NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MẠCH ĐO TỐC ĐỘ VÒNG TUA ĐỘNG CƠ XĂNG

1.2.4 Pistonhình 1.3 cấu tạo piston - Piston có dạng hình trụ được chế tạo bằng kim loại và chuyển động lên xuống trong xi-lanh 1.2.5 Thanh truyền tay biênvà hộp trục khuỷu các-te hình 1

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ Độc lập-Tự do- Hạnh phúc

-

-ĐỒ ÁN : TÍCH HỢP MỨC 2

Hưng Yên ngày tháng 11 năm 2012

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MẠCH ĐO TỐC ĐỘ VÒNG TUA

ĐỘNG CƠ XĂNG

I-Số liệu cho trước:

- Dùng cảm biến điện trường BF245A, BF 245B, 2N3458, để thu tín hiệu

- Dải tần số từ 50 HZ- 60 HZ

- Đo và tốc độ vòng tua động cơ xăng ứng dụng trong sửa chữa ô tô xe máy

II-Nội dung cần hoàn thành:

• Báo cáo về tiến độ thực hiện các công việc theo từng tuần.

• Thuyết minh đề tài: ( Phân tích yêu cầu, trình bày các phương pháp thực hiện, cơ sở lý thuyết, quá trình thực hiện đồ án,…)

• Các bản vẽ thiết kế cho từng khối, cho toàn bộ mạch đầy đủ chính xác.

• Phải đảm bảo tính khả thi, tính ổn định khi làm việc của sản phẩm.

• Sản phẩm còn phải đảm bảo tính mỹ quan mà vẫn đảm bảo tính kỹ thuật đáp ứng được yêu cầu của giáo viên hướng dẫn.

• Trình bày được hướng phát trển của đề tài.

Ngày giao đề tài:

Ngày hoàn thành :

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNGDẪN

MỤC LỤC

CHƯƠNG I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu về đề tài

1.1.1 Cơ sở lựa chọn đề tài.

Ngày nay cùng với sự phát triển của công nghiệp điện tử, kỹ thuật thì một số các hệ thống điều khiển đã dần dần được tự động hóa Với những kỹ thuật tiên tiến như vi điều khiển, PLC … được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lý chậm chạp, ít chính xác đã được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước

Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp, các gara sửa chữa hiện nay, việc đo tốc đọ vòng tua động cơ xăng yêu cầu phải rất chính xác để có thể sửa

chữa được những hư hỏng Qua đó có những xử lý kịp thời tránh được những

hư hỏng có thể xảy ra

Đối với vấn đề đo tốc đọ vòng tua trong các hệ thống máy và ô tô trong công nghiệp hiện nay luôn yêu cầu cần độ chính xác và thời gian đáp ứng , xử lý nhanh nhất bởi vậy trung tâm của chương trình điều khiển thường là những vi điều khiển

Để đáp ứng được yêu cầu đo tốc độ vòng tua động cơ xăng tự động theo yêu cầu thì có rất nhiều phương pháp để thực hiện, qua quá trình học và nghiên cứu

về IC 89051 và JFET BF245A, BF245B, 2N3458, 2N3459…… có ứng dụng rất tốt và việc đo tốc đọ vòng tua , như yêu cầu của đề tài và muốn hệ thống chính xác đạt được hiệu quả nhanh nhất thì cần phải có bộ xử lý tín hiệu tốt Được sự đồng ý của khoa Điện - Điện tử Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên

Nhóm chúng em tiến hành thực hiện đề tài: Nghiên cứu và thiết kế đo tốc độ vòng tua động cơ xăng hiển thị trên LCD

Các hệ thống điều khiển khi thiết kế đều yêu cầu thỏa mãn chất lượng đặt ra,các chỉ tiêu chất lượng phải tốt nhất theo một nghĩa nào đó Trong trường hợp tổng quát, các chỉ tiêu tối ưu của một hệ thống điều khiển thường được gọi là tiêu chuẩn tối ưu, các tiêu chuẩn tối ưu đó là:

+ Thời gian hiệu chỉnh ngắn nhất

+ Tốc độ điều chỉnh nhanh nhất

+ Cấu trúc nhỏ nhất

+ Năng lượng tiêu thụ trong hệ thống ít nhất

Việc nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển tự động luôn là chỉ tiêu quan tâm đầu tiên của các nhà thiết kế

1.1.2 Đối tượng nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu trong đề tài là đo tốc độ vòng tua động cơ xăng : Trong thực tế về cuộc sống và trong công nghiệp , trong sửa chữa cần đo tốc đọ vòng tua của động cơ xăng để bảo dưỡng và sửa chữa những hư hỏng trong động cơ

1.1.3 Nội dung và phạm vi nghiên cứu.

Nội dung chính của đồ án đề cập đến những vấn đề chính sau:

- Cảm biến điện trường JFET BF245A, BF245B

- LCD

- AT89xx051

- Tổng quan lý thuyết lập trình C

- Khảo sát và mô phỏng

1.1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu.

+ Thiết kế khối cảm biến thu tín hiệu điện trường

+ Nghiên cứu về đối tượng điều khiển

+ Viết chương trình điều khiển

+ Nghiên cứu lý thuyết lập trình C

+ Xây dựng được sơ đồ, thuật toán và chương trình

1.1.5 Phương pháp nghiên cứu.

- Nghiên cứu lý thuyết để xây dựng thuật toán điều khiển

- Dùng mô phỏng để kiểm nghiệm kết quả nghiên cứu lý thuyết

- Dùng thực nghiệm để khẳng định kết quả nghiên cứu

- Sơ đồ và chức năng của các khối

1.2 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ XĂNG

1.2.1 Cấu tạo động cơ xăng:

hình 1.1 cấu tạo động cơ xăng

1.2.2 Nắp máy

- Là nơi để gá đặt các chi tiết,cụm chi tiết, bố trí các hệ thống phụ trợl nắp máy dùng để bảo vệ động cơ,

1.2.3 Bugi

Hình 1.2 cấu tạo bugi

- Bugi dùng để cung cấp tia lửa đốt cháy hỗn hợp khí tạo nên sự cháy trong động cơ Bugi cần phải đánh lửa đúng thời điểm để hiệu suất của kỳ nổ đạt cao nhất

1.2.4 Piston

hình 1.3 cấu tạo piston

- Piston có dạng hình trụ được chế tạo bằng kim loại và chuyển động lên xuống trong xi-lanh

1.2.5 Thanh truyền (tay biên)và hộp trục khuỷu (các-te)

hình 1.4 cấu tạo thanh truyền và trục khuỷu

- Thanh truyền dùng để nối piston với trục khuỷu của động cơ Chúng chuyển động vừa quay vừa tịnh tiến để chuyển đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu

- Hộp trục khuỷu bao quanh trục khuỷu và dùng để chứa dầu bôi trơn

1.2.6 Hệ thống phân phối khí (hệ thống nạp, thải)

Hình 1.5 hệ thống phân phối khí

- Hệ thống phân phối khí gồm các xu-páp và một hệ cơ khí điều khiển chúng đóng mở đúng thời điểm Hệ thống đóng, mở được gọi là trục cam Trục cam có các vấu cam đẩy các xu-páp lên và xuống

- Đa số các động cơ hiện đại sử dụng trục cam đặt trên nắp máy, tức là trục cam được đặt trên các xu-páp, Các vấu cam trên trục cam tác động trực tiếp lên các xu-páp hoặc thông qua một vật liên kết ngắn Các động cơ cổ điển sử dụng loại trục cam đặt phía dưới gần trục khuỷu Các thanh nối (còn gọi là đũa đẩy) sẽ truyền lực nâng của vấu cam đến các xu-páp qua các đòn bẩy (còn gọi là “dàn cò”)

1.2.7 Hệ thống nhiên liệu

- Hệ thống nhiên liệu bơm nhiên liệu từ thùng và trộn chúng với không khí để tạo điều kiện cháy tốt nhất trong lòng xilanh Hệ thống nhiên liệu được chia thành 3 loại: Chế hòa khí, phun nhiên liệu gián tiếp và phun nhiên liệu trực tiếp

Hình 1.6 Hệ thống nhiên liệu

- Hệ thống chế hòa khí có tác dụng hòa trộn không khí với nhiên liệu ngay khi không khí được hút vào trong xilanh

- Trong động cơ phun xăng, một lượng nhiên liệu phù hợp nhất được phun trực tiếp vào trong xilanh của động cơ (direct fuel injection) hoặc phun vào đường ống nạp chung (port fuel injection)

1.2.8 Hệ thống điện

- Hệ thống điện gồm có nguồn điện (ắc quy) và máy phát điện Máy phát điện dẫn động bằng dây đai và sinh ra điện năng để nạp cho ắc quy Nguồn điện 12 vôn của ắc quy sẽ cung cấp cho toàn bộ hệ thống điện như hệ thống đánh lửa, radio, đèn pha, bộ rửa kính điện, hệ thống đóng cửa điện, nhờ hệ thống dây điện của xe

1.2.9 Hệ thống đánh lửa

Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống đánh lửa

- Hệ thống đánh lửa có tác dụng sinh ra nguồn điện cao áp và đưa đến nến điện sinh ra tia lửa đốt cháy nhiên liệu Bộ chia điện có một đường dây cao áp nối vào trung tâm (còn gọi là dây cao áp chính) và có 4, 6 hoặc 8 dây cao áp nối với các bugi (gọi là dây cao áp con, số dây cao áp con phụ thuộc vào số xilanh của động cơ) Bộ chia điện sẽ phân phối cho mỗi xilanh nhận được nguồn điện cao

áp một lần trong một chu trình vào đúng thời điểm thích hợp của kỳ nén để quá trình cháy hoàn hảo nhất, động cơ sẽ hoạt động hiệu quả và êm dịu nhất

1.2.10 Hệ thống nạp và khởi động

Hình 1.8 Hệ thống nạp và khởi động

- Đa số các động cơ sử dụng hệ thống nạp bình thường (tức là hút khí tự nhiên nhờ độ chênh áp giữa áp suất của không khí bên ngoài và độ chân không trong xilanh)

- Hệ thống khởi động gồm có một động cơ điện và một cuộn dây khởi động từ Khi bạn bật khoá điện khởi động, động cơ điện làm quay trục khuỷu động cơ vài vòng để tạo nên quá trình nén, nổ Động cơ khởi động cần phải thắng được những sức cản sau:

- Toàn bộ lực ma sát của động cơ

- Lực nén của xilanh động cơ (đối với xilanh nào đó đang ở quá trình nén)

- Phần năng lượng để trục cam đóng và mở xu-páp

- Tất cả những hệ thống phụ khác như bơm nước làm mát, bơm dầu, máy phát điện,

Vì nguồn điện từ ắc quy của xe chỉ là 12 V trong đó công suất của động cơ điện lại phải rất lớn để thắng được những lực cản trên đây, nên dòng điện sử dụng cho động cơ điện khá cao Để tăng độ bền cho hệ thống khởi động cần phải giảm tải cho khoá điện bằng cách sử dụng khởi động từ đóng mở dòng điện vào động cơ điện Như vậy khi bạn bật khoá điện khởi động động cơ, bạn đã cấp điện cho khởi động từ làm việc để đóng mở nguồn điện cho máy khởi động

1.2.11 Hệ thống bôi trơn

- Hệ thống bôi trơn có tác dụng đưa dầu bôi trơn đến các bề mặt của các chi tiết chuyển động của động cơ để chúng di chuyển dễ dàng hơn Có hai cụm chi tiết chính cần bôi trơn, đó là piston và các ổ bi hoặc bạc trục khuỷu và trục cam của

động cơ Đối với đa số động cơ, dầu bôi trơn được hút từ bình chứa dầu sau đó qua bộ lọc và được nén dưới áp suất cao đến các bề mặt bạc lót và thành xilanh Sau đó lượng dầu này lại chảy về đáy các-te để tiếp tục một chu trình tuần hoàn mới

1.3 Nguyên lý làm việc của đông cơ xăng

- Nguyên tắc hoạt động của động cơ 4 thì gồm: kỳ hút, kỳ nén, kỳ cháy, kỳ xả

1.3.1 Kỳ hút (kì nạp)

Hình 1.9 kỳ hút nhiên liệu

- Pittông còn nằm ở điểm chết trên Lúc này trong thể tích buồng cháy còn đầy khí sót của chu trình trước, áp suất khí sót bên trong xilanh cao hơn áp suất khí quyển Khi trục khuỷu quay, thanh truyền làm chuyển dịch pittông từ điểm chết trên đến điểm chết dưới, xuppap nạp mở thông xilanh với đường ống nạp Cùng với sự tăng tốc của pittông, áp suất môi chất trong »pk Thể tích không gian trong xilanh trở nên nhỏ dần hơn so với áp suất trên đường ống nạp pk ( 0,01- 0,03Mpa) Sư giảm áp suất bên trong xilanh so với áp suất của đường ống nạp tạo nên quá trình nạp (hút) môi chất mới (không khí) từ đường ống nạp vào xilanh Áp suất môi chất đối với động cơ bằng với áp suất khí quyển

1.3.2 Kỳ nén

Hình 1.10 kỳ nén

- Pittông chuyển dịch từ điểm chết dưới đến điểm chết trên, các xupap hút và xả đều đóng, môi chất bên trong xilanh bi nén để hoàn thiện quá trình nạp người ta vẫn để xupap nạp tiếp tục mở Việc đóng xupap nạp là nhằm để lợi dụng sự chênh áp giữa xilanh và đường ống nạp cũng như động năng của dòng khí đang lưu động trên đường ống nạp để nạp thêm môi chất mới vào xilanh Sau khi đóng xupap nạp, chuyển động đi lên của pittông sẽ làm áp suất và nhiệt độ của môi chất tiếp tục tăng lên Giá trị của áp suất cuối quá trình nén, phụ thuộc vào

tỷ số , độ kín của buồng đốt, mức độ tản nhiệt của thành vách xilanh Việc tự bốc cháy của hỗn hợp khí phải cần một thời gian nhất định, mặc dù rất ngắn Muốn sử dụng tốt nhiệt lượng do nhiên liêu cháy sinh ra thì điểm bắt đầu và điểm kết thúc quá trình cháy phía ở lân cận điểm chết trên Do đó việc phun nhiên liệu vào xilanh động cơ đều được thực hiện trước khi pittông đến điểm chết trên

1.3.3 Kỳ cháy và giãn nở

Hình 1.11 kỳ cháy và giãn nở

- Đầu kỳ cháy và giãn nở, hỗn hợp không khí-nhiên liệu được tạo ra ở cuối quá trình nén được bốc cháy nhanh Do có một nhiệt lượng lớn được toả ra, làm nhiệt độ và áp suất môi chất tăng mạnh, mặt dù thể tích làm việc có tăng lên chút ít Dưới tác dụng đẩy của lực do áp suất môi chất tạo ra, pittông tiếp tục đẩy xuống thực hiện quá trình giãn nở của môi chất trong xilanh Trong quá trình giãn nở môi chất đẩy pittông sinh công, do đó kỳ cháy và giãn nở được gọi

là hành trình công tác (sinh công)

pittông còn cách điểm chết dưới 430 góc quay của trục khuỷu nhờ vậy, giảm được lực cản đối với pittông trong quá trình thải khí và nhờ sự chênh áp lớn tạo

sự thoát khí dễ dàng từ xilanh ra đường ống thải, cải thiện được việc quét sạch khí thải ra khỏi xilanh động cơ Kỳ thải kết thúc chu trình công tác, tiếp theo pittông sẽ lặp lại kỳ nạp theo trình tự chu trình công tác động cơ nói trên Để thải sạch sản phẩm cháy ra khỏi xilanh, xupap xả không đóng tại vị trí điểm chết trên mà chậm hơn một chút, sau khi pittông qua khỏi điểm chết trên 170 góc quay trục khuỷu, nghĩa là khi đã bắt đầu kỳ một Để giảm sức cản cho quá trình nạp, nghĩa là cửa nạp phải được mở dần trong khi pittông đi xuống trong

kỳ một, xupap nạp cũng được mở sớm một chút trước khi pittông đến điểm chết trên 170 góc quay trục khuỷu Như vậy vào cuối kỳ thải và đầu kỳ nạp cả hai xupap nạp và xả đều mở

Quá trình lặp lại như kỳ nạp

1.4 Phương pháp đo tốc độ vòng tua của động cơ (revolution per minute) 1.4.1 Hệ thống đánh lửa

Hình 1.13 Hệ thống đánh lửa

- Đo tốc độ bằng cách lấy tín hiệu từ cuộn kích mỗi lần có áp dương là nó kích cho bugi phóng điện 1 lần số vòng tua bằng số lần kích chia cho 2

- Đo tốc độ bằng cách thu tín hiệu từ bugi của xe: do sợ dây gắn với bugi của

xe có điện trương rất cao ở thời điểm bugi đánh lửa nên ta dùng MOSFET để thu tin hiệu

Kết luận : Sau khi tìm hiểu và tham khảo để đo được tốc đọ vòng tua đơn giản

và chính xác đó là chúng ta đo tín hiệu điện trường từ hệ thống đánh lửa của động cơ xăng , đó là khi mỗi lần bugi đánh lửa đốt cháy nhiên liệu sẽ có một tín hiệu điện trường phát ra , lúc này chúng ta sẽ dùng JFET để thu tín hiệu điện trường phát ra từ bugi đưa vào mạch xử lý để thực hiện sửa dạng xung sau đó đưa vào vi xử lý để xử lý tín hiệu

1.5 Khái quát về vi điều khiển

1.5.1 Giới thiệu chung

-Chíp 89C051- 40 kích thước to lại vừa đắt tiền thì bạn có thể thay thế bằng cách dùng con chíp 89C2051-20 chân vừa nhỏ gọn vừa tiết kiệm tiền bạc mà vẫn đầy

đủ các tính năng như chíp 89C51 Chíp 89C2051 rất nhỏ gọn nên nó được sử dụng rất nhiều trong các ứng dụng nhỏ các ứng dụng cụ thể, qua các dự án thực

tế để phát triển 89C2051, 89C4051…với ngôn ngữ lập trình Assembly

1.5.2 Một số đặc tính

− Đây là một vi điều khiển của hãng atmel, đầy đủ các tính năng như chip

89C51

− Chip này chỉ có 20 chân.15 đường xuất nhập

− Điện áp làm việc từ 2,7v → 6v ( thường là 5 v )

− Tần số làm việc: Tần số dao động thạch anh từ 0 tới 24M hz.

− ROM : 2Kbyte Flash ROM

− Hai bộ so sánh Analog tích hợp sẵn trên chip

− Trực tiếp tiếp điều khiển ngõ ra

1.5.3 Sơ đồ chân

Hình 1.14 Sơ đồ chân IC 89c2051

Port 1: Từ chân 12 → 19 xuất nhập dữ liệu , từ P1.2 → P 1.7 được dùng để kéo lên bên tron P1.0 và P1.1 tương ứng với mức logic cao và thấp cho 2 đầu vào AIN0 và AIN1 tương ứng của bộ so sánh chính xác tên chíp

Port 1 bộ khuyêch đại đệm đầu ra có thể hạ xuống 20 mah và có thể điều khiển LED hiển thị trực tiếp Chỉ cần 1s để chuyển những chân của Port 1 sử dụng như những đầu vào

Khi chân P1.2 → P1.7 được sử dụng như những đầu vào, chúng sẽ là những nguồn dòng I vì được kéo lên bên trong

Port1cũng nhận được mã dữ liệu chương trình FLASH và thực hiện

- PORT 3: Chân số 2, 3 , 6, 7, 8, 9, 11, những chân này đã có điện trở kéo lên P3.6 được nối cố định giữa đường xuất nhập trên bộ so sánh của chip và không thể truy cập Chỉ cần 1s để chuyển những chân của Port 3 lên mức cao bởi sự

kéo lên bên trong và có thể sử dụng như những đầu vào, chúng sẽ là những nguồn dòng I vì được kéo lên bên trong Port 3 cũng phục vụ cho các chức năng của nhiều tính năng đặc biệt của 89C2051 như sau:

Port 3 cũng nhận được tín hiệu điều khiển từ Flash và thực hiện

- Vcc : Chân số 20: điện áp vào khoảng → 6v ( thường dùng ở mức 5V)

- GND : Chân số 10: chân nối mass

- RST : Xác lập lại trạng thái ban đầu RST=0: Chíp hoạt động bình thường

- RST = 1 chíp được thiết lập lại trạng thái ban đầu

- XTAL1: Ngõ vào mạch tạo xung clock trong chip và ngõ vào bộ khuếch đại đảo chiều

- XTAL2: Ngõ ra từ bộ khuếch đại đảo chiều

- Để tham khảo thêm về AT89xx chúng ta có thể tham khảo và đọc thêm sách về họ vi xử lý của Thầy Tống Văn On , Giáo trình vi xử lý 1 - Nguyễn Đình Phú…

- Kết luận : Sau quá trình tìm hiểu và nghiên cứu về vi điều khiển chúng

em đã nhận thấy IC 89C2051 có thể đáp ứng được tất cả những xử lý mà các IC khác có thể làm được với ưu điểm nhỏ gọn và giá thành rẻ , phương thức lập trình không khác gì với những IC khác mà kích thước to và giá thành đắt hơn

1.6 Tổng quan về IC 555

- Như chúng ta đã biết IC 555 có chức năng là để sửa dạng xung đầu vào từ bất dạng xung bất kỳ thành xung vuông