Hình 3 .7 ECU điều khiển hệ thống lửa
2.3 Lý thuyết động cơ một chiều và phương pháp điều khiển từ xa bằng sóng RF
2.3.1 Lý thuyết động cơ một chiều
a. Khái niệm
Tốc độ làm việc của động cơ do người điều khiển quy định được gọi là tốc độ đặt. Trong q trình làm việc, tốc độ động cơ có thể bị thay đổi vì tốc độ của động cơ phụ thuộc rất nhiều vào các thông số nguồn, mạch và tải nên khi các thơng số thay đổi thì tốc độ của động cơ sẽ bị thay đổi theo.
Tình trạng đó gây ra sai số về tốc độ và có thể khơng cho phép. Để khắc phục người ta dùng những phương pháp ổn định tốc độ.
Độ ổn định tốc độ còn ảnh hưởng quan trọng đến giải điều chỉnh (phạm vi điều chỉnh tốc độ) và khả năng quá tải của động cơ. Độ ổn định càng cao thì giải điều chỉnh càng có khả năng mở rộng và mơmen q tải càng lớn.
- Điều chỉnh tham số. - Điều chỉnh điện áp nguồn. - Điều chỉnh cấu trúc sơ đồ.
Ở đây chúng tôi chỉ đề cập đến các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều.
b. Cấu tạo
Cấu tạo của động cơ điện gồm stator, rotor và hệ thống chổi than - vành góp. Stator bao gồm vỏ máy, cực từ chính, cực từ phụ, dây quấn phần cảm (dây quấn kích thích) gồm các bối dây đặt trong rãnh của lõi sắt. Số lượng cực từ chính phụ thuộc tốc độ quay. Đối với động cơ công suất nhỏ ngừời ta có thể kích từ bằng nam châm vĩnh cửu.
Rotor (còn gọi là phần ứng) gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép lại có rãnh để đặt các phần tử của dây quấn phần ứng. Điện áp một chiều được đưa phần ứng qua hệ thống chổi than-vành góp. Kết cấu của giá đỡ chổi than có khả năng điều chỉnh áp lực tiếp xúc và tự động duy trì áp lực tuỳ theo độ mòn của chổi than.
Chức năng của chổi than-vành góp là để đưa điện áp một chiều vào cuộn dây phần ứng và đổi chiều dòng điện trong cuộn dây phần ứng. Số lượng chổi than bằng số lượng cực từ (một nửa có cực tính dương và một nửa có cực tính âm).
c. Ngun lý làm việc của động cơ điện một chiều
Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp kích từ Uk nào đó thì trong dây quấn kích từ sẽ xuất hiện dịng kích từ ik và do đó mạch từ của máy sẽ có từ thơng Ø.
Tiếp đó đặt một giá trị điện áp U lên mạch phần ứng thì trong dây quấn phần ứng sẽ có một dịng điện i chạy qua.
Tương tác giữa dịng điện phần ứng và từ thơng kích thích tạo thành mơ men điện từ và mômen điện từ này kéo cho phần ứng quay quanh trục.
Giá trị của mơmen điện từ được tính như sau:
I k I a pn m . 2 (2.6) Trong đó:
- p: số đơi cực của động cơ
- n: số thanh dẫn phần ứng dưới một cực từ.
- a: số mạch nhánh song song của dây quấn phần ứng. - k: hệ số kết cấu của máy.
d. Phương pháp điều khiển động cơ một chiều khơng có đảo chiều
Khi điều khiển tốc độ động cơ công suất nhỏ và điện áp phần ứng nhỏ người ta thường dùng sơ đồ điều khiển bằng Transistor vì việc điều khiển Transistor rất dễ dàng tiện lợi, mạch điều khiển đơn giản, độ tin cậy cao, đặc biệt khi sử dụng phương pháp điều khiển xung.
Hình 2.22: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tốc độ động cơ một chiều không đảo chiều quay dùng Transistor.
e. Phương pháp điều khiển động cơ có đảo chiều quay Cấu tạo
Ở chế độ quay thuận: người ta đưa xung điều khiển U
dk1 vào cực bazơ của T1 và T4 lúc này cả 2 Transistor T1 và T4 đều mở do đó có dịng điện đi từ dương nguồn qua T1 đến phần ứng động cơ rồi qua T4 về âm nguồn, động cơ quay theo chiều thuận.
Hình 2.23: Sơ đồ cấu tạo dùng bốn Transistor điều khiển đảo chiều quay động cơ.
Ở chế độ quay ngược: khi cả 4 Transistor đều khoá, để động cơ quay ngược lại người ta đưa xung điều khiển U
dk2 vào cực bazơ của T2 và T3 dẫn đến cả hai Transistor T2 và T3 đều mở, dòng điện đi từ dương nguồn qua T2 đến phần ứng động cơ rồi qua T3 về âm nguồn, động cơ quay theo chiều ngựơc lại.
Hình 2.24 Sơ đồ nguyên lý mạch đảo chiều động cơ dùng Transistor và khuyếch đại thuật tốn.
Hình 2.24 mô tả mạch điều khiển tốc độ động cơ một chiều có đảo chiều quay dùng khuếch đại thuật tốn và đèn bán dẫn cơng suất.
Mạch gồm 2 tầng khuếch đại:
- Tầng 1 là tầng khuếch đại điện áp đầu vào sử dụng bộ khuếch đại thuật toán 741.
- Tầng 2 là tầng khuếch đại công suất dùng T1, T2, T3, T4 ghép kiểu Darlington. Điện áp cung cấp cho tầng khuếch đại công suất là ±12V. Mạch phản hồi âm được báo từ đầu ra cuối cùng của khuếch đại thuật tốn. D1, D2 là 2 điơt ổn định điện áp cho khuếch đại thuật toán. Tụ C1 và C2 cùng với R10 có tác dụng lọc thành phần xoay chiều do động cơ làm việc ở chế độ máy phát phát ra khi ta đổi chiều quay.
- R
f là điện trở mạch phản hồi.
Nguyên lý hoạt động
Khi U
dk có cực tính dương thì ở chân 6 của bộ khuếch đại thuật tốn có điện áp âm đặt vào bazơ của T1 và T2 do T1 là loại npn và T2 là loại pnp do đó T1 khố cịn T2 dẫn. Khi T2 dẫn thì âm nguồn (-12V) qua R5, qua T2 (lúc này dẫn) đặt vào bazơ của T3 và T4. Cũng do T3 là loại npn, T4 là loại pnp do đó T3 bị khố cịn T4 dẫn. Do T2 và T4 dẫn nên có dịng điện đi từ 0 qua động cơ qua T4 rồi về âm nguồn (-12V) động cơ quay theo một chiều nhất định. Đây là sơ đồ mạch phản hồi âm điện áp.
Nguyên tắc giữ ổn định tốc độ như sau: giả sử tốc độ động cơ giảm dòng điện I
d tăng làm điện áp tại đầu ra là U
R giảm. Thông qua điện trở phản hồi R
f điện thế ở đầu vào chân 2 của khuếch đại thuật tốn tăng lên vì U
2 = U dk - U R mà U dk = cosnt nên U R giảm thì U
2 tăng. Khi điện áp ở đầu vào 2 của khuếch đại thuật toán tăng thì điện áp ở đầu ra 6 cũng tăng theo làm cho U
R tăng. U
R tăng làm cho tốc độ động cơ tăng lên.
Ngược lại khi U
dk có cực tính âm thì đầu ra 6 có điện áp dương đặt vào bazơ của T1 và T2. Lúc này T1 và T3 dẫn cịn T2 và T4 khố, do đó sẽ có dịng đi từ dương nguồn (+12V) qua T3 qua động cơ rồi về 0 làm cho động cơ quay theo chiều ngược lại. Quá trình tự động giữ ổn định tốc độ động cơ giống như trên.
2.4.2 Phương pháp điều khiển từ xa bằng sóng RF
PT2272
Hình 2.25: Bộ thu sóng RF.
Hình 2.25: Vị trí các chân của bộ thu sóng RF.
Module Thu RF 315M ( Loại M4 ) - Điện áp sử dụng: 5V - I <4.5mA - Giải mã PT2272-M4 - Trở dao động: 820K - Tần số thu: 315 Mhz - Anten dài: 23CM
- Chân nguồn: Vcc(+5V) ; GND
- Chân VT ( Valid Transmission) : Chân báo tín hiệu khi nhận dữ liệu (Ở trạng thái chờ đầu ra 0, khi có tín hiệu lên 1 và trở về 0 khi khơng cịn tín hiệu)
- Tín hiệu ra: D0, D1, D2, D3
Khi chưa có tín hiệu các chân đầu ra ở mức 0, Khi có tín hiệu các chân lên 1. - Nguồn sử dụng tốt nhất cho RF: Nguồn biến áp, nguồn Acqui, Nguồn Pin, ... không nên sử dụng nguồn xung gây nhiễu cho thiết bị.
- Ý nghĩa của module T4, M4 , L4
+ T4 ( PT2272-T4) (Latch): Dữ liệu được truyền đến và chốt lại.
VD: Dữ liệu lần đầu đưa D0 lên 1 và được giữ ở trạng thái 1. Trở về 0 khi dữ liệu được đưa vào lần hai.
+ M4 ( PT2272-M4) ( Momentary): Dữ liệu được truyền đến và trở về trạng thái ban đầu khi khơng cịn tín hiệu.
+ L4 ( PT2274-L4) ( Latch): Cũng giống như T4, chỉ khác khi trở về 0
2.5 Lý thuyết lập trình vi điều khiển PIC 16F876A 2.5.1 Tổng quan về CCS 2.5.1 Tổng quan về CCS
2.5.1.1 Vì sao ta sử dụng CCS ?
Sự ra đời của một loại vi điều khiển đi kèm với việc phát triển phần mềm ứng dụng cho việc lập trình cho con vi điều khiển đó. Vi điều khiển chỉ hiểu và làm việc với hai con số 0 và 1. Ban đầu để việc lập trình cho VĐK là làm việc với dãy các con số 0 và 1. Sau này khi kiến trúc của Vi điều khiển ngày càng phức tạp, số lượng thanh ghi lệnh nhiều lên, việc lập trình với dãy các số 0 và 1 khơng cịn phù hợp nữa, đòi hỏi ra đời một ngôn ngữ mới thay thế. Và ngôn ngữ lập trình Assembly. Ở đây ta khơng nói nhiều đến Assmebly. Sau này khi ngôn ngữ C ra đời, nhu cầu dùng ngôn ngữ C đề thay cho ASM trong việc mô tả các lệnh lập trình cho Vi điều khiển một cách ngắn gọn và dễ hiểu hơn đã dẫn đến sự ra đời của
nhiều chương trình soạn thảo và biên dịch C cho Vi điều khiển: Keil C, HT-PIC, MikroC, CCS… CCS là một cơng cụ lập trình C mạnh cho Vi điều khiển PIC.
2.5.1.2 Giới thiệu về CCS
CCS là trình biên dịch lập trình ngơn ngữ C cho Vi điều khiển PIC của hãng Microchip. Chương trình là sự tích hợp của 3 trình biên dich riêng biết cho 3 dịng PIC khác nhau đó là:
- PCB cho dòng PIC 12-bit opcodes. - PCM cho dòng PIC 14-bit opcodes. - PCH cho dòng PIC 16 và 18-bit.
Tất cả 3 trình biên dịch này đuợc tích hợp lại vào trong một chương trình bao gồm cả trình soạn thảo và biên dịch là CCS, phiên bản mới nhất là PCWH Compiler Ver 3.227 giống như nhiều trình biên dich C khác cho PIC, CCS giúp cho người sử dụng nắm bắt nhanh được vi điều khiển PIC và sử dụng PIC trong các dự án. Các chương trình diều khiển sẽ được thực hiện nhanh chóng và đạt hiệu quả cao thông qua việc sử dụng ngôn ngữ lạp trình cấp cao – Ngơn ngữ C Tài liệu hướng dẫn sử dụng có rất nhiều, nhưng chi tiết nhất chính là bản Help đi kèm theo phần mềm (tài liệu Tiếng Anh). Trong bản trợ giúp nhà sản xuất đã mô tả rất nhiều về hằng, biến, chỉ thị tiền xủa lý, cấu trúc các câu lệnh trong chương trình, các hàm tạo sẵn cho người sử dụng…
2.5.2 Lập trình CCS
Yêu cầu về phần cứng tối thiểu cần có để thực hành: - PIC16F877A.
- 1 Board cắm linh kiện.
- Thạch anh 20MHz, tụ 22pF, 10uF, trở 10K, 4K7, 330Ω, nút bấm. - 10 LED đơn xanh hay đỏ, 4 LED 7 thanh (loại 4 LED liền một đế). - MAX232 để giao tiếp máy tính.
- Động cơ bước, động cơ một chiều
Mơ tả nội dung chương trình.
#include 16f877a.h : Đi kèm chương trình dịch, chứa khai báo về các thanh ghi trong
mỗi con PIC, dùng cho việc cấu hình cho PIC.
#include def_877a.h: Files do người lập trình tạo ra, chứa khai báo về các thanh ghi
trong PIC giúp cho viêc lập trình được dễ dang hơn ví dụ ta co thể gán PORTB = 0xAA (chi tiết files này sẽ trình bày trong phần dưới đây)
#device *=16 ADC = 10: Khai báo dùng con trỏ 8 hay 16 bit, bộ ADC là 8 hay 10 bit
#FUSES NOWDT, HS: Khai báo về cấu hình cho PIC #use delay(clock=20000000): Tần số thạch anh sử dụng
#use rs232 (baud=9600,…): Khai báo cho giao tiếp nối tiếp RS232
#use i2c(master, SDA=PIN_C4,…): Khai báo dùng I2C, chế độ hoạt động #include <tên_file.c>:Khai báo các files thư viện được sử dụng ví dụ LCD_lib_4bit.c
#INT_xxx : Khai báo địa chỉ chương trình phục vụ ngắt
Void tên_chương_trình (tên_biến) {}: Chương trình chính hay chương trình con
Chương trình mẫu cho PIC16F877A
#include <16f877a.h> #include <def_877a.h> #device *=16 ADC=8
#FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, NOBROWNOUT, NOLVP
#use delay(clock=20000000)
#use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_B5,rcv=PIN_B2,bits=9) #use i2c(Master,Fast,sda=PIN_B1,scl=PIN_B4)
#int_xxx // Khai bao chuong trinh ngat
xxx_isr() { // Code here } void Ten_chuong_trinh_con(Ten_Bien) { // Code here } void main() {
// Enter code here!
}
Chương III
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHĨA CỬA TỪ XA TRÊN ƠTƠ
3.1 Thiết kế hệ thống điều khiển khóa cửa từ xa trên ơtơ 3.1.1 Điều khiển motor đóng và mở cửa tài xế 3.1.1 Điều khiển motor đóng và mở cửa tài xế
3.1.1.1 Điều khiển đảo chiều động cơ điện
- Dùng bộ điều khiển từ xa điều khiển motor quay trái-phải để đóng và mở cửa tài xế.
- Khi motor quay ngược kim đồng hồ thì điều khiển khóa cửa bên tài xế mở ra.
- Khi motor quay cùng kim đồng hồ thì điều khiển khóa cửa bên tài xế đóng lại.
Hình 3.1: Motor điều khiển đóng và mở cửa bên tài xế.
3.1.1.1 Điều khiển mở tất cả các cửa trên xe
- Thiết kế mạch trễ 5s:
Dòng điện đi qua R1 và R2 và nạp vào tụ điện khi điện áp tụ điện tăng lớn hơn điện áp ngưỡng của zenner thì có dịng điện chay qua zenner kích transistor làm cho C1815 dẫn.
Tuy nhiên dòng điện nạp cho tụ điện để lớn hơn điện áp ngưỡng zenner mất khoảng thời gian tùy do mình chọn C tụ điện và cách đặt cầu phân áp.
Để thay đổi thời gian trễ cần vào 2 thay đổi một tụ điện hai là cầu phân áp ba là zenner.
Ứng dụng điều khiển giữ nút mở cửa remote 5s lập tức 3 cánh cửa mở cịn lại cùng mở ra.
Hình 3.3: Các khóa cửa trên ơ tơ.
Trên mơ hình có bóng đèn dùng làm tín hiệu mơ phỏng các cánh cửa mở ra. Khi khóa cửa mở ra tùy theo mình thiết kế khóa cửa mở ra bao nhiêu giây tự đóng lại. mơ hình ở trên chọn 10s làm thí nghiệm khi các khóa cửa mở ra hoạt động 10s rồi đóng lại
3.1.2 Điều khiển đóng mở các cửa trên xe
Hình 3.4: Điều khiển đóng và mở cửa bên cạnh tài xế và các cửa phía sau.
3.2 Hệ thống điều khiển bảo vệ khóa cửa từ xa trên ơtơ Hộp điều khiển và công tắc điều khiển từ xa Hộp điều khiển và công tắc điều khiển từ xa
Hình 3.5: Hộp điều khiển từ xa và mạch điều khiển đảo chiều động cơ điện.
Khi bị phá cửa nhưng động cơ vẫn khơng hoạt bình thường, do hệ thống khóa cửa kết hợp điều khiển động cơ mất lửa nên động cơ không hoạt động.
Động cơ được hoạt động khi điều khiển cơng tắc khóa cửa hệ thống động cơ có lửa động cơ hoạt động bình thường.
KẾT LUẬN VÀ GIẢI PHÁP
Kết luận
Qua thời gian thực hiện đề tài người nghiên cứu đã đạt được một số kết quả sau:
- Xây dựng được một hệ thống điều khiển khóa cửa từ xa trên ơtơ. - Mơ hình đã hoạt động được các chức năng như sau:
+ Điều khiển đóng mở được các khóa cửa trên xe. + Chức năng mở khóa giữ 5s các cửa cùng mở. + Chức năng hoạt động mở khóa 10s rồi tự ngưng. + Chức năng bảo vệ xe chống mất trộm xe.
- Kinh phí thực hiện mơ hình đạt kết quả cao do kinh phí thấp mà vẫn hoạt động tốt.
Qua hệ thống khóa cửa giúp cho sinh viên đạt hiểu rõ hơn điều khiển từ xa nên chắc chắn sẽ đạt kết quả tốt .
Hạn chế
- Tuy đã hồn thành mơ hình hệ thống điều khiển khóa cửa từ xa trên ôtô nhưng vẫn chưa đạt được thẫm mĩ và chưa đạt được độ chính xác cao trên xe ơtơ…chỉ áp dụng làm thí nghiệm trong trường học. Do kinh phí và thời gian cịn hạn chế nên mơ hình chỉ đạt ra những mục tiêu như đã đề ra.
Hướng nghiên cứu
- Vì thời gian và kinh phí nghiên cứu cịn hạn chế nên bước đầu chỉ nghiên cứu điều khiển từ xa qua sóng RF. Nếu được tiếp tục nghiên cứu người nghiên cứu