3.1.5 AD16 - 22SM Đèn Còi Báo Màu Vàng 28mm 12V.
Đèn còi báo AD16 – 22SM sử dụng trong đề tài có tác dụng khi phát hiện nồng độ cồn thơng qua cảm biến nồng độ cồn MQ3 thì đèn cịi báo sẽ hoạt động liên tục cho tới khi xác minh được là khơng cịn nồng độ cồn trong hơi thở.
Hình 3.14: Đèn cịi báo AD16-22SM.
Hình 3.16: Sơ đồ mạch điện đèn còi báo AD16-22SM. 3.2 Khối kiểm sốt q trình khởi động. 3.2 Khối kiểm sốt q trình khởi động.
3.2.1 Máy khởi động.
Máy khởi động thực chất là một motor DC kích từ nối tiếp (motor điện một chiều) tạo ra momen quay để truyền cho trục khuỷu, giúp trục khuỷu quay được với số vòng quay nhất định để động cơ khỏi động được và sau khi động cơ đã tự làm việc thì máy khởi động phải được tách ra một cách tự động. Tốc độ quay tối thiểu để khởi động động cơ khác nhau tuỳ theo cấu trúc động cơ và tình trạng hoạt động, thường từ 40 - 60 vòng/phút đối với động cơ xăng và từ 80 - 100 vòng/phút đối với động cơ Diezen.
Hình 3.17: Sơ đồ mạch điện hệ thống khởi động trên ô tô.
Yêu cầu đối với hệ thống khởi động:
- Máy khởi động phải quay được trục khuỷu động cơ với tốc độ thấp nhất mà động cơ có thể nổ được.
- Moment truyền động phải đủ để khởi động động cơ. - Phải bảo đảm khởi động lại được nhiều lần.
- Nhiệt độ làm việc không được quá giới hạn cho phép.
- Chiều dài, điện tở của dây dẫn nối từ ắc quy đến máy khởi động phải nằm trong giới hạn quy định, thông thường nhỏ hơn 1 mét.
- Tỉ số truyền từ bánh răng của máy khởi động và bánh răng của bánh đà nằm trong giới hạn từ 9 đến 18.
Công tắc khởi động:
- Khi công tắc khởi động được cấp điện, cuộn dây sẽ trở thành nam châm điện và thu hút thanh sắt xuống. Chuyển động của thanh sắt đóng hai tiếp điểm, cấp điện từ ắc quy đến máy khởi động. Thanh sắt có lị xo hồi vị nên khi ngừng cấp điện cho công tắc khởi động, các tiếp điểm mở ra và máy khởi động ngừng làm việc.
- Ngoài ra, nếu động cơ đã hoạt động và motor khởi động vẫn hoạt động, động cơ sẽ dẫn động ngược lại motor với tốc độ cao hơn nhiều lần dẫn đến hư hỏng. Vì vậy, motor khởi động được trang bị khớp một chiều nhằm tránh trường hợp này.
Hình 3.18: Cơng tắc khởi động.
Máy khởi động được cấu thành bởi: - Công tắc từ.
- Vỏ máy khởi động.
- Chổi than và giá đỡ chổi than. - Bộ truyền bánh răng giảm tốc. - Ly hợp khởi động.
- Bánh răng dẫn động khởi động và then xoắn.
Hình 3.19: Cấu tạo máy khởi động.
Phân loại máy khởi động: Gồm có 3 loại máy khởi động [Máy khởi động loại giảm tốc, Máy khởi động loại bánh răng hành tinh, Máy khởi động PS (Mô tơ giảm tốc hành tinh – roto thanh dẫn)].
Hình 3.21: Máy khởi động loại bánh răng hành tinh.
Hình 3.22: Máy khởi động PS.
Nguyên lí của máy khởi động: - Hút vào:
o Khi bật khóa điện vị trí START, dịng điện của ắc quy vào cuộn giữ và cuộn kéo. Sau đó dịng điện đi từ cuộn kéo tới phần ứng thơng qua cuộn cảm làm quay phần ứng với tốc độ thấp. Việc tạo ra lực điện từ trong các cuộn giữ và cuộn kéo làm từ hóa lõi cực và do vậy piston của công tắc từ bị kéo vào lõi cực của nam châm điện. Nhờ sự kéo này mà bánh răng dẫn động khởi động dễ bị đẩy ra và ăn khớp với vành răng bánh đà đồng thời đĩa tiếp xúc sẽ bật cơng tắc chính lên.
Hình 3.23: Ngun lý hoạt động lúc hút vào.
- Giữ:
o Khi cơng tắc chính bật lên thì khơng có dịng điện chạy qua cuộn giữ cuộc cảm và cuộn ứng nhận trực tiếp dòng điện từ ắc quy. Cuộn dây phần ứng sau đó bắt đầu quay với vận tốc cao và động cơ được khởi động. Ở thời điểm này piston được giữ nguyên tại vị trí chỉ nhờ lực điện từ của cuộn giữ vì khơng có lực điện từ chạy qua cuộn hút
Hình 3.24: Nguyên lý hoạt động quá trình giữ.
- Nhả về:
o Khi khóa điện được xoay từ vị trí START sang vị trí ON, dịng điện đi từ phía cơng tắc chính tới cuộn giữ qua cuộn kéo. Ở vị trí này vị lực điện từ được tạo ra bởi cuộn kéo vào cuộn giữ triệt tiêu nhau nên khơng giữ được piston nữa. Do đó piston bị kéo lại nhờ lị xo hồi vị và cơng tắc chính bị ngắt làm cho máy khởi động dừng lại.
Hình 3.25: Nguyên lý hoạt động quá trình nhả về.
3.2.2 Rờ le kiểm sốt q trình khởi động.
Rờ le kiểm sốt khởi động có nhiệm vụ ngăn khơng cho động cơ khởi động khi người lái chưa xác minh nồng độ cồn hoặc có nồng độ cồn trong hơi thở được xác minh bởi cảm biến nồng độ cồn.
Hình 3.26: Sơ đồ của mạch kiểm sốt khởi động.
Một relay kiểm sốt khởi động (kiểu thường đóng) mắc nối tiếp trong mạch từ cực ST của khóa điện tới relay khởi động có sẵn trong hệ thống khởi động trên xe. Khi người lái bật khóa điện tới vị trí IG, tín hiệu +5V từ vi điều khiển đặt vào baze của transistor T1. T1ở trạng thái mở và nối mạch cuộn hút của rơle kiểm soát khởi động với mass, rơle kiểm soát khởi động chuyển sang trạng thái ngắt, ngăn không
cho người lái khởi động động cơ.
Nếu người lái chưa xác minh nồng độ cồn hoặc trong hơi thở có nồng độ cồn, vi điều khiển vẫn cấp tín hiệu +5V ngăn khơng cho động cơ khởi động.
Khi người đã xác minh khơng có nồng độ cồn trong hơi thở, vi điều khiển ngắt tín hiệu +5V tới baze của transistor T1, rơle kiểm soát khởi động chuyển sang trạng
Relay kiểm sốt khởi động được chọn là loại thường đóng cho nên khi mạch của hệ thống phát hiện và cảnh báo nồng độ cồn gặp sự cố, do tiếp điểm của relay thường đóng nên vẫn nối thơng mạch từ cực ST của khóa điện và rơle khởi động, cho phép người lái khởi động động cơ như bình thường.
3.3 Khối điều khiển.
Khối điều khiển có nhiệm vụ nhận các tín hiệu đầu vào từ các cảm biến (cảm biến nồng độ cồn, cảm biến vân tay, cảm biến bàn đạp chân ga) để phân tích tính tốn từ đó đưa ra phương pháp hoạt động cho mạch như cấp nguồn cho hệ thống và đóng mở các relay để điều khiển máy khởi động, hệ thống cịi báo màn hình và giảm điện áp cảm biến bàn đạp chân ga.
3.3.1 Vi điều khiển ATmega 328P-PU MVi.
Arduino Uno là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển Microchip ATmega328. Bảng mạch được trang bị các bộ chân đầu vào/ đầu ra Digital và Analog có thể giao tiếp với các bảng mạch mở rộng khác nhau.
Hình 3.27: Arduino R3.
Vi điều khiển:
- Module này có vai trị quan trọng quyết định các chế độ làm việc của hệ thống. Sử dụng các bộ vi xử lý có khả năng lập trình để nhận thơng tin từ các mạch xử lý tín hiệu cảm biến, tiến hành các tính tốn theo chương trình và đưa ra tín hiệu điều khiển tới các mạch công suất, cơ cấu chấp hành của mạch cảnh báo… Đề tài đã chọn vi điều khiển ATmega 328P-PU MVi điều khiển 8 bit. Đây là vi điều khiển có khả năng lập trình, thuộc họ AVR được sản xuất bời hãng
Atmel thuộc họ MegaAVR có sức mạnh hơn hẳn Atmega8. Atmega 328 là một bộ vi điều khiển 8 bít dựa trên kiến trúc RISC bộ nhớ chương trình 32KB ISP flash có thể ghi xóa hàng nghìn lần, 1KB EEPROM, một bộ nhớ RAM vơ cùng lớn trong thế giới vi xử lý 8 bít (2KB SRAM).
- Với 23 chân có thể sử dụng cho các kết nối vào hoặc ra i/O, 32 thanh ghi, 3 bộ timer/counter có thể lập trình, có các giắc nội và ngoại (2 lệnh trên một vector ngắt), giao thức truyền thơng nối tiếp USART, SPI, I2C. Ngồi ra có thể sử dụng bộ biến đổi số tương tự 10 bít (ADC/DAC) mở rộng tới 8 kênh, khả năng lập trình được watchdog timer, hoạt động với 5 chế độ nguồn, có thể sử dụng tới 6 kênh điều chế độ rộng xung (PWM), hỗ trợ bootloader.
Hình 3.28: Sơ đồ chân vi điều khiển ATmega 328P-PU MVi điều khiển 8 bit.
Các chân năng lượng:
- LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân D13. Khi chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW).
- GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO. Khi bạn dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau.
- 5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA. - 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA. - Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực
- IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở chân này. Và dĩ nhiên nó ln là 5V. Mặc dù vậy bạn khơng được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó khơng phải là cấp nguồn.
- RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.
Hình 3.29: Các chân năng lượng của vi điều khiển.
Các chân đầu vào và đầu ra:
- Trên Board Arduino Uno có 14 chân Digital được sử dụng để làm chân đầu vào và đầu ra và chúng sử dụng các hàm pinMode(), digitalWrite(), digitalRead(). Giá trị điện áp trên mỗi chân là 5V, dòng trên mỗi chân là 20mA và bên trong có điện trở kéo lên là 20-50 ohm. Dịng tối đa trên mỗi chân I/O không vượt quá 40mA để tránh trường hợp gây hỏng board mạch.
- Ngồi ra, một số chân Digital có chức năng đặt biệt:
o Serial: 0 (RX) và 1 (TX): Được sử dụng để nhận dữ liệu (RX) và truyền dữ liệu (TX) TTL.
o Ngắt ngoài: Chân 2 và 3.
o PWM: 3, 5, 6, 9 và 11 Cung cấp đầu ra xung PWM với độ phân giải 8 bit bằng hàm analogWrite ().
o SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Các chân này hỗ trợ giao tiếp SPI bằng thư viện SPI.
o LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân D13. Khi chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW).
o TWI/I2C: A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.
- Arduino Uno R3 có 6 chân Analog từ A0 đến A5, đầu vào cung cấp độ phân giải là 10 bit.
Hình 3.30: Các chân đầu vào và đầu ra của vi điều khiển.
3.3.2 Cảm biến bàn đạp chân ga.
Cảm biến bàn đạp chân ga được sử dụng để đo độ mở của bàn đạp chân ga khi người lái xe nhấn vào bàn đạp. Lúc này, tín hiệu từ cảm biến bàn đạp ga sẽ được gửi về ECU và ECU sẽ sử dụng các dữ liệu này để điều khiển mô tơ bướm ga mở bướm ga cho động cơ tăng tốc theo độ mở của bàn đạp chân ga và theo chế độ lái hiện thời hợp lý nhất.
Với động cơ phun dầu điện tử Common Rail thì tín hiệu từ cảm biến bàn đạp ga truyền về ECU và ECU sử dụng nó để điều khiển lượng phun nhiên liệu để tăng tốc động cơ.
Hộp ECU điều khiển hộp số tự động cũng sử dụng tín hiệu cảm biến chân ga để điều khiển thời điểm chuyển số trong hộp số tự động, nếu người tài xế đạp ga gấp ECU hộp số sẽ điều khiển Kick Down (về số thấp) để tăng tốc chiếc xe.
Hình 3.31: Bàn đạp chân ga.
Cấu tạo của cảm biến bàn đạp ga:
- Cảm biến bàn đạp ga có cấu tạo khá giống với cảm biến bướm ga, nhưng do yêu cầu về sự an tồn cũng như độ tin cậy về thơng tin nên hầu hết các dịng xe ơ tơ đều sử dụng 2 tín hiệu cảm biến bàn đạp ga để báo về ECU. Một số xe tải sử dụng 1 tín hiệu cảm biến và 1 cơng tắc IDL ở cảm biến bàn đạp chân ga. Cảm biến bàn đạp ga có 2 loại chính đó là: Loại tuyến tính và loại phần tử hall.
Hình 3.33: Cấu tạo của cảm biến bướm ga loại phần tử Hall.
Nguyên lí hoạt động của cảm biến vị trí bàn đạp ga:
- Loại tuyến tính (giống như biến trở): Cảm biến được cấp nguồn Vc (5V) và mát , cấu tạo gồm 1 mạch trở than và 1 lưỡi quét trên mạch trở than đó, khi trục của bàn đạp ga xoay thì sẽ làm cho lưỡi quét thay đổi vị trí trên mạch trở than làm thay đổi điện áp đầu ra (chân signal). Lưu ý là trong cảm biến có cấu tạo như là 2 biến trở nên nó có 2 tín hiệu ( Chân Signal) báo về ECU để tăng độ tin cậy của cảm biến.
- Loại hall (đời mới): cảm biến bàn đạp ga cũng được cấp nguồn VC (5V), và Mass, có 2 dây tín hiệu, điện áp của 2 chân tín hiệu (Signal) cảm biến cũng thay đổi theo độ mở của bướm ga nhưng dựa trên nguyên lý hiệu ứng Hall (có 2 loại):
o Loại thuận: 2 tín hiệu cùng tăng cùng giảm.
o Loại nghịch: 1 tín hiệu tăng 1 tín hiệu giảm. Thơng số kĩ thuật của cảm biến bàn đạp ga.
- Tín hiệu truyền về ECM của cảm biến bàn đạp chân ga ở dạng điện áp, điện áp này sẽ thay đổi theo độ mở của bàn đạp ga. Tùy theo thiết kế mà APS có một hoặc hai tín hiệu gửi về ECM và có hoặc khơng có cơng tắc báo chế độ không tải (Một số xe tải sử dụng 1 tín hiệu Signal và 1 tín hiệu cơng tắc IDL).
- Điện áp chân tín hiệu ở khơng tải là 0,5-0,8V, khi đạp ga điện áp sẽ tăng dần lên tới 4.5V.
Hình 3.34: Sơ đồ mạch điện của cảm biến bàn đạp ga.
3.3.3 Bộ nguồn chuyển mạch Swiching mode Power Suppy (SMPS).
Bộ nguồn chuyển mạch Swiching Mode Power Suppy là một mạch điện tử có tác dụng chuyển đổi từ một điện áp cấp khác (thường là điện áp của nguồn xoay chiều AC) sang điện áp nguồn điện một chiều (DC). Nó cũng là một dạng của chuyển đổi năng lượng. Có rất nhiều tên gọi cho thuật ngữ này như: bộ nguồn chuyển mạch hay nguồn xung, nguồn đóng ngắt, bộ chuyển đổi nguồn. Hoặc Switching Mode Power Supply (SMPS), còn gọi là DC-DC converter.
Hình 3.35: Sơ đồ khối mạch SMPS đơn giản.
- Đầu tiên điện áp đầu vào(từ 110VAC cho đến 220VAC) sẽ xoay chiều qua các cuộn lọc nhiễu rồi vào đi ốt chỉnh lưu thành điện một chiều với điện áp từ khoảng 130 -300V( tùy từng điện áp AC đầu vào) trên tụ lọc nguồn sơ cấp. - Tụ lọc nguồn sơ cấp có nhiệm vụ tích năng lượng điện một chiều cho cuộn
dây sơ cấp của biến áp xung hoạt động.
- Bộ tạo xung hoặc các mạch dao động điện tử tạo ra các xung cao tần, xung cao tần thông qua khối chuyển mạch bán dẫn là các linh kiện điện tử như transistor, mosfet hay IGBT cấp điện cho cuộn dây sơ cấp của biến áp xung.
Hình 3.36: Các bộ phận của mạch SMPS trong thực tế.
Cấu phần tử của mạch SMPS:
- Bridge rectifier: Bộ chỉnh lưu cầu - Filter capacitor: Tụ lọc
- Start up resistors: Biến trở khởi động
- Chopper/Power FET: Transitor trường ứng FET
- Pulse Width Modulation (PWM IC): Mạch điều chỉnh điện áp ra tải. - Current sense resistor: Biến trở dò dòng điện
- Optoisolator/optocoupler
- Error Amplifier IC (TL431): Vi mạch khuếch đại lỗi TL431 - Secondary inductors: Cuộn thứ cấp
- Secondary diodes: Đi- ốt thứ cấp