Nhằm đáp ứng tốt cho nhu cầu đào tạo cho công nghiệp hiện nay, nhóm nghiên cứu đã thực hiện thiết kế thi công mô hình hệ thống điều khiển động cơ Toyota Camry 2AR-FE kết hợp triển khai ứng dụng công nghệ IoT để trích xuất các dữ liệu thông số cơ bản kết nối máy tính, điều khiển động cơ, hệ thống tạo Pan nhằm phục vụ tốt cho công tác đào tạo và kiểm tra tay nghề.
66 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 53 (07/2019) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh THIẾT KẾ, THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TOYOTA CAMRY 2AR-FE VÀ HỆ THỐNG TẠO PAN ỨNG DỤNG IOT DESIGN AND IMPLEMENT THE ENGINE CONTROL SYSTEM OF TOYOTA CAMRY 2AR-FE AND FAULT CREATION SYSTEM USING IOT TECHNOLOGY Nguyễn Kim, Lê Khánh Tân Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, Việt Nam Ngày soạn nhận 25/2/2019, ngày phản biện đánh giá 20/3/2019, ngày chấp nhận đăng18/4/2019 TÓM TẮT Hiện nay, thị trường thiết bị mơ hình dạy học Việt Nam, có nhiều chủng loại mơ hình hệ thống điện điều khiển động cơ, thực động phun xăng điện tử đời cũ, chưa có mơ hình hệ thống điều khiển động sử dụng cơng nghệ Vì vậy, việc giảng dạy học tập sinh viên gặp nhiều khó khăn Vì nhằm đáp ứng tốt cho nhu cầu đào tạo cho cơng nghiệp nay, nhóm nghiên cứu thực thiết kế thi cơng mơ hình hệ thống điều khiển động Toyota Camry 2AR-FE kết hợp triển khai ứng dụng cơng nghệ IoT để trích xuất liệu thơng số kết nối máy tính, điều khiển động cơ, hệ thống tạo Pan nhằm phục vụ tốt cho công tác đào tạo kiểm tra tay nghề Sản phẩm sau hoàn thành cung cấp cho người học mơ hình động Toyota 2AR-FE đầy đủ tất cảm biến, cấu chấp hành, điều khiển trung tâm, ứng dụng IoT thiết kế, chế tạo mơ hình đánh PAN, cổng giao tiếp máy tính thơng qua phần mềm LabVIEW, cổng giao tiếp máy chẩn đốn Techstream thơng qua thiết bị OBD II Qua người học tiếp cận nhanh ứng dụng tốt vào thực hành nghiên cứu khoa học Từ khóa: Hệ thống điều khiển động cơ; ứng dụng IoT; cảm biến; cấu chấp hành; chẩn đoán ABSTRACT Currently, in Vietnam, there are many types of engine control system models, but they are only implemented on old generation of electronic fuel injection engines Which these models, the teaching and learning of students have faced many difficulties Therefore, in order to meet the current training for industrial needs, the research team has designed and implemented the model of Toyota Camry 2AR-FE engine control system in combination with IoT technology along with data acquisition, fault simulation system to better serve for training and skills testing The finished product provides learners with the Toyota 2AR-FE engine a model with all sensors, actuators, central controllers, IoT applications in fault simulation, the data acquisition through LabVIEW software, the interface of Techstream diagnostic through OBD II connector Thereby, learners are able to approach to practical exercises and research quickly Keywords: Engine control system; IoT application; sensors; actuators; diagnostics GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI quen lại người thay đổi tơ xem phương tiện thơng dụng, đặc biệt Việt Nam, điều thúc đẩy công nghệ ô tô phát triển mạnh mẽ Trong bối cảnh cách mạng công nghiệp 4.0 diễn nhiều nước giới sức ảnh hưởng đến kinh tế vơ lớn, mang đến cho nhân Nhằm tạo điều kiện cho người học dễ loại hội để thay đổi mặt kinh tế dàng tiếp cận với thiết bị học tập, Đồng thời, xã hội ngày phát triển, thói rèn luyện kỹ kiểm tra, chẩn đốn, thu Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 53 (07/2019) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh thập thông tin hướng nghiên cứu phát triển công nghệ hệ thống điều khiển động cơ, hỗ trợ giảng viên sinh viên việc giảng dạy học tập trở nên thực tế hơn, cụ thể thuận tiện hơn, nhóm nghiên cứu định thực đề tài ““Nghiên cứu, thiết kế, thi công mơ hình hệ thống điều khiển động Toyota 2AR-FE” với mong muốn tạo sản phẩm áp dụng vào giảng dạy học phần mà đảm trách Sản phẩm đề tài sau hoàn thành cung cấp cho người học mơ hình hoạt động hoàn chỉnh động Toyota 2AR-FE Hệ thống tạo Pan ứng dụng công nghệ IoT thông qua chuẩn kết nối TCP/IP phần mềm LabVIEW giúp tạo kiểm tra đánh giá người học Đặc biệt, mô hình ứng dụng vào thi kiểm tra tay nghề kỹ thuật viên THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH 2.1 Giới thiệu tổng quan động Toyota 2AR-FE 67 bobine tốc độ động cơ, lấy tín hiệu từ chân #10 #20 kim phun ECU động để đo thời gian mà kim phun nhiên liệu với chu kỳ máy [2] 2.2 Thiết kế, mô khung mô hình phần mềm SolidWorks Hình Bản vẽ, khung mơ hình phần mềm SolidWorks Khung mơ hình thiết kế dựa phần mềm CAD 3D SolidWorks Các thơng số đo đạc từ kích thước thực tế động thiết kế tối ưu mặt khơng gian 2.3 Thi cơng khung mơ hình Hình Khung mơ hình sau thi cơng Hình Động Toyota 2AR-FE Động 2AR-FE hãng Toyota động xăng có xy lanh thẳng hàng, dung tích xy lanh 2.5 lít, trục cam kép DOHC 16 xupap dẫn động xích, hệ thống phân phối khí biến thiên thơng minh kép (Dual VVT-i), hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS), hệ thống điều chỉnh chiều dài đường ống nạp (ACIS), hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh (ETCS-i) Động phát triển để đạt hiệu suất cao, êm dịu, tiết kiệm nhiên liệu khí thải [1] Ta thực thu thập tín hiệu từ cảm biến: nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí nạp, vị trí bướm ga, cảm biến lưu lượng khí nạp, lấy tín hiệu IGT để đo thời gian ngậm điện Khung mơ hình sau thi cơng xử lý bề mặt sơn chống rỉ hoàn chỉnh Các vị trí chân động thiết kế cao su giảm chấn giúp tạo độ êm dịu vận hành 2.4 Thiết kế mạch nguồn Hình Bản vẽ mạch cấp nguồn 68 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 53 (07/2019) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Sơ đồ cấp nguồn thiết kế dựa phần mềm Proteus Mạch nguồn phải tối ưu cho hệ thống điều khiển động cơ, máy tính điều khiển hệ thống đánh PAN.[3] THIẾT KẾ, LẬP TRÌNH THI CƠNG MẠCH TẠO PAN 3.1 Thiết kế mạch tạo PAN khí Hình Mạch nguồn sau thi cơng Hình Bảng cơng tắt tạo PAN khí Mạch nguồn sau hồn thành bố trí vào hộp chuyên dùng Các cầu chì relay bố trí hợp lí đảm bảo cho hệ thống làm việc tin cậy dễ dàng chẩn đoán, sửa chữa sau này.[3] Ta sử dụng cơng tắt khí để đánh PAN kiểm tra động Bảng cơng tắt khí đặt thùng mơ hình khóa thùng lại Tạo nên tính bảo mật đánh PAN cơng tác khí, điều kiện khơng sử dụng đánh PAN điện tử [4] 2.5 Sơ đồ khối bố trí thiết bị mơ hình Hình Thiết bị mơ hình Hình Vị trí cảm biến tạo Pan Các vị trí tạo PAN tín hiệu cảm biến cấu chấp hành thông dụng, giúp người học dễ dàng nắm bắt quy trình [4][5] 3.2 Thiết kế mạch tạo PAN điện tử Hình Mơ hình tổng thể Tổng thể mơ hình thiết kế nhằm giúp người học nắm đặc điểm khác biệt hoạt động loại cảm biến, cấu chấp hành Bên cạnh đó, người học chọn lọc xung, tín hiệu hệ thống điện điều khiển động Từ giúp trực quan hố rút ngắn q trình đào tạo chẩn đốn động Hình 10 Phần cứng Arduino UNO Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 53 (07/2019) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh 69 Nền tảng Arduino tảng bản, nguồn mở dễ tiếp cận người không chuyên [5] Ở đề tài này, board mạch Arduino UNO lựa chọn làm board mạch để điều khiển hệ thống đánh PAN điện tử Board mạch nhận lệnh điều khiển từ máy tính, sau điều khiển đóng ngắt relay tương ứng để tạo PAN hệ thống điện cài đặt sẵn Máy tính sử dụng chức giao tiếp Serial để giao tiếp với Arduino Máy tính mở cổng COM sau nội dung output buffer Arduino truyền qua máy tính lưu input buffer Máy tính đọc dịng quy lệnh điều khiển (Serial Command) [5] Hình 11 Hộp điều khiển tạo PAN điện tử Hình 14 Mơ hình khối VISA LabVIEW Việc tạo PAN thực đóng ngắt relay tương ứng Các relay thiết kế thành module chung Lệnh điều khiển từ board Arduino cách li quang trước tác động điều khiển relay Khối VISA đóng vai trị cửa ngõ giúp phần mềm LabVIEW kết nối với phần cứng bên ngồi Nó cho phép cấu hình thơng số đường truyền, đồng thời truyền nhận liệu qua cổng COM tương ứng [5] THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH ỨNG DỤNG IOT 4.2 Chương trình LabVIEW giao tiếp RS232 sử dụng chuẩn TCP/IP để kết nối Sever Client 4.1 Chương trình Arduino Hình 12 Sơ đồ khối truyền tín hiệu Arduino lập trình để nhận tín hiệu từ LabVIEW để xuất tín hiệu điều khiển module relay channel Hình 15 Mơ hình khối TCP Listen TCP Read Hình 13 Sơ đồ khối giao tiếp LabVIEW Arduino Khối TCP Open: mở chương trình kết nối mạng TCP khởi tạo từ khối TCP Listen Khối TCP Write: ghi liệu vào kết nối mạng TCP Khối TCP Read: đọc số 70 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 53 (07/2019) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh cổng bytes to read thông qua kết nối mạng TCP Khối TCP Close Connection: kết thúc chương trình kết nối mạng TCP [5] Hình 19 Giao diện người dùng sinh viên nộp Hình 16 Mơ hình khối Elapsed Time Khối Elapse Time dùng để đếm ngược thời gian chọn đáp án sinh viên, dùng chương trình để đặt thời gian đếm ngược [4] THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỆ THỐNG ĐÁNH PAN ĐIỆN TỬ 5.1 Chương trình tạo PAN dành cho giảng viên Giao diện máy tính Sever dành cho giảng viên thao tác tạo PAN mô hình cho người học kiểm tra chẩn đốn Hình 17 Giao diện người dùng nhập mật Khi sinh viên nộp bài, ô thông báo hiển thị cho giảng viên biết, đồng thời khoá giao diện sinh viên lại Việc kế nối máy tính Sever giảng viên máy tính Client sinh viên hồn tồn khơng dây nhờ ứng dụng công nghệ IoT chuẩn TCP/IP [6] 5.2 Chương trình đánh PAN dành cho sinh viên học viên Giao diện sinh viên cho phép họ lựa chọn đáp án dạng trắc nghiệm Đồng thời chương trình kiểm sốt thời gian làm thông báo kết cho người học biết Hình 20 Giao diện người dùng chạy chương trình - giảng viên chưa “cho phép làm bài” Khi giảng viên chưa cho phép làm giao diện người học không hiển thị đáp án Hình 18 Giao diện người dùng nhập chọn đánh PAN IGT1 nhập thời gian làm “10” phút Khi giảng viên nhấn nút cho phép làm bài, cửa sổ câu trắc nghiệm giao diện sinh viên hiển thị để sinh viên chọn lỗi sau chẩn đốn xong Hình 21 Giao diện người dùng giảng viên chọn PAN ITG1và cho phép làm Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 53 (07/2019) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Khi giảng viên vừa cho phép làm thời gian làm máy tính Client đếm ngược thực làm mờ vơ hiệu hố câu trả lời thời gian kết thúc Điều đặc biệt quan trọng mơ hình ứng dụng thi tay nghề giỏi nhờ vào công nghệ điều khiển không dây IoT Người giảng viên đề hồn tồn tạo lỗi, cài đặt thời gian làm giám sát tất hoạt động mơ thao tác đo kiểm mơ hình thí sinh từ xa, đảm bảo tính bảo mật cao người thí sinh thực chẩn đốn mơ hình Đây chức đại mà mơ hình thị trường chưa có Hình 22 Giao diện người dùng sinh viên chọn đáp án nộp Khi sinh viên hoàn thành làm, thời gian làm mà giảng viên cài đặt kết thúc, phần chọ đáp án bị mờ vơ hiệu hố Đồng thời chương trình tự động hiển thị chế độ “Sinh viên nộp bài” 5.3 Đánh giá kết Mô hình hỗ trợ tối đa cho giảng viên thực giảng vệ hệ thống điện điều khiện động Mơ hình thực mơ tình thực tế xe tơ nhờ vào việc đưa tất chân tín hiệu cảm biến cấu chấp hành lên bảng trực quan 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Đề tài có nhiều ý nghĩa cơng tác đào tạo mặc khoa học thực tiễn Nội dung sản phẩm đề tài hỗ trợ tốt cho công việc giảng dạy giảng viên việc học tập sinh viên, đồng thời sở để sinh viên nghiên cứu lĩnh vực khác liên quan đến hệ thống điện điều khiển động Sản phẩm đề tài hỗ trợ cho sinh viên khả rèn luyện công việc kiểm tra chẩn đoán phận chi tiết hệ thống điều khiển động Mơ hình đáp ứng u cầu kỹ thuật, tính thẩm mỹ, có tính trực quan sinh động hỗ trợ tốt việc tiếp thu kiến thức rèn luyện kỹ thực hành thí nghiệm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] Đinh Ngọc Ân, “Trang bị điện ô tô máy kéo”, Nhà xuất đại học trung học chuyên nghiệp Hà nội, 1980 PGS-TS Đỗ Văn Dũng, “Trang bị điện điện tử ô tô đại”, NXB Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2004 Michael McRoberts, “Beginning Arduino” second edition, Technology in action, America, 2008 Nationsl Instruments Corporation (2006), “LabVIEW Basic Course Manual”, North Mopac, Austin, Texas S.Sumathi, P.Surekha, “LabVIEW based Advanced Instrumentation System” India, 2007 James D.Halderman, “Diagnosis and Troubleshooting of Automotive Electrical, Electronic and Computer System” New Jersey, America, 2012 Tác giả chịu trách nhiệm viết: Lê Khánh Tân Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Email: tanlk@hcmute.edu.vn ... nguồn thi? ??t kế dựa phần mềm Proteus Mạch nguồn phải tối ưu cho hệ thống điều khiển động cơ, máy tính điều khiển hệ thống đánh PAN. [3] THI? ??T KẾ, LẬP TRÌNH THI CƠNG MẠCH TẠO PAN 3.1 Thi? ??t kế mạch tạo. .. từ kích thước thực tế động thi? ??t kế tối ưu mặt không gian 2.3 Thi công khung mô hình Hình Khung mơ hình sau thi cơng Hình Động Toyota 2AR-FE Động 2AR-FE hãng Toyota động xăng có xy lanh thẳng... hoạt động hoàn chỉnh động Toyota 2AR-FE Hệ thống tạo Pan ứng dụng công nghệ IoT thông qua chuẩn kết nối TCP/IP phần mềm LabVIEW giúp tạo kiểm tra đánh giá người học Đặc biệt, mơ hình ứng dụng vào