Thiết kế hệ thống điều khiển gương chiếu hậu tự động trên ôtô

Hội thảo khoa học sinh viên lần IX – năm 2016 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GƯƠNG CHIẾU HẬU TỰ ĐỘNG TRÊN ÔTÔ SV: Nguyễn Hữu Trọng; Nguyễn Minh Hiếu; Trương Văn Phi Khoa Kỹ thuật – Công nghệ Đặt vấn đề Một số nước giới Mỹ, Nhật, Đức,… chế tạo thành công vận hành ổn định hệ thống gương chiếu hậu tự động cho ô tô Những kĩ thuật đa số ứng dụng mẫu xe thể thao dòng xe có giá thành đắt đỏ Tại Việt Nam chúng ta, đa số mẫu ô tô hệ thống gương chiếu hậu đáp ứng đầy đủ yếu tố nêu Vì vậy, hệ thống đời để giải tình hình khó khăn nước ta Đối tượng phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu hệ thống gương chiếu hậu xe ôtô Phương pháp nghiên cứu: + Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Đọc, phân tích tổng hợp tài liệu + Phương pháp thực nghiệm: Thiết kế phần cứng phần mềm mô hình, tiến hành thử nghiệm Đây phương pháp chủ đạo + Phương pháp quan sát: Quan sát hoạt động thực tế hệ thống, sau phân tích tìm sai sót để khắc phục hoàn thiện sản phẩm nghiên cứu Trường Đại học Văn Hiến 42 Hội thảo khoa học sinh viên lần IX – năm 2016 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 1.1 Cấu tạo 1.1.1 Sơ đồ khối Hình 1.1 Sơ đồ khối 1.1.2 Tín hiệu điều khiển ô tô - ACC (Accessory) - Lùi xe (tín hiệu đèn báo lùi phía sau xe) - Khoá xe - Mở khoá xe - Biến trở chỉnh góc quay lùi xe 1.1.3 Vi điều khiển MSP430G2553 - Cấu tạo Hình 1.2 MSP430G2553 dạng DIP Trường Đại học Văn Hiến 43 Hội thảo khoa học sinh viên lần IX – năm 2016 Các dòng vi điều khiển MSP430G2553 hãng TI (Texas Instruments) sản xuất Ngoài TI sản xuất cung cấp nhiều linh kiện điện tử module khác Vi điều khiển (Micro controller unit – MCU) đơn vị xử lý nhỏ, tích hợp toàn nhớ ROM, RAM, port truy xuất, giao tiếp ngoại vi trực tiếp chip nhỏ gọn Đây dòng vi điều khiển 16bit có nhiều ưu điểm trội - Ưu điểm: + Cấu trúc sử dụng nguồn thấp giúp kéo dài tuổi thọ Pin - Điện áp sử dụng 3,3V - Duy trì 0.1µA dòng nuôi RAM - Chỉ 0.8µA real-time clock - 250 µA/ MIPS + Bộ AD/DA hiệu suất cao cho phép đo xác - 12 bit 10 bit ADC-200 kskp, cảm biến nhiệt độ, Vref - 12 bit DAC - Bộ giám sát điện áp nguồn + 16 bit RISC CPU cho phép nhiều ứng dụng, thể phần kích thước Code lập trình - Thanh ghi lớn nên loại trừ trường hợp tắt nghẽn tập tin làm việc - Thiết kế nhỏ gọn làm giảm lượng tiêu thụ điện giảm giá thành - Tối ưu hóa cho chương trình ngôn ngữ bậc cao C, C++ - Có chế độ định địa - Khả ngắt theo vectorlớn + Trong lập trình cho nhớ Flash cho phép thay đổi Code cách linh hoạt, phạm vi rộng, nhớ Flash lưu lại nhật ký liệu + Tần số nội (Internal Frequencies lên đến 16/Mhz với mức tần số 1Mhz, 8Mhz, 12Mhz, 16Mhz chương trình muốn sử dụng tần số cần khai báo tần số + Hai timer 16 bit (có khả đếm lên xuống ) + Các kiểu chân đóng gói : TSSOP : 20pin, 28pin PDIP : 20 pin QFP : 32pin Trường Đại học Văn Hiến 44 Hội thảo khoa học sinh viên lần IX – năm 2016 - Lý sử dụng MSP430G2553 Do MSP430G2553 có nhiều ưu điểm vượt trội so với dòng vi điều khiển khác, giá thành vừa phải, cộng đồng điện tử sử dụng rộng rãi, có nhiều tài liệu tham khảo có nhiều kit phát triển kit nạp Lauchpad sử dụng ngôn ngữ lập trình IDE Energia giúp đơn giản hoá việc lập trình Sơ đồ chân: + Ở dòng MSP430G2553 ta thấy có port : Port Port Mỗi port có chân Port 1: có chân từ P1.0 đến P1.7 tương ứng với chân từ 2-7 14, 15 Port 2: gồm có chân P2.0 – P2.7 ứng với chân 8-13 18, 19 + Ngoài chức I/O bình thường pin port chân đa chức (Có thể tham khảo datasheet http://www.ti.com/lit/ds/symlink/msp430g2553.pdf ) 1.1.4 IC L293D - Cấu tạo nguyên lý hoạt động: Hình 1.3 IC L293D dạng DIP IC L293D hãng Texas Instruments sản xuất điều khiển đảo chiều động lúc + Nguồn cấp Vs (chân 10): max 36V, Vss + Nguồn cấp logic Vss (chân 20): max 36V, 4.5V + Dòng làm việc bình thường 600 mA + Dòng đỉnh 1.2 A + Khả chống nhiễu cao Bảng trạng thái hoạt động l293d Trường Đại học Văn Hiến 45 Hội thảo khoa học sinh viên lần IX – năm 2016 EN 1A 2A FUNCTION H L H Turn right H H L Turn left H L L Fast motor stop H H H Fast motor stop L X X Free-running motor stop 1.1.5 Gương chiếu hậu ô tô - Cấu tạo: Hình 1.4 Gương chiếu hậu Gương chiếu hậu gồm có động DC (12V): + Động gập mở + Động quay lên xuống + Động quay trái phải 1.2 Nguyên lý hoạt động Khi xuống xe dùng điều khiển để bật chế độ khoá xe mạch nhận tín hiệu điều khiển gương chiếu hậu gập lại Khi ta vào xe cho chìa khoá vào ổ khoá bật chìa khoá lên chế độ ACC (ổ khoá ôtô có nhiều chế độ VD: OFF, ACC, START) hệ thống gương chiếu hậu mở số xe tín hiệu ACC, ta thay tín hiệu START Khi ta lùi xe mạch nhận tín hiệu lùi từ tín hiệu đèn báo lùi phía sau xe điều khiển lòng gương chiếu hậu quay xuống để dễ dàng quan sát phía sau tiến hành lùi xe Và góc quay xuống điều chỉnh biến trở tích hợp thêm vào xe Trường Đại học Văn Hiến 46 Hội thảo khoa học sinh viên lần IX – năm 2016 Mạch nguyên lý mạch PCB 2.1 Mạch nguyên lý Hình 2.1 Mạch nguyên lý Hình 2.2 Khối nguồn Trường Đại học Văn Hiến 47 Hội thảo khoa học sinh viên lần IX – năm 2016 Hình 2.3 Tín hiệu ngõ vào ngõ MSP430G2553 Hình 2.4 Khối đảo chiều động dùng L293D Trường Đại học Văn Hiến 48 Hội thảo khoa học sinh viên lần IX – năm 2016 2.2 Mạch PCB Hình 2.5 Mạch PCB 3D Trường Đại học Văn Hiến 49 Hội thảo khoa học sinh viên lần IX – năm 2016 Ngôn ngữ lập trình Kit phát triển 3.1 Ngôn ngữ lập trình MSP430G2553 tối ưu hóa cho chương trình ngôn ngữ bậc cao C, C++, energia Công cụ lập trình IDE Energia Energia phát triển để sử dụng cho kit phát triển hãng Texas Instruments (TI) Đặc điểm công cụ tải không cần cài đặt, ta bắt tay vào thực ý tưởng Điều bạn cần có kit phát triển TI LaunchPad, dòng tương đương Energia có tích hợp sẵn code sample đa số có nguồn lấy từ trang web Arduino, ta mở code sample chỉnh sửa lại theo kit sở hữu Hình 3.1 Giao diện công cụ lập trình Energia 3.2 Kit Launchpad Kit LaunchPad Texas Instruments phát triển sử dụng vi điều khiển MSP430G2553 Kit LaunchPad có sẵn mạch nạp mạch, dùng Kit để nạp chương trình cho tất chip MSP430G2553 Kit nhỏ gọn có giá thành vừa phải Trường Đại học Văn Hiến 50 Hội thảo khoa học sinh viên lần IX – năm 2016 Hình 3.2 Kit Launchpad Kết nghiên cứu bàn luận 4.1 Mục tiêu kết 4.1.1 Mục tiêu - Như trình bày phần tóm tắt đặt vấn đề, phần nhóm xin trình bày tóm tắt lại mục tiêu trên: + Tìm hiểu cách thức mà người điều khiển ô tô muốn gương hoạt động + Tiến hành tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động gương chiếu hậu ô tô + Tìm hiểu cách đảo chiều động dùng IC L293D điều khiển vi điều khiển MSP430G2553 4.1.2 Kết - Qua trình tìm hiểu đề tài đạt số kết định, bên cạnh chưa hoàn thành số mục tiêu - Bước đầu xây dựng mô hình phần cứng gồm phần chính: Thứ mạch điều khiển dùng MSP430G2553 kết nối với L293D để đảo chiều quay động DC gương chiếu hậu - Tìm hiểu khái quát cách điều khiển gương ô tô, nhiên chưa so sánh với số công nghệ hãng ô tô lớn - Từ trình tiến hành tìm hiểu rút lưu đồ thuật toán sau: Trường Đại học Văn Hiến 51 Hội thảo khoa học sinh viên lần IX – năm 2016 Hình 4.1 Lưu đồ giải thuật 4.2 Ý nghĩa kết - Tạo hệ thống điều khiển gương chiếu hậu cách tự động cho ô tô Trường Đại học Văn Hiến 52 Hội thảo khoa học sinh viên lần IX – năm 2016 - Làm tiền đề cho việc phát triển thêm tính cho đề tài sau 4.3 Ưu khuyết điểm 4.3.1 Ưu điểm + Hệ thống tương thích với dòng xe thông dụng, dễ dàng lắp dặt + Hệ thống xây dựng đơn giản không cồng kềnh, tiết kiệm chi phí 4.3.2 Khuyết điểm + Mô hình phần cứng chưa tối ưu, hoạt động chưa ổn định + Thuật toán chưa tối ưu, sai sót trình làm việc Kết luận Đề tài đạt kết quan trọng tạo hệ thống điều khiển gương chiếu hậu ô tô cách tự động, có giá thành thấp, giải vấn đề điều khiển gương xe ô tô Hướng phát triển Sử dụng loại cảm biến cảnh báo nguy hiểm cho người dùng có ý đồ đánh cắp hay phá hoại gương chiếu hậu ô tô thông qua thiết bị thông minh điện thoại, internet Giảm giá thành thu nhỏ hệ thống điều khiển Hệ thống hoạt động ổn định độ bền nâng lên TÀI LIỆU THAM KHẢO Co dien tu, 13/02/2015, Chia sẻ - Energia - Biến Kit Launchpad Thành Arduino , http://codientu.org/threads/16696/ Texas Instruments Incorperated, 04/2011 – 05/2013, http://www.ti.com/lit/ds/symlink/msp430g2553.pdf, Trường cao đẳng Kỹ thuật công nghệ, http://www.ktcn.edu.vn/TUT/TUT_MSP430.htm Texas Instruments Incorperated, www.ti.com/ww/en/launchpad/launchpad.html?DCMP=mculaunchpad&HQS=launchpad Texas Instruments Incorperated, 20/01/2015 https://www.youtube.com/watch?v=WXRcbUxK0YQ, Trường Đại học Văn Hiến 53 ... stop 1.1.5 Gương chiếu hậu ô tô - Cấu tạo: Hình 1.4 Gương chiếu hậu Gương chiếu hậu gồm có động DC (12V): + Động gập mở + Động quay lên xuống + Động quay trái phải 1.2 Nguyên lý hoạt động Khi xuống... ưu, sai sót trình làm việc Kết luận Đề tài đạt kết quan trọng tạo hệ thống điều khiển gương chiếu hậu ô tô cách tự động, có giá thành thấp, giải vấn đề điều khiển gương xe ô tô Hướng phát triển... tô muốn gương hoạt động + Tiến hành tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động gương chiếu hậu ô tô + Tìm hiểu cách đảo chiều động dùng IC L293D điều khiển vi điều khiển MSP430G2553 4.1.2 Kết - Qua