viiiTÓM TẮTĐề tài "Nghiên cứu thiết kế hệ thống khởi động sử dụng chìa khóa thôngminh Smart-key trên Mazda 2" nhằm tối ưu hóa quá trình điều khiển và khởiđộng xe hơi thông qua việc sử dụ
TỔNG QUAN
Lý do chọn đề tài
Trong thời đại hiện nay, sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, đặc biệt là công nghệ cơ khí, công nghệ hóa học, điện tử và giao thông vận tải, đã tạo ra những thay đổi nhanh chóng và sâu sắc trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là lĩnh vực ô tô Năm 2023, có rất nhiều công nghệ mới được áp dụng trên các mẫu xe ô tô hiện đại và cao cấp Các hãng sản xuất ô tô đang áp dụng xu hướng công nghệ này, đây là một lĩnh vực quan trọng giúp các thương hiệu ô tô cạnh tranh và thu hút khách hàng Công nghệ trên ô tô không chỉ làm cho chiếc xe thông minh, sang trọng và tự động hơn, mà còn đảm bảo an toàn và tiện ích cho người dùng.
Người lái xe đối mặt với nhiều vấn đề như việc tìm chỗ đỗ xe, nguy cơ trộm cắp và tai nạn giao thông Do đó, cần phải giải quyết các rủi ro liên quan đến ô tô. Để đáp ứng nhu cầu này, các thiết bị thông minh và người dùng thân thiện trên ô tô đã được phát triển, trong đó Smart Key (chìa khóa thông minh) là một trong số đó Hệ thống chìa khóa thông minh cung cấp khả năng khởi động xe từ xa, dễ dàng khóa/mở cửa xe, mở cốp xe hay điều chỉnh kính xe, tìm kiếm xe và nhận diện chủ nhân chỉ bằng một nút bấm Ngày nay, hệ thống chìa khóa thông minh xuất hiện trên ngày càng nhiều mẫu xe và cấu trúc của chúng cũng ngày càng phức tạp khi tính năng tùy chỉnh phương tiện được thêm vào.
Trong tương lai, dự kiến các công nghệ Smart Key sẽ tiếp tục phát triển và nâng cao hiệu suất và tính năng Các tính năng tiên tiến như kết nối Internet of Things (IoT) và tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) có thể được tích hợp vào hệ thống Smart Key để tạo ra trải nghiệm lái xe thông minh và tiện ích hơn.
Nắm bắt được xu thế đó và áp dụng những kiến thức học nhóm chúng em quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế mô hình hệ thống khởi động sử dụng chìa khóa thông minh trên xe Mazda 2 ”.
Mục đích nghiên cứu
của xe Mazda Nhóm thực hiện đề tài với hy vọng rằng sự đóng góp nhỏ này giúp các bạn sinh viên và những người đọc tiếp cận nhanh với hệ thốngSmartkey và qua đây mong nhận được sự đóng góp của quý thầy, các bạn và người đọc để tiếp tục hoàn thiện cho đề tài này đạt kết quả cao nhất.
Nhiệm vụ nghiên cứu
Đề xuất các tiêu chí và đánh giá tác dụng của sản phẩm trong thực tế.
Phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu nguyên lý, mô hình và những tài liệu liên quan qua internet, xem các loại Smartkey trên thực tế, những ứng dụng tương tự, từ đó ta trình bày nghiên cứu và thiết kế sản phẩm Sử dụng phần mềm Adruino để lập trình điều khiển
- Phân tích, nghiên cứu hệ thống Smartkey và ứng dụng được nhiều phần mềm vẽ mạch điện tử như Proteus, Fritzing, Arduino IDE, - Phân tích được nguyên lý hoạt động của hệ thống Smartkey và hoàn thành việc chế tạo mô hình ứng dụng.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Thuật toán điều khiển máy khởi động Mô hình smart-key ô tô và máy khởi động 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu
Thiết kế, xây dựng mô hình khởi động bằng chìa khóa thông minh SMK
Hoàn thành thuật toán điều khiển máy khởi động quay với thời gian cài đặt sẵn.
Các đề tài đã có
Thiết kế bộ đề nổ từ xa cho ô tô; Mô hình chìa khóa thông minh cho ô tô, nghiên cứu hệ thống smartkey và ứng dụng điều khiển bằng smartphone… Các đề tài này điều đã nghiên cứu được về cơ sở lý thuyết, nguyên lý của Smartkey và từ đó ứng dụng trong việc chế tạo mô hình nhưng chưa cụ thể trên một dòng xe nào cả Vì vậy nhóm chúng em quyết định chọn đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống khởi động sử dụng chìa khóa thông minh trên mazda 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SMARTKEY
Giới thiệu
2.1.1 Các tính năng chính : Không cần phải đút chìa vào ổ rồi xoay như các ổ khóa cơ truyền thống. Đối với Smart Key, tất cả đã được thay thế bằng nút bấm Engine Start Stop.
Hình2.1 Thaythếchìakhóa cơbằngSSB Nhận diện , chào đón chủ nhân :
Hình2.3.Xetựkhóacửakhiđirakhỏixe o Khi cầm chìa khóa ra khỏi xe trong phạm vi cách xe khoảng 3m -
5m thiết bị sẽ tự động nhận tín hiệu đến điều khiển, có tín hiệu đèn báo nháy cửa sẽ tự động chốt. o Ngược lại đèn báo nháy tự động mở cửa khi tiến đến gần trong khoảng 3m - 5m.
Khóa cột lái điện : o Trước khi hệ thống khóa thông minh được áp dụng, thiết bị khóa cơ khí(ổ khóa) đã được lắp đặt xung quanh cột lái cho mục đích chống trộm Nhưng trên hệ thống chìa khóa thông minh không có ổ khóa Và thay vào đó là các thiết bị khác được thêm vào để ngừa xe bị mất trộm.
ESCL làm cho cột lái bị khóa và vì vậy vô lăng không thể quay được. o ESCL được điều khiển tự động bằng hộp SMK (Smart Key) mà không phải bằng tay của người lái.
Khởi động bằng nút nhấn Engine Start Stop :
Khi người dùng không đạp phanh, - Bấm nút Startstop lần thứ nhất, hệ thống sẽ hiển thị chế độ
- Bấm nút Startstop lần thứ hai hệ thống sẽ hiển thị chế đô
- Bấm nút Startstop lần thứ ba hệ thống sẽ chuyển sang
Khi có tín hiệu phanh và cần số ở vị trí P hoặc N , ta ấn nút Startstop, hệ thống sẽ khởi động động cơ ở chế độ “Start Engine“.
Bật công tắc IG bằng bảng mã keyless :
Hình2.6.BảngmãKeylessbên dướikínhxe Trong trường hợp chìa khóa thông minh hết pin và không thể điều khiển từ xa :
Chủ xe sử dụng bảng mã Keyless để mở khóa xe Chủ xe sử dụng bảng mã Keyless để tắt khóa xe Bẳng mật khẩu Keyless 6 ký tự thường được dán ở phía bên trong kính lái.
Khi sử dụng, thì chúng ta sẽ bấm các phím cảm ứng qua kính.
Chìa khóa cơ bên trong chìa khóa thông minh :
Hình2.7 Chìakhóacơbêntrong chìakhóathôngminh Chìa khóa cơ bên trong chìa khóa thông minh thường được sử dụng trong trường hợp chìa khóa thông minh hết pin , hỏng : sử dụng chìa khóa cơ để mở khóa cửa trong tay nắm cửa Thường theo nguyên bản xe tích hợp sẵn chìa khóa thông minh thì chìa khóa này sẽ tương thích với ổ khóa trong tay nắm cửa , nếu không có hoặc độ thêm thì phải điều chỉnh lại tay nắm cửa.
Các chức năng điều khiển từ xa :
Hình2.8.Cácnútnhấntrên chìakhóathôngminh o Mở khóa cửa từ xa: Người sử dụng có thể mở khóa cửa ô tô từ xa bằng cách nhấn nút mở khóa trên smart key Điều này giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao tính tiện dụng khi người dùng không cần phải sử dụng chìa khóa truyền thống. o Khóa cửa từ xa: Người sử dụng cũng có thể khóa cửa ô tô từ xa bằng cách nhấn nút trên smart key Điều này rất hữu ích khi người sử dụng quên khóa cửa trước khi rời khỏi xe. o Khởi động động cơ từ xa: Người sử dụng có thể khởi động động cơ từ xa bằng cách nhấn giữ nút mở cốp trên smart key Điều này rất hữu ích khi muốn tiền động cơ trước khi ngồi vào xe. o Tắt động cơ từ xa: Người sử dụng cũng có thể tắt động cơ từ xa bằng cách nhấn nút trên smart key Điều này rất hữu ích khi muốn tắt động cơ mà không cần phải ngồi trong xe. o Báo động từ xa: Một số smart key có tính năng báo động từ xa Khi người sử dụng nhấn nút trên smart key, hệ thống báo động của xe sẽ được kích hoạt, giúp đe dọa kẻ trộm và giữ an ninh cho ô tô.
2.1.2 Tổng quan hệ thống Smart key :
Hình2 9.Tổngquanhệthống SMK Hệ thống gồm các bộ phận:
Smart key Unit: Hộp điều khiển SMK Door handle: tay nắm cửa
Bumper antenna, Interior antenna: Ăng ten trong vỏ cản sau và ăng ten trong xe.
T/Lid Outside handle: vỏ tay cầm mở nắp cốp Start stop button: nút khởi động
ESCL(Electrical Steering Column Lock): Khóa cột lái điện Relay: rờ-le
Cluster Module: mô dun cụm đồng hồ External Buzzer
Engine ECU: bộ điều khiển động cơ ESC: điều khiển đánh lửa điện tử 2.1.3 Sơ đồ cấu tạo
Hình2 10.Sơđồkhốimốiliênhệcủacáchệ thốngtrongSMK Khi lắp đặt Smart-key, các thông tin về chìa khóa sẽ được chuyển về hộp SMK Từ hộp SMK, thông qua đường truyền CAN, hộp SMK sẽ lấy thông tin về xe (PIN CODE) từ ECM , hộp SMK sẽ tổng hợp, phân tích rồi theo đường truyền cũ lưu lại trong chìa khóa, thông tin này cũng sẽ theo đường truyền và lưu trữ bên trong các module khác của hệ thống.
Như vậy sau khi tiến hành đăng ký chìa khóa, thông tin bảo mật lưu trữ bao gồm: ID của chìa khóa và PIN code của xe ID của chìa khóa bao gồm: ID củaCHIP + tần số RF + tần số LF Khi ID của chìa khóa được xác minh đúng với cài đặt trước thì hộp SMK sẽ kích hoạt bộ khóa cổ lái (ESCL) hoạt động
Khi sử dụng SMK trên ô tô, các thông tin liên quan sẽ được truyền qua Ăng-ten LF hoặc Ăng-ten RF của hộp thu RF đến hộp SMK Hộp SMK sau đó sẽ chia sẻ thông tin này với các hộp liên quan khác trong hệ thống để cùng phân tích và so sánh Nếu hệ thống nhận dạng chính xác chìa khóa, hệ thống sẽ thực hiện các lệnh tiếp theo tùy thuộc vào thao tác của người lái.
Khởi động động cơ xuất hiện theo quá trình như sau:
SSB ON Tín hiệu mass công tắc SSB 1 & 2 được thông mạch Đèn SSB sáng
Công tắc chân phanh ON & Công tắc cần số ở vị trí [P] và[N]
Tìm chìa khóa bằng việc kích hoạt ăng ten bên trong xe (Khi chìa khóa ở bên trong xe)
Thông tin chìa khóa được gửi tới thiết bị nhận tín hiệu tích hợp bện trong hộp SMK.
Hộp SMK tiến hành ủy quyền chìa khóa Hộp SMK tiến hành kích hoạt rơ le khởi động để khởi động động cơ Khi relay khởi động được kích hoạt, relay được giữ trong 1 thời gian được lập trình sẵn cho đến khi động cơ chuyển sang trạng thái ON bằng việc nhận tính hiệu điều khiển và phản hồi từ ECM
Trong trường hợp chìa khóa hết pin ta có thể khởi động xe thông qua bảng mã Keyless Ngoài ra chúng ta còn có thể khởi động xe thống qua điện thoại Sau khi xe được khởi động thành công , ECM điều khiển ngắt relay khởi động
Các bộ phận của hệ thống khởi động thông minh
Hộp SMK phát tín hiệu ăng ten để tìm chìa khóa thông minh bên trong hoặc bên ngoài xe
Nhận diện chìa khóa thông minh từ ăng ten bên ngoài Hộp SMK điều khiển đóng ngắt các rơ le ( ACC ,ON1/2 , ST ) Chức năng chống trộm
Cảnh báo lỗi và hiển thị lỗi trên đồng hồ tap lô SMK có thể nhận biết chìa khóa trong phạm vi của ăng ten (1-3m) Để tiện lợi trong quá trình điều khiển bên trong hộp SMK người ta tích hợp sẵn hệ thống công tắc DIP Switch , bao gồm 6 công tắc nhỏ :
Khóa tín hiệu đầu ra 1 lần
Khóa tín hiệu đầu ra 2 lần
Hệ thống bao gồm các ăng ten để tìm kiếm chìa khóa trong xe, gồm một ăng ten bên trong xe, nằm ở sàn xe đằng sau ghế sau Khi chìa khóa được tìm thấy, hộp SMK sẽ kích hoạt ăng ten bên trong xe để truyền thông tin về chìa khóa đến thiết bị tắt số 2, từ đó mở cửa xe.
Mở khóa tín hiệu đầu ra 1 lần
Mở khóa tín hiệu đầu ra 2 lần
Dành cho xe số sàn
Dành cho xe số tự động
Trở lại hiện tại nhận tín hiệu tích hợp bên trong hộp SMK Hộp Smart key xác nhận nếu thông tin chìa khóa đúng Di chuyển đến vị trí IGN hoặc Khởi động động cơ. Ăng ten cửa : Tìm kiếm chìa khóa ở bên ngoài xe Khi nhấn công tắc trên chìa khóa thông minh , hộp SMK kích hoạt ăng ten cửa để tìm kiếm chìa khóa gần tay nắm mở cửa Sau đó, thông tin chìa khóa được gởi tới thiết bị nhận tín hiệu tích hợp bên trong hộp SMK Nếu thông tin chìa khóa đúng, hộp SMK sẽ truyền lệnh lock/unlock đến điều khiển khóa cửa Ăng ten mở cốp : cũng giống ăng ten cửa nhưng vị trí đặt là phía sau cốp 2.2.3 ESCL: Electrical Steering Column Lock (Khóa cột lái điện)
Hình2.13 CấutạocủaESCL Cột lái được khóa và mở khóa thông qua mô tơ điện khi thỏa mãn các điều kiện đưa ra.
Cấu tạo bên trong ESCL bao gồm: mô tơ điện, công tắc khóa/mở khóa ESCL và cảm biến Hall.
ESCL liên kết với hộp SMK cũng như các hộp điều khiển khác Lệnh của hộp SMK được tiến hành như sau: Mô tơ điện được kích hoạt, cột lái được khóa hoặc mở khóa, và dữ liệu lock/ unlock được truyền đến hộp SMK
Nguồn: Nguồn được cung cấp từ SMK khi mô tơ cần được kích hoạt cho việc khóa/mở khóa Hiện tượng này chỉ xảy ra khi mô tơ điện được kích hoạt, nghĩa là thời gian cung cấp nguồn rất ngắn.
Khi khởi động xe, mô tơ điện cần được kích hoạt để mở khóa/khóa cột lái Đồng thời, nguồn và mát được cấp cùng lúc từ hộp SMK, cùng với tín hiệu điều khiển được kích hoạt trong thời gian ngắn.
ESCL Enable: Tín hiệu Enable được gởi từ hộp SMK tới ESCL để kích hoạt mô tơ điện Lệnh hoạt động khóa/mở khóa cột lái tùy thuộc theo tín hiệu này.
ESCL Unlock Switch: Sau khi mô tơ ESCL hoạt động, công tắc vị trí sẽ bị thay đổi trạng thái
Serial Communication Line: Nó là đường truyền dẫn phân cung cấp trạng thái ESCL được xác định bởi 2 cảm biến Hall và lệnh khóa/mở khóa giữa ESCL và SMK.
Tóm tắt lại: Điều kiện nhả ESCL Hộp SMK kiểm tra tình trạng của ESCL thông qua Serial Communication Hộp SMK dẫn tín hiệu ESCL's Enable tới ESCL
ESCL nhận nguồn và mát từ hộp SMK để khởi động mô tơ ESCL Mô tơ ESCL khởi động
ESCL tính toán vị trí của nó bằng cảm biển Hall Nó gửi tình trạng mở khóa tới hộp SMK.
2.2.4 Nút nhấn SSB ( Start/Stop Button ) :
SSB hoạt động với chức năng như chìa khóa cơ bình thường Nút nhấn SSB có 2 dây tín hiệu đến hộp SMK , 2 tín hiệu này là 12V chờ sẵn Khi ấn công tắc, tín hiệu tiếp mát và đèn SSB sáng , sau đó hộp SMK ghi nhận đó là tình trạng công tắc ON.
SSB có 2 dây tín hiệu nếu 1 dây bị hư thì vẫn sẽ còn 1 dây cấp tín hiệu Trong trường hợp cả 2 dây tín hiệu bị đứt , hộp SMK sẽ không nhận tín hiệu từ SSB nên không khởi động được động cơ Đầu tiên, yêu cầu cho việc khởi động động cơ như sau khi hệ thống trong điều kiện hoạt động bình thường. o Cần số tại vị trí N hoặc P (Chính xác là N, P là vị trí của công tắc đi số nằm trên hộp số) o Công tắc chân phanh là ON ( Bàn đạp phanh được ấn) Chú ý:Công tắc số nằm trên hộp cần số được sử dụng chỉ để xác định chế độ nguồn khi SSB được ấn Nhưng nếu vị trí P của công tắc này không nhận được, nguồn không tắt được về OFF.
Tín hiệu ON 1&2 của SSB : Khóa điện không thể chuyển về vị trí OFF cho đến khi cần số đạng ở vị trí P.
Ngoài điều kiện trên, khi ấn SSB, vị trí khóa điện sẽ thay đổi lần lượt theo
2.2.5 Bảng mã Keyless Hướng dẫn sử dụng : Đèn led xanh báo hiệu bảng mật khẩu đã kích hoạt
Hình2.16.Đènxanhhiểnthịbảngmậtkhẩu đãkíchhoạt Để vào được trình sử dụng mật khẩu Chúng ta sẽ thao tác bằng cách bấm
“C0#” Khi đấy đèn “Led Xanh” sẽ đứng yên Ấn Mật Khẩu bao gồm 6 Ký Tự MK mặc định là “123456 ”.
Khi nhập mật khẩu, tốc độ bấm không được quá chậm hoặc quá nhanh Sau mỗi lần nhập một ký tự mật khẩu, đèn "Led Đỏ" sẽ nháy một lần để báo hiệu đã nhận lệnh xác thực (Đèn Led đỏ sẽ nháy khi nhập chính xác từng ký tự.)
Nếu ấn đúng MK đènLed Xanhsẽ nháy chớp 3 lần và tự động mở cửa xe.
Khi chủ xe không lên xe, không thực hiện thao tác mở cửa Sau 20s xe sẽ tự động khóa lại.
Lên xe đề nổ máy xử dụng bình thường như có chìa khóa Smartkey bên cạnh.
Muốn khóa xe lại chúng ta sẽ thao tác bằng cáchC0# Ấn MK khi mở cửa xe Xe sẽ được khóa lại hoặc chúng ta đóng cửa sau 20s xe cũng sẽ tự động khóa cửa lại.
Hình2.17.Ledđỏnháykhi nhậpđúng1kýtự Hướng dẫn đổi mật khẩu Keyless :
Nhấn phanh khởi động động cơ bằng nút SSB
Hình2.18 Nhấnphanhvàkhởi độngđộngcơGiữ chân phanh Nhấn nút mở khóa trên chìa khóa thông minh 2 lần( Led xanh sáng giữ )
Hình2.19 ĐènLED2bậtởchế độgiữTiến hành nhập 1 lần mật khẩu cũ ( led xanh chớp 3 lần )Tiến hành nhập 2 lần mật khẩu mới ( led xanh chớp 3 lần )Thao tác thay đổi mật khẩu đã hoàn tất
Phân tích nguyên lý của các chức năng
Hình2.20.Nguyênlýhoạtđộngcủachứcnăngmở/khóa cửatừxaKhi nhấn nút khóa/mở khóa trên chìa khóa thông minh, hộp SMK sẽ kích hoạt ăng-ten cửa với tần số LF để tìm kiếm chìa khóa bên ngoài xe.
Sau đó, hộp SMK sẽ nhận lại tín hiệu dữ liệu thông tin của chìa khóa với tần số RF.
Nếu xác nhận đúng chìa khóa, hộp SMK sẽ gửi tín hiệu mệnh lệnh mở khóa đến BCM/SJB thông qua Body-CAN.
Hình2.21 Nguyênlýhoạtđộngcủachứcnăngkhởiđộng Khởi động bằng nút nhấn :
Khi chủ xe mở cửa và ngồi vào vị trí người lái, nút SSB sẽ hoạt động Để khởi động, công tắc cần số cần ở vị trí P hoặc N Sau khi chủ xe đạp chân phanh, hộp SMK sẽ nhận tín hiệu sẵn sàng khởi động Lúc này người lái nhấn nút SSB, động cơ sẽ được khởi động.
Khởi động xe từ xa là chức năng cho phép người dùng khởi động động cơ xe từ xa bằng cách giữ nút mở cốp trong vòng 3 giây ở khoảng cách từ 1 đến 3 mét Hộp SMK (Smart Key Module) sẽ quét và đối chiếu thông tin chìa khóa, nếu thông tin chìa khóa xác thực, hộp SMK sẽ cấp quyền khởi động cho ECU động cơ.
Hình2.22 Nguyênlýhoạt độngcủa chứcnăngmở cốp Khi bấm nút mở cốp trên chìa khóa thông minh, hộp SMK sẽ kích hoạt ăng-ten cốp với tần số LF để tìm kiếm chìa khóa bên ngoài xe.
Sau đó, hộp SMK sẽ nhận lại tín hiệu dữ liệu thông tin của chìa khóa với tần số RF.
Nếu xác nhận đúng chìa khóa, hộp SMK sẽ gửi tín hiệu mệnh lệnh mở cốp đến BCM/SJB thông qua Body-CAN.
Khi chủ xe ấn nút bất kỳ trên chìa khóa thông minh, hộp SMK sẽ kích hoạt ăng ten bên cửa và cốp với tần số LF để tìm chìa khóa bên ngoài xe Sau đó, hộp SMK sẽ nhận lại tín hiệu dữ liệu thông tin của chìa khóa với tần số RF và xác nhận đúng chìa khóa.
Sau khi xác nhận đúng chìa khóa, hộp SMK sẽ gửi tín hiệu mệnh lệnh điều khiển đèn và còi đến BCM/SJB thông qua Body-CAN.
Tổng quan về Arduino Uno R3
Hình2.24 HìnhdángbomạchArduino Arduino Uno R3 là một board điều khiển vi điều khiển (microcontroller board) mã nguồn mở được phát triển bởi công ty Arduino LLC Arduino Uno R3 được lập trình bằng ngôn ngữ lập trình Arduino và được hỗ trợ bởi một cộng đồng đông đảo với rất nhiều thư viện và ví dụ mã nguồn miễn phí cho các ứng dụng khác nhau.
Nó rất phù hợp cho các dự án điện tử đơn giản và phức tạp, từ các dự án đơn giản như điều khiển đèn LED cho đến các dự án phức tạp như robot tự động hoặc hệ thống nhà thông minh.
2.4.2 Sơ đồ chân hoạt động của Arduino Uno R3
Cổng USB đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng và nạp code cho mạch Arduino Nguồn điện có thể lấy từ máy tính thông qua cổng USB hoặc từ nguồn DC bên ngoài với điện áp từ 6 đến 12V Điện áp quá 20V sẽ gây hư hỏng cho mạch Ngoài chức năng cấp nguồn, cổng USB còn là kênh truyền dữ liệu, cho phép tải code từ máy tính lên bo mạch Arduino để thực hiện các chương trình điều khiển.
Nút Reset: thiết lập lại toàn bộ và đưa chương trình đang chạy trở về ban đầu Sử dụng nút này khi Arduino bị treo khi đang chạy chương trình.
LED TX và RX: TX là đèn LED hiển thị tín hiệu được truyền đi và RX là hiển thị tín hiệu được nhận về Hai tín hiệu dùng để phân biệt những chân đang thực hiện nhiệm vụ truyền tải nối tiếp Giúp cho người dùng nhận biết khi Arduino nhận và truyền dữ liệu.
GND: điểm dùng để nối mạch Arduino với các thiết bị; các chân GND trên Arduino có thể sử dụng để kết nối với mass Điện áp chân này là 0V.
5V : Chân này cấp nguồn 5V cho cảm biến.
3.3V : Chân này cấp nguồn 3.3V cho cảm biến.
Chân tín hiệu Analog(A0-A5): đọc tín hiệu từ các cảm biến và chuyển chúng thành giá trị Digital để người dùng có thể đọc được.
Chân tín hiệu Digital(2-13): sử dụng làm chân nhập, xuất tín hiệu số.
PWM: chức năng tương tự như các chân Digital thông thường và được sử dụng để điều chỉnh chế độ rộng xung.
IC main: xác định được IC chủ giúp biết được loại Arduino đang dùng để nạp các chương trình và code thích hợp.
Tổng quan về phần mềm Arduino IDE
Arduino IDE là một phần mềm mã nguồn mở cung cấp các tính năng thiết yếu để lập trình và biên dịch mã cho các module Arduino Được phát triển bởi cộng đồng Arduino, phần mềm này hướng tới cả người dùng chuyên nghiệp và người mới bắt đầu, đem lại trải nghiệm lập trình dễ dàng, giúp đơn giản hóa quá trình phát triển dự án, ngay cả với những cá nhân không có kiến thức kỹ thuật sâu rộng.
Nó có các phiên bản cho các hệ điều hành như MAC, Windows, Linux và chạy trên nền tảng Java đi kèm với các chức năng và lệnh có sẵn đóng vai trò quan trọng để gỡ lỗi, chỉnh sửa và biên dịch mã trong môi trường.
Có rất nhiều các module Arduino như Arduino Uno, Arduino Mega, Arduino Leonardo, Arduino Micro và nhiều module khác.
Mỗi module chứa một bộ vi điều khiển trên bo mạch được lập trình và chấp nhận thông tin dưới dạng mã.
Mã chính, còn được gọi là sketch, được tạo trên nền tảng IDE sẽ tạo ra một file Hex, sau đó được chuyển và tải lên trong bộ điều khiển trên bo.
Môi trường IDE chủ yếu chứa hai phần cơ bản: Trình chỉnh sửa và Trình biên dịch, phần đầu sử dụng để viết mã được yêu cầu và phần sau được sử dụng để biên dịch và tải mã lên module Arduino.
Môi trường này hỗ trợ cả ngôn ngữ C và C ++.
Hình2.26.GiaodiệncủaArduinoIDE Giao diện của Arduino IDE : o ( Verify ) : Kiểm tra lỗi và biên dịch code o ( Upload ) : Dịch và Upload code vào bo mạch đã được cài sẵn o ( New) : Tạo Sketch mới o ( Open ) : Mở 1 Sketch có sẵn o ( Save ) : Lưu 1 Sketch o ( Serial Monitor ) : Mở Serial Monitor
2.5.2 Cấu trúc 1 chương trình Arduino
Hình2.27.Cấutrúccủa1 chươngtrìnhArduino Cấu trúc của 1 chương trình Arduino gồm 3 phần :
Phần 1 : Khai báo biến : khai báo các chân được sử dụng trong arduino , và tên của các chân đó
Phần 2 : Thiết lập các tín hiệu đầu vào , ra cho Arduino “ Void Setup () ” : Cài đặt các chân đầu vào và đầu ra theo tên của nó đã khai báo ở phần 1
Phần 3 : Chương trình chính là 1 vòng lặp “ Void loop () ”: Chương trình sẽ được thực hiện ở hàm này , và theo vòng lặp “ Void loop ()” cho đến
Máy khởi động
Hình2.28.Cấu tạomáykhởiđộng 2.6.2 Nguyên lý hoạt động
Máy khởi động hoạt động theo 3 chế độ : Hút vào :
Hình2 29.Chếđộ hútvàoKhi bật khóa điện vị trí START, dòng điện của ắc quy vào cuộn giữ và cuộn kéo Sau đó dòng điện đi từ cuộn kéo tới phần ứng thông qua cuộn cảm làm quay phần ứng với tốc độ thấp Việc tạo ra lực điện từ trong các cuộn giữ và cuộn kéo làm từ hóa lõi cực và do vậy piston của công tắc từ bị kéo vào lõi cực của nam châm điện Nhờ sự kéo này mà bánh răng dẫn động khởi động dễ bị đẩy ra và ăn khớp với vành răng bánh đà đồng thời đĩa tiếp xúc sẽ bật công tắc chính lên.
Hình2.30.Chếđộ giữ Khi công tắc chính bật lên thì không có dòng điện chạy qua cuộn giữ cuộc cảm và cuộn ứng nhận trực tiếp dòng điện từ ắc quy Cuộn dây phần ứng sau đó bắt đầu quay với vận tốc cao và động cơ được khởi động Ở thời điểm này piston được giữ nguyên tại vị trí chỉ nhờ lực điện từ của cuộn giữ vì không có lực điện từ chạy qua cuộn hút
Khi khoá điện được chuyển từ vị trí START sang ON, dòng điện sẽ chạy từ công tắc chính tới cuộn giữ thông qua cuộn kéo Ở vị trí này, lực điện từ tạo ra bởi cuộn kéo và cuộn giữ sẽ triệt tiêu lẫn nhau, dẫn đến việc piston không còn được giữ nữa.
Do đó piston bị kéo lại nhờ lò xo hồi vị và công tắc chính bị ngắt làm cho máy khởi động dừng lại.
THIẾT KẾ MÔ HÌNH
Ý tưởng thiết kế
Trước đây, trên các dòng xe cũ, để điều khiển xe của mình, người lái phải dùng chìa khóa để điều chỉnh thông qua ổ khóa cơ khí Việc này rất bất tiện và rườm rà khi muốn bật/tắt một thứ gì đó trên xe Để đáp ứng nhu cầu này, hầu hết các dòng xe hiện đại đều được trang bị hệ thống Smartkey, được xem là một phần quan trọng không thể thiếu Dựa trên lý thuyết của hệ thống Smartkey đã được nghiên cứu ở chương 2, nhóm chúng tôi đã nảy ra ý tưởng áp dụng hệ thống Smartkey này để khởi động và điều khiển xe bằng chìa khóa thông minh
Mô hình này được thiết kế dựa trên nền tảng lý thuyết của hệ thống Smartkey và đáp ứng đầy đủ các chức năng của hệ thống này trên các dòng xe hiện đại, bao gồm việc đóng mở cửa, mở cốp , đánh lửa, chống trộm, điều hòa, còi, khởi động động cơ, bật công tắt xe.
Tuy nhiên, do yêu cầu của đồ án tốt nghiệp nên chúng tôi quyết định đi vào các tính năng sau : đóng mở cửa , cốp , còi , khởi động động cơ , bật công tắc xe
Các chi tiết của mô hình
Bảng4.1.Cácchitiếtchínhcủamôhình STT Tên ( Công dụng ) Hình ảnh
Bộ xử lý trung tâm điều khiển hệ thống SMK
2 Accu 12V : Cấp nguồn cho máy khởi động
3 Pin 9V : Cấp nguồn an toàn cho Arduino
5 Vôn kế : Để đo điện áp và độ sụt áp của nguồn
6 Ăng ten cửa và cốp
Nạp code cho vi điều khiển ATMEGA328
11 Mạch hạ áp DC lm2596 : Dùng để hạ áp nguồn phù hợp với yêu cầu sử dụng của thiết bị
Nguồn đầu ra điều chỉnh được trong khoảng từ 1V đến 30V.
12 Điện trở loại 1K và 10K Ohm :
Hạn dòng tín hiệu đầu vào cấp vào Arduino và bảo vệ led.
15 Relay ô tô :Cấp dòng và ngắt dòng cho máy khởi động
Sơ đồ các chi tiết trong hệ thống
Hình3.1.Sơđồcácchitiếttronghệthống Mô hình khởi động thông minh bao gồm các phần như ảnh , mỗi phần có mối quan hệ được biểu thị bằng chiều mũi tên để thể hiện chức năng của từng khối Các khối bao gồm: khối nguồn, khối điều khiển trung tâm, bộ thu phát tín hiệu , khối chấp hành
Khối nguồn : cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống Khối điều khiển trung tâm : Hộp SMK Bộ thu/phát tín hiệu : Ăng ten cửa , cốp và ăng ten chính trong xe Khối chấp hành: gồm khóa cửa , còi , cốp , Arduino , đèn , bảng mã Keyless.
TIẾN HÀNH THIẾT KẾ MÔ HÌNH
Sơ đồ mạch điện hộp SMK
Hình4.1 SơđồmạchđiệncủahộpSMK Nguồn của SMK Unit : Nguồn của SMK unit có 2 dây dương màu đỏ và 2 dây mass màu đen
Phanh : Khi bấm công tắc phanh, dòng điện sẽ chia thành hai nhánh : o Nhánh thứ nhất sẽ đi vào hộp SMK để báo hiệu rằng tín hiệu khởi động đã sẵn sàng Khi nhấn nút SSB, xe sẽ được khởi động như dự định. o Nhánh thứ hai của dòng điện sẽ đi vào đèn báo phanh để báo hiệu rằng đã có chân phanh được nhấn.
Vôn kế : Được mắc vào dương và âm nguồn , để đo điện áp và kiểm tra độ sụt áp của nguồn
Còi : Khi có tín hiệu từ chủ xe , hộp SMK tiếp Mass cho còi hoạt động Cốp : o Cốp có 1 dây khiển dương (12V) được mắc vào nguồn o Khi có tín hiệu mở cốp thì hộp SMK cấp nguồn +12V đến chân màu xanh lá của Motor mở cốp Motor mở cốp hoạt động Đèn chào : Khi có tín hiệu từ chủ xe , hộp SMK cấp tín hiệu điện áp +12V điều khiển đèn theo từng chế độ
Để điều khiển cửa mở/khóa, hệ thống có một cặp dây dương và một cặp dây âm giúp đổi chiều hoạt động của Motor cửa Khi tín hiệu mở cửa được gửi đến, hộp SMK sẽ cấp điện cho Motor để mở cửa.
Trong trường hợp khóa cửa thì hộp SMK điều khiển dòng điện ngược lại Đèn ACC Đèn ON1 : Đèn sáng khi ở chế độ ACC hoặc ON, có điện khi xe khởi động. Đèn ON2 : Đèn sáng khi ở chế độ ACC hoặc ON, ngắt điện khi khởi động xe.
Bộ điều khiển khởi động Arduino
Fritzing) Mạch nguồn Arduino : Để cấp nguồn cho Arduino ta dùng Pin 9V để đảm bảo an toàn cho mạch
Khi người dùng khởi động xe, hộp SMK sẽ gửi tín hiệu điện áp +12V đến chân ST, sau đó dòng điện sẽ thông qua module hạ áp LM2598 để giảm xuống thành +5V và được gửi đến chân số 2 của Arduino.
Arduino sẽ nhận tín hiệu và kích hoạt chân số 11, cung cấp điện áp +5V cho chân IN để điều khiển rơ le 1 kênh 5V Rơ le sẽ dẫn dòng điện +12V từ chân NO sang COM, cấp nguồn cho cuộn dây rơ le Sau 5 giây (được lập trình), Arduino sẽ ngắt tín hiệu chân 11, ngắt dòng điện đến chân RL và rơ le sẽ ngắt kết nối NO và COM, kết thúc quá trình khởi động.
Mạch Pull-down Resistor trong arduino : o Ở đầu ra OUT+ của LM 2596, có kết nối với một resistor có giá trị
Để đảm bảo chân số 2 của Arduino ở mức điện áp thấp (0V) trước khi có tín hiệu khởi động, ta kết nối điện trở 10k Ohm ở chân P Sau khi có tín hiệu khởi động, chân số 2 sẽ chuyển sang mức điện áp cao (+5V).
Mạch khởi động
Hình4.3.Mạchkhởiđộng Khi có tín hiệu vào chânRL khởi động, tiếp điểm của Relay khởi động đóng lại và dẫn dòng +12V đến chân50của máy khởi động
Máy khởi động hoạt động ở các chế độ : Hút , giữ Do thời gian giả lập là 5 giây nên sau 5 giây thì máy khởi động ngắt dòng dẫn Relay khởi động Ngắt dòng đến chân50 Máy khởi động ở chế
Mắc trở R1 có trở bằng 1k Ohm giữa 2 đầu cuộn dây ( cuộn cảm ) của Relay khởi động : o Mắc trở vào 2 đầu cuộn cảm là một phương pháp để tăng khả năng tương thích điện từ (EMC) và giảm nhiễu trong các mạch điện tử. o Khi có một tín hiệu điện truyền qua một đường dây, nó tạo ra một trường điện từ xung quanh nó Khi tín hiệu đó gặp phải một linh kiện như một cuộn cảm, trường điện tử này sẽ gây ra dòng điện điều hướng qua cuộn cảm và tạo ra một trường từ môi trường xung quanh linh kiện Nếu trường từ này không được kiểm soát tốt, nó có thể gây ra nhiễu và ảnh hưởng đến các linh kiện khác trong mạch. o Việc mắc trở vào 2 đầu của cuộn cảm sẽ giúp cải thiện khả năng kiểm soát các trường điện tử và từ trong mạch Trở này sẽ giảm độ nhạy của cuộn cảm với các tín hiệu nhiễu và giảm khả năng nhiễu điện từ truyền qua linh kiện này Nó sẽ giúp giảm ảnh hưởng của nhiễu lên các linh kiện khác trong mạch, từ đó cải thiện chất lượng và độ ổn định của hệ thống điện tử
Sơ đồ mạch điện giữa bộ điều khiển khởi động arduino và máy khởi động
Hình4.4.Vị tríchân STA(tínhiệukhởiđộng)
Quy trình hoàn thiện mô hình
Bước 1 : Lên bản vẽ thiết kế
Hình4.6.Bảnvẽthiếtkếkhung môhìnhBước 2 : Tạo khung mô hình
Hình4.7.Khungmôhình Bước 3 : Hoàn thiện trang trí khung mô hình o Trang trí khung mô hình bằng MDF phủ trắng o Để đảm bảo an toàn và tính thẩm mỹ ta dùng nẹp chữ V để bo các góc cạnh
Bước 4 : Chuẩn bị các chi tiết của hệ thống SMK và bố trí trên mô hình.
Trước khi đưa các chi tiết lên mô hình phải đảm bảo rằng các chi tiết hoạt động bình thường và tiến hành cố định chúng trên mô hình
Hình4.11 Tínhtoánbốtrícácchitiếtlênmôhình Bước 5 : Đấu dây và thử nghiệm mô hình :
Hình4 13.Thửnghiệmmôhình Bước 6 : Trang trí , hoàn thiện mô hình Thiết kế tên các thiết bị phù hợp với kích thước mô hình bằng AutoCAD
In rồi dán lên mô hình
KẾT QUẢ , KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết quả đạt được
Sau 1 thời gian nghiên cứu , tìm kiếm tài liệu , thiết kế và lập kế hoạch , nhóm chúng em đã hoàn thành đồ án “ Nghiên cứu thiết kế hệ thống khởi động sử dụng chìa khóa thông minh trên mazda 2 ” đúng thời hạn được giao Đồ án đã đạt được những yêu cầu về chức năng cơ bản của 1 hệ thống SMK trên các dòng xe hiện đại ngày nay như : Đóng/mở khóa cửa từ xa Khởi động / tắt khởi động từ xa Mở cốp từ xa
Chức năng nhận diện chủ nhân Khởi động / tắt khởi động bằng nút nhấn SSB.
Bật khóa điện bằng bảng mã Keyless.
Dưới đây là một số ảnh minh họa của mô hình sau khi hoàn thiện :
Kết luận và kiến nghị
5.2.1 Kết luận : Đồ án về Smart Key ô tô đã đạt được những thành công đáng kể và mang lại một số lợi ích cho người xem và người dùng Hệ thống Smart Key cung cấp tính bảo mật cao, ngăn chặn việc sao chép chìa khóa và tăng cường an ninh cho xe hơi Ngoài ra, tính tiện lợi và linh hoạt của Smart Key giúp tiết kiệm thời gian và nỗ lực của người dùng khi khóa và mở cửa xe Hơn nữa, tính năng điều khiển từ xa của Smart Key mang đến trải nghiệm lái xe thoải mái và thuận tiện hơn.
Tổng thể, Smart Key ô tô đã đáp ứng và vượt qua mong đợi, mang đến những giải pháp công nghệ tiên tiến Không chỉ gia tăng tính bảo mật và tiện ích cho người dùng, Smart Key còn mở ra những tiềm năng phát triển mới cho ngành công nghiệp ô tô Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, Smart Key hứa hẹn tiếp tục đóng vai trò quan trọng, tạo nên trải nghiệm lái xe an toàn, tiện lợi và thông minh hơn trong tương lai.
Trong quá trình hoàn thành đồ án nhóm chúng em cũng đã tìm hiểu được nhiều thứ như :
Cách sử dụng 1 số chương trình mới đối với ngành nghề ô tô như :Proteus , Fritzing , Arduino IDE
Hiểu được kết cấu của 1 chương trình Arduino , cách sử dụng 1 bo mạch Arduino có sẵn với sự hỗ trợ của các linh kiện điện tử cơ bản như : hạ áp LM 2596 , relay 1 kênh 5V.
Tìm hiểu được cơ chế hoạt động của 1 số công nghệ hiện đại như ESCL , SMK , …
5.2.2 Kiến nghị : Dựa trên kết quả của mô hình hoàn thiện và so sánh với các dòng xe hiện đại hiện nay, chúng tôi muốn đóng góp một số kiến nghị để các bạn có thể phát triển thêm trên mô hình của chúng tôi Các kiến nghị bao gồm:
Nghiên cứu và tích hợp các tính năng bảo mật mạnh hơn vào hệ thống Smart key, bao gồm việc sử dụng các công nghệ nhận diện sinh trắc học như dấu vân tay, khuôn mặt hoặc giọng nói.
Tăng cường tính năng kết nối và điều khiển từ xa bằng cách tích hợp các phần mềm ứng dụng điện thoại thông minh, cho phép người sử dụng có thể kiểm soát các chức năng của xe hơi từ xa bằng chiếc điện thoại thông minh của mình
Cải thiện tính năng định vị xe hơi thông minh, giúp người dùng dễ dàng tìm kiếm vị trí của xe trong bãi đỗ xe và định vị xe hơi trong thời gian thực.
Tối ưu hóa việc lập trình và quản lý khóa thông qua giao diện đơn giản và trực quan, đảm bảo rằng người dùng có thể thực hiện các tác vụ quản lý khóa một cách dễ dàng và thuận tiện.
