Bên mình chuyên nhận thiết kế các đồ án, dự án cơ điện tử, tự động hóa Luôn đảm bảo thời gian hoàn thành, chất lượng sản phẩm và giá cả Các bạn có nhu cầu hỗ trợ đồ án ,đặt đồ án, liên hệ
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Tổng quan về thực trạng
Hiện nay, ô tô đang ngày càng trở thành phương tiện giao thông chính tại Việt Nam, thay thế cho xe máy, đồng thời cũng được sử dụng phổ biến ở các quốc gia phát triển.
Theo Hiệp hội các nhà sản xuất ôtô Đông Nam Á (AAF), trong nửa đầu năm 2021, thị trường ô tô Việt Nam đã tiêu thụ 150.481 xe, bao gồm cả khung chassis xe buýt Nếu tính thêm doanh số của VinFast và TC Motor, tổng lượng xe mới bán ra đạt 200.454 xe, đưa Việt Nam đứng thứ tư trong khu vực Đông Nam Á.
Hình 1 1 Ngành công nghiệp oto các nước ASEAN
Xu hướng sử dụng xe ô tô đang ngành càng phổ biến việc đó khiến người dùng ngày càng quan tâm đến tiện ích của các xe ô tô
Việc đóng cửa xe một cách truyền thống đang trở nên ít hơn thay vào đó là các cách đóng của xe tự động hoặc bán tự động.
Trên ô tô hiện nay, cửa xe được chia thành hai loại: cửa tiêu chuẩn và cửa không tiêu chuẩn Mặc dù phân loại này không hoàn toàn chính xác, nhưng hầu hết các xe có cửa giống nhau được gọi là tiêu chuẩn, trong khi phần còn lại thuộc loại không tiêu chuẩn Cửa xe đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho người lái và hành khách bên trong.
Dưới đây là các loại cửa xe ô tô thông dụng nhất:
Cửa thông thường là loại cửa phổ biến trên hầu hết các loại ô tô hiện nay, bao gồm ô tô con, ô tô khách và ô tô tải Cấu trúc của cửa này bao gồm cánh cửa được gắn với bản lề phía trước, cho phép cánh cửa mở quay từ phía sau ra phía trước theo phương thẳng đứng.
Honda Fit 2015 được trang bị cửa an toàn, đảm bảo an toàn cho hành khách khi xe đang di chuyển Khi xe chạy, ngay cả khi cửa chưa đóng kín hoặc bị mở, lực cản từ gió sẽ tác động để giữ cửa không mở ra, góp phần bảo vệ người ngồi trong xe.
Cửa cắt kéo – Scissor Doors:
Cửa cắt kéo, hay còn gọi là cửa vỗ cánh, cửa cánh bọ cánh cứng, cửa rùa, và cửa Lamborghini, là loại cửa ô tô mở thẳng đứng nhờ bản lề cố định ở phía trước, khác với cửa thông thường mở ra ngoài Loại cửa này phổ biến trên các mẫu xe Lamborghini, do đó thường được gọi là cửa Lamborghini Tuy nhiên, cửa cắt kéo lần đầu tiên xuất hiện trên mẫu xe Alfa Romeo Carabo 1968 Concept, và một số thương hiệu khác như Tata cũng sản xuất loại cửa này.
Hình 1 3 Alfa Romeo Carabo 1968 Concept
Cửa cánh bướm – Butterfly Doors:
Cửa cánh bướm là một loại cửa xe thường xuất hiện trên các mẫu xe hiệu suất cao, tương tự như cửa cắt kéo Khác với cửa cắt kéo mở theo phương thẳng đứng ở cột A, cửa cánh bướm xoay theo trục nghiêng, tạo ra khoảng không gian rộng rãi hơn, giúp việc ra vào xe trở nên dễ dàng hơn.
Cửa bướm lần đầu tiên được nhìn thấy trong Alfa Romeo 33 Stradale
1969 Ngày nay nó thường xuất hiện trên những siêu xe McLaren F1, ToyotaGT-One, Saleen S7, Enzo Ferrari, Bentley Speed 8, Peugeot 908 HDi FAP vàMcLaren Senna,…
Cửa cánh mòng biển/Cửa cánh chim ưng – Gull-wing/Falcon-wing door:
Cửa cánh mòng biển, hay còn gọi là “cánh chim ưng”, là loại cửa mở lên trên theo trục ngang, bám vào mái xe ở cạnh ngang trên cùng Thiết kế cửa Gull-wing được lấy cảm hứng từ cánh chim mòng biển, mang đến vẻ đẹp mạnh mẽ và hữu ích, đặc biệt trong các khu vực đông đúc.
Kiểu thiết kế này được tiên phong bởi chiếc xe đua Mercedes-Benz300SL năm 1952 (W194) và phiên bản hợp pháp trên đường (W198) được giới thiệu vào năm 1954.
Cửa “tự tử” – Suicide door:
Cửa “tự tử” là thuật ngữ chỉ loại cánh cửa ô tô có bản lề ở phía sau, khác với cửa truyền thống Loại cửa này từng xuất hiện trên xe ngựa nhưng hiếm khi thấy trên xe hiện đại do vấn đề an toàn Nếu cửa không đóng khít và mở ra khi xe đang chạy, nó có thể gây nguy hiểm cho hành khách Hiện nay, cửa “tự tử” thường được tìm thấy trên các mẫu xe siêu sang như Rolls-Royce và Lincoln.
Chỉ có 6 mẫu xe có loại cửa này trong năm 2019, chủ yếu là Rolls- Royce:
Lincoln Continental 80th Anniversary Coach Door Edition
Hình 1 6 Lincoln Continental 80th Anniversary Coach Door Edition
Cửa vòm, cửa tán – Canopy doors:
Mái xe, kính chắn gió và hai bên tạo thành một cụm di chuyển lên, xuống, hoặc sang hai bên để tạo khoảng không cho người ra vào xe Loại cửa này có bản lề ở phía trước, phía sau hoặc bên hông, mang lại một kiểu dáng độc đáo, giống như cửa máy bay chiến đấu Tuy nhiên, kiểu cửa này hiếm khi được áp dụng trên ô tô sản xuất, chủ yếu chỉ xuất hiện trên các mẫu concept.
Những chiếc xe có trang bị cửa tán này là: 1953 Messerschmitts KR175,
1970 Ferrari Modulo concept car, 1971 Nova kit car, 1985 Buick Wildcat concept car, 2002 Volkswagen 1-litre car, 2005 Maserati Birdcage 75th concept car, 2006 Saab Aero-X concept car, Batmobile, Lamborghini Egoista,Lamborghini Terzo Millennio,…
Hình 1 7 2006 Saab Aero-X concept car
Cửa thiên nga – Swan doors:
Cửa thiên nga là loại cửa đặc biệt thường xuất hiện trên xe hiệu suất cao hoặc xe ý tưởng, mở ra theo góc nghiêng hướng lên Thiết kế này không chỉ giúp tối ưu hóa không gian ra vào mà còn hạn chế cản trở bên ngoài, đặc biệt phù hợp với những chiếc xe thể thao gầm thấp.
Tên gọi này được lấy cảm hứng từ hình dáng của chiếc xe hơi, giống như cánh cửa mở ra một con thiên nga với đôi cánh dang rộng Cửa kiểu này thường xuất hiện trên các mẫu xe của Aston Martin, Lagonda và Hennessey.
Cửa nhị diện – Dihedral doors:
Cửa nhị diện, tương tự như cửa bướm, được mở bằng cách xoay 90 độ tại bản lề Một số mẫu xe nổi bật sử dụng loại cửa này bao gồm Koenigsegg Agera, Koenigsegg Agera R và Koenigsegg Regera.
Cửa trượt được thiết kế để gắn vào hoặc treo từ đường ray, cho phép mở bằng cách trượt theo chiều ngang hoặc thẳng đứng vào bên hông hoặc sàn xe Loại cửa này thường thấy trên các phương tiện như xe minivan, xe hoạt động giải trí, xe thương mại hạng nhẹ và xe buýt nhỏ.
Một số mẫu xe nổi bật như Peugeot 1007, Suzuki Alto Slide Slim, BMW Z1 và Kaiser Darrin 1954 được trang bị cửa trượt Thiết kế cửa trượt cũng thường thấy trên nhiều mẫu xe ý tưởng khác.
Yêu cầu của đề tài
Tìm hiểu về vi điều khiển atmega328 và arduino
Tìm hiểu về động cơ servo
Bấm nút để mở cửa và đóng cửa
Xử lý trường hợp khi đang mở(đóng) cửa thì bấm nút đóng(mở) cửa
Mục tiêu của đề tài
Nắm bắt được cấu trúc phần cứng, sơ đồ khối, nguyên lý làm việc của mạch điều khiển.
Tìm hiểu về lập trình phần mềm Arduino.
Biết cách làm một đồ án hoàn chỉnh phục vụ cho việc làm đồ án tốt nghiệp về sau.
Sản phẩm hoạt động ổn định với trường hợp đóng và mở cửa.
Sản phẩm nhỏ, gọn, mang tính thẩm mỹ cao.
Giá thành sản phẩm phù hợp với người tiêu dùng hiện nay.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giới thiệu Arduino và vi điều khiển ATMEGA328
Arduino là một board mạch vi xử lý giúp xây dựng các ứng dụng tương tác hiệu quả hơn Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở dựa trên vi xử lý AVR Atmel 8bit hoặc ARM Atmel 32-bit Các model hiện tại được trang bị 1 cổng USB, 6 chân đầu vào analog và 14 chân I/O kỹ thuật số, tương thích với nhiều board mở rộng khác Arduino đi kèm với một môi trường phát triển tích hợp (IDE) cho phép người dùng viết chương trình bằng ngôn ngữ C hoặc C++.
Mạch Arduino bao gồm vi điều khiển AVR và các linh kiện bổ sung, giúp lập trình dễ dàng và mở rộng với các mạch khác Một điểm nổi bật của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn, cho phép người dùng kết nối với CPU của board thông qua các module bổ sung, gọi là shield Một số shield giao tiếp trực tiếp qua các chân khác nhau, trong khi nhiều shield khác sử dụng bus I²C để định địa chỉ, cho phép xếp chồng và sử dụng song song.
Arduino sử dụng các chip megaAVR như ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280 và ATmega2560 Ngoài ra, một số vi điều khiển khác cũng được áp dụng cho các mạch tương thích với Arduino Hầu hết các mạch Arduino tích hợp bộ điều chỉnh tuyến tính 5V và thạch anh dao động 16 MHz, hoặc bộ cộng hưởng ceramic trong một số biến thể Vi điều khiển Arduino thường được lập trình sẵn với boot loader, cho phép tải chương trình trực tiếp vào bộ nhớ flash on-chip mà không cần bộ nạp bên ngoài, giúp đơn giản hóa quá trình sử dụng và cho phép máy tính gốc hoạt động như một bộ nạp chương trình.
Theo nguyên tắc, ngăn xếp phần mềm Arduino yêu cầu tất cả các board được lập trình qua kết nối RS-232, tuy nhiên, phương pháp thực hiện phụ thuộc vào đời phần cứng Các board Serial Arduino tích hợp mạch chuyển đổi từ RS232 sang TTL Hiện nay, các board Arduino được lập trình qua cổng USB nhờ chip chuyển đổi USB-to-serial như FTDI FT232.
Board Arduino cung cấp hầu hết các chân I/O của vi điều khiển cho các mạch ngoài, với các mẫu như Diecimila, Duemilanove, và Uno có 14 chân I/O kỹ thuật số, trong đó 6 chân hỗ trợ PWM và 6 chân input analog có thể sử dụng như chân I/O số Các board như Arduino Nano, Bare Bones Board và Boarduino cũng cung cấp chân header đực trên bề mặt, thuận tiện cho việc kết nối với breadboard.
Hình 2 1 Board mạch arduino cứng
Arduino IDE là phần mềm mã nguồn mở chính thức của Arduino, giúp đơn giản hóa quá trình biên dịch mã Với giao diện thân thiện, ngay cả những người không có kiến thức kỹ thuật cũng có thể dễ dàng sử dụng để lập trình và phát triển dự án của mình.
Phần mềm này hỗ trợ nhiều hệ điều hành như MAC, Windows và Linux, hoạt động trên nền tảng Java Nó cung cấp các chức năng và lệnh cần thiết cho việc gỡ lỗi, chỉnh sửa và biên dịch mã trong môi trường phát triển.
Có nhiều loại module Arduino như Arduino Uno, Arduino Mega, Arduino Leonardo và Arduino Micro Mỗi module này được trang bị một bộ vi điều khiển có khả năng lập trình và tiếp nhận thông tin dưới dạng mã.
Mã chính hay còn gọi là sketch, được phát triển trên nền tảng IDE, sẽ tạo ra một tệp Hex Tệp này sau đó sẽ được chuyển và tải lên bộ điều khiển trên bo mạch.
Môi trường IDE bao gồm hai thành phần chính: Trình chỉnh sửa, dùng để viết mã, và Trình biên dịch, giúp biên dịch và tải mã lên module Arduino.
Môi trường này hỗ trợ cả ngôn ngữ C và C ++.
Khi người dùng lập trình và biên dịch mã, IDE sẽ tạo ra file Hex, là định dạng mà Arduino hiểu File Hex này được truyền đến bo mạch thông qua cáp USB Mỗi bo Arduino đều có một bộ vi điều khiển tích hợp, bộ vi điều khiển này sẽ nhận và thực thi mã từ file Hex đã được gửi.
Hình 2 2 phần mềm arduino IDE
Các chương trình Arduino được phát triển bằng ngôn ngữ C hoặc C++, sử dụng Arduino IDE với thư viện phần mềm "Wiring" giúp đơn giản hóa các thao tác input/output Để tạo một chương trình vòng thực thi, người dùng chỉ cần định nghĩa hai hàm: hàm setup() chạy khi khởi động chương trình để thiết lập cài đặt, và hàm loop() được gọi lặp lại cho đến khi nguồn board mạch tắt.
Board Arduino Nano là phiên bản nhỏ gọn của Arduino, sở hữu đầy đủ chức năng và chương trình tương tự như Arduino Uno nhờ vào việc sử dụng MCU ATmega328P Sự khác biệt là Arduino Nano sử dụng IC dán ATmega328P, giúp nó có thêm 2 chân Analog so với Arduino Uno.
Hình 2 3 Vi điều khiển Arduino Nano
+Thiết kế theo đúng chuẩn chân, kích thước của Arduino Nano chính hãng.
+IC nạp và giao tiếp UART: CH340.
+Điện áp cấp: 5VDC cổng USB hoặc 6-9VDC chân Raw.
+Mức điện áp giao tiếp GPIO: TTL 5VDC.
+Số chân Digital: 14 chân, trong đó có 6 chân PWM.
+Số chân Analog: 8 chân (hơn Arduino Uno 2 chân).
+Flash Memory: 32KB (2KB Bootloader).
+Tích hợp Led báo nguồn, led chân D13, LED RX, TX.
+Tích hợp IC chuyển điện áp 5V LM1117.
Hình 2 4 sơ đồ chân arduino nano
Mạch Arduino Nano có các chân với chức năng cụ thể, trong đó các chân Analog có khả năng chuyển đổi tín hiệu từ Analog sang Digital, với A4 và A5 hỗ trợ giao tiếp I2C Ngoài ra, mạch còn có 14 chân Digital, trong đó 6 chân được sử dụng để tạo ra xung PWM.
• Chân Vin: Đây là chân cung cấp điện áp đầu vào cho mạch Arduino nano khi sử dụng nguồn ngoài từ 7VDC đến 12 VDC.
Chân 5V trên board Arduino cung cấp mức điện áp tiêu chuẩn để nuôi dưỡng vi điều khiển và các linh kiện khác, đảm bảo hoạt động ổn định cho toàn bộ hệ thống.
• Chân 3,3V: Đây là một mức điện áp tối thiểu được tạo ra bởi bộ điều chỉnh điện áp trên board ( sử dụng Lm1117 - 3.3V)
• Chân GND: Chân mass cho Arduino, có nhiều chân GND trên board Arduino cho mục đích dễ dàng kết nối với thiết bị ngoại vi sử dụng dây testboard
• Chân Reset: Khi tác động nút nhấn reset, Arduino được trả về lại chương trình ban đầu Rất hữu ích khi chạy chương trình phức tạp và bị treo
Vi điều khiển ATmega Mức tích cực LOW được thiết lập sẽ reset lại Arduino Nano
• Các chân Analogs: Có 8 chân Analog trên board mạch Arduino Nano được ký hiệu là A0 đến A7 Được sử dụng để đo điện áp tương tự trong khoảng từ 0V đến 5V.
• Chân Rx, Tx: Được sử dụng cho giao tiếp nối tiếp trong đó Tx là truyền dữ liệu và Rx là nhận dữ liệu.
• Chân 13: Để thực hiện bật tắt LED trên board Arduino Nano, sử dụng để quan sát, kiểm tra chương trình cần thiết
• Chân AREF: Chân này được sử dụng lấy điện áp tham chiếu cho điện áp đầu vào.
• Chân xung PWM: Bao gồm 6 chân là chân 3,5,6,9,10,11 được sử dụng để cung cấp đầu ra 8-bit xung PWM.
Lựa chọn động cơ
Động cơ đóng vai trò quan trọng trong hệ thống đóng cửa của xe ô tô tự động, vì vậy việc lựa chọn động cơ phù hợp là điều cần thiết để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Có ba loại động cơ phổ biến thường được sử dụng là động cơ một chiều, động cơ step và động cơ servo Những động cơ này được ứng dụng rộng rãi trong các dự án và đồ dùng hàng ngày Mỗi loại động cơ có những ưu điểm và nhược điểm riêng, vì vậy việc lựa chọn loại động cơ phù hợp là rất quan trọng.
Động cơ một chiều có cấu tạo tương tự như các động cơ điện khác, bao gồm hai phần chính: Rotor, là phần quay của động cơ, và Stator, là phần vỏ bên ngoài.
Hình 2 8 cấu tạo động cơ một chiều
Stator: có kết cấu là nam châm vĩnh cửu, hoặc nam châm điện.
Rotor: cấu tạo trục có quấn các cuộn dây tạo thành nam châm điện.
Cổ góp (commutator): tiếp xúc để truyền điện cho các cuộn dây trên rotor Số điểm tiếp xúc tương ứng với số cuộn dây quấn trên Rotor.
Chổi than (brushes): tiếp xúc và tiếp điện cho cổ góp
Một phần cũng khá quang trọng là bộ phận chỉnh lưu,nhiệm vụ chính của nó là biến đổi dòng điện trong khiRotor quay liên tục
- Căn cứ vào phương pháp kích từ, có thể chia động cơ điện 1 chiều thành những dòng chính như sau:
Động cơ điện 1 chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu
Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
Động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp
Động cơ điện 1 chiều kích từ song song
Động cơ điện 1 chiều kích từ hỗn hợp có cấu tạo gồm hai cuộn dây kích từ, trong đó một cuộn được kết nối nối tiếp với phần ứng, còn cuộn kia được mắc song song với phần ứng.
- Nguyên lí làm việc: động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên hiện tượng cảm biến điện từ trường.
Pha 1: Từ trường của cuộn dây Rotor cùng cực với Stator => Từ trường cùng cực sẽ đẩy nhau => Sẽ tạo chuyển động quay của Rotor.
Pha 2: Rotor tiếp tục quay.
Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1.
- Ưu điểm và nhược điểm của động cơ một chiều Ưu điểm của động cơ một chiều:
Dễ dàng thay đổi tốc độ của động cơ, chịu được quá tải cao
Kéo được tải nặng khi khởi động do có moment xoắn lớn.
Độ bền tương đối cao.
- Nhược điểm của động cơ một chiều:
Do có cấu tạo cổ góp nên khi hoạt động phát ra tiếng ồn
Cổ góp này phải được bảo dưỡng thường xuyên.
Ma-sat trong quá trình vận hành => mài mòn
Ngoài ra cổ góp này trong quá trình hoạt động phát sinh ra tia lửa điện, nên không dùng được trong các môi trường dễ gây cháy nổ.
- Ứng dụng của động cơ điện một chiều:
Động cơ một chiều được dùng nhiều trong các máy công cụ lớn, yêu cầu tốc độ và số vòng quay cao.
Động cơ một chiều thường được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng như đồ chơi và xe mô hình, với nguồn năng lượng từ pin để hoạt động.
Như vậy động cơ 1 chiều được ứng dụng trong hầu hết các thiết bị như: ổ đĩa, máy photocopy,….
2.2.2 Động cơ servo Động cơ servo là một phần của hệ thống vòng kín và bao gồm một số bộ phận là mạch điều khiển, động cơ servo, trục, chiết áp, bánh răng truyền động, bộ khuếch đại và bộ mã hóa hoặc bộ giải. Động cơ servo là một thiết bị điện khép kín Nó được dùng để xoay các bộ phận của máy với hiệu suất cao và độ chính xác cao. Trục đầu ra của động cơ này có thể được di chuyển đến một góc, vị trí và vận tốc cụ thể mà động cơ thông thường không có Động cơ Servo sử dụng một động cơ thông thường và kết hợp nó với một cảm biến để phản hồi vị trí.
Bộ điều khiển là thành phần quan trọng nhất của động cơ servo, được thiết kế đặc biệt cho mục đích này Động cơ hoạt động dựa trên tín hiệu điện, có thể là tương tự hoặc kỹ thuật số, để xác định mức độ chuyển động, từ đó xác định vị trí lệnh cuối cùng cho trục.
- Cấu tạo: Động cơ DC servo có chổi than: loại động cơ này gồm bốn bộ phận chính là stato, roto, chổi than và cuộn cảm lõi.
Động cơ DC servo không chổi than có cấu trúc tương tự như động cơ có chổi than, nhưng điểm khác biệt chính là cuộn pha được lắp ở rotor là động cơ vĩnh cửu Loại động cơ này hoạt động êm ái và không gây tiếng ồn, do đó rất được ưa chuộng và sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng.
Động cơ servo được phân loại thành nhiều loại khác nhau dựa trên ứng dụng và nguồn cung cấp điện của chúng Hai loại chính là động cơ servo AC và động cơ servo DC, phân loại này dựa trên loại dòng điện mà chúng sử dụng.
Động cơ Servo dùng điện áp DC, có tốc độ tỷ lệ thuận với điện áp cung cấp với tải không đổi
Động cơ Servo loại dùng điện áp xoay chiều, tốc độ được xác định bởi tần số của điện áp đặt vào và số cực từ.
Hình 2 13 Phân loại động cơ servo
Rotor của động cơ servo là một nam châm vĩnh cửu mạnh mẽ, trong khi stator được cuốn các cuộn dây riêng biệt, được cấp nguồn theo trình tự chính xác để quay rotor Chuyển động của rotor phụ thuộc vào tần số, pha, phân cực và dòng điện trong cuộn dây stator Hệ thống hồi tiếp vòng kín trong động cơ servo cho phép tín hiệu đầu ra được kết nối với mạch điều khiển, giúp theo dõi vận tốc và vị trí Nếu có bất kỳ trở ngại nào ngăn cản chuyển động của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ phát hiện tín hiệu chưa đạt yêu cầu và mạch điều khiển sẽ điều chỉnh để động cơ đạt được vị trí chính xác nhất.
- Ưu điểm và nhược điểm của động cơ servo Ưu điểm:
Là hệ thống hồi tiếp vòng kín chính vì vậy động cơ servo DC rất dễ điều khiển, dễ sử dụng
Bên cạnh đó động cơ còn giúp kiểm soát tốc độ chính xác, đảm bảo quá trình vận hành được ổn định
Hiện nay giá thành của động cơ Servo DC rẻ hơn so với các loại động cơ khác
Động cơ có bộ phận chổi than thường gặp phải hạn chế lớn nhất là gây ra tiếng ồn và nhiệt độ cao trong quá trình hoạt động, đồng thời có quán tính lớn khi giảm tốc độ.
Nếu sử dụng động cơ DC servo không chổi than thì sẽ khiến động cơ chạy êm và vận hành tốt hơn.
- Ứng dụng của động cơ servo:
Động cơ DC servo được sử dụng rộng rãi trong nhiều loại máy móc, đặc biệt trong ngành điện - điện tử, như lắp đặt chip LSI trên bảng mạch Tuy nhiên, hiện nay, ứng dụng của động cơ DC servo trong ngành điện - điện tử đang giảm, trong khi chúng chủ yếu được sử dụng trong ngành sản xuất thực phẩm, đồ uống, giấy, may mặc và bao bì.
Ngoài ra động cơ DC servo còn có một số ứng dụng khác như:
Ứng dụng trong sản xuất robot vì sự chuyển động trơn tru và định vị chính xác
Ứng dụng trong các loại đồ chơi điều khiển bằng radio
Ứng dụng trong sản xuất các loại thhieets bị điện tử như đĩa DVD, máy nghe nhạc blue
Ứng dụng trong xe ô tô để duy trì tốc độ của phương tiện Một số sản phẩm nổi bật sử dụng động cơ DC servo: Động Cơ
DC Servo giảm tốc GA12 - N20 Encoder, động cơ DC Servo JGB37-
545 DC Geared Motor, động cơ DC Servo Giảm Tốc Hành Tinh Planetary GP36,
3.1.3 Động cơ bước(Step) Động cơ Step hay còn gọi là động cơ bước, đây là một loại động cơ chạy bằng điện khác biệt với đa số các loại động cơ thông thường. Loại động cơ này có bản chất là dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hay chuyển động của rotor có khả năng cố định rotor vào các vị trí phù hợp.
Cấu tạo của động cơ bước (step) bao gồm các bộ phận như: stato, rotor (nam châm vĩnh cửu) Trong đó;
Bộ phận rotor bao gồm một dãy nam châm vĩnh cửu được sắp xếp tỉ mỉ, với các cặp cực được bố trí đối xứng và đều đặn trên từng lá nam châm.
Bộ phận stato: Được tạo bằng sức từ và chia thành các rãnh để đặt cuộn dây
Hình 2 14 cấu tạo động cơ bước
Hiện nay, động cơ bước được phân loại thành nhiều loại khác nhau, trong đó có thể chia theo số pha của động cơ.
Động cơ Step 2 pha tương ứng với góc bước 1.8 độ
Động cơ bước 3 pha tương ứng với góc bước 1.2 độ
Động cơ bước 5 pha tương ứng với góc bước 0.72 độ Động cơ Step theo rotor:
Động cơ rotor được tác dụng bằng dây quấn nam châm vĩnh cửu
THIẾT KẾ MÔ HÌNH
Sơ đồ khối của hệ thống
3.1.1 Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống
Hệ thống đóng cửa xe ô tô tự động có một số tính năng như:
Bấm nút đỏ để servo quay theo chiều kim đồng hồ, giúp đóng cửa, trong khi bấm nút xanh sẽ làm servo quay ngược chiều kim đồng hồ để mở cửa Nếu cửa đang trong quá trình đóng, việc bấm nút xanh sẽ dừng động cơ; bấm nút xanh lần nữa sẽ chuyển động cơ sang chế độ mở cửa Tương tự, nếu cửa đang mở, thao tác cũng diễn ra như vậy.
3.1.2 Sơ đồ khối của hệ thống
Hình 3 1 Sơ đồ khối của hệ thống
Nguyên lý hoạt động của mạch sử dụng điện áp 5VDC từ khối nguồn để cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống Mạch có hai nút nhấn để đóng và mở cửa; khi một nút nhấn được bấm, tín hiệu sẽ được gửi đến vi điều khiển để xử lý Vi điều khiển sẽ xác định tín hiệu từ chân nào và nút nhấn nào, sau đó thực hiện các sự kiện đóng hoặc mở tương ứng.
Chức năng của các khối
Nguồn cấp cho Module Arduino là 5V, được tạo ra từ adapter hạ điện áp từ lưới điện xuống 5VDC Để đảm bảo ổn định cho vi điều khiển và servo trong mạch, cần sử dụng một tụ điện để bù điện áp trong quá trình khởi động của hệ thống.
Khối vi điều khiển nhận lấy tín hiệu được chuyển đến từ nút nhấn rồi sau đó xử lí và đưa ra các điều khiển phù hợp với servo
Hình 3 3 Khối vi điều khiển
Thực thi lệnh do vi điều khiển truyền đến để quay trái hoặc phải
3.2.4.Sơ đồ toàn bộ hệ thống
Hình 3 5 sơ đồ nguyên lí toàn hệ thống
Sơ đồ mạch in
Altium Designer, trước đây được biết đến với tên gọi Protel DXP, là một trong những phần mềm thiết kế mạch điện tử hàng đầu hiện nay Phát triển bởi Altium Limited, Altium Designer chuyên phục vụ cho việc thiết kế và vẽ mạch điện tử một cách hiệu quả và chuyên nghiệp.
Hình 3 6 Altium designer Đặc điểm:
Giao diện thiết kế, quản lý và chỉnh sửa thân thiện, dễ dàng biên dịch, quản lý file, quản lý phiên bản cho các tài liệu thiết kế.
Hệ thống cung cấp hỗ trợ mạnh mẽ cho thiết kế tự động và đi dây tự động dựa trên thuật toán tối ưu, đồng thời phân tích lắp ráp linh kiện Nó cũng giúp tìm kiếm các giải pháp thiết kế hoặc điều chỉnh mạch và linh kiện, cũng như netlist đã có sẵn theo các tham số mới.
Mở, xem và in các file thiết kế mạch dễ dàng với đầy đủ các thông tin linh kiện, netlist, dữ liệu bản vẽ, kích thước, số lượng…
Hệ thống các thư viện linh kiện phong phú, chi tiết và hoàn chỉnh bao gồm tất cả các linh kiện nhúng, số, tương tự…
Đặt và điều chỉnh các đối tượng trên các lớp cơ khí, xác định các quy tắc thiết kế, tùy chỉnh các lớp mạch in, chuyển đổi từ sơ đồ mạch (schematic) sang bảng mạch in (PCB), và xác định vị trí linh kiện trên PCB là những bước quan trọng trong quá trình thiết kế mạch điện.
Mô phỏng mạch PCB 3D cung cấp hình ảnh chân thực của mạch điện trong không gian ba chiều, hỗ trợ tích cực cho MCAD-ECAD Tính năng này cho phép liên kết trực tiếp với mô hình STEP, giúp kiểm tra khoảng cách cách điện hiệu quả và cấu hình cho cả thiết kế 2D và 3D.
Hỗ trợ thiết kế PCB sang FPGA và ngược lại.
Việc thiết kế mạch điện tử trên phần mềm altium designer có thể được tóm tắt gồm các bước như sau:
- Đặt ra các yêu cầu bài toán.
- Thiết kế mạch nguyên lý.
- Lựa chọn các chân linh kiện để chuyển sang mạch in Update mạch nguyên lý sang mạch in.
- Lựa chọn kích thước mạch in Sắp sếp các vị trí các loại linh kiện như điện trở , tụ điện, IC
- Đặt kích thước các loại dây nối.
3.3.2.Mạch in trên phần mềm
3.3.3.Lắp ráp, kiểm tra và thi công mô hình
Hình 3 9 Mô hình thực tế
Hình 3 10 Mô hình thực tế(2)
Mô hình hoạt động ổn định
Điện áp trên mạch đạt mức cho phép của các module
Khả năng phản hồi của các module đến vi điều khiển tương đối nhanh và chính xác, chưa phát hiện lỗi truyền tin sai
