THIẾT KẾ CHẾ TẠO ECU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA TỰ ĐỘNG
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.67 MB, 135 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ MINH MẪN
THIẾT KẾ CHẾ TẠO ECU ĐIỀU KHIỂN
HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA TỰ ĐỘNG
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246
S K C0 0 3 5 9 6
Tp. Hồ Chí Minh, năm 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ MINH MẪN
THIẾT KẾ CHẾ TẠO ECU ĐIỀU KHIỂN
HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA TỰ ĐỘNG
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246
Tp. Hồ Chí Minh, năm 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ MINH MẪN
THIẾT KẾ CHẾ TẠO ECU ĐIỀU KHIỂN
HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA TỰ ĐỘNG
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. ĐỖ VĂN DŨNG
Tp. Hồ Chí Minh, năm 2012
Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC
Học và tên: LÊ MINH MẪN
Giới tính: nam
Ngày, tháng, năm, sinh: 17/12/1985
Nơi sinh: Gia lai
Quê quán: xã Vinh Xuân, huyện Phú Vang, tỉnh TT-Huế
Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc:97/9 Ung Văn Khiêm, Q. Bình Thạnh, Tp HCM
Điện thoại cơ quan:
Fax:
Điện thoại nhà riêng:
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ......./ ......đến...../..........
Nơi học (trƣờng, thành phố):
Ngành học:
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy
Thời gian đào tạo từ : 2005...đến...2010.
Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh.
Ngành học: Cơ Khí ô tô
Tên đồ án: Khai thác kỹ thuật hệ thống điện động cơ xe MITSUBISHI LENCER
Evo_8
Nơi bảo vệ đồ án: Tháng 03 năm 2010 tại Khoa Cơ khí, Đại học Giao Thông Vận Tải
Thành Phố Hồ Chí Minh.
Ngƣời hƣớng dẫn: Ths. Đào Xuân Mai
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Thời gian
Nơi công tác
Công việc đảm nhiệm
2010
Trƣờng Cao đẳng Nguyễn Tất Thành
Giảng viên trợ giảng
2011
Trƣờng Đại học Nguyễn Tất Thành
Giảng viên
2012
Trƣờng Cao đẳng Công Thƣơng TP. Hồ Chí Minh
Giảng viên
i
Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu và các kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng
đƣợc ai công bố trong các công trình nào khác.
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng 09 năm 2012.
ii
Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài luận văn thạc sỹ, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành
đến quý Thầy Cô, đồng nghiệp và bạn bè đã hết lòng giúp đỡ tôi hoàn thành tốt đề tài
luân văn thạc sỹ:
Xin cảm ơn đến quý Thầy Cô tham gia giảng dạy lớp cao học ô tô niên khóa 20102012 đã trang bị cho tôi nhiều kiến thức nền tảng để tôi có thể hoàn thành luận văn tốt
nghiệp.
Xin cảm ơn thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng đã hướng dẫn tận tình giúp tôi hoàn thành
luận văn này.
Xin cảm ơn các Thầy phản biện đã đóng góp nhiều ý kiến quý báo giúp tôi hoàn thành
tập luận văn.
Xin cảm ơn các Thầy Cô ở trường ĐH Nguyễn Tất Thành và trường CĐ Công Thương
TP. HCM đã giúp đỡ và tạo điều kiện tốt để tôi hoàn thành khóa học này.
Xin cảm ơn công ty Toyota An Thành đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi tiến hành đo
kiểm hệ thống điều hòa tự động.
Xin cảm ơn các Thầy Cô khoa cơ khí động lực, các bạn học viên đã tận tình giúp đỡ
tôi trong thời gian thực hiện luận văn.
Học viên thực hiện
Lê Minh Mẫn
iii
Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động
TÓM TẮT
Trên ô tô hiện nay đƣợc trang bị các hệ thống rất hiện đại, các hệ thống này chủ
yếu đƣợc điều khiển bằng các con chíp thông minh. Hệ thống điều hòa tự động cũng
đƣợc trang bị con chíp ấy để điều khiển hệ thống một cách tối ƣu nhất nhằm đem lại sự
tiện nghi sang trọng, kinh tế…và hơn hết là vấn đề bảo vệ sức khỏe con ngƣời.
ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động đƣợc thiết kế và chế tạo dựa vào các
tham số thực nghiệm của chiếc xe Toyota Camry: Các chế độ điều khiển mô tơ servo, tốc
độ quạt giàn lạnh, thời điểm đóng ngắt rơle ly hợp từ, …..Các chƣơng trình điều khiển
đƣợc viết bằng ngôn ngữ lập trình Assemler. Mạch điều khiển đƣợc thí nghiệm trên mô
hình mô phỏng. Đó là nội dung của luận văn cao học với đề tài: “Thiết kế chế tạo ECU
điều khiển hệ thống điều hòa tự động”.
iv
Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động
ABSTRACT
Cars today are equipped with modern systems, these systems are mainly controlled
by the smart chip. Automatic air conditioning system is also equipped with chips that
control to an optimal system to bring comfort and luxury, economic and above all the
protection of human health.
ECU controls the automatic air conditioning system is designed and manufactured
based on the experimental parameters of the Toyota Camry: The servo motor control
mode, fan speed cooler, magnetic clutch relay switching time, ..... The control program is
written in the programming language Assemler. Controller was tested on the simulation
model. It is the content of the high school essay topic: "Design, manufacturing, ECU
control automatic air conditioning system."
v
Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động
MỤC LỤC
Trang
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI ........................................ 1
1.1. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu về hệ thống điều hòa tự động trên ơ tơ hiện nay .. 1
1.1.1.Tình hình nghiên cứu trong nƣớc ................................................................................ 2
1.1.2.Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc ................................................................................ 14
1.2. Mục tiêu và ý nghóa của vấn đề thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa
tự động ............................................................................................................................ 19
1.3. Kế hoạch thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động ......................... 20
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA TỰ
ĐỘNG ................................................................................................................................... 21
2.1. Cơ sở lý thuyết hệ thống điều hòa khơng khí ................................................................. 21
2.1.1. Lý thuyết làm mát cơ bản ............................................................................................ 21
2.1.2. Mơi chất ...................................................................................................................... 23
2.1.3. Dầu nhờn bơi trơn hệ thống điều hòa khơng khí ........................................................ 25
2.1.4. Chu trình làm lạnh ...................................................................................................... 26
2.2. Hệ thống điều hòa khơng khí tự động ............................................................................ 28
2.2.1. Khái qt hệ thống điều hòa khơng khí tự động ......................................................... 28
2.2.2. Các bộ phận chính trong hệ thống điều hòa khơng khí tự động .................................. 29
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VI ĐIỀU KHIỂN .................................................. 40
3.1. Giới thiệu khái qt về họ vi điều khiển AVR ............................................................... 40
3.2. Giới thiệu Atmega128 .................................................................................................... 42
3.2.1. Sơ đồ các chân ............................................................................................................. 42
3.2.2. Sơ đồ khối .................................................................................................................... 44
3.2.3. Chức năng của các chân .............................................................................................. 45
3.3. Các linh kiên khác .......................................................................................................... 49
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH ECU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
vi
Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động
ĐIỀU HÒA TỰ ĐỘNG ................................................................................................... 52
4.1. Thu thập số liệu điều khiển hệ thống điều hòa khơng khí tự động ................................ 52
4.1.1. Các thơng số tín hiệu đầu vào của hệ thống điều hòa khơng khí tự động ................... 52
4.1.2. Cơ cấu chấp hành hệ thống điều hòa khơng khí tự động ............................................ 59
4.2. Thiết kế, chế tạo mạch ECU điều khiển hệ thống điều hòa khơng khí tự động ............. 67
4.2.1. Sơ đồ khối và sơ đồ thuật tốn điều khiển hệ thống điều hòa khơng khí tự động ...... 67
4.2.2. Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống điều hòa khơng khí tự động .................................... 73
4.3. Chƣơng trình xử lý của vi điều khiển hệ thống điều hòa khơng khí tự động................. 81
CHƯƠNG 5: THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA ECU
ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA TỰ ĐỘNG ................................................... 100
5.1. Máy chẩn đốn Intelligent Tester II ............................................................................... 100
5.1.1. Đối tƣợng thực nghiệm ............................................................................................... 101
5.1.2. Mục đích thực nghiệm ................................................................................................ 102
5.1.3. Kết quả thực nghiệm ................................................................................................... 103
5.2. Máy Oscillocope GDS-1102-U ...................................................................................... 104
5.2.1. Đối tƣợng thí nghiệm................................................................................................... 105
5.2.2. Mục đích thí nghiệm .................................................................................................... 106
5.2.3. Kết quả thí nghiệm ..................................................................................................... 106
5.2.4. Đánh giá kết quả thí nghiệm ....................................................................................... 115
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
6.1. Kết luận .......................................................................................................................... 116
6.2. Đề nghị .......................................................................................................................... 116
6.3. Hƣớng phát triển đề tài .................................................................................................. 117
vii
Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1: Bộ nhớ và bộ đònh thời họ MSC-5 ................................................................. 14
Bảng 1.2: Các thơng số cấu hình hoạt động của Chip ....................................................... 13
Bảng 2.1: So sánh đặc tính kỹ thuật của mơi chất lạnh R-12 và R134a ............................. 24
Bảng 2.2: Trạng thái mơi chất sau khi qua máy nén ....................................................... 27
Bảng 2.3: Trạng thái mơi chất trƣớc và sau khi qua giàn nóng .......................................... 27
Bảng 2.4: Trạng thái mơi chất trƣớc và sau van tiết lƣu ..................................................... 27
Bảng 2.5: Trạng thái mơi chất trƣớc và sau khi qua giàn lạnh ........................................... 28
Bảng 3.1: Chức năng của các chân của port A ................................................................... 45
Bảng 3.2: Chức năng của các chân của port B ................................................................... 46
Bảng 3.3: Chức năng của các chân của port C ................................................................... 46
Bảng 3.4: Chức năng của các chân của port D ................................................................... 47
Bảng 3.5: Chức năng của các chân của port E ................................................................... 47
Bảng 3.6: Chức năng của các chân của port F .................................................................... 48
Bảng 3.7: Chức năng của các chân của port G ................................................................... 49
Bảng 4.1: Giá trị tiêu chuẩn của cảm biến nhiệt độ trong xe ............................................ 53
Bảng 4.2: Giá trị tiêu chuẩn của cảm biến nhiệt độ ngồi trời ........................................... 54
Bảng 4.3: Giá trị tiêu chuẩn của cảm biến nhiệt độ giàn lạnh ........................................... 55
Bảng 4.4: Giá trị tiêu chuẩn của cảm biến nhiệt độ nƣớc động cơ .................................. 56
Bảng 4.5: Giá trị tiêu chuẩn của cảm biến bức xạ mặt trời .............................................. 57
Bảng 4.6: Giá trị tiêu chuẩn của rơ le ly hợp từ ............................................................... 64
Bảng 5.1: Xác định tốc độ quạt giàn lạnh và hƣớng gió theo nhiệt độ đặt ....................... 103
viii
Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động
Bảng 5.2: Các thông số của hệ thống điều hòa tự động theo nhiệt độ đặt ........................ 104
ix
Thit k ch to ECU iu khin h thng iu hũa t ng
DANH SCH CC HèNH
Trang
Hỡnh 1.1: Sụ ủo chaõn AT89C51 ....................................................................................... 4
Hỡnh 1.2: Sụ ủo chaõn cuỷa vi ủieu khieồn AT89S52 ..................................................... 6
Hỡnh 1.3: Sụ ủo chaõn cuỷa vi ủieu khieồn 16F877A........................................................... 8
Hỡnh 1.4: S chõn ca Atmega8 ..................................................................................... 10
Hỡnh 1.5: S khi tng quỏt ............................................................................................ 11
Hỡnh 1.6: Chip KML c thit k trờn nn chip trng CY8C26443 ca cụng ngh
PsoC . .................................................................................................................................. 12
Hỡnh 1.7: S ca chớp KML ........................................................................................ 13
Hỡnh 2.1: Nc bay hi ly nhit ca c th ...................................................................... 21
Hỡnh 2.2: Thớ nghim v s hp th nhit .......................................................................... 22
Hỡnh 2.3: Chu trỡnh kớn lm mỏt v ngng t ..................................................................... 22
Hỡnh 2.4: th trng thỏi ca mụi cht ............................................................................. 23
Hỡnh 2.5: Chu trỡnh lm lnh ............................................................................................... 26
Hỡnh 2.6: H thng iu hũa khụng khớ t ng ................................................................ 29
Hỡnh 2.7: ECU iu khin A/C ............................................................................................ 30
Hỡnh 2.8: S h thng iu hũa khụng khớ t ng trờn xe Toyota .............................. 31
Hỡnh 2.9: Cm bin nhit trong xe ............................................................................... 32
Hỡnh 2.10: Cm bin nhit ngoi xe .............................................................................. 32
Hỡnh 2.11: Cm bin bc x mt tri ................................................................................. 33
Hỡnh 2.12: Cm bin nhit gin lnh ............................................................................. 33
Hỡnh 2.13: Cm bin nhit nc lm mỏt ...................................................................... 34
Hỡnh 2.14: Cụng tc ỏp sut ............................................................................................... 34
Hỡnh 2.15: Motor Servo úng m cỏnh thụng giú ............................................................... 35
Hỡnh 2.16: Hot ng motor Servo úng m cỏnh thụng giú ............................................. 35
Hỡnh 2.17: Motor tr ng trn khớ ..................................................................................... 36
x
Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động
Hình 2.18: Hoạt động của motor trộn khí............................................................................ 37
Hình 2.19: Motor Servo đóng mở cánh cửa ở từng vị trí .................................................... 38
Hình 2.20. Nguyên lý hoạt động của motor Servo đóng mở cánh cửa ở từng vị trí .......... 39
Hình 3.1: Sô ñoà chaân Atmega128 ....................................................................................... 42
Hình 3.2: Sô ñoà khối Atmega128 ....................................................................................... 44
Hình 3.3: Sô ñoà chaân 7805 ............................................................................................. 49
Hình 3.4: Sô ñoà chaân C181 ............................................................................................. 50
Hình 3.5: Sô ñoà chaân FET IRF540 ..................................................................................... 50
Hình 3.6: Ký hiệu và sơ đồ chân tƣơng đƣơng giữa Mosfet và Transistor ......................... 51
Hình 3.7: Sơ đồ chân opto P521 .......................................................................................... 51
Hình 4.1: Đƣờng đặt tuyến của cảm biến nhiệt độ trong xe .............................................. 52
Hình 4.2: Đƣờng đặt tuyến của cảm biến nhiệt độ ngoài trời ............................................. 54
Hình 4.3: Đƣờng đặt tuyến của cảm biến nhiệt độ giàn lạnh ............................................. 55
Hình 4.4: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa dòng điện và lƣợng bức xạ mặt trời .............. 57
Hình 4.5: Công tắc áp suất kép khi có sự cố xảy ra ............................................................ 58
Hình 4.6: Chế độ hút gió ngoài xe ....................................................................................... 59
Hình 4.7: Chế độ lấy gió trong xe ....................................................................................... 60
Hình 4.8: Chế độ làm mát ................................................................................................... 60
Hình 4.9: Chế độ trộn khí .................................................................................................... 61
Hình 4.10: Chế độ hâm nóng .............................................................................................. 61
xi
Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động
Hình 4.11: Bộ điều chỉnh dòng khí thổi tới từng vị trí ....................................................... 62
Hình 4.12: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ quạt giàn lạnh và tỷ lệ % ................. 63
Hình 4.13: Sơ đồ mạch điện điều khiển rơ le ly hợp từ ..................................................... 64
Hình 4.14. Điều khiển bù khơng tải ................................................................................. 64
Hình 4.15: Điều khiển máy nén theo tốc độ động cơ .......................................................... 65
Hình 4.16: Cơng tắc điều khiển A/C ở vị trí ON................................................................. 66
Hình 4.17: Cấu tạo van điều khiển nƣớc ............................................................................ 67
Hình 4.18: Sơ đồ khối hệ thống điều hòa khơng khí tự động ............................................. 68
Hình 4.19: Sơ đồ cấu trúc bộ điều chỉnh PID ..................................................................... 68
Hình 4.20: Sơ đồ thuật tốn điều khiển hệ thống điều hòa khơng khí tự động .................. 72
Hình 4.21: Sơ đồ ngun lý mạch điều khiển hệ thống điều hòa khơng khí tự động ........ 73
Hình 4.22: Sơ đồ kết nối vi điều khiển Atmega128 ........................................................... 74
Hình 4.23: Sơ đồ nguyên lý mạch ổn áp ....................................................................... 75
Hình 4.24: Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thò ................................................................... 75
Hình 4.25: Sơ đồ mạch điều khiển bằng nút nhấn ......................................................... 76
Hình 4.26: Sơ đồ nguyên lý mạch công suất .................................................................. 78
Hình 4.27: Sơ đồ mạch in ECU hệ thống điều hòa khơng khí tự động .............................. 79
Hình 4.28: ECU thực tế .................................................................................................. 79
Hình 4.29: Sơ đồ mạch điện mạch điều khiển hệ thống điều hòa khơng khí tự động...... 80
Hình 4.30: Mô hình lắp đặt ECU trên sa bàn thực tế.......................................................... 80
Hình 5.1: Máy chẩn đốn Intelligent Tester II ................................................................... 100
xii
Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động
Hình 5.2: Xe Toyota Camry .............................................................................................. 102
Hình 5.3: Máy Oscillocope ................................................................................................ 105
Hình 5.4: Dạng sóng điều khiển motor servo mặt định ở góc 00, lấy gió ngoài xe ........... 106
Hình 5.5: Dạng sóng điều khiển motor servo quay một góc 900, lấy gió trong xe ........... 107
Hình 5.6: Dạng sóng điều khiển motor servo mặt định ở góc 00, chế độ làm mát ............ 108
Hình 5.7: Dạng sóng điều khiển motor servo quay một góc 600, chế độ trộn khí ............ 108
Hình 5.8: Dạng sóng điều khiển motor servo quay một góc 1200, chế độ hâm nóng ....... 109
Hình 5.9: Dạng sóng điều khiển motor servo mặt định ở góc 00, chế độ đóng cánh thông
gió ở một vị trí nào đó ....................................................................................................... 110
Hình 5.10: Dạng sóng điều khiển motor servo quay một góc 450, chế độ mở cánh thông
gió ở một vị trí nào đó ....................................................................................................... 110
Hình 5.11: Dạng sóng điều khiển tốc độ quạt giàn lạnh, chế độ thấp (LO) ...................... 111
Hình 5.12: Dạng sóng điều khiển tốc độ quạt giàn lạnh, chế độ trung bình (M1) ............. 112
Hình 5.13: Dạng sóng điều khiển tốc độ quạt giàn lạnh, chế độ trung bình (M2) ............. 112
Hình 5.14: Dạng sóng điều khiển tốc độ quạt giàn lạnh, chế độ trung bình (M3) ............. 113
Hình 5.15: Dạng sóng điều khiển tốc độ quạt giàn lạnh, chế độ trung bình (M4) ............. 113
Hình 5.16: Dạng sóng điều khiển tốc độ quạt giàn lạnh, chế độ trung bình (M5) ............. 114
Hình 5.17: Dạng sóng điều khiển tốc độ quạt giàn lạnh, chế độ cao (HI) ......................... 114
Hình 5.18: Dạng sóng điều khiển rơ le ly hợp từ .............................................................. 115
xiii
Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động
Chương 1:
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1.1. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu về hệ thống điều hòa tự động trên ơ tơ hiện
nay
Ngày nay, chúng ta đang tiến bước vào thế kỷ mới, thế kỷ của nền kinh tế tri
thức. Thế kỷ mà kỹ thuật số dần dần khẳng đònh vò trí của mình và là sự kế thừa nền
tảng của kỹ thuật tương tự. Với tốc độ phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật,
nhiều sản phẩm công nghệ cao được tích hợp với mật độ ngày càng nhỏ và tinh vi đã
ra đời. Trong đó, sự ra đời của các bộ Vi điều khiển ngày càng hoàn thiện và làm việc
với tốc độ cao, chính xác đã được áp dụng trong nhiều lónh vực điều khiển để đáp ứng
nhu cầu của xã hội.
Không đứng ngoài sự phát triển chung của nhân loại, ngành công nghiệp ôtô đã
có những tiến bộ vượt bậc về công nghệ, đặc biệt đã ứng dụng được những công nghệ
mới nhất của các ngành công nghệ hỗ trợ lên các chiếc xe nhằm đem lại sự tiên nghi
sang trọng, kinh tế… và hơn hết là vấn đề bảo vệ môi trường. Những đòi hỏi ngày
càng cao của người sử dụng làm cho bài toán kỹ thuật càng trở nên khó khăn hơn, là
sự thách thức lớn đối vối những nhà kỹ thuật. Nhờ kỹ thuật điện điện tử và công nghệ
thông tin đã giúp cho các nhà kỹ thuật giải quyết bài toán khó trở nên đơn giản hơn,
chính xác hơn. Do đó các ôtô sản xuất ngày nay được trang bò hệ thống điện -điện tử
khá phức tạp như hệ thống phun xăng, hệ thống điều hòa khơng khí tự động, hệ thống
phanh chống hãm cứng, hệ thống treo điện tử, hệ thống đánh lửa điện tử, hệ thống
kiểm soát khí thải…
Mặc dù, nền công nghiệp ô tô trên thế giới có tuổi đời rất lâu, nhưng ở Việt
Nam nền công nghiệp này còn khá non trẻ so với các nước khác. Trong những năm
GVHD: PGS_TS. ĐỖ VĂN DŨNG
HVTH: KS. LÊ MINH MẪN
1
Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động
gần đây, nền công nghiệp ô tô đã có những bước phát triển rất nhanh đòi hỏi một số
lượng lớn đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật, công nhân lành nghề. Từ sự mới mẽ
trong các ứng dụng của vi điều khiển trên lónh vực ôtô, cùng với mơ ước một ngày
nào đó Việt Nam sẽ tự mình sản xuất được ôtô đã thôi thúc tác giả thực hiện đề tài:
“Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động” ... Đề tài này giúp sinh
viên ngành ô tô có điều kiện ứng dụng những kiến thức lý thuyết đã học vào thực tế,
từng bước tiếp cận những công nghệ mới của thế giới, thu hẹp khoảng cách về trình
độ, công nghệ với thế giới.
1.1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Nội địa hố sản phẩm, đẩy mạnh nền cơng nghệ sản xuất trong nước là một u
cầu tất yếu để hạ giá thành sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao tính cạnh
tranh của các sản phẩm Việt Nam trên thị trường trong nước cũng như quốc tế. Đây cũng
là một trong những mục tiêu chính của nền cơng nghiệp nước ta hiện nay. Tuy nhiên vấn
đề tồn tại lớn nhất chính là vốn và cơng nghệ. Mục tiêu sản xuất với chi phí thấp, đồng
thời làm chủ được cơng nghệ cao để có được sự chủ động trong sản xuất đang được các
cơ sở sản xuất quan tâm hàng đầu. Vì thế PGS_TS ĐỖ VĂN DŨNG nhận thấy được sự
cần thiết của cơng nghệ chế tạo, thiết kế và lập trình vi điều khiển. Thầy đã đề xuất và
hướng dẫn các đề tài mang tính chất thiết kế, chế tạo và ứng dụng cao như:
Nghiên cứu, chế tạo mạch đánh lửa trên động cơ ô tô theo chương trình – Ks.
Nguyễn Văn Long Giang – Luận văn thạc só 2002 –2004, người hướng dẫn: PGS. TS
Đỗ Văn Dũng – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM.
Luận văn được hoàn thành trên cơ sở ứng dụng vi xử lý (dùng bộ vi điều khiển
AT89C51)để chế tạo mạch đánh lửa trên động cơ ô tô theo chương trình. Kết quả luậ n
GVHD: PGS_TS. ĐỖ VĂN DŨNG
HVTH: KS. LÊ MINH MẪN
2
Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động
văn cho thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của vi điều khiển trong điều khiển lập trình
hoạt động cho nhiều kết cấu cơ khí và thiết bò điện phức tạp trên ô tô.
° Giới thiệu khái quát về họ vi điều khiển MSC-51:
MCS-51TM là một họ IC vi điều khiển do Intel phát triển và sản xuất. Một số
nhà sản xuất được phép cung cấp các IC tương thích với các sản phẩm MCS-51TM của
Intel là Siemens, Advanced Micro Devices, Fujitsu, Philips, Atmel. AT89C52 là một
Microcomputer 8 bit, loại CMOS, có tốc độ cao và công suất thấp với bộ nhớ Flash có
thể lập trình được. Nó được sản xuất với công nghệ bộ nhớ không bay hơi mật độ cao
của hãng Atmel, và tương thích với chuẩn công nghiệp của 80C51 và 80C52 về chân
và bộ lệnh.
* Các IC của họ MCS-51TM có các đặc trưng chung như sau:
- 4 port I/O 8 bit.
- Giao tiếp nối tiếp.
- 64K không gian bộ nhớ chương trình mở rộng.
- 64K không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng.
- Một bộ xử lý luận lý (thao tác trên các bit đơn).
- 210 bit được đòa chỉ hóa.
- Bộ nhân/chia 4 µs.
Ngoài ra, tùy theo số hiệu sản xuất mà chúng có những khác biệt về bộ nhớ và
bộ đònh thời/ bộ đếm như trong bảng so sánh dưới đây:
GVHD: PGS_TS. ĐỖ VĂN DŨNG
HVTH: KS. LÊ MINH MẪN
3
Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động
Bảng 1.1: Bộ nhớ và bộ đònh thời họ MSC-51
Số hiệu sản xuất
Bộ nhớ chương
Bộ nhớ dữ liệu
Số bộ đònh thời
trình trên chip
trên chip
(bộ đếm)
8031
0K
128 byte
2
8051
4K ROM
128 byte
2
8751
4K EPROM
128 byte
2
8951
4K FLASH
128 byte
2
8032
0K
256 byte
3
8052
8K ROM
256 byte
3
8752
8K EPROM
256 byte
3
8952
8K FLASH
256 byte
3
° Giới thiệu AT89C52:
Hình 1.1: Sơ đồ chân AT89C51
GVHD: PGS_TS. ĐỖ VĂN DŨNG
HVTH: KS. LÊ MINH MẪN
4
Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động
Nghiên cứu, chế tạo mạch điều khiển hộp số tự động dùng vi điều khiển – Ks.
Trần Văn Nguyện – Luận văn thạc só 2004 –2006, người hướng dẫn: PGS. TS Đỗ
Văn Dũng – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM.
Luận văn được hoàn thành trên cơ sở ứng dụng vi xử lý (dùng bộ vi điều khiển
AT89S52) để chế tạo mạch điều khiển hộp số tự động theo chương trình. Kết quả luận
văn cho thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của vi điều khiển trong điều khiển lập trình
hoạt động cho nhiều kết cấu cơ khí và thiết bò điện phức tạp trên ô tô nói riêng và hệ
thống điều khiển tự động nói chung.
° Sơ đồ khối và chức năng các khối của AT89S52:
* Bộ vi điều khiển AT89S52 gồm các khối:
- CPU ( Central Processing Unit):
+ Thanh ghi tích lũy A.
+ Thanh ghi tích lũy phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia.
+ Đơn vị logic học ( ALU: Arithmetic Logical Unit)
+ Từ trạng thái chương trình (PSW: Program Status Word)
+ Bốn băng thanh ghi
+ Con trỏ ngăn xếp
- Bộ nhớ chương trình (Bộ nhớ ROM) gồm 8Kb Flash.
- Bộ nhớ dữ liệu (Bộ nhớ RAM) gồm 256 bytes.
- Bộ UART (Universal Ansynchronous Receiver and Transmitter) làm chức năng
truyền nhận nối tiếp, nhờ khối này, AT89S52 có thể giao tiếp với cổng COM của
máy tính.
- 3 bộ Timer/Counter 16 bit thực hiện các chức năng định thời và đếm sự kiện.
GVHD: PGS_TS. ĐỖ VĂN DŨNG
HVTH: KS. LÊ MINH MẪN
5
Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động
- WDT (Watch Dog Timer): được dùng để hồi phục lại hoạt động của CPU khi nó bị
treo bởi 1 ngun nhân nào đó. Gồm có một bộ Timer 14 bit, một bộ Timer 7 bit,
thanh g hi WDTPRG (WDT programable) điều khiển Timer 7 bit và một thanh ghi
chức năng WDTRST (WDT resister).
Hình 1.2: Sơ đồ chân của vi điều khiển AT89S52
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ điều tốc điện tử cho động cơ Diesel sử dụng bơm
cao áp VE – Ks. Phan Nguyễn Quý Tâm – Luận văn thạc só 2005 –2007, người hướng
dẫn: PGS. TS Đỗ Văn Dũng – Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM
Luận văn được hoàn thành trên cơ sở ứng dụng vi xử lý (dùng vi điều khiển
PIC16F877A) để chế tạo mạch điều khiển bộ điều tốc điện tử cho động cơ Diesel sử
dụng bơm cao áp VE. Kết quả luận văn cho thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của vi
điều khiển trong điều khiển lập trình hoạt động cho nhiều kết cấu cơ khí và thiết bò
điện phức tạp trên ô tô.
GVHD: PGS_TS. ĐỖ VĂN DŨNG
HVTH: KS. LÊ MINH MẪN
6
Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động
° Giới thiệu vi điều khiển PIC16F877A:
PIC là tên viết tắt của Programmable Intelligent Computer có nghóa là “máy
tính thông minh khả trình” do hãng General Instrument sản xuất.
PIC16F877A là dòng PIC phổ biến nhất, cấu trúc tổng quát gồm:
- 8 K Flash Rom
- 368 Bytes Ram
- 2546 Bytes EEPROM
- 5 Port (A,B,C,D,E) vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập.
- 2 bộ đònh thời Timer 0 và Timer 2 8bit
- 1 bộ đònh thời Timer 116 bit có thể hoạt động trong cả chế độ tiết kiệm năng
lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung clock ngoài.
- 2 bộ Capture/ Compare/ PWM (Bắt giữ/ So sánh/ Điều biến xung).
- 1 bộ biến đổi Analog ->Digital 10bit, 8 ngõ vào.
- 2 bộ so sánh tương tự (Compartor).
- 1 bộ đònh thời giám sát (Watch Dog Timer).
- 1 cổng song song 8 bit với các tín hiệu điều khiển.
- 1 cổng nối tiếp.
- 15 nguồn ngắt (Interrupt).
- Chế độ tiết kiệm năng lượng (Sleep Mode).
- Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP (In-Circuit Serial Programming).
- 35 tập lệnh có độ dài 14 bit.
- Tần số hoạt động tối đa 20 MHz.
GVHD: PGS_TS. ĐỖ VĂN DŨNG
HVTH: KS. LÊ MINH MẪN
7
Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động
Vi điều khiển PIC16F877A có 40 chân, mỗi chân có một chức năng khác nhau.
Trong đó có một số chân đa công dụng (đa hợp): Mỗi chân có thể hoạt động như một
đường xuất nhập (I/O) hoặc là một chân chức năng đặc biệt dùng để giao tiếp với các
thiết bò ngoại vi.
Hình 1.3: Sơ đồ chân của vi điều khiển 16F877A
PIC 16F877A vận hành với nguồn đơn 5V, VDD (chân nguồn dương) được nối
vào chân số 11 và 32. Chân VSS (chân mass) được nối vào chân số 12 và 31. Nó có
tất cả là 3 khối bộ nhớ riêng biệt bao gồm: Bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình và
bộ nhớ EEPROM.
Bộ nhớ dữ liệu bao gồm 4 Bank: Bank0, Bank1, Bank2 và Bank 3. Mỗi Bank có
dung lượng là 128 Byte, bao gồm vùng RAM đa mục đích và vùng các thanh ghi chức
năng đặc biệt SFR (Special Function Registers).
GVHD: PGS_TS. ĐỖ VĂN DŨNG
HVTH: KS. LÊ MINH MẪN
8
Thiết kế chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động
Bộ nhớ chương trình (Program Counter) dài 13 bit có thể đònh đòa chỉ cho 8K
không gian bộ nhớ, 8 ký không gian bộ nhớ được chia làm 8 trang bộ nhớ. Mọi sự truy
nhập ngoài vùng không gian này sẽ không có tác dụng.
Nghiên cứu thiết kế chế tạo ECU điều khiển trợ lực lái điện, Ks. Lê Thanh Nhàn –
Luận văn thạc só 2006 –2008, người hướng dẫn: PGS. TS Đỗ Văn Dũng – Trường
Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM.
Luận văn được hoàn thành trên cơ sở ứng dụng vi xử lý để chế tạo ECU để
điều khiển trợ lực lái điện. Kết quả luận văn cho thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của
vi điều khiển trong điều khiển lập trình hoạt động cho nhiều kết cấu cơ khí và thiết bò
điện phức tạp trên ô tô.
° Giới thiệu vi điều khiển Atmega8:
Atmega8 là bộ vi xử RISC với kiến trúc Harvard thuộc họ AVR được sản xuất bởi
Cty ATMEL với tính năng mạnh mẽ. Có 130 lệnh mạnh xử lý hầu hết trong một chu kỳ
xung nhịp. Có 8 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, 512 byte bộ nhớ EEPROM tích hợp trên chíp,
có 1 kbyte SRAM nội. Có hai bộ Timer/counter 8 bit và một bộ timer/counter 16 bit với
bộ chia tần lập trình được. Có ba kênh điều xung, 6 kênh lối vào chuyển đổi ADC với độ
phân giải 10 bit. Atmega8 có 28 chân, trong đó có 23 cổng vào ra. Nguồn ni từ 2.7 đến
5.5 đối với Atmega8L và từ 4.5 đến 5.5 đối với Atmega8, làm việc tiêu thụ dòng 3.6mA.
Sử dụng mạch dao động ngồi từ 0 đến 8 Mhz với Atmega8L và từ 0 đến 16 Mhz với
Atmega8. Ngồi ra chíp Atmega8 còn có bộ xung nội bên trong có thể lập trình chế độ
xung nhịp.
GVHD: PGS_TS. ĐỖ VĂN DŨNG
HVTH: KS. LÊ MINH MẪN
9
