thiết kế, chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.62 MB, 47 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN
BƠM XĂNG KIỂU MÀNG CHO ĐỘNG CƠ
SỬ DỤNG CHẾ HÒA KHÍ
S
K
C
0
0
3
9
5
9
MÃ SỐ: T61 - 2007
S KC 0 0 1 9 0 0
Tp. Hồ Chí Minh, 2008
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
Đề tài NCKH cấp trường
PHẦN I
ĐẶT VẤN ĐỀ
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
1
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
I.
Đề tài NCKH cấp trường
Đối tượng nghiên cứu
Phát triển giao thông công cộng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, giảm tiêu
hao nhiên liệu, tăng tính năng động cơ là một vấn đề đã và đang cần phải giải
quyết. Bên cạnh đó để phát triển ngành công nghiệp Ôtô ở Việt Nam hiện nay
cần phải qua tâm đến dòng xe có mức độ tiên tiến kém như dòng xe bãi nhập
khẩu nguyên chiếc. Trong số đó, xe sử dụng chế hoà khí còn nhiều và khả
năng hoạt động của chế hoà khí còn rất kém. Đây chính là nguyên nhân sâu xa
gây ra tình trạng ô nhiễm khí thải và tiêu hao nhiên liệu. Để giải quyết vấn đề
này chúng ta cần phải tác động đến bộ phận cung cấp nhiên liệu cho động cơ.
Một đặc điểm của bộ chế hoà khí là mức độ tiêu hao nhiên liệu chịu sự tác
động mạnh mẽ từ áp lực nhiên liệu. Do đó đối tượng nghiên cứu của đề tài
này là cải thiện tiêu hao nhiên liệu, giảm ô nhiểm khí thải thông qua việc điều
khiển bơm xăng cho chủng loại bơm xăng kiểu màng điều khiển bằng điện.
II.
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Ngày nay, chúng ta đang sống trong thời đại của khoa học công nghệ phát trển
đỉnh cao. Các nước phương tây đã đạt được trình độ khoa học kỹ thuật cao do
đó nền công nghiệp ôtô của họ rất phát triển so với chúng ta hiện nay. Vì thế
đây không phải là vấn được họ quan tâm và nghiên cứu. Đối với trong nước
thì đây là vấn đề mang tính chất thực dụng nhất thời giải quết vấn đề trước
mắt. Nhưng sự thành công của đề tài mang cho xã hội một ý nghĩa thực tiễn
hết sức to lớn đó là giải quết vấn đề ô nhiểm môi trường và tiêu hao nhiên liệu
cho dòng xe sử dụng chế hoà khí, tránh tình trạng loại bỏ bơm xăng một cách
ồ ạt ở ngoài thị trường khi mạch điều khiển bị hỏng.
Do thời gian còn hạn chế nên đề tài chỉ mới chạy thử nghiệm trong
xuởng mà chưa ứng dụng thực tế trên xe ngoài thị trường.
III.
Phương pháp nghiên cứu
Trong quá trình thực hiện đề tài các phương pháp nghiên cứu sau đây đã được
sử dụng:
-
Phương pháp nghiên cứu tài liệu
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
2
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
-
Phương pháp thực nghiệm
-
Phương pháp giải tích mạch
-
Phương pháp thiết kế mạch
-
Phương pháp lập trình vi điều khiển
Đề tài NCKH cấp trường
Nội dung nghiên cứu bao gồm:
-
Khảo sát mạch điều khiển bơm xăng khiểu màng
-
Thiết kế mạch điều khiển bơm xăng khiểu màng có sử dụng vi điều
khiển
-
Lập trình cho mạch điều khiển bơm xăng bằng ngôn ngữ Assembly
-
Chạy thử nghiệp mạch bơm xăng kiểu màng
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
3
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
Đề tài NCKH cấp trường
PHẦN II
N ỘI DUNG
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
4
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
Đề tài NCKH cấp trường
Chương 1
KHẢO SÁT MẠCH ĐIỀU KHIỂN BƠM XĂNG KIỂU MÀNG
I. Bơm xăng kiểu màng sử dụng trên động cơ chế hoà khí
Bơm xăng kiểu
màng trên động cơ
sử dụng chế hoà khí
là bơm tiếp vận. Nó
có nhiệm vụ bơm
xăng từ thùng nhiên
liệu lên bộ chế hoà
khí để bảo đảm sự
hoạt động của bộ chế
hoà khí. Bộ phận
quan trọng nhất của
bơm bao gồm một màng bơm được kéo đẩy nhờ một cuộn dây điều khiển bằng điện
và một lò xo hồi vị.(xem hình 1). Điểm đặc biệt ở đây so với bơm màng kiểu cơ khí là
chỉ có đường xăng vào, đường xăng ra mà không có đường xăng hồi. Vì thế việc
điều khiển lưu lượng xăng hoàn toàn là do mạch điều khiển tính toán. Ở cuối bơm
gắn một cảm biến quang để nhận biết vị trí màng bơm nhờ một lá chắn gắn trên cần
bơm và được dẩn động bởi màng bơm. Khi màng bơm chuyển động mạch điều khiển
sẽ nhận biết vị trí của màng bơm hay nói cách khác mạch điều khiển sẽ biết bơm
đang hút hay đang nén để mở dòng điều khiển cuộn dây. Giả sử ban đầu van kim của
chế hòa khí chưa đóng lại, vị trí màng bơm đang bị lò xo hồi vị đẩy về vị trí cuối chu
kỳ bơm và lá chắn không che khe hở cảm biến quang. Khi động cơ hoạt động, cuộn
dây sẽ hút màng bơm thực hiện chu kỳ hút nhiên liệu từ thùng chứa vào buồng nhiên
liệu. Vào thời điểm màng bơm ở cuối chu kỳ hút, lá chắn sẽ che khuất khe hở của
cảm biến quang. Mạch điều khiển sẽ ngắt dòng kích cuộn dây và lò xo hồi vị lại đẩy
màng bơm về vị trí cũ thực hiện chu kỳ bơm nhiên liệu lên buồng phao ở chế hòa
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
5
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
Đề tài NCKH cấp trường
khí. Một khi nhiên liệu được điền đầy buồng phao trên chế hòa khí, van kim sẽ đóng
lại và xăng không thể thoát ra khỏi buồng nhiên liệu tạo ra một áp lực nhất định lên
màng bơm. Áp lực này sẽ làm cho lò xo hồi vị không thể đẩy màng bơm về vị trí cũ
và lá chắn sẽ che cảm biến quang trong một khoảng thời gian dài. Lúc này mạch điều
khiển sẽ hiểu là xăng đã đầy và ngắt dòng điều khiển màng bơm cho tới khi van kim
mở ra giải phóng xăng, lò xo hồi vị sẽ đẩy màng bơm về vị trí cuối quá trình bơm.
Hinh 1 Cấu tạo bơm xăng
Mạch điều khiển bơm xăng được gắn ngay phía sau trên bơm xăng và bơm được
đặt ngay trong khoang động cơ để thuận tiện cho việc bố trí đường ống cung cấp
nhiên liệu cho động cơ. Mạch được thiết kế rất nhỏ gọn và phù hợp với không gian
có sau bơm và chỉ có ba dây giao tiếp với bên ngoài là dây cấp nguồn và tín hiệu
đánh lửa từ âm bobin. Mạch được bố trí như hình bên dưới:
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
6
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
Đề tài NCKH cấp trường
Hinh 2 Mặt trước và vị trí mạch điều khiển
Hinh 3 Mặt sau mạch điều khiển
Trên mặt sau của mạch có hai linh kiện quan trọng là transistor công suất điều
khiển cuộn dây và cảm biến quang để nhận biết vị trí màng bơm.
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
7
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
Đề tài NCKH cấp trường
II. Mạch điều khiển bơm xăng
Mạch điều khiển bao gồm hai bộ phận chính là bộ phận cảm biến và bộ phận
chấp hành. Bộ phận cảm biến bao gồm một bộ phân cực Transistor NPN và một cảm
biến quang ( hình 4 ).
Hình 4 Mạch nhận biết xung đánh lửa
Tại thời điểm đánh lửa âm bobin xuất hiện suất điện động cảm ứng xoay chiều lên
đến 300V. Bán kỳ âm của xung này sẽ làm cho tụ C1 xả nhanh và tụ này sẽ nạp lai
ngay sau xung đánh lửa. Lúc mày trên mạch xuất hiện dòng điện từ âm bobin qua
điện trở R1 nạp tụ C1 qua transistor xuống mass. Dòng điện này làm cho T1 dẫn kích
hoạt cho led ở bộ cảm biến quang OK1 hoạt động. Led phát sáng làm cho
Phototransistor dẫn bảo hòa và điện áp ở chân số 5 của cảm biến quang xuống mức
thấp tín hiệu này sẽ báo về chân số 2 của IC 555 trên bộ chấp hành.
Bộ phận chấp hành là bộ IC 555 mắc theo nguyên lý mạch đơn ổn phát hiện sự
mất xung ở chân số 2, ngõ ra điều khiển một transistor công suất kích hoạt cuộn dây.
Để tìm hiểu nguyên lý hoạt động của mạch phát hiện sự mất xung chúng ta kết hợp
sơ đồ cấu trúc bên trong của IC 555 như hình 5.
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
8
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
Đề tài NCKH cấp trường
Hình 5 Mạch cấu trúc IC555
Ban đầu khi cấp nguồn, dòng điện từ nguồn 12v chạy qua điện điện trở 10kΩ nạp
tụ 0.1μF ở chân số 7 làm cho chân số 6 ở mức thấp hơn ngưỡng 2/3Vreff. Ngõ ra
Opamp1 ở mức thấp. Chân số 2 được treo lên 12v làm cho ngõ ra của Opamp2 cũng
ở mức điện áp thấp. Chân R và S của bộ F/F ở mức thấp và nhờ cấu trúc bên trong
nên ngõ ra Q ở mức cao. Qua cổng đảo ngõ ra chân 3 có mức điện áp thấp gần 0V.
Đồng thời ngõ ra Q ở mức cao làm cho transistor T1 dẫn bảo hòa nhịp chân số 7
xuống mass. Mạch sẽ ổn định trạng thái này nếu không có sự thay đổi trên chân số 2
của IC 555. Khi xuất hiện sườn âm trên chân số 2, ngõ ra của Opamp2 sẽ thay đổi từ
mức thấp sang mức cao. Chân S của bộ F/F ở mức cao làm thay đổi trạng thái của
ngõ ra Q từ mức cao sang mức thấp. điều này làm cho ngõ ra chân số 3 chuyển từ
mức thấp sang mức cao và transistor T1 ngắt. Lúc này xuất hiện dòng nạp tụ C1 làm
cho điện áp trên chân số 7 và số 6 tăng dần từ 0 lên 2/3Vreff. Trong quá trình này
chân số 3 vẩn dữ nguyên trạng thái. Khi điện áp trên chân số 6 vượt mức 2/3Vreff ,
ngõ ra Opamp1 chuyển từ mức thấp sang cao. Chân R chuyển lên mức cao làm cho
ngõ ra Q của bộ F/F thay đổi trạng thái từ thấp sang cao làm cho chân số 3 xuống
mức thấp đồng thời transistor T1 dẩn xả nhanh tụ C1 và mạch dữ nguyên trạng thái
nếu chân số 2 không tiếp tục được tác động. Trong trường hợp khi tụ C1 đang nạp,
điện áp trên chân số 6 chưa vượt qua ngưỡng 2/3Vreff mà trên chân số 2 xuất hiện
sườn âm xung kích thì transistor T1 dẩn bảo hòa làm tụ C1 xả nhanh làm cho điện áp
trên chân số 6 trở về 0V. Tụ C1 được nạp trở lại đồng thời ngỏ ra trên chân số 3 vẩn
được dữ ở mức cao. Điều này có nghĩa là chân số 3 luôn ở trạng thái điện áp cao khi
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
9
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
Đề tài NCKH cấp trường
chu kỳ kích sườn âm trên chân số 2 nhỏ hơn khoảng thời gian tụ C1 nạp đến ngưỡng
điện áp 2/3Vreff. Chúng ta sẽ thấy rõ điều này trên giản đồ xung sau:
Hình 6 Giản đồ xung trên chân 2,3,6
Chân ngõ ra số 3 của IC 555 sẽ điều khiển Transistor công suất kích hoạt màng
bơm. Hình sau là sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển.
Hình 7 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
10
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
Đề tài NCKH cấp trường
Chương 2
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN BƠM XĂNG
Từ tính năng sẳn có trên mạch điều khiển bơm như đã khảo sát trên. Chúng ta thiết
kế mạch điều khiển bơm bảo đảm các tính năng kỹ thuật sau:
-
Kích thước mạch đủ nhỏ để bố trí mạch vào trong bơm bảo đảm độ an toàn.
-
Mạch nhận biết sự hoạt động của động cơ thông qua tín hiệu đánh lửa từ âm
bobbin.
-
Cải tiến một số tính năng hoạt động của bơm như: Cho bơm hoạt động trong
một khoảng thời gian ngắn khi bật chìa khóa để điền đầy xăng lên chế hòa khí
đề phòng cho trường hợp xe để lâu không hoạt động hay hết xăng. Thay đổi
tốc độ bơm để điều chỉnh lưu lượng xăng phù hợp với tốc độ động cơ …
I.
Lựa chọn linh kiện sử dụng trong mạch
Yêu cầu quan trọng trong mạch điều khiển bao gồm ba bộ phận chính là:
-
Bộ phận cảm biến
-
Bộ phận chấp hành
-
Bộ phận xử lý
1. Bộ phận cảm biến
Bộ phận cảm biến thực hiện hai yêu cầu chính là nhận biết sự hoạt
động của động cơ thông qua tín hiệu đánh lửa từ âm bobin. Và vị trí màng
bơm thông qua lá chắn gắn trên cần bơm. Để làm được yêu cầu này chúng ta
sử dụng transistor NPN C1815 và một cảm biến quang có cấu trúc đặc biệt
phù hợp với vị trí đặt mạch trên bơm.
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
11
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
Đề tài NCKH cấp trường
Transistor C1815:
Là một transistor điều khiển tín hiệu nhỏ có đặc điểm sau:
Hình: 8 Transistor C1815
Thông số kỹ thuật:
Điện áp hai đầu cực thu và cực nền
: VOBC(max) =50 V
Điện áp hai đầu cực thu và cực phát
: VCEO(max) = 50 V
Dòng điện cực thu
: IC = 150 mA
Công suất tiêu tán cực đại
: PC max = 400 mW
Hệ số khuyếch đại dòng
: HfE = 70 ÷ 400
Tần số giới hạn
: FT =80 MHz
Cảm biến quang :
Là một cảm biến chuyên dụng hoạt được sản xuất và đóng trong một vỏ nhựa
có rảnh và khe hở như hình bên dưới.
Hinh 9 cảm biếnn quang
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
12
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
Đề tài NCKH cấp trường
Thông số kỹ thuật:
Kích thước vỏ:
Chiều dài:
15 mm
Chiều rộng:
10 mm
Chiều cao:
12 mm
Kích thước khe hở
Bề rộng khe hở:
2.5 mm
Chiều sâu khe hở:
10 mm
Dòng kích:
100 mA
Tần số đáp ứng:
50 Hz
2. Bộ phận chấp hành
Bộ phận chấp hành có nhiệm vụ nhận tín hiệu bơm từ vi điều khiển và mở cho
dòng qua kích cuộn dây kéo màng hút nhiên liệu. Do hoạt động của cuộn dây
cần một dòng điện khá lớn nên Tip122 là một sự lựa chọn khả thi.
TIP 122
Là một trasistor công suất NPN có đặc điểm :
Hình 10 Transistor công suất TIP 122
Thông số kỹ thuật
Điện áp hai đầu cực thu và cực nền
: VCBO = 100 V
Điện áp hai đầu cực thu và cực phát
:VCEO = 100 V
Dòng điện cực thu
: IC = 5 A
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
13
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
Dòng điện cực góp
Đề tài NCKH cấp trường
: IB = 120 mA
3. Bộ phận xử lý
Do yêu cầu của mạch là phải giữ nguyên đặc tính kỹ thuật của mạch cũ và cải tiến
một số đặc điểm mới nên phải sử dụng vi điểu khiền vào mạch điều khiển là một
phương án khả thi cần được lựa chọn.Với yêu cầu mạch điều khiển phải nhỏ gọn để
có thể bố trí vào trong bơm xăng nên vi điều khiển Atiny15 của hãng ATMEL là
một phương án khả quan cho yêu cầu này.
Tổng quan về Atiny15
Atiny15 là bộ vi xử lý RISC với kiến trúc Harvard thuộc họ AVR được sản xuất
bởi Cty ATMEL với tính năng mạnh mẽ. Có 90 lệnh mạnh xử lý hầu hết trong một
chu kỳ xung nhịp. Với 1 Kbyte bộ nhớ flash có thể xóa lập trình được và có thể chịu
được 10000 lần ghi xóa. Có 32 thanh ghi đa năng 8 bit, 64 byte bộ nhớ EEPROM
tích hợp trên chip chịu được 100000 ghi xóa và 1 kbyte SRAM nội. Có hai bộ
Timer/counter 8 bit với bộ chia tần lập trình được, một kênh điều xung PWM với
tần số lên tới 150 Khz, 4 kênh lối vào chuyển đổi ADC với độ phân giải 10 bit.
Atiny15 có 8 chân, trong đó có 6 cổng vào ra. Nguồn nuôi từ 2.7 đến 5.5 đối với
Atiny15L và từ 4.5 đến 5.5 đối với Atiny15, làm việc tiêu thụ dòng 3.6mA. Sử dụng
xung nội bên trong với tần số lên tới 1.6 MHz
Hinh 11 Sơ đồ chân ATiny15
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
14
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
Đề tài NCKH cấp trường
Chức năng các chân:
Vi điều khiển Atiny15 chỉ có một cổng vào ra không hoàn chỉnh là PortB. Là một
cổng vào ra 6 bit lập trình được. Các chân của cổng có điện trở pull-up được lựa
chọn cho mỗi bit. Các chân của cổng B từ PB,0 tới PB,4 có thể cho dòng kích tới
20mA và có thể kích trực tiếp được led hiển thị. Chân PB5 là chân reset ngoài và chỉ
có thể kích được dòng 12mA. Tất cả các chân này đều có thể làm nuồn dòng khi điện
trở pull-up được kích hoạt.
Chân vi điều khiển
Chức năng
VCC
Chân cấp nguồn 5V
GND
Chân nối mát cho vi điều khiển
MOSI (Đường dữ liệu vào của bộ giao tiếp ISP)
PB0
AREF ( Điện áp tham chiếu của bộ ADC )
AIN0 ( Ngõ vào âm của của bộ so sánh analog)
MISO ( Đường dữ liệu ra của bộ giao tiếp ISP)
PB1
OC1A (Ngõ ra PWM của bộ Timer1)
AIN1
( Ngõ vào dương của bộ so sánh analog)
SCK (Chân xung nhịp cho bộ giao tiếp nối tiếp)
PB2
INT0 ( Ngõ vào của bộ ngắt ngoài)
ADC01 ( Ngõ vào của kênh 1 bộ chuyển đổi A_D )
T0
(Ngõ vào bộ đếm xung ngoài của Timer0)
PB3
ADC2 ( Ngõ vào của kêng 2 bộ chuyển đổi A_D)
PB4
ADC3 ( Ngõ vào của kênh 3 bộ chuyển đổi A_D)
PB5
RESET ( Chân reset ngoài)
ADC0 ( Ngõ vào của kênh 0 bộ chuyển đổi A_D)
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
15
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
Đề tài NCKH cấp trường
Sau đây là sơ đồ khối cấu trúc của Atiny15
Hinh 12 Sơ đồ khối Atiny15
Do cấp độ của đề tài chỉ khai thác và sử dụng một số chức năng của Atiny15 như
xuất nhập cổng, Timer0 và ngắt INT0, ngắt Timer0 nên ở đây chỉ tập trung trình bày
những vấn đề này của Atiny15 mà thôi.
Cổng vào ra :
Atiny là vi điều khiển thuộc họ AVR nên có cấu trúc cổng vào ra rất đặc biệt. Hầu
hết các cổng vào ra của họ này được trang bị rất đầy đủ các bộ phận chống nhiễu để
bảo đảm khả năng hoạt động ổn định rất cao giúp cho Atiny có khả năng đáp ứng cao
và dễ dàng sử dụng trong môi trường gây nhiễu như trên ôtô.
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
16
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
Đề tài NCKH cấp trường
Hinh 13 Cấu trúc phần cứng cổng vào ra
Hinh 14 Cấu trúc Logic cổng vào ra
Để điều khiển cổng vào ra cho Atiny chúng ta cần phải tác động tới 3 thanh ghi
bao gồm: Thanh ghi dữ liệu PORTB nằm ở địa chỉ $18, thanh ghi trạng thái DDRB
nằm ở địa chỉ $17 và thanh ghi trạng thái vật lý PINB nằm ở địa chỉ $16.
Thanh gi DDRB là thanh ghi trạng thái cổng B là cổng vào hay cổng ra. Nếu một
bit trên thanh ghi này được set lên 1 thì chân tương ứng với bit đó là ngõ ra còn bit
đươc clear bằng 0 thì chân tương ướng với bit đó là ngõ vào.
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
17
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
Đề tài NCKH cấp trường
Ví dụ :
Ldi r16,0b00111000
Out ddrb,r16
Sau lệnh này từ chân 0 đến chân 2 là ngõ ra còn chân 3 đến chân 5 là ngõ vào. Khi
bột chân là ngõ vào thì nó chỉ cho phép đọc dữ liệu vào còn khi một chân là ngõ ra
thì nó chỉ cho phép xuất dữ liệu.
Thanh ghi PORTB là thanh ghi dữ liệu chỉ có thể ghi. Trạng thái trên chân này sẽ
quy định điện áp trên chân ra là mức thấp hay mức cao.
Ví dụ:
Ldi r16,0b00011100
Out portb,r16
Sau lệnh này từ Pb,2 đến PB,4 của vi đều khiển có mức điện áp cao còn PB,0 và
PB,1 có mức điện áp thấp.
Thanh ghi PINB là thanh ghi trạng thái vật lý của các chân vi điều khiển. Đây là
thanh ghi chỉ cho phép chương trình đọc trạng thái điện áp trên các cổng vào ra.
Đồng thời thanh ghi này điều khiển trạng thái điện trở Pull up trên các cổng vào ra.
Khi một bit của thanh ghi này được đặt thì có nghĩa là chân tương ứng được đặt điện
trở treo và có thể sử dụng làm nguồn dòng. Còn khi một bit trên thanh ghi được clear
xuống mức 0 thì cũng có nghĩa là điện trở Pull up tương ứng với chân đó được loại
bỏ.
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
18
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
Đề tài NCKH cấp trường
Ví dụ:
Ldi r16,0b00111000
Out pinb,r16
Sau lệng này các chân PB,0 đến PB,2 bị loại điện trở treo còn các chân từ PB,3
đến PB,5 được đặt điện trở treo.
Timer:
Trong Atiny15 có hai bộ timer 8 bit là Timer0 và Timer1. Cả hai đều là bộ định
thời nhưng Timer0 và Time1 có cấu trúc và một số chức năng khác nhau nhưng
chúng hỗ trợ cho nhau cùng hoàn thiệt chức năng như những loại vi điều khiển khác
trong họ AVR.
Hinh15 Cấu trúc bộ Timer/Counter0
Với cấu trúc chỉ có ba bit lựa chọn cho bộ chia tần CS0;CS1;CS2. Bộ Timer0 chỉ
có khả năng chia tần như sau CK; CK/8; CK/64; CK/256 và CK/1024. Timer0 có hai
thanh ghi là thanh ghi dữ liệu TCNT0 và thanh ghi điều khiền TCCR0. Hoạt động
của Timer0 có sự liên quan với thanh ghi mặt nạ ngắt TIMSK và thanh ghi cờ ngắt
TIFR theo một cấu trúc phần cứng với sơ đồ khối như sau:
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
19
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
Đề tài NCKH cấp trường
Hinh 16 Sơ đồ khối bộ Timer/Counter0
Thanh ghi điều khiển Timer/Counter0 là thanh ghi 8 bit lập trình được nhưng chỉ
có ba bit có tác dụng chia tần cho bộ Timer và lựa chọn nguồn xung theo bảng liệt kê
sau:
Hinh 17 Bảng chia tần số hoạt động của Timer0
Thanh ghi dữ liệu của bộ Timer/Counter0 là thanh ghi 8 bit có thể đọc, ghi dữ liệu
của bộ timer/Counter0. Khi muốn đọc hay ghi dữ liệu cho Timer0 ta chi việc đọc và
ghi thanh ghi này.
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
20
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
Đề tài NCKH cấp trường
Cấu Trúc ngắt:
Atiny15 có 8 nguồn ngắt khác nhau có địa chỉ véc tơ như bảng bên dưới:
Hinh 18 Bảng vector ngắt
Trong đề tài chỉ sử dụng hai nguồn ngắt là nguồn ngắt ngoài INT0 có địa chỉ
vector ngắt là $001 và ngắt Timer0 Overflow ở địa chỉ $005.
Để kích hoạt cho phép hai nguồn ngắt này trước hết chúng ta phải khai báo cờ cho
phép ngắt chung (cờ I) trong thanh ghi trạng thái SREG.
Để làm việc này chúng ta có thể set bit này lên trong thanh ghi SREG bằng lệnh SEI.
Sau khi cờ ngắt chung được đặt để cho phép ngắt ngoài trên chân INT0 ta set
bit INT0 trong thanh ghi mặt nạ ngắt GMISK, là bit cho phép ngắt ngoài
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
21
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
Đề tài NCKH cấp trường
Cũng như thế để sử dụng nguồn ngắt tràn timer0 chúng ta set bit TOIE0 trên
thanh ghi TIMSK, là bit cho phép ngắt tràn timer0.
Qua những gì đã khảo sát trên vi điều khiền Atiny15 của hãng Atmel thì vi
điều khiển này hoàn toàn có thể là một lựa chọn tối ưu về kích thước và tính năng sử
dụng trong mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng.
II. Thiết kế mạch điều khiển
Sử dụng phần mềm Eagle 4.01 thiết kế mạch nguyên lý như sau:
Hình 19 Mạch nguyên lý điều khiển bơm sử dụng vi điều khiển
Mạch điều khiển có ba bộ phận quan trọng là bộ phận cấp nguồn, bộ phận
cảm biến và bộ phận chấp hành. Bộ phận cấp nguồn ở đây sử dụng ổn áp 7805 dùng
để cấp nguồn cho mạch hoạt động. Bộ phận cảm biến là một transistor NPN nhận
biết tín hiệu đánh lửa từ âm bobin để kính hoạt bộ cảm biến quang OK1. Bộ OK1 có
nhiệm vụ nhận biết vị trí màng bơm để điều khiển cơ cấu chấp hành. Khi có tín hiệu
đánh lửa, đầu âm bobin xuất hiện suất điện động tự cảm xoay chiều tức thời 300V.
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
22
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
Đề tài NCKH cấp trường
Trước khi suất điện động này bị dập tắt thì nó kích transistor NPN C1815 dẫn bảo
hòa làm kích hoạt bộ cảm biến quang OK1. Lúc này ở chân số 6 trên bộ cảm biến
quang được nối mass. Tín hiệu này báo về vi điều khiển Atiny15 để nhận biết sự hoạt
động của động cơ. Khi vi điều khiển nhận được tín hiệu đánh lửa trện chân số 7 (là
ngỏ vào của bộ ngắt INT0) nó kích hoạt Transistor công suất Tip122 từ chân số 2 để
bơm hoạt động. Diode D3 và tụ C4 có nhiệm vụ dập suất điện động tự cảm trên cuộn
dây bơm xăng. Khi vi điều khiển kích hoạt Tip122 cho dòng qua cuộn dây bơm xăng
màng bơm sẽ thực hiện thì hút xăng thừ thùng chứa nhiên liệu vào trong bơm. Ở cuối
quá trình hút, lá chắn sẽ che khuất khe hở của cảm biến quang làm mất mức điện áp
thấp trên chân số 6 của cảm biến quang. Khi xuất hiện điều này vi điều khiển sẽ giữ
vị trí màng bơm một thời gian ngắn chờ cho xăng điền đầy bơm xăng sau đó ngắt đột
ngột dòng kích Tip122. Lò xo đàn hồi sẽ kéo màng bơm thực hiện hành trình bơm.
Khi lá chắn đi ra khỏi khe hở cảm biến quang ngay lập tức bộ cảm biến này được
kích hoạt trở lại và VDK lại khích hoạt TIP122 kéo màng bơm thực hiện chu kỳ hút.
Nhưng khe hở cảm biến có một hành trình dài nên khi lá chắn thoát khỏi khe hở thì
màng bơm đã có một vận tốc nhất định nên theo quán tính nó vẫn thực hiện chu kỳ
bơm tới cuối hành trình khi TIP122 đã được kích hoạt. Một khi xăng được điền đầy
trên bộ chế hòa khí. Phao xăng sẽ đóng van kim tạo ra áp lực trên đường ống, áp lực
này sẽ làm cho màng bơm đi về cuối hành trình hút mà không thực hiện được hành
trình nén. Cần bơm đẩy lá chắn che khuất khe hở cảm biến quang và vi điều khiển sẽ
cắt dòng qua cuộn dây bơm xăng. Bơm sẽ không hoạt động cho đến khi van kim trên
chế hòa khí mở ra.
III.
Thi công mạch điều khiển bơm xăng
Sử dụng phần mềm Eagle 4.01 chạy mạch in theo mạch nguyên lý đã thiết kế ta
được mạch điều khiển có hình dáng như hình bên dưới.
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
23
Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật - Khoa CKĐ
Đề tài NCKH cấp trường
Hình 20: Mặt sau mạch điều khiển theo thiết kế.
Tiến hành thi công mạch in và lắp ráp ta có mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng
như sau:
Hình 21 Mặt sau mạch điều khiển đã thi công.
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển bơm xăng kiểu màng cho động cơ sử dụng chế hòa khí
24
