cánh tay gạt nước của máy rửa kính được trang bị hai kết nối chất lỏng cho hai ống phun tia, cùng với một kết nối điện cho các đầu điện trở làm nóng.
Hình 2.10 Cần gạt nước có thể làm nóng nhờ đầu điện trở
Mỗi cánh tay gạt nước được trang bị 2 kênh tia nước rửa, trong đó có 1 kênh dành cho tia nước rửa kính chắn gió ở vị trí trên cùng của lưỡi gạt nước và 1 kênh dành cho tia nước rửa kính chắn gió ở phía dưới lưỡi gạt nước.
Tia phun ở đầu hệ thống rửa kính được thiết kế với khả năng điều chỉnh, cho phép kiểm soát hướng của nước rửa kính Trong khi đó, các ống phản lực khác trong hệ thống không có tính năng điều chỉnh này.
2.2.6 Bộ phận điều khiển hệ thống rửa kính chắn gió J1100 a) Giới thiệu chung
Mẫu cần gạt nước ướt tùy chọn mới được phát triển với bộ phận điều khiển bơm hệ thống rửa kính chắn gió J1100 Bộ phận này được lắp đặt trong buồng thông gió và sử dụng tín hiệu PWM (tín hiệu theo chiều rộng xung) để kích hoạt hệ thống rửa kính chắn gió một cách hiệu quả.
V5 và các điện trở gia nhiệt trong tay gạt nước
Hệ thống rửa kính chắn gió V5 là một phần của hệ thống gạt mưa tay ướt, được thiết kế với máy bơm kép Khi máy bơm quay theo một hướng, nước rửa kính sẽ được bơm lên các tia nước trên đầu cần gạt Ngược lại, khi máy bơm quay theo hướng ngược lại, các tia nước ở dưới cùng của tay gạt sẽ hoạt động.
Hình 2.12 Bộ phận điều khiển máy bơm hệ thống rửa kính chắn gió J1100 b) Sơ đồ chức năng
Bộ điều khiển hệ thống rửa kính chắn gió J1100 là một phụ kiện quan trọng của bộ điều khiển điện J519 Nó tích hợp cảm biến mô tơ gạt nước, đèn mưa và cảm biến độ ẩm, cùng với công tắc đèn, tất cả được kết nối qua một nhánh LIN.
Hình 2.13 Sơ đồ chức năng bộ phận điều khiển hệ thống rửa kính
2.2.7 Vận hành hệ thống rửa kính
Bảo dưỡng hệ thống gạt mưa tự động trên ô tô Audi A8
Những yếu tố có thể làm hỏng hệ thống gạt mưa ô tô bao gồm kính chắn gió cũ, bụi trong không khí hoặc trên đường, nhiệt độ quá nóng hoặc lạnh, bụi bẩn và đá trên kính chắn gió trong khi cần gạt nước hoạt động, cùng với chất gây ô nhiễm trên cần gạt nước có thể gây ăn mòn và hư hỏng cho xe.
Để bảo dưỡng hệ thống gạt mưa và kéo dài tuổi thọ của cần gạt nước kính chắn gió, bạn có thể thực hiện bốn bước đơn giản Những bước này sẽ giúp đảm bảo khả năng hiển thị rõ ràng trong những trận mưa lớn.
Rửa xe thường xuyên giúp giữ cho hệ thống gạt mưa và kính chắn gió sạch bụi, ngăn ngừa hỏng hóc cần gạt nước và cải thiện tầm nhìn Việc loại bỏ bụi bẩn cũng hạn chế sự ăn mòn trên cần gạt nước bằng cao su Ngoài ra, sau khi rửa, các vết rạn nứt nhỏ sẽ được phát hiện sớm, cho phép bạn xử lý kịp thời trước khi chúng trở thành vấn đề nghiêm trọng.
3.1.2 Kiểm tra kính chắn gió của xe
Theo thời gian, bề mặt kính chắn gió có thể xuất hiện bất thường, gây hại cho cần gạt nước và hệ thống gạt mưa, làm giảm tầm nhìn của tài xế trong mưa lớn Ngay cả những vết nứt nhỏ cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của cần gạt nước, dẫn đến hao mòn và hỏng hóc cao su, silicon cùng các vật liệu khác Do đó, việc kiểm tra kính chắn gió định kỳ tại các garage sửa chữa ô tô uy tín là rất quan trọng, đảm bảo có đủ phụ tùng chất lượng để thay thế khi cần thiết.
3.1.3 Làm sạch cần gạt nước
Để bảo trì hệ thống gạt nước hiệu quả, hãy sử dụng một lượng nhỏ nước lau kính cùng với một miếng vải sạch Lau nhẹ nhàng toàn bộ cần gạt nước và kính chắn gió thường xuyên để tránh làm hỏng các bộ phận này.
3.1.4 Thay thế cần gạt nước khi cần thiết
Kiểm tra hệ thống gạt mưa, cần gạt nước và bảo dưỡng hệ thống gạt mưa ít nhất 6 tháng
1 lần Việc thay thế cần gạt nước khi cần thiết giúp đảm bảo tầm nhìn tốt nhất cho người dung
Hình 3.1 Người thợ đang bảo dưỡng gạt mưa trên Audi A8
3.1.5 Kiểm tra motor gạt mưa
+ Kiểm tra hoạt động LO:
-Nối cực dương (+) ắc quy vào cực 5 (+1) và cực âm (-) ắc quy vào cực 4 (E), và kiểm tra rằng môtơ hoạt động ở chế độ tốc độ thấp (LO)
OK: Motor hoạt động ở tốc độ thấp (LO)
+Kiểm tra hoạt động HI:
- Nối cực dương (+) ắc quy vào cực 3 (+2) và cực âm (-) ắc quy vào cực 4 (E), và kiểm tra rằng motor hoạt động ở chế độ tốc độ cao (HI)
OK: Motor hoạt động ở tốc độ cao (HI)
+ Kiểm tra hoạt động dừng tự động:
Để dừng hoạt động của motor gạt nước ở bất kỳ vị trí nào trừ vị trí dừng tự động, hãy nối cực (+) từ ắc quy đến cực 5 (+1) và cực âm (-) ắc quy với cực 4 (E) Khi motor đang quay ở tốc độ thấp (LO), tháo dây dẫn ra khỏi cực 5 (+1).
Để khởi động lại mô tơ ở chế độ tốc độ thấp (LO), hãy sử dụng SST và nối các cực 1 (+S) và 5 (+1) Tiếp theo, kết nối cực dương (+) của ắc quy vào cực 2 (+) và cực âm (-) vào cực 4 (E) Đảm bảo rằng mô tơ tự động dừng ở vị trí ngừng tự động.
- Motor gạt nước dừng tại vị trí ngừng tự động
- Nếu kết quả không như tiêu chuẩn, thay cụm motor
Hình 3.2 Cụm motor gạt nước kinh chắn gió
3.1.6 Kiểm tra motor phun nước
- Tháo bình nước rửa kính
- Ngắt giắc mô tơ rửa kính chắn gió và bơm
Lưu ý: Việc kiểm tra này phải được thực hiện với motor phun nước kính chắn gió và bơm đã được lắp vào bình nước rửa kính
- Đổ nước rửa kính vào bình nước rửa kính
- Nối cực dương (+) ắc quy vào cực 1 của motor gạt nước và bơm, và cực âm (-) ắc quy vào cực 2
- Kiểm tra rằng nước rửa kính phun ra từ vòi phun nước
- Nước rửa kính chảy từ bình nước rửa kính
- Nếu kết quả không như tiêu chuẩn, thay cụm motor phun nước và cụm bơm
Hình 3.3 Cụm motor phun nước rửa kính chắn gió
3.1.7 Kiểm tra công tắc gạt mưa - rửa kính a) Kiểm tra tính liên tục của cụm công tắc gạt nước Đo điện trở theo các giá trị trong bảng dưới đây
Hình 3.4 Trình kết nối phía trước của công tắc gạt mưa - rửa kính
Bảng 3.1 Kiểm tra công tắc gạt nước phía trước
Nối dụng cụ đo Tình trạng công tắc Tiêu chuẩn được chỉ định
Bảng 3.2 Kiểm tra công tắc phun nước phía trước
Nối dụng cụ đo Tình trạng công tắc Tiêu chuẩn được chỉ định
Nếu kết quả không như tiêu chuẩn, thay cụm công tắc b) Kiểm tra hoạt động gián đoạn
- Nối dây dương (+) Vôn kế vào cực E20-3 (+1) và dây âm vào cực E19-2 (EW)
- Nối dây dương (+) ắc quy vào cực E20-2 (+B) và dây âm (-) ắc quy vào cực E19-2 (EW) và E20-1 (+S)
- Xoay công tắc gạt nước sang vị trí INT
- Nối cực dương (+) ắc quy với cực E20-1 (+S) trong 5 giây
- Nối cực âm (-) ắc quy vào cực E20-4 (+2) Hoat động gạt nước ngắt quãng và đo điện áp giữa các cực E20-3 (+1) và E19-2 (EW)
Hình 3.5 Điện áp thay đổi giữa các cực E20-3 (+1) và E19-2 (EW)
Nếu kết quả không như tiêu chuẩn, thay cụm công tắc
Chuẩn đoán và sửa chữa hệ thống gạt mưa tự động trên ô tô Audi A8
Hệ thống gạt mưa tự động trên Audi A8 đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì tầm nhìn an toàn khi lái xe, đặc biệt trong điều kiện thời tiết xấu Việc không có hệ thống này hoặc khi nó bị hư hỏng có thể gây nguy hiểm nghiêm trọng Do đó, việc tìm hiểu các nguyên nhân có thể dẫn đến sự cố là rất cần thiết Bài viết này đã liệt kê những nguyên nhân có thể gây hư hỏng do sử dụng không đúng cách gạt nước trên Audi A8, giúp người dùng có cái nhìn sơ bộ về tình trạng của hệ thống trước khi đưa xe đến gara.
Cần gạt nước hoạt động nhờ một động cơ điện nhỏ, được kết nối với pin qua rơ le, giúp bạn điều chỉnh tốc độ chuyển động của các nhánh cần gạt nước.
Vì vậy, bạn có thể điều chỉnh tốc độ tùy theo cơn mưa rào
Khi cần gạt nước kính chắn gió không hoạt động trên Audi A8, có thể có một số lý do như sau:
- Do những chiếc lá hoặc mảnh vụn mắc kẹt và làm ngăn cản hoạt động của hệ thống
- Do độ mòn của tay gạt nước
- Do trục trặc điện, đặc biệt là ở động cơ gạt nước
- Do cảm biến (sensor) của hệ thống gạt mưa tự động
3.2.1 Hệ thống gạt mưa tự động ô tô Audi A8 bị chặn do lá, mảnh vụn, bụi bẩn…
Trước tiên, hãy kiểm tra kính chắn gió để xem có gì bị kẹt, đặc biệt vào mùa thu khi lá cây dễ tích tụ Sự tắc nghẽn này cũng có thể xảy ra khi có tuyết rơi, dẫn đến việc động cơ ban đầu được kích hoạt nhưng sau đó bị chặn Để khắc phục tình trạng này, hãy sử dụng tia nước để làm sạch lá cây và mảnh vụn mắc kẹt.
Hình 3.6 Ảnh gạt mưa trên ô tô Audi A8 chụp gần
3.2.2 Do độ mòn của tay gạt nước
Một lý do tiếp theo khiến cần gạt nước không hoạt động hiệu quả là do tay gạt nước bị mòn Động cơ gạt nước được kết nối với cần gạt thông qua các chốt, và nếu các chốt này bị hỏng, động cơ sẽ không thể truyền động đến cần gạt Do đó, trong trường hợp này, việc thay thế các chốt là cần thiết để khôi phục chức năng của cần gạt nước.
3.2.3 Do trục trặc về điện hưởng đến hệ thống gạt mưa tự động trên Audi A8
2.2.3.1 Động cơ của gạt nước ngưng hoạt động Động cơ gạt nước trên Audi A8 thường khá mạnh, không cần thiết để thay nó thường xuyên Tuy nhiên, trên thực tế, cũng có nhiều trường hợp làm nó xuống cấp nhanh chóng Nếu không thay cần gạt nước kính chắn gió, điều này sẽ khiến động cơ tốn nhiều công sức hơn và hư hỏng nhanh hơn
Trường hợp này cũng xảy ra nếu không giữ cho bình xăng đầy
Hoặc do dùng nước rửa kính chắn gió không phù hợp
Nếu động cơ cần gạt nước không hoạt động, bạn sẽ không nghe thấy âm thanh khi vặn ga Để kiểm tra tình trạng của động cơ, bạn có thể sử dụng vôn kế Giải pháp cho vấn đề này là thay thế động cơ cần gạt nước.
Hình 3.8 Bơm của hệ thống gạt mưa
3.2.3.2 Ắc quy của Audi A8 quá yếu
Ắc quy là một thành phần quan trọng trong hệ thống điện của Audi A8, và nếu gặp trục trặc, nó có thể dẫn đến việc động cơ không nhận đủ điện năng, làm giảm hiệu suất hoạt động của các linh kiện điện Điều này cũng ảnh hưởng đến đèn chiếu sáng trong khoang hành khách Cần lưu ý rằng tuổi thọ trung bình của một bình ắc quy là khoảng 2 năm.
Hình 3.9 Ảnh người thợ thay Ắc quy ô tô Audi A8
3.2.3.3 Cháy cầu chì của hệ thống gạt mưa
Cầu chì có khả năng kiểm soát lượng điện truyền đến mạch, giúp bảo vệ hệ thống khỏi sự quá nhiệt Khi điện thế vượt quá mức cho phép, cầu chì sẽ nổ để ngăn chặn hư hỏng toàn bộ hệ thống.
Vì vậy, nên theo dõi tình trạng của cầu chì
3.2.4 Do cảm biến mưa (Rain Sensor) bị hỏng
Hình 3.10 Ảnh cảm biến mưa nhìn từ ngoài xe
Xe có hệ thống kích hoạt gạt mưa tự động có thể gặp vấn đề từ cảm biến gạt mưa Để kiểm tra, bạn nên thử tự bật cần gạt mưa Nếu cần gạt hoạt động bình thường, vấn đề có thể nằm ở cảm biến.
47 thay cảm biến Nếu ngược lại, nó không hoạt động, đây sẽ là vấn đề động cơ hoặc trục trặc điện như đã giải thích ở trên
Hình 3.11 Ảnh người thợ tháo, lắp cảm biến mưa (rain sensor)
THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG GẠT MƯA TỰ ĐỘNG THÔNG
Giới thiệu về Board Arduino
4.1.1 Khái niệm và lịch sử ra đời
Arduino là nền tảng mã nguồn mở giúp phát triển ứng dụng điện tử với khả năng kết nối và tương tác hiệu quả Nó hoạt động như một máy tính thu nhỏ, cho phép người dùng lập trình và thực hiện các dự án điện tử mà không cần thiết bị chuyên dụng để nạp mã.
Arduino tương tác với môi trường xung quanh thông qua các cảm biến điện tử, động cơ và đèn Các thành phần của Arduino bao gồm cả phần cứng và phần mềm.
Phần ứng: Vi điều khiển với một số board mạch mã nguồn mở để điều khiển và lập trình gồm:
Arduino Uno là một board mạch lý tưởng cho người mới bắt đầu, với 14 chân đầu vào và 6 chân 5V, cho phép phân giải 1024 mức Board này hoạt động với tốc độ 16MHz và điện áp từ 7V đến 12V Kích thước của Arduino Uno là 5.5x7cm và có giá khoảng 200.000 đồng.
- Arduino Micro có 20 chân thiết kế nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ, kích thước bảng board 5x2cm
- Arduino Pro thiết kế mới, chân số không có sẵn Loại board này thường có 2 nguồn 3.3v và 5v
- Arduino Nano kích thước nhỏ gọn nhất, dễ dàng lắp đặt với kích thước 2x4cm
- Arduino Mega bộ phận thiết kế số chân đếm 64 chân, kích thước 5x10cm
- Arduino Leonardo không có cổng nối USB dùng lập trình Thiết kế board với chip nhỏ điều khiển, kết nối qua COM ảo
- Các phần mềm hỗ trợ phát triển tích hợp IDE có nhiệm vụ soạn thảo, biên dịch code, nạp chương cho board
- Lịch sử ra đời của Arduino
Vào thế kỷ 9, Arduino ra đời tại Ý, mang tên vị vua King Arduin Năm 2005, Arduino chính thức được giới thiệu như một công cụ học tập cho học sinh, với sự phát triển của nó diễn ra tại trường Interaction Design Institute Ivrea.
Arduino, mặc dù không được tiếp thị hay quảng cáo nhiều, đã nhanh chóng trở nên phổ biến trên toàn thế giới Ngày nay, ngày càng nhiều người đổ về thị trấn Ivrea, nơi ra đời của nền tảng độc đáo này, để tham quan và khám phá Nếu bạn là một tín đồ của Arduino, hãy một lần đến thăm địa điểm lịch sử này để mở rộng kiến thức và trải nghiệm thú vị.
Arduino đã trở thành một công cụ quan trọng trong nhiều lĩnh vực đời sống nhờ vào tính năng mã nguồn mở, mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho con người Sự phát triển bền vững và phổ biến của Arduino cho thấy tầm ảnh hưởng của nó trong các ứng dụng công nghệ hiện đại.
4.1.2 Các ứng dụng nổi bật của Arduino
Nói tới ứng dụng của Arduino phải kể tới một số lĩnh vực như sau:
Arduino là nền tảng lý tưởng để xây dựng robot có khả năng đọc các thiết bị cảm biến và điều khiển động cơ Nhờ vào khả năng xử lý trung tâm, Arduino hỗ trợ phát triển nhiều loại robot game tương tác, cho phép người dùng tương tác với màn hình và joystick khi chơi các trò chơi như phá gạch, Mario và Tetris.
- Máy bay không có người lái
- Điều khiển đèn tín hiệu giao thông, hiệu ứng đèn led nhấp nháy
Hình 4.2 Ứng dụng nổi bật của Arduino làm máy in 3D
- Thiết kế đàn bằng ánh sáng
- Làm lò nướng bánh có tweet cảnh báo khi bánh chín
Hình 4.3 Ứng dụng nổi bật của Arduino làm Flycamera
Ngoài những ứng dụng trong đời sống trên, Arduino còn có ứng dụng hữu ích và sáng tạo khác như:
Phần cứng và phần mềm Arduino là mã nguồn mở, cho phép bạn dễ dàng tạo ra các dự án bằng cách sử dụng sơ đồ và linh kiện mua sẵn Việc này không chỉ giúp bạn tiết kiệm chi phí mà còn khuyến khích việc chia sẻ và phát triển cộng đồng mã nguồn mở.
- Khả năng kết nối với thiết bị khác
- Chúng ta có thể sử dụng Arduino để ứng dụng một số việc làm sau:
- Arduino hoạt động độc lập
- Arduino kết nối với máy tính để truy cập dữ liệu cảm biến bên ngoài thế giới và cung cấp thông tin phản hồi cho bạn
- Các Arduino sẽ tự kết nối với nhau
- Arduino kết nối với thiết bị điện tử khác
- Arduino kết nối với các chip điều khiển
Arduino là một công cụ học tập và sáng tạo tuyệt vời, giúp bạn thực hiện các dự án khoa học một cách dễ dàng Với một cộng đồng lớn mạnh, bạn có thể dễ dàng học hỏi và nhận được ý kiến từ nhiều người khác.
Arduino cung cấp sự linh hoạt và chi phí học tập thấp hơn so với nhiều linh kiện khác Ngôn ngữ lập trình của Arduino đơn giản và dễ tiếp cận, đặc biệt cho những ai đã có kinh nghiệm với Java Do đó, Arduino trở thành công cụ lý tưởng cho việc học tập, nghiên cứu và thử nghiệm các thiết bị điện tử.
4.1.3 Các loại bo mạch Arduino
Bo mạch Arduino được chia thành hai loại chính: bo mạch chính với chip Atmega và bo mạch mở rộng (shield) để bổ sung chức năng Mặc dù các bo mạch chính có chức năng cơ bản giống nhau, nhưng chúng khác nhau về cấu hình như số lượng I/O, dung lượng bộ nhớ và kích thước Một số bo mạch còn tích hợp thêm tính năng kết nối như Ethernet và Bluetooth Các bo mạch mở rộng chủ yếu nhằm tăng cường các tính năng cho bo mạch chính, chẳng hạn như kết nối Ethernet, Wireless và điều khiển động cơ.
4.1.4 Thông số của bo mạch arduinoUno R3
Một vài thông số của Arduino UNO R3
Bảng 4.1 Thông số của Arduino Uno R3
Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt động 16 MHZ
Dòng tiêu thụ Khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)
Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega325) với 0.5KB dùng bới bootloader
Nguồn tổ ong (12V – 20A)
4.2.1 Chức năng của nguồn tổ ong 12V - 20A
Dùng để chỉnh lưu từ lưới điện xoay chiều thành điện 1 chiều cung cấp cho các thiết bị điện tử
Dùng trong các mạch ổn áp, cung cấp dòng áp đủ tránh trường hợp sụt áp, dòng ảnh hưởng tới mạch điện
4.2.2 Phạm vi sử dụng của nguồn tổ ong 12V – 20A
Nguồn camera: 20A tải được thiết bị 250W
Thắp sáng LED dây, LED quảng cáo và các thiết bị điện 12V với công suất tải bé hơn nguồn
Sử dụng làm nguồn trong các mạch điều khiển, Quạt DC 12V, nguồn cấp cho Rơle
Do hệ thống tản nhiệt tốt nên có thể dùng liên tục cho camera, bơm mini và thay thế adapter điều khiển, thiết bị ngoại vi, thử nghiệm,
4.2.3 Thông số chung cho các dòng sản phẩm nguồn tổ ong Điện áp vào: AC 110V - 220V 50/60hz Điện áp ra: DC 5V-12V-24V
Ký hiệu trên sản phẩm:
*FG : Đầu dây nối đất
Diệu suất sử dụng: 80% công suất là tối ưu
Bảo vệ: quá tải/ngắn mạch.
Mạch hạ áp DC LM2596 3A
Mạch giảm áp DC LM3596 được trang bị 3 đèn LED 7 đoạn, giúp hiển thị nguồn điện đầu ra và đầu vào một cách tiện lợi, với độ chính xác sai số chỉ trong khoảng ±0,1V Mạch có khả năng cung cấp dòng điện lên đến 3A và đi kèm với nút nhấn để dễ dàng chuyển đổi giữa việc đo áp ngõ vào và ngõ ra.
Dùng IC LM2596 với tần số lên đến 150Khz
Có nút nhấn hiện chế độ hiển thị ngõ ra/vào Điện áp đầu vào: từ 4V - 30V Điện áp đầu ra: Điều chỉnh được trong khoảng 1.5V đến 29V
Dòng ngõ ra tối đa là 3A
Hình 4.4 Mạch giảm áp DC LM2596 3A có hiển thị Led
Module relay 5V
Module sử dụng Relay tốt, đảm bảo hoạt động, ổn định lâu dài
Trên module có opto để cách ly dòng ngược về, hiệu suất ổn định
Có thể set các mức cao thấp bằng cách thiệt lập jumper trên module
Có Led báo nguồn màu xanh, Led báo trạng thái Relay màu đỏ
Kết nối module với mạch điều khiển đơn giản
Hình 4.5 Module 1 relay với opto cách ly kích H/L (5DVC)
- Sử dụng điện áp nuôi DC 5V
- Relay mỗi Relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA
- Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V ~ 10A hoặc DC30V ~ 10A
- Có đèn báo đóng ngắt trên mỗi Relay
- Có thể chọn mức tín hiệu kích 0 hoặc 1 qua jumper
- Kích thước: 1.97in x 1.02in x 0.75in ( 5.0cm x 2.6cm x 1.9cm )
Động cơ bơm nước mini
Động cơ bơm nước mini tự mồi YYP370-12C3 12VDC là giải pháp lý tưởng cho các ứng dụng không cần mồi nước sau mỗi lần khởi động Sản phẩm này thích hợp cho máy uống nước, máy pha sữa và vòi uống nước tự động Với kích thước nhỏ gọn, độ ồn thấp và độ bền cao, động cơ bơm mini YYP370-12C3 mang lại hiệu suất ổn định và tiện lợi cho người sử dụng.
- Điện áp hoạt động: 12VDC
- Dòng điện làm việc không tải: 0.15 - 0.17A
- Phạm vi sử dụng: nước, không khí, chất lỏng
- Đầu ống: có thể dùng ống 6 hoặc 7mm
- Lực nâng lên đến 3 mét
- Tuổi thọ: hoạt động trong 30s, dừng 20s, chu kỳ hơn 50.000 lần.
Cảm biến mưa
Cảm biến mưa được sử dụng để phát hiện mưa và mức nước trong các môi trường ẩm ướt Mạch cảm biến này được lắp đặt ngoài trời để theo dõi tình trạng thời tiết, từ đó truyền tín hiệu để điều khiển việc đóng hoặc ngắt rơ le.
4.6.1 Mạch cảm biến mưa gồm 2 bộ phận chính
Bộ phận cảm biến mưa được gắn ngoài trời
Bộ phận điều chỉnh độ nhạy cần được che chắn
4.6.2 Nguyên lý hoạt động mạch cảm biến mưa
Mạch cảm biến mưa hoạt động bằng cách so sánh hiệu điện thế của cảm biến ngoài trời với giá trị định trước, có thể điều chỉnh thông qua biến trở màu xanh Khi hiệu điện thế thay đổi, mạch sẽ phát ra tín hiệu để đóng hoặc ngắt rơ le qua chân D0.
Khi thời tiết khô ráo, chân D0 của module cảm biến mưa duy trì mức cao từ 5V đến 12V Tuy nhiên, khi có nước trên bề mặt cảm biến do trời mưa, đèn LED màu đỏ sẽ sáng lên và chân D0 sẽ giảm xuống mức thấp 0V.
Mạch hoạt động với nguồn 5V
4.6.3 Thông số kỹ thuật Điện áp: 5V
Led báo nguồn ( màu xanh )
Led cảnh báo mưa ( màu đỏ )
Có 2 dạng tín hiệu: Analog ( AO ) và Digital ( DO )
Dạng tín hiệu: TTL, đầu ra 100mA Điều chính độ nhạy bằng biến trở
Sử dụng LM358 để chuyển AO → DO
Relay 4 chân
Rờ le là thiết bị điện có chức năng bảo vệ, tăng tuổi thọ công tắc vì giảm cường độ dòng điện qua công tắc
Ngoài ra, rờ le còn dùng trong các mạch đảo chiều dòng điện, mạch chuyển chế độ nhanh/chậm - mạnh/yếu của tải điện
4.7.2 Cấu tạo chính của rơ le gồm
Phần cuộn dây: Đây là bộ phận tạo ra từ trường gồm một cuộn dây quấn quanh lõi thép Điện trở cuộn dây thường rơi vào khoảng 50 - 200 Ω
Tiếp điểm là các tiếp điểm đồng có chức năng đóng ngắt dòng điện Bên cạnh đó, rờ le còn bao gồm các bộ phận phụ như lò xo, vỏ, và khớp nối Một số loại rờ le còn được trang bị thêm tụ điện, diode, và điện trở để giảm suất điện động tự cảm của cuộn dây, nhằm bảo vệ các chi tiết trong mạch.
Khi cấp nguồn vào cuộn dây rơ le, cuộn dây sẽ sinh ra từ trường và tác động làm thay đổi trạng thái của tiếp điểm
Motor gạt mưa
Motor điện có chức năng chính là tạo chuyển động quay, điều khiển cơ cấu gạt mưa và cần gạt mưa, giúp loại bỏ nước và bụi bẩn trên kính chắn gió một cách hiệu quả.
Sử dụng motor gạt mưa toyota chính hãng trên mô hình
Công tắc gạt mưa
Sử dụng công tắc gạt mưa toyota chính hãng trên mô hình
Hình 4.10 Công tắc gạt mưa
Công tắc gạt mưa là phụ tùng thiết yếu cho ô tô, giúp cải thiện tầm nhìn của tài xế trong điều kiện thời tiết xấu như mưa, sương mù, hoặc khi có bụi bẩn và bùn đất bám trên kính chắn gió Hệ thống này đảm bảo xe di chuyển an toàn và hiệu quả, giảm thiểu rủi ro khi lái xe trong những điều kiện khó khăn.
Sơ đồ mạch thực tế cơ sở của mô hình
Xây dựng mạch cơ sở để triển khai thực hiện làm mô hình
Hình 4.11 Sơ đồ cơ sở của mô hình
Hình 4.122 Sơ đồ mạch điện của mô hình
Lập trình mã code arduino cho mô hình
{ pinMode(low, OUTPUT); pinMode(high, OUTPUT); pinMode(LEDBAOMUA; OUTPUT); pinMode(Sensor, INPUT);
Serial printIn(“không có mưa”); delay(500); digitalWrite(low, LOW); digitalWrite(high, LOW); digitalWrite(LEDBAOMUA, LOW);
Serial printIn(“Trời đang mưa”); digitalWrite(LEDBAOMUA, HIGH); delay(500);
{ digitalWrite(high, HIGH); digitalWrite(low, LOW);
}else{ digitalWrite(low, HIGH); digitalWrite(high, LOW);
Thực hiện làm mô hình
4.12.1 Lắp các linh kiện lên bảng và đi dây điện kết nối các linh kiện
Sắp xếp các linh kiện đã chuẩn bị trên bảng gỗ kích thước 120x100cm để đảm bảo bố trí hợp lý và hiệu quả.
Sau khi bố trí xong, chúng tôi tiến hành khoan lỗ trên bảng gỗ để gắn cố định linh kiện Chúng tôi sử dụng bút lông để đánh dấu vị trí các lỗ đi dây Khi các lỗ gắn linh kiện đã hoàn tất, chúng tôi tiếp tục khoan các lỗ đi dây đã được đánh dấu trước đó.
Sau khi hoàn tất việc khoan lỗ, chúng tôi tiến hành cố định các linh kiện lên bảng gỗ và thực hiện việc đi dây cho các chân đã được xác định và đánh dấu.
Hình 4.133 Lắp linh kiện lên bảng gỗ
Khi nạp code, hãy ngắt nguồn điện 1 chiều từ tổ ong 12V và bật chế độ auto Sử dụng cáp nối dài 1m5 để kết nối laptop với Arduino R3; lúc này, đèn tín hiệu xanh của Arduino và đèn cảnh báo mưa LED đỏ sẽ sáng lên.
Hình 4.144 Kết nối bo mạch Arduino vào laptop sử dụng viết code
Để bắt đầu, bạn cần cài đặt phần mềm Arduino.cc trên laptop Sau đó, hãy nhập đoạn mã đã viết vào phần mềm và sử dụng tổ hợp phím Ctrl + U để nạp mã vào Arduino R3 trên mô hình Khi quá trình nạp hoàn tất, hãy tháo dây cáp kết nối laptop với Arduino và cấp nguồn cho tổ ong 12V Cuối cùng, khởi động lại mô hình để thử nghiệm các chế độ trên công tắc gạt và chế độ tự động gạt mưa khi cảm biến phát hiện nước.
Hình 4.155 Thử nghiệm và hoàn thiện hệ thống
Mô hình đã hoàn tất quá trình nạp code Tiến hành tháo dây cáp kết nối giữa laptop và Arduino, sau đó cấp nguồn 12V cho tổ ong để khởi động lại mô hình Chúng ta sẽ thử nghiệm các chế độ trên công tắc gạt cũng như chế độ tự động gạt mưa khi cảm biến phát hiện có nước.
Để đảm bảo cảm biến hoạt động ổn định, trước tiên cần đo độ nhạy của cảm biến trên phần mềm và sửa mã code nếu cần Sau đó, thực hiện thử nghiệm cho đến khi cảm biến đạt yêu cầu Để kiểm tra thông số cảm biến, nhấn tổ hợp phím Ctrl + Shift + M trên phần mềm, một tab mới sẽ hiển thị thông số cảm biến trong điều kiện không có mưa Tiến hành nhỏ từng giọt nước để mô phỏng mưa và theo dõi các thông số trên tab hiển thị, đồng thời ghi lại các giá trị Cuối cùng, chọn thông số nằm giữa ngưỡng mô phỏng mưa ít và nhiều để thay vào đoạn code.
Mô hình hoàn thiện khi hệ thống vận hành ổn định và đầy đủ tất cả các chế độ x