Tính tốn, lựa chọn dây dẫn và cầu chì

Bằng cách dựa vào công suất tiêu thụ của thiết bị do nhà sản xuất đưa ra, chung ta dễ dàng tính được dịng điện tiêu thụ của thiết bị đó.

Ta có cơng thức: P = U. I (4.1)

Suy ra: I = P

95 Trong đó:

 P: công suất tiêu thụ của thiết bị (W);

 I: cường độ dòng điện của thiết bị (A);

 U: điện áp mà thiết bị sử dụng (V).

Việc tính được cường độ dịng của thiết bị, ta sẽ biết được nên sử dụng cầu chì có giới hạn dịng điện bao nhiêu là phù hợp cho mạch điện đó bằng cách sử dụng cơng thức tính cường độ dịng trong đoạn mạch theo định luật ôm:

Đối với các thiết bị mắc nối tiếp: I = I1 = I2 = ⋯ = IN; (4.3)

Đối với các thiết bị mắc song song: I = I1 + I2 + ⋯ + IN. (4.4)

Tuy nhiên, trong thực tế ta nên chọn cầu chì có giới hạn dịng điện với hệ số bằng 1,1 so với giới hạn dịng điện trong tính tốn.

Đồng thời việc tính xác định được cường độ dịng điện của từng thiết bị ta có thể tính tốn được tiết diện dây dẫn phù hợp cho từng thiết bị, cũng như cho tồn bộ mạch điện bằng cơng thức: S = I

J (4.5)

Trong đó:

 S: là tiết diện dây dẫn (mm²);

 J: là mật độ dòng điện cho phép (A/mm2);

+ Đối với dây đồng: Mật độ dòng điện cho phép Jđ = 6 (A/mm²); + Đối với dây nhơm: Mật độ dịng điện cho phép Jn = 4,5 (A/mm²). Có thơng số tiết diện (S), chúng ta sẽ dựa vào đó để lựa chọn dây dẫn. Tuy nhiên, trong thực tế ta không nên chọn loại dây dẫn đúng bằng tiết diện và thiết bịyêu

96

cầu. Thông thường ta nên chọn loại dây dẫn mà thiết bị sẽ sử dụng khoảng 7080% khả năng dẫn điện tối đa của loại dây dẫn đó. Như vậy loại dây dẫn cần lựa chọn trong thực tế phải có tiết diện lớn hơn so với tiết diện tính tốn. Trên thị trường hiện nay chỉ bày bán một số loại dây dẫn có tiết diện cố định, khơng có các loại dây với tiết diện phù hợp hồn hảo với số liệu tính tốn nên việc lựa chọn dây dẫn còn phụ thuộc nhiều vào thực tế.

4.9.1 Tính tốn, lựa chọn dây dẫn và cầu chì cho hệ thống đèn chiếu sáng 4.9.1.1 Đèn pha 4.9.1.1 Đèn pha

Đèn pha sử dụng trong mơ hình là loại bóng đèn 12V hai tim. Ở chế độ pha, bóng đèn có cơng suất 60W, suy ra cường độ dịng điện tiêu thụ của bóng đèn là:

I = P U = 60

12 = 5 (A) (4.6)

Do hai bóng đèn được mắc song song nên I = 10 (A). Vì vậy ta chọn chọn cầu chí có giới hạn dịng điện cho cụm đèn pha là 10 (A).

Tiết diện dây dẫn: S = I J = 10

6 = 1.67 (mm2) (4.7)

Lựa chọn dây dẫn: S ÷ 80% = 2.09 (mm2). Vì thực tế khơng có loại dây dẫn 2.09 (mm2) nên ta lựa chọn dây dẫn có tiết điện 2.0 (mm2) cho đèn pha.

4.9.1.2 Đèn cốt

Đèn cốt sử dụng trong mơ hình là loại bóng đèn 12V hai tim. Ở chế độ cốt, bóng đèn có cơng suất 55W, suy ra cường độ dịng điện tiêu thụ của bóng đèn là:

I = P U = 55

12 = 4.58 (A) (4.8)

Do hai bóng đèn được mắc song song nên I = 9.16 (A). Vì vậy ta chọn chọn cầu chí có giới hạn dịng điện cho cụm đèn pha là 10 (A).

97 Tiết diện dây dẫn:

S = I

J = 9.16

6 = 1.53 (mm2) (4.9)

Lựa chọn dây dẫn: S ÷ 80% = 1.91 (mm2). Vì thực tế khơng có loại dây dẫn với tiết diện 2.09 (mm2) nên ta lựa chọn dây dẫn 2.0 (mm2) cho đèn cốt.

4.9.1.3 Đèn tail

Đèn tail sử dụng trong mơ hình là loại bóng đèn 12V hai tim. Ở chế độ cốt, bóng đèn có cơng suất 5W, suy ra cường độ dịng điện tiêu thụ của đèn bóng đèn là: I = P

U = 5

12 = 0.42 (A) (4.10)

Do hai bóng đèn được mắc song song nên I = 0.84 (A). Vì vậy ta chọn chọn cầu chí có giới hạn dịng điện cho cụm đèn pha là 1 (A).

Tiết diện dây dẫn: S = 𝐼

𝐽 = 0.48

6 = 0.14 (mm2) (4.11)

Lựa chọn dây dẫn: S ÷ 70% = 0.2 (mm2). Vậy ta lựa chọn dây dẫn có tiết điện 0.2 (mm2) cho đèn tail.

4.9.1.4 Đèn sương mù

Đèn tail sử dụng trong mơ hình là loại bóng đèn 12V. Bóng đèn có cơng suất 21W, suy ra cường độ dịng điện tiêu thụ của bóng đèn là:

I = P U = 21

12 = 1.75 (A) (4.12)

Do bốn bóng đèn được mắc song song nên I = 7 (A). Vì vậy ta chọn chọn cầu chỉ có giới hạn dịng điện cho cụm đèn pha là 8 (A).

98

S=I/J=7/6=1.17(mm2) (4.13)

Lựa chọn dây dẫn: S ÷ 70% = 1.67 (mm2). Vì thực tế khơng có loại dây dẫn với tiết diện 1.67 (mm2) nên ta lựa chọn dây dẫn có tiết điện 1.6 (mm2) cho cụm đèn sương mù.

4.9.2 Tính tốn, lựa chọn dây dẫn và cầu chì cho hệ thống đèn tín hiệu 4.9.2.1 Đèn xi nhan trái/phải 4.9.2.1 Đèn xi nhan trái/phải

Đèn xi nhan trái/phải sử dụng trong mơ hình là loại bóng đèn 12V. Bóng đèn có cơng suất 21W, suy ra cường độ dịng điện tiêu thụ của bóng đèn là:

Tiết diện dây dẫn: S = I

J = 3.5

6 = 0.58 (4.14)

Lựa chọn dây dẫn: S ÷ 70% = 0.83 (mm2). Vì thực tế khơng có loại dây dẫn 0.83 (mm2) nên ta lựa chọn dây dẫn 0.8 (mm2) cho cụm đèn xi nhan trái/phải.

4.9.2.2 Đèn phanh

Đèn phanh sử dụng trong mơ hình là loại bóng đèn 12V. Bóng đèn có cơng suất 21W, suy ra cường độ dòng điện tiêu thụ của đèn tail là:

I = P U = 21

12 = 1.75 (A) (4.15)

Do hai bóng đèn được mắc song song nên I = 3.5 (A). Vì vậy ta chọn chọn cầu chí có giới hạn dịng điện cho cụm đèn phanh là 4 (A).

Tiết diện dây dẫn: S = I

J = 3.5

99

Lựa chọn dây dẫn: S ÷ 70% = 0.83 (mm2). Vì thực tế khơng có loại dây dẫn với tiết diện 0.83 (mm2) nên ta lựa chọn dây dẫn có tiết điện 0.8 (mm2) cho cụm đèn xi nhan trái/phải.

4.9.2.3 Tính tốn, lựa chọn dây dẫn chính và cầu chì tổng

Dựa vào các thơng số cầu chỉ của hệ thống đèn chiếu sáng và đèn tín hiệu đã lựa chọn ở phần ở trên, ta dễ dàng tính được giới hạn dịng điện của cầu chì tổng của hệ thống đèn chiếu sáng thơng minh bằng công thức:

It = ∑ I (4.18)

Suy ra: It = 37 (A)

Tuy nhiên khơng có sẵn loại cầu chì với giới hạn dịng điện 37A nên ta chọn cầu chì có giới hạn dịng điện 40A cho tồn bộ hệ thống đèn chiếu sáng thông minh.

Tiết diện dây dẫn: S = I

J = 40

6 = 6.67 (mm2) (4.19)

Lựa chọn dây dẫn: S ÷ 80% = 8.33 (mm2)

Vì thực tế khơng có loại dây dẫn với tiết diện 8.33 (mm2) nên ta lựa chọn dây dẫn có tiết điện 8.0 (mm2) cho đèn pha.

4.10 Thiết kế mơ hình cơ bản hệ thống chiếu sáng thông minh

4.10.1 Các chi tiết của mơ hình cơ bản

Những chi tiết được bố trí trên một tấm bảng cố định và được đặt trên một giá đở. Các chi tiết được bố trí như sau.

100

Hình 4.51: Các chi tiết trên mơ hình

1. Cảm biến khoảng cách; 2. Cụm đèn đầu;

3. Cảm biến ánh sáng; 4. Vô lăng;

5. Công tắc đèn;

6. Bộ điều khiển khoá cửa vân tay; 7. Bộ điều khiển đèn;

8. Cụm relay đèn; 9. Cảm biến nghiêng; 10. Cảm biến độ ẩm; 11. Khoá điện;

12. Cảm biến vân tay; 13. Chốt cửa;

14. Màn hình LCD; 15. Cụm cầu chì; 16. Cơng tắc phanh;

101 17. Cụm đèn đi;

18. Servo.

Mơ hình cơ bản của hệ thống bao gồm: - Khung đỡ;

- Mặt bảng mơ hình;

- Hệ thống đèn đuôi;

- Hệ thống đèn đầu;

- Nguồn 12V DC 600W cung cấp cho toàn bộ hệ thống;

- Cụm cầu chì;

- Chốt khoá cửa điện;

- Bộ chuyển đổi điện áp từ 12V xuống 5V cung cấp cho các cảm biến;

- Bộ chuyển đổi điện áp từ 12V xuống 9V cung cấp cho bộ điều khiển

trung tâm arduino;

- Mô tơ 12V DC giả định tốc độ xe;

- Bộ điều khiển điện tử trung tâm;

- Công tắc đèn;

- Cụm relay đóng/ngắt mạch;

- Vô lăng;

- Khóa điện;

102 - Công tắc phanh;

- Chốt khoá cửa điện;

- LCD hiện thị các chế độ hiện thời;

- Các cảm biến.

4.10.2 Phương án thiết kế mơ hình 4.10.2.1 Các tiêu chí thiết lập mơ hình 4.10.2.1 Các tiêu chí thiết lập mơ hình

Mơ hình thiết kế đèn chiếu sáng thơng minh trên ơ tơ phải có đầy đủ các chức năng của hệ thống chiếu sáng giống như trên ô tơ, ngồi ra cịn phải đảm bảo được tính thẩm mĩ, độ bền, dễ dàng tìm hiểu các bộ phận và có thể đo đạt điều chỉnh các bộ phận khi cần thiết. Qua đó cho thấy mơ hình có tính thực tiễn cao, có thể tiếp cận, hình dung ngay được và từ đó mơ hình có thể được ứng dụng giống như được bố trí thực tế trên xe.

4.10.2.2 Phương án lựa chọn hướng bảng mơ hình

Thiết kế bảng nằm đứng

103 Ưu điểm:

 Giúp người xem dễ dàng hơn trong quá trình hoạt động của mơ hình;

 Phương án này dễ vận chuyển;

 Lắp đặt và thay thế các linh kiện dễ dàng. Nhược điểm:

 Bố trí theo phương án này thì mơ hình dễ bị rung lắc;

 Phương án thiết kế này khơng giống với hướng bố trí thực tế của hệ thống chiếu sáng ơ tơ.

Thiết kế bảng nằm ngang

Hình 4.53: Phương án thiết kế bảng ngang

Ưu điểm:

 Tính thẩm mĩ mơ hình nằm ngang cao hơn nằm nghiêng và đứng;

 Có thể quan sát được hết tất cả các chi tiết và các hoạt động của hệ thống đèn chiếu sáng;

104

 Mơ hình có được sự chắc chắn nhất;

 Mơ hình thiết kế được bố trí giống với thực tế của đèn chiếu sáng trên ô tô.

Nhược điểm:

 Chiếm diện tích lớn;

 Khó khăn trong việc sửa chữa các hư hỏng như dây dẫn và các chi tiết nằm phía dưới mặt nằm ngang của hệ thống đèn.

4.10.2.3 Dự trù ngun vật liệu làm khung đỡ mơ hình

105

Bảng 4.4: Vật liệu làm khung đỡ mơ hình

STT Tên vật liệu Đơn vị Số lượng

1 Sắt V lỗ 3x3 m 20

2 Bu lông đai ốc con 70

3 Bát ke vng góc cái 35

4 Gỗ ép 120x100 cm 1

Thiết kế khung đỡ với kích thước như sau:

 Chiều cao: 70cm;

 Chiều dài 120cm;

106

CHƯƠNG 5

THI CƠNG MƠ HÌNH

5.1 Thi cơng lắp ráp mơ hình

Sau khi đã hồn thành việc tính tốn, thiết kế ở chương 4, ta tiến hành tìm vật liệu để thi cơng lắp ráp mơ hình hồn thiện.

5.1.1 Lắp ráp khung đỡ mơ hình

Khung đỡ mơ hình sử dụng sắt V lỗ 3x3 được cắt thành từng khúc và lắp ráp lại với nhau bằng bu lông đai ốc và bát ke vng óc chun dùng cho bắt kệ sắt V lỗ. Bu lông đai ốc ở đây sử dụng là bu lơng có đầu được vát trịn tạo tính thẩm mỹ cho mơ hình, bu lơng có chiều dài là 12mm, đường kính là 8mm.

Hình 5.1: Bu lông đai ốc bắt sắt chữ V

Để thêm phần vững chắc, giúp giữ các khớp nối vng góc chúng em dùng thêm bát ke vng góc.

107

Hình 5.3: Khung đỡ mơ hình hồn chỉnh

5.1.2 Lắp ráp các linh kiện của hệ thống chiếu sáng thông minh lên mơ hình 5.1.2.1 Mặt gỗ dùng lắp các linh kiện 5.1.2.1 Mặt gỗ dùng lắp các linh kiện

Chúng em dùng tấm gỗ ép 120x100cm có độ dày 12mm làm mặt phẳng gắn các linh kiện của hệ thống chiếu sáng thơng minh. Kích thước mặt gỗ bằng với kích thước khung đỡ mơ hình.

108

5.1.2.2 Hệ thống chiếu sáng thơng minh hồn thiện

Hình 5.5: Mơ hình thồn thiện

5.1.3 Đấu nối dây bên dưới mơ hình

Trừ các dây tín hiệu của cảm biến, cơng tắc đèn thì cịn lại các dây điện của các chi tiết khác đều đấu nối bên dưới bảng gỗ như là cầu chì, cụm relay, bóng đèn, nguồn,… Giúp cho mơ hình gọn gàng và tăng sự thẩm mỹ. Các dây điện được gôm lại bằng dây rút và nẹp dây điện.

109

Hình 5.6: Đường đi dây bên dưới mơ hình 5.2 Nạp chương trình điều khiển 5.2 Nạp chương trình điều khiển

Sau khi đã hồn thành việc lắp ráp mơ hình tiếp theo đến cơng đoạn nạp chương trình điều khiển vào bộ điều khiển.

Chương trình điều khiển được viết bằng ngơn ngữ của Arduino phát triển dựa trên ngôn ngữ C/C++ được gọi wiring.

Để nạp chương trình ta cần laptop và dây USB-A để kết nối đến Displayport. Đầu USB-A cắm vào laptop và đầu còn lại cắm vào cổng Displayport trên Arduino.

Sau khi đã cắm vào ta mở chương trình Arduino IDE và thực hiện các thao tác chọn cổng kết nối phù hợp, chạy thử chương trình và sau đó là nhấn nút Upload cần vài giây để nạp chương trình. Khi nạp thành cơng đèn led Arduino sẽ nhấp nháy báo hiệu.

5.3 Chạy thử nghiệm và đánh giá kết quả

5.3.1 Đèn tín hiệu

 Độ sáng đèn ổn định;

110

 Các chức năng báo rẽ, báo nguy, bao phanh hoạt động tốt.

5.3.2 Đèn chiếu sáng thông thường

 Các chức năng cơ bản đèn cốt, pha, flash hoạt động tốt;

 Tốc độ phản hồi ổn định, đáp ứng điều kiện chạy;

 Độ sáng đèn ổn định.

5.3.3 Đèn chiếu sáng thơng minh

Hình 5.7: Mơ hình chạy thử các chức năng

 Độ sáng cụm đèn ổn định;

 Tốc độ phản hồi ổn định.

Tuy nhiên vẫn cịn một số lỗi chưa được hồn thiện:

 Cụm servo còn bị nhiễu tín hiệu nên đèn khi liếc cịn hơi rung lắc;

 Phản hồi vân tay bị trễ khoảng một giây;

 Cảm biến ánh sáng dễ bị thay đổi nên dẫn đến sự giảm ổn định các chức năng tự động bật/tắt đèn và tự động chuyển pha-cốt.

5.4 Xây dựng bài tập ứng dụng mơ hình

Bài 1: Xác định các chân relay 4 chân

111

 Bước 2: Đo hai đầu dây bất kỳ, nếu có điện trở thì đó là cuộn dây và nếu khơng có điện trở thì đó là điểm thường mở. Đối với tiếp điểm thường đóng thì đồng hồ sẽ báo hiệu thông mạch.

Bài 2: Xác định các chân relay 5 chân

 Bước 1: Chỉnh đồng hồ VOM về thang đo thông mạch;

 Bước 2: Đo hai dầu dây bất kỳ và ghi chú kết quả đo. Khi kết quả đo có giá trị điện trở lớn nhất thì đó là cuộn dây và lớn thứ nhì là tiếp điểm thường đóng;

 Bước 3: Trong trường hợp hai chân vừa xác định là chân số 3 và chân số 4 relay thì còn lại là chân số 5. Sau khi đã xác định các chân tiếp theo ta tìm tiếp điểm chung của relay bằng cách kích dịng điện 12VDC cho cuộn dây, ta dùng đồng hồ VOM đo chân số 3 và số 5 nếu có giá trị điện trở thì chân số 3 là chân chung cịn nếu khơng thì số 4 là chân tiếp điểm chung.

Bài 3: Kiểm tra hư hỏng một đèn bất kỳ

 Bước 1: Xác nhận đèn không sáng;

 Bước 2: Kiểm tra bóng đèn có bị đứt dây tóc khơng;

 Bước 3: Kiểm tra cầu chì;

 Bước 4: Kiểm tra relay;

 Bước 5: Kiểm tra dây dẫn;

 Bước 6: Kiểm tra tín hiệu điều khiển;

 Bước 7: Kiểm tra bộ điều khiển.

Lưu ý: Khi phát hiện hư hỏng ở bước nào thì phải dừng lại tại bước đó sửa chữa ngay nếu đèn đã sáng thì hồn thành việc sửa chữa nếu khơng thì tiếp tục các bước tiếp theo.

112

CHƯƠNG 6

KẾT LUẬN

6.1 Đánh giá kết quả

Sau khoảng thời gian nghiên cứu từ lý thuyết đến thực tế hệ thống chiếu sáng trên ô tô, từ lên kế hoạch, giao nhiệm vụ và thi cơng mơ hình. Nhóm em đã hồn thành đồ án “ Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình hệ thống chiếu sáng thông minh điều khiển bằng Arduino” đúng thời hạn được quy định.