Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống nâng hạ kính tự động

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con đường công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước. Ngành điện tử nói chung đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể. Để thúc đẩy nề kinh tế của đất nước ngày càng phát triển, giàu mạnh thì phải đào tạo cho thế hệ tréco 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 ra các phương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ của con người ngày càng cao mới đáp ứng được nhu của xã hội. Trường ĐHSPKT Hưng Yên là một trong số những trường đã rất trú trọng đến việc hiện đại hoá trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả trong giảng dạy cũng như giúp sinh viên có khả năng thực tế cao.Để các sinh viên có tăng khả năng tư duy và làm quen với công việc thiết kế, chế tạo chúng em đã được giao cho thực hiện đồ án: “Thiết kế điều khiển hệ thống nâng hạ kính tự động hãng Toyota ( Toyota Altis 2009)“ nhằm củng cố về mặt kiến thức trong quá trình thực tế.

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng yên, ngày tháng năm 2015

Giáo viên hướng dẫn

MỤC LỤC

CHƯƠNG1.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NÂNG HẠ KÍNH 5

1.1 Nhiệm vụ của hệ thống nâng hạ kính trên xe ô tô 5

1.2 Yêu cầu của hệ thống nâng hạ kính trên xe ô tô 5

1.3 Phân loại 7

1.4 Hệ thống nâng hạ kính trên xe Toyota Altis 2009 7

1.4.1 Cấu tạo 7

1.4.2 Chức năng nâng hạ bằng tay 10

1.4.3 Chức năng nâng hạ bằng một lần ấn 11

1.4.4 Chức năng chống kẹt cửa kính 12

1.4.5 Chức năng điều khiển cửa kính khi tắt khóa điện 14

CHƯƠNG 2.TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH 16

2.1 Tính toán linh kiện 16

2.1.1 Vi điều khiển 8051 16

2.1.2 Điện trở 19

2.1.3 PC817 24

2.1.4 Mosfet IRF 540 25

2.1.5 Tụ điện 26

2.2 Thiết kế mạch điều khiển và hiển thị motor nâng hạ kính 28

2.2.1 Mô phỏng mạch 28

2.2.2 Mã (code) điều khiển mạch 31

2.2.3 Sản phẩm 41

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Hệ thống nâng hạ kính trên xe ô tô 7

Hình 1.2 Chức năng đóng, mở cửa kính 8

Hình 1.3 Chức năng chống kẹt cửa kính 8

Hình 1.4: Hệ thống nâng hạ kính trên xe Toyota Altis 2009 9

Hình 1.5: Sơ đồ mạch điện hệ thống nâng hạ kính trên xe Toyota Altis 2009 11

Hình 1.6: Chức năng nâng hạ bằng tay 12

Hình 1.7: Chức năng nâng hạ bằng một lần ấn 13

Hình 1.8: Chức năng chống kẹt cửa kính 15

Hình 1.9: Thiết lập lại chức năng chống kẹt cửa sổ 16

Hình 1.10: Chức năng điều khiển cửa kính khi tắt khóa điện 17

Hình 2.1 : Sơ đồ khối của AT89C51 18

Hình 2.2 : Sơ đồ chân của AT89C51 19

Hình 2.3 : Port 0 19

Hình 2.4 : Port 1 20

Hình 2.5 : Port 2 20

Hình 2.6: Port 3 21

Hình 2.7 : Điện trở trong thiết bị điện tử 22

Hình 2.8 : Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý 22

Hình 2.9 : Trở sứ công xuất lớn , trị số được ghi trực tiếp 23

Hình 2.10 : Quy ước màu quốc tế 24

Hình 2.11 : Điện trở 4 vòng màu 24

Hình 2.12: Điện trở 5 vòng màu 25

Hình 2.13: Kích thước chân và cấu trúc bên trong của PC 817 26

Hình 2.14 Cấu tạo của Mosfet ngược Kênh N .27

Hình 2.15 So sánh với Transitor 28

Hình 2.16 Cấu tạo tụ điện 29

Hình 2.17 Sơ đồ mô phỏng mạch 31

Hình 2.18 Sơ đồ các khối chức năng trong mạch 31

Hình 2.19 Sơ đồ chân linh kiện 32

Hình 2.20 Sơ đồ mạch in 32

Hình 2.21 Sản phẩm thực tế 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

LỜI NÓI ĐẦU

ùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con đường công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước Ngành điện tử nói chung đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể Để thúc đẩy nề kinh tế của đất nước ngày càng phát triển, giàu mạnh thì phải đào tạo cho thế hệ tréco 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 ra các phương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ của con người ngày càng cao mới đáp ứng được nhu của xã hội Trường ĐHSPKT Hưng Yên là một trong số những trường đã rất trú trọng đến việc hiện đại hoá trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả trong giảng dạy cũng như giúp sinh viên có khả năng thực tế cao.

C

Để các sinh viên có tăng khả năng tư duy và làm quen với công việc thiết kế, chế

tạo chúng em đã được giao cho thực hiện đồ án: “Thiết kế điều khiển hệ thống nâng hạ kính tự động hãng Toyota ( Toyota Altis 2009)“ nhằm củng cố về mặt

kiến thức trong quá trình thực tế

Sau khi nhận đề tài, nhờ sự giúp đỡ tận tình của giáo viên hướng dẫn cùng với sự lỗ lực cố gắng của bản thân, sự tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, đến nay đồ án của em về mặt cơ bản đã hoàn thành Trong quá trình thực hiện dù đã rất cố gắng nhưng do trình độ còn hạn chế kinh nghiệm còn ít nên không thể tránh khỏi sai sót Chúng em mong nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ và đóng góp ý kiến của thầy giáo :

Phạm Văn Hải trong khoa để đồ án của chúng em ngày càng hoàn thiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn cô giáo cùng với các thầy giáo trong khoa đã giúp chúng em hoàn thành đồ án.

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NÂNG HẠ KÍNH

1.1 Nhiệm vụ của hệ thống nâng hạ kính trên xe ô tô.

Hệ thống nâng hạ kính trên xe ô tô có nhiệm vụ đống mở các cửa kính bằng công tắc.Mô tơ nâng hạ kính quay khi tác động vào các công tắc nâng hạ

kính.chuyển động quay của mô tơ điện này sẽ được chuyển thành chuyển động lên xuống của cửa kính thông qua cơ cấu nâng hạ kính

Hình 1.1 Hệ thống nâng hạ kính trên xe ô tô

1.2 Yêu cầu của hệ thống nâng hạ kính trên xe ô tô.

Hệ thống nâng hạ kính phải thực hiện đầy đủ các chức năng:

-Chức năng đóng,mở cửa kính bằng tay:

Khi công tắc cửa kính được kéo lên hoặc hạ xuống nửa chừng,thỡ cửa sổ sẽ mở hoặc đóng cho đến khi thả công tắc ra.

Hình 1.2 Chức năng đóng, mở cửa kính

- Chức năng chống kẹt cửa kính:

Trong quá trình đóng cửa kính tự động,nếu có vật thể lạ kẹt giữa cửa kính thỡ cửa kớnh sẽ tự động dừng lại và dịch chuyển xuống khoảng 50mm

- Chức năng khóa cửa kính:

Khi bật cụng tắc khúa cửa kớnh thỡ khụng thể mở hay đóng tất cả các cửa kính trừ cửa kính phía người lái

Hình 1.3 Chức năng chống kẹt cửa kính

Chức năng này cho phép điều khiển của kính trong khoảng thời gian 45s sau khi khóa điện về vị trí ACC hoặc LOCK,nếu cửa xe phía người lái không mở

1.4 Hệ thống nâng hạ kính trên xe Toyota Altis 2009

1.4.1 Cấu tạo

Hình 1.4: Hệ thống nâng hạ kính trên xe Toyota Altis 2009

Sơ đồ mạch điện

Hình 1.5: Sơ đồ mạch điện hệ thống nâng hạ kính trên xe Toyota Altis 2009

1.4.2 Chức năng nâng hạ bằng tay.

Hình 1.6: Chức năng nâng hạ bằng tay.

Khi khoá điện ở vị trí ON và công tắc cửa sổ điện phía người lái được kéo lên nửa chừng, thì tín hiệu UP bằng tay sẽ được truyền tới IC và xẩy ra sự thay đổi sau đây:

Tranzisto Tr : ON (mở)

Rơle UP: ON (bật)

Rơle DOWN: Tiếp mát

 Kết quả là mô tơ điều khiển cửa sổ điện phía người lái quay theo hướng UP(lên).

 Khi nhả công tắc ra, rơ le UP tắt và mô tơ dừng lại Khi ấn công tắc điều khiển cửa sổ điện phía người lái xuống nửa chừng, tín hiệu DOWN bằng tay được truyền tới IC và xẩy ra sự thay đổi sau đây:

1.4.3 Chức năng nâng hạ bằng một lần ấn.

Hình 1.7: Chức năng nâng hạ bằng một lần ấn.

Khi khoá điện ở vị trí ON và công tắc cửa sổ điện phía người lái được kéo lên hoàn toàn, tín hiệu UP tự động được truyền tới IC Vì IC có mạch định thời và mạch này sẽ duy trì trạng thái ON lớn nhất khoảng 10 giây khi tín hiệu UP tự động được đưa vào, nên môtơ điều khiển cửa sổ điện phía người lái tiếp tục quay ngay cả khi công tắc được nhả ra Mô tơ điều khiển cửa sổ điện dừng lại khi cửa sổ phía người lái đóng hoàn toàn và IC xác định được tín hiệu khoá mô tơ từ cảm biến tốc độ và công tắc hạn chế của mô tơ điều khiển cửa sổ điện hoặc khi mạch định thời tắt Có thể dừng thao tác đóng mở tự động bằng cách nhấn vào công tắc cửa sổ điện phía người lái.

1.4.4 Chức năng chống kẹt cửa kính.

Hình 1.8: Chức năng chống kẹt cửa kính.

Cửa sổ bị kẹt được xác đinh bởi hai bộ phận Công tắc hạn chế và cảm biến tốc

độ trong mô tơ điều khiển cửa sổ điện Cảm biến tốc độ chuyển tốc độ mô tơ thành tín hiệu xung Sự kẹt cửa sổ được xác định dựa vào sự thay đổi

chiều dài của sóng xung

Khi đai của vành răng bị đứng im, công tắc hạn chế sẽ phân biệt sự thay đổi chiều dài sóng của tín hiệu xung trong trường hợp cửa bị kẹt với chiều dài sóng xung trong trường hợp cửa sổ đóng hoàn toàn

Khi công tắc chính cửa sổ điện nhận được tín hiệu là có một cửa sổ bị kẹt từ mô

tơ điều khiển cửa kính, nó tắt rơle UP, bật rơle DOWN khoảng một giây và mở cửa kính khoảng 50 mm để ngăn không cho cửa sổ tiếp tục đóng

Chú ý:

Có thể kiểm tra chức năng chống kẹt cửa sổ bằng cách nhét một vật vào giữa kính và khung Khi cửa kính gần đóng, chức năng chống kẹt cửa sổ không kích hoạt Do đó, việc kiểm tra chức năng này bằng tay có thể dẫn đến bị thương Một số kiểu xe cũ không có chức năng chống kẹt cửa sổ điện

*Thiết lập lại chức năng chống kẹt cửa sổ:

Hình 1.9: Thiết lập lại chức năng chống kẹt cửa sổ

Mô tơ điều khiển cửa sổ điện cần được thiết lập lại (về vị trí xuất phát của công tắc hạn chế) trong các trường hợp sau đây:

- Bộ nâng hạ cửa sổ và mô tơ điều khiển cửa sổ điện bị

tháo ra

- Bộ nâng hạ cửa sổ đã kích hoạt khi không lắp kính

- Bất kỳ một thao tác nào cũng làm kính đóng hoàn toàn,

Ví dụ trường hợp thay kính

Cách thiết lập lại cho xe Corolla (NZE 12#)

- Nối mô tơ điều khiển cửa sổ điện và công tắc chính cửa

sổ điện với dây điện phía xe

- Bật khoá điện lên vị trí ON và điều khiển công tắc chính cửa sổ điện để mô tơ điều khiển cửa sổ chạy không tải theo hướng UP khoảng 4 giây hoặc hơn (khoảng

từ 6 đến 10 vòng quay)

Gợi ý:

Tham khảo Sách hướng dẫn sửa chữa để biết qui trình thiết lập lại chức năng này, vì qui trình này khác nhau tuỳ theo từng loại xe.

1.4.5 Chức năng điều khiển cửa kính khi tắt khóa điện.

Hình 1.10: Chức năng điều khiển cửa kính khi tắt khóa điện.

Chức năng điều khiển cửa sổ khi tắt khoá điện là điều khiển sự hoạt động của rơle chính cửa sổ điện dựa trên hệ thống điều khiển khoá cửa

Khi tắt khoá điện từ vị trí ON về vị trí ACC hoặc LOCK, thì rơ le tổ hợp xác định

sự thay đổi này sẽ kích hoạt mạch định thời và giữ rơle chính điều khiển cửa sổ điện

ở trạng thái bật khoảng 45 giây

Khi rơ le tổ hợp xác định việc mở cửa dựa trên tín hiệu truyền từ công tắc cửa, thì rơle này sẽ ngắt rơle chính điều khiển cửa sổ điện

Gợi ý:

Một số kiểu xe có mạch định thời trong công tắc chính cửa sổ điện để điều khiển chức năng điều khiển cửa sổ khi tắt khoá điện.

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH

2.1 Lựa chọn linh kiện

2.1.1 Vi điều khiển 8051

AT89C51 là một vi điều khiển 8 bit, chế tạo theo công nghệ CMOS chất lượng cao, công suất thấp với 4 KB PEROM (Flash Programeable and erasable read only memory)

Các đặc điểm của 8951 được tóm tắt như sau:

- 4KB bộ nhớ, có thể lập trình lại nhanh, có khả năng ghi xóa tới 1000 chu kỳ

- Tần số hoat động từ 0 Hz đến 24 MHz

- 3 mức khóa bộ nhớ lập trình

- 2 bộ Timer/Counter 16 bit

- 128 Byte RAM nội

- 4 Port xuất/nhập (I/O) 8 bit

- Giao tiếp nối tiếp

- 64 KB vùng nhớ mã ngoài

- 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài

- Xử lý Boolean (hoạt động trên bit đơn)

- 210 vị trí nhớ có thể định vị bit

- 4μs cho hoạt động nhân hoặc chias cho hoạt động nhân hoặc chia

a) Sơ đồ khối và sơ đồ chân của AT89C51

Hình 2.1 : Sơ đồ khối của AT89C51

16

OTHER REGISTER 128 byte RAM

128 byte RAM 8032\8052

ROM 0K:

8031\803 2

4K:8951 8K:8052

Cất kết quả vào RAM (hàng đơn

vị cất vào ô nhớ 30H, hàng chục cất vào ô nhớ 31H) Chia tiếp kết quả cho

10 được số hàng chục Gán A=P2 Cất kết quả vào RAM (hàng đơn

vị cất vào ô nhớ 30H, hàng chục cất vào ô nhớ 31H) Chia tiếp kết quả cho

10 được số hàng chục Chia cho

10 được số

Hình 2.2 : Sơ đồ chân của AT89C51

b) Chức năng các chân của AT89C51

Hình 2.3 : Port 0

Cất kết quả vào RAM (hàng đơn

vị cất vào ô nhớ 30H, hàng chục cất vào ô nhớ 31H) Chia tiếp kết quả cho

10 được số hàng chục Gán A=P2 Cất kết quả vào RAM (hàng đơn

vị cất vào ô nhớ 30H, hàng chục cất vào ô nhớ 31H) Chia tiếp kết quả cho

10 được số hàng chục Chia cho

10 được số

dư là hàng đơn vị Gán A=P2

TEMER1

+ Port 0 (P0.0 – P0.7 hay chân 32 – 39): Ngoài chức năng xuất nhập

ra, port 0 còn là bus đa hợp dữ liệu và địa chỉ (AD0 – AD7), chức năng này

sẽ được sử dụng khi AT89C51 giao tiếp với thiết bị ngoài có kiến trúc bus

+ Port 1 (P1.0 – P1.7 hay chân 1 – 8): có chức năng xuất nhập theo bit và

byte Ngoài ra, 3 chân P1.5, P1.6, P1.7 được dùng để nạp ROM theo chuẩn ISP, 2 chân P1.0 và P1.1 được dùng cho bộ Timer 2.

Hình 2.4 : Port 1

+ Port 2 (P2.0 – P2.7 hay chân 21 – 28): là một port có công dụng kép Là

đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng

bộ nhớ mở rộng.

Hình 2.5 : Port 2

+ Port 3 (P3.0 – P3.7 hay chân 10 – 17): mỗi chân trên port 3 ngoài chức năng

Bit Tên Chức năng chuyển đổi

P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp

P3.1 TXD Dữ liệu truyền cho port nối tiếp

Hình 2.6: Port 3

+ RST (Reset – chân 9): mức tích cực của chân này là mức 1, để reset ta

phải đưa mức 1 (5V) đến chân này với thời gian tối thiểu 2 chu kỳ máy (tương đương 2µs đối với thạch anh 12MHz.

+ XTAL 1, XTAL 2: AT89S52 có một bộ dao động trên chip, nó thường

được nối với một bộ dao động thạch anh có tần số lớn nhất là 33MHz, thôn thường là 12MHz.

+ EA (External Access): EA thường được mắc lên mức cao (+5V) hoặc

mức thấp (GND) Nếu ở mức cao, bộ vi điều khiển thi hành chương trình từ ROM nội Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mở rộng.

+ ALE (Address Latch Enable): ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào một

thanh ghi bên ngoài trong nửa đầu của chu kỳ bộ nhớ Sau đó các đường port

0 dùng để xuất hoặc nhập dữ liệu trong nửa chu kỳ sau của bộ nhớ.

+ PSEN (Program Store Enable): PSEN là điều khiển để cho phép bộ nhớ

chương trình mở rộng và thường được nối với đến chân /OE (Output Enable) của một EPROM để cho phép đọc các bytes mã lệnh PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian đọc lệnh Các mã nhị phân của chương trình được đọc từ EPROM qua Bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của bộ vi điều khiển để giải mã lệnh Khi thi hành chương trình trong ROM nội, PSEN sẽ ở mức thụ

+ Vcc, GND: AT89S52 dùng nguồn một chiều có dải điện áp từ 4V – 5.5V

được cấp qua chân 40 (Vcc) và chân 20 (GND).

2.1.2 Điện trở

a) Khái niệm điện trở

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

Điện trở của dây dẫn

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

b) Điện trở trong thiết bị điện tử.

- 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 loại điện trở có trị số khác nhau.

Hình 2.7 : Điện trở trong thiết bị điện tử.

Hình 2.8 : Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý.

- Đơn vị của điện trở

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

 1KΩ = 1000 Ω

1MΩ = 1000 K Ω = 1000.000 Ω

 Các điện trở có kích thước nhỏ được ghi trị số bằng các vạch mầu theo một 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 số trực tiếp trên thân Ví dụ như các điện trở công xuất, điện trở sứ.

Hình 2.9 : Trở sứ công xuất lớn , trị số được ghi trực tiếp.

c) Cách đọc trị số điện trở

Quy ước mầu Quốc tế

Mầu sắc

Hình 2.10 : Quy ước màu quốc tế

Điện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng mầu , điện trở chính xác thì ký

hiệu bằng 5 vòng mầu.

 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 )

Hình 2.12: Điện trở 5 vòng màu

 Vòng số 5 là vòng cuối cùng , là vòng ghi sai số, trở 5 vòng mầu thì mầu sai số có nhiều mầu, do đó gây khó khăn cho ta khi xác điịnh đâu là vòng cuối 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 là bội số của cơ số 10, vòng số 1, số 2, số 3 lần lượt là hàng trăm, hàng chục và hàng đơn vị.