TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Đặt vấn đề
Trong quá trình tham gia các cuộc thi lái xe sinh thái như của Honda và Shell Eco-marathon, nhóm chúng tôi nhận thấy nhiều hạn chế trong việc liên lạc giữa lái xe, đội trưởng và các thành viên Chúng tôi gặp khó khăn trong việc ghi lại tổng thời gian thi đấu và thời gian chạy của từng vòng Hơn nữa, việc truyền thông số liệu động cơ từ lái xe đến đội trưởng không thể thực hiện được Do đó, nhóm đã quyết định chọn đề tài “thiết kế, chế tạo thiết bị giao tiếp thông tin hỗ trợ thi xe ECO” cho đề tài tốt nghiệp, nhằm tạo ra một hệ thống truyền thông và quản lý thông tin chặt chẽ Hệ thống này sẽ giúp đội trưởng và các thành viên nắm rõ tình trạng hoạt động của động cơ, liên lạc dễ dàng với lái xe để có chiến thuật thi đấu tốt nhất và tiết kiệm nhiên liệu Đồng thời, hệ thống cũng lưu lại thời gian từng vòng chạy và các thông số như vận tốc lớn nhất, giúp các thành viên bên ngoài canh thời gian thi đấu đúng quy định của ban tổ chức.
Điện thoại thông minh, hay còn gọi là Smart Phone, đã trở thành vật dụng thiết yếu trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội Với tính năng kết nối đa dạng, điện thoại thông minh giúp người dùng dễ dàng liên lạc với những người xung quanh Đặc biệt, trong lĩnh vực lái xe, nó cung cấp thông tin cần thiết một cách rõ ràng và chính xác, hỗ trợ người lái điều chỉnh số lần nổ máy và thời gian nổ máy để tối ưu hóa mức tiêu hao nhiên liệu.
Lý do chọn đề tài
Cuộc thi Shell Eco-marathon là niềm đam mê của sinh viên ngành ô tô trên toàn thế giới, với mục tiêu chiến thắng mà mọi đội đều hướng tới Để đạt được thành công, các đội cần có sự phối hợp chặt chẽ và tính toán chiến thuật trước mỗi vòng chạy, đồng thời nắm vững các thông số cần thiết của động cơ một cách chính xác và kịp thời Việc cung cấp thông tin về các thông số này một cách dễ dàng và chính xác cho người chạy là vô cùng quan trọng Bên cạnh đó, đội trưởng và các thành viên cũng cần theo dõi tình trạng hoạt động của động cơ để điều chỉnh chiến thuật chạy một cách hợp lý.
Đề tài tốt nghiệp của nhóm em sẽ giải quyết các vấn đề liên quan đến cuộc thi Shell Eco-marathon Đề tài này giúp các đội thi theo dõi chính xác và sinh động các thông số cần thiết của chiếc xe tham gia thi đấu.
Mục tiêu đề tài
Mục tiêu của đề tài này là phát triển một thiết bị giao tiếp giữa con người và xe, cho phép hiển thị mọi thông số đo và tính toán lên điện thoại Android thông qua lập trình App Inventor 2 Người dùng có thể điều chỉnh các thông số dựa trên thông tin hiển thị để đạt được hiệu suất mong muốn.
Phương pháp nghiên cứu
Nhóm đã áp dụng nhiều phương pháp nghiên cứu để hoàn thành đề tài, dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Trọng Thức Họ đã tìm kiếm tài liệu trên mạng, tham gia các diễn đàn và đọc nhiều nguồn tài liệu khác nhau Qua đó, nhóm đã có cơ sở vững chắc để phát triển những ý tưởng mới, nhằm hoàn thiện đề tài một cách hiệu quả nhất.
Ý nghĩa thực hiện
Đề tài này đã giải quyết hiệu quả việc theo dõi các thông số quan trọng như thông số động cơ, thời gian thi đấu và thời gian từng vòng chạy Nhờ đó, các vận động viên có thể dễ dàng theo dõi và đưa ra chiến thuật tối ưu cho toàn đội trong suốt quá trình thi đấu.
Giới hạn đề tài
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giới thiệu về Shell Eco Marathon 2017 và luật chơi
Shell Eco-Marathon là cuộc thi quốc tế dành cho sinh viên nhằm thiết kế và chế tạo xe tiết kiệm năng lượng nhất Sự kiện diễn ra hàng năm tại ba khu vực chính: Châu Á, Châu Mỹ và Châu Âu Các đội tham gia sẽ cạnh tranh để tối ưu hóa hiệu suất xe, với mục tiêu di chuyển xa nhất có thể bằng lượng nhiên liệu tối thiểu.
Sự dẫn động trong tương lai của xe
Các kỹ sư tương lai sẽ có một năm để chuẩn bị cho cuộc thi chính thức diễn ra trong vài ngày trên các tuyến đường đô thị, nơi họ sẽ trình diễn chiếc xe tiết kiệm năng lượng nhất của mình.
Trong năm 2017, sự kiện Shell Eco-marathon chính diễn ra tại ba địa điểm trên toàn thế giới:
Shell Eco-marathon Châu Á: 16-ngày 19 Tháng Ba tại Singapore, SG
Shell Eco-marathon châu Mỹ: 27-ngày 29 Tháng Tư tại Detroit, Michigan, Mỹ Shell Eco-marathon Châu Âu: Tháng 25-28, London, Vương quốc Anh
Xe được phân loại theo loại xe và nguồn năng lượng, với loại xe Prototype (ba bánh) tập trung vào tiết kiệm năng lượng, mặc dù sự thoải mái cho hành khách bị giảm sút Ngược lại, loại xe UrbanConcept khuyến khích thiết kế thực tiễn hơn Các loại xe này sử dụng nhiều nguồn năng lượng khác nhau, bao gồm nhiên liệu cho động cơ đốt trong như xăng, dầu diesel, nhiên liệu hóa lỏng từ khí tự nhiên và ethanol.
Trong các loại xe điện, xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro và pin lithium-based Cuộc thi về quãng đường
Trong suốt thời gian diễn ra cuộc thi, các đội thi đấu hết mình để hoàn thành nhiều vòng đua nhất có thể, với mục tiêu đưa xe di chuyển xa nhất bằng lượng nhiên liệu tối thiểu.
Các xe sẽ được vận hành với số vòng đua cố định và tốc độ tối đa do ban tổ chức quy định Ban tổ chức cũng sẽ trao giải cho người chiến thắng ở mỗi hạng mục, dựa trên từng loại xe và loại nhiên liệu sử dụng.
Những hạng mục giải thưởng khác như thành tích cho xe có độ an toàn cao nhất, giải thưởng làm việc nhóm và giải thiết kế
Cuộc thi này khuyến khích các kỹ sư trẻ hiện thực hóa tầm nhìn về tính di động bền vững chỉ trong vài ngày Đây là nỗ lực nổi bật nhằm biến những ý tưởng sáng tạo thành hiện thực, với hy vọng một ngày nào đó những chiếc xe bền vững này sẽ lăn bánh trên đường.
Một chút về lịch sử cuộc thi
Vào năm 1939, cuộc thi thú vị do các nhân viên công ty dầu khí Shell tại Mỹ tổ chức đã khởi đầu một cuộc cá cược xem ai có thể đi xa hơn với cùng một lượng nhiên liệu Cuộc thi này sau đó đã mở rộng ra nhiều châu lục, bao gồm nhiều loại năng lượng khác nhau, cùng với những tranh luận sôi nổi về tương lai của nguồn năng lượng và phương tiện di chuyển.
Bảng 2.1: Các thông số cho phép
Thông số Kí hiệu Giới hạn
Chiều cao giới hạn trên Ht < 100cm
Chiều rộng giới hạn trên Bt < 130cm
Chiều dài giới hạn trên Lt < 350cm
Chiều rộng giới hạn dưới Bd >50cm
Chiều dài giới hạn dưới Ld >100cm
Tỉ lệ chiều cao và rộng h/b 50kg
Trọng lượng xe Wx < 140kg
Hình 2.1: Kích thước giới hạn của xe
• Vỏ tháo lắp dễ dàng cho việc kiểm tra, độ cứng phù hợp
• Tất cả các bộ phận phải nằm trong vỏ
• Bố trí các chi tiết như ắc quy, hệ thống nhiên liệu, động cơ … 1 cách an toàn và gọn gàn chắc chắn
• Bánh xe không được chạm các bộ phận khác của xe
• Sàn xe phải liền 1 khối không chắp nối
• Vỏ xe cũng liền 1 khối dễ tháo lắp và không dùng cửa
Hình 2.2: Bố trí các bộ phận trên xe 2.1.2.Khung Sườn
• Chọn vật liệu có độ cứng vững cao
• Nhẹ là yếu tố ưu tiên
• Bao bọc toàn bộ xe để bảo vệ tài xế
• Không để nhô ra các cạnh nhọn và bén kể cả trong và ngoài xe
• Thanh rollbar: o Cao hơn mũ 5cm o Cao hơn bình xăng 5cm o Rộng hơn vai tài xế o Chịu được 70kg
Hình 2.3: Điều kiện thiết kế khung sườn 2.1.3.Bán kính quay vòng
• Chỉ đặt lái ở bánh trước
Hình 2.4: Bán kính quay vòng
Hình 2.5: Tầm nhìn tài xế Hình 2.6: Đặt lái bánh trước
Nên đưa dòng khí xả thoát ra khỏi thân xe, nhưng không đưa ra quá xa khí thải phải hợp lý không xả khói đen
Hình 2.7: Tiêu chuẩn khí thải và bố trí ống xả
• Tài xế có khả năng thoát khỏi xe trong 10 giây
• Không dùng bang keo băng dính để kết nối phần khung sườn và vỏ,
• Tuy nhiên phải có có cấu đơn giản nhưng vẫn chắc chắn dễ thoát lắp mà không cần đến dụng cụ chuyên dùng
Hình 2.8: Bố trí cơ cấu gài vỏ và lối thoát 2.1.6.Thông gió
• Thông gió phù hợp để giải toả nhiệt độ động cơ làm mát khoang xe do điều kiện nóng ẩm ở đông nam á
Hình 2.9: Bố trí các lỗ thông gió trên xe 2.1.7.Vách ngăn động cơ
• Vách ngăn cố định tách được khoang động cơ và khoang tài
• Được làm bằng vật liệu chống cháy
• Ngăn chặn những can thiệp vào khoang động cơ khi xe chuyển động
• Ngăn chặn sức nóng, khói xe cũng như những rủi ro từ khoang động cơ để bảo vệ tài xế
Hình 2.10: Bố trí vách ngăn 2.1.8.Hệ thống phanh
• Hệ thống phanh độc lập
Hình 2.11: Thử phanh với độ dốc 20%
Nguyên lý làm việc động cơ xăng bốn kỳ
Khi động cơ hoạt động, trục khuỷu quay theo chiều mũi tên, trong khi piston chuyển động tịnh tiến trong xylanh thông qua kết nối với trục khuỷu qua thanh truyền.
Động cơ xăng bốn kỳ hoạt động qua bốn hành trình: nạp, nén, cháy-giãn nở và thải, mỗi chu trình tạo ra một lần sinh công trong hành trình cháy-giãn nở Piston phải di chuyển lên xuống bốn lần, tương ứng với hai vòng quay của trục khuỷu từ 0° đến 720° Mỗi lần piston di chuyển từ ĐCD lên ĐCT hoặc ngược lại được gọi là một kỳ, tạo nên chu kỳ làm việc của động cơ.
1.Trục khuỷu 2.Xilanh 3.Piston 4.Ống nạp
5.Bộ chế hòa khí 6.Xupap nạp 7.Bugi 8.Xupap thải
Trong hành trình nạp của động cơ xăng 4 kỳ, khi trục khuỷu quay, piston di chuyển từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới (ĐCD), khiến xupáp nạp mở và xupáp thải đóng Điều này làm giảm áp suất trong xylanh, dẫn đến việc hòa khí từ bộ chế hòa khí được hút vào xylanh qua ống nạp.
Trên đồ thị công, mối quan hệ giữa áp suất và thể tích làm việc của xylanh được thể hiện qua các vị trí khác nhau của piston Hành trình nạp được minh họa bằng đường ra (r-a).
Trong quá trình nạp, xupáp nạp thường được mở sớm trước khi piston đạt đến điểm chết trên (được ký hiệu là d1), nhằm đảm bảo rằng khi piston đến vị trí ĐCT (thời điểm bắt đầu nạp), xupáp đã sẵn sàng để thực hiện chức năng nạp khí.
Góc mở sớm của xupáp nạp, được xác định bởi góc ứng 1 với đoạn d1r, giúp mở rộng tiết diện lưu thông, đảm bảo lượng hòa khí vào xylanh nhiều hơn.
Trong động cơ xăng 4 kỳ, xupáp nạp được đóng muộn hơn một chút so với vị trí piston ở ĐCD (điểm d2) để tận dụng độ chân không còn lại trong xylanh và lực quán tính của dòng khí nạp, từ đó tăng thêm lượng hoà khí vào xylanh trong giai đoạn nạp thêm Góc ứng 2 với đoạn ad2 được gọi là góc đóng muộn của xupáp nạp, dẫn đến quá trình nạp không kết thúc tại ĐCD mà kéo dài sang cả hành trình nén Tuy nhiên, ở một số chế độ tốc độ thấp, do quán tính của dòng khí nạp nhỏ (pd2>p0), một phần môi chất đã nạp vào xylanh có thể bị thoát ra ngoài trong giai đoạn góc đóng muộn của xupáp nạp, hiện tượng này được gọi là "hiện tượng thoái lui".
Vì vậy, góc quay trục khuỷu tương ứng của quá trình nạp là (1 +180 + 2) lớn hơn góc trong hành trình nạp 180 0
Cuối quá trình nạp, áp suất và nhiệt độ của hoà khí trong xylanh là: pa = 0,8 0,9 kG/cm 2
Hành trình nén: trong hành trình này (hình 2.12), xupáp nạp và xupáp thải đều đóng
Piston dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT, hoà khí trong xylanh bị nén, áp suất và nhiệt độ của nó tăng lên
Quá trình nén trong động cơ chỉ thực sự bắt đầu khi các xupáp nạp và thải đóng kín hoàn toàn, cách ly hoà khí trong xylanh với môi trường bên ngoài Vì vậy, thời gian thực tế của quá trình nén (1800 - α2) sẽ nhỏ hơn thời gian hành trình nén lý thuyết (1800).
Cuối hành trình nén của bu-gi 7 trong hệ thống đánh lửa phóng tia lửa điện, hoà khí được đốt cháy Góc tương ứng với đoạn cc’ hay góc s được gọi là góc đánh lửa sớm của động cơ.
Cuối hành trình nén, áp suất và nhiệt độ của hoà khí trong xylanh là: pc = 11,0 15,0 kG/cm 2 ; Tc = 500 7000 o K
Trong hành trình cháy giãn nở sinh công, xupáp nạp và thải đóng, khiến hòa khí được bugi đốt cháy ngay khi piston đến ĐCT Điều này làm tăng tốc độ cháy và áp suất khí cháy trong xylanh lên rất cao, được thể hiện qua đường c’z trên đồ thị công Sau quá trình cháy, khí cháy giãn nở (đường zb) đẩy piston từ ĐCT xuống ĐCD, tạo ra công Áp suất và nhiệt độ cao nhất của khí cháy trong xylanh đạt khoảng pz = 40 70 kG/cm² và Tz = 2300 28000 K.
Trong hành trình thải, xupáp nạp vẫn đóng trong khi xupáp thải mở, cho phép piston di chuyển từ ĐCD lên ĐCT, đẩy khí đã cháy qua ống thải ra ngoài.
Trước khi kết thúc quá trình cháy – giãn nở sinh công, xupáp thải được mở sớm một chút trước khi piston đến ĐCD (điểm b’) để giảm áp suất trong xylanh, từ đó giảm công tiêu hao khi đẩy khí ra ngoài Việc giảm áp suất cũng giúp giảm lượng sản phẩm cháy còn lại trong xylanh, làm giảm công trong quá trình thải chính và giảm lượng khí sót, đồng thời tăng lượng hoà khí nạp vào xylanh Góc tương ứng với đoạn b’b hay góc 3 được gọi là góc mở sớm của xupáp thải.
Để đảm bảo khí cháy được thải sạch khỏi xylanh, xupáp thải được đóng muộn hơn một chút so với thời điểm piston đạt đến ĐCT (điểm r’) Góc tương ứng với đoạn rr’ được gọi là góc đóng muộn của xupáp thải, ký hiệu là góc 4.
Do xupáp thải mở sớm và đóng muộn, góc quay trục khuỷu cho quá trình thải (3 +180 + 4) lớn hơn góc của hành trình thải (180) Áp suất và nhiệt độ của khí thải dao động trong khoảng pr = 1,0 1,20 kG/cm² và Tr = 900 1200 °K.
Trên đồ thị, đoạn d1r thể hiện thời kỳ trùng điệp giữa xupáp nạp và xupáp thải, tức là khoảng thời gian mà cả hai xupáp đều mở Góc tương ứng với đoạn d1r’ được gọi là góc trùng điệp của hai xupáp, được tính bằng tổng hai góc (α1 + α4) như minh họa trong hình 2.14.
Sau khi hành trình thải kết thúc, thì động cơ xăng 4 kỳ một xylanh đã hoàn thành một chu kỳ làm việc và chuyển sang chu trình tiếp theo
Bảng 2.2: Thông số động cơ Honda Wave S 110cc
Dung tích xilanh * hành trình piston 50,0 * 55,6 mm
Truyền động xupap Hai xupap truyền động xích đơn SOHC
Xupap hút: mở khi nâng 1 mm Đóng khi nâng 1 mm
30 0 sau điểm chết dưới Xupap xả: mở khi nâng 1 mm Đóng khi nâng 1 mm
Hệ thống bôi trơn Bôi trơn cưỡng bức cacte dưới
Kiểu bơm dầu Bơm bánh răng
Hệ thống làm mát Làm mát bằng không khí
Lọc gió Lọc giấy nhờn
Loại trục cơ Loại lắp ráp Động cơ khô 22,6kg
Bố trí xilanh Xilanh đơn nghiêng 80 0 phương thẳng đứng
Hệ thống phun xăng điện tử PGM – FI trên xe Honda hiện nay
2.3.1 Mô tả hệ thống phun xăng điện tử (PGM – FI)
Hệ thống phun xăng điện tử (PGM-FI) được chia thành ba nhóm chính: cảm biến, ECM động cơ và cơ cấu chấp hành Các cảm biến cung cấp tín hiệu vào cho hệ thống, trong khi ECM động cơ hoạt động như bộ xử lý trung tâm, và các cơ cấu chấp hành nhận tín hiệu ra để điều khiển quá trình phun xăng.
Các cảm biến và cơ cấu chấp hành tạo nền tảng cho hệ thống phun xăng điện tử, sự điều khiển đó được mô tả như sau:
ECM thu nhận tín hiệu từ các cảm biến gắn trên động cơ để xác định chế độ hoạt động của nó Tiếp theo, ECM gửi tín hiệu điện áp để điều khiển các cơ cấu chấp hành và nhận phản hồi từ các cơ cấu này.
Nguyên lý điều khiển chung của hệ thống
Hình 2.18: Nguyên lý điều khiển chung
2.3.2 Cấu tạo và sơ đồ hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử
❖ Vị trí các bộ phận hệ thống phun xăng điện tử
Hình 2.20: Vị trí các bộ phận của hệ thống PGM-FI xe Future Neo FI
Hình 2.21: Bộ cảm biến và thân bướm ga (Future Neo FI)
Hình 2.22: Vị trí các bộ phận hệ thống PGM – FI (Air Blade) 2.3.3.Sơ đồ hệ thống và sơ đồ mạch điện
Bảng 2.3: Bảng chú thích các bộ phận trên sơ đồ mạch PGM – FI (Future Neo FI)
(8)Đèn báo vị trí số Neutral
(10)Đầu nối dữ liệu (DLC)
(12)Cuộn đánh lửa (13)Cảm biến nhiệt độ khí nạp (IAT) (14)Cảm biến vị trí bướm ga (TP) (15)Cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP) (16)Kim phun
(17)Bugi (18)Công tắc vị trí số (19)Cuộn phát xung (20)Cảm biến nhiệt độ dầu động cơ (21)Cuộn sạc
Hình 2.23: Sơ đồ hệ thống PGM – FI (Future Neo FI)
Hình 2.24: Sơ đồ mạch điện Future Neo FI
Hình 2.25: Sơ đồ mạch điện Air Blade
Đặc trưng kỹ thuật
2.4.1 So sánh giữa bộ chế hòa khí và hệ thống PGM – FI
➢ Sự vận hành cơ bản từ tốc độ cầm chừng đến tốc độ cao
• Sự vận hành cơ bản
Bộ chế hòa khí và hệ thống PGM-FI điều chỉnh công suất động cơ bằng cách kiểm soát tỉ lệ hỗn hợp xăng và không khí thông qua việc đóng/mở bướm ga Cả hai hệ thống đều được thiết kế để cung cấp tỉ lệ không khí-nhiên liệu phù hợp với thể tích không khí vào động cơ.
Bộ chế hòa khí hoạt động bằng cách mở bướm ga một khoảng nhỏ ở tốc độ cầm chừng và thấp, cho phép nhiên liệu được hút từ gic lơ cầm chừng và gic lơ tốc độ thấp dưới dạng sương Nhiên liệu này sau đó được hòa trộn với dòng khí đi vào và đưa đến động cơ.
Trong dải tốc độ thấp đến trung bình, độ chân không tăng theo vị trí bướm ga Khi piston di chuyển lên, chân không trong ống khuếch tán tăng, dẫn đến việc hút nhiều nhiên liệu hơn từ gic lơ chính để kết hợp với không khí Hỗn hợp nhiên liệu dạng sương từ gic lơ chính và gic lơ tốc độ thấp được đưa vào động cơ.
Hình 2.26: Sự vận hành của bộ chế hòa khí
Khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao với piston chân không và bướm ga hoàn toàn mở, kích thước ống khuếch tán đạt mức tối đa Điều này cho phép lượng nhiên liệu lớn nhất được hút xuống từ gic lơ chính dưới dạng sương, kết hợp với không khí nạp, trước khi được đưa vào bên trong động cơ.
• Sự vận hành cơ bản của hệ thống PGM – FI
Từ tốc độ thấp đến tốc độ cao, nhiên liệu được phun ra từ kim phun theo tỷ lệ tương ứng với lượng không khí nạp Kim phun được điều khiển bởi ECM, mà nhận tín hiệu điện áp từ các cảm biến.
Kim phun điều chỉnh lượng nhiên liệu chính xác vào ống góp nạp dựa trên thể tích không khí nạp, thông qua việc thêm vào khoảng thời gian phun chính xác so với khoảng thời gian phun cơ bản.
Khoảng thời gian phun nhiên liệu được xác định bởi hai loại bản đồ lưu trong bộ nhớ ECM, dựa trên số vòng quay động cơ và lượng khí nạp Lượng khí nạp được tính theo công thức cài đặt trước, sử dụng hiệu điện thế đầu ra từ các cảm biến MAP, IAT và TP.
Thời gian phun nhiên liệu chính xác được xác định bởi ECM dựa trên hiệu điện thế đầu ra của từng cảm biến và các điều kiện vận hành của động cơ.
Hình 2.27: Sự vận hành của hệ thống PGM-FI
Sự làm giàu nhiên liệu trong chế độ khởi động lạnh ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ Khi động cơ khởi động trong điều kiện lạnh, nhiên liệu không bay hơi tốt, dẫn đến tỷ lệ không khí-nhiên liệu nghèo Điều này gây ra hiện tượng cầm chừng không êm, ảnh hưởng đến hoạt động của xe.
• Khởi động lạnh với bộ chế hòa khí (Với van nhiệt SE)
Khi động cơ lạnh, van nhiệt SE đảm bảo tỉ lệ không khí/nhiên liệu chính xác và duy trì tốc độ càm chừng nhanh, bằng cách đưa thêm không khí/nhiên liệu qua cổng khởi động, bổ sung cho lượng nhiên liệu được phun ra từ gic lơ cầm chừng.
Hình 2.28: Sơ đồ khởi động lạnh với bộ chế hòa khí
• Khởi động lạnh với PGM-FI
Khi động cơ lạnh, ECM điều chỉnh lượng nhiên liệu bằng cách kéo dài thời gian mở kim phun dựa trên tín hiệu điện áp từ cảm biến ECT Đồng thời, ECM cũng điều khiển van IACV để cung cấp thêm không khí, giúp duy trì tốc độ cầm chừng ổn định và nhanh chóng.
Hình 2.29: Sơ đồ khởi động lạnh với PGM-FI
Khi động cơ vận hành ở chế độ tăng tốc nhanh, việc mở bướm ga đột ngột dẫn đến lượng lớn khí nạp vào động cơ Điều này làm giảm áp suất chân không trong ống nạp, gây ra tình trạng thiếu nhiên liệu và tỷ lệ không khí - nhiên liệu trở nên nghèo nàn, từ đó làm giảm công suất của động cơ.
• Tăng tốc nhanh với bộ chế hòa khí
Khi bướm ga mở đột ngột, chân không trong xylanh phản ứng chậm, dẫn đến chân không trong ống khuếch tán lớn, khiến nhiều nhiên liệu bị hút ra từ gic lơ chính Sự gia tăng nhiên liệu này tạo ra tỉ lệ không khí – nhiên liệu lý tưởng.
Hình 2.30: Sơ đồ tăng tốc nhanh với bộ chế hòa khí
• Tăng tốc nhanh với PGM-FI
Khi bướm ga mở đột ngột, ECM sẽ điều chỉnh lượng nhiên liệu dựa trên điện áp từ cảm biến TP, phù hợp với điều kiện hoạt động của động cơ Điều này dẫn đến việc kim phun mở lâu hơn, giúp phun nhiều nhiên liệu hơn vào xylanh, từ đó tạo ra tỉ lệ lý tưởng cho quá trình đốt cháy.
Hình 2.31: Sơ đồ tăng tốc nhanh với PGM-FI
Khi sử dụng phanh bằng động cơ, nhiên liệu sẽ được cắt giảm Trong điều kiện này, khi bướm ga đóng, động cơ không nhận đủ không khí nạp, dẫn đến hiện tượng mất lửa và thải ra hỗn hợp không cháy ra ngoài.
• Giảm tốc với bộ chế hòa khí
GIỚI THIỆU CÁC MODULE VÀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
Giao thức Zigbee
ZigBee là một giao thức mạng không dây dựa trên tiêu chuẩn 802.15.4 của IEEE, sử dụng tín hiệu radio tần số ngắn với cấu trúc gồm hai tầng: tầng vật lý và tầng MAC Công nghệ ZigBee cho phép các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau kết nối và hoạt động trong một hệ thống bảo mật nhờ vào khả năng thiết lập các tầng khác nhau Các mạng ad-hoc sử dụng sóng radio tương tự ZigBee đã được phát triển từ cuối những năm 1990, nhưng tiêu chuẩn ZigBee chỉ chính thức ra đời vào năm 2004 qua sự phê duyệt của Zigbee Alliance Với khả năng điều khiển từ xa không dây, truyền dữ liệu ổn định và tiêu thụ năng lượng cực thấp, ZigBee trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng, đặc biệt trong lĩnh vực nhà thông minh Tên gọi ZigBee được lấy cảm hứng từ cách truyền thông tin của loài ong mật, với kiểu giao tiếp “Zig-Zag”.
3.1.2 Chuẩn truyền thông không dây IEEE 802.15.4:
IEEE (Viện Kỹ sư Điện và Điện tử) là tổ chức phi lợi nhuận tập trung vào nghiên cứu và phát triển công nghệ điện và điện tử Nhóm 802 của tổ chức này chuyên nghiên cứu về công nghệ mạng, với bộ phận 802.15 dành riêng cho các chuẩn mạng không dây Tiêu chuẩn IEEE 802.15.4 quy định việc truyền thông qua sóng radio trong khoảng cách từ 10 đến 100 mét và hoạt động trên ba dải tần số chính.
- Dải 868 – 868.8 MHZ (Châu Âu): chỉ một kênh tín hiệu, trong dải này tốc độ truyền là 20kb/s
- Dải 902 – 928 MHZ (Mỹ, Canada, Úc): có 10 kênh tín hiệu từ 1-10 với tốc độ truyền thường là 40kb/s.v
- Dải 2.4-2.4835 GHZ (hầu hết các nước khác trên thế giới): 16 kênh tín hiệu từ 11-26 với tốc độ truyền 250 kb/s
Các tiêu chuẩn công nghệ sẽ hoạt động toàn cầu trên các dải tần sóng khác nhau, với công nghệ trải phổ rộng (DSSS) được áp dụng Modun ở dải 868 và 915MHz sử dụng kỹ thuật điều chế pha nhị phân, trong khi dải 2.4GHz áp dụng kỹ thuật điều chế tín hiệu số có dịch pha (O-QPSK).
Hệ thống có khả năng hoạt động liên tục trong môi trường dữ liệu dày đặc và khu vực có nhiều nhiễu nhờ vào việc đánh giá chất lượng, phát hiện năng lượng tiếp nhận và đánh giá kênh rõ ràng Công nghệ đa truy cập nhận biết sóng mang CSMA (Carrier Sense Multiple Access) được áp dụng để xác định thời điểm truyền và ngăn chặn va chạm trong đường truyền.
3.1.3 Các phiên bản của Zigbee:
- ZigBee 2004: Đây là phiên bản đầu tiên của ZigBee – được gọi là ZigBee 1.0, ra đời vào tháng 6/2005
- ZigBee 2006: Phiên bản này giới thiệu khái niệm chùm, được ra đời vào tháng 9/2006
- ZigBee 2007: Phiên bản tiếp theo ra đời tháng 10/2007 và có 2 loại hình dạng khác nhau
- ZigBee PRO: Phiên bản này là 1 phiên bản của năm 2007 nhưng được nâng cấp lên để cài đặt nhanh hơn và tăng tính bảo mật cho hệ thống
- RF4CE: Là dạng tần sóng vô tuyến cho các thiết bị điện tử có ứng dụng âm thanh nghe nhìn, ra đời năm 2009
Tín hiệu công nghệ ZigBee có khả năng truyền xa đến 75m từ trạm phát, và khoảng cách này có thể được mở rộng hơn nữa khi sử dụng các nút liên kết tiếp theo trong hệ thống Dữ liệu được truyền dưới dạng gói, với kích thước tối đa là 128 bytes, cho phép tải xuống tối đa hiệu quả.
104 bytes Tiêu chuẩn này hỗ trợ địa chỉ 64bit cũng như địa chỉ ngắn 16bit Loại địa chỉ
Địa chỉ IP 64bit chỉ cho phép mỗi thiết bị có một địa chỉ duy nhất, trong khi đó, mạng được thiết lập có thể sử dụng các địa chỉ ngắn, cho phép kết nối hơn 65.000 nút.
3.1.5 Cấu trúc của giao thức Zigbee:
Ngoài 2 tầng vật lý và tầng MAC xác định bởi tiêu chuẩn IEEE 802.15.4 ở, tiêu chuẩn ZigBee còn có thêm các tầng trên của hệ thống bao gồm: tầng mạng, tầng hỗ trợ ứng dụng, tầng đối tượng thiết bị và các đối tượng ứng dụng
Tầng vật lý chịu trách nhiệm điều biến và hoàn thiện tín hiệu, đồng thời gói tín hiệu vào không gian, đảm bảo việc truyền tín hiệu mạnh mẽ trong môi trường nhiễu.
Tầng MAC (Medium Access Control) là công nghệ đa truy cập sử dụng phương pháp CSMA để xác định hình dạng đường truyền, nhằm tránh va chạm và xác định cấu trúc mạng, từ đó giúp hệ thống trở nên mạnh mẽ và ổn định hơn.
Tầng mạng (NWK) của ZigBee là một thành phần phức tạp, chịu trách nhiệm tìm kiếm và kết nối mạng, đồng thời mở rộng từ chuẩn 802.15.4 thành dạng lưới Tầng này xác định đường truyền lên ZigBee và sử dụng địa chỉ ZigBee thay vì địa chỉ MAC của tầng bên dưới.
Tầng hỗ trợ ứng dụng (APS) là thành phần kết nối với tầng mạng, chịu trách nhiệm cài đặt các ứng dụng cần thiết cho ZigBee Tầng này cũng giúp lọc các gói dữ liệu trùng lặp từ tầng mạng, đảm bảo hiệu suất truyền tải thông tin.
Tầng đối tượng thiết bị (ZDO) đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý thiết bị, định hình tầng hỗ trợ ứng dụng và tầng mạng Nó cho phép thiết bị thực hiện các chức năng tìm kiếm, quản lý yêu cầu và xác định trạng thái của chính nó.
Tầng các đối tượng ứng dụng người dùng (APO) là nơi người dùng tương tác trực tiếp với thiết bị, cho phép họ tùy biến và thêm ứng dụng vào hệ thống.
Hình 3.1: Cấu trúc của zigbee
Một mạng Zigbee gồm có 3 loại thiết bị:
ZC (Zigbee Coordinator) là thiết bị chính trong mạng Zigbee, có vai trò quyết định cấu trúc mạng, quy định cách thức phân bổ địa chỉ và lưu trữ bảng địa chỉ Mỗi mạng Zigbee chỉ có một Zigbee Coordinator duy nhất.
ZC (Zigbee Coordinator) và nó cũng là thành phần duy nhất có thể truyền thông với các mạng khác
ZR (Zigbee Router) có vai trò quan trọng trong việc định tuyến dữ liệu, phát hiện và lập bảng đồ các nút xung quanh Nó cũng thực hiện các chức năng theo dõi, điều khiển và thu thập dữ liệu tương tự như các nút bình thường Thông thường, các ZR hoạt động ở chế độ chủ động (active mode) để duy trì giao tiếp với các thành phần khác trong mạng.
Mạch nguồn cho TestBoard
Mạch có chức năng dùng để cấp nguồn cho test board kích thước chuẩn như MB-
Bo mạch MB-102 Mini có 2 cổng đầu ra 5V và 3.3V, đi kèm với các header mở rộng để cấp nguồn từ phía trên Nó được trang bị công tắc để chọn nguồn 5V hoặc 3.3V, và có thể cấp nguồn qua cổng USB hoặc Jack DC.
Hình 3.7: Mạch nguồn TestBoard 3.2.2 Thông số kỹ thuật:
-Điện áp cung cấp: 6,5 ~ 12V hoặc xài nguồn USB
-Có các Jumper để lựa chọn điện áp 3V và 5V cắm, kích thước module có thể cắm vừa trên Test Board
Bảng 3.1: Cách sử dụng mạch nguồn TestBoard
Mạch nguồn pin HC-06 pin DRF 1609H pin
Module RF Zigbee UART DRF 1609H
Module RF Zigbee UART DRF 1609H là phiên bản nâng cấp của DRF 1605H, sử dụng vi xử lý SoC Cortex M3 CC2630 từ Texas Instruments, mang lại tốc độ truyền nhận cao và khả năng hoạt động ổn định Bên cạnh đó, module này còn hỗ trợ các tính năng tiên tiến như định tuyến đa cấp và khả năng chuyển tiếp mạng lên đến 200 thiết bị.
Module RF Zigbee UART DRF 1609H, nhập khẩu chính hãng từ DTK, sở hữu chất lượng gia công tốt và kích thước nhỏ gọn Với chuẩn chân cắm 2.54mm, việc lắp đặt trở nên dễ dàng Mạch đi kèm phần mềm cấu hình, cho phép kết nối trực tiếp với máy tính thông qua mạch chuyển USB-UART hoặc đế chuyển USB, giúp người dùng dễ dàng cài đặt cấu hình.
Module RF Zigbee UART DRF 1609H có khả năng truyền xa lên đến 1.6Km trong điều kiện lý tưởng, rất phù hợp cho các ứng dụng truyền nhận dữ liệu qua mạng Zigbee như thu thập dữ liệu và IoT.
• IC trung tâm: SoC ARM Cortex M3 CC2630 chính hãng TI
• Điện áp sử dụng: 2.6~3.6V DC, thông thường 3.3V DC
• Dòng điện tiêu thụ: 25mA (tại 3.3V DC)
• Chuẩn truyền sóng Zigbee 2.4GHZ, có thể cấu hình thay đổi 2405MHZ – 2480MHZ, Step: 5MHZ
• Khoảng cách truyền nhận lý tưởng: 1.6Km
• Có thể cài đặt cấu hình hoạt động Coordinator hoặc Router
• Serial format: 8-N-1(default), có thể cài đặt 8-E-1, 8-O-1
• Tốc độ Baudrate: 38400bps(default), 9600bps, 19200 bps, 38400bps, 57600bps, 115200bps
• Nhiệt độ hoạt động: -40~85 độ C
Hình 3.8: Thông số kỹ thuật Module RF Zigbee UART DRF 1609H
Khá đơn giản, chúng ta chỉ cần cấp nguồn vào 2 chân 1 và 2 tương ứng
Và truyền nhận tín hiệu thông qua 2 chân 5 và 6 nhận dữ liệu từ DRF 1609H thông qua chân 5 (TX) truyền dữ liệu đến DRF 1609H thông qua chân 6 (RX)
Bảng 3.2: Cách sử dụng Module RF Zigbee UART DRF 1609H
DRF 1609H pin HC-06 pin Mạch nguồn pin
Module HC-06
Module Bluetooth HC 06 kết nối vi điều khiển Arduino với các thiết bị ngoại vi như smartphone, laptop và USB Bluetooth Nó sử dụng giao tiếp Bluetooth để gửi và nhận tín hiệu 2 chiều một cách hiệu quả.
Module này sử dụng thiết bị ngoại vi để dò tín hiệu kết nối Bluetooth mà HC-06 phát ra Sau khi kết nối thành công, người dùng có thể gửi tín hiệu từ vi điều khiển đến các thiết bị ngoại vi hoặc nhận tín hiệu ngược lại.
Hình 3.9: Module HC-06 3.4.2 Thông số kỹ thuật
• Sử dụng chip CSR Bluetooth V2.0
• Hoạt động ở mức điện áp: 3.1 - 4.2V
• Dòng điện khi hoạt động: khi ghép đôi là từ 30 - 40mA, sau khi ghép đôi hoạt động truyền nhận bình thường là 8mA
• Dải tần số hoạt động: 2.4GHz
• Tốc độ truyền dữ liệu : 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200
• Kích thước nhỏ gọn: 27 x 13 x 2 mm
• Nhiệt độ lưu trữ : -40ºC - 85ºC, nhiệt độ hoạt động -25ºC - 75ºC
• Giao tiếp : Bluetooth Serial Port
• Thiết lập mặc định: Baud rate: 9600, N, 8, 1; Pairing code 1234
Module HC 06 có 4 chân, chúng ta sẽ kết nối với Module DRF 1609H như sau:
Và truyền nhận tín hiệu giữa Module HC 06 và Module DRF 1609H thông qua 2 chân Tx và RX:
Bảng 3.3: Cách sử dụng Module HC-06
HC-06 pin DRF 1609H pin Mạch nguồn pin
Mạch chuyển USB UART CP 2102
Mạch chuyển USB UART CP2102, sử dụng chip CP2102 của SILICON LABS, cho phép chuyển đổi giao tiếp từ USB sang UART TTL và ngược lại Thiết bị này tương thích với tất cả các hệ điều hành như Windows, Mac, Linux, và Android, mang lại sự tiện lợi trong việc sử dụng và giao tiếp Nó hỗ trợ nhiều tốc độ truyền, bao gồm 300, 600.
56000, 57600, 64000, 76800, 115200 , 128.000, 153.600, 230.400 , 250.000, 256.000, 460.800, 500.000, 576.000, 921.600 và các loại tốc độ khác CP2102 không sử dụng thạch anh ngoài như các chip PL2303 Module có sẵn ngõ ra điện áp 3.3V Trên mạch có
Bảng điều khiển có 6 cổng đầu ra bao gồm 3.3V, DTR, 5V, Tx, Rx và Gnd Chân DTR được thiết kế để reset vi điều khiển trong quá trình nạp, tương thích với Arduino Promini Khi kết nối với máy tính, LED nguồn sẽ sáng, cùng với LED báo hiệu Tx/Rx, cho biết trạng thái nhận và gửi dữ liệu của module.
• TXD: chân truyền dữ liệu UART, dùng kết nối đến chân Rx của các module khác, không kết nối trực tiếp đến mức của RS232
• RXD: chân nhận dữ liệu UART, dùng kết nối đến chân Tx của các module khác, không kết nối trực tiếp đến mức của RS232
• GND: chân mass hoặc nối đất
• 5V: nguồn điện áp dương (tối đa 500mA)
• DTR: Chân reset để nạp cho vi điều khiển
Hình 3.10: Mạch chuyển USB UART CP2102