Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống khóa cửa ô tô điều khiển từ xa phục vụ đào tạo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG KHĨA CỬA Ô TÔ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA PHỤC VỤ ĐÀO TẠO Giảng viên hướng dẫn: ThS Mai Sơn Hải Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quang Tạ Nguyễn Văn Hùng Mã số sinh viên: 56136416 56136754 Khánh Hòa - 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG KHĨA CỬA Ô TÔ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA PHỤC VỤ ĐÀO TẠO GVHD: ThS Mai Sơn Hải SVTH: Nguyễn Quang Tạ Nguyễn Văn Hùng MSSV: 56136416 56136754 Khánh Hòa, tháng 07/2018 TRƯỜNG 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 đề tài: Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống khóa cửa tô điều khiển từ xa phục vụ đào tạo Giảng viên hướng dẫn: ThS Mai Sơn Hải Sinh viên hướng dẫn: Nguyễn Quang Tạ MSSV: 56136416 Nguyễn Văn Hùng MSSV: 56136754 Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tơ Khóa: 2014-2018 Lần KT Nội dung Ngày Ngày kiềm tra: …………… ……… Nhận xét GVHD Kiểm tra tiến độ Trưởng BM Đánh giá cơng việc hồn thành:……%: Ký tên ………………………… Được tiếp tục: Không tiếp tục: 10 11 12 13 14 15 Nhận xét chung (sau sinh viên hồn thành ĐA/KL): …………………………………………………………………………………………….……… …………………………………………………………………………………….……………… Điểm hình thức:……/10 Đồng ý cho sinh viên: Điểm nội dung: ./10 Được bảo vệ: Điểm tổng kết:………/10 Khơng bảo vệ: Khánh Hịa, ngày…….tháng…….năm……… Cán hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) TRƯỜNG 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 người chấm:…………………………………………………… Sinh viên/ nhóm sinh viên thực ĐA/KLTN (sĩ số nhóm: 2) (1) Nguyễn Quang Tạ MSSV: 56136416 (2) Nguyễn Văn Hùng MSSV: 56136754 Lớp: 56.CNOT Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật Ơ tơ Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống khóa cửa ô tô điều khiển từ xa phục vụ đào tạo Nhận xét - Hình thức: - Nội dung: …………………………………………………………………………………………….……… …………………………………………………………………………………….……………… …………………………………………………………………………………………….……… …………………………………………………………………………………….……………… …………………………………………………………………………………………….……… …………………………………………………………………………………….……………… …………………………………………………………………………………………….……… …………………………………………………………………………………….……………… Điểm hình thức:…… /10 Đồng ý cho sinh viên: Điểm nội dung: /10 Được bảo vệ:  Điểm tổng kết:………/10 Khơng bảo vệ:  Khánh Hịa, ngày…….tháng………năm……… Cán chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Khoa/viện: Kỹ thuật giao thông PHIẾU CHẤM CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ ĐA/KLTN (Dùng cho thành viên Hội đồng bảo vệ ĐA/KLTN) Họ tên thành viên HĐ: Chủ tịch:  Thư ký:  Ủy viên:  Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống khóa cửa ô tô điều khiển từ xa phục vụ đào tạo Họ tên sinh viên thực hiện: (1) Nguyễn Quang Tạ MSSV: 56136416 (2) Nguyễn Văn Hùng MSSV: 56136754 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 q 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 điểm trên:……./10 (làm tròn đến số lẻ) Cán chấm điểm (Ký ghi rõ họ tên) : …… LỜI CAM ĐOAN Chúng xin cam đoan đề tài “Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống khố cửa tơ điều khiển từ xa phục vụ đào tạo” đề tài nghiên cứu riêng Các kết nội dung báo cáo trung thực chưa công bố đề tài nghiên cứu SINH VIÊN NGUYỄN QUANG TẠ NGUYỄN VĂN HÙNG i LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đề tài, nhận quan tâm, bảo, hướng dẫn tận tình quý thầy cô, anh chị trước, bạn bè động viên, khích lệ từ gia đình để chúng tơi hồn thành đề tài Lời đầu tiên, chúng tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc tới Thầy ThS Mai Sơn Hải tận tình hướng dẫn, bảo, tạo điều kiện giúp chúng tơi hồn thành đề tài Chúng tơi xin gửi lời cảm ơn tới ân nhân tạo điều kiện dụng cụ, trang thiết bị phục vụ trình thực đề tài Chúng tơi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn chân thành tới quý thầy cô giáo Khoa kỹ thuật giao thông - Trường Đại học Nha Trang Lời cảm ơn chân thành xin gửi tới gia đình, bạn bè đồng nghiệp, người giúp đỡ động viên học tập trình thực đề tài Nha Trang, tháng 07 năm 2018 Nguyễn Quang Tạ Nguyễn Văn Hùng ii TÓM TẮT ĐỒ ÁN Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống khóa cửa tơ điều khiển từ xa cho thấy hai phương án sử dụng đảm bảo chất lượng yêu cầu đặt Hệ thống khái quát cụ thể cấu tạo, nguyên lý hoạt động, mô hệ thống đặc biệt hết lập trình cho ECU Hơn nữa, trình thiết kế chế tạo thực cách công phu, bước rõ ràng, đảm bảo logic, thể chi tiết trình đưa sản phẩm cuối iii MỤC LỤC Đề mục Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT ĐỒ ÁN ii MỤC LỤC iv DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH ẢNH vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN HỆ THỐNG KHĨA CỬA Ơ TƠ 1.1 Tổng quan 1.1.1 Khái quát 1.1.2 Chức hệ thống điều khiển khóa cửa từ xa 1.1.3 Phân loại 1.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 1.2.1 Hệ thống khóa cửa sử dụng motor lắp chung với chấp hành 1.2.1.1 Cấu tạo 1.2.1.2 Nguyên lý hoạt động 1.2.2 Hệ thống khóa cửa sử dụng chuột cửa 11 1.2.2.1 Cấu tạo 11 1.2.2.2 Nguyên lý hoạt động 17 CHƯƠNG LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH 31 2.1 Lựa chọn phương án 31 2.1.1 Lựa chọn phương án thiết kế 31 2.1.2 Lựa chọn phương án chế tạo 31 2.2 Thiết kế mô hình 33 2.2.1 Khung mơ hình 33 2.2.2 Cửa 34 2.2.3 Thiết kế mặt diện 34 2.3 Chế tạo mơ hình 35 2.3.1 Khung mơ hình 35 2.3.1.1 Phân tích chi tiết 35 2.3.1.2 Phương pháp gia công 36 iv 2.3.1.3 Thiết kế nguyên công 36 2.3.2 Cửa 41 2.3.2.1 Phân tích chi tiết 41 2.3.2.2 Phương pháp gia công 41 2.3.2.3 Thiết kế nguyên công 41 2.3.3 Phần điện 45 2.3.3.1 Khoan lỗ 45 2.3.3.2 Lắp đặt cấu vào mô hình 46 2.3.3.3 Đấu dây điện chi tiết vào lỗ cắm mặt sau 48 2.3.3.4 Lập trình hộp điều khiển ECU 51 CHƯƠNG XÂY DỰNG BÀI THỰC HÀNH VÀ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM 53 3.1 Mục đích thực hành 53 3.2 Dụng cụ đo thiết bị 53 3.3 Nội dung thực hành hệ thống khóa cửa ô tô điều khiển từ xa 53 3.3.1 Khái quát 53 3.3.1.1 Cấu tạo 53 3.3.1.2 Nguyên lý hoạt động 54 3.3.2 Khảo sát mơ hình 54 3.3.2.1 Một số ý tiến hành khảo sát 54 3.3.2.2 Kiểm tra chuột cửa, hộp điều khiển 54 3.3.2.3 Đấu dây mơ hình 55 3.3.2.4 Vận hành mơ hình 60 CHƯƠNG KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 61 4.1 Kết luận 61 4.2 Kiến nghị 61 PHẦN PHỤ LỤC 62 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ARDUINO UNO R3 62 1.1 Tổng quan 62 1.2 Sơ đồ chân Arduino 63 1.2.1 Cáp USB 63 1.2.2 IC Atmega 16U 63 1.2.3 Cổng nguồn 64 1.2.4 Cổng USB 64 v Hình 3.5 Cấp nguồn dương cho ECU - Đấu chân 1, chân hộp điều khiển ECU mass Hình 3.6 Đấu mass cho ECU - Đấu chuông báo đèn báo (đèn 2) từ chân hộp điều khiển ECU Chân đấu đến cực dương chuông báo cực dương đèn 2, chân mass chuông báo đèn chân E nguồn POWER 57 Hình 3.7 Đấu chuông báo đèn báo - Cấp nguồn cho hộp điều khiển ECU 2: từ công tắc đấu vào chân số hộp điều khiển ECU 2, chân số đấu chân E POWER Hình 3.8 Cấp nguồn cho hộp điều khiển ECU - Đấu dây tín hiệu điều khiển chuột cửa hộp điều khiển ECU đến hộp điều khiển ECU 2: chân số (ECU 1) đấu chân số 10 (ECU 2), chân số (ECU 1) đấu chân số (ECU 2) 58 Hình 3.9 Đấu dây tín hiệu điều khiển chuột cửa - Đấu dây điều khiển chuột cửa từ hộp điều khiển ECU 2: chân số (ECU 2) đấu chân số (chuột cửa 1), chân số (ECU 2) đấu chân số (chuột cửa 1); chân số (ECU 2) đấu chân số (chuột cửa 2), chân số (ECU 2) đấu chân số (chuột cửa 2); chân số (ECU 2) đấu chân số (chuột cửa 3), chân số (ECU 2) đấu chân số (chuột cửa 3) Hình 3.10 Đấu dây điều khiển chuột cửa - Đấu đèn trần (đèn 1): từ công tắc đấu đến công tắc 2, từ công tắc đấu đến chân dương đèn 1, chân mass đèn chân E POWER 59 Hình 3.11 Đấu dây đèn trần Hình 3.12 Đấu dây mơ hình 3.3.2.4 Vận hành mơ hình - Bước 1: tiến hành đấu chân B POWER vào cực dương (+) ắc quy, chân E POWER vào cực âm (-) ắc quy (khi đấu vào ắc quy đèn POWER sáng) - Bước 2: bật công tắc 1, sử dụng điều khiển từ xa (remote) tiến hành thử chế độ hoạt động Sử dụng công tắc tiến hành thử chế độ hoạt động 60 CHƯƠNG KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Qua trình thực đề tài tốt nghiệp hướng dẫn Thầy Th.S Mai Sơn Hải, chúng em hoàn thành đề tài: “Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống khố cửa tơ điều khiển từ xa phục vụ đào tạo” rút kết luận sau: - Thứ nhất, qua trình học tập nghiên cứu nhiều tài liệu khám phá thực tế, chúng em biết hiểu đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động hệ thống khóa cửa tơ điều khiển từ xa Từ đó, áp dụng vào việc chẩn đoán, sửa chữa, bảo dưỡng thay hư hỏng thường gặp - Thứ hai, việc thực đề tài tốt nghiệp giúp chúng em nâng cao kiến thức vẽ kỹ thuật, kỹ lập trình hộp điều khiển, kỹ chế tạo chi tiết tư sáng tạo việc thiết kế, chế tạo hệ thống điện Do thời gian kiến thức nhiều hạn chế nên đề tài nhiều khiếm khuyết, mong đóng góp ý kiến quý thầy, tồn thể bạn để chúng em hồn thiện đề tài cách tốt 4.2 Kiến nghị - Việc sử dụng chuột cửa hệ thống khóa cửa từ xa cịn chưa mang lại nhiều tối ưu Vì vậy, cần trang bị hệ thống khóa cửa sử dụng motor lắp chung với chấp hành để tăng chất lượng hoạt động, tiện nghi, làm việc tin cậy, đại nhỏ gọn - Ngày nay, với phát triển vượt bậc khoa học – kỹ thuật công nghệ điện tử, cần trang bị hệ thống khóa cửa ứng dụng di động biến điện thoại thơng minh thành chìa khóa tô thông minh 61 PHẦN PHỤ LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ARDUINO UNO R3 1.1 Tổng quan Arduino bo mạch vi xử lý dùng để lập trình tương tác với thiết bị phần cứng cảm biến, động cơ, đèn thiết bị khác Đặc điểm bật Arduino môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, với ngơn ngữ lập trình học cách nhanh chóng với người am hiểu điện tử lập trình Và điều kì diệu làm nên hình ảnh Arduino mức giá thấp sử dụng tiện lợi kết nối phần cứng phần mềm Arduino Uno R3 xây dựng với phần nhân vi điều khiển ATmega328P sử dụng thạch anh có chu kì dao động 16 MHz Vi điều khiển có tổng cộng 14 pin ra/vào đánh số từ tới 13 (trong có pin PWM, đánh dấu ~ trước mã số pin) Song song đó, có pin nhận tín hiệu analog đánh kí hiệu từ A0 - A5, pin sử dụng pin ra/vào bình thường Bảng Những thơng số Arduino Uno R3 Vi điều khiển ATmega328 Điện áp hoạt động VDC (qua cổng USB) Điện áp vào khuyên dùng 7÷12 VDC Điện áp vào giới hạn 6÷20 VDC Số chân Digital 14 (6 chân PWM) Số chân Analog Dòng tối đa chân Digital 30 mA Dòng tối đa (5V) 500 mA Dòng tối đa (3,3V) 50 mA Flash Memory 32 KB Sram KB Eeprom KB 62 - Flash Memory: nhớ ghi được, liệu khơng bị tắt điện Bộ nhớ để chứa liệu board chương trình viết cho Arduino lưu - Sram: bị liệu ngắt điện bù lại tốc độ đọc ghi xóa nhanh - Eeprom: dạng nhớ tương tự Flash Memory có chu kì ghi/xóa cao có kích thước nhỏ 1.2 Sơ đồ chân Arduino Hình 1.1 Phần cứng Arduino Uno R3 1.2.1 Cáp USB Đây dây cáp thường bán kèm theo board, dây cáp dùng để cắm vào máy tính để nạp chương trình cho board, đồng thời lấy nguồn từ nguồn USB máy tính để board hoạt động Ngồi ra, cáp USB cịn sử dụng để truyền liệu từ board Arduino lên máy tính Dây cáp có đầu, đầu 1a dùng để cắm vào cổng USB board Arduino, đầu 1b dùng để cắm vào cổng USB máy tính 1.2.2 IC Atmega 16U2 IC lập trình chuyển đổi USB dùng để giao tiếp với máy tính thơng qua cổng COM 63 1.2.3 Cổng nguồn ngồi Cổng nguồn nhằm sử dụng nguồn điện bên pin ắc quy cho board Arduino hoạt động Nguồn điện cấp vào cổng nguồn DC có hiệu điện từ 6V đến 20V Tuy nhiên, hiệu điện tốt mà nhà sản xuất khuyên dùng từ 7V đến 12V 1.2.4 Cổng USB Cổng USB board Arduino dùng để kết nối với cáp USB 1.2.5 Nút Reset Nút reset sử dụng để reset lại chương trình chạy Đơi chương trình chạy gặp lỗi người dùng reset lại chương trình 1.2.6 ICSP Atmega 16U2 Đây chân giao tiếp SPI chip Atmega 16U2 Các chân thường sử dụng Arduino 1.2.7 Chân xuất tín hiệu Có tất 14 chân xuất tín hiệu Arduino Uno, chân có dấu ~ chân băm xung (PWM) tức điều khiển tốc độ động độ sáng đèn 1.2.8 IC Atmega 328 IC Atmega 328 não board Arduino Uno sử dụng việc thu thập liệu từ cảm biến, xử lý liệu, xuất tín hiệu ra, 1.2.9 Chân ICSP Atmega 328 Các chân ICSP Atmega 328 sử dụng cho giao tiếp SPI, số ứng dụng Arduino có sử dụng chân 1.2.10 Chân lấy tín hiệu Analog Các chân lấy tín hiệu Analog từ cảm biến để IC Atmega 328 xử lý Có tất chân lấy tín hiệu Analog từ A0 đến A5 1.2.11 Chân cấp nguồn cho cảm biến 64 Các chân dùng để cấp nguồn cho thiết bị bên ngồi rơ le, cảm biến, có sẵn chân GND (chân mass), chân 5V, chân 3.3V, chân Vin số chân khác 65 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠCH CẦU H L298N 2.1 Tổng quan Mạch cầu H module thông dụng cần điều khiển tốc độ chiều quay động Có nhiều loại mạch cầu H, nhiên loại thơng dụng thích hợp với board Arduino mạch cầu H L298N Loại mạch cầu H chịu dịng tối đa 2A, điều khiển động Module gồm có IC L298N, khối điều khiển động A, khối điều khiển động B, chân cấp nguồn 2.2 Sơ đồ chân mạch cầu H L298N Hình 2.1 Mạch cầu H L298N - Chân điều khiển động thứ nhất; - Các chân cấp nguồn; - Các chân kết nối với Arduino; - Chân điều khiển động thứ hai 2.2.1 Các chân cấp nguồn Chân cấp nguồn gồm chân, chân GND nối với nguồn âm ắc quy, chân +12V nối với nguồn dương ắc quy, chân +5V dùng cần sử dụng nguồn 5V từ mạch cầu H để dùng thường chân sử dụng 66 2.2.2 Các chân IN1, IN2, IN3, IN4 Các chân dùng để kết nối với chân Arduino nhằm điều khiển chiều động IN1 IN2 dùng cho động A; IN3 IN4 dùng cho động B 67 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CHƯƠNG TRÌNH ARDUINO IDE 3.1 Tổng quan Arduino IDE nơi để soạn thảo code, kiểm tra lỗi upload code cho Arduino Hình 3.1 Giao diện phần mềm IDE - Thanh cơng cụ; - Vùng lập trình; - Vùng thông báo thông tin; * Các chức cơng cụ: - Verify: kiểm tra code có lỗi hay không - Upload: nạp code soạn thảo vào Arduino - New, open, save: tạo mới, mở lưu code - Serial Monitor: hiển thị liệu từ Arduino gửi lên máy tính 3.2 Cấu trúc chương trình phần mềm IDE 3.2.1 Khai báo biến Đây phần khai báo biến, tên biến, định nghĩa chân board Ví dụ: #define 68 3.2.2 Thiết lập void setup Đây phần thiết lập cho chương trình Void setup() { } Cấu trúc có dấu ngoặc nhọn đầu cuối, thiếu phần kiểm tra chương trình chương trình báo lỗi 3.2.3 Thiết lập void loop (vòng lặp) Dùng để viết lệnh chương trình để mạch Arduino thực nhiệm vụ mong muốn Void loop() { } Cấu trúc có dấu ngoặc nhọn đầu cuối, thiếu phần kiểm tra chương trình chương trình báo lỗi 3.3 Chương trình hộp điều khiển ECU - Bước 1: viết code cho hộp điều khiển ECU Hình 3.2 Code 69 - Bước 2: kiểm tra chương trình Hình 3.3 Nhấp chuột kiểm tra code - Bước 3: nạp chương trình vào board Arduino Hình 3.4 Nạp code vào board Arduino - Bước 4: thử nghiệm mơ hình Đây bước cuối trình lập trình, thử nghiệm kết đạt Nếu mơ hình thực chức mong muốn giai đoạn lập trình thành cơng Nếu mơ hình khơng thực thực sai quay lại bước (viết lại code) thực lại bước đến thành công 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO Toyota, Tài liệu đào tạo team 21 Th.S Huỳnh Minh Phú, Bài giảng Tự học nhanh Arduino cho người bắt đầu, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ chí Minh Sổ tay Arduino, Lập trình điều khiển Arduino cho người bắt đầu 71 ... mở cửa xe Đây hệ thống sử dụng rộng rãi tương lai - Hệ thống khóa cửa điều khiển từ xa sử dụng điều khiển từ xa Hình 1.4 Hệ thống khóa cửa điều khiển từ xa Hệ thống khóa cửa điều khiển từ xa. .. NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG KHĨA CỬA Ơ TƠ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA PHỤC VỤ ĐÀO TẠO GVHD: ThS Mai Sơn Hải SVTH:... - Hệ thống khóa cửa phổ biến mở /khóa cửa chìa khóa bên ngồi xe mở /khóa cửa cách kéo núm phía bên cửa xe; Hình 1.1 Hệ thống khóa cửa - Hệ thống khóa cửa điện sử dụng cơng tắc điều khiển khóa cửa