TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT
Xu hướng phát triển
Ngày này, khi các thiết bị tiêu hao năng lượng thì năng lượng được chuyển hóa thành dạng có ích nhưng một phần năng lượng còn lại thì lại có hại làm tổn hao đi nguồn năng lượng của chúng ta Dạng năng lượng có hại này có nhiều dạng khác nhau nhưng chiếm ưu thế nhất vẫn là nhiệt độ Và đối với động cơ ô tô thì nhiệt độ luôn được sinh ra khi ta chuyển hóa nhiên liệu hóa thạch thành cơ năng Nếu nhiệt độ không được giảm thì là mỗi nguy hiểm cho các chi tiết trong động cơ và có thể gây cháy nổ chiếc xe đó Khi nhiệt độ tăng luôn là mỗi nguy hiểm cho chiếc xe của chúng ta Để giải quyết được vấn đề này thì các nhà sản xuất đã có giải pháp đó là lắp thêm hệ thống làm mát cho chiếc ô tô của họ giúp động cơ chiếc xe luôn được duy trì Họ đã và đang tìm ra nhiều giải pháp tối ưu nhất cho sản phẩm của mình.
Xu hướng phát triển hệ thống làm mát động cơ hiện nay hoàn toàn là làm mát cưỡng bức bằng chất lỏng Nhưng thay vì chạy quạt làm mát bằng chính cơ năng động cơ một cách rất thụ động, thì các hãng xe thiết kế điều khiển quạt làm mát 1 cách tự động Từ tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ, ECU sẽ điều kiển quạt làm mát sao cho phù hợp để động cơ hoạt động ổn định.
Chức năng, yêu cầu của hệ thống
Hệ thống làm mát là một trong những bộ phận quan trọng nhất của động cơ Hệ thống này giúp giảm nhiệt độ của động cơ và giúp cho động cơ làm việc ở nhiệt độ ổn tối ưu nhất Hiểu cách thức hoạt động cũng như các bộ phận và cách sửa chữa của hệ thống làm mát sẽ giúp cho chiếc xe hoạt động tốt, bền bỉ hơn.
- Ổn định nhiệt độ phù hợp trong thời gian làm việc của động cơ.
- Hệ thống hoạt động bền bỉ, ít trục trặc, hỏng hóc.
- Hệ thống làm việc tiết kiệm tối đa công của động cơ.
Cấu tạo và nguyên lí làm việc của hệ thống
Hình 1.1: Hệ thống làm mát của ô tô.
Két nước làm nguội nước có nhiệt độ cao Nước làm mát trong két trở lên nguội đi khi đi qua các ống tản nhiệt của nó tiếp xúc với luồng không khí tạo bởi quạt làm mát và luông không khí tạo bởi sự chuyển động của xe.
Cấu tạo từ những ống nhỏ, hẹp, xen lẫn là các lá nhôm mỏng để tản nhiệt nhanh hơn Két nước có tác dụng để chứa nước truyền nhiệt từ nước ra không khí để hạ nhiệt độ của nước và cung cấp nước mát cho động cơ khi làm việc.
Hình 1.2: Két nước làm mát.
Nắp két nước có một van áp suất dùng để nén nước làm mát nhiệt Nhiệt độ của nước cao sự chênh lệch áp suất trong két và ngoài trời khi đó khi đó van ap suất mở để đưa nước từ ket tới bình chứa.
Hệ thống làm mát được đóng kín và điều áp bằng một nắp két nước làm mát. Đóng kín làm giảm sự hao hụt nước làm mát do bốc hơi, sự tăng áp làm tăng nhiệt độ sôi của nước làm mát do đó làm tăng hiệu quả làm mát Nắp két nước có hai van: Van áp suất và van chân không.
Khi nhiệt độ nước làm mát tăng và áp suất trong két nước tăng thì van áp suất sẽ mở, để nước làm mát chảy về bình phụ.
Khi nhiệt độ nước làm mát tâng nhưng áp suất trong két nước thấp, van chân không sẽ mở để hút nước từ bình phụ vào két nước để duy trì hoạt động làm mát.
Khi áp suất bình chứa giảm xuống lúc này van chân không mở để đưa nước từ bình chứa vào két.
Quạt nước tạo và hướng lượng không khí vào két nước nó co thể dẫn động bằng trục cơ hoặc băng một mô tơ điện riêng.
Hình 1.4: Quạt làm mát động cơ điều khiển bằng điện.
Bơm nước là loại bơm cánh quạt dùng lực ly tâm để di chuyển dòng nước, bơm đặt phía trươc động cơ, nó được dẫn động bởi đai từ puli trục khuỷu có hai loại bơm cánh thẳng và bơm cánh cong.
Hình 1.5: Bơm nước làm mát.
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát.
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát có nhiệm vụ đo nhiệt độ của nước làm mát động cơ và truyền tín hiệu đến bộ xử lý trung tâm để tính toán thời gian phun nhiên liệu, góc đánh lửa sớm, tốc độ chạy không tải, …ở một số dòng xe, tín hiệu này còn được dùng để điều khiển hệ thống kiểm soát khí xả, chạy quạt làm mát động cơ.
Hình 1.6: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát.
Là một loại chất lỏng đặc biệt có tác dụng truyền dẫn nhiệt.
Hình 1.7: Dung dịch nước làm mát.
Van hằng nhiệt là một bộ phận nhằm hâm nóng động cơ nhanh chóng và điều khiển nhiệt độ của nước làm mát nó được đặt trong khoang giữa két nước và động cơ.
Hoạt động của van khi động cơ nóng lên làm cho sáp cũng nóng lên và chảy ra nó giãn nở và nó đẩy xy lanh chuyển động đóng, mở van.
+ Khi nhiệt độ nước thấp dưới 80 độ C
Lúc này van đóng không cho nước ra két nhằm hâm nóng động cơ.
+ Khi nhiệt độ nước cao trên 80 độ C.
Van mở cửa cho nước nóng ra ngoài két nước làm mát.
1.3.2 Nguyên lí làm việc của hệ thống làm mát.
Hệ thống làm mát trên ô tô hoạt động bằng cách vận chuyển nước làm mát tuần hoàn xung quanh thân máy và nắp quy lát Khi động cơ nóng lên, van hằng nhiệt sẽ mở để nước làm mát tuần hoàn qua thân máy, nó sẽ lấy nhiệt ra khỏi động cơ Nước nóng sau đó sẽ được đẩy về két nước làm mát, nước sẽ được chia nhỏ vào các ống nhỏ bên trong két nước và được làm mát bằng sức gió do quạt làm mát tạo ra đồng thời cùng với gió khi ô tô chuyển động để làm mát nước Khi nước nóng được làm mát, nó sẽ tiếp tục tuần hoàn trở lại vào bên trong động cơ để tiếp tục chu kỳ tuần hoàn liên tục nhờ vào hoạt động của bơm nước.
Van hằng nhiệt được đặt giữa động cơ và két nước để đảm bảo nước làm mát luôn được giữ nhiệt độ ổn định Nếu nhiệt độ nước làm mát quá thấp, van hằng nhiệt sẽ đóng lại không cho nước làm mát chảy về két nước, việc này giúp nhiệt độ động cơ nhanh chóng tăng đến nhiệt độ làm việc Khi nhiệt độ nước đạt tới nhiệt độ làm việc ổn định, van hằng nhiệt sẽ mở ra để thực hiện tuần hoàn nước về két nước. Để tránh cho nước làm mát bị sôi, hệ thống làm mát trên ô tô hiện nay còn được thiết kế để có khả năng chịu được áp suất Bởi khi áp suất càng cao, nhiệt độ sôi của nước càng tăng lên, khi áp suất vượt mức cho phép có thể làm cho thân máy bị nứt hoặc các đường ống nước bị nổ Do đó, khi áp suất bên trong hệ thống làm mát cao quá mức cho phép, nắp két nước sẽ mở ra để nước đi vào bình nước phụ để làm nguội và giúp giảm áp suất trong động cơ Khi nhiệt độ nước làm mát giảm, nước trong bình nước phụ sẽ được hút về trở lại hệ thống.
CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH
Vi điều khiển Arduino
2.1.1 Giới thiệu tổng quan Arduino.
- Arduino là một board mạch vi điều khiển được phát triển bởi Arduino.cc, một nền tảng điện tử mã nguồn mở chủ yếu dựa trên vi điều khiển AVR
Atmega328P Với Arduino chúng ta có thể xây dựng các ứng dụng điện tử tương tác với nhau thông qua phần mềm và phần cứng hỗ trợ.
- Khi arduino chưa ra đời, để làm được một dự án điện tử nhỏ liên quan đến lập trình, biên dịch, chúng ta cần đến sự hỗ trợ của các thiết bị biên dịch khác để hỗ trợ Ví dụ như, dùng Vi điều khiển PIC hoặc IC vi điều khiển họ 8051 , chúng ta phải thiết kế chân nạp onboard, hoặc mua các thiết bị hỗ trợ nạp và biên dịch như mạch nạp 8051, mạch nạp PIC
- Hiện nay Arduino được biết đến ở Việt Nam rất rộng rãi Từ học sinh trung học, đến sinh viên và người đi làm Những dự án nhỏ và lớn được thực hiện một cách rất nhanh, các mã nguồn mở được chia sẻ nhiều trên diễn dàn trong nước và nước ngoài Giúp ích rất nhiều cho những bạn theo đam mê nghiên cứu chế tạo những sản phẩm có ích cho xã hội.
- Trong những năm qua, Arduino là bộ não cho hàng ngàn dự án điện tử lớn nhỏ, từ những sản phẩm ra đời ứng dụng đơn giản trong cuộc sống đến những dự án khoa học phức tạp.
Cứ như vậy, thư viện mã nguồn mở ngày một tăng lên, giúp ích cho rất nhiều người mới biết đến Arduino cũng như những chuyên viên lập trình nhúng và chuyên gia cùng tham khảo và xây dựng tiếp nối
- Bạn cần sử dụng ngôn ngữ lập trình Arduino dựa trên sơ đồ, hệ thống của bạn thiết kế, thông qua phần mềm Arduino IDE, để thực hiện những yêu cầu đó đưa về bộ phận xử lý trung tâm ( Arduino).
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều phiên bản Arduino như:
- Arduino Uno R3 là một board mạch vi điều khiển được phát triển bởi
Arduino.cc, một nền tảng điện tử mã nguồn mở chủ yếu dựa trên vi điều khiển AVR Atmega328P.
- Phiên bản hiện tại của Arduino Uno R3 đi kèm với giao diện USB, 6 chân đầu vào analog, 14 cổng kỹ thuật số I / O được sử dụng để kết nối với các mạch điện tử, thiết bị bên ngoài Trong đó có 14 cổng I / O, 6 chân đầu ra xung PWM cho phép các nhà thiết kế kiểm soát và điều khiển các thiết bị mạch điện tử ngoại vi một cách trực quan.
- Arduino Uno R3 được kết nối trực tiếp với máy tính thông qua USB để giao tiếp với phần mềm lập trình IDE, tương thích với Windows, MAC hoặc Linux Systems, tuy nhiên, Windows thích hợp hơn để sử dụng Các ngôn ngữ lập trình như C và C++ được sử dụng trong IDE.
- Ngoài USB, người dùng có thể dùng nguồn điện ngoài để cấp nguồn cho bo mạch.
- Khi tính chất và chức năng của nhiệm vụ trở nên phức tạp, thẻ nhớ SDMirco có thể được kết nối thêm vào Arduino để lưu trữ được nhiều thông tin hơn.
2.1.4 Hình dáng và kích thước Arduino Uno R3
Hình 2.1: Hình dáng thực tế Arduino Uno R3.
2.1.5 Sơ đồ chân và chức năng các chân
Hình 2.2: Sơ đồ các chân
Có một số chân I / O Digital và analog được đặt trên bo mạch hoạt động ở mức logic 5V với dòng từ khoảng từ 20mA đến 40mA
- Đèn LED : Arduino Uno đi kèm với đèn LED tích hợp được kết nối thông qua chân 13 Cung cấp mức logic HIGH tương ứng ON và LOW tương ứng OFF.
- Vin : Đây là điện áp đầu vào được cung cấp cho board mạch Arduino Khác với 5V được cung cấp qua cổng USB Pin này được sử dụng để cung cấp điện áp toàn mạch thông qua jack nguồn, thông thường khoảng 7-12VDC
- 5V : Chân 5V được sử dụng để cung cấp điện áp đầu ra Arduino được cấp nguồn bằng ba cách đó là USB, chân Vin của bo mạch hoặc giắc nguồn DC.
- USB : Hỗ trợ điện áp khoảng 5V trong khi Vin và Power Jack hỗ trợ dải điện áp trong khoảng từ 7V đến 20V
- GND : Chân mass chung cho toàn mạch Arduino
- Reset : Chân reset để thiết lập lại về ban đầu
- IOREF : Chân này rất hữu ích để cung cấp tham chiếu điện áp cho Arduino
- PWM : PWM được cung cấp bởi các chân 3,5,6,9,10, 11 Các chân này được cấu hình để cung cấp PWM đầu ra 8 bit.
- SPI : Chân này được gọi là giao diện ngoại vi nối tiếp Các chân 10 (SS),
11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) cung cấp liên lạc SPI với sự trợ giúp của thư viện SPI.
- AREF : Chân này được gọi là tham chiếu tương tự, được sử dụng để cung cấp điện áp tham chiếu cho các đầu vào tương tự.
- TWI : Chân Giao tiếp TWI được truy cập thông qua thư viện dây Chân A4 và A5 được sử dụng cho mục đích này.
- Serial Communication :Giao tiếp nối tiếp được thực hiện thông qua hai chân 0 (Rx) và 1 (Tx).
- Rx : Chân này được sử dụng để nhận dữ liệu trong khi chân Tx được sử dụng để truyền dữ liệu.
- External Interrupts (Ngắt ngoài) : Chân 2 và 3 được sử dụng để cung cấp các ngắt ngoài.
Giới thiệu về LCD 16x2
- Trong những năm gần đây, màn hình tinh thể lỏng LCD (Liquid Crystal Display) ngày càng được sử dụng rộng rãi và đang dần thay thế các đèn LED (7 đoạn và nhiều đoạn) Đó là vì các nguyên nhân sau:
- Màn hình LCD có giá thành hạ.
+ Khả năng hiển thị số, ký tự và đồ hoạ tốt hơn nhiều so với đèn LED (đèn LED chỉ hiển thị được số và một số ký tự).
+ Dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau
+ Sử dụng thêm một bộ điều khiển tương phản của LCD và như vậy giải phóng CPU khỏi công việc này Còn đối với đèn LED luôn cần CPU ( hoặc bằng cách nào đó) để duy trì việc hiển thị dữ liệu.
+ Dễ dàng lập trình các ý tự và đồ hoạ.
2.2.2 Hình dáng và kích thước
- Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau, trên hình
1 là loại LCD thông dụng.
- Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên trong lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết Các chân này được đánh số thứ tự và đặt tên như hình dưới đây :
Hình 2.3: Thứ tự chân của LCD16x2
1 Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với
GND của mạch điều khiển
2 VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với
VCC=5V của mạch điều khiển
3 VEE Điều chỉnh độ tương phản của LCD.
4 RS Chân chọn thanh ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0”
(GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi.
+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read)
+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD.
5 R/W Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic
“0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc.
6 E Chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus
DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E. transition) của tín hiệu chân E.
+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp.
Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU
Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này : + Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7.
+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới
DB7, bit MSB là DB7
15 - Nguồn dương cho đèn nền
Bảng 2.1: Bảng chức năng của các chân LCD 16x2
* Ghi chú : Ở chế độ “đọc”, nghĩa là MPU sẽ đọc thông tin từ LCD thông qua các chân DBx
Còn khi ở chế độ “ghi”, nghĩa là MPU xuất thông tin điều khiển cho LCD thông qua các chân DBx
Các bước có thể gửi 1 lệnh cho LCD:
+ Kéo chân RW xuống mức thấp để có thể chọn chế độ là “ghi”.
+ Kéo chân RS xuống mức thấp cho LCD.
+ Gửi byte lệnh ra các chân D7…D0.
+ Tạo xung trên chân E bằng cách cho xuống mức 0 rồi lại lên mức 1 hoặc ngược lại để cho phép ghi lệnh được ghi vào LCD.
+ Delay 1 khoảng thơi gian để LCD thực hiện xong lệnh.
2.2.5 Gửi dữ liệu ra LCD.
Các bước có thể gửi dữ liệu ra cho LCD:
+ Kéo chân RW xuống mức thấp để có thể chọn chế độ là “ghi”.
+ Kéo chân RS lên mức cao cho LCD.
+ Gửi mã ký tự (ASCII) ra các chân D7…D0.
+ Tạo xung trên chân E bằng cách cho xuống mức 0 rồi lại lên mức 1 hoặc ngược lại để cho phép ghi lệnh được ghi vào LCD.
+ Delay 1 khoảng thơi gian (37μs) để LCD hiển thị xong ký tự.s) để LCD hiển thị xong ký tự.
2.2.6 Bảng mã lệnh của LCD.
0F LCD bật, con trỏ bật, con trỏ nhấp nháy bật
02 Quay về màn hình chính
0E Màn hình bật, con trỏ nhấp nháy tắt
80 Bắt con trỏ trở về vị trí đầu tiên của hàng 1
C0 Bắt con trỏ trở về vị trí đầu tiên của hàng 2
38 Sử dụng 2 hàng và ma trận 5x7
83 Con trỏ hàng 1 vị trí 3
08 Tắt màn hình hiển thị và con trỏ
C1 Nhảy đến dòng 2 vị trí 1
OC Bật màn hình hiển thị, tắt con trỏ
C2 Nhảy đến hàng 2, vị trí 2
Bảng 2.2: Bảng mã lệnh của LCD 16x2.
2.2.7 Đặc tính điện của các chân giao tiếp
- LCD sẽ bị hỏng nghiêm trọng, hoặc hoạt động sai lệch nếu bạn vi phạm khoảng đặc tính điện sau đây:
Chân cấp nguồn (Vcc-GND) Min:-0.3V , Max+7V
Các chân ngõ vào (DBx,E,…) Min:-0.3V , Max:(Vcc+0.3V)
Nhiệt độ bảo quản Min:-55C , Max:+125C
Bảng 2.3: Bảng đặc tính điện áp của LCD 16x2.
- Đặc tính điện làm việc điển hình: (Đo trong điều kiện hoạt động Vcc = 4.5V đến 5.5V, T = -30 đến +75C) :
Chân cấp nguồn Vcc-GND 2.7V đến 5.5V Điện áp vào mức cao VIH 2.2V đến Vcc Điện áp vào mức thấp VIL -0.3V đến 0.6V Điện áp ra mức cao (DB0-DB7) Min 2.4V (khi IOH = -0.205mA) Điện áp ra mức thấp (DB0-DB7) Max 0.4V (khi IOL = 1.2mA)
Dòng điện ngõ vào (input leakage current)
-1uA đến 1uA (khi VIN = 0 đến Vcc)
Dòng điện cấp nguồn ICC 350uA(typ.) đến 600uA
Tần số dao động nội fOSC 190kHz đến 350kHz (điển hình là
Bảng 2.4: Miền làm việc điện áp của LCD 16x2.
Giới thiệu về Module I2C Arduino
LCD có quá nhiều nhiều chân gây khó khăn trong quá trình đấu nối và chiếm dụng nhiều chân trên vi điều khiển.
Thay vì phải mất 6 chân vi điều khiển để kết nối với LCD 16×2 (RS, EN, D7, D6, D5 và D4) thì module IC2 bạn chỉ cần tốn 2 chân (SCL, SDA) để kết nối.
Module I2C hỗ trợ các loại LCD sử dụng driver HD44780(LCD 16×2, LCD 20×4,
…) và tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay.
Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC.
Hỗ trợ màn hình: LCD1602,1604,2004 (driver HD44780).
Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2).
Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt.
Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD.
Giới thiệu về cảm biến nhiệt độ NTC 10K
Hình 2.5: Nhiệt điện chở NTC.
2.4.1 Cảm biến nhiệt độ NTC là gì?
- NTC là điện trở nhiệt cũng giống như cảm biến đo nhiệt độ nhưng nó chỉ hoạt động hiệu quả trong một khoảng nhiệt độ nhất định Điện trở nhiệt NTC sẽ giảm khi nhiệt độ tăng, do đó, nó có thể được dùng để thể thay đổi trở kháng dưới tác dụng của nhiệt Đây cũng chính là điều khác biệt rõ nét nhất giữa điện trở nhiệt NTC với những loại điện trở thông thường khác.
- Điện trở kháng chính là đại lượng biểu thị cho sự cản trở của dòng điện chạy trong mạch hoặc trong thiết bị và được tính bằng tỉ số giữa hiệu điện thế hai đầu mạch (hoặc thiết bị) với cường độ dòng điện đi qua mạch.
- Nhiệt điện trở NTC là điện trở có hệ số nhiệt độ âm và phạm vi nhiệt độ hoạt động của NTC dao động trong khoảng từ −55 ° C đến 200 ° C.
Cấu tạo từ hỗn hợp các bột oxit kim loại như man gan, nickel, cobalt,… Các bột này khi sản xuất sẽ được trộn theo một tỉ lệ và khối lượng nhất định Sau đó, hỗn hợp sẽ được nén chặt và nung ở nhiệt độ cao trong một thời gian nhất định.
Hiểu đơn giản rằng với cảm biến nhiệt độ NTC thì điện trở của cảm biến sẽ thay đổi theo nhiệt độ của cảm biến.
Giới thiệu về khuếch đại vi sai OPAMP LM358
- IC LM358 là bộ khuếch đại thuật toán chân cắm (DIP) kép công suất thấp, bộ khuếch đại này có ưu điểm hơn so với bộ khuếch đại thuật toán chuẩn trong các ứng dụng nguồn đơn.
+ Hai opamp có độ lợi cao trong một gói duy nhất.
+ Độ lợi DC của IC là 100dB.
+ Cả hai opamp bên trong đều có thể được vận hành từ một nguồn điện duy nhất.
+ Dễ dàng vận hành với nguồn điện rộng từ 3V đến 30V.
+ Nó cũng có thể hoạt động với nguồn điện kép, từ ± 1,5V đến ± 15V.
+ Dòng hoạt động rất thấp chỉ khoảng 500uA.
+ Băng thông 1MHz đủ rộng cho loại vi mạch này.
+ Bảo vệ quá áp lối ra.
+ Tầng khuếch đại vi sai lối vào.
+ Dòng cung cáp lối vào thấp.
+ Dải tín hiệu cùng pha mở rộng tới nguồn âm.
+ Bảo vệ ngắn mạch bên trong.
2.5.2 Sơ đồ, chức năng các chân
Hình 2.6: Hình ảnh và thứ tự chân thực tế.
Chân số Tên chân Mô tả chân
1 Output A Đầu ra của phần thứ nhất (phần A) của IC hay opamp 1
2 Inverting Input A Đầu vào đảo ngược của phần thứ nhất (phần
3 Non Iverting Input A Đầu vào không đảo ngược của phần thứ nhất
(phần A) của IC hay opamp 1
4 GND Nối mass / chân âm cho cả 2 opamp
5 Inverting Input B Đầu vào đảo ngược của phần thứ hai (phần B) của IC hay opamp 2
6 Non Iverting Input B Đầu vào không đảo ngược của phần thứ hai
(phần B) của IC hay opamp 2
7 Output B Đầu ra của phần thứ hai (phần B) của IC hay opamp 2
8 Vcc Chân dương của cả 2 phần hay 2 opamp của
Bảng 2.5: Bảng chức năng các chân IC LM358.
Dựa vào ký hiệu của Op-Amps ta có đáp ứng tín hiệu ngõ ra Vo theo các cách đưa tín hiệu ngõ vào như sau:
- Đưa tín hiệu vào ngõ vào đảo, ngõ vào không đảo nối mass: Vout = Av0.V+
- Đưa tín hiệu vào ngõ vào không đảo, ngõ vào đảo nối mass: Vout = Av0.V-
- Đưa tín hiệu vào đổng thời trên hai ngõ vào (tín hiệu vào vi sai so với mass):
Vout = Av0.(V+-V-) = Av0.(ΔVVin) Để việc khảo sát mang tính tổng quan, xét trường hợp tín hiệu vào vi sai so với mass (lúc này chỉ cần cho một trong hai ngõ vào nối mass ta sẽ có hai trường hợp kia) Op-Amps có đặc tính truyền đạt như hình sau:
Hình 2.7: Đồ thị biểu hiện quan hệ Vout và Vin.
Trên đặc tính thể hiện rõ 3 vùng:
- Vùng khuếch đại tuyến tính: trong vùng này điện áp ngõ ra Vo tỉ lệ với tín hiệu ngõ vào theo quan hệ tuyến tính Nếu sử dụng mạch khuếch đại điện áp vòng hở (Open Loop) thì vùng này chỉ nằm trong một khoảng rất bé.
- Vùng bão hoà dương: bất chấp tín hiệu ngõ vào ngõ ra luôn ở +Vcc.
- Vùng bão hoà âm: bất chấp tín hiệu ngõ vào ngõ ra luôn ở -Vcc.
Trong thực tế, người ta rất ít khi sử dụng Op-Amps làm việc ở trạng thái vòng hở vì tuy hệ số khuếch đại áp Av0 rất lớn nhưng tầm điện áp ngõ vào mà Op-Amps khuếch đại tuyến tính là quá bé (khoảng vài chục đến vài trăm micro Volt) Chỉ cần một tín hiệu nhiễu nhỏ hay bị trôi theo nhiệt độ cũng đủ làm điện áp ngõ ra ở ±Vcc Do đó nhằm giảm hệ số khuếch đại vòng hở Av0 xuống một mức thích hợp Lúc này vùng làm việc tuyến tính của Op-Amps sẽ rộng ra, Op-Amps làm việc trong chế độ này gọi là trạng thái vòng kín (Close Loop).
Động cơ DC
2.6.1 Động cơ một chiều là gì. Động cơ một chiều DC (DC là từ viết tắt của Direct Current Motors) là động cơ được điều khiển bằng dòng có hướng xác định hay nói cách khác thì đây là loại động cơ chạy bằng nguồn điện áp DC - điện áp 1 chiều.
Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều thường gồm những bộ phận chính như sau:
+ Stator: là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện
+ Rotor: phần lõi được quấn các cuộn dây để tạo thành nam châm điện
+ Chổi than (brushes): giữ nhiệm vụ tiếp xúc và tiếp điện cho cổ góp
+ Cổ góp (commutator): làm nhiệm vụ tiếp xúc và chia nhỏ nguồn điện cho các cuộn dây trên rotor Số lượng các điểm tiếp xúc sẽ tương ứng với số cuộn dây trên rotor.
Stato của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hoặc nhiều cặp nam châm vĩnh cửu hay nam châm điện, rotor gồm có các cuộn dây quấn và được kết nối với nguồn điện một chiều Một phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều chính là bộ phận chỉnh lưu, bộ phận này làm nhiệm vụ đổi chiều dòng điện trong chuyển động quay của rotor là liên tục Thông thường, bộ phận này sẽ có 2 thành phần: một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp
Nếu trục của động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài thì động cơ này sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một xuất điện động cảm ứng Electromotive force Khi vận hành ở chế độ bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra một điện áp được gọi là sức phản điện động counter-EMF hoặc sức điện động đối kháng, vì nó đối kháng lại với điện áp bên ngoài đặt vào động cơ Sức điện động này sẽ tương tự như sức điện động được phát ra khi động cơ sử dụng như một máy phát điện Như vậy điện áp đặt trên động cơ sẽ bao gồm 2 thành phần: sức phản điện động và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phản ứng Dòng điện chạy qua động cơ sẽ được tính theo công thức sau: I=(Vnguon-Vphandiendong)/Rphanung
+ Công suất cơ mà động cơ đưa ra được sẽ tính bằng: P=I*Vphandiendong.
QUÁ TRÌNH LÀM MẠCH
Sơ đồ khối
3.1.1 Sơ đồ khối của mạch
Hình 3.1: Sơ đồ khối của mạch.
3.1.2 Nhiệm vụ và chức năng từng khối
- Khối nguồn 12V: dùng để cung cấp điện điện áp cho hệ thống quạt trong mạch. trường hợp nhiễu điện áp không đúng với điện áp cấp cho các IC và thiết bị -> tránh
IC và các thiết bị không hoạt động, hỏng, chập cháy.
- Cảm biến nhiệt độ NTC: là cảm biến nhiệt độ tương tự chuyển đổi nhiệt độ thành tín hiệu tương tự.
- Cảm biến tiện cận hồng ngoại: là cảm biến dung để đo tốc độ động cơ DC
- Bộ khuếch đại vi sai: chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số.
- Khối vi điều khiển: nhận tín hiệu từ bộ khuếch đại vi sai và sau đó tính toán xử lý để:
+ Điều khiển hoạt động của quạt làm mát theo nhiệt độ.
+ Hiển thị nhiệt độ,tốc độ và trạng thái hoạt động của quạt trên LCD và LED.
Khối vi xử lý là trái tim, khối óc của hệ thống là phần quan trọng nhất của mọi hoạt động của mạch
- Khối hiển thị: Hiển thị các số liệu về nhiệt độ, tốc độ và cấp độ của động cơ.
- Khối Relay điều khiển: điều khiển trạng thái hoạt động của quạt.
- Động cơ quạt: động cơ điện trong mạch là động cơ điện 1 chiều có điện áp đặt vào tối đa là 12V và chỉ quay được theo chiều kim đồng hồ.
Tính toán thiết kế mạch
Mạch điều khiển có thể dùng nhiều phương pháp, nhưng phương pháp đơn giản, thuận tiện, chính xác và phù hợp với kiến thức được học tại trường là dùng Arduino.
Arduino còn có các ưu điểm sau:
+ Khối CPU: đủ để sử lý và thực thi chương trình.
+ Các bộ time có thể tạp gian thời gian chính xác.
+ Tốc độ sử lý tín hiệu nhanh và chính xác.
+ Dễ dàng có thể thay đổi yêu cầu của điều khiển bằng cách thay đổi chương trình soạn thảo mà không phải thay đổi phần cứng.
Sau khi nghiêm cứu và thống nhất, em đưa ra giải pháp thiết kế mạch điều khiển:
Trên mạch thiết kế em sử dụng Arduino với mục đính xử lí tín hiệu từ bộ khuếch đại LM358.
Nguồn ổn định 5V được cấp cho Arduino thông qua nguồn 5V đầu vào.
Hình 3.2: Sơ đồ mạch khối điều khiển.
3.2.2 Thiết kế khối điều khiển quạt
Do lấy tín hiệu từ vi điêu khiển để điều khiển để điều khiển quạt, mà mạch Arduino không đủ công suất để điều khiển Nên phải sử dụng một mạch công suất riêng biệt để điều khiển quạt Và trong bài đồ án này em đã sử dụng Modul 2 Relay để có thể điều khiển quạt hoạt động.
Hình 3.3: Sơ đồ mạch khối điều khiển quạt.
3.2.3 Thiết kế khối đo nhiệt độ và xử lí tín hiệu nhiệt độ.
Cảm biến NTC là cảm biến nhiệt điện trở, điện trở của cảm biến tỷ lệ nghịch với nhiệt độ Chúng ta cần tính toán, căn chỉnh và sử dụng trung gian là bộ khuếch đại vi sai để chuyển đổi tín hiện tương tự ( điện trở ) sang tín hiệu số ( điện áp) để vi sử lí có thể đọc và từ đó tính toán và xuất tín hiệu điều khiển.
Tính toán xử lí tín hiệu nhiệt độ.
Hình 3.4: Sơ đồ mạch khuếch đại vi sai.
Code chạy chương trình
#define TIME_US 500000 int volt = A0; float a0,a1,a2; float Vo,R,T=0; int T_r,c=0; byte
Do[8]={0b00011,0b00011,0b00000,0b00000,0b00000,0b00000,0b00000,0b00000}; void setup() { lcd.begin(16, 2); lcd.createChar(1,Do);
Serial.begin(9600); pinMode(quat1,OUTPUT); pinMode(quat2,OUTPUT); pinMode(nhayden,OUTPUT);
{ lcd.setCursor(2,0); lcd.print("T="); lcd.print(T); lcd.print("=");
T_r = round(T); //lam tron nhiet do lcd.print(T_r); lcd.write(1); lcd.print("C"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("FAN"); //dien tro cua cam bien
{ lcd.clear(); delay(1000); lcd.setCursor(0,0); lcd.print(" canh bao! "); lcd.setCursor(2,1); lcd.print("T="); lcd.setCursor(5,1); lcd.print(T); lcd.write(1); lcd.print("C"); delay(1000); digitalWrite(quat1,LOW); digitalWrite(quat2,LOW); digitalWrite(nhayden,LOW); lcd.clear(); c=0;
Vo = a0*5/1023; //Tinh dien ap theo ADC
R = 10160/(Vo+0.675)-1600; //Tinh dien tro theo Vo
T = 1/(1/298.15+(log(R/10000)/3950))-273.15; //Tinh nhiet do theo R if (T>=0&&T