KHẢO SÁT, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG PHẦN MỀM LABVIEW

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG PHẦN MỀM LABVIEW Họ tên học sinh: Trương Văn Lượng Nguyễn Văn Luân Ngành: Cơ điện tử Niên khóa: 2009 – 2013 Tháng 06 / 2013 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG PHẦN MỀM LABVIEW Tác giả TRƯƠNG VĂN LƯỢNG - NGUYỄN VĂN LUÂN Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp Kỹ sư ngành CƠ - ĐIỆN TỬ Giáo viên hướng dẫn: Th.s.Nguyễn Lê Tường i LỜI CẢM TẠ Thời gian bốn năm học trường này, chúng em rút nhiều kinh nghiệm học tập sống Để đứng vững đôi chân tới ngày hôm nay, em xin chân thành cảm ơn tất thầy cô trường Đại Học Nơng Lâm thành phố Hồ Chí Minh nói chung thầy khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Trường Đại Học Nơng Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh nói riêng giúp đỡ em q trình học tập trường Trong suốt thời gian thực đề tài này, chúng em nhận hướng dẫn tận tình Nguyễn Lê Tường, truyền đạt kiến thức quý báu để chúng em hoàn thành tốt đề tài Em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Lê Tường Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Vương Thành Tiên chủ nhiệm lớp DH09CD thầy cô bên môn Cơ – Điện Tử tận tình dạy chúng em suốt năm học trường, giúp cho chúng em nắm vững kiến thức học để tự tin bước đường sau Xin cảm ơn đến bạn Đặng Quang Hy học lớp DH09OT chúng em hoàn thành đề tài Một lần nữa, chúng em xin cảm ơn Ba mẹ,và anh chị em động viên giúp đỡ vật chất lẫn tinh thần để chúng em hoàn thành luận văn Tp.Hồ Chí Minh, Tháng 06 /2013 Sinh viên thực Trương Văn Lượng - Nguyễn Văn Luân ii TÓM TẮT Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mạch điều khiển tự động động phun xăng điện tử sử dụng phần mềm LabVIEW ”.Được thực xưởng thực hành thí nghiệm, mơn Cơng Nghệ Kỹ Thuật Ơ Tơ, khoa Cơ Khí - Cơng Nghệ, Trường Đại Học Nơng Lâm Tp Hồ Chí Minh, thời gian từ ngày 25/02/2013 đến 10/06/2013 Đất nước thời kỳ hội nhập, lĩnh vực ô tô phát triển mạnh mẽ, nhu cầu sử dụng ô tô không ngừng nâng cao.Việc chế tạo ô tô Việt Nam tiến tới, việc điều khiển động khơng phụ vào hộp ECU việc làm cần thiết, cần khuyến khích phát huy Vì vậy, luận văn “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mạch điều khiển tự động động phun xăng điện tử sử dụng phần mềm LabVIEW”đã chọn làm đề tài nghiên cứu nhằm áp dụng kiến thức khoa học điện – điện tử vào sống cụ thể ứng dụng LabVIEW, vi điều khiển để lập trình điều khiển động phục vụ cho trình dạy học trường kỹ thuật lĩnh vực tơ Đề tài gồm có chương, chương 1và chương giới thiệu sơ lược q trình lí luận, nhiệm vụ mục tiêu hướng tới đề tài phương pháp-phương tiện, cách thức thực đối tượng nghiên cứu.Chương tập trung phần sở lý thuyết đối tượng nghiên cứu (cụ thể mơ hình động phun xăng điện tử 1ZZ-FE) phận khác động cơ, đồng thời giới thiệu phần mềm ứng dụng trình thực đề tài Chương cụ thể hóa trình thực đề tài việc kiểm tra, thu thập số liệu mô điều khiển mô hình động Chương kết luận đề nghị hướng phát triển đề tài Đề tài đạt số kết đáng kể, trình độ kiến thức hạn hẹp nên q trình thực đề tài nhiều sai sót, mong nhận dẫn, giúp đỡ độc giả viết hoàn thiện iii MỤC LỤC Trang Trang tựa i Lời cảm tạ ii  Tóm tắt iii  Mục lục iv  Danh sách bảng chữ viết tắt vii  Danh sách hình viii  Danh sách bảng xi  Chương 1MỞ ĐẦU 1  1.1 Lý chọn đề tài 1  1.2 Sự cần thiết đề tài 1  1.3 Mục đích đề tài 2  1.4 Giới hạn đề tài 2  Chương 2TỔNG QUAN 3  2.1 Giới thiệu động 1ZZ – FE 3  2.2 Bộ điều khiển động 4  2.2.1 Bộ điều khiển điện tử ECU (Electronic Control Unit) 4  2.2.2 Các cảm biến sử dụng động 5  2.2.2.1 Cảm biến tốc độ động (NE) vị trí piston (TDC) 5  2.2.2.2.Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 7  2.2.2.3 Cảm biến nhiệt độ khí nạp 8  2.2.3 Điều khiển đánh lửa 11  2.2.3.1 Hệ thống đánh lửa trực tiếp 11  2.2.3.2 Góc đánh lửa sớm 12  2.2.4 Điều khiển nhiên liệu 15  2.2.4.1 Điều khiển bơm xăng 15  2.2.4.2 Điều khiển kim phun 16  2.3 Giới thiệu LabVIEW 18  2.3.1 LabVIEW gì? 18  iv 2.3.2 Các khả LabVIEW 18  2.3.3 Môi trường phát triển LabVIEW 18  2.3.4 Các tín hiệu đo LabVIEW 19  2.3.5 Các kỹ thuật lập trình LabVIEW 19  2.3.5.1 Tool Palette 20  2.3.5.2 Controls Palette (Bảng điều khiển) 21  2.3.5.3 Function palette 23  2.4 Giới thiệu card 9090 24  2.5 Giới thiệu thiết bị đo 26  2.5.1 Nhiệt kế rượu 26  2.5.2 Máy đo tốc độ động góc đánh lửa hiệu Timing Light 26  Chương 3NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27  3.1 Nội dung 27  3.2 Phương Pháp Nghiên Cứu 27  3.2.1 Phương pháp 27  3.2.2 Phương tiện 27  Chương 4KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29  4.1 Lập sơ đồ khối tính tốn thiết kế khối ACU(Automatic Control Unit) 29  4.1.1 Sơ đồ khối 29  4.1.2 Yêu cầu thiết kế hộp ACU (Automatic Control Unit) 30  4.1.3 Cấu tạo ACU 31  4.2 Thiết kế phần mềm 31  4.3 Lập trình phần mềm chế tạo mạch 33  4.3.1 Chương trình mạch điều khiển bướm ga dùng động DC 33  4.3.2 Chương trình mạch dùng để ON/OFF nguồn điện, phun xăng, đánh lửa khởi động động 37  4.4 Chương trình thu nhận xử lý tín hiệu vào cảm biến 39  4.4.1 Chương trình đo tín hiệu tốc độ động NE 39  4.4.2 Chương trình thu nhận tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát 40  4.4.3 Chương trình thu nhận tín hiệu cảm biến nhiệt độ khí nạp 40  4.4.4 Chương trình thu nhận tín hiệu cảm biến lưu lượng khí nạp 40  v 4.4.5 Chương trình đo góc mở bướm ga 41  4.5 Kết chế tạo 41  4.5.1 Kết chế tạo ACU 41  4.5.2 Kết thiết kế phần mềm 43  4.5.3 Kết kết nối ACU với động xăng 47  4.6 Kết khảo nghiệm sơ 48  4.6.1 Kết khảo nghiệm sai số tín hiệu thu nhận 48  4.6.2 Kết khảo nghiệm điều khiển bướm ga 53  4.7 Nhận xét kết thiết kế, chế tạo ý tưởng 54  4.7.1 Phần mạch điều khiển 54  4.7.2 Phần mềm điều khiển 55  Chương 5KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 56  5.1 Kết đạt 56  5.2 Hướng phát triển đề tài 56  TÀI LIỆU THAM KHẢO 57  Phụ lục 58  Phụ lục 60  Phụ lục 66  Phụ lục 68  Phụ lục 72  Phụ lục 73  vi DANH SÁCH CÁC BẢNG CHỮ VIẾT TẮT ECU: Electronic Control Unit EFI: Electronic Fuel Injection ACU: Automatic Control Unit BRK: Brake DIR: Direction PWM: Pulse Width Modulation vii DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 2.1: Động 1ZZ – FE dùng để thí nghiệm 3  Hình 2.2:Sơ đồ hệ thống điều khiển động 5  Hình 2.3: Sơ đồ mạch điện 6  Hình 2.4: Cuộn dây tín hiệu Ne tín hiệu G với dạng tín hiệu chúng 6  Hình 2.5: Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát 7  Hình 2.6: Đường đặc tính cảm biến nhiệt độ nước làm mát 8  Hình 2.7: Cảm biến lưu lượng khí nạp loại dây nhiệt 9  Hình 2.8: Sơ đồ mạch điện cảm biến lưu lượng khí nạp 9  Hình 2.9: Cảm biến vị trí bướm ga 10  Hình 2.10: Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga 10  Hình 2.11: Đường đặc tuyến cảm biến bướm ga 11  Hình 2.12: Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bô bin cho máy 11  Hình 2.13: Dạng xung điều khiển đánh lửa trực tiếp 12  Hình 2.14: Sơđồ khối hệ thống đánh lửa với cấu điều khiển góc đánh lửa sớm điện tử 12  Hình 2.15: Góc đánh lửa thực tế 13  Hình 2.16:Bản đồ góc đánh lửa sớm góc ngậm điện 14  Hình 2.17: Tín hiệu tốc độ động tín hiệu đánh lửa 14  Hình 2.18: Mạch điện điều khiển bơm xăng có ECU 15  Hình 2.19: Cấu tạo kim phun 16  Hình 2.20: Xung điều khiển kim phun ứng với chế độ làm việc động 16  Hình 2.21: Sơ đồ điều khiển kim phun 17  Hình 2.22: Tín hiệu phun xăng tốc độ động 17  Hình 2.23 Minh họa chương trình LabVIEW đơn giản 19  Hình 2.24:Tool Palette 20  Hình 2.25:Controls Palette 21  viii Hình 2.26:Numeric Controls / Indicators 22  Hình 2.27: Boolan 22  Hình 2.28: String & Path 23  Hình 2.29: Function Palette 23  Hình 2.30: Card 9090 24  Hình 2.31: Sơ đồ chân card 9090 25  Hình 2.32: Các chân hàm USB HDL 9090 25  Hình 2.33: Nhiệt kế rượu dùng để đo nhiệt độ nước 26  Hình 2.34: Máy đo tốc độ động góc đánh lửa hiệu Timing Light 26  Hình 4.1:Sơ đồ khối động xăng 1ZZ – FE 29  Hình 4.2:Sơ đồ khối sau thay hộp ECU ACU 30  Hình 4.3:Sơ đồ khối ACU 31  Hình 4.4:Sơ đồ chức phần mềm 32  Hình 4.5:Giao diện phần mềm 33  Hình 4.6:Mạch điều khiển bướm ga 34  Hình 4.7:Thuật toán điều khiển bướm ga 35  Hình 4.8: Sơ đồ mạch thực tế 36  Hình 4.9:Mạch nguyên lý 37  Hình 4.10:Sơ đồ thực tế 39  Hình 4.11:ACU chế tạo thực tế 42  Hình 4.12: Cấu tạo ACU chế tạo thực tế 43  Hình 4.13: Giao diện thông tin đề tài 44  Hình 4.14:Chuyển sang giao diện 44  Hình 4.15: Phần hiển thị giao diện 45  Hình 4.16: Phần điều khiển giao diện 45  Hình 4.17:Giao diện phần mềm 46  Hình 4.18: Giao diện đồ thị 47  Hình 4.19: Kết nối ACU với động xăng 47  Hình 4.20 Kết nối máy tính, ACU động xăng xưởng Ơ Tơ ĐH Nơng Lâm TP.HCM 48  Hình 4.21: Biểu đồ sai lệch giá trị đo thực tốc độ động lần 49  ix Phụ lục Các code chương trình LabVIEW 2.1 Code chương trình điều khiển bướm ga 60 2.2 Chương trình dùng để ON/OFF nguồn, dánh lửa, phun xăng khởi động động 2.3 Code chương trình đo tốc độ động NE 61 2.4 Code chương trình đo nhiêt độ động 62 2.5 Code chương trình đo nhiệt độ khí nạp 63 2.6 Code chương trình đo lưu lượng khí nạp 64 2.7 Code chương trình đo vị trí bướm ga 65 P Phụ lục Các khái k niệm m n Lab bVIEW Thiết T bị ảo ả (VI - Vitual IInstrum ment) Lập trình t Labviiew th hực trrên sở làà thiết bị ảo (VI) Các đối tư ượng thiết bị ảo sử s dụng để mô thiết bbị thực, ưng chúng đ b ngôn nngữ thêm vào phầần mềm Cáác VI tươngg tự cácc hàm trongg lập trình Froont Panel c chươngg trình labV VIEW Biểu tư ượng Chú thích t đồ Chúú thích Bloock Diagram chư ương trình LabVIEW L 66 Icoon (Biểu tượ ợng) ch hương trìn nh LabVIE EW Con nnector (Đ Đầu nối) chương ttrình LabV VIEW Ico n Connectto r 67 P Phụ lục Hướngg dẫn sử dụng giaao diện la abVIEW máyy tính Chạy chươngg trình mở cơng tắc độộng khởi k động máy  Chọn cổng kết nối Card USB 90090 [1] O công tắcc động đ mở.[2]]  Bấm nút NGUON để bật sang ttrạng thái On, đ nổ máy m [3]  Sau nhhấn vào nút START đểể khởi động động cơ, động 68  Giao diệnn động đaang hoạt độộng.[4] A B C E D F m ga (0)  [A] Đồng hồ thịị vị trí bướm  [B] Đồng hồ hiển thịị tốc độ độnng (v/p)  [C] Đồng hồ hiển thịị nhiệt độ nư ước làm máát (0C) V Volt (V)  [D] Đồng hồ hiển thịị nhiệt độ khhí nạp (0C) (V)  [E] Đồng hồ hiển thị lưu lượng khí nạp (0C) C (V)  [F] Đồ thịị hiển thị tín n hiệu NE vvà VTA  [5] Dừng chương trìn nh 69 2.Điều khiển đóng/ngắt (ON/OFF) tín hiệu đánh lửa (IGT) phun xăng (#10) - Khi ta nhấn nút điều chỉnh tín hiệu phun xăng #10 nút chuyển sang trạng thái OFF (màu vàng) Lúc kim phun xăng máy số khơng có tín hiệu nên khơng phun dẫn đến động có tượng rung lắc khơng điều - Khi ta nhấn vào nút điều chỉnh tín hiệu đánh lửa IGT1 nút chuyển sang trạng thái OFF (màu vàng) tín hiệu đánh lửa IGT1 không truyền đến bô bin nên khơng có đánh lửa máy dẫn đến động ngưng hoạt động sau hai giây  Từ ta thấy tắt kim phun động hoạt động có tượng rung,lắc tắt đánh lửa động tắt máy sau hai giây từ ta phân biệt khác kim phun đánh lửa Điều khiển bướm ga 70  Khi nhấn vào nút TAY T (Tay) nút TA AY sáng lên đóó ta điều t bướm gaa theo chế đđộ tayy cáchh nhấn vào nút GIAM M GA khiển vị trí (Giảm ga)) muốn n giảm ga v nhấn núút TANG G GA (Tăng ga) ta muốn m tăng ga, vị v trí bướm ga tăng,ggiảm theo ý ta muốn ta quuan sát vị tríí bướm ga t đồng hồ h hiển thị vvị trí bướm ga D (Tự ự động) nút n tự độngg sáng lú úc ta điều  Khi ta nhấấn nút TU DONG khiển vị trí t bướm gaa theo chế độ tự độngg cáchh di chuyểnn trư ượt VAN TOC C DAT (Vậận tốc đặt) Nếu ta muuốn vận tốcc động đđạt 2000 v//p (Vòng/phhút) ta di d chuyển thhanh trượt đến vị trí 2000 bướm gga tự di chuyển c đến vị trí mà động đạt vận tốc làà 2000 v/p T ta kkhởi động lạại phần điềuu khiển vị trí t bướm gaa  Khi nhấn nút RESET xảy lổi NG (Led_ddừng) cho biết bảng điều đ khiển vị trí bướm m ga hoạt  LED_DUN động hay không hoạạt động Nếếu Led sángg bảng đđiều khiển khơng thể hoạt ợc cần phải Reset lại để đ Led tắt th hì lúc bảảng điều khhiển cóó thể động đượ hoạt độngg 71 Phụ lục Bảng số liệu thực nghiệm Mối quan hệ nhiệt độ khí nạp lưu lượng khí nạp vào tốc độ động Tốc độ động Nhiệt độ khí nạp Lưu lượng khí nạp (vòng/phút) (°C) (g/h) 1550 35 2480 1700 35 2600 1800 36 2700 2000 37 3000 2300 40 3200 2700 45 3700 3000 48 4300 72 Phụ lục Danh sách hình chụp trình thực nghiệm Khảo nghiệm nhiệt độ động Khảo nghiệm góc mở bướm ga 73 Khảo nghiệm tốc độ động Động DC dùng để điều khiển bướm ga 74 ... thiết kế, chế tạo mạch điều khiển tự động động phun xăng điện tử sử dụng phần mềm LabVIEW đã chọn làm đề tài nghiên cứu nhằm áp dụng kiến thức khoa học điện – điện tử vào sống cụ thể ứng dụng LabVIEW, ... dõi điều khiển động cơ, đồng thời gây nhiều hạn chế việc giảng dạy trường đào tạo nghề Vì vậy, luận văn “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mạch điều khiển tự động động phun xăng điện tử sử dụng phần. .. CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG PHẦN MỀM LABVIEW Tác giả TRƯƠNG VĂN LƯỢNG - NGUYỄN VĂN LN Khóa luận đệ trình để đáp ứng u cầu cấp Kỹ sư ngành CƠ