HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển đèn pha thích ứng Họ và tên sinh viên: Nguyễn Quang Hưng MSSV: 20145290 Tôn Quốc K
TỔNG QUAN
Lý do chọn đề tài
Theo các số liệu thống kê ngày nay, mặc dù công nghệ chiếu sáng trên xe hơi đã phát triển rất nhiều, và hầu hết các tuyến đường đều đã được trang bị đèn đường chiếu sáng, tăng độ an toàn cho xe lưu thông vào ban đêm chỉ bằng 1/5 mật độ xe lưu thông ban ngày, chính vì những đòi hỏi phải tăng tính an toàn cho người điều khiển xe vào ban đêm mà công nghệ chiếu sáng trên xe đã rất được quan tâm và chú trọng nghiên cứu, phát triển
Ai cũng thấy được tầm quan trọng của đèn chiếu sáng trên xe hơi khi vận hành trong bóng tối Ra đời đồng thời với xe hơi, đèn pha đã trải qua 120 năm lịch sử từ những chiếc khổng lồ cổ lỗ tới Bi-Xenon hay LED ngày nay
Hệ thống chiếu sáng chủ động đã dần trở nên thông dụng đối với các nước phát triển, coi trọng vấn đề an toàn giao thông còn đối với Việt Nam ta hiện nay thì chiếu sáng chủ động vẫn còn khá mới mẻ, chỉ được trang bị trên các xe hạng sang, vì vậy việc sinh viên ngành ô tô được tiếp cận công nghệ mới này còn rất hạn chế, chủ yếu qua Internet và qua các tạp chí ôtô.
Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu các công nghệ tiên tiến liên quan đến hệ thống đèn chiếu sáng thích ứng
- Thiết kế và chế tạo hệ thống đèn chiếu sáng thích ứng trên xe ô tô.
Giới hạn, phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu các phương pháp thu thập và xử lý dữ liệu hình ảnh
- Nghiên cứu các thuật toán điều khiển hệ thống đèn chiếu sáng thích ứng
- Thiết kế và chế tạo phần cứng và phần mềm cho hệ thống đèn chiếu sáng thích ứng.
Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tài liệu: Tham khảo các tài liệu khoa học, báo cáo kỹ thuật, bằng sáng chế liên quan đến hệ thống đèn chiếu sáng thích ứng
- Nghiên cứu thực nghiệm: Thu thập dữ liệu hình ảnh, thiết kế và chế tạo hệ thống đèn chiếu sáng thích ứng, thử nghiệm và đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống.
Phương pháp thực nghiệm
- Tham khảo nhiều nguồn tài liệu từ mạng internet và sách liên quan đến đề tài và phần mềm lập trình
- Triển khai lập trình trên phần mềm Arduino và Pycharm
- Nghiên cứu, chế tạo mô hình thực nghiệm
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG
Khái quát về lịch sử ra đời của đèn chiếu sáng
Lĩnh vực giao thông mà đặc biệt là giao thông đường bộ cũng như cách mà chúng ta di chuyển từ điểm A sang điểm B đã thay đổi rất nhiều từ khi chiếc xe ô tô đầu tiên ra đời Cùng với những sự phát triển nhanh chóng và vượt bậc của công nghệ, câu trả lời cho câu hỏi: “làm thế nào để có thể nhìn được đường khi đi vào buổi tối?” đã có nhiều, rất nhiều thay đổi và cải tiến từ những ngày chiếc xe đầu tiên ra đời cho tới nay Chỉ với thao tác đơn giản: nhấn một nút hay xoay một cái núm, một cái công tắc, việc di chuyển trong điều kiện thời tiết thiếu ánh sang hay đi trong ban đêm, hay đảm bảo cho việc an toàn trong quan sát không thể thiếu được sự có mặt của đèn pha Từ nguồn gốc khiêm tốn của mình, đèn pha đã thay đổi từ vai trò là những thiết bị trang trí, thiết bị phụ trên xe vào những năm 1900 cho tới khi trở thành một phần không thể thiếu trong thị trường giao thông ngày nay cũng như những chuyến đi
Bắt đầu từ những chiếc đèn thuở sơ khai có cấu tạo khổng lồ đến những chiếc Bilux (hai bóng) hình parabol của thập niên 1950-1960, đèn pha đã cải thiện đến 85% hiệu quả chiếu sáng Sau đó là sự xuất hiện của đèn cốt (low-beam) chiếu sáng trong khoảng 100m và đèn Bi-Xenon với khoảng cách quan sát an toàn 180m hiện nay Lịch sử đèn pha bắt đầu cùng thời với xe hơi khi Gottlieb Daimler và Karl Benz giới thiệu chiếc xe hơi đầu tiên năm 1886 Qua từng giai đoạn, do yêu cầu đòi hỏi khác nhau của thực tế khi lái xe vào ban đêm, trong thời tiết xấu, các đèn pha liên tục được cải tiến và phát triển với nhiều loại khác nhau, hiểu được điều đó đã cho ta tin tưởng phần nào về những bước tiến công nghệ mới có thể xuất hiện trong tương lai
Sự ra đời của các loại đèn pha trên ô tô
Trước năm 1900, khi chưa có ô tô hiện đại, xe ngựa được coi là phương tiện giao thông phổ biến nhất Lúc này, việc đi lại chỉ dựa vào khả năng xác định của bản thân Công việc khá khó khăn, nhất là trong điều kiện thiếu sáng vào ban đêm, những người đánh xe không thể xác định rõ ràng xe phía trước Để cải thiện vấn đề này, người ta đã dùng việc đốt nến bên trong xe như một công cụ báo hiệu cho người đối diện
Tuy nhiên, xe ngựa hay gập ghềnh khiến ánh sáng của nến thường không ổn định, khó đi đường dài Xã hội phát triển kéo theo sự nâng cấp của các phương tiện, người ta bắt
4 đầu sử dụng đèn dầu thay cho nến
Hình 2.1: Đèn đầu oto đời đầu
Do đèn dầu cũng không đảm bảo đủ ánh sáng nên mọi người cũng không lái xe vào ban đêm nhiều vì không thể nhìn thấy những gì trước mặt Cùng với sự phát triển của xã hội, các phương tiện giao thông được nâng cấp và gia tăng nên nhu cầu về ánh sáng ngày càng khắt khe và họ đã thay thế đèn dầu bằng đèn khí axetylen
2.2.2 Đèn khí Axetylen Đèn khí axetylen được sử dụng phổ biến từ năm 1900 cho đến năm 1910 Những chiếc đèn này được sản xuất với mục đích đầu tiên là dùng cho ngành khai mỏ, sau đó hãng Carbide đã dùng cách là đốt khí axetilen tạo ra khi cho nước tác dụng với canxi cacbua
Hình 2.2: Đèn đầu oto dạng khí Axetylen
Phần phía dưới đèn chứa canxi carbua (CaC2: hay còn biết đến với cái tên đất đèn) phần phía trên của đèn đựng nước Nước từ phần phía trên sẽ nhỏ từ từ vào phần chứa CaC2 phía dưới tạo ra khí acetylence (C2H2) Khí này cháy tạo ra ngọn lửa ánh sáng màu vàng Những chiếc đèn được gọi là đèn pha đầu tiên này cần phải lau chùi thường xuyên vì nó tạo ra muội và cả chất độc Đèn này được gắn trên xe ô tô bằng cách làm cái đèn như đèn lồng, hay như cái đèn dầu ở Việt Nam mình hay dùng, sau đó đặt một tấm gương ở phía sau đề phản chiếu ánh sáng ra phía trước, tuy nhiên những tia sáng không hội tụ Với khoảng chiếu sáng nhỏ và không có vỏ bảo vệ, những cơn gió mạnh dễ dàng làm tắt chiếc đèn pha này Ở điều kiện thời tiết lạnh giá thì nước bị đóng bang, không thể tạo ra khí axetilen để đốt cháy Mãi tới năm 1912, đèn axetilen mới được sử dụng nhiều bởi các nhà sản xuất ô
- Ánh sáng mạnh: Đèn khí axetilen tạo ra ánh sáng mạnh hơn nhiều sovới đèn dầu hoặc đèn pin, giúp người lái xe nhìn rõ hơn vào ban đêm và trong điều kiện thời tiết xấu
- Độ tin cậy: Đèn khí axetilen hoạt động độc lập với hệ thống điện của xe, do đó chúng vẫn có thể hoạt động ngay cả khi hệ thống điện bị hỏng
- Chi phí thấp: Đèn khí axetilen tương đối rẻ để mua và vận hành
- Dễ sử dụng: Đèn khí axetilen tương đối dễ sử dụng và bảo trì
- Nguy hiểm: Khí axetilen là một khí dễ cháy nổ, do đó cần phải xử lý cẩn thận khi sử dụng đèn khí axetilen
- Khó điều chỉnh: Khó điều chỉnh độ sáng của đèn khí axetilen
- Tạo ra muội: Đèn khí axetilen tạo ra muội đen, có thể bám vào đèn pha và làm giảm khả năng chiếu sáng
- Mùi khó chịu: Khí axetilen có mùi khó chịu
- Cồng kềnh: Đèn khí axetilen cồng kềnh và nặng nề hơn so với các loại đèn pha hiện đại
2.2.3 Đèn pha sử dụng điện
Mặc dù đèn điện là một hướng đi đúng trong việc chiếu sang cho xe ô tô, thế nhưng những chiếc đèn pha sử dụng điện đầu tiên lại tiêu tốn quá nhiều năng lượng, điều này làm cho những nhà sản xuất không muốn đầu tư vào nó Chiếc đèn pha sử dụng điện đầu tiên được ra mắt công chúng vào năm 1898 bởi Electric Vehicle Company, nhưng cũng phải tới năm 1904, khi mà Pockley Automobile Electric Lighting Syndicate có ý tưởng những chiếc đèn sử dụng điện từ ắc quy 8V Năm 1912, Cadillac giới thiệu Hệ thống đánh lửa và chiếu sang điện Delco của họ và mở ra con đường cho hệ thống điện trên xe ô tô mà sự phát triển thì như chúng ta đã thấy như ngày hôm nay
Hình 2.3: Đèn đầu oto sử dụng điện đầu tiên trên thế giới
Tuy nhiên nó lại gặp vấn đề lớn ở đây đó chính là sáng chế ra một máy phát điện có thể tạo ra đủ dòng điện có thể cung cấp cho bóng đèn là không hề phải đơn giản và bóng đèn không thể sử dụng trong thời gian dài
Những chiếc đèn hậu đầu tiên, được lắp vào một cụm với đèn dừng và đèn xy nhan, được giới thiệu vào năm 1918 So sánh với những hệ thống được sử dụng ngày nay, chỉ cần sử dụng một cần nhỏ đặt cạnh vô lăng là đã có thể điều khiển được những bóng đèn hậu Sau sự ra đời này không lâu, đèn hậu đã trở thành tiêu chuẩn trên hầu hết ô tô
So với đèn pha sử dụng nhiên liệu như đèn khí axetilen, đèn pha sử dụng điện trên xe ô tô ngày nay có nhiều ưu điểm vượt trội, tuy nhiên cũng đi kèm với một số nhược điểm nhất định Ưu điểm:
- An toàn: Đèn pha sử dụng điện an toàn hơn nhiều so với đèn pha sử dụng nhiên liệu vì chúng không có nguy cơ cháy nổ
- Dễ điều chỉnh: Dễ dàng điều chỉnh độ sáng và hướng chiếu sáng của đèn pha bằng công tắc và núm xoay trên bảng điều khiển
- Sạch sẽ: Đèn pha sử dụng điện không tạo ra muội đen hay mùi khó chịu như đèn pha sử dụng nhiên liệu
- Tiện lợi: Đèn pha sử dụng điện được cung cấp năng lượng từ hệ thống điện của xe,
8 do đó không cần phải nạp nhiên liệu hay thay thế bình gas
- Tuổi thọ cao: Đèn pha sử dụng điện có tuổi thọ cao hơn nhiều so với đèn pha sử dụng nhiên liệu
- Nhiều lựa chọn: Có nhiều loại đèn pha sử dụng điện khác nhau trên thị trường, bao gồm đèn halogen, đèn xenon, đèn LED và đèn laser, mỗi loại có ưu và nhược điểm riêng Nhược điểm:
- Phụ thuộc vào hệ thống điện: Đèn pha sử dụng điện phụ thuộc vào hệ thống điện của xe để hoạt động, do đó nếu hệ thống điện bị hỏng, đèn pha cũng sẽ không hoạt động
- Tiêu thụ điện năng: Đèn pha sử dụng điện tiêu thụ điện năng, do đó có thể làm giảm tiết kiệm nhiên liệu của xe
- Chi phí cao: Một số loại đèn pha sử dụng điện, như đèn xenon và đèn laser, có thể có giá thành cao hơn so với đèn halogen
- Độ sáng: Một số loại đèn pha sử dụng điện, như đèn halogen, có thể không sáng bằng đèn pha sử dụng nhiên liệu
2.2.4 Đèn pha được làm kín Được giới thiệu vào những năm 1939, kiểu thiết kế đèn pha kiểu chum tia sang có vỏ bao kín được sản xuất với tấm phản chiếu kim loại, một bóng đèn hàn,và thấu kính thủy tinh được gắn cứng với đèn, Những bóng đèn tròn tiêu chuẩn này tạo ra ánh sang hội tụ hơn nhờ sự có mặt của sợi dây tóc được làm từ Vonfram, đặt bên trong thấu kính Dựa theo tiêu chuẩn an toàn 108 của Federal Motor, tất cả ô tô bán ra ở Mỹ đều phải có đèn pha với đường kính của đèn pha là 7”, làm hạn chế thiết kế của các kỹ sư Vào năm 1957, luật của
Mỹ cho phép sử dụng 4 đèn pha, với kích thước 5.75" đường kính Hai trong số đó được sử dụng như đèn chiếu xa, và 2 đèn còn lại sử dụng chiếu sang gần
Hình 2.4: Đèn đầu oto được làm kín
Xu hướng phát triển của công nghệ đèn chiếu sáng trên ô tô trong tương lai
Công nghệ đèn chiếu sáng trên ô tô đang phát triển nhanh chóng với nhiều xu hướng mới nổi bật, hướng đến mục tiêu nâng cao hiệu suất chiếu sáng, tiết kiệm năng lượng, tăng tính an toàn và tạo ra trải nghiệm lái xe thông minh hơn cho người dùng Dưới đây là một số xu hướng chính:
2.3.1 Sử dụng đèn LED ngày càng phổ biến: Đèn LED đang dần thay thế các loại đèn truyền thống như đèn halogen và đèn xenon do ưu điểm vượt trội về hiệu suất chiếu sáng, tuổi thọ cao, tiết kiệm năng lượng và khả năng thiết kế linh hoạt
Các nhà sản xuất ô tô đang tích hợp đèn LED vào nhiều vị trí trên xe như đèn pha, đèn hậu, đèn sương mù, đèn báo rẽ, góp phần nâng cao tính thẩm mỹ và an toàn cho xe
2.3.2 Phát triển đèn LED ma trận: Đèn LED ma trận sử dụng nhiều bóng LED nhỏ được sắp xếp thành cụm, có thể điều khiển độc lập từng bóng LED để tạo ra các hiệu ứng chiếu sáng phức tạp và thích ứng với điều kiện môi trường xung quanh Ứng dụng của đèn LED ma trận bao gồm đèn pha thích ứng, đèn chào mừng, đèn cảnh báo, giúp nâng cao khả năng quan sát và tạo điểm nhấn cho xe
2.3.3 Áp dụng công nghệ laser: Đèn laser có độ sáng cao gấp nhiều lần so với đèn LED, cho phép chiếu sáng xa hơn và tiết kiệm năng lượng hơn Tuy nhiên, giá thành cao và vấn đề an toàn là những rào cản cho việc ứng dụng rộng rãi công nghệ này
Các nhà sản xuất đang nghiên cứu cải thiện hiệu quả và giảm chi phí sản xuất đèn laser, đồng thời phát triển các biện pháp bảo vệ an toàn để đưa công nghệ này vào ứng dụng thực tế trên ô tô trong tương lai
2.3.4 Tích hợp hệ thống chiếu sáng thông minh:
Hệ thống chiếu sáng thông minh kết hợp các cảm biến, camera và phần mềm để tự động điều chỉnh hướng sáng, cường độ sáng và màu sắc ánh sáng phù hợp với điều kiện lái xe và môi trường xung quanh
Hệ thống này giúp nâng cao khả năng quan sát cho người lái, giảm thiểu nguy cơ gây chói mắt cho người lái xe khác và tiết kiệm năng lượng
2.3.5 Phát triển các giao diện điều khiển thông minh:
Người lái có thể điều khiển hệ thống chiếu sáng thông qua màn hình cảm ứng hoặc bằng giọng nói, giúp thao tác dễ dàng và tiện lợi hơn
Một số tính năng thông minh như tự động bật/tắt đèn pha, điều chỉnh độ sáng đèn nội thất theo tâm trạng, cũng được tích hợp để mang đến trải nghiệm lái xe thoải mái và cá nhân hóa hơn
Nhìn chung, công nghệ đèn chiếu sáng trên ô tô đang có những bước tiến vượt bậc, hướng đến mục tiêu nâng cao hiệu quả chiếu sáng, tiết kiệm năng lượng, tăng tính an toàn và tạo ra trải nghiệm lái xe thông minh hơn cho người dùng Các xu hướng mới nổi như đèn LED ma trận, đèn laser và hệ thống chiếu sáng thông minh hứa hẹn sẽ mang đến những thay đổi đáng kể cho ngành công nghiệp ô tô trong tương lai
Ngoài ra, một số xu hướng khác cũng có thể được kể đến như:
- Sử dụng vật liệu mới cho đèn chiếu sáng như graphene, giúp tăng độ sáng và tuổi thọ của đèn
- Phát triển đèn chiếu sáng OLED với khả năng hiển thị linh hoạt và tiết kiệm năng lượng
- Tích hợp đèn chiếu sáng với các hệ thống hỗ trợ lái xe tiên tiến (ADAS) để nâng cao tính an toàn cho người lái
Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, công nghệ đèn chiếu sáng trên ô tô sẽ tiếp tục được cải tiến và hoàn thiện, góp phần mang đến những trải nghiệm lái xe an toàn, tiện nghi và thông minh hơn cho người dùng trong tương lai.
Công nghệ đèn chiếu sáng thích ứng Blade Scan
2.4.1 Cấu tạo của công nghệ đèn Bladescan
So với các công nghệ đèn matrix khác, BladeScan có số lượng chip led ít hơn rất nhiều Ví dụ như công nghệ đèn Digital Light hay Multibeam của Mercedes cần tới cả trăm thậm chí cả nghìn chip led thì con số của BladeScan chỉ là vài chục Điều này giúp cho BladeScan tiết kiệm được rất nhiều không gian bên trong và chi phí cho hệ thống đèn xe
Hình 2.9: Công nghệ đèn Digital Light và Multibeam của Mercedes Điểm khác tiếp theo và cũng là điểm khác lớn nhất của BladeScan đối với các công nghệ khác đó là cách phản chiếu và điều khiển ánh sáng từ chip led rabên ngoài
BladeScan sử dụng hai tấm gương hình bán nguyệt đặt lệch nhau để phản chiếu ánh sáng Hai tấm gương bán nguyệt được đặt đồng tâm tạo thành hình một đĩa tròn và mặt phẳng của tấm gương lệch đi một góc so với tâm quay ở giữa Toàn bộ đĩa gương được điều khiển bởi động cơ điện thông qua lệnh điều khiển của ECU
2.4.2 Nguyên lý hoạt động của đèn pha thích ứng Bladescan
Hình 2.10: Hình dạng đĩa đặc biệt của hệ thống chiếu sáng BladeScan Ở đèn pha thích ứng BladeScan, khi chip led được bật sáng, ánh sáng từ chip led chiếu vào đĩa gương và phản xạ ra bên ngoài môi trường Đĩa gương được điều khiển quay bằng động cơ điện Hoạt động quay của đĩa gương sẽ được điều khiển theo lệnh của ECU Khi đĩa gương quay, các góc phản xạ sẽ liên tục bị thay đổi nhờ cấu tạo đặc biệt của đĩa gương Các tia sáng sẽ được thay đổi liên tục từ trái sang phải trên mặt đường
Hình 2.11: Nguyên lý hoạt động của công nghệ đèn BladeScan Đĩa gương sẽ quay với tốc độ rất cao, khoảng 100 vòng/giây Các tia sáng thay đổi góc chiếu liên tục và theo chu kì trong một thời gian rất ngắn Chính vì thế nên hiện tượng lưu ảnh trên võng mạc sẽ khiến cho chúng ta thấy các tia sáng chiếu ra biến thành một vùng
22 sáng được chiếu liên tục
Bộ phận camera trên xe sẽ đảm nhiệm vai trò quan sát và đưa tín hiệu về ECU Nếu camera phát hiện có vật thể di chuyển ở phía trước, ECU sẽ tính toán, xác định vùng không cần chiếu sáng và sau đó điều khiển hệ thống đèn sao cho hợp lí
Hình 2.12: Đèn Bladescan kiểm soát vùng không cần chiếu sáng bằng cách bật tắt các chip led tùy theo các vị trí góc của đĩa gương
ECU điều khiển thay đổi vùng sáng bằng cách tắt bật các chip led Khi đĩa gương quay tới đúng góc chiếu sáng đến vật thể phía trước Chip led sẽ được tắt cho đến khi đĩa gương quay đến một góc phản xạ khác không chiếu sáng đến vật thể thì bật lại
Với kết cấu và hoạt động như trên, công nghệ BladeScan có độ chính xác của góc chiếu lên tới 0,7 độ Tương đương với 400 chip led của công nghệ truyền thống Khả năng thay đổi vùng chiếu sáng cũng trở nên mượt mà hơn so với việc phải tắt bật từng bóng led
Hình 2.13: BladeScan có độ chính xác của góc chiếu lên tới 0,7 độ
Ngoài ra, công nghệ BladeScan cũng có thể xác định cùng lúc nhiều khu vực không cần chiếu sáng ở gần nhau mà không gộp các vùng này thành một vùng duy nhất Nhờ vậy mà BladeScan có thể giúp cải thiện tầm nhìn lên tới 75% Tăng khả năng phát hiện người đi bộ bên đường và không gây chói cho các phương tiện xung quanh
Hình 2.14: Hệ thống đèn sẽ chiếu sáng đúng nơi cần thiết, hạn chế việc lóa sáng cho các xe khác
Hình 2.16: Ánh sáng sau khi qua đĩa quay
Hình 2.17: Đèn sẽ tắt tại các vùng khác nhau tại ra nhiều vùng tối
Hình 2.18: Cụm hệ thống chiếu sáng BladeScan
Tốc độ quay của gương phản xạ là 6000 vòng/phút, tương ứng với tần số 200 Hz, vì vậy việc đồng bộ hóa các đèn LED với tín hiệu thời gian được trích xuất từ động cơ DC không chổi than chỉ cần một khoảng thời gian rất ngắn để bật hoặc tắt: chỉ 5 μsec (tức là năm phần triệu giây!) Kết quả quang học rất tốt với độ phân giải sắc nét 0,1°, quang thông
700 lm, Imax 55 kcd và góc chiếu ±15° Đặc biệt chú ý đến độ tin cậy của hệ thống cơ học này Mô-đun có 12 đèn LED và tạo ra một hệ thống đèn pha chủ động tiên tiến (ADB) độ nét cao Đèn pha cốt (Low Beam):Hiệu suất rất cao: độ đồng đều tốt, chiếu sáng rộng và có một điểm nóng mạnh.Tuy nhiên, góc chiếu thấp đã hạn chế nghiêm trọng khoảng cách nhìn thấy Chiếc xe này sẽ được trình diễn trong các chuyến lái xe ban đêm tại VISION, với góc chiếu phù hợp hơn Đèn pha pha (High Beam):Rất khó để đánh giá đèn pha vì trong suốt một giờ chúng tôi hầu như không thể sử dụng nó; giao thông quá đông đúc Tuy nhiên, chúng tôi đã cố gắng hết sức; ấn tượng của chúng tôi là khi tốc độ cao hơn 80 km/h, hai mô-đun (mô-đun Bi-LED tiêu chuẩn và ADB) hoạt động cùng nhau và hiệu suất rất tốt, nhưng ở tốc độ thấp hơn, đèn pha yếu
ADB với BladeScan:ADB hoạt động ở tốc độ đường trên 30 km/h và với đèn pha cốt của mô-đun tiêu chuẩn
- Độ phân giải cao của ADB: độ rộng của bóng tối rất sát với độ rộng của xe bị làm mờ, tốt hơn nhiều so với chùm tia ma trận 12 phân đoạn nhờ độ phân giải của BladeScan khoảng 0.1° so với 1°
- Không có hiệu ứng "ánh sáng nhảy múa": chỉ là sự di chuyển mượt mà, không gây chú ý của ánh sáng
- Sự di chuyển chậm của bóng tối để theo dõi chính xác xe bị làm mờ trên đường cong, do đó chúng tôi không được hưởng lợi từ ADB trong thời gian này, khoảng một giây
- Độ sáng và lưu lượng ánh sáng yếu của ADB khi chúng tôi vượt qua một chiếc xe Chúng tôi rõ ràng thấy được đường cắt của đèn pha cốt với bóng tối mạnh bên trên nó Có lẽ là do yêu cầu từ Lexus RX để cân bằng giữa thiết kế (kích thước ống kính mô-đun) và hiệu suất
- Chiếc xe sẽ được trình diễn trong các chuyến lái xe ban đêm tại VISION và Koito sẽ cập nhật đèn pha để cải thiện nó trước thời điểm đó
GIỚI THIỆU CÁC LOẠI LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
LED
3.1.1 Nguyên lý của LED Đèn LED hoạt động theo nguyên tắc cơ bản tương tự như các nguồn sáng truyền thống, sử dụng dòng điện để tạo ra ánh sáng Tuy nhiên, điểm khác biệt chính nằm ở việc đèn LED sử dụng chất bán dẫn thay vì nhiệt hay phản ứng hóa học để phát sáng Nhờ vậy, đèn LED mang lại nhiều lợi ích và tiềm năng phát triển vượt trội so với các loại đèn truyền thống
Chất bán dẫn là vật liệu có khả năng dẫn điện thay đổi Trong đèn LED, chất bán dẫn được pha tạp với các nguyên tố khác để tạo ra hai loại vật liệu:
- Loại N: Có thêm electron tự do, mang điện tích âm
- Loại P: Có thêm "lỗ trống" cho electron di chuyển, mang điện tích dương a Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
Cấu tạo cơ bản của đèn LED bao gồm:
- Chip bán dẫn: Nơi diễn ra quá trình phát sáng
- Vỏ bọc: Bảo vệ chip và phân tán ánh sáng
- Dây điện: Cung cấp nguồn điện cho chip
Khi dòng điện đi qua chip bán dẫn, các electron ở loại N sẽ di chuyển sang loại P và kết hợp với các lỗ trống Quá trình này giải phóng năng lượng dưới dạng photon, tạo ra ánh sáng Màu sắc của ánh sáng phụ thuộc vào mức năng lượng của photon, được quyết định bởi loại vật liệu bán dẫn và tạp chất được sử dụng
3.1.2 Cấu tạo tổng thể Đèn LED không chỉ bao gồm diode bán dẫn mà còn có một số thành phần quan trọng khác để hoạt động hiệu quả Dưới đây là chi tiết về từng thành phần:
- Mặt tiếp xúc: Đây là phần bên ngoài của khuôn bán dẫn, được coi là trái tim của chip LED Mặt tiếp xúc bao gồm một điện cực âm và một trụ điện cực dương Chúng giữ chặt vật liệu bán dẫn và dây cung cấp điện vào khuôn Hai thành phần này không tiếp xúc vật lý mà chỉ được kết nối qua dây liên kết
- Khoang phản xạ: Đây là lớp vật liệu phản xạ bao quanh khuôn bán dẫn Nhiệm vụ của khoang phản xạ là hướng ánh sáng từ diode ra ngoài, thường về phía thấu kính
- Dây liên kết: Đây là sợi dây nhỏ chạy từ trụ điện cực đến trung tâm của khuôn bán
28 dẫn, cung cấp dòng điện cho diode
- Ống kính / Vỏ Epoxy: Thành phần này bảo vệ và ổn định cấu trúc cho đèn LED, giữ chặt tất cả các thành phần vào đúng vị trí Ống kính hoặc vỏ epoxy cũng bảo vệ đèn khỏi va đập và rung động, điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp hoặc hiệu suất cao
Hình 3.1: Cấu tạo của Led
DC Motor có chổi than
Động cơ DC (Direct Current Motor), hay còn gọi là động cơ một chiều, được sử dụng trong các hệ thống điện chạy bằng dòng điện một chiều Động cơ DC hoạt động như một thiết bị chuyển đổi năng lượng, biến đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học
3.2.1 Cấu tạo của động cơ DC có chổi than Động cơ DC chổi than có 3 phần chính :Rotor, Stator (Nam châm và cuộn dây), Chổi than Bên cạnh đó còn các thành phần khác như Trục quay, Cổ góp
Hình 3.2: Cấu tạo của động cơ DC có chổi than
3.2.2 Nguyên lý hoạt động của động cơ DC có chổi than Động cơ DC (điện một chiều) hoạt động dựa trên việc sử dụng dòng điện một chiều chạy qua cuộn dây để tạo ra một từ trường (lực từ) Từ trường này tác động lên nam châm vĩnh cửu trong Stator, khiến Rotor quay Hiện tượng này được biết đến dưới cái tên "Quy tắc bàn tay trái"
Tuy nhiên, để đảm bảo rằng máy móc hoạt động liên tục, không bị gián đoạn, người ta gắn một bộ chuyển đổi vào bàn chải và kết nối với dòng điện để cung cấp nguồn điện cho cuộn dây của động cơ Như vậy, Rotor có thể quay liên tục, không bị gián đoạn
Hình 3.3: Nguyên lý hoạt động của động cơ DC có chổi than
Pha 1: Từ trường của Rotor cùng cực với Stator sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của Rotor
Pha 2: Rotor tiếp tục quay
Pha 3 : Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa Rotor và Stator cùng dấu, trở lại pha 1
Encoder Rotary
3.3.1 Tìm hiểu về Encoder Rotary a Cấu tạo Rotary Encoder
Gồm 1 đĩa quang có đục lỗ, 1 nguồn LED làm nguồn phát sáng, 1 mắt thu quang học, 1 board mạch khuếch đại
Hình 3.4: Cấu tạo cơ bản của Encoder b Nguyên lý hoạt động cơ bản của Encoder Rotary
Một đĩa tròn đang xoay quanh trục của nó, với các lỗ (rãnh) nằm rải rác trên bề mặt Một đèn LED được chiếu sáng lên mặt đĩa Khi đĩa quay, ánh sáng từ đèn LED không thể xuyên qua những phần không có lỗ, nhưng sẽ dễ dàng xuyên qua những lỗ hổng Ở phía bên kia của đĩa, một cảm biến ánh sáng được đặt để nhận tín hiệu Cảm biến này ghi nhận khi nào ánh sáng từ đèn LED xuyên qua các lỗ trên đĩa.Nếu trên đĩa chỉ có một lỗ duy nhất, mỗi khi cảm biến nhận được tín hiệu ánh sáng, đó là dấu hiệu cho thấy đĩa đã hoàn thành một vòng quay c Phân loại Encoder
Encoder tương đối (Incremental encoder) :
Hình 3.5: Encoder tương đối Để xác định vị trí của một thiết bị, chúng thường sử dụng đĩa quang của nó Loại encoder tương đối thường bao gồm hai vòng quay tương ứng với hai kênh A và B, cùng với một lỗ định vị (kênh Z).Bộ mã hóa tương đối thường có hai dải được in lỗ trong suốt trên đĩa, được gọi là Kênh A và B Hai dải này được in lệch pha nhau 90 độ.Phương pháp này cho phép người dùng xác định hướng quay và được gọi là phương pháp vuông góc
Ngoài ra, có một dải tùy chọn được gọi là kênh Z ở đầu ra, chỉ in một rãnh cho mỗi vòng quay Dải này được sử dụng để làm tham chiếu vị trí và đếm số vòng quay được Ưu điểm của chúng là giá thành rẻ và tín hiệu trả về dễ dàng Mặc dù các bộ mã hóa tương đối có giá thấp hơn, nhưng chúng không thể biết vị trí tuyệt đối của mình khi có sự cố mất điện
Hình 3.6: Xung trả về của Encoder tương đối
Encoder tuyệt đối (Absolute encoder):
Encoder tuyệt đối, như cái tên đã gợi ý, cung cấp tín hiệu chính xác về vị trí của nó mà không cần xử lý thêm từ người sử dụng Thường sử dụng mã nhị phân hoặc mã Gray
Cấu trúc của encoder tuyệt đối thường bao gồm các phần sau: bộ phát ánh sáng (LED), bộ thu ánh sáng nhận dạng ánh sáng từ bộ phát (photosensor), và đĩa mã hóa Đĩa mã hóa được làm từ vật liệu trong suốt, chia thành các góc và các đường tròn đồng tâm Các góc và đường tròn này tạo thành các dải băng, mỗi dải băng tương ứng với một đèn LED và một bộ thu Ưu điểm của encoder tuyệt đối là giữ được giá trị tuyệt đối khi mất nguồn điện Tuy nhiên, nhược điểm của nó là giá thành cao do cấu trúc phức tạp và khó khăn trong việc đọc tín hiệu
Hình 3.8: Xung trả về của Encoder tuyệt đối
Arduino Uno R3
Arduino UNO có thể được cung cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc từ nguồn ngoài với điện áp khuyến nghị từ 7 đến 12V DC, với giới hạn từ 6 đến 20V Thông thường, việc cung cấp nguồn thông qua pin vuông 9V là phương án hợp lý nhất nếu không có nguồn từ cổng USB Tuy nhiên, nếu bạn cung cấp nguồn với điện áp vượt quá ngưỡng tối đa cho phép, có thể làm hỏng Arduino UNO
- GND (Ground): Đây là cực âm của nguồn điện cung cấp cho Arduino UNO Khi sử dụng các thiết bị có nguồn điện riêng biệt, các chân này cần được kết nối với nhau
- 5V: Cung cấp điện áp đầu ra là 5V Dòng điện tối đa cho phép qua chân này là 500mA
- 3.3V: Cung cấp điện áp đầu ra là 3.3V Dòng điện tối đa cho phép qua chân này là 50mA
- Vin (Voltage Input): Sử dụng để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO Bạn nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND
- IOREF: Chân này cho biết điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO, luôn là 5V Tuy nhiên, không nên lấy nguồn 5V từ chân này vì chức năng chính của nó
35 không phải là cấp nguồn
- RESET: Nhấn nút Reset trên board tương đương với việc kết nối chân RESET với GND thông qua một điện trở 10KΩ
Hình 3.10: Các chân năng lượng của Arduino
Arduino UNO được trang bị 14 chân số để đọc hoặc xuất tín hiệu Các chân này hoạt động ở 2 mức điện áp là 0V và 5V, với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Mỗi chân cũng đi kèm với các điện trở pull-up nội bộ, được tích hợp sẵn trong vi điều khiển ATmega328 Mặc định, các điện trở này không được kích hoạt
Một số chân số trên Arduino UNO có các chức năng đặc biệt như sau:
- Chân Serial: Chân 0 (RX) và chân 1 (TX) được sử dụng để truyền (TX) và nhận (RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với các thiết bị khác thông qua 2 chân này Việc kết nối Bluetooth thường được thực hiện thông qua giao tiếp Serial không dây Nếu không sử dụng chức năng Serial, bạn không nên chiếm dụng 2 chân này nếu không cần thiết
- Chân PWM (~): Các chân 3, 5, 6, 9, 10 và 11 cho phép điều chỉnh xung PWM với độ phân giải 8 bit (giá trị từ 0 đến 255 tương ứng với 0V đến 5V) thông qua hàm analogWrite() Điều này cho phép điều chỉnh điện áp đầu ra ở các chân này từ 0V đến 5V, thay vì chỉ có thể là 0V hoặc 5V như các chân khác
- Chân giao tiếp SPI: Các chân 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO) và 13 (SCK) được sử dụng để truyền và nhận dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác
- LED 13: Trên Arduino UNO có một đèn LED màu cam (được kí hiệu bằng chữ L) Khi thực hiện việc reset, đèn này sẽ nhấp nháy để báo hiệu Nó được kết nối với chân số 13 Khi chân này được sử dụng, LED sẽ sáng
- Chân analog: Arduino UNO có 6 chân analog từ A0 đến A5 cung cấp độ phân giải
10 bit để đọc giá trị điện áp từ 0V đến 5V Bạn có thể sử dụng chân AREF trên board để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog
- Chân hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI: Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) được sử dụng để giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.
Transistor
3.5.1 Tìm hiểu về Transistor a Transistor là gì ?
Transistor, hay còn gọi là bóng bán dẫn, là một linh kiện bán dẫn chủ động quan trọng, được sử dụng rộng rãi như một phần tử khuếch đại hoặc một khóa điện tử Đây là khối đơn vị cơ bản trong cấu trúc mạch của máy tính điện tử và nhiều thiết bị điện tử hiện đại khác
Với tốc độ và độ chính xác cao, transistor được ứng dụng nhiều trong cả các hệ thống tương tự và số Các thiết bị quen thuộc như điện thoại di động, TV, hay các hệ thống âm thanh và hình ảnh đều không thể thiếu transistor để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu
Transistor đã cách mạng hóa thiết kế và sử dụng các thiết bị điện tử, góp phần vào những tiến bộ vượt bậc trong công nghệ và đời sống hàng ngày Vai trò của transistor không chỉ giới hạn ở các thiết bị gia dụng, mà còn mở rộng ra nhiều lĩnh vực khác như y tế, viễn thông, và công nghiệp b Cấu tạo của Transistor
Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép lại với nhau, tạo thành hai mối tiếp giáp P-N Nếu ghép theo thứ tự PNP, ta có transistor thuận; nếu ghép theo thứ tự NPN, ta có transistor ngược Cấu tạo của transistor tương đương với hai diode đấu ngược chiều nhau
Ba lớp bán dẫn trong transistor được nối ra thành ba cực:
- Cực gốc (Base - B): Là lớp giữa, ký hiệu là B Lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp
- Cực phát (Emitter - E): Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát, viết tắt là E
- Cực thu hay cực góp (Collector - C): Cũng nằm ở bên ngoài, viết tắt là C Vùng bán dẫn E và C thuộc cùng loại bán dẫn (loại N hoặc P), nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau, do đó không thể hoán đổi cho nhau
Hình 3.11: Các loại Transistor c Nguyên lý hoạt động của Transistor
Hình 3.12: Nguyên lý hoạt động của Transisor NPN
Bạn cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E Cực (+) được kết nối với cực C và cực (-) được kết nối với cực E
Bạn cũng cấp một nguồn một chiều UBE qua công tắc và trở hạn dòng vào hai cực
B và E Cực (+) của nguồn UBE được kết nối với chân B và cực (-) được kết nối với chân
Mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện, không có dòng điện chạy qua mối C-E (dòng
Mối P-N được phân cực thuận, dẫn đến một dòng điện chạy từ cực (+) của nguồn UBE qua công tắc, qua trở hạn dòng R, qua mối B-E về cực (-), tạo thành dòng IB
Ngay khi dòng IB xuất hiện, lập tức có dòng IC chạy qua mối C-E làm bóng đèn phát sáng Dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB
Quan hệ giữa dòng IC và IB:
Dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB theo công thức: IC=β⋅ IBIC =\beta \cdot IBIC=β⋅ IB Trong đó :
IC là dòng chạy qua mối C-E
IB là dòng chạy qua mối B-E β là hệ số khuếch đại của transistor
Giải thích cơ chế hoạt động:
-Khi có điện áp UCE nhưng không có dòng điện, các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối tiếp giáp P-N
-Khi xuất hiện dòng IBE, số điện tử tự do từ lớp bán dẫn N (cực E) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P (cực B) lớn hơn số lượng lỗ trống nhiều lần
-Một phần nhỏ điện tử thế vào lỗ trống tạo thành dòng IB, còn phần lớn điện tử bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp UCE, tạo thành dòng ICE chạy qua transistor Hoạt động của transistor PNP:
Hoạt động của transistor PNP hoàn toàn tương tự như transistor NPN, nhưng cực tính của các nguồn điện UCE và UBE ngược lại
Dòng IC đi từ E sang C, còn dòng IB đi từ E sang B
XỬ LÝ HÌNH ẢNH
Sơ lược về xử lý ảnh
4.1.1.Dữ liệu hình ảnh a Dữ liệu hình ảnh là gì ?
Một hình ảnh được định nghĩa là một hàm hai chiều, F(x, y), trong đó x và y là các tọa độ không gian, và biên độ của F tại bất kỳ cặp tọa độ (x, y) nào được gọi là cường độ của hình ảnh tại điểm đó Khi các giá trị x, y và biên độ của F là hữu hạn, chúng ta gọi đó là hình ảnh số hóa (digital image) Nói cách khác, một hình ảnh có thể được xác định bởi một mảng hai chiều, được sắp xếp cụ thể theo hàng và cột
Hình ảnh số hóa bao gồm một số lượng hữu hạn các phần tử, mỗi phần tử có một giá trị cụ thể tại một vị trí nhất định Các phần tử này được gọi là phần tử hình ảnh
(picture elements, image elements hay pixel, trong đó pixel là thuật ngữ phổ biến nhất)
Hình ảnh được biểu thị bằng kích thước (chiều cao và chiều rộng) dựa trên số lượng pixel Ví dụ, nếu kích thước của hình ảnh là 500 x 400 (chiều rộng x chiều cao), thì tổng số pixel trong hình ảnh là 200.000
Có 4 loại hình ảnh : Ảnh nhị phân: Đúng như tên gọi, ảnh nhị phân chỉ chứa các pixel có giá trị 0 hoặc
1, trong đó 0 đại diện cho màu đen và 1 đại diện cho màu trắng Hình ảnh này còn được gọi là ảnh đơn sắc Ảnh đen-trắng: Đây là loại hình ảnh chỉ có hai màu cơ bản là đen và trắng Ảnh màu 8-bit: Đây là định dạng hình ảnh phổ biến nhất, có 256 sắc thái màu khác nhau và thường được gọi là ảnh thang độ xám Trong định dạng này, giá trị 0 biểu thị màu đen, giá trị 255 biểu thị màu trắng, và giá trị 127 biểu thị màu xám Ảnh màu 16-bit: Đây là định dạng ảnh màu có 65.536 màu sắc khác nhau, còn được gọi là định dạng màu cao Ở định dạng này, sự phân bố màu sắc không giống như ảnh thang độ xám mà thường được chia thành ba kênh màu: Đỏ, Xanh lục, và Xanh lam.
Xử lý hình ảnh
Xử lý hình ảnh kỹ thuật số đã được tiên phong tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA vào cuối những năm 1960 Ban đầu, mục tiêu là chuyển đổi tín hiệu tương tự từ tàu vũ trụ Ranger sang hình ảnh kỹ thuật số với sự cải tiến của máy tính Ngày nay,
40 xử lý hình ảnh kỹ thuật số có rất nhiều ứng dụng, đặc biệt là trong y học Một số ứng dụng nổi bật bao gồm quét CAT và siêu âm hỗ trợ máy tính
Xử lý hình ảnh chủ yếu liên quan đến việc áp dụng các hàm toán học và phép biến đổi đối với hình ảnh Nói một cách đơn giản, nó liên quan đến việc sử dụng các thuật toán để thực hiện các biến đổi như làm mịn, làm sắc nét, điều chỉnh độ tương phản và kéo giãn ảnh
Xử lý ảnh là quá trình chuyển đổi một hình ảnh sang dạng kỹ thuật số và thực hiện các thao tác nhất định để trích xuất thông tin hữu ích từ hình ảnh đó Hệ thống xử lý hình ảnh thường coi tất cả các hình ảnh là tín hiệu 2D và áp dụng các phương pháp xử lý tín hiệu đã được xác định trước
Các loại xử lý hình ảnh chính bao gồm:
-Nhận diện: Phát hiện và phân biệt các đối tượng trong hình ảnh
-Làm sắc nét và phục hồi: Cải thiện và tái tạo hình ảnh từ phiên bản gốc
-Nhận dạng mẫu: Đo lường các mẫu khác nhau xung quanh các đối tượng trong hình ảnh
-Truy xuất: Duyệt và tìm kiếm hình ảnh từ một cơ sở dữ liệu lớn gồm các hình ảnh kỹ thuật số tương tự như hình ảnh ban đầu
THIẾT KẾ THI CÔNG MÔ HÌNH
Thiết kế, chế tạo và lắp đặt hệ thống bằng cơ khí
5.1.1 Thiết kế đĩa quay và led
Hình 5.1: Thiết kế đĩa xoay và đèn led
Hình 5.2: Thử nghiệm các góc đặt Led khác nhau cho bóng Led thứ nhất
Hình 5.3: Thử nghiệm các góc đặt Led khác nhau cho con Led thứ hai
Hình 5.4: Thử nghiệm các góc đặt Led khác nhau cho bóng Led thứ ba
5.1.2 Quy trình chế tạo và lắp ráp mô hình
Hình 5.5: Quy trình chế tạo đèn
Hình 5.6: Quy trình chế tạo đĩa và Encoder
Các bước kiểm tra và hiệu chỉnh hệ thống
5.2.1 Yêu cầu kĩ thuật và tiêu chuẩn ánh sáng a Khái niệm ánh sáng và Cường độ ánh sáng Ánh sáng có thể được hiểu đơn giản là một dạng sóng điện từ với bước sóng nằm trong khoảng mà mắt người có thể nhìn thấy
Cường độ ánh sáng là lượng quang thông phát ra từ một nguồn sáng trên mỗi mét vuông diện tích (1m²) Đơn vị đo cường độ ánh sáng là Candela (cd), với một Candela tương đương với 1 lumen trên mỗi steradian (1 lm/Sr) Lumen hay còn gọi là cường độ Lumen hoặc quang thông, là công suất bức xạ của chùm ánh sáng phát ra từ một nguồn sáng điểm Hiểu đơn giản thì Lumen (hay quang thông) là tổng lượng ánh sáng nhìn thấy được bằng mắt thường phát ra từ một đèn hoặc nguồn sáng Số lumen càng cao thì đèn càng sáng
Foot Candle là một đơn vị ánh sáng tương đương với độ sáng của một ngọn nến sinh ra cách nó 1 foot.Ví dụ, một ngọn đèn có cường độ ánh sáng đo được là 5FC thì cách ngọn đèn đó 1 foot thì ta thu được ánh sáng 5 Foot Candle Càng xa nguồn sáng thì cường
47 độ ánh sáng sẽ càng giảm Ta có mối liên hệ giữa Lumen và FC
Có nghĩa là một nguồn sáng 1FC chiếu trên 1 ft2 thì bằng 1 Lumen (lm)
Hình 5.7: Mối liên hệ giữa các đơn vị đo cường độ ánh sáng
1 Lux = 1 lumen/ diện tích 1m2 = 0.0929 FC b Tiêu chuẩn ánh sáng đèn pha Oto
Hình 5.8: Tiêu chuẩn đèn pha Oto
Từ dữ liệu ánh sáng tiêu chuẩn ta có thể tính được ánh sáng cường độ ánh sáng theo đơn
1 Lux = 1lm/m2 = 0,0929 FC Ã 250lm/m2 = 23,225 FC
5.2.2 Kiểm tra và hiệu chỉnh Led
Hình 5.9: Led công suất 12V Đèn Led công suất có điện áp đầu vào là 12V và cường độ dòng điện là 30mA Để chịu được dòng điện 12V thì thực chất đèn Led này đã gắn thêm điện trở để hạn chế dòng qua Led Khi đo điện áp tại 2 chân Led thì điện áp thực qua Led chỉ có 3V Dễ dàng tính được công suất theo công thức :
- I là Cường độ dòng điện (A)
Từ đó nhận thấy công suất tiêu hao trên trở là :
Php = P – Ptt = U.I – Utt.I = I.(U-Utt) = 0,03.(12-3) = 0,27 W Nhận xét: Năng lượng hao phí gấp ba lần năng lượng có ích thực tế
Hình 5.10: Thực nghiệm đo đạc cường độ ánh sáng cho Led 12V
Nhận xét:Vùng sáng có đường kính 0,5m khi đứng cách tường 0,5m và độ sáng 83,2 FC
Từ hai nhận xét ta có kết luận rằng độ sáng của Led công suất 12V rất tốt nhưng có
2 vấn đề là vùng sáng tạo ra khá lớn và tiêu hao năng lượng trên điện trở quá nhiều nên ta không dùng Led công suất 12V cho hệ thống đèn thích ứng
Hình 5.11: Thực nghiệm đo đạc ánh sáng cho Led Luxeon 3W Đèn Led Luxeon công suất danh định 3W có nhận điện áp tối đa là 4,7V với cường độ dòng điện là 650mA Để thu được nguồn 4,7V và dòng điện 650mA ta sử dụng module điều áp LM2596 để điều chỉnh điện áp phù hợp Trong điều kiện ánh sáng thích hợp thì cường độ ánh sáng đo được là 8,13 FC
Hình 5.12: Thực nghiệm đo đạc ánh sáng cho Led Luxeon 5W
Tương tự như Đèn Led Luxeon công suất danh định 3W, đây là Led Luxeon công suất danh định là 5W có nhận điện áp tối đa là 3,5V với cường độ dòng điện tối đa lên đến 1200mA.Tiếp tục sử dụng module điều áp LM2596 để điều chỉnh điện áp phù hợp thì cường độ ánh sáng đo được là 17.69 FC
Từ ba trường hợp so sánh trên thì việc sử dụng Led Luxeon 5W sẽ cho được cường độ ánh sáng và năng lượng tối ưu nhất
Công suất thực tế của mô hình đèn thích ứng khi giới hạn cường độ dòng điện đầu ra là 1A để tránh việc Led làm việc ở trạng thái tối đa liên tục :
Ptt = Umax.Itt = 3,5.1 = 3,5W a Chọn Led phù hợp với mô hình :
Hình 4.1:Kích thước của Led Luxeon 5W Điện áp : 3.2 ~ 3.4VDC
5.2.3 Kiểm tra và hiệu chỉnh cụm motor đĩa quay và Encoder a Chọn Motor và Encoder phù hợp với mô hình
Theo nghiên cứu tìm hiểu , tốc độ quay của motor quay đĩa là 200 vòng/s (6000
RPM) cho nguồn 12 V Nhận thấy động cơ DC RS775 phù hợp đáp ứng yêu cầu về tốc độ và momen xoắn
Hình 5.14:Hình dạng và kích thước cơ bản của động cơ DC RS775
Thông số kĩ thuật của động cơ DC RS775 Điện áp định mức: 12V
Dòng điện rôto bị khóa: 2.6A
Tốc độ động cơ : khoảng 10000 vòng / phút (12V), 20000 vòng / phút (24V)
Hình 5.15:Hiệu chỉnh đồng trục cho Motor và Encoder
Với việc Motor DC RS775 và Encoder Rotary 100 xung không đồng trục nên ta sử dụng khớp nối đàn hồi vừa để kết nối hai trục cứng chuyển động liên tục vừa để tạo độ rơ cho hai chi tiết Bên cạnh đó , với việc trục của Motor RS 775 nhỏ hơn trục của Encoder Rotary ta thực hiện một thực hiện một bước cơ khí là hàn tiện để đắp thêm trục cho Motor
Quá trình thiết kế và hàn mạch điện tử
5.3.1 Chọn, kiểm tra và đấu nối linh kiện điện tử a Chọn mạch giảm áp LM2596hvs
Hình 5.16:Bộ điều áp LM2596hvs
Thông số kĩ thuật : Điện áp đầu vào: 5~55VDC Điện áp đầu ra: 1.25~30VDC (lưu ý điện áp đầu vào chênh lệch với điện áp đầu ra tồi thiểu 2VDC)
Dòng điện ngõ ra: Max 3A
Công suất đầu ra: Max 15W (nếu sử dụng trên 10W cần mắc thêm tản nhiệt để đảm bảo an toàn)
Tích hợp biến trở điều chỉnh điện áp CV
Tích hợp biến trở điều chỉnh dòng tối đa CC
Tích hợp led báo nguồn (xanh lá), khi quá dòng sẽ chuyển sang màu đỏ
Kích thước: 48 x 24mm b Chọn Transistor TIP112
Loại Transistor NPN Điện áp Vce max 100 V - 109 V
Nhiệt độ max 150 c Thiết kế sơ đồ khối tổng quát và sơ đồ mạch điện
Hình 5.18:Sơ đồ khối tổng quát
Hình 5.19:Sơ đồ mạch điều khiển của mô hình đèn pha thích ứng
Hình 5.20: Bảng mạch điện tử
Lắp đặt hệ thống đèn pha thích ứng
Hình 5.21:Các bước hoàn thiện đầu tiên
Hình 5.22:Cố định góc quay và góc đặt đèn
Hình 5.23:Mô hình hoàn thiện của hệ thống đèn pha thích ứng
Thực nghiệm và đánh giá kết quả
Hình 5.24: Điểm sáng trên thực tế
Hình 5.25: Vùng sáng được tạo ra sau khi quay đĩa
Hình 5.26:Vùng tối xuất hiện khi thưc hiện điều khiển tắt
Hình 5.27:Thực nghiệm xử lý ảnh
