3.1 Mục đích:
Xét quan hệ gia tốc của khối lượng được treo và không được treo với tần số dao động, để xác định ảnh hưởng của khối lượng được treo và không được treo đối với hệ thống treo. Mục đích nâng cao êm dịu cho người và hàng hóa.
3.2 Sơ đồ khối nguyên lý làm việc mạch đo:
Các đối tượng đo
Khối các cảm biến
Bộ biến đổi tín hiệu ADC
Bộ VXL trung tâm Led 7 thanh
Bộ truyền nhận Bộ nạp dữ liệu
Máy tính
Tín hiệu vật lý
* Khối cảm biến:
Là bộ phận tiếp nhận những trạng thái thay đổi của đối tượng đo (tín hiệu vật lý) và biến đổi chúng thành những tín hiệu điện tương ứng và gửi đến bộ xử lý trung tâm.
Sử dụng cảm biến MMA7260QT trong hệ thống đo. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
Hình 3.2: Khối cảm biến Sơ đồ khối của cảm biến:
Bao gồm:
+ G-Cell Sensor: chuyển gia tốc thành giá trị điện dung. + Oscillator: bộ tạo dao động.
+ Clock Generator: tạo xung.
+ C to V converter: chuyển giá trị điện dung thành điện áp. + Gain + Filter: khuyếch đại và lọc.
Hình 3.3: Sơ đồ khối cảm biến Nguyên lý làm việc:
Thiết bị gồm hai tế bảo cảm biến tụ điện (g-cell). Khi gia tốc thay đổi thì giá trị tụ điện dung thay đổi theo công thức: C A= ε /D
Trong đó:
A: diện tích của mặt cảm biến tụ điện (g-cell) ε: là hằng số điện môi.
D: là khoảng cách giữa các bề mặt cảm biến tụ điện.
Hình 3.4: Cấu tạo và nguyên lý làm việc Tính năng đặc biệt:
- Cho phép lựa chọn 4 độ nhạy:
g- Select2 g- Select1 g-Range Sensitivity
0 0 1.5g 800mV/g
0 1 2g 600mV/g
1 0 4g 400mV/g
1 1 6g 200mV/g
- Chế độ nghỉ chờ Sleep Mode.
Phạm vi làm việc của cảm biến gia tốc:
Loại Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Gia tốc lớn nhất (tất cả các trục) Gmax ±5000 g
Điện thế cung cấp VDD -0,3 đến +3,6 V
Độ cao kiểm tra Drop 1,8 m
Phạm vi nhiệt độ cho phép Tstg -40 đến +125 0C * Bộ phận Vi xử lý trung tâm:
Hình 3.5: Khối vi xử lý trung tâm sử dụng VĐK Atmega 16
Bộ vi xử lý trung tâm: là bộ phận chính của hệ thống đảm nhận một số chức năng sau:
- Hiển thị tín hiệu đo được lên bộ hiển thị trực tiếp mà ở đây là bộ hiển thị Led 7 thanh, gồm 4 led.
- Thu nhận tín hiệu và xử ly các tín hiệu từ các cảm biến gia tốc sau đó truyền lên máy tính.
Vi điều khiển được sử dụng trong mạch là vi điều khiển Atmega16 sẽ được em trình bày cụ thể trong phần phụ lục.
* Bộ hiển thị:
Hiển thị các tín hiệu đo được lên bộ hiển thị trực tiếp mà ở đây là bộ hiển thị LED 7 thanh, gồm 4 LED.
A B C D E F G DP 1 2 3 4
Hình 3.6: Bộ hiển thị Led 7 thanh. Trong đó:
Có 7 chân hiển thị là: a, b, c, d, e, f, g, dp. Có 4 chân điều khiển là: 1, 2, 3, 4.
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Led 7 thanh Anot chung:
a b c d e f g dp
Vcc
Hình 3.7: Nguyên lý hoạt động của Led 7 thanh Anot chung.
Muốn cho đoạn Led nào sáng ta phải cấp điện áp vào chân Vcc và để mức trạng thái các đầu a-dp ở 0 thì đoạn led đó sáng, để 1 thì đoạn led đó tắt.
* Khối nguồn: +5V VIN OUT FB OUT GND D1 1 2 3 C1 D1 L1 C2 LED R1 GND +12V LM2576T
Hình 3.8: Khối nguồn cấp cho vi điều khiển Atmega 16. +5V IN OUT GND C1 C1 GND GND +3,3V LM117
Hình 3.9: Khối nguồn cấp cho cảm biến MMA7260Q.
Để vi xử lý hoạt động được thì ta cần cung cấp một điện áp nguồn 5V một chiều. Trong quá trình thí nghiệm em sử dụng nguồn cấp là ắc quy với điện áp một
chiều là 12V do đó cần phải có một mạch ổn áp thành điện áp 5V cung cấp cho Vi xử lý hoạt động. Sơ đồ sử dụng một IC LM2567T .
Ngoài ra do cảm biến gia tốc MMA7260Q sử dụng nguồn là 3,3V cho nên ngoài khối ổn áp dùng IC LM2567T em còn sử dụng ổn áp LM117 biến đổi điện áp từ 5V xuống còn 3,3V cung cấp cho cảm biến hoạt động.
* Khối truyền nhận dữ liệu:
Mô-đun giao tiếp với máy tính là các mạch điện có chức năng truyền nhận dữ liệu giữa máy tính (theo chuẩn RS232) và vi điều khiển (theo chuẩn USART).
Hình 3.10: Sơ đồ mạch giao tiếp với máy tính.
Mạch giao tiếp với máy tính sử dụng vi điều khiển Atmega8, hoạt động ở tốc độ 12Mhz và giao tiếp với máy tính qua công USB. Tín hiệu dữ liệu của vi điều khiển Atmega32 của mạch điều khiển ECU truyền tới vi điều khiển Atmega8 của mạch giao tiếp thông qua các chân RXD và TXD. Các tín hiệu này được xử lý trong vi điều khiển Atmega8 theo chương trình được nạp sẵn và truyền về máy tính qua cổng USB. Sau khi tín hiệu được gửi về máy tính, phần mềm mô phỏng thời gian thực Labview sẽ hiển thị các thông số của giá trị gia tốc trong
Chương IV: TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH SỐ LIỆU 1.Mục đích thí nghiệm:
Đo gia tốc dao động thẳng đứng của khối lượng được treo và không được treo trong các trường hợp thay đổi khối lượng được treo và tần số lực kích động để từ đó thấy được ảnh hưởng quan hệ mđt/mkđt, tần số lực kích động ảnh hưởng đến độ êm dịu của xe.
2. Các chế độ thí nghiệm:
a. Thí nghiệm với thay đổi tải trọng: mđt
- mđt = 120 kg. - mđt = 156 kg.
b. Thí nghiệm với thay đổi tần số lực kích động: f Tần số lực kích động: f= (vtrống quay, số vấu)
- fkích động = 3 Hz. - fkích động = 6 Hz. - fkích động = 12 Hz.
3. Tiến hành thí nghiệm:
Ta tiến hành thí nghiệm với tải trọng là 120 kg, và thay đổi tần số lực kích động bằng cách thay đổi số vấu trên trống quay.
Hình 4.2a: Vị trí gắn cảm biến của khối lương được treo
Hình 4.2b: Vị trí gắn cảm biến của khối lượng không được treo
Sau khi thí nghiệm với tải trọng 120kg xong thì ta tiếp tục thí nghiệm với tải trọng 156kg và cũng lần lượt thay đổi tần số lực kích động.
4. Kết quả thí nghiệm:
a. Thí nghiệm với tải trọng 120kg:
f (Hz) amax_kđt (m/s2) amax_đt (m/s2)
3 2.1 0.6
6 3.7 3.6
12 3.5 2.9
b. Thí nghiệm với tải trọng 150kg:
f (Hz) amax_kđt (m/s2) amax_đt (m/s2) 3 2.2 0.6 6 2.8 1.5 12 4.3 2.9 Trong đó: f: Tần số lực kích động.
amax_kđt: Giá trị gia tốc lớn nhất của khối lượng không được treo. amax_đt: Giá trị gia tốc lớn nhất của khối lượng được treo.
Hình 4.5: Đồ thị ứng với tải trọng 150kg Nhận xét:
Qua đồ thị trên cho ta thấy được mối quan hệ giữa tỉ số mđt/mkđt và giá trị gia tốc dao động thẳng đứng của chúng. Để từ đó ta có thể tìm ra được độ êm dịu tốt nhất cho xe bằng cách thay đổi tải trọng và tần số lực kích động.
Khi tăng tải trọng thì giá trị gia tốc theo phương thẳng đứng của khối lượng được treo sẽ giảm và khối lượng không được treo tăng.
KẾT LUẬN
Nghiên cứu và mô phỏng hệ thống treo cho ô tô là một công việc hết sức cần thiết và hiệu quả với mục đích cải thiện độ êm dịu chuyển động, chất lượng kéo, tính dẫn hướng và ổn định chuyển động, độ bền, độ tin cậy… điều này không những cho phép chúng ta tiếp cận với những phương pháp nghiên cứu hiện đại mà còn có thể mở rộng mô hình tính toán một cách thuận lợi hơn.
Đồ án đã trình bày về phương pháp xây dựng mô hình bệ thử dao động 1/4 hệ thống treo Mc.Pherson. Chuyển động của ô tô trên đường không bằng phẳng sẽ phát sinh các dao động của các khối lượng phần treo và phần không được treo của ô tô. Độ mấp mô của biên độ mặt đường là nguồn kích thích chính cho ô tô dao động. Vậy nên khi nghiên cứu dao động đồ án đã sử dụng máy đầm rung.
Đồ án thu được các kết quả:
- Mô hình có thể thử với hệ thống treo xe con từ 4 đến 7 chỗ ngồi, đòn ngang dưới và bệ đỡ tải có thể thay đổi theo phương thẳng đứng nhờ các khớp trụ.
- Xây dựng được mạch đo gia tốc khối lượng được treo và không được treo. - Đo gia tốc khối lượng được treo và không được treo theo phương thẳng đứng.
Do hạn chế về kinh nghiệm và đây cũng là lần đầu tiên em bắt tay vào làm mô hình thật nên Đồ án chỉ dừng lại ở việc đo gia tốc của khối lượng được treo và không được treo ở phương thẳng đứng, và cũng không thể tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy chỉ bảo để sửa chữa, rút kinh nghiệm để khi ra trường để trở thành một kỹ sư có trình độ vững vàng hơn.
Cuối cùng em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy giáo PGS.TS. Phạm Hữu Nam cùng các thầy giáo khác trong bộ môn đã tận tình hướng dẫn em trong quá trình làm Đồ án tốt nghiệp.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Trọng Hoan: Tập bài giảng thiết kế tính toán ô tô. ĐHBK Hà Nội 2007.
[2] Nguyễn Khắc Trai: Cấu tạo gầm xe con. NXB Giao thông vận tải, Hà Nội 2003.
[3] Nguyễn Khắc Trai: Hướng dẫn tính toán thiết kế hệ thống treo độc lập.
[4] Ngô Diên Tập: Vi điều khiển lập trình C. NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2006.
[5] Nguyễn Hữu Cẩn, Phạm Hữu Nam: Thí nghiệm ô tô . NXB Khoa học và kỹ thuật Hà Nội 2004.
PHỤ LỤC A. Tổng quan về vi điều khiển AVR:
Vi điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chíp, nó thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử.
Hiện nay ở Việt Nam cũng như trên thế giới việc sử dụng các chíp vi xử lý rất rộng rãi với nhiều loại chíp do các hãng khác nhau sản xuất như: vi điều khiển PIC của Microchip, họ MCS_51 của Intel, và AVR của ATMEL … đó là những dòng vi điều khiển được ưa thích nhất bởi tính năng vô cùng hữu ích và độc đáo của chúng. Mỗi dòng vi xử lý có những ưu điểm riêng khác nhau nhưng ở đây em sử dụng dòng vi xử lý AVR của ATMEL ví chúng là nhữn vi điều khiển đời tương thích với họ MSC_51, ngoài những tính năng hiện có của các dòng vi điều khiển khác hiện có trên thị trường nó còn tính năng mới tiện dụng cho người lập trình. Mặt khác nữa là họ vi điều khiển này có đặc điểm nổi bật là sử dụng bộ nhớ Flash hoạt động nhanh và ổn định, đặc biệt vi điều khiển AVR tương thích với nhiều loại ngôn ngữ lập trình khác nhau trong đó có ngôn ngữ C là ngông ngữ dễ sử dụng và dễ học nhất.
Trong họ nhà AVR có rất nhiều đời khác nhau. Do điều kiện về học tập, trình độ cũng như thời gian có hạn nên trong Đồ án em đã chọn Vi xử lý Atmega 16L đây là vi xử lý đời mới tích hợp hầu hết các tính năng bên trong nên người sử dụng không phải học thêm kiến trúc sơ bộ vi xử lý kết nối bên ngoài, mặt khác vu xử lý này có ưu điểm là tốc độ xử lý cao, hiệu suất cao, có những đặc tính mới khá hoàn thiện.
Chính vì những lý do trên nên em xây dựng phần mạch đo với vi xử lý trung tâm sử dụng vi xử lý Atmega 16L.
Kiến trúc của vi điều khiển Atmega 16L:
Bộ vi điều khiển AVR là sản phẩm của công ty Atmel (Hoa kỳ) được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1996, nó đã thể hiện được nhiều ưu điểm và nhanh chóng chiếm lĩnh thi trường so với những sản phẩm cùng loại. Tiêu biểu trong số đó là vi xử lý Atmega 16L.
Các bộ vi xử lý AVR có kiến trúc, thuật ngữ “kiến trúc” được dùng ở đây nghĩa là bộ nhớ dữ liệu là một bus 8 bít, cho phép nối hầu hết các bộ phận ngoại vi
với tệp thanh ghi. Bus dữ liệu dùng cho bộ nhớ chương trình có độ rộng 16 bít và chỉ nối với thanh ghi lệnh.
Bộ nhớ chương trình là bộ nhớ flash. Dung lượng chính xác của bộ nhớ này thay đổi khác nhau giữa các bộ vi xử lý.
Bộ nhớ chương trình được truy nhập theo từng chu kỳ đồng hồ, và một lệnh được nạp vào thanh ghi lệnh. Thanh ghi lệnh được nối với tệp thanh ghi bằng cách lựa chọn xem thah ghi nào sẽ được ALU (khối số học logic) sử dụng.
Các bộ vi điều khiển AVR có kiến trúc Harvard, nghĩa là có bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình tách biệt nhau.
Thanh ghi:
Tất cả bộ vi điều khiển đều có 32 thanh ghi đa năng được đánh số từ R0 đến R31. Tất cả các thanh ghi đều có thể truy nhập trực tiếp và truy nhập trong chu trình đơn đến tất cả các thanh ghi. Các thanh ghi R0 và R26 đến R31 có các chức năng bổ xung. Thanh ghi R0 được sử dụng trong các lệnh nạp bộ nhớ chương trình (LPM), trong khi các thanh ghi R26 đến R31 được sử dụng làm các thanh ghi con trỏ.
Khối số học logic (ALU) thực hiện các thao tác như thao tác bit, phép tính số học và logic trên nội dung của các thanh ghi và ghi ngược kết quả vào tệp thanh ghi trên thanh ghi đã được chỉ định. Các thao tác ALU đều làm ảnh hưởng đến các cờ trong các thanh ghi trạng thái tùy thuộc vào lệnh.
Truy nhập bộ nhớ và việc thực thi lệnh:
Bộ vi xử lý AVR được điều khiển bởi đồn hồ hệ thống, đồng hồn này có thể ở bên ngoài nếu có tồn tại và được phép hoặc một đồng hồ RC bên trong có thể được sử dụng. Đồng hồ hệ thống này không qua bất kỳ bộ chia bào và được sử dụng trực tiếp cho tất cả các thao tác truy nhập bên trong bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý có một đường ống hai tầng, và tìm nạp/ giải mã được thực hiện đồng thời với việc thực thi lệnh. Quá trình này được minh họa như sau:
- Bộ nhớ vào ra: Bộ nhớ vào ra là “xa lộ” đến với tất cả các bộ phận ngoại vi của bộ vi xử lý AVR. Nó được thiết kế giống như SRAM và có thể được trao đổi theo hai cách giống như SRAM hoặc như thanh ghi I/O. Nếu như SRAM các địa chỉ
phía bên kia $20 đến $5F, còn nếu giống như các thanh ghi I/O, các địa chỉ bắt đầu từ $00 đến $3F. Dù vậy ta xem các thanh ghi vào ta như các thanh ghi chứ không phải bộ nhớ SRAM.
- Bộ nhớ EFPROM: Tất cả các vi điều khiển AVR đều có một bộ nhớ EFPROM trên chíp. Dung lượng bộ nhớ EFPROM thay đổi từ 64 byte trên AT90S1200 đến 4 kbyte trên MEGA103. Bộ nhớ EFPROM (EEAR), thanh ghi dữ liệu EEPROM (EEDR), và thanh ghi điều khiển EEPROM (EECR).
Các tính năng nổi bật của vi điều khiển AT16:
- Bộ nhớ lập trình được trong bộ nhớ 8 kbyte, bộ nhớ EEPROM 512 byte, bộ nhớ SRAM 512 byte, 32 đường vào ra đa năng, 32 thanh ghi làm việc đa năng, RTC, 3 bộ định thời, đếm linh hoạt với chế độ so sánh, các ngắt bên trong và bên ngoài, một bộ UART nối tiếp lập trình được, bộ ADC 8 kênh 10 bit. Bộ định thời watchdog lập trình được với bộ dao động bên trong, một cổng nối tiếp SPI và ba chế độ tiết kiệm năng lượng hoạt động bằng phần mềm. Chế độ Idle làm ngưng hoạt động của CPU trong khi bộ nhớ SRAM, các bộ định thời, bộ đếm, cổng SPI và hệ thống ngắt vẫn tiếp tục hoạt động. Chế độ Power Save bộ dao động định thời tiếp tục chạy để