Hệ thống gạt mưa tự động

KHAI THÁC HỆ THỐNG GẠT MƯA, RỬA KÍNH TRÊN Ô TÔ THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG GẠT MƯA TỰ ĐỘNG Ngành KỸ THUẬT CƠ KHÍ Chuyên ngành CƠ KHÍ Ô TÔ. tRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM Dành cho các bạn đang chuẩn bị luận văn để tốt nghiệp

VIỆN CƠ KHÍ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

KHAI THÁC HỆ THỐNG GẠT MƯA, RỬA KÍNH TRÊN Ô TÔ THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG GẠT MƯA TỰ ĐỘNG

Ngành :KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Chuyên ngành: CƠ KHÍ Ô TÔ

Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN THÀNH SA Sinh viên thực hiện : HUỲNH HOÀNG DUY MSSV: 1851080048 : Lớp: CO18A

TP.Hồ Chí Minh, 12/2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI HỒ CHÍ MINH

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

1.1 Tổng quan hệ thống gạt mưa trên ô tô 3

1.1.1 Nhiệm vụ 3

1.1.2 Phân loại 3

1.1.3 Yêu cầu 3

1.2 Cấu tạo của hệ thống gạt nước 4

1.2.1 Cấu tạo chung 4

1.2.2 Cần gạt nước/ thanh gạt nước 5

1.2.3 Công tắc gạt nước và Rơ-lay điều khiển gạt nước gián đoạn 6

1.2.4 Motor gạt nước 8

1.3 Nguyên lý hoạt động 9

1.4 Phương pháp chẩn đoán 10

1.4.1 Kiểm tra hệ thống vận hành ở chế độ gián đoạn: 10

1.4.2 Kiểm tra motor phun nước 10

1.4.3 Kiểm tra lỗ phun nước và lượng nước được phun tân 10

1.4.4 Kiếm tra nguồn điện có đủ cho motor bơm nước hoạt động 10

1.4.5 Xác định các chân của công tắc gạt nước 11

1.4.6 Xác định các chân của motor gạt nước 11

1.5 Một số nguyên nhân hư hỏng và cách khắc phục 11

CHƯƠNG 2: ĐÔI NÉT VỀ MẠCH ADRUINO 15

2.1 Tổng quan về board Adruino 15

2.1.1 Khái niệm và lịch sử ra đời cả Adruino 15

2.1.2 Các ứng dụng nổi bật của bo mạch Arduino 16

2.1.3 Khả năng của bo mạch Arduino 18

2.1.4 Môi trường lập trình bo mạch Arduino 20

2.1.5 Các loại bo mạch Arduino 20

2.1.6 Các dòng Arduino thông dụng và các module hỗ trợ 20

2.2 Phần mềm Arduino IDE 22

2.2.1 Giao diện của Arduino IDE 22

2.2.2 Cấu trúc các hàm cơ bản của phần mềm 28

2.2.4 Các hàm vào ra tương tự(Analog I/O) 32

CHƯƠNG 3: 34

PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG GẠT NƯỚC TỰ ĐỘNG 34

3.1 Đặt vấn đề 34

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 34

3.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài 34

3.1.3 Những vấn đề còn tồn lại 35

3.2 Ý tưởng thiết kế 36

3.3 Yêu cầu thiết kế 36

3.4 Giải pháp thiết kế 37

3.4.1 Mục tiêu 37

3.4.2 Giải pháp nghiên cứu, thiết kế 37

3.5 Phân tích và lựa chọn linh kiện sử dụng 37

3.5.1 Lựa chọn linh kiện 37

3.5.2 Các linh kiện chính được sử dụng trong mạch 43

CHƯƠNG 4: 53

XÂY DỰNG HỆ THỐNG GẠT MƯA TỰ ĐỘNG 53

4.1 Xây dựng sơ đồ khối hệ thống gạt mưa tự động 53

4.2 Nguyên lý hoạt động của mạch 54

4.3 Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống gạt mưa tự động 54

4.4 Kết nối các khối chức năng trong hệ thống 55

4.4.1 Kết nối cảm biến mưa với Arduino 55

4.4.2 Kết nối Module Relay 5V với Arduino và motor gạt mưa 56

4.4.3 Kết nối công tắc gạt mưa với motor gạt mưa 57

4.5 Xây dựng lưu đồ thuật toán cho hệ thống gạt mưa tự động 58

4.6 Kết quả đạt được 59

4.6.1 Kết quả đạt được về mặt lý thuyết 59

4.6.2 Kết quả đạt được về thức nghiệm 59

4.6.3 Đánh giá thực nghiệm 59

4.7 Ứng dụng hệ thống gạt mưa tự động trên ô tô 60

4.8 Hướng phát triển đề tài 61

1

MỞ ĐẦU 1.1.Giới thiệu về đề tài

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 ô tô 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 kiện thời 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

Khi các cải tiến công nghệ đã được thực hiện để tăng sự an toàn và tiện lợi của các phương tiện giao thông hiện đại thì sự thật vẫn cho thấy là các lái xe ôtô ngày nay có nhiều

sự mất tập trung hơn trước đây Sự phổ biến của điện thoại di động, máy nghe nhạc MP3

và hệ thống định vị điều khiển dẫn đến vô số những sai sót nguy hiểm tiềm ẩn trên đôi tay của người lái xe

Chính vì vậy, em chọn đề tài ”Khai thác hệ thống gạt mưa, rửa kính trên ô tô Thiết

kế mô hình hệ thống gạt mưa tự động” là đề tài cho Luận văn tốt nghiệp của em Trong đó

em sẽ tìm hiểu lịch sử, cấu tạo kết cấu, nguyên lý hoạt động, sơ đồ mạch điện của hệ thống cảm biến gạt nước tự động Qua đó giúp em có thể hiểu rõ để tính toán thiết kế và thiết hành thi công mô hình

2

1.2.Mục tiêu đề tài

Mục tiêu khi thực hiện đề tài nhằm hiểu được tổng quát nhất về công việc để khai thác tiến hành hiệu quả hệ thống cảm biến gạt mưa tự động Từ đó, rút ra kết luận ưu và nhược điểm để phát triển cho hệ thống thêm tính năng mới trong tương lai

1.3 Nội dung đề tài

Nội dung đề tài thực hiện những nhiệm vụ gồm:

- Tìm hiểu về thành phần cấu tạo của hệ thống gạt mưa;

- Tính toán, thiết kế thực hiện mô hình;

- Ngoài ra, chúng em kết hợp với phương pháp thực nghiệm để sử dụng đề

cương có sẵn để thiết kế, mô phỏng mạch điện, thiết kế, thực nghiệm mô hình

- 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)

1.1.3 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 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)

4

1.2 Cấu tạo của hệ thống gạt nước

1.2.1 Cấu tạo chung

Hình 1.1 Mô hình tổng quát hệ thống gạt nước trên ô tô

Hình 1.2 Các bộ phận và cách bố trí của hệ thống gạt nước trên ô tô

Hệ thống gạt nước và rửa kính trên ô tô bao gồm các bộ phận sau:

1 Cần gạt nước phía trước/Lưỡi gạt nước phía trước

2 Motor và cơ cấu dẫn động gạt nước phía trước

3 Vòi phun của bộ rửa kính trước

4 Bình chứa nước rửa kính (có motor rửa kính)

5 Công tắc gạt nước và rửa kính (Có relay điều khiển gạt nước gián đoạn)

6 Cần gạt nước phía sau/lưỡi gạt nước phía sau

7 Motor gạt nước phía sau

5

8 Relay điều khiển bộ gạt nước phía sau

9 Bộ điều khiển gạt nước (ECU J/B phía hành khách)

10 Cảm biến nước mưa

1.2.2 Cần gạt nước/ thanh gạt nước

Hình 1.3 Cần gạt nước trên ô tô

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

Hình 1.4 Cấu tạo cần gạt nước

Ta có thể hình dung 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

6

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

Một số cách bố trí gạt nước thường gặp:

Hình 1.5 Một số cách bố trí lưỡi gạt

Phần lớn các mẫu xe hơi sẽ có hai lưỡi gạt Khi hoạt động, hai lưỡi gạt sẽ cùng nhau

di chuyển để làm sạch bề mặt kính Thật ra, hai lưỡi gạt được đặt tại hai điểm lệch về một bên của kính chắn gió (như hình minh họa) Cách sắp xếp này gọi là gạt nước theo kiểu tăng đem (tandem systems) Đây là kiểu được sử dụng rất phổ biến do có thể vệ sinh được diện tích rộng trên kính chắn gió và tạo ra trường nhìn tốt nhất cho người lái

Ngoài ra còn có một số kiểu bố trí gạt nước khác như hai lưỡi đối diện nhau lệch về hai bên kính, kiểu một lưỡi gạt, Tuy nhiên, các cơ cấu này có cấu trúc phức tạp nhưng lại làm việc kém hiệu quả hơn

1.2.3 Công tắc gạt nước và Rơ-lay điều khiển gạt nước gián đoạn

7

tắc thay đổi để điều chỉnh khoảng thời gian gạt nước Trong nhiều trường hợp công tắc gạt nước được kết hợp với công tắc điều khiển đèn Vì vậy, đôi khi người ta gọi là công tắc tổ hợp

Ở những xe có trang bị gạt nước cho kính sau, thì công tắc gạt nước sau cũng nằm ở công tắc gạt nước và được bật về giữa các vị trí ON và OFF Một số xe có vị trí INT cho gạt nước kính sau Ở những kiểu xe gần đây, ECU được đặt trong công tắc tổ hợp cho MPX (hệ thống thông tin đa chiều)

Hình 1.6 Công tắc gạt nước

1.2.3.2 Rơ-lay 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 gạt nước được điều khiển bằng relay theo tín hiệu được truyền từ công tắc gạt nước làm cho motor gạt nước chạy gián đoạn

8

1.2.4 Motor gạt nước

 Khái quát chung

Motor gạt nước là dạng động cơ điện một chiều kích từ bằng nam chậm vĩnh cửu Motor gạt nước gồm có motor và bộ truyền bánh răng để làm giảm tốc độ ra của motor Motor gạt nước có 3 chổi than tiếp điện: chổi tốc độ thấp, chổi tốc độ cao và một chổi 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

Hình 1.7 Cấu tạo motor gạt nước và cuộn dây của motor

 Chuyển đổi tốc độ motor

Một sức điện động ngược được tạo ra trong cuộn dây phần ứng khi motor quay để hạn chế tốc độ quay của motor

- Hoạt động ở tốc độ thấp: Khi dòng điện đi vào cuộn dây phần ứng từ chổi than tốc độ thấp, một sức điện động ngược lớn được tạo ra Kết quả là motor quay với vận tốc thấp

- Hoạt động ở tốc độ cao: Khi dòng điện đi vào cuộn dây phần ứng từ chổi tiếp điện tốc độ cao, một sức điện động ngược nhỏ được tạo ra Kết quả là motor quay với tốc độ cao

 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 năng này Công tắc này có đĩa cam xẻ rãnh chữ V và 3 điểm tiếp xúc Khi công tắc gạt 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

9

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

1.3 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:

1.4.1 Kiểm tra hệ thống vận hành ở chế độ gián đoạn:

Bước 1: Nối đầu đo dương(+) đồng hồ vào chân 9 giắc J5 (Low) và đầu đo âm(-) đồng hồ vào tiếp điểm 31 GND

Bước 2: Nối cực dương (+) của acquy vào chân 20 giắc J2 và cực âm (-) của acquy vào tiếp điểm 31 GND và chân S của công tắc và relay

Bước 3: Bật công tắc sang chế độ INT

Bước 4: Nối cực dương (+) của acquy vào chân S trong 3 giây

Bước 5: Nối cực âm (-) của acquy vào chân S Vận hành relay gạt nước gián đoạn (INT) và kiểm tra điện áp giữa chân 9 giắc J5 và tiếp điểm 31 GND Nếu kết quả cho ra không đúng như giá trị yêu cầu thì ta thay công tắc mới

1.4.2 Kiểm tra motor phun nước

Bước 1: Châm nước rửa kính có pha dung dịch vào bình chứa nước rửa kính

Bước 2: Nôi cực dương (+) của acquy vào chân 1 của motor gạt nước và bơm nước, cực âm (-) của acquy nối vào chân 2

Bước 3: Bật công tắc phun nước xem nước có được phun từ bình chứa ra đúng yêu cầu hay chưa Nếu kết quả chưa chuẩn thì thay cụm motor phun và bơm nước

1.4.3 Kiểm tra lỗ phun nước và lượng nước được phun tân

Bật công tắc sang chế độ Washer, xem lỗ phun nước có bị nghẹt, tia nước bắn ra đều không, kiểm tra mực nước trong bình có đủ để motor phun không

Nếu mực nước còn đủ trong bình chứa mà motor không phun nước ra ta lấy cây 1 để thông các lỗ nhỏ để loại bụi bẩn và có thể tháo đường ống ra để vệ sinh

1.4.4 Kiếm tra nguồn điện có đủ cho motor bơm nước hoạt động

Bước 1: Xác định vị trí của motor bơm nước nằm ở đâu, thường xe năm ngày motor gạt nước hoặc gần bình chứa nước rửa kính

Bước 2: Rút giặc điện của motor bơm

Bước 3: Bật chìa khóa ON và bật công tắc sang chế độ Washer

11

Bước 4: Dùng đồng hồ đo xem nguồn điện có đến bơm không Nếu không có ta kiểm tra lại cầu chì, dây dẫn và thay thế khi bị đứt hoặc hỏng

Bước 5: Nếu có điện đến bơm mà không hoạt động ta tiến hành thay bơm mới

1.4.5 Xác định các chân của công tắc gạt nước

Bước 1: Đánh dấu các chân ( hoặc màu dây) và các vị trí công tắc để ghi kết

Bước 2: Chuyển công tắc về OFF và sử dụng đồng hồ VOM chuyển sang chế độ đo

ôm để kiểm tra thông mạch các chân

Bước 3: Cắm que đo curaVOM vào 1 chân cố định

Bước 4: Que còn lại lần lượt cắm vào từng chân còn lại để kiểm tra thông mạch Bước 5: Ghi kết quả đo được vào bảng để xác định

Bước 6: Lần lượt bật công tắc sang các chế độ INT, HIGH, LOW, MIST, WASGED

và tiến hành đo tương tự

1.4.6 Xác định các chân của motor gạt nước

Kiểu motor sử dụng mạch dừng dương chờ:

- Motor loại dương chờ có 5 chân: B+, GND, HIGH, LOW, S

- Cấp nguồn B+ và GND của acquy cho motor gạt nước, để ý tốc độ quay của motor, tìm được chân High, Low và chân mass E

- Mở nắp cơ câu tự động dừng, quan sát miếng đồng

- Chân S là chân nối mass E ở vị trí dừng

- Chân dương + là chân còn lại

Kết quả ta tìm được các chân của motor gạt nước sử dụng mạch dương chờ

Kiểu motor sử dụng mạch dừng âm chờ:

- Motor loại âm chờ có 5 chân: B+, GND, HIGH, LOW, S

- Cấp nguồn B+ và GND của acquy cho motor gạt nước, để ý tốc độ quay của motor, tìm được chân High, Low và B+

- Mở nắp cơ cấu tự động dừng, quan sát miếng đồng

- Chân S là chân nối dương + ở vị trí dừng

1.5 Một số nguyên nhân hư hỏng và cách khắc phục

Bảng 1:

Tiến hành đo thông mạnh cho hệ thống, chủ yếu tại các giắc nối dây, đấu lại chỗ đứt

Hỏng cụm công tắc gạt nước rửa kính

Tiến hành sửa chửa cụm công tắc gạt nước hoặc thay mới

Cầu chì phun gạt nước bị đứt Tiến hành thay cầu chì mới

Tháo motor ra kiểm tra chổi than, nếu

do chổi than thì thay mới

Bị đứt dây điện ở bên trong

Dùng đồng hồ kiểm tra thông mạch, xác định lại đoạn dây bị đứt, nối lại

Hỏng cụm công tắc gạt nước rửa kính

Bật đồng hồ mở thang đo ôm đo thông mạch công tắc, nếu hỏng thì thay mới

Cần gạt nước

không hoạt động

ở chế độ INT

Do lỏng sút hoặc đấu dây sau.Vít dừng bị cháy

Dùng đồng hồ đo thông mạch cho hệ thống, kiểm tra vít dừng gián đoạn

Tiến hành thay mới nếu hỏng

Hỏng relay điều khiển gián đoạn

Kiểm tra và tiến hành thay mới relay nếu relay hỏng

Hỏng cụm công tắc gạt nước rửa kính

Dùng đồng hồ đo thông mạch chế độ INT của công tắc gạt nước, nếu hỏng thì tiến hành thay mới

Hỏng motor Tiến hành thay mới motor nếu motor

hỏng

Đứt cầu chì Tiến hành thay mới cầu chì

phun gạt nước

Kiểm tra lại công tắc và tiến hành thay mới nếu công tắc hỏng

Đứt cuộn dây motor Tiến hành thay mới nếu motor hỏng

Mòn bánh răng trục vít

Thay mới bánh răng nếu độ mòn của bánh răng trụ vít quá lớn

Lỏng ổ bi Tiến hành thay mới ổ bi nếu ổ bi bị

Hư cơ cấu gạt nước

Kiểm tra bôi trơn hay các viên bị trượt của cơ cấu gạt nước Nếu hỏng tiến hành thay mới

Hỏng công tắc gạt nước

Kiểm tra lại công tắc và tiến hay thay mới nếu công tắc hỏng

Dùng đồng hồ đo thông mạch chế độ WASH của công tắc gạt nước, nếu hỏng thì tiến hành thay mới

Hư motor phun nước

Tháo motor ra kiểm tra chổi than, nếu

do chổi than thì thay mới

Nghẹt ống dẫn nước và vòi phun

Kiểm tra ống dẫn nước và vòi phun có

bị nghẹt không, nếu nghẹt thì thay ống mới

Cần gạt nước

không trở về hay

trở về sai vị trí

Chế độ OFF của công tắc gạt nước

bị hư

Dùng đồng hồ đo thông mạch chế độ OFF của công tắc, nếu hỏng thì tiến hành thay mới

hoạt động không chính xác

Điều chỉnh lại cơ cấu ăn khớp giữa trục vít bánh vít cho chính xác

Cao su bị mòn Do thời tiến Tiến hành thay mới

Gạt nước và phun

nước rửa kính

không hoạt động

Cầu chì đứt Dùng đồng hồ đo thông mạch cầu chì,

nếu đứt thì tiến hành thay mới Hỏng cụm công tắc

Dùng đồng hô đo điện áp vị trí bị chạm, tiến hành sửa chữa

Motor phun nước

sau không hoạt

động

Dây điện bị đứt Dùng đồng hồ đo thông mạch toàn hệ

thống, tiến hành đầu dây lại

Hỏng cụm công tắc gạt nước rửa kính

Dùng đồng hồ đo thông mạch chế độ WASH của công tắc gạt nước, nếu hỏng thì tiến hành thay mới

Hỏng motor Tiến hành thay motor mới nếu motor bị

hỏng

Arduino board là một bo mạch nguồn mở nhằm đưa tới cho người dùng một sản phẩm

dễ sử dụng, dễ kết nối và lập trình Arduino board được thiết kế gồm một vi xử lý dòng AVR (Arduino Due là dòng ARM), cổng USB, các chân analog input, digital I/O … Ngôn ngữ lập trình cho Arduino dựa trên Wiring (ngôn ngữ Arduino) và được viết trên phần mềm Arduino IDE

Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết

bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình

có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm Chỉ với khoảng $30, người dùng đã có thể sở hữu một bo Arduino có

20 ngõ I/O có thể tương tác và điều khiển nhiều thiết bị

Arduino ra đời tại thị trấn Ivrea thuộc nước Ý và được đặt theo tên một vị vua vào thế

kỷ thứ 9 là King Arduino Arduino chính thức được đưa ra giới thiệu vào năm 2005 như là một công cụ khiêm tốn dành cho các sinh viên của giáo sư Massimo Banzi, là một trong những người phát triển Arduino, tại trường Interaction Design Instistute Ivrea (IDII) Mặc

dù hầu như không được tiếp thị gì cả, tin tức về Arduino vẫn lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờ những lời truyền miệng tốt đẹp của những người dùng đầu tiên Hiện nay Arduino nổi tiếng tới nỗi có người tìm đến thị trấn Ivrea chỉ để tham quan nơi đã sản sinh ra Arduino

16

2.1.2 Các ứng dụng nổi bật của bo mạch Arduino

Arduino được chọn làm bộ não xử lý của rất nhiều thiết bị từ đơn giản đến phức tạp Trong số đó có một vài ứng dụng thực sự chứng tỏ khả năng vượt trội của Arduino do chúng

có khả năng thực hiện nhiều nhiệm vụ rất phức tạp Sau đây là một số ứng dụng nổi bật của Arduino:

Hình 2.3 Máy in 3D Makerbot điều khiển Arduino Mega2560

Ứng dụng trong Robot

Do kích thước nhỏ gọn và khả năng xử lý mạnh mẽ Arduino được chọn làm bộ xử lý trung tâm của rất nhiều loại Robot, đặc biệt la Robot di động

17

Hình 2.4 Robot di động tránh vật cản dùng Arduino nano và camera CMUCam

Thiết bị bay không người lái UAV

UAV là một ứng dụng đặc biệt thích hợp với Arduino do chúng có khả năng xử lý nhiều loại cảm biến như Gyro, accelerometer, GPS…; điều khiển động cơ servo và cả khả năng truyền tín hiệu từ xa

Hình 2.5 Thiết bị bay UAV

Điều khiển ánh sáng

Các tác vụ điều khiển đơn giản như đóng ngắt đèn LED hay phức tạp như điều khiển ánh sáng theo nhạc hoặc tương tác với ánh sáng laser đều có thể thực hiện với Arduino

18

Kích hoạt chụp ảnh tốc độ cao

Đây là một ứng dụng rất đơn giản nhưng đặc biệt hữu ích với những ai đam mê chụp ảnh Ứng dụng này giúp tạo ra những bức ảnh độc đáo ghi lại những khoảnh khắc xảy ra cực nhanh mà nếu không có dụng cụ hỗ trợ chúng ta khó lòng ghi lại

Trên đây chỉ là một vài ví dụ minh họa cho khả năng ứng dụng của Arduino Ngoài

ra còn vô số các ứng dụng khác như là: Ứng dụng trong hệ thống tưới cây tự động, điều khiển động cơ, ứng dụng trong hệ thống giám sát môi trường…

2.1.3 Khả năng của bo mạch Arduino

Bo mạch Arduino sử dụng dòng vi xử lý 8-bit megaAVR của Atmel với hai chip phổ biến nhất là ATmega328 và ATmega2560 Các dòng vi xử lý này cho phép lập trình các ứng dụng điều khiển phức tạp, do được trang bị cấu hình mạnh với các loại bộ nhớ ROM, RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/O trong đó có nhiều ngõ có khả năng xuất tín hiệu PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog và các chuẩn giao tiếp đa dạng như UART, SPI, TWI (I2C)

Sức mạnh xử lý:

- Xung nhịp: 16MHz

- EEPROM: 1KB (ATmega328) và 4KB (ATmega2560)

- SRAM: 2KB (Atmega328) và 8KB (Atmega2560)

- Flash: 32KB (Atmega328) và 256KB (Atmega2560)

Đọc tín hiệu cảm biến ngõ vào:

+) Digital: Các bo mạch Arduino đều có các cổng digital có thể cấu hình làm ngõ vào hoặc ngõ ra bằng phần mềm Do đó người dùng có thể linh hoạt quyết định số lượng ngõ vào và ngõ ra Tổng số lượng cổng digital trên các mạch dùng Atmega328 là 14, và trên Atmega2560 là 54

+) Analog: Các bo mạch Arduino đều có trang bị các ngõ vào analog với độ phân giải

10 bit (1024 phân mức, ví dụ với điện áp chuẩn là 5V thì độ phân giải khoảng 0.5mV) Số lượng cổng vào analog là 6 đối với Atmega328, và 16 đối với Atmega2560 Với tính năng đọc analog, người dùng có thể đọc nhiều loại cảm biến như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, ánh sáng, …

Xuất tín hiệu điều khiển ngõ ra:

19

+) Digital output: Tương tự như các cổng vào digital, người dùng có thể cấu hình trên phần mềm để quyết định dùng ngõ digital nào là ngõ ra Tổng số lượng cổng digital trên các mạch dùng Atmega328 là 14, và trên Atmega2560 là 54

+) PWM output: Trong số các cổng digital, người dùng có thể chọn một số cổng dùng

để xuất tín hiệu điều chế xung PWM Độ phân giải của các tín hiệu PWM này là 8-bit Số lượng cổng PWM đối với các bo dùng Atmega328 là 6, và đối với các bo dùng Atmega2560

là 14 PWM có nhiều ứng dụng trong viễn thông, xử lý âm thanh hoặc điều khiển động cơ

mà phổ biến nhất là động cơ servo trong các máy bay mô hình

Chuẩn Giao tiếp:

+) Serial: Đây là chuẩn giao tiếp nối tiếp được dùng rất phổ biến trên các bo mạch Arduino Mỗi bo có trang bị một số cổng Serial cứng (việc giao tiếp do phần cứng trong chíp thực hiện) Bên cạnh đó, tất cả các cổng digital còn lại đều có thể thực hiện giao tiếp nối tiếp bằng phần mềm (có thư viện chuẩn, người dùng không cần phải viết code) Mức tín hiệu của các cổng này là TTL 5V Lưu ý cổng nối tiếp RS-232 trên các thiết bị hoặc PC

có mức tín hiệu là UART 12V Để giao tiếp được giữa hai mức tín hiệu, cần phải có bộ chuyển mức, ví dụ như chip MAX232 Số lượng cổng Serial cứng của Atmega328 là 1 và của Atmega2560 là 4 Với tính năng giao tiếp nối tiếp, các bo Arduino có thể giao tiếp được với rất nhiều thiết bị như PC, touchscreen, các game console…

+) USB: Các bo Arduino tiêu chuẩn đều có trang bị một cổng USB để thực hiện kết nối với máy tính dùng cho việc tải chương trình Tuy nhiên các chip AVR không có cổng USB,

do đó các bo Ardunino phải trang bị thêm phần chuyển đổi từ USB thành tín hiệu UART

Do đó máy tính nhận diện cổng USB này là cổng COM chứ không phải là cổng USB tiêu chuẩn

+) SPI: Đây là một chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ có bus gồm có 4 dây Với tính năng này các bo Arduino có thể kết nối với các thiết bị như LCD, bộ điều khiển video game, bộ điều khiển cảm biến các loại, đọc thẻ nhớ SD và MMC…

+) TWI (I2C): Đây là một chuẩn giao tiếp đồng bộ khác nhưng bus chỉ có hai dây Với tính năng này, các bo Arduino có thể giao tiếp với một số loại cảm biến như thermostat của CPU, tốc độ quạt, một số màn hình OLED/LCD, đọc real-time clock, chỉnh âm lượng cho một số loại loa…

20

2.1.4 Môi trường lập trình bo mạch Arduino

Thiết kế bo mạch nhỏ gọn, trang bị nhiều tính năng thông dụng mang lại nhiều lợi thế cho Arduino, tuy nhiên sức mạnh thực sự của Arduino nằm ở phần mềm Môi trường lập trình đơn giản dễ sử dụng, ngôn ngữ lập trình Wiring dễ hiểu và dựa trên nền tảng C/C++ rất quen thuộc với người làm kỹ thuật Và quan trọng là số lượng thư viện code được viết sẵn và chia sẻ bởi cộng đồng nguồn mở là cực kỳ lớn

2.1.5 Các loại bo mạch Arduino

Về mặt chức năng, các bo mạch Arduino được chia thành hai loại: loại bo mạch chính

có chip Atmega và loại mở rộng thêm chức năng cho bo mạch chính (thường được gọi là shield)

Các bo mạch chính về cơ bản là giống nhau về chức năng, tuy nhiên về mặt cấu hình như số lượng I/O, dung lượng bộ nhớ, hay kích thước có sự khác nhau Một số bo có trang

bị thêm các tính năng kết nối như Ethernet và Bluetooth Các bo mở rộng chủ yếu mở rộng thêm một số tính năng cho bo mạch chính ví dụ như tính năng kết nối Ethernet, Wireless, điều khiển động cơ v.v…

2.1.6 Các dòng Arduino thông dụng và các module hỗ trợ

Hình 2.6 Arduino với một số modul hỗ trợ

Board: Arduino Uno, Arduino Pro, Arduino Mega, Arduino 101, Arduino Zero, LilyPad Arduino…

Module: Arduino Pro mini, Arduino Micro, Arduino LCD Module, Arduino Relay Module, Arduino Driver Module…

21

Shield : Arduino Proto Shield, Arduino Wifi Shield 101, Arduino Ethernet Shield, Arduino GSM Shield …

Dưới đây là một số loại arduino:

Hình 2.7 Một số thành viên trong đại gia đình Arduino

BẢNG 2: So sánh thông số kỹ thuật của các Arduino Board có nhiều trên thị trường:

Name Processer

Operati ng/Input voltage

CPU Speed

Analog In/Out

Digital IO/PW

1 10 bit

3,3V/7-96KB SRAM, 512Kb Flash

1 10 bit

Atmega 328P

1 kB EEPROM

2 kB SRAM,

32 Kb Flash

Pro Mini

Atmega 328P

3.3V/

3,35-12V 8MHz

6/0 14/6

1 kB EEPROM

2 kB SRAM,

32 Kb Flash

1 10 bit 5V/5-12V 16MHz

2.2 Phần mềm Arduino IDE

Ta sử dụng phần mềm Arduino IDE( Ardurino Integrated Development Environment)

là một trình soạn thả văn bản, giúp bạn viết code để nạp vào bo mạch để thực hiện các yêu cầu như mong muốn

2.2.1 Giao diện của Arduino IDE

Dưới đây là giao diện chính của phần mềm arduino:

Mở cửa sổ Serial Monitor để gửi và nhận dữ liệu giữa máy tính và board Arduino

24

 Vùng viết chương trình

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

 Vùng thông báo

Hình 2.9 Hình ảnh vùng thông báo của phần mềm Arduino IDE

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:

25

Open: sử dụng để mở file đã được lưu trước đó (Ctrl + O)

Open Recent: hiển thị danh sách rút gọn các chương trình đã mở gần đây

Sketchbook: hiển thị các sketch hiện tại mà bạn đã sử dụng cho project của mình

Examples: Ví dụ về một vài vấn đề cơ bản để tham khảo

Close: đóng cửa sổ màn hình chính (Ctrl + W)

Save: được sử dụng để lưu sketch hiện tại (Ctrl + S)

Save as… : cho phép lưu sketch hiện tại với một tên khác (Ctrl + Shift + S)

Page setup: cài đặt trang để sửa đổi trang (Văn bản) (Ctrl + Shift + P)

Print: được sử dụng để in chương trình hiện tại (Ctrl + P)

Preferences: cài đặt của phần mềm IDE có thể được thay đổi tại đây (Ctrl +,)

Quit: đóng tất cả các cửa sổ IDE (Ctrl + Q)

Hình 2.12 Click Examples

Trong file menu chung ta quan tâm tới mục Examples đây là nơi chưa code mẫu ví dụ như: cách sử dụng chân Digital, analog, sensor…

26

 Edit Menu

Hình 2.13 Edit Menu

Undo / Redo: quay lại một hoặc nhiều bước bạn đã làm trong khi chỉnh sửa

Cut: cắt văn bản đã chọn khỏi trình chỉnh sửa

Copy: sao chép văn bản đã chọn từ trình chỉnh sửa

Copy for Forum: sao chép và thay đổi kiểu mã phù hợp với diễn đàn

Copy as HTML: sao chép và thay đổi kiểu mã phù hợp với HTML

Paste: dán văn bản từ văn bản đã sao chép

Select All: chọn tất cả nội dung từ trình chỉnh sửa

Comment / Uncomment: sử dụng để ghi chú và bỏ ghi chú các dòng mã đã chọn

Increase / Decrease Indent: thêm hoặc xóa một khoảng trắng ở đầu mỗi dòng đã chọn Find: tìm văn bản đã nhập trong trình chỉnh sửa

Find next: tìm vị trí tiếp theo của từ đang tìm kiếm

Find previous: tìm vị trí trước đó của từ đang tìm kiếm

27

 Sketch Menu

Hình 2.14 Sketch Menu

Trong Sketch Menu:

- Verify/Compile: chức năng kiểm tra lỗi code

- Show Sketch Folder: hiển thị nơi code được lưu

- Add file: thêm vào một Tab code mới

- Include Library: thêm thư viện IDE

 Tool Menu

Hình 2.15 Tool Menu

Auto Format: định dạng mã của bạn thành một định dạng đẹp để mọi người có thể hiểu Archive Sketch: sao chép mã sang định dạng winrar (.zip)

Board: để chọn loại bo Arduino

Port: để chọn cổng mà bạn đã kết nối Arduino

Programmer: để chọn một programmer phần cứng khi lập trình bo mạch hoặc chip và không sử dụng kiểu giao tiếp USB

Burn Bootloader: được sử dụng để ghi bộ nạp khởi động vào bo Arduino

Mục Board: chúng ta cần lựa chọn bo mạch phù hợp với loại bo mà ta đang sử dụng, nếu

2.2.2 Cấu trúc các hàm cơ bản của phần mềm

Cấu trúc chương trình viết cho Arduino gồm hai phần đầu tiên là hàm khởi tạo setup()

và vòng lặp loop()

29

Hàm setup(): được gọi khi bắt đầu một bản thiết kế Trong hàm sẽ khai báo các biến

khởi tạo, các chế độ của chân, bắt đầu sử dụng các thư viện Hàm setup chỉ chạy một lần sau mỗi lần bật nguồn hoặc reset mạch Arduino

Những lệnh trong setup() sẽ được chạy khi chương trình khởi động Ta có thể sử dụng

nó để khai báo giá trị của biến, khai báo thư viện, thiết lập các thông số,…

Sau khi setup() chạy xong, những lệnh trong loop() được chạy Bất cứ khi nào ta nhất nút Reset, chương trình sẽ trở về lại trạng thái như khi Arduino mới được cấp nguồn

Quá trình này có thể được miêu tả như sơ đồ dưới đây:

Hình 2.17 Sơ đồ thể hiện quy trình làm việc của các hàm setup() và loop()

Giải thích: Khi ta cấp nguồn cho Arduino, lệnh “pinMode(led, OUTPUT);” sẽ được

chạy 1 lần để khai báo Sau khi chạy xong lệnh ở setup(), lệnh ở loop() sẽ được chạy và được lặp đi lặp lại liên tục, tạo thành một chuỗi:

digitalWrite(led, HIGH);

delay(1000);