TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH
GVHD:

ThS. NGUYỄN TRỌNG THỨC

SVTH:

NGUYỄN QUỐC VŨ

MSSV: 1964518
MSSV: 1964518

LỚP

NGUYỄN HỮU TRỌNG
19845TKS2C

TP.Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2021


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TP. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm 2021

NHIỆM VỤ TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP
1. Họ và tên sinh viên: Nguyễn Quốc Vũ

MSSV: 1964518

Nguyễn Hữu Trọng MSSV: 1964518
2. Lớp: 19845TKS2C
3. Cán bộ hướng dẫn : ThS. Nguyễn Trọng Thức
4. Tên tiểu luận: Hệ Thống Điều Khiển Thông Minh.
5. Nội dung thực hiện:
Chương 1: Giới thiệu tổng quan.
Chương 2: Sơ lược về các hệ thống điện thân xe trên ô tô.
Chương 3: Giới thiệu sơ lược về Arduino.
Chương 4: Sơ lược về bluetooth HC05.
Chương 5: Sơ lược về các linh kiện điện tử.
Chương 6: Thiết kế chế tạo mơ hình.
Chương 7: Hướng dẫn thực hành mơ hình.
Chương 8: Kết luận.
6. Sản phẩm đề tài: 01 tập thuyết minh nội dung đề tài.
7. Ngày giao đề tài: 10/04/2021.
Ngày nộp đề tài: 26/06/2021.

Trưởng bộ môn

Cán bộ hướng dẫn

ThS. Nguyễn Ngọc Bích


PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên:............................................MSSV:
…………………………………..
Ngành:
………………………………………………………………………………………
Tên đề tài:
…………………………………………………………………………………..
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn:
……………………………………………………………
NHẬN XÉT
1. Về nội dung tiểu luận:
….
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
….
…………………………………………………………………………………………
….
2. Ưu điểm:
….
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
….
…………………………………………………………………………………………
….
3. Khuyết điểm:

….
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
….
…………………………………………………………………………………………
….
4. Đề nghị:
….
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
….
…………………………………………………………………………………………
….
5. Đánh giá:
….
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
….


…………………………………………………………………………………………
….
6. Điểm:...............................(bằng chữ: )
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021
Giáo viên hướng dẫn


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh, em đã
được học hỏi và lĩnh hội nhiều kiến thức quý báu từ quý thầy, để làm nền tảng cho

việc nghiên cứu và tiếp cận thêm nhiều tài liệu mới một cách có hiệu quả. Trong q
trình thực hiện tiểu luận tốt nghiệp, chúng em xin chân thành cảm ơn: Ban giám
hiệu Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho
chúng em theo học lớp Đại học liên thơng, chun ngành Cơ khí động lực.
Q Thầy Cô tham gia giảng dạy lớp Đại học liên thơng về đại cương và chun
ngành Cơ khí động lực niên khóa 2019-2021 đã trang bị cho chúng em kiến thức
giúp chúng em hoàn thành chuyên đề.
Thầy hướng dẫn THS. Nguyễn Trọng Thức đã chia sẻ những kiến thức, các thơng tin
rất bổ ích, hướng dẫn tận tình và đặc biệt những lời khuyên quý báu của thầy cho
chúng em trong thời gian em làm chuyên đề.

TP. HCM, ngày tháng 05 năm 2021
SINH VIÊN THỰC HIỆN


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN...................................................................1
1.1 Lý do lựa chọn đề tài.............................................................................................1
1.2 Mục tiêu của đề tài.................................................................................................1
1.3 Nhiệm vụ đề tài......................................................................................................1
1.4 Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................1
1.5 Các nội dung chính trong đề tài.............................................................................1
CHƯƠNG 2: SƠ LƯỢC VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỆN THÂN XE TRÊN Ô TÔ.........2
2.1 Hệ thống khởi động...............................................................................................2
2.1.1 Nhiệm vụ..............................................................................................................2
2.1.2 Phân loại...............................................................................................................3
2.1.3 Cấu tạo.................................................................................................................. 5
2.1.4 Nguyên lí hoạt động............................................................................................10
2.2 Hệ thống nâng hạ kính.........................................................................................12
2.2.1 Nhiệm vụ............................................................................................................12

2.2.2 Cấu tạo................................................................................................................ 13
2.2.3 Ngun lí hoạt động............................................................................................15
2.3 Hệ thống điều hịa................................................................................................17
2.3.1 Nhiệm vụ............................................................................................................17
2.3.2 Cấu tạo................................................................................................................ 18
2.3.3 Nguyên lí hoạt động............................................................................................21
2.4 Hệ thống lock cửa................................................................................................22
2.4.1 Nhiệm vụ............................................................................................................22
2.4.2 Cấu tạo................................................................................................................ 22
2.4.3 Nguyên lí hoạt động............................................................................................23
2.5 Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu...........................................................................25
2.5.1 Nhiệm vụ............................................................................................................25
2.5.2 Cấu tạo................................................................................................................ 25
2.5.3: Nguyên lí hoạt động...........................................................................................28
CHƯƠNG 3: SƠ LƯỢC VỀ ARDUINO NANO........................................................30
3.1 Sơ lược.................................................................................................................30
3.2 Thông số kỹ thuật................................................................................................32
3.3 Sơ đồ chân và chức năng.....................................................................................33
CHƯƠNG 4: SƠ LƯỢC VỀ BLUETOOTH HC 05...................................................36
4.1 Sơ lược.................................................................................................................36
4.2 Các chế độ hoạt động...........................................................................................36
4.3 Tập lệnh AT.........................................................................................................37
CHƯƠNG 5: SƠ LƯỢC VỀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ.........................................39
5.1 IC ổn áp 7805......................................................................................................39
5.2 Led....................................................................................................................... 41
5.3 Điện trở................................................................................................................42
5.4 IC đệm dòng ULN 2803......................................................................................44
5.5 Relay.................................................................................................................... 46
5.6 App androi...........................................................................................................49
CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH.........................................................50

6.1 Thiết kế mạch điều khiển.....................................................................................50
6.2 Thi cơng mơ hình.................................................................................................52
6.2.1 Lựa chọn vật liệu dùng chung để chế tạo mơ hình..............................................52


6.2.2 Lựa chọn linh kiện để chế tạo mơ hình...............................................................55
6.2.3 Mơ hình hồn thiện.............................................................................................58
CHƯƠNG 7: HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH MƠ HÌNH............................................59
7.1 Nội dung thực hành..............................................................................................59
7.1.1 Hướng dẫn sử dụng mơ hình...............................................................................59
7.1.2 Yều cầu đạt được................................................................................................59
7.1.3 Dụng cụ và thiết bị..............................................................................................59
7.2 Phương pháp thực hành.......................................................................................60
7.2.1 Mô tả hoạt động của hệ thống.............................................................................60
7.2.2 Kiểm tra lỗi thiết bị và xác định chân thiết bị sau đó mơ tả................................60
7.2.3 Thiết kế và vẽ mạch thông qua việc đo kiểm kiểm tra........................................61
7.2.4 Kết nối dây theo sơ đồ mạch. Sau đó cấp nguồn vận hành hệ thống...................61
7.2.5 Xác định hư hỏng có thể xảy ra với hệ thống. Liệt kê và xác định nguyên nhân 61
7.2.6 Kiến nghị phản hồi..............................................................................................61
7.2.7 Phản hồi từ người hướng dẫn..............................................................................61
CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN...........................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................63


Danh Mục Hình Ảnh


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1 Lý do lựa chọn đề tài:
- Trên thế giới hiện nay với sự phát triển công nghệ không ngừng, các thiết bị cũng

được tự động hóa trong việc điều khiển vận hành, ơ tơ cũng không ngoại lệ, các ô
tô hiện này điều rất hiện đại dần trở nên thông minh hơn bao giờ hết. Với những cải
tiến giúp chiếc xe ô tô trở nên thơng minh khơng chỉ mang mục đích giúp cho chiếc
xe của bạn an toàn hơn, trải nghiệm lái thú vị hơn, mà cịn mang đến những tiện ích
thiết thực phục vụ cho cuộc sống hiện đại của loài người.
- Các nhà sản xuất luôn mong muốn trang bị cho chiếc xe của mình nhiều tính năng
hiện đại nhất để có thể thu hút được khách hàng, nhưng những chiếc xe càng được
trang bị nhiều tính năng hiện đại thì giá thành sẽ rất cao và chi phí bão dưỡng sữa
chữa cũng sẽ cao lên.
1.2 Mục tiêu của đề tài:
- Xây dựng, thiết kế mơ hình điều khiển thơng minh thông qua bluetooth HC05.
1.3 Nhiệm vụ đề tài:
- Thiết kế board mạch điều khiển, điều khiển thiết bị không dây.
- Xây dưng lắp ráp mơ hình hệ thống điều khiển thông minh.
1.4 Phương pháp nghiên cứu:
- Người nghiên cứu sử dụng các phương pháp sau:
+ Tham khảo tài liệu: Dựa vào những tài liệu trên internet, tài liệu chuyên nghành
ôtô trên thư viện và nhiều nguồn tài liệu khác để có hướng nghiên cứu thích hợp.
+ Phương pháp tham khảo ý kiến.
+ Dịch tài liệu: chủ yếu dịch tiếng Anh từ tài liệu hướng dẫn và các tài liệu nước
ngoài.
1.5 Các nội dung chính trong đề tài:
Chương 1: Giới thiệu tổng quan.
Chương 2: Sơ lược về các hệ thống điện thân xe trên ô tô.
Chương 3: Giới thiệu sơ lược về Arduino nano.
Chương 4: Sơ lược về bluetooth HC05.
Chương 5: Sơ lược về các linh kiện điện tử.
Chương 6: Thiết kế chế tạo mơ hình.
Chương 7: Hướng dẫn thực hành mơ hình.
Chương 8: Kết luận.

CHƯƠNG 2: SƠ LƯỢC VỀ CÁC HỆ THỐNG
ĐIỆN THÂN XE TRÊN Ô TÔ
1


2.1 Hệ thống khởi động:
2.1.1 Nhiệm vụ:

Hình 2.1: Máy khởi động.
- Hệ thống khởi động đóng vai trị quan trọng nhất trong hệ thống điện ô tô. Hệ
thống khởi động sử dụng năng lượng từ bình ắc quy và chuyển năng lượng này
thành cơ năng quay máy khởi động. Máy khởi động truyền cơ năng này cho bánh
đà trên trục khuỷu động cơ thông qua việc gài khớp. Chuyển động của bánh đà
làm hỗn hợp khí nhiên liệu được hút vào bên trong xylanh, được nén và đốt cháy
để quay động cơ. Hầu hết các động cơ đòi hỏi tốc độ quay khoảng 200rpm.
- Khi khởi động động cơ nó khơng thể tự quay với cơng suất của nó. Trước khi tia
lửa điện xuất hiện ta phải dùng lực từ bên ngoài để làm quay động cơ. Máy khởi
động thực hiện công việc này. Máy khởi động sẽ ngừng hoạt động khi động cơ đã
nổ.
- Có hai hệ thống khởi động khác nhau được dùng trên xe. Cả hai hệ thống này đều
có mạch điện riêng…một mạch điều khiển và một mạch motor. Một hệ thống có
motor khởi động riêng. Hệ thống này được dùng trên hầu hết các dòng xe đời cũ.
Loại cịn lại có motor khởi động giảm tốc. Hệ thống này được dùng trên hầu hết
các dòng xe hiện nay.Một công tắc từ công suất lớn hay Solenoid sẽ đóng mở
motor. Nó là thành phần của cả hai mạch điều khiển và mạch motor.

2


2.1.2 Phân loại:

- Theo phương pháp truyền động thì chia hệ thống khởi động thành 3 loại:
+ Máy khởi động loại giảm tốc:

Hình 2.2: Cấu tạo máy khởi động loại giảm tốc.
+ Máy khởi động loại giảm tốc dùng mô tơ tốc độ cao.
+ Máy khởi động loại giảm tốc làm tăng moment xoắn bằng cách làm giảm tốc
độ quay của phần ứng lõi mô tơ nhờ bộ truyền giảm tốc.
+ Piston của công tắc từ đẩy trực tiếp bánh răng chủ động đặt trên cùng một trục
với nó và ăn khớp với vành răng.
- Máy khởi động loại thường:

Hình 2.3: Cấu tạo máy khởi động loại thường.
+ Bánh răng dẫn bendix được đặt trên cùng một trục với lõi mô tơ (phần ứng) và
quay cùng tốc độ với lõi.
+ Cần dẫn động được nối với thanh đẩy của công tắc từ đẩy bánh răng chủ động
và làm cho nó ăn khớp với vành răng.
- Máy khởi động loại bánh răng hành tinh:
3


Hình 2.4: Cấu tạo máy khởi động loại bánh răng hành tinh.
+ Máy khởi động loại bánh răng hành tinh dùng bộ truyền hành tinh để giảm tốc
độ quay của lõi (phần ứng) của mô tơ.
+ Bánh răng dẫn động khởi động ăn khớp với vành răng thông qua cần dẫn động
giống như trường hợp máy khởi động thông thường.
- Máy khởi động PS (Motor giảm tốc hành tinh - rotor thanh dẫn):

Hình 2.5: Cấu tạo máy khởi động loại PS.
+ Máy khởi động này sử dụng các nam châm vĩnh cửu đặt trong cuộn cảm.
+ Cơ cấu đóng ngắt hoạt động giống như máy khởi động loại bánh răng hành

tinh.
- Theo phương pháp đấu dây động cơ điện một chiều được chia làm ba loại:
+ Loại mắc nối tiếp: Moment phát ra lớn nhất khi bắt đầu quay, được dùng chủ
yếu trong máy khởi dộng.

4


+ Loại mắc song song: Ít dao động về tốc độ, giống như loại dùng nam châm
vĩnh cửu.
+ Loại mắc hỗn hợp: Có cả đặc điểm của hai loại trên, thường dùng để khửi
động động cơ lớn.

Hình 2.6: Các kiểu đấu dây máy khởi động.
2.1.3 Cấu tạo:
- Hệ thống khởi động động cơ 1NZ-FE trên xe Toyota Vios 2000 sử dụng máy
khởi động giảm tốc nhờ bánh răng hành tinh. Kết cấu các chi tiết tháo rời của
máy khởi động (Hình 6.8), bo gồm: Cụm cơng tắc từ, vỏ máy khởi động, cần dẫn
động, phanh hãm, ly hợp từ máy khởi động, bộ giảm chấn, cụm rô to cà cụm stato
máy khởi động, cụm giá đỡ chổi than máy khởi động, khung đầu cổ góp, cụm
bánh răng hành tinh, bánh răng mặt trời và bánh răng bao (thông thường được cố
định).

5


Hình 2.7: Cấu tạo máy khởi động loại bánh răng hành tinh.
- Cụm công tắc: Từ hoạt động như một cơng tắc chính của dịng điện chạy tới mơ
tơ và điều khiển bánh răng dẫn động khởi động. Cụm công tắc từ của máy khởi
động bao gồm: Cơng tắc chính, pít-tơng, lị xo hồi vị, trục pít-tơng, cuộn kéo,

cuộn giữ và lực điện từ lớn hơn lực điện từ tạo ra bởi cuộn giữ.

Hình 2.8: Cấu tạo cơng tắc từ.

6


- Cần dẫn động: Truyền chuyển động từ pít-tơng tới bánh răng dẫn động. Nhờ
chuyển động này mà bánh răng dẫn động được đưa vào ăn khớp và nhả khớp với
vành răng bánh đà.
- Cụm rotor (cuộn dây phần ứng): Dùng để tạo ra mơ-men làm quay bánh răng
dẫn động.

Hình 2.9: Phần ứng và ổ bi cầu.
- Phần cảm: Cụm stato tạo ra từ trường cần thiết để cho rotor hoạt động (hình
6.12). Cụm stato cũng có chức năng như một vỏ bảo vệ cuộn cảm, lõi cực và
khép kín các đường sức từ. Cuộn cảm được mắc nối tiếp với phần ứng (rotor).

Hình 2.10: Phần cảm.
- Chổi than và giá đỡ chổi than: Được lắp ráp như hình 2.10. Có hai chổi than
dương và hai chổi than âm. Chổi than được tỳ vào cổ góp bởi các lị xo để cho
dòng điện đi từ cuộn dây tới phần ứng theo một chiều nhất định. Chổi than làm từ
hỗn hợp đồng-graphit nên có tính dẫn điện và chống mài mịn tốt. Nếu các lò xo
chổi than bị yếu đi các chổi than bị mịn có thể làm cho tiếp điểm điện giữa chổi
7


than và cổ góp khơng đủ để dẫn điện. Điều này làm cho điện trở ở chổ tiếp xúc
tăng lên làm giảm dòng điện cung cấp cho motor và dẫn đến làm giảm moment.

Hình 2.11: Chổi than và giá đỡ chổi than.
- Cơ cấu khớp chuyển động: Là cơ cấu truyền moment từ phần động cơ điện đến
bánh đà, đồng thời bảo vệ cho động cơ điện qua ly hợp một chiều.

Hình 2.12: Cơ cấu khớp chuyển động.
- Ly hợp từ máy khởi động: Ly hợp khởi động truyền chuyển động quay của mô
tơ tới động cơ thông qua bánh răng chủ động khớp động.

8


Hình 2.13: Ly hợp máy khởi động.
- Cơ cấu giảm tốc:

Hình 2.14: Cơ cấu giảm tốc bánh răng hành tinh.
Trong đó: 1 – Trục thứ cấp; 2 – Vịng răng; 3 – Bánh răng hành tinh;
4 – Bánh răng mặt trời; 5 – Phần ứng; 6 – Cổ góp
+ Roto 1 chiều: Có lắp bánh răng để ăn khớp với bánh răng trung gian rồi truyền
xuống hộp giảm tốc.
+ Khớp truyền động: Là khớp bi có 3 rãnh, mỗi rãnh có 2 bi đũa đặt kế nhau.
+ BR đầu trục: Ăn khớp với vành răng bánh đà nhờ ty đẩy & Relay gài khớp.

9


2.1.4 Ngun lí hoạt động:
- Hút vào:

Hình 2.15: Ngun lí hút vào.
+ Khi bật khóa điện vị trí START, dịng điện của ắc quy vào cuộn giữ và cuộn

kéo. Sau đó dịng điện đi từ cuộn kéo tới phần ứng thông qua cuộn cảm làm
quay phần ứng với tốc độ thấp. Việc tạo ra lực điện từ trong các cuộn giữ và
cuộn kéo làm từ hóa lõi cực và do vậy piston của công tắc từ bị kéo vào lõi cực
của nam châm điện. Nhờ sự kéo này mà bánh răng dẫn động khởi động dễ bị
đẩy ra và ăn khớp với vành răng bánh đà đồng thời đĩa tiếp xúc sẽ bật cơng tắc
chính lên.
- Giữ:

Hình 2.16: Ngun lí giữ.
+ Khi cơng tắc chính bật lên thì khơng có dòng điện chạy qua cuộn giữ cuộc cảm
và cuộn ứng nhận trực tiếp dòng điện từ ắc quy. Cuộn dây phần ứng sau đó bắt
đầu quay với vận tốc cao và động cơ được khởi động. Ở thời điểm này piston
được giữ nguyên tại vị trí chỉ nhờ lực điện từ của cuộn giữ vì khơng có lực điện
từ chạy qua cuộn hút.
- Nhả về:
10


Hình 2.17: Ngun lí nhả về.
+ Khi khóa điện được xoay từ vị trí START sang vị trí ON, dịng điện đi từ phía
cơng tắc chính tới cuộn giữ qua cuộn kéo. Ở vị trí này vị lực điện từ được tạo ra
bởi cuộn kéo vào cuộn giữ triệt tiêu nhau nên khơng giữ được piston nữa. Do
đó piston bị kéo lại nhờ lị xo hồi vị và cơng tắc chính bị ngắt làm cho máy khởi
động dừng lại.
- Sơ đồ hệ thống khởi động trên xe ơ tơ:

Hình 2.18: Sơ đồ hệ thống khởi động trên xe ô tô.

11

+ Có một dịng thường trực đến máy khởi động tại chân 30.
+ Khi xoay cơng tắc đến vị trí START,nếu tài xế quên không trả số về N hoặc P
thì khơng có dịng xuống máy khởi động.Nếu hệ thống chống trộm được bật thì
cũng khơng có dịng xuống máy khởi động.
+ Khi hệ thống chống trộm không làm việc,và vị trí số đang ở N hoặc P thì khi
cơng tăc ở vị trí START sẽ có dịng đi từ bình -> cầu chì -> IGSW -> cơng tắc
số N/P -> chân 50 -> mass.
2.2 Hệ thống nâng hạ kính:
2.2.1 Nhiệm vụ:
- Hệ thống nâng hạ kính là một hệ thống để mở và đóng các cửa sổ bằng cách
điều khiển các công tắc. Motor cửa sổ điện quay khi vận hành công tắc điều
khiển cửa sổ điện. Chuyển động quay của motor cửa sổ điện này sau đó được
chuyển thành chuyển động lên xuống nhờ bộ nâng hạ cửa sổ để mở hoặc đóng
cửa sổ.

Hình 2.19: Điều khiển cơng tắc chính.

12