Xây dựng mạch đo và phần mềm thu thập, xử lý tín hiệu băng thử công suất bánh xe (word + bản vẽ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NHIỆM VỤ

THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Họ và tên : Nguyễn Thanh Tùng
Lớp

: Ơ tơ B

Bộ mơn

: Ơ tơ và xe chun dụng

Khóa

: 49

1. Đề tài thiết kế:
Xây dựng mạch đo và phần mềm thu thập, xử lý tín hiệu băng thử cơng suất bánh xe
2. Các số liệu ban đầu:
Tham khảo băng thử công suất MD – 1000
3. Nội dung các phần thiết kế và tính toán:
1 – Khảo sát hiện trạng băng thử MD – 1000 và đề xuất phương án phục hồi
2 – Xây dựng mạch xử lý tín hiệu cảm biến

3 – Xây dựng mơ hình thuật tốn đo cơng suất bánh xe
4 – Xây dựng phần mềm thu thập dữ liệu và xử lý tín hiệu
4. Các bản vẽ:
- Sơ đồ băng thử……….……................................................ A0

1


- Xử lý tín hiệu cảm biến tốc độ…......................................... A0
- Xử lý tính hiệu cảm biến lực…............................................ A0
- Hệ thống điều khiển………………………..........................A0
- Thuật tốn thử nghiệm cơng suất ngồi................................A0
- Thuật tốn thử nghiệm vận tốc khơng đổi….. …….............A0
5. Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Phạm Hữu Nam
6. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 02/2009
7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 05/2009
Ngày ..... tháng …. năm 2009
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

Cán bộ hướng dẫn thiết kế

(kí và ghi rõ họ tên)

(ký và ghi tên họ tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp toàn bộ thiết kế cho bộ môn
Ngày ...... tháng ..... năm 2009
(ký và ghi rõ họ tên)

2

MỤC LỤC
Lời nói đầu…………………………………………………………………….. 5
Chương I: KHẢO SÁT HIỆN TRẠNG BĂNG THỬ CÔNG SUẤT MD – 1000
VÀ ĐƯA RA PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ………………………………………..... 6
1. Đặc điểm Băng thử công suất bánh xe…………………………………….... 6
2. Nguyên lý hoạt động của Băng thử công suất………………………………. 9
3. Cấu tạo Băng thử công suất bánh xe………………………………………... 13
4. Đánh giá hiện trạng Băng thử MD – 1000………………………………….. 17
5. Đề xuất phương án xử lý……………………………………………………. 18
Chương II: XÂY DỰNG MẠCH XỬ LÝ TÍN HIỆU…………………………. 20
1 Cảm biến tốc độ……………………………………………………………… 20
2.Cảm biến lực………………………………………………………………….. 25
3. Mạch nguồn cấp cho các mạch đo tín hiệu…………………………………... 31
Chương III: XÂY DỰNG THUẬT TỐN ĐO CƠNG SUẤT BÁNH XE…….. 33
1. Chế độ thử nghiệm Đặc tính kéo theo chế độ làm việc đặc tính ngồi
của động cơ………………………………………………………………….. 33
2. Chế độ do vân tốc không đổi…………………………………………………. 39
Chương IV: XÂY DỰNG PHẦN MỀM THU THẬP DỮ LIỆU VÀ
XỬ LÝ TÍN HIỆU………………………………………………………………. 43
1. Nhiệm vụ của Phàn mềm……………………………………………………... 43
2. Cấu trúc phần mềm và giao diện làm việc……………………………………. 44
3. Phần cứng……………………………………………………………………... 47

3


4. Phần mềm…………………………………………………………………….. 50
5. Một số chức năng của phần mềm……………………………………………. 52

Kết luận…………………………………………………………………………. 59
Phụ lục……………………………………………………………………………60

4


LỜI MỞ ĐẦU
Sự phát triển nhanh chóng của ngành Ơ tơ có được là nhờ tiếp thu các tiến bộ
của các ngành Cơ khí chế tạo, Vật liệu, Điện, Điện tử, Điều khiển…. Tuy nhiên ngành
Ơ tơ cũng có các đặc thù riêng, yêu cầu phải có các phương pháp nghiên cứu và đánh
giá riêng. Do đó sự có mặt của các Băng thử nghiệm trong các nhà máy, phòng thí
nghiệm đóng một vai trị vơ cùng quan trọng. Điều kiện nước ta chưa thể sản xuất các
Băng thử này, nên hầu hết các Băng thử trong nước đều được nhập khẩu.
Trong thời gian thực tập tốt nghiệp, em đã được tiếp xúc với Băng thử Công
suất bánh xe MD – 1000 cho xe tải 2 cầu sau chủ động và hiện tại Băng thử này đang
gặp trục trặc, cho ra kết quả khơng chính xác, ảnh hưởng tới hoạt động của cơ sở.
Sau thời gian tìm hiểu và làm việc với Băng thử, em được giao nhiệm vụ “Xây
dựng mạch đo và Phần mềm thu thập, xử lý tín hiệu Băng thử Công suất bánh xe”.
Đây là một đề tài hồn tồn mới, u cầu cần có thời gian nghiên cứu, khảo nghiệm và
đánh giá lâu dài. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do thời gian và kinh nghiệm bản
thân có hạn nên bản đồ án này khơng tránh khỏi có các thiếu sót. Em kính mong được
các thầy và các bạn đóng góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn: PHẠM HỮU NAM đã tận
tình chỉ bảo, hướng dẫn giúp em hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ mơn Ơ tơ và Xe chun dụng –
Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội và các bạn trong bộ môn đã giúp em trong q trình
nghiên cứu và hồn thành đồ án này.
Sinh viên
Nguyễn Thanh Tùng

5


Chương I.

KHẢO SÁT HIỆN TRẠNG BĂNG THỬ CÔNG SUẤT
MD – 1000 VÀ ĐƯA RA PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ

1. Đặc điểm Băng thử công suất bánh xe:
1.1. Định nghĩa:
Băng thử công suất là một thiết bị được sử dụng để đo momen và tốc độ
từ đó có thể tính ra cơng suất của động cơ nổ, động cơ điện hay một thiết bị có
chuyển động quay, từ đó cho phép xác định các thơng số khác của nó.
Băng thử cơng suất đóng một vai trị to lớn trong ngành cơng nghiệp xe.
Nó cho phép đánh giá khả năng hoạt động của các xe mới sản xuất hoặc đánh
giá các thông số khác của xe như khí thải, chuẩn đốn trạng thái xe.

Hình 1.1: Sơ đồ Băng thử cơng suất xe 2 cầu sau chủ động

1.2.

Đặc điểm của Băng thử:

6


Băng thử cơng suất Ơ tơ 2 cầu sau chủ động thuộc loại Chassis
Dynanometer là thiết bị được sử dụng để mô phỏng đặt tải lên xe thử nghiệm.
Hệ thống này bao gồm kết cấu cơ khí, cơ – điện và điện tử được sử dụng để mô
phỏng tải thật đặt lên xe trong phịng thí nghiệm.

Băng thử sử dụng Phanh điện từ - PAU để hấp thụ momen truyền từ
bánh xe tới con lăn và chuyển hóa năng lượng hấp thụ này thành nhiệt. Bộ điều
khiển điện tử của hệ thống sử dụng loại điều khiển có hồi tiếp (PID) để điều
khiển quá trình hấp thụ năng lượng này, mà thực chất là tải tác động lên xe thử
nghiệm.
Một số thông số cơ bản của Băng thử MD – 1000 theo tài liệu MD – 1000
Series Maintenance & Service Manual:
Công suất:

Làm việc liên tục ở mức 500 mã lực
Công suất làm việc lớn nhất 1200 mã lực
Giá trị đo được 2000 mã lực

Bộ phận gây tải:

Phanh điện từ làm mát bằng gió MDK – 400

Hệ thống điều khiển:

Máy tính và Phần mềm MD – 7000
Có khả năng điều khiển bằng tay từ xa

Con lăn:

Đường kính con lăn 452 mm
Khoảng cách con lăn 762 mm

Chiều dài trục:

Khoảng cách 2 cầu xe 1168 – 1524 mm

Vận tốc làm việc:

Lớn nhất 200km/h
Liên tục 175km/h

7


Bộ nâng hạ:

Giữa 2 con lăn cầu giữa, sử dụng hệ thống khí nén

Nguồn điện cung cấp:

230VAC ba pha, 60Hz, 40A
120VAC một pha, 60Hz, 15A cho máy tính

Hình 1.2: Sơ đồ bố trí mẫu của Băng thử MD – 1000

2. Nguyên lý hoạt động của Băng thử công suất:
2.1. Nguyên lý hoạt động của Băng thử công suất bánh xe:
8


Công suất của ôtô được xác định thông qua vận tốc của bánh xe (

lực kéo tiếp tuyến (

Fk

vbx

) và

):

N = Fk ×vbx
Q trình thử nghiệm Đường cong cơng suất ngồi của bánh xe ơ tơ được
xác định khi bướm ga mở hồn tồn và khi ơ tơ chất đầy tải. Trong quá trinh thử
nghiệm các bánh xe chủ động của xe thử nghiệm được đặt giữa con lăn chủ
động và con lăn bị động. Bánh xe chủ động làm quay các con lăn chủ động. Con
lăn chủ động được nối với bộ PAU.
Khi xe chuyển động, bánh xe quay sẽ làm cho con lăn chủ động quay, và
do đó làm cho Rotor của PAU quay theo. PAU hoạt động theo ngun tắc dịng
điện Fucơ tạo ra mơmen cản để cản chuyển động của các con lăn chủ động, và
sinh ra các chế độ tải và chế độ tốc độ khác nhau trong khi thử. Do bộ phận gây
tải PAU được thiết kế đặt theo kiểu động cơ đặt treo, khi PAU gây tải lên bánh
xe, momen bánh xe truyền tới sẽ tạo nên Momen phản ứng tại vỏ của “động cơ
đặt treo” hay tại Stator của PAU. Để ngăn cản không cho Stator quay tự do, trên
Stator của PAU có một cánh tay địn gắn với cảm biến lực cho phép xác định
được Momen phản ứng trên Stator.
Bằng cách xác đinh được Momen phản ứng trên Stator có thể tính tốn
ngược trở lại được Momen kéo tại bánh xe hay là tính được Lực kéo tiếp tuyến
trên bánh xe.
Số vòng quay của bánh xe chủ động của xe được xác định như sau:
Trong đó:

ncl :

số vịng quay của con lăn chủ động (vg/ph).

9


ncb :
Fk :
2.2.

số vòng quay xác định được trên cảm biến đo tốc độ (vg/ph).
lực kéo tiếp tuyến (

N

).

Các công thức tính cơ bản:
Đường truyền cơng suất từ động cơ tới Bánh xe chủ động:
Động cơ  Hộp số  Các Đăng  Cầu chủ động  Bánh xe chủ động
Cơng suất phát ra tại bánh xe:

Trong đó:

Nk – Cơng suất kéo phát ra tại bánh xe, kW
Ne – Công suất động cơ, kW
– Công suất tiêu hao do lực cản lăn, kW
– Công suất tiêu hao do lực cản khơng khí, kW
– Cơng suất tiêu hao do lực cản dốc, kW
– Công suất tiêu hao do lực cản quán tính, kW
– Hiệu suất của hệ thống truyền lực

Trong trường hợp Ơ tơ chuyển động trên đường bằng, khơng có gia tốc,
phương trình cân bằng cơng suất của ơ tơ có dạng sau:

10


Hình 1.3: Sơ đồ tính lực tương tác giữa con lăn và bánh xe
Do có góc đặt giữa trục bánh xe và trục con lăn chủ động, nên công suất
phản ứng trên Stator thu được là công suất mà bánh xe truyền tới trên trục con
lăn:
Trên băng thử phần công suất bánh xe truyền cho trục con lăn:

Khi đó góc và góc đối với băng thử được tính theo cơng thức sau:

Momen phản ứng của Stator:

11


Trong đó:

Mpư – Momen phản ứng của Stator, Nm
Flc – Lực tác dụng lên Cảm biến lực, N
L – Cánh tay đòn treo Cảm biến lực, m

Momen của Bánh xe thực tế:

Trong đó:

Mbx – Momen tại Bánh xe chủ động, Nm
Mms – Momen ma sát trong HT truyền lực Băng thử, Nm
– Hiệu suất truyền lực trong HT truyền lực Băng thử

Từ cơng thức tính cơ bản trên, có thể tính ra Cơng suất kéo tại
bánh xe chủ động theo cơng thức sau:

Trong đó:

– Vận tốc góc bánh xe, rad/s
– Vận tốc dài bánh xe, m/s
Fbx – Lực kéo tiếp tuyến bánh xe, N
rbx – Bán kính bánh xe, m

3. Cấu tạo Băng thử công suất bánh xe:

12


Băng thử công suất bánh xe là một tổ hợp hồn chỉnh gồm nhiều bộ phận cơ
khí, điện, điện tử kết hợp lại nhằm thử nghiệm xe và thu thập các kết quả thử
nghiệm. Cấu tạo băng thử gồm các bộ phận chính sau:
-

Kết cấu cơ khí
Bộ phận tạo tải
Hệ thống đo và thu thập dữ liệu
Hệ thống điều khiển

Hình 1.4: Cấu tạo Băng thử MD - 1000

3.1.

Kết cấu cơ khí:

13


Kết cấu cơ khí của Băng thử là bộ phận quan trọng nhất của băng thử.
Kết cấu cơ khí của Băng thử bao gồm: Khung dầm đỡ toàn bộ Băng thử, Hệ
thống con lăn và Các ổ lăn.
Phần khung dầm đỡ của băng thử bao gồm các dầm thép kết nối với
nhau tạo thành. Để dễ dàng cho quá trình vận chuyển, dầm thép này được chia
thành 2 khối cơ bản: dầm trái và dầm phải. Các dầm thép được nối với nhau
bằng cách hàn hoặc nối bulông.
Hệ thống con lăn của Băng thử gồm có 6 con lăn chia thành 2 bộ con lăn
chủ động và 1 bộ con lăn bị động. Khi xe đi vào thử nghiệm, cầu giữa của xe sẽ
nằm đè lên 1 bộ con lăn chủ động và 1 bộ con lăn bị động, cầu sau sẽ nằm trên
bộ con lăn chủ động còn lại. Để nối 2 con lăn tạo thành bộ con lăn, giữa 2 con
lăn có khớp nối răng. 2 bộ con lăn chủ động được nối liên động với nhau bằng
đai răng.
Các con lăn được đặt trên các gối ổ đỡ được bắt chặt trên phần khung
dầm. Kích thước con lăn: Đường kính D = 452 mm, chiều rộng : W = 965 mm
Ổ lăn được sử dụng trong Băng thử MD – 1000 là loại gối ổ lăn. Ổ lăn
được bắt trên khung giá đỡ chính của băng thử và điều chỉnh độ đồng tâm bằng
các bulông đặt 2 bên ổ.

3.2.

Bộ phận tạo tải – Phanh điện từ:
Bộ phanh điện từ - PAU hoạt động dựa trên nguyên tắc dòng điện xốy

hay dịng điện Phucơ.
Ngun tắc dịng điện xốy hay dịng điệu Phucơ là chuyển động năng
của vật chuyển động thành nhiệt năng. Bằng cách tạo ra một trường tĩnh điện và
đặt vào đó một đĩa kim loại. Khi đó sẽ có những dịng điện xoay quanh đường
sức từ sinh ra trong đĩa kim loại đang chuyển động, gọi là dịng Phucơ hay dịng
điện xốy, những dịng điện này sẽ sinh ra một lực chống lại sự chuyển động
của đĩa kim loại.
14


Hình 1.4: Phanh điện từ làm mát bằng gió
Nếu như từ trường thay đổi thì lực hay mơmen chống lại sự quay của đĩa
kim loại cũng thay đổi. Và các thực nghiệm đã chứng minh rằng, nếu sử dụng
nam châm điện để tạo ra từ trường, dòng điện cấp cho nam châm tỷ lệ thuận với
lực cản sinh ra. Đây chính là nguyên tắc chế tạo và điều khiển bộ phanh điện từ
PAU.
Bộ phanh điện từ - PAU sử dụng trong Băng thử MD – 1000 là loại
phanh điện từ làm mát bằng gió. Gồm có 2 phần:
- Phần Rotor: là phần gắn với bộ con lăn chủ động thông qua khớp nối. Ngoài
ra Rotor được chế tạo bề mặt phía ngồi có dạng cánh quạt gió có tác dụng làm
mát phanh điện từ trong quá trình hoạt động.
- Phần Stator: là phần tạo ra từ trường tĩnh điện. Phần Stator có chứa các cuộn
dây. Phần khung của Stator được đặt trên ổ bi, tạo cho bộ PAU có dạng “Động
cơ đặt treo”. Stator chính là phần sinh ra Momen phản ứng ứng với Momen từ
bánh xe truyền tới. Trên vỏ Stator có gắn cảm biến lực để xác định Momen phản
ứng này.
3.3.

Hệ thống đo và thu thập dữ liệu:

15


Hệ thống đo và thu thập dữ liễu đóng vai trị quan trọng trong việc q
trình thử nghiệm xe. Hệ thống đo cho phép thu thập các kết quả đo một cách tự
động và truyền về máy tính để xử lý kết quả đo.
Hệ thống đo của Băng thử công suất bao gồm 2 loại cảm biến là cảm biến
lực và cảm biến tốc độ.
-

Cảm biến lực (Loadcell) là cảm biến đo lực phản ứng sinh ra trên Stator
của Phanh điện từ. Cảm biến lực của Băng thử là cảm biến kéo nén được
treo trên cánh tay đòn trên vỏ Stator. Băng thử MD – 1000 có 2 cảm biến

-

cho 2 bộ Phanh điện từ.
Cảm biến tốc độ trên Băng thử MD – 1000 là loại cảm biến loại cảm
ứng, điện áp ra của cảm biến cho phép xác định được tốc độ quay của
con lăn.

3.4.

Hệ thống điều khiển:
Hệ thống điều khiển hoạt động cùng với hệ thống đo tạo thành tổ hợp đo

điều khiển cho băng thử, cho phép người sử dụng băng thử vận hành quá trình
thử nghiệm một cách tự động và đơn giản.
Kết hợp với kết quả đo từ Hệ thống đo, Hệ thống điều khiển sẽ truyền

các tín hiệu qua Mạch điều khiển trong hộp điều khiển tới điều khiển Phanh
điện từ bằng cách tăng giảm lực phanh.
Mạch điều khiển bao gồm 2 phần chính:
-

Mạch nhận tín hiệu: nhận tín hiệu điều khiển Phanh điện từ từ máy tính

-

tới mạch cách ly
Mạch cách ly và điều khiển: là mạch điều khiển trực tiếp Phanh điện từ,
nhận tín hiệu điều khiển từ Mạch nhận tín hiệu.
16


Hình 1.5: Hộp điều khiển

4. Đánh giá hiện trang Băng thử MD – 1000:
4.1. Kết cấu cơ khí:
Băng thử MD – 1000 được bảo quản tương đối tốt. Phần khung dầm đỡ
toàn bộ Băng thử được đặt trong hố thử nghiệm được bảo quản tốt. Các bộ phận
cơ khí khác như con lăn, khớp nối được bôi trơn đầy đủ. Con lăn và đai răng
trong tình trạng tốt.

4.2.

Bộ phận tạo tải – Phanh điện từ:
Phanh điện từ - PAU có yêu cầu khe hở giữa Rotor và Phần ứng trên

Stator một khoảng nhất định, phần Đĩa Rotor bị rỉ sét, có thể khe hở này khơng

đảm bảo đúng u cầu kĩ thuật do đó cần có các đánh giá kỹ hơn về Phanh điện
từ để có thể đưa ra kết quả chính xác hơn.
17


4.3.

Hệ thống đo, thu thập dữ liệu và Hệ thống điều khiển:
Phần Mạch điều khiển và Phần mềm là một phần rất quan trọng trong

Băng thử, mạch đo và điều khiển băng thử nằm trong một tổng thể Hộp điều
khiển.
Tình trạng hiện tại kết quả thử nghiệm khơng chính xác, do đó có thể có
hỏng hóc hoặc sai sót trong 2 bộ phận này.

5. Để xuất phương án xử lý:
Sau khi đánh giá thực tế Băng thử MD – 1000, sinh viên xin đề xuất phương
án xử lý phục hồi chức năng:
-

Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của Băng thử MD – 1000 từ đó đưa ra Phương

-

thức thử nghiệm, thuật toán điều khiển Băng thử cho các chế độ thử nghiệm
Chế tạo toàn bộ Mạch điều khiển bao gồm: Mạch đo các thông số tốc độ và lực

-

của Băng thử và Mạch điều khiển Phanh điện từ

Xây dựng Phần mềm thu thập dữ liệu và Phần mềm điều khiển quá trình thử
nghiệm.
Ưu điểm: Nếu nghiên cứu đạt kết quả tốt thì kết quả này sẽ cho phép nắm
vững cơng nghệ thử nghiệm công suất xe, không chỉ với xe 2 cầu sau chủ động
mà với nhiều loại xe khác nhau.
Nhược điểm: Thời gian nghiên cứu lâu dài, yêu cầu phải có khảo nghiệm,
đánh giá để đạt được độ chính xác mong muốn.
Tuy nhiên do thời gian và trình độ sinh viên hiện cịn hạn chế, trong
khn khổ đồ án này, sinh viên sẽ chỉ nghiên cứu một số phần của phương án
xử lý, giúp phục hồi một số chức năng cơ bản nhất của băng thử:

18


-

Xây dựng nguyên lý thử nghiệm cho băng thử công suất
Xây dựng mạch đo và gửi tín hiệu đo được về máy tính
Xây dựng phần mềm thu thập và xử lý tín hiệu.

Chương II.

XÂY DỰNG MẠCH XỬ LÝ TÍN HIỆU

Trên băng thử MD – 1000 có sử dụng 2 loại cảm biến thu thập dữ liệu
trong quá trình thử nghiệm:
Cảm biến tốc độ được gắn trực tiếp vào Rotor của Phanh điện từ nhằm
đo tốc độ của Rotor, đồng thời là tốc độ con lăn.

19

Cảm biến lực gắn trên cánh tay đòn trên Stator của Phanh điện từ, cho
phép đo lực kéo tác dụng lên cảm biến , từ đó xác định được momen phản ứng
sinh ra trên vỏ Stator.

1. Cảm biến tốc độ:
1.1. Cấu tạo:
Băng thử MD – 1000 sử dụng cảm biến tốc độ kiểu cảm ứng. Cấu tạo của
cảm biến này bao gồm 2 bộ phận chính:
-

Đĩa cảm biến: đĩa cảm biến được gắn tại đầu trục ra của Phanh điện
từ, do đó đĩa cảm biến có tốc độ quay bằng với tốc độ quay của Rotor
Phanh điện từ hay bằng tốc độ quay của con lăn chủ động. Đĩa cảm

-

biến của băng thử MD -1000 có tổng cộng 120 răng
Cuộn cảm ứng: gồm có cuộn dây được cuốn trên lõi nam châm vĩnh
cửu.

Cuộn dây cảm ứng gần sát răng của đĩa cảm biến. Khoảng cách từ đầu
cuộn cảm ứng tới răng của đĩa cảm biến sẽ quyết định độ nhạy cũng như độ lớn
của suất điện động cảm ứng sinh ra trong cuộn dây.
1.2.

Nguyên lý hoạt động:
Cảm biến cảm ứng điện từ là loại cảm biến phát diện, tín hiệu phát ra có

dạng tín hiệu hình sin có biên độ và tần số phụ thuộc vào tốc độ quay. Mỗi khi
đầu răng của Rotor quét qua cuộn dây, từ thông móc vịng qua cuộn cảm biến
thiên làm xuất hiện một suất điện động cảm ứng trong cuộn dây.
Suất điện động xuất hiện trong cuộn dây có biên độ và tần số phụ thuộc
vào tốc độ quay của đĩa cảm biến.

20


Tần số của suất điện động trong cuộn dây:

Trong đó:

f – Tần số của suất điện động cảm ứng, Hz
N – Số răng của đĩa cảm biến
n – Tốc độ quay của đĩa cảm biến, vòng/phút

Như vậy, bằng cách xác định được tần số của cảm biến tốc độ, hoàn tồn
có thể xác định được tốc độ quay của cảm biến.

1.3.

Hình 2.1: Cấu tạo và nguyên lý của Cảm biến tốc độ
Thiết kế Mạch đo Tốc độ:
Dựa trên nguyên lý hoạt động của Cảm biến tốc độ, sơ đồ khối của quá

trình xử lý, xác định tốc độ sau:

21

Hình 2.2: Sơ đồ khối q trình xử lý tín hiệu từ cảm biến tốc độ
Trong khảo sát thực tế, xác định được cảm biến tốc độ trên Băng thử MD
– 1000 lại cho ra tín hiệu dạng xung vng với mức logic 0 – 1 tương ứng với
điện áp 7V – 12V. Do vậy có thể khẳng định tín hiệu trong cảm biến tốc độ của
Băng thử MD – 1000 đã có tích hợp sẵn một bộ khuếch đại/so sánh chuyển đổi
tín hiệu thành xung vng.
Do tín hiệu đưa về từ cảm biến là dạng xung vuông điện áp làm việc
(+12VDC) cao hơn điện áp làm việc của VĐK ATmega8 (5VDC), thực hiện
việc chuẩn xung thông qua một IC thuật tốn LM324, chuyển về tín hiệu xung
vng điện áp logic là 0V – 5V.
Mục tiêu sử dụng mạch đo tốc độ không chỉ cho cảm biến trên băng thử
MD – 1000, mà còn sử dụng được cho nhiều loại cảm biến tốc độ khác nhau, do
đó việc chuẩn xung trên IC LM324 sử dụng mạch so sánh ngưỡng.

22


Hình 2.3: Mạch xử lý tín hiệu cảm biến tốc độ
IC LM324 hoạt động ở chế độ so sánh ngưỡng:
-

Chọn điện áp so sánh: Vref+ = 3-5V
Do điện áp đầu vào là 7V – 12V, do đó để đảm bảo nhận biết được
thời điểm mức cao của xung đầu vào, V- = 5V khi điện áp đầu vào là
12V  Mạch phân áp sẽ giải quyết điều này. Chọn biến trở 5K, tỷ lệ
điều chỉnh biến trở là:

Bộ đếm được sử dụng là Ngắt ngoài (INT1) của VĐK ATmega8, mỗi khi
tín hiệu xung gửi về từ IC LM324, một ngắt ngoài xảy ra, biến đếm Count (P)

sẽ được tăng thêm 1.
Hoạt động song song với Bộ đếm này là một bộ Ngắt định thời (Timer),
sau một khoảng thời gian định trước T, Bộ đếm sẽ tạo ra một Ngắt báo tràn
Timer, khi đó thực hiện phép tốn để có thể tính ra được vận tốc vịng của con
lăn, cũng như là vận tốc dài của bánh xe theo công thức sau:

Trong đó:
– Vận tốc vịng của con lăn chủ động, vòng/phút
P – Số xung đếm được trong thời gian T
T – Thời gian đếm xung, s
N – Số răng đĩa cảm biến
r – Bán kính bánh xe, mm

23


Hình 2.4: Cảm biến tốc độ trên Băng thử MD - 1000
2. Cảm biến lực:
2.1. Cấu tạo:
Cấu tạo của Cảm biến lực (Loadcell) là loại cảm biến dây điện trở đo,
được mắc theo dạng mạch cầu đo (mạch cầu Wheatstone) được sử dụng để đo
lực kéo hoặc đo momen uốn.
Mạch cầu đo thường sử dụng có 2 loại:
-

Loại làm việc một nhánh: điện áp ra đo được là một đường phi tuyến
Loại làm việc hai nhánh: điện áp ra đo được tuyến tính

Kết cấu cơ bản nhất của cảm biến lực gồm 4 điện trở mắc theo dạng
mạch cầu, trong đó có 1 điện trở Rx hoặc 2 điện trở mắc 2 nhánh có giá trị thay

đổi tương ứng với lực tác dụng vào cảm biến.

24


Hình 2.5: Mạch cầu điện trở làm việc 1 nhánh
Cảm biến lực sử dụng trong Băng thử MD – 1000 là loại cảm biến kéo
nén loại S, cho phép lực kéo nén lên tới 10.000N.

Hình 2.6: Cảm biến lực trên Băng thử MD - 1000
2.2.

Nguyên lý hoạt động:
Nguyên lý hoạt động của cảm biến lực là dựa trên sự biến đổi của điện

trở Rx tương ứng với Lực tác dụng vào cảm biến, làm cho sự cân bằng của mạch

25