Hình 2.9 Sơ đồ khối mạch điều khiển đèn pha tích cực
- Vi điều khiển PIC 16F887.
- Động cơ bước loại lưỡng cực Bipolar.
- Cảm biến vị trí góc đánh lái: Encoder tuyệt đối EP50S8.
- Cảm biến định vị vị trí ban đầu của đèn: Hiệu ứng Hall loại A1302.
- Khối nguồn có chức năng cấp nguồn điện +5V cho khối điều khiển, khối công suất và các cảm biến vị trí đèn pha, cảm biến góc đánh lái hoạt động. Do đặc tính làm việc của các khối trong mạch điện không giống nhau nên khối nguồn cần cung cấp điện áp +5V với dòng khác nhau. Ví dụ, động cơ bước có công suất lớn hơn các linh kiện khác trong mạch, vì vậy cần cấp điện áp với dòng lớn hơn so với các linh kiện như vi xử lý, cảm biến…
Nguồn sử dụng trong hệ thống đèn thông minh là nguồn +5V một chiều, đóng vai trò cung cấp điện cho các cảm biến và cơ cấu chấp hành của hệ thống.
Khối nguồn phải đảm bảo một số yêu cầu sau:
- Sử dụng nguồn đầu vào là điện áp ô tô (+12V/+24V), đầu ra có điện áp +5V DC ổn định
- Đảm bảo cung cấp đủ dòng cho các cảm biến và cơ cấu chấp hành, cũng như mạch điều khiển trong quá trình vận hành, không xảy ra hiện tượng sụt áp do thiếu công suất.
Hình 2.10 Nguyên lý mạch nguồn.
Khảo sát tải tiêu thụ trong hệ thống đèn thông minh, ta có được các thông số sau: - Cảm biến vị trí góc đánh lái: Encoder tuyệt đối EP50S8, điện áp sử dụng +5V, dòng tiêu thụ 32mA
- Cảm biến định vị vị trí ban đầu của đèn: Cảm biến Hall A1302, điện áp sử dụng +5V, dòng tiêu thụ 10mA.
- Bộ vi điều khiển PIC 16F887, điện áp sử dụng +5V, dòng tiêu thụ dùng cho xử lý và điều khiển 20uA/Mhz.
- Phần công suất điều khiển động cơ: Động cơ bước loại lưỡng cực Bipolar, điện áp sử dụng +5V, dòng tiêu thụ liên tục ~ 2,5A
- Mạch điều khiển chính sử dụng IC 7805 cho ra điện áp +5V 1A cấp cho mạch điều khiển chính.
- Mạch nguồn động cơ sử dụng IC LM2576 cho ra điện áp +5V 3A cấp đủ năng lượng cho động cơ bước cũng như cảm biến vị trí trục lái trong quá trình hoạt động. - Khối công suất trong mạch điều khiển đèn pha tích cực có nhiệm vụ nhận nguồn điện từ khối nguồn và tín hiệu điều khiển từ khối điều khiển, để điều khiển động cơ bước. Khối nguồn của mạch này dùng IC thuật toán L293 để điều khiển động cơ bước.
- Bộ truyền động điều khiển góc quay của hệ thống đèn pha tích cực sử dụng các bánh răng giảm tốc do đó không cần thiết phải sử dụng phương pháp điều khiển quá phức
tạp, đề tài sử dụng phương pháp điều khiển One-Phase để điều khiển góc quay của đèn.
Hình 2.11 Khối công suất điều khiển động cơ bước
- Do quá trình điều khiển động cơ phải cấp dòng thay đổi liên tục, nên để bảo vệ cho L293 sử dụng các diode để dập xung điện sinh ra.
- Khối điều khiển có nhiệm vụ nhận các tín hiệu từ các cảm biến, sau khi xử lý các tín hiệu này để tính ra vị trí đèn pha hiện thời, gửi tín hiệu điều khiển động cơ bước tới khối công suất theo chương trình được cài đặt sẵn.
Hình 2.12 Khối điều khiển
Mạch điều khiển chính sử dụng chip 16F887 của hãng Microchip. Đây là một vi điều khiển 8-bit thế hệ mới, cho phép thực hiện nhiều chức năng cùng một lúc, phù hợp với yêu cầu đặt ra ban đầu.
Hình 2.13 Sơ đồ chân vi xử lý PIC16F887
- Mạch sử dụng các chân I/O của PORTD và PORTB làm chân đọc tín hiệu BCD báo vị trí cảm biến vị trí góc đánh lái.
- Sử dụng các chân PORTA 0 – 4 để cấp tín hiệu điều khiển động cơ.
- Sử dụng chân PORT 0 làm chân đọc tín hiệu từ hiệu ứng Hall. Ngoài ra, mạch còn có đèn LED báo hiệu chiều quay của động cơ bước. Linh kiện Q1 là linh kiện thạch anh, có nhiệm vụ tạo ra xung dao động 12Mhz nuôi vi xử lý. Các điện trở nối tiếp vào các chân của các PORT B và PORT D có nhiệm vụ hạn chế dòng điện chạy ra/vào các chân này của vi xử lý.
- Cảm biến vị trí góc đánh lái phải thỏa mãn các yêu cầu về khả năng xác định chính xác vị trí góc đánh lái cũng như đảm bảo lưu được vị trí vành lái khi tắt điện. Đề tài sử dụng Encoder tuyệt đối để xác định vị trí vành lái thỏa mãn yêu cầu trên.
Encoder sử dụng trong đề tài là loại EP50S8, độ phân giải 10-bit, tương ứng với mỗi bước quay được 0,35130, giải mã kiểu BCD. Đồ thị giải mã BCD được thể hiện như hình vẽ:
Hình 2.15 Đồ thị giải mã BCD của cảm biến vị trí vành lái