Bên cạnh đó, việc ứng dụng vi điều khiển để điều khiển các chức năng trong hệ thống và sử dụng đèn báo tín hiệu có chướng ngại vật cho người lái biết ngay cả khi tài xế không trực tiếp đ
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÀNG PHI KHANH
ĐIỀU KHIỂN NÂNG HẠ KÍNH TRÊN Ô TÔ
BẰNG SÓNG BLUETOOTH
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246
S KC 0 0 4 1 3 0
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HOÀNG PHI KHANH
ĐIỀU KHIỂN NÂNG HẠ KÍNH TRÊN Ô TÔ
Trang 3LÝ LỊCH KHOA HỌC
I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: Hoàng Phi Khanh Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 10/04/1985 Nơi sinh: Tp.HCM
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 83/34 Hòa Hưng, Quận 10, Tp.HCM
Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 08.38621270
II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1 Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ …/… đến …/ …… Nơi học (trường, thành phố):
Người hướng dẫn: Mse Đặng Quý
III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:
9/2009 ÷ 8/2010 ĐH Công Nghiệp Tp.HCM Giảng viên thỉnh giảng 9/2011 ÷ 8/2012 CĐ Kỹ Thuật Lý Tự Trọng Giảng viên thỉnh giảng 1/2013 ÷ 8/2013 CĐ Kinh Tế Kỹ Thuật Phú Lâm Giảng viên thỉnh giảng
Trang 4LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng 10 năm 2013
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Trang 5LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình ho ̣c tâ ̣p và hoàn thành luâ ̣n văn này , tôi đã nhâ ̣n được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô và các bạn cùng l ớp Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin được bày tỏ lới cảm ơn chân thành tới :
Ban giám hiê ̣u , Phòng đào tạo sau đại học , Khoa Cơ Khí Động Lực trường
Đa ̣i Ho ̣c Sư Ph ạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã ta ̣o mo ̣i điều kiê ̣n thuâ ̣n lợi giúp đỡ tôi trong quá trình ho ̣c tâ ̣p và hoàn thành luâ ̣n văn
Phó giáo sư - Tiến si ̃ Đỗ Văn Dũng, người thầy kính mến đã hết lòng giúp
đỡ, dạy bảo , đô ̣ng viên và ta ̣o mo ̣i điều kiê ̣n thu ận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp
Tiến sĩ Lê Thanh Phúc, người thầy đã tận tâm, nhiệt tình hướng dẫn chỉ bảo
để tôi có thể hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô t rong hô ̣i đồng chấm luâ ̣n văn đã cho tôi những đóng góp quý báu để hoàn chỉnh luâ ̣n văn này
Kính chúc ban giám hiệu, các thầy luôn mạnh khỏe, thành công và luôn là ngọn đuốc soi đường cho thế hệ đàn em chúng em tiến bước thành công hơn, vững chắc hơn trên con đường khoa học tuy có khó khăn, thử thách nhưng đầy thù vị này
Xin chân thành cảm ơn và chúc các thầy cô sức khỏe và thành đạt
Trang 6TÓM TẮT
Luận văn nghiên cứu về hệ thống điều khiển nâng hạ kính mới trên ô tô Đặc điểm là sử dụng sóng Bluetooth để truyền dữ liệu điều khiển các chức năng của các cửa sổ kính Bên cạnh đó, việc ứng dụng vi điều khiển để điều khiển các chức năng trong hệ thống và sử dụng đèn báo tín hiệu có chướng ngại vật cho người lái biết ngay cả khi tài xế không trực tiếp điều khiển Sử dụng mạch công suất tăng tính ổn định của hệ thống trong quá trình điều khiển Hệ thống này có thể dùng để điều khiển các thiết bị được gắn thêm trên ô tô mà không cần can thiệp lớn vào hệ thống dây điện trên xe Nếu được ứng dụng rộng rãi trên các thiết bị của ô tô, thì mỗi chiếc xe trong tương lai sẽ giống như một mô hình máy tính thu nhỏ có thể trao đổi
dữ liệu và đáp ứng nhu cầu của người sử dụng một cách tốt nhất và cực kì an toàn
do tính tự động hóa ngày càng được nâng cao
ABSTRACT
The thesis presents an investigation on an advanced power window system The proposed system uses the Bluetooth wave to transmit the data and to control the operating modes of the power window In addition, the microcontroller is used to monitor the system performance and to warn the driver when it is stuck The system may be used to control the electrical devices without major modification of wiring system The further research may be carried out for other systems where the devices may connect together The future cars will contain the subsystems that have the wireless communication
Trang 7MỤC LỤC
Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân i
Lời cam đoan ii
Lời cảm ơn iii
Tóm tắt iv
Mục lục v
Danh sách các hình viii
Danh sách các bảng x
Chương 1: Tổng quan đề tài 1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1
1.2 Các đề tài nghiên cứu trong và ngoài nước 1
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3
1.4 Ý nghĩa khoa hoc và tính thực tiễn của đề tài 3
1.5 Phương pháp nghiên cứu 3
1.6 Kế hoa ̣ch thực hiê ̣n 3
Chương 2: Cơ sở lý thuyết 5
2.1 Hệ thống cửa sổ điện trên ô tô 5
2.1.1 Khái quát 5
2.1.2 Chức năng 6
2.1.3 Vị trí các bộ phận 7
2.2 Động cơ điện một chiều 10
2.2.1 Khái niệm chung 10
2.2.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc, phân loại động cơ điện một chiều 10
2.3 Tìm hiểu về công nghệ Bluetooth 14
2.3.1 Tổng quan về Bluetooth 14
2.3.2 Bản chất công nghệ Bluetooth 16
Trang 82.3.3 Ưu nhược điểm của Bluetooth 48
2.3.4 Tầm ứng dụng và tương lai của Bluetooth 49
2.4 Cơ sở lý thuyết về sóng vô tuyến 51
2.4.1 Khái niệm về sóng vô tuyến 51
2.4.2 Phân chia giải tần số vô tuyến 51
2.4.3 Đặc điểm truyền sóng vô tuyến 54
2.4.4 Phương thức truyền sóng vô tuyến 55
2.4.5 Các nhân tố ảnh hưởng đến sự truyền lan sóng vô tuyến 57
2.5 Tìm hiểu sơ bộ về điều khiển từ xa 57
2.5.1 Tổng quan về điều khiển từ xa 57
2.5.2 So sánh điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến và sóng hồng ngoại 60
Chương 3: Lưu đồ điều khiển và lập trình điều khiển 61
3.1 Tổng quan về module Bluetooth 61
3.1.1 Giới thiệu về module Bluetooth HC – 05 61
3.1.2 Các lệnh dùng thiết lập module Bluetooth HC- 05 63
3.2 Lưu đồ điều khiển và lập trình điều khiển 70
3.2.1 Chức năng và tính năng hoạt động của hệ thống nâng hạ kính cần điều khiển 70 3.2.2 Xây dựng lưu đồ 71
Chương 4: Mô hình và thực nghiệm 81
4.1 Mô hình 81
4.1.1 Kết cấu mô hình phần hệ thống điều khiển 81
4.1.2 Board mạch thu, phát sóng Bluetooth 85
4.1.3 Mạch cảm biến dòng 88
4.2 Thực nghiệm mô hình 89
4.2.1 Kiểm nghiệm độ nhạy hệ thống điều khiển 89
4.2.2 Kiểm nghiệm chức năng báo kẹt 90
4.2.3 Kiểm nghiệm hoạt động thực tế 90
Chương 5: Kết luận 91
5.1 Kết quả đạt được 91
Trang 95.2 Các vấn đề chưa đạt được 91
5.3 Hướng phát triển đề tài 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO 99
PHỤ LỤC 101
Trang 10DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Hệ thống cửa sổ điện trên ô tô 5
Hình 2.2: Mô tả hoạt động của hệ thống cửa sổ điện trên ô tô 6
Hình 2.3: Điều khiển cửa sổ điện khi tắt chìa khóa và chống bó kẹt 7
Hình 2.4: Các bộ phận chính của hệ thống cửa sổ điện 7
Hình 2.5: Môtơ cửa sổ điện 8
Hình 2.6: Công tắc chính cửa sổ điện 9
Hình 2.7: Mô tả nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều 11
Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý máy điện một chiều 12
Hình 2.9: Môtơ quay ngƣợc chiều kim đồng hồ 13
Hình 2.10: Môtơ quay cùng chiều kim đồng hồ 13
Hình 2.18: Quá trình truy vấn tạo kết nối 23
Hình 2.19: Truy vấn tạo kết nối giữa các thiết bị trong thực tế 23
Hình 2.20: Minh họa một Scatternet 24
Trang 11Hình 2.26: Tương tác trong chế độ tiết kiệm năng lượng 41
Hình 2.27: Phổ tầng tần số vô tuyến và ứng dụng 51
Hình 3.1: Lưu đồ thuật toán chung 72
Hình 3.2: Lưu đồ giải thuật chương trình phát 73
Hình 3.3: Lưu đồ điều khiển chương trình chính của Master (Ecu) 75
Hình 3.4: Lưu đồ điều khiển chương trình ngắt của Master (Ecu) 76
Hình 3.5: Lưu đồ giải thuật chương trình thu 77
Hình 3.6: Chương trình chính Slave 79
Hình 3.7: Chương trình ngắt Slave 80
Hình 4.1: Công tắc chính 81
Hình 4.2: Công tắc chính và mạch điều khiển 82
Hình 4.3: Mạch điều khiển Master 82
Hình 4.4: Mô hình cửa sổ 83
Hình 4.5: Mạch điều khiển Slave 84
Hình 4.6: Sơ đồ mạch Master PIC-BLUETOOTH 85
Hình 4.7: Sơ đồ mạch Slave PIC-BLUETOOTH 86
Hình 4.8: Board mạch Bluetooth HC-05 87
Hình 4.9: Sơ đồ mạch cảm biến dòng 88
Hình 4.10: Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến dòng 88
Trang 13CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, ô tô không những chỉ đáp ứng nhu cầu đi lại cho con người, mà nó còn thỏa mãn nhu cầu ngày càng cao về tính tiện nghi được trang bị trên ô tô Với nhu cầu ngày càng tăng thì nhiều tiện nghi hiện đại đã được trang bị trên ô tô như phanh ABS, hệ thống định vị toàn cầu GPS, điều khiển lái thông minh idriver Gần đây, có sự phát triển vượt bậc của những hệ thống điều khiển từ xa sử dụng trong mục đích quân sự lẫn dân sự Các nhà khoa học đang nghiên cứu phát triển hệ thống eyedriver để những người khuyết tật có thể điều khiển ô tô qua ánh mắt của họ Xu hướng nghiên cứu hiện nay cũng chú trọng đến việc điều khiển những hệ thống, thiết bị trên xe mà không cần dây dẫn nhằm giảm bớt sự phức tạp của hệ thống dây điện trên xe và tăng tính năng an toàn cũng như tính tiện lợi cho người sử dụng xe
Sự phát triển không dây xuất hiện từ thiết bị điều khiển khóa cửa chống trộm, gần đây nhất thì có hệ thống tích hợp giao tiếp giữa điện thoại cầm tay và ô tô
không dây Với những nhu cầu trên đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo điều khiển
không dây hệ thống nâng hạ kính được xem thực sự cần thiết trong việc phát triển
và ứng dụng công nghệ trên ôtô
1.2 Các đề tài nghiên cứu trong và ngoài nước
a Các đề tài nghiên cứu trong nước
Tình hình nghiên cứu trong nước ta về lĩnh vực điều khiển không dây chỉ xuất hiện trong lĩnh vực viễn thông và truyền thanh truyền hình Riêng trong lĩnh vực ứng dụng trên ô tô thì vẫn đang trong giai đoạn tìm hiểu và phát triển Vì thế những
đề tài liên quan trực tiếp đến điều khiển các thiết bị trên ô tô thì chưa phát triển nhiều
b Các đề tài nghiên cứu ngoài nước
Fredrick L Kitson (2000) [1], thiết kế kết nối giữa ôtô và máy chẩn đoán không
Trang 14cần giắc cắm trực tiếp thông thường mà chỉ cần ô tô vào vùng phủ sóng của thiết bị chẩn đoán Để thực hiện được điều này thì ô tô phải có một cực để phát tín hiệu tình trạng hiện tại của ô tô Từ phía thiết bị chẩn đoán sẽ có một bộ thu tín hiệu (cực thu tín hiệu) sẽ nhận tín hiệu từ cực phát của động cơ đưa vào bộ xử lý trung tâm của máy chẩn đoán để đưa kết quả tình trạng hoạt động của xe
Dearborn Heights (2004) [2], thiết kế speaker không dây cho ô tô có thể tháo ra khỏi ô tô nhưng nó vẫn giao tiếp với hệ thống điều khiển âm thanh trên ô tô Speaker sẽ được thiết kế bộ nhận tín hiệu điện được truyền tải không dây đến và chuyển tín hiệu này thành tín hiệu âm thanh cho Speaker hoạt động Và dĩ nhiên tác giả cũng nghiên cứu thiết kế bộ phát tín hiệu điện từ hệ thống âm thanh trên xe và tín hiệu này chuyển từ tín hiệu âm thanh thành tín hiệu điện để truyền không dây đến Speaker
Shin-Chung Chen (2005) [3], thiết kế thiết bị chống trộm giao tiếp trong hệ thống bằng Bluetooth Thiết bị chống trộm bao gồm thiết bị chính trên xe là bộ phận Bluetooth trên ô tô và một thiết di động điều khiển bằng Bluetooth được người sử dụng mang theo khi ra khỏi xe Khi người tài xế mang thiết bị Bluetooth di động theo thì không có tín hiệu đến cực thu sóng trên xe và sau đó có người khác đến chạy xe thì thiết bị ở chế độ báo động Khi người sử dụng với đầu Bluetooth di động đến gần xe nằm trong bán kính kết nối của đầu tín hiệu trên xe thì có sự kết nối của phát tín hiệu trên xe và đầu thu tín hiệu Bluetooth mang trên tay tài xế thì hệ thống báo trộm mới tắt
Yi Luo (2004) [4], nghiên cứu để tạo nút cửa ngõ vô tuyến trao đổi không dây cho một ô tô bao gồm một thiết bị thu phát, mạch điều khiển số và bề mặt giao tiếp cái được sử dụng để nhận tín hiệu cổng không dây và kết nối với những tín hiệu điều khiển của động cơ ô tô Nút cửa ngõ vô tuyến trao đổi không dây cho phép hai đường giao tiếp giữa thiết bị giao tiếp không dây khác nhau như thiết bị số hỗ trợ cá nhân và máy tính Thiết bị thu phát có thể được tạo để cho phép giao tiếp với những
dạng thiết bị khác nhau để giao tiếp ở những cổng giao tiếp khác nhau
Trang 151.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Do bước đầu nghiên cứu chế tạo nên đề tài chỉ chú trọng điều khiển hệ thống
nâng hạ kính trên ôtô và phạm vi nghiên cứu là dùng sóng Bluetooth để điều khiển Về sau sẽ mở rộng và phát triển áp dụng điều khiển nhiều thiết bị khác trên ô
tô
1.4 Ý nghĩa khoa hoc và tính thực tiễn của đề tài
Mục đích của đề tài là thiết kế hệ thống điều khiển chức năng của nâng hạ kính
mà không dùng dây điện như hiện nay, thay vào đó là dùng bộ thu phát sóng để điều khiển Cụ thể hơn đó là dùng sóng Bluethooth để điều khiển nâng hạ kính Từ đây, chúng ta có thể phát triển điều khiển nhiều hệ thống khác như điều khiển nâng hạ cốp sau, điều chỉnh nâng hạ ghế theo nhiều chế độ hay điều khiển kính chiếu hậu Phát triển hơn thì có thể thay sóng Bluetooth bằng sóng khác để điều khiển những thiết bị phù hợp như sóng hồng ngoại, sóng RF, sóng 3G, sóng Wifi Hay hướng đến là điều khiển hoạt động xe bằng thiết bị điều khiển từ xa Đề tài góp phần vào việc phát triển việc ứng dụng thiết bị hiện đại
1.5 Phương pháp nghiên cứu
Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài thì có hai phương pháp theo kế hoạch sẽ được áp dụng:
- Nghiên cứu lý thuyết về hệ thống cần điều khiển và tìm hiểu lý thuyết điều khiển từ xa để áp dụng chế tạo
- Nghiên cứu thực tiễn về thiết bị điều khiển thu và phát tín hiệu để đi đến chế tạo
bộ điều khiển hoạt động của hệ thống nâng hạ kính
- Khai thác tài liệu lập trình CCS_PCWH, phần mềm nạp chương trình cho vi điều khiển Burn-E Programmer, phần mềm mô phỏng Proteus 7.5 và vi điều khiển PIC
- Phương pháp thực nghiê ̣m
1.6 Kế hoa ̣ch thực hiê ̣n
Thời gian thực hiện từ tháng 02/2013 đến tháng 8/2013
Thực hiện đề tài theo thứ tự sau:
Trang 16- Quan sát hoạt động của nâng hạ kính xe thực tế
- Xây dựng lưu đồ hoạt động điều khiển của nâng hạ kính xe
- Thiết kế mô hình thực nghiệm
- Lập trình trên phần mềm CCS_PCWH, mô phỏng trên phần mềm Proteus
7.5
- Kiểm nghiệm phần lập trình điều khiển trên mô hình thực nghiệm
- Chỉnh sửa, tối ưu hoá phần lập trình
- Kiểm tra thực nghiệm mô hình
- Kết luận và đánh giá
Trang 17CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Hệ thống cửa sổ điện trên ô tô
Hệ thống điều khiển cửa sổ điện là một hệ thống để mở và đóng các cửa sổ bằng công tắc
Hình 2.1: Hệ thống cửa sổ điện trên ô tô [5]
2.1.1 Khái quát
a Mô tả
Môtơ cửa sổ điện quay khi vận hành công tắc điện cửa sổ điện Chuyển động quay của môtơ điện cửa sổ điện này sau đó được chuyển thành chuyển động lên xuống nhờ bộ nâng hạ cửa sổ để mở hoặc đóng cửa sổ [5]
b Hệ thống cửa sổ điện có các chức năng sau
- Chức năng đóng / mở bằng tay
- Chức năng tự động đóng / mở cửa sổ bằng một lần ấn
- Chức năng khoá cửa sổ
- Chức năng chống kẹt