đồ án về hiển thị tốc độ động cơ

Để góp một phần nhỏ vào việc này chúng em đã thực hiện đề tài “ tính toán thiết kế mạch hiển thị tốc độ của máy khởi động ” thông qua đề tài này em sẽ có những điều kiện tốt nhất để học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THÔNG CƠ ĐIỆN TỬ

Ô TÔ NGÀNH:CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT Ô TÔ

CHUYÊN NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ Ô TÔ Tên Đề tài : Tính toán thiết kế mạch hiển thị tốc độ của máy

khởi động Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Năm

Giáo viên hứng dẫn: Bùi Hà Trung

H

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, nền kinh tế của nước ta phát triển rất mạnh mẽ

và nhanh chóng, để đạt được kết quả này thì có sự đóng góp rất lớn của ngành kĩthuật điện tử, kĩ thuật vi xử lý

Với sự phát triển như vũ bão như hiện nay thì kỹ thuật điện tử, kĩ thuật

vi xử lý đang xâm nhập vào tất cả các ngành khoa học – kỹ thuật khác và đã đápứng được mọi nhu cầu của người dân Sự ra đời của các vi

mạch điều khiển với giá thành giảm nhanh, khả năng lập trình ngày càng cao đãmang lại những thay đổi sâu sắc trong ngành kỹ thuật điện tử

Và việc ứng dụng các kỹ thuật này vào thực tế sẽ giúp ích rất nhiều cho mọi

người Để góp một phần nhỏ vào việc này chúng em đã thực hiện đề tài “ tính toán

thiết kế mạch hiển thị tốc độ của máy khởi động ” thông qua đề tài này em sẽ có

những điều kiện tốt nhất để học hỏi, tích lũy kinh nghiệm quý báu, bổ xungthêm vào hành trang của mình trên con đường đã chọn

Trong thời gian nghiên cứu và làm đồ án dựa vào kiến thức đã được học ởtrường, qua một số sách, tài liệu có liên quan cùng với sự giúp đỡ tận tình của cácthầy cô giáo, em đã hoàn thành Mặc dù đã cố gắng nghiên cứu và trình bày nhưngkhông thể tránh khỏi những sai sót và nhầm lẫn, vì vậy em rất mong các thầy, côgiáo đóng góp những ý kiến quý báu để đồ án môn học này hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Năm

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN :

Hưng Yên , ngày.… tháng … năm 2017 Giáo viên hướng dẫn

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ

1.1 Công dụng, phân loại và yêu cầu

- Hỗ trợ khởi động lạnh (đối với động cơ diesel)

- Sấy nóng buồng cháy

- Sấy nóng không khí nạp (gió)

Các thiết bị trong hệ thống khởi động:

Hình 1.1: Hệ thống khởi động Hình 1.2: Máy đề

Ắc quy ; 2 – Khóa điện;3 – Máy đề

b Phân loại: Có 4 loại máy khởi động:

- Loại thường: Dùng cơ cấu nạng gạt để gạt bánh răng đề tiến về vành răng bánhđà

- Loại giảm tốc: Môtơ đề dẫn động bánh răng đề thông qua cặp bánh răng giảmtốc

- Loại bánh răng hành tinh: Môtơ đề dẫn động bánh răng đề thông qua bộ bánhrăng hành tinh

- Loại giảm tốc hành tinh – môtơ thanh dẫn

A : Loại thường

B : Loại giảm tốc

C : Loại bánh răng hành tinh

D : Loại giảm tốc hành tinh- môtơ thanh

5 : Nam châm vinh cửu

Hình1.3: Các loại máy khởi động

c Yêu cầu

- Máy khởi động phải quy được trục khuỷu động cơ với tốc độ thấp nhất mà động cơ

có thể nổ được

- Nhiệt độ làm việc không được quá giới hạn cho phép

- Phải đảm bảo khởi động lại được nhiều lần

- Tỷ số truyền từ bánh răng khởi động đến vành răng bánh đà nằm trong giới hạn (từ

9 đến 18)

- Mômen truyền động phải đủ để khởi động động cơ

1.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống và các sơ đồ tiêu biểu

1.2.1 Nguyên lý làm việc của hệ thống

a Sơ đồ nguyên lý

Hình 1.4: Hệ thống khởi động 1-Khóa điện; 2- Cọc 50; 3- Cuộn kéo; 4- Cuộn giữ; 5-Chuột đề; 6- Lõi

thép Chuột đề; 7- Nạng gạt; 8-Bánh răng đề; 9- Vành răng bánh đà; 10-Tiếp điểm chính; 11- Cọc 30; 12-cọc c

b Nguyên lý làm việc

Khi thực hiện đề, người ta bật khóa điện để cấp điện vào giắc 50 của máy đề Haicuộn dây Wk (cuộn kéo) và cuộn WG (cuộn giữ) của chuột đề để được cấp điện tạo ra từtrường hút nõi thép của chuột đề di chuyển Trong khi lõi thép của chuột đề di chuyển,thông qua nạng qạt hoặc lò xo đẩy, đẩy khớp truyền động cùng bánh răng để tiến vềvành răng bánh đà Cho đến khi răng máy đề đã ăn khớp đủ với răng bánh đà thì mộttiếp điểm chính (dạng đĩa đồng, thổi đồng) sẽ đóng mạch từ cọc 30 đến cọc C của máy

đề để ắc quy cung cấp điện trục tiếp vào môtơ đề Môtơ đề quay và phát huy mômen lớnlàm quay bánh đà và trục khuỷu đến tốc độ đủ lớn để nổ máy

Khi nhả khoá điện, dòng điện từ ắc quy đến cọc 50 bị ngắt Lúc này dòng điện đi

từ ắcquy đến cọc 30, qua cọc C đi đến cuộn kéo rồi mới đến cuộn giữ và ra mát Lực từcủa hai cuộn kéo và giữ triệt tiêu nhau Lò xo hồi vị sẽ tách tiếp điểm chính và bánhrăng đề ra khỏi vành răng bánh đà Quá trình đề kết thúc

1.2.2 Các mạch đấu hệ thống đề tiêu biểu

Hình 1.5: Các sơ đồ mạch đấu hệ thống khởi động tiêu biểu.

- Sơ đồ 1: Đề trực tiếp qua khóa điện: (+) Ắc quy → khóa điện → cọc 50

- Sơ đồ 2: Đề qua rơ le trung gian và công tắc chân côn Đạp chân côn để công tắc chân

côn đóng → bật khóa điện về vị trí STA: (+) Ắc quy → khóa điện → cuộn dây rơ le đềtrung gian → công tắc chân côn → (-) ắc quy → tiếp điểm của rơ le đề trung gian đóng

để cấp (+) tới cọc 50

- Sơ đồ 3: Đề qua công tắc số tự động: (để tay số P hoặc N) bật khóa điện ở nấc đề.

(+) ắc quy → khóa điện → công tắc số tự động ON → cọc 50

- Sơ đồ 4: Đề qua rơle đề trung gian: bật khóa điện ở nấc STA: (+) ắc quy → khóa điện

→ cuộn dây rơ le đề trung gian → mát → (-) ắc quy dẫn đến tiếp điểm đóng → cấp (+)

- Sơ đồ 5: Đề qua rơ le đề trung gian và công tắc số tự động: (để ở tay số P hoặc N)

(+) Ắc quy → khóa điện → công tắc số tự động ON → cuộn dây rơ le đề trung gian →mát → (-) ắc quy, dẫn đến tiếp điểm rơ le đề trung gian đóng để cấp (+) ắc quy vào cọc50

1.3 Các thiết bị trong hệ thống khởi động động cơ

1.3.1 Máy khởi động điện (máy đề)

a. Cấu tạo: ở đây ta xét cấu tạo của máy khởi động loại giảm tốc

Hình 1.6: Máy khởi động loại giảm tốc

-Chuột đề (công tắc từ):

Thực hiện việc đẩy bánh răng đề vào ăn khớp với vành răng, bánh đà và kéo bánh răng đề về vị trí ban đầu khi quá trình đề kết thúc Chuột đề còn hoạt động như một công tắc cung cấp dòng điện đến môtơ đề

Hình 1.7: Chuột đề

-Phần ứng và ổ bi:

-Chổi than và giá đỡ chổi than:

Cung cấp dòng điện vào các vòng dây phần ứng theo chiều từ chổi than dương đến chổi

Hình 1.11: Bộ truyền giảm tốc

Gồm bộ truyền bánh răng ăn khớp ngoài có tỷ số truyền giảm tốc và ly hợp mộtchiều được lắp bên trong để ngăn dòng truyền mômen ngược từ bánh đà về môtơ

-Măng đích đề:

Truyền mômen quay của động cơ đến bánh

bánh đà về môtơ Đồng thời trục xoắn ốc biến đổi

chuyển động quay của môtơ đề thành chuyển

động tịnh tiến của bánh răng đề, giúp cho việc vào

khớp giữa bánh răng đề và vành răng bánh đà

được bảo đảm

Hình 1.12: Măng-đích-đề

1.3.2 Hệ thống hỗ trợ khởi động động cơ diesel

Hệ thống hỗ trợ khởi động động cơ diesel bao gồm hai nguyên tắc sấy:

- Sấy nóng buồng đốt động cơ: trên xe con, xe nhỏ, xe trung bình

- Sấy nóng không khí nạp trên đường ống nạp: trên xe tải, xe buýt

a Nguyên lý hoạt động của hệ thống sấy điều khiển trực quan

Khi vặn khóa điện về nấc 1, dòng điện đi theo chiều:

(+)Ắc quy→ cầu chì→ khóa điện( nấc 1 )→ cuộn dây rơ le sấy →

mát, khi đó, tiếp điểm của rơ le sấy đóng Sẽ cung cấp điện đến các bugi sấy lắp songsong →mát

Đồng thời sẽ có dòng điện đi từ (+)Ắc quy → cầu chì → khóa điện → bộ định thời giansấy, đèn báo sấy và khởi động bộ đếm thời gian sấy

Khi thời gian sấy kết thúc, rơ le thời gian sấy tắt đèn báo sấy, người lái vặn khóa điện

về nấc STA (nấc2), thực hiện quá trình đề Nếu đề khoảng 10s động cơ chưa nổ, phảinghỉ 2 phút trước khi lặp lại quá trình đề

Hình 1.13: Hệ thống sấy điều khiển trực quan.

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỆN HIỂN THỊ TỐC ĐỘ

Dựa vào đồ thị hình 2.24 ta thấy

Hình 2 1 Đường đặc tính cơ điện

Dòng tính toán Itt>Ikđ Trên thực tế khi chế tạo động cơ các nhà sản xuất đã có các biện pháp hạn chế đòng khởi động như : roto rãnh sâu, ro to rãnh chéo, riêng động cơ không đồng bộ còn có roto lồng sóc kép

2.1 Lựa chọn một số linh kiện

Điều khiển động cơ bằng phương pháp điều xung PWM đưa điện áp trung bình ra tải vì vậy chọn van được kích mở bằng áp Ta chọn IRFZ44N

*Ký hiệu

Hình 2 2 Ký hiệu và hình ảnh IRFZ44N

Xung điện áp được đưa vào qua chân G của IRFZ44N,giả sử ban đầu xung điện áp

có điện áp >0 IRF dẫn => có điện áp đầu ra,tại thời điểm thứ 2 xung điện áp có giá trị

=0 IRF khóa điện áp đầu ra là =0 và cứ như vậy tạo ra điện áp đầu ra có dạng xung

vuông Một số thông số cơ bản của IRFZ44N:

Thông số Min Max Đơn vị Điều kiệnVDSS Điện áp

đánh thủng

100 - V VGS = 0V,

ID = 250µARDS(on) Điện trở cực

Vì nguồn cấp cho các mạch điện tử, đặc biệt là các mạch vi điều khiển là điện áp

DC, có giá trị nhỏ (ví dụ 3.3V, 5V, 12V, 15V, …), mà điện lưới của chúng ta là xoay chiều 220VAC, nên chúng ta phải hạ áp nguồn xoay chiều từ 220VAC xuống 1 mức thấp hơn phù hợp với mạch

Biến áp thì có cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp Phía cuộn sơ cấp là để cấp điện

220VAC còn phía cuộn thứ cấp người ta thường để nhiều mức ra.Với mạch này ta sử dụng nguồn 12VDC

Hình nh th c tả ự ế2.2.2 IC 7805

 Các kiến thức cơ bản về ic họ 78XX :

 Dòng cực đại có thể duy trì 1A

 Dòng đỉnh 2.2A

 Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W

 Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W

 Công suất tiêu tán trên ổn áp nối tiếp được tính như sau:

 Công suất tiêu tán max 2W

 Dòng max 1A

 Chênh lệch áp vào ra tối thiểu 2V: (Ui – Uo) = Pd / I = 2 V

Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng

IC ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản Các loại

ổn áp thường được sử dụng là IC 78xx, với xx là điện áp cần ổn áp Ví dụ 7805 ổn

áp 5V, 7812 ổn áp 12V Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau, dưới đây làminh họa cho IC ổn áp 7805

 Chân 1 (Vin): Chân nguồn đầu vào

 Chân 2 (GND): Chân nối đất

 Chân 3 (Vout): Chân nguồn đầu ra

CHƯƠNG 3 : XÂY DỰNG MẠCH HIỂN THỊ

+ Mạch gồm những :

- Khối nguồn

- Khối điều khiển

- Khối hiển thị

- Khối cơ cấu chấp hành

3.1: Nguyên lý ,cấu tạo một số linh kiện chính

3.1.1 :Giới thiệu tổng quan về vi điều khiển AT89C51

Hình 2.2 : Cấu tạo vi điều khiển AT89C51

Bộ vi điều khiển 8 bit AT89C51 hoạt động ở tần số 12MHz,với bộ nhớ ROM

4kbyte,bộ nhớ RAM 128 byte cư chú bên trong và có thể mở rộng bộ nhớ ra ngoài Ở

bộ vi điều khiển này có 4 cổng 8 bit ( P0, P1, P2 ,P3 ) vào ra 2 chiều giao tiếp với thiết

bị ngoại vi

3.1.2 :Chức năng của các chân AT89C51

Chân số 20 là GND, được nối với đất

3.1.5: chân XTAL1 và XTAL2

8051 có một bộ dao động trên chíp nhưng nó yêu cầu có một xung đồng hồ ngoài đểchạy nó Một bộ dao động thạch anh sẽ được nối tới các chân đầu vào XTAL1 (chân 19)

và XTAL2 (chân 18) Bộ dao động thạch anh được nối tới XTAL1 và XTAL2 cũng cầnhai tụ gốm giá trị khoảng 30pF Một phía của tụ điện được nối xuống đất như được trìnhbày trên hình 2a

Cần phải lưu ý rằng có nhiều tốc độ khác nhau của họ 8051 Tốc độ được coi như làtần số cực đại của bộ dao động được nối tới chân XTAL Một bộ vi điều khiển 8051 yêucầu một tinh thể thạch anh có tần số không lớn hơn 20MHz Khi 8051 được nối tới một

bộ dao động tinh thể thạch anh và cấp nguồn thì ta có thể quan sát tần số trênchânXTAL2 bằng máy hiện sóng Nếu ta quyết định sử dụng một nguồn tần số khác bộdao động thạch anh, chẳng hạn như là bộ dao động TTL thì nó sẽ được nối tớichân XTAL1, còn chân XTAL2 thì để hở không nối như hình 2b

Hình 3.3: a) Nối XTAL tới thạch anh b) Nối XTAL tới nguồn đồng bộ ngoài

3.1.6: chân RST

RST là chân số 9 - Reset Nó là một chân đầu vào có mức tích cực cao (bình thường ởmức thấp) Khi cấp xung cao tới chân này thì bộ vi điều khiển sẽ được Reset và kết thúcmọi hoạt động Điều này thường được coi như là sự tái bật nguồn Khi kích hoạt tái bậtnguồn sẽ làm mất mọi giá trị trên các thanh ghi liệt kê các thanh ghi đặc biệt của 8051

và giá trị của chúng sau khi Reset Lưu ý rằng giá trị của bộ đếm chương trình PC là 0khi tái lập để ép CPU nạp mã lệnh đầu tiên từ bộ nhớ ROM tại vị trí ngăn nhớ 0000.Điều này có nghĩa là ta phải đặt dòng đầu tiên của mã nguồn tại vị trí ngăn nhớ 0 củaROM vì đây là mã mà sau khi CPU thức tỉnh sẽ tìm lệnh đầu tiên Hình 3 trình bày cáchnối chân RST với mạch Reset

Hình 3.4: Mạch Reset.

Nhằm làm cho đầu vào Reset có hiệu quả thì xung cấp cho nó phải kéo dài tối thiểu

2 chu kỳ máy trước khi nó xuống thấp

3.1.7: chân EA

EA có nghĩa là truy cập ngoài (External Access): là chân số 31 trên vỏ kiểu DIP

Nó là một chân đầu vào và phải được nối hoặc với Vcc hoặc GND Hay nói cách khác

là nó không được để hở

Các thành viên họ 8051 như 8751, 98C51 hoặc DS5000 đều có ROM trên chíp lưucất chương trình Trong các trường hợp như vậy thì chân EA được nối tới Vcc Đối vớicác thành viên của họ như 8031 và 8032 mà không có ROM trên chíp thì mã chươngtrình được lưu cất ở trên bộ nhớ ROM ngoài và chúng được nạp cho 8031/32 Do vậy,đối với 8031 thì chân EA phải được nối đất để báo rằng mã chương trình được cất ởngoài

Các chân mô tả ở trên đều phải được nối mà không cần thành phần nào được sử dụng.Còn hai chân dưới đây được sử dụng chủ yếu trong hệ thống vi điều khiển 8031

3.1.8: Chân PSEN

PSEN là chân đầu ra cho phép cất chương trình (Program Store Enable) trong hệ thống.Trên vi điều khiển 8031, chương trình được cất ở bộ nhớ ROM ngoài thì chân này đượcnối tới chân OE của ROM

3.1.9: Chân ALE

Chân cho phép chốt địa chỉ ALE là chân đầu ra tích cực cao Khi nối 8031 tới bộ nhớngoài thì cổng P0 dùng để trao đổi cả địa chỉ và dữ liệu Hay nói cách khác 8031 dồn cảđịa chỉ và dữ liệu qua cổng P0 để tiết kiệm số chân Chân ALE được sử dụng để phânkênh địa chỉ và dữ liệu

3.1.10: Các chân cổng vào/ra và các chức năng của chúng

Bốn cổng P0, P1, P2 và P3 đều sử dụng 8 chân và tạo thành cổng 8 bít Tất cả các cổngkhi Reset đều được cấu hình như các đầu ra, sẵn sàng để được sử dụng như các cổng

đầu ra Muốn sử dụng cổng nào trong số các cổng này làm đầu vào thì nó phải được lậptrình.

3.1.11: Cổng P0

Cổng P0 chiếm tất cả 8 chân (từ chân 32 đến 39) Nó có thể được dùng như cổng đầu

ra, để sử dụng các chân của cổng P0 vừa làm đầu ra, vừa làm đầu vào thì mỗi chân phảiđược nối tới một điện trở kéo bên ngoài 10k Điều này là do một thực tế là cổngP0 làmột máng mở khác với các cổng P1, P2 và P3 Khái niệm máng mở được sử dụng trongcác chíp MOS về chừng mực nào đó nó giống như collector hở đối với các chíp TTL Trong bất kỳ hệ thống nào sử dụng 8751, 89C51 hoặc DS5000 ta thường nốicổngP0 tới các điện trở kéo (Xem hình 5), bằng cách này ta có thể sử dụng đượccổng P0 cho cả 2 trường hợp đầu ra và đầu vào Với những điện trở kéo ngoài được nối,khi Reset cổngP0 được cấu hình như một cổng đầu ra

Hình 2.5: Cổng P0 với các điện trở kéo.

Cổng P0 là đầu vào: Với các điện trở được nối tới cổng P0 nhằm để tạo nó thànhcổng đầu vào thì nó phải được lập trình bằng cách ghi 1 tới tất cả các bit của P0

Vai trò kép của cổng P0: Như trên hình 1, cổng P0 được gán là các bit địachỉAD0 - AD7 cho phép nó được sử dụng vừa cho địa chỉ, vừa cho dữ liệu Khi nối