CÁCH THIẾT kế và THI CÔNG XE lăn điện

Hình 2.1: Đồ thị vận tốc thay đổi ứng với điện áp Ứng với một điện áp ngõ ra ta có thể quy định bằng một giá trị tốc độ nào đócủa động cơ Ví dụ: ứng với 1V điện áp ngõ ra động cơ đạt tốc

CHƯƠNG I - GIỚI THIỆU VỀ XE ĐIỆN

1.1 Các loại hình xe điện đang hiện hành trên thế giới và tại Việt Nam:

Trước tình hình giá xăng dầu thế giới ngày càng tăng như hiện nay, và cácnguyên liệu chất đốt cũng như nguồn dầu khí ngày càng cạn kiệt thì nhu cầu sử dụngnguồn nguyên liệu mới thay thế những nguồn nguyên liệu đang sử dụng hiện thời –trong việc vận hành các loại phương tiện vận chuyển(xe, tàu,…) là một nhu cầu cấpthiết Chính vì vậy năng lượng điện là nguồn nguyên liệu phù hợp nhất để thay thay thếcho các loại nguyên liệu hiện nay

Chúng ta sẽ không có gì ngạc nhiên khi hệ thống xe điện ra đời và ngày càngphát triển trên thế giới hiện nay Hầu hết các nhà sản xuất tập trung phát triển hệ thống

xe điện phục vụ nhu cầu của “thượng đế”, và là những phương tiện phổ biến như: xehơi điện, xe moto điện, xe đạp điện ,….Công nghệ ngày càng phát triển và hiện đạitrong lĩnh vực thiết kế bộ điều khiển với nhiều tính năng cho xe điện, tạo nhiều thuậntiện cho việc điều khiển cũng như thích ứng với phương tiện sử dụng nguồn nguyênliệu mới này

Các loại xe điện cũng ngày càng được tân trang và thiết kế đẹp hơn, đồng thờicũng có nhiều tính năng như các phương tiện chạy bằng xăng, dầu… Nhiều hãng xehơi lớn như Mittshubisi, Toyota,…cũng đã bắt đầu chuyển hướng đầu tư qua các loạihình xe hơi điện có kết cấu và hình dáng đẹp, đảm bảo các chức năng vận hành như xehơi hiện tại

Hình 1.1 Chiếc xe hơi điện do hãng Mittshubisi sản xuất.

Tuy nhiên trên thị trường hiện nay loại phương tiện xe điện phổ biến nhất lại là

xe đạp điện, một số nước phát triển ở Châu Á cũng đã và đang phát triển mạnh loạiphương tiện như xe đạp điện và xe motor điện Việc phát triển hệ thống xe đạp điệndựa trên cơ sở nhu cầu thực tế của người sử dụng Một xe điện nói chung, thì nhượcđiểm lớn nhất chính là nguồn điện cung cấp cho xe hoạt động, chính vì vậy việc pháttriển các loại xe motor điện hay xe hơi điện lại kém phát triển hơn xe đạp điện Chính

vì các yếu tố về nguồn điện cung cấp, quãng đường di chuyển ngắn, phương tiện nhỏgọn và tốc độ vừa phải là ưu điểm lớn để nghành sản xuất xe đạp điện ngày càng pháttriển; Trung Quốc là một trong những nước phát triển mạnh công nghệ sản xuất xe đạpđiện và xe motor điện Nhiều loại xe đạp điện ra đời với nhiều chức năng và có tính mỹthuật cao

Hình 1.2 Một loại xe đạp điện leo núi.

Kết cấu một chiếc xe đạp điện khá đơn giản, bao gồm: một khung xe đạp thôngthường, một động cơ đùm, một bộ điều khiển và bộ nguồn cung cấp, cùng với hệ thốngtruyền động như xích, líp, Chính vì yếu tố đơn giản và thuận tiện trong việc dịchchuyển nên xe đạp điện dần được người tiêu dùng quan tâm và sử dụng ngày càngnhiều.Và nhu cầu đó cũng được người tiêu dùng tại Việt Nam (một đấc nước có truyềnthống gắn bó với chiếc xe đạp) ưa chuộng

Hình 1.3: Động cơ xe đạp điện được gắn với hệ thống xích, líp

và các cơ cấu truyền động.

Ngoài hệ thống xe đạp điện được phát triển khá mạnh hiện nay thì hệ thống xemáy điện cũng được các nhà sản xuất quan tâm như nhà sản xuất Vino hay Bianco củaYamaha Họ đã bắt tay vào việc chế tạo các loại xe máy chạy bằng điện có những chứcnăng tương tự như xe máy chạy bằng xăng Theo một số tài liệu đươc nghiện cứu vềtình hình phát triển hiện nay của xe điện tại Việt Nam ta thấy: “Những chiếc xe máyđiện trên thị trường được thiết kế chủ yếu theo 2 mẫu xe của Yamaha là Bianco vàVino, một số giống loại xe máy tay ga hiện hành Tuy chạy bằng điện nhưng nhà sảnxuất vẫn để một nắp bình xăng giả phía sau cho giống với xe chạy bằng xăng Do vậyhình thức loại xe này khá bắt mắt, nhất là có nhiều màu sắc như vàng hay hồng, ít thấy

ở xe máy thông thường Xe cũng được lắp vành đúc và giảm xóc như xe gắn máy Tuynhiên, nếu quan sát kỹ sẽ thấy mặt đồng hồ nhìn không nét, còn các chi tiết mà cũngkhông được sáng Do bình ắc-quy không quá lớn nên các xe đều có một cốp xe rất rộngdưới yên Dưới gầm xe, thay vào chỗ của động cơ là một bình ắc-quy dùng để tạo nănglượng Mỗi ắc-quy này cần chừng ít nhất 3 tiếng đồng hồ để nạp đầy, đủ để chạy mộtquãng đường chừng 80km, thích hợp với một người có nhu cầu đi lại ở phạm vi hẹp

Xe có thể đạt vận tốc khoảng 40km/ giờ So với xe đạp điện, xe máy điện khác ở chỗ

có công suất lớn hơn, do đó có tốc độ cao hơn Tuy nhiên, do dáng xe “nhái” theo kiểu

xe ga của các hãng nổi tiếng, nên không có

bàn đạp, khi hết điện, người sử dụng chỉ còn cách dắt bộ

Về mặt kỹ thuật, xe máy điện được vận hành theo nguyên lý truyền động, dạngđộng cơ điện một chiều truyền động bằng trục chính của động cơ qua hộp giảm tốc đểkéo xe thông qua xích hoặc bánh răng với năng lượng lấy từ bình ắc-quy khô được đặtbên trong thân xe Bình ắc-quy dùng cho xe điện được nạp bằng nguồn điện từ 90 đến204V Với xe điện sản xuất trong nước, bình ắc-quy được sử dụng thường là hàng củaNhật, có độ trữ lâu, chất lượng ổn định Ngược lại bình ắc-quy xe điện nhập từ TrungQuốc hay bị hư, chảy nước và cháy Khi chọn mua, nên lưu ý xem xét kỹ bình ắc-quy

vì đây là một trong những bộ phận quan trọng của xe điện Mang xe đi bảo hành 2 đến

3 tháng/lần để đảm bảo an toàn cho xe, đồng thời không nên để bánh xe mềm quá,cũng không nên bơm bánh xe căng quá Nếu không cần thiết nên tránh lắp thêm còinhạc, đèn nháy, máy hát vì sẽ làm ảnh hưởng đến

bình ắc–quy ”

Hình 1.4: Một số mẫu xe điện hiện nay tại Việt Nam

a

i trò và công dụng của xe lăn điện hiện nay:

Hiện nay heä thoáng xe điện phát triển khá mạnh trên cơ sở đó việc nghiên cứu

và cho ra đời chiếc xe lăn điện làm phương tiện đi lại phục vụ cho người khuyết tật làmột yêu cầu phù hợp và khả thi trong việc mở rộng và phát triển hệ thống xe lăn điệntrên thế giới cũng như tại Việt Nam Hiện nay cũng có một số hãng xe lăn nổi tiếngcũng đã đầu tư và phát triển xe lăn điện nhằm phục vụ nhu cầu của người tiêu dùngnhư hãng xe lăn Kiến Tường…Nhìn chung các mẫu xe lăn có kiểu dáng đẹp và phùhợp với thị hiếu của các đối tượng người tiêu dùng Một số mẫu xe lăn điện hiện naynhư:

Hình 1.5 Xe lăn điện Kiến Tường một chỗ ngồi

Hình 1.6 Xe lăn điện Kiến Tường hai chỗ ngồi.

Nhìn chung hệ thống xe lăn điện hiện nay tuy chưa thực sự phát triển mạnh vìnhu cầu sử dụng của người tiêu dùng nhưng trong tương lai đây là một trong nhữngngành khá phát triển yếu tố hạn chế của xe điện là bộ nguồn cung cấp cho xe không đủlâu để đáp ứng nhu cầu khi di chuyển xa, thế nhưng nếu chúng ta nghiên cứu và vậndụng nguồn năng lượng mặt trời cung cấp cho xe thì đây lại là yếu tố thúc đẩy ngànhsản xuất này phát triển mạnh mẽ

CHƯƠNG 2 - NỘI DUNG ĐIỀU KHIỂN XE LĂN ĐIỆN

2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ xe lăn điện:

2.1.1 Ảnh hưởng của điện áp đến tốc độ của xe lăn điện:

Điện áp là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình điều khiển động cơ của xelăn điện, giá trị điện áp ngõ ra điều khiển cao hay thấp quyết định tốc độ động cơchậm hay nhanh Vì vậy để điều khiển động cơ chạy ổn định, thì ta phải điều khiểnđiện áp ngõ ra một cách tuyến tính

Hình 2.1: Đồ thị vận tốc thay đổi ứng với điện áp

Ứng với một điện áp ngõ ra ta có thể quy định bằng một giá trị tốc độ nào đócủa động cơ (Ví dụ: ứng với 1V điện áp ngõ ra động cơ đạt tốc độ là 5 vòng/phút), vìvậy muốn điều chỉnh được tốc độ động cơ ta cần điều chỉnh giá trị điện áp vào động

cơ

2.1.2 Ảnh hưởng của các điều kiện ngoại cảnh đến tốc độ xe lăn điện:

Các điều kiện ngoại cảnh là một trong những yếu tố làm thay đổi khá lớn tốc

độ của xe lăn điện Tùy thuộc vào điều kiện ngoại cảnh và địa hình khác nhau thì tốc

độ xe sẽ khác nhau

Trong điều kiện có sức cản lớn thì tốc độ động cơ sẽ bị chậm lại (ví dụ khi xelên dốc), ngược lại tốc độ động cơ sẽ được tăng thêm tốc độ (ví dụ như xe khi xuốngdốc) Việc điều chỉnh tốc độ động cơ cũng tùy thuộc vào hoàn cảnh khi xe vận hành,

n(vòng/phút)

Điện áp(Volt)

nđm

Uđm

ở những nơi cần chạy chậm thì ta phải điều chỉnh tốc độ động cơ ở giá trị phù hợp, ởđịa hình khó khăn thì tốc độ động cơ sẽ được điều chỉnh tăng lên Do vậy để ổn địnhđộng cơ đạt tốc độ theo ý muốn của người sử dụng đòi hỏi có một bộ điều khiển phùhợp và ổn định.

2.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ xe điện:

2.2.1 Khái niệm phương pháp điều khiển động cơ điện:

Điều khiển tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông

số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông Từ

đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu Có

2 phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ :

- Phương pháp 1 : Biến đổi các thông số đầu ra hay còn gọi là thông số đượcđiều chỉnh là moment (M) và tốc độ (ω) của động cơ Có nghĩa là làm thay đổi thông

số đầu ra bằng cách tác động lên thông số đầu vào một cách rời rạc Mỗi lần tác động

ta có một giá trị không đổi của thông số đầu vào và tương ứng ta được một đường đặctính cơ (nhân tạo) Khi động cơ làm việc, các nhiễu loạn sẽ tác động vào hệ (như phụtải thay đổi, điện áp nguồn dao động …) Nhưng thông số đầu vào vẫn giữ không đổinên điểm làm việc của động cơ chỉ di chuyển trên một đường đặc tính cơ Người ta gọidạng điều chỉnh này là “điều chỉnh bằng tay” hoặc “điều chỉnh vòng hở” hoặc “điềuchỉnh không tự động”

- Phương pháp 2 : Biến đổi các thông số đầu vào hay còn gọi là thông số điềuchỉnh điện trở phần ứng Rư (hoặc Rfư), từ thông Φ (hoặc điện áp kích từ Ukt ; dòng điệnkích từ Ikt) và điện áp phần ứng Uư Có nghĩa là nhờ sự thay đổi liên tục của thông sốđầu vào theo mức độ sai lệch của thông số đầu ra so với giá trị định trước, nhằm khắcphục độ sai lệch đó Như vậy khi có tác động của nhiễu làm ảnh hưởng đến thông sốđầu ra, thì thông số đầu vào sẽ thay đổi và đông cơ sẽ có một đường đặc tính cơ khác,điểm làm việc của động cơ sẽ dịch chuyển từ đường đặc tính nhân tạo này sang đườngđặc tính nhân tạo khác và vạch ra một đường đặc tính cơ của hệ điều chỉnh tự động.Việc thay đổi tự động thông số đầu vào được thực hiện nhờ mạch phản hồi ; mạch nàylấy tín hiệu từ thông số đầu ra hoặc một thông số nào đó liên quan đến đầu ra, đưa trở

lại gây tác động lên thông số đầu vào, tạo thành một hệ có liên hệ kín giữa đầu ra vàđầu vào Vì vậy người ta gọi hệ này là hệ “điều chỉnh vòng kín” hoặc “điều chỉnh tựđộng”

Vì vậy ta khảo sát sự điều chỉnh tốc độ động cơ DC theo phương pháp thứ hai

Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn

so với các loại động cơ khác Không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng

mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển khá đơn giản hơn, đồng thời lại đạt đượcchất lượng điều chỉnh cao trong dãy điều chỉnh tốc độ rộng

Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá chất lượng hệ thống điều chỉnh tốc độ

Khi điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động điện ta cần chú ý và căn cứ vàocác chỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng của hệ thống truyền động điện :

A - Hướng điều chỉnh tốc độ.

Hướng điều chỉnh tốc độ là ta có thể điều chỉnh để có được tốc độ lớn hơn hay

bé hơn so với tốc độ cơ bản (là tốc độ làm việc) của động cơ điện trên đường đặc tính

cơ tự nhiên

B - Phạm vi điều chỉnh tốc độ (dãy điều chỉnh tốc độ).

Phạm vi điều chỉnh tốc độ D là tỷ số giữa tốc độ lớn nhất nmax và tốc độ bé nhất

nmin mà người ta có thể điều chỉnh được tại giá trị phụ tải là định mức : D = nmax/nmin

Trong đó : nmax : được giới hạn bởi độ bền cơ học

nmin : được giới hạn bởi phạm vi cho phép của động cơ Thôngthường người ta chọn nmin làm đơn vị

Phạm vi điều chỉnh càng lớn thì càng tốt và phụ thuộc vào từng yêu cầu của hệthống, khả năng của từng phương pháp điều chỉnh

C - Độ cứng của đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ.

Độ cứng : β =∆M/∆n Khi β càng lớn tức ∆M càng lớn và ∆n nhỏ, nghĩa là

độ ổn định tốc độ ∆M càng lớn khi phụ tải ∆n thay đổi nhiều Phương pháp điều chỉnhtốc độ tốt nhất là phương pháp mà giữ nguyên hoặc nâng cao độ cứng của đường đặctính cơ Hay nói cách khác β càng lớn thì càng tốt

D - Độ bằng phẳng hay độ liên tục trong điều chỉnh tốc độ.

Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ Độ liên tục khi điều chỉnhtốc độ γ được đánh giá bằng tỷ số giữa hai cấp tốc độ kề nhau :

γ = ni/ni+1

Trong đó :

ni : tốc độ điều chỉnh thứ cấp i

ni+1 : tốc độ điều chỉnh thứ cấp i+1

Với ni và ni+1 đều lấy tại một giá moment nào đó

γ tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng liên tục Lúc này

2 cấp tốc độ đều bằng nhau, không có nhảy cấp hay còn gọi là điều chỉnh tốc độ vôcấp

γ ≠1 hệ thống điều chỉnh có cấp Hệ chỉ có thể làm việc ổn định tại một số giá trịcủa tốc độ trong dãy điều chỉnh tốc độ

E - Tổn thất năng lượng khi điều chỉnh tốc độ.

Hệ thống truyền động điện khi có chất lượng cao là một hệ thống có hiệu suất làmviệc của động cơ η là cao nhất, khi tổn hao năng lượng ∆Pphu ở mức thấp nhất

F - Tính kinh tế của hệ thống khi điều chỉnh tốc độ.

Hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện có tính kinh tế cao nhất là một hệthống điều chỉnh phải thoả mãn tối đa các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống Đồng thời hệthống phải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành thấp nhất, sử dụng thiết bịphổ thông nhất và các thiết bị máy móc có thể dễ dàng thay thế khi bảo trì

2.2.2 Phương pháp điều khiển xe lăn điện:

Trong đề tài này nhóm sinh viên áp dụng sự thay đổi điện áp trên động cơ đểlàm thay đổi tốc độ xe lăn điện Với phương pháp điều khiển làm thay đổi độ rộngxung áp trên động cơ xe lăn ta có thể dễ dàng hiệu chỉnh tốc độ động cơ theo từng chế

độ cụ thể

Hình 2.6: Xung áp điều khiển tốc độ xe lăn điện

Trong các mạch điều khiển tốc độ xe điện hiện nay trên thị trường thông thường

có hai phương pháp làm thay đổi độ rộng xung áp như sau:

- Thay đổi độ rộng xung áp điều khiển tốc độ xe điện dùng biến trở

- Thay đổi độ rộng xung áp điều khiển tốc độ xe điện dùngHall_Sensor

Ở mỗi cách thức điều khiển tốc độ xe lăn đều có những tiện lợi riêng, tuy vậyviệc sử dụng Hall_sensor để điều khiển tốc độ xe lăn điện sẽ đạt được tốc độ ổn định và

độ bền cơ học cao

A - Thay đổi độ rộng xung áp điều khiển tốc độ xe điện dùng biến trở:

Biến trở mắc trong mạch được nối với tay ga điều khiển bên ngoài, khi vặn tay

ga làm thay đổi giá trị điện trở bên trong mạch sẽ dẫn đến thay đổi giá trị điện áp củamạch, tín hiệu áp thay đổi này được đưa vào ngõ RA1/AN1 của IC 16F876A, qua xử lýtín hiệu điều khiển sẽ được xuất ra điều khiển thay đổi tốc độ xe điện

Khác với cách điều khiển tốc độ của một động cơ thông thường, việc điều khiểntốc độ xe lăn điện khó khăn và phức tạp hơn nhiều Chúng ta không đơn thuần chỉ thayđổi điện áp của động cơ mà cần phải lập trình sao cho tốc độ động cơ thay đổi trongmột khoảng thời gian trì hoãn nhất định gọi là bước tăng (đơn vị: sec), mỗi bước tăngdài hay ngắn quyết định sự thay đổi tốc độ động cơ nhanh hay chậm Mỗi bước tăng làmột xung điều khiển tốc độ động cơ, ta có thể tăng các nấc của bước tăng từ 0 đến 255.Vậy thời gian để đạt được tốc độ tối đa của xe lăn trong một chế độ hoạt động (có chọntrước) là:

T = Thời gian tăng một bước × Số bước cực đại.

Nếu bước tăng quá ngắn sẽ làm cho động cơ thay đổi tốc độ đột ngột, do vậy dễgây ngã và sốc cho người sử dụng Còn nếu bước tăng quá dài sẽ tạo khoảng thời gian ìquá lâu, động cơ sẽ không nhạy trong việc thay đổi tốc độ, gây mất thời gian và tạo sựnhàm chán cho người sử dụng Chính vì vậy việc lập trình tạo ra một bước tăng phùhợp sẽ đảm bảo tối ưu trong việc điều khiển tốc độ động cơ

B - Thay đổi độ rộng xung áp điều khiển tốc độ xe điện dùng Hall_Sensor:

Khác với phương pháp dùng biến trở, khi dùng Hall_Sensor ta có thể thay đổitrực tiếp giá trị điện áp cấp cho động cơ, mỗi Hall_Sensor được mắc giữa hai đầu từtrường cố định, tùy vào vị trí tương đối của Hall_sensor ta có những giá trị điện ápkhác nhau Cách điều khiển tốc độ động cơ cho xe lăn điện tương tự như dùng biếntrở Tuy nhiên khi dùng Hall_Sensor trong điều khiển, chúng ta sẽ giảm đi sự ma sátcủa hệ thống khi thay đổi giá trị điện trở, do vậy bộ nguồn sẽ có độ bền cao hơn so vớikhi dùng biến trở thông thường

Cảm biến Hall là một bộ biến đổi làm thay đổi điện áp ngõ ra dựa trên sự thayđổi của từ trường Cảm biến Hall được dùng cho các công tắc tương tự, máy đo tốc độ

và dò vị trí, và các dòng điện ứng dụng

Nhìn một cách đơn giản nhất cảm biến Hall như là một bộ biến đổi Analoge, làm thayđổi các giá trị điện áp thực Với một giá trị từ trường biết trước và khoảng dịch chuyểncủa cảm biến Hall ta có thể suy ra giá trị điện áp tức thời ngay tại thời điểm đó Nếudùng kết hợp nhiều cảm biến thì mối quan hệ giữa các từ trường cần được quan tâm

Dòng điện chạy trong cuộn dây và sinh ra từ trường làm biến thiên dòng điện

và cảm biến Hall có thể dùng để đo dòng điện tại thời điểm tức thời Cụ thể như cảmbiến kết hợp với một cuộn dây hay những tấm thép từ xung quanh cuộn cảm thì có thể

đo được dòng điện

Thông thường một cảm biến Hall kết hợp với dòng điện chạy trong thiết bị đểlàm khóa đóng ngắt kỹ thuật số (on/off)

Trong đề tài này, cảm biến Hall được sử dụng như một thiết bị để thay đổiAnalog tín hiệu điện áp cung cấp vào mạch điều khiển Mỗi Hall_sensor đều có mộtkhoảng điện áp (theo quy định của nhà sản xuất) để có thể thay đổi tín hiệu analogđưa vào điều khiển Qua khảo sát thực tế và thử nghiệm nhiều lần, ta đo được mứcđiện áp thay đổi trong cảm biến Hall là từ 2,7V đến 4,8V Trên cơ sở đó ta quy địnhmức xung trong chương trình điều khiển thay đổi cho phù hợp với từng loại tay gahay nói cách khác là cho từng loại cảm biến Hall khác nhau

Hình 2.7 Cảm biến Hall và nguyên tắc hoạt động

Hall_sensor được kết hợp tạo thành hệ thống tay ga, việc điều chỉnh tay ga tănghay giảm sẽ tác động trực tiếp đến điện áp điều khiển xe lăn điện Mỗi Hall_sensorđược cấu tạo như sau:

2.3 Các chế độ hoạt động của xe lăn điện:

Khác với các loại xe lăn điện thông thường, với bộ điều khiển kết nối với hệthống cơ khí được thiết kế tương đối hoàn hảo ta có thể vận hành và điều khiển được

xe lăn hoạt động khá tốt

Do sử dụng nguồn điện Acquy trong quá trình vận hành nên khi hoạt động, xelăn điện càng tiết kiệm năng lượng càng mang lại hiệu quả hoạt động cao hơn Đồngthời nhằm tạo ra sự thuận lợi và tối ưu nhất trong việc điều khiển, nhóm sinh viên đãlập trình cho bộ nguồn với 3 chế độ hoạt động, đây cũng là điểm mới và mang tínhthích nghi cao của đề tài, các chế độ như sau:

- Chạy chậm

- Chạy ở đường bằng phẳng

- Chạy ở đường dốc

2.3.1 Chế độ chạy chậm:

Chế độ hoạt động chạy chậm được lập trình nhằm phù hợp cho việc di chuyển

xe trong những khu vực đông người, khó di chuyển ví dụ: siêu thị, hội trường…

Trong chế độ này, nhóm sinh viên đã khảo sát sơ bộ điều kiện di chuyển chophù hợp và lập trình vận tốc tối đa trong chế độ này là 6 Km/h chiếm tỉ lệ 23,1% côngsuất tối đa của bộ nguồn cung cấp

Với chế độ này vừa đảm bảo cho người sử dụng điều khiển xe một cách an toànvừa đảm bảo tiết kiệm năng lượng cho xe Theo tính toán số liệu khi hoạt động ở chế

độ chạy chậm chúng ta có thể tiết kiệm được khoảng 10% năng lượng tiêu hao so vớikhi cho xe hoạt động liên tục ở chế độ chạy đường bằng phẳng Với những lợi thế vềnăng lượng như trên, việc lựa chọn chế độ hoạt động hợp lý: sẽ giúp người sử dụng tiếtkiệm tối đa về năng lượng

2.3.2 Chế độ chạy đường bằng phẳng:

Khi hoạt động ở chế độ chạy đường bằng phẳng việc điều chỉnh tốc độ xe lănđiện sẽ đạt được tốc độ tối đa Trong đề tài nhóm sinh viên lập trình cho tốc độ tối đacủa xe lăn điện là 26 Km/h, điều khiển xe lăn chạy nhanh hay chậm tuỳ thuộc vào cáchđiều khiển tay ga của người sử dụng

Đây là chế độ hoạt động thông thường của xe lăn điện, ở chế độ này việc đảmbảo cho động cơ xe lăn đạt được tốc độ ổn định và bảo đảm tính an toàn cao trong việcvận hành xe

Hình 2.11 Biểu đồ điều khiển tay ga ở chế độ chạy đường bằng phẳng

Ở chế độ chạy đường bằng phẳng, tốc độ xe lăn đạt được giá trị tối đa, đồngthời bảo vệ quá dòng thấp(<= 20A), ít tiêu hao năng lượng do công vô ích sinh ra, đây

là chế độ hoạt động tốt nhất cho động cơ xe

0

max

˜26Km/hGa

2.3.3 Chế độ chạy đường dốc:

Cũng như khi hoạt động ở chế độ chạy đường bằng phẳng, chạy ở chế độ đườngdốc tốc độ xe lăn điện vẫn đạt giá trị tối đa là 26 Km/h, tuy nhiên phần năng lượng tiêuhao để đạt được giá trị tối đa của tốc độ xe là khá lớn vì ảnh hưởng của công vô ích gây

ra Khi di chuyển trong địa hình dốc và cao sẽ có nhiều yếu tố cản trở sự di chuyển của

xe, do vậy để đạt được tốc độ tối đa là 26Km/h không những đòi hỏi có một lực kéolớn mà mạch điều khiển phải có khả năng bảo vệ quá dòng cao(gần 50A)

Chính vì thế ở chế độ hoạt động thứ ba này đòi hỏi có một năng lượng khá lớnmới có thể đảm bảo được tốc độ tối đa của động cơ Trong điều kiện sử dụng nguồnđiện acquy là nguồn điện chính trong toàn bộ hoạt động của bộ điều khiển thì đây làmột bất lợi khá lớn

Với yêu cầu đó tác giả đã thiết kế mạch và lập trình điều khiển cho PIC16F876A hình thành một chế độ hoạt động vừa đảm bảo được tốc độ tối đa của động

cơ, vừa bảo đảm khả năng quá dòng và đặc biệt là giảm việc tiêu hao năng lượng Đócũng là tính tối ưu và ưu thế vượt trội của xe lăn điện so với những chiếc xe lăn thôngthường

Đối với những xe lăn thông thường khi leo dốc mức năng lượng tiêu hao là khálớn, với việc sử dụng bộ điều khiển tối ưu vào điều khiển xe lăn điện chúng ta có thểtiết kiệm trên 5% mức năng lượng tiêu hao.

Tuy vậy do những bất lợi về yếu tố năng lượng (ở chế độ hoạt động này mứcnăng lượng tiêu hao cần thiết trong cùng một khoảng thời gian và trong cùng một tốc

độ điều khiển cao hơn chế độ xe chạy ở đường bằng phẳng là 6,5%), người sử dụngphải hạn chế vận hành chế độ hoạt động này trong những trường hợp không cần thiết

để bộ nguồn hoạt động bền hơn, ít tiêu hao năng lượng hơn

2.4 Các lỗi được cảnh báo trong quá trình hoạt động của xe lăn điện

Hệ thống đèn led cảnh báo là một trong những lợi thế và là một yếu tố cần thiếttrong quá trình vận hành xe lăn điện Nhờ hệ thống đèn cảnh báo người sử dụng sẽ dễdàng nhận biết được những lỗi và các trạng thái của các yếu tố như mức pin, độ nhạycủa cảm biến, động cơ…tạo sự an toàn và tin cậy cho người sử dụng

Do đó hệ thống cảnh báo hoạt động có ổn định hay không quyết định tính năngtin cậy cho xe lăn điện

2.4.1 Cảnh báo mức pin (acquy):

Bộ điều khiển hoạt động dựa trên nguồn điện được cấp chính từ acquy, chính vìvậyđảm bảo cho nguồn acquy luôn ổn định là điều kiện tiên quyết để mạch hoạt độngtốt hay không tốt

Chính vì vậy khi xe hoạt động chúng ta cần biết được năng lượng hiện đang sửdụng cho xe là bao nhiêu, trên nhu cầu đó tác giả đã lập trình và đưa các mức cảnh báomức pin bằng sáu LED như sau :

• Khi acquy đầy sáu LED sẽ sáng đều, khi mức pin giảm dần đồng thời

số LED sẽ tắt dần từ 6 đến 1

• Khi Acquy sắp hết, còn khoảng 2 nấc pin (LED 1 và LED 2 sáng) thì

hai đèn LED sẽ nhấp nháy liên tục, LED tắt sau khi nguồn vượt quangưỡng quy định

Với những tín hiệu cảnh báo trên ta có thể xác định chính xác mức pin của bộnguồn đạt ở mức nào để có thể dễ dàng điều chỉnh cho hợp lý

2.4.2 Cảnh báo lỗi động cơ:

Một yếu tố tiếp theo quyết định xe điện hoạt động ổn định hay không chính làđộng cơ của xe, động cơ xe hoạt động tốt đảm bảo về độ rung cũng như sự ổn địnhcông suất thì xe lăn sẽ hoạt động tốt Đây cũng là một vấn đề quan tâm của người sửdụng

Tác giả đã nghiên cứu và lập trình đưa ra tín hiệu cảnh báo trên sáu LED Khi

có hiện tượng không ổn định trong quá trình hoạt động của động cơ (quá tải, quádòng…), mạch điều khiển trong bộ nguồn sẽ nhận được tín hiệu và xuất giá trị làm chosáu đèn LED chớp tắt liên tục Các LED sẽ sáng lại bình thường (ứng với mức pin) khi

sự cố đã được xử lý

2.4.3 Cảnh báo lỗi công suất điều khiển:

Cũng như các yếu tố trên, công suất của mạch điều khiển cũng ảnh hưởng khálớn đến sự hoạt động của xe lăn điện, công suất được đảm bảo thì động cơ sẽ chạyđúng yêu cầu của người sử dụng Công suất là yếu tố chịu ảnh hưởng của dòng và áp,

và đây là những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ động cơ Do vậy chúng ta cầnphải xác định chính xác lỗi này

Tác giả đã nghiên cứu và lập trình đưa ra tín hiệu cảnh báo trên sáu LED: khi cóhiện tượng mất ổn định về công suất điều khiển, mạch trong bộ điều khiển sẽ nhận tínhiệu và xuất ra giá trị làm chớp tắt liên tục LED1 và LED6

2.4.4 Cảnh báo quá dòng định mức:

Trong chế độ hoạt động bình thường hoặc chế độ chạy chậm, thông thường khảnăng quá dòng trong mạch khá thấp(<=20A), tuy vậy khi chuyển sang chế độ hoạtđộng chạy ở đường dốc thì khả năng quá dòng của mạch tăng cao (<50A), nếu không

có mạch bảo vệ quá dòng thì sẽ hỏng bộ điều khiển Lỗi này người sử dụng cần đặt biệtlưu ý và cẩn thận tối đa khi vận hành Cũng từ đó tác giả đã lập trình cảnh báo trên 6LED như sau:

•Khi có hiện tượng quá dòng trong bộ điều khiển, LED 3 sẽ nhấp nháy liên tục

2.5 Quy trình điều khiển xe lăn điện

Nhằm đảm bảo an toàn và thuận tiện cho người sử dụng, bộ điều khiển đượcthiết kế và gắn vào đầu trước của xe lăn điện, điều này cũng tạo cảm giác dễ dàng choviệc điều chỉnh hướng chạy của xe.

Trước khi khởi động xe ta cần lựa chọn chế độ hoạt động của xe đã được lập sẵnnhư: chạy chậm, chạy đường bằng phẳng, chạy đường dốc

Để đảm bảo sự an toàn trước khi vận hành xe, tác giả đã đề ra quy trình khởiđộng xe như sau:

Hình 2.13 Quy trình khởi động xe lăn điện.

Khi khởi động cần làm đúng trình tự trên thì xe lăn mới hoạt động được, việclàm đúng trình tự trên sẽ đảm bảo được hai vấn đề sau:

o Kiểm tra được thắng xe có hoạt động tốt hay không bằng quy trình bóp vànhả thắng

o Kiểm tra sự hoạt động của tay ga trước khi vận hành xe lăn điện bằng quytrình lên ga và giảm ga

BÓP

NHẢ THẮNGLÊN GA

CHƯƠNG 3 - GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F876 VÀ

PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN XE LĂN ĐIỆN.

3.1 Vi điều khiển PIC họ 16F87X, đặt trưng là PIC 16F876:

PIC16F876 là một vi điều khiển được chế tạo theo công nghệ RISC của hãngMicrochip, có 28 chân

Hình 3.1 Sơ đồ chân của 16F876

Các thông số chính của 16F876A:

- Tập lệnh: gồm 35 lệnh đơn, gần như các lệnh được thực hiện trong một chu kỳ

lệnh (một chu kì lệnh bằng 4 lần chu kỳ xung clock) ngoại trừ các lệnh rẻ nhánh thựchiện trong 2 chu kì lệnh

- Tần số hoạt động: 0 – 20MHz, chu kỳ lệnh ở tần số 20MHz là 200ns

- Bộ nhớ chương trình (FLASH ROM): 8Kx14bit

- Bộ nhớ dữ liệu: gồm 368 byte RAM và 256 byte EEPROM

- Có 5 kênh chuyển đổi tương tự số (ADC) 10 bit

- 2 bộ PWM với độ phân giải 10 bit

- Chỉ có khả năng giao tiếp nối tiếp

Hình 3.2 Hình dáng và kích thước của PIC 16F876

Cấu trúc các cổng vào/ra :

� PORT A: gồm 6 chân điều khiển vào/ ra được đa hợp với 5 kênh ADC (AN0đến AN4), cấu trúc các chân RA0-RA3 và RA5:

Hình 3.3 Cấu trúc các chân RA0-RA3 và RA5.

Khi được cấu hình như các kênh ADC các tín hiệu này chỉ là ngõ vào điện ápanalog, trạng thái ngõ vào khi đọc luôn ở logic 0

Khi không sử dụng như các kênh ADC thì các tín hiệu này được cấu hình nhưcác ngõ ra hoặc ngõ vào tùy thuộc vào bit điều khiển hướng TRISA, nếu bit TRISA

=1: tín hiệu tương ứng là ngõ vào (vì lúc này 2 mosfet N và P đều ngưng dẫn), nếu bitTRISA =0: tín hiệu tương ứng là ngõ ra, trạng thái logic ở ngõ ra phụ thuộc vào bit dữliệu là 1, thông qua data FF và TRIS latch, ngõ ra cổng OR ở mức 0, mosfet P dẫncung cấp Vdd đến ngõ ra, trong khi đó ngõ ra cổng AND là 0 nên mosfet kênh Nngưng dẫn, ta được ngõ ra ở mức 1 Ngược lại, nếu bit data là 0 thì mosfet P ngưng dẫntrong khi đó mosfet N dẫn kéo ngõ ra về lg 0

Tín hiệu RA4 trong port A được đa hợp giữa nguồn cấp xung clock từ bên ngoàicho bộ timer0 Khi được cấu hình như một I/O sẽ được điều khiển bởi tín hiệu TRISAtương ứng, nếu TRISA = 1: ngõ ra cổng AND là logic 0 nên mosfet N ngưng dẫn, RA4

là ngõ vào, ngược lại: RA4 sẽ là ngõ ra cực thu để hở (open collector) và mức logicphụ thuộc data bit, nếu data bit là 1 thì mosfet N ngưng dẫn, do đó ngõ ra gần như cách

ly nên thực tế thường dùng một điện trở ngoài kéo lên (pull up resistor), giá trị điện trởphụ thuộc vào dòng mức cao cần điều khiển, tuy nhiên không được vượt quá 25mA

Xem hình sau:

Hình 3.4 Cấu trúc bên trong chân RA4

� PORT B:

Cấu trúc của RB0 đến RB3:

Hình 3.5 Cấu trúc chân từ RB0 đến RB3

Có thể định cấu hình các tín hiệu này như là ngõ ra hoặc ngõ vào phụ thuộc bitTRISB tương ứng Nếu là ngõ ra thì mosfet P luôn ngưng dẫn, tín hiệu ra phụ thuộcngõ ra của bộ đệm, nếu là ngõ vào và nếu bit RBPU (bit 7 trong thanh ghiOPTION_REG) là 0 thì mosfet P dẫn tương đương một điện trở vài kilo ohm kéo ngõvào lên nguồn (weak pullup resistor) để tăng dòng HIGH input

Các tín hiệu RB4 đến RB7 có cấu trúc như sau:

Hình 3.6 Cấu trúc chân từ RB4 đến RB7

Cấu trúc các chân này tương tự như RB0-RB3 tuy nhiên khi được cấu hình nhưngõ vào thì sự thay đổi trạng thái logic tại bất kì một trong 4 chân này cũng sẽ tạo ra sựkiện ngắt (interrupt on_change RB)

� PORT C:

Cấu trúc của RC0 – RC2 và RC5-RC7, trong các tín hiệu này đáng quan tâmnhất là RC6 và RC7 do được đa hợp với các đường USART là TxD và RxD dùng trongtrao đổi dữ liệu nối tiếp Xem hình sau:

Hình 3.7 Cấu trúc của RC0 – RC2 và RC5-RC7

Cấu trúc của RC3 và RC4:

Hình 3.8 Cấu trúc của RC3 và RC4

3.2 Cấu trúc các lệnh và phương pháp lập trình điều khiển cho Pic bằng ngơn ngữ VisuaC.

3.2.1 Các tập lệnh PIC.

A - DELAY_MS(time)

Cú pháp : delay_ms(time)

Tham số : time - 0~255 nếu time là một biến số, 0~65535 nếu time là hằng số

Trị trả về : không

Chức năng : Tạo code để thực hiện delay một thời gian định trước Thới gian tính

bằng milisecond Hàm này sẽ thực hiện một số lệnh nhằm delay 1 thờigian yêu cầu Hàm này không sử dụng bất kỳ timer nào Nếu sử dụngngắt (interupt), thời gian thực hiện các lệnh trong khi ngắt không đượctính vào thới gian delay

Yêu cầu : #uses delay

B - DELAY_US(time)

Cú pháp : delay_us(time)

Tham số : time - 0~255 nếu time là một biến số, 0~65535 nếu time là hằng số

Trị trả về : không

Chức năng : Tạo code để thực hiện delay một thời gian định trước Thời gian tính

bằng microsecond Hàm này sẽ thực hiện một số lệnh nhằm delay 1 thờigian yêu cầu Hàm này không sử dụng bất kỳ timer nào Nếu sử dụngngắt (interupt), thời gian thực hiện các lệnh trong khi ngắt không đượctính vào thời gian delay

Yêu cầu : #uses delay

C - SETUP_ADC()

Cú pháp : setup_adc(mode)

Tham số : mode – mode chuyển đổi Analog ra Digital bao gồm

ADC_OFF : tắt chức năng sử dụng A/D

ADC_CLOCK_INTERNAL : thời gian lấy mẫu bằng clock, clock là thời gian

clock trong ICADC_CLOCK_DIV_2 : thời gian lấy mẫu bằng clock/2

ADC_CLOCK_DIV_8 : thời gian lấy mẫu bằng clock/8

ADC_CLOCK_DIV_32 : thời gian lấy mẫu bằng clock/32

Trị trả về : không

Chức năng : Định cấu hình cho bộ biến đổi A/D

Yêu cầu : các hằng số phải được định nghĩa trong device file PIC18F452.h

D -SETUP_ADC_PORTS()

Cú pháp : setup_adc_ports(value)

Tham số : value – hằng số được định nghĩa như sau

ALL_ANALOG : RA0 RA1 RA2 RA3 RA5 RE0

RE1 RE2 Ref=Vdd

Ref=RA3

Ref=VddA_ANALOG_RA3_REF : RA0 RA1 RA2 RA5 Ref=RA3RA0_RA1_RA3_ANALOG : RA0 RA1 RA3 Ref=Vdd

RA0_RA1_ANALOG_RA3_REF : RA0 RA1 Ref=RA3

ANALOG_RA3_RA2_REF : RA0 RA1 RA5 RE0 RE1 RE2

Ref=RA2,RA3ANALOG_NOT_RE1_RE2 : RA0 RA1 RA2 RA3 RA5 RE0

Ref=VddANALOG_NOT_RE1_RE2_REF_RA3 : RA0 RA1 RA2 RA5 RE0

Ref=RA3ANALOG_NOT_RE1_RE2_REF_RA3_RA2 : RA0 RA1 RA5 RE0

Ref=RA2,RA3A_ANALOG_RA3_RA2_REF : RA0 RA1 RA5 Ref=RA2,RA3RA0_RA1_ANALOG_RA3_RA2_REF : RA0 RA1 Ref=RA2,RA3

RA0_ANALOG_RA3_RA2_REF : RA0 Ref=RA2,RA3

Trị trả về : không

Chức năng : Xác định cổng dùng để nhận tín hiệu analog

Yêu cầu : các hằng số phải được định nghĩa trong device file PIC18F452.h

Chức năng : Xác định pin để đọc giá trị Analog bằng lệnh READ_ADC()

Yêu cầu : không

setup_adc_ports() và set_adc_channel() phải được dùng trước khi dùnghàm read_adc() Đối với PIC18F452, bộ A/D mặc định là 8 bit Để sửdụng A/D 10 bit ta phải dùng thêm lệnh

#device PIC18F452 *=16 ADC=10ngay từ đầu chương trình

Yêu cầu : không

F - SET_TIMER0()

Cú pháp : set_rtcc()

set_timer0()

Tham số : 8 bit, value = 0~255

Trị trả về : không

Chức năng : Đặt giá trị ban đầu cho real time clock/counter Tất cả các biến đều đếm

tăng Khi giá trị timer vượt quá 255, value được đặt trở lại 0 và đếm tiếptục (…, 254, 255, 0, 1, 2, …)

Yêu cầu : không

T1_CLK_OUT : enable xung clock ra

T1_DIV_BY_1 : 65535-(samplingtime(s)/(4/20000000)) timemax = 13.1ms

T1_DIV_BY_2 : 65535-(samplingtime (s)/(8/20000000)) timemax =26.2ms

T1_DIV_BY_4 :65535-(samplingtime(s)/(16/20000000)) timemax = 52.4ms

T1_DIV_BY_8 :65535-(samplingtime(s)/(32/20000000)) timemax = 104.8msTrị trả về : không

Chức năng : Khởi động timer 1 Sau đó timer 1 có thể được ghi hay đọc dùng lệnh

set_timer1() hay get_timer1() Timer 1 là 16 bit timer Với xung clock là20MHz, timer 1 tăng 1 đơn vị sau mỗi 1,6us và tràn sau 104,8576ms.Yêu cầu : các hằng số phải được định nghĩa trong device file PIC18F452.h

H - SET_TIMER1()

Cú pháp : set_timer1()

Tham số : 16 bit, value = 0~65535

Trị trả về : không

Chức năng : Đặt giá trị ban đầu cho real time clock/counter Tất cả các biến đều đếm

tăng Khi giá trị timer vượt quá 65535, value được đặt trở lại 0 và đếmtiếp tục (…, 65534, 65535, 0, 1, 2, …)

Yêu cầu : không

I - SETUP_TIMER2()

Cú pháp : setup_timer_2(mode,period,postscale)

Tham số : mode - tham số như sau

T2_DISABLED : tắt timer2T2_DIV_BY_1

T2_DIV_BY_4 T2_DIV_BY_16Period – 0~255 qui định khi giá trị clock được resetPostscale – 1~16 qui định số lần reset timer trước khi ngắt (interupt)Trị trả về : không

Chức năng : Khởi động timer 2 mode qui định số chia xung clock Sau đó timer 2 có

thể được ghi hay đọc dùng lệnh set_timer2() hay get_timer2() Timer 1 là

Chức năng : Đặt giá trị ban đầu cho real time clock/counter Tất cả các biến đều đếm

tăng Khi giá trị timer vượt quá 255, value được đặt trở lại 0 và đếm tiếptục (…, 254, 255, 0, 1, 2, …)

Yêu cầu: không

L - SET_PWM1_DUTY(value)

SET_PWM2_DUTY(value)

Cú pháp : set_pwm1_duty(value)

Tham số : value có thể là biến hay hằng số với 8 hay 16 bit

Trị trả về : không

Chức năng : xác định % thời gian trong 1 chu kỳ, PWM ở mức cao

Yêu cầu : không

Ví dụ: set_pwm1_duty(512): đặt 50% mức cao (50% duty)

M - SETUP_CCP1()

SETUP_CCP2()

Cú pháp : setup_ccp1(mode)

setup_ccp2(mode)Tham số : mode là hằng số như sau

long CCP_1;

#byte CCP_1 = 0x15

#byte CCP_1_LOW = 0x15

#byte CCP_1_HIGH = 0x16long CCP_2;

#byte CCP_2 = 0x1B

#byte CCP_2_LOW = 0x1B

#byte CCP_2_HIGH = 0x1CTắt CCP

CCP_OFFĐặt CCP ở chế độ captureCCP_CAPTURE_FE Nhận cạnh xuống của xungCCP_CAPTURE_RE Nhận cạnh lên của xungCCP_CAPTURE_DIV_4 Nhận xung sau mỗi 4 xung vàoCCP_CAPTURE_DIV_16 Nhận xung sau mỗi 16 xungvào

Đặt CCP ở chế độ compareCCP_COMPARE_SET_ON_MATCH Output high on compareCP_COMPARE_CLR_ON_MATCH Output low on compare