Nghiên cứu thiết bị chỉ báo góc lái tàu thủy, ứng dụng xây dựng mô hình vật lý của thiết bị chỉ báo góc lái dùng vi điều khiển

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ
rõ nguồn gốc.
Tác giả luận văn

i


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo, cô giáo ở khoa Điện –
Điện tử tàu biển, trường đại học Hàng Hải Việt Nam, đã đóng góp nhiều ý kiến
quan trọng để tác giả hoàn thành bản luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn các Thầy, cô giáo của khoa đào tạo Sau Đại
Học đã tạo điều kiện và khích lệ để tác giả hoàn thành bản luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy PGS. TS LƯU KIM THÀNH của
khoa Điện – Điện tử trường đại học Hàng Hải đã tận tình hướng dẫn và khích lệ tác
giả hoàn thành bản luận văn này.
Tác giả xin cảm ơn các Thầy giáo, các anh chị em phòng thí nghiệm, trường
đại học Hàng hải Việt Nam đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất để tác giả thực hiện
thành công bản luận văn.
Những lời cảm ơn chân thành tiếp theo xin được đến tới gia đình và bạn bè,
những người đã luôn động viên, khuyến khích và chia sẻ khó khăn trong suốt quá
trình học tập và nghiên cứu khoa học của mình.

ii

DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Chữ viết tắt
ADC
PWM

Giải thích
Analog digital converter
Pulse width modultion

iii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng
2.1
2.3

Tên bảng
Thông số màn hình GLCD 240x128
Mô tả các chân GLCD 240x128

iv

Trang
26
27


DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
Số hình

1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
2.18
2.19
2.20

Tên hình
Sơ đồ cấu trúc hệ thống lái điện - cơ

Sơ đồ cấu trúc hệ thống lái điện – thủy lực
Sơ đồ cấu trúc của chế độ lái lặp
Sơ đồ cấu trúc của chế độ lái tự động
Sơ đồ cấu trúc của hệ thống lái tàu thủy
Các loại đồng hồ kim hiển thị góc bẻ lái
Các loại đồng hồ số hiển thị góc bẻ lái
Cấu trúc của thiết bị chỉ báo góc lái tàu thủy
Thiết bị chỉ báo góc lái dạng điện trở
Sơ đồ nguyên lí của thiết bị chỉ báo góc lái dùng xen xin
Mô hình hệ thống chỉ báo góc lái
Sơ đồ mạch cấp nguồn cho vi điều khiển
IC ổn áp họ 78xx
Sơ đồ nguyên lý của khối xử lý trung tâm
Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của chíp ATmega16
Sơ đồ nguyên lý màn hình GLCD 240x128
Hình ảnh thực tế của GLCD 240x128
Sơ đồ chân GLCD 240x128.
Sơ đồ kết nối GLCD với vi điều khiển
Sơ đồ chân của Ic HMC1501
Sơ đồ cầu điện trở Wheatstone của Ic HMC1501
Sơ đồ nguyên lý HMC1501
Sơ đồ bố trí nam châm vĩnh cửu với HMC 1501
Đường đặc tính điện áp ra của HMC 1501
Mạch khuếch đại vi sai
Khối truyền thông RS485
Sơ đồ nguyên lý của Module xây dựng trên phần mềm

Trang
5
6

11
12
13
15
16
17
18
19
20
21
22
22
23
25
25
26
28
29
29
30
30
31
31
32
33

2.22

Orcad.
Hình ảnh mạch in của mô hình thiết bị chỉ báo góc lái tàu

34

3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8

thủy
Sơ đồ cấu trúc của thiết bị chỉ báo góc lái tàu thủy.
Lưu đồ thuật toán đo góc quay của bánh lái tàu thủy
Lưu đồ thuật toán nhận dữ liệu
Lưu đồ thuật toán truyền dữ liệu
Sơ đồ chân và hình ảnh của vi mạch MAX485
Sơ đồ kết nối các điểm đầu cuối sử dụng mạng RS485
Góc bánh lái lệch trái 4 độ
Bánh lái nằm ở vị trí 0

35
36
38
39
41
41
42
42

v


3.9

Góc bánh lái lệch phải 19 độ

vi

43


MỤC LỤC
2. Mục đích chung và nhiệm vụ của đề tài......................................................................................................1
3. Đối tượng nghiên cứu của đề tài.................................................................................................................1
4. Phương pháp nghiên cứu.............................................................................................................................1
5. Ý nghĩa khoa học của đề tài..........................................................................................................................2
2.1. Đề xuất sơ đồ cấu trúc của thiết bị chỉ báo góc lái................................................................................16
Thông số kĩ thuật của GLCD 240x128............................................................................................................23
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................................................................42
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................................................................43

vii


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Tàu thủy là một trong những phương tiện giao thông được dùng rộng rãi và
có lịch sử lâu đời nhất. Tàu thủy có khả năng chở hàng hóa, hành khách với khối

lượng lớn và độ tin cậy cao. So với vận tải đường bộ và đường không thì vận tải
bằng đường thủy có độ tin cậy cao và giá thành thấp hơn. Một trong những hệ
thống cơ bản của tàu thuỷ đó là hệ thống lái. Hệ thống lái của tàu thuỷ giúp định
hướng tàu theo hướng nhất dịnh hoặc thay đổi hướng đi theo ý muốn của người
điều khiển. Một hệ thống lái muốn kiểm soát được góc lái trong chế độ lái lặp
hoặc lái tự động cần có một hệ thống chỉ báo góc lái với độ chính xác cao và tin
cậy.
Ngày nay công nghệ vi xử lý phát triển, với ưu điểm về tốc độ, độ chính
xác, tính linh hoạt và ổn định, thì việc xây dựng một hệ thống chỉ báo góc lái bằng
vi điều khiển hoàn toàn có thể thực thi dưới dạng mô hình làm tiền đề cho việc
phát triển thành các sản phẩm thương mại trên tàu thủy.
2. Mục đích chung và nhiệm vụ của đề tài
Nghiên cứu thiết bị chỉ báo góc lái tàu thủy, ứng dụng xây dựng mô hình vật
lý của thiết bị chỉ báo góc lái dùng vi điều khiển.
3. Đối tượng nghiên cứu của đề tài
Đối tượng nghiên cứu là thiết bị chỉ báo góc lái, cảm biến Hall, vi điều khiển
AVR
Phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung nghiên cứu thiết bị chỉ báo góc lái,
cảm biến Hall, vi điều khiển AVR, chuẩn truyền thông RS 485
4. Phương pháp nghiên cứu
Trên cơ sở tìm hiểu hoạt động của các loại thiết bị chỉ báo góc lái, hoạt động
của các loại cảm biến. Tác giả đã kế thừa và phát triển kinh nghiệm của mình cho
việc nghiên cứu mang tính ứng dụng cho thiết bị cụ thể.

1


5. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Đề tài được ứng dụng dùng trong các hệ thống chỉ báo góc lái. Thuật toán và
mô hình đề xuất cũng cho phép có thể áp dụng trên tàu thủy.

Đề tài cũng là tài liệu tham khảo cho những ai quan tâm đến thiết bị chỉ báo
góc lái, vi điều khiển AVR, chuẩn truyền thông RS 485.

2


CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ THIẾT BỊ CHỈ BÁO GÓC LÁI
TÀU THỦY.
Hệ thống chỉ báo góc lái là một hệ thống riêng biệt so với hệ thống lái, hệ
thống này chỉ thực hiện chức năng hiển thị góc lệch của bánh lái so với vị trí mặt
phẳng đối xứng. Theo qui định IMO thì trong mỗi hệ thống lái bắt buộc phải có hệ
thống chỉ báo góc lái. Hệ thống chỉ báo góc lái được yêu cầu lắp đặt tại các vị trí
điều khiển hệ thống lái, và được đặt tại vị trí lái sự cố trong buồng máy lái.
1.1. Chức năng, phân loại, yêu cầu cơ bản của hệ thống chỉ báo góc lái.
1.1.1. Chức năng của hệ thống chỉ báo góc lái
Trong quá trình điều khiển tàu phải luôn luôn xác định và kiểm soát được vị trí của
bánh lái. Việc xác định vị trí bánh lái phải được thực hiện trên buồng lái. Để phục
vụ cho việc điều khiển tàu vì khoảng cách từ buồng lái đến buồng máy lái phụ là
xa nên người ta sử dụng hệ thống chỉ báo góc lái. Có hai hệ thống chỉ báo góc lái
phổ biến là: Hệ thống chỉ báo góc lái sử dụng Xenxin, hệ thống chỉ báo góc lái sử
dụng cầu điện trở.
Thiết bị chỉ báo góc lái có nhiệm vụ nhận dữ liệu từ bộ đo góc lái và hiển thị
góc quay lái thực của bánh lái đến người điều khiển quan sát để điều khiển hướng
đi của tàu.
1.1.2. Phân loại của hệ thống chỉ báo góc lái
Theo dạng hiển thị: Thiết bị chỉ báo góc lái trong thực tế thường gặp có 2 dạng là
dạng hiển thị tương tự (analog) và hiển thị dạng số (digital).
Dạng tương tự (analog) (hình 1.1) là dạng hiển thị ngay góc quay bằng các
đồng hồ kim quay, không phải xử lí gì thêm về tín hiệu.

3


Hình 1.1. Các loại đồng hồ kim hiển thị góc bẻ lái
Dạng số (digital) (hình 1.2 ) là dạng hiển thị góc quay bằng màn hình LCD
hoặc led 7 đoạn.

Hình 1.2. Các loại đồng hồ số hiển thị góc bẻ lái
Theo loại cảm biến:
Chỉ báo góc lái loại dùng cầu điện trở
Chỉ báo góc lái loại dùng xenxin
Chỉ báo góc lái loại dùng động cơ bước
1.1.2. Yêu cầu của hệ thống chỉ báo góc lái
Hoạt động tin cậy, chắc chắn
Độ chính xác cao.
Thuận lợi, dễ sử dụng.
Theo quy định đăng kiểm: thiết bị chỉ báo góc lái phải hoạt động tin cậy với độ
chính xác cho phép. Sai số ở vùng góc bẻ lái nhỏ là ± 1o, ở vùng góc bẻ lái lớn có
thể tới ± 2,5o.

4


1.2. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống chỉ báo góc lái
Sơ đồ khối của hệ thống chỉ báo góc lái trên tàu thủy được thể hiện như hình 1.3
nguồn
đồng bộ

O

Thu

Phát

chỉ báo

Bánh lái
chỉ báo

Hình 1.3. Sơ đồ khối của hệ thống chỉ báo góc lái tàu thủy
Cấu trúc của hệ thống chỉ báo góc lái bao gồm:
Khối nguồn đồng bộ dùng để cấp nguồn cho khối phát và khối thu của hệ
thống
Khối phát được nối với bánh lái dùng để phản ánh góc quay của bánh lái và
gửi tín hiệu góc quay thực của bánh lái tới khối thu
Khối thu trong hệ thống thực hiện chức năng nhận tín hiệu từ khối phát sau
đó tiến hành biến đổi, sau đó thực hiện truyền đến các đồng hồ để thực hiện chỉ
báo
Khối chỉ báo thực hiện chức năng hiển thị góc lệch của bánh lái so với vị trí
mặt phẳng đối xứng. Khối chỉ báo này được gắn ở nhiều vị trí khác nhau trên tàu.
Trong thực tế sơ đồ cấu trúc của một hệ thống chỉ báo góc lái được thực
hiện như hình 1.4

5


Hình 1.4. Cấu trúc của thiết bị chỉ báo góc lái tàu thủy
Trong cấu trúc của thiết bị chỉ báo góc lái hình 2.1 bao gồm một khối phát tín
hiệu góc quay thực của bánh lái. Bộ phát này lấy tín hiệu góc quay thực của bánh
lái sau đó thực hiện biến đổi thành tín hiệu điện sau đó gửi tới các thiết bị thu

(đồng hồ chỉ báo) để hiển thị, các đồng hồ chỉ báo góc lái được đặt tại trung tâm
buồng lái và hai bên cánh gà trái, cánh gà phải. Để thực hiện lấy tín hiệu góc quay
thực của bánh lái trong thực tế ta có thể thực hiện bằng: biến trở, xen xin hoặc
dùng động cơ bước, cảm biến đo góc dựa theo sự thay đổi của từ trường (cảm biến
Hall)…
Các đồng hồ chỉ báo góc lái được đặt tại nhiều vị trí trên tàu như: đặt tại
buồng lái, buồng điều khiển trung tâm, buồng thuyền trưởng, buồng máy lái…tất
cả các đồng hồ và bộ phát tín hiệu phải được cấp nguồn từ nguồn đồng bộ.
1.3. Giới thiệu nguyên lý làm việc của thiết bị chỉ báo góc lái dạng điện trở,
xenxin.
Một hệ thống chỉ báo góc lái bao gồm: bộ cảm biến đo góc bẻ lái và bộ chỉ báo
góc bẻ lái. Một hệ thống có thể được bố trí như hình 1.5

6


Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc hệ thống chỉ báo góc lái
Bộ đo góc lái là mạch điện có nhiệm vụ đo góc bẻ lái và biến đổi thành tín
hiệu điện áp hoặc dòng điện có thể đo và xử lí được. Tín hiệu này được gia công
thành các dạng chuẩn để đưa đến bộ chỉ thị góc lái hiển thị cho người điều khiển
biết. Để đo góc bẻ lái có thể dùng các loại cảm biến như: cảm biến điện thế kế điện
trở, cảm biến điện cảm, cảm biến điện dung, cảm biến dựa theo nguyên lí thay đổi
từ trường, cảm biến xenxin…
1.3.1. Thiết bị chỉ báo góc lái dạng điện trở.
Thiết bị chỉ báo góc lái dạng điện trở [1] có sơ đồ nguyên lý như hình 1.6

7


Hình 1.6. Thiết bị chỉ báo góc lái dạng điện trở

Thiết bị bao gồm một biến trở được cấp nguồn một chiều, con chạy của biến
trở được gắn cơ khí với bánh lái. Khi bánh lái quay sang trái hoặc sang phải sẽ làm
cho con chạy a dịch chuyển sang trái hoặc sang phải, khi con chạy a dịch chuyển
sẽ làm cho ∆Uaa’ (điện thế giữa a và a’) thay đổi cả về dấu và trị số. Khi đó đồng hồ
sẽ chỉ theo chiều trái hoặc chiều phải. Trong hệ thống này đồng hộ được sử dụng là
đồng hồ chỉ điện áp nhưng trên mặt đồng hồ ta tiến hành khắc vạch chia độ để hiển
thị góc lệch của bánh lái.
1.3.2. Thiết bị chỉ báo góc lái dùng xen xin.
Thiết bị chỉ báo góc lái dùng xen xin ở chế độ chỉ báo [1] được thể hiện như hình
1.7

8


Hình 1.7. Sơ đồ nguyên lí của thiết bị chỉ báo góc lái dùng xen xin
Thiết bị gồm nhiều xen xin, trong đó có 1 xen xin phát và có thể có hai hay
nhiều xen xin thu. Xen xin phát có trục rotor được gắn cơ khí với bánh lái, khi
bánh lái quay sẽ làm cho trục rotor xenxin phát quay, trục của rotor xen xin thu
được gắn vào một mặt đồng hồ được khắc vạch chia độ và bên trên được gắn kim
để thực hiện chỉ báo góc quay bánh lái.
Các cuộn dây một pha của các xen xin được nối với nhau và cấp bằng 1 nguồn
đồng bộ xoay chiều U, các cuộn ba pha của các xen xin cũng được nối với nhau.
Nguyên lý làm việc:
Khi bánh lái ở vị trí 0 tức rotoe xen xin phát lúc này ở vị trí 0 thì rotor của xen
xin thu chỉ 0. Khi đó cuộn dây một pha cảm ứng sang stato những giá trị suất điện
động EF, ET như nhau làm cho từ thông 1 pha và từ thông 3 pha tác động lẫn nhau
tạo Mq = 0.Tức là khi 2 rôto của XX ở vị trí O (là vị trí cân bằng) thì sự chênh giữa
các cuộn 3 pha của xen xin phát và các xen xin thu ΔE=0 .
Nếu rôto xen xin phát lệch 1 góc δ thì xuất hiện ΔE = E F = ET làm cho từ thông
1 pha sinh ra trên các cuộn 1 pha sẽ tương tác với từ thông 3 pha của các cuộn 3

pha sinh ra momen quay Mq , Mq sẽ làm cho rotor xen xin thu quay. Rotor xen xin
9


thu sẽ quay 1 góc δ’ đúng bằng góc δ của xen xin phát, khi đó E T = EF →ΔE=0→
Mq=0.
1.4. Giới thiệu một số hệ thống chỉ báo góc lái điển hình
1.4.1. Hệ thống chỉ báo góc lái của Nunotani.
Hệ thống chỉ báo góc lái của Nunotani bao gồm một bộ phát tín hiệu góc
quay bánh lái và một thu. Bộ phát được gắn cơ khí với bánh lái thông qua cơ cấu
đòn bẩy. Thông qua cơ cấu đòn bẩy bộ phát sẽ được quay cùng hướng với bánh
lái, khi đó cơ cấu quay trong bộ phát sẽ được quay với góc quay tương ứng của
bánh lái, và nó cũng thực hiện làm quay cơ cấu quay trong khối thu đồng bộ về
góc với khối phát.
Cấu trúc của hệ thống chỉ báo góc lái của Nunotani như hình 1.8

10


Hình 1.8. Hệ thống chỉ báo góc lái của Nunotani
Hệ thống chỉ báo góc lái của Nunotani có các thông số kĩ thuật như sau:
Điện áp nguồn cấp: 100/110V, 200/220V, 50/60Hz, 1ø
Công suất: 25VA
11


Tín hiệu vào: Tín hiệu đồng bộ xoay chiều
Tín hiệu đầu ra:
Tín hiệu áp: 0 đến +5V, +1V đến +5V, 0 đến +10V, -5V đến +5V,
-10V đến +10V.

Tín hiệu dòng: 4 đến 20mA
Hỗ trợ chuẩn truyền thông RS – 422S
1.4.2. Hệ thống chỉ báo góc lái ST60 hãng RAYMARINE
Hệ thống chỉ báo góc lái ST60 được chế tạo để có thể công tác trong mọi điều kiện
thời tiết, ST60 được trang bị một màn hình Analog (hình 1.9) có độ nhạy và độ ổn
định rất cao để cung cấp thông tin về góc quay bánh lái một cách chính xác nhất
trong mọi điều kiện thời tiết, trạng thái mặt biển…

Hình 1.9. Màn hình hiển thị dạng analog của hệ thống ST60
ST60 có thể được sử dụng hoặc là một thiết bị hoạt động độc lập hoặc như
là một phần của hệ thống lái.
Khi kết nối tới hệ thống lái, hệ thống chỉ báo góc lái ST60 có thể được sử
dụng như một bộ lặp trong hệ thống lái tự động, hoặc cung cấp chính xác thông tin
về vị trí thực của bánh lái.
Nguồn và tín hiệu của hệ thống được cấp thông qua các cáp đơn, vì vậy
thiết bị có thể được kết nối bằng dắc cắm để tạo thành một mạng.

12


Hệ thống ST60 chỉ được kết nối với bánh lái để thực hiện hiển thị góc quay
bánh lái hoặc cũng có thể được dùng để cung cấp thông tin cho các thiết bị khác
trong hệ thống lái.
Hệ thống chỉ báo góc lái chỉ vị trí thực của bánh lái bằng cách hiển thị thông
tin lên màn hình hiển thị, thang đo của hệ thống là từ - 400 đến + 400 .
Sơ đồ kết nối các đồng hồ của ST60 được thể hiện như hình 1.10. Khi kết
nối các thiết bị cân lưu ý đảm bảo được điện áp nguồn là 12VDC và nguồn này
được bảo vệ bằng cầu chì 5A.

Hình 1.10. Sơ đồ kết nối các đồng hồ của ST60

Thông số kĩ thuật của hệ thống ST60 như sau:
Điện áp nguồn cấp: 12VDC
Dải đo: -40 đến 400
1.4.3. Thiết bị chỉ báo góc lái RI 35 hãng SIMRAD
Thiết bị chỉ báo góc lái RI 35 (hình 1.11) được thiết kế để làm việc với tín
hiệu áp hoặc tần số được tạo ra bởi thiết bị phản hồi của hệ thống lái tự động.
Thiết bị tương thích với tín hiệu goc quay bánh lái NMEA. Bên trong mỗi
thiết bị được gắn một khối dùng để biến đổi tín hiệu và một khối dùng để hiển thị.
Nó cũng cấp liên tục vị trí thực của bánh lái, góc chỉ tối đa có thể lên đến 450 .

13


Hình 1.11. Thiết bị chỉ báo góc lái RI35 hãng SIMRAD
Các thiết bị RI35 có thể tương thích với các tín hiệu điện áp hoặc tần số
được phát ra từ các khối phản hồi góc bánh lái. Sơ đồ kết nối giữa các thiết bị
RI35 với nhau và với khối phản hồi góc bẻ lái được thể hiện như hình 1.12.

Hình 1.12. Sơ đồ ghép nối các thiết bị RI35 với tín hiệu vào là tín hiệu áp/ tần số.
Trong các thiết bị RI35 đều được trang bị cổng NMEA, Các cổng NMEA
trên RI35 là đơn hướng, tức là nó là tự động cấu hình cho đầu vào hoặc đầu ra, các
cổng ra là không phân cực (hình 1.13). Để đạt hiệu quả tốt nhất của RI35 là nó

14


được sử dụng với một thiết bị phản hồi góc quay bánh lái xuất dữ liệu NMEA
(RSA), 20Hz.

Hình 1.13. Ghép nối các thiết bị RI 35 với nhau và với thiết bị phản hồ góc quay

bánh lái qua cổng NMEA
1.4.4. Thiết bị chỉ báo góc lái hãng SEAFIRST.
Thiết bị chỉ báo góc lái Seafirst (hình 1.14) bao gồm cảm biến góc, hộp
phân phối và thiết bị chỉ báo góc lái.

Hình 1.14. Hệ thống chỉ báo góc lái hãng SeaFirst

15


CHƯƠNG 2. ĐỀ XUẤT XÂY DỰNG CẤU HÌNH THIẾT BỊ
CHỈ BÁO GÓC LÁI TRÊN TÀU THỦY
Trong nội dung luận văn tác giả tiên hành lựa chọn và xây dựng mô hình vật
lý của thiết bị chỉ báo góc lái trên tàu thủy sử dụng cảm biến đo góc dựa theo sự
thay đổi của từ trường (cảm biến Hall), góc bánh lái sẽ được hiển thị trên các màn
hình GLCD của mô hình và được hiển thị trên máy tính thông qua truyền thông RS
485.
2.1. Đề xuất sơ đồ cấu trúc của thiết bị chỉ báo góc lái.
Sơ đồ cấu trúc chung của mô hình được thể hiện như hình 2.1

Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc của thiết bị chỉ báo góc lái tàu thủy.
Trong cấu trúc này vi điều khiển thực hiện chức năng lưu trữ chương trình
điều khiển và giao tiếp trực tiếp với các modul mở rộng và với máy tính, hoặc gián
tiếp qua mạng với các modul mở rộng để giảm các dây đấu nội bộ.

16


Tín hiệu góc quay bánh lái được đưa về vi điều khiển thông qua cảm biến
Hall, khi có tín hiệu đưa về vi điều khiển thực hiện tính toán góc quay thực của

bánh lái sau đo thực hiện hiển thị lên trên khối hiển thị, đồng thời cũng gửi tín hiệu
góc quay của bánh lái đến hiển thị trên các khối hiển thị khác và trên máy tính.
Mô hình vật lý thiết bị chỉ báo góc lái được xây dựng như hình 2.4

Hình 2.2. Mô hình hệ thống chỉ báo góc lái
Trong đó:
1: Khối trung tâm xử lí tín hiệu và màn hình GLCD
2: Cảm biến đo góc (cảm biến Hall được gắn trong 2)
3: Bánh lái
4: Séc – tơ lái
5: Trụ lái
6: Thanh truyền
2.2. Các tài nguyên sử dụng trong mô hình.
2.2.1. Khối nguồn
Vi điều khiển Atmega 16L và vi điều khiển Atmega8 sử dụng nguồn nuôi là
5V nên trong quá trình xây dựng ta cũng phải xây dựng một mạch cấp nguồn cho
vi điều khiển. Sơ đồ nguyên lý cho vi điều khiển được thiết kế như hình vẽ 2.5

17


Hình 2.3. Sơ đồ mạch cấp nguồn cho vi điều khiển
Với mạch nguồn thiết kế như hình vẽ 2.5 đầu vào của nguồn có thể là điện áp
xoay chiều từ 12V đến 24V, đầu ra ta có mức điện áp một chiều ổn định là 5V cấp
cho vi điều khiển.
Trong mạch nguồn đã thiết kế sử dụng một số linh kiện bán dẫn:
Đi ốt D1 có tác dụng chống ngược nguồn cấp vào module.
C1, C2, C3, C4, L1 tạo thành mạch lọc thông thấp, loại bỏ các thành phần
nhiễu đầu vào.
C6, C7, C8, C9, C10, C11, L2 tạo thành mạch lọc đầu ra duy trì điện áp ổn

định.
LM7805: IC ổn áp, duy trì điện áp ổn định ở 5V ± 5%,
Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử
dụng IC ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản. Các
loại ổn áp thường được sử dụng là IC 78xx - 79xx, với xx là điện áp cần ổn áp. Ví
dụ 7805 ổn áp 5V,7808 ổn áp 8V, 7812 ổn áp 12V hay ổn áp điện áp âm có 7905
ổn áp điện áp -5V,7912 ổn áp -12V. Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự
nhau hay đối với 79xx cũng tương tự, dưới đây là minh họa cho IC ổn áp 7805.
Họ 78xx là họ cho ổn định điện áp đầu ra là dương. Còn xx là giá trị điện áp
đầu ra nhứ 5V, 6V...
78xx gồm có 3 chân :
1 : Vin - Chân nguồn đầu vào
2 : GND - Chân nối đất
3 : Vỏ - chân nguồn đầu ra.

18