Hệ thống gạt nước và rửa kính là một hệ thống đảm bảo cho người lái nhìn được rõ ràng bằng cách gạt nước mưa trên kính trước và kính sau khi trời mưa. Hệ thống có thể làm sạch bụi bẩn trên kính chắn gió phíatrước nhờ thiết bị rửa kính. Vì vậy đây là thiết bị cần thiết cho sự an toàn của xe khi chạy. Gần đây một số kiểu xe có thể thay đổi tốc độ gạt nước theo tốc độ xe và tự động gạt nước khi trời mưa.
LỜI NÓI ĐẦU Sau thời gian nghiên cứu, tìm tòi, tính toán dẫn tận tình thầy Phạm Văn Kiêm thầy cô khoa Cơ Khí Động Lực em hoàn thành đề tài“ THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG GẠT MƯA RỬA KÍNH TỰ ĐỘNG TRÊN XE Ô TÔ” Trong trình hoàn thành, em học hỏi nhiều điều lý thú bổ ích: + Em làm quen với phương pháp làm việc độc lập theo nhóm Có thể phương pháp làm việc khoa học, hiệu luyện cho em khả làm việc độc lập, tự tìm tòi tinh thần tự giác, trách nhiệm cao + Giúp em có khả tìm tòi, sang tạo, tự lập phương pháp tìm kiếm tài liệu từ nguồn khác + Qua việc thực đề tài này, em có thêm nhiều kinh nghiệm cho lần sau Đặc biệt phương pháp trình bày ý tưởng Tuy nhiên trình hoàn thành đề tài em gặp nhiều khó khăn, thử thách khắc phục Vì vậy, đề tài thực nhiều thiếu xót, không mong đợi Mong thầy cô tiếp tục giúp em để em hoàn thiện kĩ Từ áp dụng vào đề tài sau Một lần em xin trân thành cảm ơn thầy cô tận tình bảo giúp đỡ để em hoàn thành đề tài Và em mong thầy cô tiếp tục giúp đỡ em trở thành người có ích cho gia đình xã hội Sinh viên thực hiện: Đỗ Văn Thoan NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN : Hưng Yên , ngày.… tháng … năm 2015 Giáo viên hướng dẫn MỤC LỤC MỤC LỤC 2.Các phận vị trí Gạt nước nhìn thấy phần gọi gạt nước che nửa, gạt nước không nhìn thấy gọi gạt nước che hoàn toàn Công tắc gạt nước rửa kính 4.1 Công tắc gạt nước 4.2 Rơle điều khiển gạt nước gián đoạn 10 4.3 Công tắc rửa kính 10 5.1 Khái quát chung 11 5.2 Công tắc dạng cam 12 Mô Tơ Rửa Kính .13 6.1 Mô tơ rửa kính trước/kính sau : .13 6.2 Vận hành kết hợp với phận rửa kính 13 Nguyên Lý Hoạt Động 14 7.1 Nguyên lý hoạt động công tắc gạt nước vị trí LOW/MIST 14 7.2 Nguyên lý hoạt động công tắc gạt nước vị trí HIGH 15 7.3 Nguyên lý hoạt động tắt công tắc gạt nước OFF .15 7.4 Nguyên lý hoạt động bật công tắc gạt nước đến vị trí "INT" 16 8.Nguyên lý hoạt động bật công tắc rửa kính ON 18 Hệ Thống Và Chức Năng Hoạt Động Mới .19 9.1 Hệ thống gạt nước dải rộng 19 9.1.1 Khái quát chung 19 9.1.2 Cấu tạo 20 9.2 Chức INT điều chỉnh khoảng thời gian gạt theo tốc độ xe .21 9.3 Chức bật theo tốc độ xe 22 9.3.1 Tổng quan chung 22 9.3.2 Nguyên lý hoạt động 22 9.4 Rửa kính kết hợp với gạt nước có chức ngăn đọng nước kính 23 9.5.1 Khái quát chung 23 9.5.2 Cảm biến nước mưa .24 CHƯƠNGII: TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM LABVIEW VÀ MẠCH ARDUINO 25 Tổng quan về LABVIEW 25 1.1 LabVIEW gì? 25 1.2 Vai trò LabVIEW 25 1.3 Các chức LabVIEW .26 1.4 Phần mềm nhúng vào LabVIEW 26 1.5 Các giao thức kết nối .26 1.6 Các Module công cụ LabVIEW 27 A.Các module LabVIEW 27 B.Các công cụ LabVIEW .27 1.7 LabVIEW làm việc nào? 28 1.8 Các thành phần LabVIEW 28 * Bảng giao diện (The Front panel) 28 1.9 Những công cụ lập trình LabVIEW 32 Tools Palette 32 1.10 Bảng điều khiển (Controls Palette) .33 35 Mạch arduino kết nối labview với arduino 36 2.2 Gói VIs Arduino .38 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN .43 1.Mục đích thiết kế giao diện 43 Chức nhiệm vụ khối: 44 5.Thiết kế giao diện điều khiển phần mềm labview 46 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN-HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 52 Các kết thu 52 Những hạn chế 52 Hướng phát triển đề tài 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG GẠT MƯA RỬA KÍNH TRÊN Ô TÔ Khái quát hệ thống Hình 1.1 khái quát hệ thống Hệ thống gạt nước rửa kính hệ thống đảm bảo cho người lái nhìn rõ ràng cách gạt nước mưa kính trước kính sau trời mưa Hệ thống làm bụi bẩn kính chắn gió phíatrước nhờ thiết bị rửa kính Vì thiết bị cần thiết cho an toàn xe chạy Gần số kiểu xe thay đổi tốc độ gạt nước theo tốc độ xe tự động gạt nước trời mưa Các phận vị trí Hình 1.2 phận vị trí Hệ thống gạt nước rửa kính gồm phận sau Cần gạt nước phía trước/Lưỡi gạt nước phía trước Mô tơ cấu dẫn động gạt nước phía trước Vòi phun rửa kính trước Bình chứa nước rửa kính (có mô tơ rửa kính) Công tắc gạt nước rửa kính (Có rơle điều khiển gạtnước gián đoạn) Cần gạt nước phía sau/lưỡi gạt nước phía sau Mô tơ gạt nước phía sau Rơle điều khiển gạt nước phía sau Hình 1.3 mục tham khảo Tham khảo :9 Bộ điều khiển gạt nước (ECU J/B phía hành khách) 10 Cảm biến nước mưa Cấu Tạo Hình 1.4 Cần Gạt Nước Cấu Tạo: Cần gạt nước/thanh gạt nước (1) Khái quát chung Có số phận hệ thống gạt nước Cấu trúc gạt nước lưỡi cao su gạt nước lắp vào kim loại gọi gạt nước Gạt nước dịch chuyển tuần hoàn nhờ cần gạt Vì lưỡi gạt nước ép vào kính trước lò xo nên gạt nước gạt nước mưa nhờ dịch chuyển gạt nước Chuyển động tuần hoàn gạt nước tạo mô tơ cấu dẫn động Vì lưỡi cao su lắp vào gạt nước bị mòn sử dụng ánh sáng mặt trời nhiệt độ môi trường v.v… nên phải thay phần lưỡi cao su cách định kỳ (2) Gạt nước che nửa/gạt nước che hoàn toàn Gạt nước thông thường nhìn thấy từ phía trước xe Tuy nhiên để đảm bảo tính khí động học, bề mặt lắp ghép phẳng nhìn rộng nên gạt nước gần che nắp ca pô Gạt nước nhìn thấy phần gọi gạt nước che nửa, gạt nước không nhìn thấy gọi gạt nước che hoàn toàn Gợi ý: Với gạt nước che hoàn toàn bị phủ băng tuyết điều kiện khác, gạt nước dịch chuyển Nếu cố tình làm tuyết cách cho hệ thống gạt nước hoạt động cưỡng làm hỏng mô tơ gạt nước Để ngăn ngừa tượng này, phần lớn mẫu xe có cấu trúc chuyển chế độ gạt nước che hoàn toàn sang chế độ gạt nước che phần tay Sau bật sang gạt nước che nửa, cần gạt nước đóng trở lại cách dịch chuyển theo hướng mũi tên hình vẽ hình 1.4 Công tắc gạt nước rửa kính Hình 1.5: Công tắc gạt nước rửa kính 4.1 Công tắc gạt nước Công tắc gạt nước bố trí trục trụ lái, vị trí mà người lái điều khiển lúc cần Công tắc gạt nước có vị trí OFF (dừng), LO (tốc độ thấp) HI (tốc độ cao) vị trí khác để điều khiển chuyển động Một số xe có vị trí MIST (gạt nước hoạt động công tắc gạt nước vị trí MIST (sương mù), vị trí INT (gạt nước hoạt động chế độ gián đoạn khoảng thời gian định) công tắc thay đổi để điều chỉnh khoảng thời gian gạt nước Trong nhiều trường hợp công tắc gạt nước rửa kính kết hợp với công tắc điều khiển đèn Vì vậy, người ta gọi công tắc tổ hợp xe có trang bị gạt nước cho kính sau, công tắc gạt nước sau nằm công tắc gạt nước bật về vị trí ON OFF Một số xe có vị trí INT cho gạt nước kính sau kiểu xe gần đây, ECU đặt công tắc tổ hợp cho MPX (hệ thống thông tin đa chiều) 4.2 Rơle điều khiển gạt nước gián đoạn Rơ le kích hoạt gạt nước hoạt động cách gián đoạn Phần lớn kiểu xe gần công tắc gạt nước có rơle sử dụng rộng rãi Một rơle nhỏ mạch tranzisto gồm có tụ điện điện trở cấu tạo thành rơ le điều khiển gạt nước gián đoạn Dòng điện tới mô tơ gạt nước điều khiển rơ le theo tín hiệu truyền từ công tắc gạt nước làm cho mô tơ gạt nước chạy gián đoạn 4.3 Công tắc rửa kính Công tắc phận rửa kính kết hợp với công tắc gạt nước Mô tơ rửa kính hoạt động phun nước rửa kính bật công tắc Mô Tơ Gạt Nước 10 Hình 2.14 Gói VIs Arduino Các VI đều có chân để đưa tín hiệu vào xuất tín hiệu Các chân đều có kiểu liệu cụ thể Để biết chức VI kiểu liệu chân ta sử dụng “Ctrl+H”.Ta sử dụng wires để tạo kết nối VI 2.2.1 Khối Init Đây khối bắt đầu cho chương trình giao tiếp với Arduino Hình 2.15 Khối Init chân khối 39 Ta thấy khối Init có nhiều chân song để thiết lập cho việc kết nối ta quan tâm tới vài chân.Cụ thể là: Chân VISA resource chân thiết lập cổng COM để giao tiếp LabVIEW Arduino Chân Baud Rate chân thiết lập tốc độ baud.Tốc độ baud 115200 Arduino Uno, 9600 dòng Arduino khác Chân Board Type chân để chọn loại Arduino để làm việc.Có loại Arduino hỗ trợ là: Uno,Mega 2560 Dimuelanove/Atmega 328 Chân Connection Type chân lựa chọn kiểu kết nối: qua USB,XBEE Bluetooth Chân Arduino Resource để kết nối với khối khác Cách thiết lập chân số lưu ý nhỏ nối khối Một khối chia làm dãy chân liệu Các chân nằm bên trái khối chân đưa liệu vào thiết lập ban đầu tín hiệu.Các chân bên phải chân đưa liệu thành phần tín hiệu tách qua khối Để thiết lập chân khối ta làm sau: + Đưa trỏ chuột tới chân cần thiết lập cho trỏ chuột trở thành Wiring tool (hoặc dùng Tool Palette) + Click Chuột phải, sau trỏ chuột vào Create chọn kiểu thiết lập.Có kiểu thiết lập: Constant(hằng số),Control(điều khiển), Indicator(hiển thị) tùy vào mục đích để lựa chọn phù hợp Chân Arduino Resource khối nối với chân Arduino Resource khối khác Chân error out khối trước nối với error in khối liền sau Đối với khối lại ta thiết lập tương tự 2.2.2 Khối Close Là khối để dóng chương trình giao tiếp với Arduino.Và gồm chân Arduino Resource, error in ,error out Hình 2.16 Khối Close 40 2.2.3 Các khối Low level Bao gồm khối để đọc,ghi tín hiệu analog digital từ board Arduino Ngoài có khối phục vụ việc băm xung,bus Hình 2.17 Các khối Low Level 2.2.4 Các khối sensors Bao gồm khối VI sensor thường dùng như: Cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng,LCD,led thanh,led nhiều màu đáp ứng nhiều ứng dụng thực tiễn nghiên cứu khoa học 41 Hình 2.18 Các khối Sensors Ngoài khối kể trên,trong gói Arduino có thêm khối Example gồm ví dụ thiết kế sẵn khối Utility 42 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN Mục đích thiết kế giao diện Qua đề tài“ THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG GẠT MƯA RỬA KÍNH TỰ ĐỘNG TRÊN XE Ô TÔ” mà em giao, từ hệ thống thực tế qua nghiên cứu phần mềm LabVIEW em nhận thấy thiết kế giao diện LabVIEW phần cứng Arduino cho ta ưu điểm bật về tính trực quan lập trình đơn giản dễ hiểu nhiều so với cách lập trình truyền thống C hay C++,Pascal… Đối với LabVIEW ( Laboratory Virtural Instrumentation Engineering Workbench) môi trường lập trình đồ họa sử dụng hàng triệu kỹ sư nhà khoa học để phát triển lĩnh vực đo lường, thử nghiệm, điều khiển hệ thống cách sử dụng biểu tượng ( icon) đồ họa trực quan dây dẫn giống sơ đồ khối Nó cung cấp thư viện lớn để thực phân tích cao cấp, trực quan cho việc tạo thiết bị ảo Nghiên cứu phần mềm LabVIEW với ứng dụng rộng rãi, phần mềm thiết kế, điều khiển kiểm tra phần cứng điều khiển đo đạc LabVIEW có khả kết nối tới nhiều thiết bị giúp tập hợp liệu dễ dàng đồng thời cung cấp tính kết nối tới hầu hết thiết bị đo, dễ dàng kết hợp ứng dụng Labview vào hệ thống đại LabVIEW nền tảng mở rộng nhiều mục tiêu kể từ giới thiệu vào năm 1986, trở thành phần mềm hàng đầu công nghiêp Để việc lập trình đơn giản dễ hiểu Em tìm hiểu thực thiết kế giao diện điều khiển hệ thống gạt mưa rửa kính thông minh xe ô tô nền giao diện phần mềm labview kết hợp lập trình bo mạch Arduino Uno R3 Với cách thiết kế giao diện LabVIEW phần code đơn giản hóa khối dây nối trực quan dễ hiểu phần hiển thị chi tiết Ưu điểm việc kết hợp labVIEW với Arduino: LabVIEW thường sử dụng kết hợp với phần cứng để đo lường, kiểm tra điều khiển tham số thiết bị Các phần cứng National Instruments sản xuất song giá thành cao Hiện LabVIEW hỗ trợ giao diện để giao tiếp với phần cứng Arduino Arduino gồm có board mạch lập trình phần mềm hỗ trợ phát triển tích hợp IDE (Integrated Development Environment) dùng để soạn thảo, 43 biên dịch code nạp chương cho board Arduino ngày phổ biến cho người bắt đầu tìm hiểu về điện tử đơn giản, hiệu dễ tiếp cận giá thành rẻ nhiều so với phần cứng National Instruments.Vì việc nghiên cứu về LabVIEW kết hợp với Arduino quan tâm hứa hẹn phát triển tương lai Một số ứng dụng đơn giản kể đến là: Điều khiển tốc độ động DC, đo mức, khoảng cách dùng cảm biến siêu âm, điều khiển tự động hệ thống đèn đường… Sơ đồ khối mạch điều khiển KHỐI NGUỒN KHỐI ĐIỀU KHIỂN KHỐI CÔNG SUẤT MÔ TƠ KHỐI TÍN HIỆU Chức nhiệm vụ khối: • Khối nguồn:Mạch sử dụng nguồn riêng biệt, nguồn 5v nuôi cho hệ thống vi điều khiển, cảm biến nguồn 12v dùng cho mô tơ • Khối điều khiển: Là dao diện thiết kế nền phần mềm điều khiển labview 2014 kết hợp điều khiển mạch arduino • Khối tín hiệu : cảm biến mước mưa Cảm biến nhận dạng có nước mưa gửi tín hiệu đến khối điều khiển • Khối công suất : mạch điện sử dụng PC817 Relay 12v để cấp nguồn cho mô tơ chân +1 +2 • Mô tơ: mô tơ gạt mưa có chân +1 +2 tương ứng với tốc độ làm việc thấp cao 44 Sơ đồ thuật toán Bắt đầu Tín hiệu cảm biến Phần mềm phân tích tín hiệu điều khiển tự động Phần mềm đưa tín hiệu điều khiển Điều khiển mô tơ thông qua mạch công suất Nguyên Lý hoạt động cảm biến nước mưa Hình 3.1 Mạch nguyên lý hoạt động cảm biến nước mưa 45 Nguyên lý hoạt động mạch điều khiển động dùng cảm biến mưa: Khi mạch cấp nguồn 5v> mạch hoạt động! đầu chân 13 có tìn hiệu mức thấp ( mức 0) tìn hiệu kích mở>PC 817> động không chạy Khi có mưa! Đầu cảm biến có tín hiệu! chân DO( digital output _ tín hiệu số) chân AO( analog output_ tín hiệu tương tự) ta sử dụng chan DO ( có mưa tín hiệu DO mức cao bị kéo xuống mức thấp Khi bị kéo xuống mức thấp>>> xảy ngắt vi điều khiển> chân 13 tín hiệu mức thấp đẩy lên mức cao>>có dòng 5V chân PC817 >> chân thông với chân (chân 3,4 PC817) >> có dòng 5V qua cuộn dây rơ Thiết kế giao diện điều khiển phần mềm labview a Lưu đồ thuật toán chi tiết phần code (giao diện) 46 Hình 3.2 lưu đồ thuật toán giao diện 47 b Sơ đồ khối chương trình (giao diện block diagram) Hình 3.3 Giao diện vlock diagram trường hợp bật công tắc auto Chương trình điều khiển có khối init close khối low level khối close để thiết lập đổ chương trình xuống Giao diện điều khiển thiết kế bên vòng lặp while loop Tín hiệu từ cảm biến lấy từ cảm biến mưa đưa vào chân A5 Arduino Uno R3 khối đọc khối Analog read pin.vi Giá trị cảm biến hiển thị thông qua khối nummeric Hai khối Set digital pin dùng để thiết lập chân 10 chân tín hiệu điề khiển đóng mở rơ le cấp nguồn cho mô tơ gạt mưa Hai khối Degital write dùng để viết chương trình cho chân 10 Tín hiệu cảm biến cấp vào khối case struckture so sánh giá trị để phân đưa tín hiệu điều khiển đến khối write Khối case struckture điều khiển chế độ true false tương ứng với trạng thái bật/tắt công tắc auto ô tô 48 Hình 3.4 Giao diện diagram trường hợp tắt công tắc auto Giao diện front panel HÌnh 3.5 Giao diện front panel 49 Giao diện có công tắc auto khối hiển thị giá trị cảm biến nút stop chọn chân tín hiệu vào cảm biến Nguyên lý hoạt động: Khi tắt công tắc auto hệ thống không làm việc, bật công tắc auto: - Khi mưa rơi vào cảm biến modul cảm biến mưa điện áp từ chân Ao cảm biến mưa vào châm A5 Arduino khoảng 5V, mạch không gửi tín hiệu điều khiển chân 10 - Khi có mưa nhỏ điện áp chân A5 giảm xuống mức từ 2V đến 5V mạch gửi tín ON đến chân 10 ON relay tốc độ thấp cấp dương cho chân +1 mô tơ gạt mưa - Khi có mưa to mức điện áp chân A5 xuống thấp ( 2V) lúc mạch gửi tín hiệu ON về chân để On relay cấp nguồn cho chân +2 mô tơ đồng thời ngắt chân 50 Hình 3.6 : Hình ảnh thực tế phần cứng 51 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN-HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Các kết thu - Tìm hiểu về LabVIEW bản, giao thức kết nối - Thiết kế thi công hoàn thành giao diện người dùng ( Front Panel) sơ đồ khối ( Block Diagram) LabVIEW để điều khiển mô tơ gạt mưa tự động - Thiết kế hoàn thiện giao diện điều khiển hệ thống gạt mưa tự động ô tô - Biết cách gải toán khoa học: ứng dụng phần mềm việc tính toán, thiết kế mô hệ thống thực tế ô tô Những hạn chế - Ứng dụng LabVIEW nhiều, thời gian có hạn nên chúng em chưa tìm hiểu nhiều Giao thức kết nối LabVIEW với thiết bị đa dạng thực giao thức USB - Đối tượng thực động chiều, chưa thể thực với nhiều loại động khác pha, pha… Hướng phát triển đề tài LabVIEW công cụ mạnh đo lường điều khiển Ứng dụng LabVIEW điều khiển nhiều đối tượng lĩnh vực khác Chúng ta sử dụng LabVIEW để kiểm tra, giám sát tự động trình sản xuất hay đánh giá chất lượng sản phẩm Chúng ta dùng LabVIEW để đo tín hiệu tương tự tốc độ cao hay ứng dụng để liên kết với PLC phần cứng công nghiệp khác Chúng em mong hệ sinh viên sau tiếp tục nghiên cứu, tìm hướng khác việc ứng dụng LabVIEW vào điều khiển tự động, hiệu thực tế 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Bá Hải - Lập trình LabVIEW – Trình độ bản, - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM 2011 Nguyễn Phùng Quang: Bài giảng điều khiển số LabVIEW Tutorial Manual- National Instrucment Coporation Internet: http://www.ni.com\ http://dieukhientudong.htm http://www.epu.edu.vn/dtvt/Default.aspx?BT=14241 https://www.youtube.com/watch? v=5vLQyXhQSn8&index=28&list=PLdyQhP9aC9btGc-LvYFV8XdtalEVL4zG0 53 ... QUAN VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG GẠT MƯA RỬA KÍNH TRÊN Ô TÔ Khái quát hệ thống Hình 1.1 khái quát hệ thống Hệ thống gạt nước rửa kính hệ thống đảm bảo cho người lái nhìn rõ ràng cách gạt nước mưa kính trước... kính sau trời mưa Hệ thống làm bụi bẩn kính chắn gió phíatrước nhờ thiết bị rửa kính Vì thiết bị cần thiết cho an toàn xe chạy Gần số kiểu xe thay đổi tốc độ gạt nước theo tốc độ xe tự động gạt. .. khoang động Bình chứa nước rửa kính làm từ bình nhựa mờ nước rửa kính phun nhờ mô tơ rửa kính đặt bình chứa Mô tơ rửa kính có dạng cánh quạt sử dụng bơm nhiên liệu Có hai loại hệ thống rửa kính