CHƯƠNG I: HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG VÀ TÍN HIỆU TRÊN XE
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH CHIẾU SÁNG THÔNG MINH
3.2. Các bước thiết kế
3.2.3. Thiết kế hệ thống chiếu sáng góc cua
3.2.3.1. Thiết kế hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh
a. Thiết kế mô hình
Trên mô hình như hình ở phía dưới, bên cạnh 2 đèn cốt được bố trí lắp thêm 2 đèn phụ để chiếu sáng bổ sung cho đèn cốt khi xe vào cua. Hai đèn này sẽ được bố trí đặt lệch đi một góc 100 theo hướng cua lái.
Đèn chiếu phụ Hình 3.17. Bố trí đèn chiếu phụ khi xe vào cua trên mô hình
Hai đèn chiếu này được điều khiển bởi bộ điều khiển trung tâm, dựa theo các tín hiệu cảm biến tốc độ, cảm biến góc lái, và các tín hiệu bật đèn xi nhan đưa về.
b. Nguyên lý điều khiển đèn liếc tĩnh.
Đèn liếc tĩnh hoạt động dựa trên các tín hiệu cảm biến góc lái, cảm biến tốc độ và các tín hiệu đèn xi nhan trái, phải, tín hiệu đèn cốt bật.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh trên mô hình như sau:
- Đèn liếc tĩnh được kích hoạt khi có tín hiêu đèn cốt bật, tín hiệu tốc độ cho thấy xe đang chạy với tốc độ dưới 40 Km/h, và cảm biến góc lái cho thấy góc vôlăng quay được 1/3 vòng trở lên (ứng với cung đường có bán kính cua vòng nhỏ hơn 40 m – vô lăng trên mô hình được thiết kế đánh lái hết cỡ về một phía được 1 vòng ứng với góc quay vòng β của bánh dẫn hướng bên trong khoảng 32o).
- Đèn liếc tĩnh được kích hoạt ngay lập tức khi đèn cốt đang bật mà có tín hiệu đèn xi nhan được bật. Đèn xi nhan bên nào sáng thì đèn chiếu sáng góc cua tĩnh bên đó sẽ sáng.
c. Thiết kế mạch điện nguyên lý điều khiển đèn liếc tĩnh.
Bộ điều khiển trung tâm thực chất là một board mạch điều khiển relay có nhiệm vụ đóng, mở các relay điều khiển 2 đèn chiếu sáng góc cua. Mạch điều khiển relay này bao gồm một vi điều khiển AVR và các linh kiện khác, được lập trình sẵn để xử lý thông tin các tín hiệu cảm biến đưa về và xuất tín hiệu điều khiển relay điều khiển 2 đèn chiếu sáng góc cua.
Board mạch điều khiển trung tâm được thiết kế theo nguyên lý như sau:
Hình 3.18. Mạch nguyên lý điều khiển đèn liếc tĩnh b. Hoạt động
Việc điều khiển đóng ngắt các đèn chiếu sáng góc cua được thực hiện theo các nguyên lý :
Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh được kích hoạt khi đèn cốt bật, Tín hiệu tốc độ dưới 40 Km/h và góc đánh lái lớn hơn 20o
Giống như hệ thống đèn liếc tĩnh trong thực tế, hệ thống đèn chiếu sáng góc cua của mô hình cũng được kích hoạt khi có tín hiệu đèn cốt bật, tín hiệu tốc độ cho thấy
“xe chạy” dưới 40 Km/h và góc đánh lái đủ lớn.
Để có tín hiệu tốc độ và tín hiệu góc đánh lái đưa về cho mạch điều khiển trung tâm xử lý tín hiệu và kích hoạt hệ thống đèn chiếu sáng góc cua tĩnh, mô hình được thiết kế theo phương án sau:
Tạo tín hiệu của cảm biến tốc độ xe:
Như đã nói ở trên Hệ thống đèn chiếu sáng góc cua trong thực tế chỉ được kích hoạt khi tốc độ xe dưới 40 Km/h, vì vậy cần phải tạo ra tín hiệu cảm biến tốc độ đưa về mạch điều khiển trung tâm xử lý thông tin, để tạo ra tín hiệu cảm biến tốc độ, trên mô hình được bố trí một động cơ DC và sử dụng encoder để đo tốc độ quay của động cơ. Tốc độ của động cơ DC có thể thay đổi được nhờ biến trở do vi điều khiển xử lý nhờ kỹ thuật lập trình. Vì vậy ta hoàn toàn có thể thiết kế một board mạch hiển thị tốc độ giả định này bằng led.
Trên mô hình được thiết kế một “đồng hồ công tơ mét” hiển thị tốc độ xe bằng led.
Hiển thị tốc độ động cơ
Hình 3.19. Đồng hồ công tơ mét trên mô hình
khi đồng hồ công tơ mét hiển thị tốc độ xe là 40 Km/h, vi điều khiển lúc đó sẽ nhận biết được và cho kích hoạt hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh.
Trong thực tế đề tài sử dụng động cơ DC có tốc độ cao nhất là 360 vòng / phút.
Biến trở để điều xung động cơ có giá trị điện trở cao nhất là 10 K Ohm. Đĩa encoder có 60 rãnh.
Khi vặn biến trở về 0 Ohm, thì tốc độ động cơ đo được là 360 vòng / phút – tương ứng 6 vòng/ 1s, nên trong một giây số xung tối đa mà encorde đếm được và đưa về cho vi điều khiển là 360 xung.
Mô hình đề tài bố trí 3 led 7 đoạn để giả đồng hồ công tơ mét nên giá trị lớn nhất mà “đồng hồ công tơ mét” này hiển thị được là 150 km/h.Vì vậy ứng với số xung lớn nhất mà encorde có thể đếm được trong một giá trị thời gian sẽ được mặc định là tốc độ tối đa 150 km/h.
Sau khi tính toán ta thấy khi tốc độ giả định được hiển thị trên led 7 đoạn là 40 km/h thì số xung encorde đếm được vào khoảng là 160 xung/ giây.
Hình 3.20. Động cơ DC trang bị Encorde để giả tín hiệu tốc độ trên mô hình
Hệ thống đèn liếc tĩnh của mô hình được thiết kế theo các tiêu chuẩn của hệ thống đèn liếc tĩnh trong thực tế, vì vậy chỉ khi vi điều khiển đếm được số xung nhỏ hơn 160 xung / giây thì hệ thống mới hoạt động,.
Cảm biến góc lái.
Cảm biến góc lái Hình 3.21. Vị trí cảm biến góc lái
Cảm biến góc lái được sử dụng là dạng encoder được khoét 40 lỗ, tương đương với 40 xung được tạo ra.
Encoder mục đích dùng để quản lý vị trí góc của một đĩa quay, đĩa quay có thể là bánh xe, trục động cơ, hoặc bất kỳ thiết bị quay nào cần xác định vị trí góc.
Hình 3.22. Cảm biến góc lái
Incremental encoder, là loại encoder chỉ có 1, 2, hoặc tối đa là 3 vòng lỗ. Nếu bây giờ ta đục một lỗ trên một cái đĩa quay, thì cứ mỗi lần đĩa quay 1 vòng, ta sẽ nhận được tín hiệu, và ta biết đĩa quay một vòng. Nếu bây ta có nhiều lỗ hơn, ta sẽ có được
thông tin chi tiết hơn, có nghĩa là đĩa quay 1/4 vong, 1/8 vòng, hoặc 1/n vòng, tùy theo số lỗ nằm trên incremental encoder.
Cứ mỗi lần đi qua một lỗ, chúng ta phải lập trình để thiết bị đo đếm lên 1. Do vậy, encoder loại này có tên incremental encoder (encoder tăng lên 1 đơn vị).
Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục. Trên đĩa có các lỗ (rãnh). Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa. Khi đĩa quay, chỗ không có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led sẽ chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu.
Với các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được được đèn led có chiếu qua lỗ hay không.
Khi trục quay, giả sử trên đĩa chỉ có một lỗ duy nhất, cứ mỗi lần con mắt thu nhận được các tín hiệu từ đèn led thì có nghĩa là đĩa đã quay được một vòng.
Đây là nguyên lý rất cơ bản của Encoder. Tuy nhiên những vấn đề được đặt ra là, làm sao để xác định chính xác hơn vị trí của đĩa quay ( mịn hơn) và làm thế nào để xác định được đĩa đang quay theo chiều nào? Hình vẽ sau sẽ minh hoạt nguyên lý cơ bản của hoạt động của Encoder.
Hình 3.23. Nguyên lý làm việc của Encoder.
Trên hình vẽ, có một đĩa mask, không quay, đó là đĩa cố định, thực ra là để che khe hẹp ánh sáng đi qua, giúp cho việc đọc encoder được chính xác hơn mà thôi.
Xung incrementa Encoder:
Hình 3.24. Hình xung Encoder.
Ta thấy rằng nếu như khi xung A đang từ mức thấp xuống mức cao, mà lúc đó B đang ở mức thấp, thì chúng ta sẽ xác định được chiều chuyển động của encoder theo chiều mũi tên ( quay sang trái). Nếu A đang từ mức cao xuống mức thấp, mà B đang ở mức cao, thì chúng ta sẽ biết encoder đang quay theo chiều mũi tên ( quay sang phải).
Hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh được kích hoạt ngay lập tức khi đèn cốt bật và có tín hiệu đèn xi nhan.
- Giống như hệ thống đèn liếc tĩnh trong thực tế hệ thống chiếu sáng góc cua tĩnh của mô hình được thiết kế bật đèn chiếu sáng góc cua ngay lập tức khi có tín hiệu đèn xi nhan và tín hiệu đèn cốt đang bật.
- Khi đèn xi nhan được bật sẽ có tín hiệu điện áp đưa về vi điều khiển và vi điều khiển sẽ ngay lập tức đóng relay điều khiển đèn chiếu sáng góc cua trái nếu xi nhan bên trái bật, hoặc relay điều khiển đèn chiếu sáng góc cua phải nếu xi nhan bên phải được bật