thiết kế chế tạo thiết bị đo khối lượng hàng hoá trên ôtô tải

Hình 1: Kết cấu thân xe ô tô tải Hình 2: Kiểu đòn kéo có dầm xoắn Hình 3: Kiểu nhíp song song Hình 4: Kết cấu, bố trí các lá nhíp Hình 5: Cảm biến quang Hình 6: Cảm biến khoảng cách Shar

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO

KHỐI LƯỢNG HÀNG HOÁ TRÊN ÔTÔ TẢI

MÃ SỐ: T2011 - 45

S 0 9

S 0 2

S KC 0 0 3 2 7 5

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

**********

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NC KH&CN CẤP TRƯỜNG

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO KHỐI LƯỢNG HÀNG

HĨA TRÊN ƠTƠ TẢI

Mã số : T2011 - 45

Chủ nhiệm đề tài: KS THÁI HUY PHÁT

CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1

1.3 Phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2: CƠ SỜ LÝ THUYẾT 3

2.1 Kết cấu thân xe ô tô tài 3

2.2 Cấu tạo nguyên lý hệ thống treo 4

2.2.1 Kiểu đòn kéo có dầm xoắn 5

2.2.2 Kiểu nhíp song song 5

CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ ĐO KHỐI LƯỢNG BẲNG CÃM BIẾN 8

3.1 Giới thiệu một số cảm biến 8

Cảm biến Hall 8

Cảm biến quang 10

Cảm biến khoảng cách Sharp GP2D12 11

CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN 12

4.1 Thiết kế bộ phận cơ khí 12

4.2 Thiết kế mạch điều khiển, mạch hiển thị 13

4.3 Lập trình cho thiết bị 15

4.4 Thử nghiệm cho thiết bị 16

4.5 Code cho chương trình 17

4.6 Thử nghiệm thực tế 23

CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 25

Tài liệu tham khảo 25

Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài và đơn vị phối hợp chính :

STT Tên thành viên Đơn vị công tác Nhiệm vụ

1 Thái Huy Phát Khoa CKĐ Chủ nhiệm đề tài

MỤC LỤC

Danh mục bảng biểu – hình ảnh 1

CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1

1.3 Phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2: CƠ SỜ LÝ THUYẾT 3

2.1 Kết cấu thân xe ô tô tài 3

2.2 Cấu tạo nguyên lý hệ thống treo 4

2.2.1 Kiểu đòn kéo có dầm xoắn 5

2.2.2 Kiểu nhíp song song 5

CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ ĐO KHỐI LƯỢNG BẲNG CÃM BIẾN 8

3.1 Giới thiệu một số cảm biến 8

Cảm biến Hall 8

Cảm biến quang 10

Cảm biến khoảng cách Sharp GP2D12 11

CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN 12

4.1 Thiết kế bộ phận cơ khí 12

4.2 Thiết kế mạch điều khiển, mạch hiển thị 13

4.3 Lập trình cho thiết bị 15

4.4 Thử nghiệm cho thiết bị 16

4.5 Code cho chương trình 17

4.6 Thử nghiệm thực tế 23

CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 25

Danh mục bảng biểu – hình ảnh : BANGDULIEU : Bảng dữ liệu số liệu cho chương trình xử lý của vi điều khiển

Hình 1: Kết cấu thân xe ô tô tải

Hình 2: Kiểu đòn kéo có dầm xoắn

Hình 3: Kiểu nhíp song song

Hình 4: Kết cấu, bố trí các lá nhíp

Hình 5: Cảm biến quang

Hình 6: Cảm biến khoảng cách Sharp GP2D12

Hình 7: Đồ thị mối quan hệ giữa điện áp va khoảng cách trên cảm biến

Hình 8: Cảm biến khoảng cách được lắp đặt trên pát

Hình 9: Lắp đặt trên nhíp xe

Hình 10: Mạch điện thực tế

Hình 11: Sản phẩm hoàn thiện

Chương 1: DẪN NHẬP

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngành vận tải là một trong những ngành quan trọng trong nền kinh tế nước ta Việc vận chuyển hàng hóa đã trở thành một nhu cầu cần thiết Ngoài khối lượng hàng hóa được vận chuyển, nhiều doanh nghiệp vận tải muốn biết được, quản lý được khối lượng hàng hóa mà xe đang tải là bao nhiêu? Qua khảo sát tại các công ty doanh nghiệp vận tải cho thấy nhu cầu sử dụng thiết bị đo khối lượng hàng hóa trên xe là rất cần thiết

Để giải quyết vấn đề trên, đề tài “Thiết kế, chế tạo thiết bị đo khối lượng hàng hóa trên ô tô tải” được chọn thực hiện với mong muốn sẽ giải quyết phần nào những khó

khăn trong việc quản lý khối lượng hàng hóa trên ô tô tải Là một thiết bị có thể giao tiếp với các modul quản lý từ xa thông qua tín hiệu GPS giúp cho các nhà quản lý một cách

chính xác và nhanh chóng hơn

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của đề tài là thiết kế, chế tạo ra một thiết bị đo khối lượng hàng hóa trên thùng chứa hàng của ô tô tải Ngoài ra, đề tài còn giúp cho việc giao tiếp truyền tín hiệu của các modul quản lý từ xa thông qua các tín hiệu đầu ra của thiết bị để giúp cho việc quản lý được tốt hơn, đáp ứng được quy định hiện hành của Nhà nước trong lĩnh vực vận tải Đề tài được xác định với các mục tiêu cụ thể như sau:

 Nghiên cứu lý thuyết về kết cấu thân xe ô tô tải và phương pháp đo khối lượng bằng cảm biến

 Thiết kế được mạch điện

 Thiết kế phần cơ khí lắp trên ô tô tải

 Thiết kế bộ phận cảm biến chuyển đổi

 Lập trình cho mạch điện

Tập tài với đầy đủ cơ sở lý thuyết, cách thiết kế, thi công cũng như hướng dẫn sử dụng thiết bị một cách rõ ràng

Đối tượng nghiên cứu

 Các loại cảm biến liên quan có thể sử dụng được trong đề tài

 Một xe ô tô tải nhỏ

Phạm vi nghiên cứu

 Nghiên cứu về lý thuyết các loại cảm biến, phương pháp đo bằng cảm biến

 Nghiên cứu về kỹ thuật thiết kế mạch, kỹ thuật lập trình

 Nghiên cứu về phương pháp thiết lập, hiệu chỉnh, thử nghiệm thiết bị trên ô

tô

1.3 Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp tham khảo tài liệu

 Phương pháp quan sát

 Phương pháp thực nghiệm: thí nghiệm trên một xe ô tô cụ thể

 Phương pháp tổng kết kinh nghiệm

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Kết cấu thân xe ơ tơ tải

Với cấu tạo cơ bản gồm hai dầm dọc và một số dầm ngang, loại khung xe độc lập có thể chia thành nhiều loại tuỳ theo hình dáng của khung Ngoài ra một số khung độc lập có thể không gồm hai dầm dọc hoặc dầm ngang

Hình 1

Gồm hai dầm dọc chạy song song, hai bên được nối với nhau bằng một số dầm ngang Khung kiểu thang là loại khung gốc của ô tô Hiện nay loại khung này cũng là loại khung thông dụng nhất cho các xe có khối lượng lớn hay xe có tải trọng nặng Hầu hết các khung xe tải lớn đều được làm bằng thép chữ C và dùng kết cấu hình hộp( kết hợp hai dầm chữ C) lệch tâm theo chiều đứng và chiều ngang

2.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống treo trên ô tô tải

Hệ thống treo phụ thuộc có nhiều kiểu khác nhau:

o Kiểu đòn kéo có dầm xoắn

o Kiểu nhíp song song

o Kiểu đòn dẫn - đòn kéo có giằng ngang

o Kiểu bốn thanh liên kết

Tuy có khác nhau đôi chút về kết cấu, song nguyên lý hoạt động vẫn giống nhau

2.2.1 Kiểu đòn kéo có dầm xoắn

Hình 2

Kiểu này được sử dụng chủ yếu cho hệ thống treo sau của các xe có động cơ đặt phía trước và dẫn động bánh trước Kết cấu của nó bao gồm một đòn treo và một thanh ổn định được hàn với dầm chịu xoắn

Nhờ có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ nên có thể giảm được khối lượng không được treo, tăng tính êm dịu cho xe Ngoài ra nó còn cho phép tăng khoảng không gian của khoang hành lý Khi có hiện tượng xoay đứng do chạy vào đường vòng hoặc trên đường mấp mô, thanh ổn định sẽ bị xoắn cùng với dầm cầu, nhờ thế hiện tượng xoay đứng được giảm xuống, giúp xe chạy ổn định hơn

2.2.2 Kiểu nhíp song song

Hình 3

Với loại này, hai bó nhíp được đỡ hoặc treo dầm cầu tạo dao động cho xe khi đi vào đường gồ ghề Đồng thời ở loại này có kết cấu thêm bộ giảm chấn nhằm nhanh chống dập tắt dao động do nhíp gây nên ưu điểm của loại này là có thể tạo ra khoảng sáng gầm

xe rất cao, nâng cao được tính cơ động của động cơ, đồng thời cũng có cấu tạo đơn giản,

độ cứng vững cao Hệ thống treo này thường được dùng cho các loại xe tải hoặc dùng để treo cầu sau trên một số xe du lịch

Ở hệ thống treo loại này, khối lượng không được treo phụ thuộc vào khối lượng các lá nhíp Tuỳ theo cách bố trí các lá nhíp, mà ta có các kết cấu khác nhau

Các đầu lá nhíp thường có kết cấu như hình vẽ

Ở trên các dòng xe tải do có sự chênh lệch rất lớn tải trọng khi xe không tải và có tải, người ta kết cấu thêm một nhíp phụ ở trạng thái không tải thì chỉ có nhíp chính làm việc, còn khi tải tăng thì cả nhíp phụ và nhíp chính sẽ làm việc tăng độ cứng vững cho hệ thống treo

Chương 3: NGUYÊN LÝ ĐO KHỐI LƯỢNG BẰNG CẢM BIẾN

3.1 Giới thiệu một số cảm biến đo khoảng cách

Tuyến tính hóa đường đặc tuyến của cảm biến Hall Effect

3.2 Cảm biến quang:

Cảm biến quang bao gồm hai loại, khác nhau chủ yếu ở phần tử cảm quang

- Loại sử dụng một cặp LED – photo transistor

- Loại sử dụng một cặp LED – photo diode

Phần tử phát quang (LED – Lighting Emision Diode) và phần tử cảm quang (photo transistor hoặc photo diode)

Điểm đặc biệt của hai loại phần tử cảm quang này là khi có dòng ánh sáng chiếu vào, nó

sẽ trở nên dẫn điện và ngược lại, khi không có dòng ánh sáng, nó sẽ không dẫn điện Độ dẫn điện của chúng phụ thuộc vào cường độ dòng ánh sáng và hiệu điện thế giữa hai đầu của phần tử cảm quang

3.3 Cảm biến khoảng cách Sharp GP2D12

Cảm biến đọc liên tục khoảng cách và trả về một điện áp analog, với một loạt các khoảng cách từ 10cm đến 80cm

Đầu nối giao tiếp 3 dây VOut, GND và Vcc

Hình 6

Chức năng:

 Kích thước nhỏ

 Ít ảnh hưởng đến màu sắc của các đối tượng phản xạ

 Điện áp analog đầu ra tương ứng với khoảng cách

 Phát hiện khoảng cách từ 10 đến 80 cm

 Mạch điều khiển bên ngoài không cần thiết

Đồ thị mối quan hệ giữa điện áp va khoảng cách trên cảm biến:

Chương 4: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN

4.1 Thiết kế bộ phận cơ khí

Cảm biến khoảng cách được lắp đặt trên pát:

Hình 8

Lắp đặt trên nhíp xe:

4.2 Thiết kế mạch điều khiển, mạch hiển thị :

Tụ C2, C3: tụ lọc nhiễu các xung cao tần

Mạch nguồn tạo ra điện áp 5V cung cấp cho bo mạch điều khiển, bo mạch hiển thị, đồng thời cấp nguồn nuôi cho cảm biến ( sensor)

Mạch điều khiển trung tâm:

Mạch điện sau khi hoàn thành:

Hình 10

Cả board điều khiển và cụm LED 7 đoạn được lắp đặt trong hộp nhựa có kích thước ( dài

x rộng x cao) 100mm x 70mm x 38mm

4.3 Lập trình cho thiết bị

Giải thuật điểu khiển:

Bắt đầu

Khởi tạo các thanh ghi

Khởi tạo Timer 1

Khởi tạo chế độ đọc ADC

Đọc giá trị đo được từ cảm biến

Xừ lý, tính toán, tra bảng dữ liệu cho

4.4 Thử nghiệm thiết bị :

Vị trí lắp đặt trên xe thực tế:

Hộp hiển thị:

Vị trí lắp cảm biến sensor:

4.5 Code cho chương trình:

.equ kenhadc0 =0b00000000 ;ADMUX

.equ chuyenadc =0b11000000 ;ADCSRA

.equ donvi = 2 ;PORTB

.equ chuc = 3 ;PORTB

.equ tram = 4 ;PORTB

.equ nghin = 5 ;PORTB

.equ cambien = 4 ;PORTD

.equ nutnhan = 0 ;PORTD4

;============khai bao cac ngo ra vao==========

ldi tam2,0 ; vao

ldi tam3,chuyenadc ;kenh de chuyen doi adc

out admux,tam1

out adcsr,tam3

sbi admux,adlar ;bt chuyen doi adc

call delay_adc ;delay

in r25,adch ;nap gia tri chuyen doi ra thanh ghi r0

vong_adc1: dec tam2

cpi tam2,0 brne vong_adc1 dec tam1

cpi tam1,0 brne vong_adc2 ret

4.6 Thử nghiệm thực tế:

Khi xe không tải:

Thiết bị chỉ thị 0000:

Khi xe có tải ( tải là một xe máy Yamaha Nouvo LX, có khối lƣợng 139kg (số liệu theo nhà sản xuất, cộng thêm một vật nặng có khối lƣợng là 28kg)

Thiết bị chỉ thị “150”:

 Lập trình cho thiết bi có tính tự tính toán cho mọi loại xe khác nhau

 Chức năng giao tiếp với các thiết bị định vị GPRS…

Thiết bị đo đạt yêu cầu về chức năng đo khối lượng hàng hóa trên xe, với khoảng đo sai lệch trong khoảng 20kg Thiết bị đạt được độ ổn định tương đối

Tài liệu tham khảo:

www.oto-hui.com

www.datasheetcatalog.com

www.avr.com.vn