NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MẠCH ĐO TỐC ĐỘ VÒNG TUA ĐỘNG CƠ XĂNG

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án : Môn học tích hợp Khoa Điện – Điện Tử TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ Độc lập-Tự do- Hạnh phúc ĐỒ ÁN : TÍCH HỢP MỨC Khóa học : 2011-2013 Ngành học : Điện – Điện tử Lớp : ĐTK9LC2 ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MẠCH ĐO TỐC ĐỘ VÒNG TUA ĐỘNG CƠ XĂNG Nhóm sinh viên thực hiện: Tường Duy Đường Đỗ Đức Hạnh Hoàng Văn Hiếu Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thành Long Hưng Yên ngày tháng 11 năm 2012 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án : Môn học tích hợp Khoa Điện – Điện Tử ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MẠCH ĐO TỐC ĐỘ VÒNG TUA ĐỘNG CƠ XĂNG I-Số liệu cho trước: - Dùng cảm biến điện trường BF245A, BF 245B, 2N3458, để thu tín hiệu - Dải tần số từ 50 HZ- 60 HZ - Đo tốc độ vòng tua động xăng ứng dụng sửa chữa ô tô xe máy II-Nội dung cần hoàn thành: • Báo cáo tiến độ thực công việc theo tuần • Thuyết minh đề tài: ( Phân tích yêu cầu, trình bày phương pháp thực hiện, sở lý thuyết, trình thực đồ án,…) • Các vẽ thiết kế cho khối, cho toàn mạch đầy đủ xác • Phải đảm bảo tính khả thi, tính ổn định làm việc sản phẩm • Sản phẩm phải đảm bảo tính mỹ quan mà đảm bảo tính kỹ thuật đáp ứng yêu cầu giáo viên hướng dẫn • Trình bày hướng phát đề tài Ngày giao đề tài: Ngày hoàn thành : Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án : Môn học tích hợp Khoa Điện – Điện Tử NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNGDẪN Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án : Môn học tích hợp Khoa Điện – Điện Tử MỤC LỤC CHƯƠNG I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu đề tài 1.1.1 Cơ sở lựa chọn đề tài Ngày cùng với sự phát triển của công nghiệp điện tử, kỹ thuật thì một số các hệ thống điều khiển đã dần dần được tự động hóa Với những kỹ thuật tiên tiến vi điều khiển, PLC … được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển thì các hệ thống điều khiển khí thô sơ, với tốc độ xử lý chậm chạp, ít chính xác đã được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp, gara sửa chữa hiện nay, việc đo tốc đọ vòng tua động xăng yêu cầu phải xác để sửa Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án : Môn học tích hợp Khoa Điện – Điện Tử chữa hư hỏng Qua đó có những xử lý kịp thời tránh được những hư hỏng có thể xảy Đối với vấn đề đo tốc đọ vòng tua các hệ thống máy ô tô công nghiệp hiện yêu cầu cần độ chính xác và thời gian đáp ứng , xử lý nhanh nhất bởi vậy trung tâm của chương trình điều khiển thường là những vi điều khiển Để đáp ứng được yêu cầu đo tốc độ vòng tua động xăng tự động theo yêu cầu thì có rất nhiều phương pháp để thực hiện, qua quá trình học và nghiên cứu IC 89051 JFET BF245A, BF245B, 2N3458, 2N3459…… có ứng dụng rất tốt và việc đo tốc đọ vòng tua , yêu cầu đề tài và muốn hệ thống chính xác đạt được hiệu quả nhanh nhất thì cần phải có xử lý tín hiệu tốt Được sự đồng ý của khoa Điện - Điện tử Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên Nhóm chúng em tiến hành thực hiện đề tài: Nghiên cứu thiết kế đo tốc độ vòng tua động xăng hiển thị LCD Các hệ thống điều khiển thiết kế yêu cầu thỏa mãn chất lượng đặt ra,các tiêu chất lượng phải tốt theo nghĩa Trong trường hợp tổng quát, tiêu tối ưu hệ thống điều khiển thường gọi tiêu chuẩn tối ưu, tiêu chuẩn tối ưu là: + Thời gian hiệu chỉnh ngắn + Tốc độ điều chỉnh nhanh + Cấu trúc nhỏ + Năng lượng tiêu thụ hệ thống Việc nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển tự động tiêu quan tâm nhà thiết kế 1.1.2 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài đo tốc độ vòng tua động xăng : Trong thực tế sống công nghiệp , sửa chữa cần đo tốc đọ vòng tua động xăng để bảo dưỡng sửa chữa hư hỏng động 1.1.3 Nội dung phạm vi nghiên cứu Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án : Môn học tích hợp Khoa Điện – Điện Tử Nội dung đồ án đề cập đến vấn đề sau: - Cảm biến điện trường JFET BF245A, BF245B - LCD - AT89xx051 - Tổng quan lý thuyết lập trình C - Khảo sát mô 1.1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu + Thiết kế khối cảm biến thu tín hiệu điện trường + Nghiên cứu đối tượng điều khiển + Viết chương trình điều khiển + Nghiên cứu lý thuyết lập trình C + Xây dựng sơ đồ, thuật toán chương trình 1.1.5 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết để xây dựng thuật toán điều khiển - Dùng mô để kiểm nghiệm kết nghiên cứu lý thuyết - Dùng thực nghiệm để khẳng định kết nghiên cứu - Sơ đồ chức khối - Nhiệm vụ khối: - Khối CPU: Đây khối trung tâm hệ thống Nó bao gồm AT89C2051 Khối làm nhiệm vụ trung tâm điều hành hoạt động hệ thống - Khối cảm biến: đo tín hiệu điện trường từ bugi đánh lửa để thu tín hiệu đưa vào IC555 để sửa dạng xung đưa vào khối Vi Xử Lý - Khối LCD (hiển thị): Màn hình tinh thể lỏng 16*2 (16 ký tự dòng) Cho phép hiển thị thông số cần thiết Hiển thị mã ASCII LCD tạo tiện lợi, thuận tiện cho người sử dụng Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án : Môn học tích hợp Khoa Điện – Điện Tử 1.2 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ XĂNG 1.2.1 Cấu tạo động xăng: hình 1.1 cấu tạo động xăng 1.2.2 Nắp máy - Là nơi để gá đặt chi tiết,cụm chi tiết, bố trí hệ thống phụ trợl nắp máy dùng để bảo vệ động cơ, 1.2.3 Bugi Hình 1.2 cấu tạo bugi - Bugi dùng để cung cấp tia lửa đốt cháy hỗn hợp khí tạo nên cháy động Bugi cần phải đánh lửa thời điểm để hiệu suất kỳ nổ đạt cao Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án : Môn học tích hợp Khoa Điện – Điện Tử 1.2.4 Piston hình 1.3 cấu tạo piston - Piston có dạng hình trụ chế tạo kim loại chuyển động lên xuống xi-lanh 1.2.5 Thanh truyền (tay biên)và hộp trục khuỷu (các-te) hình 1.4 cấu tạo truyền trục khuỷu - Thanh truyền dùng để nối piston với trục khuỷu động Chúng chuyển động vừa quay vừa tịnh tiến để chuyển đổi chuyển động tịnh tiến piston thành chuyển động quay trục khuỷu - Hộp trục khuỷu bao quanh trục khuỷu dùng để chứa dầu bôi trơn Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án : Môn học tích hợp Khoa Điện – Điện Tử 1.2.6 Hệ thống phân phối khí (hệ thống nạp, thải) Hình 1.5 hệ thống phân phối khí - Hệ thống phân phối khí gồm xu-páp hệ khí điều khiển chúng đóng mở thời điểm Hệ thống đóng, mở gọi trục cam Trục cam có vấu cam đẩy xu-páp lên xuống - Đa số động đại sử dụng trục cam đặt nắp máy, tức trục cam đặt xu-páp, Các vấu cam trục cam tác động trực tiếp lên xu-páp thông qua vật liên kết ngắn Các động cổ điển sử dụng loại trục cam đặt phía gần trục khuỷu Các nối (còn gọi đũa đẩy) truyền lực nâng vấu cam đến xu-páp qua đòn bẩy (còn gọi “dàn cò”) 1.2.7 Hệ thống nhiên liệu - Hệ thống nhiên liệu bơm nhiên liệu từ thùng trộn chúng với không khí để tạo điều kiện cháy tốt lòng xilanh Hệ thống nhiên liệu chia thành loại: Chế hòa khí, phun nhiên liệu gián tiếp phun nhiên liệu trực tiếp Hình 1.6 Hệ thống nhiên liệu - Hệ thống chế hòa khí có tác dụng hòa trộn không khí với nhiên liệu không khí hút vào xilanh Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án : Môn học tích hợp Khoa Điện – Điện Tử - Trong động phun xăng, lượng nhiên liệu phù hợp phun trực tiếp vào xilanh động (direct fuel injection) phun vào đường ống nạp chung (port fuel injection) 1.2.8 Hệ thống điện - Hệ thống điện gồm có nguồn điện (ắc quy) máy phát điện Máy phát điện dẫn động dây đai sinh điện để nạp cho ắc quy Nguồn điện 12 vôn ắc quy cung cấp cho toàn hệ thống điện hệ thống đánh lửa, radio, đèn pha, rửa kính điện, hệ thống đóng cửa điện, nhờ hệ thống dây điện xe 1.2.9 Hệ thống đánh lửa Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống đánh lửa - Hệ thống đánh lửa có tác dụng sinh nguồn điện cao áp đưa đến nến điện sinh tia lửa đốt cháy nhiên liệu Bộ chia điện có đường dây cao áp nối vào trung tâm (còn gọi dây cao áp chính) có 4, dây cao áp nối với bugi (gọi dây cao áp con, số dây cao áp phụ thuộc vào số xilanh động cơ) Bộ chia điện phân phối cho xilanh nhận nguồn điện cao áp lần chu trình vào thời điểm thích hợp kỳ nén để trình cháy hoàn hảo nhất, động hoạt động hiệu êm dịu 10 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án : Môn học tích hợp Khoa Điện – Điện Tử ANTENNA +9V +5V R1 R4 3.3k 150pF R Q1 2N3819 Q DC P3.5 (89C2051) R3 CV 1M TR 1K D1 LED VCC R2 GND C1 1k IC1 TH 555 C2 C3 2n7 1u Hình 2.4 Sơ đồ mạch xử lý tín hiệu IC NE555 N gồm có chân - chân số 1(GND): cho nối mase để lấy dòng cấp cho IC - chân số 2(TRIGGER): ngõ vào tần so áp.mạch so áp dùng transistor PNP Mức áp chuẩn 2*Vcc/3 - Chân số 3(OUTPUT): Ngõ trạng thái ngõ xác định theo mức volt cao(gần mức áp chân 8) thấp (gần mức áp chân 1) Chân số 4(RESET): dùng lập định mức trạng thái Khi chân số nối masse ngõ mức thấp Còn chân nối vào mức áp cao trạng thái ngõ tùy theo mức áp chân - Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): dùng làm thay đổi mức áp chuẩn IC 555 theo mức biến áp hay dùng điện trở cho nối mase Tuy nhiên hầu hết mạch ứng dụng chân số nối masse qua tụ ,các tụ có tác dụng lọc bỏ nhiễu giữ cho mức áp chuẩn ổn định - Chân số 6(THRESHOLD) : ngõ vào tầng so áp khác mạch so sánh dùng transistor NPN mức chuẩn Vcc/3 điều khiển bỡi tầng logic chân mức áp thấp khóa đóng lại.ngược lại mở Chân tự nạp xả điện cho mạch R-C lúc IC 555 dùng tầng dao động - Chân số (Vcc): cấp nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho IC.Nguồn nuôi cấp cho IC 555 khoảng từ +5v ÷ +15v mức tối đa +18V tính toán thời gian có xung xung 22 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án : Môn học tích hợp Khoa Điện – Điện Tử Chọn tần số dao động 200Hz chọn tụ C4 = 1uF chon R3 = R2 Ton = 2Toff Mà T = Ton + Toff suy T = 3Toff => Toff = T/3 Ta có T = 1/f = 1/200 = 0,005 (s) = (ms) Toff = T/3 = 5/3 = 1,67ms Ton = T - Toff = – 1,67 = 3,33ms Toff = 0,693*R3*C1 =>R3 = Toff/(0,693*10^-6) = 1,67*10^-3/(0,693*10^-6) =2409 Ω Chọn R3 = R2 = 2,2k - Kết mô 1.00 T VG1 -1.00 10.00 Vd 9V Vd 0.00 5.00 Vout1 4,9V Vout1 0.00 0.00 10.00m 20.00m 30.00m Time (s) Hình 2.5 Dạng sóng đầu mạch c , Bàn phím - Bàn phím có nhiệm vụ để điều khiển cho mạch , bàn phím sử dụng nút bấm để thay đổi trạng thái mạch : Start , Stop , Reset, Hold d, Hiển thị - Có nhiều cách để thị thông số mạch cần hiển thị nội dung mạch : hiển thị led đơn , led … để gọn nhẹ thuận tiện cho việc lập trình chon LCD để hiển thị thông tin 23 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án : Môn học tích hợp Khoa Điện – Điện Tử mạch đo , dễ dàng đọc nôi dung LCD cách trực quan e, Khối nguồn +9V IC3 78L05 VI VO SW-SPST BAT1 +5V GND SW1 C1 R1 220 10u 9V D1 LED-BIBY GND Hình 2.2 Khối nguồn - Để đảm bảo cho mạch hoạt động ổn định ta cần có khối nguồn ổn định 78xx loại linh kiện dùng để biến đổi từ điện áp cao xuống điện áp thấp tùy thuộc vào đặc điểm loại họ 78xx - L7805T loại linh kiện dùng để tạo điện áp +5V - Dải điện áp lối vào từ +7 ÷ 35 (V) - Điện áp : +5 (V) - Dòng từ : ÷ (A) - Công suất lớn đầu : P = UI = 5*1 = (w) 24 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án : Môn học tích hợp Khoa Điện – Điện Tử 2.2.4 Sơ đồ mô Hình 2.6 Sơ đồ mô Chức linh kiện: Q1 khóa điện tử Ăngten dùng để thu tín hiệu từ bugi R2 điện trơ tải hạn dòng cho cực D Q1 C2 dùng để lọc nhiễu giữ cho điện áp mức ổn định C1 có tác dụng phóng nạp IC555 dùng để sửa dạng xung Y1 tạo dao động C3,C4 đùng để lọc nhiễu AT89c2051 dùng để xử lí thông tin 25 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án : Môn học tích hợp Khoa Điện – Điện Tử LCD đùng để hiển thị Nguyên lí hoạt động: - Khi bugi động xăng đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp oxi nhiên liệu gần bugi có điện trường cao nhờ ăngten thu tín hiệu từ mỗ lần bugi đánh lửa - Khi ăng ten thu đươc tín hiệu làm cho Q1 dẫn từ +9V qua R2 qua tiếp giáp DS Q1 mass, tín hiệu đươc lấy cực D Q1 xấp xỉ 0V bugi không đánh lửa không ăngten không thu tín hiệu làm Q1 khóa Tín hiệu lấy cực D Q1 xấp xỉ +9V - Tín hiệu lấy cực D Q1 dưa vào chân số IC 555 Ic 555 thực sửa dạng sóng lấy chân số xung vuông - Xung vuông đưa vào chân P3.5 AT89c2051, AT89c2051 thực đếm số xung đưa vào hiển thị LCD số vòng tua động xăng - Khi ấn nút hold (P3.4) dừng đếm xung đưa vào chân P3.5 hiển thị số xung thời điểm ấn nút hold 2.3 Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển 2.3.1 Lưu đồ thuật toán 26 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án : Môn học tích hợp Khoa Điện – Điện Tử Đ S Đ 27 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án : Môn học tích hợp Khoa Điện – Điện Tử S Đ Đ 2.3.2 Chương trình điều khiển #include #include #define delay_LCD 400 sbit HOLD = P3_4; sbit STOP = P3_7; sbit START = P3_3; sbit RS_LCD = P3_0; sbit RW_LCD = P3_1; sbit E_LCD = P3_2; char x; int l=0,dem,n=0,a=0; float tocdo=0,xung; unsigned char array[60]; 28 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án : Môn học tích hợp Khoa Điện – Điện Tử void delay(long t) { int i; for(i=0;i