ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔ PHỎNG HỆ THỐNG GẠT MƯA RỬA KÍNH TRÊN XE COROLLA ALTIS 2021
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
HỌC PHẦN: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI:
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG GẠT MƯA RỬA KÍNH TRÊN XE COROLLA ALTIS 2021
DANH MỤC HÌNH ẢNH.. 4
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG GẠT MƯA RỬA KÍNH.. 2
1.1. Tổng quan về hệ thống gạt nước trên ô tô. 2
1.2. Lịch sử ra đời2
1.3. Nhiệm vụ, phân loại và yêu cầu của hệ thống gạt nước. 4
1.4. Giới thiệu cảm biến gạt mưa tự động của xe ô tô. 5
CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG GẠT MƯA RỬA KÍNH XE COROLLA ALTIS........................................................................................................ 8
2.1. Cấu tạo. 8
2.2. Hệ thống gạt nước và rửa kính. 9
2.3. Nguyên lý hoạt động. 15
2.4. Chế độ gạt nước tự động. 21
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PROTEUS, ARDUINO IDE MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG GẠT MƯA TỰ ĐỘNG.. 22
3.1. Giới thiệu chung phần mềm proteus 8.13. 22
3.2. Giới thiệu chung phần mềm arduino IDE. 24
3.3. Thiết kế mạch bằng phần mềm proteus. 27
3.4. Chương trình điều khiển. 30
3.5. Kết quả mô phỏng. 35
3.6. Phân tích kết quả. 40
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 41
PHỤ LỤC 1 42
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Bà Mary Anderson (1866-1953)2
Hình 1. 2 Vị trí cảm biến. 5
Hình 2. 1 Cấu tạo chung của hệ thống gạt nước. 8
Hình 2. 2 Cấu tạo chung của hệ thống gạt nước. 9
Hình 2. 3 Cần gạt nước trên ô tô. 9
Hình 2. 4 Cấu tạo cần gạt nước. 10
Hình 2. 5 Các trạng thái của gạt nước. 11
Hình 2. 6 Công tắc gạt nước. 12
Hình 2. 7 Cấu tạo mô tơ gạt nước. 12
Hình 2. 8 Hoạt động kết hợp rửa kính và gạt nước. 13
Hình 2. 9 Hoạt động của công tắc dạng cam.. 15
Hình 2. 10 mạch điện nguyên lý hệ thống gạt mưa. 16
Hình 2. 11 Dòng điện chạy trong mạch khi bật chế độ MIST. 16
Hình 2. 12 Dòng điện chạy trong mạch khi bật chế độ OFF. 17
Hình 2. 13 Dòng điện chạy trong mạch khi bật chế độ low.. 18
Hình 2. 14 Dòng điện chạy trong mạch khi bật chế độ high. 18
Hình 2. 15 . Sơ đồ hoạt động gạt nước ở chế độ int19
Hình 2. 16 Nguyên lý hoạt động khi bật công tắc rửa kính on. 20
Hình 2. 17 Nguyên lý điều khiển gạt mưa tự động. 21
Hình 3. 1 Giao diện chính của chương trình. 22
Hình 3. 2 Menu chính của phần mềm.. 23
Hình 3. 3 Hình ảnh giao diện của phần mềm arduino.24
Hình 3. 4 Hình ảnh các nút lệnh thường dùng của ide. 24
Hình 3. 5 Hình ảnh vùng thông báo của phần mềm arduino ide.25
Hình 3. 6 . Ide menu. 25
Hình 3. 7 File menu. 25
Hình 3. 8 Click examples.26
Hình 3. 9 Chọn board. 26
Hình 3. 10 Mạch mô phỏng nguyên lý. 27
Hình 3. 11 Khối vi diều khiển. 27
Hình 3. 13 Modul I2C kết nối LCD.. 28
Hình 3. 12 Khối cảm biến mưa. 28
Hình 3. 14 Khối cảm biến hồng ngoại28
Hình 3. 16 Serial hiển thị giá trị điện trở. 29
Hình 3. 18 Khối motor gạt mưa và phun nước. 29
Hình 3. 15 Màn hình LCD.. 29
Hình 3. 17 Khối công tắc điều khiển. 29
Hình 3. 19 Trường hợp không mưa. 35
Hình 3. 20 Trường hợp mưa nhỏ. 36
Hình 3. 21 Trường hợp mưa lớn. 37
Hình 3. 22 Trường hợp có bụi bẩn. 37
Hình 3. 23 Chế độ thủ công. 38
Hình 3. 24 Tốc độ thấp. 39
Hình 3. 25 Tốc độ cao. 39
LỜI NÓI ĐẦU
Ngành ô tô thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang phát triển mạnh mẽ với việc ứng dụng ngày càng nhiều những thành tựu công nghệ thông tin vào sản xuất và lắp đặt các linh kiện ô tô. Hiện nay thì vấn đề trang bị trên ôtô là tiêu chí chính để đánh giá một chiếc xe hơi cao cấp. Hệ thống gạt mưa – rửa kính của ô tô là một bộ phận không thể thiếu khi xe vận hành trên đường, nhằm đảm bảo tính an toàn cho người và phương tiện khi tham gia giao thông. Xuất phát từ tình hình thực tế trên thế giới, bộ điều khiển gạt nước tự động đã được nghiên cứu và phát triển khá thành công ở nước ngoài, và được trang bị trên một số hãng xe lớn như BMW, Mercedes… Tuy nhiên căn cứ vào tình hình trong nước thì đa số người dân có thu nhập trung bình nên phần lớn người dân chưa có cơ hội sở hữu cho mình những chiếc xe cao cấp được trang bị hệ thống gạt nước và rửa kính tự động mà các hệ thống gạt nước mưa đa số vẫn làm việc trên nguyên tắc chuyển đổi bằng tay. Điều này đôi lúc gây bất lợi cho người lái xe,đó là luôn mất thời gian bật công tắc gạt nước trong khi lái xe trong điều kiệnthời tiết xấu (mưa, bão…), điều này gây mất tập trung và ảnh hưởng đến việc lái xe an toàn. Mặt khác để mở rộng tầm hiểu biết, vận dụng những gì đã học vào thực tế và để thuận tiện hơn cho người lái xe em đã có ý tưởng xây dựng một hệ thống gạt nước tự động thay vì phải điều chỉnh bằng tay trên các xe chưa được trang bị chức năng tự động. Hệ thống sẽ tự động chuyển sang ON khi phát hiện có mưa và dừng lại khi trời hết mưa.
CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN HỆ THỐNG GẠT MƯA RỬA KÍNH
1.1.Tổng quan về hệ thống gạt nước trên ô tô
Gạt nước là bộ phận nhỏ nhưng lại hết sức quan trọng đối với xe hơi. Nó có nhiệm vụ loại bỏ nước và bụi bẩn ra khỏi kính chắn gió, giúp người lái có một tầm nhìn tốt hơn khi điều khiển xe. Ngày nay, gạt nước được xem như một tiêu chuẩn không chỉ trên tất cả những chiếc xe hơi mà còn được trang bị cho xe lửa, tàu biển và cả máy bay nữa.
Một hệ thống cần gạt nước mưa cảm biến tự động, có thể phát hiện mưa trên kính chắn gió để bật cần gạt nước ô tô một cách phù hợp. Khi hệ thống làm việc sẽ giảm thiểu thời gian người lái xe phải rời tay ra khỏi tay lái. Hệ thống này phát hiện những giọt mưa trên kính chắn gió, tự động bật và điều chỉnh hệ thống gạt nước tương ứng với mức độ mưa.
1.2.Lịch sử ra đời
|
Hình 1. 1 Bà Mary Anderson (1866-1953) |
Sáng chế bởi một phụ nữ bình dị, cần gạt nước khiến tất cả tài xế không phải làm công việc chán ngắt là dừng xe để lau kính chắn gió. Sau 11 năm bị các hãng "ruồng bỏ", cuối cùng, năm 1916, cần gạt nước trở thành thiết bị tiêu chuẩn trên tất cả ôtô ở Mỹ và phổ biến cho đến ngày nay.
Ngày nay, mỗi khi trời mưa, bất cứ lái xe nào cũng nhận ra tầm quan trọng của đôi cần gạt nước, bởi không có nó, tốt nhất là nên dừng xe đợi cho trời tạnh nếu không muốn đâm vào đâu đó. Mặc dù thiết bị này đã được điện tử hóa như tự động gạt nước khi trời mưa, dừng khi tạnh hay có nhiều kiểu khác nhau, nhưng nó vẫn hoạt động và cấu tạo theo nguyên lý được phát minh 101 năm trước.
Mọi chuyện bắt đầu năm 1903. Khi đi trong thành phố New York, người phụ nữ mang tên Mary Anderson nhận ra rằng thỉnh thoảng, tài xế lại phải dừng xe, cầm chiếc khăn để lau hơi nước và tuyết phủ trên mặt kính. Thậm chí, có những người chẳng buồn gạt tuyết vì quá dày mà ló đầu ra cửa sổ đế lái. Dưới con mắt của một phụ nữ, bà thấy cần phải tạo ra một cái gì để giúp họ không cần dừng xe mà vẫn gạt được tuyết và giữ tầm nhìn.
Về nhà, Anderson thiết kế hệ thống cần gạt nước đầu tiên. Nhưng khi đưa ra ý tưởng đó, bà bỗng trở thành là trò cười của người xung quanh bởi theo họ, đấy là việc của đàn ông và sẽ chẳng có ai quan tâm tới “sự điên rồ” ấy. Tuy nhiên, sự dè bỉu chấm dứt năm 1905 và tình thế đảo ngược khi Anderson nhận bằng sáng chế tại Mỹ. Đó là minh chứng cho sức mạnh trí tuệ của phái nữ. Vào thời điểm nhận bằng phát minh, Anderson tròn 39 tuổi.
Cơ cấu hoạt động của thiết bị này hết sức đơn giản. Anderson dùng hai chiếc cần gắn vào thân xe và tiếp xúc với mặt kính bằng chiếc “lưỡi” cao su. Khi cần, người lái xe quay tay nắm đặt trong ca-bin. Qua cơ cấu truyền động, hai chiếc cần gạt nước sẽ chuyển động lên xuống để gạt tuyết và hơi nước, tạo tầm nhìn cho người lái. Tuy nhiên, ý tưởng của Anderson không nhận ngay được sự hưởng ứng của các hãng xe.
Khi giới thiệu thiết bị của mình cho một hãng Canada, Anderson nhận được câu trả lời: "Chúng tôi không nhận thấy bất cứ lợi ích nào từ sản phẩm này. Vì vậy, tốt nhất bà hãy mang nó về nhà". Phải tới 1916, tức 11 năm sau, cần gạt nước mới trở thành thiết bị tiêu chuẩn trên tất cả các xe ở Mỹ. Anderson phải cảm ơn Henry Ford bởi nhờ công nghệ sản xuất hàng loạt Model T, ôtô trở nên "bình dân" trong cho người tiêu dùng và phát minh của bà mới được biết đến.
Trước Anderson, rất nhiều người cố gắng chế tạo cần gạt tuyết và nước mưa từ trong xe. Tuy nhiên, đa số ý tưởng bị loại ngay từ trong trứng nước bởi họ cho rằng, qua mùa đông các tài xế lại cất thiết bị đó đi do chúng làm ảnh hưởng tầm nhìn. Nguyên nhân ở chỗ không giống Anderson, sản phẩm của những người đi trước nằm “lù lù” ngay trên kính chắn gió mà không nằm xuống chân trong khi cơ cấu truyền động phức tạp và khó xoay, dễ gây mất tập trung cho người lái.
Một cách độc lập với Anderson, năm 1911, chiếc cần gạt nước khác được công nhận và đăng ký sáng chế ở văn phòng Sloan & Lloyd Barnes, London. Nghĩa là nếu không có Anderson, thiết bị này vẫn được phát minh nhờ vào bản vẽ của... nghệ sĩ piano Jozef Hofmann.
Một thời gian ngắn sau khi trở thành thiết bị tiêu chuẩn, cần gạt nước nhanh chóng được cơ giới hóa và tự động hóa như ngày nay.
Về hệ thống cảm biến mưa hiện tại sử dụng một bộ cảm biến quang học để phát hiện sự hiện diện của nước trên kính chắn gió và chuyển tiếp dữ liệu điều khiển cần gạt tới mô-đun điều khiển chính của xe (bcm). Nhưng các cảm biến mưa quang học chỉ cung cấp một diện tích cảm biến nhỏ, dễ dẫn đến các lỗi chủ động và quá đắt đỏ để được thêm vào như là thiết bị tiêu chuẩn trong hầu hết các loại xe.
1.3. Nhiệm vụ, phân loại và yêu cầu của hệ thống gạt nước
1.3.1. Nhiệm vụ
Hệ thống gạt nước trên ô tô là một hệ thống đảm bảo cho người lái nhìn được rõ ràng bằng cách gạt nước nước mưa trên kính trước và kính sau khi trời mưa.
Hệ thống có thể làm sạch bụi bẩn trên kính chắn gió phía trước nhờ thiết bị rửa kính. Vì vậy, đây là thiết bị cần thiết cho sự an toàn của xe khi tham gia giao thông.
1.3.2. Phân loại
- Motor gạt mưa được truyền động từ động cơ ô tô.
- Motor gạt mưa chạy bằng khí nén.
- Motor gạt mưa được truyền từ động cơ điện (hiện nay tất cả các xe ô tô đều sử dụng loại này).
1.3.3. Yêu cầu
Hệ thống gạt nước và rửa kính là một hệ thống đảm bảo cho người lái nhìn được rõ ràng bằng cách gạt nước mưa trên kính trước và kính sau khi trời mưa.
Hệ thống có thể làm sạch bụi bẩn trên kính chắn gió phía trước nhờ thiết bị rửa kính. Vì vậy, đây là thiết bị cần thiết cho sự an toàn của xe khi chạy.
Gần đây một số kiểu xe có thể xe có thể thay đổi tốc độ gạt nước theo tốc độ xe và tự động gạt nước khi trời mưa.
Hệ thống gạt mưa trên ô tô phải hoạt động nhẹ nhàng, linh hoạt, ổn định và phù hợp với từng điều kiện trời mưa (mưa to hoặc mưa nhỏ). [3]
1.4. Giới thiệu cảm biến gạt mưa tự động của xe ô tô
1.4.1.
Công dụng
|
Hình 1. 2Vị trí cảm biến |
Với cảm biến gạt mưa tự động trang bị trên xe, người lái sẽ không còn phải bận tâm về việc điều khiển công tắc gạt mưa, thay vào đó là tập trung vào lái xe. Cảm biến gạt mưa tự động sẽ thay thế tài xế điều khiển motor gạt để làm sạch kính chắn gió phía trước, giúp đảm bảo tầm nhìn luôn ưu nhất trong những lúc điều kiện thời tiết trở nên xấu đi.
Sản phẩm cảm biến gạt mưa được thiết kế gồm 3 bộ phận chính là: diot quang học, đèn hồng ngoại và cuối cùng là module dùng để điều khiển điện tử.
1.4.2. Nguyên lý hoạt động
Hoạt động dựa trên cơ chế nhận diện sự thay đổi của ánh sáng. Được chiếu qua tấm kính chắn gió của ô tô. Công dụng của sản phẩm gạt mưa tự động là phát hiện được các vết bẩn và nước trên bề mặt của kính xe.
Nó dùng để điều khiển điện tử và có khả năng nhận thông tin. Từ đó điều khiển chính xác hoạt động của cần gạt ô tô.
Hệ thống của sản phẩm cảm biến được sử dụng một mô-đun.Khi sử dụng, chúng ta có thể dễ dàng thấy bộ phận mô-đun điều khiển có chứa những đi-ốt làm phát ra những tia hồng ngoại trên bề mặt của kính chắn gió. Khi kính xe ô tô là trong suốt, tia hồng ngoại sẽ lập tức được phản xạ ngược lại. Các cảm biến cũng sẽ nhận được tín hiệu này ngay khi đó. Trái ngược lại, khi trên kính xuất hiện các giọt nước mưa và bụi bẩn. Chùm tia hồng ngoại sẽ không phản xạ đến các cảm biến mà nó sẽ đi qua những giọt nước và bụi bặm.
Ánh sáng được phản xạ tạo ra một điện áp trong bộ phận mô-đun điện tử. Khi ánh sáng được phản xạ càng lớn thì chúng có thể tạo ra một điện áp càng lớn và ngược lại. Theo thiết kế của mô đun thì tốc độ và thời gian hoạt động của cần gạt nước cần phải phụ thuộc vào yếu tố mức độ ẩm ướt của kính chắn gió ô tô.
Những người lái xe ô tô cũng có thể dễ dàng điều chỉnh được mức độ hoạt động của sản phẩm cần gạt.
1.4.3. Có nên lắp cảm biến gạt mưa?
Khi lắp cảm biến gạt mưa, hệ thống gạt mưa ô tô sẽ tự động được kích hoạt nếu phát hiện kính lái bị bám nước. Điều này giúp cho người lái không cần phải bận tâm đến việc bật/tắt công tắc gạt mưa nhờ đó có thể tập trung lái xe hơn.
Cảm biến gạt mưa ô tô có khả năng tự động kích hoạt cũng như điều chỉnh tốc độ gạt nước theo mật độ nước mưa bám trên kính lái. Với tốc độ phản ứng lên đến 10 phần nghìn giây, nếu phát hiện nước mưa, nước bẩn trên kính chắn gió thì ngay lập tức gạt mưa sẽ được kích hoạt.
Ví dụ như trường hợp bạn đang chạy xe thì có một chiếc xe khác đột ngột chạy qua vũng nước lớn với tốc độ cao làm nước bắn vào kính lái xe bạn. Tình huống bất ngờ này rất nguy hiểm vì nó ảnh hưởng nghiêm trọng đến tầm nhìn và đôi khi đến quá nhanh khiến chúng ta không kịp phản ứng. Nếu xe bạn có cảm biến gạt mưa thì thiết bị sẽ tự động kích hoạt gạt mưa ngay tức thì, nhanh chóng dọn sạch nước bám trên kính trả lại tầm nhìn thông thoáng. Khi kính đã sạch nước gạt mưa sẽ tự động tắt, rất tiện lợi.
Đây chính là lý do vì sao hiện nay không chỉ các hãng xe sang như Mercedes, BMW, Audi, Lexus… mà ngay cả những hãng xe phổ thông như Toyota, Honda, Mazda, Mitsubishi, Nissan, Hyundai, Kia… cũng chủ động trang bị cảm biến gạt mưa cho những mẫu xe của mình. Tuy nhiên, vì để tối ưu giá bán thì vẫn có một số mẫu xe, phiên bản xe giá rẻ không được trang bị sẵn cảm biến gạt mưa tự động. Với các trường hợp này hoặc trường xe đời cũ, chủ xe hoàn toàn có thể tự độ cảm biến gạt mưa.
CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG GẠT MƯA RỬA KÍNH XE COROLLA ALTIS
2.1. Cấu tạo
Hệ thống gạt nước và rửa kính trên xe corolla altis bao gồm các bộ phận sau:
- Cần gạt nước phía trước/ lưỡi gạt nước phía trước.
- Motor và cơ cấu dẫn động gạt nước phía trước
- Vòi phun của bộ phận rửa kính trước.
- Bình chứa nước rửa kính (có motor rửa kính).
- Công tắc gạt nước và rửa kính (có relay điều khiển gạt nước gián đoạn).
- Cần gạt nước phía sau/ lưỡi gạt nước phía sau.
- Motor gạt nước phía sau.
- Relay điều khiển bộ gạt nước phía sau.
- Bộ điều khiển gạt nước ( ecu j/b phía hành khách).
10. Cảm biến nước mưa.
2.2. Hệ thống gạt nước và rửa kính
Cấu tạo:
Cấu trúc của cần gạt nước là một lưỡi cao su được lắp vào thanh kim loại gọi là thanh gạt nước. Gạt nước được dịch chuyển tuần hoàn nhờ cần gạt. Lưỡi gạt tương tự như những cái chổi cao su dài. Bề mặt tiếp xúc giữa lưỡi gạt và mặt kính chắn gió được phủ lên một lớp cao su mỏng. Vì lưỡi gạt nước được ép vào kính trước bằng lò xo nên gạt nước có thể gạt được nước mưa nhờ dịch chuyển thanh gạt nước. Chuyển động tuần hoàn của gạt nước được tạo ra bởi motor và cơ cấu dẫn động. Vì lưỡi cao su lắp vào thanh gạt nước bị mòn do sử dụng và do ánh sáng mặt trời và nhiệt độ môi trường v.v … nên phải thay thế
phần lưỡi cao su này một cách định kỳ.
Gạt nước thông thường có thể nhìn thấy từ phía trước của xe. Tuy nhiên, để đảm bảo tính khí động học, bề mặt lắp ghép phẳng và tầm nhìn rộng nên những gạt nước gần đây được che đi dưới nắp ca pô. Cấu tạo thanh gạt nước có 2 loại:
- Gạt nước được che một nửa là gạt nước có thể nhìn thấy một phần
Với gạt nước che hoàn toàn nếu nó bj phủ băng tuyết hoặc ở trong các điều kiện khác, thì gạt nước không thể dịch chuyển được. Nếu cố tình làm sạch tuyết bằng cách cho hệ thống gạt nước hoạt động cưỡng bức có thể làm hỏng motor gạt nước. Để ngăn ngừa hiện tượng này, phần lớn các mẫu xe có cấu trúc chuyển chế độ gạt nước che hoàn toàn sang chế độ gạt nước che một phần bằng tay.
- Gạt nước che hoàn toàn là gạt nước không nhìn thấy
Sau khi bật sang gạt nước che một nửa, cần gạt nước có thể đóng trở lại bằng cách dịch chuyển nó theo hướng mũi tên được chỉ ra trên hình vẽ.
2.2.1.
Công tắc gạt nước và rửa kính
Công tắc gạt nước được bố trí trên trục lái, đó là vị trí mà người lái có thể điều khiển bất kỳ lúc nào khi cần. Công tắc gạt nước có các chế độ:
+ OFF: công tắc gạt mưa ở chế độ dừng, cần gạt mưa nằm gọn dưới kính chắn gió.
+ LO: Mô tơ gạt nước chạy ở tốc độ thấp.
+ HI: Mô tơ gạt nước chạy ở tốc độ cao.
+ MIST: Gạt nước ở chế độ sương mù.
+ INT: Gạt nước hoạt động ở chế độ gián đoạn trong một khoảng thời gian nhất định, dựa trên sự hoạt động của một “rơ le gạt nước gián đoạn” và các vị trí khác để điều khiển chuyển động của nó. Một số xe có vị trí MIST (gạt nước chỉ hoạt động khi công tắc gạt nước ở vị trí MIST (sương mù)), vị trí INT (gạt nước hoạt động ở chế độ gián đoạn trong một khoảng thời gian nhất định) và một công tắc thay đổi để điều chỉnh khoảng thời gian gạt nước.
Công tắc rửa kính: là Công tắc bộ phận rửa kính được két hợp với công tắc gạt nước. Khi bật công tắc này thì motor rửa kính hoạt động và phun nước rửa kính.
|
Hình 2. 6 Công tắc gạt nước |
2.2.2. Mô tơ gạt nước và rửa kính
Mô tơ gạt nước gồm có mô tơ và bộ truyền bánh răng để là giảm tốc độ ra của mô tơ.
Mô tơ gạt nước có 3 chổi than tiếp điện: chổi than tốc độ thấp, chổi than tốc độ cao và một chổi than dùng chung (để tiếp mát).
Một công tắc dạng cam được bố trí trong bánh răng để gạt nước dừng ở vị trí cố định trong mọi thời điểm (giúp cho mô tơ gạt mưa luôn trở về vị trí ban đầu khi tắt công tắc ở bất kỳ vị trí nào trong lúc họat động)
|
Hình 2. 7 Cấu tạo mô tơ gạt nước |
|
Hình 2. 8 Hoạt động kết hợp rửa kính và gạt nước |
Motor rửa kính trước/ kính sau:
Đổ nước vào bình chứa trong khoang động cơ. Bình chứa nước rửa kính được làm từ bình nhựa mờ và nước rửa kính được phun nhờ motor rửa kính đặt trong bình chứa.
Motor bộ rửa kính có dạng cánh quạt như được sử dụng trong bơm nhiên liệu. Có hai loại hệ thống rửa kính đối với ô tô có rửa kính sau: một bộ bình chứa chung cho cả bộ phân trước và sau còn loại kia có hai bình chứa riêng cho bộ phận rửa kính trước và bộ phận rửa kính sau. Ngoài ra, còn có một loại điều khiển vòi phun cho các kính trước và kính sau nhờ motor rửa kính điều khiển các van và một loại khác có hai motor riêng cho các bộ phận rửa kính trước và phận rửa kính sau được đặt trong bình chứa vận hành kết hợp với bộ phận rửa kính.
Loại này tự động điều khiển cơ cấu gạt nước khi phun nước rửa kính sau khi bật công tắc rửa kính một thời gian nhất định, đó là “sự vận hành kết hợp với bộ phận rửa kính”. Đó là sự vận hành để gạt nước rửa kính được phun trên bề mặt kính trước.
2.2.3. Relay điều khiển gạt nước gián đoạn
Relay này kích hoạt các gạt nước hoạt động một cách gián đoạn. Phần lớn các kiểu xe gần đây các công tắc gạt nước có relay này được sử dụng rộng rãi. Một relay nhỏ và mạch transistor gồm có tụ điện và điện trở cấu tạo thành relay điều khiển gạt nước gián đoạn. Dòng điện tới motor gat nước được điều khiển bằng relay theo tín hiệu được truyền từ công tắc gạt nước làm cho motor gạt nước chạy gián đoạn.
2.2.4. Công tắc dạng cam
Cơ cấu gạt nước có chức năng dừng thanh gạt nước tại vị trí cố định. Do có chức năng này thanh gạt nước luôn được đảm bảo dừng ở vị trí cuối cùng của kính chắn gió khi tắt công tắc gạt nước. Công tắc dạng cam thực hiện chức này. Công tắc này có đĩa cam xẻ rãnh chữ v và 3 điểm tiếp xúc. Khi công tắc nước ở vị trí lo/hi, điện áp ắc quy được đặt vào mạch điện và dòng điện đi vào motor gạt nước qua công tắc gạt nước làm cho motor gạt nước quay.
Tuy nhiên ở thời điểm công tắc gạt nước off, nếu tiếp điểm p2 ở vị trí tiếp xúc mà không phải ở vị trí rãnh thì điện áp của ắc quy vẫn được đặt vào mạch điện và dòng điện đi vào motor gạt nước tới tiếp điểm p1 qua tiếp điểm p2 làm cho motor tiếp tục quay. Sau đó bằng việc quay đĩa cam làm cho tiếp điểm p2 ở vị trí rãnh do đó dòng điện không đi vào mạch điện và motor gạt nước bị dừng lại. Tuy nhiên, do quán tính của phần ứng motor không dừng lại ngay lập tức và tiếp tục quay một ít. Kết quả là tiếp điểm p3 vượt qua điểm dẫn điện của đĩa cam. Thực hiện đóng mạch như sau:
|
Hình 2. 9 Hoạt động của công tắc dạng cam |
Phần ứng → cực (+1) của motor → công tắc gạt nước → cực s của motor gạt nước → tiếp điểm p1 → p3 → phần ứng. Vì phần ứng tạo ra sức điện động ngược trong mạch đóng này, nên quá trình hãm motor bằng điện được tạo ra và motor được dừng lại tại điểm cố định.
2.3. Nguyên lý hoạt động
Gồm 2 chế độ: bình thường và tự động.
- Chế độ bình thường: công tắc gạt ở vị trí off
Hệ thống gạt nước hoạt động theo các chế độ có sẵn (tùy theo xe). Bao gồm các chế độ điều khiển motor gạt nước: high, low và stop dựa trên sự thay đổi vị trí của cụm công tắc gạt nước.
- Chế độ tự động: công tắc gạt ở vị trí on
Bộ vi xử lí dựa trên tín hiệu của cảm biến để điều khiển các chế độ của motor gạt nước bao gồm các chế độ tương ứng sau:
Không mưa: stop
Mưa nhỏ: low
Lớn: high
|
Hình 2. 10 mạch điện nguyên lý hệ thống gạt mưa |
Phần ứng (roto) => cực (+) 1 của mô tơ => công tắc gạt nước => cực S của mô tơ gạt nước tiếp điểm S => E phần ứng. vì phần ứng tạo ra sức điện động ngược trong mạch đóng này, nên quá trình hãm mô tơ bằng điện được tạo ra và mô tơ được dừng lại tại điểm cố định.
2.3.1.
Chế độ MIST
|
Hình 2. 11 Dòng điện chạy trong mạch khi bật chế độ MIST |
Chế độ MIST được sử dụng khi xe đi dưới điều kiện độ ẩm cao, sương mù. Khi tài xế bật công ttawwst về vị trí MIST, công tawwsc sẽ tự chả về OFF ngay sau khi nha tay ra. Lúc này, cần gạt mua sẽ gạt được một vòng và trở về vị trí ban đầu.
Khi công tắc bật vị trí MIST, chân B thông với (+1), có dòng điện từ cầu chì, vào cực B => (+1) của công tắc => (+1) của mô tơ => E => mass làm motor quay châm.
2.3.2.
|
Hình 2. 12 Dòng điện chạy trong mạch khi bật chế độ OFF |
Chế độ OFF
Khi gạt mưa đang chạy, tài xế trả công tác về vị trí OFF. Lúc này mô tơ đang ỏ vị trí khác ban đầu nên tiếp điểm S nối vói tiếp điểm B. Nên dòng điện từ cực B của mô to => tiếp điểm S của mô tơ => S của công tắc => (+1) công tắc => (+1) mô tơ => E => Mass. Làm mô tơ tiếp tục quay.
Khi gạt mưa về đúng vị trí, tiếp điểm S ngắt với B và nối với E. Lúc này roto bị mất nguồn đột ngột và tạo ra suất điện động ngược đi từ +1 mô tơ => công tắc => chân S mô tơ => về E. Suất điện động này xuất hiện trong thời gian rất ngắn và có tác dụng tạo ra lực hãm tức thời nhằm triệt tiêu lực quán tính của cơ cấu gạt mưa giúp hệ thống dừng lại đúng vị trí.
Lưu ý: Nếu tại vị trí dừng, tiếp điểm S-E không nối với nhau có thể làm mất suất điện động ngược và nếu quán tính quay của mô tơ lớn có thể sẽ vượt qua tiếp điểm và làm cho B nối thông với S làm cho gạt mưa tiếp tục quay.
2.3.3.
|
Hình 2. 13 Dòng điện chạy trong mạch khi bật chế độ low |
Chế độ low và chế độ high
|
Hình 2. 14 Dòng điện chạy trong mạch khi bật chế độ high |
Chế độ low: gạt liên tục ở tốc độ thấp, sử dụng khi xe đi dưới trời mưa vừa.
Chế độ high: Gạt liên tục ở tốc độ cao. Được sử dụng khi mưa lớn.
Khi công tắc bật vị trí low, chân B thông với chân +1, dòng điện đi từ chân B đến chân +1 của mô tơ rồi ra mass => Làm mô tơ quay với tốc độ chậm.
Khi công tắc bật vị trí high, chân B thông với chân +2, dòng điện đi từ chân B đến chân +2 của mô tơ rồi ra mass => Làm mô tơ quay với tốc độ cao.
2.3.4.
|
Hình 2. 15 . Sơ đồ hoạt động gạt nước ở chế độ int |
Chế độ INT
Hoạt động khi bật on: khi bật công tắc gạt nước đến vị trí on thì transistor Tr l được bật lên một lúc làm cho tiếp điểm relay được chuyển từ a sang b .Khi tiếp điểm relay tới vị trí b dòng điện đi vào motor (lo) và motor bắt đầu quay ở tốc độ thấp.
Hoạt động khi transistor Tr 1 ngắt off: Tr 1 nhanh chóng ngắt ngay làm cho tiếp điểm relay chuyển lại từ b về a. Tuy nhiên, khi motor bắt đầu quay tiếp điểm của công tắc cam chuyển từ p3 sang p2, do đó dòng điện tiếp tục đi vào chổi than tốc độ thấp của motor vào motor làm việc ở tốc độ thấp rồi dừng lại khi tới vị trí dừng cố định. Transistor Tr 1 lại bật ngay làm cho gạt nước tiếp tục hoạt động gián động trở lại. Ở loại gạt nước có điều chỉnh thời gian đoạn, biến trở thay đổi giá trị nhờ xoay công tắc điều chỉnh và mạch điện transistor điều chỉnh koangr thời gian cấp điện cho transistor và làm cho thời gian hoạt động gián đoạn được thay đổi.
2.3.5. Khi bật công tắc rửa kính on
Khi bật công tắc rửa kính dòng điện đi vào motor rửa kính đến công tắc về mass làm mô tơ hoạt động.
Ở cơ cấu gạt nước có sự kết hợp với rửa kính, transistor Tr 1 bật theo chu kì đã xác định khi motor gạt nước hoạt động làm cho gạt nước hoạt động một hoặc hai lần ở tốc độ thấp nhất.
|
Hình 2. 16 Nguyên lý hoạt động khi bật công tắc rửa kính on |
Thời gian Tr 1 bật là thời gian để tụ điện trong mạch transistor nạp điện trở lại. Thời gian nạp điện của tụ điện phụ thuộc vào thời gian đóng công tắc rửa kính.
2.4. Chế độ gạt nước tự động
2.4.1. Khái quát
Trên những dòng xe đời mới, hệ thống gạt nước được trang bị chế độ auto. Chế độ này sử dụng một cảm biến mưa lắp dưới kính chắn gió để phát hiện lượng mưa và điều khiển thời gian gạt mưa một cách tối ưu.
2.4.2. Cảm biến mưa
Cảm biến mưa gồm có 1 diot phát tia hồng ngoại và một diot quang để xác nhận tia này. Phương pháp phát hiện lượng mưa dựa trên lượng tia hồng ngoại dduojc phản xạ bởi kính trước của xe.
Nếu không có mưa trên khu vực phát hiện, các tia hồng ngoại phát ra tù LED đều được kính trước phản xạ và diot quang sẽ nhận được các tia phản xạ này. Một dải cảm biến mua sẽ điền vào khe hở giữa thấu kính và kính trước. Nếu có mưa ở khu vực phát hiện thì 1 phần tia hồng ngoại sẽ bị xuyên thấu ra ngoài do sụ thay đổi hệ số phản xạ cua rkinhs xe do mưa. Do đó lương tia hồng ngoại do diot quang nhận được giảm xuống. Đây là tín hiệu để xác định mưa.
|
Hình 2. 17 Nguyên lý điều khiển gạt mưa tự động |
Vì vậy đây là chức năng điều khiển chế độ hoạt động của gạt nước ở tốc độc thấp, tốc độ cao và gián đoạn cũng như thời gian gạt nước tối ưu.
Một số xe có chức năng điều khiển gạt mưa tự động, có thể điều khiển tự tốc độ gạt mưa theo tốc độ xe chạy, chạy nhanh => gạt nhanh, chạy chậm => gạt chậm.
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PROTEUS, ARDUINO IDE MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG GẠT MƯA TỰ ĐỘNG
3.1. Giới thiệu chung phần mềm proteus 8.13
Proteus là phần mềm của hãng labcenter dùng để vẽ sơ đồ nguyên lý, mô phỏng và thiết kế mạch điện. Gói phần mêm gồm có phần mềm chính:
+ isis dùng để vẽ sơ đồ nguyên lý và mô phỏng
+ ares dùng để thiết kế mạch in.
3.1.1.
|
Hình 3. 1 Giao diện chính của chương trình |
Giao diện chính của chương trình
|
Hình 3. 2 Menu chính của phần mềm |
menu: bao gồm các menu như.
- Các nút mô phỏng
: Mô phỏng liên tục.
: Mô phỏng từng bước.
: Tạm dừng mô phỏng.
: Dừng mô phỏng.
3.1.2. Các thao tác cơ bản
- Chọn đối tượng: Nhấp chuột phải lên đối tượng.
- Bỏ chọn đối tượng: nhấp chuột phải lên vùng trống.
- Xoá đối tượng: nhấp đôi chuột phải lên vùng trống.
- Di chuyển: chọn, kéo rê bằng chuột trái đến vị trí mới.
- Dùng bánh xe của chuột để phóng to hoặc thu nhỏ đến từng đối tượng.
- Dùng bàn phím:
+ F6: Phóng to.
+ F7: Thu nhỏ.
+ F8: Xem toàn mạch.
- Sử dụng thư viện: Để tìm linh kiện mô phỏng sử dụng thư viện bằng cách chọn library/pick device/ symbol…p hoặc nhấn phím p hoặc click chuột trái vào nút p khi đóthư viện được mở.
3.2. Giới thiệu chung phần mềm arduino IDE
3.2.1. Giao diện của arduino IDE
|
Hình 3. 3 Hình ảnh giao diện của phần mềm arduino. |
Dưới đây là giao diện chính của phần mềm arduino:
- Vùng lệnh:
|
Hình 3. 4 Hình ảnh các nút lệnh thường dùng của ide |
Bao gồm các nút lệnh menu (file, edit, sketch, tools, help). Phía dưới là các icon cho phép sử dụng nhanh các chức năng thường dùng của ide được miêu tả như sau:
- Vùng viết chương trình:
Ta sẽ viết các đoạn mã của mình tại đây. Tên chương trình sẽ được hiển thị ngay dưới dãy các icon, ở đây nó tên là “blink”. Để ý rằng phía sau tên chương trình có một dấu “§”. Điều đó có nghĩa là đoạn chương trình chưa được lưu lại.
|
Hình 3. 5 Hình ảnh vùng thông báo của phần mềm arduino ide. |
Vùng thông báo (debug):
Những thông báo từ ide sẽ được hiển thị tại đây. Để ý rằng góc dưới cùng bên phải hiển thị loại board arduino và cổng com được sử dụng. Luôn chú ý tới mục này bởi nếu chọn sai loại board hoặc cổng com, chúng ta sẽ không thể upload được code của mình.
- Arduino ide menu:
|
Hình 3. 6 . Ide menu |
+ File menu:
|
Hình 3. 7 File menu |
Trong file menu chúng ta quan tâm tới mục examples đây là nơi chứa code mẫu
|
Hình 3. 8 Click examples. |
Ví dụ như: cách sử dụng các chân digital, analog, sensor …
+ Mục board: chúng ta cần phải lựa chọn bo mạch cho phù hợp với loại bo mà ta sử dụng nếu là arduino uno thì phải chọn như hình:
|
Hình 3. 9 Chọn board |
Nếu chúng ta sử dụng loại bo khác thì phải chọn đúng loại bo mà mình đang có nếu sai thì code upload vào chip sẽ bị lỗi.
Serial port: đây là nơi lựa chọn cổng com của arduino. Khi chúng ta cài đặt driver thì máy tính sẽ hiện thông báo tên cổng com của arduino là bao nhiêu, ta chỉ việc vào serial port chọn đúng cổng com để nạp code, nếu chọn sai thì không thể nạp code cho arduino được.
3.3.
|
Hình 3. 10 Mạch mô phỏng nguyên lý |
Thiết kế mạch bằng phần mềm proteus
3.3.1.
Các khối điều khiển chính
|
Hình 3. 11 Khối vi diều khiển |
|
Hình 3. 12 Khối cảm biến mưa |
|
Hình 3. 13 Modul I2C kết nối LCD |
|
Hình 3. 14 Khối cảm biến hồng ngoại |
|
Hình 3. 15 Màn hình LCD |
|
Hình 3. 16 Serial hiển thị giá trị điện trở |
|
Hình 3. 17 Khối công tắc điều khiển |
|
Hình 3. 18 Khối motor gạt mưa và phun nước |
3.4. Chương trình điều khiển
#include
#include
#define h 2
#define l 4
#define off 5
#define au 7
#define rain 8
#define rk 6
#define out 11
#define in 12
#include
int gq = 150;
int pos = 0;
int a = 0;
int aa = 0;
Servo myservo;
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
//serial.begin(9600);
lcd.init();
lcd.backlight();
myservo.attach(3);
pinMode(l, INPUT_PULLUP);
pinMode(h, INPUT_PULLUP);
pinMode(off, INPUT_PULLUP);
pinMode(au, INPUT_PULLUP);
pinMode(rain, INPUT);
pinMode(in, INPUT);
pinMode(rk,INPUT_PULLUP);
pinMode(out,OUTPUT);
//serial.println(" da khoi
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
if ( digitalRead(au)==0)
{
a = analogRead(A0);
aa = map(a, 150, 900, 0, 20);
//Serial.println(a);
delay(5);
lcd.setCursor(2, 0);
lcd.print(" rain sendor ");
if(a>=900)
{
lcd.setCursor(4,1);
lcd.print(" not rain ");
myservo.write(0);
}
else if(a>600&&a<900) {
lcd.setCursor(4,1);
lcd.print(" small rain ");
servo(); }
else if (a<=600) {
lcd.setCursor(4,1);
lcd.print(" heavi rain ");
servo(); }}
else {
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(" manunal ");
if(digitalRead(off)==0)
{
lcd.setCursor(3,1);
lcd.print(" che do off ");
myservo.write(0);
}
else if( digitalRead(l)==0)
{
lcd.setCursor(3,1);
lcd.print(" che do low ");
servo();
}
else if( digitalRead(h)==0)
{
lcd.setCursor(3,1);
lcd.print(" che do high ");
servo();
}
}
if (digitalRead(rk)==0||digitalRead(in)==1)
{
digitalWrite(out, HIGH);
}
else
{
digitalWrite(out, LOW);
}
}
void servo()
{
for (pos=0; pos <= gq; pos+=1)
{
if (digitalRead(au)==0)
{
a = analogRead(A0);
aa = map(a,150,900,0,20);
if(a<900)
{
myservo.write(pos);
delay(aa);
}
else
{
}
}
else
{
if (digitalRead(off) == 0)
{
}
else if (digitalRead(l) == 0)
{
myservo.write(pos);
delay(8);
}
else if (digitalRead(h) == 0)
{
myservo.write(pos);
delay(2);
}
}
}
for (pos=gq; pos >= 0; pos -=1)
{
if (digitalRead(au)==0)
{
a = analogRead(A0);
aa = map(a,150,900,0,20);
if(a<900)
{
myservo.write(pos);
delay(aa);
}
else
{
}
}
else
{
if (digitalRead(off) == 0)
{
}
else if (digitalRead(l) == 0)
{
myservo.write(pos);
delay(8);
}
else if (digitalRead(h) == 0)
{
myservo.write(pos);
delay(2);
3.5. Kết quả mô phỏng
- Trường hợp không có mưa
|
Hình 3. 19 Trường hợp không mưa |
Nếu trong trường hợp không mưa. Lúc này giá trị điện trở mà cảm biến mưa đọc được lớn hơn 900 Ω. Lcd sẽ hiển thị not rain.
|
Hình 3. 20 Trường hợp mưa nhỏ |
- Trường hợp mưa nhỏ
Nếu trường hợp mưa nhỏ thì giá trị điện trở của cảm biến mưa đọc được là 600 đến 900 Ω. Lúc này lcd sẽ hiện là small rain và motor gạt nước quay với tốc độ chậm tuỳ vào giá trị điện trở được đọc qua cảm biến mưa trả về.
- Trường hợp mưa lớn
Nếu trường hợp mưa nhỏ thì giá trị điện trở của cảm biến mưa đọc được nhỏ hơn 600 Ω. Lúc này lcd sẽ hiện là heavi rain và motor gạt nước quayvới tốc độ nhanh tuỳ vào giá trị điện trở được đọc qua cảm biến mưa trả về.
Khi lượng mưa giảm dần và hết nước thì giá trị điện trở cảm biến mưa đọc được lớn hơn 900 motor gạt mưa sẽ quay về vị trí nghỉ để tránh cản trở tầm nhìn.
|
Hình 3. 21 Trường hợp mưa lớn |
- Trường hợp phát hiện có bụi
|
Hình 3. 22Trường hợp có bụi bẩn |
Trong trường hợp này cảm biến hồng ngoại chiếu qua hạt bụi do đó đầu thu tín hiệu sẽ không nhận hoặc nhận được ít tín hiệu hồng ngoại. Làm cho nội trở giảm xuống lúc này dòng điện sẽ được đi qua gửi về vđk. Vđk nhận đượctín hiệu điệp áp và gửi dòng điện 5v để đóng relay làm quay motor phun nước rửa kính. Đồng thời cảm biến mưa nhận được lượng nước phun lên từ motor rửa kính và gửi tín hiệu về vđk để điều khiển motor gạt mưa.
|
Hình 3. 23Chế độ thủ công |
- Trường hợp sử dụng chế đồ thủ công
Khi bật công tắc sang chế độ thủ công thì mặc định nó sẽ ở chế độ tắt.
Lúc này lcd sẽ hiển thị manual che do of. Motor sẽ không quay
|
Hình 3. 25Tốc độ cao |
|
Hình 3. 24 Tốc độ thấp |
Khi chuyển công tắc sang tốc độ thấp hoặc tốc độ cao. Lcd sẽ hiện tên chế độ tương ứng đồng thời motor gạt mưa sẽ quay với tốc độ tương ứng.
Khi ấn công tắc rửa kính. Relay đóng làm cho motor phun nước quay.
3.6. Phân tích kết quả
Trong quá trình mô phỏng nhận thấy khi sử dụng chế độ tự động tốc độ xử lý còn chậm hơn so với chế độ thủ công. Nguyên nhân là do khi sử dụng hệ thống gạt mưa tự động quá trình phân tích và xử lý dữ liệu sẽ xảy ra cho nên cần thời gian lâu hơn để thực hiện.
- Ưu điểm:
+ Có thể tự động bật tắt hệ thống. Giúp người lái giảm bớt thao tác tay khi lái xe.
- Nhược điểm:
+ Hiệu quả thấp hơn.
+ Quá trình mô phỏng thường bị delay so với thực tế. Do phần mềm mô phỏng.
+ Còn hạn chế và vđk có tốc độ xử lý thấp hơn so với hộp điều khiển trên ô tô.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Khắc Trai - Nguyễn Trọng Hoan – Hồ Hữu Hải – Phạm Huy Hường – Nguyễn Văn Chưởng – Trịnh Minh Hoàng (2020) , Kết cấu ô tô, nxb bách khoa hà nội
[2] Nguyễn Thành Bắc (ch.b), Phạm Việt Thành, Thân Quốc Việt (2018), Giáo trình hệ thống điện - điện tử ô tô nâng cao.
[3] ThS Trương Ngọc Hà, KS Phạm Quang Huy (2019), Tự học arduino bằng hình ảnh, nxb thanh niên.
[4] PGS TS Trương Đình Nhơn, ThS Lê Thị Hồng Nhung, KS Phạm Quang Huy (2020), hướng dẫn sử dụng arduino, nxb thanh niên.
[5] TS Lê Mỹ Hà, KS Phạm Quang Huy (2019), lập trình iot với arduino , nxb thanh niên.
[6] PGS. TS Trần Thu Hà, KS. Phạm Quang Huy (2017), tự học proteus bằng hình ảnh, nxb thanh niên.
