TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Đặt vấn đề
Trong quá trình tham gia các cuộc thi lái xe sinh thái như của Honda và Shell Eco-marathon, nhóm chúng tôi nhận thấy những hạn chế trong việc liên lạc giữa lái xe, đội trưởng và các thành viên Chúng tôi gặp khó khăn trong việc ghi lại tổng thời gian thi đấu và thời gian chạy của từng vòng Ngoài ra, việc truyền thông số từ động cơ đến đội trưởng là không khả thi Do đó, nhóm quyết định chọn đề tài “thiết kế, chế tạo thiết bị giao tiếp thông tin hỗ trợ thi xe ECO” cho đề tài tốt nghiệp, với mong muốn tạo ra một hệ thống truyền thông và quản lý thông tin, giúp đội trưởng và các thành viên nắm rõ tình trạng hoạt động của động cơ và dễ dàng liên lạc với lái xe, từ đó xây dựng chiến lược thi đấu hiệu quả và tiết kiệm nhiên liệu Hệ thống cũng sẽ lưu lại thời gian từng vòng chạy cùng các thông số như vận tốc lớn nhất, giúp các thành viên bên ngoài canh thời gian thi đấu theo đúng quy định của ban tổ chức.
Điện thoại thông minh, hay còn gọi là smartphone, đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày và mọi lĩnh vực hoạt động xã hội Với sự tiện lợi của nó, người dùng có thể kết nối với nhiều thiết bị xung quanh, giúp cải thiện hiệu suất làm việc Đặc biệt trong lĩnh vực lái xe, smartphone cho phép người lái và đồng đội theo dõi các thông số cần thiết một cách rõ ràng và chính xác, từ đó đưa ra các điều chỉnh hợp lý về số lần nổ máy và thời gian nổ máy, nhằm đạt được mức tiêu hao nhiên liệu thấp nhất.
Lý do chọn đề tài
Cuộc thi Shell Eco-marathon thu hút sự đam mê của sinh viên công nghệ kỹ thuật ô tô trên toàn thế giới, với mục tiêu chiến thắng là điều mà tất cả các đội đều khao khát Để đạt được thành công, việc phối hợp và tính toán chiến lược trước mỗi vòng chạy là rất quan trọng, cùng với việc nắm bắt chính xác các thông số cần thiết của động cơ Do đó, việc giúp người điều khiển dễ dàng và chính xác theo dõi các thông số này là điều cần thiết Ngoài ra, đội trưởng và các thành viên cũng cần nắm rõ tình trạng hoạt động của động cơ để điều chỉnh chiến lược chạy một cách hợp lý.
Đề tài tốt nghiệp của nhóm em sẽ giải quyết các vấn đề liên quan đến cuộc thi Shell Eco-marathon Đề tài này giúp các đội thi theo dõi chính xác và sinh động các thông số cần thiết của xe thi đấu.
Mục tiêu đề tài
Mục tiêu của đề tài là thiết kế thiết bị giao tiếp giữa con người và xe, cho phép hiển thị các thông số đo và tính toán trên điện thoại Android thông qua lập trình App Inventor2 Người dùng có thể điều chỉnh các thông số dựa trên thông tin hiển thị để đạt được thành tích mong muốn.
Phương pháp nghiên cứu
Nhóm đã áp dụng nhiều phương pháp nghiên cứu để hoàn thành đề tài, dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Trọng Thức Họ tìm kiếm tài liệu trên mạng và các diễn đàn, từ đó thu thập thông tin để phát triển những ý tưởng mới, nhằm hoàn thiện đề tài một cách hiệu quả nhất.
Ý nghĩa thực hiện
Đề tài này đã giải quyết hiệu quả vấn đề theo dõi các thông số quan trọng như thông số động cơ, thời gian thi đấu và thời gian từng vòng chạy Nhờ đó, các vận động viên có thể dễ dàng theo dõi và xây dựng chiến thuật phù hợp cho toàn đội trong quá trình thi đấu.
Giới hạn đề tài
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giới thiệu về Shell Eco Marathon 2017 và luật chơi
Shell Eco-Marathon là sự kiện quốc tế hàng năm dành cho sinh viên, nơi họ thiết kế và lái những chiếc xe tiết kiệm năng lượng Diễn ra tại ba khu vực chính: Châu Á, Châu Mỹ và Châu Âu, các đội thi thách thức nhau để tối ưu hóa quãng đường di chuyển với mức tiêu thụ nhiên liệu thấp nhất.
Sự dẫn động trong tương lai của xe
Các kỹ sư tương lai sẽ có một năm để chuẩn bị cho cuộc thi chính thức trên những con đường đô thị, nơi họ sẽ trình diễn chiếc xe tiết kiệm năng lượng nhất của mình.
Trong năm 2017, sự kiện Shell Eco-marathon chính diễn ra tại ba địa điểm trên toàn thế giới:
Shell Eco-marathon Châu Á: 16-ngày 19 Tháng Ba tại Singapore, SG
Shell Eco-marathon châu Mỹ: 27-ngày 29 Tháng Tư tại Detroit, Michigan, Mỹ Shell Eco-marathon Châu Âu: Tháng 25-28, London, Vương quốc Anh
Xe được phân loại theo kiểu dáng và nguồn năng lượng, với loại xe Prototype (ba bánh) chú trọng vào tiết kiệm năng lượng, mặc dù điều này có thể ảnh hưởng đến sự thoải mái của hành khách Ngược lại, loại xe UrbanConcept khuyến khích các thiết kế thực tế hơn Các loại xe này sử dụng nhiều loại năng lượng khác nhau, bao gồm nhiên liệu cho động cơ đốt trong như xăng, dầu diesel, nhiên liệu hóa lỏng từ khí tự nhiên và ethanol.
Trong các loại xe điện, xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro và pin lithium-based Cuộc thi về quãng đường
Trong suốt thời gian diễn ra cuộc thi, các đội tập trung nỗ lực thực hiện nhiều vòng đua nhất có thể, nhằm di chuyển xe đi xa nhất với mức tiêu thụ nhiên liệu thấp nhất.
Các xe sẽ được vận hành theo số vòng đua cố định và tốc độ tối đa do ban tổ chức quy định Ngoài ra, ban tổ chức cũng sẽ trao giải thưởng cho người chiến thắng ở mỗi hạng mục, dựa trên từng loại xe và loại nhiên liệu.
Những hạng mục giải thưởng khác như thành tích cho xe có độ an toàn cao nhất, giải thưởng làm việc nhóm và giải thiết kế
Cuộc thi này khuyến khích các kỹ sư trẻ hiện thực hóa tầm nhìn về tính di động bền vững trong thời gian ngắn Nó thể hiện những nỗ lực đáng kể nhằm tiến gần hơn đến việc đưa những chiếc xe bền vững ra đường trong tương lai.
Một chút về lịch sử cuộc thi
Vào năm 1939, nhân viên của công ty dầu khí Shell tại Mỹ đã tổ chức một cuộc thi thú vị, trong đó họ đặt cược xem ai có thể di chuyển xa nhất với cùng một lượng nhiên liệu trong xe của mình Cuộc thi này đã nhanh chóng mở rộng ra nhiều châu lục, bao gồm nhiều loại năng lượng khác nhau và khơi dậy những cuộc tranh luận sôi nổi về tương lai của nguồn năng lượng và phương tiện di chuyển.
Bảng 2.1: Các thông số cho phép
Thông số Kí hiệu Giới hạn
Chiều cao giới hạn trên Ht < 100cm
Chiều rộng giới hạn trên Bt < 130cm
Chiều dài giới hạn trên Lt < 350cm
Chiều rộng giới hạn dưới Bd >50cm
Chiều dài giới hạn dưới Ld >100cm
Tỉ lệ chiều cao và rộng h/b 50kg
Trọng lượng xe Wx < 140kg
Hình 2.1: Kích thước giới hạn của xe
• Vỏ tháo lắp dễ dàng cho việc kiểm tra, độ cứng phù hợp
• Tất cả các bộ phận phải nằm trong vỏ
• Bố trí các chi tiết như ắc quy, hệ thống nhiên liệu, động cơ … 1 cách an toàn và gọn gàn chắc chắn
• Bánh xe không được chạm các bộ phận khác của xe
• Sàn xe phải liền 1 khối không chắp nối
• Vỏ xe cũng liền 1 khối dễ tháo lắp và không dùng cửa
Hình 2.2: Bố trí các bộ phận trên xe 2.1.2.Khung Sườn
• Chọn vật liệu có độ cứng vững cao
• Nhẹ là yếu tố ưu tiên
• Bao bọc toàn bộ xe để bảo vệ tài xế
• Không để nhô ra các cạnh nhọn và bén kể cả trong và ngoài xe
• Thanh rollbar: o Cao hơn mũ 5cm o Cao hơn bình xăng 5cm o Rộng hơn vai tài xế o Chịu được 70kg
Hình 2.3: Điều kiện thiết kế khung sườn 2.1.3.Bán kính quay vòng
• Chỉ đặt lái ở bánh trước
Hình 2.4: Bán kính quay vòng
Hình 2.5: Tầm nhìn tài xế Hình 2.6: Đặt lái bánh trước
Nên đưa dòng khí xả thoát ra khỏi thân xe, nhưng không đưa ra quá xa khí thải phải hợp lý không xả khói đen
Hình 2.7: Tiêu chuẩn khí thải và bố trí ống xả
• Tài xế có khả năng thoát khỏi xe trong 10 giây
• Không dùng bang keo băng dính để kết nối phần khung sườn và vỏ,
• Tuy nhiên phải có có cấu đơn giản nhưng vẫn chắc chắn dễ thoát lắp mà không cần đến dụng cụ chuyên dùng
Hình 2.8: Bố trí cơ cấu gài vỏ và lối thoát 2.1.6.Thông gió
• Thông gió phù hợp để giải toả nhiệt độ động cơ làm mát khoang xe do điều kiện nóng ẩm ở đông nam á
Hình 2.9: Bố trí các lỗ thông gió trên xe 2.1.7.Vách ngăn động cơ
• Vách ngăn cố định tách được khoang động cơ và khoang tài
• Được làm bằng vật liệu chống cháy
• Ngăn chặn những can thiệp vào khoang động cơ khi xe chuyển động
• Ngăn chặn sức nóng, khói xe cũng như những rủi ro từ khoang động cơ để bảo vệ tài xế
Hình 2.10: Bố trí vách ngăn 2.1.8.Hệ thống phanh
• Hệ thống phanh độc lập
Hình 2.11: Thử phanh với độ dốc 20%
Nguyên lý làm việc động cơ xăng bốn kỳ
Khi động cơ hoạt động, trục khuỷu quay theo chiều mũi tên, trong khi piston chuyển động tịnh tiến trong xylanh thông qua thanh truyền nối với bản lề của trục khuỷu.
Động cơ xăng bốn kỳ hoạt động qua bốn hành trình: nạp, nén, cháy-giãn nở và thải, với một lần sinh công diễn ra trong hành trình cháy-giãn nở Để hoàn thành chu trình này, piston cần di chuyển lên xuống bốn lần, tương ứng với hai vòng quay của trục khuỷu từ 0° đến 720° Mỗi lần piston di chuyển từ điểm chết dưới (ĐCD) lên điểm chết trên (ĐCT) hoặc ngược lại được gọi là một kỳ.
1.Trục khuỷu 2.Xilanh 3.Piston 4.Ống nạp
5.Bộ chế hòa khí 6.Xupap nạp 7.Bugi 8.Xupap thải
Trong hành trình nạp của động cơ xăng 4 kỳ, khi trục khuỷu quay, piston di chuyển từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới (ĐCD), khiến xupáp nạp mở và xupáp thải đóng Sự thay đổi này làm giảm áp suất trong xylanh, dẫn đến việc hòa khí từ bộ chế hòa khí được hút vào xylanh qua ống nạp.
Trên đồ thị công (hình 2.13), mối quan hệ giữa áp suất và thể tích làm việc của xylanh được thể hiện qua các vị trí khác nhau của piston Hành trình nạp được biểu diễn bằng đường ra (r-a).
Trong quá trình nạp, xupáp nạp thường mở sớm trước khi piston đạt đến điểm chết trên (được ký hiệu là điểm d1) Điều này đảm bảo rằng khi piston đến điểm chết trên, quá trình nạp sẽ bắt đầu ngay lập tức.
Góc mở sớm của xupáp nạp, được ký hiệu là α1, liên quan đến đoạn d1r, cho phép tiết diện lưu thông lớn hơn, giúp đảm bảo lượng hòa khí vào xylanh nhiều hơn.
Trong động cơ xăng 4 kỳ, xupáp nạp được đóng muộn hơn vị trí piston ở ĐCD (điểm d2) để tận dụng độ chân không còn lại trong xylanh và lực quán tính của dòng khí nạp, từ đó tăng cường lượng hòa khí vào xylanh trong giai đoạn nạp thêm Góc ứng 2 với đoạn ad2 được gọi là góc đóng muộn của xupáp nạp, khiến quá trình nạp kéo dài sang cả hành trình nén Tuy nhiên, ở một số chế độ tốc độ thấp, do quán tính của dòng khí nạp nhỏ (pd2>p0), một phần môi chất đã nạp vào xylanh có thể bị thoát ra ngoài trong giai đoạn góc đóng muộn xupáp nạp, hiện tượng này được gọi là "hiện tượng thoái lui".
Vì vậy, góc quay trục khuỷu tương ứng của quá trình nạp là (1 +180 + 2) lớn hơn góc trong hành trình nạp 180 0
Cuối quá trình nạp, áp suất và nhiệt độ của hoà khí trong xylanh là: pa = 0,8 0,9 kG/cm 2
Hành trình nén: trong hành trình này (hình 2.12), xupáp nạp và xupáp thải đều đóng
Piston dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT, hoà khí trong xylanh bị nén, áp suất và nhiệt độ của nó tăng lên
Hành trình nén được thể hiện qua đường ac” (hình 2.13), tuy nhiên, quá trình nén thực tế chỉ khởi đầu khi các xupáp nạp và thải hoàn toàn đóng kín, tức là khi hòa khí trong xylanh đã được cách ly với môi trường bên ngoài Vì vậy, thời gian thực tế của quá trình nén (1800 - 2) ngắn hơn thời gian hành trình nén lý thuyết (1800).
Cuối hành trình nén của bu-gi 7 trong hệ thống đánh lửa phóng tia lửa điện, hoà khí được đốt cháy Góc ứng với đoạn cc’ hay góc s được gọi là góc đánh lửa sớm của động cơ.
Cuối hành trình nén, áp suất và nhiệt độ của hoà khí trong xylanh là: pc = 11,0 15,0 kG/cm 2 ; Tc = 500 7000 o K
Trong hành trình cháy giãn nở sinh công, khi xupáp nạp và thải đóng, hoà khí được bugi đốt cháy ở cuối hành trình nén Khi piston đạt ĐCT, tốc độ cháy của hoà khí tăng nhanh, dẫn đến áp suất khí cháy trong xylanh tăng mạnh, được thể hiện bằng đường c’z trên đồ thị công Sau đó, quá trình giãn nở của khí cháy diễn ra (đường zb), đẩy piston từ ĐCT xuống ĐCD và sinh công Áp suất và nhiệt độ tối đa của khí cháy trong xylanh đạt khoảng pz = 40 70 kG/cm² và Tz = 2300 28000 oK.
Trong quá trình thải, xupáp nạp vẫn ở trạng thái đóng trong khi xupáp thải mở ra Piston di chuyển từ điểm chết dưới (ĐCD) lên điểm chết trên (ĐCT), đẩy khí đã cháy qua ống thải ra ngoài.
Trước khi kết thúc quá trình cháy – giãn nở sinh công, xupáp thải được mở sớm một chút trước khi piston tới ĐCD (điểm b’) để giảm áp suất trong xylanh, từ đó giảm công tiêu hao khi đẩy khí ra khỏi xylanh Việc giảm áp suất cũng giúp giảm lượng sản phẩm cháy còn lại trong xylanh, giảm công trong quá trình thải chính và tăng lượng hoà khí nạp vào xylanh Góc tương ứng với đoạn b’b hay góc α3 được gọi là góc mở sớm của xupáp thải.
Để thải sạch khí cháy ra khỏi xylanh, xupáp thải được đóng muộn hơn một chút so với thời điểm piston đạt đến ĐCT (điểm r’) Góc giữa đoạn rr’ được gọi là góc đóng muộn của xupáp thải, ký hiệu là góc 4.
Do xupáp thải mở sớm và đóng muộn, góc quay trục khuỷu trong quá trình thải (3 + 180 + 4) lớn hơn góc của hành trình thải (180) Áp suất và nhiệt độ của khí thải dao động trong khoảng pr = 1,0 1,20 kG/cm² và Tr = 900 1200 K.
Trên đồ thị, đoạn d1r biểu thị thời kỳ trùng điệp của xupáp nạp và xupáp thải, tức là thời gian mà cả hai xupáp đều mở Góc ứng với đoạn d1r’ được gọi là góc trùng điệp, được tính bằng tổng hai góc (1 + 4) như thể hiện trong hình 2.14.
Sau khi hành trình thải kết thúc, thì động cơ xăng 4 kỳ một xylanh đã hoàn thành một chu kỳ làm việc và chuyển sang chu trình tiếp theo
Bảng 2.2: Thông số động cơ Honda Wave S 110cc
Dung tích xilanh * hành trình piston 50,0 * 55,6 mm
Truyền động xupap Hai xupap truyền động xích đơn SOHC
Xupap hút: mở khi nâng 1 mm Đóng khi nâng 1 mm
30 0 sau điểm chết dưới Xupap xả: mở khi nâng 1 mm Đóng khi nâng 1 mm
Hệ thống bôi trơn Bôi trơn cưỡng bức cacte dưới
Kiểu bơm dầu Bơm bánh răng
Hệ thống làm mát Làm mát bằng không khí
Lọc gió Lọc giấy nhờn
Loại trục cơ Loại lắp ráp Động cơ khô 22,6kg
Bố trí xilanh Xilanh đơn nghiêng 80 0 phương thẳng đứng
Hệ thống phun xăng điện tử PGM – FI trên xe Honda hiện nay
2.3.1 Mô tả hệ thống phun xăng điện tử (PGM – FI)
Hệ thống phun xăng điện tử (PGM-FI - Programmed Fuel Injection) được chia thành ba nhóm chính: cảm biến (cung cấp tín hiệu vào), ECM động cơ (bộ xử lý trung tâm) và các cơ cấu chấp hành (cung cấp tín hiệu ra).
Các cảm biến và cơ cấu chấp hành tạo nền tảng cho hệ thống phun xăng điện tử, sự điều khiển đó được mô tả như sau:
ECM nhận tín hiệu từ cảm biến trên động cơ để xác định chế độ hoạt động, sau đó gửi tín hiệu điện áp đến các cơ cấu chấp hành và nhận phản hồi từ chúng.
Nguyên lý điều khiển chung của hệ thống
Hình 2.18: Nguyên lý điều khiển chung
2.3.2 Cấu tạo và sơ đồ hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử
❖ Vị trí các bộ phận hệ thống phun xăng điện tử
Hình 2.20: Vị trí các bộ phận của hệ thống PGM-FI xe Future Neo FI
Hình 2.21: Bộ cảm biến và thân bướm ga (Future Neo FI)
Hình 2.22: Vị trí các bộ phận hệ thống PGM – FI (Air Blade) 2.3.3.Sơ đồ hệ thống và sơ đồ mạch điện
Bảng 2.3: Bảng chú thích các bộ phận trên sơ đồ mạch PGM – FI (Future Neo FI)
(8)Đèn báo vị trí số Neutral
(10)Đầu nối dữ liệu (DLC)
(12)Cuộn đánh lửa (13)Cảm biến nhiệt độ khí nạp (IAT) (14)Cảm biến vị trí bướm ga (TP) (15)Cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP) (16)Kim phun
(17)Bugi (18)Công tắc vị trí số (19)Cuộn phát xung (20)Cảm biến nhiệt độ dầu động cơ (21)Cuộn sạc
Hình 2.23: Sơ đồ hệ thống PGM – FI (Future Neo FI)
Hình 2.24: Sơ đồ mạch điện Future Neo FI
Hình 2.25: Sơ đồ mạch điện Air Blade
Đặc trưng kỹ thuật
2.4.1 So sánh giữa bộ chế hòa khí và hệ thống PGM – FI
➢ Sự vận hành cơ bản từ tốc độ cầm chừng đến tốc độ cao
• Sự vận hành cơ bản
Bộ chế hòa khí và hệ thống PGM-FI điều chỉnh công suất động cơ thông qua việc kiểm soát tỉ lệ hòa trộn giữa xăng và không khí, bằng cách điều khiển bướm ga Cả hai hệ thống này được thiết kế để đảm bảo tỉ lệ không khí - nhiên liệu phù hợp, tùy thuộc vào thể tích không khí vào động cơ.
Bộ chế hòa khí hoạt động bằng cách mở bướm ga một khoảng nhỏ ở tốc độ cầm chừng và tốc độ thấp, giúp nhiên liệu được kéo xuống từ gic lơ cầm chừng và gic lơ tốc độ thấp dưới dạng sương Nhiên liệu này sau đó được hòa trộn với dòng khí và đưa đến động cơ.
Trong dải tốc độ thấp đến trung bình, độ chân không tăng theo vị trí bướm ga Khi piston đi lên, chân không trong ống khuếch tán tăng, dẫn đến việc hút nhiều nhiên liệu hơn từ gic lơ chính để hòa trộn với không khí Hỗn hợp nhiên liệu dạng sương từ gic lơ chính và gic lơ tốc độ thấp cùng với không khí được đưa vào động cơ.
Hình 2.26: Sự vận hành của bộ chế hòa khí
Khi vận hành ở tốc độ cao, với piston chân không và bướm ga mở hoàn toàn, kích thước ống khuếch tán đạt mức tối đa Điều này dẫn đến việc lượng nhiên liệu lớn nhất được hút xuống từ gic lơ chính dưới dạng sương, kết hợp với không khí nạp, và sau đó hỗn hợp này được đưa vào trong động cơ.
• Sự vận hành cơ bản của hệ thống PGM – FI
Tốc độ động cơ từ chậm đến nhanh, lượng nhiên liệu được phun ra từ kim phun sẽ được điều chỉnh theo lượng không khí nạp vào Kim phun này được điều khiển bởi ECM, nhận tín hiệu điện áp từ các cảm biến để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Kim phun điều chỉnh lượng nhiên liệu chính xác vào ống góp nạp dựa trên thể tích không khí nạp, bằng cách cộng thêm thời gian phun chính xác vào thời gian phun cơ bản.
Khoảng thời gian phun nhiên liệu cơ bản được xác định bởi hai loại bản đồ lưu trữ trong bộ nhớ ECM, dựa trên số vòng quay của động cơ và lượng khí nạp Lượng khí nạp được tính toán theo công thức cài đặt sẵn, sử dụng hiệu điện thế đầu ra từ các cảm biến MAP, IAT và TP.
Thời gian phun nhiên liệu chính xác được xác định bởi ECM dựa trên hiệu điện thế đầu ra của từng cảm biến và điều kiện hoạt động của động cơ.
Hình 2.27: Sự vận hành của hệ thống PGM-FI
Khi động cơ khởi động trong điều kiện lạnh, nhiên liệu không thể hóa hơi hiệu quả, dẫn đến tỉ lệ không khí-nhiên liệu không đạt yêu cầu Điều này gây ra tình trạng cầm chừng không êm và ảnh hưởng đến hiệu suất vận hành của động cơ.
• Khởi động lạnh với bộ chế hòa khí (Với van nhiệt SE)
Khi động cơ lạnh, van nhiệt SE đảm bảo tỉ lệ không khí/nhiên liệu chính xác và duy trì tốc độ càm chừng nhanh bằng cách cung cấp thêm không khí/nhiên liệu qua cổng khởi động, bổ sung cho lượng nhiên liệu phun ra từ gic lơ cầm chừng.
Hình 2.28: Sơ đồ khởi động lạnh với bộ chế hòa khí
• Khởi động lạnh với PGM-FI
Khi động cơ lạnh, ECM điều chỉnh lượng nhiên liệu bằng cách kéo dài thời gian mở kim phun dựa trên tín hiệu điện áp từ cảm biến ECT Đồng thời, ECM cũng điều khiển van IACV để cung cấp thêm không khí, giúp duy trì tốc độ cầm chừng ổn định và nhanh chóng.
Hình 2.29: Sơ đồ khởi động lạnh với PGM-FI
Khi động cơ vận hành ở chế độ tăng tốc nhanh, việc mở bướm ga đột ngột dẫn đến lượng lớn khí nạp vào động cơ Tuy nhiên, áp suất chân không trong đường ống nạp giảm, gây ra tình trạng thiếu nhiên liệu và làm cho tỉ lệ không khí – nhiên liệu trở nên nghèo nàn Hệ quả là công suất động cơ bị giảm sút.
• Tăng tốc nhanh với bộ chế hòa khí
Khi bướm ga mở đột ngột, chân không trong xy lanh phản ứng chậm, dẫn đến chân không trong ống khuếch tán tăng cao, khiến nhiều nhiên liệu được hút ra từ gic lơ chính Sự cung cấp thêm nhiên liệu này tạo ra tỉ lệ không khí – nhiên liệu lý tưởng.
Hình 2.30: Sơ đồ tăng tốc nhanh với bộ chế hòa khí
• Tăng tốc nhanh với PGM-FI
Khi bướm ga mở đột ngột, ECM sẽ điều chỉnh lượng nhiên liệu dựa trên điện áp từ cảm biến TP Tùy thuộc vào điều kiện hoạt động của động cơ, kim phun sẽ mở lâu hơn để cung cấp nhiều nhiên liệu hơn vào xylanh, từ đó tạo ra tỉ lệ lý tưởng cho quá trình cháy.
Hình 2.31: Sơ đồ tăng tốc nhanh với PGM-FI
Cắt nhiên liệu khi phanh bằng động cơ là một kỹ thuật quan trọng trong việc vận hành xe Khi bướm ga đóng và phanh bằng động cơ được áp dụng, động cơ sẽ thiếu không khí nạp, dẫn đến hiện tượng mất lửa Điều này gây ra sự thải ra ngoài không khí của hỗn hợp không cháy, ảnh hưởng đến hiệu suất và môi trường.
• Giảm tốc với bộ chế hòa khí
GIỚI THIỆU CÁC MODULE VÀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
Giao thức Zigbee
ZigBee là một giao thức mạng không dây, kết nối các thiết bị dựa trên tiêu chuẩn 802.15.4 của IEEE, sử dụng tín hiệu radio tần sóng ngắn với cấu trúc gồm 2 tầng: tầng vật lý và tầng MAC Công nghệ ZigBee cho phép các thiết bị khác nhau từ nhiều nhà sản xuất kết nối và hoạt động trong một vùng bảo mật Mặc dù các mạng ad-hoc sử dụng sóng radio tương tự đã được phát triển từ cuối những năm 1990, tiêu chuẩn ZigBee chỉ chính thức ra đời vào năm 2004 qua sự phê duyệt của Zigbee Alliance Với khả năng điều khiển từ xa không dây, truyền dữ liệu ổn định và tiêu thụ năng lượng thấp, ZigBee đã trở thành lựa chọn hấp dẫn cho các ứng dụng, đặc biệt trong lĩnh vực nhà thông minh Tên gọi ZigBee được lấy cảm hứng từ cách truyền thông tin của loài ong mật, với kiểu di chuyển “Zig-Zag”.
3.1.2 Chuẩn truyền thông không dây IEEE 802.15.4:
IEEE (Viện Kỹ sư Điện và Điện tử) là tổ chức phi lợi nhuận tập trung vào nghiên cứu và phát triển công nghệ điện và điện tử Nhóm 802 trong tổ chức này chuyên về công nghệ mạng, với bộ phận 802.15 đặc biệt dành cho các tiêu chuẩn mạng không dây Tiêu chuẩn IEEE 802.15.4 quy định việc truyền thông qua sóng radio trong khoảng cách từ 10 đến 100 mét, hoạt động trên ba dải tần số chính.
- Dải 868 – 868.8 MHZ (Châu Âu): chỉ một kênh tín hiệu, trong dải này tốc độ truyền là 20kb/s
- Dải 902 – 928 MHZ (Mỹ, Canada, Úc): có 10 kênh tín hiệu từ 1-10 với tốc độ truyền thường là 40kb/s.v
- Dải 2.4-2.4835 GHZ (hầu hết các nước khác trên thế giới): 16 kênh tín hiệu từ 11-26 với tốc độ truyền 250 kb/s
Các tiêu chuẩn sẽ hoạt động toàn cầu trên các dải tần sóng khác nhau, với công nghệ modun cũng thay đổi tùy thuộc vào từng dải sóng Tất cả đều sử dụng công nghệ trải phổ rộng (DSSS) Đặc biệt, modun ở dải 868 và 915MHz áp dụng kỹ thuật điều chế pha nhị phân, trong khi dải 2.4GHz sử dụng kỹ thuật điều chế tín hiệu số có dịch pha (O-QPSK).
Hệ thống có khả năng hoạt động ổn định trong môi trường có dữ liệu dày đặc và nhiều nhiễu từ các đường truyền khác nhờ vào việc đánh giá chất lượng, phát hiện năng lượng tiếp nhận và đánh giá kênh rõ ràng Công nghệ đa truy cập nhận biết sóng mang CSMA (Carrier Sense Multiple Access) được áp dụng để xác định thời điểm truyền, giúp tránh va chạm trong đường truyền.
3.1.3 Các phiên bản của Zigbee:
- ZigBee 2004: Đây là phiên bản đầu tiên của ZigBee – được gọi là ZigBee 1.0, ra đời vào tháng 6/2005
- ZigBee 2006: Phiên bản này giới thiệu khái niệm chùm, được ra đời vào tháng 9/2006
- ZigBee 2007: Phiên bản tiếp theo ra đời tháng 10/2007 và có 2 loại hình dạng khác nhau
- ZigBee PRO: Phiên bản này là 1 phiên bản của năm 2007 nhưng được nâng cấp lên để cài đặt nhanh hơn và tăng tính bảo mật cho hệ thống
- RF4CE: Là dạng tần sóng vô tuyến cho các thiết bị điện tử có ứng dụng âm thanh nghe nhìn, ra đời năm 2009
Tín hiệu công nghệ ZigBee có khả năng truyền xa tới 75m từ trạm phát, và khoảng cách này có thể được mở rộng hơn nữa nhờ vào việc tiếp tục phát từ các nút liên kết trong cùng hệ thống Dữ liệu được truyền theo dạng gói, với kích thước tối đa là 128 bytes, cho phép tải xuống một lượng thông tin lớn.
104 bytes Tiêu chuẩn này hỗ trợ địa chỉ 64bit cũng như địa chỉ ngắn 16bit Loại địa chỉ
Địa chỉ IP 64bit chỉ xác định một thiết bị duy nhất trong mạng, cho phép mỗi thiết bị có một địa chỉ IP riêng biệt Khi mạng được thiết lập, có thể sử dụng các địa chỉ ngắn, hỗ trợ kết nối hơn 65,000 nút thiết bị khác nhau.
3.1.5 Cấu trúc của giao thức Zigbee:
Ngoài 2 tầng vật lý và tầng MAC xác định bởi tiêu chuẩn IEEE 802.15.4 ở, tiêu chuẩn ZigBee còn có thêm các tầng trên của hệ thống bao gồm: tầng mạng, tầng hỗ trợ ứng dụng, tầng đối tượng thiết bị và các đối tượng ứng dụng
Tầng vật lý có vai trò quan trọng trong việc điều biến và hoàn thiện tín hiệu, đồng thời gói tín hiệu vào không gian, đảm bảo truyền tín hiệu mạnh mẽ trong môi trường có nhiễu.
Tầng MAC (Medium Access Control) là công nghệ đa truy cập sử dụng phương pháp CSMA để xác định hình dạng đường truyền, giúp tránh va chạm và tối ưu hóa mạng lưới Điều này góp phần làm cho hệ thống mạng trở nên mạnh mẽ và ổn định hơn.
Tầng mạng (NWK) của ZigBee là một phần quan trọng, giúp tìm kiếm và kết nối mạng, đồng thời mở rộng cấu trúc từ chuẩn 802.15.4 thành dạng lưới Tầng này không chỉ xác định đường truyền cho ZigBee mà còn quy định địa chỉ ZigBee thay vì sử dụng địa chỉ tầng MAC bên dưới.
Tầng hỗ trợ ứng dụng (APS) là cầu nối giữa tầng mạng và các ứng dụng cần thiết cho ZigBee, đóng vai trò quan trọng trong việc lọc các gói dữ liệu trùng lặp từ tầng mạng.
Tầng đối tượng thiết bị (ZDO) đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý các thiết bị, định hình tầng hỗ trợ ứng dụng và tầng mạng Nó cho phép thiết bị thực hiện các chức năng tìm kiếm, quản lý yêu cầu và xác định trạng thái của chính nó.
Tầng các đối tượng ứng dụng người dùng (APO) là nơi người dùng tương tác trực tiếp với thiết bị, cho phép họ tùy chỉnh và bổ sung các ứng dụng vào hệ thống.
Hình 3.1: Cấu trúc của zigbee
Một mạng Zigbee gồm có 3 loại thiết bị:
ZC (Zigbee Coordinator) là thiết bị chính trong mạng Zigbee, có chức năng quyết định cấu trúc mạng, quy định phương thức gán địa chỉ và lưu trữ bảng địa chỉ Mỗi mạng Zigbee chỉ có một ZC duy nhất.
ZC (Zigbee Coordinator) và nó cũng là thành phần duy nhất có thể truyền thông với các mạng khác
ZR (Zigbee Router) thực hiện chức năng định tuyến dữ liệu, phát hiện và lập bảng đồ các nút xung quanh, đồng thời theo dõi, điều khiển và thu thập dữ liệu như các nút thông thường Các ZR thường hoạt động ở chế độ hoạt động (active mode) để giao tiếp với các thành phần khác trong mạng.
Mạch nguồn cho TestBoard
Mạch có chức năng dùng để cấp nguồn cho test board kích thước chuẩn như MB-
Bo mạch MB-102 Mini được thiết kế với 2 cổng ngõ ra 5V và 3.3V, đáp ứng nhu cầu đa dạng về nguồn điện Ngoài ra, bo mạch còn được trang bị các header mở rộng để lấy nguồn từ phía trên, cùng với công tắc chọn nguồn cấp 5V hoặc 3.3V, mang đến sự linh hoạt trong việc cấp nguồn Người dùng có thể cấp nguồn cho bo mạch thông qua cổng USB hoặc Jack DC, giúp dễ dàng tích hợp vào các dự án điện tử.
Hình 3.7: Mạch nguồn TestBoard 3.2.2 Thông số kỹ thuật:
-Điện áp cung cấp: 6,5 ~ 12V hoặc xài nguồn USB
-Có các Jumper để lựa chọn điện áp 3V và 5V cắm, kích thước module có thể cắm vừa trên Test Board
Bảng 3.1: Cách sử dụng mạch nguồn TestBoard
Mạch nguồn pin HC-06 pin DRF 1609H pin
Module RF Zigbee UART DRF 1609H
Module RF Zigbee UART DRF 1609H là phiên bản nâng cấp của DRF 1605H, sử dụng vi xử lý SoC ẢM Cortex M3 CC2630 từ Texas Instruments, mang lại tốc độ truyền nhận cao hơn và khả năng hoạt động ổn định tối đa Mạch này còn hỗ trợ các tính năng tiên tiến như định tuyến đa cấp và khả năng chuyển tiếp mạng lên tới 200 thiết bị.
Module RF Zigbee UART DRF 1609H, nhập khẩu chính hãng từ DTK, nổi bật với chất lượng gia công tốt và kích thước nhỏ gọn Sử dụng chuẩn chân cắm 2.54mm, module này dễ dàng lắp đặt Đi kèm là phần mềm cấu hình, cho phép người dùng kết nối trực tiếp với máy tính thông qua mạch chuyển USB-UART hoặc đế chuyển USB, giúp việc cài đặt cấu hình trở nên đơn giản và thuận tiện.
Module RF Zigbee UART DRF 1609H có khả năng truyền xa lên đến 1.6Km trong điều kiện lý tưởng, rất phù hợp cho các ứng dụng truyền nhận dữ liệu qua mạng Zigbee như thu thập dữ liệu và IoT.
• IC trung tâm: SoC ARM Cortex M3 CC2630 chính hãng TI
• Điện áp sử dụng: 2.6~3.6V DC, thông thường 3.3V DC
• Dòng điện tiêu thụ: 25mA (tại 3.3V DC)
• Chuẩn truyền sóng Zigbee 2.4GHZ, có thể cấu hình thay đổi 2405MHZ – 2480MHZ, Step: 5MHZ
• Khoảng cách truyền nhận lý tưởng: 1.6Km
• Có thể cài đặt cấu hình hoạt động Coordinator hoặc Router
• Serial format: 8-N-1(default), có thể cài đặt 8-E-1, 8-O-1
• Tốc độ Baudrate: 38400bps(default), 9600bps, 19200 bps, 38400bps, 57600bps, 115200bps
• Nhiệt độ hoạt động: -40~85 độ C
Hình 3.8: Thông số kỹ thuật Module RF Zigbee UART DRF 1609H
Khá đơn giản, chúng ta chỉ cần cấp nguồn vào 2 chân 1 và 2 tương ứng
Và truyền nhận tín hiệu thông qua 2 chân 5 và 6 nhận dữ liệu từ DRF 1609H thông qua chân 5 (TX) truyền dữ liệu đến DRF 1609H thông qua chân 6 (RX)
Bảng 3.2: Cách sử dụng Module RF Zigbee UART DRF 1609H
DRF 1609H pin HC-06 pin Mạch nguồn pin
Module HC-06
Module Bluetooth HC 06 kết nối vi điều khiển Arduino với các thiết bị ngoại vi như smartphone, laptop và USB Bluetooth thông qua giao tiếp Bluetooth, cho phép gửi và nhận tín hiệu 2 chiều một cách hiệu quả.
Module HC-06 cho phép kết nối qua Bluetooth bằng cách sử dụng thiết bị ngoại vi để dò tín hiệu phát ra Sau khi kết nối thành công, người dùng có thể gửi tín hiệu từ vi điều khiển đến các thiết bị ngoại vi hoặc nhận tín hiệu ngược lại.
Hình 3.9: Module HC-06 3.4.2 Thông số kỹ thuật
• Sử dụng chip CSR Bluetooth V2.0
• Hoạt động ở mức điện áp: 3.1 - 4.2V
• Dòng điện khi hoạt động: khi ghép đôi là từ 30 - 40mA, sau khi ghép đôi hoạt động truyền nhận bình thường là 8mA
• Dải tần số hoạt động: 2.4GHz
• Tốc độ truyền dữ liệu : 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200
• Kích thước nhỏ gọn: 27 x 13 x 2 mm
• Nhiệt độ lưu trữ : -40ºC - 85ºC, nhiệt độ hoạt động -25ºC - 75ºC
• Giao tiếp : Bluetooth Serial Port
• Thiết lập mặc định: Baud rate: 9600, N, 8, 1; Pairing code 1234
Module HC 06 có 4 chân, chúng ta sẽ kết nối với Module DRF 1609H như sau:
Và truyền nhận tín hiệu giữa Module HC 06 và Module DRF 1609H thông qua 2 chân Tx và RX:
Bảng 3.3: Cách sử dụng Module HC-06
HC-06 pin DRF 1609H pin Mạch nguồn pin
Mạch chuyển USB UART CP 2102
Mạch chuyển USB UART CP2102, sử dụng chip CP2102 của SILICON LABS, cho phép chuyển đổi giao tiếp từ USB sang UART TTL và ngược lại Thiết bị này tương thích với nhiều hệ điều hành như Windows, Mac, Linux, và Android, mang lại sự thuận tiện trong việc sử dụng và giao tiếp Mạch hỗ trợ nhiều tốc độ truyền khác nhau, bao gồm 300 và 600 bps.
56000, 57600, 64000, 76800, 115200 , 128.000, 153.600, 230.400 , 250.000, 256.000, 460.800, 500.000, 576.000, 921.600 và các loại tốc độ khác CP2102 không sử dụng thạch anh ngoài như các chip PL2303 Module có sẵn ngõ ra điện áp 3.3V Trên mạch có
Bài viết mô tả về 6 cổng đầu ra của module, bao gồm 3.3V, DTR, 5V, Tx, Rx và Gnd Chân DTR được sử dụng để reset vi điều khiển trong quá trình nạp, tương thích với Arduino Promini Khi kết nối với máy tính, LED nguồn sẽ sáng, trong khi LED báo hiệu Tx/Rx sẽ phát sáng khi module nhận hoặc gửi dữ liệu.
• TXD: chân truyền dữ liệu UART, dùng kết nối đến chân Rx của các module khác, không kết nối trực tiếp đến mức của RS232
• RXD: chân nhận dữ liệu UART, dùng kết nối đến chân Tx của các module khác, không kết nối trực tiếp đến mức của RS232
• GND: chân mass hoặc nối đất
• 5V: nguồn điện áp dương (tối đa 500mA)
• DTR: Chân reset để nạp cho vi điều khiển
Hình 3.10: Mạch chuyển USB UART CP2102
