5.3.1 Thu t toán tính t căđ đ ngăc
Ph ơng pháp xửlý cơ b n là tính chu kì của tín hiệu, sau đó tính ra giá trị tần số của tín hiệu f = 1/T rồi dựa vào mối liên hệ giữa tần số tín hiệu và tốc đ đ ng cơ để tính ra tốc đ đ ng cơ.
Để tính chu kì của tín hiệu, ta đếm kho ng th i gian giữa hai mức th p hoặc giữa c nh cùng lên hoặc cùng xuống của tín hiệu xung vuông xu t ra từ m ch xử lý. Để thực hiện điều này, ta có thể sử d ng chức năng Input Capture hoặc sử d ng kết h p giữa các b ngắt ngoài và các b Timer/Counter trong vi điều khiển ATmega 16. Tuy nhiên, chíp ATmega 16 chỉ có hai chân Input Capture là ICP1 (chân 30) nên việc sử d ng ba b ngắt ngoài cùng với ba b Timer/Counter trên chíp h p lý hơn. Sự kếp h p này đ c thực hiện nh sau: thiết lập Timer 0 ngắt tràn cứ m i 100 µs. Khi có ngắt x y ra lần đầu tiên chân ngắt ngoài INT0, m t biến đếm th i gian đ c gán giá trị bằng 0. Cứ sau m i lần ngắt tràn Timer 0 mà ngắt ngoài tiếp theo ch a x y ra trên chân INT0 thì biến đếm th i gian đ c tăng lên 100 µs. Khi ngắt ngoài lần tiếp theo x y ra trên chân INT0, đọc giá trị của biến đếm th i gian lúc này. Khi đó, ta đ c kho ng th i gian giữa hai tín hiệu liên tiếp, tức là chu kỳ của tín hiệu với sai số lớn nh t là 100 µs. Gán l i giá trị biến đếm th i gian là 0 và thực hiện vòng lặp tiếp t c đến khi x y ra ngắt ngoài thứ3,4,5…
Trên thực tế, để đọc đ c giá trị tốc đ đ ng cơ trên màn hình LCD, đồng th i gi m sai sốcho phép đo, giá trị chu kỳtrung bình đ c tính sau m t vài lần ngắt ngoài nh t định.
L u đồ thuật toán xử lý tín hiệu c m biến MAP nh sau, với tín hiệu G và tín hiệu điện áp ắc quy xửlý hoàn toàn t ơng tự:
GVHD: PGS.TS ĐỗVăn Dũng 55 HVTH: Đinh Tấn Ngọc Hình 5.18: Sơ đ khối thuật toán xử lý tín hiệu
5.3.2ăCh ngătrìnhătính t căđ t căđ ngăc ăchoăviăđi u khi n
Ch ơng trình xử lý đ c viết bằng phần mềm CodeVision AVR cho chíp ATmega 16, sử d ng kết h p với phần mềm Proteus để mô phỏng, kiểm tra kết qu . Ch ơng trình này đ c viết theo thuật toán xửlý đ c trình bày trên, với mối liên hệ giữa tốc đ đ ng cơ và tần số của các tín hiệu đối với đ ng cơ 4 xi lanh nh sau:
(5.7) (5.8) (5.9)
GVHD: PGS.TS ĐỗVăn Dũng 56 HVTH: Đinh Tấn Ngọc
Để h n chế mức đ dao đ ng của kết qu đo nh ng vẫn giữ đ c đ nh y cần thiết, các giá trị chu kỳ sẽđ c l y trung bình sau m t số các giá trị nh t định. Đối với tín hiệu G, giá trị này là 4, còn tín hiệu MAP và BATT, giá trị này là 16 t ơng ứng với 8 vòng quay đ ng cơ.
5.4 Ch t o m chăđo
M chăngu nă
Hình 5.19: Mạch ng n 12V
M chăngu nă5VăvƠăviăđi uăkhi n ATMEGA16
Hình 5.20: Mạch ngu n 5V và mạch vi điều khiển ATmega 16
0V +12V -12V
GVHD: PGS.TS ĐỗVăn Dũng 57 HVTH: Đinh Tấn Ngọc
M chăxửălýătínăhi u
Hình 5.21: Mạch xử lý tín hiệu cảm biến MAP, G và tín hiệu điện áp ắc quy
M chăhi năth ăLCD
GVHD: PGS.TS ĐỗVăn Dũng 58 HVTH: Đinh Tấn Ngọc
Ch ngă6: TH C NGHI M THI T B ĐO T CăĐ
Đ NGăC
6.1 Thi t b
Mô hình đ ng cơ Toyota 5S-FE
Hình 6.1: Mô hình động cơ 5S-FE
M ch đo thử nghiệm
Hình 6.2: Kết nối mạch đo thử nghiệm
GVHD: PGS.TS ĐỗVăn Dũng 59 HVTH: Đinh Tấn Ngọc Hình 6.̀: MáỔ đo Oscilloscope với ́ kênh đo
6.2 Qui trình đo (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết nối các dây tới các cực tín hiệu có sẳn trên ECU: chân PIM của c m biến MAP, chân BATT, chân tín hiệu G và chân l y mass tín hiệu E2.
Hình 6.́: Đo thử nghiệm
6.3 K t qu đo
6.3.1 Tín hi uăsauăkhiăđ c xử lý
D ng chung của tín hiệu tr ớc và sau xử lý: m c đích của m ch xử lý tín hiệu là biến đổi tín hiệu từ chân PIM c m biến MAP và tín hiệu điện áp ắc quy tr thành d ng xung vuông với biên đ là kho ng 5V, đồng th i xén tín hiệu c m biến G mức 5,1 V nếu biên đ tín hiệu này v t quá giá trị đó. Do đó, kết qu tín hiệu sau
GVHD: PGS.TS ĐỗVăn Dũng 60 HVTH: Đinh Tấn Ngọc
xử lý nếu đ́ng sẽ có d ng nh sau (các tín hiệu d ới đây đ c vẽ bằng phần mềm Excel):
- Tín hiệu MAP: có d ng xung vuông có đ r ng gần đều nhau, chu kỳ của các xung đều nhau tốc đ th p và chu kì gi m nếu tốc đ tăng lên, không có hiện t ng m t xung hay thừa xung khi đ ng cơ ho t đ ng bình th ng.
- Tín hiệu BATT: có d ng nh tín hiệu MAP và có cùng tần số với tín hiệu MAP nh ng đ r ng xung nhỏ hơn, không có hiện t ng m t xung hay thừa xung nếu đ ng cơ vẫn bình th ng.
- Tín hiệu G: có d ng xung nhọn, không khác nhiều so với tín hiệu vào nh ng biên đ tín hiệu không v t quá mức 5,1 V (do đó, trong phần phân tích d ới đây chỉ tập trung vào 2 tín hiệu MAP và BATT mà thôi).
Hình 6.5: Dạng chung của 3 tín hiệu trước khi xử lý
Hình 6.6: Dạng chung của 3 tín hiệu sau khi xử lý
GVHD: PGS.TS ĐỗVăn Dũng 61 HVTH: Đinh Tấn Ngọc Hình 6.7: Tín hiệu điện áp ắc quy trước và sau mạch xử lý ̉ 1.000 rpm
Hình 6.8: Tín hiệu cảm biến MAP trước và sau mạch xử lý ̉ 1000 rpm
kho ng 1.500 rpm
GVHD: PGS.TS ĐỗVăn Dũng 62 HVTH: Đinh Tấn Ngọc Hình 6.10: Tín hiệu cảm biến MAP trước và sau mạch xử lý ̉ 1.500 rpm
kho ng 2.500 rpm
Hình 6.11: Tín hiệu điện áp ắc quy trước và sau mạch xử lý ̉ 2.500 rpm
Hình 6.12: Tín hiệu cảm biến MAP trước và sau mạch xử lý ̉ 2.500 rpm
GVHD: PGS.TS ĐỗVăn Dũng 63 HVTH: Đinh Tấn Ngọc Hình 6.13: Tín hiệu điện áp ắc quy trước và sau mạch xử lý ̉ 4.000 rpm
Hình 6.14: Tín hiệu cảm biến MAP trước và sau mạch xử lý ̉ 4.000 rpm
6.3.2 K t qu hi n th LCD Cầm chừng Hình 6.15: Kết quả đo ̉ tốc độ cầm chừng Kho ng 1.000 rpm Hình 6.16: Kết quả đo ̉ tốc độ 1.000 rpm Kho ng 1.500 rpm Hình 6.17: Kết quả đo ̉ tốc độ 1.500 rpm
GVHD: PGS.TS ĐỗVăn Dũng 64 HVTH: Đinh Tấn Ngọc Kho ng 2.000 rpm Hình 6.18: Kết quả đo ̉ tốc độ 2.000 rpm Kho ng 2.500 rpm Hình 6.19: Kết quả đo ̉ tốc độ 2.500 rpm Kho ng 3.000 rpm Hình 6.20: Kết quả đo ̉ tốc độ ̀.000 rpm Kho ng 3.500 rpm Hình 6.21: Kết quả đo ̉ tốc độ ̀.500 rpm Kho ng 4.000 rpm
GVHD: PGS.TS ĐỗVăn Dũng 65 HVTH: Đinh Tấn Ngọc Hình 6.22: Kết quả đo ̉ tốc độ ́.000 rpm Kho ng 4.500 rpm Hình 6.2̀: Kết quả đo ̉ tốc độ ́.500 rpm Khi tăng gi m tốc
GVHD: PGS.TS ĐỗVăn Dũng 66 HVTH: Đinh Tấn Ngọc Hình 6.2́: Kết quả đáp ứng tốcđộkhi tăng giảm tốc
GVHD: PGS.TS ĐỗVăn Dũng 67 HVTH: Đinh Tấn Ngọc Hình 6.25: Đ thịđáp ứng tốc độ của ̀ phương pháp đo (được vẽ bằng phần mềm
Excel)
6.4 Thi t b đoăt căđ đ ngăc
GVHD: PGS.TS ĐỗVăn Dũng 68 HVTH: Đinh Tấn Ngọc Hình 6.27: Đo và kiểm tra hoạt động của thiết bị
6.5 Đánhăgiá,ănh n xét (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
điều kiện đ ng cơ ho t đ ng ổn định, c ba tín hiệu G, PIM và BATT đều cho ra kết qu tốc đ đ ng cơ với đ chính xác khá cao. Tuy nhiên, m i lo i tín hiệu đều tồn t i những nh c điểm khiến cho việc tính tốc đ đ ng cơ từ nó không chính xác, tối u nh tín hiệu NE.
C m biến G: nh c điểm cơ b n của tín hiệu G là đáp ứng chậm. Sau 2 vòng quay tr c khuỷu mới có m t xung tín hiệu G. Trong khi c m biến NE 24 răng đư có 12 xung tín hiệu trong 1 vòng quay tr c khuỷu. Do đó, để cung c p tín hiệu tốc đ cho ECM điều khiển đ ng cơ thì c m biến G khó đáp ứng đ c yêu cầu. Tuy nhiên, nếu để hiển thị giá trị tốc đ lên máy đo hay b ng đồng hồ thì c m biến G l i r t phù h p vì u điểm của nó là chính xác.
Tín hiệu điện áp ắc quy: việc tính tốc đ đ ng cơ từ s t áp của ắc quy ph thu c vào ho t đ ng đánh lửa của đ ng cơ. Trong tr ng h p có sự cố m t lửa máy nào đó thì sẽ làm cho giá trị tốc đ sai lệch nếu không tối u đ c ch ơng trình xử lý. Ngoài ra, đối với đ ng cơ diesel, ph ơng pháp này không thực hiện đ c do
GVHD: PGS.TS ĐỗVăn Dũng 69 HVTH: Đinh Tấn Ngọc
đ ng cơ diesel không có s t áp đánh lửa. u điểm của ph ơng pháp này là chính xác và dễ đo.
Tín hiệu c m biến MAP: bằng việc thiết kế phần cứng xử lý tín hiệu phù h p và ch ơng trình tính tốc đ , ta có thể có giá trị tốc đ từ m t c m biến có sẵn trên xe. Nh ng nh c điểm của ph ơng pháp này là tín hiệu gốc có giá trị nhỏ và không r̃ ràng khi đ ng cơ có nhiều xi lanh, do đó, việc xử lý là khó, nh ng điều này có thể khắc ph c bằng cách sử d ng c m biến đo áp su t có đ nh y cao hơn c m biến MAP dùng trên đ ng cơ ô tô thì tín hiệu đầu ra r t rõ xử lí sẽ dễ dàng hơn. Khi có h hỏng làm sai lệch giá trị áp su t chân không trên đ ng ống n p (nh xupap n p không kín, làm khí từ buồng cháy lọt ng c tr l i đ ng ống n p) thì kết qu đo không còn chính xác nữa.
GVHD: PGS.TS ĐỗVăn Dũng 70 HVTH: Đinh Tấn Ngọc
Ch ngă7: K T LU N ậ H NG PHÁT TRI N
7.1 K t lu n
Qua th i gian thực hiện đề tài “Nghiên cứu, đánh giá m t số ph ơng pháp mới đo tốc đ đ ng cơ”đ t đ c m t số kết qu nh sau:
Chỉ ra mối liên hệ giữa tốc đ đ ng cơ và hệ thống trên đ ng cơ mà đây thực hiện trên 3 tín hiệu tiêu biểu là PIM, G và BATT.
Thiết kế và thi công thành công thiết bị đo tốc đ đ ng cơ từ các tín hiệu đó. So sánh, đánh giá mức đ ph n ánh chính xác giá trị tốc đ đ ng cơ của các tín hiệu.
Đề tài đ t đ c m t số kết qu nh t định đem l i nhiều ý nghĩa về mặt khoa học cũng nh thực tiễn.
Mô hình đáp ứng đ c về các yêu cầu kỹ thuật, làm việc ổn định, chống nhiễu điện từ tốt, tính thẩm mỹcũng nh đáp ứng đ c nhiều chức năng nh là ph c v thiết thực trong công tác gi ng d y hay sử d ng làm cơ s nghiên cứu cũng nh để h ớng đến việc s n xu t thiết bị d y học, đáp ứng cho nhu cầu đào t o của nhà tr ng cũng nh nhu cầu của xã h i.
7.2 H ng phát tri n củaăđ tài
Từ những kết qu của đề tài, có 2 h ớng chính có thể phát triển đề tài để nâng cao hơn tính thiết thực và hiệu qu của đề tài mà em ch a thực hiện đ c:
1. C i tiến thiết bị đo tốc đ không chỉ từ 3 tín hiệu PIM, G, BATT mà còn có thể từ các tín hiệu khác, không chỉ cố định cho đ ng cơ 4 kỳ, 4 xi lanh mà còn có thêm ńt chọn số kỳ, số xi lanh… sẽ làm tăng tính cơ đ ng và kh năng áp d ng thực tiễn của thiết bị.
2. Dựa vào sự sai lệch của kết qu đo và của d ng tín hiệu đo và xử lý đ c khi