Đề cương bài giảng thực tập lắp ráp và chế tạo thiết bị cơ điện tử ô tô

Cảm biến tốc độ động cơ loại quang Cảm biến quang gồm hai loại, khác nhau chủ yếu ở phần tử cảm quang : - Loại sử dụng một cặp LED - photo transistor.. Hình 1.1 : Nguyên lý làm việc của

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

LOẠI HÌNH ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

Trang 3

Bài 1: Thiết kế mạch nguyên lý

1.1 Cảm biến tốc độ động cơ loại quang

Cảm biến quang 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 emission diode) và phần tử cảm quang (photo transistor hoặc photo diode ) được đặt trong một cụm bao kín (có thể lắp trong bộ chia điện hoặc lắp ở trục cam) Đĩa cảm biến (đĩa tạo xung) được gắn vào trục và có số rãnh

xẻ tùy theo loại động cơ

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 Độ dẫn điện của chúng phụ thuộc vào cường độ ánh sáng

Hình 1.1 : Nguyên lý làm việc của cảm biến quang

Khi đĩa cảm biến quay, dòng ánh sáng từ LED (phần tử phát quang) chiếu rọi về phía phần tử cảm quang sẽ bị ngắt quãng tạo ra hiện tượng dẫn - ngắt điện và bộ phận chuẩn

Trang 4

Hình 1.2: Hình dạng đĩa cảm biến và xung tín hiệu

a : Đĩa cảm biến và hai xung đơn NE và G

b : Đĩa cảm biến và xung kép NE và TDC

Mạch cảm biến tốc độ động cơ loại quang

Trang 5

Hình 3.3: Mạch cảm biến tốc độ động cơ loại quang

Phương pháp điều xung PWM (Pulse Width Modulation) là phương pháp điều chỉnh điện

áp ra tải, hay nói cách khác, là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông, dẫn đến sự thay đổi điện áp ra

Ứng dụng của PWM trong điều khiển

PWM được ứng dụng nhiều trong điều khiển Điển hình nhất mà chúng ta thường hay gặp là điều khiển động cơ và các bộ xung áp, điều áp Sử dụng PWM điều khiển độ nhanh chậm của động cơ hay cao hơn nữa, nó còn được dùng để điều khiển sự ổn định tốc độ động cơ

PWM còn gặp nhiều trong thực tế ở các mạch điện điều khiển Điều đặc biệt là PWM chuyên dùng để điều khiển các phần tử điện tử công suất có đường đặc tính là tuyến tính

Trang 6

Trên là đồ thị dạng xung khi điều khiển bằng PWM Với độ rộng xung đầu ra tương ứng

và được tính bằng % Tùy thích do chúng ta điều khiển

Nguyên lý hoạt động của PWM

Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn của tải một cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt Phần tử thực hiện nhiện vụ đó trong mạch các van bán dẫn

Mạch nguyên lý điều khiển tải bằng PWM

Xét hoạt động đóng cắt của một van bán dẫn Dùng van đóng cắt bằng Mosfet (Mosfet là Transistor hiệu ứng trường - Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)

Trang 7

Nguyên lý: Trong khoảng thời gian 0 - t0, ta cho van G mở, toàn bộ điện áp nguồn Ud được đưa ra tải Còn trong khoảng thời gian t0 - T, cho van G khóa, cắt nguồn cung cấp cho tải Vì vậy với t0 thay đổi từ 0 cho đếnT, ta sẽ cung cấp toàn bộ , một phần hay khóa hoàn toàn điện áp cung cấp cho tải

Công thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải:

Gọi t1 là thời gian xung ở sườn dương (khóa mở) còn T là thời gian của cả sườn âm và dương, Umax là điện áp nguồn cung cấp cho tải Ta có:

Ud = Umax.( t1/T) (V)

hay Ud = Umax.D

(Với D = t1/T là hệ số điều chỉnh và được tính bằng % tức là PWM)

Như vậy ta nhìn trên hình đồ thị dạng điều chế xung thì ta có: Điện áp trung bình trên tải

sẽ là:

Ud = 12.20% = 2.4V ( với D = 20%)

Trang 8

Để tạo được ra PWM thì hiện nay có hai cách thông dụng: Bằng phần cứng và bằng phần mềm

Trong phần cứng có thể tạo bằng phương pháp so sánh hay là từ trực tiếp từ các IC dao động tạo xung vuông như: 555, LM556

Trong phần mền được tạo bằng các chip có thể lập trình được Tạo bằng phần mền thì độ chính xác cao hơn là tạo bằng phần cứng Nên người ta hay sử dụng phần mền để tạo PWM

Ở đây ta tham khảo 2 cách điều chế PWM phổ biến: bằng phương pháp so sánh và tạo xung vuông bằng phần mềm

1- Tạo xung vuông bằng phương pháp so sánh

Để tạo được bằng phương pháp so sánh ta cần 2 điều kiện sau đây:

+ Tín hiệu răng cưa: Xác định tần số của PWM

+ Tín hiệu tựa (Ref) là tín hiệu xác định mức công suất điều chế (Tín hiệu DC)

Xét sơ đồ mạch sau :

Với tần số xác định được là f = 1/(ln.C1.(R1+2R2) nên chỉ cần điều chỉnh R2 là có thể thay đổi độ rộng xung dễ dàng Ngoài 555 ra còn rất nhiều các IC tạo xung vuông khác 2- Tạo xung vuông bằng phần mềm

Trang 9

Đây là cách tối ưu trong các cách để tạo được xung vuông Việc tạo bằng phần mền cho

độ chính xác cao về tần số và PWM Và mạch đơn giản hơn rất nhiều Xung này được tạo dựa trên xung của CPU

Lấy 1 đoạn ví dụ tạo PWM trong chip 8501 :

PWM trong điều khiển động cơ và trong các bộ biến đổi xung áp

1-Trong động cơ : Điều mà chúng ta dễ nhận thấy rằng là PWM rất hay được sử dụng trong động cơ để điều khiển động cơ hoạt động nhanh , chậm, thuận ,nghịch và ổn định tốc độ cho nó Cái này được ứng dụng nhiều trong điều khiển động cơ 1 chiều

Trang 10

Đây là mạch đơn giản điều khiển động cơ Nếu muốn điều khiển động cơ quay thuận quay ngược thì phải dùng đến cầu H

2- Trong các bộ biến đổi xung áp: Trong các bộ biến đổi xung áp thì PWM đặc biệt quan trọng trong việc điều chỉnh dòng điện và điện áp ra tải Bộ biến đổi xung áp có nhiều loại như là biến đổi xung áp nối tiếp và bộ biến đổi xung áp song song Lấy ví dụ 1 mạch nguyên lý đơn giản trong bộ nguồn Boot đơn giản

Đây là nguyên lý của mạch nguồn Boot Dùng xung điều khiển để tạo tích lũy năng lượng từ trường, từ đó tạo điện áp ra tải lớn hơn điện áp vào

Ngoài ra, PWM còn được sử dụng trong các bộ chuyển đổi DC - AC, hay trong biến tần, nghịch lưu

Mạch nguyên lý điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều

Trang 12

Bài 2: Sử dụng phầm mềm protues để mô phỏng hoạt động của mạch

2.1 Hướng dẫn sử dụng phần mềm protues

Giao diện sử dụng

Trang 13

2.2 Mô phỏng hoạt động mạch cảm biến tốc độ động cơ loại quang

Lấy linh kiện

Trang 16

Các linh kiện sử dụng trong mạch cảm biến quang

2.3 Mô phỏng hoạt động mạch điều khiển tốc độ động cơ

Cách lấy linh kiện tượng tự như trên

Các linh kiện sử dụng trong mạch điều khiển tốc độ động cơ

Trang 17

Bài 3: sử dụng phần mềm protues để thiết kế mạch in

3.1 Thiết kế mạch in cảm biến tốc độ loại quang bằng phần mềm protues

Vẽ bản mạch in

Trang 27

GV: Võ Quang Lộc Email: quanglocbp@gmail.com

HƯỚNG DẪN LÀM MẠCH IN THỦ CÔNG Bước 1: In mạch

Sau khi hoàn thành file layout MAX, ta đem file đi in, nhớ nói là in giấy thuốc:

Trong bài này sử dụng mạch có file MAX sau để làm ví dụ:

Bước 2: Cắt board

2.1 Cắt phần layout từ giấy in:

( vì layout khá nhỏ nên ta in được 6 bản trên 1 mặt giấy để tiết kiệm đồng thời cũng có cái thay thế ngay khi ủi mạch không dính hết )

2.2 Đo trước phần mạch cần ủi khoảng bao nhiêu rồi dùng thước kẻ khung bản mạch

Trang 28

Chú ý:

- Board đồng nên mua loại L, cỡ size 20×30 ở kế tiệm Ngọc – Nhật Tảo là 17k

- Dao cắt mạch cùng chỗ giá 10k , có thể dùng cưa nhỏ thay thế

- Thước nên dùng loại thước cứng, thước sắt – gỗ càng tốt, tránh dùng nhựa mềm sẽ

hư thước và dễ trượt vào tay

Ta nên cắt theo thước một vài lần để lấy đường canh, sau đó thì không cần thước nữa

Trang 29

Thao tác theo hình, dùng góc dưới của dao mà cắt

Sau khi cắt mạch trên sâu đến ½ đến 1/3 độ dầy board, ta lật mặt sau cắt theo đường

đó, tránh trường hợp chỉ cắt 1 mặt khi bẻ mặt sau sẽ không đẹp

Trang 30

Sau cùng dùng tay bẻ nhẹ, ta được mảnh board cần ủi:

Bước 3: Ủi

Trang 31

3.2 Thoa nhựa thông lỏng (nhựa hàn chì)

Trang 32

3.4 Dùng giấy lau thật sạch

Trang 33

3.5 Ta gấp các nếp giữa giấy và board để đánh dấu sao cho mạch sau khi ủi nằm đúng vị trí

Trang 34

3.6 Dùng một ít băng dán cố định như hình:

3.7 Dùng bàn ủi, lúc này đã nóng sẵn ( đặt độ nóng ở mức max ) đè hẳn lên board và kéo từ từ, từ mép bên này sang mép bên kia, mức độ đè vừa phải

Trang 35

GV: Võ Quang Lộc Email: quanglocbp@gmail.com 3.8 Sau đó ủi đi, rồi lại ủi lại; ủi tới rồi lại ủi lui cho đến khi các đường nét mạch lằn lên như hình thì dừng lại, với board cỡ 6×8 này thì tầm khoảng 4p-5p là được

- Đối với các bạn mới làm thì phần trung tâm mạch và các mép ngoài dễ bị bỏ sót và do đó mực không dính hết Ta cần chú ý dùng mũi bàn ủi và các phần gần cạnh bàn ủi mà chà kĩ các phần đó

Trang 36

3.9 Các chú ý:

- Phần quét nhựa thông lỏng là option, nhựa thông lỏng giúp tiết kiệm thời

gian ủi và ủi dễ dàng hơn Bạn nào cảm thấy tự tin rồi thì có thể bỏ qua phần này

- Việc đè mạnh quá mức có thể làm giấy trượt trên board -> hỏng, hoặc dùng

mũi bàn ủi chà mạch sẽ gây rách giấy

Trang 37

- Dùng phần thịt của ngón tay chà nhẹ trên board để chà đi phần giấy còn bám lại (chỉ cần tương đối thôi)

Trang 38

- Tàm tạm thế này:

- Dùng bút lông kẻ lại vết mực đã mất (4k/cây) Nhớ dùng giấy thấm cho mạch khô

rồi kẻ

Trang 39

- Ngâm mạch vào nước đã pha bột sắt, với lượng nước thế này + bịch bột sắt 3k/gói có

thể ngâm 5-6 board 6cmx8cm

- Nhớ úp mặt board đồng xuống dưới rồi lắc nhẹ, nếu lắc liên tục thì tầm 10p là ta được mạch Còn 3p lắc một lần thì thời gian lâu hơn

Trang 40

Lưu ý: Dung dịch ngâm mạch khá độc, không nên để dây vào tay/mắt, các bạn có thể khoan 1 lỗ nhỏ trên board rồi xuyên 1 sợi dây qua để cầm, tránh tiếp xúc với nước ngâm mạch

- Dùng giấy nhám/miếng rửa chén chà mực ra, việc chà sẽ nhanh hơn nếu dùng thêm

axeton (16k/chai)

- Và thành phẩm là đây:

Trang 41

- Dung dịch sắt nếu còn dùng được thì đậy lại thì lần sau mới dùng tiếp được

- Với các mạch đường nét lớn thì không cần dùng axeton ( khá độc nếu tiếp xúc nhiều ), ngược lại với các nét nhỏ 12-15mils thì chỉ dùng giấy nhám sẽ dễ bay luôn đường

đồng

Bước 5: Khoan

- Kê mạch lên cao để khoan cho dễ

Trang 42

- Đưa mũi khoan sát vào lỗ rồi bấm nút, tự tin rồi thì dùng khoan khỏi cần nút nhấn

Trang 43

và không khoan được

- Mũi khoan có các loại 0.8, 0.9, 1, 1.1 … 1k/mũi

- Có thể dùng nguồn là cầu diode mắc trên test board và dùng kẹp cá sấu kẹp vào khoan

- Board sau khi khoan xong:

Bước 6: Hàn

- Hàn từ linh kiện thấp nhất đến cao nhất Mạch này có 1 jump, ta hàn jump đầu tiên Jum có thể lấy chân linh kiện cắt ra, ở bài này người viết xài chân led Sau đó hàn tiếp điện trở, tụ 22p,47p; rồi 104p; rồi dip, nút nhấn…

Trang 44

- Chi tiết hướng dẫn hàn nằm ngoài phạm vi bài viết này Nhưng đối với các bạn mới bắt đầu thì các bạn chú ý thế này: để phần mũi hàn tiếp xúc với cả pad đồng và chân linh kiện, chờ 1 tí cho pad nóng lên, rồi vừa đưa chì hàn vừa xoay mũi hàn và gạt dứt khoát mũi hàn ra là được

Trang 45

Trang 46

- Sau khi hàn xong, các bạn nên quét một lớp nhựa thông pha xăng thơm lên mạch để bảo vệ mạch, nếu không thì chỉ sau 1 vài ngày đường đồng bị oxy hoá đen thui, dẫn điện kém và nhìn board rất xấu

(nhựa thông mua về đập nhỏ, pha với xăng thơm + với nhựa thông lỏng dùng ở phần trước)

Trang 47

Trang 48

Bài 5: Lắp ráp linh kiện lên mạch

Định dạng
Số trang	53
Dung lượng	3,03 MB