Nghiên cứu chế tạo các mạch tạo pan hệ thống điều hòa nhiệt độ của xe ô tô có giao tiếp với máy tính phục vụ giảng dạy

Nghiên cứu chế tạo các mạch tạo pan hệ thống điều hòa nhiệt độ của xe ô tô có giao tiếp với máy tính phục vụ giảng dạy Nghiên cứu chế tạo các mạch tạo pan hệ thống điều hòa nhiệt độ của xe ô tô có giao tiếp với máy tính phục vụ giảng dạy Nghiên cứu chế tạo các mạch tạo pan hệ thống điều hòa nhiệt độ của xe ô tô có giao tiếp với máy tính phục vụ giảng dạy

Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước

Trong những năm qua, sự phát triển kinh tế và tiến bộ khoa học kỹ thuật đã mang lại nhiều tiện nghi cho cuộc sống con người Điều này cũng được phản ánh trong thiết kế ô tô, khi các mẫu xe ngày càng được trang bị nhiều tiện ích để đáp ứng nhu cầu của người sử dụng Kể từ khi chiếc ô tô đầu tiên ra đời, các thế hệ xe sau này không ngừng cải tiến, trở nên tiện nghi, hoàn thiện và hiện đại hơn Hệ thống điều hòa không khí là một trong những tiện nghi phổ biến nhất trong ô tô hiện nay.

Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ ô tô, hầu hết các xe hiện nay đều sử dụng hệ thống điều khiển bằng máy tính, nhưng Việt Nam đang gặp khó khăn trong việc đào tạo chuyên viên sửa chữa và bảo trì do thiếu chương trình đào tạo bài bản Để đáp ứng nhu cầu này, ngành công nghệ ô tô cần ứng dụng công nghệ thông tin trong giảng dạy, giúp mô phỏng các quá trình hoạt động thực tế của ô tô, từ đó nâng cao khả năng hiểu biết cho học viên một cách trực quan.

Việc sử dụng máy tính để điều khiển các pan của hệ thống điều hòa không khí trên ô tô thông qua các card giao tiếp giúp học viên hiểu rõ hoạt động và hư hỏng của hệ thống này mà không cần quan sát bằng mắt thường Điều này rất cần thiết để học viên nắm bắt những hư hỏng thường gặp trong hệ thống điều hòa không khí trên xe, cũng như cách kiểm tra và sửa chữa các hư hỏng nếu có.

1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.1 Một số nghiên cứu trong nước

Trong những năm gần đây, nhiều cán bộ khoa học công nghệ đã nghiên cứu về hệ thống điều hòa không khí (HTĐHKK), với nhiều trường và cơ sở sản xuất thiết bị dạy nghề thực hiện mô hình này Nhiều sinh viên cũng đã chọn đề tài tốt nghiệp liên quan đến thiết kế và chế tạo mô hình HTĐHKK Tuy nhiên, hầu hết các đề tài này chỉ tập trung vào thiết kế, chế tạo và khai thác mô hình mà chưa ứng dụng công nghệ thông tin để giao tiếp với máy tính Đặc biệt, chưa có đề tài thạc sĩ nào nghiên cứu và chế tạo các mạch tạo pan cho hệ thống điều hòa nhiệt độ trên ô tô có khả năng giao tiếp với máy tính Một số đề tài tiêu biểu đã được thực hiện trong lĩnh vực này.

Thạc sĩ Quách Tuấn Vinh đã thiết kế và chế tạo một mô hình giảng dạy hệ thống điều hòa nhiệt độ ô tô có khả năng giao tiếp với máy tính thông qua LabVIEW Đề tài, thực hiện vào tháng 4/2017, giúp người học dễ dàng quan sát và tìm hiểu các bộ phận của hệ thống điều hòa không khí trên ô tô Mô hình này không chỉ thuận tiện trong việc tháo lắp và kiểm tra các bộ phận mà còn nâng cao chất lượng giảng dạy lý thuyết và thực hành.

Thạc sĩ Lê Minh Mẫn đã thực hiện đề tài thiết kế và chế tạo ECU điều khiển cho hệ thống điều hòa tự động vào tháng 10 năm 2012 Nội dung chính của nghiên cứu tập trung vào việc phát triển các giải pháp công nghệ để nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống điều hòa không khí.

ECU điều khiển hệ thống điều hòa khí tự động là một công cụ hữu ích cho giảng dạy và nghiên cứu về hệ thống điều hòa nhiệt độ tự động Đề tài này đã thành công trong việc thu hẹp khoảng cách công nghệ với các nước khác bằng cách chế tạo ECU với chi phí thấp và làm chủ công nghệ Tuy nhiên, để phục vụ cho giảng dạy, đề tài chỉ đáp ứng được cho việc giảng dạy lý thuyết.

Thạc sĩ Phạm Văn Kiên đã thực hiện nghiên cứu về hệ thống điều hòa ô tô kiểu hấp thụ sử dụng nhiệt khí thải vào tháng 11 năm 2011 Đề tài tập trung vào việc ứng dụng lý thuyết để phân tích và đánh giá khả năng áp dụng của hệ thống điều hòa H2O-LiBr trên ô tô Tuy nhiên, nghiên cứu này không được áp dụng trong giảng dạy chuyên ngành.

Thạc sĩ Phạm Thanh Đường đã nghiên cứu hệ thống điều hòa không khí cho xe con, tập trung vào việc thay thế các loại ga lạnh R12 và R22 bằng R134a Đề tài này phân tích các thiết bị trong hệ thống điều hòa nhiệt độ ô tô và vai trò của từng thiết bị, đồng thời giới thiệu các môi chất lạnh thường sử dụng như R12, R22 và R134a Mặc dù nghiên cứu này có giá trị trong việc thay thế chất làm lạnh cho các loại xe đời cũ, nhưng hiện nay, tất cả các loại xe mới đều sử dụng môi chất R134a, khiến đề tài này không còn ứng dụng thực tiễn.

Các đề tài liên quan đến mô hình có giao tiếp với máy tính:

Thạc sĩ Nguyễn Hoàng Luân đã nghiên cứu và chế tạo các mạch tạo pan động cơ ô tô có khả năng giao tiếp với máy tính nhằm phục vụ giảng dạy Đề tài, được thực hiện vào tháng 4/2017, tập trung vào việc thiết kế và chế tạo các mạch tạo pan động cơ, cùng với giao diện mô phỏng trên máy tính sử dụng phần mềm LabVIEW Thành công của đề tài này là khả năng tạo ra hầu hết các pan trên động cơ thông qua giao tiếp máy tính, giúp học viên dễ dàng quan sát các thông số hoạt động của động cơ và các pan, đồng thời điều khiển các chế độ hoạt động của động cơ, từ đó nâng cao chất lượng dạy học.

Thạc sĩ Trịnh Thái Luân đã thực hiện đề tài “Mô hình hệ thống lái trợ lực điện có giao tiếp máy tính thông qua LabVIEW” vào tháng 10 năm 2012, tập trung vào việc thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện Giao diện mô phỏng được phát triển bằng phần mềm LabVIEW, thể hiện các thông số quan trọng như điện áp thay đổi của cảm biến mô men, khả năng trợ lực của motor, và hiển thị xung khi hệ thống hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau Đặc biệt, tác giả cũng biên soạn bộ tài liệu giảng dạy cho chương trình đào tạo cao đẳng ngành công nghệ ô tô, nhằm nâng cao hiệu quả giảng dạy và học tập với mô hình này.

Thạc sĩ Trần Văn Lợi đã nghiên cứu và thiết kế mô hình hệ thống lái không trục lái vào tháng 10 năm 2010, với mục tiêu ứng dụng phần mềm LabVIEW để điều khiển cơ cấu lái mà không cần thông qua trục lái Đề tài này nhằm tạo ra cảm giác lái chân thực cho mô hình, tương đồng với cảm giác lái của hệ thống lái trên ô tô thực tế, đồng thời thiết kế mô hình với bánh xe dẫn hướng không tiếp xúc với mặt đường.

Phần mềm LabVIEW nổi bật với nhiều tính năng mới, cho phép điều khiển hiệu quả thông qua giao tiếp với máy tính, nhằm tạo ra các tình huống mô phỏng trên mô hình.

1.2.2 Một số nghiên cứu trên thế giới

Hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học công nghệ như vô tuyến điện tử, chế tạo máy, và công nghệ thông tin đang thúc đẩy ngành chế tạo ô tô và các robot công nghiệp thông minh Những tiến bộ này chủ yếu nhờ vào việc ứng dụng công nghệ điều khiển, mô phỏng và vật liệu mới, tạo ra những bước tiến lớn trong lĩnh vực này.

Tiện nghi trên ô tô là một tiêu chí cạnh tranh hàng đầu mà các hãng như Toyota, Suzuki, Ford, Mercedes, Mazda và Hyundai đặc biệt chú trọng Hệ thống điều hòa nhiệt độ trên ô tô đã được đầu tư và nghiên cứu mạnh mẽ bởi các nhà khoa học và các thương hiệu lớn, nhằm nâng cao trải nghiệm người dùng và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

 Tăng tối đa tiện ích của hệ thống giúp cho người ngồi trên xe cảm thấy dễ chịu hơn

 Tiết kiệm năng lượng tiêu thụ của hệ thống điều hòa nhiệt độ xuống mức thấp nhất có thể

Một số đề tài tiêu biểu như:

 Công trình nghiên cứu " Mô hình thử nghiệm và đánh giá hệ thống điều hòa nhiệt độ bằng băng thử với máy nén thay đổi công suất" của J.M Saiz

Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu

Vận dụng kiến thức về hệ thống điều hòa nhiệt độ ô tô, vi điều khiển và thiết kế mạch, bài viết đề xuất giải pháp cải tiến quá trình dạy và học Giải pháp này cho phép giáo viên và học viên quan sát trực tiếp hoạt động của hệ thống qua dữ liệu hiển thị trên máy tính, đồng thời thực hiện điều khiển các pan của hệ thống điều hòa nhiệt độ từ xa.

- Các mạch tạo pan trong hệ thống điều hòa nhiệt độ có giao tiếp máy tính thông qua phần mềm LabVIEW.

- Nghiên cứu ứng dụng phần mềm LabVIEW.

- Các loại card giao tiếp.

Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu của đề tài

1.5.1 Nhiệm vụ của đề tài

Trong lĩnh vực dạy học, đặc biệt là đào tạo nghề, mô hình dạy học có vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả giảng dạy Sự giao tiếp giữa máy tính và mô hình giảng dạy giúp giáo viên chủ động hơn trong quá trình truyền thụ kiến thức và rèn luyện kỹ năng cho học viên Mặc dù giao tiếp giữa máy tính và thiết bị công nghiệp đã phổ biến, nhưng ứng dụng trong giáo dục vẫn còn hạn chế Do đó, đề tài “Nghiên cứu, chế tạo các mạch tạo pan hệ thống điều hòa nhiệt độ trên ô tô có giao tiếp với máy tính phục vụ giảng dạy” được chọn nhằm tận dụng những thành tựu của phần mềm LabVIEW, từ đó cung cấp cho giáo viên và học viên một công cụ học tập và nghiên cứu mới.

1.5.2 Phạm vi nghiên cứu Đề tài ứng dụng trong việc dạy học nên phạm vi nghiên cứu chủ yếu tập trung nghiên cứu lý thuyết và chế tạo mạch các pan thường gặp trong hệ thống điều hòa nhiệt độ trên ô tô, mạch giao tiếp giữa máy tính với mô hình thông qua phần mềm LabVIEW, thiết kế giao diện mô phỏng trên máy tính và thiết kế bố trí mạch tạo pan

 Tìm hiểu lý thuyết về nhiệm vụ, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các hệ thống điều hòa nhiệt độ trên ô tô

 Nghiên cứu một số sơ đồ mạch điện điều khiển hệ thống điều hòa nhiệt độ của một số hãng xe

 Tìm hiểu và ứng dụng phần mềm LabVIEW lập trình điều khiển hệ thống

 Nghiên cứu card giao tiếp HDL-9090 từ máy tính với mô hình thông qua phần mềm LabVIEW để truyền và nhận tín hiệu

 Nghiên cứu, chế tạo các mạch tạo pan hệ thống điều hòa nhiệt độ trên ô tô có giao tiếp với máy tính phục vụ giảng dạy.

Phương pháp nghiên cứu

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ

2.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hòa trên ô tô

2.1.1 Cấu tạo chung của hệ thống điều hòa trên ô tô

Thiết bị lạnh ô tô bao gồm các bộ phận chính như máy nén, thiết bị ngưng tụ (giàn nóng), bình lọc và tách ẩm, thiết bị giãn nở (van tiết lưu), và thiết bị bay hơi (giàn lạnh) Những bộ phận này hoạt động cùng nhau để thực hiện chu trình lấy nhiệt từ môi trường và thải nhiệt ra bên ngoài, đảm bảo hệ thống điều hòa ô tô hoạt động hiệu quả Hệ thống này là yếu tố quan trọng giúp duy trì nhiệt độ thoải mái cho người sử dụng trong xe.

Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo hệ thống điều hòa ô tô

A Máy nén (bốc lạnh) F Van tiết lưu

Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hòa trên ô tô

2.1.1 Cấu tạo chung của hệ thống điều hòa trên ô tô

Thiết bị lạnh ô tô bao gồm các bộ phận thiết yếu như máy nén, thiết bị ngưng tụ (giàn nóng), bình lọc và tách ẩm, van tiết lưu, và thiết bị bay hơi (giàn lạnh), nhằm thực hiện chu trình lấy nhiệt từ môi trường và thải nhiệt ra bên ngoài Những bộ phận này phối hợp chặt chẽ để đảm bảo hệ thống điều hòa ô tô hoạt động hiệu quả Hệ thống này không chỉ giúp duy trì nhiệt độ dễ chịu trong xe mà còn cải thiện trải nghiệm lái xe.

Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo hệ thống điều hòa ô tô

A Máy nén (bốc lạnh) F Van tiết lưu

B Bộ ngưng tụ (Giàn nóng) G Bộ bốc hơi

C Bộ lọc hay bình hút ẩm H Van xả phía thấp áp

D Công tắc áp suất cao I Bộ tiêu âm

E Van xả phía cao áp

2.1.2 Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống điều hòa ô tô

Hệ thống điều hòa ô tô hoạt động theo các bước cơ bản sau đây

Môi chất lạnh được bơm từ máy nén (A) dưới áp suất và nhiệt độ cao, sau đó di chuyển đến bộ ngưng tụ (B) hay giàn nóng ở dạng hơi.

Tại bộ ngưng tụ (B), môi chất có nhiệt độ cao, quạt gió làm mát giàn nóng, giúp môi chất ở thể hơi được giải nhiệt và ngưng tụ thành thể lỏng dưới áp suất cao với nhiệt độ thấp.

Môi chất lạnh dạng lỏng được đưa đến bình lọc hoặc bộ hút ẩm, nơi nó được tinh khiết hóa bằng cách loại bỏ hơi ẩm và tạp chất Sau đó, van giãn nở điều chỉnh lưu lượng của môi chất lỏng vào bộ bốc hơi, làm giảm áp suất và khiến môi chất chuyển từ thể lỏng sang thể hơi trong quá trình này.

+ Trong quá trình bốc hơi, môi chất lạnh hấp thụ nhiệt trong cabin ô tô, có nghĩa là làm mát khối không khí trong cabin

Không khí từ bên ngoài được đưa vào giàn lạnh, nơi mà nhiệt độ của không khí giảm nhanh chóng do năng lượng bị lấy đi qua các lá tản nhiệt Đồng thời, hơi ẩm trong không khí cũng bị ngưng tụ và thải ra ngoài Tại giàn lạnh, môi chất ở thể lỏng với nhiệt độ và áp suất cao sẽ chuyển đổi thành môi chất ở thể hơi có nhiệt độ và áp suất thấp.

Trong quá trình này, môi chất cần một lượng năng lượng lớn, vì vậy nó sẽ hấp thụ năng lượng từ không khí xung quanh giàn lạnh Năng lượng không bị mất đi mà chỉ chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác, dẫn đến việc không khí xung quanh mất năng lượng và nhiệt độ giảm xuống.

Các thành phần chính trong hệ thống điều hòa

và áp suất thấp được hồi về máy nén

2.2 Các thành phần chính trong hệ thống điều hòa

Máy nén có chức năng nhận dòng khí ở trạng thái nhiệt độ và áp suất thấp, sau đó nén khí để chuyển sang trạng thái có nhiệt độ và áp suất cao, rồi đưa đến giàn nóng Đây là bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống lạnh, quyết định công suất, chất lượng, tuổi thọ và độ tin cậy của toàn bộ hệ thống Trong quá trình hoạt động, tỷ số nén thường dao động từ 5 đến 8,1, phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh và loại môi chất lạnh sử dụng Nguyên lý hoạt động của máy nén piston cũng dựa trên những yếu tố này.

Hình 2.2: Cấu tạo máy nén loại piston

Một cặp piston trong máy nén có cấu trúc gắn chặt với đĩa chéo, cách nhau 72 độ ở máy nén 10 xilanh và 120 độ ở máy nén 6 xilanh Khi một phía piston thực hiện hành trình nén, phía còn lại sẽ ở trong hành trình hút.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống là khi trục quay kết hợp với đĩa vát, piston sẽ dịch chuyển qua trái hoặc phải, dẫn đến việc môi chất bị nén lại Khi piston di chuyển sang trái, chênh lệch áp suất giữa bên trong xy lanh và ống áp suất thấp khiến van hút mở ra, cho phép môi chất đi vào xy lanh.

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý máy nén loại piston

Khi piston di chuyển sang phải, van hút sẽ đóng lại và môi chất bị nén lại Khi áp suất môi chất trong xy lanh đạt cao, van đẩy sẽ mở ra, cho phép môi chất được nén đi vào đường ống áp suất cao Lúc này, van hút và van đẩy được làm kín, ngăn chặn môi chất quay trở lại.

Khi áp suất ở phần cao áp của hệ thống lạnh vượt quá mức an toàn, van an toàn trong máy nén sẽ xả một phần môi chất ra ngoài, giúp bảo vệ các bộ phận của hệ thống điều hòa.

Van an toàn được thiết kế để hoạt động hiệu quả trong các tình huống khẩn cấp Trong điều kiện bình thường, máy nén sẽ bị ngắt bởi công tắc áp suất cao trong hệ thống điều khiển Hệ thống này cũng bao gồm ly hợp điện từ, đảm bảo an toàn cho quá trình vận hành.

Ly hợp từ là thiết bị kết nối động cơ với máy nén, hoạt động thông qua hệ thống dẫn động bằng đai Nó được sử dụng để dẫn động và điều khiển máy nén khi cần thiết.

Ly hợp bao gồm một Stator (nam châm điện), puli, bộ phận định tâm và các bộ phận khác Bộ phận định tâm được lắp đặt cùng với trục máy nén, trong khi stator được gắn ở thân trước của máy nén.

Hình 2.5: Cấu tạo của ly hợp điện từ

- Nguyên lý hoạt động của ly hợp điện từ:

Khi ly hợp mở, cuộn dây stato được cấp điện Stato trở thành nam châm điện và hút chốt trung tâm, quay máy nén cùng với puli

Khi ly hợp từ tắt, cuộn dây stato không được cấp điện Bộ phận chốt không bị hút làm puli quay trơn

2.2.2 Bộ ngưng tụ (Giàn nóng) a Chức năng của bộ ngưng tụ:

Bộ ngưng tụ có chức năng chuyển đổi môi chất lạnh từ thể hơi sang thể lỏng dưới áp suất và nhiệt độ cao, sau khi được bơm bởi máy nén Cấu tạo của bộ ngưng tụ rất quan trọng trong quá trình này.

Bộ ngưng tụ được thiết kế với ống kim loại dài uốn cong thành nhiều hình chữ U nối tiếp, tạo ra diện tích tỏa nhiệt tối đa Các cánh tản nhiệt mỏng bám sát quanh ống kim loại, giúp tối ưu hóa hiệu suất tỏa nhiệt trong khi giảm thiểu không gian chiếm chỗ Thiết kế này mang lại hiệu quả cao cho quá trình làm mát.

Hình 2 6: Cấu tạo của giàn nóng (Bộ ngưng tụ)

1 Giàn nóng 6 Môi chất giàn nóng ra

2 Cửa vào 7 Không khí lạnh

3 Khí nóng 8 Quạt giàn nóng

4 Đầu từ máy nén đến 9 Ống dẫn chữ U

5 Cửa ra 10 Cánh tản nhiệt

Bộ ngưng tụ trên ô tô được lắp đặt ngay phía trước đầu xe, gần thùng nước tỏa nhiệt của động cơ Vị trí này cho phép bộ ngưng tụ tiếp nhận tối đa luồng không khí mát, cả từ chuyển động của xe và từ quạt gió, giúp tối ưu hóa hiệu suất làm mát.

2.2.3 Bình lọc (hút ẩm môi chất) a Chức năng:

Bình chứa là thiết bị lưu trữ môi chất đã được hóa lỏng tạm thời bởi giàn nóng, cung cấp lượng môi chất cần thiết cho giàn lạnh Bộ hút ẩm bao gồm chất hút ẩm và lưới lọc nhằm loại bỏ tạp chất và hơi ấm trong chu trình làm lạnh Sự hiện diện của hơi ấm có thể gây mài mòn các chi tiết và làm tắc nghẽn van giãn nở.

Hình 2.7: Sơ đồ cấu tạo của bình lọc

1 Cửa vào 4 Ống tiếp nhận

3 Chất khử ẩm 6 Kính quan sát c Nguyên lý hoạt động:

Môi chất lạnh ở thể lỏng chảy từ bộ ngưng tụ vào bình lọc hút ẩm, đi qua lớp lưới lọc và bộ khử ẩm Ẩm ướt tồn tại trong hệ thống có thể do xâm nhập trong quá trình lắp ráp sửa chữa hoặc do hút chân không không đạt yêu cầu Nếu không được lọc sạch bụi bẩn và độ ẩm, các van trong hệ thống và máy nén sẽ nhanh chóng bị hỏng.

Sau khi được tinh khiết và hút ẩm, môi chất lỏng chui vào ống tiếp nhận (4) và thoát ra cửa (5) theo ống dẫn đến van giãn nở

Môi chất lạnh R-12 và R-134a sử dụng chất hút ẩm khác nhau Ống tiếp nhận môi chất lạnh được đặt ở phía trên bình tích lũy, trong khi một lưới lọc tinh giúp ngăn chặn tạp chất lưu thông trong hệ thống Lưới lọc này có các lỗ thông nhỏ để cho phép một lượng dầu nhờn trở về máy nén.

Kính quan sát là một lỗ kiểm tra quan trọng, được sử dụng để theo dõi môi chất tuần hoàn trong chu trình làm lạnh và xác định lượng môi chất hiện có.

Có hai loại kính kiểm tra: Một loại được lắp ở đầu ra của bình chứa và loại kia được lắp ở giữa bình chứa và van giãn nở

2.2.4 Van tiết lưu hay van giãn nở a Chức năng:

Dữ liệu

Ngôn ngữ lập trình LabVIEW hỗ trợ đa dạng các kiểu dữ liệu như Boolean, bytes, string, array, file, text, cluster và số Các kiểu dữ liệu này có thể dễ dàng chuyển đổi sang các dạng cấu trúc khác nhau, giúp tối ưu hóa quy trình lập trình Dưới đây, chúng ta sẽ cùng khám phá một số dạng dữ liệu cụ thể.

Trong lập trình, việc sử dụng biến là rất quan trọng để xử lý và thay đổi dữ liệu một cách hiệu quả Trong môi trường LabVIEW, có hai loại biến chính: biến toàn cục (global variables) và biến cục bộ (local variables).

Biến cục bộ cho phép người dùng truy cập và ghi thông tin lên các thiết bị điều khiển hoặc hiển thị trên Front Panel Để tạo một biến cục bộ, người dùng chỉ cần chọn Local Variable từ bảng Structs & Constant.

Kiểu chuỗi (string) là một tập hợp các ký tự, cho phép thực hiện các phép toán và xử lý dữ liệu Để lưu trữ dữ liệu kiểu chuỗi, chúng ta cần lựa chọn các ô text phù hợp.

“String & path” từ control palette như hình bên phải

LabVIEW cung cấp nhiều công cụ hữu ích cho người dùng, cho phép thao tác trên chuỗi ký tự như tìm kiếm, xác định độ dài, chuyển đổi giữa dạng viết hoa và thường, so sánh chuỗi, cũng như thay thế một số ký tự trong chuỗi bằng các chuỗi khác.

Hình 3.9: Truy xuất một String

LabVIEW cho phép chuyển đổi chuỗi thành các dạng khác như số và mảng Đôi khi, người dùng cần hiển thị các ký tự trong bảng mã ASCII mà không thể hiện thị trực tiếp, chẳng hạn như Esc hoặc tab Để giải quyết vấn đề này, LabVIEW cung cấp các từ đại diện cho những ký tự đó, giúp người dùng dễ dàng nhập chúng trên Front Panel khi cần thiết.

Bộ nhớ của mảng để sử dụng và thi hành:

Khi một mảng được tạo trong LabVIEW, phần mềm sẽ tối ưu hóa không gian bộ nhớ bằng cách phân chia bộ nhớ thành các phần liên tiếp để lưu trữ mảng Điều này cho phép thực hiện các phép toán đơn giản, như nhân một dãy trong mảng, mà không cần yêu cầu một vùng nhớ lớn.

- Một số hàm sử dụng thao tác trên mảng: Việc sử dụng các hàm trên bảng Function => Array để tạo và điều khiển các mảng.

BẢNG 3.1: Các hàm trong bảng Array

Array Constant Interleave 1D Arrays Array Max & Min Interpolate 1D Array

Array Size Replace Array Subset

Array To Cluster Reverse 1D Array

Cluster To Array Search 1D Array

Delete From Array Split 1D Array

Initialize Array Transpose 2D Array Insert Into Array

3.2.4 Các cấu trúc điều khiển luồng chương trình

Trong mọi ngôn ngữ lập trình, các phần tử điều khiển luồng chương trình, hay còn gọi là cấu trúc, đóng vai trò quan trọng Trong một VI, có năm cấu trúc điều khiển luồng chương trình chính, bao gồm: For Loop, While Loop, Case Structure, Sequence Structure và Formula Node.

The For Loop is a looping structure that executes a specified sequence of operations a predetermined number of times To access the For Loop, navigate through the menu by selecting Functions > Structures > For Loop.

For Loop có hai Terminal đó là:

 Count Terminal (Terminal đầu vào): Chỉ ra số lần vòng lặp phải thực hiện

 Iteration Terminal (Terminal đầu ra): Chứa số lần vòng lặp đã thực hiện Giá trị của i thay đổi từ 0 tới n-1

While Loop là cấu trúc lặp thực hiện các thao tác bên trong cho đến khi giá trị Boolean tại Conditional Terminal khớp với điều kiện đã được thiết lập Để truy cập While Loop, bạn có thể chọn từ Menu: Functions => Structures => While Loop.

Việc xác định điều kiện cho vòng lặp tại Conditional Terminal là rất quan trọng, bởi vì nếu điều kiện không được xác định chính xác, vòng lặp có thể dẫn đến tình trạng vô hạn.

Cấu trúc Case và Cấu trúc Sequence là hai phương pháp để thực hiện một SubDiagram Cấu trúc Case thực hiện SubDiagram dựa trên giá trị đầu vào được chọn, trong khi Cấu trúc Sequence thực hiện các SubDiagram theo thứ tự tuần tự mà chúng xuất hiện.

Both Case Structure and Sequence Structure can contain multiple SubDiagrams, but only one SubDiagram is visible at a time At the top border of each structure is a window displaying the SubDiagram, which includes a Diagram Identifier in the center and Increment and Decrement buttons on either side The Diagram Identifier indicates the currently displayed SubDiagram For Case Structure, the Diagram Identifier is a list of values used to select the SubDiagram.

Formula Node là cấu trúc cho phép thực hiện các dãy công thức toán học trong một Block diagram Người dùng có thể nhập công thức trực tiếp bằng cách sử dụng chuột trong chế độ Labeling Tool Để tạo đầu vào và đầu ra, chỉ cần nhấn vào đường viền của Formula Node và chọn Add Input (Add Output), sau đó nhập tên biến vào trong hộp Mỗi công thức cần được kết thúc bằng dấu chấm phẩy (;) để đảm bảo tính chính xác.

To access the Formula Node, navigate to Functions > Structures > Formula Node The operators and functions that can be utilized within the Formula Node are listed in the Help window of the Formula Node.

SubVI và cách xây dựng subVI

Khi thiết kế chương trình trong LabVIEW, việc xác định đầu vào và đầu ra cho các VI là rất quan trọng, vì mỗi VI thực hiện một chức năng cụ thể Các VI này có thể được sử dụng trong các Block Diagram của một VI khác, tạo thành một cấu trúc gọi là SubVI SubVI tương tự như chương trình con trong các ngôn ngữ lập trình khác như C++ Trong LabVIEW, không có giới hạn về số lượng SubVI và chúng có thể gọi lẫn nhau, giúp cho chương trình trở nên dễ hiểu, gọn gàng và thuận tiện trong việc gỡ rối.

Có hai cách đơn giản nhất để xây dựng một SubVI: tạo một SubVI từ một VI và tạo một SubVI từ một phần của VI

3.3.1.1 Tạo một SubVI từ một VI:

Các SubVI được sử dụng thông qua biểu tượng đồ họa (Icon) và kết nối (Connector) của chúng Icon của một VI đại diện cho nó một cách trực quan, trong khi Connector gán các Control và Indicator cho các đầu vào và đầu ra Để gọi một VI từ Block Diagram của VI khác, cần phải tạo ra Icon và Connector cho VI đó trước.

Hình 3.15: Icon mặc định và Icon sau khi được tạo

You can select a different Terminal style from the Pattern menu To add or remove Terminals, simply choose Add Terminal or Remove Terminal After selecting the Connector Terminal Pattern, it is essential to assign the Front Panel Control and Indicator to the Terminals by following the specified steps.

Để gán một Terminal của Connector, hãy nhấp vào Terminal đó, sau đó chọn một Control hoặc Indicator trên Front Panel Khi thực hiện, một khung bao quanh Control hoặc Indicator sẽ xuất hiện và nhấp nháy, cho thấy sự kết nối đã được thiết lập.

 Bấm vào một vùng mở của Front Panel và bấm chuột, khung nhấp nháy biến mất Termianl và Front Panel Control hoặc Indicator đã chọn được gắn với nhau

Hình 3.16: Cách thức tạo Connector của một VI

3.3.1.2 Tạo một SubVI từ một phần của VI: Để biến đổi một phần của VI thành một SubVI được gọi từ VI khác, chọn một phần trong Block Diagram của VI, sau đó chọn Edit\Create SubVI Phần đó sẽ tự động thành một SubVI Các Control và Indicator được tự động khai báo cho SubVI mới

SubVI mới tự động kết nối với các đầu dây hiện có, và một biểu tượng của SubVI sẽ thay thế phần được chọn trong sơ đồ khối của VI gốc Người dùng có thể điều chỉnh biểu tượng và đầu nối của SubVI này giống như các SubVI khác.

THIẾT KẾ MẠCH TẠO PAN GIAO TIẾP VỚI

4.1 Giới thiệu về card giao tiếp HDL 9090 [13]

Card giao tiếp máy tính Hocdelam USB 9090 có chức năng tương đương với các card thu thập dữ liệu USB nổi tiếng từ các hãng nước ngoài như NI USB 6008/6009 của Hoa Kỳ và Advantech từ Đài Loan Sản phẩm này mang lại hiệu suất cao và tính năng đa dạng, phù hợp cho nhu cầu thu thập dữ liệu trong nhiều ứng dụng khác nhau.

Sản phẩm 9090 cho phép giao tiếp với máy tính qua cổng USB theo chuẩn RS232 Đặc biệt, đây là thiết bị phần cứng do Hocdelam Group sản xuất, đi kèm với thư viện lập trình đầy đủ và dễ sử dụng hơn so với các sản phẩm khác trên thị trường.

Mô tả cụ thể các chân tín hiệu của card HOCDELAM USB 9090 như bảng sau:

Hình 4.1 Các chân tín hiệu của card HDL 9090

Bảng 4.1 Chú thích các chân của card HDL 9090

GND Ground – chân mát Nguồn

VCC Nguồn 5V lấy từ USB Nguồn

CNT+/CNT Chân đếm Counter Input

DI1-DI4 Tín hiệu vào dạng số 0-5V Input

SW1-SW4 Tín hiệu ra dạng số 0-5V Output

DIR Set bộ đếm xung đếm lên(5V) hay đếm xuống (0V) Input

PULSE Đếm xung tín hiệu 0-5V Input

PWM1- PWM2 Xuất tín hiệu PWM để điều khiển Output

ADC1- ADC6 Nhận tín hiệu vào tương tự (Analog) 0-5V Input

- Phần mềm đi kèm: o NI VISA phiên bản 3.1 hoặc cao hơn: đây là phần mềm của công ty

Trước khi giao tiếp LabVIEW (PC) với bất kỳ thiết bị ngoại vi nào, cần cài đặt phần mềm tương ứng Để kết nối thiết bị HDL USB 9090 vào máy tính, thực hiện các bước cần thiết Hàm HDL USB 9090 cho phép truyền nhận tín hiệu giữa LabVIEW và card HDL USB 9090, với hướng dẫn chi tiết về cách sử dụng hàm được trình bày trong mục 3 Lập trình giao tiếp và điều khiển thiết bị với Card HDL USB 9090, kèm theo sơ đồ chân (I/O) của hàm.

Hình 4.2 Sơ đồ chân (I/O) của hàm HDL 9090

USB Card Control Tạo control tại chân này để chọn thiết bị USB HDL

Nối giá trị Boolean (TRUE-FALSE) vào các chân này để phần cứng HDL 9090 xuất ra tín hiệu số tương ứng (TRUEL 5V, FALSE 0V)

Control Nối giá trị số nguyên 0-500 vào để phần cứng xuất xung PWM có duty cycle tương ứng là 0-100%

Nối giá trị từ 3000-60000 vào để chọn tần số tín hiệu PWM card xuất ra

DI1-DI4 Indicator Giá trị tín hiệu số đọc được từ chân DI1-DI4 trên card

Giá trị mặc định là TRUE (5V)

Giá trị ADC (0-1023) đọc được từ các chân ADC tương ứng trên card

Encoder Indicator Giá trị encoder 0-100000

Bảng 4.2 Mô tả các chân của hàm HDL 9090

4.2 Thiết kế mạch tạo pan:

4.2.1 Sơ đồ giao tiếp giữa máy tính và mô hình:

Hình 4.3: Sơ đồ giao tiếp giữa máy tính và mô hình

Kết nối với cơ cấu chấp hành Lỗi

Các cơ cấu chấp hành Kiểm tra trên mô hình

Card giao tiếp đóng vai trò quan trọng trong việc truyền và nhận dữ liệu giữa mô hình và bộ phận hiển thị Được thiết kế trong môi trường vi điều khiển, card này được ứng dụng hiệu quả trong giao thức LabVIEW để xử lý thông tin.

4.2.2 Lưu đồ giải thuật chung:

Hình 4.4: Lưu đồ chung cho lập trình điều khiển mạch tạo pan

Lập trình điều khiển các mạch tạo pan trên mô hình

Kết thúc công việc Lưu chương trình

4.3 Các linh kiện sử dụng:

Opto là linh kiện quang điện tử chuyên dụng để truyền tín hiệu điều khiển giữa hai mạch điện có điện áp chênh lệch cao thông qua ánh sáng, không cần tín hiệu điện Cấu trúc cơ bản của một opto bao gồm một đèn LED và một photo transistor.

Hình 4.6: Sơ đồ mạch điện Opto PC817

Chính vì sử dụng nguyên tắc dùng ánh sáng để truyền tín hiệu lên nó còn được gọi là opto quang

4.3.1.2 Thông số kỹ thuật của PC817:

- Tần số đóng ngắt tối đa: 80 kHz

- Điện áp cách ly: 5 kV Đầu vào :

- Thông số định mức: điện áp hoạt động Vf = 1.2 V tiêu thụ dòng 20 mA

- Thông số chịu được : Điện áp tối đa chịu được: Vf max = 3V tiêu thụ dòng điện 500 mA Đầu ra:

- Dòng điện tối đa : 50 mA

Transistor Darlington, hay còn gọi là cặp Darlington, là một cấu trúc bao gồm hai transistor lưỡng cực cùng kiểu npn hoặc pnp Chúng được kết nối với nhau để khuếch đại dòng điện, trong đó dòng của transistor đầu tiên sẽ được khuếch đại thêm bởi transistor thứ hai.

Hình 4.8: Sơ đồ mạch điện Transistors darlington TIP120

- Dòng chịu được tối đa: Imax = 5 A điện áp Vcemax = 60 V

Ic = 3.0 ADC, Ib = 12 mAdc, Vce(sat) = 2 V

Ic = 5.0 ADC, Ib = 20 mAdc, Vce(sat) = 3 V

Hình 4.9: Relay SLC-24VDC-SL-C

Relay 5 chân là một công tắc chuyển đổi, dùng để đóng cắt mạch điều khiển, nó hoạt động bằng điện Nó là một công tắc vì có 2 trạng thái ON và OFF

Relay ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua cuộn dây của relay hay không

Trên relay có 3 kí hiệu là: NO, NC và COM

Chân COM (chân chung) luôn được kết nối với một trong hai chân còn lại của rơ le Sự kết nối này phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của rơ le, quyết định chân nào sẽ được kết nối chung.

- NC (Normally Closed): Nghĩa là bình thường nó đóng Nghĩa là khi rơ le ở trạng thái OFF, chân COM sẽ nối với chân này

- NO (Normally Open): Khi rơ le ở trạng thái ON (có dòng chạy qua cuộn dây) thì chân COM sẽ được nối với chân này

Khi bạn muốn điều khiển dòng điện trong trạng thái OFF của rơ le, hãy kết nối COM và NC Khi rơ le ở trạng thái ON, dòng điện này sẽ bị ngắt.

Ngược lại thì nối COM và NO

Dòng chịu được của tiếp điểm: 30 A tại điện áp 30 VDC

Tuổi thọ: 105 lần đóng cắt

4.3.4 Điốt bán dẫn loại schottky SS34 và zenner 1N5351

Hình 4.10: Điốt bán dẫn loại schottky SS34 và zenner 1N5351