đồ án Thiết kế mạch điều khiển mô tơ gạt nước

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 phíatrước 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.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC- BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ Ô TÔ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Đề tài : Tính toán thiết kế mạch điều khiển mô tơ gạt nước

 Giáo viên hướng dẫn : Luyện Văn Hiếu

 Sinh viên thực hiện : Quán Trung Hiếu

 Lớp : 121121

Giảng viên hướng dẫn:

Luyện Văn Hiếu

Hưng Yên, ngày… tháng… năm 2015

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN :

LỜI NÓI ĐẦU

Sau một thời gian nghiên cứu, tìm tòi, tính toán dưới sự chỉ dẫn tận tình của

thầy Luyện Văn Hiếu cùng các thầy cô trong khoa Cơ Khí Động Lực em đã

hoàn thành đề tài“ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GẠT MƯA RỬA KÍNH

TỰ ĐỘNG HÃNG KIA ”

Trong quá trình hoàn thành, em đã học hỏi được rất nhiều điều lý thú và bổ ích:

+ Em đã làm quen được với phương pháp làm việc độc lập và theo nhóm

Có thể đây là phương pháp làm việc khoa học, hiệu quả bởi nó luyện cho em khả năng làm việc độc lập, tự tìm tòi và tinh thần tự giác, trách nhiệm cao.+ Giúp em có khả năng tìm tòi, sang tạo, tự lập phương pháp tìm kiếm tài liệu từ các nguồn khác nhau

+ Qua việc thực hiện đề tài này, em đã có thêm nhiều kinh nghiệm cho các lần sau Đặc biệt là phương pháp trình bày ý tưởng của chính mình

Tuy nhiên trong quá trình hoàn thành đề tài này em gặp rất nhiều khó khăn, thử thách không thể khắc phục Vì vậy, đề tài thực hiện còn nhiều thiếu xót, không được như mong đợi Mong các thầy cô tiếp tục giúp em hơn nữa để em hoàn thiện hơn kĩ năng của mình Từ đó áp dụng vào các đề tài sau này

Một lần nữa em xin trân thành cảm ơn các thầy cô đã tận tình chỉ bảo giúp

đỡ để em hoàn thành đề tài này Và em mong rằng các thầy cô sẽ tiếp tục giúp đỡ em trở thành người có ích cho gia đình và xã hội

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG GẠT MƯA RỬA

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

1.2.Các bộ phận và vị trí

Hình 1.2: các bộ phận và vị trí

Hệ thống gạt nước và rửa kính gồm các bộ phận sau.

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

2. Mô tơ và cơ cấu dẫn động gạt nước phía trước

3. Vòi phun của bộ rửa kính trước

4. Bình chứa nước rửa kính (có mô tơ rửa kính)

5. Công tắc gạt nước và rửa kính (Có rơle điều khiển gạtnước gián đoạn)

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

7. Mô tơ gạt nước phía sau

8. Rơle điều khiển bộ gạt nước phía sau

Hình 1.3: mục tham khảo

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

10.Cảm biến nước mưa

1.3.Cấu tạo

Có một số bộ phận chính trong hệ thống gạt nước Cấu trúc của gạt nước là một lưỡi cao su gạt nước được lắp vào thanh kim loại gọi là thanh gạt nước Gạt nước được dịch chuyển tuần hoàn nhờ cần gạt

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 mô tơ 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

(2) Gạt nước được che một nửa/gạt nước che hoàn toàn

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 tấm nhìn rộng nên những gạt nước gần đây được che đi dưới nắp ca pô

Gạt nước có thể nhìn thấy một phần gọi là gạt nước che một nửa, gạt nước

không nhìn thấy được gọi là gạt nước che hoàn toàn

Gợi ý:

Với gạt nước che hoàn toàn nếu nó bị 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

mô tơ 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 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 trên hình 1.4

1.4 Công tắc gạt nước và rửa kính

Hình 1.5:.Công tắc gạt nước và rửa kính

Trong nhiều trường hợp công tắc gạt nước và rửa kính 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)

1.4.2 Rơle điều khiển gạt nước gián đoạn

Rơ le 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 rơle này được sử dụng rộng rãi Một rơle nhỏ và mạch tranzisto gồm có tụ điện và điện trở cấu tạo thành rơ le điều khiển gạt nước gián đoạn

1.4.3 Công tắc rửa kính

Công tắc bộ phận rửa kính được kết hợp với công tắc gạt nước Mô tơ rửa kính hoạt động và phun nước rửa kính khi bật công tắc này

1.5 Mô tơ gạt nước

Hình 1.6: Cấu Tạo Mô Tơ gạt nước

1.5.1 Khái quát chung

Mô tơ dạng lõi sắt từ là nam châm vĩnh cửu được sử dụng làm mô tơ gạt nước Mô tơ gạt nước gồm có môtơ và bộ truyền bánh răng để làm giảm tốc độ

ra của mô tơ Mô tơ lõi sắt từ 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

• 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 mô tơ 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 mô tơ quay với tốc độ cao

1.5.2 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 bảo đảm dừng ở dưới 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

sẻ rãnh chữ V và 3 điểm tiếp xúc Khi công tắc gạt nước ở vị trí LO/HI, điện áp

ắc qui được đặt vào mạch điện và dòng điện đi vào mô tơ gạt nước qua công tắc gạt nước làm cho mô tơ gạt nước quay Tuy nhiên, ở thời điểm công tắc gạt nước tắt, nếu tiếp điểm P2 ở vị trí tiếp xúc mà không phải ở vị trí rãnh thì điện áp của ắc qui vẫn được đặt vào mạch điện và dòng điện đi vào mô tơ gạt nước tới tiếp điểm P1 qua tiếp điểm P2 làm cho mô tơ 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

mô tơ gạt nước bị dừng lại Tuy nhiên, do quán tính của phần ứng, mô tơ 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 việc đóng mạch như sau: Phần ứng ® Cực (+)1 của mô tơ ® công tắc gạt nước ® cực S của mô tơ 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 mô tơ bằng điện được tạo ra và mô tơ được dừng lại tại điểm cố định

1.6 Mô tơ rửa kính

Hình 1.7: mô tơ rủa kính

1.6.1 Mô tơ rửa kính trước/kính sau

Đổ nước rửa kính 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 mô tơ rửa kính đặt trong bình chứa Mô tơ 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 loại có bình chứa chung cho cả bộ phận rửa kính 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 chỉnh vòi phun cho cả kính trước và kính sau nhờ mô tơ rửa kính điều khiển các van và một loại khác có hai mô tơ riêng cho bộ phận rửa kính trước và bộ phận rửa kính sau được đặt trong bình chứa

1.6.2 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

1.7.2 Nguyên lý hoạt động khi công tắc gạt nước ở vị trí HIGH

Hình 1.9: Chế Độ HIGH

Khi công tắc gạt nước được bật về vị trí tốc độ cao, dòng điện đi vào chổi tiếp điện cao của mô tơ gạt nước HI như được chỉ ra trên hình vẽ và gạt nước hoạt động ở tốc độ cao

1.7.3 Nguyên lý hoạt động khi tắt công tắc gạt nước OFF

Nếu tắt công tắc gạt nước được về vị trí OFF trong khi mô tơ gạt nước đang hoạt động, thì dòng điện sẽ đi vào chổi than tốc độ thấp của mô tơ gạt nước như được chỉ ra trên hình vẽ và gạt nước hoạt động ở tốc độ thấp Khi gạt nước tới vị trí dừng, tiếp điểm của công tắc dạng cam sẽ chuyển từ phía P3 sang phía P2 và mô tơ dừng lại

Hình 1.10: Chế độ OFF

1.7.4 Nguyên lý hoạt động khi bật công tắc gạt nước đến vị trí "INT"

• Hoạt động khi tranzisto bật ON

Khi bật công tắc gạt nước đến vị trí INT, thì tranzisto Tr1 được bật lên một lúc làm cho tiếp điểm rơ le được chuyển từ A sang B Khi tiếp điểm rơ le tới vị trí B,dòng điện đi vào mô tơ (LO) và mô tơ bắt đầu quay ở tốc độ thấp

Hình 1.11: Chế Độ Tansistor Bật ON

• Hoạt động khi tranzisto Tr ngắt OFF

Tr1 nhanh chóng ngắt ngay làm cho tiếp điểm rơ le chuyển lại từ B về A Tuy nhiên, khi mô tơ 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 mô tơ và mô

tơ làm việc ở tốc độ thấp rồi dừng lại khi tới vị trí dừng cố định

Tranzisto Tr1 lại bật ngay làm cho gạt nước tiếp tục hoạt động gián đoạn trở lại ở loại gạt nước có điều chỉnh thời gian gián đoạn, biến trở thay đổi giá trị nhờ xoay công tắc điều chỉnh và mạch điện tranzisto điều chỉnh khoảng thời gian cấp điện cho tranzisto và làm cho thời gian hoạt động gián đoạn được thay đổi

Hình 1.12:.Chế Độ Transistor OFF

• Nguyên lý hoạt động khi bật công tắc rửa kính ON

Khi bật công tắc rửa kính dòng điện đi vào mô tơ rửa kính ở cơ cấu gạt nước có sự kết hợp với rửa kính, tranzisto Tr1 bật theo chu kỳ đã định khi mô

tơ gạt nước hoạt động làm cho gạt nước hoạt động một hoặc hai lần ở cấp tốc

độ thấp Thời gian tr1 bật là thời gian để tụ điện trong mạch tranzisto nạp điện trở lại Thời gian nạp điện của tụ điện phụ thuộc vào thời gian đóng công tắc rửa kính

Hình 1.13: Chế Độ Công Tắc ON

1.8 Hệ Thống Và Chức Năng Hoạt Động Mới

1.8.1 Hệ thống gạt nước dải rộng

• Khái quát chung

Hệ thống gạt nước dải rộng được trang bị để giữ cho khu vực gạt nước qui định không phụ thuộc vào tốc độ gạt nước ở hệ thống gạt nước thông thường, khu vực gạt nước có khả năng trở nên rộng hơn do quán tính nhờ tốc

độ gạt nước khi hoạt động ở tốc độ cao Cần phải quan tâm tới điều này khi xác lập khu vực gạt nước

Kết quả là khu vực gạt nước sẽ nhỏ đi, đó là khu vực còn lại sẽ tăng lên khi gạt nước hoạt động ở tốc độ thấp Hệ thống gạt nước dải rộng tự động làm cho khu vực gạt nước giảm đi/tăng lên để giảm khu vực còn lại ở tốc độ thấp

Hình 1.14 hệ thống nước dải rộng

• Cấu tạo

Ở hệ thống gạt nước dải rộng, mô tơ được đặt cạnh mô tơ gạt nước thông thường và vị trí của của cơ cấu dẫn động gạt nước thay đổi được Trong kết cấu này, khi mô tơ gạt nước dải rộng hoạt động, trục vít quay và sau đó bánh vít quay Kết quả vì cần không tải hoạt động nên vị trí của cơ cấu điều khiển gạt nước thay đổi

• Vị trí INT, LO của công tắc gạt nước

Bộ phận điều khiển gạt nước làm cho mô tơ gạt nước dải rộng thường quay tới vị tí LO, vị trí trung tâm của cần không tải thay đổi (a tới a') và cánh tay đòn thay đổi (b tới b', c tới c') đồng thời Kết quả là thanh gạt nước dịch chuyển

từ vị trí dừng dưới kính tới vị trí LO Sau đó gạt nước hoạt động gián đoạn hoặc ở tốc độ thấp

• Vị trí HIGH của công tắc gạt nước

nên nó thậm trí vượt qua cả vị trí dừng và vị trí quay đảo chiều Khu vực gạt thực

tế được duy trì khi hoạt động gián đoạn và ở tốc độ thấp

Hình 1.15: cấu tạo hệ thống gạt nước dải rộng

1.8 2 Chức năng INT điều chỉnh khoảng thời gian gạt theo tốc độ xe

Chức năng này điều khiển khoảng thời gian của gạt nước theo tốc độ xe khi công tắc gạt nước ở vị trí INT

Dải điều chỉnh khoảng thời gian gạt gồm 3 vị trí và được lựa chọn bởi bộ điều chỉnh Khoảng thời gian gạt có thể được điều khiển vô cấp trong mỗi dải

Hình 1.16: Chức năng INT điều chỉnh tốc độ xe theo thời gian

chạy và công tắc ở vị trí LO việc dừng xe sẽ làm cho gạt nước làm việc hai lần và sau đó chuyển về hoạt động gián đoạn với khoảng thời gian xấp xỉ 2,5 giây

1.8.4 Rửa kính kết hợp với gạt nước có chức năng ngăn đọng nước trên

1.8.5 Chức năng cảm biến nước mưa

Hình 1.18: vị trí cảm biến nước mưa

• Cảm biến nước mưa

Cảm biến nước mưa gồm có 1 điốt phát tia hồng ngoại (LED) và một điốt quang để nhận các tia này

Phương pháp phát hiện lượng nước mưa dựa trên lượng tia hồng ngoại được phản xạ bởi kính trước của xe Ví dụ nếu không có nước mưa trên khu vực phát hiện, các tia hồng ngoại được phát ra từ LED đều được kính trước phản xạ và điốt quang sẽ nhận các tia phản xạ này

Một dải của cảm biến nước mưa sẽ điền vào khe hở giữa thấu kính và kính trước Nếu có mưa ở khu vực phát hiện, thì một phần tia hồng ngoại phát ra

sẽ bị xuyên thấu ra ngoài do sự thay đổi hệ số phản xạ của kính xe do mưa Do

đó lượng tia hồng ngoại do điốt quang nhận được giảm xuống Đây là tín hiệu

• Chức năng an toàn khi có sự cố

Nếu bộ phận điều khiển gạt nước phát hiện có sự cố trong bộ phận cảm nhận nước mưa nó sẽ điều khiển gạt nước hoạt động một cách gián đoạn phù hợp với tốc độ xe Đây chính là chức năng an toàn khi có sự cố trong hệ thống cảm biến nước mưa Ngoài ra, gạt nước cũng có thể được điều khiển một cách thông thường bằng công tắc gạt nước ở các vị trí LO và HI

CHƯƠNG II:LỰA CHỌN CÁC LINH KIỆN ĐIỆN,ĐIỆN TỬ TRONG

MẠCH 2.1 Vi điều khiển PIC 16F877A

2.1.1 Giới thiệu chung

- PIC là viết tắt của “Programable Intelligent Computer”, có thể tạm dịch là “máy tính thông minh khả trình” do hãng Genenral Instrument đặt tên

- Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như 8051, Motorola 68HC, AVR, ARM, Ngoài họ 8051 được hướng dẫn một cách căn bản ở môi trường đại học, bản thân người viết đã chọn họ vi điều khiển PIC để mở rộng vốn kiến thức và phát triển các ứng dụng trên công cụ này vì các nguyên nhân sau:

- Họ vi điều khiển này có thể tìm mua dễ dàng tại thị trường Việt Nam

- Giá thành không quá đắt

- Có đầy đủ các tính năng của một vi điều khiển khi hoạt động độc lập

- Là một sự bổ sung rất tốt về kiến thức cũng như về ứng dụng cho họ vi điều khiển mang tính truyền thống: họ vi điều khiển 8051

- Số lượng người sử dụng họ vi điều khiển PIC Hiện nay tại Việt Nam cũng như trên thế giới, họ vi điều khiển này được sử dụng khá rộng rãi Điều này tạo nhiều thuận lợi trong quá trình tìm hiểu và phát triển các ứng dụng như: số lượng tài liệu, số lượng các ứng dụng mở đã được phát triển thành công, dễ dàng trao đổi, học tập, dễ dàng tìm được sự chỉ dẫn khi gặp khó khăn,…

- Sự hỗ trợ của nhà sản xuất về trình biên dịch, các công cụ lập trình, nạp chương trình từ đơn giản đến phức tạp,…

- Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như: 6811 của Motorola,

8051 của Intel, Z8 của Zilog, PIC 16* của Microchip Technology …Trong đề tài này chỉ trình bày một bộ vi điều khiển trong số trên (Pic 16F877A)

Hiện nay có khá nhiều dòng PIC và có rất nhiều khác biệt về phần cứng, nhưng chúng ta có thể điểm qua một vài nét như sau :

- 8/16 bit CPU, xây dựng theo kiến trúc Harvard

- Flash và Rom có thể tuỳ chọn 256 byte đến 256 kbybe

- Các cổng xuất/nhập (mức lôgic từ 0v đến 5v, ứng với mức logic 0 và 1)

- 8/16 bit timer

- Các chuẩn giao tiếp ngoại vi nối tiếp đồng bộ/ không đồng bộ

- Modul điều khiển động cơ, đọc encoder

- Hỗ trợ giao tiếp USB

- Hỗ trợ điều khiển Ethernet

- Hỗ trợ giao tiếp CAN

- Hỗ trợ giao tiếp LIN

- Hỗ trợ giao tiếp IRDA

- DSP những tính năng xử lý tín hiệu số

2.1.2 Sơ đồ chân của vi điều khiển PIC16F877A

Hình 2.1: Sơ đồ chân PIC16F877A