TỔNG QUAN
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về hệ thống điều hòa không khí trên ô tô
Điều hòa không khí là hệ thống thiết yếu trên xe, giúp điều chỉnh nhiệt độ và tuần hoàn không khí, mang lại sự thoải mái cho hành khách trong những ngày nắng nóng Ngoài việc giữ ẩm và lọc sạch không khí, điều hòa còn có khả năng hoạt động tự động nhờ cảm biến và ECU điều khiển Hệ thống này cũng giúp loại bỏ các chất cản trở tầm nhìn như sương mù và băng trên kính xe Để làm ấm không khí, điều hòa sử dụng nhiệt từ két nước làm mát động cơ, hoạt động như một két sưởi ấm, yêu cầu khởi động động cơ và chờ một thời gian để nước làm mát nóng lên.
Hình 2.1 Hệ thống điều hòa không khí trên ô tô
Khi động cơ khởi động két sưởi không hoạt động, hệ thống điện lạnh ô tô bắt đầu làm mát không khí theo chu trình khép kín Máy nén đẩy môi chất ở trạng thái khí với nhiệt độ và áp suất cao vào giàn ngưng, nơi môi chất chuyển từ thể khí sang thể lỏng Môi chất lỏng này sau đó chảy vào bình chứa (bình sấy khô) để được lọc và chứa Sau khi được lọc, môi chất lỏng tiếp tục chảy qua van giãn nở.
Bốn van giãn nở chuyển đổi môi chất lỏng thành hỗn hợp khí-lỏng với áp suất và nhiệt độ thấp Hỗn hợp khí-lỏng này sau đó chảy tới giàn lạnh, nơi quá trình bay hơi của chất lỏng diễn ra, giúp hấp thụ nhiệt từ không khí đi qua giàn lạnh.
Trong hệ thống điều hòa không khí của xe, môi chất lỏng được chuyển hóa thành hơi trong giàn lạnh, và chỉ có hơi đã được gia nhiệt đi vào máy nén, sau đó quy trình lặp lại Để điều chỉnh nhiệt độ, hệ thống kết hợp két sưởi và giàn lạnh, đồng thời điều chỉnh vị trí các cánh hòa trộn và van nước Hệ thống cũng sử dụng không khí bên ngoài thông qua chênh áp do chuyển động của xe, tạo ra sự thông gió tự nhiên Khi xe di chuyển, áp suất không khí phân bổ không đồng đều, với một số khu vực có áp suất dương và những khu vực khác có áp suất âm, do đó cửa hút được đặt ở vùng áp suất dương và cửa xả khí ở vùng áp suất âm.
Trong hệ thống thông gió cưỡng bức, quạt điện được sử dụng để hút không khí vào trong xe, với các cửa hút và cửa xả đặt ở vị trí tương tự như trong hệ thống thông gió tự nhiên Hệ thống này thường kết hợp với các hệ thống thông khí khác như điều hòa không khí và bộ sưởi ấm để tối ưu hóa hiệu quả thông gió.
Tại sao cần phải nạp gas vào hệ thống lạnh ô tô
Hình 2.2 Bộ nạp gas máy lạnh
Hệ thống điều hòa là thiết bị thiết yếu trên ôtô, đặc biệt trong những ngày hè oi ả Khi xe không còn khả năng làm mát hoặc giảm hiệu suất làm lạnh, cần nhanh chóng kiểm tra toàn bộ hệ thống điều hòa để kịp thời khắc phục sự cố.
5 các công việc như vệ sinh, thay mới lọc gió điều hòa, kiểm tra gas điều hòa, bổ sung thay mới nếu cần thiết
Phương pháp nạp gas vào hệ thống thủ công
Để nạp gas thông thường mà không cần máy nạp gas, các garage thường áp dụng phương pháp này Trước tiên, cần chuẩn bị bộ nạp ga lạnh và đồ bảo hộ mắt để đảm bảo an toàn trong quá trình thực hiện.
Các bước cần thiết để nạp gas cho hệ thống điều hòa không khí trên ô tô:
Bước 1: Xác định xem hệ thống còn gas lạnh hay không
Lắp ống nạp ga vào van xả áp thấp, thường nằm gần bộ lọc không khí ẩm Đảm bảo đeo đồ bảo hộ mắt trong quá trình làm việc Nếu hệ thống bị rò rỉ ga lạnh, có thể không khí ẩm đã xâm nhập vào hệ thống, gây ảnh hưởng đến chất lượng nạp ga mới.
Để duy trì hiệu suất hệ thống, cần xác định và khắc phục vị trí rò rỉ, thay thế bộ lọc không khí ẩm và bổ sung dầu cho máy nén Việc rò rỉ ga lạnh không chỉ làm giảm hiệu suất mà còn dẫn đến thiếu hụt dầu, vì dầu máy nén cũng sẽ thoát ra cùng với ga lạnh.
Hình 2.3 Lắp ống nạp gas vào van xả phía áp thấp
Sau khi kiểm tra thì chúng ta tiến hành nạp gas cho xe gồm có 2 bước chính:
Hút chân không trong hệ thống
Nạp ga vào hệ thống
Hình 2.4 Các bước đóng mở van
Bước 2: Hút chân không trong hệ thống
Hình 2.5 Kết nối bộ nạp gas với máy bơm chân không
Lắp ráp bơm chân không, bộ đồng hồ vào hệ thống như hình vẽ
Hình 2.6 Quá trình hút chân không
Mở cả hai van cao áp và thấp áp, sau đó bật bơm chân không Đảm bảo rằng đồng hồ áp suất thấp đạt 750mmHg; nếu không đạt, cần kiểm tra và khắc phục rò rỉ trước khi tiếp tục hút chân không.
Duy trì độ chân không 750mmHg và hút tiếp khoảng 10 phút
Để kiểm tra rò rỉ trong hệ thống điều hòa, đóng cả hai van cao áp và thấp áp, tắt bơm và giữ nguyên trạng thái trong 5 phút Quá trình này giúp xác định xem đường ống có bị rò rỉ hay không Nếu phát hiện rò rỉ, cần tìm vị trí rò rỉ bằng cách phun dung dịch nước xà phòng lên các đường ống và chi tiết của hệ thống Quan sát các vị trí xuất hiện bong bóng để xác định chính xác nơi rò rỉ gas.
Bước 3: Nạp gas vào hệ thống
Lắp van vào bình nạp gas
Lắp bộ đồng hồ và bình nạp gas vào hệ thống như hình vẽ
Hình 2.8 Kết nối bình gas với bộ nạp gas
Tiếp theo là đóng cả hai van trên bộ nạp gas, tiến hành đục lỗ nắp bình gas và xả toàn bộ khí trong đường ống
Nạp gas từ phía áp cao:
Hình 2.9 Nạp gas từ phía cao áp
Khi động cơ ngừng hoạt động, cần sử dụng sức để mở van cao áp tối đa Tiếp theo, hãy nạp đủ lượng gas vào hệ thống và sau đó đóng van cao áp lại.
Lưu ý rằng bạn có thể nạp ga nhanh bằng cách lộn ngược bình gas và nạp ga lỏng vào hệ thống Phương pháp này giúp tăng tốc độ nạp, nhưng cần đảm bảo không được khởi động máy và van áp thấp phải được đóng hoàn toàn.
Nạp gas từ phía thấp áp
Hình 2.10 Nạp gas từ phía thấp áp
Trước khi nạp gas vào hệ thống điều hòa, cần đảm bảo van cao áp đã được vặn chặt Bật công tắc A/C, đặt bộ chọn nhiệt ở chế độ MAX COOL và mở toàn bộ cửa xe Khi áp suất thấp đạt từ 1,5 đến 2,5 kgf/cm2 và áp suất cao đạt 14, bạn có thể tiến hành nạp gas.
Trước khi hoàn tất quá trình nạp gas, hãy đảm bảo rằng áp suất đạt 15kgf/cm2 và kiểm tra kỹ lưỡng hai van áp thấp và áp cao đã được đóng hoàn toàn Sau đó, tiến hành tháo dây ra khỏi xe.
Quá trình nạp gas cho hệ thống lạnh đã được hoàn thành thông qua các phương pháp thông thường, phổ biến trong các garage và có thể thực hiện bởi những người có kiến thức cơ bản Mặc dù phương pháp này tiện lợi và tiết kiệm chi phí, nhưng nó tiềm ẩn rủi ro cho người thực hiện nếu không cẩn thận, cùng với hiệu quả không tối ưu cho hệ thống lạnh Một số vấn đề thường gặp bao gồm việc hút chân không không triệt để, kiểm tra rò rỉ không chính xác, và khó khăn trong việc ước lượng lượng gas cần nạp Để khắc phục những vấn đề này, các garage uy tín thường sử dụng máy nạp gas chuyên dụng để đảm bảo hiệu quả và an toàn trong quá trình nạp gas cho hệ thống lạnh.
Giới thiệu máy nạp gas tự động cho ô tô
Gas lạnh đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điều hòa không khí Sự thừa hoặc thiếu hụt gas lạnh sẽ gây ra tình trạng điều hòa hoạt động không ổn định và giảm hiệu quả làm mát.
Việc để lâu không bảo trì bộ phận gas có thể gây hư hỏng cho các bộ phận khác trong hệ thống, dẫn đến chi phí và nhiên liệu tốn kém Do đó, người sử dụng cần chú ý hơn đến bộ phận này, ngay khi phát hiện thiếu gas hoặc gas bị biến chất, cần nạp thêm hoặc thay mới gas để đảm bảo an toàn và duy trì hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Trước hết, chúng ta cần trang bị cho mình những hiểu biết nhất định về nguyên
Điều hòa ô tô và điều hòa gia đình hoạt động dựa trên hệ thống gas và công suất nhất định Để khắc phục tình trạng thiếu gas hoặc thay gas mới, bạn có thể sử dụng máy nạp gas tự động.
Hình 2.11 Cấu tạo máy nạp gas tự động a Máy nén
Chức năng của máy nén:
Hút gas dư còn lại trong xe
Nén đủ áp suất khí để nạp gas
Cấu tạo của máy nén
Hình 2.13 Cấu tạo của máy nén
Máy nén hoạt động nhờ một động cơ điện, thường là động cơ không đồng bộ roto lồng xóc, được gắn với đế máy bằng bốn lò xo giảm chấn Động cơ này tạo ra chuyển động quay, giúp cơ cấu piston xilanh hoạt động thông qua thanh truyền liên kết với trục lệch tâm Khi trục động cơ quay, nó tạo ra chuyển động tịnh tiến của piston, thực hiện quá trình nén hiệu quả.
Cơ cấu nén piston xilanh trong máy nén thường sử dụng dạng piston đơn, đặc biệt là ở các loại lốc công suất thấp Khi trục động cơ điện quay, chuyển động tịnh tiến của piston được tạo ra nhờ thanh truyền Khi piston di chuyển ra ngoài, thể tích xilanh tăng lên, tạo ra áp suất âm để hút khí từ bên ngoài vào Ngược lại, khi piston di chuyển vào, thể tích xilanh giảm, tạo ra áp suất lớn để nén khí và đẩy ra ngoài.
Chức năng của máy hút chân không
Hình 2.14 Máy hút chân không
Hút chân không là bước quan trọng trong quy trình nạp gas cho hệ thống làm mát, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ bền của hệ thống Quy trình này giúp loại bỏ không khí và tạp chất trong đường ống, đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả, không bị tắc nghẽn hay kết tủa.
Việc không loại bỏ hoàn toàn không khí trong đường ống có thể làm giảm hiệu suất hệ thống, dẫn đến giảm độ lạnh và tiêu tốn nhiên liệu Nếu tình trạng này kéo dài, không khí còn sót lại sẽ hòa quyện với gas, tạo thành nhớt và gây kết tủa hoặc nghẽn cáp.
Cấu tạo của máy hút chân không
Bơm hút chân không vòng dầu kiểu Rotor cánh gạt là một trong những loại máy bơm có cấu tạo phức tạp nhất, được lắp ghép từ hơn 400 bộ phận với kích thước đa dạng.
Hình 2.15 Cấu tạo của máy hút chân không
Rotor được thiết kế lệch tâm với stator (buồng bơm), tạo nên sự khác biệt nổi bật so với các loại máy bơm hút chân không như piston hay trục vít.
Cánh bơm: cánh bơm được chế tạo bằng nhưạ composite có tính chịu nhiệt tốt, chịu độ mài mòn cao Nó được đặt trong các rãnh của rotor
Van một chiều cổng hút và van xả một chiều bơm hút chân không
Các bộ lọc: Lọc tách dầu cổng xả, lọc dầu và lọc gió cổng hút
Khớp nối bơm hút chân không là bộ phận dẫn động từ động cơ đến rotor bơm
Bộ phận tản nhiệt dầu
Dầu bơm hút chân không là không thể thiếu nếu muốn nó hoạt động tốt
Gioăng, phớt và ống dẫn dầu là những bộ phận quan trọng trong hệ thống bơm, giúp tăng áp suất hoạt động Tuy nhiên, sau một thời gian dài sử dụng, các bộ phận này sẽ bị hao mòn và cần được thay thế để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Bơm chân không được thiết kế với rotor lệch tâm, gần gũi với lòng Stator, giúp ngăn chặn không khí từ cổng xả xâm nhập vào cổng hút Cấu trúc này đảm bảo tạo ra áp suất chân không hiệu quả trong quá trình hoạt động.
Khi bơm chân không vòng dầu hoạt động, rotor quay nhanh để điều chỉnh hoạt động của bơm và tạo ra ngăn khí giữa các cánh bơm Khi cánh bơm đầu tiên đi qua cổng hút, nó sẽ hút không khí từ môi trường cần chân không Dòng không khí này sẽ được kéo dãn khi đi qua cánh bơm thứ hai.
Dòng khí sẽ được nén cho đến khi van xả mở ra với áp suất bằng áp suất khí quyển Khi đó, dầu sẽ được hút vào bơm để làm mát và bôi trơn, sau đó được đẩy ra ngoài cổng xả cùng với dòng khí.
Tại cổng xả của bơm chân không, lọc tách dầu sẽ ngăn chặn dầu và đồng thời đẩy bụi, cặn cùng không khí ra ngoài Quá trình bơm hút chân không diễn ra liên tục cho đến khi đạt được áp suất chân không tối đa theo tiêu chuẩn kỹ thuật của bơm.
Bảng 1: Thông số kỹ thuật của máy hút chân không
Tốc độ bơm 7.2 m3/h Áp lực giới hạn 2Pa
Khối lượng 8.1 kg c Bình chứa gas R134a
Gas R134A được phát triển để thay thế gas R12 và hiện đang được sử dụng phổ biến trong các hệ thống làm lạnh như máy lạnh ô tô, máy lạnh Chiller, máy lạnh container và máy lạnh trên máy bay.
Nguyên lý hoạt động của máy nạp gas
a Chế độ thu hồi gas cũ
Hệ thống điều hòa của xe sử dụng gas lạnh được hút qua máy nén khí, sau đó đi qua hai dây cao áp (HP) và thấp áp (LP) Gas hồi về sẽ được đưa vào bình chứa, trong khi máy nén hoạt động nén khí vào bình chứa gas sau khi đi qua các bộ phận như bộ tách dầu và quạt.
Hình 2.20 Chế độ thu hồi gas cũ
Thu hồi môi chất làm lạnh là quá trình thu gom toàn bộ môi chất từ hệ thống ở dàn nóng, cần thực hiện trước khi ngắt ống dẫn để ngăn chặn rò rỉ vào không khí Điều này đảm bảo an toàn và bảo vệ môi trường Chế độ hút chân không cũng là một phần quan trọng trong quy trình này.
Chế độ hút chân không hoạt động khi máy hút chân không được kích hoạt, đồng thời van mở ra để máy hút toàn bộ khí từ trong xe qua đường ống kết nối LP và HP.
Hình 2.21 Chế độ hút chân không
Hút chân không là bước quan trọng trong quá trình thay thế gas lạnh, giúp làm sạch đường ống và loại bỏ tạp chất, cặn bẩn Điều này ngăn chặn các sự cố như tắc gas lạnh và tắc ẩm, đảm bảo máy nén hoạt động hiệu quả nhất Ngoài ra, việc hút chân không cũng giúp kiểm tra rò rỉ trong hệ thống.
Để kiểm tra tình trạng đường ống, trước tiên cần khóa tất cả các van Sau đó, quan sát đồng hồ áp suất; nếu kim đồng hồ chỉ ở mức -30 psi, đường ống đang hoạt động bình thường Ngược lại, nếu kim đồng hồ di chuyển, điều này cho thấy đường ống có thể đang bị rò rỉ.
Hình 2.22 Chế độ kiểm tra rò rỉ d Chế độ nạp thêm gas lạnh vào bình chứa
Khi bình chứa hết gas lạnh, cần tiến hành nạp thêm gas vào Quá trình này diễn ra bằng cách kết nối dây dẫn từ bình gas bên ngoài vào bình chứa để bổ sung gas lạnh.
Cách sử dụng máy nạp gas cho ô tô
Để nạp gas cho hệ thống lạnh, trước tiên cần kết nối các ống cao áp (HP) và ống thấp áp (LP) vào xe, sau đó ấn mở công tắc máy.
Hình 2.23 Bật công tắc máy Hình 2.24 Giao diện máy đã sẵn sàng
Giao diện khi máy đã sẵn sàng cho các công việc nạp gas
GAS: 0174g là khối lượng gas còn lại trong bình chứa a Chế độ thu hồi gas cũ
Bước 1: Ấn vào chữ “R” trên màn hình Màn hình sẽ hiển thị vào chế độ hút khí lạnh từ xe về
Hình 2.25 Nút R Hình 2.26 Chế độ thu hồi gas đã sẵn sàng
Khi ấn “OK”, bạn đã chọn chế độ “RECOVER” và cần thiết lập thời gian hút khí lạnh từ xe về, thường là trong vòng 10 phút.
Kết thúc quá trình “RECOVER” thì máy sẽ phát ra vài tiếng kêu báo hiệu và màn hình hiển thị đã hoàn thành
Hình 2.27 Chế độ thu hồi gas cũ hoàn thành b Chế độ hút chân không
Quá trình này giúp cho hệ thống lạnh bên trong xe sẽ được đảm bảo sạch sẽ không có lẫn tạp chất hay bụi bẩn
Trên bảng điền khiền chúng ta sẽ ấn nút “V” như vậy máy đã được chọn vào chế độ hút chân không
Chúng ta sẽ set thời gian hút chân không tùy vào mỗi xe mà thời gian hút sẽ khác nhau
Hình 2.29 Đã chọn vào chế độ hút chân không
Kết thúc quá trình hút chân không thì máy sẽ có tiếng kêu báo và màn hình hiển thị đã hoàn thành
Hình 2.30 Kết thúc quá trình hút chân không c Kiểm tra rò rỉ
Hình 2.31 Đồng hồ báo áp suất
Quá trình kiểm tra rò rỉ trong hệ thống điều hòa xe hơi rất đơn giản Đầu tiên, hãy khóa tất cả các van và quan sát đồng hồ Nếu kim đồng hồ chỉ -30 psi và giữ nguyên vị trí trong suốt quá trình kiểm tra, điều này cho thấy đường ống trong xe đã kín Ngược lại, nếu kim đồng hồ tăng lên, điều đó chứng tỏ đường ống đã bị rò rỉ Sau khi kiểm tra, tiếp tục với quá trình nạp gas lạnh vào xe.
Ta chọn chế độ nạp gas lạnh vào xe bằng cách nhấn nút “C” trên bàn phím
Hình 2.32 Nhấn nút “C” để lựa chọn chế độ nạp gas
Nhấn nút OK trên bàn phím và lựa chọn khối lượng gas muốn nạp vào xe
Hình 2.33 Lựa chọn khối lượng gas nạp vào xe
Sau khi xác định khối lượng gas cần nạp, người dùng nhấn “OK” để bắt đầu quá trình nạp gas Thời gian nạp gas sẽ phụ thuộc vào áp suất của bình chứa và khối lượng gas được nạp vào xe Khi quá trình nạp gas hoàn tất, máy sẽ phát ra âm thanh báo hiệu Quá trình này diễn ra khi gas lạnh được nạp từ bên ngoài vào bình chứa.
Quá trình nạp gas vào bình chứa chỉ được thực hiện khi gas trong bình đã hết hoặc không đủ cho lần nạp tiếp theo Trước khi tiến hành nạp, cần xả hết gas còn lại trong bình để máy cân có thể xác định chính xác khối lượng gas cần nạp.
Ta nhấn nút “KG” trên bàn phím rồi nhấn “OK”
Thiết lập khối lượng gas nạp vào bằng hai phím “+” và “-“
Nhấn “OK” để bắt đầu nạp gas vào bình Sau khi hoàn tất quá trình nạp, máy sẽ tự động reset và trở lại giao diện sẵn sàng.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
Giới thiệu về arduino
Arduino được giới thiệu chính thức vào năm 2005 bởi giáo sư Massimo Banzi tại trường Interaction Design Institute Ivrea (IDII) như một công cụ học tập cho sinh viên Mặc dù không có chiến dịch tiếp thị hay quảng cáo, nhưng Arduino nhanh chóng trở nên nổi tiếng nhờ sự truyền miệng tích cực từ những người dùng đầu tiên.
Hình 3.1 Các loại Arduino phổ biến
Arduino là một nền tảng mã nguồn mở với cả phần cứng và phần mềm đều được công khai trực tuyến Nó có khả năng hoạt động độc lập, chẳng hạn như trong các ứng dụng robot, hoặc kết nối với máy tính để truy cập dữ liệu cảm biến từ môi trường xung quanh Bên cạnh đó, Arduino cũng có thể kết nối với các thiết bị điện tử khác và các chip điều khiển, mở rộng khả năng tương tác và phản hồi thông tin.
Mức giá để sở hữu khá thấp, ngôn ngữ lập trình dễ sử dụng
Phần mềm lập trình Arduino IDE
Hình 3.2 Giao diện lập trình Arduino IDE
Giao diện của phần mềm Arduino IDE có nhiều phần, tuy nhiên chúng ta chú ý đến những phần quan trọng như được nêu ra trong hình trên
Các chức năng của phần mềm Arduino IDE: a Nút kiểm tra chương trình
Chức năng kiểm tra lỗi trong phần mềm Arduino IDE giúp xác định xem chương trình có gặp vấn đề hay không Khi có lỗi, thông tin chi tiết sẽ được hiển thị trong khu vực thông báo Ngoài ra, người dùng có thể sử dụng nút nạp để tải chương trình vào bo Arduino.
Quá trình nạp chương trình vào mạch Arduino bao gồm việc kiểm tra lỗi trước khi thực hiện nạp Đồng thời, màn hình giao tiếp với máy tính cũng sẽ được hiển thị trong quá trình này.
Khi nhấp vào biểu tượng kính lúp, giao diện tương tác với máy tính sẽ xuất hiện Tại đây, người dùng có thể nhập các thông số cần hiển thị Để hiển thị thông số trên màn hình, cần sử dụng lệnh Serial.print().
Vùng này để người lập trình thực hiện việc lập trình cho chương trình của mình e Vùng báo thông tin
Có chức năng thông báo các thông tin lỗi của chương trình hoặc các vấn đề liên quan đến chương trình được lập
Phương thức giao tiếp I2C trong Arduino
I2C, viết tắt của Inter-Integrated Circuit, là một giao thức bus giao tiếp giữa các IC Giao thức này được sử dụng rộng rãi như một bus giao tiếp ngoại vi cho nhiều loại IC khác nhau, bao gồm vi điều khiển 8051, PIC, AVR, ARM, cũng như các chip nhớ như RAM tĩnh, EEPROM, bộ chuyển đổi tương tự số (ADC), số tương tự (DAC), và các IC điều khiển LCD, LED.
I2C sử dụng 2 đường truyền tín hiệu:
Một đường xung nhịp đồng hồ (SCL) chỉ do master phát đi (thông thường ở 100kHz và 400kHz Mức cao nhất là 1Mhz và 3.4Mhz)
Một đường truyền dữ liệu (SDA) theo 2 hướng gửi nhận
Bus I2C cho phép kết nối nhiều thiết bị mà không xảy ra nhầm lẫn, nhờ vào địa chỉ duy nhất của mỗi thiết bị trong mối quan hệ chủ/tớ Mỗi thiết bị có thể hoạt động như thiết bị nhận hoặc truyền dữ liệu, hoặc đồng thời thực hiện cả hai chức năng, tùy thuộc vào vai trò của nó là chủ (master) hay tớ (slave).
Hình 3.3 Sơ đồ giao tiếp I2C
Khi kết nối một thiết bị hoặc IC với bus I2C, mỗi thiết bị cần có một địa chỉ duy nhất và được cấu hình là thiết bị chủ hoặc tớ Sự phân biệt này là do thiết bị chủ có quyền điều khiển toàn bộ bus I2C, đảm nhiệm việc tạo xung đồng hồ cho hệ thống Trong quá trình giao tiếp giữa thiết bị chủ và tớ, thiết bị chủ không chỉ tạo xung đồng hồ mà còn quản lý địa chỉ của thiết bị tớ, với thiết bị chủ giữ vai trò chủ động và thiết bị tớ giữ vai trò bị động.
Giao thức I2C sử dụng 7 bit để định địa chỉ, cho phép kết nối tối đa 128 thiết bị trên một bus, trong đó có 112 địa chỉ khả dụng cho thiết bị 16 địa chỉ còn lại được dành cho mục đích riêng Bit cuối cùng xác định chế độ truyền dữ liệu, với 1 cho ghi và 0 cho đọc Điểm mạnh của I2C nằm ở hiệu suất cao và tính đơn giản, cho phép một khối điều khiển trung tâm quản lý toàn bộ mạng thiết bị chỉ với hai lối ra điều khiển.
Timer trong Arduino
Timer/Counter là module hoạt động độc lập và không thể thiếu của bất kỳ
Microcontroller nào Chức năng của Timer/Counter gồm: định thời, đếm sự kiện, tạo xung PWM,
Trên chip Atmega328p của Arduino có 3 bộ Timer/Counter là:
Timer/Counter0 (8bit), Timer/Counter1 (16 bit), Timer/Counter2 (8 bit)
Các thanh ghi trên Timer: a Thanh ghi TCNT1(Timer/Counter 1 Register)
Thanh ghi TCNT1 là thanh ghi 16 bit, lưu trữ giá trị của Timer/Counter1 và cho phép thực hiện các thao tác đọc-ghi trực tiếp Điều này cho phép chúng ta thực hiện các phép gán hoặc thay đổi giá trị của TCNT1 Bên cạnh đó, thanh ghi TCCR1B (Timer/Counter 1 Control Register B) cũng đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hoạt động của Timer/Counter 1.
TCCR1B là một trong hai thanh ghi điều khiển hoạt động của Timer/Counter1, cùng với TCCR1A Đối với những mục đích đơn giản, TCCR1B thường là đủ để sử dụng.
Trong thanh ghi TCCR1B, chỉ cần sử dụng 3 bit CS10, CS11 và CS12 để chọn xung nhịp cho Timer/Counter 1 (T/C1) Tham khảo bảng dưới đây để biết thêm chi tiết.
Hình 3.5 Mô tả clock Select Bit trên thanh ghi TCCR1B
Theo mặc định, chip Atmega328p trên Arduino chạy ở 16MHz, prescaler = 64 Điều này có nghĩa là: theo mặc định, các bộ T/C trên Arduino sẽ có tần số hoạt động là
16MHz/64 = 250kHz c Thanh ghi TIMSK1 (Timer/Counter1 Interrupt Mask Register)
Thanh ghi TIMSK1 lưu giữ các Interrupt Mask cho Timer/Counter 1, cho phép thực hiện các Timer Interrupt Khi làm việc với thanh ghi này, cần chú ý đến các bit quan trọng để đảm bảo hoạt động chính xác của hệ thống.
bit 5 - ICIE1: Input Capture Interrupt Enable - Cho phép ngắt khi dùng Input Capture
bit 2 - OCIE1B: Output Compare Interrupt Enable 1 channel B - Cho phép ngắt khi dùng Output Compare ở channel B
bit 1 - OCIE1A: Output Compare Interrupt Enable 1 channel A - Cho phép ngắt khi dùng Output Compare ở channel A
bit 0 - TOIE1: Overflow Interrupt Enable 1 - Cho phép ngắt khi xảy ra tràn trên T/C d Thanh ghi OCR1A và thanh ghi OCR1B
Khi T/C1 hoạt động, giá trị TCNT1 tăng dần và được so sánh với các giá trị trong thanh ghi OCR1A và OCR1B Quá trình so sánh này được gọi là "Output Compare" Khi giá trị của TCNT1 bằng với giá trị của OCR1A hoặc OCR1B, một sự kiện "Match" xảy ra, dẫn đến việc thực hiện một Interrupt nếu đã được kích hoạt trong thanh ghi TIMSK1 Đồng thời, thanh ghi ICR1 (Input Capture Register 1) cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Giá trị của thanh ghi ICR1 sẽ được cập nhật dựa trên thanh ghi TCNT1 mỗi khi có sự kiện xảy ra tại chân ICP1, tương ứng với chân digital 8 của Arduino.
Các chế độ của Timer
32 f Các chế độ của Timer
Chế độ hoạt động đơn giản nhất của T/C1 (mode 0) cho phép thanh ghi TCNT1 tăng từ 0 (BOTTOM) đến 65535 (MAX) và sau đó quay về 0 Nếu gán trước cho TCNT1 một giá trị cụ thể, nó sẽ bắt đầu đếm từ giá trị đó.
Để viết một chương trình đọc dữ liệu từ cảm biến nhiệt mỗi 0.1 giây, việc sử dụng hàm delay() trong thân chương trình sẽ khiến việc cập nhật giá trị nhiệt độ không đảm bảo Thay vào đó, giải pháp hiệu quả là sử dụng Interrupt của Timer/Counter để đảm bảo việc cập nhật dữ liệu diễn ra đúng thời gian.
Chip Atmega328p trên Arduino hoạt động với tần số 16MHz và prescaler = 64, dẫn đến thời gian TCNT1 tăng 1 đơn vị là 4us Thời gian để T/C1 đếm từ 0 đến 65535 là 0.262144s, trong khi chúng ta cần tạo ra 0.1s, điều này thỏa mãn vì 0.1 < 0.262144 Do đó, số lần đếm cần thiết là 0.1s/4us = 25000, và giá trị ban đầu của TCNT1 sẽ là 65536 - 25000 = 40536.
Clear Timer on Compare Match(CTC) mode
Chế độ CTC hoạt động bằng cách sử dụng thanh ghi OCR1A để lưu giá trị TOP, trong khi thanh ghi TCNT1 bắt đầu đếm từ 0 Khi giá trị của TCNT1 đạt bằng OCR1A, sẽ xảy ra sự kiện "Compare Match" Lúc này, ngắt Compare Match có thể được kích hoạt nếu bit OCIE1A đã được thiết lập trong thanh ghi TIMSK1.
EEPROM trong Arduino
EEPROM (Bộ nhớ chỉ đọc có thể lập trình và xóa điện tử) là một loại chip nhớ không bay hơi, thường được sử dụng trong máy tính và thiết bị di động để lưu trữ một lượng dữ liệu nhỏ, cho phép thay đổi nội dung khi cần thiết.
EEPROM thuộc loại "bộ nhớ không mất dữ liệu khi ngừng cung cấp điện" (non- volatile storage)
EEPROM là công nghệ tiên tiến nhất trong dòng ROM, nổi bật với khả năng xóa dữ liệu thông qua lập trình mà không cần thiết bị chuyên dụng như các thế hệ trước Nhờ vào EEPROM (hoặc flash ROM), người dùng có thể dễ dàng xóa các chương trình trên bo mạch chủ của máy tính cá nhân mà không cần thực hiện thao tác cơ học nào, kể cả việc tháo vỏ máy tính Công nghệ này cũng hỗ trợ các thiết bị khác như bo mạch mạng và bo mạch điều khiển.
Nâng cấp firmware cho các thiết bị như đồ hoạ, điểm truy cập không dây, và bộ định tuyến hiện nay có thể thực hiện dễ dàng mà không cần thay đổi chip nhớ Trước đây, người dùng thường phải gắn chip trên các đế để thay thế khi cần thiết, nhưng giờ đây, việc này đã trở nên đơn giản hơn rất nhiều.
Ứng dụng phần mềm thiết kế mô phỏng mạch điện Eagle
Autodesk EAGLE là một phần mềm thiết kế mạch điện do công ty CadSoft
Eagle là phần mềm thiết kế mạch in được phát triển tại Đức, nổi bật với khả năng tối ưu hóa dung lượng và yêu cầu cấu hình PC, mang lại lợi thế so với các phần mềm thiết kế khác.
Autodesk EAGLE là một ứng dụng hữu ích cho việc thiết kế bảng mạch in chất lượng cao, cung cấp nhiều công cụ ấn tượng trong một giao diện người dùng trực quan.
Autodesk EAGLE sở hữu giao diện người dùng thân thiện, giúp người dùng dễ dàng tạo dự án mới thông qua thư viện, trình soạn thảo văn bản hoặc bảng sơ đồ Trình chỉnh sửa bảng của nó cung cấp nhiều công cụ chuyên dụng, cho phép vẽ các hình dạng như cung, vòng tròn, đa giác và hình chữ nhật, đồng thời cho phép chèn dây và nhúng tin nhắn văn bản.
Hình 3.7 Giao diện thiết kế mạch điện của Eagle
Autodesk EAGLE cho phép người dùng di chuyển, sao chép hoặc xóa các đối tượng đã chọn, cũng như chèn nội dung từ Clipboard và chọn các thành phần khác nhau để đưa vào môi trường làm việc Phần mềm này lưu lại lịch sử các lỗi được phát hiện và hỗ trợ in các bảng mạch đã tạo.
Các tính năng Autodesk EAGLE mang lại:
Phần mềm thiết kế PCB dễ dàng cho kỹ sư điện
Một ứng dụng rất tiện dụng có thể được sử dụng để thiết kế bố trí bảng mạch in chất lượng cao
Thể hiện ý tưởng điện của bạn qua một thiết kế PCB
Giao diện người dùng đơn giản giúp bạn dễ dàng tạo các dự án mới thông qua thư viện, trình soạn thảo văn bản hoặc bảng sơ đồ.
Cũng có thể chèn dây và có thể nhúng các tin nhắn văn bản
Cho phép bạn di chuyển, sao chép hoặc xóa các đối tượng đã chọn
Có thể chèn nội dung Clipboard, chọn từ các thành phần khác nhau có thể được đưa vào môi trường làm việc
Giữ lịch sử với các lỗi được phát hiện và cho phép người dùng in các bảng mạch được tạo
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
Cấu tạo mạch điều khiển máy nạp gas tự động
Hình 4.1 Mạch điều khiển máy sạc gas
2 Domino cấp nguồn cho máy nén, máy hút chân không, các van điện
3 Jack tín hiệu vào loadcell
4 Jack tín hiệu vào cảm biến áp suất khí
5 Board chuyển đổi nguồn điện 220VAC thành 12VDC
6 Khối chuyển nguồn 12VDC thành 5VDC cấp nguồn cho vi điều khiển và các module khác
7 Module HX711 chuyển đổi ADC 24bit
8 Cụm relay thường mở đóng cắt máy nén, máy hút chân không, các van điện
10 Vi điều khiển Arduino Promini
12 Jack đưa nguồn và tín hiệu lên board màn hình LCD
Hình 4.2 Mạch hiển thị thông tin và nút nhấn a Arduino promini
Hình 4.4 Sơ đồ chân Arduino promini
Arduino Promini được phát triển dựa trên vi xử lý AVR Atmel 8 bit, sở hữu 14 chân digital có khả năng hoạt động như đầu vào hoặc đầu ra Thiết bị hoạt động ở mức điện áp 5 volts, với mỗi pin có khả năng cung cấp hoặc nhận tối đa 40 mA và có điện trở kéo lên từ 20-50 kOhms Đặc biệt, các chân 3, 5, 6, 9, 10 và 11 có thể xuất ra tín hiệu.
P M Ngoài 14 chân digital Promini còn có 8 chân analog có độ phân giải 10 bit
- Arduino promini có thể lập trình trên phần mềm Arduino Để nạp chương trình cho Arduino promini chúng em sử dụng mạch USB to TTL CH340
Mạch USB to TTL CH340
Hình 4.5 Mạch USB to TTL CH340
- Mạch CH340 USB to TTL là mạch chuyển tín hiệu cổng USB từ máy tính sang dạng nối
Mạch tiếp dùng để nạp cho các board Arduino như Arduino Pro Mini, hoặc giao tiếp giữa các vi điều khiển và máy tính Với thiết kế nhỏ gọn và khả năng tương thích với các hệ điều hành phổ biến như Windows, MacOS, và Linux, mạch này dễ sử dụng và có chi phí thấp.
- Module giúp tạo ra một cổng COM ảo trên máy tính
- Đầu ra cổng COM phù hợp với nhiều thiết bị
- Có thể sử dụng để nạp code cho một số vi điều khiển
Các thông số chi tiết
Bảng 3: Thông số arduino promini
Vi điều khiển Atmega328p( 8 bit ) Điện áp hoạt động 5VDC
Tần số hoạt động 16MHz
Dòng tiêu thụ 30mA Điện áp vào khuyên dùng 5 - 9VDC Điện áp vào giới hạn 5 – 20VDC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)
Số chân Analog 8 chân ( Độ phân giải 10 bit )
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 40mA
Dòng ra tối đa (5V) 500mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50mA
Bộ nhớ Flash 32KB(Atmega328p)
Bảng 4:Thông số mạch nạp CH340 Điện áp hoạt động 5VDC
Chíp xử lý PL2303HX
Các chân trên module GND, TX, RX, VCC, 3.3V
Mức điện áp trên module 5VDC và 3.3VDC
Các hệ điều hành hỗ trợ XP, WIN 7, WIN 8.1, WIN 10, Apple
Kích thước 12x33mm b Cảm biến trọng lượng loadcell
Hình 4.6 Sơ đồ đấu nối Arduino và cảm biến trọng lượng
Load cell là thiết bị cảm biến chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu điện, với đầu ra độc lập từ 1 đến 3 mV/V Đầu ra này được tổng hợp từ kết quả của từng cảm biến tải, và được đo lường hoặc hiển thị qua các thiết bị khuyếch đại tín hiệu Qua quá trình chuyển đổi ADC và xử lý bởi vi xử lý với phần mềm tích hợp, kết quả sẽ được hiển thị trên màn hình Hầu hết các thiết bị và bộ hiển thị hiện đại đều hỗ trợ giao tiếp với các hệ thống khác.
Các load cell, hay cảm biến tải cầu điện trở, hoạt động dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone Chúng có khả năng kết nối với nhiều thiết bị ngoại vi khác như máy tính và máy in.
Giá trị lực tác dụng tỷ lệ thuận với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, dẫn đến tín hiệu điện áp tương ứng Công nghệ này mang lại ưu điểm lớn nhờ vào việc thiết kế sản phẩm phù hợp với các tham số đã được xác định trước, đáp ứng nhu cầu thực tế của người dùng Các phần tử cảm ứng được chế tạo với kích thước và hình dạng đa dạng, phù hợp với yêu cầu ứng dụng cụ thể Những dạng cảm biến phổ biến bao gồm cảm biến tải dạng kéo, dạng uốn và cảm biến tải dạng nén.
Cân điện tử được cấu tạo từ hai bộ phận chính: đòn cân và mạch xử lý tín hiệu điện tử Đòn cân, hay còn gọi là "Strain Gauge Load Cell," bao gồm hai thành phần chính là "Strain Gauge" và "Load." Strain Gauge là một điện trở đặc biệt có kích thước nhỏ, thay đổi điện trở khi bị nén hoặc kéo dãn, và được cấp nguồn điện ổn định Nó được gắn chặt lên Load, là một thanh kim loại chịu tải.
Hình 4.7 Cấu tạo của cảm biến trọng lượng - loadcell
Thanh kim loại có một đầu cố định và đầu còn lại tự do, được gắn với đĩa cân Khi đặt một khối lượng lên đĩa, thanh kim loại sẽ uốn cong dưới tác động của trọng lượng, dẫn đến sự thay đổi điện trở của cảm biến biến dạng (Strain Gauge).
Khi đặt vật lên bàn cân, khối lượng của vật sẽ khiến thanh kim loại bị uốn và làm thay đổi điện trở của Strain Gauge Sự thay đổi này được đo lường để xác định trọng lượng Thanh kim loại thường được thiết kế để đảm bảo mức độ uốn không thay đổi, bất kể vị trí của vật trên bàn cân.
Loadcell được cấu tạo chủ yếu từ các điện trở strain gauges R1, R2, R3, R4, kết nối thành một cầu điện trở Wheatstone Các điện trở này được dán chắc chắn lên bề mặt của thân loadcell Khi một điện áp kích thích được cung cấp vào hai góc (1) và (4) của cầu điện trở Wheatstone, điện áp tín hiệu đầu ra sẽ được đo giữa hai góc còn lại.
Tại trạng thái cân bằng, điện áp tín hiệu ra gần bằng không khi bốn điện trở được kết nối đúng cách, khiến cầu điện trở heatstone còn được gọi là mạch cầu cân bằng Khi có tải trọng tác động lên loadcell, thân loadcell bị biến dạng, dẫn đến thay đổi chiều dài và tiết diện của các sợi kim loại của điện trở strain gauges Sự thay đổi này làm thay đổi giá trị của các điện trở strain gauges và do đó, điện áp đầu ra cũng thay đổi Từ điện áp đầu ra, chúng ta có thể tính toán được trọng lượng tác động lên loadcell.
Hình 4.8 Module chuyển đổi ADC 24bit
Mạch đọc giá trị cảm biến loadcell với độ phân giải 24 bit chuyển đổi dữ liệu sang giao tiếp 2 dây (clock và data) để gửi thông tin cho vi điều khiển hoặc Arduino.
Mạch chuyển đổi ADC 24-bit HX711 là một module chuyển đổi tín hiệu analog sang digital với độ phân giải 24-bit HX711 được thiết kế chuyên dụng để chuyển đổi tín hiệu và ứng dụng trong điều khiển công nghiệp, cho phép giao tiếp trực tiếp với cảm biến cầu.
HX711 không chỉ có một vài chức năng cơ bản, cũng có tích hợp cao, phản ứng nhanh, khả năng chống nhiễu, và độ tin cậy cao
Bảng 5: Thông số kỹ thuật module HX711 Điện áp hoạt động 2.7 – 5VDC
Tốc độ lấy mẫu 10 – 80 SPS Độ phân giải 24 Bit ADC Độ phân giải điện áp 40mV
Kích thước 38 x 21 x 10 mm d Module chuyển đổi điện áp 220VAC thành 12VDC
Hình 4.9 Mạch chuyển đổi nguồn 220VAC thành 12VDC
43 Điện áp 220VAC được cấp và 2 đầu sơ cấp của biến áp ta được 12VAC ở 2 đầu sơ cấp
Hình 4.10 Quá trình biến đổi điện áp 220VAC thành 12VDC
Dòng điện 12V xoay chiều từ biến áp được chuyển đổi thành điện 12V một chiều qua bộ chỉnh lưu Sau đó, dòng điện này đi qua mạch lọc và mạch ổn áp để tạo ra nguồn 12V ổn định, phục vụ cho việc đóng ngắt relay và cung cấp năng lượng cho các bộ phận khác.
Hình 4.11 Cấu tạo của relay
Relay bao gồm một cuộn dây điện quấn quanh lõi sắt từ, với hai phần chính: phần tĩnh gọi là Ách từ (Yoke) và phần động gọi là phần Ứng (Armature) Phần Ứng được kết nối cơ học với một tiếp điểm động, tạo nên cơ chế hoạt động của relay.
Khi cuộn dây được cấp điện, thì sẽ biến thành nam châm điện, sẽ hút phần ứng để mở hoặc đóng trực tiếp các tiếp điểm điện
Khi relay mất điện, từ trường biến mất và phần ứng sẽ trở lại vị trí ban đầu nhờ vào sự hỗ trợ của lò xo phản hồi.
Dòng chạy qua cuộn dây để điều khiển rơ le ON hay OFF thường vào khoảng 30mA với điện áp 12V hoặc có thể lên tới 100mA
Trên rơ le có 3 kí hiệu là: NO, NC và COM:
Sơ đồ mạch điện
Hình 4.18 Sơ đồ kết nối mạch điều khiển
Nguồn điện 220VAC được cung cấp qua cầu chì và bộ chuyển đổi, biến đổi thành 12VDC để cấp nguồn cho cuộn dây relay, đồng thời cũng cung cấp điện 5VDC cho vi điều khiển hoạt động hiệu quả.
Arduino nhận tín hiệu từ nút nhấn và cảm biến để điều khiển relay, giúp đóng ngắt máy nén, máy hút chân không và các van điện Kết quả sẽ được hiển thị trên màn hình LCD.
Lập trình điều khiển
a Chế độ thu hồi gas
Trong chế độ thu hồi gas, người điều khiển thực hiện thao tác bằng cách nhấn nút “R” trên bàn phím máy, kích hoạt chế độ Recover Khi đó, vi điều khiển sẽ hiển thị chế độ này trên màn hình, cho phép người điều khiển lựa chọn thời gian thu hồi gas thông qua hai nút điều chỉnh.
Sau khi cài đặt thời gian, nút “OK” được chọn để kích hoạt Vi điều khiển sẽ ra lệnh mở máy nén và van điện thông qua relay Đồng thời, vi điều khiển kiểm tra áp suất bình chứa gas và thời gian chế độ recover Nếu các điều kiện đúng, chương trình sẽ kết thúc.
50 b Chế độ hút chân không
Hình 4.20 Lưu đồ thuật toán thực hiện chế độ hút chân không
Khi người điều khiển nhấn nút “V” trên bàn phím, hệ thống sẽ kích hoạt chế độ hút chân không Vi điều khiển sẽ mở các relay để bắt đầu quá trình này, trong khi tiner sẽ bắt đầu đếm thời gian Khi thời gian đếm của tiner đạt đến thời gian cài đặt, chương trình sẽ tự động kết thúc.
51 c Chế độ nạp gas vào xe
Hình 4.21 Lưu đồ thuật toán quá trình nạp gas
Nút nhấn sẽ được kiểm tra liên tục, và khi Vi điều khiển (VĐK) nhận được tín hiệu, chương trình nạp gas sẽ được thực hiện Trong quá trình này, khối lượng gas nạp vào hệ thống lạnh và áp suất gas bên trong xe sẽ được theo dõi để đảm bảo an toàn Quá trình nạp gas sẽ kết thúc khi đạt được các thông số thiết lập.
52 d Chế độ nạp gas từ ngoài vào bình chứa
Hình 4.22 Lưu đồ thuật toán quá trình nạp gas vào bình chứa
Sau một thời gian sử dụng, gas trong bình chứa sẽ hết, và cần nạp thêm gas để tiếp tục sử dụng Đầu tiên, chọn chế độ trên bàn phím để VĐK chuyển sang chế độ nạp gas Quá trình sẽ kết thúc khi gas được nạp vào đúng giá trị đã cài đặt.