Nghiên cứu, chế tạo mô hình gạt mưa điều khiển tự động trên ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MƠ HÌNH GẠT MƢA ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ Giảng viên hƣớng dẫn: TS Nguyễn Văn Thuần Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Đức Mã số sinh viên: 57132215 Khánh Hòa - 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG BỘ MÔN KỸ THUẬT Ô TÔ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MƠ HÌNH GẠT MƢA ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ GVHD: TS.Nguyễn Văn Thuần SVTH: Bùi Văn Đức MSSV: 57132215 Khánh Hòa, tháng 07/2019 ii TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Khoa/viện: Kỹ thuật Giao thông PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỀ TÀI / KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP (Dùng cho CBHD nộp báo cáo ĐA/KLTN sinh viên) Tên ề t i: Nghiên cứu, chế tạo mơ hình gạt mưa điều khiển tự động ô tô Giảng viên hƣớng dẫn: TS Nguyễn Văn Thuần Sinh viên ƣợc hƣớng dẫn: Bùi Văn Đức Khóa: 2015 – 2019 Lần KT MSSV: 57132215 Ng nh: Cơng nghệ kỹ thuật Ơ tơ Ng y Nhận xét GVHD Nội dung 22/03/2019 Làm khung, mua vật tư, thiết bị 07/04/2019 Làm mạch điều khiển 10/05/2019 Sơn khung, dán decal, lắp ráp 20/05/2019 Viết báo cáo Kiểm tra tiến ộ Trƣởng BM Ngày kiểm tra: Đ Đánh giá cơng việc hồn thành: ……….% …………… ……… Được tiếp tục: Không tiếp tục: Ký tên ……………… Nhận xét chung (sau sinh viên hoàn thành ĐA/KL): ……………………………………………………………………………………….… ……………………………………………………………………………………….… Điểm hình thức:……/10 Đồng ý cho sinh viên: Điểm nội dung: ./10 Được bảo vệ: Điểm tổng kết:………/10 Không bảo vệ: Khánh Hòa, ngày ., tháng , năm Cán hƣớng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) iii TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Khoa/Viện: Kỹ thuật Giao thông PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP (Dành cho cán chấm phản biện) Họ tên ngƣời chấm:………………………………… Sinh viên/ nhóm sinh viên thực ĐA/KLTN (sĩ số nhóm: 1) (1) Bùi Văn Đức MSSV: 57132215 Lớp: 57.CNOT-2 Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tơ Tên ề t i: Nghiên cứu, chế tạo mô hình gạt mưa điều khiển tự động tơ Nhận xét - Hình thức: - Nội dung: Điểm hình thức: /10 Điểm nội dung: /10 Đồng ý cho sinh viên: Được bảo vệ: Điểm tổng kết: /10 Không bảo vệ: Khánh Hòa, ngày .,tháng .,năm Cán chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) iv TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Khoa/viện: Kỹ thuật Giao thông PHIẾU CHẤM CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ ĐA/KLTN (Dùng cho th nh viên Hội ồng bảo vệ ĐA/KLTN) Họ tên thành viên HĐ: Chủ tịch: Thư ký: Ủy viên: Tên đề tài: Nghiên cứu, chế tạo mô hình gạt mưa điều khiển tự động tơ Họ tên sinh viên thực hiện: (1) Bùi Văn Đức MSSV: 57132215 Phần đánh giá cho điểm thành viên hội đồng (theo thang điểm 10) a) Hình thức, bố cục báo cáo (sạch, đẹp, cân đối phần,…) : ……… b) Nội dung báo cáo (thể mục tiêu, kết quả,…) : ……… c) Trình bày (đầy đủ, ngắn gọn, lưu lốt, khơng thời gian,…) : ……… d) Trả lời câu hỏi người chấm (đúng/sai) : ……… đ) Trả lời câu hỏi thành viên hội đồng (đúng/sai) : ……… e) Thái độ, cách ứng xử, mức độ tự tin : ……… g) Nắm vững nội dung đề tài :……… h) Nắm vững vấn đề liên quan đề tài :……… i) Tính sáng tạo khoa học sinh viên :……… : …… Tổng cộng Điểm trung bình cột iểm trên:……./10 (làm tròn đến số lẻ) Cán chấm iểm (Ký ghi rõ họ tên) v MỤC LỤC PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỀ TÀI/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP iii PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP iv PHIẾU CHẤM CỦA HỘI ĐÔNG BẢO VỆ ĐA/KLTN v MỤC LỤC vi LỜI CẢM ƠN PHẦN MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GẠT MƢA ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ 1.1 Một v i nét gạt mƣa ầu tiên giới 1.2 Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu hệ thống gạt mƣa 1.2.1 Nhiệm vụ 1.2.2 Phân loại 1.2.3 Yêu cầu 1.3 Cấu tạo chung hệ thống gạt nƣớc 1.3.1 Cấu tạo chung 1.3.2 Cấu tạo chi tiết số phận hệ thống gạt nước a Cần gạt nước/ gạt nước b Công tắc gạt nước Relay điều khiển gạt nước gián đoạn c Motor gạt nước 15 1.4 Nguyên lý hoạt ộng 17 CHƢƠNG LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN CHẾ TẠO 18 2.1 Lựa chọn cảm biến nƣớc mƣa 19 2.2 Lựa chọn ECU 21 2.2.1 Arduino Uno R3 chíp dán 22 2.2.2 Arduino Nano CH340 24 2.3 Mạch iều khiển ộng Module L298N 26 2.4 Motor gạt nƣớc mƣa 29 vi 2.5 Lựa chọn linh kiện iện tử phụ 30 Mạch hạ áp 30 2.6 Mơ hình gạt mƣa iều khiển tự ộng 31 CHƢƠNG THỬ NGHIỆM VÀ ĐIỀU CHỈNH 36 3.1 Thử nghiệm 36 3.2 Điều chỉnh 41 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 42 4.1 Kết luận 42 4.2 Khuyến nghị 42 T i liệu tham khảo 43 Phụ lục A 44 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Bà Mary Anderson (1866-1953) Người phát minh gạt nước Hình 1.2 Mơ hình tổng thể hệ thống gạt mưa tơ Hình 1.3 Các phận cách bố trí hệ thống gạt nước ô tô Hình 1.4 Hình ảnh cần gạt nước tô Hình 1.5 Cấu tạo cần gạt nước Hình 1.6 Cơ cấu truyền động cần gạt nước Hình 1.7 Gạt nước che nửa che hoàn toàn Hình 1.8 Một số cách bố trí lưỡi gạt Hình 1.9 Cơng tắc gạt nước 10 Hình 1.10 Hoạt động hệ thống gạt nước chế độ LOW 10 Hình 1.11 Hoạt động hệ thống vị trí HIGH 11 Hình 1.12 Hoạt động hệ thống gạt nước chế độ INT Transistor bật ON 12 Hình 1.13 Hoạt động hệ thống gạt nước chế độ INT Transistor bật OFF 13 Hình 1.14 Hoạt động hệ thống vị trí OFF 14 Hình 1.15 Cấu tạo motor gạt nước cấu tạo cuộn dây motor 15 Hình 1.16 Hoạt động công tắc dạng cam 16 Hình 2.1 Hình ảnh Cảm biến nước mưa 19 Hình 2.2 Hình phận cảm biến nước mưa 20 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý cảm biến mưa 21 Hình 2.4 Bảng mạch Arduino Uno R3 22 Hình 2.5 Bảng mạch Arduino Nano 24 Hình 2.6 Xe tăng mini 26 Hình 2.7 Quadrotor 26 Hinh 2.8 Mạch điều khiển động Module L298N 27 Hình 2.9 Hình mạch kết nối Arduino với L298N 28 Hình 2.10 Hình ảnh động gạt nước 29 Hình 2.11 Mạch hạ áp 5A 30 Hình 2.12 Mơ hình thực tế hệ thống gạt mưa điều khiển tự động 31 viii Hình 2.13 Motor gạt mưa hệ thống 31 Hình 2.14 Hình Cảm biến nước mưa 32 Hình 2.15 Hình ảnh cấu cần gạt mưa kính mơ hình 32 Hình 2.16 Kết nối khối cảm biến khối so sánh cảm biến mưa 33 Hình 2.17 Mơ hình thực tế sau kết nối cảm biến mưa Arduino 33 Hình 2.18 Hình ảnh Arduino Uno R3 Molude L298N 34 Hình 2.19 Mạch hạ áp bố trí nắp hộp đen 35 Hình 2.20 Vị trí lắp đặt xử lý trung tâm 35 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch gạt nước tự động 36 Hình 3.2 Lưu đồ thuật tốn hệ thống gạt nước tự động 37 Hình 3.3 Lượng nước mưa cảm biến tốc độ 38 Hình 3.4 Lượng nước mưa đo máy tính tốc độ 38 Hình 3.5 Lượng nước mưa cảm biến tốc độ 39 Hình 3.6 Lượng nước mưa đo máy tính tốc độ 39 Hình 3.7 Lượng nước mưa cảm biến tốc độ 40 Hình 3.8 Lượng nước mưa đo máy tính tốc độ 41 ix LỜI CẢM ƠN Lời em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn bảo tận tình Thầy TS Nguyễn Văn Thuần Trong suốt trình thực đồ án dành nhiều thời gian tâm huyết để định hướng góp ý để em hồn thành đồ án tốt nghiệp cách tốt Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ ban giám hiệu nhà trường Đại học Nha Trang, tồn thể thầy giáo Khoa Kỹ thuật Giao thông bạn bè năm học vừa qua giúp đỡ em thời gian học tập trường Với giúp đỡ nhiệt tình giúp em có tảng kiến thức chun mơn để em hồn thành đồ án lần cơng việc em tương lai Mặc dù có nhiều cố gắng hoàn thiện đồ án tất nhiệt tình lực thân, nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót mong nhận đóng góp quý báu quý thầy cô bạn Em xin chân thành cảm ơn! Kết nối cảm biến mưa với Arduino Để xác định độ lớn nước giá trị cảm biến ta sử dụng chức chân Analog để đưa tín hiệu vào chân I/O VĐK Chân AO dùng để xác định độ lớn giọt nước, cách đưa vào ADC (A0) VĐK Kết nối hai khối cảm biến mưa: Hình 2.16 Kết nối khối cảm biến khối so sánh cảm biến mưa Dựa vào chức sử dụng ta có sơ đồ kết nối cảm biến mưa Arduino sau: Cảm biến mưa kết nối Arduino VCC nối với nguồn 5V GND kết nối GND A0 kết nối Analog (A0) Hình 2.17 Mơ hình thực tế sau kết nối cảm biến mưa Arduino 33 + Chân VCC cảm biến mưa kết nối với nguồn 5V Arduino để cấp nguồn cho cảm biến + AO cảm biến mưa nối với chân A0 Arduino để xác định độ lớn giọt nước, cách đưa vào ADC Arduino + Ta điều chỉnh độ nhạy biến trở Lắp ặt thiết bị xử lý trung tâm Bộ xử lý trung tâm gồm thiết bị điện tử module cảm biến, mạch điều khiển động cơ, mạch hạ áp ECU Arduino Uno Hệ thống đạt tuổi thọ cao cần bảo vệ thiết bị xử lý, tránh tác động ngoại lực mơi trường Hình 2.18 Hình ảnh Arduino Uno R3 Molude L298N 34 Mạch hạ áp bố trí nắp hộp đen có tác dụng hạ áp từ dịng 12V xuống 5V để cấp nguồn cho Arduino Hình 2.19 Mạch hạ áp bố trí nắp hộp đen Bộ xử lý trung tâm bố trí sơ đồ Hình 2.20 Vị trí lắp đặt xử lý trung tâm 35 CHƢƠNG THỬ NGHIỆM VÀ ĐIỀU CHỈNH 3.1 Thử nghiệm  Yêu cầu trước thử nghiệm mô hình - Đầu tiên phải nắm vững nguyên lý hoạt động, chức phận mơ hình - Biết sơ đồ cấu tạo mạch điện mơ hình - Mơ hình sử dụng nguồn điện accu điện áp 12 - 14V Sơ đồ nguyên lý thực tế hệ thống Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch gạt nước tự động Nguyên lý Ban đầu cấp nguồn cho mạch, vi điều khiển cấu hình tham số khởi động hệ thống Vi điều khiển đọc tín hiệu cảm biến chân A0 (lượng mưa theo thang ADC 10 bit) so sánh với ngưỡng lượng mưa nhỏ < 450 động không quay, lượng mưa > 450 nhỏ 700 bật động gạt nước hoạt động tốc độ 1, lượng mưa lớn 700 nhỏ 780 bật động gạt nước tốc độ 2, động lượng mưa lớn 780 nhỏ 900 bật động gạt nước tốc độ lớn 900 bật tốc độ Nguyên lý hoạt ộng chung hệ thống gạt nƣớc tự ộng Động tự động ON suốt thời gian có mưa Senor gắn cố định kính xe Khi có mưa rơi board cảm biến tạo môi trường dẫn điện tạo tín hiệu điện áp để đưa đến đầu vào ADC điều khiển Cảm biến mưa cảm 36 nhận lượng mưa hay nhiều để từ xuất tín hiệu điện áp cao hay thấp để đưa tới tới điều khiển Từ phận điều khiển tự động kích hoạt động gạt nước quay nhanh hay chậm Hoạt động gọi "hệ thống gạt nước mưa tự động" Cảm biến mưa sử dụng để phát mưa lượng nước kính chắn gió sau gửi tín hiệu cho điều khiển Tín hiệu từ chân A0 cảm biến đưa đến chân đầu vào ADC điều khiển, điều khiển kích hoạt động hoạt động động hoạt động tốc độ cao hay thấp dựa lượng mưa mặt kính Nếu lượng nước động gạt nước kích hoạt tốc độ thấp, cịn lượng nước mưa lớn động gạt nước kích hoạt tốc độ cao Xây dựng lƣu thuật toán cho hệ thống gạt nƣớc mƣa tự ộng Bắt đầu Các tham số, cấu tạo hệ thống Đọc giá trị cảm biến mưa x x< 450 Đưa gạt vị trí đầu Bật cần gạt tốc 450 450) { thuan(); Serial.println("1"); while(digitalRead(2)==1); Serial.println("2"); nghich(); Serial.println("3"); while(digitalRead(3)==1); Serial.println("4"); analogWrite(5, 0); analogWrite(6, 0); delay(5000); } } 46 void thuan() { analogWrite(6, 0); analogWrite(5, 250); } void nghich() { analogWrite(5, 0); analogWrite(6, 250); } 47 ... gạt nước mưa điều khiển tự động ô tô Hệ thống tự chuyển sang ON phát có mưa dừng lại trời hết mưa Xuất phát từ lý em lựa chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu, chế tạo mơ hình gạt nước mưa điều khiển tự động. ..TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG BỘ MÔN KỸ THUẬT Ô TÔ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MƠ HÌNH GẠT MƢA ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ GVHD: TS.Nguyễn Văn Thuần SVTH: Bùi Văn Đức... thống gạt mưa ô tô có phận tương tự với Dưới hình ảnh tổng thể hệ thống gạt mưa tơ (hình 1.3) Hình 1.2 Mơ hình tổng thể hệ thống gạt mưa tơ Hình 1.3 Các phận cách bố trí hệ thống gạt nước ô tô Hệ