Đồ án thiết kế hệ thống đèn liếc động trên ô tô

Trong những năm gần đây theo sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công cuộc công nghiệp hóa hiên đại hóa đất nước đã phát triển mạnh mẽ. Trước tình hình đó đã có khá nhiều yêu cầu cấp bách và cũng là những thách thức được đặt ra cho giới tri thức.Để tiếp tục dẫn dắt sự phát triển của đất nước ngày càng giàu mạnh, thì phải đầu tư cho giáo dục, đào tạo thế hệ trẻ có đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo, thì phải đưa các phương tiện dạy học hiệ đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ con người ngày càng cao đáp ứng được yêu cầu của xã hội. Để làm quen với công viêc thiết kế, chế tạo và tìm hiểu về các loại linh kiện điện tử, chúng em đã được thầy cô trong khoa Cơ khí Động lực giao cho đồ án môn học” THIẾT KẾ HỆ THỐNG LIẾC ĐỘNG TRÊN Ô TÔ” nhằm củng cố về kiến thức trong quá trình thực tế

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây theo sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công cuộccông nghiệp hóa hiên đại hóa đất nước đã phát triển mạnh mẽ Trước tình hình đó đã

có khá nhiều yêu cầu cấp bách và cũng là những thách thức được đặt ra cho giới trithức

Để tiếp tục dẫn dắt sự phát triển của đất nước ngày càng giàu mạnh, thì phảiđầu tư cho giáo dục, đào tạo thế hệ trẻ có đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càngcao của xã hội Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo, thì phải đưa các phương tiệndạy học hiệ đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ con ngườingày càng cao đáp ứng được yêu cầu của xã hội Để làm quen với công viêc thiết kế,chế tạo và tìm hiểu về các loại linh kiện điện tử, chúng em đã được thầy cô trong khoa

Cơ khí- Động lực giao cho đồ án môn học” THIẾT KẾ HỆ THỐNG LIẾC ĐỘNG TRÊN Ô TÔ” nhằm củng cố về kiến thức trong quá trình thực tế Sauk hi nhận được

đề tài, với sự hướng dẫn của thầy Khổng Văn Nguyên cùng với sự nỗ lực của bản

thân, sự tìm tòi nghiên cứu tài liệu đến nay đồ án của chúng em cơ bản là hoàn thành.Trong quá trình thực hiện dù đã cố gắng nhưng do thời gian cũng như trình độ vẫn cònhạn chế nên không tránh khỏi sai sót Vậy em kính mong sự chỉ bảo giúp đỡ và đó góp

ý kiến của các thầy để đồ án của em được hoan thiên hơn

Em xin trân trọng cảm ơn!

Sinh viên thực hiện:

TRẦN HỒNG KIÊN

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

GIỚI THIỆU VỀ ĐÈ TÀI VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 4

CHƯƠNG 1 : LÝ THUYẾT CHUNG VỀ HỆ THỐNG 5

1.1 Tồng quan về hệ thống liếc động đèn pha trên ô tô 5

1.2 Sơ đồ khối điều khiển 6

1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống liếc động 6

CHƯƠNG II: LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 9

2.1 Tính toán chọn linh kiện điện tử 9

2.1.1 khối nguồn 9

2.1.2 khối điều khiển 9

2.2 Linh kiện mạch điện tử 9

2.2 IC ổn áp 7805 10

2.3 Điện Trở 11

2.3.1 Khái niệm điện trở 11

2.3.2 Hình dáng và ký hiệu 11

2.3.3 Đơn vị của điện trở 11

2.3.4 Cách ghi trị số của điện trở 12

2.3.5 Cách đọc trị số điện trở 12

2.3.6 Thực hành đọc trị số điện trở 14

2.3.7 Các trị số điện trở thông dụng 14

2.3.8 Phân loại điện trở 15

2.3.9 Công suất của điện trở 15

2.4 Diot quang – LED 16

2.4.1 Khái niệm 16

2.4.2 Cấu tạo 16

2.4.3 Một số hình ảnh về LED 17

2.5 Motor sevor rc 17

2.5.1 Hoạt động của servo 17

2.6.1 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F877A 20

2.6.2 Một vài thông số về vi điều khiển PIC16F877A 20

2.6.3 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A 21

CHƯƠNG III THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 22

3.1 Mục đích 22

3.3 Mạch mô phỏng của hệ thống trên Proteus 24

3.4 Sơ đồ nguyên lý 24

3.5 Sơ đồ mạch in 25

3.6 Mạch đã hoàn thành 26

KẾT LUẬN 31

TÀI LIỆU THAM KHẢO 32

GIỚI THIỆU VỀ ĐÈ TÀI VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Lịch sử phát triển của Công nghệ chiếu sang trên xe gắn liền với lịch sử ra đời

và phát triển kéo dài hơn 120 năm của ngành công nghiệp ô tô Với vai trò như đôi mắtcho người lái xe vào ban đêm, công nghệ chiếu sang trên xe luôn được quan tâm vàchú trọng nghiên cứu Những năm gần đây công nghệ chiếu sang ô tô đã có bướcngoặt Với sự xuất hiện của bóng đèn tang áp Xenon với cường độ sang mạnh và tầmchiếu sang xa, cho ánh sang như ánh sang ban ngày, các nhà sản xuất ô tô đã giải đượcbài toán về nguồn chiếu sang Không ngừng ở đó, để đáp ứng những đòi hỏi chínhđáng của người sử dụng về một môi trường lái an toàn, thân thiện hơn vào ban đêm,gần đây các nhà sản xuất đã giới thiệu công nghệ chiếu sang chủ động trên xe với thamvọng hoàn toàn đánh bật bóng đêm Nổi bật trong đó là giải phap chiếu sang chủ độngtheo góc bẻ lái của xe, với công nghệ này các tài xế không còn phải lo lắng về việcthường xuyên đối mặt với vùng tối đột ngột hoặc nguy hiểm hơn là việc bất ngờ xuấthiện chướng ngại vật khi lái xe vào ban đêm gặp những cung đường cong hoặc cácđoạn ngã rẽ Hệ thống chiếu sáng chủ động đã dần trở nên thong dụng đối với cácnước phát triển, coi trọng vấn đề an toàn giao thong còn đối với Việt Nam ta hiện naythì chiếu sáng chủ động vẫn còn khá mới mẻ, chỉ được trang bị trên các xe hạng sang,

vì vậy việc sinh viên ngành cơ khí ô tô được tiếp cận công nghệ này còn rất hạn chế,chủ yếu qua Internet và qua các tạp chí ô tô

Vì vậy, nhóm em mạnh dạn lựa chọn đề tài “THIẾT KẾ HỆ THỐNG LIẾC ĐỘNG TRÊN Ô TÔ” sau khi xét đến tính khả thi của đề tài, với mục đích thiế kế mô

hình phục vụ việc giảng dạy và thực tập cho sinh viên khoa Cơ Khí Động Lực trường

ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên

CHƯƠNG 1 : LÝ THUYẾT CHUNG VỀ HỆ THỐNG

1.1 Tồng quan về hệ thống liếc động đèn pha trên ô tô

Hình 1.1 Tổng quan hệ thống liếc động

Bước tiếp theo để phát triển đèn liếc tĩnh là hệ thống đèn liếc động , nó ra đời

có vẻ như đồng thời viếc việc đưa vào sử dụng đại trà hệ thống đèn chiếu sáng thấukính ( Projector ) trên ô tô , những chiếc xe Merc và Opel lần này được chọn để ứngdụng tiến bộ trên Phương thức hoạt động của loại dèn Liếc này là cơ cấu lắc ngang vàlên xuống của ống đèn chiếu , nhờ cách này , khi vào cua gấp , nguồn ánh sáng chínhchuyển hướng kịp thời và nâng cao tầm xa tới 150% so với phương thức cũ ! Cách này , người ta chỉ sử dụng một nguồn sáng , mức độ liếc uyển chuyển hơnphương thức cũ , và có thể kích hoạt ở những cung đường hơi cong , cũng như chuyểnlàn , làm cho việc sử dụng đèn liếc hoàn hảo hơn một cách rõ rệt HT này được xemnhư một phát kiến có tầm vóc như việc mười năm trước đây , hệ thống đèn Xenon lầnđầu xin được giấy phép và lắp ráp rộng rãi trên xe hơi

1.2 Sơ đồ khối điều khiển

Hình 1.2: Hệ thống tín hiệu của đèn liếc động

 Tín hiệu tốc độ

 Tín hiệu công tắc xin nhan

 Tín hiệu cảm biến góc đánh lái

1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống liếc động

Với những tính toán phù hợp dựa trên giá trị tốc độ tức thời, đèn liếc động cótốc độ liếc nhanh hay chậm hoàn toàn thích ứng với tốc độ xe chạy, khi ôm cua nhanh,đèn liếc nhanh, khi chạy chạy chậm thì đèn liếc chậm, nhờ đó, đối với người lái, nguồnsáng luôn luôn như gắn chặt với chiếc xe , cố định và hài hòa !

15 Độ chuyển góc sang mỗi bên , kết hợp với Bi - Xenon và "Hệ thống Tự điều

thông khác từ rất lâu đã là nét nhân bản nổi bật của Kỹ nghệ xe hơi Đức mà HT đènđuốc trên đây chỉ là một ví dụ

Với mục đích phổ thông hóa các phát kiến mới , có nhiều cơ cấu đèn liếc độngđược thiết kế đơn giản và có tính lắp lẫn cao , độc lập với nguồn sáng được sử dụng,bất luận Xenon , Bi - Xenon hay Halogien , các cơ cấu đèn liếc ngày nay được cungcấp rời với vài hệ tiêu chuẩn cụ thể cho từng dòng xe , nhờ vậy đa phần có thể tự trang

bị thêm Hệ thống đèn liếc mà không cần chiếc xe phải có những thay đổi nghiêmtrọng Dưới đây trình bày một nhóm các cơ phận như vậy:

Hinh 1.3 Các loại đèn trên ô tô

Vốn không có gì huyền bí về lý thuyết, phần dẫn động của cơ cấu đảo trònghoạt động nhờ một động cơ Servo (Là loại động cơ điện quay theo từng bước nhỏ nhờđiều khiển từ nguồn cấp điện, chứ không quay toàn vòng như động cơ thông thường,thay vì nói về sô vòng quay trong một phút , đối với Servo Motor người ta nói rằng:

Nó nhảy bao nhiêu bước trong một phút , một bước có thể là 1 /200 hay 1/ 1000 củamột vòng),cái khó khăn của Hệ thống này chính là mức độ và tốc độ đảo tròng (Đượcchỉnh qua ECU đèn) sao cho phù hợp với tốc độ xe và mức "Gắt" của vòng cua!

Với đà phát triển của kỹ thuật định vị , người ta đang bàn tới việc kết hợp máyđịnh vị với Hệ thống chiếu sáng , tức là : Máy định vị với các bản đồ chi tiết được càiđặt sẽ xác định chính xác tình trạng cung đường người lái đã cài đặt , bao gồm cả cácngã rẽ hay cua vòng , hệ thống đèn Liếc thông minh thậm chí nâng cao tầm chiếu sáng

và định hướng trước chế độ làm việc của đèn liếc bởi vì ta biết rằng , một vòng cuagấp ở trên xa lộ và một vòng cua trên đường làng đôi khi có cùng bán kính , nhưng bảnchất địa hình thì khác nhau quá xa !

Hella , nhà SX đèn chiếu sáng mà tên tuổi gắn liền với công nghiệp xe hơi, tinrằng : Trong năm 2005 , họ sẽ hoàn thành các thủ tục pháp lý để hệ thống đèn chiếusáng thông minh ( variable intelligente Lichtsystem VARILIS ) có mặt trên toàn thếgiới , đó là hệ thống đèn liếc tự động hoàn toàn trong mọi hoàn cảnh , không những

phản ứng kịp thời với thời tiết , gió mua , sương mù , mà còn có cả chế độ ánh sángthích nghi cho từng vùng đô thị , từng vùng nông thôn , rừng núi Chúng ta cùng chờxem phiên bản đầu tiên của Kế họach khổng lồ này , đó chính là Vario X , một ngọnđèn chíeu sáng với 5 chế độ khác nhau và tất nhiên là biết Liếc !

Cùng bắt đầu từ chiếc đèn xe non rời của Hella , chẳng khác gì một chiếc đènsoi ếch ở miền Tây Nam bộ , "trí tuệ" của Hella có hình hài đại khái như sau :

Hinh 1.4 Đèn xe-on trên Hella

CHƯƠNG II: LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

2.1 Tính toán chọn linh kiện điện tử

* Tính toán:

+ Tính chọn IC

Do yêu cầu mạch cần nguồn 12VDC nên ta chọn IC ổn áp 7812với điện

áp đầu vào từ 7 ÷ 25V, Io = 100mA

+ Chọn tụ:

Thực tế IC 7812 có Io = 100mA

Mà mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ nên cứ 10µF/1mA

=> C = 22.100 = 2200µFVới giá trị như vậy ta có thể chọn tụ là: 2200µF

2.1.2 khối điều khiển

Vậy ta chọn trở 1k để đảm bảo cho Led sang ổn định

2.2 Linh kiện mạch điện tử

 1 IC ổn áp 7805

 1 tụ điện 2200uF

 1 tụ điện 100µF

 1 tụ điện 470

Ưu điểm: Giá thành rẻ , dễ lắm ráp

Nhươc điểm: Nhiệt sinh cao, dòng chịu không được cao

Sơ đồ chân:

Chân 1 (Vin): Chân nguồn đầu vào

Chân 2 (GND): Chân nối đất

Chân 3 (Vout): Chân nguồn đầu ra

Cách mắc 7805 điều chỉnh điện áp (5V)

Nguyên lý ổn áp: Thông qua điện trở R2 và D1 gim cố định điện áp chân Rt củaTransistor Q1, giả sử khi điện áp chân E đèn Q1 giảm => khi đó điện áp UBE tăng =>dòng qua đèn Q1 tăng => làm điện áp chân E của đèn tăng , và ngược lại

Cách mắc

2.3 Điện Trở

2.3.1 Khái niệm điện trở

Ta hiểu một cách đơn giản - Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫnđiện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn

Điện trở của dây dẫn phụ thộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây được

tính theo công thức sau:

R = ρ.L / S

 Trong đó ρ là điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu

 L là chiều dài dây dẫn

 S là tiết diện dây dẫn

 R là điện trở đơn vị là Ohm

2.3.2 Hình dáng và ký hiệu

Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm

từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các loạiđiện trở có trị số khác nhau

2.3.3 Đơn vị của điện trở

 Đơn vị điện trở là Ω (Ohm) , KΩ , MΩ

 1KΩ = 1000 Ω

 1MΩ = 1000 K Ω = 1000.000 Ω

2.3.4 Cách ghi trị số của điện trở

 Các điện trở có kích thước nhỏ được ghi trị số bằng các vạch mầu theomột quy ước chung của thế giới.( xem hình ở trên )

 Các điện trở có kích thước lớn hơn từ 2W trở lên thường được ghi trị sốtrực tiếp trên thân Ví dụ như các điện trở công xuất, điện trở sứ

 Có thể tính vòng số 3 là số con số không "0" thêm vào

 Mầu nhũ chỉ có ở vòng sai số hoặc vòng số 3, nếu vòng số 3 là nhũ thì số

mũ của cơ số 10 là số âm

* Cách đọc trị số điện trở 5 vòng mầu : ( điện trở chính xác )

 Vòng số 5 là vòng cuối cùng , là vòng ghi sai số, trở 5 vòng mầu thì mầusai số có nhiều mầu, do đó gây khó khăn cho ta khi xác điịnh đâu là vòngcuối cùng, tuy nhiên vòng cuối luôn có khoảng cách xa hơn một chút.

 Đối diện vòng cuối là vòng số 1

 Tương tự cách đọc trị số của trở 4 vòng mầu nhưng ở đây vòng số 4 làbội số của cơ số 10, vòng số 1, số 2, số 3 lần lượt là hàng trăm, hàngchục và hàng đơn vị

 Ở hình trên là các giá trị điện trở ta thường gặp trong thực tế, khi vòng mầu

số 3 thay đổi thì các giá trị điện trở trên tăng giảm 10 lần

2.3.7 Các trị số điện trở thông dụng.

Ta không thể kiếm được một điện trở có trị số bất kỳ, các nhà sản xuất chỉ đưa

ra khoảng 150 loại trị số điện trở thông dụng bảng dưới đây là mầu sắc và trị của

2.3.8 Phân loại điện trở

 Điện trở thường : Điện trở thường là các điện trở có công xuất nhỏ từ

0,125W đến 0,5W

 Điện trở công xuất : Là các điện trở có công xuất lớn hơn từ 1W, 2W,

5W, 10W

 Điện trở sứ, điện trở nhiệt : Là cách gọi khác của các điện trở công

xuất , điện trở này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng toả nhiệt

2.3.9 Công suất của điện trở.

Khi mắc điện trở vào một đoạn mạch, bản thân điện trở tiêu thụ một công xuất

P tính được theo công thức

 Ở sơ đồ trên cho ta thấy : Nguồn Vcc là 12V, các điện trở đều có trị số là120Ω nhưng có công xuất khác nhau, khi các công tắc K1 và K2 đóng, các điện trởđều tiêu thụ một công xuất là

LED (viết tắt của Light Emitting Diode, tạm dịch: điốt phát quang) là các điốt

có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại Giống như điốt, LED được cấu tạo từmột khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n

Tương tự như bóng đèn tròn bình thường nhưng không có dây tóc ở giữa, đènLED tạo ra nhiều ánh sáng hơn, tỏa nhiệt ít hơn so với các thiết bị chiếu sáng khác

2.4.2 Cấu tạo

Mỗi điểm LED (Light Emitting Diode) là một diode cực nhỏ, phát sáng do sựvận động của các electron bên trong môi trường bán dẫn Để chiếu sáng toàn bộ mànhình, các đèn nền LED phải xếp tương ứng 1-1 với ma trận điểm ảnh màu

Việc sắp xếp như vậy cho phép điều chỉnh độ sáng chính xác đến từng điểmảnh trên toàn bộ màn hình, mang lại sự tương phản tốt hơn và loại bỏ được hiện tượnglệch màu tại các góc mà màn hình LCD chiếu sáng nền bằng đèn huỳnh quang (CCFL)thường gặp phải Ngoài ra, "bóng đèn" LED lại tiêu tốn ít điện năng hơn những thiết bị

3 Positive Power Wire (Red)

4 Signal Wire (Yellow or White)

5 Negative or Ground Wire (Black)

Động cơ và vôn kế nối với mạch điều khiển tạo thành mạch hồi tiếp vòngkín Cả mạch điều khiển và động cơ đều được cấp nguồn DC (thường từ 4.8 – 7.2 V).

Để quay động cơ, tín hiệu số được gới tới mạch điều khiển Tín hiệu này khởiđộng động cơ, thông qua chuỗi bánh răng, nối với vôn kế Vị trí của trục vôn kế chobiết vị trí trục ra của servo Khi vôn kế đạt được vị trí mong muốn, mạch điều khiển sẽtắt động cơ Như ta dự đoán, động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn chứkhông phải quay liên tục như động cơ DC hay động cơ bước Mặc dù ta có thể chỉnhđộng cơ servo R/C quay liên tục (sẽ trình bày sau) nhưng công dụng chính của động

cơ servo là đạt được góc quay chính xác trong khoảng từ 90o – 180o Việc điều khiểnnày có thể ứng dụng để lái robot, di chuyển các tay máy lên xuống, quay một cảm biến

để quét khắp phòng…

2.5.2 Servo và điều biến độ rộng xung

Trục của động cơ servo R/C được định vị nhờ vào kỹ thuật gọi là đi62u biến độrộng xung (PWM) Trong hệ thống này, servo là đáp ứng của một dãy các xung số ổnđịnh Cụ thể hơn, mạch điều khiển là đáp ứng của một tín hiệu số có các xung biến đổi

từ 1 – 2 ms Các xung này được gởi đi 50 lần/giây Chú ý rằng không phải số xungtrong một giây điều khiển servo mà là chiều dài của các xung Servo đòi hỏi khoảng 30– 60 xung/giây Nếu số này qua thấp, độ chính xác và công suất để duy trì servo sẽgiảm

Với độ dài xung 1 ms, servo được điều khiển quay theo một chiều (giả sử làchiều kim đồng hồ

Với độ dài xung xung 2 ms, servo quay theo chiều ngược lại Kỹ thuật này còn

được cung cấp Các servo chuẩn được thiết kế để quay tới và lui từ 90o – 180o khiđược cung cấp toàn bộ chiều dài xung Phần lớn servo có thể quay được 180o hay gần180o.

Nếu ta cố điều khiển servo vượt quá những giới hạn cơ học của nó , trục ra củađộng cơ sẽ đụng vật cản bên trong, dẫn đến các bánh răng bị mài mòn hay bị rơ Hiệntượng này kéo dài hơn vài giây sẽ làm bánh răng của động cơ bị phá hủy

Khi Vôn kế quay, cần chạy di chuyển dọc theo chiếu dài thanh điện trở

Tín hiệu ra của Vôn kế là một điện thế biến thiên từ 0 -?

Công suất cung cấp cho động cơ bên trong servo cũng tỉ lệ với độ lệch giữa vịtrí hiện tại của trục ra với vị trí nó cần đến Nếu servo ở gần vị trí đích, động cơ đượctruyền động với tốc độ thấp Điều này đảm bảo rằng động cơ không vượt quá điểmđịnh đến Nhưng nếu servo ở xa vị trí đích nó sẽ được truyền động với vận tốc tối đa

để đến đích càng nhanh càng tốt Khi trục ra đến vị trí mong muốn, động cơ giảm tốc

Quá trình tưởng chừng như phức tạp này diễn ra trong khoảng thời gian rấtngắn - một servo trung bình có thể quay 60o trong vòng ¼ - ½ giây

Vì độ dài xung có thể thay đổi tùy theo hãng chế tạo nên ta phải chọn servo vàmáy thu vô tuyến thuộc cùng một hãng để đảm bảo sự tương thích Đối với robot, taphải làm một vài thí nghiệm để xác định độ dài xung tối ưu

2.6 Vi điều khiển PIC 16F877A

Các kí hiệu của vi điều khiển PIC:

– PIC12xxxx: độ dài lệnh 12 bit

– PIC16xxxx: độ dài lệnh 14 bit

– PIC18xxxx: độ dài lệnh 16 bit

C: PIC có bộ nhớ EPROM (chỉ có 16C84 là EEPROM)

F: PIC có bộ nhớ flash

LF: PIC có bộ nhớ flash hoạt động ở điện áp thấp

LV: như LV, đây là kí hiệu cũ

Bên cạnh đó một số vi điều khiển có kí hiệu xxFxxx là EEPROM, nếu có chữ A