Đồ-án-CĐÔTÔ-1 (1)

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: Ts Phạm Hữu Nam Sinh viên thực hiện: Nguyễn Chí Cơng Mã sinh viên: 17112483 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 tơ nước ta nay, ngành đầu phát triển khoa học kỹ thuật Với phát triển thời đại 4.0 tiến tới kỷ nguyên 5.0 ngành cơng nghệ tơ có nhiều thay đổi ứng dụng khoa học kỹ thuật Ứng với phát triển phát triển tri thức thời đại mới, đòi 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 cơng nghiệp địi hỏi việc tự động hóa trình hoạt động, sản xuất nhà máy khu công nghiệp phải nâng cao để đưa đến hiệu quả, chất lượng công việc ngày tốt Đứng trước tình hình địi hỏi cần phải có đội ngũ cán kỹ thuật có trình độ chun mơn cao Phân tích u cầu nhiệm vụ giao - Đề tài: Thiết kế mạch điều khiển, đo hiển thị tốc độ quay động - Mong muốn đạt được: Điều khiển tốc độ động DC qua chiết áp ,so sánh với tốc độ thực tế đo qua cảm biến điện từ hiển thị hình LCD - Những thiết bị cho:  Mơ hình động chiều (DC) DMS-0291-2A-12V-18,5W gắn với bánh Hình 1: Động DC  Cảm biến điện áp: ứng dụng ô tô cảm biến vị trí trục cam CPS (Camshaft Position Sensor) nắm vai trò quan trọng hệ thống điều khiển động ECU sử dụng tín hiệu để xác định điểm chết máy số máy, đồng thời xác định vị trí trục cam để xác định thời điểm đánh lửa (với động xăng) hay thời điểm phun nhiên liệu (động phun dầu điện tử Common rail) cho xác Với động đời trang bị thêm hệ thống điều khiển trục cam biến thiên thơng minh cảm biến trục cam cịn đóng vai trị giám sát hoạt động hệ thống điều khiển trục cam biến thiên, ECU sử dụng tín hiệu cảm biến để xác định hệ thống Trục cam biến thiên có làm việc tín hiệu từ hộp ECU điều khiển hay khơng Loại cảm biến trục cam có cảm biến kiểu điện từ Cảm biến hiệu ứng điện từ có cấu tạo cuộn dây điện từ nam châm vĩnh cửu, máy phát điện mini, hoạt động tạo xung điện áp hình sin gửi ECU Trên tô cảm biến trục cam lắp nắp dàn cò đặt ngang bên nắp dàn cò, với khe hở khơng khí G=0.5~ 2mm Hình 2: Sơ đồ cấu tạo nguyên lý cảm biến điện từ - 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 công suất để điều khiển động dùng loại Mosfet IRF520, IRF530, IRF540,  Sử dụng mạch công suất với Mosfet IRF520 có thơng số phù hợp với mạch kinh tế + Thiết kế lắp mạch so sánh ta sử dụng ic LM393: chuyển đổi tín hiệu xung cảm biến từ Anolog sang Digital cho vi sử lý Arduino + Phương án hiển thị theo yêu cầu: sử dụng cổng kết nối I2C để kết nối LCD + Chiết áp điều khiển tốc độ động  chiết áp 10k ohm + 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 so sánh LM393: chuyển đổi tín hiệu xung cảm biến từ Anolog sang Digital + Mạch công suất cấp nguồn cho động cơ: sử dụng mosfet IRF520 + Bộ hiển thị: sử dụng cổng kết nối I2C để kết nối LCD 16x2 (có thể sử dụng loại LCD khác) với Arduino + Chiết áp điều khiển tốc độ động cơ: chiết áp 10k ohm + 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 3: Sơ đồ nối mạch - Criết áp điều chỉnh tốc độ động cơ: Sử dụng triết áp 10k Ohm chân nối với chân tương ứng arduino Hình 4: Triết áp điều khiển tốc độ động - Arduino nano: Hình 5: 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 Chân A4 nối với cổng hiển thị SDA I2C Chân A5 nối với cổng hiển thị SCL I2C Chân GND nối với chân GND tương ứng mạch thành phần Chân 5V cấp nguồn cho mạch thành phần triết áp điều khiển tốc độ động Thiết kế mạch thành phần - Mạch công suất IRF520 Với mạch công suất IRF520 để điều khiển tốc độ động theo mong muốn qua triết áp 10k Ohm Hình 6: Sơ đồ mạch IRF520 - Linh kiện gồm: trở R1, R2 (1k Ohm) Đèn LED Mosfet IRF520 - Thông số mạch: Điện áp vào: 3.3V, 5V Điện áp ra: - 24VDC Dòng điện ra: max = 5A - Nguyên lý: Dòng điện nguồn chiều cấp đến tải qua mạch công suất điều khiển chi phối Mosfet IRF520 nhận tín hiệu điều khiển từ chân SIG Đèn LED1 để báo trạng thái hoạt động + Đấu nguồn 12VDC (từ ắc quy): dương nguồn đấu với chân Vin, âm nguồn đấu với chân GND2 + Tín hiệu điều khiển cơng suất từ chân D11 từ Arduino vào chân SIG mạch, chân GND từ Arduino với chân GND mạch công suất + dây động DC đấu với chân V+, V- với cự chiều tương ứng - 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 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 10 + 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 Hình 9: Màn hình LCD 16x2 - Thông số kĩ thuật I2C 11 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 Hình 10: Modul I2C Arduino Hình 11: Sơ đồ đấu nối i2c với LCD 12 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 13 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 14 Các chân 5,6,7 thuật tốn Op-amp tương đương ( khơng sử dụng mạch ) + Mạch công suất IRF 520 điều khiển động Nguyên lý hoạt động mạch: Hình 15: Mạch công 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 15 - Lập trình code lệnh Hình 16: Khai báo biến Hình 17: Thực lệnh 16 Hình 18: Lệnh hiển thị LCD điều khiển tốc độ Hình 21: Đếm xung 17 Hình 22: Sơ đồ tư 18 Đánh giá khảo nghiệm mạch Hình 19: Mơ hình sau hồn thiện 19 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 20 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() { //Vịng 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; //Công 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); 21 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 22 23