MỤC LỤC
MỤC LỤC...........................................................................................................................................................................................i
LỜI NÓI ĐẦU.....................................................................................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE ZIL-130.................................................................................3
1.1. Giới thiệu chung về xe ZIL-130...................................................................................................................................................3
1.1.1. Động cơ....................................................................................................................................................................................4
1.1.2. Hệ thống làm mát động cơ.......................................................................................................................................................4
1.1.3. Hệ thống truyền lực..................................................................................................................................................................4
1.1.4. Hệ thống lái .............................................................................................................................................................................5
1.1.5. Hệ thống phanh........................................................................................................................................................................5
1.1.6. Hệ thống treo............................................................................................................................................................................5
1.1.7. Phần vận hành.........................................................................................................................................................................5
1.1.8. Bố trí lốp dự phòng...................................................................................................................................................................5
1.1.9. Đặc tính kỹ thuật xe ZIL-130....................................................................................................................................................5
1.2. Phân tích kết cấu hệ thống phanh ZIL-130.................................................................................................................................8
1.2.1. Máy nén khí..............................................................................................................................................................................9
1.2.2. Bộ điều chỉnh áp suất..............................................................................................................................................................11
1.2.3. Tổng van phanh......................................................................................................................................................................12
1.2.4. Van an toàn.............................................................................................................................................................................13
1.2.5. Bầu phanh...............................................................................................................................................................................14
1.2.6. Cơ cấu phanh..........................................................................................................................................................................16
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN TOÀN VẬN HÀNH TRÊN XE ZIL-130..........................................................................19
2.1. Đặt vấn đề...................................................................................................................................................................................19
2.2. Xây dựng sơ đồ thuật toán hệ thống an toàn vận hành trên xe ZIL-130....................................................................................20
2.2.1. Sơ đồ thuật toán an toàn phanh chính.....................................................................................................................................20
2.2.2. Sơ đồ thuật toán an toàn phanh tay.........................................................................................................................................21
2.2.3. Sơ đồ thuật toán an toàn hệ thống làm mát động cơ..............................................................................................................22
2.2.4. Sơ đồ thuật toán của hệ thống an toàn vận hành trên xe ZIL-130..........................................................................................23
2.3. Giới thiệu về hệ thống an toàn vận hành trên xe ZIL-130..........................................................................................................22
2.3.1. Phần tín hiệu đầu vào..............................................................................................................................................................22
2.3.2. Phần xử lý................................................................................................................................................................................22
2.3.3. Phần hiển thị, thông báo..........................................................................................................................................................23
2.4. Thông số kỹ thuật các linh kiện sử dụng.....................................................................................................................................23
2.4.1. Arduino Uno R3 SMD...............................................................................................................................................................23
2.4.2. Màn hình LCD1602 Module......................................................................................................................................................27
2.4.3. Mạch chuyển tín hiệu dòng áp HW-685...................................................................................................................................31
2.4.4. Cảm biến áp suất D2415G210.................................................................................................................................................33
2.4.5. Cảm biến nhiệt độ LM35..........................................................................................................................................................34
2.4.6. Mạch hạ áp 3A LM2596HTC....................................................................................................................................................37
2.4.7. Công tắc hành trình ME-8169..................................................................................................................................................38
2.4.8. Module còi Buzzer 5V...............................................................................................................................................................40
2.4.9. Đèn báo led RGB.....................................................................................................................................................................40
2.4.10. Công tắc bập bênh KCD1-11..................................................................................................................................................42
2.4.11. Nút ấn nhả R13-507................................................................................................................................................................42
2.5. Quá trình xây dựng hệ thống an toàn vận hành trên xe ZIL-130.................................................................................................43
2.5.1. Chương trình điều khiển...........................................................................................................................................................43
2.5.2. Xây dựng phần cứng................................................................................................................................................................44
2.5.3. Các bước xây dựng thiết bị của hệ thống an toàn vận hành trên xe ZIL-130...........................................................................46
CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG AN TOÀN VẬN HÀNH TRÊN XE ZIL-130......52
3.1. Thử nghiệm hệ thống an toàn vận hành trên xe ZIL-130.............................................................................................................52
3.1.1. Điều kiện thử nghiệm...............................................................................................................................................................52
3.1.2. Tiến hành thử nghiệm...............................................................................................................................................................53
3.2. Kết quả và đánh giá kết quả thử nghiệm hệ thống an toàn vận hành trên xe ZIL-130 ...............................................................57
3.2.1. Kết quả thử nghiệm...................................................................................................................................................................57
3.2.2. Đánh giá kết quả thử nghiệm....................................................................................................................................................60
KẾT LUẬN..........................................................................................................................................................................................61
PHỤ LỤC............................................................................................................................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................................................................................64
LỜI NÓI ĐẦU
Trong thời đại khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, các tiến bộ khoa học kỹ thuật đã được ngành công nghiệp ôtô áp dụng đưa vào trong các sản phẩm của mình nhằm đáp ứng cao nhất những yêu cầu, đòi hỏi chất lượng ngày càng cao của xã hội. Trong khi đó hạ tầng giao thông của ta còn yếu kém không theo kịp sự bùng nổ của các phương tiện giao thông đường bộ. Điều này đặt ra vấn đề cấp thiết hàng đầu về việc quản lý, sử dụng xe và an toàn giao thông trên đường.
Theo số liệu thống kê sơ bộ của các nước, tai nạn giao thông do hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn nhất so với các lỗi kỹ thuật, chiếm khoảng 52 -74%. Ở nước ta bình quân mỗi năm có trên 20.000 vụ tai nạn giao thông làm chết hơn 10.000 người và hàng chục nghìn người bị thương. Bởi vậy các nhà thiết kế liên tục đẩy mạnh hoạt động nghiên cứu và phát triển để cải tiến, hoàn thiện hệ thống phanh. Tất cả đều hướng tới mục tiêu tăng hiệu quả phanh, tính ổn định hướng khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc của hệ thống, đảm bảo an toàn và tăng hiệu quả khai thác phương tiện.
Trong Quân đội đang sử dụng nhiều loại phương tiện vận tải có hệ thống phanh khí nén hoặc thủy khí như : ZIL-130, ZIL-131, URAL-375D,... Đây là những dòng xe cũ được Liên Xô sản xuất, mặt khác vì kinh phí có hạn nên việc thay mới hoàn toàn các trang bị trên là không thể. Trong Quân đội vẫn sử dụng nhiều xe ZIL-130 với hệ thống dẫn động điều khiển hệ thống phanh là khí nén có độ tin cậy thấp, ngoài ra do xe được nghiên cứu sản xuất ở Nga có khí hậu hàn đới nên khi hoạt động ở Viêt Nam khí hậu nóng ẩm làm cho hệ thống làm mát động cơ thường xuyên hoạt động ở trạng thái khó khăn. Nghiên cứu xây dựng hệ thống an toàn vận hành trên xe ZIL-130, nhằm giải quyết các vấn đề sau:
- Hiển thị áp xuất trong bình khí nén và cảnh báo khi áp xuất không đạt yêu cầu cho người lái.
- Hiển thị nhiệt độ nước làm mát động cơ và cảnh báo khi nhiệt độ nằm ngoài mức ổn định.
- Thông báo cho người lái vị trí của phanh tay và cảnh báo khi vận hành
- Vì vậy đồ án tốt nghiệp: “ Xây dựng hệ thống an toàn vận hành trên xe ZIL-130 ” là cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn cao.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn: Thạc sĩ………….. cùng các thầy giáo trong Bộ môn Nguyên lý kết cấu - Khoa Ô tô đã tận tình giúp đỡ trong quá trình thực hiện Đồ án tốt nghiệp. Mặc dù đã rất nỗ lực nhưng chắc chắn đồ án sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót do hạn chế về mặt kiến thức và thời gian. Vì vậy, em rất kính mong được sự chỉ bảo của các thầy giáo, sự góp ý của đồng chí đồng đội để đồ án được hoàn thiện hơn.
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20…
Học viên thực hiện
………..……
CHƯƠNG 1
PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE ZIL-130
1.1. Giới thiệu chung về xe ZIL-130
Xe ZIL-130 do nhà máy chế tạo ô tô ZIS (sau đổi tên thành ZIL) sản xuất từ thập niên 50 của thế kỷ XX. Xe được đưa vào Việt Nam sử dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong lĩnh vực quân sự. Đây là loại xe vận tải một cầu chủ động công thức bánh xe 4x2 có tính năng cơ động cao, hoạt động tốt trên tất cả các loại địa hình. Xe có thể hoạt động tốt trong điều kiện khí hậu khác nhau, cụ thể hoạt động hiệu quả trong môi trường có nhiệt độ xung quanh trong phạm vi từ -40oC đến +50oC.
Hình dáng bên ngoài của xe ZIL-130 được biểu diễn trên hình 1.1:
1.1.1. Động cơ
- Xe ZIL-130 sử dụng động cơ xăng, 4 kỳ, 8 xilanh, bố trí hình chữ V, góc nhị diện bằng 90o, dung tích làm việc 5,969 lít, công suất lớn nhất 150 HP (tương đương 111,84 kW) ở số vòng quay 3200 v/ph, mômen xoắn lớn nhất 41 KGm (tương đương 402,21 Nm) ở số vòng quay 1800-2000 v/ph.
- Thứ tự làm việc của các xilanh là: 1-5-4-2-6-3-7-8.
1.1.3. Hệ thống truyền lực
- Ly hợp ma sát khô, một đĩa, lò xo ép bố trí xung quanh, dẫn động cơ khí.
- Hộp số chính là loại cơ khí, ba trục, năm cấp, có đồng tốc quán tính hoàn toàn ở các số II, III, IV và V. Tỉ số truyền ở các tay số là:
- i1=7,44; i2=4,1; i3=2,29; i4=1,47; i5=1,0; iL=7,09
- Trục các đăng: Kiểu hở, cấu tạo các đăng kiểu ống gồm có 3 trục, khớp chữ thập dùng ổ bi kim.
1.1.5. Hệ thống phanh
- Hệ thống phanh chính: Phanh dẫn động bằng khí nén một dòng, cơ cấu phanh kiểu tang trống với 2 guốc phanh cố định bằng 2 chốt tựa cùng phía được bố trí ở tất cả các bánh xe.
- Phanh tay: Tang trống, dẫn động cơ khí.
1.1.6. Hệ thống treo
- Treo trước: Nhíp dọc nửa elip, giảm chấn thủy lực tác dụng hai chiều.
- Treo cầu sau: : Nhíp dọc nửa elip + nhíp phụ.
1.1.7. Phần vận hành
- Khung: Khung dập tán, kiểu 2 dầm dọc, 6 dầm ngang.
- Thiết bị kéo: Phía trước có cơ cấu kéo cứng, phía sau có cơ cấu kéo – moóc tác dụng hai chiều.
1.1.9. Đặc tính kỹ thuật xe ZIL-130
Các kích thước cơ bản của xe ZIL-130 được thể hiện trên hình 1.2:
Một số thông số kỹ thuật cơ bản của xe ZIL-130 được chỉ ra trong bảng 1.1
1.2. Phân tích kết cấu hệ thống phanh ZIL-130
Xe ZIL-130 sử dụng phanh dẫn động khí nén một dòng có sơ đồ như hình 1.3:
1.2.1. Máy nén khí
Xe ZIL-130 sử dụng máy nén khí kép bao gồm hai pittong liên kết với trục khuỷu bằng thanh truyền. Vỏ máy nén được đúc bằng vật liệu gang phía trên có cụm van nạp. Máy nén được bôi trơn bằng dầu động cơ và có đường nước làm mát, ngoài ra có liên kết với van điều chỉnh áp suất để tránh quá tải cho máy nén khí. Đầu trục khuỷu máy nén được liên kết với một puly thép bằng mối ghép then, trục quay trơn trên hai ổ bi, nhận chuyển động từ trục khuỷu bằng dây đai để dẫn động tịnh tiến cho hai pittong của máy nén.
Thân của máy nén khí 7, khối xilanh 9 và nắp máy 21 được đúc từ gang xám. Mỗi piston 16 có 3 xec măng: 2 xec măng khí 14 và xec măng dầu 11. Piston 16 được nối với thanh truyền bằng chốt 13. Chốt này được hạn chế dọc trục bằng nắp hãm 12. Thanh truyền 10 lắp ghép với trục khuỷu 53 nhờ bạc 52 và các nắp rời 50. Trên nắp máy, phía trên hai xilanh có hai van nén 18. Van nén tỳ vào đế 17 nhờ lực lò xo 19. Phía bên mỗi buồng nén có các van nạp 26 tỳ vào đế tựa 27 bằng lò xo 25. Cơ cấu giảm tải gồm đũa đẩy 28, đòn ngang 41 và các con trượt 42.
1.2.2. Bộ điều chỉnh áp suất
Bộ điều chỉnh áp suất đặt trên khối xilanh của máy nén khí là một phần tử thuộc khối điều khiển trong dẫn động phanh, có tác dụng tự động giữ áp suất khí nén trong hệ thống nằm trong giới hạn đồng thời giảm tải cho máy nén khí. Áp suất này đảm bảo cho dòng khí nén từ các bình chứa đến các bầu phanh với tốc độ không đổi và lưu lượng trong một giây lớn nhất, đảm bảo được thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh ngắn nhất.
1.2.4. Van an toàn
Van an toàn được sử dụng trong hệ thống phanh là loại van có kết cấu bi lò xo, khi áp suất khí nén sẽ tạo lực đẩy viên bi tác dụng vào lò xo làm lò xo bị nén lại, khi áp suất đạt đến giá trị giới hạn viên bi sẽ bị hở ra khi đó khí nén sẽ thoát ra ngoài làm giảm áp suất trong hệ thống.
Hình 1.7 thể hiện cấu tạo của van an toàn, gồm có đế van 1, thân van 2 đều làm bằng vật lệu gang, van bi 3 bằng thép, lò xo van 4, đai ốc hãm 5, vít điều chỉnh 6 điều chỉnh lực ép lò xo cũng là điều chỉnh áp suất và thanh đẩy 7. Van an toàn được dùng để phòng ngừa cho hệ thống khí nén khỏi bị tăng áp suất quá lớn trong trường hợp bộ tự động điều chỉnh áp suất bị hư hỏng.
1.2.6. Cơ cấu phanh
Cơ cấu phanh là thiết bị trực tiếp tạo ra và thay đổi lực cản để phanh xe bằng cách tạo ra mômen phanh cần thiết và giữ ổn định về chất lượng phanh trong quá trình sử dụng. Hệ thống phanh sử dụng cơ cấu phanh loại ma sát. Lực cản được tạo ra nhờ ma sát thay đổi giữa phần quay (tang phanh) và phần không quay (guốc phanh). Phần quay được liên kết cứng với bánh xe ôtô.
Các hình 1.9 và 1.10 thể hiện kết cấu của cơ cấu phanh bánh xe cầu trước và cầu sau xe ZIL-130.
CHƯƠNG 2
XÂY DỰNG HỆ THỐNG AN TOÀN VẬN HÀNH TRÊN XE ZIL-130
2.1. Đặt vấn đề
Xe ZIL-130 là loại xe vận tải nhập từ liên xô cũ. Đây là loại xe có tính năng việt dã và thông qua cao. Hiện nay đang còn được biên chế trong QĐND Việt Nam.
Tuy nhiên trong quá trình vận hành các hệ thống xe ZIL-130 vẫn bộc lộ những nhược điểm đó là:
- Khi một vị trí nào đó của hệ thống phanh có sự cố (hở đường khí), khi xe mới nổ máy khí nén chưa cung cấp đủ để hệ thống phanh hoạt động an toàn thì hiệu quả phanh sẽ kém hoặc mất tác dụng. Tuy nhiên khi đang vận hành người lái ít khi tập trung vào bảng taplo nên không biết được sự cố thiếu khí nén, điều này rất nguy hiểm khi xe đang hoạt động trên địa hình đồi núi, lên xuống dốc, hoặc đang ở tốc độ cao.
- Đa số xe ZIL-130 đang còn biên chế trong quân đội ta được sản xuất từ rất lâu, qua nhiều năm hoạt động nên các hệ thống đồng hồ báo hiệu hoạt động với độ tin cậy thấp, không cung cấp được số liệu chính xác các thông số khi xe hoạt động cho người lái. Điều này gây nguy hiểm trong quá trình vận hành xe trên đường.
Những nhược điểm cho thấy các hệ thống phanh chính, phanh tay, làm mát có thể gây nguy hiểm đến quá trình hoạt động nếu không đạt yêu cầu sau :
Áp suất trong bình khí nén phải lớn hơn 4 ( KG/cm2 ).
Nhiệt độ nước làm mát động cơ ổn định ở khoảng 70 ÷ 85oC.
Khi xe chạy phanh tay được thả, khi dừng đỗ phanh tay được kéo.
Từ đó đặt ra yêu cầu xây dựng một hệ thống để cung cấp thông số và cảnh báo cho người sử dụng xe khi các thông số không đạt yêu cầu.
2.2. Xây dựng sơ đồ thuật toán hệ thống an toàn vận hành trên xe ZIL-130
2.2.1. Sơ đồ thuật toán an toàn phanh chính
Để giải quyết nhược điểm của hệ thống phanh chính, hệ thống cần sử dụng một cảm biến áp suất khí nén giúp chúng ta đo được giá trị áp suất ở trong bình khí nén của hệ thống phanh từ đó tính toán để đưa ra các cảnh báo khi thông số không đạt yêu cầu. Sau khi tham khảo các loại cảm biến ở trên thị trường, tác giả đã lựa chọn cảm biến D2415G210 được sử dụng rộng rãi trong môi trường công nghiệp. Cảm biến sẽ giúp đo đạc áp suất khí nén và gửi tín hiệu về với độ chính xác cao.
2.2.2. Sơ đồ thuật toán an toàn phanh tay
Đối với phanh tay chỉ cần biết trạng thái của nó đã được kéo hay chưa nhằm nhận biết được sự mất an toàn trong vận hành từ đó đưa ra các cảnh báo. Ở đây tác giả sử dụng công tắc hành trình ME-8169 250VAC 5A được dùng nhiều trong công nghiệp.
Sơ đồ thuật toán an toàn phanh tay như hình 2.2.
2.2.4. Sơ đồ thuật toán của hệ thống an toàn vận hành trên xe ZIL-130
Hệ thống an toàn vận hành là sự kết hợp của ba thiết bị an toàn phanh chính, phanh tay và làm mát động cơ.
Mỗi hệ phần đó đã được xây dựng thuật toán độc lập ở trên, bây giờ tiến hành kết hợp ba thuật toán đó ta được thuật toán của hệ thống.
Sơ đồ khối của hệ thống được biểu diễn như hình 2.4.
2.3. Giới thiệu về hệ thống an toàn vận hành trên xe ZIL-130
Xác định chức năng của từng phần và căn cứ vào mục đích của hệ thống để lựa chọn các linh kiện cho các phần phù hợp, vừa tiết kiệm vừa đạt hiệu quả cao trong quá trình hoạt động.
Cụ thể các linh kiện được lựa chọn để sử dụng:
2.3.1. Phần tín hiệu đầu vào
- Cảm biến áp suất: Hệ thống phanh của xe ZIL-130 hoạt động ổn định, an toàn khi áp suất khí nén đạt 4÷7 KG/cm2 căn cứ vào đó tác giả lựa chọn cảm biến áp suất D2415G210 có giới hạn đo là 1Mpa (tương đương 10 KG/cm2 ).
- Cảm biến nhiệt độ: Nhiệt độ nước làm mát động cơ xe ZIL-130 khi xe hoạt động ổn định nằm trong khoảng 70÷85oC vì vậy ta phải lựa chọn cảm biến nhiệt độ có khoảng đo phù hợp, đồng thời chịu được đước. Ở đây tác giả lựa chọn cảm biến LM35 với khoảng đo -55÷150 oC là phù hợp.
2.3.3. Phần hiển thị, thông báo
- Còi: Buzzer 5V có giá thành rẻ, dễ sử dụng, âm thanh to rõ, mức tiêu thụ điện nhỏ.
- Đèn led: Sử dụng đèn Led RGB cho phép tạo ra nhiều màu bằng một led.
- Màn hình hiển thị: LCD1602 I2C Module có giá thành rẻ, dễ giao tiếp với Arduino, có đèn nền cho phép nhìn được trong điều kiện thiếu ánh sáng.
Như vậy hệ thống bao gồm một Arduino Uno R3 SMD, một màn hình LCD1602 I2C Module, một mạch chuyển tín hiệu dòng áp HW-685 (0/4-20mA to 0-3.3V/5V/10V), 2 công tắc hành trình ME-8169 250VAC 5A, 3 đèn báo led RGB, một còi Buzzer 5V, một cảm biến áp suất D2415G210, một cảm biến nhiệt độ LM35, một mạch hạ áp 3A LM2596 HTC ngoài ra còn sử dụng các điện trở 220Ω.
2.4. Thông số kỹ thuật các linh kiện sử dụng
2.4.1. Arduino Uno R3 SMD
Arduino Uno SMD R3 là một bo mạch vi điều khiển dựa trên ATmega328. Nó có 14 chân đầu vào / đầu ra kỹ thuật số (trong đó 6 chân có thể được sử dụng làm đầu ra PWM), 6 chân tương tự đầu vào, bộ dao động tinh thể 16 MHz, kết nối USB, giắc cắm nguồn, tiêu đề ICSP, và một nút đặt lại. Nó chứa mọi thứ cần thiết để hỗ trợ vi điều khiển; chỉ cần kết nối nó với máy tính bằng cáp USB hoặc cấp nguồn bằng bộ chuyển đổi AC sang DC hoặc pin để bắt đầu.
Arduino Uno R3 SMD là một module, nó bao gồm nhiều linh kiện nhỏ được hàn trên một bản mạch. Sơ đồ module này được thể hiện ở hình 2.6.
Các tính năng bổ sung đi kèm với phiên bản R3 là:
- ATmega16U2 thay vì 8U2 làm bộ chuyển đổi USB ‐ sang ‐ Serial.
- Sơ đồ chân: thêm các chân SDA và SCL cho giao tiếp TWI được đặt gần chân AREF và hai chân mới khác được đặt gần chân ĐẶT LẠI, IOREF cho phép thích ứng với điện áp được cung cấp từ bảng và tấm chắn thứ hai không phải là pin được kết nối, được dành riêng cho các mục đích trong tương lai.
- Mạch RESET mạnh hơn.
Thông số kỹ thuật mạch Arduino Uno R3 SMD như bàng 2.1.
2.4.1.1. Giao tiếp
Arduino / Genuino Uno có một số phương tiện để giao tiếp với máy tính, một bo mạch Arduino / Genuino hoặc các bộ vi điều khiển khác. ATmega328 cung cấp UART TTL (5V) giao tiếp nối tiếp, có sẵn trên các chân kỹ thuật số 0 (RX) và 1 (TX). ATmega16U2 trên bo mạch kênh giao tiếp nối tiếp này qua USB và xuất hiện như một cổng com ảo để phần mềm trên máy tính. Chương trình cơ sở 16U2 sử dụng trình điều khiển USB COM tiêu chuẩn và không trình điều khiển bên ngoài là cần thiết. Tuy nhiên, trên Windows, tệp .inf là bắt buộc.
2.4.1.3. Nguồn
Bo mạch Arduino Uno có thể được cấp nguồn qua kết nối USB hoặc nguồn điện bên ngoài cung cấp. Nguồn điện được chọn tự động. Nguồn điện bên ngoài (không phải USB) có thể đến từ bộ chuyển đổi AC-sang-DC (một chiều) hoặc pin. Bộ điều hợp có thể được kết nối bằng cách cắm phích cắm dương trung tâm 2,1mm vào nguồn của bo mạch giắc cắm. Các dây dẫn từ pin có thể được lắp vào đầu cắm chân GND và Vin của POWER.
Các chân nguồn như sau:
- Vin: Điện áp đầu vào cho bảng Arduino / Genuino khi nó sử dụng nguồn điện bên ngoài nguồn (trái ngược với 5 volt từ kết nối USB hoặc nguồn điện được quy định khác). Bạn có thể cấp điện áp qua chân này, hoặc nếu cấp điện áp qua giắc nguồn.
- 5V: Chân này xuất ra 5V được điều chỉnh từ bộ điều chỉnh trên bo mạch. Ban có thể được được cấp nguồn từ giắc cắm nguồn DC (7 - 12V), đầu nối USB (5V) hoặc chân VIN của bo mạch (7‐12V). Cung cấp điện áp qua chân 5V hoặc 3,3V bỏ qua bộ điều chỉnh có thể làm hỏng bo mạch của bạn.
2.4.2. Màn hình LCD1602 Module
Màn hình LCD1602 Module được cấu thành từ hai phần tử đó là LCD1602 và Module I2C.
2.4.2.1. LCD1602
a) Tính năng, công dụng
Màn hình LCD 16×2 là một linh kiện được sử dụng rộng rãi trong trong các dự án điện tử và lập trình.với 32 ký tự (16 x 2 dòng) trên màn hình giúp hiển thị các thông tin một cách trực quan. Đồng thời LCD cũng có đèn nền giúp nhìn trong điều kiện thiếu ánh sáng tốt hơn.
b) Thông số kỹ thuật LCD:
- LCD 16×2 được sử dụng để hiển thị trạng thái hoặc các thông số.
- LCD 16×2 có 16 chân trong đó 8 chân dữ liệu (D0 – D7) và 3 chân điều khiển (RS, RW, EN).
- 5 chân còn lại dùng để cấp nguồn và đèn nền cho LCD 16×2.
2.4.2.3. Giao tiếp I2C LCD với Arduino Uno
a) Sơ đồ kết nối
Để sử dụng với Arduino Uno ta kết nối với nhau như hình
Các chân của Arduino Uno R3 SMD được nối với LCD I2C modul theo bảng 2.2.
b) Thao tác sử dụng thử module
- Mở Arduino IDE, chọn File => Examples => Arduino-LiquidCrystal-I2C-library => HelloWorld
- Vào Tools chọn board: “Arduino/Genuino UNO”, port USB tương ứng và tiến hành nạp code.
- Trường hợp nạp code nhưng màn hình không hiển thị, có thể do một số nguyên nhân và cần xử lý theo cách sau:
Điều chỉnh biến trở để thay đổi độ tương phản
Thay đổi địa chỉ I2C của module. Kiểm tra địa chỉ I2C của module bạn làm theo hướng dẫn (tại đây), và thay đổi địa chỉ I2C tại lệnh; (0x27 là địa chỉ I2C mặc định).
2.4.3. Mạch chuyển tín hiệu dòng áp HW-685
Do thiết bị sử dụng vi điều khiển Arduino Uno R3 SMD, tuy nhiên vi điều khiển này không đọc và xử lý được tín hiệu có dạng dòng điện của cảm biến áp suất D2415G210. Vì vậy cần sử dụng thêm mạch chuyển tín hiệu dòng áp HW-685 để chuyển đổi tín hiệu từ dạng dòng điện thành dạng điện áp để vi điều khiển đọc được.
2.4.4. Cảm biến áp suất D2415G210
2.4.4.1. Tính năng, công dụng
Cảm biến này cũng giống các loại đầu dò áp suất, đo lường áp suất trong phạm vi khoảng đo là 0-10 Bar hay 0-1 Mpa. Cảm biến sẽ có tín hiệu ngõ ra dạng tuyến tính analog 4-20ma để chúng ta có thể đấu nối đến các thiết bị điều khiển như PLC hay biến tần. Bên cạnh đó chúng ta cũng có thể sử dụng bộ chuyển tín hiệu nếu muốn dùng cảm biến với ngõ ra là 0-20ma, 0-5v, 0-10v, 1-5v để kết hợp với các loại vi điều khiển thông dụng hiện nay.
2.4.4.2. Ứng dụng của cảm biến
Có thể dùng để đo lường áp suất trong nước, áp suất dầu, áp suất khí nén, áp suất trong các hệ thống ống dẫn dầu,…Và nói một cách rộng hơn thì các bạn có thể sử dụng loại cảm biến này trong bất cứ ứng dụng nào nếu áp suất nơi đó nằm trong khoảng đo 0-10 Bar. Một số ứng dụng chính như:
- Đo áp suất nước sâu 100m
- Đo áp suất thủy lực
- Đo áp suất khí nén
- Đo áp suất đường ống nén khí
2.4.4.3. Thông số kỹ thuật
Thông số kỹ thuật của cảm biến áp suất được thể hiện rõ ở bảng 2.4.
2.4.6. Mạch hạ áp 3A LM2596HTC
Do trên xe ZIL-130 sử dụng hệ thống điện một chiều với điện áp là 12V tuy nhiên một số linh kiện của hệ thống lại sử dụng điện áp thấp hơn so với điện áp trên. Để khắc phục điều đó cần sử dụng một module hạ áp từ 12V xuống thấp hơn để các linh kiện đó có thể hoạt động bình thường. Ở đây tác giả lựa chọn mạch hạ áp LM2596HTC.
2.4.6.1. Tính năng, công dụng
Mạch Hạ Áp 3A LM2596 HTC có khả năng giảm áp từ 30V xuống 1.5V mà vẫn đạt hiệu suất cao (92%). Thích hợp cho các ứng dụng chia nguồn, hạ áp, cấp cho các thiết bị như camera, motor, robot, các mạch điện tử cần nguồn nuôi xác định.
2.4.6.2. Thông số kỹ thuật
Thông số kỹ thuật được thể hiện ở bảng 2.7.
2.4.8. Module còi Buzzer 5V
Được sử dụng như còi cảnh báo để báo động cho người vận hành trong trường hợp có khả năng mất an toàn.
Module mạch còi chip được sử dụng trong các thiết bị còi báo động, còi cảnh báo.
Thông số kỹ thuật của module:
- Điện áp hoạt động: 3.5V – 5.5V
- Dòng hoạt động module mạch còi: <25mA
- Tần số âm thanh: 2500Hz
- Trọng lượng: 3g
2.4.11. Nút ấn nhả R13-507
Trong quá trình sử dụng, vi điều khiển có thể xảy ra lỗi hoặc khi muốn reset lại hệ thống khi đó cần sử dụng một nút ấn để đóng mạch reset.
Nút nhấn nhả R13-507 16mm (đỏ), nhấn xuống đóng mạch kín, thả tay ra trở về trạng thái hở mạch. Thích hợp làm mô hình, đồ án , chế tạo, công nghiệp.
2.5. Quá trình xây dựng hệ thống an toàn vận hành trên xe ZIL-130
2.5.1. Chương trình điều khiển
Để xây dựng chương trình điều khiển cho hệ thống hiện nay có thể sử dụng rất nhiều loại công cụ lập trình khác nhau tương ứng với mỗi loại vi điều khiển được sử dụng. Mỗi loại vi điều khiển có những tính năng, ưu nhược điểm riêng, tùy vào điều kiện sử dụng và ý định của người thiết kế để chọn loại vi điều khiển cho phù hợp.
Để xây dựng chương trình điều khiển cho hệ thống ta phải xây dựng chương trình cho vi điều khiển Arduino. Công cụ được dùng để viết chương trình điều khiển cho Arduino là phần mềm Aruino IDE, công cụ này cũng dùng để nạp chương trình điều khiển cho mạch Arduino.
2.5.3. Các bước xây dựng thiết bị của hệ thống an toàn vận hành trên xe ZIL-130
2.5.3.1. Hộp thiết bị
Hộp chứa được lựa chọn là loại hộp nhôm có sẵn trên thị trường có kích thước cơ bản 260mm x 170mm x 50mm gồm thân hộp và nắp hộp.
Hình dáng kích thước của hộp được thể hiện bằng hình 2.20
2.5.3.2. Nạp chương trình cho vi điều khiển
Sau khi kết nối phần cứng của hệ thống xong ta tiến hành nạp chương trình cho Arduino Uno R3 SMD.
Các bước nạp chương trình như sau :
- Kết nối Arduino với máy tính
- Mở chương trình Arduino IDE trên máy tính
Giao diện của phần mềm sau khi mở.
- Mở thư mục chương trình, kiểm tra và nạp chương trình
Click vào “Tập tin” -> “Mở”
Chọn đường dẫn tới file chương trình của bạn và click vào “Mở”
Click vào dấu “ v “ để chạy thử chương trình, sau đó click vào dấu “ => “ để nạp chương trình xuống mạch Arduino.
CHƯƠNG 3
THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG AN TOÀN VẬN HÀNH TRÊN XE ZIL-130
1.1. Thử nghiệm hệ thống an toàn vận hành trên xe ZIL-130
3.1.1. Điều kiện thử nghiệm
Trước khi tiến hành thử nghiệm hệ thống ta phải xây dựng điều kiện thử nghiệm cụ thể từ đó làm căn cứ để đánh giá kết quả thử nghiệm trong từng trường hợp cụ thể. Ở đây, hệ thống được thử nghiệm trong điều kiện xe vận hành ở đường bằng phẳng, các hệ thống của xe đều được bảo dưỡng thường xuyên bảo đảm hoạt động tốt.
3.1.1.1. Khi bắt đầu nổ máy để vận hành xe
- Phanh chính: Màn hình LCD hiển thị giá trị áp suất khí nén trong bình, khi bắt đầu nổ máy áp suất tăng dần. Khi áp suất chưa đạt 4 KG/cm2 đèn báo phanh chính sáng đỏ, khi đó nếu người lái xe đạp ly hợp để gài số còi cảnh báo sẽ phát ra báo động để cảnh báo nguy hiểm cho người lái biết. Khi giá trị áp suất đạt lớn hơn hoặc bằng 4 KG/cm2 đèn báo phanh chính sẽ sáng xanh để thông báo an toàn cho người lái.
- Nhiệt độ nước làm mát động cơ: Màn hình LCD hiển thị giá trị nhiệt độ nước làm mát động cơ, khi nổ máy nhiệt độ nước tăng dần đến giá trị ổn định. Khi nhiệt độ chưa đạt đến 70 ÷ 85oC đèn báo nhiệt độ làm mát sáng đỏ, đến khi nhiệt độ ổn định trong khoảng an toàn đèn sáng xanh. Nếu nhiệt độ đạt đến ngưỡng 90oC còi cảnh báo phát ra cảnh báo cho lái xe biết nguy hiểm.
3.1.1.3. Khi dừng xe
- Phanh chính: Màn hình LCD hiển thị giá trị áp suất, đèn báo phanh sáng xanh cho tới khi người lái tắt máy.
- Nhiệt độ nước làm mát: Màn hình LCD hiển thịu giá trị nhiệt độ nước làm mát động cơ, đèn báo nhiệt độ nước làm mát động cơ sáng xanh cho tới khi người lái tắt máy.
3.1.2. Tiến hành thử nghiệm
3.1.2.1. Lắp đặt thiết bị của hệ thống lên xe
a) Gắn cảm biển lên xe
- Cảm biến áp suất khí nén được gắn với bình chứa khí nén, kết nối bằng ren
- Công tắc hành trình nhận biết trạng thái phanh tay gắn phía dưới cần phanh tay
b) Gắn hộp thiết bị lên buồng lái:
Hộp thiết bị được gắn lên bảng taplo của xe
d) Cấp nguồn và kiểm tra nguồn cho thiết bị
- Nguồn cấp cho thiết bị được lấy từ chân IG của khóa điện
- Sau khi nối nguồn xong tiến hành kiểm tra: Bật khóa điện về vị trí IG, bật công tắc nguồn trên hộp thiết bị nếu thấy đèn màn hình LCD và các đèn báo sáng thì nguồn cấp bảo đảm.
3.1.2.2. Các bước thử nghiệm
a) Khi khởi động xe kiểm tra hoạt động của hệ thống các bước như sau
- Quan sát màn hình LCD kiểm tra giá trị áp suất khí nén và nhiệt độ nước làm mát
- Quan sát các đèn báo, kiểm tra màu của các đèn
- Gài số kiểm tra tiếng còi báo và đèn báo phanh tay
c) Khi dừng xe, tắt máy:
- Quan sát màn hình LCD kiểm tra giá trị áp suất khí nén và nhiệt độ nước làm mát.
- Đạp ly hợp dừng xe, kéo phanh tay và về số N, kiểm tra tiếng còi báo.
- Quan sát các đèn báo, kiểm tra màu các đèn.
3.2. Kết quả và đánh giá kết quả thử nghiệm hệ thống an toàn vận hành trên xe ZIL-130
Sau khi thực hiện đầy đủ các bước thử nghiệm và ghi lại kết quả căn cứ vào yêu cầu đã xây dựng trước đó để đánh giá kết quả thử nghiệm. Khi đánh giá kết quả cần dựa vào từng trường hợp vận hành xe đã thực hiện ở trên.
3.2.1. Kết quả thử nghiệm
3.2.1.1. Khi bắt đầu khởi động
Khi mới nổ máy từ trạng thái xe đứng yên quan sát thấy áp suất khí nén và nhiệt độ nước làm mát tăng dần như Hình 3.7 cho thấy cảm biến áp suất và cảm biến nhiệt độ nước làm mát hoạt động tốt. Áp suất khí nén tăng từ 0 đến 1.25KG/cm2, nhiệt độ nước làm mát động cơ tăng từ 31 đến 51.43oC.
- Khi áp suất chưa đủ 4 KG/cm2 người lái đạp ly hợp để vào số thì còi báo phát ra âm thanh, sau khi thả phanh tay còi báo vẫn tiếp tục kêu để cảnh báo khí nén chưa đạt yêu cầu . Cho thấy cảnh báo phanh chính hoạt động tốt.
- Kéo phanh tay, về số N, thả ly hợp. Tiếp tục quan sát
3.2.1.2. Khi di chuyển
- Màn hình LCD hiển thị nhiệt độ nước làm mát và áp suất khí nén ổn định.
- Đèn báo phanh chính sáng xanh, nhiệt độ nước làm mát sáng xanh, phanh tay sáng đỏ.
3.2.3. Đánh giá kết quả thử nghiệm
Với các kết quả thử nghiệm của xe ở trên đem so sánh với yêu cầu được xây dựng ở ban đầu thấy hệ thống đã đạt được mục đích đề ra.
- Ưu điểm: Hệ thống hoạt động tương đối ổn định, chi phí lắp ráp thấp, hoạt động giúp đảm bảo an toàn cho xe trong quá trình lái xe.
- Nhược điểm: Hoạt động chưa tối ưu, cần thêm thời gian nghiên cứu cải tiến. Tính thẩm mỹ của thiết bị chưa cao do việc sử dụng các vật liệu sẵn có để chế tạo.
KẾT LUẬN
Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp ² Xây dựng hệ thống an toàn vận hành trên xe ZIL-130 ² đã giúp tôi có được phương pháp nghiên cứu một cách khoa học, đồng thời có cơ hội tìm hiểu sâu hơn về kết cấu, phương pháp xây dựng một đề tài nghiên cứu và hơn nữa cũng như có cái nhìn tổng quan hơn về lĩnh vực điều khiển điện tử được ứng dụng rất rộng rãi trên các xe ô tô hiện đại ngày nay.
Sau một thời gian nghiên cứu, thực hiện đồ án với sự giúp đỡ tận tình của thầy : Thạc sĩ.……………. và sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy giáo trong Khoa Ô tô, đến nay đồ án cơ bản đã hoàn thành đúng tiến độ. Đồ án đã thực hiện được một số vấn đề như sau:
- Nêu khái quát về kết cấu xe ZIL-130 và phân tích rõ kết cấu hệ thống phanh của xe ZIL-130.Đồng thời phân tích được những ưu điểm, nhược điểm trong quá trình sử dụng xe.
- Để ra được phương án xây dựng hệ thống an toàn vận hành khắc phục những nhược điểm của xe.Thiết kế được thiết bị của hệ thống giúp xe có thể hoạt động tốt hơn.
Tuy nhiên do điều kiện về thời gian, trình độ năng lực, kinh phí và phương tiện thực hiện có hạn nên đề tài còn một số hạn chế sau:
- Thiết bị của hệ thống có bề ngoài chưa thực sự mang tính thẩm mỹ cao.
- Chưa tối ưu hóa được hoạt động, chưa khắc phục được hết những nhược điểm trong quá trình sử dụng xe.
Hướng phát triển tiếp theo:
- Tiếp tục nghiên cứu cải tiến hệ thống, nâng cao tính năng, hoạt động ổn định và thẩm mỹ cao hơn.
- Nhân rộng việc sử dụng hệ thống trong các xe của Quân đội.
Đồ án của em tuy đã hoàn thành nhưng còn rất nhiều thiếu sót em mong được sự chỉ bảo của các thầy giáo để em có thể rút kinh nghiệm và hoàn thiện hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn !
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Phạm Đình Vy – Vũ Đức Lập, Cấu tạo ôtô Quân sự (Tập 2), Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội 1995.
[2]. Nguyễn Khắc Chanh, “Lý thuyết – Kết cấu Ô tô”, Trường Sĩ quan Kỹ thuật quân sự, TP.Hồ Chí Minh, 2010.
[3]. Nguyễn Phúc Hiểu, Vũ Đức Lập, Lý thuyết ô tô quân sự, Nhà Xuất bản Quân đội nhân dân, Hà Nội, 2002.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"