Đồ án khai thác kỹ thuật hệ thống gạt nước mưa tự động ứng dụng trên ô tô

Đồ án khai thác hệ thống gạt mưa rửa kính trên ô tô , cần liên hệ lấy bản vẽ thì liên hệ qua email doanutt2023gmail.com . MỞ ĐẦU 1.Lý do chọn 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. Xuất phát từ những lý do trên em đã lựa chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống gạt nước mưa tự động ứng dụng trên ô tô” để tìm hiểu, nghiên cứu và định hướng phát triển ứng dụng trong tương lai. 2.Mục tiêu của đề tài Nhằm nâng cao kiến thức chuyên môn và vận dụng được những gì đã học được trên trường vào thực tiễn cụ thể là mong muốn được ứng dụng điện tử vào trang bị những tiện nghi trên ô tô, ngoài ra em cũng mong muốn được hiểu biết hơn về hệ thống gạt nước trên ô tô. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 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 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. 1.1.1.Đôi nét về chiếc gạt nước đầu tiên trên xe hơi Hình 1.1. Bà Mary Anderson (18661953) Người phát minh ra chiếc gạt nước đầu tiên 5 Cần gạt nước ra đời lần đầu tiên vào năm 1903 được phát minh bởi một người phụ nữ mang tên Mary Anderson ở NewYork. Phát minh của bà đã giúp cho tất cả các tài xế không phải mất thời gian để dừng lại lau kính chắn gió và bảo vệ sự an toàn của tài xế khi phải lái xe dưới mưa. Sau nhiều nỗ lực thì đến năm 1905 bà đã nhận được bằng sáng chế của Mỹ. Cơ cấu hoạt động của thiết bị này rất đơn giản là dùng hai chiếc cần gắn vào thân xe và tiếp xúc với kính bằng lưỡi cao su, khi cần người lái xe quay tay nắm đạt trong cabin 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 phát minh này của bà không được hãng xe nào hưởng ứng. Mãi đến năm 1911, tức là 11 năm sau, cần gạt nước mới trở thành thiết bị tiêu chuẩn trên các ôtô của Mỹ. Kể từ đó, bộ gạt nước liên tục được các thế hệ nhà phát minh tiếp theo cải tiến, bổ sung chức năng để cho đến ngày hôm nay, trở thành công cụ quan trọng và tiện lợi trên tất cả những chiếc xe hơi. 5 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 môđun 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. 1.1.2.Nhiệm vụ, phân loại và yêu cầu của hệ thống gạt nước 1.1.2.1.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 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. 1.1.2.2.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). 1.1.2.3.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). 1.1.3.Cấu tạo của hệ thống gạt nước 1.1.3.1.Cấu tạo chung Hình 1.2. Mô hình tổng thể hệ thống gạt nước trên ô tô 5 Hình 1.3. Các bộ phận và cách bố trí của hệ thống gạt nước trên ô tô 5 Hệ thống gạt nước và rửa kính trên ô tô bao gồm các bộ phận sau: 1.Cần gạt nước phía trướcLưỡi 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 saulưỡi gạt nước phía sau 7.Motor gạt nước phía sau 8.Relay điều khiển bộ gạt nước phía sau 9.Bộ điều khiển gạt nước (ECU JB phía hành khách) 10.Cảm biến nước mưa 1.1.3.2.Cần gạt nướcthanh gạt nước Hình 1.4. Hình ảnh cần gạt nước trên ô tô 5 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 1.5. Cấu tạo cần gạt nước 5 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 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. Hình 1.6. Cơ cấu truyền động của cần gạt nước 5 G

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của thầygiáo Ths.Trần Trung Dũng Trong suốt quá trình thực hiện đồ án đã dành rất nhiềuthời gian và tâm huyết để định hướng cũng như góp ý cho em để em có thể hoàn thành

đồ án tốt nghiệp này một cách tốt nhất

Em cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của ban giám hiệu nhà trường Đạihọc Công nghệ Thông tin và Truyền thông - Thái Nguyên, cũng như toàn thể các thầy

cô giáo trong Khoa Công nghệ Tự động hóa và bạn bè trong những năm học vừa qua

đã giúp đỡ em trong thời gian học tập tại trường Với sự giúp đỡ nhiệt tình đó đã giúp

em có một nền tảng kiến thức và chuyên môn để em có thể hoàn thành bản đồ án lầnnày cũng như công việc của em trong tương lai

Mặc dù đã có nhiều cố gắng hoàn thiện đồ án bằng tất cả sự nhiệt tình và nănglực của bản thân, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót rất mong nhận đượcnhững đóng góp quý báu của quý thầy cô và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái nguyên, tháng 5 năm 2017

Sinh viên

Ngô Văn Hảo

LỜI CAM ĐOAN

Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng thời gian quy định và đáp ứng được yêu cầuđặt ra bản thân em cố gắng tìm hiểu và nghiên cứu, học tập và làm việc trong suốt thờigian làm đồ án Em đã tham khảo một số tài liệu, bảng biểu để phục vụ cho việc phântích tìm hiểu, đánh giá, tất cả được nêu trong phần “Tài liệu tham khảo” Nội dung đềtài hoàn toàn không sao chép từ các đề tài khác, không vi phạm bản quyền tác giả.Toàn bộ đồ án là do bản thân em nghiên cứu và xây dựng nên dưới sự hướng dẫncủa thầy giáo Trần Trung Dũng Nội dung lý thuyết trong đồ án có sự tham khảo và sửdụng của một số tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và cáctrang web theo danh mục tài liệu của đồ án

Em xin cam đoan những lời trên là hoàn toàn đúng sự thật, nếu có thông tin sailệch em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước hội đồng

Thái nguyên, tháng 5 năm 2017

Sinh viên

Ngô Văn Hảo

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI CAM ĐOAN 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH 5

MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

1.1 Tổng quan về hệ thống gạt nước trên ô tô 8

1.1.1 Đôi nét về chiếc gạt nước đầu tiên trên xe hơi 8

1.1.2 Nhiệm vụ, phân loại và yêu cầu của hệ thống gạt nước 9

1.1.3 Cấu tạo của hệ thống gạt nước 10

1.1.4 Nguyên lý hoạt động 16

1.2 Tổng quan về board Arduino 17

1.2.1 Khái niệm và lịch sử ra đời của Arduino 17

1.2.2 Các ứng dụng nổi bật của bo mạch Arduino 18

1.2.3 Khả năng của bo mạch Arduino 20

1.2.4 Môi trường lập trình bo mạch Arduino 22

1.2.5 Các loại bo mạch Arduino 22

1.2.6 Các dòng Arduino thông dụng và các module hỗ trợ 22

1.3 Phần mềm Arduino IDE 24

1.3.1 Tổng quan về Arduino IDE 25

1.3.2 Các hàm vào ra số (Digital I/O) 32

1.3.3 Các hàm vào ra tương tự (Analog I/O) 34

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG GẠT NƯỚC MƯA TỰ ĐỘNG 36 2.1 Đặt vấn đề 36

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 36

2.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài 36

2.1.3 Những vấn đề còn tồn lại 37

2.2 Ý tưởng thiết kế 37

2.3 Yêu cầu thiết kế 38

2.4 Giải pháp thiết kế 39

2.4.1 Mục tiêu 39

2.4.2 Giải pháp nghiên cứu, thiết kế 39

2.5 Phân tích và lựa chọn linh kiện sử dụng 39

2.5.1 Lựa chọn linh kiện 39

2.5.2 Các linh kiện chính được sử dụng trong mạch 45

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG GẠT NƯỚC MƯA TỰ ĐỘNG 56

3.1 Xây dựng sơ đồ khối của hệ thống gạt nước mưa tự động 56

3.2 Sơ đồ nguyên lý 57

3.3 Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống gạt nước tự động 57

3.4 Kết nối các khối chức năng trong hệ thống 58

3.4.1 Kết nối động cơ Servo với Arduino 58

3.4.2 Kết nối cảm biến mưa với Arduino 60

3.5 Xây dựng lưu đồ thuật toán cho hệ thống gạt nước mưa tự động 61

3.6 Kết quả đạt được 61

3.6.1 Kết quả đạt được về mặt lý thuyết 61

3.6.2 Kết quả đạt được về thực nghiệm 62

3.6.3 Đánh giá thực nghiệm 63

3.7 Ứng dụng hệ thống gạt nước mưa tự động trên ô tô 64

3.7.1 Sơ đồ khối hệ thống gạt nước tự động ứng dụng trên ô tô 65

3.7.2 Sơ đồ mạch điện của hệ thống gạt nước tự động ứng dụng trên ô tô 68

3.8 Hướng phát triển của đề tài 69

KẾT LUẬN 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

PHỤ LỤC 73

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Bà Mary Anderson (1866-1953) Người phát minh ra chiếc gạt nước đầu tiên [5].8

Hình 1.2 Mô hình tổng thể hệ thống gạt nước trên ô tô [5] 10

Hình 1.3 Các bộ phận và cách bố trí của hệ thống gạt nước trên ô tô [5] 10

Hình 1.4 Hình ảnh cần gạt nước trên ô tô [5] 11

Hình 1.5 Cấu tạo cần gạt nước [5] 11

Hình 1.6 Cơ cấu truyền động của cần gạt nước [5] 12

Hình 1.7 Gạt nước che một nửa và che hoàn toàn [5] 13

Hình 1.8 Một số cách bố trí của lưỡi gạt [5] 13

Hình 1.9 Công tắc gạt nước [5] 14

Hình 1.10 Cấu tạo motor gạt nước và cấu tạo cuộn dây của motor [5] 15

Hình 1.11 Hoạt động của công tắc dạng cam [5] 16

Hình 1.12 Hình ảnh Arduino [5] 17

Hình 1.13 Mô hình thủy canh ứng dụng arduino [5] 18

Hình 1.14 Máy in 3D Makerbot điều khiển bằng Arduino Mega2560 [5] 18

Hình 1 15 Robot di động tránh vật cản dùng Arduino nano và camera CMUCam [5]19 Hình 1.16 Một thiết bị UAV [5] 19

Hình 1.17 Arduino với một số modul hỗ trợ [5] 22

Hình 1.18 Một vài thành viên trong đại gia đình Arduino [5] 23

Hình 1.19 Hình ảnh giao diện của phần mềm Arduino 25

Hình 1.20 Hình ảnh vùng thông báo của phần mềm arduino 26

Hình 1.21 IDE Menu 26

Hình 1.22 File menu 26

Hình 1.23 Click Examples 27

Hình 1.24 Edit menu 27

Hình 1.25 Sketch menu 28

Hình 1.26 Tool menu 28

Hình 1.27 Chọn Board 29

Hình 1.28 Sơ đồ thể hiện quy trình làm việc của các hàm setup() và loop() 30

Hình 2.1 Hình ảnh của sản phẩm gạt nước tự động trên thị trường [5] 37

Hình 2.2 Bố trí hệ thống cảm biến tự động trên xe [5] 37

Hình 2.3 Động cơ một chiều DC [5] 42

Hình 2.4 Hình ảnh động cơ Servo [5] 43

Hình 2.5 Hình ảnh của động cơ bước [5] 44

Hình 2.6 Arduino Uno [5] 46

Hình 2.7 Vi điều khiển trên Arduino [5] 47

Hình 2.8 Hình ảnh bộ cảm biến mưa [5] 49

Hình 2.9 Các bộ phận của cảm biến mưa [5] 50

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý của cảm biến mưa 50

Hình 2.11 Kết nối ứng dụng chân Digital của cảm biến mưa [5] 52

Hình 2.12 Hình ảnh động cơ Servo [5] 52

Hình 2.13 Hình ảnh cấu tạo của động cơ Servo [5] 54

Hình 2.14 Điều khiển vị trí của trục ra của động cơ bằng cách điều chế độ rộng xung 55

Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống gạt nước mưa tự động 56

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý của mạch gạt nước tự động 57

Hình 3.3 Sơ đồ kết nối giữa động cơ và Arduino 59

Hình 3.4 Mô hình thực tế sau khi kết nối động cơ và Arduino 59

Hình 3.5 Kết nối khối cảm biến và khối so sánh của bộ cảm biến mưa 60

Hình 3.6 Mô hình thực tế sau khi kết nối cảm biến mưa và Arduino 60

Hình 3.7 Lưu đồ thuật toán hệ thống gạt nước tự động 61

Hình 3.8 Mạch kết nối sau khi hoàn chỉnh 62

Hình 3.9 Mô hình gạt nước mưa tự động 63

Hình 3.10 Sơ đồ khối hệ thống gạt nước tự động ứng dụng trên ô tô 65

Hình 3.11 Hình ảnh nguyên tắc thu phát của cảm biến phản xạ hồng ngoại [5] 66

Hình 3.12 Hình ảnh động cơ gạt nước trên thực tế [5] 67 Hình 3.13 Sơ đồ mạch điện của hệ thống gạt nước mưa tự động ứng dụng trên ô tô 68

Xuất phát từ tình hình thực tế trên thế giới, bộ điều khiển gạt nước tự động đãđược 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 hữucho 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 bằngtay Điều này đôi lúc gây bất lợi cho người lái xe, đó là luôn mất thời gian bật công tắcgạt nước trong khi lái xe trong điều kiện thời tiết xấu (mưa, bão…), điều này gây mấttập 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 đểthuận tiện hơn cho người lái xe em đã có ý tưởng xây dựng một hệ thống gạt nước tựđộng thay vì phải điều chỉnh bằng tay trên các xe chưa được trang bị chức năng tựđộng Hệ thống sẽ tự động chuyển sang ON khi phát hiện có mưa và dừng lại khi trờihết mưa

Xuất phát từ những lý do trên em đã lựa chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống gạtnước mưa tự động ứng dụng trên ô tô” để tìm hiểu, nghiên cứu và định hướng pháttriển ứng dụng trong tương lai

2 Mục tiêu của đề tài

Nhằm nâng cao kiến thức chuyên môn và vận dụng được những gì đã học đượctrên trường vào thực tiễn cụ thể là mong muốn được ứng dụng điện tử vào trang bịnhững tiện nghi trên ô tô, ngoài ra em cũng mong muốn được hiểu biết hơn về hệthống gạt nước trên ô tô

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 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 cónhiệm vụ loại bỏ nước và bụi bẩn ra khỏi kính chắn gió, giúp người lái có một tầmnhìn tốt hơn khi điều khiển xe Ngày nay, gạt nước được xem như một tiêu chuẩnkhông chỉ trên 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 trênkính chắn gió để bật cần gạt nước ô tô một cách phù hợp Khi hệ thống làm việc sẽgiảm thiểu thời gian người lái xe phải rời tay ra khỏi tay lái Hệ thống này phát hiệnnhững giọt mưa trên kính chắn gió, tự động bật và điều chỉnh hệ thống gạt nước tươngứng với mức độ mưa

1.1.1 Đôi nét về chiếc gạt nước đầu tiên trên xe hơi

Hình 1.1 Bà Mary Anderson (1866-1953) Người phát minh ra chiếc gạt nước đầu tiên

[5]

Cần gạt nước ra đời lần đầu tiên vào năm 1903 được phát minh bởi một ngườiphụ nữ mang tên Mary Anderson ở NewYork Phát minh của bà đã giúp cho tất cả cáctài xế không phải mất thời gian để dừng lại lau kính chắn gió và bảo vệ sự an toàn củatài xế khi phải lái xe dưới mưa Sau nhiều nỗ lực thì đến năm 1905 bà đã nhận đượcbằng sáng chế của Mỹ Cơ cấu hoạt động của thiết bị này rất đơn giản là dùng haichiếc cần gắn vào thân xe và tiếp xúc với kính bằng lưỡi cao su, khi cần người lái xequay tay nắm đạt trong cabin 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 Tuynhiên phát minh này của bà không được hãng xe nào hưởng ứng Mãi đến năm 1911,tức là 11 năm sau, cần gạt nước mới trở thành thiết bị tiêu chuẩn trên các ôtô của Mỹ.

Kể từ đó, bộ gạt nước liên tục được các thế hệ nhà phát minh tiếp theo cải tiến, bổsung chức năng để cho đến ngày hôm nay, trở thành công cụ quan trọng và tiện lợitrên tất cả những chiếc xe hơi [5]

Hệ thống cảm biến mưa hiện tại sử dụng một bộ cảm biến quang học để pháthiện sự hiện diện của nước trên kính chắn gió và chuyển tiếp dữ liệu điều khiển cầngạt tới mô-đun điều khiển chính của xe (BCM) Nhưng các cảm biến mưa quang họcchỉ cung cấp một diện tích cảm biến nhỏ, dễ dẫn đến các lỗi chủ động và quá đắt đỏ đểđược thêm vào như là thiết bị tiêu chuẩn trong hầu hết các loại xe

1.1.2 Nhiệm vụ, phân loại và yêu cầu của hệ thống gạt nước

- 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 sửdụng loại này)

1.1.2.3 Yêu cầu

Hệ thống gạt nước và rửa kính là một hệ thống đảm bảo cho người lái nhìnđược rõ ràng bằng cách gạt nước mưa trên kính trước và kính sau khi trời mưa Hệthống có thể làm sạch bụi bẩn trên kính chắn gió phía trước nhờ thiết bị rửa kính Vìvậy đây là thiết bị cần thiết cho sự an toàn của xe khi chạy Gần đây một số kiểu xe cóthể 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 phùhợp với từng điều kiện trời mưa (mưa to hoặc mưa nhỏ)

1.1.3 Cấu tạo của hệ thống gạt nước

1.1.3.1 Cấu tạo chung

Hình 1.2 Mô hình tổng thể hệ thống gạt nước trên ô tô [5]

Hình 1.3 Các bộ phận và cách bố trí của hệ thống gạt nước trên ô tô [5]

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

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

1.1.3.2 Cần gạt nước/thanh gạt nước

Hình 1.4 Hình ảnh cần gạt nước trên ô tô [5]

Cấu trúc của cần gạt nước là một lưỡi cao su được lắp vào thanh kim loại gọi làthanh gạt nước Gạt nước được dịch chuyển tuần hoàn nhờ cần gạt

Hình 1.5 Cấu tạo cần gạt nước [5]

Ta có thể hình dung lưỡi gạt tương tự như những cái chổi cao su dài Bề mặttiếp xúc giữa lưỡi gạt và mặt kính chắn gió được phủ lên một lớp cao su mỏng Vì lưỡigạt nước được ép vào kính trước bằng lò xo nên gạt nước có thể gạt được nước mưanhờ dịch chuyển thanh gạt nước Chuyển động tuần hoàn của gạt nước được tạo ra bởimotor 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.

Hình 1.6 Cơ cấu truyền động của cần gạt nước [5]

Gạt nước được che một nửa và gạt nước che hoàn toàn:

Gạt nước thông thường có thể nhìn thấy từ phía trước của xe Tuy nhiên để đảmbảo tính khí động học, bề mặt lắp ghép phẳng và tầm nhìn rộng nên những gạt nướcgần đây được che đi dưới nắp ca pô Gạt nước có thể nhìn thấy một phần gọi là gạtnước che một nửa, gạt nước không nhìn thấy được gọi là gạt nước che hoàn toàn.Với gạt nước che hoàn toàn nếu nó bị phủ băng tuyết hoặc ở trong các điều kiệnkhác, thì gạt nước không thể dịch chuyển được Nếu cố tình làm sạch tuyết bằng cáchcho hệ thống gạt nước hoạt động cưỡng bức có thể làm hỏng motor gạt nước Để ngănngừa hiện tượng này, phần lớn các mẫu xe có cấu trúc chuyển chế độ gạt nước chehoàn toàn sang chế độ gạt nước che một phần bằng tay Sau khi bật sang gạt nước chemột nửa, cần gạt nước có thể đóng trở lại bằng cách dịch chuyển nó theo hướng mũitên được chỉ ra trên hình vẽ

Hình 1.7 Gạt nước che một nửa và che hoàn toàn [5]

Một số cách bố trí lưỡi gạt nước thường gặp:

Hình 1.8 Một số cách bố trí của lưỡi gạt [5]

Phần lớn các mẫu xe hơi sẽ có hai lưỡi gạt Khi hoạt động, hai lưỡi gạt sẽ cùngnhau di chuyển để làm sạch bề mặt kính Thật ra, hai lưỡi gạt được đặt tại hai điểmlệch về một bên của kính chắn gió (như hình minh họa) Cách sắp xếp này gọi là gạtnước 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 chongười lái

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

1.1.3.3 Công tắc gạt nước và Relay điều khiển gạt nước gián đoạn

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 thờigian nhất định) và một công 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 cũngnằm ở công tắc gạt nước và được bật về giữa các vị trí ON và OFF Một số xe có vị tríINT cho gạt nước kính sau Ở những kiểu xe gần đây, ECU được đặt trong công tắc tổhợp cho MPX (hệ thống thông tin đa chiều)

Hình 1.9 Công tắc gạt nước [5]

Relay điều khiển gạt nước gián đoạn

Relay này kích hoạt các gạt nước hoạt động một cách gián đoạn Phần lớn cáckiểu xe gần đây các công tắc gạt nước có relay này được sử dụng rộng rãi Một relaynhỏ và mạch transistor gồm có tụ điện và điện trở cấu tạo thành relay điều khiển gạtnước gián đoạn Dòng điện tới motor gạt nước được điều khiển bằng relay theo tínhiệu được truyền từ công tắc gạt nước làm cho motor gạt nước chạy gián đoạn

1.1.3.4 Motor gạt nước

Khái quát chung

Motor gạt nước là dạng động cơ điện một chiều kích từ bằng nam chậm vĩnhcửu Motor gạt nước gồm có motor và bộ truyền bánh răng để làm giảm tốc độ ra củamotor Motor gạt nước có 3 chổi than tiếp điện: chổi tốc độ thấp, chổi tốc độ cao vàmột chổi dùng chung (để tiếp mát) Một công tắc dạng cam được bố trí trong bánhrăng để gạt nước dừng ở vị trí cố định trong mọi thời điểm

Hình 1.10 Cấu tạo motor gạt nước và cấu tạo cuộn dây của motor [5]

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 vớivận 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 vớitốc độ cao

Công tắc dạng cam

Cơ cấu gạt nước có chức năng dừng thanh gạt nước tại vị trí cố định Do cóchức năng này thanh gạt nước luôn được đảm bảo dừng ở vị trí cuối cùng của kínhchắn gió khi tắt công tắc gạt nước Công tắc dạng cam thực hiện chức năng này Côngtắc này có đĩa cam xẻ rãnh chữ V và 3 điểm tiếp xúc Khi công tắc gạt nước ở vị tríLO/HI, điện áp ắc quy được đặt vào mạch điện và dòng điện đi vào motor gạt nướcqua 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 dòngđiện đi vào motor gạt nước tới tiếp điểm P1 qua tiếp điểm P2 làm cho motor tiếp tụcquay Sau đó bằng việc quay đĩa cam làm cho tiếp điểm P2 ở vị trí rãnh do đó dòngđiện 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 1.11 Hoạt động của công tắc dạng cam [5]

Phần ứng → Cực (+)1 của motor → công tắc gạt nước → cực S của motor gạtnước → tiếp điểm P1 → P3 → phần ứng Vì phần ứng tạo ra sức điện động ngượctrong mạch đóng này, nên quá trình hãm motor bằng điện được tạo ra và motor đượcdừng lại tại điểm cố định

1.1.4 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 cácchế độ điều khiển motor gạt nước: HIGH, LOW và STOP dựa trên sự thay đổi vị trícủa cụm công tắc gạt nước

1.2 Tổng quan về board Arduino

1.2.1 Khái niệm và lịch sử ra đời của Arduino

Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác vớicác thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác Đặc điểmnổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với mộtngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu vềđiện tử và lập trình Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính là mức giá rất thấp vàtính 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 thiếtbị

Arduino ra đời tại thị trấn Ivrea thuộc nước Ý và được đặt theo tên một vị vuavào 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 MassimoBanzi, là một trong những người phát triển Arduino, tại trường Interaction DesignInstistute Ivrea (IDII) Mặc dù hầu như không được tiếp thị gì cả, tin tức về Arduinovẫn lan truyền với tốc độ chóng mặt nhờ những lời truyền miệng tốt đẹp của nhữngngười 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.

1.2.2 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 phứctạp 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 ứngdụng nổi bật của Arduino:

Ứng dụng trong hệ thống thủy canh

Hình 1.13 Mô hình thủy canh ứng dụng arduino [5]

Ứng dụng trong máy in 3D

Một cuộc cách mạng khác cũng đang âm thầm định hình nhờ vào Arduino, đó

là sự phát triển máy in 3D nguồn mở Reprap Máy in 3D là công cụ giúp tạo ra các vậtthể thực trực tiếp từ các file CAD 3D Công nghệ này hứa hẹn nhiều ứng dụng rất thú

vị trong đó có cách mạng hóa việc sản xuất cá nhân

Hình 1.14 Máy in 3D Makerbot điều khiển bằng Arduino Mega2560 [5]

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 là robot di động

Hình 1.15 Robot di động tránh vật cản dùng Arduino nano và camera CMUCam [5]

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 1.16 Một thiết bị UAV [5]

Điều khiển ánh sáng

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

Kích hoạt chụp ảnh tốc độ cao

Đây là một ứng dụng rất đơn giản nhưng đặc biệt hữu ích với những ai đam mêchụp ảnh Ứng dụng này giúp tạo ra những bức ảnh độc đáo ghi lại những khoảnhkhắc 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 tựđộng, điều khiển động cơ, ứng dụng trong hệ thống giám sát môi trường…

1.2.3 Khả năng của bo mạch Arduino

Bo mạch Arduino sử dụng dòng vi xử lý 8-bit megaAVR của Atmel với haichip phổ biến nhất là ATmega328 và ATmega2560 Các dòng vi xử lý này cho phéplập trình các ứng dụng điều khiển phức tạp, do được trang bị cấu hình mạnh với cácloại bộ nhớ ROM, RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/O trong đó có nhiều ngõ cókhả năng xuất tín hiệu PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog và các chuẩn giao tiếp đadạng như UART, SPI, TWI (I2C).[2]

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 hoặcngõ ra bằng phần mềm Do đó người dùng có thể linh hoạt quyết định số lượng ngõvào và ngõ ra Tổng số lượng cổng digital trên các mạch dùng Atmega328 là 14, vàtrên Atmega2560 là 54

+) Analog:

Các bo mạch Arduino đều có trang bị các ngõ vào analog với độ phân giải 10bit (1024 phân mức, ví dụ với điện áp chuẩn là 5V thì độ phân giải khoảng 0.5mV) Sốlượng 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:

+) 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 tínhiệu điều chế xung PWM Độ phân giải của các tín hiệu PWM này là 8-bit Số lượngcổng 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 mạchArduino Mỗi bo có trang bị một số cổng Serial cứng (việc giao tiếp do phần cứngtrong chíp thực hiện) Bên cạnh đó, tất cả các cổng digital còn lại đều có thể thực hiệngiao tiếp nối tiếp bằng phần mềm (có thư viện chuẩn, người dùng không cần phải viếtcode) Mức tín hiệu của các cổng này là TTL 5V Lưu ý cổng nối tiếp RS-232 trên cácthiết bị hoặc PC có mức tín hiệu là UART 12V Để giao tiếp được giữa hai mức tínhiệu, 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 Vớitính năng giao tiếp nối tiếp, các bo Arduino có thể giao tiếp được với rất nhiều thiết bịnhư PC, touchscreen, các game console…

+) USB:

Các bo Arduino tiêu chuẩn đều có trang bị một cổng USB để thực hiện kết nốivới máy tính dùng cho việc tải chương trình Tuy nhiên các chip AVR không có cổngUSB, do đó các bo Ardunino phải trang bị thêm phần chuyển đổi từ USB thành tínhiệu UART Do đó máy tính nhận diện cổng USB này là cổng COM chứ không phải làcổng USB tiêu chuẩn

năng này, các bo Arduino có thể giao tiếp với một số loại cảm biến như thermostat củaCPU, tốc độ quạt, một số màn hình OLED/LCD, đọc real-time clock, chỉnh âm lượngcho một số loại loa…

1.2.4 Môi trường lập trình bo mạch Arduino

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

1.2.5 Các loại bo mạch Arduino

Về mặt chức năng, các bo mạch Arduino được chia thành hai loại: loại bo mạchchính có chip Atmega và loại mở rộng thêm chức năng cho bo mạch chính (thường đượcgọi là shield)

Các bo mạch chính về cơ bản là giống nhau về chức năng, tuy nhiên về mặt cấuhình 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 chủyếu mở rộng thêm một số tính năng cho bo mạch chính ví dụ như tính năng kết nốiEthernet, Wireless, điều khiển động cơ v.v…

1.2.6 Các dòng Arduino thông dụng và các module hỗ trợ

Hình 1.17 Arduino với một số modul hỗ trợ [5]

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…

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

Shield, Arduino GSM Shield …

Dưới đây là một số loại arduino:

Hình 1.18 Một vài thành viên trong đại gia đình Arduino [5]

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

1.3 Phần mềm Arduino IDE

Ta sử dụng phần mềm Arduino IDE Arduino IDE (Arduino IntegratedDevelopment Environment) là một trình soạn thảo văn bản, giúp bạn viết code để nạpvào bo mạch arduino để thực hiện các yêu cầu như mong muốn

1.3.1 Tổng quan về Arduino IDE

1.3.1.1 Giao diện của Arduino IDE

Dưới đây là giao diện chính của phần mềm arduino:

Vùng thông báo (debug):

Hình 1.20 Hình ảnh vùng thông báo của phần mềm arduino.

Những thông báo từ IDE sẽ được hiển thị tại đây Để ý rằng góc dưới cùng bênphải hiển thị loại board Arduino và cổng COM được sử dụng Luôn chú ý tới mục nàybởi nếu chọn sai loại board hoặc cổng COM, chúng ta sẽ không thể upload được codecủa mình

Arduino IDE Menu:

+) File menu:

Hình 1.21 IDE Menu

Hình 1.22 File menu.

Trong file menu chúng ta quan tâm tới mục Examples đây là nơi chứa code mẫu

ví dụ như: cách sử dụng các chân digital, analog, sensor …

+) Edit menu:

Hình 1.23 Click Examples.

Hình 1.24 Edit menu.

+) Sketch menu:

Hình 1.25 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 Tap code mới

● Import Library: thêm thư viện cho IDE

+) Tool memu:

Hình 1.26 Tool menu.

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:

1.3.1.2 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().

+) 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 chỉchạy 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 cấpnguồn

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

Hình 1.28 Sơ đồ thể hiện quy trình làm việc của các hàm setup() và loop().

- Ví dụ1:

int led = 13;

void setup() {pinMode(led, OUTPUT);

}void loop() { digitalWrite(led, HIGH);

delay(1000);

digitalWrite(led, LOW);

delay(1000);

}

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:

+) Vòng lặp loop(): Sử dụng để lặp đi lặp lại những câu lệnh và tạo thành

những vòng lặp liên tiếp, sau khi setup() chạy xong, những lệnh trong loop() được

chạy Chúng sẽ lặp đi lặp lại liên tục cho tới khi nào ta ngắt nguồn của board Arduino

mới thôi.[2]

- Ví dụ 2:

int led = 13;

void setup() {pinMode(led, OUTPUT);

}void loop() { digitalWrite(led, HIGH);

delay(1000);

digitalWrite(led, LOW);

delay(1000);

}

Giải thích: Khi 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:

1.3.2 Các hàm vào ra số (Digital I/O)

Hàm pinMode(): Cấu hình một chân thành một chân vào hoặc một chân ra.

void loop(){

digitalWrite(ledPin, HIGH); // đèn led sángdelay(1000); // đợi trong 1s

digitalWrite(ledPin, LOW); //đèn led tắt delay(1000); //doi trong 1s

}

Serial.println(giá trị): In giá trị để Monitor Serial trên máy tính

DigitalRead(): Đọc tín hiệu điện từ một chân digital (được thiết đặt

là INPUT) Trả về 2 giá trị HIGH hoặc LOW

{pinMode(ledPin, OUTPUT); // đặt pin digital 13 là output pinMode(inPin, INPUT); // đặt pin digital 2 là input

}void loop(){

val = digitalRead(inPin); // đọc tín hiệu từ digital2 digitalWrite(ledPin, val); // thay đổi giá trị của đèn LED là giá trị của digital 2

}

DigitalWrite():

Xuất tín hiệu ra các chân digital, có 2 giá trị là HIGH hoặc là LOW Nếu một

pin được thiết đặt là OUTPUT bởi pinMode() và dùng digitalWrite để xuất tín hiệu thì

điện thế tại chân này sẽ là 5V (hoặc là 3,3 V trên mạch 3,3 V) nếu được xuất tín hiệu

là HIGH, và 0V nếu được xuất tín hiệu là LOW Nếu một pin được thiết đặt là INPUT

bởi pinMode() Lúc này digitalWrite sẽ bật (HIGH) hoặc tắt (LOW) hệ thống điện trở

pullup nội bộ Nên dùng INPUT_PULLUP nếu muốn bật hệ thống điện trở pullup nội

void loop(){

digitalWrite(ledPin, HIGH); // bật đèn led delay(1000); // dừng trong 1 giâydigitalWrite(ledPin, LOW); // tắt đèn led

delay(1000); // dừng trong 1 giây}

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

Hàm analogRead():

Nhiệm vụ của analogRead() là đọc giá trị điện áp từ một chân Analog (ADC).

Trên mạch Arduino UNO có 6 chân Analog In, được kí hiệu từ A0 đến A5 Trên cácmạch khác cũng có những chân tương tự như vậy với tiền tố "A" đứng đầu, sau đó là

số hiệu của chân AnalogRead() luôn trả về 1 số nguyên nằm trong khoảng từ 0 đến

1023 tương ứng với thang điện áp (mặc định) từ 0 đến 5V Ta có thể điều chỉnh thang

điện áp này bằng hàm analogReference() Hàm analogRead() cần 100 micro giây để

int voltage = analogRead(A0);

Trong đó A0 là chân dùng để đọc điện áp

Hàm analogWrite():

Là lệnh xuất ra từ một chân trên mạch Arduino một mức tín hiệu analog (phátxung PWM) Người ta thường điều khiển mức sáng tối của đèn LED hay hướng quay của động cơ servo bằng cách phát xung PWM như thế này

Ta không cần gọi hàm pinMode() để đặt chế độ OUTPUT cho chân sẽ dùng để

phát xung PWM trên mạch Arduino

- Cú pháp: analogWrite([chân phát xung PWM], [giá trị xung PWM]); [2]

Giá trị mức xung PWM nằm trong khoảng từ 0 đến 255

Trong đó: pin là chân để ghi dữ liệu, value nhận một trong hai giá trị trong khoảng từ 0 (tắt) tới 255 (mở) Giá trị trả về là none

- Ví dụ 7:

int led = 11;

void setup() {}

void loop() {for (int i = 0; i <= 255; i++) {

analogWrite(led,i);

delay(20);

}}Đoạn code trên có chức năng làm sáng dần một đèn LED được kết nối vào chân

số 11 trên mạch Arduino

CHƯƠNG 2:

PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG GẠT NƯỚC MƯA TỰ ĐỘNG 2.1 Đặt vấn đề

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu

“ Mô hình gạt nước tự động trên ô tô”

Ngày nay với sự phát triển như vũ bão của ngành điện tử trong những thập niêngần đây đã tác động rất lớn đến ngành công nghiệp ô tô Chiếc ô tô ngày nay khôngcòn là một sản phẩm thuần cơ khí như mới ngày đầu phát triển, sự kết hợp giữa cơ khí

và điện tử đã biến nó trở thành một sản phẩm công nghệ cao, là nơi tập hợp rất nhiềucác thiết bị, hệ thống điện tử tân tiến nhất Tất cả nhằm mục đích tạo ra sự vận hành tối

ưu cho chiếc xe và đem lại sự thoải mái, thuận tiện nhất có thể cho người điều khiển.Một trong những thiết bị đang được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng trong thờigian gần đây là bộ điều khiển gạt nước tự động Đây là thiết bị khá hữu ích và có khảnăng ứng dụng cao, nó có khả năng tự phát hiện ra nước, tuyết hoặc bùn bám vào mặtkính trước của ôtô và điều khiển cần gạt nước với tốc độ thích hợp Đồng thời nó cũng

có thể điều khiển hoạt động của đèn pha khi ánh sáng không đủ Người điều khiển sẽkhông cần phải bỏ tay ra khỏi vô lăng, hoặc liên tục điều chỉnh tốc độ của cần gạt khiđiều kiện thay đổi, việc lái xe đã trở nên dễ dàng và an toàn hơn

2.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài

Bộ điều khiển gạt nước tự động đã được nghiên cứu và phát triển khá thànhcông ở nước ngoài, và trở thành một tùy chọn khi mua xe Một số hãng xe lớn nhưBMW, Mercedes…đã đưa ứng dụng này vào sử dụng Trên thị trường cũng đã có bán

lẻ các thiết bị này với kích thước nhỏ gọn và giá thành khá hợp lý, có thể lắp đặt trênhầu hết các loại xe ô tô

Ở trong nước cũng đã xuất hiện những sản phẩm này với mức giá chấp nhậnđược tuy nhiên sản phẩm này vẫn còn chưa phổ biến, và hầu hết là hàng nhập khẩu.Các công ty và các trường đào tạo kỹ thuật cũng đã đưa vào nghiên cứu để có thể cho

ra những sản phẩm chất lượng với giá thành cạnh tranh hơn

Một số hình ảnh của sản phẩm trên thị trường:

Hình 2.1 Hình ảnh của sản phẩm gạt nước tự động trên thị trường [5]

2.2 Ý tưởng thiết kế

Xuất phát từ tình hình thực tế trong nước và quốc tế, cũng như những nhận định

và phân tích như trên thì ta có thể nhận thấy rằng ngày nay trên các loại xe hơi cao cấp

và trung cấp đã được trang bị hệ thống gạt nước mưa và rửa kính tự động Tuy nhiêntrên các loại xe ít tiền thì 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 mấtthời gian bật công tắc gạt nước trong khi lái xe trong điều kiện thời tiết xấu (mưabão…), điều này gây mất tập trung và ảnh hưởng đến việc lái xe an toàn Trong thờiđại công nghệ như hiện nay việc ứng dụng công nghệ vào việc trang thiết bị trên cácphương tiện giao thông để đem đến sự tiện nghi cho người điều khiển các phương tiệngiao thông là vô cùng cần thiết.

Vì vậy, với những kiến thức đã học cũng như những thông tin cập nhật trêninternet em nhận thấy vấn đề xây dựng một hệ thống gạt nước tự động chuyển sang

ON khi trời có mưa và dừng lại khi trời tạnh mưa là một vấn đề đang được nhà sảnxuất và người dùng quan tâm Nhằm mục đích đem đến sự tiện lợi cho người lái xe,đặc biệt là những chủ sở hữu người mà có thu nhập thấp và trung bình chưa có cơ hội

sở hữu cho mình một chiếc xe được trang bị hệ thống gạt nước tự động thì nay cũng cóthể trang bị trên chiếc xe của mình một hệ thống gạt nước và rửa kính tự động với mộtchi phí phù hợp Đề tài của em đưa ra đó là sự kết hợp giữa hệ thống gạt nước mưahiện tại và bổ sung thêm chức năng tự động ON khi có mưa và OFF khi tạnh mưa để

tự động hóa hệ thống gạt nước mưa trên ô tô mà không cần có sự can thiệp bằng tay.Với mục đích này, em sử dụng một cảm biến phát hiện mưa để thu thập dữ liệu

từ môi trường đó là các hạt nước mưa rơi trên mặt kính và gửi về cho bộ điều khiển

Bộ điều khiển chính là một vi điều khiển có khả năng thu thập dữ liệu và xử lý dữ liệu

để từ đó tác động điều khiển động cơ gạt nước Hệ thống này gọi là hệ thống gạt nướcmưa tự động

2.3 Yêu cầu thiết kế

Hệ thống sau khi xây dựng xong phải đảm bảo các yêu cầu thiết kế sau:

- Hệ thống sẽ tự động ON khi có mưa

- Tự động dừng lại khi tạnh mưa

- Cảm biến phát hiện mưa chính xác

- Tốc độ quay của động cơ gạt nước thay đổi phù hợp với từng điều kiện trời mưa (mưa to hoặc mưa nhỏ)

- Động cơ quay ở hai tôc độ: nhanh và chậm

- Thiết kế mạch điều khiển nhỏ gọn và phù hợp với xe

- Hệ thống phải hoạt động nhẹ nhàng, linh hoạt, ổn định