Đồ-án-CĐÔTÔ-2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH DOANH VÀ CÔNG NGHỆ HÀ NỘI KHOA CƠ ĐIỆN Ô TÔ ĐỒ ÁN MÔN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Ô TÔ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN, ĐO VÀHIỂN THỊ VÀ TỐC ĐỘ QUAY CỦA ĐỘNG CƠ Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Lê Minh Hiện Mã sinh viên: 17114696 Lớp: D022.01 Hà Nội – 2021 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU - Phân tích yêu cầu nhiệm vụ được giao - Sơ đồ nguyên lý mạch .- Thiết kế mạch thành phần - Hiển thị LCD - 11 Lập trình điều khiển mạch - 14 Đánh giá khảo nghiệm mạch - 18 Phụ lục giải thích code: .- 20 - LỜI NĨI ĐẦU Ngành cơng nghệ ô tô nước ta nay, ngành đầu phát triển khoa học kỹ thuật Với phát triển thời đại 4.0 tiến tới kỷ ngun 5.0 ngành cơng nghệ ô tô có nhiều thay đổi ứng dụng khoa học kỹ thuật Ứng với phát triển phát triển tri thức thời đại mới, địi hỏi cao kỹ sư tơ có trình độ chun mơn hóa cao kỹ đào tạo để đáp ứng với thay đổi khoa học kỹ thuật Đất nước ta giai đoạn thực q trình cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước Nhiều nhà máy nhiều khu công nghiệp, khu chế xuất đời Để đáp ứng kịp thời nhu cầu phục vụ sản xuất ngày gia tăng nhà máy, khu công nghiệp địi hỏi việc tự động hóa q trình hoạt động, sản xuất nhà máy khu công nghiệp phải nâng cao để đưa đến hiệu quả, chất lượng cơng việc ngày tốt Đứng trước tình hình địi hỏi cần phải có đội ngũ cán kỹ thuật có trình độ chun mơn cao Qua trình tìm hiểu thực tế với hướng dẫn tận tình PGS.TS Phạm Hữu Nam thầy giáo Khoa Cơng Nghệ Ơ Tơ, đến đồ án em hoàn thiệt Phân tích yêu cầu nhiệm vụ giao - Đề tài: Xây dựng mơ hình cảm biến kích nổ xử lý tín hiệu cảnh báo kích nổ - Mong muốn đạt được: Phát tín hiệu kích nổ gửi tín hiệu để cảnh báo tượng kích nổ - Những thiết bị cho:  Cảm biến kích nổ  Hình 1: Cảm biến kích nổ  Cảm biến kích nổ: Cảm biến kích nổ thường chế tạo vật liệu áp điện Nó lắp thân xylanh nắp máy để cảm nhận xung kích nổ phát sinh động gửi tín hiệu đến ECU động cơ, làm trễ thời điểm đánh lửa nhằm ngăn chặn tượng kích nổ Hình 2: Sơ đồ cấu tạo cảm biến kích nổ  Thành phần áp điện cảm biến kích nổ chế tạo tinh thể thạch anh, vật liệu có áp lực sinh điện áp Phần tử áp điện thiết kế có kích thước với tần số riêng trùng với tần số rung động có tượng kích nổ để xảy hiệu ứng cộng hưởng (f = 7KHz) Như vậy, có kích nổ, tinh thể thạch anh chịu áp lực lớn sinh điện áp Tín hiệu điện áp có giá trị nhỏ 2,4V Nhờ tín hiệu này, ECU động nhận biết tượng kích nổ điều chỉnh giảm góc đánh lửa khơng cịn kích nổ ECU động điều chỉnh thời điểm đánh lửa sớm trở lại Hình 3: Sơ đồ cấu tạo cảm biến kích nổ Hình 4: Sơ đồ mạch điện cảm biến kích nổ - Phương án thiết kế: + Dựa mơ hình có sử dụng bảng mạch Arduino nano hướng dẫn lớp đóng vai trị vi điều khiển thực nhiệm vụ đồ án + Thiết kế lắp mạch hạ áp 5V cung cấp nguồn cho mạch adruno + Phương án hiển thị theo yêu cầu: sử dụng cổng kết nối I2C để kết nối LCD + Xây dựng mơ hình cảm biến kích nổ + Xây dựng lắp gá đặt cho mạch - Những mạch linh kiện cần chuẩn bị: + Vi xử lý: Arduino nano (Atmega-328), sử dụng vi xử lý khác Arduino Uno, Arduino Mega, + Mạch hạ áp 5V cấp nguồn cho adruno + Bộ hiển thị: sử dụng cổng kết nối I2C để kết nối LCD 16x2 (có thể sử dụng loại LCD khác) với Arduino + Cảm biến kích nổ + Điện trở 10k ohm, 1k ohm + Đèn led + Bảng bo mạch 12CMx18CM + Cọc nguồn đầu vào đầu + Tấm mica để bo mạch + Dây nối đực + Dãy cọc đực + Dây điện để hàn mạch + Bulong, đai ốc để cố định bảng mạch + Khung nhôm + Máy hàn + thiếc + Đồng hồ vạn ( đo điện áp , dòng điện , điện trở, ) + Nguồn ác quy 12v Sơ đồ nguyên lý mạch Hình 5: Sơ đồ nối mạch - Arduino nano: Hình 6: Sơ đồ chân Arduino nano + Sử dụng chân Arduino: Chân D11 chân điều khiển công suất nối với chân SIG mạch công suất Chân D2 nối với chân số IC LM393 nhận tín hiệu digital Chân A0 nối với chân triết áp điều khiển tốc độ động thay đổi từ 0-5V ứng với tốc độ từ 0-800v/ph - Mạch so sánh ngưỡng LM393 Mạch so sánh ngưỡng (LM393) biến đổi tín hiệu Analog thành tín hiệu số (digital) kết hợp với triết áp điều khiển độ rộng xung Hình 7: Sơ đồ mạch LM393 11 Hình 8: Sung đầu vào đầu đo qua máy Oscilloscope + Chân GE+ chân dương cảm biến ( nhận tín hiệu Analog), nối với chân số ic LM393 + Chân GE- cảm biến nối GND Arduino + Chân tín hiệu đầu gửi tín hiệu dạng xung vuông (digital) nối với chân D2 Arduino + Chân số ic đầu dương triết áp điều khiển xung đấu nối với chân 5V Arduino Hiển thị LCD - Thông số kỹ thuật LCD 16×2 Màn hình sử dụng để hiển thị trạng thái thơng số LCD 16×2 có 16 chân chân liệu (D0 – D7) chân điều khiển (RS, RW, EN) chân lại dùng để cấp nguồn đèn cho LCD 16×2 Các chân điều khiển giúp ta dễ dàng cấu hình LCD chế độ lệnh chế độ liệu Chúng cịn giúp ta cấu hình chế độ đọc ghi 12 Hình 9: Màn hình LCD 16x2 - Thông số kĩ thuật I2C Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC Hỗ trợ hình: LCD1602,1604,2004 (driver HD44780) Giao tiếp: I2C Địa mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh ngắn mạch chân A0/A1/A2) Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD ngắt Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD Để sử dụng hình LCD giao tiếp I2C sử dụng Arduino ta cần cài đặt thư viện Liquidcrystal_I2C 13 Hình 10: Modul I2C Arduino Hình 11: Sơ đồ đấu nối i2c với LCD 14 Hình 12: Cổng kết nối I2C với Arduino - Chân màu trắng chân nối GND I2C với GND Arduino - Chân màu xanh chân nối Vcc I2C với 5V Arduino - Chân màu đen chân tín hiệu SDA I2C nối với A4 Arduino - Chân màu đỏ chân SCL I2C nối với chân A5 Arduino 15 Lập trình điều khiển mạch - Điều khiển tốc độ động theo kiểu ON-OFF (bang-bang) cách đặt vận tốc mong muốn cho động trì điện áp để động quay với vận tốc vơi sơ đồ thuật tốn: Hình 13: Sơ đồ thuật tốn - Thuật tốn mơ tả q trình làm việc mạch + Mạch so sánh LM393: Nguyên lý hoạt động mạch Hình 14: IC LM393 Sử dụng thuật toán Op-amp ( chân 1,2,3) Cấp điện áp 5v Arduino cho chiết áp điều chỉnh mức điện áp vào chân số 0.3v Chân số cắm với chân GE+ cảm biến điện từ ( nhận tín hiệu analog ) Chân số cho tín hiệu đầu tín hiệu Digital Chân cấp nguồn âm dương tương ứng Arduino 16 Các chân 5,6,7 thuật toán Op-amp tương đương ( không sử dụng mạch ) + Mạch công suất IRF 520 điều khiển động Ngun lý hoạt động mạch: Hình 15: Mạch cơng suất Module MOSFET IRF520 Điều Khiển Động Cơ mạch điều khiển công suất sử dụng IRF520, cho phép điều khiển thiết bị công suất với điện áp lên đến 24VDC,dòng max 5A Sử dụng mosfet IRF520 Điện áp vào thay đổi từ : 3.3V - 5V DC, nối với chân D11 Điện áp động : - 24V DC tương ứng với tốc độ 0v/ph – 800v/ph Dòng điện tối đa: 5A Chân GND nối với GND Arduino 17 - Lập trình code lệnh Hình 16: Khai báo biến Hình 17: Thực lệnh 18 Hình 18: Lệnh hiển thị LCD điều khiển tốc độ Hình 21: Đếm xung 19 Hình 22: Sơ đồ tư 20 Đánh giá khảo nghiệm mạch Hình 19: Mơ hình sau hồn thiện 21 Hình 20: Tín hiệu gửi máy tính - Tín hiệu gửi cho thấy sai lệch giá trị vận tốc mong muốn vận tốc thực đo 9v/ph - Sau thử nghiệm mơ hình dẫn thầy mạch sãn sàng hoạt động theo nhu cầu giao sẵn sàng để đánh giá Trong trình làm đồ án có sơ suất khơng đáng có xin mong cảm thông từ thầy, chúng em cố gắng hoàn thiện tương lai Sinh viên thực Nguyễn Chí Cơng Nguyễn Minh Khiêm Lời phê đánh giá 22 Phụ lục giải thích code: #include //Khai báo thư viện LCD #include //Khai báo thư viện I2C LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); //Khai báo cổng kết nối loại lcd volatile long SoXung; //Số xung ngắt đếm 0.5s int SoRang = 32; //Số vành float VanTocGoc; //Vận tốc góc vành (vòng/phút) long MocThoiGianCu, MocThoiGianMoi; //Mốc thời gian cũ (mili giây) Mốc thời gian (mili giây) float KhoangThoiGian; float DA; float VanTocMM; void setup() { //Khoảng thời gian hai lần đo liên tiếp (s) //Điện áp //Vận tốc mong muốn(vận tốc đặt) lcd.begin(); //Khai báo LCD lcd.backlight(); //Khai báo LCD Serial.begin(115200); //Kênh hiển thị gửi máy tính pinMode(2, INPUT_PULLUP); //Chân nhận tín hiệu từ cảm biến pinMode(11,OUTPUT); //Chân điều khiển động attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2), ngat_ngoai2, FALLING); //Đặt tín hiệu ngắt ngồi chân D2 } //Tín hiệu đếm xung void loop() { //Vòng lặp MocThoiGianMoi = millis(); //Chọn thời gian đầu, đếm thời gian theo giây if(MocThoiGianMoi >= MocThoiGianCu + 100){ KhoangThoiGian = float(MocThoiGianMoi - MocThoiGianCu)/1000; //Lệnh đếm thời gian VanTocGoc = float(SoXung)/SoRang/KhoangThoiGian*60; //Cơng thức tính vận tốc góc Vịng/phút SoXung = 0; //Reset số sung để thực lần đo tiếp MocThoiGianCu=millis(); //Cập nhật lại thời gian đầu để bắt đầu đo tiếp DA=0.00489*analogRead(A0); //Điều khiển điện áp VanTocMM=160*DA; //Cơng thức tính vận tốc điều khiển qua chiết áp từ 0-5v Serial.print("Van toc mong muon: "); //Gửi máy tính Serial.print(VanTocMM); 23 Serial.print("Van toc goc: "); Serial.print(VanTocGoc); Serial.println("v/ph"); lcd.setCursor(1,0); lcd.print("VTD: "); lcd.print(VanTocMM); lcd.print(" rpm"); lcd.setCursor(1,1); lcd.print("VTG: "); lcd.print(VanTocGoc); lcd.print(" rpm"); //Hiển thị LCD if(VanTocGoc < VanTocMM){ bang) analogWrite(11,255); } else{ analogWrite(11,0); } } } void ngat_ngoai2(){ SoXung = SoXung + 1; } // Điều khiển tốc độ on-off (kiểu bang// Bật công suất max // Ngắt công suất //Lệnh đếm xung 24