(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu chế tạo băng thử các loại kim phun có giao tiếp máy tính

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN LẠC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BĂNG THỬ CÁC LOẠI KIM PHUN CĨ GIAO TIẾP MÁY TÍNH S K C 0 9 NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ ƠTƠ MÁY KÉO – 605246 S KC 0 9 Tp Hồ Chí Minh, 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  LUẬN VĂN THẠC SĨ KS NGUYỄN VĂN LẠC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BĂNG THỬ CÁC LOẠI KIM PHUN CĨ GIAO TIẾP MÁY TÍNH NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ ƠTƠ - MÁY KÉO – 605246 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2013 Ơ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  LUẬN VĂN THẠC SĨ KS NGUYỄN VĂN LẠC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BĂNG THỬ CÁC LOẠI KIM PHUN CĨ GIAO TIẾP MÁY TÍNH NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ ƠTƠ - MÁY KÉO – 605246 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2013 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Nguyễn Văn Lạc Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 10/10/1975 Nơi sinh: Bến Tre Quê quán: Bến Tre Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 258C Khu phố 3, phƣờng 7–TP.Bến Tre Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: 075.3500058 DĐ: 01257787777 Fax: E-mail: vanlac36@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 09/1995 đến 03/2000 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TPHCM Ngành học: Cơ Khí Động Lực Tên đồ án, luận án mơn thi tốt nghiệp: Tính kinh tế nhiên liệu ô tô Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Ngƣời hƣớng dẫn: KS Lê Anh Hùng III QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 2001- Đến Nơi công tác Trƣờng Cao Đẳng Bến Tre i Công việc đảm nhiệm Giảng viên LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng 04 năm 2013 Học viên thực Nguyễn Văn Lạc ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập làm luận văn giúp em học hỏi thêm nhiều đƣợc nhiều kiến thức bổ ích từ thầy cô, bạn bè Những kiến thức giúp em vững vàng chuyên môn nghiệp vụ nhƣ thái độ cơng việc sau Có đƣợc kết nhƣ ngày hôm nay, em xin chân thành gởi lời cảm ơn đến Thầy Đỗ Văn Dũng, Thầy Nguyễn Bá Hải truyền đạt kiến thức, tận tình hƣớng dẫn, giúp em xác định hƣớng để em hồn thành luận văn Tơi xin chân thành gởi lời cảm ơn đến thầy cô khoa Cơ khí Động Lực trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập nhƣ trình làm luận văn Các bậc sinh thành, ngƣời thân gia đình nguồn động viên cho tơi suốt q trình học tập, phấn đấu Một lần xin chân thành cảm ơn với tất lịng TP.Hồ Chí Minh, 4/2013 Học viên Nguyễn Văn Lạc iii MỤC LỤC Trang tựa Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm tạ iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách bảng vi Danh sách hình xi CHƢƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu 1.2.1 Mục đích nghiên cứu 1.2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.3 Đối tƣợng nghiên cứu 1.4 Điểm đề tài 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.6 Phạm vi nghiên cứu 1.7 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 1.8 Các kết nghiên cứu CHƢƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI 2.1 Khái quát hệ thống điều khiển lập trình động 2.1.1 Lịch sử phát triển 2.1.2 Phân loại ƣu nhƣợc điểm 2.1.2.1 Phân loại 2.1.2.2 Ƣu điểm hệ thống phun xăng vi 2.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình thuật tốn điều khiển 10 2.2.1 Sơ đồ cấu trúc khối chức 10 2.2.2 Thuật tốn điều khiển lập trình 12 2.2.2.1 Lý thuyết điều khiển 12 2.2.2.2 Điều khiển phun xăng 14 2.2.2.3 Chức điều khiển phun xăng 15 2.2.2.4 Phun gián đoạn 16 2.2.2.5 Tính tốn thời gian phun 17 2.2.2.6 Tính tốn thời gian mở kim D – Jetronic: 19 2.3 Điều khiển kim phun 23 2.3.1 Nguyên tắc kết cấu kim phun 23 2.3.2 Kết cấu kim phun 23 2.3.3 Hoạt động kim phun 24 2.3.3.1 Quá trình hoạt động 25 2.4 Những cải tiến băng thử kim phun có giao tiếp máy tính 38 2.5 Những lợi ích kỹ thuật băng thử kim phun 38 2.6 Yêu cầu băng thử kim phun 39 2.7 Khảo sát giải pháp 39 2.8 Lý thuyết xử lý ảnh với LabVIEW 42 2.8.1 Giới thiệu 42 2.8.2 Môi trƣờng làm việc Vision Assistant 43 2.8.3 Thu nhận hình ảnh với Vision Assistant 43 2.8.4 Xử lý ảnh với Vision Assistant 45 2.8.4.1 Các bƣớc làm việc với Vision Assistant 45 2.8.4.2 Tạo file VI LabView 46 2.8.4.3 Sử dụng chức định vị màu sắc để nhận biết vị trí số lƣợng LED 46 vii CHƢƠNG : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO VÀ XÂY DỰNG THUẬT TOÁN 48 3.1 Thiết kế phần cứng 48 3.1.1 Giới thiệu sơ đồ hệ thống băng thử kim phun có giao tiếp máy tính 48 3.1.2 Chế tạo khí 49 3.1.3 Thiết kế hệ thống điện 52 3.1.3.1 Giới thiệu Card Hocdelam USB - 9090 52 3.1.3.2 Webcam sử dụng hệ thống băng thử kim phun 54 3.1.3.3 Cảm biến áp sử dụng hệ thống băng thử kim phun 55 3.1.3.4 Driver điều khiển bơm xăng 55 3.1.3.5 Sơ đồ mạch điện hệ thống băng thử 56 3.2 Xử lý ảnh tia phun nhiên liệu xây dựng thuật toán điều khiển 56 3.2.1 Quá trình xử lý hình ảnh tia phun để tính góc tia phun 56 3.2.2 Xác định độ nhuyễn tia phun 62 3.3 Lập trình chƣơng trình điều khiển 65 3.3.1 Thuật toán điều khiển kiểm tra kim phun 66 3.3.2 Thuật toán điều khiển áp suất kim phun 66 3.3.3 Thuật toán xử lý góc tia phun 67 3.3.4 Thuật toán xử lý độ nhiễn tia phun (độ sƣơng) 68 3.4 Hồn thiện mơ hình thực tế 69 CHƢƠNG : THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 69 4.1 Mục tiêu thí nghiệm 71 4.2 Kết thí nghiệm 71 4.2.1 Kết demo kim phun 71 4.2.2 Kết demo kim phun 70 4.2.3 Kết demo kim phun 71 4.2.4 Kết demo kim phun 73 viii CHƢƠNG : KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 73 5.1 Kết luận 75 5.2 Hạn chế 75 5.3 Hƣớng phát triển 75 Tài liệu tham khảo 76 ix ► Chuyển sang ảnh Gray Hình 3.27: Sử dụng hàm Gray Morphology1 ► Chuyển sang ảnh nhị phân ảnh bit Hình 3.28: Sử dụng hàm Threshold 63 ► Xác định điểm sáng nhỏ Hình 3.29: Sử dụng hàm Binary Image Inversion ► Loại bỏ số điểm nhiễu Đếm hạt sáng có bán kính nhỏ pixel Hình 3.30: Đếm hạt hình ảnh tia phun 64 3.3 Lập trình chƣơng trình điều khiển Lƣu đồ thuật tốn dùng để lập trình: Bắt đầu Nhập giá trị kim phun, khởi động máy ảnh Đ S Hình ảnh từ máy ảnh Đ Kiểm tra kim phun Đ Góc phun Đ Độ nhuyễn Hiển thị kết S Đạt Kết thúc 65 S 3.3.1 Thuật toán kiểm tra kim phun Để thiết lập chƣơng trình cho nút điều khiển kiểm tra kim phun, ta đặt giá trị thời gian cho kim phun 300 ms Kết lập trình: Hình 3.31: Thuật tốn điều khiển cho nút điều khiển (Test) 3.3.2 Thuật toán điều khiển bơm xăng Để điều khiển bơm xăng cho kim phun hoạt động Chƣơng trình dùng hàm HDL USB 9090 nhận tín hiệu áp lực bơm ngƣời điều khiển nhập vào (giá trị lớn 500 kPa), Card điều khiển chuyển tín hiệu sang điện áp điều khiển bơm xăng hoạt động bơm nhiên liệu cung cấp cho kim phun hoạt động Kết lập trình: 66 Hình 3.32: Thuật tốn điều khiển bơm xăng 3.3.3 Thuật tốn xử lý góc tia phun Hình ảnh đƣợc đƣa từ camera đƣợc xử lý hàm Vision Assistant đƣa đƣợc góc tia phun theo cơng thức sau: Hàm Vision Assistant phân tích tính tốn giá trị góc phun tia phun, tác giả chọn giá trị góc phun tia phun khoảng: 200 - 350 67 Kết lập trình: Hình 3.33: Thuật tốn xử lý góc tia phun 3.3.4 Thuật tốn xử lý độ nhuyễn tia phun (độ sƣơng) Hình ảnh đƣợc đƣa từ camera đƣợc xử lý hàm Vision Assistant đƣa đƣợc độ nhuyễn tia phun theo thuật toán lập sau: Hàm Vision Assistion phân tích, tính tốn đƣợc hạt nhiên liệu có đƣờng kính cỡ micromet Chƣơng trình đƣa kết đánh giá độ nhuyễn tia phun dựa vào số hạt nhiên liệu cực nhỏ Ở toán dựa việc lấy mẫu số kim phun phun hoạt động tốt, tác giả chọn độ nhuyễn tia phun lớn 250 kim phun cịn hoạt động tốt Kết lập trình: 68 Hình 3.34: Thuật toán xử lý độ nhuyễn tia phun (độ sƣơng) Cửa sổ giao diện hiển thị: Hình 3.35: Cửa sổ giao diện front panel Trên giao diện hiển thị giá trị áp suất phun, góc tia phun, độ nhuyễn tia phun, hình ảnh kim phun phun nhiên liệu vào hộp kín Khi kim phun đƣợc đƣa vào 69 kiểm tra, ngƣời điều khiển nhấn vào nút ―test‖ hình, sau kết cho biết chất lƣợng kim phun đƣợc kiểm tra 3.4 Hoàn thiện mơ hình thực tế Băng thử loại kim phun có giao tiếp máy tính bao gồm: băng thử khí, bơm xăng, bình xăng, phiểu thu hồi xăng, hộp kín có lắp camera Laptop, card USB HDL- 9090, driver điều khiển bơm xăng, cảm biến áp suất dầu Denso 499000 -7150 Băng thử hoạt động với nguồn điện 12 V Ngƣời điều khiển băng thử kim phun thông qua máy tính (Laptop) đƣợc cài đặt phần mềm LabVIEW Kim phun đƣợc lắp hộp kín đƣợc điều khiển Transistor TIP 122, camera có chức chụp hình ảnh tia phun nhiên liệu từ kim phun gửi máy tính đƣợc xử lý chức xử lý ảnh Vision Assistant phần mềm LabVIEW Băng thử kim phun kiểm tra xác định giá trị: áp suất phun, góc phun tia phun, độ nhuyễn tia phun Hình 3.36: Băng thử loại kim phun có giao tiếp máy tính Mơ hình băng thử kim phun có giao tiếp máy tính đƣợc hoàn thiện đƣa vào thử nghiệm 70 CHƯƠNG THÍ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 4.1 Mục tiêu thí nghiệm Sau băng thử đƣợc chế tạo thành công đƣa vào thử nghiệm Trung tâm bồi dƣỡng giáo viên đào tạo nhân lực công nghệ cao Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TPHCM, nhằm kiểm tra, đánh giá kết trình nghiên cứu tác giả Đồng thời để có sở rút đƣợc hạn chế nhƣ phát triển mơ hình băng thử kim phun 4.2 Kết thí nghiệm Thử nghiệm đƣợc tiến hành với kim phun động TOYOTA Đặt giá trị góc phun kiểm tra : 200 < Góc phun < 350 Độ nhuyễn (Smooth): > 250 hạt Áp suất rò kim phun: < 250 kPa Và đƣợc kết sau: 4.2.1 Kết demo kim phun Hình 4.1: Hiển thị kết kiểm tra kim phun 71 Hình 4.2: Hiển thị kết kiểm tra kim phun Thông số đo đƣợc: Góc phun: 18,7o Độ nhuyễn: 466 hạt/ lần phun Áp suất phun: 290 kPa Kết kiểm tra: Không đạt góc phun nhỏ 350 4.2.2 Kết demo kim phun Hình 4.3: Hiển thị kết kiểm tra kim phun Thơng số đo đƣợc: Góc phun: 25,6o ( 200 - 350) Độ nhuyễn đạt (trung bình): 337 hạt/ lần phun Áp suất phun: 300 kPa Kết kiểm tra: Đạt 72 4.2.3 Kết demo kim phun Hình 4.4: Hiển thị kết kiểm tra kim phun Thơng số đo đƣợc: Góc phun: 26,7o Độ nhuyễn đạt (trung bình): 208 hạt/ lần phun Áp suất phun: 296 kPa Kết quả: không đạt độ nhuyễn thấp 250 hạt/ lần phun 4.2.4 Kết demo kim phun Hình 4.5: Hiển thị kết kiểm tra kim phun Thơng số: Góc phun: 7,7o Độ nhuyễn đạt (trung bình): 360 hạt/ lần phun Áp suất phun: 288 kPa Kết quả: không đạt góc phun nhỏ 200, độ rị vƣợt q mức giới hạn (250 kPa) 73 4.2.5 Đánh giá kết thử nghiệm Kết thử nghiệm kim phun động hãng TOYOTA, băng thử cho kết giá trị kiểm tra kim phun: góc tia phun, độ nhuyễn tia phun, áp suất phun báo độ rò rỉ kim phun Các kim phun đƣợc kiểm tra nhiều lần, sau ghi nhận kết Băng thử cho đƣợc kết cụ thể Tuy nhiên, có sai lệch lần đo nhƣng sai lệch không đáng kể Lần kiểm tra Kim phun Lần Lần Lần Kết G:18,7; H: 466 G:18,6; H:466 G:14,1; H:466 KĐ G: 23,5; H: 337 G: 25,6; H: 337 G: 23,5; H:337 Đ G: 26,7; H: 208 G: 27,4; H: 208,6 G: 23,1; H: 204 KĐ G: 13,7; H: 360;R G: 10,5; H: 360,R G: 10,0; H: 360,R KĐ G: góc phun (độ) H: số hạt/ lần phun R: báo độ rò kim phun ( áp suất hạ dƣới 250 kPa) KĐ: không đạt, Đ: đạt 74 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Qua thời gian nghiên cƣ́u thƣ̣c hiê ̣n đề tài tác giả đã đa ̣t đƣơ ̣c mô ̣t số kế t quả sau: - Thiết kế chế tạo thành công băng thử kim phun có giao tiếp máy tính - Ứng dụng băng thử kim phun để phục vụ thí nghiệm, mơ hình dạy học - Đánh giá kết thực nghiệm băng thử với yêu cầu xử lý tia phun nhiên liệu để đánh giá chất lƣợng kim phun nhƣ góc tia phun, áp suất phun, độ sƣơng tia phun nhiên liệu - Do thời gian làm đề tài không nhiều, nhƣng việc đƣa mục tiêu thực gần nhƣ đầy đủ hệ thống băng thử kim phun 5.2 Hạn chế Mơ hình băng thử kim phun có giao tiếp máy tính: - Tuy hồn thành mơ hình nhƣng vẫn chƣa đ ạt đƣợc thẩm mi ̃ chƣa đạt đƣơ ̣c độ xác cao việc xử lý hình ảnh tia nhiên liệu - Băng thử thử nghiệm vài loại kim phun 5.3 Hƣớng phát triển Ngƣời nghiên cƣ́u sẽ nghiên cƣ́u theo hƣớng sau: - Kiểm tra kim phun động phun xăng trực tiếp Gasoline Direct Injection (GDI) - Kiểm tra kim phun động Common Rail 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS- TS Đỗ Văn Dũng, Hệ thống điều khiển động xăng diesel ĐHSPKT TP HCM, 2008 [2] PGS-TS Đỗ Văn Dũng, Lý thuyết điều khiển động đốt trong, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh, 2009 [3] PGS-TS Đỗ Văn Dũng, Trang Bị Điện & Điện Tử Trên Ơ Tơ Hiện Đại, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh, 2004 [4] TS.Nguyễn Bá Hải, Lập trình LabVIEW, trình độ bản,2011 [5] www.ni.com Tìm hiểu lịch sử lập trình LabVIEW [6] www.labview.hocdelam.org Tìm hiểu lập trình LabVIEW bản, nâng cao [7] The test bench Injectors.net [8] Vagam Dieukhien.net [9] OTO – HUI.com Có thể tải phần mềm ứng dụng xử lý ảnh LabVIEW tại: Links download: http://www.ni.com/drivers/ >> chọn Machine Vision NI Vision Acquisition Software: http://joule.ni.com/nidu/cds/view/p/id/2596/lang/en NI Vision Development Module: LabVIEW 2009: http://joule.ni.com/nidu/cds/view/p/id/1392/lang/en LabVIEW 2010: http://joule.ni.com/nidu/cds/view/p/id/2125/lang/en NI Vision Builder for Automated Inspection: http://joule.ni.com/nidu/cds/view/p/id/2624/lang/en 76 ... băng thử kiểm tra kim phun có giao tiếp với máy tính Băng thử phải gọn, bền dễ điều khiển, dễ bảo dƣỡng, kiểm tra sửa chữa 1.2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu Do đề tài băng thử kim phun có giao tiếp máy tính. .. này, nghiên cứu tác giả tập trung vào nghiên cứu chế tạo băng thử kim phun có giao tiếp với máy tính với ứng dụng phần mềm LabVIEW 1.2 Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu 1.2.1 Mục đích nghiên cứu Với... GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  LUẬN VĂN THẠC SĨ KS NGUYỄN VĂN LẠC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BĂNG THỬ CÁC LOẠI KIM PHUN CÓ GIAO TIẾP MÁY TÍNH NGÀNH: KHAI