thiết kế chế tạo thiết bị đo khối lượng hàng hoá trên ôtô tải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO
KHỐI LƯỢNG HÀNG HOÁ TRÊN ÔTÔ TẢI
S

K

C

0

0

3

9
2

5
7

9
4

MÃ SỐ: T2011 - 45

S KC 0 0 3 2 7 5

Tp. Hồ Chí Minh, 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
**********

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NC KH&CN CẤP TRƯỜNG

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO KHỐI LƯỢNG HÀNG
HĨA TRÊN ƠTƠ TẢI
Mã số : T2011 - 45

Chủ nhiệm đề tài: KS. THÁI HUY PHÁT

TP.HCM THÁNG 11 - 2011


MỤC LỤC
CHƢƠNG 1: DẪN NHẬP...................................................................................... 1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................................... 1
1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................. 2
CHƢƠNG 2: CƠ SỜ LÝ THUYẾT ...................................................................... 3

2.1 Kết cấu thân xe ô tô tài ..................................................................................... 3
2.2 Cấu tạo nguyên lý hệ thống treo ..................................................................... 4
2.2.1 Kiểu đòn kéo có dầm xoắn ............................................................................ 5
2.2.2 Kiểu nhíp song song....................................................................................... 5
CHƢƠNG 3: NGUYÊN LÝ ĐO KHỐI LƢỢNG BẲNG CÃM BIẾN .............. 8
3.1 Giới thiệu một số cảm biến .............................................................................. 8
Cảm biến Hall ......................................................................................................... 8
Cảm biến quang ...................................................................................................... 10
Cảm biến khoảng cách Sharp GP2D12 ................................................................ 11
CHƢƠNG 4 : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ............................................................. 12
4.1 Thiết kế bộ phận cơ khí .................................................................................... 12
4.2 Thiết kế mạch điều khiển, mạch hiển thị ....................................................... 13
4.3 Lập trình cho thiết bị ....................................................................................... 15
4.4 Thử nghiệm cho thiết bị ................................................................................... 16
4.5 Code cho chƣơng trình ..................................................................................... 17
4.6 Thử nghiệm thực tế .......................................................................................... 23
CHƢƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ. ........................................................... 25
Tài liệu tham khảo .................................................................................................. 25


Đề Tài NCKH&CN Cấp Trường Mã số: T2011 - 45
Danh sách những thành viên tham gia nghiên cứu đề tài và đơn vị phối hợp chính :
STT

Tên thành viên

Đơn vị công tác

Nhiệm vụ

1

Thái Huy Phát

Khoa CKĐ

Chủ nhiệm đề tài

1


Đề Tài NCKH&CN Cấp Trường Mã số: T2011 - 45

MỤC LỤC
Danh mục bảng biểu – hình ảnh ........................................................................... 1
CHƢƠNG 1: DẪN NHẬP...................................................................................... 1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................................... 1
1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................. 2
CHƢƠNG 2: CƠ SỜ LÝ THUYẾT ...................................................................... 3
2.1 Kết cấu thân xe ô tô tài ..................................................................................... 3
2.2 Cấu tạo nguyên lý hệ thống treo ..................................................................... 4
2.2.1 Kiểu đòn kéo có dầm xoắn ............................................................................ 5
2.2.2 Kiểu nhíp song song....................................................................................... 5
CHƢƠNG 3: NGUYÊN LÝ ĐO KHỐI LƢỢNG BẲNG CÃM BIẾN .............. 8
3.1 Giới thiệu một số cảm biến .............................................................................. 8
Cảm biến Hall ......................................................................................................... 8
Cảm biến quang ...................................................................................................... 10
Cảm biến khoảng cách Sharp GP2D12 ................................................................ 11
CHƢƠNG 4 : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ............................................................. 12

4.1 Thiết kế bộ phận cơ khí .................................................................................... 12
4.2 Thiết kế mạch điều khiển, mạch hiển thị ....................................................... 13
4.3 Lập trình cho thiết bị ....................................................................................... 15
4.4 Thử nghiệm cho thiết bị ................................................................................... 16
4.5 Code cho chƣơng trình ..................................................................................... 17
4.6 Thử nghiệm thực tế .......................................................................................... 23
CHƢƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ. ........................................................... 25
Tài liệu tham khảo .................................................................................................. 25

2


Đề Tài NCKH&CN Cấp Trường Mã số: T2011 - 45

Danh mục bảng biểu – hình ảnh :
BANGDULIEU : Bảng dữ liệu số liệu cho chương trình xử lý của vi điều khiển.
Hình 1: Kết cấu thân xe ô tô tải
Hình 2: Kiểu đòn kéo có dầm xoắn
Hình 3: Kiểu nhíp song song
Hình 4: Kết cấu, bố trí các lá nhíp
Hình 5: Cảm biến quang
Hình 6: Cảm biến khoảng cách Sharp GP2D12
Hình 7: Đồ thị mối quan hệ giữa điện áp va khoảng cách trên cảm biến
Hình 8: Cảm biến khoảng cách được lắp đặt trên pát
Hình 9: Lắp đặt trên nhíp xe
Hình 10: Mạch điện thực tế
Hình 11: Sản phẩm hoàn thiện

3

Đề Tài NCKH&CN Cấp Trường Mã số: T2011 - 45

Chƣơng 1: DẪN NHẬP
1.1 Tính cấp thiết của đề tài.
Ngành vận tải là một trong những ngành quan trọng trong nền kinh tế nước ta. Việc vận
chuyển hàng hóa đã trở thành một nhu cầu cần thiết. Ngoài khối lượng hàng hóa được
vận chuyển, nhiều doanh nghiệp vận tải muốn biết được, quản lý được khối lượng hàng
hóa mà xe đang tải là bao nhiêu? Qua khảo sát tại các công ty doanh nghiệp vận tải cho
thấy nhu cầu sử dụng thiết bị đo khối lượng hàng hóa trên xe là rất cần thiết.
Để giải quyết vấn đề trên, đề tài “Thiết kế, chế tạo thiết bị đo khối lƣợng hàng hóa
trên ô tô tải” được chọn thực hiện với mong muốn sẽ giải quyết phần nào những khó
khăn trong việc quản lý khối lượng hàng hóa trên ô tô tải. Là một thiết bị có thể giao tiếp
với các modul quản lý từ xa thông qua tín hiệu GPS giúp cho các nhà quản lý một cách
chính xác và nhanh chóng hơn.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu.
Mục tiêu chính của đề tài là thiết kế, chế tạo ra một thiết bị đo khối lượng hàng hóa trên
thùng chứa hàng của ô tô tải. Ngoài ra, đề tài còn giúp cho việc giao tiếp truyền tín hiệu
của các modul quản lý từ xa thông qua các tín hiệu đầu ra của thiết bị để giúp cho việc
quản lý được tốt hơn, đáp ứng được quy định hiện hành của Nhà nước trong lĩnh vực vận
tải. Đề tài được xác định với các mục tiêu cụ thể như sau:
 Nghiên cứu lý thuyết về kết cấu thân xe ô tô tải và phương pháp đo khối
lượng bằng cảm biến.
 Thiết kế được mạch điện.
 Thiết kế phần cơ khí lắp trên ô tô tải.
 Thiết kế bộ phận cảm biến chuyển đổi.
 Lập trình cho mạch điện.
Tập tài với đầy đủ cơ sở lý thuyết, cách thiết kế, thi công cũng như hướng dẫn sử dụng
thiết bị một cách rõ ràng.
Đối tƣợng nghiên cứu

 Các loại cảm biến liên quan có thể sử dụng được trong đề tài.
 Một xe ô tô tải nhỏ.

4


Đề Tài NCKH&CN Cấp Trường Mã số: T2011 - 45
Phạm vi nghiên cứu
 Nghiên cứu về lý thuyết các loại cảm biến, phương pháp đo bằng cảm biến.
 Nghiên cứu về kỹ thuật thiết kế mạch, kỹ thuật lập trình
 Nghiên cứu về phương pháp thiết lập, hiệu chỉnh, thử nghiệm thiết bị trên ô
tô.
1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu.
 Phương pháp tham khảo tài liệu.
 Phương pháp quan sát.
 Phương pháp thực nghiệm: thí nghiệm trên một xe ô tô cụ thể.
 Phương pháp tổng kết kinh nghiệm.

5


Đề Tài NCKH&CN Cấp Trường Mã số: T2011 - 45

Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Kết cấu thân xe ơ tơ tải.
Với cấu tạo cơ bản gồm hai dầm dọc và một số dầm ngang, loại khung xe độc lập có
thể chia thành nhiều loại tuỳ theo hình dáng của khung. Ngoài ra một số khung độc
lập có thể không gồm hai dầm dọc hoặc dầm ngang.

Hình 1

Gồm hai dầm dọc chạy song song, hai bên được nối với nhau bằng một số dầm ngang.
Khung kiểu thang là loại khung gốc của ô tô. Hiện nay loại khung này cũng là loại
khung thông dụng nhất cho các xe có khối lượng lớn hay xe có tải trọng nặng. Hầu
hết các khung xe tải lớn đều được làm bằng thép chữ C và dùng kết cấu hình hộp(
kết hợp hai dầm chữ C) lệch tâm theo chiều đứng và chiều ngang.

6


Đề Tài NCKH&CN Cấp Trường Mã số: T2011 - 45
2.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống treo trên ô tô tải.
Hệ thống treo phụ thuộc có nhiều kiểu khác nhau:
o Kiểu đòn kéo có dầm xoắn.

o Kiểu nhíp song song.

o Kiểu đòn dẫn - đòn kéo có giằng ngang.

o Kiểu bốn thanh liên kết

Tuy có khác nhau đôi chút về kết cấu, song nguyên lý hoạt động vẫn giống nhau.

7


Đề Tài NCKH&CN Cấp Trường Mã số: T2011 - 45
2.2.1 Kiểu đòn kéo có dầm xoắn.

Hình 2
Kiểu này được sử dụng chủ yếu cho hệ thống treo sau của các xe có động cơ đặt phía

trước và dẫn động bánh trước. Kết cấu của nó bao gồm một đòn treo và một thanh ổn
định được hàn với dầm chịu xoắn.
Nhờ có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ nên có thể giảm được khối lượng không được treo,
tăng tính êm dịu cho xe. Ngoài ra nó còn cho phép tăng khoảng không gian của
khoang hành lý. Khi có hiện tượng xoay đứng do chạy vào đường vòng hoặc trên
đường mấp mô, thanh ổn định sẽ bị xoắn cùng với dầm cầu, nhờ thế hiện tượng xoay
đứng được giảm xuống, giúp xe chạy ổn định hơn.
2.2.2 Kiểu nhíp song song.

Hình 3

8


Đề Tài NCKH&CN Cấp Trường Mã số: T2011 - 45

Với loại này, hai bó nhíp được đỡ hoặc treo dầm cầu tạo dao động cho xe khi đi vào
đường gồ ghề. Đồng thời ở loại này có kết cấu thêm bộ giảm chấn nhằm nhanh chống
dập tắt dao động do nhíp gây nên. ưu điểm của loại này là có thể tạo ra khoảng sáng gầm
xe rất cao, nâng cao được tính cơ động của động cơ, đồng thời cũng có cấu tạo đơn giản,
độ cứng vững cao. Hệ thống treo này thường được dùng cho các loại xe tải hoặc dùng để
treo cầu sau trên một số xe du lịch.
Ở hệ thống treo loại này, khối lượng không được treo phụ thuộc vào khối lượng các lá
nhíp. Tuỳ theo cách bố trí các lá nhíp, mà ta có các kết cấu khác nhau.

Hình 4
Các lá nhíp được định vị với nhau bằng bu lông xuyên tâm 1 và hạn chế dịch chuyển
ngang bằng các tấm ốp nhíp 3, và cả bộ nhíp được cố định lên xe nhờ quang treo 2.

Đầu lá nhíp cái thường được uốn cong để cố định lá nhíp bằng chốt treo. Tuy nhiên,

cũng có loại nhíp thay cho việc uốn các đầu nhíp, người ta dùng giá bắt nhíp và bu
lông kéo.

9


Đề Tài NCKH&CN Cấp Trường Mã số: T2011 - 45

Các đầu lá nhíp thường có kết cấu như hình vẽ.

Ở trên các dòng xe tải do có sự chênh lệch rất lớn tải trọng khi xe không tải và có tải,
người ta kết cấu thêm một nhíp phụ. ở trạng thái không tải thì chỉ có nhíp chính làm việc,
còn khi tải tăng thì cả nhíp phụ và nhíp chính sẽ làm việc tăng độ cứng vững cho hệ
thống treo.

10


Đề Tài NCKH&CN Cấp Trường Mã số: T2011 - 45

Chƣơng 3: NGUYÊN LÝ ĐO KHỐI LƢỢNG BẰNG CẢM BIẾN
3.1 Giới thiệu một số cảm biến đo khoảng cách
Cảm biến Hall:
Cấu tạo: gồm phần tử Hall cảm ứng từ, các đầu ra tín hiệu tỉ lệ với cường độ từ trường
tác dụng lên phần tử Hall.
Hiệu ứng Hall

Một số đặc tính của cảm biến Hall:
 Dòng điện ngõ ra

: 3 mA

 Điện trở ngõ ra

: 2k2 Ohm

 Điện trở thay đổi theo nhiệt độ

: 0,8%/ºC

 Điện áp đầu ra

: 5V

 Độ nhạy

: 0,6V/G

Ứng dụng:

11


Đề Tài NCKH&CN Cấp Trường Mã số: T2011 - 45

Tuyến tính hóa đường đặc tuyến của cảm biến Hall Effect

Quan hệ giữa từ trường (input) và điện áp (output)

12

Đề Tài NCKH&CN Cấp Trường Mã số: T2011 - 45
3.2 Cảm biến quang:
Cảm biến quang bao gồm hai loại, khác nhau chủ yếu ở phần tử cảm quang
- Loại sử dụng một cặp LED – photo transistor.
- Loại sử dụng một cặp LED – photo diode.
Phần tử phát quang (LED – Lighting Emision Diode) và phần tử cảm quang (photo
transistor hoặc photo diode)
Điểm đặc biệt của hai loại phần tử cảm quang này là khi có dòng ánh sáng chiếu vào, nó
sẽ trở nên dẫn điện và ngược lại, khi không có dòng ánh sáng, nó sẽ không dẫn điện. Độ
dẫn điện của chúng phụ thuộc vào cường độ dòng ánh sáng và hiệu điện thế giữa hai đầu
của phần tử cảm quang.

Hình 5

13


Đề Tài NCKH&CN Cấp Trường Mã số: T2011 - 45
3.3 Cảm biến khoảng cách Sharp GP2D12
Cảm biến đọc liên tục khoảng cách và trả về một điện áp analog, với một loạt các
khoảng cách từ 10cm đến 80cm.
Đầu nối giao tiếp 3 dây VOut, GND và Vcc

Hình 6
Chức năng:


Kích thước nhỏ



Ít ảnh hưởng đến màu sắc của các đối tượng phản xạ.



Điện áp analog đầu ra tương ứng với khoảng cách



Phát hiện khoảng cách từ 10 đến 80 cm



Mạch điều khiển bên ngoài không cần thiết

Đồ thị mối quan hệ giữa điện áp va khoảng cách trên cảm biến:

Hình 7

14


Đề Tài NCKH&CN Cấp Trường Mã số: T2011 - 45
Chƣơng 4: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN
4.1 Thiết kế bộ phận cơ khí.
Cảm biến khoảng cách được lắp đặt trên pát:

Hình 8

Lắp đặt trên nhíp xe:

Hình 9

15


Đề Tài NCKH&CN Cấp Trường Mã số: T2011 - 45
4.2

Thiết kế mạch điều khiển, mạch hiển thị .:

Mạch nguồn:

Linh kiện gồm:
IC 7805: ic ổn áp 5V.
Diot D1: diot dùng để nắn dòng.
Tụ C1, C4 : tụ lọc nguồn.
Tụ C2, C3: tụ lọc nhiễu các xung cao tần.
Mạch nguồn tạo ra điện áp 5V cung cấp cho bo mạch điều khiển, bo mạch hiển thị, đồng
thời cấp nguồn nuôi cho cảm biến ( sensor).

Mạch điều khiển trung tâm:

16


Đề Tài NCKH&CN Cấp Trường Mã số: T2011 - 45
Mạch điện sau khi hoàn thành:

Hình 10
Cả board điều khiển và cụm LED 7 đoạn được lắp đặt trong hộp nhựa có kích thước ( dài
x rộng x cao) 100mm x 70mm x 38mm.

Hình 11

17


Đề Tài NCKH&CN Cấp Trường Mã số: T2011 - 45
4.3 Lập trình cho thiết bị.
Giải thuật điểu khiển:
Bắt đầu

Khởi tạo các thanh ghi.
Khởi tạo Timer 1.
Khởi tạo chế độ đọc ADC.

S

Timer 1 tràn = ?

Đ
Đọc giá trị đo được từ cảm biến.
Xừ lý, tính toán, tra bảng dữ liệu cho
cảm biến.

Xuất giá trị thành tín hiệu hiển thị Led 7
đoạn.

Kết thúc

18


Đề Tài NCKH&CN Cấp Trường Mã số: T2011 - 45
4.4 Thử nghiệm thiết bị :
Vị trí lắp đặt trên xe thực tế:
Hộp hiển thị:

Vị trí lắp cảm biến sensor:

19


Đề Tài NCKH&CN Cấp Trường Mã số: T2011 - 45
4.5 Code cho chương trình:
.cseg
.org 0x0000
.include "m8def.INC"
ldi r16,$04 ;Stack Pointer
out SPH, r16
ldi r16,$50
out SPL,r16
rjmp main
.org 0x0020
main:
bat_dau:
;=================khai bao cac thanh ghi=======
.def tam1

=r16

.def tam2

=r17

.def tam3

=r18

.equ kenhadc0

=0b00000000

;ADMUX

.equ chuyenadc

=0b11000000

;ADCSRA

.equ

donvi

=

2

;PORTB

.equ

chuc

=

3

;PORTB

.equ

tram

=

4

;PORTB

.equ

nghin

=

5

;PORTB

.

20


Đề Tài NCKH&CN Cấp Trường Mã số: T2011 - 45
.equ

cambien

=

4

;PORTD

.equ

nutnhan

=

0

;PORTD4

;============khai bao cac ngo ra vao==========

ldi tam2,0

; vao

ldi tam3,0xff

; ra

out ddrc,tam3
out ddrd,tam3
out ddrb,tam3
cbi

ddrd,cambien

cbi

ddrd,nutnhan

CBI

DDRD,3

cbi

ddrc,0

ldi

r16,0xff

out

portb,r16

; CHAN KIEM TRA DE CHON CHE DO QUET

;==== CHON CHE DO QUET LED THEO MAU DA CHON===========
DODIENAP:
ldi

r16,0b00000101

out

tifr,r16

ldi

r16,high(-970)

ldi

r17,low(-970)

OUT TCNT1H,R16
OUT TCNT1L,R17
ldi

r16,0b00000101

;1xung=1024us

OUT TCCR1B,R16
ldi tam1,kenhadc0

;dia chi ghi de chuyen doi adc PORTC,5

21


Đề Tài NCKH&CN Cấp Trường Mã số: T2011 - 45
ldi tam3,chuyenadc

;kenh de chuyen doi adc

out admux,tam1
out adcsr,tam3
sbi admux,adlar

;bt chuyen doi adc

call delay_adc

;delay

in r25,adch

;nap gia tri chuyen doi ra thanh ghi r0

ldi

r25,22

ldi

zh,high(BANGDULIEU*2)

ldi

zl,low(BANGDULIEU*2)

laplai:

laplai_sosanh:
lpm

r16,Z

cp

r25,r16

brsh

lonhon

jmp

nhohon

lonhon:
adiw ZH:ZL,6
jmp

laplai_sosanh

nhohon:
adiw ZH:ZL,1
lpm

r20,Z

adiw ZH:ZL,1
lpm

r21,Z

adiw ZH:ZL,1
lpm

r22,Z

22