Phần mềm SOLIDWORKS được biết đến từ phiên bản SOLIDWORKS 1995. ViHoth phân phối phần mềm này từ phiên bản 2011 cho đến nay. SOLIDWORKS đã có nhiều bước phát triển vượt bậc về tính năng, hiệu suất và khả năng đáp ứng các nhu cầu thiết kế 3D trong các ngành kỹ thuật, cơng nghiệp. SOLIDWORKS cịn được phát triển và ứng dụng rộng rãi trong các ngành khác như: đường ống, kiến trúc, nội thất, xây dựng… nhờ tính năng thiết kế 3D mạnh mẽ và danh mục các giải pháp hỗ trợ đa dạng.
Các dịng sản phẩm phân tích, mơ phỏng của SOLIDWORKS giúp giải quyết các vấn đề liên quan đến lắp ghép, truyền động, động học (Motion), độ bền, ứng suất, mơ phỏng dịng chảy và áp suất… SOLIDWORKS CAM là sản phẩm mới của SOLIDWORKS hỗ trợ lập trình gia cơng phay.
43 Hình 3. 2: Giao diện sketch của solidworks.
3.1.2. Thiết kế khung trên solidworks.
Để hạn chế tối đa sai sót trong q trình thi cơng khung mơ hình, nhóm chúng em sử dụng phần mềm mơ phỏng 3D SolidWorks để thiết kế, tính tốn các số liệu nhằm đạt được độ chính xác cao nhất, khi lắp ráp các chi tiết của mơ hình lên khung đảm bảo độ bền đồng thời mang tính thẩm mĩ.
44 Hình 3. 4: Bản thiết kế 2D của khung mơ hình.
3.2. Thi cơng khung
Dựa trên thiết kế bằng mơ phỏng ta tính tốn ra sơ bộ vật liệu cần thiết: - Thép hộp vuông dài 6m, 40x40 mm, dày 2mm. (2 thanh).
- Thép hộp vuông dài 6m, 40x25mm dày 2mm. (1 thanh). - Các vật liệu khác…
45 Việc thi công được thực hiện tại xưởng đồng sơn dưới sự cho phép và hướng dẫn của các thầy tại xưởng. Bao gồm các công đoạn như dưới đây:
3.2.1. Cắt thép.
Dựa theo tính tốn nhóm em tiến hành cắt thép theo đúng kích thước như đã thiết kế đảm bảo yêu cầu nhỏ gọn và tính kinh tế cao.
Hình 3. 5: Thực hiện việc cắt thép và sản phẩm.
3.2.2. Hàn
Nhóm sử dụng máy hàn Mig-CO2 được trang bị tại xưởng Đồng - Sơn.
46
3.2.3. Mài.
Việc mài khung giúp loại bỏ phần bề mặt vật liệu thừa sau quá trình hàn, nhằm tạo được bề mặt khung phẳng để chuẩn bị cho bước sơn phủ.
Hình 3. 7: Mài nhẵn.
3.2.4. Sơn phủ.
Nhóm em chọn màu xanh dương để sơn phủ cho khung vì đây là màu sắc biểu tượng của tuổi trẻ, của sự hăng hái, mạnh mẽ và những nỗ lực không ngừng. Chúng em sử dụng súng phun sơn thay cho việc sơn bằng cọ nhằm đạt được nước sơn bóng mịn, có tính thẩm mĩ cao.
47
3.3. Vệ sinh, sửa chữa hệ thống điều hịa ơ tơ.
Vì tất cả các bộ phận của hệ thống đều đã cũ và một số đã hư hỏng nên nhóm em tiến hành vệ sinh, và chỉnh sửa lại.
3.3.1. Vệ sinh máy nén.
Trạng thái ban đầu của máy nén khá cũ, bụi phủ khá nhiều. Nhóm chúng em sửa dụng xăng A95 để vệ sinh từ ngoài vào trong máy nén, loại bỏ tất cả bụi bám cũng như vết gỉ, các mạc sắt nhỏ có thể ảnh hưởng tới q trình vận hành sau này của máy nén. Sau khi tháo và vệ sinh máy nén đã trở về trạng thái hoạt động tốt.
Hình 3. 9: Trạng thái ban đầu của máy nén.
48 Hình 3. 11: Máy nén sau khi vệ sinh.
3.3.2. Vệ sinh giàn lạnh.
Nhóm em tiến hành tháo gỡ và vệ sinh lại tồn bộ giàn lạnh.
49 Hình 3. 13: Vệ sinh giàn lạnh, quạt lồng sóc.
3.3.3. Thiết kế các chi tiết hư hỏng trên hệ thống.
Vì đây là mơ hình cũ nên có rất nhiều chi tiết bị hư hỏng, không thể sử dụng lại. Vậy nên, nhóm em tiến hành thiết kế mới bằng phần mền solidworks sau đó in 3D các bộ phận bổ sung.
50 Hình 3. 15: Thiết kế càng gạc của motor trộn gió.
Hình 3. 16: Thiết kế khung kết nối motor trộn gió và giàn lạnh.
51
3.4. Thi cơng điện hồn thiện của mơ hình. 3.4.1. Hộp điều khiển. 3.4.1. Hộp điều khiển.
Hình 3. 18: Hộp điều khiển lạnh Toyota Camry 2005.
Hình 3. 19: Chân giắc của hộp điều khiển.
Chân số Kí hiệu Ý nghĩa
1 GND Chân Mass
2 SPD Chân cảm biến vận tốc
3
4 LOCK Chân tín hiệu cảm biến lock
5 SG-LOCK Chân mass cảm biến lock
6 IGN Chân tín hiệu đánh lửa
7 PSW Chân tín hiệu cơng tắc áp suất
8 TW Chân tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát
9 IG Nguồn cung cấp cho hộp
10 B Nguồn thường trực
11 TAMG Chân tín hiệu cảm biến nhiệt độ mơi trường 12 BLW Chân tín hiệu điều khiển tốc độ quạt lồng sóc
13 AC1
14 RDFG
15 HR Chân điều khiển Relay quạt lồng sóc 16 MGCR Chân điều khiển tín hiệu đóng lock máy nén 17 SW1 Chân bật tín hiệu đèn cảnh báo Hazard
52
Chân số Kí hiệu Ý nghĩa
1 SG-TPM Chân mass motor điều khiển hướng gió 2 SG-TP Chân mass của motor trộn
3 SG-TPI Chân mass của motor điều khiển lấy gió vào 4 TR Chân tín hiệu nhiệt độ trong xe
5 TE Chân tín hiệu nhiệt độ giàn lạnh 6
7 TPM Chân tín hiệu motor điều khiển hướng gió 8 TP Chân tín hiệu của motor trộn
9 TPI Chân tín hiệu của motor điều khiển lấy gió vào 10 S5-TPM Chân dương motor điều khiển hướng gió 11 S5-TP Chân dương của motor trộn
12 S5-TPI Chân dương của motor điều khiển lấy gió vào 13 AIR Chân điều khiển motor gió trong
14 AIF Chân điều khiển motor gió ngồi
15 AOD Chân điều khiển motor cửa gió (sấy kính trước) 16 AOF Chân điều khiển motor cửa gió (hướng vào mặt) 17 AMC Chân điều khiển motor trộn gió (lạnh)
18 AMH Chân điều khiển motor trộn gió (sưởi)
19 SG-TR Chân mass tín hiệu cảm biến nhiệt độ trong xe 20 SG-TE Chân mass tín hiệu cảm biến nhiệt độ giàn lạnh 21
22
23 TS Chân tín hiệu cảm biến bức xạ mặt trởi
24 S5-TS Chân dương tín hiệu cảm biến bức xạ mặt trởi
Bảng 3. 2: Ý nghĩa chân giắc A39(A).
19 LP Chân giao tiếp Multiplex
20
53
54 Hình 3. 20: Sơ đồ mạch điện hệ thống điều hịa Toyota Camry 2005.
55
3.4.3. Hồn thành mơ hình.
Hình 3. 21: Mặt trước và mặt bên của mơ hình.
56
CHƯƠNG 4: THU THẬP, HIỂN THỊ TÍN HIỆU CÁC CẢM BIẾN VÀ ĐIỀU KHIỂN LY HỢP MÁY NÉN
4.1. Hiển thị điện áp và nhiệt độ các cảm biến.
4.1.1. Giới thiệu về arduino.
Arduino một nền tảng mã nguồn mở phần cứng và phần mềm. Phần cứng Arduino (các
board mạch vi xử lý) được sinh ra tại thị trấn Ivrea ở Ý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit. Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau.
Được giới thiệu vào năm 2005, Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến một phương thức dễ dàng, khơng tốn kém cho những người u thích, sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành. Những ví dụ phổ biến cho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động. Đi cùng với nó là một mơi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thơng thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho Aduino bằng ngơn ngữ C hoặc C++.
Hình 4. 1: Logo arduino.
4.1.2. Giới thiệu arduino R3.
Arduino Uno R3 là một board mạch vi điều khiển được phát triển bởi Arduino.cc, một nền tảng điện tử mã nguồn mở chủ yếu dựa trên vi điều khiển AVR Atmega328P.
Phiên bản hiện tại của Arduino Uno R3 đi kèm với giao diện USB, 6 chân đầu vào analog, 14 cổng kỹ thuật số I / O được sử dụng để kết nối với các mạch điện tử, thiết bị bên
57 ngồi. Trong đó có 14 cổng I / O, 6 chân đầu ra xung PWM cho phép các nhà thiết kế kiểm soát và điều khiển các thiết bị mạch điện tử ngoại vi một cách trực quan.
Hình 4. 2: Board Arduino Uno R3. Thông số kỹ thuật. Thông số kỹ thuật.
Vi điều khiển Atmega328 (họ 8 bit)
Điện áp hoạt động 5V – DC
Tần số hoạt động 16MHz
Dòng tiêu thụ 30 mA
Điện áp vào khuyên dùng 7-12V – DC
Điện áp vào giới hạn 6-20V – DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)
Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi
bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328)
EEPROM 1 KB (ATmega328)
58
4.1.3. Màn hình LCD 2004 tích hợp I2C.
Hình 4. 3: Màn hình LCD 2004 tích hợp I2C. Thông số kỹ thuật của LCD 2004. Thông số kỹ thuật của LCD 2004.
- Điện áp hoạt động là 5 V. - Kích thước: 98 x 60 x 13.5 mm - Chữ đen, nền xanh lá
- Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch tiện dụng khi kết nối với Breadboard. - Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hổ trợ việc kết nối, đi dây điện. - Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chỉnh độ sáng để sử dụng ít điện năng hơn.
- Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu
Chân Ký
hiệu Mô tả Giá trị
1 VSS GND 0V
2 VCC Cấp dương 5V
3 VEE Điều khiển độ sáng màn hình
4 RS Lựa chọn thanh ghi RS=0 (mức thấp) chọn thanh ghi lệnh RS=1 (mức cao) chọn thanh ghi dữ liệu
5 R/W Chọn thanh ghi đọc/viết dữ liệu
R/W=0 thanh ghi viết R/W=1 thanh ghi đọc
59 6 E Enable(Cho phép ghi vào
LCD)
7 DB0
Chân truyền dữ liệu 8 bit: DB0DB7
8 DB1 9 DB2 10 DB3 11 DB4 12 DB5 13 DB6 14 DB7 15 A Cực dương led nền 0V đến 5V 16 K Cực âm led nền 0V
Bảng 4. 2: Ký hiệu các chân của LCD 2004. Thông số kỹ thuật của I2C. Thông số kỹ thuật của I2C.
- Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC.
- Hỗ trợ màn hình: LCD1602,1604,2004 (driver HD44780). - Giao tiếp: I2C.
- Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2). - Kích thước: 41.5mm(L)x19mm(W)x15.3mm(H).
- Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt. - Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD.
60
4.1.4. Thu thập tín hiệu điện áp và nhiệt độ các cảm biến. 4.1.4.1. Tín điện áp. 4.1.4.1. Tín điện áp.
Để đo điện áp các cảm biến chúng em sử dụng cầu phân áp kết nối với arduino để tính tốn điện áp từ chân tín hiệu cảm biến từ hộp điều khiển.
Hình 4. 5: Cầu phân áp. Vin: Điện áp từ các cảm biến. Vin: Điện áp từ các cảm biến.
Vout: Điện áp gởi vào arduino.
Để đọc được điện áp đầu vào thì arduino sẽ đọc điện áp từ Vout, sau đó tính tốn lại điện áp đầu vào là bao nhiêu.
Vin = Vout*( R1 +R2) / R2. 4.1.4.2. Hiển thị nhiệt độ.
Vì các cảm biến sử dụng trên mơ hình là các cảm biến theo xe được hãng sản xuất trang bị nên khơng có datasheet của từng cảm biến. Vì vậy để hiển thị được nhiệt độ chúng em đã tiến hành khảo sát điện áp ứng với mức nhiệt độ của từng cảm biến, từ đó chuyển từ tín hiệu điện áp sang nhiệt độ. Để thuận tiện trong việc lập trình hiển thị nhiệt độ của cảm biến chúng em sử dụng đa thức nội suy Newton để tìm ra một đa thức có đồ thị đi qua gần đúng các điểm khảo xác ở các mức điện áp lân cận khác.
Đa thức nội suy Newton.
Cho trước các mốc nội suy sau:
xi xo x1 x2 … xn
61 Bảng tỷ hiệu. x y T1 T2 T3 … Tn xo y0 0 1 0 1 x x y y 0 2 1 0 1 1 x x T T 0 3 2 0 2 1 x x T T … 0 1 0 1 1 x x T T n n n x1 y1 1 2 1 2 x x y y 1 3 1 1 1 2 x x T T 1 4 2 1 2 2 x x T T x2 y2 2 3 2 3 x x y y 2 4 1 2 1 3 x x T T … … … xn-1 yn-1 1 1 n n n n x x y y xn yn
Đa thức nội suy Newton có dạng:
Nn(x) = y0 + 1 0 T (x – x0) + 2 0 T (x – x0)(x – x1) +…+T0n(x – x0)(x – x1)…(x – xn-1)
Cảm biến nhiệt độ giàn lạnh (TE).
V(TE) 1.07 1.11 1.22 1.31 1.36 1.37 1.42 1.44 1.49
Temp(TE) 32 29 26 23 21 20 18 17 16
Bảng 4. 3: Tín hiệu điện áp ứng với từng mức nhiệt độ của TE.
Sau nhiều lần tính tốn thì chúng em chọn được các cập như sau để đưa ra đa thức có đồ thị gần đúng nhất.
VTE (X) Temp(TE) (Y) T1 T2 T3 T4
1.07 32 -40 0 -35.10003 1877.77965 1.22 26 -40 -1000/77 753.56742 1.37 20 -300/7 4000/21 1.44 17 -20 1.49 16 Bảng 4. 4: Bảng tỷ hiệu TE
62 ==> Temp(TE) = 32 - 40(VTE - 1.07) - 35.10003(VTE - 1.07)(VTE - 1.22)(VTE - 1.37) + 1877.77965(VTE - 1.07)(VTE - 1.22)(VTE - 1.37)(VTE - 1.44) ==> Temp(TE) = 1877.77965*VTE4 - 9611.77627VTE3 +18367,5277*VTE2 - 15567.22912VTE + 4973.40586
Cảm biến nhiệt độ trong xe (TR).
V(TR) 1.68 1.79 1.89 1.95 1.99 2.04 2.1
Temp(TR) 33 31 29 27 25 23 21
Bảng 4. 5: Tín hiệu điện áp ứng với từng mức nhiệt độ của TR. Tương tự như TE. Tương tự như TE.
VTR (X) Temp(TR) (Y) T1 T2 T3 T4 1.68 33 -400/21 -44000/651 187.74535 240.13081 1.89 29 -40 0 288.60029 1.99 25 -40 2000/33 2.04 23 -100/3 2.1 21 Bảng 4. 6: Bảng tỷ hiệu TR ==> Temp(TR) = 33 - 400 21 (VTR - 1.68) - 44000 651 (VTR - 1.68)(VTR - 1.89) + 187.74535(VTR - 1.68)(VTR - 1.89)(VTR - 1.99) + 240.13081(VTR - 1.68)(VTR - 1.89)(VTR - 1.99)(VTR - 2.04) ==> Temp(TR) = 240.13081*VTR4 - 1637.2488*VTR3 +4040.63186*VTR2 - 4400.7173*VTR +1759.39296
63
4.2. Điều khiển ly hợp máy nén.
Chúng em sử dụng hộp điều khiển lạnh của Toyota Camry 2005 để điều khiển cho mơ hình lạnh của Toyota Camry 1994, do hộp 2005 cần thêm một số tín hiệu từ hộp động cơ để đóng lock cho máy nén và khơng thể điều khiển đóng lock máy nén cho mơ hình. Vì vậy chúng em làm thêm một mạch điều khiển lấy tín hiệu A/C để đóng lock máy nén của mơ hình.
4.3. Thiết kế và thi công mạch.
4.3.1. Giới thiệu phần mềm Proteus.
Proteus là phần mềm mô phỏng mạch điện tử và lập trình code cho MCU rất trực quan (phù hợp yêu cầu phân tích của các sinh viên ngành kỹ thuật) được phân phối bởi hãng Labcenter, gồm 2 chức năng chính Schematic Capture (ISIS) và PCB Design (ARES), ngồi ra mới được bổ sung thêm chức năng IoT Builder hỗ trợ thiết kế giao diện tương tác.
Proteus mô phỏng cho hầu hết các linh kiện điện tử thông dụng, đặc biệt hỗ trợ cho cả các MCU như PIC, 8051, AVR, Motorola.
Phần mềm bao gồm 2 chương trình: ISIS cho phép mơ phỏng mạch và ARES dùng để vẽ mạch in. Proteus là công cụ mô phỏng cho các loại Vi Điều Khiển khá tốt, nó hỗ trợ các dòng VĐK PIC, 8051, PIC, dsPIC, AVR, HC11, MSP430, ARM7/LPC2000 ... các giao