Ứng dụng LabVIEW trong thu thập tín hiệu và điều khiển động cơ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (9.46 MB, 111 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG LABVIEW TRONG
THU THẬP TÍN HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
SVTH: ĐỖ THÀNH QUANG
MSSV: 13145201
SVTH: TRẦN VĂN QUÝ
MSSV: 13145213
GVHD:Th.S LÊ KHÁNH TÂN
TP. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2018
1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô
Tên đề tài:
ỨNG DỤNG LABVIEW TRONG
THU THẬP TÍN HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
SVTH: ĐỖ THÀNH QUANG
MSSV: 13145201
SVTH: TRẦN VĂN QUÝ
MSSV: 13145213
GVHD: Th.S LÊ KHÁNH TÂN
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2018
2
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP HỒ CHÍ MINH
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
TP. Hồ Chí Minh, ngày 1 tháng 1 năm 2018
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: 1. ĐỖ THÀNH QUANG
MSSV: 13145201
2. TRẦN VĂN QUÝ
MSSV: 13145213
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tơ
Mã ngành đào tạo: 52510205
Hệ đào tạo: Đại học chính quy
Mã hệ đào tạo:
Khóa: 2013
Lớp: 139450
1. Tên đề tài
Ứng dụng LabVIEW trong thu thập tín hiệu và điều khiển động cơ
2. Nhiệm vụ đề tài
- Ơn tập tồn bộ kiến thức, tài liệu về lập trình Arduino, LabVIEW và tín hiệu cảm biến
trên động cơ Yaris 2SZ-FE
- Kết nối giữa LabVIEW, Arduino và động cơ.
- Lập trình chương trình thu thập tín hiệu và giả tín hiệu điều khiển bàn đạp ga điện tử
trên Arduino và LabVIEW.
- Thiết kế hộp phần cứng kết nối máy tính với động cơ để thu thập tín hiệu và điều khiển.
3. Sản phẩm của đề tài
- Hộp kết nối thu thập tín hiệu cảm biến và điều khiển động cơ.
- Code Arduino, LabVIEW sử dụng thu thập tín hiệu và điều khiển động cơ.
- File báo cáo, video thực nghiệm, CD file mềm
4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài:
20/09/2017
5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 9/1/2018
TRƯỞNG BỘ MÔN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn: Động cơ
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên: ĐỖ THÀNH QUANG
MSSV:13145201 Hội đồng:……………
Họ và tên sinh viên: TRẦN VĂN QUÝ
MSSV:13145213 Hội đồng:……………
Tên đề tài: Ứng dụng LabVIEW trong thu thập tín hiệu và điều khiển động cơ
Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật ô tô
Họ và tên GV hướng dẫn: LÊ KHÁNH TÂN
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN(không đánh máy)
2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
2.2 Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
2
..............................................................................................................................................................................
2.3.Kết quả đạt được:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
2.4. Những tồn tại (nếu có):
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
3. Đánh giá:
TT
1.
2.
Điểm
tối đa
Mục đánh giá
Hình thức và kết cấu ĐATN
Điểm đạt
được
30
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục
10
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
10
Tính cấp thiết của đề tài
10
Nội dung ĐATN
50
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…
5
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
10
Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
15
Khả năng cải tiến và phát triển
15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…
5
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
10
4.
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
10
Tổng điểm
100
4. Kết luận:
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày …. tháng 1 năm 2018
Giảng viên hướng dẫn
3
(Ký, ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn: Động cơ ô tô
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên: ĐỖ THÀNH QUANG
MSSV: 13145201 Hội đồng……………
Họ và tên sinh viên: TRẦN VĂN QUÝ
MSSV: 13145213 Hội đồng……………
Tên đề tài: Ứng dụng LabVIEW trong thu thập tín hiệu và điều khiển động cơ
Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật ô tô
Họ và tên GV phản biện (Mã GV): …………………………………………………………..
(Mã GV: 0412 )
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
2. Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
3. Kết quả đạt được:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
4
4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
5. Câu hỏi:
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
6. Đánh giá:
TT
1.
Điểm
tối đa
Mục đánh giá
Hình thức và kết cấu ĐATN
2.
Điểm đạt
được
30
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục
10
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
10
Tính cấp thiết của đề tài
10
Nội dung ĐATN
50
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…
5
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
10
Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
15
Khả năng cải tiến và phát triển
15
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…
5
3.
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
10
4.
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
10
Tổng điểm
100
7. Kết luận:
Được phép bảo vệ
Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày ….. tháng 01 năm 2018
5
Giảng viên phản biện
(Ký, ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN
Tên đề tài: Ứng dụng LabVIEW trong thu thập tín hiệu và điều khiển động cơ
Họ và tên Sinh viên: ĐỖ THÀNH QUANG
TRẦN VĂN QUÝ
MSSV: 13145201
MSSV: 13145213
Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô
Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản
biện và các thành viên trong Hội đồng bảo vê. Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh
đúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức.
Chủ tịch Hội đồng:
Giảng viên hướng dẫn:
Giảng viên phản biện:
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
6
tháng 01 năm 2018
1
LỜI CẢM ƠN
Đề tài “Ứng dụng LabVIEW trong thu thập tín hiệu và điều khiển động cơ” là
một đề tài mới lạ. Trong khoảng thời gian ngắn với lượng kiến thức cịn hạn chế,
hồn thành xong đề tài xem như là một thành cơng lớn của nhóm. Để có thể hoàn
thành tốt đề tài cần một sự cố gắng của cả nhóm. Và với một vai trị rất quan trọng
đặc biệt đó là giáo viên hướng dẫn, nhóm thực hiện xin gửi lời cảm ơn đến thầy Lê
Khánh Tân, người đã tận tình hướng dẫn, chia sẻ tài liệu và đưa ra các góp ý để đề
tài của nhóm có thể hồn thiện tốt hơn đề tài. Trong q trình thực hiện đồ án, nhóm
đã gặp khơng ít khó khăn cả về phần cứng lẫn phần mềm, nhưng nhờ sự góp ý hướng
dẫn quý báu của thầy mà nhóm có thể giải quyết được vấn đề.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn thầy phản biện đã nhận xét thật cụ thể và đóng góp
những ý kiến quý báu để đồ án được hồn thiện hơn.
Để có thể thực hiện được đề tài thì kinh nghiệm tích lũy từ 4 năm Đại học rất
quan trọng, qua đó nhóm tác giả xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong trường Đại
Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM và đặt biệt là các thầy cơ trong khoa Cơ Khí Động
Lực đã giúp nhóm có được kiến thức trong việc học và có thể áp dụng vào việc làm
sau này.
Nhóm xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè trong lớp, tuy các bạn cũng bận làm đồ án
nhưng cũng đã dành thời gian đóng góp ý kiến và giúp đỡ khi nhóm gặp khó khăn.
Xin chúc các thầy cơ ln ln dồi dào sức khỏe, tràn đầy năng lượng, có thật
nhiều là nhiều niềm vui, hạnh phúc trong cuộc sống. Nhóm thực hiện xin chân thành
cảm ơn.
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày … tháng… năm 2018
Nhóm sinh viên thực hiện
1
Đỗ Thành Quang
Trần Văn Quý
TÓM TẮT
1.
2.
-
Vấn đề nghiên cứu
Giao tiếp Arduino với Labview và động cơ.
Sơ đồ mạch điện của động cơ Toyota Yaris 2SZ - FE
Hệ thống điều khiển động cơ.
Phần mềm Arduino.
Phần mềm LabVIEW.
Lý thuyết và ứng dụng lập trình trong điều khiển bàn đạp ga điện tử
Các hướng tiếp cận
Thông qua sự phát triển của công nghệ điều khiển qua máy tính và ứng dụng
cơng nghệ đó trong học tập và nghiên cứu trong Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ
-
Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.
Dựa vào tài liệu tham khảo của khóa trước cùng với sư hỗ trợ, hướng dẫn cụ
thể và cung cấp tài liệu của thầy Lê Khánh Tân.
3. Cách giải quyết vấn đề
- Nắm rõ nguyên lý hoạt động cảm biến và cách đọc hiểu sơ đồ mạch điện động
-
cơ.
Lập trình thu thập tín hiệu các cảm biến thông qua board Arduino, giao tiếp
Arduino với LabVIEW để điều khiển động cơ trên máy tính, thiết kế mạch
-
điện để giảm dòng điện.
Nghiên cứu lý thuyết về phương pháp điều xung PWM
Lập trình LabVIEW nhận dữ liệu từ Arduino truyền lên, sử dụng ngơn ngữ
-
lập trình để điều khiển bàn đạp ga điện tử từ màn hình máy tính.
Sử dụng 2 microchip MCP4921 để giả tín hiệu xung đưa vào bàn đạp ga điện
-
tử.
Tham khảo tài liệu có sẵn trên Internet, ý kiến bạn bè, sinh viên khóa trước và
đặc biệt là thầy hướng dẫn Lê Khánh Tân.
4. Một số kết quả đạt được
- Thiết kế được thiết bị thu thập tín hiệu cảm biến trên động cơ, thiết kế được
-
board điều khiển tốc độ động cơ thông qua điều khiển bàn đạp ga.
Dữ liệu được truyền từ chương trình Arduino đến LabVIEW xử lý và được
truyền ngược lại từ LabVIEW tới động cơ để điều khiển.
MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN..........................................................................................................i
2
TÓM TẮT..............................................................................................................ii
MỤC LỤC.............................................................................................................iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU.............................................vi
DANH MỤC CÁC HÌNH.....................................................................................vii
DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................................xi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN...................................................................................1
1.1. Lý do chọn đề tài..........................................................................................1
1.2. Giới hạn đề tài..............................................................................................1
1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài.........................................................................2
1.4. Phương pháp thực hiện.................................................................................2
1.5. Kế hoạch nghiên cứu....................................................................................3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT........................................................................4
2.1. Lý thuyết cảm biến.......................................................................................4
2.2. Điều khiển động cơ....................................................................................15
2.3. Ứng dụng vi điều khiển trong điều khiển động cơ.....................................20
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ THIẾT BỊ THU THẬP VÀ ĐIỀU KHIỂN...................29
3.1. Thiết kế phần cứng.....................................................................................29
3.2. Thiết kế phần mềm.....................................................................................34
CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ...............................41
4.1. Ý nghĩa và ứng dụng đề tài........................................................................41
4.2. Quy trình thực nghiệm...............................................................................41
4.3. Kết quả thức nghiệm thu được khi nổ máy động cơ...................................42
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.............................................................48
5.1. Kết quả đạt được........................................................................................48
5.2. Kết luận......................................................................................................48
5.3. Hướng phát triển của đề tài........................................................................48
3
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................50
PHỤ LỤC A: GIỚI THIỆU VỀ ARDUINO.........................................................51
1. Arduino là gì?................................................................................................51
2. Tại sao chọn Arduino?..................................................................................52
3. Tổng quan về Arduino Uno R3.....................................................................52
4. Lập trình trên Arduino IDE...........................................................................57
PHỤ LỤC B: GIỚI THIỆU LABVIEW...............................................................71
1. LabVIEW là gì ?...........................................................................................71
2. Các ứng dụng của LabVIEW........................................................................72
3. Lý do sử dụng LabVIEW..............................................................................72
4. Những khái niệm cơ bản của LabVIEW.......................................................73
5. Bảng các hàm chức năng...............................................................................80
6. Chương trình thu thập xử lý tín hiệu cảm biến và đồ thị mô phỏng, điều khiển
động cơ.............................................................................................................91
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Ký hiệu
Chú thích
RS232
Chuẩn giao tiếp RS232 để nối ghép các thiết bị
ngoại vi với máy tính
4
Đơn vị
Serial
LabVIEW
MAF
VG
Cơng cụ giao tiếp giữa thiết bị và máy tính
Phần mềm máy tính (Laboratory
Instrument Engineering Workbench)
Virtual
Cảm biến dây nhiệt đo lưu lượng khơng khí nạp
(Mass Air Flow)
Tín hiệu lưu lượng khơng khí
VPA, VPA2
Tín hiệu kép bàn đạp ga điện tử
VTA, VTA2
Tín hiệu vị trí bướm ga
%
THW
Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát (Temperature
Humidity Water)
THA
Tín hiệu nhiệt độ khơng khí nạp (Temperature
Humidity Air )
#10, #20, #30,
#40
Tín hiệu phun nhiên liệu
E1
Tín hiệu chân mass
IGT
Tín hiệu điều khiển đánh lửa
RPM
Tốc độ động cơ (Round Per Minute)
Arduino IDE
Phần mềm lập trình cho Arduino
IC Atmega328
Vi xử lý trên Arduino
ECU
Hộp điều khiển (Electronic Control Unit)
USB
Chuẩn kết nối tuần tự đa dụng trong máy tính
(Universal Serial Bus)
MCP4921
Volt
Vịng/phút
MICROCHIP giả xung tín hiệu
DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1: Mạch cảm biến vị trí bướm ga...........................................................................4
Hình 2.2: Ảnh cảm biến rời và trên xe...............................................................................5
Hình 2.3: Đường đặc tuyến cảm biến vị trí bướm ga.........................................................5
Hình 2.4: Cảm biến nhiệt độ động cơ.................................................................................6
5
Hình 2.5: Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát.......................................................7
Hình 2.6: Đường đặc tính cảm biến nhiệt độ......................................................................8
Hình 2.7: Cảm biến nhiệt độ khí nạp..................................................................................9
Hình 2.8: Mạch điện cảm biến khí nạp..............................................................................9
Hình 2.9: Đường đặc tính cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp............................................10
Hình 2.10: Cảm biến vị trí bàn đạp ga..............................................................................11
Hình 2.11: Vị trí cảm biến vị trí bàn đạp ga.....................................................................11
Hình 2.12: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga...................................................12
Hình 2.13: Đường đặc tính của cảm biến bàn đạp ga.......................................................12
Hình 2.14: Sơ đồ thứ tự giắc điện cảm biến vị trí bàn đạp ga..........................................13
Hình 2.25: Cấu tạo cảm biến dây nhiệt............................................................................14
Hình 2.36: Hoạt động của cảm biến dây nhiệt.................................................................14
Hình 2.47: Mạch điện cảm biến dây nhiệt........................................................................15
Hình 2.18: Đường đặc tính cảm biến dây nhiệt................................................................15
Hình 2.19: Sơ đồ hệ thống đánh lửa.................................................................................16
Hình 2.20: Dạng xung tín hiệu IGT và IGF.....................................................................17
Hình 2.5: Xung điều khiển đánh lửa................................................................................17
Hình 2.6: Mạch xác nhận tín hiệu đánh lửa IGF..............................................................18
Hình 2.7: Sơ đồ mạch điều khiển bơm xăng....................................................................18
Hình 2.8: Sơ đồ mạch điều khiển phun nhiên liệu............................................................19
Hình 2.9: Đồ thị dạng xung điều chế PWM.....................................................................20
Hình 2.10: Sơ đồ xung của van điều khiển và đầu ra.......................................................21
Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển động cơ DC........................................23
Hình 2.12: Sơ đồ mạch nguyên lý của bộ nguồn Boot đơn giản......................................24
Hình 2.13: Sơ đồ chân IC MCP4921................................................................................25
Hình 2.14: Sơ đồ kết nối Arduino với IC MCP4921........................................................26
6
Hình 2.15: Giản đồ xung mơ tả gửi lệnh từ vi điều khiển sang DAC...............................27
Hình 3.1: Mạch in thiết kế trên Protues điều khiển và thu thập........................................30
Hình 3.2: Mạch thiết kế 3D trên Protues..........................................................................31
Hình 3.3: Các chế độ hoạt động của cổng OR..................................................................31
Hình 3.4: Mạch “OR” thiết kế trên mơ hình thật..............................................................32
Hình 3.5: Hình vẽ mơ phỏng mạch điện tổng thể.............................................................33
Hình 3.6: Thiết kế hộp bộ thu thập và điều khiển động cơ...............................................33
Hình 3.7: Thiết kế bên ngồi hộp điều khiển....................................................................34
Hình 3.8: Cáp kết nối Arduino và máy tính......................................................................34
Hình 3.9: Giao tiếp giữa máy tính và Arduino.................................................................35
Hình 3.10: Sơ đồ khối đọc tín hiệu từ các chân tín hiệu...................................................35
Hình 3.11: Sơ đồ khối đọc tín hiệu xung IGT..................................................................35
Hình 3.12: Sơ đồ khối Gửi tín hiệu đọc được từ Arduino lên máy tính............................36
Hình 3.13: Sơ đồ khối gửi tín hiệu từ LabVIEW xuống điều khiển tốc độ động cơ.........36
Hình 3.14: Sơ đồ khối giao tiếp giữa Arduino và LabVIEW............................................37
Hình 3.15: Mơ hình khối giao tiếp VISA của LabVIEW.................................................38
Hình 3.16: Hình mơ tả khối chuyển đổi mảng.................................................................38
Hình 3.17: Mơ hình khối tách tín hiệu trong LabVIEW...................................................39
Hình 3.18: Code LabVIEW chương trình phần sử dụng Event, Squense, Case...............40
Hình 4.1: Giao diện chương trình lúc khơng tải (VTA 0 %).............................................43
Hình 4.2: Bảng đồ thị kết quả chương trình lúc khơng tải (VTA 0 %).............................44
Hình 4.3: Giao diện chương trình lúc động cơ khơng tải (~1500 rpm)............................45
Hình 4.4: Bảng đồ thị kết quả chương trình lúc khơng tải (~1500 rpm)...........................46
Hình 4.5: Bảng điều khiển bàn đạp ga kéo lên góc mở 100%..........................................47
Hình 1: Arduino Uno R3..................................................................................................52
Hình 2: Giao diện Arduino...............................................................................................55
7
Hình 1: Thư viện Example của Arduino...........................................................................56
Hình 2: Chọn đúng board Arduino đang sử dụng............................................................57
Hình 3: Chương trình vịng lặp Arduino..........................................................................68
Hình 6: Mã nguồn viết bằng LabVIEW...........................................................................71
Hình 4: Front Panel của chương trình LabVIEW.............................................................74
Hình 5: Sơ đồ khối của LabVIEW...................................................................................75
Hình 6: Bảng cơng cụ tiện ích Tools Palette.....................................................................76
Hình 7: Bảng điều khiển - Controls Palette......................................................................77
Hình 8: Thư viện Numeric...............................................................................................78
Hình 9: Thư viện Boolean................................................................................................79
Hình 10: Các dạng đồ thị, biểu đồ....................................................................................79
Hình 11: Thư viện các khối hàm cơ bản...........................................................................80
Hình 12: Thư viện hàm cấu trúc.......................................................................................81
Hình 13: Vịng lặp While Loop........................................................................................81
Hình 14: Cấu trúc Case Structure.....................................................................................82
Hình 15: Cấu trúc Squence Structure...............................................................................83
Hình 16: Cấu trúc Event...................................................................................................84
Hình 17: Thư viện Array..................................................................................................85
Hình 18: Thư viện Numeric.............................................................................................87
Hình 19: Thư viện hàm thời gian.....................................................................................88
Hình 20: Thư viện cơng cụ giao tiếp................................................................................89
Hình 21: Thư viện cơng cụ Serial....................................................................................89
Hình 22: Sơ đồ khối chương trình thu thập tín hiệu.........................................................91
Hình 23: Bảng giao diện chương trình thu thập tín hiệu và điều khiển............................93
Hình 24: Bảng hiển thị đồ thị tín hiệu..............................................................................93
Hình 25: Sơ đồ khối chương trình điều khiển bàn đạp ga................................................94
8
Hình 26: Bảng giao diện chương trình điều khiển bàn đạp ga..........................................94
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1: Giá trị đặc tính cảm biến nhiệt độ nước làm mát...............................................8
Bảng 2.2: Giá trị đặc tính cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp............................................10
Bảng 2.3: Thơng số kiểm tra cảm biến vị trí bàn đạp ga..................................................13
Bảng A.1: Cấu trúc, giá trị và hàm thủ tục.......................................................................57
Bảng A.2: Kiểu dữ liệu trong chương trình code..............................................................64
9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Lý do chọn đề tài
Với sự phát triển của công nghệ ô tô với tốc độ chóng mặt, cùng với xu hướng hội
nhập hiện nay thì nền công nghiệp ô tô Việt Nam đang trên con đường phát triển mạnh
mẽ.
Các nước phát triển đang chạy đua với cuộc cạch mạng công nghiệp 4.0 và công
nghệ điều khiển thơng minh qua máy tính là một phần khơng thể thiếu, đặc biệt công
nghệ điều khiển tự động vẫn đang rất phổ biến trong lĩnh vực kỹ thuật ngày nay. Các
xe hơi được điều khiển, truyền và nhận thông tin một cách chính xác, vì vậy xe hơi sẽ
ngày càng thơng minh và có thể xử lý tình huống phức tạp trong khi hoạt động. Để làm
được điều đó thì việc thu thập dữ liệu từ xe là rất quan trọng, sau đó ECU sẽ nhận tín
hiệu điều khiển từ máy tính và thực thi mệnh lệnh của người điều khiển và mục đích
cuối cùng là giúp động cơ hoạt động ổn định theo mong muốn của chúng ta.
Lĩnh vực điều khiển ơ tơ thơng qua máy tính ngày càng phát triển mạnh, việc điều
khiển để xe hoạt động theo ý muốn giúp con người giảm bớt được thao tác khi vận
hành, đồng thời việc xử lí các sự cố xảy ra cũng chính xác và nhanh hơn. Do đó nhóm
chúng em đã chọn nghiên cứu đề tài “ Ứng dụng LabVIEW trong thu thập tín hiệu và
điều khiển động cơ” trên xe TOYOTA YARIS 2SZ - FE. Nhóm hy vọng rằng đề tài này
sẽ là đòn bẩy để giúp nhóm chúng em nghiên cứu sâu về điều khiển tự động các hệ
thống trên xe, đặc biệt là trên các dịng xe thơng minh hiện nay.
1.2. Giới hạn đề tài
- Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình thu thập tín hiệu, điều khiển động cơ trên
mơ hình động cơ Toyota Yaris 2SZ-FE
- Xử lý tín hiệu thu được thơng qua ứng dụng của Arduino và sau đó gửi tín hiệu lên
máy tính thơng qua phần mềm Labview.
- Sử dụng 2 microchip MCP 4921 để giả hai tín hiệu bàn đạp ga điện tử, từ đó điều
khiển được tốc độ động cơ trên máy tính thơng qua giao diện LabVIEW.
1
1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài
Mục tiêu:
- Thu thập được tín hiệu từ cảm biến, hiển thị chúng lên đồ thị trên phần mềm
Labview.
- Lập trình điều khiển bàn đạp ga trên máy tính gần chính xác nhất với việc điều
khiển bàn đạp ga thật.
Nhiệm vụ:
- Tìm hiểu sử dụng được các ứng dụng cơ bản nhất của hai phần mềm Arduino và
LabVIEW.
- Ôn lại kiến thức chuyên ngành về điều khiển động cơ và các cảm biến có trên
động cơ TOYOTA Yaris 2SZ – FE.
- Lập trình chương trình thu thập tín hiệu các cảm biến, và chương trình giả tín hiệu
kép tới bàn đạp ga bằng Arduino.
- Thiết kế giao diện LabVIEW để theo dõi, điều khiển động cơ.
- Thiết kế phần cứng để đảm bảo an tồn việc kết nối board Arduino và các tín hiệu
từ cảm biến và xung cần thu thập, điều khiển.
- Bàn đạp ga thật và bàn đạp ga trên máy tính hoạt động cùng nhau, tín hiệu nào
truyền đi lớn hơn thì động cơ sẽ hoạt động theo tín hiệu đó, khơng bị xung đột tín hiệu.
1.4. Phương pháp thực hiện
- Bắt đầu nghiên cứu từ những ứng dụng cơ bản nhất của hai phần mềm Arduino và
LabVIEW rồi sau đó dần đi vào mục đích nghiên cứu chính của đề tài là điều khiển
bàn đạp ga điện tử.
- Tham khảo nhiều nguồn tài liệu từ trên mạng và sách giáo trình liên quan đến đề
tài về các phần mềm, giao tiếp SPI và các giao tiếp khác. Đặt biệt được sự hướng dẫn
chu đáo từ thầy hướng dẫn và việc trao đổi kiến thức cùng các nhóm khác và các bạn
khóa trước. Từ đó nhóm đã có đủ cơ sở kiến thức để thực hiện đề tài này.
1.5. Kế hoạch nghiên cứu
Với sự định hướng của giáo viên hướng dẫn, nhóm đã thực hiện đề tài theo các giai
đoạn sau:
Giai đoạn 1: Nghiên cứu các tài liệu phần mềm liên quan đến đề tài
2
-
Lập trình về Arduino làm các ứng dụng cơ bản có liên quan đến đề tài.
Lập trình về LabVIEW thực hiện hiển thị kết quả đơn giản.
Nắm cơ bản các hệ thống liên quan trên mạch điện xe Toyota Yaris 2SZ-FE.
Ôn lại kiến thức về hệ thống điều khiển động cơ và các cảm biến.
Giai đoạn 2: Thiết kế phần cứng, phần mềm cho đề tài nghiên cứu và nghiên cứu điều
khiển bàn đạp ga điện tử.
- Thiết kế phần cứng là bộ thu tín hiệu và giả tín hiệu kép điều khiển bàn đạp ga điện tử.
- Thiết kế phần mềm là hồn thành chương trình trên phần mềm Arduino và LabVIEW
để thu thập dữ liệu ổn định, đồng thời điều khiển bàn đạp ga theo cài đặt cho trước.
- Tìm hiểu về điều khiển bàn đạp ga điện tử trên động cơ tránh xung đột xung, nghiên
-
cứu tìm hiểu mạch “OR”.
Giai đoạn 3: Tiến hành thu thập tín hiệu, điều khiển bàn đạp ga và viết thuyết minh.
Nổ máy xe và thực hiện thu thập, truyền dữ liệu đi điều khiển.
Làm video về quá trình thực hiện kết quả đề tài thực nghiệm.
Viết thuyết minh bằng Word.
Viết báo cáo bằng Powerpoint để thuyết trình.
Hồn tất đề tài.
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Lý thuyết cảm biến
2.1.1. Cảm biến vị trí bướm ga
Góc mở bướm ga thành tín hiệu điện áp gửi đến ECU. Đa số cảm biến bướm ga là
loại tuyến tính (dạng biến trở) 3 dây. Tuy nhiên trên một số xe có 4 dây do bố trí thêm
cơng tắc vị trí khơng tải (idle). Cảm biến bướm ga có các chức năng sau:
- Điều chỉnh tỉ lệ hỗn hợp theo tải của động cơ: Ở tốc độ cầm chừng đòi hỏi hỗn
hợp hơi giàu, khi tải lớn phải làm giàu hỗn hợp để công suất động cơ phát ra tối đa và
khi động cơ hoạt động ở tải trung bình phải đảm bảo động cơ chạy tiết kiệm.
- Cắt nhiên liệu khi giảm tốc: Khi giảm tốc ECU sẽ căn cứ vào cảm biến số vòng
quay động cơ và cảm biến vị trí bướm ga để cắt nhiên liệu, nhằm tiết kiệm nhiên liệu
và giảm ô nhiễm môi trường. Tốc độ cắt nhiên liệu phụ thuộc nhiệt độ nước làm mát,
khi nhiệt độ động cơ càng thấp thì tốc độ cắt nhiên liệu càng cao.
- Làm giàu hỗn hợp khi tăng tốc: Khi ấn ga đột ngột từ vị trí cầm chừng, ECU sẽ
tăng lượng nhiên liệu cung cấp để làm giàu hỗn hợp giúp cho động cơ tăng tốc nhanh
chóng.
3
Mạch điện và cảm biến vị trí bướm ga
Hình 2.1: Mạch cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến xác định vị trí mở của cánh bướm ga một cách liên tục theo quy luật một
đường thẳng, giúp cho việc nhận biết góc mở của bướm ga được chính xác hơn.
Cảm biến bao gồm một điện trở, nguồn điện áp 5V từ ECU cung cấp vào hai đầu
của điện trở, con trượt di chuyển trên điện trở theo góc mở của cánh bướm ga. Tín hiệu
điện áp VTA từ con trượt gởi về ECU để xác định độ mở của cánh bướm ga.
4
Hình 2.2: Ảnh cảm biến rời và trên xe.
Hình 2.3: Đường đặc tuyến cảm biến vị trí bướm ga
2.1.2. Cảm biến nhiệt độ
Trên các hệ thống điều khiển động cơ và ô tô ngày nay người ta sử dụng khá nhiều
cảm biến đo nhiệt độ: nhiệt độ động cơ (nhiệt độ nước làm mát – ECT Engine Coolant
Temperature), nhiệt độ dầu (EOT - Engine Oil Temperature), nhiệt độ nắp máy (CHT -
5
Cylinder Head Temperature, nhiệt độ khí nạp (IAT - Intake Air Temperature hay MAT
– Manifold Air Temperature).
Trong phần đồ án này chỉ lấy tín hiệu cảm biến nhiệt độ khí nạp và nhiệt độ động cơ
, các cảm biến đo nhiệt độ này có cấu tạo và mạch điện giống nhau, thường là một điện
trở nhiệt (thermistor) mắc trong mạch cầu phân áp.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ này là dựa vào sự thay đổi giá trị điện
trở, dựa trên sự thay đổi nhiệt độ nên dẫn đến sự thay đổi điện áp ở cầu phân áp. Chi
tiết quan trọng đó là điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận sự thay đổi điện trở theo
nhiệt độ. Nó được làm bằng vật liệu bán dẫn nên có hệ số nhiệt điện trở âm (NCT –
Negative Temperature Coefficient). Khi nhiệt độ tăng thì điện trở giảm và ngược lại.
Các loại cảm biến nhiệt độ hoạt động cùng nguyên lý nhưng mức hoạt động và sự thay
đổi điện trở theo nhiệt độ có khác nhau. Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá
trị điện áp được gửi đến ECU trên nền tảng cầu phân áp.
2.1.3.Cảm biến nhiệt độ động cơ
Hình 2.4: Cảm biến nhiệt độ động cơ
Cảm biếm này rất quan trọng vì tín hiệu của nó được ECU dùng để điều khiển lượng
xăng phun, góc đánh lửa sớm, tốc độ khơng tải, và cả quạt làm mát két nước.
Điện áp 5V qua điện trở chuẩn (điện trở này có giá trị khơng đổi theo nhiệt độ) tới
cảm biến rồi trở ECU về mass (-). Như vậy điện trở chuẩn và nhiệt điện trở trong cảm
biến tạo thành một cầu phân áp. Điện áp giữa cầu được đưa đến bộ chuyển đổi tương
tự - số (bộ chuyển đổi ADC – analog to digital converter).
6
Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến bộ biến
đổi ADC lớn. Tín hiệu điện áp được chuyển đổi thành một dãy xung vuông và được
giải mã nhờ bộ vi xử lý để thông báo cho ECU biết động cơ đang lạnh. Khi động cơ
nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp đặt giảm, báo cho ECU biết là
động cơ đang nóng.
ECU dùng nhiệt độ chuẩn là C. Khi nhiệt độ nước làm mát bé hơn C, ECU sẽ điều
khiển tăng lượng phun.
Khi nhiệt độ nước làm mát thay đổi, điện áp tại cực THW thay đổi theo và ECU
dùng tín hiệu này để hiệu chỉnh lượng phun nhiên liệu.
Mạch điện
Hình 2.5: Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Lượng nhiên liệu phun thay đổi theo nhiệt độ nước làm mát là rất lớn. Khi cảm biến
bị hở mạch thì điện áp tại cực THW sẽ rất cao, lượng nhiên liệu phun sẽ tăng mạnh
làm động cơ bị ngộp xăng không thể hoạt động được. Khi cảm biến bị ngắn mạch, điện
áp tại cực THW là bé nhất làm cho động cơ hoạt động không ổn định, nhất là khi nhiệt
độ động cơ dưới C.
Bảng 2.1: Giá trị đặc tính cảm biến nhiệt độ nước làm mát
7
