Trong các năm qua Việt Nam phát triển trong lĩnh vực xe ô tô, đã và đang cung cấp sản xuất xe ô tô cho toàn thế giới. Hệ thống gạt mưa rửa kính là một trong các bộ phận không thể thiếu trên xe. Luận văn này tập trung khai thác hệ thống gạt mưa rửa kính trên ô tô và thiết kế mô hình hệ thống gạt mưa tự động. Bố cục luận văn gồm 4 chương như sau: Chương 1: chủ yếu nói về khái quát hệ thống gạt mưa trên xe ô tô, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và sơ đồ mạch điện trên các dòng xe. Chương 2: quy trình kiểm tra, chuẩn đoán hư hỏng và tháo lắp hệ thống gạt mưa rửa kính của các hãng xe, tìm hiểu nguyên nhân hư hỏng và biện pháp khắc phục của hệ thống. Chương 3: tìm hiểu bo mạch Arduino và phần mềm Arduino IDE. Từ đó lựa chọn các linh kiện thiết bị điều khiển vi mạch cho mô hình. Chương 4: xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ mạch điện, sơ đồ nguyên lý chung của hệ thống. Tiến hành lắp ráp hoàn thiện mô hình, từ đó rút ra được ưu nhược điểm và hướng phát triển của đề tài.
Hệ thống gạt mưa, rửa kính trên ô tô
Tổng quan hệ thống gạt mưa trên ô tô
Hệ thống gạt nước là bộ phận nhỏ nhưng lại hết sức quan trọng đối với xe hơi khi hoạt động Có nhiệm vụ gạt bỏ nước và bụi bẩn ra khỏi kính chắn gió, hỗ trợ người lái có một tầm nhìn tốt hơn khi điều khiển xe Ngày nay, hệ thống gạt nước được xem như một tiêu chuẩn không chỉ trên trên các chiếc xe hơi mà còn được trang bị cho xe lửa, tàu biển và cả máy bay Hệ thống gạt nước mưa cảm biến tự động, có thể phát hiện lượng mưa trên kính chắn gió để bật cần gạt nước ô tô một cách hợp lý tương ứng với mức độ mưa Khi hệ thống làm việc sẽ giảm thiểu thời gian người lái xe phải rời tay ra khỏi tay lái đồng thời giúp đảm bảo an toàn cho tài xế trong điều kiện thời tiết nguy hiểm
Hệ thống gạt nước trên ô tô có nhiệm vụ đảm bảo cho người lái nhìn được rõ ràng bằng cách gạt nước mưa trên kính trước và kính sau khi trời mưa
Hệ thống có thể làm sạch hết bụi bẩn trên kính chắn gió phía trước nhờ thiết bị phun nước rửa kính Đây là thiết bị cần thiết cho sự an toàn của tài xế khi tham gia giao thông
- 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 hầu hết tất cả các xe ô tô đều sử dụng loại này)
Hệ thống gạt nước và rửa kính là hệ thống đảm bảo cho người tài xế nhìn được rõ ràng bằng cách gạt nước mưa trên kính trước và kính sau khi trời mưa hoặc bụi Hệ thống có thể làm sạch bụi bẩn trên kính chắn gió nhờ thiết bị rửa kính Vì thế đây là thiết bị cần thiết cho sự an toàn của xe khi chạy Hiện này một số dòng xe có thể thay đổi tốc độ gạt nước theo tốc độ xe và tự động gạt nước khi trời mưa
Hệ thống gạt mưa trên ô tô khi làm việc phải hoạt động nhẹ nhàng, linh hoạt, ổn định và phù hợp với từng điều kiện trời mưa (mưa to hoặc mưa nhỏ).
Cấu tạo chung hệ thống gạt mưa, rửa kính
Hình 1.1 Các bộ phận và cách bố trí của hệ thống gạt nước trên ô tô
Hệ thống gạt nước và rửa kính trên ô tô bao gồm các bộ phận sau:
1 Cần gạt nước phía trước/Lưỡi gạt nước phía trước
2 Motor và cơ cấu dẫn động gạt nước phía trước
3 Vòi phun của bộ rửa kính trước
4 Bình chứa nước rửa kính (có motor rửa kính)
5 Công tắc gạt nước và rửa kính (Có relay điều khiển gạt nước gián đoạn)
6 Cần gạt nước phía sau/lưỡi gạt nước phía sau
7 Motor gạt nước phía sau
8 Relay điều khiển bộ gạt nước phía sau
Hình 1.2 Các bộ phận hệ thống gạt mưa, rửa kính
9 Bộ điều khiển gạt nước (ECU J/B phía hành khách)
Cần gạt nước/ thanh gạt nước
Hình 1.3 Cần gạt nước trên ô tô
Kết cấu của thanh gạt nước là một lưỡi cao su được lắp vào khung kim loại gọi là thanh gạt nước Gạt nước được chuyển động tuần hoàn nhờ cần gạt
Hình 1.4 Cấu tạo cần gạt nước
Chúng ta có thể hình dung lưỡi gạt giống như những cái chổi cao su dài Mặt tiếp xúc giữa lưỡi gạt và mặt kính chắn gió trước được phủ lên một lớp cao su mỏng Do lưỡi gạt nước được ép vào kính trước bằng lò xo nên gạt nước có thể gạt được nước mưa nhờ chuyển động thanh gạt nước Sự chuyển động tuần hoàn của gạt nước được tạo ra bởi motor và cơ cấu dẫn động Do lưỡi cao su lắp vào thanh gạt nước bị hao mòn sử dụng lâu và ánh sáng mặt trời và nhiệt độ môi trường nên phải thay thế phần lưỡi cao su này theo định định kỳ
Một số cách bố trí gạt nước thường gặp:
Hình 1.5 Một số cách bố trí lưỡi gạt
Hầu hết các mẫu xe hơi sẽ có hai lưỡi gạt Khi chuyển động, hai lưỡi gạt sẽ đồng thời di chuyển để làm sạch bề mặt kính Thật ra, hai lưỡi gạt nước được đặt tại hai điểm lệch về một bên của kính chắn gió Cách bố trí này gọi là gạt nước theo kiểu tăng đem (tandem systems) Đây là kiểu bố trí được dùng rất phổ biến do có thể làm sạch được diện tích rộng trên kính chắn gió và tạo ra hướng nhìn tốt nhất cho người lái
Ngoài kiểu bố trì này còn có một số kiểu bố trí gạt nước khác như hai lưỡi đối diện nhau lệch về hai bên kính, kiểu một lưỡi gạt, Tuy nhiên, các cơ cấu này có cấu trúc phức tạp nhưng lại làm việc kém hiệu quả hơn nên ít được dử dụng.
Các loại khung gạt mưa và lưỡi gạt mưa
1.4.1 Các loại khung gạt mưa
Gạt mưa khung sắt (hay khung xương cứng) là loại cổ điển, thường thấy trên các dòng xe ô tô cũ Loại gạt này có khung được làm bằng sắt, bên ngoài phun sơn tĩnh điện chống gỉ Cấu tạo khung xương sắt khá phức tạp gồm nhiều thanh kết nối với nhau qua các khớp để đảm bảo truyền lực dàn đều
Nhược điểm gạt mưa khung sắt là trọng lượng nặng, dễ bị hoen gỉ… nên những năm gần đây đa số người dùng đã từ bỏ loại khung này, chuyển sang dùng loại khung mới nhẹ hơn
Hình 1.6 Gạt mưa loại khung sắt
Gạt mưa khung mềm (còn gọi là gạt không xương) cũng là một loại gạt sử dụng kết cấu khung kiểu mới, được nhiều hãng lớn ứng dụng gần đây Khung này được làm bằng cao su hoặc Silicone nên mềm, dẻo, đàn hồi tốt và trọng lượng nhẹ Các ưu điểm này giúp gạt khung mềm có độ linh hoạt cao hơn và ôm khít mặt kính sát hơn
Hình 1.7 Gạt mưa loại khung mềm
Gạt mưa 3 khúc cũng là một loại gạt sử dụng kết cấu khung kiểu mới Phần khung này thường được làm bằng nhựa ABS cứng, chia thành 3 khúc 3 khúc này kết nối với nhau bằng một lõi thép mỏng để đảm bảo truyền lực mạnh và dàn đều Do đó dù xe chạy tốc độ cao, gió lớn, gạt vẫn vận hành ổn định, không bị rung giật So với gạt khung mềm thì gạt 3 khúc cứng cáp, phân bố lực tốt hơn
Hình 1.8 Gạt mưa loại 3 khúc
1.4.2 Các loại lưỡi gạt mưa
Lưỡi gạt mưa cao su
Gạt mưa cao su là gạt mưa có phần lưỡi được sản xuất từ cao su non Đây là loại gạt mưa truyền thống, được sử dụng phổ biến từ xưa đến nay Ưu điểm: Giá bình dân
- Lưỡi cao su kém bền, nhanh bị khô, nứt, chai cứng…
- Thời gian sử dụng ngắn, tốn kém chi phí thay thế thường xuyên Thông thường thay
Hình 1.9 Lưỡi gạt mưa cao su
Gạt mưa Silicone là loại gạt mưa có lưỡi gạt sản xuất từ chất liệu silicone Đây là loại gạt mưa khá mới, chỉ vừa xuất hiện vài năm nay Ưu điểm:
- Lưỡi Silicone mịn hơn cao su, diện tích tiếp xúc nhiều hơn, ngăn không khí tốt nên cạnh quét sâu, gạt nước sạch hơn
- Lưỡi Silicone bền bỉ hơn cao su, chống mài mòn tốt hơn, chống UV tốt hơn nên thời gian sử dụng dài hơn (thường gấp đôi gạt cao su)
Nhược điểm: Giá cao hơn gạt mưa cao su
Hình 1.10 Lưỡi gạt mưa Silicon
Các loại công tắc gạt mưa
1.5.1 Cấu tạo về công tắc gạt mưa
Công tắc gạt nước được trang bị trên trục trụ lái, đó là vị trí mà người lái có thể điều khiển thuận lợi bất kỳ lúc nào khi cần Công tắc gạt nước có các chế độ OFF (dừng), LO (tốc độ thấp) và HI (tốc độ cao) và các chế độ khác để điều khiển chuyển động của nó Một số xe có chế độ MIST (gạt nước chỉ hoạt động khi công tắc gạt nước ở chế độ MIST (sương mù), chế độ INT (gạt nước hoạt động ở chế độ gián đoạn trong một khoảng thời gian nhất định khi được bật) và một loại công tắc có thể thay đổi để điều chỉnh khoảng thời gian gạt nước Đôi khi nhiều trường hợp công tắc gạt nước được kết hợp với công tắc điều khiển đèn Do đó, đôi khi người ta gọi là công tắc tổ hợp Ở những dòng xe có trang bị gạt nước cho kính sau, thì công tắc gạt nước sau cũng được lắp ở công tắt gạt nước và được bật về giữa các chế độ ON và OFF Một số xe có chế độ INT cho gạt nước kính sau Ở những kiểu xe hiện nay, ECU được đặt trong công tắc tổ hợp cho MPX (hệ thống thông tin đa chiều)
Hình 1.11 Công tắc gạt nước của BMW
1.5.2 Công tắc gạt nước có IC điều khiển gián đoạn
Loại có IC nằm trong được đấu với motor gạt nước loại âm chờ, khi xác định chân ra thì không tìm được chân C do chân C được nối bên trong IC
Hình 1.12 Công tắc gạt mưa có IC điều khiển gián đoạn Đặc điểm công tắc có IC nằm trong: do chân C không ra được vì chân C đã đi qua mạch điện tử Để xác định chân E thì chúng ta sẽ bật chế độ Washer (vì chân E thông với chân W) Ta tiến hành đấu một trong hai chân về mass, nếu ta đấu đúng chân E về mass thì chế độ INT sẽ hoạt động bình thường, nếu ta đấu sai chân W về mass thì chế độ Washer vẫn hoạt động nhưng chế độ INT sẽ không hoạt động được
Lưu ý trong đấu mạch: Nếu trường hợp thiếu thiết bị mà cần phải đấu công tắc gạt nước có IC nằm trong với motor dương chờ thì cần lưu ý những điều sau
- Thay motor dương chờ thành âm chờ, không đảo công tắc
- Thay motor dương chờ thành âm chờ bằng cách: xem chân B là chân E, chân E là chân B, chân -1, -2 thành +1,+2
- Cách này chỉ áp dụng khi học nghiên cứu tại xưởng, đấu các thiết bị rời Không áp dụng đấu trên xe thực tế
- Đối với mạch loại dương chờ, công tắc được đấu 2 chân mass thay vì như mạch âm chờ là 1 chân dương, 1 chân mass
1.5.3 Công tắc gạt nước có IC điều khiển bên ngoài
Loại IC nằm ngoài có thể đấu cho motor dương chờ hoặc âm chờ tùy vào loại IC điều khiển gián đoạn loại Ss nối dương hay nối âm Đối với loại này có thể xác định được chân
Hình 1.13 Sơ đồ chân ra công tắc gạt mưa có IC nằm ngoài
Khi đấu mạch cho công tắc có IC nằm ngoài, chỉ cần đấu đúng chân, đặc biệt là chân
E thì chế độ INT hoạt động.
Relay điều khiển gạt nước gián đoạn
Relay này dùng để kích hoạt gạt nước hoạt động một cách gián đoạn Hầu hết những kiểu xe hiện nay các công tắc gạt nước có relay này được sử dụng rộng rãi Gồm relay nhỏ và mạch transistor có tụ điện và điện trở cấu tạo thành relay điều khiển gạt nước gián đoạn Dòng điện tới động cơ gạt nước được điều khiển bằng relay theo tín hiệu được truyền từ công tắc gạt nước làm cho động cơ gạt nước chạy gián đoạn
Hình 1.14 Bộ điều khiển gạt nước gián đoạn
Có 2 loại: Loại chân Ss nối dương, loại Ss nối âm
Loại Ss nối dương thì đấu cho motor gạt nước âm chờ, loại Ss nối âm thì đấu cho motor gạt nước loại dương chờ.
Motor gạt nước
1.7.1 Cấu tạo chung của motor gạt nước
Motor gạt nước là dạng động cơ điện một chiều kích từ bằng nam chậm vĩnh cửu Motor gạt nước bao gồm có motor và bộ truyền bánh răng có nhiệm vụ làm giảm tốc độ ra của motor Motor gạt nước gồm có 3 chổi than tiếp điện: chổi tốc độ thấp, chổi tốc độ cao và chổi dùng chung (để tiếp mát) Một công tắc dạng cam được trang bị trong bánh răng để gạt nước dừng ở vị trí cố định trong mọi thời điểm
Hình 1.15 Cấu tạo motor gạt nước và cuộn dây của motor
Chuyển đổi tốc độ motor
Một sức điện động ngược được sinh ra trong cuộn dây phần ứng khi motor chuyển động để hạn chế tốc độ quay của motor
- Hoạt động ở tốc độ thấp: Khi dòng điện đi vào cuộn dây phần ứng từ chổi than tốc độ thấp, sức điện động ngược lớn được sinh ra Cho kết quả là motor quay với vận tốc thấp
- Hoạt động ở tốc độ cao: Khi dòng điện đi vào cuộn dây phần ứng từ chổi tiếp điện tốc độ cao, sức điện động ngược nhỏ được sinh ra Cho kết quả là motor quay với tốc độ cao
Cơ cấu gạt nước có nhiệm vụ dừng thanh gạt nước tại vị trí cố định Vì có chức năng này nên thanh gạt nước luôn được đảm bảo dừng ở vị trí cuối cùng của kính chắn gió khi bật công tắc gạt nước ở chế độ OFF Công tắc dạng cam có nhiệm vụ thực hiện chức năng này Công tắc này có đĩa cam xẻ rãnh chữ V cụt và 3 tiếp điểm Khi công tắc gạt nước ở chế độ LO/HI, điện áp ắc quy được đặt vào mạch điện và dòng điện đi vào motor gạt nước qua công tắc gạt nước làm cho motor gạt nước chuyển động
Tuy nhiên ở thời điểm công tắc gạt nước ở chế độ OFF, nếu tiếp điểm P2 ở vị trí tiếp xúc mà không phải ở vị trí điểm dừng thì điện áp của ắc quy vẫn được đặt vào mạch điện và dòng điện truyền vào motor gạt nước tới tiếp điểm P1 qua tiếp điểm P2 làm cho motor tiếp tục chuyển động quay Tiếp đến bằng việc quay đĩa cam làm cho tiếp điểm P2 ở vị trí rãnh do đó dòng điện không thể đi vào mạch điện và motor gạt nước bị dừng lại Tuy nhiên, vì quán tính của phần ứng motor không dừng lại ngay lập tức và tiếp tục quay chuyển động một ít Kết quả là tiếp điểm P3 vượt qua điểm dẫn điện của đĩa cam
Hình 1.16 Hoạt động của công tắc dạng cam
Thực hiện đóng mạch như sau:
Phần ứng → chân +1 của motor → công tắc gạt nước→ chân S của motor gạt nước
→ tiếp điểm P1 → tiếp điểm P3 → phần ứng Do phần ứng sinh ra sức điện động ngược trong mạch đóng này, vì thế quá trình hãm motor bằng điện được tạo ra và motor được dừng lại tại điểm cố định
1.7.2 Motor gạt nước loại dương chờ
Hình 1.17 Motor gạt nước loại dương chờ
Motor gạt mưa loại dương chờ, tức là khi đấu mạch thì nó được nối dương sẵn, có đặc điểm là nhiều nhất 2 chân thông vỏ (E,S) khi chân S nối E, ít nhất 1 chân thông vỏ (chân E) khi chân S bỏ E thông với B
Chân B lúc nào cũng thông với -1 (gạt chậm), -2 (gạt nhanh), tại điểm dừng thông với S
1.7.3 Motor gạt nước loại âm chờ
Hình 1.18 Motor gạt nước loại âm chờ
Trên xe thường người ta đấu mạch gạt mưa với tải là motor, được đấu âm sẵn Motor âm chờ có đặc điểm có ít nhất 3 chân thông với vỏ (E,+1, +2), lúc này chân S đang nối với B, trường hợp còn lại là nhiều nhất là 4 chân thông với vỏ (E, +1, +2, S), lúc này chân S nối với E.
Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống gạt mưa, rửa kính
1.8.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống gạt mưa, rửa kinh của xe KIA Caren
Hình 1.19 Sơ đồ mạch điện hệ thống gạt mưa xe Caren 2008 Chế độ Mist:
- Khi bật công tắc ở chế độ Mist nguồn điện đi từ ác quy qua cầu chì→ cấp nguồn cho chân 21 của hộp BCM ( khi hộp nhận tín hiệu dương từ chân 21 sẽ xuất ra tín hiệu mass ở chân 11) truyền tới chân 31 Điện từ ác quy đi qua LHD qua chân 79, khi đó relay gạt mưa có điện sẽ hút tiếp điểm xuống Sau đó nguồn điện sẽ đi từ chân 85→chân 87 →chân 12 → chân OFF thông vào chân LO → Motor gạt nước → mass
- Khi tắt chế độ Mist (nếu cần gạt đang lâng chừng) thì relay gạt mưa không còn tín hiệu sẽ đẩy tiếp điểm về lại Khi này dương từ chân 85→ chân 2→ chân 3→ chân 87A → chân 12→ chân OFF thông vào chân LO → Motor gạt nước → mass Tới vị trí dừng sẽ ngắt động cơ
Khi bật công tắc chế độ LOW nguồn điện đi từ ắc quy qua cầu chì → chân công tắc
LO→ chân 6 Motor gạt nước→ mass
Khi tắt chế độ LOW(nếu cần gạt đang lâng chừng), điện từ ác quy đi qua LHD qua chân 79→ chân 85→chân 2→ chân 3→ chân 87A → chân 12→ chân OFF thông vào chân
LO → Motor gạt nước → mass Tới vị trí dừng sẽ ngắt động cơ
Khi bật công tắc chế độ HIGH nguồn điện đi từ ắc quy qua cầu chì → chân công tắc HI→ chân 4 Motor gạt nước→ mass
Khi tắt chế độ HIGH(nếu cần gạt đang lâng chừng), điện từ ác quy đi qua LHD qua chân 79→ chân 85→chân 2→ chân 3→ chân 87A → chân 12→ chân OFF thông vào chân
LO → Motor gạt nước → mass Tới vị trí dừng sẽ ngắt động cơ
- Khi bật công tắc ở chế độ INT nguồn điện đi từ ác quy qua cầu chì→ cấp nguồn cho chân 23 của hộp BCM ( khi hộp nhận tín hiệu dương từ chân 23 sẽ xuất ra tín hiệu mass ở chân 11) truyền tới chân 31 Điện từ ác quy đi qua LHD qua chân 79, khi đó relay gạt mưa có điện sẽ hút tiếp điểm xuống Sau đó nguồn điện sẽ đi từ chân 85→chân 87 →chân 12 → chân OFF thông vào chân LO → Motor gạt nước → mass Motor chỉ quay 1 vòng xong ngắt nên relay gạt mưa không có điện sẽ đẩy tiếp điểm lên (nếu cần gạt đang lâng chừng) khi này dương từ chân 85→ chân 2→ chân 3→ chân 87A → chân 12→ chân OFF thông vào chân LO → Motor gạt nước → mass Tới vị trí dừng sẽ ngắt động cơ
- Công tắt điều chỉnh thời gian sẽ được truyền tới BCM do tài xế điều chỉnh khoảng thời gian gạt mưa lập lại nhanh hay chậm để BCM điều khiển nguồn điền kích cho motor hoạt động lập đi lập lại
Khi bật công tắc ở chế độ Washer nguồn điện đi từ ắc quy qua cầu chỉ cấp nguồn cho công tắc→chân 1→ Motor phun nước→ chân 2 về mass Nguồn điện qua chân 12 cấp dương cho BCM, khi này BCM xuất tín hiệu âm truyền tới chân 31 Điện từ ác quy đi qua LHD qua chân 79, khi đó relay gạt mưa có điện sẽ hút tiếp điểm xuống Sau đó nguồn điện sẽ đi từ chân 85→chân 87 →chân 12 → chân OFF thông vào chân LO → Motor gạt nước
1.8.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống gạt mưa, rửa kinh của xe TOYOTA Camry 2021
Hình 1.20 Sơ đồ mạch điện hệ thống gạt mưa, rửa kính Toyota Camry 2021
Trong công tắc gạt mưa sẽ có chân E( là chân chung) nối mass Khi bật bất kì chế độ nào thì có điện âm tử mass sẽ đi về IC (cảm biến lái) Từ tín hiệu điện âm kích vào sẽ chuyển thành tín hiệu mạng CAN 2 dây → ECU xử lý sau đó chuyển thành mạng LIN → điều khiển motor gạt nước
Khi bật chế độ INT, phần công tắc điều khiển thời gian sẽ có nhiều nấc, cũng có chân
E là chân mass và có cầu chia áp Những điện áp khác nhau gửi về hộp sẽ nhận biết được thời gian gạt gián đoạn ở chế độ nào Chân 2S sẽ cho biết motor gạt nước đang ở vị trí dừng hoặc không dừng
Chế độ phun nước rửa kính hoạt động cũng có chân E nối mass, khi bật công tắc sẽ có điện âm từ ắc quy vào IC, sau đó tín hiệu điện âm kích vào sẽ chuyển thành tín hiệu mạng CAN 2 dây → ECU xử lý → điều khiển motor phun nước.
Kiểm tra hư hỏng, chẩn đoán và cách sửa chữa hệ thống gạt mưa trên ô tô
Quy trình Chuẩn đoán và sữa chữa hệ thống gạt nước và rửa kính của Toyota
2.1.1 Kiểm tra công tắc gạt nước và rửa kính
Hình 2.1 Giắc công tắc gạt nước và rửa kính
- Đo điện trở của công tắc
Công tắc gạt nước kính chắn gió:
Bảng 2.1: Điện trở tiêu chuẩn công tắc gạt nước kính chắn gió
Nối dụng cụ đo Tình Trạng Công
Tắc Điều kiện tiêu chuẩn Kết quả đo thực tế
Công tắc rửa kính chắn gió
Bảng 2.2: Điện trở tiêu chuẩn công tắc rửa kính chắn gió
Nối dụng cụ đo Tình Trạng Công
Tắc Điều kiện tiêu chuẩn Kết quả đo thực tế
Công tắc gạt nước và rửa kính hậu:
Bảng 2.3: Điện trở tiêu chuẩn công tắc gạt nước và rửa kính hậu
Nối dụng cụ đo Tình Trạng Công
Tắc Điều kiện tiêu chuẩn Kết quả đo thực tế
WASH (vị trí công tắc gạt nước sau tắt OFF) Dưới 1 Ω
WASH (vị trí công tắc gạt nước sau ON)
- Nếu kết quả không như tiêu chuẩn, thay cụm công tắc
- Kiểm tra hoạt động ngắt quãng
- Nối đầu đo dương (+) của vôn kế vào cực B-3 (+1) và đầu đo âm (-) của vôn kế vào cực A-2 (EW)
- Nối cực dương (+) ắc quy vào cực B-2 (+B) và cực âm (-) ắc quy vào cực A-2 (EW) và B-1 (+S)
- Bật công tắc gạt nước đến vị trí INT
- Nối cáp âm (+) ắc quy vào cực B-1 (+S) trong 5 giây
- Nối cáp âm (-) ắc quy vào cực B-1 (+S) Vận hành rơle gạt nước ngắt quãng và kiểm tra điện áp giữa cực B-3 (+1) và A-2 (EW)
- Hãy tham khảo hình vẽ dưới đây
Hình 2.2 Điện áp giữa các cực B-2(+1) và A-2(EW)
- Nếu kết quả không như tiêu chuẩn, hãy thay công tắc
- Kiểm tra hoạt động rửa kính chắn gió
- Tắt công tắc gạt nước OFF
- Nối cực dương (+) ắc quy vào cực B-2 (+B) và cực âm (-) ắc quy vào cực B-1 (+S) và A-2 (EW)
- Nối đầu đo dương (+) của vôn kế vào cực B-3 (+1) và đầu đo âm (-) của vôn kế vào cực A-2 (EW)
- Bật công tắc rửa kính ON và OFF, và kiểm tra điện áp giữa cực B-3 (+1) và A-2 (EW)
- Hãy tham khảo hình vẽ dưới đây
Hình 2.3 Điện áp giữa các cực B-3(+1) và A-2(EW)
- Nếu kết quả không như tiêu chuẩn, thay cụm công tắc
2.1.2 Kiểm tra cụm motor rửa kính
Hình 2.4 Giắc cụm motor rửa kính
Motor hoạt động ở tốc độ thấp (LO)
- Kiểm tra hoạt động LO
- Nối cực dương (+) ắc quy vào cực 1 (+) và cực âm (+1) ắc quy vào cực 5 (E), và kiểm tra rằng môtơ hoạt động ở chế độ tốc độ thấp (LO)
Motor hoạt động ở tốc độ cao (HI)
- Nếu kết quả không như tiêu chuẩn, hãy thay môtơ
- Kiểm tra hoạt động HI
- Nối cực dương (+) ắc quy vào cực 4 (+2) và cực âm ắc quy vào cực 5 (E), và kiểm tra rằng môtơ hoạt động ở chế độ tốc độ cao (HI)
Motor hoạt động dừng tự động
- Nếu kết quả không như tiêu chuẩn, hãy thay môtơ
- Kiểm tra hoạt động dừng tự động
- Nối cực dương (+) ắc quy vào cực 1 (+1) và cực âm (-) ắc quy vào cực 5 (E) Với môtơ đang quay ở tốc độ thấp (LO), tháo cực ra khỏi cực 1 (+1) để dừng hoạt động của môtơ gạt nước ở bất kỳ vị trí nào ngoài vị trí dừng tự động
- Dùng SST, nối các cực 3 (S) và 1 (+1) Sau đó nối cực dương (+) ắc quy vào cực 2 (B) để khởi động lại hoạt động của môtơ với tốc độ thấp (LO)
- Kiểm tra rằng môtơ tự động ngừng ở vị trí ngừng tự động
- Hãy tham khảo hình vẽ
- Nếu kết quả không như tiêu chuẩn, hãy thay môtơ
Hình 2.5 Vòng quay motor ghi dừng
2.1.3 Kiểm tra motor rửa kính và cụm bơm trước
Hình 2.6 Cụm bơm nước rửa kính
- Việc kiểm tra này phải được thực hiện với môtơ 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 môtơ 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 phun ra từ bình rửa kính
- Nếu kết quả không như tiêu chuẩn, thay cụm môtơ phun nước và cụm bơm
2.1.4 Kiểm tra motor rửa kính và cụm bơm rửa kính hậu
- Tương tự như kiểm tra motor bơm kính trước
2.1.5 Kiểm tra cụm motor gạt nước sau
- Kiểm tra hoạt động của gạt nước
- Nối cực dương (+) ắc quy vào cực 1 (B) và cực âm (-) ắc quy vào cực 2 (+1), và kiểm tra rằng môtơ hoạt động
Hình 2.7 Giắc cụm motor gạt nước sau
Kiểm tra Motor hoạt động
Hình 2.8 Motor rửa kính hậu vị trí dừng tự động
- Nếu kết quả không như tiêu chuẩn, thay cụm motor
- Kiểm tra hoạt động dừng tự động
- Nối cực dương (+) ắc quy vào cực 1 (B) và cực âm (-) ắc quy vào cực 2 (+1) Khi môtơ đang quay, hãy ngắt dây ra khỏi cực 1 (+) để dừng hoạt động của môtơ gạt nước ở vị trí dừng tự động
- Kiểm tra rằng môtơ tự động ngừng ở vị trí ngừng tự động
- Nếu kết quả không như tiêu chuẩn, thay cụm môtơ
- Hãy tham khảo hình vẽ.
Phương pháp chẩn đoán và sửa chửa hệ thống gạt mưa của KIA
2.2.1 Kiểm tra hệ thống vận hành ở chế độ gián đoạn:
Bước 1: Nối đầu đo dương(+) đồng hồ vào chân (Low) và đầu đo âm(-) đồng hồ vào tiếp điểm GND
Bước 2: Nối cực dương (+) của acquy vào chân (Low) và cực âm (-) của acquy vào tiếp điểm GND và chân S của công tắc và relay
Bước 3: Bật công tắc sang chế độ INT
Bước 4: Nối cực dương (+) của acquy vào chân S trong 3 giây
Bước 5: Nối cực âm (-) của acquy vào chân S Vận hành relay gạt nước gián đoạn (INT) và kiểm tra điện áp giữa chân (Low)và tiếp điểm GND Nếu kết quả cho ra không đúng như giá trị yêu cầu thì ta thay công tắc mới
2.2.2 Kiểm tra motor phun nước
Bước 1: Châm nước rửa kính có pha dung dịch vào bình chứa nước rửa kính
Bước 2: Nôi cực dương (+) của acquy vào chân 1 của motor gạt nước và bơm nước, cực âm (-) của acquy nối vào chân 2
Bước 3: Bật công tắc phun nước xem nước có được phun từ bình chứa ra đúng yêu cầu hay chưa Nếu kết quả chưa chuẩn thì thay cụm motor phun và bơm nước
2.2.3 Kiểm tra lỗ phun nước và lượng nước được phun tân
Bật công tắc sang chế độ Washer, xem lỗ phun nước có bị nghẹt, tia nước bắn ra đều không, kiểm tra mực nước trong bình có đủ để motor phun không
Nếu mực nước còn đủ trong bình chứa mà motor không phun nước ra ta lấy cây 1 để thông các lỗ nhỏ để loại bụi bẩn và có thể tháo đường ống ra để vệ sinh
2.2.4 Kiếm tra nguồn điện có đủ cho motor bơm nước hoạt động
Bước 1: Xác định vị trí của motor bơm nước nằm ở đâu, thường xe năm ngày motor gạt nước hoặc gần bình chứa nước rửa kính
Bước 2: Rút giặc điện của motor bơm
Bước 3: Bật chìa khóa ON và bật công tắc sang chế độ Washer
Bước 4: Dùng đồng hồ đo xem nguồn điện có đến bơm không Nếu không có ta kiểm tra lại cầu chì, dây dẫn và thay thế khi bị đứt hoặc hỏng
Bước 5: Nếu có điện đến bơm mà không hoạt động ta tiến hành thay bơm mới
2.2.5 Xác định các chân của công tắc gạt nước
Bước 1: Đánh dấu các chân ( hoặc màu dây) và các vị trí công tắc để ghi kết
Bước 2: Chuyển công tắc về OFF và sử dụng đồng hồ VOM chuyển sang chế độ đo ôm để kiểm tra thông mạch các chân
Bước 3: Cắm que đo curaVOM vào 1 chân cố định
Bước 4: Que còn lại lần lượt cắm vào từng chân còn lại để kiểm tra thông mạch Bước 5: Ghi kết quả đo được vào bảng để xác định
Bước 6: Lần lượt bật công tắc sang các chế độ INT, HIGH, LOW, MIST, WASGED và tiến hành đo tương tự
2.2.6 Xác định các chân của motor gạt nước
Kiểu motor sử dụng mạch dừng dương chờ:
- Motor loại dương chờ có 5 chân: B+, GND, HIGH, LOW, S
- Cấp nguồn B+ và GND của acquy cho motor gạt nước, để ý tốc độ quay của motor, tìm được chân High, Low và chân mass E
- Mở nắp cơ câu tự động dừng, quan sát miếng đồng
- Chân S là chân nối mass E ở vị trí dừng
- Chân dương + là chân còn lại
Kết quả ta tìm được các chân của motor gạt nước sử dụng mạch dương chờ
Kiểu motor sử dụng mạch dừng âm chờ:
- Motor loại âm chờ có 5 chân: B+, GND, HIGH, LOW, S
- Cấp nguồn B+ và GND của acquy cho motor gạt nước, để ý tốc độ quay của motor, tìm được chân High, Low và B+
- Mở nắp cơ cấu tự động dừng, quan sát miếng đồng
- Chân S là chân nối dương + ở vị trí dừng.
Quy trình tháo và lắp hệ thống gạt mưa và rửa kính của Toyota
2.3.1 Quy trình tháo hệ thống gạt mưa và rửa kính
Bước 1: Ngắt cáp âm ra khỏi ắc quy
Bước 2: Tháo nắp che đầu tay gạt nước phía trước
Bước 3: Tháo cụm tay gạt và lưỡi gạt nước phía trước bên trái
- Tháo đai ốc, tay gạt và lưỡi gạt
Hình 2.9 Tháo cụm tay gạt và lưỡi gạt phía trước bên trái
Bước 4: Tháo cụm tay gạt và lưỡi gạt nước phía trước bên phải
- Tháo đai ốc, tay gạt và lưỡi gạt
Hình 2.10 Tháo cụm tay gạt và lưỡi gạt phía trước bên phải
Bước 5: Tháo gioăng làm kín giữa nắp capô và tấm vách ngăn
- Gỡ 12 vấu hãm và tháo phớt
Hình 2.11 Tháo gioãng làm kín
Bước 6: Tháo máng thông gió phía trên tấm vách ngăn bên phải
- Nhả 5 vấu hãm và 4 kẹp và tháo máng thông gió
Hình 2.12 Tháo máng thông gió bên phải
Bước 7: Tháo máng thông gió phía trên tấm vách ngăn bên trái
- Nhả 5 vấu hãm và 4 kẹp và tháo máng thông gió
Hình 2.13 Tháo máng thông gió bên trái
Bước 8: Tháo cụm môtơ gạt nước kính chắn gió và thanh nối
- Di chuyển miếng đệm của gạt nước theo hướng mũi tên như trong hình vẽ để nhả
- Miếng đệm gạt nước ra khỏi thân xe và tháo môtơ gạt nước và thanh dẫn động
Hình 2.14 Tháo bu lông thanh nối
Bước 9: Tháo cụm môtơ gạt nước kính chắn gió
- Dùng tô vít, tách 2 thanh nối của cần dẫn động gạt nước ra khỏi môtơ gạt nước như trong hình vẽ
- Dùng chìa hoa khế T30, tháo các bulông và môtơ gạt nước
Hình 2.15 Tháo cụm motor gạt nước
2.3.2 Quy trình lắp ráp hệ thống gạt mưa và rửa kính
Bước 1: Lắp cụm motor gạt nước rửa kính chắn gió
- Dùng chìa hoa khế T30, lắp môtơ gạt nước bằng 2 bulông
- Mômen: 7.5 N*m{ 76 kgf*cm , 66 in.*lbf }
- Bôi mỡ MP vào các chi tiết trượt của môtơ gạt nước và 2 thanh đẩy của thanh dẫn động gạt nước
- Lắp thanh dẫn động gạt nước vào môtơ gạt nước bằng 2 bulông
Bước 2: Lắp cụm motor gạt nước và thanh nối
- Di chuyển môtơ gạt nước và thanh dẫn động theo hướng mũi tên như trong hình vẽ để nhả miếng đệm gạt nước ra khỏi thân xe và lắp môtơ gạt nước và thanh dẫn động
- Mômen: 5.5 N*m{ 56 kgf*cm , 49 in.*lbf }
Bước 3: Lắp cụm máng thông gió phía trên vách táp lô bên trái
- Cài khớp 5 vấu hãm và 4 kẹp, và lắp máng thông gió
Bước 4: Lắp cụm máng thông gió phía trên vách táp lô bên phải
- Cài khớp 5 vấu hãm và 4 kẹp, và lắp máng thông gió
Bước 5: Lắp gioang làm kín giữa nắp capo đến tấm vách ngăn
- Gắn 12 kẹp và lắp phớt
Bước 6 Lắp cụm tay gạt và lưỡi gạt nước trước phải
- Dừng môtơ gạt nước ở ở vị trí ngừng tự động
- Lau rãnh khía của tay gạt nước với dũa tròn hay tương được
- Lau rãnh khía của chốt quay tay gạt nước với dũa tròn hay tương đương
- Lắp tay gạt và lưỡi gạt sao cho lưỡi gạt và tay gạt ở vị trí như trong hình vẽ
Hình 2.16 cách lắp thanh gạt nước
- Mômen: 19.6 N*m{ 200 kgf*cm , 14 ft.*lbf }
- Lau rãnh khía của tay gạt nước với dũa tròn hay tương được
- Lau rãnh khía của chốt quay tay gạt nước với dũa tròn hay tương đương
Hình 2.17 vùng hoạt động của thanh gạt nước
Bước 7: Nối cáp vào cực âm ắc quy
Bước 8: Tiến hành thiết lập ban đầu.
Một số nguyên nhân hư hỏng và cách khắc phục của hệ thống gạt mưa, rửa kính 29 Chương 3: Thiết kế hệ thống gạt mưa, rửa kính và vi điều khiển
Bảng 2.4: Nguyên nhân hư hỏng và biện pháp khắc phục
Những hư hỏng Nguyên nhân Biện pháp khắc phục
Gạt nước và phun nước rửa kính trước không hoạt động
Dây điện bị đứt, chạm mass, chạm dương
Tiến hành đo thông mạnh cho hệ thống, chủ yếu tại các giắc nối dây, đấu lại chỗ đứt
Hỏng cụm công tắc gạt nước rửa kính
Tiến hành sửa chửa cụm công tắc gạt nước hoặc thay mới
Cầu chì phun gạt nước bị đứt Tiến hành thay cầu chì mới Ở chế độ Low hay High, motor không hoạt động
Chổi than của motor bị mòn hoặc bị gãy
Tháo motor ra kiểm tra chổi than, nếu do chổi than thì thay mới
Bị đứt dây điện ở bên trong
Dùng đồng hồ kiểm tra thông mạch, xác định lại đoạn dây bị đứt, nối lại
Hỏng cụm công tắc gạt nước rửa kính
Bật đồng hồ mở thang đo ôm đo thông mạch công tắc, nếu hỏng thì thay mới
Cần gạt nước không hoạt động ở chế độ INT
Do lỏng sút hoặc đấu dây sau.Vít dừng bị cháy
Dùng đồng hồ đo thông mạch cho hệ thống, kiểm tra vít dừng gián đoạn
Tiến hành thay mới nếu hỏng
Hỏng relay điều khiển gián đoạn
Kiểm tra và tiến hành thay mới relay nếu relay hỏng
Hỏng cụm công tắc gạt nước rửa kính
Dùng đồng hồ đo thông mạch chế độ INT của công tắc gạt nước, nếu hỏng thì tiến hành thay mới
Hỏng motor Tiến hành thay mới motor nếu motor hỏng Đứt cầu chì Tiến hành thay mới cầu chì
Motoe gạt nước không hoạt động Đứt dây điện
Dùng đồng hồ kiểm tra thông mạch dây điện motor, xác định lại đoạn dây bị đứt, nối lại Hỏng công tắc phun gạt nước
Kiểm tra lại công tắc và tiến hành thay mới nếu công tắc hỏng Đứt cuộn dây motor Tiến hành thay mới nếu motor hỏng
Mòn bánh răng trục vít
Thay mới bánh răng nếu độ mòn của bánh răng trụ vít quá lớn
Lỏng ổ bi Tiến hành thay mới ổ bi nếu ổ bi bị lỏng
ON và nước được phun nhưng gạt nước không hoạt động
Hư motor gạt nước Tiến hành thay mới motor nếu motor hỏng
Hư cơ cấu gạt nước
Kiểm tra bôi trơn hay các viên bị trượt của cơ cấu gạt nước Nếu hỏng tiến hành thay mới
Hỏng công tắc gạt nước
Kiểm tra lại công tắc và tiến hay thay mới nếu công tắc hỏng
Motor gạt nước hoạt động bình thường nhưng nước rửa kính không phun ra
Hỏng cụm công tắc gạt nước rửa kính
Dùng đồng hồ đo thông mạch chế độ WASH của công tắc gạt nước, nếu hỏng thì tiến hành thay mới
Tháo motor ra kiểm tra chổi than, nếu do chổi than thì thay mới
Nghẹt ống dẫn nước và vòi phun
Kiểm tra ống dẫn nước và vòi phun có bị nghẹt không, nếu nghẹt thì thay ống mới
Cần gạt nước không trở về hay trở về sai vị trí
Chế độ OFF của công tắc gạt nước bị hư
Dùng đồng hồ đo thông mạch chế độ OFF của công tắc, nếu hỏng thì tiến hành thay mới khi công tắc gạt nước ở chế độ
Dùng đồng hồ kiểm tra thông mạch dây điện motor, xác định lại đoạn dây bị đứt, nối lại Motor gaht nước hoạt động không chính xác Điều chỉnh lại cơ cấu ăn khớp giữa trục vít bánh vít cho chính xác
Cao su bị mòn Do thời tiến Tiến hành thay mới
Gạt nước và phun nước rửa kính không hoạt động
Cầu chì đứt Dùng đồng hồ đo thông mạch cầu chì, nếu đứt thì tiến hành thay mới Hỏng cụm công tắc gạt nước rửa kính
Dùng đồng hồ đo thông mạch từng chế độ của công tắc, nếu hỏng thì thay mới Đứt hay hỏng tại cắc giắc nối khiến mạch hở
Dùng đồng hồ đo thông mạch các giắc nối, nếu đứt thì tiến hành nối lại
Lỗi chạm mass và chạm dương
Dùng đồng hô đo điện áp vị trí bị chạm, tiến hành sửa chữa
Motor phun nước sau không hoạt động
Dây điện bị đứt Dùng đồng hồ đo thông mạch toàn hệ thống, tiến hành đầu dây lại
Hỏng cụm công tắc gạt nước rửa kính
Dùng đồng hồ đo thông mạch chế độ WASH của công tắc gạt nước, nếu hỏng thì tiến hành thay mới
Hỏng motor Tiến hành thay motor mới nếu motor bị hỏng.
Tổng quan về board Adruino
Arduino board là một bo mạch nguồn mở đem tới cho người dùng một sản phẩm dễ sử dụng, dễ kết nối và lập trình Arduino board được thiết kế gồm một vi xử lý dòng AVR (Arduino Due là dòng ARM), cổng USB, các chân analog input, digital I/O … Ngôn ngữ lập trình cho Arduino dựa trên Wiring (ngôn ngữ Arduino) và được viết trên phần mềm Arduino IDE
Arduino thực chất là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình dành cho việc kết nối với những thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hay nhiều các thiết bị khác Đặc điểm nổi trội của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng rất dễ dàng tiếp cận và sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học tập một cách nhanh chóng ngay cả với người kém am hiểu về điện tử và lập trình Và điều làm nên sự nổi bật của Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất từ phần cứng tới phần mềm Chỉ với khoảng 180 ngàn, người dùng đã có thể sở hữu một bo Arduino có 20 ngõ I/O có thể tương tác và điều khiển nhiều thiết bị
3.1.2 Các ứng dụng nổi bật của bo mạch Arduino
Arduino được chọn làm bộ não xử lý của rất nhiều thiết bị từ đơn giản đến phức tạp Trong số đó có một vài ứng dụng thực sự chứng tỏ khả năng vượt trội của Arduino do chúng có khả năng thực hiện nhiều nhiệm vụ rất phức tạp Sau đây là một số ứng dụng nổi bật của Arduino: Ứng dụng trong hệ thống đóng cửa tự động
Hình 3.2 Mô hình đóng cửa tự động ứng dụng Arduino Ứng dụng trong việc tự động đóng cửa hay có thể dùng trong việc kéo sào phơi quần áo khi trời đổ mưa là một trong những ứng dụng được sử dụng thông dụng nhất và hiệu quả nhất của Arduino Vừa không tốn nhiều chi phí, vừa dễ dàng để cho mọi người sử dụng khi không ở nhà khi trời mưa hoặc quên đóng cửa Ứng dụng trong máy in 3D Ứng dụng trong máy in 3D, một trong những ứng dụng đang rất phát triển ở Việt Nam nhờ vào Arduino, đó là sự phát triển máy in 3D nguồn mở Reprap Máy in 3D là công cụ giúp tạo ra các vật thể thực trực tiếp từ các file CAD 3D mà ta đã vẽ sẵn Công nghệ này hứa hẹn nhiều ứng dụng rất thú vị và hiệu quả cao trong sản xuất
Hình 3.3 Máy in 3D Makerbot điều khiển Arduino Mega2560
Kích hoạt chụp ảnh tốc độ cao Đây là một ứng dụng rất đơn giản nhưng đặc biệt hữu ích với những ai đam mê chụp ảnh Ứng dụng này giúp tạo ra những bức ảnh độc đáo ghi lại những khoảnh khắc xảy ra cực nhanh mà nếu không có dụng cụ hỗ trợ chúng ta khó lòng ghi lại Điều khiển ánh sáng
Các tác vụ điều khiển đơn giản như đóng ngắt đèn LED hay phức tạp như điều khiển ánh sáng theo nhạc hoặc tương tác với ánh sáng laser đều có thể thực hiện với Arduino Ứng dụng trong Robot
Do kích thước nhỏ gọn và khả năng xử lý mạnh mẽ Arduino được chọn làm bộ xử lý trung tâm của rất nhiều loại Robot, đặc biệt la Robot di động
Hình 3.4 Robot di động tránh vật cản dùng Arduino nano và camera CMUCam
Thiết bị bay không người lái UAV
UAV là một ứng dụng đặc biệt thích hợp với Arduino do chúng có khả năng xử lý nhiều loại cảm biến như Gyro, accelerometer, GPS…; điều khiển động cơ servo và cả khả năng truyền tín hiệu từ xa
Hình 3.5 Thiết bị bay UAV
Trên đây chỉ là một vài ví dụ minh họa cho khả năng ứng dụng của Arduino Ngoài ra còn vô số các ứng dụng khác như là: Ứng dụng trong hệ thống tưới cây tự động, điều khiển động cơ, ứng dụng trong hệ thống giám sát môi trường…
3.1.3 Khả năng của bo mạch Arduino
Bo mạch Arduino sử dụng dòng vi xử lý 8-bit megaAVR của Atmel với hai chip phổ biến nhất là ATmega328 và ATmega2560 Các dòng vi xử lý này cho phép lập trình các ứng dụng điều khiển phức tạp, do được trang bị cấu hình mạnh với các loại bộ nhớ ROM, RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/O trong đó có nhiều ngõ có khả năng xuất tín hiệu PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog và các chuẩn giao tiếp đa dạng như UART, SPI, TWI (I2C)
- EEPROM: 1KB (ATmega328) và 4KB (ATmega2560)
- SRAM: 2KB (Atmega328) và 8KB (Atmega2560)
- Flash: 32KB (Atmega328) và 256KB (Atmega2560) Đọc tín hiệu cảm biến ngõ vào:
+) Digital: Những bo mạch Arduino có các cổng digital có thể thiết lập làm ngõ vào hoặc ngõ ra bằng phần mềm Do đó người dùng cần linh hoạt quyết định số lượng ngõ vào và ngõ ra Tổng số lượng cổng digital trên những bo mạch dùng Atmega328 là 14, còn trên Atmega2560 là 54
+) Analog: Những bo mạch Arduino đều có nhiều các ngõ vào analog với độ phân giải
10 bit (1024 phân mức, ví dụ với điện áp tiêu chuẩn là 5V thì độ phân giải khoảng 0.5mV)
Số lượng cổng vào analog là 6 với Atmega328, và 16 cho Atmega2560 Với chức năng đọc analog thì người dùng có thể sử dụng nhiều loại cảm biến như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, ánh sáng, …
Xuất tín hiệu điều khiển ngõ ra:
+) Digital output: Tương tự giống như các cổng vào digital, người dùng có thể sử dụng cấu hình trên phần mềm để quyết định dùng ngõ digital nào là ngõ ra Tổng số lượng cổng digital trên mỗi mạch dùng Atmega328 là 14, còn trên Atmega2560 là 54
+) PWM output: Trong các cổng digital, người dùng có thể chọn một số cổng dùng để xuất tín hiệu điều chế xung PWM Độ phân giải của các tín hiệu PWM này là 8-bit Số lượng cổng PWM đối với các bo dùng Atmega328 là 6, còn đối với các bo mạch dùng Atmega2560 là 14 PWM có các ứng dụng trong viễn thông, xử lý âm thanh hoặc điều khiển động cơ phổ biến nhất là động cơ servo trong các máy bay mô hình
+) Serial: Đây cũng là dạng giao tiếp nối tiếp được sử dụng khá phổ biến trên các bo mạch Arduino Mỗi bo mạch có trang bị một số cổng Serial cứng (giao tiếp do phần cứng trong chíp điều khiển) Bên cạnh đó, hầu hết các cổng digital còn lại đều có thể được thực hiện giao tiếp nối tiếp bằng phần mềm (có thư viện chuẩn, người dùng cũng không cần thiết phải viết code) Mức tín hiệu của những cổng này là TTL 5V Lưu ý cổng nối tiếp RS-232 trên những thiết bị hoặc PC có mức tín hiệu là UART 12V Để giao tiếp được giữa hai mức tín hiệu, cần phải có bộ chuyển mức, ví dụ như chip MAX232 Số lượng cổng Serial cứng của Atmega328 là 1 còn của Atmega2560 là 4 Với tính năng giao tiếp nối tiếp, các bo mạch Arduino có thể kết nối được với rất nhiều thiết bị như PC, touchscreen, các game console…
Phần mềm Arduino IDE
Ta sử dụng phần mềm Arduino IDE( Ardurino Integrated Development Environment) là một trình soạn thảo văn bản, giúp chung ta viết code để nạp vào bo mạch để thực hiện các yêu cầu như mong muốn
3.2.1 Giao diện của Arduino IDE
Khi mở phần mềm Arduino IDE lên sẽ hiện lên giao diện cơ bản buộc phải có khi soạn thảo văn bản hoặc viết code để nạp Giao diện phần mềm gồm ba phần chính: vùng lệnh, vùng viết chương trình, vùng thông báo Ba vùng này giúp ta dùng công cụ có thể nhanh hơn, kiểm soát được nội dung văn bản, những dòng code ta đang viết, biết được những phần thông tin sai khi kiểm tra code trước khi nạp vào bo mạch để thực hiện theo đúng yêu cầu mình đã đề ra
Dưới đây là giao diện chính của phần mềm arduino:
Hình 3.8 Hình ảnh giao diện phần mềm Arduino IDE
Bao gồm các nút lệnh menu (File, Edit, Sketch, Tools, Help) Phía dưới là các icon cho phép sử dụng nhanh các chức năng thường dùng của IDE được miêu tả như sau:
Bảng 3.2: Các chức năng trong vùng lệnh
Biên dịch chương trình đang soạn thảo để kiểm tra các lỗi lập trình
Biên dịch và upload chương trình đang soạn thảo
Mở một trang soạn thảo mới
Mở các chương trình đã lưu Lưu chương trình đang soạn
Mở cửa sổ Serial Monitor để gửi và nhận dữ liệu giữa máy tính và board Arduino
Vùng viết chương trình: Ta sẽ viết các đoạn mã của mình mong muốn thực hiện tại đây Tên chương trình sẽ được hiển thị ngay dưới dãy các Icon, ở đây nó tên là “Blink” Để ý rằng phía sau tên chương trình có một dấu “§” Như thế có nghĩa là đoạn chương trình chưa được lưu lại
Hình 3.9 Hình ảnh vùng thông báo của phần mềm Arduino IDE
Những thông báo từ IDE sẽ được hiển thị tại đây Chú ý rằng góc dưới cùng bên phải hiển thị loại board mạch Arduino và cổng COM được ta sử dụng Luôn chú ý tới phần này vì nếu ta chọn sai loại board mạch hoặc cổng COM, ta sẽ không thể upload được code của mình viết
3.2.2 Cấu trúc các hàm cơ bản của phần mềm
Cấu trúc chương trình viết cho Arduino gồm hai phần đầu tiên là hàm khởi tạo setup() và vòng lặp loop()
Hàm setup(): được gọi khi bắt đầu một bản viết code Trong hàm sẽ khai báo tên các biến khởi tạo, các chế độ của chân, vị trí các chân và bắt đầu sử dụng các thư viện Hàm setup chỉ chạy một lần sau mỗi lần bật nguồn hoặc reset mạch Arduino
Những lệnh trong phần setup() sẽ được chạy khi khởi động mạch Arduino Ta có thể dùng nó để có thể khai báo giá trị của biến, khai báo thư viện, thiết lập các thông số,… mà ra sử dụng Sau khi setup() chạy xong, những lệnh trong loop() được chạy Bất cứ lúc nào ta nhất nút Reset, chương trình sẽ quay trở về lại trạng thái như khi Arduino mới được cấp nguồn vào
Vòng lặp loop(): Được sử dụng để lặp đi lặp lại những câu lệnh và tạo thành những vòng lặp liên tiếp mà ta mong muốn, sau khi setup() chạy xong, những lệnh trong loop() được chạy liên tục Chúng sẽ lặp đi lặp lại liên tục cho tới khi nào ta ngắt nguồn của board Arduino mới thôi
Quá trình này có thể được miêu tả như sơ đồ dưới đây:
Hình 3.10 Sơ đồ thể hiện quy trình làm việc của các hàm setup() và loop()
- Ví dụ1: int ledPin = 8; //kết nối đến Led với chân số 8 void setup()
{ pinMode(ledPin, OUTPUT); // đặt chân số làm chân ra
{ digitalWrite(ledPin, HIGH); // đèn led sáng delay(5000); // đợi trong 5s digitalWrite(ledPin, LOW); //đèn led tắt delay(5000); //doi trong 5s
Giải thích: Khi ta cấp nguồn cho Arduino, lệnh “pinMode(led, OUTPUT);” sẽ được chạy 1 lần để khai báo Sau khi chạy xong lệnh ở setup(), lệnh ở loop() sẽ được chạy và được lặp đi lặp lại liên tục, tạo thành một chuỗi tới khi nào ta ngắt nguồn sẽ ngừng lại
3.2.3 Các hàm vào ra số (Digital I/O)
Hàm pinMode(): Cấu hình một chân thành một chân vào hoặc một chân ra
Cú pháp: pinMode(pin, mode);
Trong đó: pin là số của chân muốn đặt chế độ, mode là các chế độ INPUT, INPUT_PULLIP, OUTPUT Giá trị trả về là none
Serial.println(giá trị): In giá trị để Monitor Serial trên máy tính
DigitalRead(): Đọc tín hiệu điện từ một chân digital (được thiết đặt là INPUT) Trả về 2 giá trị HIGH hoặc LOW
Cú pháp: digitalRead(pin) - Thông số: pin là giá trị của digital muốn đọc
DigitalWrite(): Xuất tín hiệu ra những chân digital, có 2 giá trị đươc sử dụng là HIGH hoặc là LOW Nếu pin được thiết lập đặt là OUTPUT bởi pinMode() và dùng digitalWrite để xuất ra tín hiệu thì điện thế tại chân này sẽ là 5V (hoặc là 3,3V trên mạch 3,3V) nếu xuất tín hiệu là HIGH, và 0V nếu xuất tín hiệu là LOW Nếu pin được thiết lập đặt là INPUT bởi pinMode() Lúc này digitalWrite sẽ bật (HIGH) hoặc tắt (LOW) hệ thống điện trở pullup nội bộ Nên dùng INPUT_PULLUP nếu muốn bật hệ thống điện trở pullup nội bộ
Cú pháp: digitalWrite(pin,value)
Trong đó: pin: Số của chân digital mà muốn thiết đặt; value: HIGH hoặc LOW
- Ví dụ 2: int ledPin = 8; // chân led 8 int inPin = 1; // button tại chân 1 int val = 0; // biến "val" dùng để lưu tín hiệu từ digitalRead void setup()
{ pinMode(ledPin, OUTPUT); // đặt pin digital 8 là output pinMode(inPin, INPUT); // đặt pin digital 1 là input
{ val = digitalRead(inPin); // đọc tín hiệu từ digital1 digitalWrite(ledPin, val); // thay đổi giá trị của đèn LED là giá trị của digital 1
3.2.4 Các hàm vào ra tương tự(Analog I/O)
Hàm AnalogRead(): là đọc giá trị điện áp từ một chân Analog (ADC) Trên mạch Arduino UNO trang bị 6 chân Analog In, được kí hiệu từ A0 đến A5 Trên các mạch khác cũng có những chân tương tự như vậy với chữ cái "A" đứng đầu, sau đó là số hiệu của chân AnalogRead() luôn hiện lên về 1 số nguyên nằm trong khoảng từ 0 đến 1023 tương ứng với thang điện áp (luôn mặc định) từ 0 đến 5V Chúng ta có thể điều chỉnh thang điện áp này bằng hàm analogReference() Hàm analogRead() cần 100 micro giây để thực hiện
Trong đó: pin là số chân của chân tương tự cần đọc Giá trị trả về là: từ 0 đến 1023
- Ví dụ 3: int voltage = analogRead(A0);
Trong đó A0 là chân dùng để đọc điện áp
Hàm analogWrite(): Là lệnh xuất ra từ một chân trên bo mạch Arduino một mức tín hiệu analog (phát xung PWM) Người ta thường điều khiển mức sáng tối của đèn LED hay hướng quay của động cơ servo mà mình muốn bằng cách phát xung PWM như thế này
Ta không cần gọi hàm pinMode() để đặt chế độ OUTPUT cho chân sẽ dùng để phát xung PWM trên mạch Arduino
- Cú pháp: analogWrite([chân phát xung PWM], [giá trị xung PWM]);
Giá trị mức xung PWM nằm trong khoảng từ 0 đến 255
Trong đó: pin là chân để ghi dữ liệu, value nhận một trong hai giá trị trong khoảng từ
0 (tắt) tới 255 (mở) Giá trị trả về là none
- Ví dụ 4: int led = 10; void setup() {
} Đoạn code trên có chức năng làm sáng dần một đèn LED được kết nối vào chân số 10 trên mạch Arduino
3.3 Ý tưởng thiết kế mô hình
Xuất phát từ tình hình thực tế trong nước và thế giới, cùng với các nhận định và phân tích nêu trên thì ta có thể nhìn ra rằng ngày nay trên nhiều dòng xe sang và phổ thông đã được trang bị hệ thống gạt nước mưa và rửa kính tự động Tuy nhiên trên những loại xe ít tiền hơn thì hệ thống gạt nước mưa chủ yếu vẫn làm việc trên nguyên lý chuyển đổi bằng tay theo cách truyền thống Điều này đôi lúc gây bất lợi đối với người lái xe đó là thường xuyên mất thời gian mở công tắc gạt nước trong khi lái xe trong điều kiện thời tiết xấu (mưa bão…), điều này làm mất tập trung và ảnh hưởng đến việc lái xe an toàn Trong thời đại công nghệ như hiện nay việc áp dụng công nghệ vào việc trang thiết bị trên các phương tiện giao thông nhằm mang đến sự tiện nghi đối với người điều khiển các phương tiện giao thông là hết sức quan trọng
Vì thế, với vốn kiến thức lý thuyết cơ bản đã học cũng như các thông tin tham khảotrên internet em nhận ra vấn đề về xây dựng một hệ thống gạt nước tự động chuyển sang ON khi trời có mưa và ngừng lại khi trời tạnh mưa là một vấn đề đang được nhà sản xuất và người tiêu dùng quan tâm Nhằm mục đích mang đến sự thuận tiện và tính an toàn cho người lái xe, đặc biệt là những chủ sở hữu người mà có thu nhập thấp và trung bình chưa có điều kiện sở hữu cho mình một chiếc xe được trang bị hệ thống gạt nước tự động thì giờ cũng có thể lắp đặt trên chiếc xe của mình một hệ thống gạt nước và rửa kính tự động với một chi phí phù hợp Đề tài của em đưa ra đó là sự kết hợp giữa hệ thống gạt nước mưa truyền thống và bổ sung thêm chức năng tự động ON khi có mưa và OFF khi hết mưa để tự động hóa hệ thống gạt nước mưa trên ô tô mà không cần phải có sự điều khiển bằng tay
Với ý tưởng này, em sử dụng một cảm biến phát hiện mưa để nhận biết dữ liệu từ môi trường đó là các hạt nước mưa rơi trên mặt kính và gửi về cho vi điều khiển Bộ điều khiển chính là một vi điều khiển có khả năng thu thập dữ liệu và xử lý dữ liệu truyền tới để từ đó tác động điều khiển động cơ gạt nước Hệ thống này gọi là hệ thống gạt nước mưa tự động.
Yêu cầu thiết kế
Hệ thống sau khi xây dựng xong phải đảm bảo các yêu cầu thiết kế sau:
- Hệ thống sẽ tự động gạt khi có mưa
- Tự động dừng lại khi tạnh mưa
- Cảm biến phát hiện lượng mưa chính xác
- Tốc độ quay của động cơ gạt nước thay đổi nhanh chậm phù hợp với từng điều kiện trời mưa (mưa to hoặc mưa nhỏ)
- Động cơ quay ở hai tôc độ: nhanh và chậm
- Thiết kế vi điều khiển nhỏ gọn và phù hợp với xe
- Hệ thống phải hoạt động nhẹ nhàng, linh hoạt, ổn định
- Tiết kiệm năng lượng sử dụng
- Chi phí phù hợp với người dùng
Tìm hiểu và khai thác đầy đủ các tài liệu đã học, kiến thức liên quan đến đề tài hệ thống gạt nước mưa tự động Lựa chọn những linh kiện phù hợp với mục đích đề tài như:
Vi điều khiển, cảm biến hay động cơ… Ở đây ta lựa chọn vi điều khiển chính là bo mạch Arduino và sử dụng cảm biến mưa để thu thập dữ liệu từ môi trường và gửi về cho vi điều khiển Chọn động cơ là động cơ gạt nước, động cơ sẽ quay khi được điều khiển bởi vi điều khiển Phần mềm để lập trình chính là phần mềm Arduino IDE
Sau khi đã tìm hiểu đầy đủ các tài liệu liên quan và các linh kiện cần thiết ta có thể bắt đầu bắt tay vào thiết kế và xây dựng hệ thống: xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý của hệ thống, mạch điện, ghép nối các khối chức năng và lập trình cho hệ thống
3.6 Phân tích và lựa chọn linh kiện sử dụng
Lựa chọn linh kiện phù hợp để sử dụng là một bước rất quan trọng và cần thiết trong mỗi dự án Lựa chọn linh kiện phù hợp sẽ giúp cho việc thiết kế trở lên dễ dàng và thuận tiện hơn, cũng như đem đến hiệu quả công việc cao hơn
Sau khi tham khảo nhiều linh kiện của các mô hình khác, để mô hình có thể gần giống trên ô tô nhất và sử dụng hiệu quả hơn nên em chọn hầu hết linh kiện có trên ô tô hiện nay
3.7 Lựa chọn các linh kiện cấu thành mô hình hệ thống gạt mưa
3.7.1 Lựa chọn nguồn điện áp vào
Nguồn điện áp đầu vào với một mô hình là điều quan trọng nhất vì để khởi động mô hình làm việc có hiệu quả hay phù hợp hay không thì chúng ta phải lựa chọn chính xác, tránh những việc lựa chọn nhầm lẫn điện áp đầu vào Hầu hết điện áp trên xe ô tô đều sử dụng điện một chiều 12VDC, tùy vào loại motor thì ampe sẽ tương xứng với motor đó Vì thế ở mô hình hệ thống gạt mưa em lựa chọn nguồn tổ ong loại 12V-15A
Nguồn tổ ong được sử dụng trong mô hình với mục đích biến đổi nguồn điện xoay chiều sang nguồn điện 1 chiều Việc này được thực hiện thông qua sự dao động xung được tạo ra bằng một mạch điện tử với một biến áp xung
Em lựa chọn sử dụng loại cầu chì Standard (APR, ATC, ATO) vì thiết kế nhỏ gọn, phù hợp với nhiều dòng xe Đây cũng là loại cầu chì được sử dụng phổ biến trong hầu hết các dòng xe hơi và xe tải hiện nay
3.7.3 Lựa chọn thiết bị điều khiển Ở đây thiết bị được điều khiển chính là động cơ điện Động cơ điện có rất nhiều loại trên thị trường khác nhau như: Động cơ một chiều DC, động cơ bước, động cơ Servo… Mỗi loại động cơ có tốc độ quay, cách điều khiển, cũng như các ứng dụng khác nhau phù hợp với tùy mục đích sử dụng trong thực tế Vì vậy để thuận tiện trong quá trình điều khiển cũng như bám sát vào hệ thống như trên ô tô và dễ dàng thiết kế trong mô hình này thì em lựa chọn động cơ gạt nước trên ô tô Sau đây là một số loại động cơ phổ biến trong thực tế và những so sánh về những đặc trưng tiêu biểu của chúng để từ đó giúp ta có thể lựa chọn được loại động cơ phù hợp với yêu cầu thiết kế
Động cơ một chiều DC
Hình 3.13 Động cơ một chiều DC Động cơ một chiều DC (DC là từ viết tắt của "Direct Current Motors") là động cơ điều khiển trực tiếp có cấu tạo đơn giản gồm hai dây (dây nguồn và dây tiếp đất) DC motor là động cơ một chiều với cơ năng quay liên tục, động cơ điện một chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu Khi cấp năng lượng vào thì động cơ DC sẽ bắt đầu quay và chuyển điện năng thành cơ năng Đa phần những động cơ DC sẽ quay với cường độ RPM rất cao (số vòng quay/ phút), và các động cơ DC đều được ứng dụng để làm quạt làm mát máy tính, hoặc kiểm soát tốc độ quay của bánh xe… Để có thể điều khiển tốc độ quay của động cơ DC, người ta sử dụng điều khiển biến độ rộng xung (kí hiệu là PWM), đây là kỹ thuật điều khiển tốc độ vận hành bằng việc bật và tắt các xung điện Động cơ điện một chiều DC có một số đặc điểm sau:
- Tốc độ nhanh, động cơ xoay vòng liên tục
- Được sử dụng cho các thiết kế cần phải có một thiết bị quay với tốc độ RPM, ví dụ như trục bánh xe ô tô, cánh quạt máy, các động cơ trên xe ô tô,vv
Một động cơ Servo (Servo Motors) là một tổ hợp chung cơ bản của các bộ phận như: một động cơ điều khiển tốc độ DC, một bánh răng, một vi điều khiển và một cảm biến Khả năng định vị của động cơ Servo thường được tính toán để kiểm soát được chính xác hơn so với các động cơ DC thông thường khác Động cơ Servo chủ yếu cấu tạo gồm 3 dây: dây nguồn, dây tiếp đất và dây điều khiển Không tương tự như động cơ DC hoạt động trên cơ chế xoay chiều có thể bật tắt nguồn, năng lượng (nguồn điện) của động cơ Servo được nạp vào liên tục Động cơ Servo hoạt động bằng việc kiểm soát dòng điện giúp động cơ có thể định hướng chính xác hướng hoạt động của mình Một số nhận xét về động cơ Servo: +) Ưu điểm:
- Tốc độ nhanh, mô-men xoắn cao, chuyển động chính xác trong một góc giới hạn
- Là động cơ có hiệu suất cao để thay thế cho động cơ bước
- Nếu tải trọng đặt vào động cơ tăng, bộ điều khiển sẽ tăng dòng tới cuộn dây động cơ giúp tiếp tục quay Để tránh hiện tượng trượt bước như trong động cơ bước
- Có thể hoạt động ở tốc độ cao
- Giá thành rẻ, sử dụng trong việc tìm tòi học hỏi
- Khi dừng lại, động cơ Servo dường như dao động tại vị trí dừng gây rung lắc
- Không phù hợp thực tế hay lắp đặt trên ô tô
Hình 3.15 Hình ảnh động cơ bước Động cơ bước (hay còn được gọi với tên là động cơ bước từ tính, động cơ hỗ trợ việc bước), bản chất là một động cơ tăng lực sử dụng phương pháp khác trong việc lái hướng chuyển động Cụ thể, động cơ bước vận hành bằng việc sử dụng một động cơ quay liên tục
DC, kết hợp cùng mạch điều khiển cùng với động cơ bước hoạt động bằng nam châm từ tính có nhiều răng được sắp xung quanh một bánh răng trung tâm để xác định vị trí Một số nhận xét về động cơ bước:
- Ưu điểm nổi trội của động cơ bước là khả năng kiểm soát vị trí khá chính xác
- Có thể điều khiển chính xác chuẩn góc quay
- Tốc độ tương đối chậm nhưng xác định chính xác hướng khi xoay, dễ dàng thiết lập và kiểm soát
- Giá thành tương đối thấp
Phân tích và lựa chọn linh kiện sử dụng
Lựa chọn linh kiện phù hợp để sử dụng là một bước rất quan trọng và cần thiết trong mỗi dự án Lựa chọn linh kiện phù hợp sẽ giúp cho việc thiết kế trở lên dễ dàng và thuận tiện hơn, cũng như đem đến hiệu quả công việc cao hơn
Sau khi tham khảo nhiều linh kiện của các mô hình khác, để mô hình có thể gần giống trên ô tô nhất và sử dụng hiệu quả hơn nên em chọn hầu hết linh kiện có trên ô tô hiện nay.
Lựa chọn các linh kiện cấu thành mô hình hệ thống gạt mưa
3.7.1 Lựa chọn nguồn điện áp vào
Nguồn điện áp đầu vào với một mô hình là điều quan trọng nhất vì để khởi động mô hình làm việc có hiệu quả hay phù hợp hay không thì chúng ta phải lựa chọn chính xác, tránh những việc lựa chọn nhầm lẫn điện áp đầu vào Hầu hết điện áp trên xe ô tô đều sử dụng điện một chiều 12VDC, tùy vào loại motor thì ampe sẽ tương xứng với motor đó Vì thế ở mô hình hệ thống gạt mưa em lựa chọn nguồn tổ ong loại 12V-15A
Nguồn tổ ong được sử dụng trong mô hình với mục đích biến đổi nguồn điện xoay chiều sang nguồn điện 1 chiều Việc này được thực hiện thông qua sự dao động xung được tạo ra bằng một mạch điện tử với một biến áp xung
Em lựa chọn sử dụng loại cầu chì Standard (APR, ATC, ATO) vì thiết kế nhỏ gọn, phù hợp với nhiều dòng xe Đây cũng là loại cầu chì được sử dụng phổ biến trong hầu hết các dòng xe hơi và xe tải hiện nay
3.7.3 Lựa chọn thiết bị điều khiển Ở đây thiết bị được điều khiển chính là động cơ điện Động cơ điện có rất nhiều loại trên thị trường khác nhau như: Động cơ một chiều DC, động cơ bước, động cơ Servo… Mỗi loại động cơ có tốc độ quay, cách điều khiển, cũng như các ứng dụng khác nhau phù hợp với tùy mục đích sử dụng trong thực tế Vì vậy để thuận tiện trong quá trình điều khiển cũng như bám sát vào hệ thống như trên ô tô và dễ dàng thiết kế trong mô hình này thì em lựa chọn động cơ gạt nước trên ô tô Sau đây là một số loại động cơ phổ biến trong thực tế và những so sánh về những đặc trưng tiêu biểu của chúng để từ đó giúp ta có thể lựa chọn được loại động cơ phù hợp với yêu cầu thiết kế
Động cơ một chiều DC
Hình 3.13 Động cơ một chiều DC Động cơ một chiều DC (DC là từ viết tắt của "Direct Current Motors") là động cơ điều khiển trực tiếp có cấu tạo đơn giản gồm hai dây (dây nguồn và dây tiếp đất) DC motor là động cơ một chiều với cơ năng quay liên tục, động cơ điện một chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu Khi cấp năng lượng vào thì động cơ DC sẽ bắt đầu quay và chuyển điện năng thành cơ năng Đa phần những động cơ DC sẽ quay với cường độ RPM rất cao (số vòng quay/ phút), và các động cơ DC đều được ứng dụng để làm quạt làm mát máy tính, hoặc kiểm soát tốc độ quay của bánh xe… Để có thể điều khiển tốc độ quay của động cơ DC, người ta sử dụng điều khiển biến độ rộng xung (kí hiệu là PWM), đây là kỹ thuật điều khiển tốc độ vận hành bằng việc bật và tắt các xung điện Động cơ điện một chiều DC có một số đặc điểm sau:
- Tốc độ nhanh, động cơ xoay vòng liên tục
- Được sử dụng cho các thiết kế cần phải có một thiết bị quay với tốc độ RPM, ví dụ như trục bánh xe ô tô, cánh quạt máy, các động cơ trên xe ô tô,vv
Một động cơ Servo (Servo Motors) là một tổ hợp chung cơ bản của các bộ phận như: một động cơ điều khiển tốc độ DC, một bánh răng, một vi điều khiển và một cảm biến Khả năng định vị của động cơ Servo thường được tính toán để kiểm soát được chính xác hơn so với các động cơ DC thông thường khác Động cơ Servo chủ yếu cấu tạo gồm 3 dây: dây nguồn, dây tiếp đất và dây điều khiển Không tương tự như động cơ DC hoạt động trên cơ chế xoay chiều có thể bật tắt nguồn, năng lượng (nguồn điện) của động cơ Servo được nạp vào liên tục Động cơ Servo hoạt động bằng việc kiểm soát dòng điện giúp động cơ có thể định hướng chính xác hướng hoạt động của mình Một số nhận xét về động cơ Servo: +) Ưu điểm:
- Tốc độ nhanh, mô-men xoắn cao, chuyển động chính xác trong một góc giới hạn
- Là động cơ có hiệu suất cao để thay thế cho động cơ bước
- Nếu tải trọng đặt vào động cơ tăng, bộ điều khiển sẽ tăng dòng tới cuộn dây động cơ giúp tiếp tục quay Để tránh hiện tượng trượt bước như trong động cơ bước
- Có thể hoạt động ở tốc độ cao
- Giá thành rẻ, sử dụng trong việc tìm tòi học hỏi
- Khi dừng lại, động cơ Servo dường như dao động tại vị trí dừng gây rung lắc
- Không phù hợp thực tế hay lắp đặt trên ô tô
Hình 3.15 Hình ảnh động cơ bước Động cơ bước (hay còn được gọi với tên là động cơ bước từ tính, động cơ hỗ trợ việc bước), bản chất là một động cơ tăng lực sử dụng phương pháp khác trong việc lái hướng chuyển động Cụ thể, động cơ bước vận hành bằng việc sử dụng một động cơ quay liên tục
DC, kết hợp cùng mạch điều khiển cùng với động cơ bước hoạt động bằng nam châm từ tính có nhiều răng được sắp xung quanh một bánh răng trung tâm để xác định vị trí Một số nhận xét về động cơ bước:
- Ưu điểm nổi trội của động cơ bước là khả năng kiểm soát vị trí khá chính xác
- Có thể điều khiển chính xác chuẩn góc quay
- Tốc độ tương đối chậm nhưng xác định chính xác hướng khi xoay, dễ dàng thiết lập và kiểm soát
- Giá thành tương đối thấp
- Về dòng từ driver tới cuộn dây động cơ hầu như không thể tăng hoặc giảm trong lúc hoạt động Vì thế, nếu bị quá tải động cơ sẽ bị trượt bước gây sai lệch trong điều khiển
- Đông cơ bước có thể gây ra nhiều nhiễu và rung động hơn động cơ Servo
- Động cơ bước không phù hợp cho những ứng dụng cần tốc độ cao khi hoạt động => Tất cả các loại động cơ đều có những ưu nhược điểm riêng, nhưng căn cứ vào yêu cầu bài toán đặt ra thì ta lựa chọn động cơ DC là phù hợp vì một số lí do sau: điều khiển dễ dàng,có sẵn trên thị trường Đó là những lí do cơ bản để em chọn động cơ DC là thiết bị điều khiển
3.7.4 Lựa chọn công tắc gạt mưa
Hình 3.16 Công tắc gạt mưa Để thực hiện cho việc điều khiển motor gạt mưa đơn giản phù hợp với mô hình thức thế trên xe nên em sẽ chọn công tắc gạt mưa trên xe để thực hiện Với những kiến thức đã được học trong trường việc chọn công tắc này có thế rút ngắn thời gian tìm hiểu đồng thời làm mô hình trở nên thực tế hơn
Motor phun nước ô tô là dạng động cơ xịt nước trước khi rửa kính bám bụi đảm bảo cho người lái xe có thể nhìn được rõ ràng đường đi bằng cách gạt sạch nước mưa trên phần kính trước và kính sau của ô tô
Em sử dụng motor có mã số (ASMO 860310-2451) với điện áp tiêu thụ 12V, gồm có
Các linh kiện chính được sử dụng trong mạch điều khiển mô hình
Nói về Arduino thì có rất nhiều loại khác nhau trên thị trường như: Arduino Mega, Arduino Due, Arduino Uno, Arduino Nano….Mỗi loại có một đặc tính riêng, số chân, chức năng, giá thành đều khác nhau tùy mục đích sử dụng Do nhu cầu sử dụng của đề tài thì ta thấy Arduino Uno là phù hợp nhất Vì nó chứa hầu như tất cả mọi thứ cần thiết hợp lý để hỗ trợ cho việc thu thập nhận tín hiệu và điều khiển động cơ, số chân chức năng đủ để dễ dàng sử dụng Đặc biệt là Arduino Uno là Board mạch rất phổ biến trong các dòng Arduino hiện nay với giá thành phù hợp
=> Lựa chọn Arduino Uno là phù hợp nhất vừa đảm bảo đầy đủ về mặt chức năng, vừa đảm bảo về mặt yêu cầu, giá thành phù hợp và sử dụng tương đối hiệu quả của đề tài
Arduino Uno sử dụng chip Atmega328 Nó có 14 chân digital I/O, 6 chân đầu vào (input) analog, dao động 16Mhz Một số thông số kỹ thuật như sau:
Bảng 3.3: Thông số Board Arduino Uno
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 32KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader
Hình 3.19 Module Relay kích H/L a) Khái Niệm
Relay là một công tắc (khóa K) Nhưng khác với công tắc truyền thống ở một chỗ cơ bản, relay được kích hoạt bằng điện thay vì dùng tay người b)Thông số kỹ thuật
Sử dụng điện áp nuôi DC 5V
Relay mỗi Relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA Điện thế đóng ngắt nguồn điện 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: 1.97 in x 1.02 in x 0.75 in (5.0 cm x 2.6 cm x 1.9 cm)
Weight: 0.60oz (17g) c) Cách sử dụng
DC+: cấp hiệu điện thế kích tối ưu vào chân này
DC- : nối với cực âm
IN: chân tín hiệu vào, sẽ làm nhiệm vụ kích rơ-le
Jumper: có thể kích mức HIGH hoặc LOW tùy ý người sử dụng
Nếu ta đang dùng module relay kích ở mức HIGH và chân DC+ đang cấp điện thế dương vào thì module rơ-le của ta sẽ được kích, ngược lại thì không thể kích được Ba chân còn lại nối với đồ dùng điện công suất cao:
COM: chân nóng dùng để nối với 1 chân bất kỳ của đồ dùng điện, mắc vào đây chân lửa (nóng) nếu dùng hiệu điện thế xoay chiều và cực dương nếu là hiệu điện một chiều
NO (thường mở): chân này bạn sẽ nối với chân lửa (nóng) nếu sử dụng điện xoay chiều và cực dương của nguồn nếu dòng điện một chiều thì mạch sẽ kín
NC (thường đóng): chân này ta sẽ nối chân lạnh (trung hòa) nếu sử dụng điện xoay chiều và cực âm của nguồn nếu sử dụng điện một chiều
3.8.3 Cảm biến gạt mưa a) Khái niệm
Cảm Biến Nước Mưa: Là cảm biến sử dụng rộng rãi để phát hiện trời mưa hay các môi trường có nước Mạch cảm biến mưa được đặt ngoài trời để kiểm tra trời có mưa không, qua đó truyền tín hiệu điều khiển đóng / ngắt relay phù hợp với nhiều mục đích sử dụng b) Thông số kĩ thuật
- Led báo nguồn điện (Màu xanh), Led cảnh báo có lượng mưa (Màu đỏ)
- Hoạt động dựa trên nguyên lý: Nước rơi vào phần cảm biến từ đó sẽ tạo ra điện áp (sẽ tạo ra môi trường dẫn điện) dẫn tới trên các chân D0 và A0
- Có 2 dạng tín hiệu: Analog (AO) và Digital (DO)
- Dạng tín hiệu: TTL, đầu ra 100mA (Có thể sử dụng trực tiếp Relay, Còi công suất nhỏ )
- Điều chỉnh độ nhạy bằng biến trở c) Cấu tạo của bộ cảm biến nước mưa
Hình 3.20 Hình ảnh bộ cảm biến gạt mưa
Mạch cảm biến mưa gồm 2 bộ phận:
Bộ phận cảm biến lượng nước mưa được gắn ngoài trời: Để thu thập phân tích dữ liệu khi trời mưa sẽ có tín hiệu đưa vào khối so sánh Khối cảm biến này có hai chân ra, đây bản chất là một điện trở, khi gặp có lượng nước mưa thì điện trở này sẽ dẫn điện và ngược lại khi không có nước nước mưa thì điện trở này sẽ không thể dẫn điện Điện trở này sẽ nối vào hai chân ra của bộ so sánh
Bộ so sánh: Bộ so sánh có bốn chân:
VCC, GND: Để nhận nguồn điện từ Arduino
D0: Để trả tín hiệu digital về cho arduino
A0: Là chân cho tín hiệu analog d) Nguyên lí hoạt động của cảm biến mưa:
Mạch cảm biến mưa hoạt động bằng việc so sánh hiệu điện thế của mạch cảm biến đặt nằm ngoài trời với giá trị định trước (giá trị này thay đổi được thông qua 1 biến trở màu xanh) từ đó phát ra tín hiệu điều khiển đóng / ngắt relay
Khi có lượng nước mưa rơi trên cảm biến, sẽ có điện áp chạy trong khoảng từ 0V đến 5V trên chân D0 và được truyền vào bộ so sánh sử dụng IC LM393, để truyền ra chân D0 điện áp mức 0 hoặc mức 1 Biến trở có tác dụng điều khiển độ nhậy, ta có thể tùy ý lựa chọn quyết định với lượng mưa như thế nào thì cảm biến sẽ đưa ra mức 1
Khi cảm biến khô ráo (trời không mưa), chân D0 của module cảm biến mưa sẽ được giữ ở mức điện áp cao (5V-12V) Khi có lượng nước mưa trên bề mặt cảm biến (trời mưa), đèn LED màu đỏ sẽ sáng lên, chân D0 được kéo xuống điện áp thấp (0V)
Ngoài ra, cảm biến mưa còn đưa trực tiếp chân A0 ra cho chúng ta có thể tiến hành đo lường, xác định lượng mưa cao hoặc thấp bằng cách kết nối với vi điều khiển và các bộ chuyển đổi ADC e) Ứng dụng
Bộ cảm biến mưa tuy cấu tạo rất đơn giản nhưng lại có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống thực tế như: Đo lường lượng mưa để điều khiển đóng cửa, chế tạo các thiết bị tự động hoạt động khi có mưa như tự động kéo giá phơi quần áo, tự động đóng cửa khi mưa, gạt nước tự động trên ôtô
Các ứng dụng cảm biến mưa:
● Sử dụng chức năng Digital: Cảm biến tự động kích hoạt motor khi có mưa (chúng ta có thể tùy biến nó vào công việc) thông qua sự điều khiển của bo mạch Arduino
Xây dựng hệ thống gạt mưa tự động
Xây dựng sơ đồ khối hệ thống gạt mưa tự động
Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống gạt mưa tự động
Nhiệm vụ - chức năng các khối chức năng của hệ thống:
- Khối nguồn 12V và 5V (Power): Dùng để cung cấp nguồn điện áp ổn định cho tất cả các linh kiện trong hệ thống, khối nguồn được sử dụng để ổn định và cấp điện áp 5VDC cho khối điều khiển (arduino) và 12VDC dành động cơ (motor gạt nước) cũng như cấp nguồn cho mạch hoạt động
- Khối cảm biến (Cảm biến mưa): Khối này có nhiệm vụ thu thập tín hiệu lượng mưa và chuyển thành giá trị theo mức lớn nhỏ điện áp để đưa đến vi điều khiển để xử lý Ở đề tài này em sử dụng cảm biến mưa để phát hiện khi trời có mưa và lưu lượng nước mưa Senor được đặt cố định một chỗ nơi mà có thể nhận được lượng mưa Khi có mưa rơi trên mạch cảm biến sẽ tạo thành môi trường dẫn điện và hình thành tín hiệu đưa đến bộ vi điều khiển Khi này cảm biến sẽ xác nhận lượng mưa và cho ra tín hiệu điều khiển tới vi điều khiển Bộ phận điều khiển sẽ tự động kích hoạt động cơ gạt nước hoạt động cũng như hoạt động ở tốc độ cao hoặc tốc độ thấp dựa trên lượng mưa được phát hiện từ khối cảm biến
- Khối điều khiển: Khối này có chức năng giao tiếp, nhận và xử lý dữ liệu từ cảm biến, điều khiển các thiết bị ngoại vi Ở đây khối điều khiển đóng vai trò rất quan trọng, nhận tín hiệu từ khối cảm biến (cảm biến mưa) nhận biết lượng mưa và tiến hành xử lí thông tin để từ đó truyền tín hiệu đến khối chấp hành (để tác động điều khiển relay làm cho động cơ gạt nước hoạt động theo yêu cầu đã đề ra)
- Module Relay 5VDC: Khối này có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ khối điều khiển để tác động tới motor gạt mưa hoạt động chế độ nhanh hay chậm
- Động cơ gạt nước: ta sẽ sử dụng động cơ gạt nước truyền thống trên xe ô tô, động cơ này được kết nối với hệ thống cần gạt nước để gạt nước khi có mưa Động cơ nhận tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển để từ đó hoạt động theo yêu cầu đã được thiết lập.
Nguyên lý hoạt động của mạch
Ban đầu khi cấp nguồn cho mạch, vi điều khiển sẽ phân tích các tham số và bắt đầu khởi động hệ thống Vi điều khiển sẽ đọc tín hiệu từ cảm biến tại chân A0 (lượng mưa theo thang ADC 1023 bit) so sánh với các ngưỡng đã thiết lập, nếu lượng mưa nhỏ hơn 100 thì động cơ không quay, nếu lượng mưa lớn hơn 100 và nhỏ hơn 500 thì điều khiển relay kích hoat động cơ gạt nước hoạt động ở tốc độ gạt chậm, nếu lượng mưa lớn hơn 500 thì điều khiển relay kích hoạt động cơ gạt nước ở tốc độ nhanh.
Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống gạt mưa tự động
Động cơ sẽ tự động gạt nước trong suốt thời gian có mưa Cảm biến được gắn cố định trên kính xe Khi có mưa rơi trên board cảm biến sẽ tạo ra môi trường dẫn điện và tạo ra tín hiệu điện áp để đưa đến đầu vào ADC của bộ điều khiển Cảm biến mưa sẽ cảm nhận lượng mưa ít hay nhiều để từ đó xuất ra tín hiệu điện áp cao hay thấp để đưa tới tới bộ vi điều khiển Từ đó bộ vi phận điều khiển sẽ tự động kích hoạt relay để điều khiển động cơ gạt nước theo chế độ quay nhanh hay chậm Hoạt động này được gọi là "hệ thống gạt nước mưa tự động" Cảm biến mưa được sử dụng để phát hiện mưa và lượng nước trên kính chắn gió sau đó gửi tín hiệu cho bộ điều khiển Tín hiệu từ chân A0 của cảm biến được đưa đến chân đầu vào ADC của bộ điều khiển, bộ điều khiển sẽ kích hoạt relay điều khiển để động cơ hoạt động và động cơ hoạt động ở tốc độ cao hay thấp dựa trên lượng mưa được phân tích trên mặt kính Nếu lượng nước ít thì động cơ gạt nước được kích hoạt ở chế độ tốc độ thấp, còn nếu lượng nước mưa lớn thì động cơ gạt nước kích hoạt ở chế độ tốc độ cao Nếu lượng nước hoặc chỉ có sương bám thì động cơ gạt nước sẽ không được kích hoạt.
Kết nối các khối chức năng trong hệ thống
4.4.1 Kết nối cảm biến mưa với Arduino Để xác định được độ lớn của nước cũng như là giá trị của cảm biến ta sử dụng chức năng chân Analog để đưa tín hiệu vào chân I/O của VĐK Chân AO dùng để xác định độ lớn của giọt nước, bằng cách đưa vào ADC (A0) của VĐK
- Kết nối hai khối của cảm biến mưa:
Hình 4.2 Kết nối khối cảm biến và khối so sánh của bộ cảm biến mưa
- Dựa vào chức năng sử dụng ta có sơ đồ kết nối giữa cảm biến mưa và Arduino như sau:
Hình 4.3 Mô hình thực tế sau khi kết nối cảm biến mưa và Arduino
+) Chân VCC của cảm biến mưa kết nối với nguồn 5V của Arduino để cấp nguồn cho cảm biến
+) Chân GND của cảm biến mưa kết nối với nguồn GND của Arduino
+) AO của cảm biến mưa nối với chân A0 của Arduino để xác định độ lớn của giọt nước, bằng cách đưa vào ADC của VĐK
+) Ta có thể điều chỉnh độ nhạy bằng biến trở
4.4.2 Kết nối Module Relay 5V với Arduino và motor gạt mưa
Dựa vào chức năng sử dụng ta có sơ đồ kết nối giữa Module relay với Arduino và motor gạt mưa như sau
Arduino → Module Relay → Motor gạt mưa
NO (Relay1) +1( chế độ LOW)
NO (Relay2) +2 (chế độ HIGH)
Ta có mô hình kết nối:
Hình 4.4 Mô hình thực tế kết nối Module Relay 5V với Arduino và motor gạt mưa
+) Chân VCC của Arduino kết nối với DC+ để cấp nguồn cho Module Relay
+) Chân GND của Arduino kết nối với DC-
+) Chân 7 của Arduino kết nối với chân IN của Relay 1 để nhận tín hiệu từ Arduino điều khiển motor theo yêu cầu
+) Chân 8 của Arduino kết nối với chân IN của Relay 1 để nhận tín hiệu từ Arduino điều khiển motor theo yêu cầu
+) Chân NO của relay 1 sẽ kết nối với dây +1( chế độ LOW) của motor gạt mưa để khi đủ lượng mưa yêu cầu sẽ kịch hoạt motor ở chế độ LOW
+) Chân NO của relay 2 sẽ kết nối với dây +2 ( chế độ HiGH) của motor gạt mưa để khi đủ lượng mưa yêu cầu sẽ kịch hoạt motor ở chế độ HIGH
4.4.3 Kết nối công tắc gạt mưa với motor gạt mưa
Bước 1: Đấu dây từ dương ắc – quy qua chân của cầu chì
Bước 2: Đấu từ cầu chì qua chân B của công tắc điều khiển gạt, phun nước rửa kính xe ô tô trên vành tay lái
Bước 3: Nối dây dương qua chân dương của motor phun nước rửa kính xe ô tô Bước 4: Nối âm của motor phun nước rửa kính xe ô tô vào chân E của công tắc điều khiển gạt, phun nước rửa kính xe ô tô trên vành tay lái
Bước 5: Nối chân +1 trên công tắc điều khiển gạt, phun nước rửa kính xe ô tô trên vành tay lái với chân +1 của motor gạt mưa nước
Bước 6: Nối chân +2 trên công tắc điều khiển gạt, phun nước rửa kính xe ô tô trên vành tay lái với chân +2 của motor gạt mưa nước
Bước 7: Nối E của motor gạt mưa nước về mát
Bước 8: Nối B của motor gạt mưa nước về chân dương
Bước 9: Nối chân Sm của mô-tơ gạt mưa nước về chân S của công tắc điều khiển gạt, phun nước rửa kính xe ô tô trên vành tay lái
Bước 10: Nối E của công tắc điều khiển gạt, phun nước rửa kính xe ô tô trên vành tay lái với âm ắc – quy
Bước 11: Kiểm tra tổng quát lại và cho vận hành.
Xây dựng lưu đồ thuật toán cho hệ thống gạt mưa tự động
Khi chế độ gạt mưa tự động hoạt động, các tham số dữ liệu đã được lập trình sẵn trong vi điều khiển Khi này nếu mưa, cảm biến sẽ hoạt động nhằm đọc giá trị (X) lượng mưa rơi trong cảm biến
Giá trị nhỏ hơn 100, nếu đúng sẽ không làm cho Module Relay không hoạt động, tín hiệu sẽ tiếp tục chạy quay về đọc giá trị X ban đầu Nếu sai sẽ xuống lượng mưa trong khoảng 100-500 Ở trường hợp này nếu đúng sẽ kích hoạt Module Relay 1 điều khiển motor
Khởi tạo các tham số, cấu hình hệ thống Đọc cảm biến giá trị mưa X
2 Module Relay không hoạt động
Kích hoạt Relay 1 điều khiển Motor gạt chế độ LOW
Kích hoạt Relay 2 điều khiển Motor gạt chế độ HIGH Đ Đ Đ
S gạt chế độ chậm, sau đó tín hiệu sẽ quay về đọc giá trị X ban đầu Nếu sai sẽ xuống lượng mưa lớn hơn 500 Khi này nếu đúng sẽ kích hoạt Modile Relay 2 điều khiển motor gạt ở chế độ nhanh, sau đó tín hiệu sẽ quay về đọc trá trị X ban đầu
Vòng lặp diễn ra liên tục đến khi nào ngừng mưa cũng như nước trong cảm biến không còn nữa.
Sơ đồ hệ thống gạt và phun nước
Hình 4.5 Sơ đồ mạch điện hệ thống gạt mưa, rửa kính của mô hình
Chế độ Mist/Low: Khi công tắc được bật điện từ ắc quy chạy vào chân B qua chân +1 vào chân +1 của motor gạt nước sau đó về mass
Chế độ High: Khi công tắc được bật điện từ ắc quy chạy vào chân B qua chân +2 vào chân +2 của motor gạt nước sau đó về mass
Chế độ Auto: Khi công tắc được bật, tùy thuộc vào lượng mưa rơi trên cảm biến mưa mà mạch Arduino sẽ điều khiển module relay kích hoạt chế độ Low hoặc High
Chế độ OFF: Dương ắc-quy vào chân B của motor gạt nước, (nếu không phải điểm dừng) sẽ qua chân S vào chân Sm → Ss → chân S công tắc cơ → chân +1 → chân +1 của motor → mass Quay cho đến khi đĩa cam đến điểm dừng thì dừng hẵn
Chế độ INT: khi bật chế độ INT thì stransitor hoạt động( khi này sẽ hút tiếp điểm 2 về 3) Dương ác quy đi vào chân B → IC điều khiển gián đoạn → tiếp điểm 3 → tiếp điểm
1 → Ss → S công tắc cơ → chân +1 → chân +1 của motor → mass Khi Stransitor ngắt thì tiếp điểm 3 về tiếp điểm 2 thì sẽ đi lại chế độ OFF Tùy theo nút điều chỉnh timer sẽ kích lại Stran quay lại chu kì kế tiếp
Chế độ Washer: dương ác quy qua motor phun nước đi vào chân W công tắc → chân
Hoàn thiện mô hình
Hình 4.6 Mô hình hoàn thành
Những dụng cụ được sử dụng để hoàn thiện trong mô hình gồm: máy khoan, kẽm, thước dây, băng keo 3M, đồng hồ vom để đo thông mạch, xác định chân nối của hệ thống Sau khi lắp hết các chi tiết lên bảng, tiến hành đấu dây điện cho mô hình
4.8.1 Kết quả đạt được về mặt lý thuyết
Qua quá trình tìm hiểu và thức hiện đề tài em đã thu được một số kết quả sau:
- Hiểu rõ hơn về hệ thống gạt nước và rửa kính trên ô tô
- Tìm hiểu được về Arduino và cách lập trình và các ứng dụng để thiết kế mạch điều khiển cho động cơ gạt nước hoạt động
- Biết được ứng dụng, cấu tạo cũng như các thông số cơ bản của cảm biến mưa, module relay 5V, Arduino trong thực tế và áp dụng vào trong đề tài
4.8.2 Kết quả đạt được về thức nghiệm
Qua một thời gian thực hiện đề tài em đã thu được một số kết quả sau:
Thiết kế được mạch điều khiển động cơ quay khi có mưa và dừng lại khi không mưa, thay đổi tốc độ theo lượng mưa thông qua module relay Khi mưa ít thì điều khiển động cơ quay chậm, khi mưa nhiều thì động cơ quay nhanh Đó là mô hình kết nối giữa cảm biến mưa, Arduino và động cơ được nạp code thông qua cổng USB kết nối với máy tính
Mô hình cảm biến gạt mưa tự động có thể ứng dụng được trên ô tô
Sau khi hoàn thành mạch thì mạch đã chạy đúng theo yêu cầu bài toán, qua đá em rút ra được một số đánh giá sau:
- Kết nối giữa các khối đơn giản
- Do sử dụng Arduino làm vi điều khiển chính nên ngôn ngữ lập trình khá đơn giản và dễ hiểu
- Nạp chương trình cho Arduino rất đơn giản chỉ cần kết nối với máy tính thông qua cổng USB có sẵn trên board Arduino, đồng thời ta cũng có thể hiển thị giá trị cảm biến mưa trên máy tính để tiện theo dõi
- Do sử dụng loại cảm biến mưa thông thường nên không phù hợp trên ô tô thực tế vì loại cảm biến này cần phải tiếp xúc trực tiếp với nước mưa nên điều này tồn tại nhiễu dẫn đến độ chính xác giảm và độ bền cũng giảm Vì thế để ứng dụng mô hình này trên ô tô thực tế ta cần sử dụng cảm biến phản xạ quang để phát hiện mưa rơi mà không cần tiếp xúc trực tiếp với nước mưa
- Khi lắp đặt hệ thống mới trên ô tô thì chi phí lắp đặt sẽ cao nên em đưa ra hướng phát triển là trên ô tô cũ ra sẽ tận dụng kết cầu cơ khí, động cơ hiện có để giảm chi phí lắp đặt.
Kết quả đạt được
Sau khi tìm hiểu và hoàn thành sau đề tài “Khai thác hệ thống gạt mưa, rửa kính trên ô tô.Thiết kế mô hình hệ thống gạt mưa tự động” với sự chỉ dạy và hỗ trợ của thầy TS Nguyễn Thành Sa, em đã rút ra được những ưu và hạn chế sau đây:
Ưu điểm: Nắm được lý thuyết về cấu tạo nguyên lý hoạt động của mạch điện hệ thống gạt mưa rửa kính trên xe ô tô Biết cách xác định và đấu được chân công tắc, chân động cơ gạt nước để hoạt động trơn tru Hiểu rõ hơn về nguyên nhân hư hỏng và cách sửa chữa khắc phục hệ thống gạt mưa rửa kính Tiếp đến được học hỏi và tìm hiểu thêm các linh kiện điện tử thường được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống hằng ngày là bo mạch Arduino, các cảm biến, module relay, biết thêm phần mềm viết code điều khiển đáp ứng được nhu cầu cần thiết để hoàn thành đề tài Sau cùng là tổng hợp được những kiến thức đã được học từ các thầy để áp dụng vào đề tài luận văn và có thể sẽ thực hành được sau khi tốt nghiệp ra trường
Nhược điểm: Chưa nắm rõ được hệ thống gạt mưa rửa kính tiên tiến hiện nay đang được trang bị trên các dòng xe sang hiện nay Mô hình chưa thể tương tự như hệ thống gạt mưa trên ô tô vì chỉ sử dụng mạch Arduino để điều khiển, cảm biến mưa dễ bị oxy hóa do dính nước sau thời gian làm việc
Hướng phát triển đề tài: Em sẽ thay đổi phần cảm biển mưa để thu thập và phân tích lượng mưa rơi ở kính Khi gạt nước ở vị trí AUTO, chức năng này dùng một cảm biến mưa, nó được lắp ở kính trước để nhận biết được lượng mưa và truyền tín hiệu về để điều khiển thời gian gạt nước tối ưu tương ứng theo lượng mưa rới trên cảm biến
Cảm biến mưa có cấu tạo gồm có một điốt phát tia hồng ngoại (LED) và một điốt quang để nhận các tia này Phương pháp phát hiện lượng nước mưa rới trên cảm biến dựa trên lượng tia hồng ngoại được phản xạ bởi kính trước của xe Ví dụ nếu không có nước mưa trên khu vực kính cảm biến, các tia hồng ngoại được phát ra từ LED đều được kính trước phản xạ và điốt quang sẽ nhận các tia phản xạ này Nếu có lượng mưa ở khu vực cảm biến trên kính, thì một phần tia hồng ngoại phát ra sẽ bị xuyên thấu ra ngoài do sự thay đổi hệ số phản xạ của kính xe do mưa Vì thế lượng tia hồng ngoại do điốt quang nhận được sẽ giảm xuống, đó là tín hiệu để xác định lượng mưa Do đó đây là chức năng điều khiển chế