Trang 29
Chip điều khiển ATmega328P
Điện áp hoạt động 5V
Điện áp đầu vào (khuyên dùng) 7-12V Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20V
Số chân Digital 14 (of which 6 provide PWM output)
Số chân PWM Digital 6
Số chân Analog 6
Dòng điện DC trên mỗi chân I/O 20 mA Dòng điện DC trên chân 3.3V 50 mA
Flash Memory 32 KB (ATmega328P) of which 0.5 KB used
by bootloader SRAM 2 KB (ATmega328P) EEPROM 1 KB (ATmega328P) Tốc độ thạch anh 16 MHz LED_BUILTIN 13 Chiều dài 68.6 mm Chiều rộng 53.4 mm Cân nặng 25 g
3.2.13 Mạch điều khiển động cơ DC BTS7960 43A (1 động cơ)
Mạch điều khiển động cơ DC BTS7960 43A dễ dàng giao tiếp với vi điều khiển với driver tích hợp sẵn trong IC với đầy đủ các tính năng current sense (kết hợp với điện trở đo dòng), tạo dead time, chống quá nhiệt, quá áp, q dịng, sụt áp và ngắn mạch.
Thơng số kỹ thuật
- Điện áp đầu vào: 6~27V - Dịng điện tải mạch: 43A
- Tín hiệu logic điều khiển: 3.3 ~ 5V. - Tần số điều khiển tối đa: 25KHz. - Kích thước: 40 x 50 x12mm.
Trang 30
Hình 3.22 Mạch điều khiển động cơ BTS7960 43A
3.2.14 Mạch giảm áp XL4016 8A
- Mạch nguồn giảm áp, hạ áp DC XL4016 200W 8A: Đem đến khả năng hạ áp công suất cao và hiệu suất tốt, các tính năng bảo vệ như q dịng, ngắn mạch hay quá nhiệt. Module có triết áp giúp thuận tiện hơn cho việc điều chỉnh.
Thông số kĩ thuật:
- Điện áp đầu vào: 4 – 40VDC - Điện áp đầu ra: 1.25 – 36VDC
- Dòng ra tối đa: 8A, trong thời gian dài nên sử dụng ở mức 5A là tốt nhất - Công suất tối đa: 200W
- Hiệu suất: 94%
- Tần số chuyển đổi: 180KHz - Điều chế PWM
- Kích thước: 61x41x27mm
- Điện áp đầu ra thấp hơn điện áp đầu vào ít nhất 2V - Nhiệt độ làm việc trong mơi trường: -45~85 độ CEEEE
Trang 31
Hình 3.23 Mạch hạ áp XL4016 8A
3.2.15 Mạch giảm áp DC LM2596 3A
Mạch giảm áp DC LM2596 3A nhỏ gọn có khả năng giảm áp từ 30V xuống 1.5V mà vẫn đạt hiệu suất cao (92%) . Thích hợp cho các ứng dụng chia nguồn, hạ áp, cấp cho các thiết bị như camera, motor, robot,…
Hình 3.24 Mạch giảm áp DC LM2596 3A
Thơng số kĩ thuật
- Điện áp đầu vào: Từ 3V đến 30V.
- Điện áp đầu ra: Điều chỉnh được trong khoảng 1.5V đến 30V. - Dòng đáp ứng tối đa là 3A.
- Hiệu suất: 92% - Công suất: 15W
Trang 32
3.2.16 Mạch opto cách ly 2 kênh PC817
Mạch Opto cách ly 2 kênh PC817 được sử dụng để chuyển mức tín hiệu Digital hoặc cách ly tín hiệu với các nguồn nhiễu qua Opto,có thiết kế nhỏ gọn, chất lượng gia công tốt, dễ sử dụng.
Hình 3.25 Mạch Opto cách ly 2 kênh PC817
Thông số kỹ thuật:
- Port điều khiển tín hiệu điện áp: 3.6-24V - Điện áp đầu ra: 3.6-30V
- Đầu jumper đầu ra có thể được kéo lên hoặc kéo xuống
- Onboard 2-Channel 817 hoạt động độc lập: có thể điều khiển điện áp khác nhau tại thời điểm đó
- Sử dụng 2 opto 817, để đạt được tín hiệu điều khiển và tín hiệu điều khiển cách ly, bạn có thể sử dụng trực tiếp vi điều khiển hoặc cổng IO thiết bị khác để đạt được điều khiển cách ly điện áp, bạn có thể điều khiển điện áp nh
Trang 33
CHƯƠNG IV:
QUY TRÌNH THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH XE ĐIỆN CHẠY BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
4.1 Ý tưởng cơ khí 4.1.1 Khung xe: 4.1.1 Khung xe: Bảng 4.1 Ý tưởng khung xe Phương án 1 Phương án 2 Mô tả - Dùng thép xây dựng các hình dáng vng, V để làm khung. - Kết hợp phương án hàn để tạo khung.
- Vật liệu là khung nhơm định hình kích thước 20x20.
- Nhôm được cưa trên máy cưa cầm tay, dung sai lớn từ 2 - 3mm.
- Các thanh nhôm nối với nhau bằng kê góc L bằng gang và bulong lục giác.
Ưu điểm - Dung sai nhỏ - Chịu tải cao - Chi phí thấp
- Tạo được nhiều hình dáng và kích thước.
- Dễ lắp ghép, dung sai nhỏ, dễ điều chỉnh.
-Tốn ít thời gian cho việc lắp ghép. - Dễ lắp ghép chỉnh sửa.
Nhược điểm
- Mất nhiều thời gian và cơng sức
- Khó chỉnh sửa khi hư hỏng và sai lệch trong l lúc hàn. - Địi hỏi kỹ thuật hàn cao.
- Khơng chịu được tải trọng cao. - Chi phí cao.
- Hình dáng khơng đa dạng.
=>> Sau khi phân tích 2 phương án gia cơng khung. Nhóm chọn phương án 1 vì những ưu điểm trên.
4.1.2 Thân vỏ:
Bảng 4.2 Ý tưởng thân vỏ
Phương án 1 Phương án 2
Trang 34 Composite.
- Dùng xốp để tạo khuôn mẫu. - Làm mịn bề mặt và sơn.
- Nhôm được cắt bằng tay và cố định bằng các mối hàn và bắt vít.
Ưu điểm - Làm được theo khuôn mẫu. - Dễ thi công.
- Tạo các đường cong 3D dễ. - Tính thẩm mỹ cao.
- Độ bền cao, chịu nhiệt tốt, cách điện.
- Giá thành rẻ. - Gia công nhanh.
Nhược điểm
- Giá thành cao.
- Gia công tốn thời gian.
- Khơng tạo được các đường cong khó. - Vật liệu mỏng, gia cơng khơng sắc nét.
=>> Sau khi phân tích 2 phương án gia cơng vỏ. Nhóm chọn phương án 1 vì những ưu điểm trên.
4.1.3 Hệ thống treo trước:
Bảng 4.3 Ý tưởng hệ thống treo trước
Phương án 1 Phương án 2
Mô tả - Hệ thống treo tay đòn kép, sử dụng hệ thống phuộc và lò xo đàn hồi.
- Hệ thống treo đa liên kết, sử dụng hệ thống phuộc và lò xo đàn hồi
Ưu điểm - Dễ chế tạo cho xe mơ hình. - Độ ổn định cao.
- Êm ái trong quá trình chuyển động.
- Độ ổn định cao.
- Êm ái trong quá trình chuyển động.
Nhược điểm
- Rất khó chế tạo. - Thời gian làm rất lâu.
=>> Sau khi phân tích 2 phương án gia cơng hệ thống treo trước. Nhóm chọn phương án 1 vì những ưu điểm trên.
4.1.4 Hệ thống treo sau:
Trang 35
Phương án 1 Phương án 2
Mô tả - Hệ thống treo phụ thuộc, sử dụng hệ thống phuộc và lò xo đàn hồi.
- Hệ thống treo độc lập, sử dụng hệ thống phuộc và lò xo đàn hồi
Ưu điểm - Dễ chế tạo cho xe mơ hình. - Độ ổn định cao.
- Êm ái trong quá trình chuyển động.
- Độ ổn định cao.
- Êm ái trong quá trình chuyển động.
Nhược điểm
- Bị dao động khi vào ổ gà. - Rất khó chế tạo.
=>> Sau khi phân tích 2 phương án gia cơng hệ thống treo sau. Nhóm chọn phương án 1 vì những ưu điểm trên.
4.1.5 Hệ thống lái:
Sử dụng phương pháp hình thang lái, giúp xe vào cua ổn định, tránh trường hợp bị trượt bánh.
Bảng 4.5 Ý tưởng hệ thống lái
Phương án 1 Phương án 2
Mô tả - Hệ thống lái sử dụng motor giảm tốc kéo cam lái.
- Hệ thống lái sử dụng motor kéo thước lái, thước lái kéo cam lái.
Ưu điểm - Dễ chế tạo cho xe mơ hình. - Góc lái rộng.
- Độ ổn định cao.
Nhược điểm
- Cần motor giảm tốc cao (100V/p)
- Rất khó chế tạo. - Chi phí gia cơng cao.
=>> Sau khi phân tích 2 phương án gia cơng hệ thống lái. Nhóm chọn phương án 1 vì những ưu điểm trên.
Trang 36
4.1.6 Động cơ:
Bảng 4.6 Ý tưởng chọn động cơ
Phương án 1 Phương án 2
Mô tả - Sử dụng động cơ điện DC 24V 10A
- Sử dụng động cơ 2 thì dung tích 32cc.
Ưu điểm - Dễ tìm kiếm thiết bị. - Khơng gây ơ nhiễm mơi trường, hoạt động êm ái. - Xu hướng ngành Ơ tơ. - Dễ điều khiển
- Khơng phải sạc bình ắc quy khi hoạt động.
- Thời gian tiếp nhiên liệu nhanh.
Nhược điểm
- Tiêu tốn năng lượng điện, cần thời gian sạc điện mới hoạt động được.
- Gây ô nhiễm môi trường. - Độ ồn cao.
- Khó điều khiển, lắp đặt.
=>> Sau khi phân tích 2 phương án chọn động cơ. Nhóm chọn phương án 1 vì những ưu điểm trên.
4.1.7 Hệ thống truyền lực: Bảng 4.7 Ý tưởng chọn hệ thống truyền lực Phương án 1 Phương án 2 Mô tả - Sử dụng hệ thống truyền lực bằng bánh răng và xích tải. - Sử dụng hệ thống truyền lực bằng các-đăng.
Ưu điểm - Dễ tìm kiếm các chi tiết, dễ gia công.
- Thay đổi tỉ số truyền dễ dàng.
- Chịu lực cao.
- Ít cần bảo trì bảo dưỡng
Nhược điểm
- Lực tải thấp, thường xun phải bảo trì bảo dưỡng.
- Khó gia cơng.
- Khó thay đổi tỉ số truyền. =>> Sau khi phân tích 2 phương án gia cơng hệ thống truyền lực. Nhóm chọn phương án 1 vì những ưu điểm trên.
4.1.8 Cầu sau và vi sai:
Trang 37
Phương án 1 Phương án 2
Mô tả - Sử dụng hệ thống Visai cơ khí và bán trục để truyền động đến bánh xe.
- Sử dụng hệ thống Visai điện và động cơ kéo trực tiếp từng bánh xe.
Ưu điểm - Dễ gia cơng và độ chính xác cao.
- Dễ dàng trong quá trình điều khiển.
- Xe vào cua tốt, khơng bị hiện tượng trượt bánh.
- Các chi tiết cơ khí ít.
Nhược điểm
-Cồng kềnh và nặng. - Khó điều khiển.
- Độ trượt bánh khi vào cua cao. =>> Sau khi phân tích 2 phương án gia cơng cầu sau và Visai. Nhóm chọn phương án 1 vì những ưu điểm trên.
4.2 Cơ cấu chi tiết khung xe:
Hình 4.1 Cơ cấu bố trí chi tiết trên khung xe
Trang 38
Hình 4.2 Bản vẽ xe
4.2.2 Bản vẽ, thông số chi tiết các bộ phận trên xe, phương pháp gia công:
4.2.2.1 Khung xe:
Bảng 4.9 Chi tiết khung xe
Chi tiết Vật liệu Phương pháp gia công
Khung gầm xe (Khung trước, khung sau)
Sắt vuông 20*20*1.4mm Hàn hồ quang điện, khoan lỗ bắt ốc.
Thân xe Sắt vuông 12*12*1.2mm Hàn hồ quang điện.
Trang 39
Hình 4.3 Mơ hình thực tế khung xe
4.2.2.2 Hệ thống treo trước:
Bảng 4.10 Chi tiết hệ thống treo trước
STT Vật liệu Phương pháp gia công
Phuộc Lắp đặt bằng Bulong đai ốc và
bạc lót cao su.
Lị xo trụ Thép Gá đặt bằng các ngàm giữ
Càng A Sắt vuông 12*12*1.2mm Hàn hồ quang điện.
Thanh giằng ngang Sắt tròn phi 10*1.2 Hàn hồ quang điện, lắp đặt bằng Bulong đai ốc và các bạc lót cao su.
Trang 40
Hình 4.4 Hình ảnh mơ phỏng hệ thống treo phía trước
4.2.2.3 Hệ thống treo sau:
Bảng 4.11 Chi tiết hệ thống treo sau
Chi tiết Vật liệu Phương pháp gia công
Phuộc Lắp đặt bằng Bulong đai ốc và bạc
lót cao su.
Lị xo trụ Thép Gá đặt bằng các ngàm giữ.
Thanh giằng dọc Sắt vuông 20*20*1.4mm Hàn hồ quang điện, lắp đặt bằng Bulong đai ốc và các bạc lót cao su.
Hình 4.5 Hình ảnh mơ phỏng hệ thống treo sau
4.2.2.4 Hệ thống lái:
Trang 41
STT Vật liệu Phương pháp gia công
Motor giảm tốc 100V/P Lắp đặt bằng Bulong đai ốc
và bạc lót cao su.
Cam dẫn động lái Thép Hàn hồ quang điện, lắp đặt
bằng Bulong đai ốc.
Thước lái Ty ren M12, P 1.5mm Lắp đặt bằng Bulong đai ốc.
Rotuyn Lắp đặt bằng Bulong đai ốc.
Cam lái Thép Tiện, hàn hồ quang điện.
Bánh xe Vành sắt, cao su đặc, ổ
bi.
Lắp đặt vào cam lái bằng Bulong đai ốc.
Hình 4.6 Hình ảnh mơ phỏng hệ thống lái
Trang 42
4.2.2.5 Hệ thống dẫn động cầu sau:
Bảng 4.13 Chi tiết hệ thống dẫn động cầu sau
STT Vật liệu Phương pháp gia công
Motor giảm tốc 24V, 330V/P.
Lắp đặt bằng Bulong đai ốc và gối đỡ cao su.
Nhông tải chủ động Thép Hàn hồ quang điện, lắp đặt bằng Bulong đai ốc vào Motor.
Nhông tải bị động Thép Hàn hồ quang điện, lắp đặt bằng Bulong đai ốc vào visai.
Xích tải Ty ren M12, P 1.5mm Lắp đặt bằng Bulong đai ốc.
Visai Lắp đặt bằng Bulong đai ốc và
gối đỡ.
Bán trục Thép Tiện, Lắp trên gối đỡ và cố định
bằng Bulong đai ốc.
Gối đỡ Lắp đặt bằng Bulong đai ốc vào
hệ thống treo sau.
Encoder Lắp đặt bằng Bulong đai ốc vào
khớp nối động cơ.
Bát Encoder Mica 5mm Lắp đặt bằng Bulong đai ốc vào
Encoder.
Khớp nối Nhôm Tiện, nối giữa Motor và
Trang 43
Hình 4.8 Hình ảnh mơ phỏng hệ thống dẫn động cầu sau
Hình 4.9 Hình ảnh mơ hình thực tế hệ thống dẫn động cầu sau
4.2.2.6 pin năng lượng mặt trời
Trang 44
4.2.2.6 Mơ hình thực tế
4.3 Thiết kế phần vỏ
4.3.1 Quy trình làm phần vỏ của xe
Sau khi đã gia cơng phần cơ khí cho khung xe nhóm cần chọn vật liệu phù hợp để tạo ra hình dáng ban đầu của xe và từ hình dáng đó có thể tạo ra vỏ xe bằng vật liệu composite
Đầu tiên ta cần phải tạo ra hình dáng xe bằng cách:
Bảng 4.14 Ưu nhược điểm của các loại vật liệu
Xốp Đất sét Bìa carton
Ưu điểm - Giá thành rẻ - Quá trình tạo dáng nhanh - Dễ dàng trong việc tạo ra những hình dáng mong muốn - Dễ dàng tạo dáng Nhược Điểm - Dễ bị vụn - Chịu nhiệt kém - Giá thành cao - Chịu được nhiệt cao
- Khó tạo được các hình dạng phức tạp Quá trình tạo dáng dài =>> Sau khi phân tích những ưu điểm nhược điểm trên nhóm đã chọn xốp để tạo ra hình dáng ban đầu của xe
Trang 45
Hình 4.11 Quá trình định định hình khung xe
Hình 4.12 Hình dáng ban đầu của xe
- Đắp các tấm composite lên khung xe, pha trộn keo polyester resin cùng với chất xúc tác nước cứng (theo tỉ lệ 1:8 thành hỗn hợp). dùng cọ quét sơn quét đều lên bề mặt
Trang 46 khung xe.
- Khi vỏ đã cứng lại, bắt đầu gỡ ra và xịt sơn hoàn thành phần vỏ
Hình 4.13 Khung vỏ của xe sau khi composite đã đông cứng lại
- Do ảnh hưởng của của đại dịch covid 19 tại Việt Nam mà nhóm chúng tơi đã phải dừng lại việc gia công vỏ tại đây mà không thể tiếp tục thực hiện các bước tiếp theo được như kế hoạch ban đầu. nếu có thời gian nhóm chúng tơi sẽ thực hiện các bước tiếp theo như xử lý bề mặt bằng bả matit và sơn lại xe một cách bài bản hơn nữa
4.4 Thiết kế hệ thống
4.4.1 Giới thiệu
Để đảm bảo việc thi công mạch điện theo ý tưởng, chuẩn xác, khơng xảy ra sai sót và lập trình đơn giản hơn thì phải tính tốn và thiết kế mục tiêu chính của thiết kế mạch điện phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Tín hiệu của các cảm biến gửi về Arduino Uno không bị nhiễu. - Khối công suất hoạt động ổn định và không bị hiện tượng chập chờn.
Từ những u cầu trên thì cơng việc thiết kế sẽ có những bước cụ thể như sau: - Thiết kế sơ đồ khối hệ thống.
- Thiết kế mạch của từng khối, và cụ thể là: + Khối năng lượng mặt trời
Trang 47 + Khối cảm biến vật cản
+ Arduino Uno