Chương 4 : Quy trình thiết kế
4.2. Tính tốn và thiết kế phần điện
4.2.1. Thiết kế mạch nguồn cho cảm biến
Vì cảm biến sử dụng nguồn 5V nên chúng ta sẽ thiết kế mạch hạ áp từ 12V xuống 5V.
Về cấu tạo gồm: 1 IC LM7805 2 tụ điện 220uF Tiến hành cấp nguồn 12V vào chân 1 của LM7805 thì điện áp đầu ra ở chân số 3 của LM7805 sẽ là 5V.
Hình 4.5: Mạch nguồn của cảm biến 4.2.2. Thiết kế và mô phỏng mạch điều khiển gập gương tự động 4.2.2. Thiết kế và mô phỏng mạch điều khiển gập gương tự động
Bảng 4.1: Bảng linh kiện sử dụng để mô phỏng mạch gập gương tự động
Tên linh kiện Số lượng Ghi chú
Motor 2 Mô phỏng hoạt động của motor gập gương
Button (nút nhấn) 2 Mơ phỏng khi có tín hiệu đóng cửa hoặc
mở cửa xe. Switch (cơng tắc 1 vị
trí) 1 Mơ phỏng cho cơng tắc máy ACC
Switch (công tắc
chuyển chế độ 2 vị trí) 3
Mơ phỏng cho cơng tắc điều khiển gập gương hoặc mở gương.
Mơ phỏng khi có tín hiệu từ cảm biến điều khiển gập gương hoặc mở gương
Điện trở 1 10k Điện trở 1 8k2 Tụ điện 1 220uF Diode 14 2A Relay 5 chân 7 12V Relay 8 chân 5 12V Nguồn 12V và 0V
4.2.2.1. Trường hợp khi đóng cửa xe
Khi tiến hành đóng cửa xe thì sẽ có tín hiệu 12V gửi đến vị trí Lock của mạch điều khiển gập gương tự động.
Hình 4.6: Trường hợp khi đóng cửa xe Tín hiệu 12V từ Lock chỉ xuất hiện trong khoảng 10ms. Tín hiệu 12V từ Lock chỉ xuất hiện trong khoảng 10ms.
Khi này sẽ có dịng từ Lock ➔ TĐTĐ của RL12 ➔ RL11 ON và khi này sẽ có
dịng 12V ➔ TĐTM của RL11 ➔ C, R1, R2, Q ➔ mass.
Khi này tụ C sẽ được nạp đầy ngay lập tức và xả trong 4 giây:
Khoảng thời gian 4 giây là thời gian của 1 hành trình gương gập hồn tồn.
Khi này sẽ có dịng qua Q ➔ Q ON ➔ cấp mass cho RL9. Khi này sẽ có dịng
12V ➔ TĐTM của RL9 và chia làm 4 nhánh (hình 4.6):
- Nhánh 1: ➔ RL10 làm RL10 ON giúp ngắt dịng của tín hiệu mở cửa.
- Nhánh 2: ➔ D2 ➔ D5 ➔ TĐTĐ của RL7 ➔ motor trái ➔ mass ➔ gương trái gập vào.
- Nhánh 3: ➔ D2 ➔ D6 ➔ TĐTĐ của RL8 ➔ motor phải ➔ mass ➔ gương
phải gập vào.
- Nhánh 4: ➔ D2 ➔ D1 ➔ RL4 ON ➔ Khi này có dịng 12V ➔ TĐTM của
RL4 ➔ RL1, RL2 ON ➔ Ngăn khơng cho tín hiệu từ cảm biến điều khiển gương.
Cả hai motor cùng hoạt động giúp gương hai bên gập vào.
4.2.2.2. Trường hợp khi mở cửa xe
Khi tiến hành mở cửa xe thì sẽ có tín hiệu 12V gửi đến vị trí Unlock của mạch điều khiển gập gương tự động.
Khi này sẽ có dịng 12V từ Unlock ➔ TĐTĐ của RL10 ➔ RL3 ON ➔ Ngắt
mass RL4 ➔ RL4 OFF ➔ RL1, RL2 OFF ➔ Cho phép tín hiệu từ cảm biến điều
khiển gương.
Vì tín hiệu 12V từ Unlock chỉ xuất hiện trong khoảng 10ms nên sẽ có dịng đi như sau:
- Nhánh 1: dòng 12V ➔ TĐTĐ của RL1 ➔ RL7 ON, qua D3 ➔ TĐTM của
RL7 ➔ motor trái ➔ mass ➔ gương trái mở ra.
- Nhánh 2: dòng 12V ➔ TĐTĐ của RL2 ➔ RL8 ON, qua D7 ➔ TĐTM của
RL8 ➔ motor phải ➔ mass ➔ gương phải mở ra. Cả hai motor cùng hoạt động giúp hai gương mở ra.
Hình 4.7: Trường hợp khi mở cửa xe
4.2.2.3. Trường hợp sử dụng công tắc điều khiển ở trong xe
Khi ACC ON thì RL12 ON, khi này tín hiệu từ Lock và Unlock khơng thể điều khiển gương. Điều này đảm bảo gương sẽ không tự động gập vào khi xe đang chạy mặc dù có tín hiệu đóng cửa hoặc mở của xe.
Cơng tắc ở vị trí gập gương:
Ta nhấn cơng tắc đến vị trí gập gương.
- Nhánh 1: ➔ D5 ➔ TĐTĐ của RL7 ➔ motor trái ➔ mass ➔ gương trái gập vào.
- Nhánh 2: ➔ D6 ➔ TĐTĐ của RL8 ➔ motor phải ➔ mass ➔ gương phải gập vào.
- Nhánh 3: ➔ D1 ➔ RL4 ON lúc này sẽ có dịng 12V ➔ TĐTM của RL4 ➔
RL1, RL2 ON ➔ Ngăn khơng cho tín hiệu từ cảm biến điều khiển gương.
Cơng tắc ở vị trí mở gương:
Khi này có dịng: 12V ➔ ACC ➔ vị trí Mở của Cơng tắc ➔ D13 và đi theo 3
nhánh (hình 4.9):
- Nhánh 1: ➔ D11 ➔ TĐTĐ của RL5 ➔ RL7 ON, qua D3 ➔ TĐTM của RL7
➔ motor trái ➔ mass ➔ gương trái mở ra.
- Nhánh 2: ➔ D12 ➔ TĐTĐ của RL6 ➔ RL8 ON, qua D7 ➔ TĐTM của RL8
➔ motor phải ➔ mass ➔ gương phải mở ra.
- Nhánh 3: ➔ RL3 ON ➔ Ngắt mass RL4 ➔ RL4 OFF ➔ Cho phép tín hiệu từ
4.2.2.4. Trường hợp khi gương bên trái gặp vật cản
Nếu khoảng cách từ gương đến vật cản nhỏ hơn 15cm thì cảm biến sẽ gửi tín hiệu đến bộ điều khiển, bộ điều khiển sẽ tiến hành gập gương và duy trì khoảng cách từ gương đến vật cản là 15cm.
Hình 4.10: Trường hợp gương bên trái gặp vật cản
Khi có tín hiệu gập gương từ cảm biến bên trái thì sẽ có dịng 12V ➔ TĐTĐ của RL1 và đi theo 2 nhánh (hình 4.10):
- Nhánh 2: ➔ D9 ➔ RL5 ON ➔ ngắt dòng từ D11 đến D3 và RL7 giúp motor dừng lại khi tín hiệu gập gương từ cảm biến kết thúc.
4.2.2.5. Khi gương bên trái khơng cịn vật cản
Khi tín hiệu gập gương từ cảm biến kết thúc, sau 5 giây nếu khoảng cách giữa gương và vật cản lớn hơn 15cm thì cảm biến sẽ gửi tín hiệu đến bộ điều khiển, bộ điều khiển sẽ tiến hành mở gương.
Hình 4.11: Trường hợp gương trái khi khơng cịn vật cản
- Nhánh 1: ➔ RL9 ON
- Nhánh 2: ➔ D3 ➔ TĐTM của RL7 ➔ motor trái ➔ mass ➔ gương trái mở ra.
Lưu ý: Tín hiệu điều khiển gập gương bên nào thì gương bên đó gập vào và hồn
tồn khơng ảnh hưởng đến hoạt động của gương bên còn lại.
4.2.2.6. Trường hợp khi gương bên phải gặp vật cản
Nếu khoảng cách từ gương đến vật cản nhỏ hơn 15cm thì cảm biến sẽ gửi tín hiệu đến bộ điều khiển, bộ điều khiển sẽ tiến hành gập gương và duy trì khoảng cách từ gương đến vật cản là 15cm.
Khi có tín hiệu gập gương từ cảm biến bên phải thì sẽ có dịng 12V ➔ TĐTĐ của RL2 và đi theo 2 nhánh (hình 4.12):
- Nhánh 1: ➔ D8 ➔ TĐTĐ của RL8 ➔ motor trái ➔ mass ➔ gương trái gập
vào.
- Nhánh 2: ➔ D10 ➔ RL6 ON ➔ ngắt dòng từ D12 đến D7 và RL8 giúp motor dừng lại khi tín hiệu gập gương từ cảm biến kết thúc.
4.2.2.7. Khi gương bên phải khơng cịn vật cản
Khi tín hiệu gập gương từ cảm biến kết thúc, sau 5 giây nếu khoảng cách giữa gương và vật cản lớn hơn 15cm thì cảm biến sẽ gửi tín hiệu đến bộ điều khiển, bộ điều khiển sẽ tiến hành mở gương.
Khi có tín hiệu mở gương từ cảm biến sẽ có dịng: 12V ➔ TĐTĐ của RL2 và đi theo 2 nhánh (hình 4.13):
- Nhánh 1: ➔ RL8 ON
- Nhánh 2: ➔ D7 ➔ TĐTM của RL8 ➔ motor trái ➔ mass ➔ gương phải mở ra.
Lưu ý: Tín hiệu điều khiển gập gương bên nào thì gương bên đó gập vào và hồn
Chương 5
THI CƠNG MƠ HÌNH
5.1. Khảo sát linh kiện
5.1.1. Motor gập gương
Là loại motor điện dùng nam châm vĩnh cửu.
Hoạt động với ngun lí đảo chiều dịng điện để đảo chiều motor giúp gập gương hoặc mở gương. Hình 5.1: Motor gập gương Thơng số kĩ thuật: Hiệu điện thế: 12V Tốc độ khơng tải: 10500 vịng/phút Dịng không tải: 1A
Momen xoắn cực đại: 0,0045 Nm
Lý do chọn: kích thước phù hợp với loại gương đang sử dụng, độ bền cao. 5.1.2. Công tắc điều khiển gương
Lựa chọn sử dụng công tắc Toyota Fortuner 2015.
Lý do chọn: Mặt hàng phổ biến, dễ mua, giá thành rẻ, có độ bền cao và dễ thay thế khi bị hư hỏng.
Hình 5.2: Cơng tắc điều khiển gương Toyota Fortuner
Thông số kĩ thuật: Sử dụng nguồn: 12V
Kích thước: 5cm x 4cm x 3cm Sử dụng ngun lí đóng ngắt tiếp điểm để điều khiển các chế độ hoạt động của gương.
Cách xác định các chân của công tắc:
Ta sử dụng đồng hồ VOM, ta chuyển sang chế độ đo thông mạch.
Ta tiến hành đo lần lượt các chân của cơng tắc (hình 5.2) ở các chế độ của công tắc và xác định được các cặp chân thơng với nhau (bảng 5.1).
Hình 5.3: Vị trí số thứ tự chân của công tắc Bảng 5.1: Bảng xác định các chân công tắc điều khiển gương
Cụm chỉnh trịng gương
Vị trí nút điều khiển gương Chân thông mạch Kết luận
Nút chỉnh gương bên trái L (*b)
UP ấn phía trên
Chân 4 thơng chân 8 Chân 6 thông chân 7
Ta thấy chân 6, 7, 8, luôn xuất hiện ở các chế độ từ đó suy ra trong đó có 2 chân nguồn và 1 chân chung. Mà 2 chân nguồn không thể thông mạch với nhau suy ra chân
7, 8, là chân nguồn , chân 6 là DOWN
ấn phía dưới
Chân 4 thơng chân 7 Chân 6 thông chân 8
LEFT ấn bên trái
Chân 5 thông chân 8 Chân 6 thông chân 7
RIGHT ấn bên phải
Chân 5 thông chân 7 Chân 6 thông chân 8
Nút chỉnh gương bên phải R (*b)
UP ấn phía trên
Chân 3 thơng chân 8 Chân 6 thông chân 7
DOWN ấn phía dưới
Chân 3 thơng chân 7 Chân 6 thơng chân 8
LEFT ấn bên trái
Chân 2 thông chân 8 Chân 6 thông chân 7
chân chung.
RIGHT ấn bên phải
Chân 2 thông chân 7 Chân 6 thông chân 8
Cụm điều khiển gập gương
Nút nhấn gập, mở cả hai gương (*c) Nhấn xuống (gập gương)
Chân 7 thông chân 10 Chân 8 thông chân 9
Chân 8 dương Chân 7 mass Chân 9, 10 nối
với mơ tơ
Nhấc lên (mở gương)
Chân 7 thông chân 9 Chân 8 thông chân 10
Từ bảng 5.1 ta xác định được các chân của công tắc: MR, MF là 2 chân nối vối motor
gập gương..
B là chân nối với nguồn 12V. E là chân nối nguồn mass.
M+ là chân chung của công tắc chỉnh
trịng gương. Hình 5.4: Vị trí các chân của công tắc
MLH là chỉnh trái, phải của mặt gương bên trái. MLV là chỉnh lên, xuống của mặt gương bên trái. MRH là chỉnh trái, phải của mặt gương bên phải. MRV là chỉnh lên, xuống của mặt gương bên phải. No pin: không sử dụng.
5.1.3. Cảm biến E18-D80NK
Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK dùng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt.
Hình 5.5: Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK E18-D80NK
Nguồn điện cung cấp: 5VDC. Khoảng cách phát hiện: 3 ~ 80cm. Dịng kích ngõ ra: 300mA.
Ngõ ra dạng NPN cực thu hở giúp tùy biến được điện áp ngõ ra, trở treo lên áp bao nhiêu sẽ tạo thành điện áp ngõ ra bấy nhiêu.
Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK có thể chỉnh khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở.
Chất liệu sản phẩm: nhựa. Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ. Kích thước: 1.8cm (D) x 7.0cm (L).
Hình 5.6: Sơ đồ chân của cảm biến hồng ngoại E18-D80NK ngoại E18-D80NK
Màu nâu(BRN): VCC, nguồn dương 5VDC.
Màu xanh dương(BLU): GND, nguồn âm 0VDC.
Màu đen(BLK): Chân tín hiệu ngõ ra cực thu hở NPN, cần phải có trở kéo để tạo thành mức cao.
Lý do chọn: Giá thành rẻ, dễ sử dụng và thay thế, độ nhạy cao, độ phản hồi nhanh, kích thước nhỏ gọn, nhẹ.
5.1.4. Module relay kích mức thấp
Module 1 Relay gồm 1 rơ le hoạt động tại điện áp 5VDC, chịu được hiệu điện thế lên đến 250VAC 10A. Module 1 relay kích mức thấp được thiết kế chắc chắn, khả năng cách điện tốt. Trên module đã có sẵn mạch kích relay sử dụng transistor và IC
cách ly quang giúp cách ly hoàn toàn mạch điều khiển (vi điều khiển) với relay bảo đảm vi điều khiển hoạt động ổn định.
Có sẵn header rất tiện dụng khi kết nối với vi điều khiển. Module này tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn quốc tế, khu vực đầu vào và khu vực tải có các khe cách ly.
Mức logic : 0V (GND).
Điều khiển đóng ngắt điện DC hoặc AC, bạn có thể điều khiển tải AC 220V 10A Có tiếp điểm thường mở và thường đóng:
Hình 5.7: Module relay kích mức thấp mức thấp
Đầu vào:
Điện áp nuôi: 5VDC
Tín hiệu vào điều khiển: 0V Đầu ra:
Tiếp điểm relay: NC: Thường đóng NO: Thường mở COM: Chân chung
VCC, GND là nguồn nuôi Relay, in là chân tín hiệu điều khiển.
Khi có tín hiệu từ cảm biến (tín hiệu 0V) được truyền đến chân in thì module điều khiển relay đóng tiếp điểm để gửi tín hiệu điều khiển gập gương đến mạch điều khiển gập gương tự động.
5.1.5. Module relay tạo trễ đóng
Module relay tạo trễ đóng ngắt thiết bị loại đóng trễ hay cịn gọi là relay đóng trễ là module tạo thời gian trễ 0-10 giây sử dụng IC NE555 với ngõ ra là tiếp điểm relay, được sử dụng trong hệ thống gập gương tự động để điều khiển gương mở sau sau 5 giây khi có tín hiệu điều khiển mở gương từ cảm biến.
Cụ thể: Sau khi cung cấp nguồn điện 12V, relay sẽ khơng đóng ngay lập tức, sau khoảng từ 0 ~ 10s (có thể điều chỉnh) relay đóng lại và duy trì cho đến khi được cấp nguồn lại.
Hình 5.8: Module relay tạo trễ đóng
Thơng số kỹ thuật:
Kích thước: 6.8cm x 2.1cm IC điều khiển: NE555 Điện áp: DC 12V
Điều chỉnh thời gian trễ (0 ~ 10 giây). Tăng chiết áp có thể tăng thời gian trễ. Tăng điện dung có thể tăng thời gian trễ.
Có đèn báo nguồn đầu vào.
Có thể điều khiển các thiết bị AC 220V/10A. (Thiết bị điều khiển tối đa 2000W). Sử dụng module này để khi có tín hiệu khơng cịn vật cản từu cảm biến thì sau 5 giây module sẽ đóng tiếp điểm để gửi tín hiệu điều khiển mở gương đến mạch điều khiển gập gương tự động.
5.1.6. Linh kiện điện tử trong mạch điều khiển gập gương tự động Bảng 5.2: Cấu tạo mạch điện điều khiển gập gương tự động Bảng 5.2: Cấu tạo mạch điện điều khiển gập gương tự động
SST Tên linh kiện Thông số kĩ thuật Số lượng (cái)
1 Relay 8 chân 12V 5 2 Relay 5 chân 12V 7 3 Diode 2A 14 4 Transistor C1815 1.5A 1 5 IC ổn áp LM7805 1.5A 1 6 Điện trở 10k 1 7 Điện trở 8k2 1 8 Tụ điện 220 uF – 16V 3 9 Module tạo trễ đóng 12V 2 10 Module relay kích mức thấp 5V 2
11 Cầu đấu dây 2 chân 8
Relay 8 chân:
Cấu tạo gồm: cuộn hút và cặp tiếp điểm.
Cuộn hút tạo ra năng lượng từ trường để hút tiếp điểm về phía mình.
Hai cặp tiếp điểm: khi khơng có từ trường (không cấp điện cho cuộn dây) cặp tiếp điểm 1 tiếp xúc với cặp tiếp điểm 2 nhờ lực lị xo (tiếp điểm thường đóng).
Và khi có năng lượng từ trường thì cặp tiếp điểm 1 bị hút chuyển sang tiếp xúc với cặp tiếp điểm 3 (tiếp điểm thường mở).
Hình 5.9: Relay 8 chân
Thơng số kỹ thuật: Điện áp 12V – 5A Số chân: 8 chân
2 cặp tiếp điểm thường đóng. 2 cặp tiếp điểm thường mở.
Relay 5 chân:
Cấu tạo gồm: cuộn hút và cặp tiếp điểm.
Cuộn hút: tạo ra năng lượng từ trường để hút tiếp điểm về phía mình.