* Nguyên lý tổng quát của mạch gạt mưa rửa kính trên xe toyota camry 2.5Q 2018:
Khi chúng ta gẩy cần gạt nước ở từng chế độ thì cảm biến vô lăng sẽ truyền tín hiệu dạng CAN về cho Network Gateway ECU, tín hiệu được xử lý tiếp tục dưới dạng CAN và gửi về cho Main Body ECU, sau đó Main Body ECU sẽ gửi tín hiệu dạng LIN để điều khiển Motor.
- Chế độ phun nước và cần gạt ở chế độ phun nước:
+ Về mạch phun nước khi chúng ta gạt cần phun nước về phía vô lăng có nghĩa là chân WF và E thông với nhau: mass qua chân E và WF sau đó tới cảm biến vô lăng, trong cảm biến vô lăng có IC sẽ xử lý và gửi tín hiệu dạng CAN 2 dây tới Network Gateway ECU và sau đó Network Gateway tiếp tục gửi tín hiệu dạng CAN 2 dây về cho Main Body ECU, Main Body ECU điều khiển Tranzito cho phép dòng điện từ Acquy qua cầu chì Washer 20A(IG) đi qua cuộn dây của Rơle Washer đến chân FWSR, sau đó qua điot rồi qua Tranzito rồi tiếp MASS. Tiếp điểm của Rơle Washer đóng,dòng điện chạy từ dương Acquy qua Cầu chì Washer 20A(IG) sau đó qua Motor phun nước và về MASS. Motor gạt nước bắt dầu hoạt động.
+ Hoạt động gần như song song với Motor phun nước là Motor gạt nước. Khi Motor phun nước bắt đầu phun nước sau khoảng 0,3 giây thì Motor gạt nước bắt đầu gạt. Sau khi có tín hiệu phun nước từ Network Gateway ECU thì Main Body ECU sẽ cho xuất dòng điện qua chân WPS, sau đó đi qua
cuộn dây của Rơle Wiper và đi về MASS. Tiếp điểm của Rơle Wiper đóng,dòng điện đi từ dương Acquy qua Cầu chì Wiper 30A(BAT) đi tới chân B+ của Motor gạt nước, và đồng thời Main Body ECU cũng gửi tín hiệu dạng LIN về cho Motor gạt nước qua chân LIN3 để điều khiển nó. Sau đó dòng điện đến chân B+, qua Motor và về Mass qua chân GND. Motor gạt nước hoạt động.
- Chế độ gạt nhanh liên tục HI:
Khi chúng ta bật công tắc ở chế độ HI, chân +2 và chân E của Front Wiper Switch ( công tắc gạt nước phía trước ) thông nhau và lúc đó dòng điện âm sẽ đi tới chân +2 của cảm biến vô lăng (steering sensor ), cảm biến vô lăng sẽ nhận biết và gửi tín hiệu dang CAN 2 dây qua 2 chân 3A và 8A đến Network Gateway ECU qua 2 chân CA2L và CA2H, tiếp theo Network Gateway ECU sẽ gửi tín hiệu dạng CAN 2 dây qua 2 chân CA5L và CA5H về 2 chân CANL và CANH của Main Body ECU, sau khi nhận tín hiệu thì Main Body ECU sẽ xử lý gửi tín hiệu dạng LIN qua chân LIN3 về cho cụm Motor gạt nước. Đồng thời Main Body ECU sẽ cấp điện cho Tranzito và xuất dòng điện qua cuộn dây của Rơle Wiper đi về MASS làm cho tiếp điểm của Rơle Wiper đóng, dòng điện 30A từ dương acquy chạy vào chân B+ của cụm Motor gạt nước,đi qua Motor và về MASS. Sau đó Motor gạt nước sẽ gạt với tốc độ nhanh.
- Chế độ gạt chậm liên tục LO:
Tương tự như ở chế độ HI, lúc này chân +1 và chân E của Front Wiper Switch ( công tắc gạt nước phía trước ) thông nhau làm cho Motor hoạt động ở chế độ gạt chậm.
- Chế độ gạt tức thời MIST:
Tương tự như ở chế độ HI và LO, lúc này chân MIST và chân E của front Wiper Switch ( công tắc gạt nước phía trước ) thông nhau làm cho
Motor gạt nước hoạt động không liên tục (lúc nào chúng ta gẩy công tắc thì Motor mới hoạt động).
- Chế độ gạt gián đoạn (INT):
+ Lúc này chân +S và chân E thông với nhau,có dòng điện âm tới chân +S của Steering Sensor và đi vào IC của nó, đồng thời nếu muốn thay đổi tốc độ gạt ở chế độ INT thì chúng ta có cụm công tắc điều chỉnh thời gian gạt gián đoạn ( Intermittent Time Adjustment Switch ), ứng với mỗi tốc độ sẽ có thêm điện trở để tăng điện áp để thay đổi tốc độ. Chân P4 thông với E, sẽ có dòng điện âm đi vào chân VR của Cảm biến vô lăng, tương tự với các chân còn lại. Cảm biến vô lăng sẽ gửi thông tin dạng CAN 2 dây đến 2 chân CA2L và CA2H của Network Gateway ECU, sau đó Network Gateway ECU sẽ tiếp tục gửi tín hiệu dạng CAN 2 dây đến 2 chân CANL và CANH của Main Body ECU. Main Body ECU sẽ cho xuất dòng điện qua chân WPS, sau đó đi qua cuộn dây của Rơle Wiper và đi về MASS. Tiếp điểm của Rơle Wiper đóng, dòng điện đi từ dương Acquy qua Cầu chì Wiper 30A (BAT) đi tới chân B+ của Motor gạt nước và đồng thời Main Body ECU cũng gửi tín hiệu dạng LIN về cho Motor gạt nước qua chân LIN3 để điều khiển nó. Sau đó dòng điện đến chân B+, qua Motor và về Mass qua chân GND. Motor gạt nước hoạt động ở chế độ gián đoạn INT.
- Chế độ tắt OFF:
Tương tự như những chế độ trên, khi gạt công tắc ở chế độ OFF thì cảm biến vô lăng nhận, xử lý và gửi tín hiệu dạng CAN về cho Network Gateway ECU và tín hiệu tiếp tục được gửi đên Main Body ECU. Main Body ECU sẽ gửi tín hiệu dạng LIN về cụm Motor gạt nước để dừng hoạt động, chân 2S của cụm Motor gạt nước làm nhiệm vụ xác định xem Motor đang ở vị trí quay hay, nếu Motor đang quay thì Main Body ECU sẽ tiếp tục gửi tín hiệu dạng LIN đến cụm Motor gạt nước tiếp tục quay đến lúc dừng.
KẾT LUẬN
Chương 2 cho chúng ta biết và hiểu được về hệ thống gạt mưa, rửa kính trên xe Toyota Camry 2.5Q 2018.
- Thông số kỹ thuật của Toyota Camry 2018.
- Nguyên lý hoạt động của hệ thống gạt mưa, rửa kính trên xe Toyota Camry 2.5Q 2018.
- Cấu tạo của các Module trong mạch điện của hệ thống.
Hệ thống gạt mưa, rửa kính trên xe Toyota Camry 2.5Q 2018 là một hệ thống hiện đại và đã gỡ bỏ hết các công tắc tiếp điểm trực tiếp như các thế hệ trước và thay vào đó là các công tắc chế độ được nhận biết qua cảm biến.
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG GẠT MƯA, RỬA KÍNH TỰ ĐỘNG
3.1. Các linh kiện sử dụng trong mô hình
3.1.1. Board Arduino
Arduino board là một bo mạch nguồn mở nhằm đưa tới cho người dùng một sản phẩm dễ sử dụng, dễ kết nối và lập trình. Arduino board được thiết kế gồm một vi xử lý dòng AVR (Arduino Due là dòng ARM), cổng USB, các chân analog input, digital I/O … Ngôn ngữ lập trình cho Arduino dựa trên Wiring (ngôn ngữ Arduino) và được viết trên phần mềm Arduino IDE. [7]
Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác. Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình. Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm.
3.1.2. Module Relay 5 V
Hình 3.2 Module rơle 5v
Trên thị trường chúng ta có 2 loại module rơ-le: module rơ-le đóng ở mức thấp (nối cực âm vào chân tín hiệu rơ-le sẽ đóng), module rơ-le đóng ở mức cao (nối cực dương vào chân tín hiệu rơ-le sẽ đóng). Nếu sơ sánh giữa 2 module rơ-le có cùng thông số kỹ thuật thì hầu hết mọi kinh kiện của nó đều giống nhau, chỉ khác nhau ở chỗ cái transistor của mỗi module. Chính vì cái transistor này nên mới sinh ra 2 loại module rơ-le này đấy (có 2 loại transistor là NPN - kích ở mức cao, và PNP - kích ở mức thấp).
3.1.3. Mô tơ servo 90 và mô tơ DC thông thường
Động cơ servo được thiết kế những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác. Các động cơ servo điều khiển bằng liên lạc vô tuyến được gọi là động cơ servo RC (radio-controlled). Trong thực tế, bản thân động cơ servo không phải được điều khiển bằng vô tuyến, nó chỉ nối với máy thu vô tuyến trên máy bay hay xe hơi. Động cơ servo nhận tín hiệu từ máy thu này.
3.1.4. Các công tắc và cảm biến mưa
Chức năng: Thu thập dữ liệu từ môi trường ở đây LED thu hồng ngoại
thu nhận tín hiệu điện áp về cho vi điều khiển xử lý.
Hoạt động: LED phát và LED thu được bố trí đối đầu vào nhau, lệch nhau một góc 45 độ. LED phát hồng ngoại phát ra chùm tia hồng ngoại song song, đập vào kính và phản xạ lại vào LED thu làm thay đôi điện áp rơi trên LED thu tùy thuộc vào mức độ phản xạ.
=> Đây là nguyên lí thu phát của cảm biến mưa. Chúng ta có thể nhận biết được lượng mưa nhiều hay ít thông qua nguyên lý này.
Khi gạt nước ở vị trí AUTO, chức năng này dùng một cảm biến mưa, nó được lắp ở kính trước để phát hiện lượng mưa và điều khiển thời gian gạt nước tối ưu tương ứng theo lượng mưa.
Cảm biến nước mưa có cấu tạo gồm có một điốt phát tia hồng ngoại (LED) và một điốt quang để nhận các tia này. Phương pháp phát hiện lượng nước mưa dựa trên lượng tia hồng ngoại được phản xạ bởi kính trước của xe.
Ví dụ nếu không có nước mưa trên khu vực phát hiện, các tia hồng ngoại được phát ra từ LED đều được kính trước phản xạ và điốt quang sẽ nhận các tia phản xạ này. Nếu có mưa ở khu vực phát hiện, thì một phần tia hồng ngoại phát ra sẽ bị xuyên thấu ra ngoài do sự thay đổi hệ số phản xạ của kính xe do mưa.
Do đó lượng tia hồng ngoại do điốt quang nhận được giảm xuống, đây là tín hiệu để xác định lượng mưa. Vì vậy đây là chức năng điều khiển chế độ hoạt động của gạt nước ở tốc độ thấp, tốc độ cao và gián đoạn cũng như thời gian gạt nước tối ưu.
Nếu bộ phận điều khiển gạt nước phát hiện có sự cố trong bộ phận cảm nhận nước mưa nó sẽ điều khiển gạt nước hoạt động một cách gián đoạn phù hợp với tốc độ xe. Đây chính là chức năng an toàn khi có sự cố trong hệ thống
cảm biến nước mưa. Ngoài ra, gạt nước cũng có thể được điều khiển một cách thông thường bằng công tắc gạt nước ở các vị trí LO và HI.
3.1.5. Màn hình LCD 16x2
Hình 3.6 Màn hình LCD 16x2
• Màn hình LCD 16×2 là một linh kiện được sử dụng rộng rãi trong trong các dự án điện tử và lập trình.
Thông số kỹ thuật LCD 16×2
+ LCD 16×2 được sử dụng để hiển thị trạng thái hoặc các thông số.
• LCD 16×2 có 16 chân trong đó 8 chân dữ liệu (D0 – D7) và 3 chân điều khiển (RS, RW, EN).
• 5 chân còn lại dùng để cấp nguồn và đèn nền cho LCD 16×2.
• Các chân điều khiển giúp ta dễ dàng cấu hình LCD ở chế độ lệnh hoặc chế độ dữ liệu.
• Chúng còn giúp ta cấu hình ở chế độ đọc hoặc ghi.
+ LCD 16×2 có thể sử dụng ở chế độ 4 bit hoặc 8 bit tùy theo ứng dụng ta đang làm.[1]
3.1.6. Module I2C LCD 16x2
Hình 3.7 Modul I2C LCD 16x2
+ LCD có quá nhiều nhiều chân gây khó khăn trong quá trình đấu nối và chiếm dụng nhiều chân trên vi điều khiển.
+ Module I2C LCD ra đời và giải quyết vấn để này cho bạn.
• Thay vì phải mất 6 chân vi điều khiển để kết nối với LCD 16×2 (RS, EN, D7, D6, D5 và D4) thì module IC2 bạn chỉ cần tốn 2 chân (SCL, SDA) để kết nối.
• Module I2C hỗ trợ các loại LCD sử dụng driver HD44780(LCD 16×2, LCD 20×4, …) và tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay.
Ưu điểm.
• Tiết kiệm chân cho vi điều khiển.
• Dễ dàng kết nối với LCD.
Thông số kĩ thuật.
• 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).
• Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt.
3.2. Giới thiệu phần mềm Arduino IDE
IDE trong Arduino IDE là phần có nghĩa là mã nguồn mở, nghĩa là phần mềm này miễn phí cả về phần tải về lẫn phần bản quyền: Người dùng có quyền sửa đổi, cải tiến, phát triển, nâng cấp theo một số nguyên tắc chung được nhà phát hành cho phép mà không cần xin phép ai, điều mà họ không được phép làm đối với các phần mềm nguồn đóng. Tuy là phần mềm mã nguồn mở nhưng khả năng bảo mật thông tin của Arduino IDE là vô cùng tuyệt vời, khi phát hiện lỗi nhà phát hành sẽ vá nó và cập nhật rất nhanh khiến thông tin của người dùng không bị mất hoặc rò rỉ ra bên ngoài.
Hình 3.8 Giao diện của phần mềm Arduino IDE
Arduino IDE sử dụng ngôn ngữ lập trình C/C++ rất phổ biến trong giới lập trình. Bất kỳ đoạn code nào của C/C++ thì Arduino IDE đều có thể nhận dạng, giúp các lập trình viên thuận tiện trong việc thiết kế chương trình lập cho các bo mạch Arduino.
Hình 3.9 Code C/C++ trong phần mềm
Arduino có một module quản lý bo mạch, nơi người dùng có thể chọn bo mạch mà họ muốn làm việc cùng và có thể thay đổi bo mạch thông qua Menu. Quá trình sửa đổi lựa chọn cũng liên tục tự động cập nhật để các dữ liệu có sẵn trong bo mạch và dữ liệu sửa đổi đồng nhất với nhau. Bên cạnh đó, Arduino IDE cũng giúp bạn tìm ra lỗi từ code mà bạn biết giúp bạn sửa lỗi kịp thời tránh tình trạng bo mạch Arduino làm việc với code lỗi quá lâu dẫn đến hư hỏng hoặc tốc độ xử lý bị giảm sút.[9]
3.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống
3.3.1. Ta có sơ đồ đấu mạch của hệ thống
Hình 3.11 Sơ đồ mạch điện của hệ thống
Nguồn sẽ được cấp nguồn 5v từ Arduino, và Mass sẽ được cấp từ chân GND của Arduino.
Các chế độ hoạt động bao gồm High , Low , Mist , Auto ,INT ,và Washer sẽ được lập trình bằng ngôn ngữ lập trình Arduio với code của hệ thống . Moto gạt mưa sẽ được thay bằng mô tơ servo 90 ,còn mô tơ bơm sẽ thay bằng mô tơ DC 9v.
Khi chúng ta ấn công tắc hoặc nút ấn thì Mass sẽ dược chạy từ chân GND của Arduino đến các chân tương ứng là MIST(2), WASHER(3), AUTO(4), HIGH(5), LOW(6), INT(7). Tương ứng với các chế độ thì Arduino sẽ xuất tín hiệu điều khiển ra chân 8 và đến chân màu vàng của DC Servo
SG90 để nó quay theo từng chế độ đã được lập trình trước. Còn chế độ AUTO và chế độ INT thì tín hiệu đầu vào sẽ được gửi về Arduino bằng chân A1 và A0. Còn chế độ WASHER thì DC 9v sẽ được điều khiển bằng chân 9 và đi vào chân IN của Module Relay 5V.
3.4. Kết quả mô hình của hệ thống gạt mưa,rửa kính
3.4.1. Trạng thái ban đầu của mô hình
Hình 3.12 Trạng thái ban đầu của mô hình
3.4.2. Trạng thái đang ở chế độ MIST của mô hình
3.4.3. Trạng thái đang ở chế độ LOW của mô hình
KẾT LUẬN
Sau khi kết thúc chương 3, chúng ta đã hiểu được về mô hình gạt mưa, rửa