Nghiên cứu chế tạo hệ thống theo dõi áp suất lốp (tire pressure monitoring system tpms)

Một trong những hệ thống điện tử hữu ích và mới nhất hiện nay là hệ thống theo dõi áp suất lốp Tyre Pressure Monitoring System - TPMS Trên xe, lốp xe là một trong những bộ phận quan trọ

Trang tựa TRANG Quy t định giao đề tài

2.1 Cơ sở lí thuy t truyền d liệu không dây 10 2.1.1 Các cách thức truyền d liệu không dây 10

2.2 Giới thiệu về hệ thống TPMS 18 2.3 Đánh giá, so sánh hệ thống TPMS hiện đang được 21 trang bị trên các hãng xe

4 PIC Programeable Inteled Computer

5 ADC Analog to Digital Converter

DANH M C HÌNH

1 2.1 Truyền d liệu bằng hồng ngoại trực ti p 12

2 2.2 Truyền d liệu bằng hồng ngoại gián ti p 12

16 3.5 Sơ đồ nguyên lí module thu/x lí và hiển thị 27

17 3.6 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877A 31

18 3.7 Sơ đồ khối miêu tả các chức năng cơ bản

DANH M C B ẢNG

CH NG 1: TỔNG QUAN 1.1 Gi ới thi u t ng quát

Từ những thập kỉ trước, ô tô đã là phương tiện di chuyển phổ biến các nước phát triển Ngày nay, kinh tế phát triển, đ i sống ngư i dân Việt Nam ngày càng được nâng cao, nhu cầu sử d ng phương tiện đi lại như xe ô tô là điều không thể thiếu, nay lại còn cần thiết hơn nữa Ô tô không chỉ đơn giản là một khối tổ hợp các c m chi tiết bao gồm: 4 bánh xe và động cơ tạo ra chuyển động, hệ thống lái, hệ thống treo, v.v Mà nó còn được xem là một chiếc máy tình, một con robot thông minh có thể tự động điều chỉnh để thìch nghi với mọi điều kiện hoạt động Ngày nay, trên ô tô trang bị rất nhiều hệ thống điện tử tự động nhằm tăng tình tiện nghi và độ an toàn cho ngư i sử d ng Một trong những hệ thống điện tử hữu ích và mới nhất hiện nay là hệ thống theo dõi áp suất lốp ( Tyre Pressure Monitoring System - TPMS)

Trên xe, lốp xe là một trong những bộ phận quan trọng nhưng có lẽ ìt được chú Ủ Tăng tốc nhanh, phanh gấp, vào góc cua hẹp làm lốp rất nhanh mòn Lốp xe bị rạn nứt, bơm quá căng hoặc quá non sẽ làm cho xe hoạt động không ổn định

Nếu mặt lốp bị mòn, khi di chuyển ngoài tr i mưa hoặc đư ng ướt dễ bị trơn trượt Đặc biệt

là những ngày nắng nóng, nếu phải di chuyển trên một quãng đư ng dài, do nhiệt độ c a mặt đư ng cao cộng với ma sát, sẽ làm cho mặt lốp nóng lên nhanh chóng Không khí bên trong n ra, tăng áp suất lên bề mặt Lốp mòn không những không đảm bảo chất lượng mà dưới áp suất cao còn dễ bị nổ gây mất an toàn

Lốp quá non (áp suất hơi quá thấp) sẽ làm tăng bề mặt tiếp xúc với mặt đư ng làm tăng độ

ma sát, dẫn đến động cơ phải hoạt động nhiều hơn, giảm tình tiết kiệm nhiên liệu và gây hiện tượng biến dạng bề mặt lốp như méo, phính hoặc mòn không đều

Ngoài ra, nếu lái xe trong tính trạng lốp quá căng (áp suất hơi quá cao), khi lái cho cảm giác không được thoải mái giống như xe bị nẩy lên Lốp căng sẽ làm cho phần giữa lốp nhanh bị mòn do phải chịu trọng tải cao dẫn đến giảm tuổi thọ sử d ng

Trên mỗi lốp xe đều có ghi các thông số tiêu chuẩn để phù hợp với vành được nhà cung cấp đưa ra Vì d : Lốp sau xe Honda Lead 125: 100/90-10 56J Trong đó: 100 là bề rộng c a lốp

đư ng kình danh nghĩa c a vành tình bằng inch; 56 là kỦ hiệu c a khả năng chịu tải; J là kỦ hiệu c a tốc độ tối đa cho phép

Áp xuất bơm lốp xe sẽ ảnh hư ng trực tiếp đến hoạt động c a xe Tùy thuộc vào loại

xe, điều kiện hoạt động mà nhà sản xuất lựa chọn loại lốp xe và áp suất bơm phù hợp Việc duy trì áp suất bơm lốp đúng quy định sẽ giúp lốp xe đảm bảo được tốt những chức năng, đảm bảo an tồn cũng như tình năng hoạt động c a xe

Các chuyên gia khuyến cáo, nên thư ng xuyên kiểm tra lốp xe trước khi lái như áp suất lốp, độ mịn bất thư ng, nứt hoặc vết chém trên hơng lốp và độ dày c a bề mặt lốp Kiểm tra định kỳ 4.000 km/lần tại các cơ s sửa chữa bảo dưỡng Khi thay lốp mới nên kiểm tra thơng số lốp tiêu chuẩn mà nhà sản xuất đề ra

Đảm bảo áp suất lốp đúng theo yêu cầu kỹ thuật rất quan trọng trong việc giữ cho lốp

xe luơn trạng thái kỹ thuật tốt nhất, đảm bảo tối ưu hĩa tác d ng c a lốp xe cũng như kéo dài tuổi thọ c a lốp Áp suất lốp là nhân tố chình đảm bảo tính an tồn và khả năng chịu lực

c a lốp xe chứ khơng phải là vật liệu hay kết cấu c a lốp Áp suất lốp đúng theo yêu cầu kỹ thuật là nhân tố chình đảm bảo việc vận hành an tồn cũng như đảm bảo khả năng bám

đư ng, hoạt động hồn hảo c a hệ thống lái, hệ thống phanh

1.1 1 Khái ni m TPMS

Hệ thống theo dõi áp suất lốp - TPMS là hệ thống theo dõi áp suất lốp xe một cách liên t c và chình xác mà khơng cần đến đồng hồ đo áp suất Quan trọng hơn nĩ giúp nâng cao hệ số an tồn, hạn chế những v nổ lốp gây thiệt hại về ngư i và tài sản

1.1.2 S ra đ i và lịch s phát triển TPMS

Hệ thống TPMS lần đầu tiên được sử d ng trên xe khách được lắp cho chiếc Porsche

959 đ i 1986 và sau đĩ TPMS được các hãng xe hạng sang như BMW, Audi, Mercedes trang bị cho các dịng xe c a mính

TPMS liên t c phát triển, cải tiến nhưng cột mốc cho sự phát triển c a TPMS là vào những năm cuối thập niên 90

Năm 1996 Renault sử d ng hệ thống PAX Michelin và trong năm 1999, PSA Peugeot Citroën quyết định áp d ng TPMS như một tình năng tiêu chuẩn trên Peugeot 607

Năm sau (2000), Renault tung ra Laguna II, chiếc xe ch khách cỡ trung đầu tiên trên thế giới được trang bị TPMS như một tình năng tiêu chuẩn

Trước thực trạng hàng trăm mạng sống mất đi hàng năm do tai nạn lật xe ví nổ lốp, chình quyền Bill Clinton đã thông qua luật kể từ 1/09/2007 tr đi, 100% xe có tải trọng từ 4,5 tấn tr xuống được bán tại Mỹ bắt buộc phải trang bị TPMS Giai đoạn đầu trong tháng 10/2005 mức 20%, và đạt 100% cho các mô hính sản xuất sau 1/9/2007 Tiếp nối Mỹ, tại Liên minh châu Âu, tình đến ngày 1/ 11/ 2012, tất cả các mẫu xe du lịch mới phát hành phải được trang bị TPMS Từ 1/1/ 2014, tất cả các xe ch khách mới được bán trong Liên minh châu Âu phải được trang bị TPMS

Nh ng nghiên c u về h th ng TPMS đư c nghiên c u vƠ công b

TPMS tr c ti p:

1/ Air Pressure Monitoring System of Vehicle Tire and Identification Method of Vehicle Tire (LI Wei, & Chen Hongling., 2005)

Sáng chế này, thông qua công nghệ mã hoá và xác định lại vị trí c a lốp xe, cài đặt lại

mã ID cảm biến cho từng bánh xe sau khi được đảo vị trí hoặc thay mới Nó cho chúng ta một giải pháp đơn giản và hiệu quả trong việc chuyển đổi vị trí các lốp xe với nhau Việc áp

d ng công nghệ này giúp cho hệ thống TPMS hoạt động dễ dàng, hiệu quả và tin cậy sau

mỗi lần chuyển đổi lốp xe hoặc thay cảm biến

2/ Tyre Pressure Monitoring (TPM) System (R Lourens,& C Kell, 2009)

Đề tài này, giải thìch một hệ thống TPM điển hính được sử d ng dành riêng trên ô tô

Nó được xem như một tài liệu tham khảo làm cơ s cho việc thiết kế các vi mạch khác nhau

sử d ng cho việc chế tạo TPM Có hàng loạt phương pháp thiết kế để tiếp cận được đưa ra Một hệ thống có thể tự động nhận biết vị trì, thông số mà cảm biến đo được ngay khi cả chúng đang quay cùng với bánh xe Trái tim c a hệ thống TPM là: Sensor / Transmitter và

nó được dựa trên chip vi điều khiển rfPIC12F675

3/ Tyre Pressure Monitoring System (Matsumura, & T.Chiyoda-ku., 2008)

Đề tài này nêu lên cấu tạo một hệ thống TPMS bao gồm: module đo áp suất lốp Module đo áp suất bao gồm 1 micocomputer, một mạch điều kích hoạt điều khiển, một cảm

microcompter có một bộ phát xung clock, mạch chuyển đổi analog sang digital và một bộ điều khiển Mạch truyền thì có một mạch dao động, việc chia tần số ra 4 tần số sóng mang

tại đầu ra c a mạch dao động để tạo ra một tín hiệu clock và tín hiệu clock đầu ra được điều khiển b i microcomputer Các tín hiệu clock này được sử d ng cho việc đo th i gian xuất

dữ liệu đến một đư ng tín hiệu Các tín hiệu clock này được tạo ra để truyền dữ liệu có độ chính xác cao mà không cần phải có bộ dao động đắt tiền như trong microcomputer

TPMS gián ti p:

1/ Supervision of Vehicle’s Tyre Pressures By Measurement of Body Accelerations

(C Halfmann, M.Ayoubi, & H.Holzmann., 1997)

Đề tài này đưa ra một phương pháp đo áp suất gián tiếp bằng cách sử d ng tín hiệu gia tốc tại mỗi bánh xe Bằng việc phân tích phổ tần số c a hàm truyền ảo gia tốc tại các bánh xe phìa trước và phía sau trên một chiếc xe Qua đó, có sự can thiệp xử lí từ một hệ thống bên ngoài vào quang phổ và phân tích ảnh hư ng c a áp suất đến gia tốc c a mỗi bánh xe tại cùng một th i điểm tăng tốc

2/ Indirect Tyre Pressure Monitoring Using Sensor Fusion

(N Persson, & F Gustafsson., 2002)

Đề tài này nói về TPMS gián tiếp, TPMS gián tiếp sử d ng cảm biến hiện có trên ABS/ESP và thuật toán phần mềm để xác định các lốp điều kiện (dưới / trên áp suất tiêu chuẩn) Có rất nhiều nghiên cứu và dự án phát triển phương pháp này và có thể được phân thành hai nhóm chình Nhóm đầu tiên là bằng cách sử d ng phân tìch độ rung Nó xử lý lốp

xe như một lò xo được kích thích b i các bất thư ng từ mặt đư ng Khái niệm này là để theo dõi tần số cộng hư ng mà có tương quan với áp suất lốp Lớp thứ hai là bằng cách sử

d ng bánh xe phân tích bán kính dựa trên thực tế rằng áp suất lốp ảnh hư ng đến bán kính lăn hiệu quả c a lốp

Khi lốp xe quá mềm: diện tích tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đư ng tăng lên, ma sát

với mặt đư ng tăng dẫn tới nhiệt độ lốp xe quá cao gây phá h y liên kết giữa các lớp bố và

Lốp xe mềm: nếu áp suất trong lốp xe nhỏ hơn khoảng 0.40 đến 0.60 bar so với áp

suất tiêu chuẩn trong th i gian dài thì tuổi thọ c a lốp sẽ giảm từ 25% đến 50%.Tương tự,

khả năng chịu tải c a xe cũng giảm đi khoảng 100kg nếu áp suất lốp s t giảm 0.50 bar

Lốp xe căng:Khi áp suất cao hơn 25% so với tiêu chuẩn thì tuổi thọ lốp sẽ giảm tương ứng khoảng 15-20%

Thực tế cho thấy có đến ít nhất 45% số xe con có tình trạng lốp không đúng chuẩn Nguyên nhân do kiểm tra bằng mắt, tay không chình xác và dùng đồng hồ thì bất tiện và mất

th i gian nên việc các lái xe không kiểm tra áp suất lốp thư ng xuyên là văn hóa chung toàn

cầu (trừ những xe đã được trang bị TPMS)

1.1.2.4 TPMS giúp chúng ta ti t ki m nhiên li u

Áp suất lốp thấp làm tăng ma sát mặt đư ng gây tổn hao năng lượng TPMS giúp chúng ta theo dõi để giữ cho áp suất lốp luôn trong tình trạng tiêu chuẩn, tiết kiệm 1-2% tiêu

hao nhiên liệu so với để lốp xe non hơi

1.1.2 5 TPMS giúp chúng ta điều khiển xe t i ưu nh t

Khi lốp quá căng,phản lực từ mặt đư ng tác động làm cho xe bị rung, khó kiểm soát

vô lăng, nhất là khi chạy đư ng không bằng phẳng Còn khi lốp mềm thì làm giảm tốc độ

xe, khiến xe mất độ vọt

Áp suất các bánh xe không đều nhau cũng gây mất thăng bằng xe, nhất là những lúc thắng (phanh), gây mòn không đều giữa các lốp,đồng th i gây tác hại không nhỏ tới các bộ

phận thuộc hệ thống treo

1.1.2 6 TPMS giúp ta tránh đư c s mòn m i b t thư ng c a các bộ ph n trên xe

Khi lốp xe quá căng, phản lực mặt đư ng sẽ tăng và gây ra s dằn xóc quá độ, làm nhanh mỏi các lò xo giảm xóc và các chi tiết chịu lực c a hệ thống khung gầm

Có ba kẻ sát nhân trên đư ng:

Hệ thống theo dõi áp suất lốp TPMS tuy đã được nghiên cứu và công bố trên thế giới

từ rất lâu, TPMS được phát triển cũng như phát hành thành sản phẩm hàng loạt nhưng vẫn chưa có một nghiên cứu hay sản phẩm nào trong nước được công bố và phát hành Nhận

thấy TPMS là một trong những hệ thống mới và nó có tầm quan trọng và ảnh hư ng rất lớn đến an toàn cũng như tình kinh tế mà nó mang lại nhưng lại được rất ít ngư i dùng tại Việt Nam quan tâm đến Từ những nguyên do trên mà tác giả đã quyết định chọn và thực hiện đề

tài " Nghiên c ứu chế tạo hệ thống theo dõi áp suất lốp" với mong muốn có thể chế tạo thành

công một hệ thống "TPMS made in Viet Nam"

1.3 M c đích đề tài

- Làm cơ s cho việc nghiên cứu và chế tạo thành công hệ thống TPMS với giá thành

rẻ hơn và chất lượng mức chấp nhận được so với những sản phẩm đang có mặt trên thị trư ng

- Đánh giá tình năng hoạt động c a hệ thống về độ chính xác cũng như độ bền

- Làm cơ s nghiên cứu cho việc giảng dạy và ứng d ng vào sản xuất thực tế

- Nâng cao kiến thức về điện tử cũng như khả năng lập trính điện tử

1.4 Nhi m v c a đề tài và giới h n đề tài

- Nhiệm v c a đề tài: tìm hiểu cách thức truyền dữ liệu không dây, đặc biệt là qua sóng RF, nghiên cứu chế tạo hệ thống theo dõi áp suất lốp TPMS

- Giới hạn đề tài: hệ thống TPMS là một hệ thống nhỏ gọn, đơn giản nhưng nó đang phát huy được những ưu điểm c a mình một cách mạnh mẽ TPMS đã được nghiên cứu và chế tạo rộng rãi trên thế giới từ rất lâu Hiện nay, dù TPMS tương đối phổ biến Việt Nam nhưng vẫn chưa có sản phẩm " TPMS made in VIETNAM" nào do trính độ công nghệ chưa

đ sức và giá thành chế tạo TPMS sẽ cao hơn so với những sản phẩm cùng loại đang có mặt trên thị trư ng Đề tài " Nghiên cứu chế tạo hệ thống theo dõi áp suất lốp" được ra đ i xuất phát từ tính cấp thiết trên Nhưng do th i gian thực hiện đề tài, quá trình nghiên cứu và khả năng c a ngư i thực hiện có hạn nên đề tài chỉ dừng lại mức độ tìm hiểu cách thức truyền

dữ liệu qua sóng RF, chế tạo board mạch thu - phát, board mạch xử lí và hiển thị tín hiệu-áp

suất

1.5 Phư ng pháp nghiên c u

- Phương pháp nghiên cứu tài liệu: thu thập thông tin về các hệ thống TPMS và cách

thức điều khiển và truyền dữ liệu không dây qua các phương tiện truyền thông

- Tham khảo các sản phẩm TPMS trên thị trư ng

- Tham khảo ý kiến c a thầy cô, bạn bè

- Sử d ng những tài liệu tham khảo, những nghiên cứu đã được công bố trong và ngoài nước

- Thi công chế tạo board mạch về TPMS

- Sử d ng phần mềm Protues, CCS để thiết kế mạch và lập trình cho hệ thống điện tử

2.1 Hướng nghiên c u

Từ phần tổng quan về hệ thống TPMS , chúng ta đã có dịp tím hiểu về lịch sử hính thành c a TPMS từ những năm 1980 cho đến nay và những công trính nghiên cứu trong và ngoài nước, chúng ta nhín thấy sự phát triển vượt bậc c a hệ thống TPMS

Hiện nay Việt Nam, dù chưa có bất kí luật hay tiêu chuẩn nào bắt buộc phải sử

d ng TPMS trên ô tô nhưng chúng ta cũng thấy được lợi ìch to lớn đem lại từ việc sử d ng

hệ thống TPMS Hệ thống TPMS được chia thành 2 loại: loại trực tiếp và loại gián tiếp đây, chúng ta sẽ nghiên cứu TPMS loại trực tiếp ví có nhiều ưu điểm vượt trội hơn so với TPMS gián tiếp như: độ chình xác cao hơn, theo dõi áp suất chình xác trên từng lốp xe, thông báo hiển thị thông tin tức th i

Hệ thống này là một thiết bị cảm biến tinh vi được thiết kế để đo và hiển thị áp suất

và nhiệt độ thực tế c a lốp xe Nó cảnh báo ngư i lái xe ngay lập tức bất kỳ dấu hiệu bất thư ng nào c a áp suất hay nhiệt độ c a lốp xe cho dù xe đang dừng hoặc chuyển động

Thiết bị cảm ứng kết nối với van lốp được cài đặt vào bên trong lốp xe, bất cứ khi nào phát hiện bất thư ng, nó sẽ gửi một cảnh báo đến màn hính hiển thị được trang bị bên trong cabin c a xe

Hệ thống sẽ cảnh báo ngư i lái khi áp suất lốp xe giảm xuống dưới 22psi hoặc nhiệt

độ lốp xe đạt đến 80°C Việc truyền các tìn hiệu được thông qua công nghệ truyền dữ liệu không dây

 Đặc điểm n i b t c a h th ng

- Liên t c theo dõi và hiển thị áp suất và nhiệt độ thực tế c a lốp

- Cảnh báo tức th i cho ngư i điều khiển xe trong trư ng hợp áp suất lốp quá thấp hoặc quá cao và nhiệt độ c a lốp tăng cao

- Mã ID duy nhất cho mỗi cảm biến đảm bảo tình chình xác c a thông tin

- Công nghệ truyền dữ liệu không dây được áp d ng trong việc truyền và nhận tìn hiệu

- Các cảm biến có thể cài đặt lại

- Có thể cài đặt lại các mức cảnh báo hoặc lựa chọn các mức cảnh báo mặc định

- Có thể lựa chọn thông số hiển thị là PSI, kPa hoặc Bar và ° C hay ° F

- Pin cảm biến có tuổi thọ 5 năm

CH NG 2: C SỞ Lệ THUYẾT

2 1 C s lí thuy t truyền d li u không dơy [1]

Sự gia tăng và phát triển c a công nghệ không dây đang diễn ra không có điểm dừng Nhưng có một thực tế không thể tránh khỏi rằng: các cách thức giao tiếp không dây đang cùng tồn tại trong một môi trư ng vô cùng phức tạp và dày đặc với nhiều mạng không dây đang hoạt động

Các tìn hiệu không dây được truyền dựa trên sóng điện từ qua không gian với vận tốc ánh sáng: 200.000km/s

“ Kẻ thù” lớn nhất c a các cách thức truyền không dây chình là các tìn hiệu gây nhiễu Các tìn hiệu nhiễu này làm cản tr và hạn chế hiệu quả c a các mạng di dộng trong một môi trư ng nhất định

2.1.1 Các các h th c truyền d li u không dây [10]

2 1.1.1 Truyền d li u qua Bluetooth

- Tiêu th năng lượng thấp

- Cho phép ứng d ng được trong nhiều loại thiết bị bao gồm thiết bị cầm tay và thiết

bị di động

- An toàn, bảo mật

-Tình tương thìch cao

- Giá thành thấp

H n ch

- Do băng tần miễn phì có thể được sử d ng b i bất cứ một thiết bị phát nào, do đó việc chống nhiễu là vấn đề hết sức quan trọng b i có rất nhiều thiết bị phát vô tuyến băng tần này

2 1.1.2 Truyền d li u qua h ng ngo i

Đặc điểm sóng hồng ngoại:

• Dễ dàng truyền thông tin với ánh sáng

- Với các máy tính và thiết bị truyền thông dữ liệu dùng mã nhị phân

- Mã bit 1 tương ứng với ánh sáng

• Phổ sóng

- Các kiểu ánh sáng đi từ mặt tr i đến trái đất

• Sóng hồng ngoại

- Gần với ánh sáng nh.n thấy được (nhưng không thấy)

- Là phương tiện tốt để truyền dữ liệu

- Ít bị nhiễu Các hệ thống không dây dùng sóng hồng ngoại cần:

- Bộ phát tín hiệu (LED)

- Bộ phát hiện tín hiệu để nhận

• Các hệ thống không dây gửi dữ liệu nh cư ng độ sóng ánh sáng

- Bộ phát hiện tín hiệu cảm ứng với sự thay đổi cư ng độ đó

• Và sinh ra một mức điện tương ứng

• Các kiểu truyền

* Tr c ti p

* Truy ền khu ch tán

Thu n l i

- Không nhiễu với các tín hiệu truyền thông khác

- Không xuyên qua các bức tư ng

- Tín hiệu chỉ nằm trong phạm vi phòng

H n ch

- Không di động

- Vùng bao ph

• Chỉ che ph được trong bán kính 15m

• Khuếch tán chỉ có thể dùng trong phòng

- Tốc độ truyền thông

2.1.1.2 Truyền d li u qua wifi

- Các sóng vô tuyến sử d ng cho WiFi gần giống với các sóng vô tuyến sử d ng cho thiết bị cầm tay, điện thoại di động và các thiết bị khác Nó có thể chuyển và nhận sóng vô tuyến, chuyển đổi các mã nhị phân 1 và 0 sang sóng vô tuyến và ngược lại

- Chúng truyền và phát tìn hiệu tần số 2.5 GHz hoặc 5GHz Tần số này cao hơn so với các tần số sử d ng cho điện thoại di động, các thiết bị cầm tay và truyền hính Tần số cao hơn cho phép tìn hiệu mang theo nhiều dữ liệu hơn

- Chúng dùng chuẩn 802.11:

+ Chuẩn 802.11b là phiên bản đầu tiên trên thị trư ng Đây là chuẩn chậm nhất và rẻ tiền nhất, và nó tr nên ìt phổ biến hơn so với các chuẩn khác 802.11b phát tìn hiệu tần số 2.4 GHz, nó có thể xử lỦ đến 11 megabit/giây, và nó sử d ng mã CCK (complimentary code keying)

+ Chuẩn 802.11g cũng phát tần số 2.4 GHz, nhưng nhanh hơn so với chuẩn 802.11b, tốc độ xử lỦ đạt 54 megabit/giây Chuẩn 802.11g nhanh hơn ví nó sử d ng mã OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing), một công nghệ mã hóa hiệu quả hơn

+ Chuẩn 802.11a phát tần số 5 GHz và có thể đạt đến 54 megabit/ giây Nó cũng sử d ng mã OFDM Những chuẩn mới hơn sau này như 802.11n còn nhanh hơn chuẩn 802.11a, nhưng 802.11n vẫn chưa phải là chuẩn cuối cùng

+ Chuẩn 802.11n cũng phát tần số 2.4 GHz, nhưng nhanh hơn so với chuẩn 802.11a, tốc độ xử lỦ đạt 200 megabit/giây

2 1.1.4 Truyền d li u qua sóng vô tuy n RF - Radio Frequency

- Rất phổ biến và hiệu quả rõ rệt với truyền thông hiện nay

• Năng lượng truyền thông qua không gian hoặc không khí với dạng sóng điện

từ

• Sóng radio (điện tín)

- Khi một điện tử truyền trong dây dẫn, nó tạo ra một vùng điện trư ng

• Trong khoảng không bao quanh dây dẫn

- Trong vùng điện trư ng này các bức xạ tạo nên sóng radio

* Thu n l i

- Có thể truyền những khoảng cách xa

- Có thể xuyên qua các vật thể phi kim loại

- Không nhìn thấy được

1 Tần số c a sóng: Chỉ số lần dao động đếm được trong 1 giây

2 Bước sóng: Chỉ đoạn đư ng sóng đi được ứng với 1 chu kỳ sóng

2 Tốc độ lan truyền: Chỉ đoạn đư ng sóng đi được trong 1 giây.

4 Cư ng độ sóng: Chỉ biên độ c a sóng

-Tần số cho thấy chuyển độnh nhanh chậm c a các dao động, còn cư ng độ dùng chỉ sức mạnh yếu c a sóng Tóm lại, Bạn có thể dùng sóng điện từ để tạo liên thông "vô tuyến" với các thiết bị đặt xa

5 Sóng điện từ có 2 thành phần

+ Điện trư ng: E (V/m) + Từ trư ng : H ( A/m) Đây là 2 đại lượng vectơ ( có phương, chiều, độ lớn) có quan hệ mật thiết với nhau trong quá trình sóng truyền lan trong không gian

Biểu diễn sóng điện từ bằng hệ phương trính Maxoel dạng vi phân:

Trong đó:

Giải hệ ta có Trong đó

Tr kháng sóng, Z: biểu thị ảnh hư ng c a môi trư ng tới quá trình truyền sóng

- Với không gian tự do:

2.1.3.2 Nguyên lí t o ra sóng đi n từ [11]

Ngư i ta có thể dùng một bóng đèn bính thư ng để tạo ra sóng điện từ trư ng, rất đơn giản, ví ánh sáng chình là sóng điện từ trư ng, nhưng ánh sáng là dạng sóng "hỗn tạp", trong đó có rất nhiều tần số rất khó phân lọc, trong khi đó cái ngư i ta cần là một sóng dạng sin có tần số cao nhưng tần số phải thuần nhất và khống chế được Để có loại sóng này dùng trong "điều khiển vô tuyến", kh i đầu ngư i ta dùng mạch dao động cộng hư ng LC, nó được kết nối b i một cuộn dây và một t điện, khi mạch LC bị kìch thìch, trong cuộn dây sẽ xuất hiện từ trư ng và trong t điện sẽ xuất hiện điện trư ng, khi vào trạng thái cộng hư ng,

từ trư ng trong cuộn dây L và điện trư ng trong t C sẽ kết hợp tạo ra dạng sóng điện từ trư ng Bây gi chỉ cần dùng dây anten cho sóng trong mạch LC phát vào không gian, chúng ta đã có tia sóng dùng cho công việc điều khiển vô tuyến

2.1.3.3 Phư ng th c điều khiển sóng vô tuy n

Khi chúng ta đã biết dùng mạch cộng hư ng LC để tạo ra các tia sóng dùng làm sóng mang để phát vào không gian, bây gi phải nghĩ đến cách dùng nó để đóng m các thiết bị đặt xa Để làm được điều này, ngư i ta phải nghĩ ra cách tạo ra các nhóm mã lệnh và "cho điều chế" các mã lệnh này vào nằm trong sóng mang Tóm lại cách điều khiển các thiết bị bằng sóng vô tuyến sẽ được thực hiện như sau:

Bước 1: bên phát: dùng mạch cộng hư ng LC tạo ra sóng mang có tần số ổn định dùng làm sóng mang Dùng mạch tạo ra tìn hiệu mã lệnh và cho mã lệnh điều chế vào sóng mang rồi cho phát vào không gian

Bước 2: bên thu: dùng mạch cộng hư ng LC làm bẩy sóng để bắt thu sóng điện từ có trong không gian, nó đã được phát ra từ bên phát, cho giải mã để lấy ra tìn hiệu mã lệnh có trong sóng mang, dùng tìn hiệu mã lệnh để đóng m các thiết bị

2.2 Giới thi u về h th ng TPMS

Rất là bất tiện khi muốn kiểm tra áp suất lốp thư ng xuyên bằng cách sử d ng d ng

c đo áp suất Đối với một chuyến đi dài, áp suất có thể thay đổi do tải, chất lượng đư ng và nhiệt độ gây ra Do đó, tài xế có thể không biết được tính trạng lốp và điều đó đã gây ra nhiều v nổ lốp, nhất là đối với xe tải hạng nặng Do đó, TPMS được giới thiệu, TPMS là một hệ thống điện tử quan sát và theo dõi áp suất không khì Một số TPMS cũng theo dõi nhiệt độ c a lốp xe ô tô Hệ thống cảnh báo cho ngư i điều khiển biết được áp suất không khì bên trong lốp xe bằng cách hiển thị áp lực thực sự hay chỉ bằng một đèn cảnh báo [2] Một cách tự nhiên muốn biết áp suất lốp thế nào thí phải đo rồi báo về để hiện lên đồng hồ TPMS hoạt động theo lẽ tự nhiên ấy được gọi là TPMS loại trực tiếp, tức nó có cảm biến (sensor) đo đạc nhiệt độ, áp suất trong lốp rồi gửi thông tin qua sóng vô tuyến về bộ thu (ECU/Receiver) rồi được hiển thị (Display)

Để đo áp suất, nhiệt độ trong lốp ngư i ta dùng một mạch điện tử gồm một bộ vi xử

lỦ, các cảm biến đo áp suất, nhiệt độ, điện áp pin nuôi mạch và một bộ phát sóng vô tuyến Thiết bị này được lắp đặt trong lốp xe và thư ng được sản xuất dưới dạng một van, có thể lắp vừa tất cả mâm tiêu chuẩn Hính dưới là một cảm biến điển hính, vừa làm nhiệm v một van như bính thư ng, vừa đo đạc áp suất và nhiệt độ trong lốp và phát sóng thông tin này về

bộ thu

2.2.1 TPMS gián ti p

TPMS gián tiếp không sử d ng cảm biến áp suất vật lì, nhưng áp suất được đo bằng

hai phương pháp đã được nghiên cứu và công bố

a/ Lớp đầu tiên là bằng cách sử d ng phân tìch độ rung Nó xem lốp xe như một lò xo được kìch thìch b i các bất thư ng từ mặt đư ng Khái niệm này là để theo dõi tần số cộng

hư ng mà có tương quan với áp suất lốp.[2]

b/ Lớp thứ hai là bằng cách sử d ng phân tìch bán kình bánh xe mà dựa trên thực tế rằng áp suất lốp ảnh hư ng đến tốc độ quay từng bánh xe Bằng việc so sánh vận tốc tiếp tuyến so với bánh xe tiêu chuẩn ( bánh xe đ áp suất) để nhận ra được bánh xe nào thiếu áp suất hay dư áp suất Những khác biệt này có thể đo lư ng thông qua các cảm biến tốc độ bánh xe c a hệ thống ABS/ESP [2]

Nhưng phương pháp này có thể bị sai lệch phần nào và kém chình xác do điều kiện đư ng

xá khắc nghiệt: không đư ng, đư ng trơn, lại càng khó nhận biết áp lực chình xác

-TPMS được thiết kế sử d ng càng ìt năng lượng càng tốt nhằm nâng cao tuổi thọ pin lên mức tối đa Việc này được giải quyết bằng cách sử d ng mạch điện năng lượng rất thấp

và truyền dữ liệu thư ng xuyên mức tiêu th năng lượng thấp nhất có thể Công suất tiêu

C m bi n g n trong

Lắp trong lốp xe, nhín bên ngoài không khác gí

một van thư ng Cách phân biệt là lay chân van, nếu

làm bằng kim loại thí đó là van cảm biến áp suất lốp,

nếu chân van bằng cao su, đó là van thư ng

C m bi n g n ngoài.(đã không còn được sử

d ng)

Giống như một nắp ch p lên đầu van xe

Lắp đặt dễ dàng, không cần tháo lốp,

đơn giản là cứ thế vặn vào đầu van c a xe là

xong Có cơ chế chống tháo trộm

L i ích

 Không ảnh hư ng đến sự cân bằng c a lốp xe

 Tuổi thọ sản phẩm dài

 Hạn chế việc nhận tìn hiệu chéo giữa các cảm biến

 Có khả năng phát hiện ra sự mất áp suất nhỏ nhất

 Bền bỉ và đáng tin cậy trong mọi điều kiện khì hậu

2.2.2 B ộ điều khiển và hiển thị

Là bộ phận tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến áp suất từ các bánh xe, xử lí và hiển thị lên màn hình tình trạng áp suất, nhiệt độ các lốp xe

TPMS trước đây thư ng có một màn hính r i gắn trên xe hoặc gắn với bộ HUD hiển thị trên kình lái Chúng lấy điện qua ổ châm thuốc khá bất tiện ví dây dẫn loằng ngoằng hoặc do màn hính hiển thị nhỏ, nhưng nay đã có loại tìch hợp vào màn hính bảng điều khiển trung tâm trên xe và sử d ng nguồn điện 12V bính thư ng Chình ví thế, loại TPMS này tiện d ng và hiện đại hơn khá nhiều so với bộ TPMS gắn trực tiếp trên ổ châm thuốc

2.3 Đánh giá, so sánh h th ng TPMS hi n đang đư c trang bị trên các hãng xe

Hệ thống TPMS đã được trang bị rất phổ biến không những trên những dòng xe cao cấp mà còn được trang bị trên những dòng xe phổ thông Tất cả các hãng ô tô lớn trên thế giới đều chế tạo hệ thống TPMS cùng dựa trên cùng một nguyên lì chung nhưng mỗi hãng đều có những cách thức khác nhau nhằm tạo tính riêng biệt sản phẩm c a mình Tất cả đều cùng hướng đến những tiêu chì như:

+ Hệ thống phải làm việc ổn định, chính xác trong mọi điều kiện hoạt động c a xe + Hệ thống phải có tuổi thọ cao ( trên 5 năm)

+ Hệ thống phải tạo được môi trư ng giao tiếp thân thiện với tất cả ngư i sử d ng Sau đây là một vài hình ảnh và chúng ta sẽ cùng phân tích sự khác biệt đó như thế nào

Từ hình 2.8 - 2.11 trên ta thấy:

+ Hãng General Mortor: dùng TPMS loại gián tiếp theo dõi áp suất lốp xe và báo cho ngư i lái biết " check left front tire pressure"

phải kiểm tra lốp xe nào

+ Hãng Honda: TPMS loại trực tiếp theo dõi đồng th i áp suất 4 lốp xe và hiển thị lên màn hình áp suất 4 lốp trong cùng một th i điểm Ngư i lái sẽ đánh giá lốp xe nào cần được kiểm tra mà hệ thống sẽ không có một cảnh báo nào c thể

+ Hãng Mercedes-Benz: dùng TPMS loại giasn tiếp mà hãng này gọi là hệ thống theo dõi áp suất giảm Ngư i lái chỉ biết áp suất tại 4 lốp xe giảm nhưng không biết rõ là lốp xe nào

+ Hãng Toyota: TPMS loại trực tiếp theo dõi và hiển thị áp suất mỗi lốp xe từng

th i điểm khác nhau

CH NG 3: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG TPMS 3.1 C s thi t k

Hệ thống TPMS được thiết kế và chế tạo dựa trên việc kế thừa từ những sản phẩm đã

và đang có mặt trên thị trư ng

3.2 H th ng điều khiển

3.2.1 Ph ần c ng

3.2.1.1 C m bi n áp su t BMP085

Robert Bosch là nhà sản xuất tiên phong đi đầu trong

thị trư ng sản xuất cảm biến, đặc biệt là cảm biến được ứng

d ng trên ô tô Cảm biến BMP085 là một thế hệ mới c a

cảm biến áp suất

* Tính năng

- Là thiết bị nhỏ trên bảng mạch in

- Chuyển đổi tín hiệu áp suất thành điện áp

- Cung cấp16 bit dữ liệu

- Thiết bị tiêu th điện năng thấp, mức điện áp hoạt

- BMP085 bao gồm một cảm biến áp - điện tr , một bộ chuyển đổi analog sang digital, một đơn vị kiểm soát E2PROM và một giao diện I2C

+ UP là dữ liệu áp suất (16-19 bit)

+ UT là dữ liệu nhiệt độ (16 bit)

* Ứng d ng

- Dùng trong các hệ thống đo lư ng và điều khiển áp lực

- Dự báo th i tiết: đo áp suất, nhiệt độ

- 11.3 mA TX tại 0dBm công suất đầu ra

- 12.3 mA RX tại 2Mbps tốc độ truyền dữ liệu

trong không khí

- Điện áp hoạt động từ 1.9V-3.6V

- Tối thiểu số lượng các linh kiện bên ngoài

- Các PIN đầu ra GND, VCC, CE, CNS, SCK, MOSI, MISO, IRQ

* Ứng d ng

- Trong thiết bị không dây

- Chuột, bán phím và thiết bị điều khiển từ xa

- Bộ điều khiển trò chơi

- RF điều khiển từ xa trong điện tử gia d ng

- Đồ chơi điều khiển từ xa

3.2.1.2.1 Module phát d li u qua sóng RF

Theo sơ đồ hình 3.3, cảm biến áp suất BMP085 được kết nối với VĐK PIC 16F877A Tín

hiệu nhận được sau đó được truyền tới bộ RF1-nRF24L01+ và phát đi ( bộ RF1 là một board mạch cũng được kết nối với VĐK PIC16F877A)

3.2.1.2.2 Module thu d li u và hi ển thị

Hình 3.5 : Sơ đồ nguyên lí module thu-xử lí và hiển thị tín hiệu thu được

Theo sơ đồ hình 3.5 ta thấy c m RF2-nRF23L01+ nhận tín hiệu được truyền từ bộ RF1 và

cũng được kết nối với VĐK PIC16F877A sau đó được giải mã hiển thị lên LCD

3.2.1.3 Board m ch x lí và hi ển thị tín hi u

3.2.1.3.1 Module x lí tín hi u

* Vi điều khiển PIC là gì?

PIC là viết tắt c a "Programeable Inteled Computer" có thể tạm dịch là "máy tính thông minh khả trính" do hãng General Intrument đặt tên cho vi điều khiển đầu tiên c a họ: PIC 1650 được thiết kế để dùng làm các thiết bị ngoại vi cho vi điều khiển CP 1600 Vi điều khiển này sau đó được nghiên cứu và phát triển

* Lí do ch ọn vi điều khiển PIC mà không ph i là họ vi điều khiển khác?

Hiện nay trên thị trư ng có rất nhiều họ vi điều khiển như 8051, Motorola 68HC, AVR, AMRM, Ngoài họ 8051 được hướng dẫn một cách căn bản tại các trư ng đại học , bản thân ngư i viết đã chọn họ vi điều khiển PIC để m rộng vốn kiến thức và phát triển các ứng d ng trên công c này vì các nguyên nhân sau:

- Họ vi điều khiển PIC có thể dễ dàng mua được trên thị trư ng Việt Nam

- Giá thành không quá đắt

- Có đầy đ các tình năng c a một vi điều khiển khi hoạt động độc lập

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

- Số lượng ngư i sử d ng họ vi điều khiển PIC hiện nay Việt Nam cũng như trên toàn thế giới là rất lớn và rất rộng rãi Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tìm

hiểu, chia sẻ kiến thức và cùng nhau phát triển nhiều ứng d ng

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

- Các tình năng đa dạng c a vi điều khiển PIC, các tình năng này không ngừng phát triển

Ngày nay, các bộ vi điều khiển đang có ứng d ng rất rộng rãi trong các lĩnh vực kĩ thuật và đ i sống xã hội, đặc biệt là trong ngành kĩ thuật tự động hoá và điều khiển từ xa

Gi đây, với nhu cầu chuyên d ng hoá nhằm tối ưu ( th i gian, không gian và giá thành ),

bảo mật, tính ch động trong công việc ngày càng đòi hỏi khắt khe Việc đưa ra công nghệ

mới trong việc chế tạo mạch điện tử để đáp ứng những yêu cầu là vấn đề cấp thiết mang tính thực tế cao

* B ộ vi điều khiển 8 bit PIC16F877A

Đặc tính n i b t:

- Sử d ng công nghệ tích hợp cao RISC CPU

- Ngư i sử d ng có thể điều khiên lập trình với 25 câu lệnh đơn giản

- Tất cả câu lệnh thực hiện trong một chu kì lệnh ngoại trừ một số câu lệnh rẽ nhánh

thực hiện trong hai chu kì lệnh

- Tốc độ hoạt động là: Xung đồng hồ vào là DC - 20MHz Chu kì lệnh thực hiện trong 20ns

- Bộ nhớ chương trính Flash 8K x 13 words

- Bộ nhớ SRAM 268 x 8 bytes

- Số port I/O là 25 ports

Kh năng