GIỚI THIỆU
Tính cấp thiết của đề tài
Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu về sự thuận tiện của con người, đặc biệt là những người khuyết tật về chân, ngày càng tăng Họ gặp khó khăn trong việc di chuyển và thường phải phụ thuộc vào sự giúp đỡ của người khác, điều này khiến họ cảm thấy như gánh nặng Nếu có phương tiện hỗ trợ di chuyển dễ dàng, sẽ giúp cải thiện đáng kể chất lượng cuộc sống và tinh thần của họ trong sinh hoạt hàng ngày.
Các phương tiện tự chế hoặc sản xuất quy mô nhỏ chủ yếu hoạt động bằng lực kéo tay của người khuyết tật chân, dẫn đến khả năng vận hành kém linh hoạt và tốc độ di chuyển thấp Trong khi đó, các sản phẩm nhập khẩu từ nước ngoài có khả năng di chuyển linh hoạt hơn và tốc độ cao hơn, nhưng vẫn chưa phù hợp với điều kiện đường xá và kinh tế của đa số người khuyết tật tại Việt Nam Nhóm nghiên cứu đang tập trung vào việc thiết kế và chế tạo một chiếc xe đa địa hình, dễ điều khiển, an toàn, và hỗ trợ người khuyết tật tự lên xe Đây là lĩnh vực đang được nhiều quốc gia quan tâm và phát triển mạnh mẽ, giúp người khuyết tật dễ dàng hơn trong di chuyển và các nhu cầu cá nhân hàng ngày Việc thiết kế và chế tạo xe điện là cấp thiết để giải quyết những vấn đề này.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Quá trình thực hiện đề tài cung cấp cho nhóm sinh viên cơ hội áp dụng kiến thức và kỹ năng để nghiên cứu, giải quyết vấn đề và đáp ứng yêu cầu thực tiễn Mục tiêu là thiết kế và chế tạo xe điện phục vụ cho người khuyết tật chân, đồng thời tìm ra các phương án thiết kế tối ưu nhằm nâng cao tính tiện dụng của hệ thống xe lăn điện.
Giải quyết những vấn đề về điều khiển tìm ra phương án tối ưu nhất để tiết kiệm về chi phí và phí và năng lượng
Chiếc xe được thiết kế đặc biệt để đáp ứng nhu cầu di chuyển của người khuyết tật chân trên những địa hình gồ ghề Với khả năng tự lên xe mà không cần sự trợ giúp, người khuyết tật chân có thể dễ dàng di chuyển và hòa nhập với cuộc sống xung quanh bất cứ lúc nào họ muốn.
Đối tượng phạm vi nghiên cứu
1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
Mục tiêu cần đạt được của đề tài là:
Vận dụng kiến thức và kỹ năng đã học, chúng tôi thiết kế và chế tạo xe điện hoàn chỉnh dành cho người khuyết tật chân, đáp ứng các yêu cầu về tính năng, an toàn và tiện ích Xe được tối ưu hóa để mang lại sự thoải mái và dễ dàng di chuyển cho người sử dụng, đồng thời đảm bảo tính bền vững và hiệu quả trong quá trình vận hành.
+ Chiếc xe dẫn động bằng bốn bánh khung xe linh hoạt theo địa hình
+ Cơ cấu nâng hạ yên xe phù hợp và tiện dụng nhất với người khuyết tật chân
+ Nghiên cứu và hoàn thiện điều khiển động cơ bằng PIC 16f887
- Đưa chiếc xe vào hoạt động thực tế và cải tiến những điều còn thiếu sót
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu các mẫu xe điện phổ biến dành cho người khuyết tật chân, bao gồm hệ thống treo và cơ cấu vận hành bẻ lái, nhằm ứng dụng vào thiết kế của nhóm.
- Những cơ cấu nâng hạ tải trọng nhỏ an toàn phù hợp với yêu cầu đề ra
- Khả năng vận hành và ổn định của chiếc xe sau thiết kế
- Nghiên cứu phát triển hệ thống điều khiển bằng Joystick
Do thời gian cho phép nên nhóm chỉ tập trung nghiên cứu những phần sau
- Thiết kế tối ưu hệ thống cơ khí gồm:
+ Hệ thông nâng hạ yên xe
- Thiết kế và tối ưu hệ thống điện gồm:
+ Mạch điều khiển sử dụng PIC 16f887
+ Mạch cầu H điều khiển động cơ trong xe.
Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện đề tài này nhóm đã sử dụng kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu:
Tham khảo tài liệu từ sách và Internet là phương pháp chính trong quá trình thực hiện đề tài Việc dựa vào các tài liệu có sẵn giúp kế thừa những điểm mạnh và khắc phục những điểm yếu, đồng thời bổ sung kiến thức, lý luận và phương pháp từ các công trình nghiên cứu trước đó.
Nhóm đã tìm ra ý tưởng để giải quyết các vấn đề của đề tài bằng cách vận dụng sự phát triển của công nghệ thông tin và Internet Việc này cho phép cập nhật nhanh chóng các tiến bộ khoa học kỹ thuật và phát minh mới, đồng thời cung cấp một kho tài liệu phong phú Do đó, nhóm đã áp dụng phương pháp này để tìm kiếm tài liệu liên quan.
Quan sát thực tế là phương pháp quan trọng giúp người thực hiện hiểu rõ các phương pháp hiện tại, từ đó phân tích ưu nhược điểm và đề xuất cải tiến hoặc thiết kế mới Việc trực tiếp quan sát quy trình làm sạch bavia tại nhà máy sản xuất cung cấp cơ sở vững chắc cho nhóm trong việc hình thành các ý tưởng thiết kế sáng tạo.
- Thực nghiệm: Quá trình chế tạo và thực nghiệm luôn đi cùng với nhau để sản phẩm tạo ra là hoàn thiện nhất.
Kết cấu đồ án
Đồ án tốt nghiệp bao gồm 6 chương :
- Chương 1 Giới thiệu chung về đề tài:
Tính cấp thiết của đề tài,mục đích đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Xe điện cho người khuyết tật chân có những đặc điểm nổi bật như thiết kế thân thiện, dễ sử dụng và khả năng điều chỉnh linh hoạt Tại Việt Nam và quốc tế, cần nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới nhằm cải thiện tính năng an toàn, tăng cường khả năng di chuyển và giảm trọng lượng xe Ngoài ra, việc chế tạo xe điện cần chú trọng đến tính bền vững và thân thiện với môi trường, đồng thời đáp ứng nhu cầu đa dạng của người khuyết tật.
- Chương 3 Cơ sở lý thuyết Đưa ra các lý thuyết được sử dụng trong quá trình thực hiện đề tài
- Chương 4 Thiết kế thi công phần cơ khí: Đưa ra bản vẽ thiết kế và quá trình thi công phần cơ khí của máy
- Chương 5 Thiết kế thi công phần điện:
Trình bày về những tính toán thiết kế mạch điều khiển và tủ điện
- Chương 6 Thực nghiệm và hiệu chỉnh:
Xe điện đang trải qua giai đoạn chạy thử, tuy nhiên, nhiều vấn đề đã nảy sinh trong quá trình này Để đảm bảo an toàn và hiệu suất, cần có những giải pháp điều chỉnh phù hợp cho xe điện Việc đánh giá thực trạng và khắc phục các vấn đề sẽ giúp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng và nâng cao độ tin cậy của xe điện trong tương lai.
Kết quả đạt được, chưa được và hướng phát triển cải tiến
TỔNG QUAN
Gi ới thiệu chung
Trong xã hội hiện nay, sự phát triển của phương tiện đi lại đã tạo ra nhiều cơ hội cho người khuyết tật, đặc biệt là người khuyết tật chân Tuy nhiên, số lượng phương tiện hỗ trợ cho nhóm này vẫn còn hạn chế, chủ yếu nhập khẩu từ nước ngoài Một số quốc gia đã giới thiệu những chiếc xe cho người khuyết tật chân có khả năng di chuyển trên nhiều địa hình phức tạp, giúp họ vượt qua khó khăn trong sinh hoạt hàng ngày và thích ứng với các điều kiện thời tiết khác nhau.
Xe được trang bị hệ thống dẫn động AWD (dẫn động 4 bánh toàn thời gian) và hệ thống treo độc lập cho từng bánh, mang lại khả năng vận hành linh hoạt Với 2 động cơ có tổng công suất 500W và trọng tải tối đa 60kg, xe có thể đáp ứng nhu cầu di chuyển hiệu quả Hệ thống điều khiển sử dụng MCU PIC16-f887 với tốc độ xử lý 5MHz, cho phép người lái điều khiển xe bằng một tay thông qua Joystick Màn hình LCD 16x2 hiển thị trạng thái pin và chế độ lái, trong đó có 3 chế độ: Đi bộ, Bình thường và Chạy với tốc độ tối đa 15km/h, được chọn bằng công tắc gạt Đặc biệt, yên xe có khả năng nâng hạ độ cao, giúp người khuyết tật lên xuống xe dễ dàng; khi yên hạ xuống, xe sẽ không di chuyển.
Chiếc xe điện cho người khuyết tật chân là giải pháp di chuyển hiệu quả, đặc biệt trong những địa hình phức tạp và khi người dùng thường xuyên di chuyển một mình Xe sử dụng bình ắc quy 24V an toàn, hệ thống dẫn động bằng sắt và các bộ phận dễ dàng tháo rời, sửa chữa, phù hợp với điều kiện gia công chế tạo tại Việt Nam.
S ự phát triển của công cụ hộ trợ người khuyết tật chân
2.2.1 Công c ụ hỗ trợ người khuyết tật chân được chia như sơ đồ sau:
Sơ đồ 2.1: Công cụ hỗ trợ người khuyết tật chân 2.2.2 L ịch sử phát triển:
Những chiếc xe lăn đầu tiên được phát minh năm 1595, được thiết kế dành cho vua Philip II của Tây Ban Nha bởi một nhà phát minh vô danh
Năm 1655, Stenphen Farfler là một thợ sửa đồng hồ bị liệt 2 chân đã tạo nên một chiếc ghế tự đẩy đi trên ba bánh xe
Vào năm 1783, John Dawson đến từ thành phố Bath, Anh, đã phát minh ra chiếc xe lăn mang tên Bath với thiết kế đặc biệt gồm hai bánh lớn và hai bánh nhỏ bên cạnh Chiếc xe lăn Bath nhanh chóng trở thành sản phẩm phổ biến nhất trong những năm đầu thế kỷ 19.
Hình 2.1: Xe lăn đầu thế kỷ 19 (Nguồn: chưa rõ)
Vào năm 1869, quyền sáng chế xe lăn được công nhận, đánh dấu sự ra đời của mô hình đầu tiên với bộ điều khiển bánh xe và bánh nhỏ, giúp cải thiện khả năng điều khiển.
Vào những năm 1867-1875, những nhà phát minh đã đưa thêm những miếng cao su rỗng vào bánh xe tương tự sử dụng trong xe đạp trên vành kim loại
Công cụ hỗ trợ người khuyết tật chân
Phương tiện đi lại Xe lăn Xe điện
Công cụ đi lại Nạng Chân Robot
Vào năm 1881, dụng cụ đẩy để tự đẩy về phía trước được phát minh
Năm 1900, bánh xe căm đầu tiên được xuất hiện được sử dụng trong bánh xe Năm
1916, bánh xe có motor đầu tiên được sản xuất ở Luân Đôn
Vào năm 1932, kỹ sư Harry Jennings đã phát minh ra bánh xe lăn thép hình ống, tạo ra chiếc xe thép hình ống đầu tiên trên thế giới, tương tự như những chiếc xe được sử dụng ngày nay Chiếc xe này được thiết kế đặc biệt cho người bạn của Jennings, Herbert Everest, người bị liệt cả hai chân.
Hình 2.2: Xe lăn do kỹ sư Harry Jennings chế tạo(Nguồn: chưa rõ)
Trong hơn 10 năm qua, nhiều dự án nghiên cứu xe lăn thông minh đã được thực hiện trên toàn thế giới nhằm phát triển loại xe lăn tự động an toàn và tiện dụng Những sản phẩm này giúp người khuyết tật và người già hòa nhập dễ dàng hơn vào cộng đồng, từ đó giảm bớt gánh nặng cho xã hội Xe lăn thông minh cần có giao tiếp thân thiện với người dùng, khả năng lập kế hoạch đường đi và tự động điều khiển, giúp người sử dụng không phải liên tục ra lệnh trong quá trình di chuyển, đồng thời có khả năng phát hiện và cảnh báo rủi ro trong suốt hành trình.
Một trong những hướng nghiên cứu xe lăn có khả năng vượt địa hình giúp người sử dụng có thể vượt các địa hình gồ ghề khó di chuyển.
Đặc điểm các loại xe điện cho người khuyết tật chân trên thế giới
Xe lăn điện hiện nay đang phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới, với mẫu mã đa dạng và chủ yếu tập trung vào tính tiện dụng cho người khuyết tật.
Hầu hết các tính năng đi sâu vào trải nghiệm của người dùng rất được nhà sản xuất chú trọng
- Có thể tạm thời chia ra làm 2 loại
Loại 1 : Xe lăn điện phù hợp với nhu cầu người đi lại bình thường, không gian sinh hoạt nhỏ
Chiếc xe A17 sản xuất tại Australia có trọng lượng nhẹ chỉ 115kg và kích thước tiêu chuẩn là 590mm x 850mm x 950mm Khi gấp lại, kích thước giảm xuống còn 330mm x 590mm x 750mm, thuận tiện cho việc vận chuyển và phù hợp với nhu cầu di chuyển.
Hình 2.3: Xe lăn điện A17 do Australia sản xuất (Nguồn: chưa rõ)
Loại 2 là xe lý tưởng cho những ai thường xuyên di chuyển trên địa hình khó khăn và trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt như mưa và tuyết Tuy nhiên, xe có khối lượng lớn và cồng kềnh.
Chiếc Hexhog, do một nhóm kỹ sư người Anh phát triển, nặng 275kg và trang bị 6 bánh xe Hệ thống khung xe được thiết kế đặc biệt, cho phép Hexhog di chuyển linh hoạt trên nhiều loại địa hình phức tạp.
Hình 2.4: Xe điện Hexhog Anh chế tạo (http://www.hexhog.com/)
Các phương tiện di chuyển dành cho người nước ngoài đang được chú trọng và phát triển mạnh mẽ, đáp ứng đa dạng nhu cầu của người khuyết tật chân.
Đặc điểm các loại xe điện cho người khuyết tật chân ở Việt Nam
Xe điện dành cho người khuyết tật chân ở Việt Nam còn hạn chế về số lượng và tính phổ biến Hiện nay, đa số người khuyết tật chân vẫn sử dụng xe hoạt động bằng lực đẩy tay, cho thấy xe điện chưa được ưa chuộng và phát triển mạnh mẽ trong cộng đồng.
- Ở Việt Nam cũng có thể tạm thời chia làm hai loại:
Loại này có số lượng hàng ít và linh kiện phụ tùng khó thay thế, chưa hoàn toàn phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam Khả năng di chuyển còn hạn chế trên những con đường nhiều vật cản hoặc gồ ghề, chủ yếu phục vụ nhu cầu sinh hoạt trong nhà.
Ví dụ: Chiếc xe 112A được nhập nguyên chiếc từ Anh, linh kiện thay thế còn khan hiếm
Hình 2.5 Xe điện ngoại nhập (Nguồn: chưa rõ)
Xe điện tự sản xuất là loại phương tiện phổ biến trên đường phố Việt Nam, thường được chế tạo bởi các cơ sở hoặc xưởng cơ khí nhỏ Với khả năng di chuyển linh hoạt và tầm hoạt động lớn, xe điện này được ưa chuộng nhờ vào việc dễ dàng tìm kiếm linh kiện thay thế trong nước Tuy nhiên, người khuyết tật chân vẫn cần sự hỗ trợ khi lên xe.
Hình 2.6 Xe điện trong nước tự sản xuất (Nguồn: chưa rõ)
Đặc điểm của xe điện cho người khuyết tật chân nhóm nghiên cứu chế tạo
- Hệ thống dẫn động 4 bánh bằng xích, khung xe linh hoạt trong việc di chuyển trên đường không bằng phẳng
- Hệ thống ghế ngồi có thể nâng lên hạ xuống, phục vụ mục đích lên xuống đẽ dàng cho người khuyết tật chân
- Hệ thống điều khiển sử dụng Joystick dễ dàng điều khiển
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Lý thuy ết về truyền động xích
I C ấu tạo và nguyên lý hoạt động a Cấu tạo:
Hình 3.1: Cấu tạo hệ thống hoạt động xích (Nguồn: chưa rõ)
Cấu tạo chính của một đĩa xích gồm: đĩa dẫn 1, đĩa bị dẫn 2 và xích 3 b Nguyên lý hoạt động:
Xích là một chuỗi mắt xích kết nối bằng bản lề, có chức năng truyền chuyển động và tải trọng từ trục dẫn sang trục bị dẫn thông qua sự ăn khớp của các mắt xích với răng trên đĩa xích.
II Ưu – nhược điểm và phạm vi sử dụng a Ưu điểm:
- Có thể truyền động giữa hai trục song song cách nhau tương đối xa
- Khuôn khổ kích thước nhỏ gọn hơn truyền động đai cùng công suất
- Không có hiện tượng trượt, tỷ số truyền trung bình ổn định
- Hiệu suất cao, có thể đạt 98% nếu được chăm sóc tốt và sử dụng hết khả năng tải
- Lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ
- Có thể truyền một lúc từ một trục dẫn đến nhiều trục bị dẫn
- Nhanh mòn bản lề, nhất là khi bôi trơn không tốt và làm việc ở nơi nhiều bụi
- Vận tốc tức thời của xích và đĩa bị dẫn không ổn định nhất là khi số răng của đĩa xích nhỏ
- Có tiếng ồn khi làm việc do va đập khi vào khớp nên hạn chế sử dụng ở bộ truyền ở tốc độ cao
- Cần bôi trơn và điều chỉnh sức căng xích c Phạm vi sử dụng
- Truyền công suất và chuyển động giữa các trục có khoảng cách xa, cho nhiều trục đồng thời trong trường hợp n < 500v/p
- Công suất truyền thông thường N < 100kW
- Tỉ số truyền i ≤ 6 khi v = (2÷6)m/s; và i ≤ 3 khi v = (6÷25)m/s; hiệu suất ɳ (0.95÷0.97)
- Truyền động xích được dùng khá nhiều trong các phương tiện vận tải (xe đạp, mô tô, ô tô…), máy nông nghiệp, các bang tải,…
II Các lo ại xích truyền động và đĩa xích:
- Tùy theo cấu tạo của dây xích, bộ truyền xích được chia làm các loại:
Xích ống con lăn được cấu tạo từ các má xích dập từ thép tấm, trong đó má xích 1 kết hợp với ống lót 4 tạo thành mắt xích trong, còn má xích 2 ghép với chốt 3 tạo thành mắt xích ngoài Chốt 3 và ống lót 4 tạo ra khớp bản lề, cho phép xích có khả năng quay gập Con lăn 5 được lắp lỏng với ống lót 4 nhằm giảm mòn cho răng đĩa xích 6 và ống lót 4, trong khi số 6 biểu thị tiết diện ngang của răng đĩa xích.
- Xích ống con lăn được tiêu chuẩn hóa cao Xích được chế tạo trong nhà máy chuyên môn hóa
Xích ống có cấu trúc tương tự như xích ống con lăn nhưng không bao gồm các con lăn Loại xích này được sản xuất với độ chính xác thấp và có giá thành tương đối rẻ.
Xích răng là loại khớp bản lề được hình thành từ hai nữa chốt hình trụ tiếp xúc với nhau, với mỗi mắt xích có nhiều má xích lắp ghép trên chốt So với xích ống con lăn cùng kích thước, xích răng có khả năng tải lớn hơn nhiều, mặc dù giá thành của nó cao hơn Đặc biệt, xích răng được tiêu chuẩn hóa rất cao, đảm bảo chất lượng và hiệu suất sử dụng.
Xích ống con lăn là loại xích được sử dụng phổ biến nhất trong các ứng dụng truyền động Trong khi xích ống thường chỉ phù hợp cho các máy đơn giản với tốc độ thấp (1-2m/s), xích răng lại được sử dụng để truyền tải trọng lớn với kích thước nhỏ gọn hơn Tuy nhiên, do đề tải chủ yếu sử dụng xích ống con lăn, bài viết này sẽ tập trung vào loại xích này.
Hình 3.2: Dây xích ống con lăn (Nguồn: chưa rõ)
Hình 3.3: Bộ truyền xích răng (Nguồn: chưa rõ)
Đĩa xích được thiết kế tương tự như bánh răng, nhưng khác biệt ở phần vành răng Kích thước và hình dạng của đĩa xích phụ thuộc vào loại xích sử dụng Vật liệu chế tạo đĩa xích thường là thép cacbon hoặc thép hợp kim, và sau khi gia công, chúng đạt độ cứng từ 50 đến 60 HRC.
Biên dạng đĩa xích con lăn được cấu thành từ các cung có bán kính r1, r2 và r3 Kích thước của xích được quy định theo tiêu chuẩn, do đó các số liệu cần thiết để tính toán đĩa xích có thể được tra cứu trong bảng thông số xích.
- Đường kính vòng chia đĩa xích: dc = 𝑡𝑡
Hình 3.4: Thông số hình học của đĩa xích (Nguồn: chưa rõ) 3.1.3 Các thông s ố hình học của bộ truyền xích
I Bước xích của dây xích
Bước xích (t) là yếu tố quan trọng trong bộ truyền xích; bước xích lớn giúp tăng khả năng truyền lực nhưng cũng làm tăng va đập Vì vậy, khi truyền động ở tốc độ cao, nên chọn bước xích nhỏ để giảm thiểu va chạm.
- Để tăng khả năng tải có thể tăng số dãy xích (xích ống con lăn) hoặc tăng chiều rộng xích (xích răng)
- Bước xích được tiêu chuẩn hóa, khi tính toán tra theo bảng tiêu chuẩn
- Thông thường Z1 < Z2, nếu số răng nhỏ thì xích mau bị mòn (vì góc xoay bản lề lớn) và tải trọng động cũng như va đập tăng
Khi vận tốc đạt từ 2m/s trở lên, số răng nhỏ nhất đối với xích con lăn và xích ống là 17, trong khi đối với xích răng, số răng nhỏ nhất là 19 Nếu vận tốc thấp hơn 2m/s, số răng nhỏ nhất dao động từ 15 đến 17.
- Tuy nhiên, khi tăng Z1 thì số răng đĩa xích lớn Z2cũng tăng lên làm cho xích dễ bị tuột khỏi đĩa xích khi xích bị mòn
- Để tránh trật xích khi đĩa xích mòn, phải hạn chế số răng lớn nhất Zmax ≤ 100 ÷ 120 (đối với xích ống con lăn), Z max ≤ 120 ÷ 140 (đối với xích răng)
Số răng đĩa xích nên được chọn là số lẻ để đảm bảo mỗi răng đĩa xích khớp với tất cả các mắt xích, giúp cho quá trình mòn diễn ra đều hơn.
III Kho ảng cách trục A
- Khoảng cách trục (A): khoảng cách giữa hai tâm của đĩa xích Nó có ảnh hưởng tới góc ôm của xích và sự va đập của bộ truyền
- Khi xác định khoảng cách trục phải căn cứ vào điều kiện góc ôm α1≥ 120 o
- Với de1, de2: đường kính vòng đỉnh của đĩa xích dẫn và bị dẫn
- Nhưng Amax không quá 80t để tránh va đập
- Do đó, hợp lý nhất là chọn: A= (30 ÷50)t
- Xác định chiều dài xích L:
Lưu ý: nên quy tròn số mắt xích X thành số nguyên
Truyền động vít me – đai ốc
3.2.1.1 Các lo ại truyền động vích – đai ốc
• Truyền động Vít – đai ốc được dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến
Hình 3.5: Vít-me bi (Nguồn: chưa rõ)
• Tùy theo dạng chuyển động của vít và đai ốc có thể chia ra các loại:
- Vít vừa quay vừa tịnh tiến, đai ốc cố định với giá
- Đai ốc quay, vít tịnh tiến
- Vít quay, đai ốc tịnh tiến
- Đai ốc vừa quay vừa tịnh tiến, vít cố định
• Giữa vận tốc tịnh tiến của vít và số vòng quay trong một phút của đai ốc có liên hệ:
60.1000(𝑚𝑚 𝑠𝑠⁄ ) Trong đó: Z – số mối ren
P – Bước ren, mm Ưu điểm:
- Cấu tạo đơn giản, thắng lực lớn, thực hiện được dịch chuyển chậm
- Kích thước nhỏ, chịu được lực lớn
- Thực hiện được các dịch chuyển chính xác cao
- Hiệu suất thấp do ma sát trên ren
Ngoài yêu cầu về độ bền, vật liệu làm vít cần có độ bền mòn cao và dễ gia công
- Vật liệu vít: Các loại thép CT, thép 45, 50, 40X, 40XH …
- Vật liệu đai ốc: thường làm bằng đồng thanh thiếc, trường hợp tải trọng nhỏ và vận tốc thấp có thể dùng gang xám
3.2.3 Tính toán trong truyền động Vít me – đai ốc
3 2.2.1 Tính theo độ bền mòn
Phương pháp tính độ bền mòn là kỹ thuật chủ yếu để xác định đường kính vít và chiều cao đai ốc trong các bộ truyền vít - đai ốc Để giảm thiểu hiện tượng mòn, áp suất p trên bề mặt ren cần phải được duy trì không vượt quá giá trị cho phép [p].
Trong đó: F a : lực tác dụng dọc trục d2: đường kính trung bình của vít h: chiều cao làm việc của ren x: số vòng ren của đai ốc
Đối với các vít chịu tải lớn, cần phải kiểm tra độ bền của chúng khi đồng thời chịu nén (hoặc kéo) và xoắn Do đó, việc tính toán ứng suất tương đương là rất quan trọng để đảm bảo rằng các điều kiện an toàn được đáp ứng.
Trong đó: σ: ứng suất do lực dọc trục Fa gây nên
𝜋𝜋𝑑𝑑 1 2 τ: ứng suất do mô men xoắn T gây nên
3 2.2.3 Tính theo điều khiện ổn định
Trong trường hợp vít bị nén và có chiều dài tương đối lớn, cần thực hiện kiểm tra theo điều kiện ổn định (uốn dọc) Để đảm bảo vít không bị hỏng do uốn dọc, lực F cần phải đáp ứng điều kiện ổn định Ơle.
THIẾT KẾ CƠ KHÍ
M ục tiêu thiết kế đề ra
Nhóm thiết kế đã phát triển một chiếc xe điện dành cho người khuyết tật chân với hệ thống dẫn động 4 bánh và khung xe linh hoạt, phù hợp cho việc di chuyển trên địa hình nhấp nhô Xe được trang bị hệ thống điều khiển dễ sử dụng và ghế ngồi có khả năng nâng lên, hạ xuống, giúp người khuyết tật dễ dàng lên xuống xe Chiếc xe có trọng tải tối đa cho phép là 600N.
Các phương án ban đầu đề ra
Ch ất vật liệu làm khung xe:
+ Phương án 1: Sử dụng sắt ống ( tròn hoặc vuông)
+ Phương án 2: Sử dụng sắt dạng đặc dạng tấm hoặc khối
+ Phương án 3: Sử dụng vật liệu làm từ nhôm
+ Phương án 4: Sử dụng kết hợp sắt ống, sắt đặc và nhôm
+ Phương án 1: Hệ thống treo phụ thuộc
+ Phương án 2: Hệ thống treo không phụ thuộc
+ Phương án 1: Sử dụng hệ thống truyền động xích
+ Phương án 2: Sử dụng hệ thống truyền động trục các – đăng
- H ệ thống nâng hạ ghế ngồi
+ Phương án 1: Sử dụng bàn trượt nghiêng tịnh tiến để nâng hạ yên xe
Các phương án thiết kế cụ thể
4.3.1.1 V ật liệu làm khung xe:
- Nhóm sử dụng vât liệu với mục tiêu sau:
+ Trọng lượng xe nhẹ nhất
- Từ ba mục tiêu trên nhóm đã chọn ra được phương án chọn vật liệu để phù hợp với yêu cầu đề ra
+ Phương án 1: Sử dụng sắt ống tròn hoặc vuông
Các loại sắt hộp trên thị trường Việt Nam có nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm tính dễ tìm, khối lượng riêng nhỏ và khả năng gia công bằng mọi loại máy hiện có Sắt hộp có hình dáng đa dạng, tiêu chuẩn thống nhất và dễ dàng lắp ráp Ngoài ra, các phương pháp ghép nối như hàn điện và hàn khí đều có thể áp dụng hiệu quả.
Khuyết điểm của vật liệu bao gồm khả năng chịu lực trung bình, chi tiết gia công không đạt tính thẩm mỹ cao và dễ bị ăn mòn Do đó, cần phải có lớp sơn bảo vệ sau khi gia công để tăng cường độ bền và bảo vệ bề mặt.
+ Phương án 2: Sử dụng sắt dạng đặc dạng tấm hoặc khối
Hình 4.2 Các loại sắt nguyên khối trên thị trường (Nguồn: chưa rõ)
Vật liệu này dễ dàng tìm thấy tại Việt Nam và có khả năng chịu lực lớn, rất thích hợp cho việc gia công các chi tiết với biên dạng phức tạp Ngoài ra, các phương pháp ghép nối như hàn điện và hàn khí đều có thể áp dụng hiệu quả.
Khuyết điểm: Khối lượng riêng lớn, dễ bị ăn mòn, phải qua quá trình gia công mới sử dụng được
+ Phương án 3: Sử dụng vật liệu làm từ nhôm:
Hình 4.3 Nhôm khối trên thị trường (Nguồn: chưa rõ) Ưu điểm: Trọng lượng riêng nhẹ, dễ gia công, khả năng chống ăn mòn tốt, mang tính thẩm mỹ cao
Nhược điểm: Dộ dẻo cao, không phù hợp với chi tiết chịu lực lớn, Các phương pháp ghép nối như hàn điện hàn hơi không áp dụng được
Phương án 4 đề xuất sử dụng kết hợp sắt ống, sắt đặc và nhôm, mang lại nhiều ưu điểm nổi bật Việc kết hợp các loại vật liệu này giúp tối ưu trọng lượng xe, đồng thời nâng cao khả năng gia công linh hoạt Các chi tiết được chế tạo từ các vật liệu khác nhau sẽ đạt yêu cầu kỹ thuật tốt hơn, khắc phục những điểm yếu của từng loại vật liệu riêng lẻ.
Khuyết điểm: Thiết kế phải linh hoạt, phù hợp với khả năng của từng loại vật liệu
4.3.1.2: H ệ thống treo của xe Đây là một chiếc xe có khả năng di chuyển linh hoạt trên địa hình nhấp nhô, nên nhóm chọn thiết kế khung xe phỏng theo thiết kế khung xe của xe ô tô 4 bánh
Xe không thể gắn cố định 4 bánh vào khung vì điều này sẽ khiến rung động từ mặt đường truyền thẳng vào người ngồi, gây mệt mỏi Hơn nữa, việc này cũng làm tăng nguy cơ lật xe khi rẽ.
Hiện nay hai hệ thống treo được sử dụng rộng rãi trong xe hơi đó và cũng là một trong hai phương án của nhóm lựa chọn
- Phương án 1: Hệ thống treo phụ thuộc:
Hệ thống treo được cấu tạo đơn giản với hai bánh xe được hỗ trợ bởi một hộp cầu hoặc dầm cầu xe, kết nối trực tiếp với bánh xe Trong hệ thống này, có hai loại phần tử đàn hồi chính là lò xo nhíp và lò xo cầu.
Hệ thống treo phụ thuộc có cấu trúc đơn giản và ít chi tiết, giúp dễ dàng trong việc bảo trì và bảo dưỡng Nó có khả năng chịu tải nặng tốt, giảm thiểu độ nghiêng của thân xe khi vào cua, và giữ cho vị trí các bánh xe ổn định hơn trong quá trình chuyển động lên xuống, từ đó hạn chế tình trạng bào mòn bánh xe.
Xe có nhược điểm về độ êm, khi bánh xe trái và phải phụ thuộc lẫn nhau qua cầu xe, dẫn đến dễ bị rung lắc.
Phương án 2: Hệ thống treo độc lập:
Mỗi bánh xe được gắn vào tay đỡ riêng biệt trên thân xe, mang lại sự linh hoạt cho từng bánh Các lò xo được sử dụng là loại mềm, không ảnh hưởng đến việc định vị bánh xe.
Hệ thống treo độc lập mang lại lợi ích vượt trội so với hệ thống treo phụ thuộc, giúp xe vận hành êm ái hơn và giảm thiểu hiện tượng trượt bánh khi vào cua.
Khuyết điểm: Cấu tạo phức tạp, khó sửa chữa, khoảng cách bánh xe thay đổi theo sự lên xuống của xe
4.3.2.1 H ệ thống truyền động bánh xích
Hình 4.6: Cấu tạo bộ truyền xích ( Nguồn: chưa rõ)
- Cấu tạo hệ truyền động xích gồm: đĩa bị dẫn 1, địa bị dẫn 2, xích 3
Xích hoạt động dựa trên nguyên lý kết nối các mắt xích với nhau qua khớp bản lề, cho phép truyền chuyển động và tải trọng từ trục dẫn đến trục bị dẫn thông qua sự ăn khớp giữa các mắt xích và răng trên đĩa xích Ưu điểm của hệ thống xích này là khả năng truyền lực hiệu quả và độ bền cao.
- Có thể truyển động giữa hai trục song song cách nhau xa
- Khuôn khổ kích thước nhỏ gọn hơn truyền động đai cùng công suất
- Không có hiện tượng trượt, tỷ số truyền trung bình ổn định
- Hiệu suất cao, có thể đạt 98% nếu được chăm sóc tốt và sử dụng hết khả năng tải
- Lực tác dụng lên trục và ổ nhỏ
- Có thể cùng một lúc truyền từ một trục bị dẫn tới nhiều trục bị dẫn
- Nhanh mòn bản lề, nhất là khi bôi trơn không tốt, làm việc nơi có nhiều bụi
- Vận tốc tức thời của xích và địa xích bị dẫn không ổn định, nhất là do số răng đĩa xích nhỏ
- Có tiếng ồn khi làm việc
- Cần bôi trơn hiệu chỉnh căng xích để tăng hiệu suất làm việc
4.3.2.2 H ệ thống truyền động trục các – đăng
Hình 4.7: Bộ truyền động trục các đăng ( Nguồn: chưa rõ)
Trục các-đăng là bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền lực của ôtô, có nhiệm vụ truyền mô-men và lực giữa các cụm đặt xa nhau, như từ hộp số đến cầu xe Đặc biệt, trong các ôtô có động cơ phía trước và dẫn động cầu sau, trục các-đăng giúp duy trì sự kết nối và hiệu suất hoạt động của hệ thống truyền lực, ngay cả khi vị trí và khoảng cách giữa các cụm thay đổi trong quá trình di chuyển.
Bộ truyền động các-đăng bao gồm trục các-đăng và khớp các-đăng, với trục dùng để truyền mô-men và khớp để truyền mô-men cũng như thay đổi phương truyền Một bộ truyền động có thể kết hợp từ hai trục trở lên với một hoặc nhiều khớp các-đăng, mang lại nhiều ưu điểm cho hệ thống truyền động.
- Hoạt động êm ái, độ bền cao chi phí bảo dưỡng nhỏ
- Khối lượng lớn, ảnh hưởng đến công suất động cơ và vị trí đặt động cơ
4.3.3 Hệ thống nâng hạ ghế ngồi
4.3.3.1 S ử dụng hệ thống bàn trượt nghiêng tịnh tiến để nâng hạ yên xe
Ghế ngồi dành cho người khuyết tật được thiết kế dựa trên nguyên lý hoạt động của mặt phẳng nghiêng, kết hợp với ray trượt, cho phép điều chỉnh độ cao một cách linh hoạt.
Hình 4.8: Phân bố lực trên mặt phẳng nghiêng ( Nguồn: chưa rõ) Ưu điểm:
- Dễ thiết kế tính toán hệ thống trượt và lực nâng dựa theo tải trọng cho trước
- Hệ thống đơn giản, dễ bảo trì
- Độ cao của ghế ngồi thay đổi phụ thuộc phần lớn vào góc nghiêng
- Sử dụng hệ thống nâng khá phức tạp như vit-me, xi-lanh thủy lực hoặc khí nén
4.3.3.2: Ưu nhược điểm của vit-me, xi-lanh thủy lực hoặc khí nén
- H ệ thống nâng sử dụng xi lanh thủy lực:
Hình 4.9: Xi-lanh thủy lực (Nguồn: chưa rõ) Ưu điểm:
Tải trọng lớn, an toàn khi sử dụng
Thi ết kế hoàn thiện phần cơ khí
4.4.1: T ổng quan về chiếc xe
Qua những phân tích ưu và nhược điểm các phương án nhóm đề ra Nhóm quyết định lựa chọn thiết kế xe theo những đặc điểm sau
Phần khung xe nhóm lựa chọn vật liệu sắt ống kết hợp với sắt khối đa qua gia công và một số chi tiết bằng nhôm
Hệ thống treo của xe được thiết kế dựa trên nguyên lý của hệ thống treo không phụ thuộc, nhằm giảm thiểu chấn động từ mặt đường đến bánh xe, mang lại sự thoải mái cho người khuyết tật khi di chuyển.
Hệ thống nâng hạ ghế ngồi sử dụng mặt phẳng nghiêng kết hợp với vit-me giúp đưa người khuyết tật lên xuống xe dễ dàng
Hình 4.12: Hình ảnh tổng quan về chiếc xe
Chiếc xe gồm những thành phần chính như sau:
Khung xe có vai trò quan trọng trong việc nâng đỡ bàn trượt, cố định các tay đỡ bánh xe và giữ giảm sốc Đặc biệt, phía sau khung xe được trang bị hai động cơ, truyền động trực tiếp tới bánh xe thông qua hệ thống xích.
Bánh xe: cả 4 bánh xe được truyền chuyển động từ động cơ có nhiệm vụ giúp xe di chuyển
Tay đỡ bánh xe: bánh xe được gắn cố định vào tay bánh xe, tay dỡ xe gắn kết bánh xe với khung xe
Giảm sóc: Bộ giảm đàn hồi giúp xe hạn chế rung động từ mặt đường và bánh xe tới người ngổi trên xe
Thùng xe: Thùng xe là nơi chưa mạch điều khiển các động cơ và bình acquy
Bàn trượt nghiêng và khung ghế ngồi: hai phần này giúp ghế ngồi nang lên hạn xuống được
4.4.2 Thi ết kế cụ thể
4.4.2.1 Khung xe và tay đỡ bánh xe
- Sử dụng hệ thống treo không phụ thuộc
- Gầm xe cao để phù hợp với nhiều loại địa hình
- Giảm sóc đặt dọc theo thân xe để tiết kiệm vị trí, phù hợp với việc đặt ghế ngồi sau này
Hình 4.13: Sơ đồ 2D bố trí bánh xe khung xe, tay giữ bánh xe
- Khung xe có nhiệm vụ định vị 4 tay đỡ bánh xe, tương tác với tay giữ bánh xe bằng giảm sóc
- Khung xe đóng vai trò rất quan trọng đảm bảo tính ổn định nhất cho chiếc xe
Hình 4.14 Thông số cơ bản của chiếc xe
Để xe vượt qua các địa hình gồ ghề một cách hiệu quả, ngoài việc sở hữu hệ dẫn động 4 bánh, khoảng sáng gầm xe cũng rất quan trọng Khoảng sáng gầm cần được điều chỉnh sao cho vừa đủ, không quá cao cũng không quá thấp, nhằm đảm bảo xe vận hành ổn định.
Nếu chiều cao của xe quá lớn, xe sẽ trở nên không ổn định và dễ bị rung lắc Ngược lại, nếu xe quá thấp, nó sẽ gặp khó khăn khi vượt qua những địa hình cao.
- Qua những yếu tố trên nhóm quyết định chọn khoảng thoáng gầm xe là 266 được tính ở mặt đường bằng phằng tới phần dưới của khung xe
- Chiều dài của tay giữ bánh xe là 200mm, đặt lệch với khung xe một góc 135 o
- Tổng chiều dài của chiếc xe là 550mm
- Vật liệu sử dụng ở đây là thép hộp chữ nhật 70mm x 35mm
- Giảm sóc sẽ được đặt nằm ngang song song với khung xe Giúp xe gọn gàng và linh hoạt hơn trong khi di chuyển
Tính toán ch ịu lực của bộ giảm xóc:
Hình 4.15: Sơ đồ phân bố lực tay giữ bánh xe và giảm sóc
- Theo cơ cấu mà nhóm thiết kế, dựa vào hình minh họa ta thấy rằng:
- Vậy khi lực xe chịu một lực tải F 2 thì sẽ tác động vào phuộc một lực F 1 = 𝐹𝐹 2 𝑏𝑏
Theo tính toán sức kéo của động cơ, xe có khả năng chịu lực tối đa là F max = 150N, tương đương với 15 Kg cho mỗi bánh xe Điều này cho phép xe chở người có trọng lượng tối đa là 60kg Kích thước của xe được ghi nhận là a = 72 mm và b = 141,4 mm.
- Vậy lực tác động lớn nhất vào phuộc khi xe chịu tải trọng lớn nhất là:
Để chế tạo chiếc xe điện có khả năng kéo tổng khối lượng 110kg bao gồm cả xe và người, việc lựa chọn động cơ là yếu tố quan trọng không thể thiếu.
- Vậy lực kéo của động cơ là:
Fk ≥ 550 N (sử dụng 2 động cơ)
- Chọn trục động cơ d = 11mm
- Để tiện cho việc tính toán ta đặt mục tiêu ban đầu nđc ≥ 250 (không quá chậm)
Nhóm đã chọn động cơ Pđc = 250W để đảm bảo khả năng kéo người với tải trọng lớn hơn dự kiến và chở thêm đồ vật nặng Điều này cũng giúp xe vượt địa hình dễ dàng hơn.
H ệ thống dẫn động của xe:
Hệ thống truyền động đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định cách thức di chuyển của xe Dưới đây là sơ đồ truyền động của xe lăn điện do nhóm thiết kế.
Hình 4.15: Sơ đồ truyền động
Với sơ đồ truyền động như trên ta tính được tốc độ góc tối đa của động cơ:
Theo thiết kế vận tốc của động cơ là n = 333vòng/phút (ở chế độ không tải)
𝑍𝑍 3 = 333.27 31 = 290 (vòng/phút) Đường kính bánh xe nhóm chọn: 320( mm)
Vậy vận tốc lý tưởng nhất của bánh xe có thể đạt được là:
1000 = 291.54 (m/phút) = 17.5 (km/giờ) Đây là động cơ mà nhóm chọn sử dụng:
Hình 4.16: Động cơ Zhongshen 24V – 250W Thông số kỹ thuật của động cơ:
- Tốc độ trục 333 vòng/phút
- Dòng tải khi hoạt động hết công suất 18.4A
Sau khi lên ý tưởng sơ bộ về hình dáng, các phương pháp ghép nối, các chi tiết, nhóm có thiết kế cụ thể như sau:
Hình 4.17: Hình ảnh khung xe thiết kế hoàn thiện
Khung xe sử dụng ổ trục để liên kết với tay giữ bánh, giúp ngăn chặn biến dạng của sắt hộp trong quá trình vận hành, từ đó giảm thiểu sai lệch và hư hỏng.
Hình 4.18: Tay giữ bánh xe
- Tay giữ bánh xe được liên kết với khung xe bằng ổ trục, có sử dụng ổ bi, giùm cho xe vận hành em hơn
- Tay giữ bánh xe cũng sử dụng sắt ống giúp giảm trọng lượng của xe và dễ dàng hơn trong qua trình gia công thiết kế
Nhóm thiết kế đã thêm một ổ đỡ trục để cố định bánh xe với tay giữ, nhằm đảm bảo quá trình vận hành sắt ống không bị xé vị trí lỗ khoan bắt trục Sau khi gia công, các ổ trục được cố định vào thân tay giữ bằng phương pháp hàn hồ quang điện.
+ Ổ trục liên kết bánh xe với tay giữ bánh xe:
Hình 4.19: Ỗ trục liên kết tay giữ bánh xe với khung xe
Hình 4.20: Chi tiết thiết kế ổ trục
4.4.2.2 Hệ thống nâng hạ ghế ngồi
- Dưới đây là cơ cấu trượt mà nhóm thiết kế:
Hình 4.21 Tổng quan hệ thống trượt
- Hình ảnh thiết kế của hệ thống trượt
Hình 4.22 Bàn trượt của ghế ngồi
- Sơ đồ phân bố lực của cơ cấu:
Sơ đồ 4.1: Phân phối lực của bàn trượt nghiêng
Lực kéo động cơ dự kiến:
- Theo dự kiến xe chịu tải trọng tối đa là P = 600 N (bỏ qua ma sát)
- Do đó lực kéo dự tính tối thiểu của trục vích me
- Động cơ mà nhóm chọn:
- Ta suy ra momen xoắn của trục vích me:
- Lực kéo của vích me là:
Fvm = 6,28.Mvm/u (u là bước vích me)
- Ở đây trục vích me mà nhóm sử dụng u = 5mm
Fvm > Fdtnên động cơ có thể kéo được trọng lượng hơn 60 Kg nên lựa chọn là hợp lý Động cơ nhóm chọn sử dụng để nâng hạ ghế ngồi
Hình 4.24 Động cơ nâng ghế ngồi ( Nguồn: http://www.tokushudenso.co.jp/tokuden-motor.html)
- Tốc độ trục 300 vòng/ phút
Chiếc xe khi gia công hoàn chỉnh:
Hình 4.25: Hình ảnh chiếc xe hoàn chỉnh trong thực tế
HỆ THỐNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN
T ổng quan về hệ thống điện
Ch ức năng chính của hệ thống
Hệ thống sử dụng MCU Microchip PIC16F887 để xử lý tín hiệu analog từ joystick và chuyển đổi thành tín hiệu PWM, nhằm điều khiển hai động cơ qua cầu H Đồng thời, hệ thống cũng đọc tín hiệu điện từ mạch báo pin để thông báo cho người dùng về tình trạng năng lượng qua màn hình LCD Nếu mức năng lượng xuống dưới ngưỡng cho phép, MCU sẽ tự động tắt cầu H để bảo vệ thiết bị.
Một công tắc chuyển đổi mức tín hiệu 0 và 1 giúp cho người dùng lựa chọn chế độ lái xe một cách dễ dàng bằng một thao tác
Ghế ngồi được trang bị công tắc hành trình để gửi tín hiệu 0 hoặc 1 đến MCU Nếu ghế chưa được nâng lên, hệ thống sẽ không hoạt động.
Sơ đồ 5.1: Lưu đồ khối toàn bộ hệ thống điện
Các thành phần trong hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển bao gồm những thành phần chính như sau:
- Mạch điều khiển trung tâm sử dụng MCU 16f887 của Microchip
- Mạch công suất bao gồm:
+ Mạch công suất điều khiển 2 động cơ chính của xe sử dụng IC điều khiển cầu H và mosfet irfp460
+ Mạch công suất điều khiển động cơ nâng yên sử dụng relay.
C ấu tạo các thành phần trong hệ thống điều khiển
5.3.1 M ạch điều khiển trung tâm
Mạch điều khiển trung tâm là nới xử lý tín hiệu, tương tác trực tiếp với người dùng để điều khiển chiếc xe
Mạch điều khiển trung tâm gồm:
Hình 5.2 MCU PIC 16f887 (Nguồn: chưa rõ) a PIC là gì ?
PIC là viết tắt của “Programmable Intelligent Computer”, tạm dịch là “Máy tính thông minh khả trình”, được hãng General Instrument đặt tên cho vi điều khiển đầu tiên của họ là PIC 1650, thiết kế dành cho thiết bị ngoại vi của CP1600 Vi điều khiển này đã được nghiên cứu và phát triển thêm, dẫn đến sự hình thành dòng vi điều khiển PIC như hiện nay.
Cấu trúc phần cứng của một vi điều khiển được thiết kế theo hai dạng kiến trúc: kiến trúc Von Neuman và kiến trúc Havard
Hình 5.3: Cấu trúc Von Neuman (Nguồn: chưa rõ)
Hình 5.4: Cấu trúc Havard (Nguồn: chưa rõ) b Chức năng chính của vi điều khiển PIC 16f887
Bảng 5.1 Thông số cơ bản của vi điều khiển PIC 16f887
Peripherals Brown-out Detect/Reset, POR, PWM, WDT
Vi điều khiển PIC 16f887 được nhóm lựa chọn vì dễ sử dụng phù hợp với nhu cầu của nhóm là:
- Có thế giao tiếp với LCD 16x2
- Dễ sử dụng và thiết kế mạch
Joystick bao gồm một cần gạt với hai biến trở được bố trí vuông góc, cho phép xoay Khi mạch được cấp nguồn, tín hiệu điện áp được thu nhận từ đầu ra của hai biến trở Khi góc nghiêng của cần gạt thay đổi, điện áp đầu ra cũng thay đổi, sau đó được đưa vào bộ ADC để đo và xử lý.
Hình 5.5 Cần điều khiển joystick analog (Nguồn: chưa rõ)
Hình 5.6 Giao tiếp joystick với vi điều khiển
Hình 5.7: Character LCD 16x2 (Nguồn: chưa rõ)
Hình 5.7: Các chân chức năng của LCD 16x2 (Nguồn: chưa rõ)
Màn hình LCD hiển thị điện áp của bình acquy, cho phép người dùng lựa chọn các chế độ khác nhau và cung cấp cảnh báo khi yên xe chưa được nâng lên tối đa.
Sau đây sơ đồ cách thức hoạt động của mạch điều khiển trung tâm:
Sơ đồ 5.2: Giao tiếp VĐK với ngoại vi
Dựa vào những yêu cầu và mục tiêu trên nhóm bắt đầu thiết kế mạch
Hình 5.8: Hộp điều khiển hoàn thiện
Hình 5.9: Khối sơ đồ trung tâm VĐK
Hình 5.10: Khối nguồn nuôi chuyển đổi từ 24V thành 5V
Khối 5.12: Khối giao tiếp LCD
Hình 5.14: Mạch điều khiển sau khi đã hoàn thiện
5.3.2.1 M ạch điều khiển động cơ nâng yên xe:
- Động cơ được chọn là động cơ Tokushu Denso TD2722 dòng điện khi tải tối đa là 1.8A
Yêu cầu điều khiển: Động cơ chỉ cần đảo chiều tần số cực thấp, không cần điều chỉnh tốc độ
Nhóm quyết định chọn relay làm mạch đảo chiều động cơ
Mạch điều khiển loại này tuy tần số đáp ứng không cao, nhưng dòng chịu đựng lớn, ổn định
Relay nhóm sử dụng là SRD-12VDC-SL-C
Hình 5.15: Relay SRD-12VDC-SL-C (Nguồn: chưa rõ) Thông số kỹ thuật:
- Điện trở tiếp điểm: 280W
Sơ đồ mạch nguyên lý của cầu H sử dụng IC MCZ33883:
Hình 5.22: Phần nguồn nuôi cầu H
Hình 5.23: Phần xử lý tín hiệu PWM và Logic
Hình 5.24: Phần cầu H sử dụng IC MCZ33883
Hình ảnh thực tế mạch cầu H sau khi đã gia công:
Hình 5.25: Hình ảnh cầu H sau khi đã thi công
Khi hoạt động, Mosfet tỏa nhiệt rất nhiều nên nhóm đã gắn thêm tản nhiệt để cầu H hoạt động hiệu quả hơn, đạt hiệu suất cao hơn
Khi phần gia công các mạch điện đã hoàn tất các kết nối theo sơ đồ như sau:
Chương trình điều khiển
Mã điều khiển được phát triển bằng ngôn ngữ C với sự hỗ trợ của trình biên dịch Mikro C pro for PIC Sự kết hợp với phần mềm mô phỏng Proteus đã giúp nhóm hoàn thành xuất sắc công việc lập trình.
Hình 5.26: Giao diện trình biên dịch Mikro C pro for PIC
Hình 5.27: Giao diện trình mô phỏng
Yêu cầu của chương trình điều khiển:
- Hiện thị ra LCD điện áp của acquy
- Hiện thị chế độ di chuyển: No (Normal)-Run-Jo(Jog)
- Hiện thị trạng thái của ghế ngồi: Lock(yên đã được hạ xuống)-Unlock(Yên đã được nâng lên)
Hình 5.28:Giao diện LCD với người dùng
The LCD module connections are defined with specific bit assignments for control and data lines, including LCD_RS at RD2_bit, LCD_EN at RD3_bit, and data pins LCD_D4 to LCD_D7 at RD7_bit to RD4_bit Additionally, the direction of these pins is set using TRISD registers, ensuring proper input/output configuration The program utilizes unsigned integers for various values such as adc_val and volt, along with a float for volt3 and a character buffer for data storage The main function serves as the entry point for executing the program logic.
TRISA0_bit=1;TRISC0_bit=TRISC1_bit=TRISC2_bit=TRISC3_bit=0;
RC0_bit=RC1_bit=RC2_bit=RC3_bit=0;
Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); // Clear display
Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF);
Delay_ms(200); voltc_val * 5020.0 / 1023.0; volt1=volt*6433.0/983.0; volt2=volt1/1000.0; volt3=volt2;
Lcd_Out(2, 1, "Mode:Run Lock"); adc_val2C_Read(2); adc_val3C_Read(3);
PWM1_Set_Duty(current_duty);
PWM2_Set_Duty(current_duty1); calc_val2/4; if(adc_val2 >= 550)
} else RC3_bit=RC0_bit=0; if(adc_val3
