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.
Trang 1LỜI NÓI ĐẦU
Sau một thời gian nghiên cứu, tìm tòi, tính toán dưới sự chỉ dẫn tận tình của thầy
Phạm Văn Kiêm cùng các thầy cô trong khoa Cơ Khí Động Lực em đã hoàn thành
đề tài“ THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG GẠT MƯA RỬA KÍNHTỰ ĐỘNG TRÊN XE Ô TÔ”
Trong quá trình hoàn thành, em đã học hỏi được rất nhiều điều lý thú và bổ ích:+ Em đã làm quen được với phương pháp làm việc độc lập và theo nhóm Có thểđây là phương pháp làm việc khoa học, hiệu quả bởi nó luyện cho em khả năng làmviệc độc lập, tự tìm tòi và tinh thần tự giác, trách nhiệm cao
+ Giúp em có khả năng tìm tòi, sang tạo, tự lập phương pháp tìm kiếm tài liệu từcác nguồn khác nhau
+ Qua việc thực hiện đề tài này, em đã có thêm nhiều kinh nghiệm cho các lần sau.Đặc biệt là phương pháp trình bày ý tưởng của chính mình
Tuy nhiên trong quá trình hoàn thành đề tài này em gặp rất nhiều khó khăn, thửthách không thể khắc phục Vì vậy, đề tài thực hiện còn nhiều thiếu xót, không đượcnhư mong đợi Mong các thầy cô tiếp tục giúp em hơn nữa để em hoàn thiện hơn kĩnăng của mình Từ đó áp dụng vào các đề tài sau này
Một lần nữa em xin trân thành cảm ơn các thầy cô đã tận tình chỉ bảo giúp đỡ để
em hoàn thành đề tài này Và em mong rằng các thầy cô sẽ tiếp tục giúp đỡ em trởthành người có ích cho gia đình và xã hội
Sinh viên thực hiện:
Đỗ Văn Thoan
Trang 2NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN :
Hưng Yên , ngày.… tháng … năm 2015
Giáo viên hướng dẫn
Trang 3CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG GẠT MƯA RỬA
KÍNH TRÊN Ô TÔ 5
1 Khái quát hệ thống 5
2 Các bộ phận và vị trí 6
3 Cấu Tạo 7
4 Công tắc gạt nước và rửa kính 9
4.1 Công tắc gạt nước 9
4.2 Rơle điều khiển gạt nước gián đoạn 10
4.3 Công tắc rửa kính 10
5 Mô Tơ Gạt Nước 10
5.1 Khái quát chung 11
5.2 Công tắc dạng cam 11
6 Mô Tơ Rửa Kính 12
6.1 Mô tơ rửa kính trước/kính sau : 12
6.2 Vận hành kết hợp với bộ phận rửa kính 12
7 Nguyên Lý Hoạt Động 13
7.1 Nguyên lý hoạt động khi công tắc gạt nước ở vị trí LOW/MIST 13
7.2 Nguyên lý hoạt động khi công tắc gạt nước ở vị trí HIGH 14
7.3 Nguyên lý hoạt động khi tắt công tắc gạt nước OFF 14
7.4 Nguyên lý hoạt động khi bật công tắc gạt nước đến vị trí "INT" 15
8 Nguyên lý hoạt động khi bật công tắc rửa kính ON 17
9 Hệ Thống Và Chức Năng Hoạt Động Mới 18
9.1 Hệ thống gạt nước dải rộng 18
9.2 Chức năng INT điều chỉnh khoảng thời gian gạt theo tốc độ xe 20
9.3 Chức năng bật theo tốc độ xe 21
9.4 Rửa kính kết hợp với gạt nước có chức năng ngăn đọng nước trên kính 22
9.5 Chức năng cảm biến nước mưa 22
Trang 4CHƯƠNGII: TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM LABVIEW VÀ MẠCH
ARDUINO 24
1 Tổng quan về LABVIEW 24
1.1 LabVIEW là gì? 24
1.2 Vai trò của LabVIEW 24
1.3 Các chức năng chính của LabVIEW 25
1.4 Phần mềm nhúng vào LabVIEW 25
1.5 Các giao thức kết nối 25
1.6 Các Module và bộ công cụ LabVIEW 26
1.7 LabVIEW làm việc như thế nào? 27
1.8 Các thành phần của LabVIEW 27
1.9 Những công cụ lập trình LabVIEW 31
1.10 Bảng điều khiển (Controls Palette) 32
2 Mạch arduino và kết nối labview với arduino 34
2.1 Kết nối LabVIEW với Arduino 34
2.2 Gói VIs Arduino 37
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN 41
1 Mục đích thiết kế giao diện 41
2 Sơ đồ khối mạch điều khiển 42
3 Sơ đồ thuật toán 43
4 Nguyên Lý hoạt động của cảm biến nước mưa 43
5 Thiết kế giao diện điều khiển trên phần mềm labview 44
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN-HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 49
1 Các kết quả thu được 49
Trang 5CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG GẠT MƯA RỬA
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
Trang 62 Các bộ phận và vị trí
Hình 1.2 các bộ phận và vị trí
Hệ thống gạt nước và rửa kính gồm các bộ phận sau.
1 Cần gạt nước phía trước/Lưỡi gạt nước phía trước
2 Mô tơ và cơ cấu dẫn động gạt nước phía trước
3 Vòi phun của bộ rửa kính trước
4 Bình chứa nước rửa kính (có mô tơ rửa kính)
5 Công tắc gạt nước và rửa kính (Có rơle điều khiển gạtnước gián đoạn)
6 Cần gạt nước phía sau/lưỡi gạt nước phía sau
7 Mô tơ gạt nước phía sau
8 Rơle điều khiển bộ gạt nước phía sau
Trang 7Hình 1.3 mục tham khảo
Tham khảo :9 Bộ điều khiển gạt nước (ECU J/B phía hành khách)
10 Cảm biến nước mưa
3 Cấu Tạo
Trang 8Hình 1.4 Cần Gạt Nước
Cấu Tạo:
1 Cần gạt nước/thanh gạt nước
(1) Khái quát chung
Có một số bộ phận chính trong hệ thống gạt nước Cấu trúc của gạt nước là mộtlưỡi cao su gạt nước được lắp vào thanh kim loại gọi là thanh gạt nước Gạt nước đượcdịch chuyển tuần hoàn nhờ cần gạt
Vì lưỡi gạt nước được ép vào kính trước bằng lò xo nên gạt nước có thể gạtđược nước mưa nhờ dịch chuyển thanh gạt nước
Chuyển động tuần hoàn của gạt nước được tạo ra bởi mô tơ và cơ cấu dẫn động
Vì lưỡi cao su lắp vào thanh gạt nước bị mòn do sử dụng và do ánh sáng mặt
trời và nhiệt độ môi trường v.v nên phải thay thế phần lưỡi cao su này một cáchđịnh kỳ
(2) Gạt nước được che một nửa/gạt nước che hoàn toàn
Gạt nước thông thường có thể nhìn thấy từ phía trước của xe
Tuy nhiên để đảm bảo tính khí động học, bề mặt lắp ghép phẳng và tấm
nhìn rộng nên những gạt nước gần đây được che đi dưới nắp ca pô
Gạt nước có thể nhìn thấy một phần gọi là gạt nước che một nửa, gạt nước
không nhìn thấy được gọi là gạt nước che hoàn toàn
Gợi ý:
Với gạt nước che hoàn toàn nếu nó bị phủ băng tuyết hoặc ở trong các điều kiệnkhác, thì gạt nước không thể dịch chuyển được Nếu cố tình làm sạch tuyết bằng cách
Trang 94 Công tắc gạt nước và rửa kính
Hình 1.5: Công tắc gạt nước và rửa kính
4.1 Công tắc gạt nước
Công tắc gạt nước được bố trí trên trục trụ lái, đó là vị trí mà người lái có thể điều khiển bất kỳ lúc nào khi cần
Công tắc gạt nước có các vị trí OFF (dừng), LO (tốc độ thấp) và HI (tốc độ
cao) và các vị trí khác để điều khiển chuyển động của nó Một số xe có vị trí MIST (gạt nướcchỉ hoạt động khi công tắc gạt nước ở vị trí MIST (sương mù), vị trí INT (gạt nướchoạt động ở chế độ gián đoạn trong một khoảng thời gian nhất định) và một công tắc thayđổi để điều chỉnh khoảng thời gian gạt nước
Trong nhiều trường hợp công tắc gạt nước và rửa kính được kết hợp với công
Trang 10tắc điều khiển đèn Vì vậy, đôi khi người ta gọi là công tắc tổ hợp ở những xe có trang bịgạt nước cho kính sau, thì công tắc gạt nước sau cũng nằm ở công tắc gạt nước và đượcbật về giữa các vị trí ON và OFF Một số xe có vị trí INT cho gạt nước kính sau ởnhững kiểu xe gần đây, ECU được đặt trong công tắc tổ hợp cho MPX (hệ thống thông tin
đa chiều)
4.2 Rơle điều khiển gạt nước gián đoạn
Rơ le này kích hoạt các gạt nước hoạt động một cách gián đoạn Phần lớn các kiểu xegần đây các công tắc gạt nước có rơle này được sử dụng rộng rãi Một rơle nhỏ vàmạch tranzisto gồm có tụ điện và điện trở cấu tạo thành rơ le điều khiển gạt nước giánđoạn
Dòng điện tới mô tơ gạt nước được điều khiển bằng rơ le này theo tín hiệu được truyền
từ công tắc gạt nước làm cho mô tơ gạt nước chạy gián đoạn
Trang 11Hình 1.6 Cấu Tạo Mô Tơ gạt nước
5.1 Khái quát chung
Mô tơ dạng lõi sắt từ là nam châm vĩnh cửu được sử dụng làm mô tơ gạt nước Mô tơgạt nước gồm có môtơ và bộ truyền bánh răng để làm giảm tốc độ ra của mô tơ Mô tơ lõisắt từ gạt nước có 3 chổi than tiếp điện: chổi tốc độ thấp, chổi tốc độ cao và một chổidùng chung(để tiếp mát) Một công tắc dạng cam được bố trí trong bánh răng để gạtnước dừng ở vị trí cố định trong mọi thời điểm
Chuyển đổi tốc độ môtơ một sức điện động ngược được tạo ra trong cuộn dây phần ứngkhi mô tơ quay để hạn chế tốc độ quay của mô tơ
• Hoạt động ở tốc độ thấp khi dòng điện đi vào cuộn dây phần ứng từ chổi than tốc độthấp, một sức điện động ngược lớn được tạo ra Kết quả là mô tơ quay với vận tốc thấp
• Hoạt động ở tốc độ cao khi dòng điện đi vào cuộn dây phần ứng từ chổi tiếp điện tốc độcao, một sức điện động ngược nhỏ được tạo ra Kết quả là mô tơ quay với tốc độ cao
Trang 125.2 Công tắc dạng cam
Cơ cấu gạt nước có chức năng dừng thanh gạt nước tại vị trí cố định Do có chứcnăng này thanh gạt nước luôn được bảo đảm dừng ở dưới cùng của kính chắn gió khi tắtcông tắc gạt nước
Công tắc dạng cam thực hiện chức năng này Công tắc này có đĩa cam sẻ rãnh chữ V
và 3 điểm tiếp xúc Khi công tắc gạt nước ở vị trí LO/HI, điện áp ắc qui được đặt vàomạch điện và dòng điện đi vào mô tơ gạt nước qua công tắc gạt nước làm cho mô tơgạt nước quay Tuy nhiên, ở thời điểm công tắc gạt nước tắt, nếu tiếp điểm P2 ở vị trítiếp xúc mà không phải ở vị trí rãnh thì điện áp của ắc qui vẫn được đặt vào mạch điện và dòngđiện đi vào mô tơ gạt nước tới tiếp điểm P1 qua tiếp điểm P2 làm cho mô tơ tiếp tục quay.Sau đó bằng việc quay đĩa cam làm cho tiếp điểm P2 ở vị trí rãnh do đó dòng điện không đivào mạch điện và mô tơ gạt nước bị dừng lại Tuy nhiên, do quán tính của phần ứng,
mô tơ không dừng lại ngay lập tức và tiếp tục quay một ít Kết quả là tiếp điểm P3 vượtqua điểm dẫn điện của đĩa cam Thực hiện việc đóng mạch như sau: Phần ứng ® Cực (+)1của mô tơ ® công tắc gạt nước ® cực S của mô tơ gạt nước ® tiếp điểm P1 ® P3®phầnứng Vì phần ứng tạo ra sức điện động ngược trong mạch đóng này, nên quá trình hãm
mô tơ bằng điện được tạo ra và mô tơ được dừng lại tại điểm cố định
Trang 136 Mô Tơ Rửa Kính
Hình 1.7 mô tơ rủa kính
6.1 Mô tơ rửa kính trước/kính sau :
Đổ nước rửa kính vào bình chứa trong khoang động cơ Bình chứa nước rửa kính đượclàm từ bình nhựa mờ và nước rửa kính được phun nhờ mô tơ rửa kính đặt trong bìnhchứa Mô tơ bộ rửa kính có dạng cánh quạt như được sử dụng trong bơm nhiên liệu Cóhai loại hệ thống rửa kính đối với ô tô có rửa kính sau: Một loại có bình chứa chung cho cả
bộ phận rửa kính trước và sau, còn loại kia có hai bình chứa riêng cho bộ phận rửa kínhtrước và bộ phận rửa kính sau
Ngoài ra, còn có một loại điều chỉnh vòi phun cho cả kính trước và kính sau nhờ mô tơ rửakính điều khiển các van và một loại khác có hai mô tơ riêng cho bộ phận rửa kính trước và
bộ phận rửa kính sau được đặt trong bình chứa
6.2 Vận hành kết hợp với bộ phận rửa kính
Loại này tự động điều khiển cơ cấu gạt nước khi phun nước rửa kính sau khi bật côngtắc rửa kính một thời gian nhất định đó là "sự vận hành kết hợp với bộ phận rửa kính"
Trang 14Đó là sự vận hành để gạt nước rửa kính được phun trên bề mặt kính trước
Trang 157.2 Nguyên lý hoạt động khi công tắc gạt nước ở vị trí HIGH
HÌNH 1.9 Chế Độ HIGH
Khi công tắc gạt nước được bật về vị trí tốc độ cao, dòng điện đi vào chổi tiếp điệncao của mô tơ gạt nước HI như được chỉ ra trên hình vẽ và gạt nước hoạt động ở tốc độcao
7.3 Nguyên lý hoạt động khi tắt công tắc gạt nước OFF
Nếu tắt công tắc gạt nước được về vị trí OFF trong khi mô tơ gạt nước đang hoạtđộng, thì dòng điện sẽ đi vào chổi than tốc độ thấp của mô tơ gạt nước như được chỉ ra
Trang 16trên hình vẽ và gạt nước hoạt động ở tốc độ thấp Khi gạt nước tới vị trí dừng, tiếp điểmcủa công tắc dạng cam sẽ chuyển từ phía P3 sang phía P2 và mô tơ dừng lại
Hình 1.8 Chế ĐỘ OFF
7.4 Nguyên lý hoạt động khi bật công tắc gạt nước đến vị trí "INT"
Hoạt động khi tranzisto bật ON
Khi bật công tắc gạt nước đến vị trí INT, thì tranzisto Tr1 được bật lên một lúc làm chotiếp điểm rơ le được chuyển từ A sang B Khi tiếp điểm rơ le tới vị trí B,dòng điện đi vào
mô tơ (LO) và mô tơ bắt đầu quay ở tốc độ thấp
Trang 17Hình 1.10 Chế Độ Tansistor Bật ON
Hoạt động khi tranzisto Tr ngắt OFF
Tr1 nhanh chóng ngắt ngay làm cho tiếp điểm rơ le chuyển lại từ B về A
Tuy nhiên, khi mô tơ bắt đầu quay tiếp điểm của công tắc cam chuyển từ P3 sang P2,
do đó dòng điện tiếp tục đi vào chổi than tốc độ thấp của mô tơ và mô tơ làm việc ở tốc độthấp rồi dừng lại khi tới vị trí dừng cố định
Tranzisto Tr1 lại bật ngay làm cho gạt nước tiếp tục hoạt động gián đoạn trở lại ởloại gạt nước có điều chỉnh thời gian gián đoạn, biến trở thay đổi giá trị nhờ xoay côngtắc điều chỉnh và mạch điện tranzisto điều chỉnh khoảng thời gian cấp điện cho tranzisto và làmcho thời gian hoạt động gián đoạn được thay đổi
Trang 18Hình 1.11.Chế Độ Transistor OFF
8 Nguyên lý hoạt động khi bật công tắc rửa kính ON
Khi bật công tắc rửa kính dòng điện đi vào mô tơ rửa kính ở cơ cấu gạt nước có sựkết hợp với rửa kính, tranzisto Tr1 bật theo chu kỳ đã định khi mô tơ gạt nước hoạtđộng làm cho gạt nước hoạt động một hoặc hai lần ở cấp tốc độ thấp Thời gian tr1 bật làthời gian để tụ điện trong mạch tranzisto nạp điện trở lại Thời gian nạp điện của tụđiện phụ thuộc vào thời gian đóng công tắc rửa kính
Trang 19Hình 1.12 Chế Độ Công Tắc ON
9 Hệ Thống Và Chức Năng Hoạt Động Mới
9.1 Hệ thống gạt nước dải rộng
9.1.1 Khái quát chung
Hệ thống gạt nước dải rộng được trang bị để giữ cho khu vực gạt nước qui địnhkhông phụ thuộc vào tốc độ gạt nước ở hệ thống gạt nước thông thường, khu vực gạtnước có khả năng trở nên rộng hơn do quán tính nhờ tốc độ gạt nước khi hoạt động ởtốc độ cao Cần phải quan tâm tới điều này khi xác lập khu vực gạt nước
Kết quả là khu vực gạt nước sẽ nhỏ đi, đó là khu vực còn lại sẽ tăng lên khi gạt nướchoạt động ở tốc độ thấp Hệ thống gạt nước dải rộng tự động làm cho khu vực gạt nướcgiảm đi/tăng lên để giảm khu vực còn lại ở tốc độ thấp
Trang 20Hình 1.13 hệ thống nước dải rộng
9.1.2 Cấu tạo
Ở hệ thống gạt nước dải rộng, mô tơ được đặt cạnh mô tơ gạt nước thông thường và
vị trí của của cơ cấu dẫn động gạt nước thay đổi được Trong kết cấu này, khi mô tơ gạtnước dải rộng hoạt động, trục vít quay và sau đó bánh vít quay Kết quả vì cần không tảihoạt động nên vị trí của cơ cấu điều khiển gạt nước thay đổi
• Vị trí INT, LO của công tắc gạt nước
Bộ phận điều khiển gạt nước làm cho mô tơ gạt nước dải rộng thường quay tới vị tí LO,
vị trí trung tâm của cần không tải thay đổi (a tới a') và cánh tay đòn thay đổi (b tới b', c tớic') đồng thời Kết quả là thanh gạt nước dịch chuyển từ vị trí dừng dưới kính tới vị trí
LO Sau đó gạt nước hoạt động gián đoạn hoặc ở tốc độ thấp
Trang 21thời điểm này tấm gạt bị ảnh hưởng bởi lực quán tính nên nó thậm trí vượt qua cả vị trídừng và vị trí quay đảo chiều Khu vực gạt thực tế được duy trì khi hoạt động gián đoạn
Trang 22Hình 1.15 chức năng INT điều chỉnh tốc độ xe theo thời gian
Trang 23việc dừng xe sẽ làm cho gạt nước làm việc hai lần và sau đó chuyển về hoạt động giánđoạn với khoảng thời gian xấp xỉ 2,5 giây
9.4 Rửa kính kết hợp với gạt nước có chức năng ngăn đọng nước trên kính
Hình 1.16 biểu đồ thể hiện chức năng ngăn đọng nước trên kính của rửa kính kết hợp
9.5 Chức năng cảm biến nước mưa
9.5.1 Khái quát chung
Khi gạt nước ở vị trí AUTO, chức năng này dùng một cảm biến mưa, nó được lắp ởkính trước để phát hiện lượng mưa và điều khiển thời gian gạt nước tối ưu tương ứngtheo lượng mưa
Trang 24Hình 1.17 vị trí cảm biến nước mưa
9.5.2 Cảm biến nước mưa
Cảm biến nước mưa gồm có 1 điốt phát tia hồng ngoại (LED) và một điốt quang
để nhận các tia này
Một dải của cảm biến nước mưa sẽ điền vào khe hở giữa thấu kính và kính trước.Nếu có mưa ở khu vực phát hiện, thì một phần tia hồng ngoại phát ra sẽ bị xuyên thấu rangoài do sự thay đổi hệ số phản xạ của kính xe do mưa Do đó lượng tia hồng ngoại dođiốt quang nhận được giảm xuống Đây là tín hiệu để xác định lượng mưa Vì vậy đây
là chức năng điều khiển chế độ hoạt động của gạt nước ở tốc độ thấp, tốc độ cao và giánđoạn cũng như thời gian gạt nước tối ưu
9.5.3 Chức năng an toàn khi có sự cố
Nếu bộ phận điều khiển gạt nước phát hiện có sự cố trong bộ phận cảm nhận
Trang 25CHƯƠNGII: TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM LABVIEW VÀ MẠCH
1.2 Vai trò của LabVIEW
- Kiểm tra, đo kiểm và phân tích tín hiệu trong kỹ thuật (đo nhiệt độ, phântích nhiệt độ trong ngày)
- Thu thập dữ liệu (Data Acquisition ), (thu thập các giá trị áp suất, cường
- Giao tiếp máy tính và truyền dẫn dữ liệu qua các cổng giao tiếp ( hỗ trợhầu hết các chuẩn giao tiếp như USB, PCI, COM, RS-232, RS-485)
Hình 2.1:Phạm vi ứng dụng của LabVIEW
Trang 261.3 Các chức năng chính của LabVIEW
- Thu thập tín hiệu từ các thiết bị bên ngoài như cảm biến nhiệt độ, hình ảnh từwebcam, vận tốc của động cơ…
- Giao tiếp với các thiết bị ngoại vi thông qua nhiều chuẩn giao tiếp như: RS232,RS485, USB, PCI, TCP/IP, Enthernet
- Mô phỏng và xử lý các tín hiệu thu nhận được để phục vụ các mục đích nghiêncứu hay mục đích của hệ thống mà người lập trình mong muốn
- Xây dựng các giao diện người dùng một cách nhanh chóng và thẩm mỹ hơnnhiều lần so với các ngôn ngữ như VB, Matlab, Visual C…
- Cho phép kết hợp với nhiều ngôn ngữ truyền thống như C, C++…
- Cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển như PID, Logic mờ (Fuzzy)
- Electronic Workbench MultiSim
- Texas Instruments Code Composer Studio
- Ansoft RF circuit design software