Đồ án môn học Kỹ thuật điện điện tử trường ĐHSPKT thầy Nguyễn Thành TuyênĐề tài : Hệ thống Smartkey cho ô tô điều khiển bằng smartphone.....................................................................
TỔNG QUAN
Lý do chọn đề tài
Ngày nay, sự phát triển nhanh chóng của các ngành khoa học kỹ thuật, đặc biệt là điện tử và tự động hóa, đã tạo ra những thay đổi sâu sắc trong lĩnh vực ô tô Nhiều công nghệ mới như Xdrive, DSC, DTC và hệ thống chìa khóa thông minh (Smart Key) đã trở nên phổ biến trên các dòng xe đời mới Trước đây, hệ thống này chỉ có trên xe hạng sang, nhưng hiện nay đã trở thành tiêu chuẩn trên nhiều mẫu xe Nhận thấy xu thế này, nhóm chúng em đã quyết định nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu hệ thống Smartkey và ứng dụng điều khiển bằng smartphone”.
Mục đích nghiên cứu
Bài viết nghiên cứu về nguyên lý, kết cấu và đặc điểm của hệ thống Smartkey, dựa trên lý thuyết từ các môn học Hệ thống điện – điện tử ô tô và vi điều khiển.
Nhóm nghiên cứu đang phát triển hệ thống điều khiển ô tô bằng Smartphone với hy vọng giúp sinh viên và độc giả dễ dàng tiếp cận công nghệ Smartkey Chúng tôi mong nhận được sự góp ý từ quý thầy cô, bạn bè và độc giả để hoàn thiện đề tài, nhằm đạt được kết quả tốt nhất.
Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu xác định cơ sở lý luận của đề tài
- Nghiên cứu về hệ thống Smartkey
- Ứng dụng trong việc điều khiển bằng Smartphone
- Đề xuất các tiêu chí và đánh giá tác dụng của sản phẩm trong thực tế.
Phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu thông qua internet về các loại Smartkey thực tế, cùng với việc tìm kiếm tài liệu liên quan và các ứng dụng tương tự, sẽ giúp chúng ta trình bày nghiên cứu và thiết kế sản phẩm một cách hiệu quả.
Sử dụng phần mềm Adruino để lập trình
Sử dụng phần mềm Proteus để mô phỏng mạch điện
Các kết quả đạt được của đề tài
- Phân tích, nghiên cứu được hệ thống Smartkey
- Hoàn thành việc chế tạo mô hình ứng dụng
Các đề tài đã có
Hiện nay, nhiều đề tài nghiên cứu về Smartkey đã được thực hiện cả trong và ngoài nước, bao gồm thiết kế hệ thống khóa cửa ô tô điều khiển từ xa, bộ đề nổ từ xa và mô hình chìa khóa thông minh cho ô tô Mặc dù các nghiên cứu này đã cung cấp cơ sở lý thuyết và nguyên lý hoạt động của Smartkey, nhưng vẫn còn nhiều hạn chế Các hệ thống chưa thể điều khiển toàn bộ chức năng của ô tô, tín hiệu sóng RF giá rẻ dễ bị kẻ xấu lợi dụng để bẻ khóa, và chi phí linh kiện cao dẫn đến giá thành mô hình cao khi áp dụng vào thị trường.
Nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài "Nghiên cứu hệ thống smartkey và ứng dụng điều khiển bằng smartphone" nhằm khắc phục những nhược điểm hiện tại.
Kết cấu đề tài
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết Smartkey
- Chương 3: Thiết kế chi tiết mô hình
- Chương 4: Hệ thống điều khiển và thực nghiệm mô hình
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SMARTKEY
Giới thiệu
Hình 1.1: Các tính năng chính
Khóa/mở cửa thụ động cho phép người lái dễ dàng quản lý cửa xe chỉ bằng một nút bấm trên tay nắm cửa Khi nhấn nút này, cửa sẽ được khóa hoặc mở khóa Nếu bất kỳ cửa nào đang mở, nhấn nút sẽ khóa tất cả các cửa và kích hoạt chế độ chống chộm (ARM MODE) Ngược lại, khi tất cả các cửa đã được khóa, nhấn nút sẽ mở cửa và chuyển xe vào chế độ chờ (DISARM MODE).
Khởi động động cơ thụ động là công nghệ tiên tiến thay thế cho phương pháp khởi động cổ điển bằng chìa khóa cơ khí Với hệ thống Smartkey và khởi động nút bấm, người dùng chỉ cần nhấn nút khởi động để khởi động xe Đặc biệt, vị trí của khóa điện có thể được điều chỉnh bằng cách nhấn nút khởi động mà không cần đạp chân phanh hoặc chân côn Mỗi lần nhấn nút khởi động, vị trí khóa điện sẽ thay đổi theo thứ tự: OFF → ACC (màu hổ phách) → ON (màu xanh) → OFF.
Khóa cột lái điện là một biện pháp an ninh quan trọng trước khi hệ thống chìa khóa thông minh ra đời Thiết bị khóa cơ khí đã được lắp đặt xung quanh cột lái nhằm ngăn chặn hành vi trộm cắp Nguyên lý hoạt động của chức năng này là khóa lái, do đó vô lăng sẽ không thể di chuyển.
14 không thể quay được, motor sẽ được điều khiển tự động bằng hộp SKM (Smart Key Module) mà không cần bằng thao tác thủ công của người lái
Chế độ Limp home cho phép khởi động động cơ trong hệ thống Smartkey khi chìa khóa thông minh (FOB) gặp sự cố, như pin hết hoặc lỗi xác định trong hệ thống SMK.
- Chức năng điều khiển từ xa: o Khóa/Mở khóa cửa và điều khiển mở cốp bằng cách ấn nút trên chìa khóa (FOB)
2.1.2 So sánh các phiên bản
Hình 1.2: So sánh các phiên bản
- Hộp SMK liên kết trực tiếp tới C-CAN và tiếp nhận thông tin động cơ
- PDM (moodun chia nguồn) được tích hợp bên trong hộp SMK
- Hộp giữ chìa bị loại bỏ: Chức năng của hộp giữ chìa tích hơp bên trong nút khới động (SSB)
Hình 1.3: Sơ đồ tổng quan hệ thống
Hệ thống gồm các bộ phận:
- Smart key Unit: Hộp điều khiển SMK
- Door handle: tay nắm cửa
- Bumper antenna, Interior antenna: Ăng ten trong vỏ cản sau và ăng ten trong xe
- T/Lid Outside handle: vỏ tay cầm mở nắp cốp
- Start stop button: nút khởi động
- ESCL(Electrical Steering Column Lock): Khóa cột lái điện
- Cluster Module: mô dun cụm đồng hồ
- Engine ECU: bộ điều khiển động cơ
- ESC: điều khiển đánh lửa điện tử
Khi đăng ký chìa khóa, thông tin về chìa khóa sẽ được gửi đến hộp SMK Hộp SMK sẽ nhận thông tin về xe (PIN CODE) từ ECM hoặc máy chẩn đoán qua đường truyền CAN Sau đó, hộp SMK tổng hợp và phân tích thông tin, lưu trữ trong chìa khóa, đồng thời cũng lưu trữ trong các module khác của hệ thống Thông tin bảo mật sau khi đăng ký bao gồm ID của chìa khóa và PIN code của xe ID của chìa khóa bao gồm ID của CHIP, tần số RF và tần số LF.
Khi lái xe sử dụng hệ thống SMK, thông tin được truyền qua anten LF hoặc RF đến hộp RF receiver, sau đó được gửi đến hộp SMK Tại đây, hộp SMK chia sẻ thông tin với các hộp liên quan trong hệ thống để phân tích và so sánh Nếu hệ thống nhận dạng đúng chìa khóa, nó sẽ thực hiện các lệnh khác nhau tùy thuộc vào thao tác của người lái.
Trong hệ thống SMK trên model GS, hộp SMK kết nối trực tiếp với C-CAN để nhận dữ liệu tốc độ động cơ từ hộp ECM và tốc độ xe từ hộp ESCM Tín hiệu tốc độ động cơ và tốc độ xe có thể được dẫn động qua mạng CAN hoặc phương thức trực tiếp Ngoài ra, hộp SMK cũng kết nối với B-CAN để gửi dữ liệu chìa khóa tới BCM.
Khởi động động cơ xuất hiện theo quá trình như sau:
Khi bật SSB, tín hiệu mass công tắc SSB 1 và 2 chuyển từ 12 volts xuống 0 volts, đồng thời công tắc chân phanh và công tắc đi số ở vị trí [P] cũng được kích hoạt Để tìm chìa khóa bên trong xe, người dùng có thể kích hoạt ăng ten nội bộ, giúp gửi thông tin chìa khóa tới thiết bị nhận khi chìa khóa vẫn ở trong xe.
Hộp SMK tích hợp 17 tín hiệu để ủy quyền chìa khóa và kích hoạt rơ le tương thích, từ đó khởi động động cơ Khi rơ le khởi động được kích hoạt, nó sẽ giữ trạng thái cho đến khi động cơ chuyển sang trạng thái ON nhờ nhận tín hiệu phản hồi từ ECM.
Lỗi chìa khóa hoặc hết pin trong chìa khóa có thể dẫn đến việc khởi động động cơ thông qua chế độ Limp home Thông tin từ chìa khóa sẽ được truyền đến hộp SMK qua anten trong module LIMP HOME hoặc cuộn dây anten trong nút SSB Các lệnh tiếp theo sẽ tương tự như khi lái xe điều khiển hệ thống theo cách thông thường.
Nếu hộp SMK không nhận tín hiệu tốc độ động cơ, mô tơ đề sẽ quay từ 15 đến 20 giây khi khởi động Nguyên nhân là do không xác định được tốc độ quay của động cơ, dẫn đến việc không biết liệu động cơ đã hoạt động hay chưa, từ đó ảnh hưởng đến quyết định ngắt điều khiển rơ le đề.
Các bộ phận của hệ thống
2.2.1 Smart Key Control Module (Hộp điều khiển Smart Key)
- Kích hoạt ăng ten để tìm chìa khóa thông minh bên trong hoặc bên ngoài xe :
LF (Sóng tần số thấp)
- Tiếp nhận thông tin chìa khóa thông minh từ ăng ten bên ngoài
- Hộp SMK điều khiển các rơ le (ACC, IGN1, IGN2, Khởi động)
- Chức năng chống trộm (IMMOBILIZER): đường truyền tới ECM (ECM: mô đun điều khiển động cơ)
- Cảnh báo lỗi của hệ thống chìa khóa thông minh: phát ra âm thanh và hiển thị thông tin trên đồng hồ táp lô
- Điều khiển các đèn chỉ thị trên nút khởi động: Nothing, Amber, Blue LED
- SMK có thể nhận biết chìa khóa trong phạm vi của ăng ten: ( khoảng 1m)
Hệ thống bao gồm 4 ăng ten, chức năng được mô tả như sau:
Trong xe có hai ăng ten nội bộ, một nằm dưới hộc đồ và một ở sàn xe phía sau ghế sau, có nhiệm vụ tìm kiếm chìa khóa thông minh để khởi động động cơ Khi chìa khóa được phát hiện, hộp SMK sẽ kích hoạt ăng ten để thu thập thông tin chìa khóa, sau đó gửi tín hiệu đến thiết bị nhận tích hợp trong hộp SMK Nếu thông tin chìa khóa chính xác, hộp Smart Key sẽ cho phép di chuyển đến vị trí IGN hoặc khởi động động cơ.
Khi sử dụng tính năng ăng ten cửa, người dùng có thể dễ dàng tìm kiếm chìa khóa nằm bên ngoài xe Bằng cách nhấn công tắc thụ động, hộp SMK sẽ kích hoạt ăng ten cửa, giúp xác định vị trí chìa khóa gần tay nắm mở cửa.
Thông tin chìa khóa được gửi đến thiết bị nhận tín hiệu trong hộp SMK Nếu chìa khóa hợp lệ, hộp SMK sẽ truyền lệnh lock/unlock tới hộp BCM qua mạng CAN Body, từ đó BCM kích hoạt rơle.
2.2.3 ESCL: Electrical Steering Column Lock (Khóa cột lái điện)
Cột lái được khóa và mở khóa bằng mô tơ điện khi đáp ứng các điều kiện nhất định Cấu trúc bên trong của hệ thống ESCL bao gồm mô tơ điện, công tắc khóa/mở khóa và cảm biến Hall.
- ESCL liên kết với hộp SMK cũng như các hộp điều khiển khác
Lệnh của hộp SMK được thực hiện khi mô tơ điện được kích hoạt, cột lái được khóa hoặc mở khóa, và dữ liệu trạng thái khóa/ mở khóa được truyền đến hộp SMK.
Tín hiệu kết nối giữa hộp SMK và ESCL bao gồm các thành phần chính sau: Nguồn được cung cấp từ SMK khi mô tơ cần kích hoạt khóa/mở khóa, diễn ra trong thời gian ngắn khi mô tơ điện hoạt động Mát được cung cấp đồng thời với nguồn khi mô tơ khởi động, cho phép kích hoạt khóa/mở khóa cột lái Tín hiệu ESCL Enable từ hộp SMK tới ESCL là yếu tố quyết định cho lệnh hoạt động khóa/mở khóa Sau khi mô tơ ESCL hoạt động, công tắc vị trí sẽ thay đổi trạng thái Cuối cùng, đường truyền Serial Communication Line xác định trạng thái ESCL thông qua hai cảm biến Hall và lệnh khóa/mở khóa giữa ESCL và SMK.
Điều kiện nhả ESCL được kiểm tra bởi hộp SMK thông qua giao tiếp serial Hộp SMK dẫn tín hiệu Enable tới ESCL, cung cấp nguồn và mát để khởi động mô tơ ESCL Sau khi mô tơ khởi động, ESCL sử dụng cảm biến Hall để tính toán vị trí của nó và gửi tình trạng mở khóa trở lại hộp SMK.
Khi công tắc mở khóa chuyển sang trạng thái mở, hộp SMK sẽ khởi động động cơ Nếu quá trình này gặp lỗi, động cơ sẽ không thể khởi động.
2.2.4 SSB: Start/ Stop Button (Nút khởi động)
SSB hoạt động như một Hộp giữ chìa khóa trong chế độ khởi động Limphome, đồng thời cung cấp tín hiệu 1 và 2 để kích hoạt nguồn 12V từ hộp SMK.
Khi ấn công tắc, tín hiệu tiếp mát và sau đó hộp SMK ghi nhận đó là tình trạng công tắc
Khi một trong hai tín hiệu khởi động gặp lỗi, hãy ấn nút khởi động hai lần Nếu cả hai tín hiệu đều bị lỗi, động cơ sẽ không thể khởi động Để khởi động động cơ, cần đảm bảo rằng hệ thống đang ở trong điều kiện hoạt động bình thường.
- Cần số tại vị trí N hoặc P (Chính xác là N, P là vị trí của công tắc đi số nằm trên hộp số)
- Công tắc chân phanh là ON ( Bàn đạp phanh được ấn)
Chú ý rằng Công tắc số nằm trên hộp cần số được sử dụng chỉ để xác định chế độ
Nguồn khi SSB được ấn Nhưng nếu vị trí P của công tắc này không nhận được, nguồn không tắt được về OFF
Tín hiệu 1&2 của SSB ON yêu cầu cần số phải ở vị trí P để khóa điện không thể chuyển về vị trí OFF Khi ấn SSB, vị trí khóa điện sẽ thay đổi theo thứ tự ACC, IG ON, và lặp lại ACC.
- Điều kiện đèn chỉ thị tùy thuộc vào vị trí khóa điện:
Bảng 1.2 Vị trí đèn chỉ thị
Phân tích các chức năng
2.3.1 Khóa/mở cửa thụ động
Hình 1.9: Khóa/mở cửa thụ động
Khi ấn nút bấm trên tay mở cửa với chìa khóa FOB, điện áp sẽ chuyển từ High sang Low, và hộp SMK sẽ ghi nhận tín hiệu từ công tắc Tiếp theo, hộp SMK kích hoạt ăng ten tích hợp trong tay cửa, bao gồm cả nút bấm đã được ấn, với tần số LF là 133Khz Dữ liệu từ chìa khóa sau đó được chuyển tới bộ phận tiếp nhận qua tần số sóng RF 433.9 Mhz Hộp SMK sẽ đọc và ủy quyền dữ liệu chìa khóa, sau đó tín hiệu mở khóa được gửi tới BCM qua B-CAN Cuối cùng, BCM truyền tín hiệu hoạt động cho rơ le mở khóa cửa tới SJB qua B-CAN, và rơ le mở khóa sẽ hoạt động nhờ vào SJB.
Hình 1.10: Các tín hiệu của đóng/mở cửa thụ động
‐ Ăng ten cửa: Sau khi hộp SMK nhận được chìa khóa bằng việc ấn nút bấm trên tay cửa ngoài, ăng ten cửa không hoạt động thêm nữa
Công tắc mở/khóa thụ động (nút bấm trên tay cửa) hoạt động ở chế độ HIGH (12V) Khi công tắc được đóng, tín hiệu sẽ giảm xuống 0V, và hộp SMK sẽ ghi nhận sự thay đổi này Sau đó, ăng ten trên tay cửa ngoài sẽ được kích hoạt tương ứng với nút bấm đã được ấn.
Khi cửa được khóa, công tắc bên trong cơ cấu khóa cửa sẽ mở ra Sau khi hộp SMK ủy quyền dữ liệu chìa khóa, tín hiệu mệnh lệnh được truyền đến BCM qua B-CAN, và sau đó SJB sẽ điều khiển rơ le khóa/mở khóa cửa.
Khi nút bấm trên tay cửa ngoài được nhấn, ăng ten bên trong tay cửa sẽ được kích hoạt, dẫn đến việc cơ cấu khóa cửa hoạt động ngay lập tức.
Hình 1.11: Khởi động thụ động
Ủy quyền khởi động thu động diễn ra khi nút khởi động được ấn, hộp điều khiển SMK sẽ tìm chìa khóa trong cabin xe Nếu chìa khóa được phát hiện và dữ liệu được ghi nhận, quá trình ủy quyền được xác nhận Sau khi ủy quyền, ESCL sẽ được mở khóa theo lệnh của hộp SMK Quá trình ủy quyền sẽ được duy trì khi khóa điện ở vị trí ON.
Hộp SMK thử tìm chìa khóa đã được chấp nhận bởi ăng ten và duy trì sự ủy quyền trong khoảng 30 giây nếu chìa khóa được ghi nhận dưới các điều kiện nhất định Cụ thể, nếu cửa bên lái được đóng, ấn bàn đạp phanh (côn), hoặc khóa điện thay đổi từ OFF tới các vị trí khác, hộp SMK sẽ thử tìm chìa khóa bằng ăng ten và nếu tìm thấy, sự ủy quyền sẽ được duy trì mà không cần thử tìm lại nữa.
Hình 1.12: Tín hiệu với trường hợp tất cả các cửa được khóa, người lái đến xe mở&đóng cửa và ấn nút khởi động
Công tắc SSB hoạt động với tín hiệu thường ở mức HIGH, trong khi hộp SMK cung cấp điện áp 12V theo kiểu pull-up Khi người dùng ấn công tắc, tín hiệu sẽ được tiếp mát, và hộp SMK sẽ ghi lại trạng thái công tắc ở chế độ ON.
- Ăng ten cửa: Sau khi hộp SMK ghi nhận chìa khóa bằng việc ấn nút bấm trên tay cửa mở cửa ngoài, ăng ten cửa không hoạt động thêm
Công tắc nút bấm khóa bị động sử dụng kiểu HIGH (12V) Khi công tắc được đóng, tín hiệu giảm xuống 0V, và hộp điều khiển SMK sẽ ghi nhận sự thay đổi này Ngay sau đó, ăng ten tương ứng sẽ được kích hoạt.
Ăng ten bên trong xe được kích hoạt bởi hộp SMK để tìm kiếm chìa khóa bên trong Tín hiệu mà ăng ten phát ra là dạng xung, tương tự như ăng ten cửa Để khởi động động cơ, ăng ten bên trong cần được kích hoạt Tuy nhiên, trong trường hợp cửa đóng và chìa khóa được ủy quyền qua chế độ ủy quyền lại, ăng ten bên trong sẽ không hoạt động mặc dù nút khởi động đã được ấn.
Khóa cửa xe sẽ không hoạt động nếu chìa khóa FOB vẫn còn bên trong xe Trước khi đóng cửa, hệ thống sẽ ngăn chặn việc khóa cửa để đảm bảo chìa khóa không bị kẹt lại bên trong.
Để mở khóa cửa, đầu tiên hãy đảm bảo rằng khóa điện ở vị trí OFF và chìa khóa nằm bên trong xe Nếu mở cửa, hệ thống sẽ kiểm tra xem chìa khóa có ở trong xe hay không thông qua ăng ten bên trong Sau đó, ấn nút khóa trên tay cửa hoặc nút khóa cửa trung tâm để kích hoạt hộp SMK, buộc hộp này phải kích hoạt ăng ten trong xe Nếu chìa khóa thông minh được xác nhận, hộp SMK sẽ gửi tín hiệu mở khóa tới BCM, từ đó rơ le mở khóa cửa sẽ được kích hoạt, mở tất cả các cửa.
Hình 1.14: tín hiệu cho Key Reminder
Ăng ten bên trong xe được kích hoạt bởi hộp SMK để tìm chìa khóa (FOB) bên trong Khi cửa xe được mở, ăng ten sẽ hoạt động trong vòng 3 giây Ngay khi tín hiệu khóa cửa được truyền đến hộp SMK qua BCM, ăng ten này sẽ tự động kích hoạt.
Cơ cấu khóa cửa hoạt động khi rơ le khóa cửa được kích hoạt bởi BCM hoặc SJB Khi có tín hiệu mệnh lệnh mở khóa cửa từ SMK gửi tới BCM, cơ chế này sẽ được kích hoạt để mở cửa.
- Công tắc cửa: Khi cửa được đóng, công tắc này mở và tín hiệu từ BCM là 12V
Công tắc khóa/mở khóa cửa nằm bên trong cơ cấu khóa cửa, cho phép mở cửa khi núm khóa trên tay mở cửa trong hoặc công tắc khóa cửa trung tâm được kích hoạt Khi cửa được đóng, trạng thái này sẽ thay đổi ngay lập tức nhờ vào cơ cấu khóa cửa.
2.3.4 Welcome light( đèn chào mừng)
Chức năng bật đèn cửa xe (đèn gương) sẽ tự động hoạt động trong vòng 15 giây khi người lái tiếp cận xe với FOB Khi người lái nhấn nút khóa hoặc mở cửa trên tay nắm, ăng ten LF sẽ kích hoạt Nếu chìa khóa thông minh được xác nhận, đơn vị SMK sẽ truyền lệnh khóa hoặc mở cửa và đồng thời tắt chức năng Welcome light.
THIẾT KẾ MÔ HÌNH
Ý tưởng thiết kế
Trước đây, việc khởi động xe hơi thường yêu cầu người lái sử dụng chìa khóa cơ khí, gây ra sự bất tiện và rườm rà Nhằm đáp ứng nhu cầu hiện đại, hầu hết các ô tô ngày nay đều được trang bị hệ thống Smartkey, trở thành một phần quan trọng không thể thiếu Nhóm chúng tôi đã phát triển ý tưởng ứng dụng lý thuyết của hệ thống Smartkey, cho phép người dùng sử dụng smartphone - một thiết bị thiết yếu mà hầu như ai cũng sở hữu - để điều khiển xe của mình một cách thuận tiện hơn.
Mô hình được phát triển dựa trên lý thuyết của hệ thống Smartkey, như đã trình bày ở chương 2 Nó hoàn toàn đáp ứng các chức năng của hệ thống Smartkey trên xe hiện đại, bao gồm điều khiển đóng mở cửa, đánh lửa, chống trộm, điều hòa, còi, khởi động động cơ và bật công tắc xe.
Do hạn chế về kiến thức trong lĩnh vực thu - phát tín hiệu cùng với thời gian và chi phí, nhóm quyết định sử dụng sóng Bluetooth thay vì tín hiệu sóng ngắn LF với 4 ăng ten Quyết định này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao hiệu suất và thuận tiện cho việc tháo lắp, sửa chữa.
Chúng em đã quyết định sử dụng smartphone thay vì FOB truyền thống để điều khiển mô hình bằng sóng Bluetooth, nhờ vào những lợi ích mà smartphone mang lại.
‐ Người lái sẽ không còn gặp trường hợp không thể vào xe do để quên chìa khóa
‐ Tiết kiệm chi phí của FOB
‐ Tính bảo mật cao, khó bẻ khóa
Các chi tiết của mô hình
Nạp code cho vi điều khiển
Thu phát tín hiệu sóng Bluetooth để đưa đến vi điều khiển
12v 10A relay: Đóng/ngắt nguồn điện cho 7 đối tượng cần điều khiển
Ngăn xuất điện động ngược gây hư mạch
Jack cắm dây Ổn áp lm7805
IC ổn áp LM7805 có chức năng hạ điện áp từ 12V xuống còn 5V dòng ra tối đa 1,5A
Dao động thạch anh 16Mhz
Dao động thạch anh 16MHZ để tăng tốc độ và độ chính xác
Tụ 22pf Ổn định tần số dao động thạch anh
Nhận tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển, thực hiện việc kích/ngắt dòng để điều khiển việc đóng ngắt của các relay
Báo hiệu việc nguồn đã được cấp hay chưa
Tụ hóa có chức năng giữ cho nguồn điện được ổn định và chống nhiễu
Dây điện Kết nối các bộ phận với nhau
Cung cấp nguồn điện cho hệ thống hoạt động
Sơ đồ các chi tiết chính
Smartphone với app điều khiển bluetooth
Mạch của bộ thiết bị gồm 4 phần chính, mối quan hệ giữa các khối được thể hiện thông qua chiều mũi tên Chức năng của từng khối như sau:
- Khối nguồn: hạ áp từ nguồn 12V của accu xe thành điện áp 5V để nuôi toàn mạch hoạt động Khối nguồn gồm: Nguồn 12V, ổn áp
- Khối điều khiển trung tâm (Vi điều khiển): thu thập dữ liệu, từ đó xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển
- Bộ thu/phát Bluetooth (HC05, Smartphone): Thu phát tín hiệu sóng Bluetooth để đưa đến vi điều khiển
- Khối chấp hành: gồm relay để điều khiển điều hòa, chống trộm, khởi động, công tắc ON/OFF, còi, cửa
THI CÔNG, CHẾ TẠO MÔ HÌNH
Sơ đồ mạch điện
Hình 3.1: Sơ đồ mạch điện mô hình
Phân tích nguyên lý mạch:
• Khối nguồn có chức năng hạ áp từ 12V từ accu xe thành điện áp 5V để nuôi toàn bộ hệ thống
Trong khối nguồn, tụ hóa C1 giữ vai trò quan trọng trong việc ổn định nguồn điện và chống nhiễu IC ổn áp LM7805 có chức năng hạ điện áp từ 12V xuống 5V với dòng ra tối đa 1,5A Điện trở R1 và đèn LED D1 được sử dụng để báo hiệu tình trạng nguồn điện.
Dòng điện 12V từ accu được chuyển đổi thành 5V qua IC ổn áp, sau đó được lọc nhiễu bởi tụ C1 Qua điện trở R1 và đèn LED D1, hệ thống sẽ báo hiệu rằng nguồn điện đang được cung cấp.
- Khối điều khiển trung tâm:
• Đây là “trái tim” – trung tâm điều khiển của toàn bộ thiết bị, chịu trách nhiệm điều khiển toàn bộ hoạt động của thiết bị
Trung tâm điều khiển của khối sử dụng vi điều khiển ATMEGA328, với các chân được kết nối như hình vẽ Chân Serial RX và TX được kết nối với bộ Bluetooth HC05, trong khi 7 chân khác bao gồm 4 chân PORTB (0, 1, 2, 3) và 3 chân PORTD (5, 6, 7) được nối theo cấu hình đã định.
Để điều khiển hoạt động của relay, vi điều khiển ATMEGA328 sử dụng thạch anh nội với tần số 8MHz Tuy nhiên, để tăng tốc độ và độ chính xác, cần lắp thêm thạch anh 16MHz vào hai chân PB6 và PB7 Để vi điều khiển hoạt động ổn định, cần sử dụng một điện trở treo 10KOhm (R9) để kéo chân reset lên mức cao.
Khi hoạt động bình thường, vi điều khiển nhận nguồn 5V từ chân PC6 Khi người dùng ấn nút trên điện thoại, tín hiệu được gửi đến con HC05 và vi điều khiển sẽ xử lý tín hiệu này Vi điều khiển nhận ID truyền vào và xác định chân điều khiển relay tương ứng Hệ thống được bảo vệ an toàn, vì chuỗi ID 8 số ngẫu nhiên được cài đặt sẵn, khó có thể bị dò ra, ngăn chặn kẻ xấu bẻ khóa và điều khiển xe.
• Thu phát tín hiệu sóng Bluetooth để đưa đến vi điều khiển
Bộ Bluetooth HC05 được kết nối qua 5 chân, trong đó chân 5V và GND cung cấp nguồn và mặt đất cho mạch hoạt động Hai chân TX và RX được sử dụng để kết nối với vi điều khiển nhằm thực hiện giao tiếp Serial.
Khối chấp hành thực hiện lệnh từ khối điều khiển, đảm nhận vai trò quan trọng trong việc đóng/ngắt nguồn cho các thiết bị ngoại vi như cửa, hệ thống đánh lửa, chống trộm, điều hòa không khí, còi báo động, khởi động động cơ và bật công tắc xe.
Khối điều khiển sử dụng 7 relay để quản lý nguồn điện cho 7 thiết bị khác nhau Mỗi relay được điều khiển đóng/ngắt qua transistor, tuy nhiên, quá trình này có thể tạo ra điện động ngược, gây hư hại cho mạch Để bảo vệ mạch, mỗi relay được kết nối thêm một diode.
Code cho mô hình
Code cho mạch mô hình được viết bằng ngôn ngữ lập trình C, sử dụng trình biên dịch Adruino IDE Dưới đây là code chi tiết cho mô hình:
The code initializes a SoftwareSerial object named Blue on pins 0 and 1, and defines several long integer passwords for controlling relays and a motor Relay1 is assigned to pin 5, which activates with password1 (98421615) and password2 (96951628) Relay2 is assigned to pin 6, used to start the motor momentarily before it automatically shuts off Additionally, password3 (74151525) is set to turn the motor on, while password31 (45614787) is designated to turn it off.
42 int relay3 = 7; // gan chan mo cua long int password4 = 84515822; int relay4 = 8; // gan chan dong cua long int password5 = 81426337;
// dieu hoa int relay5 = 9;// gan chan cho dieu hoa long int password6 = 86741749; // DieuHoa ON long int password7 = 22241729; // DieuHoa OFF
// coi int relay6 = 10; // gan chan cho coi long int password8 = 34156469; // bat coi
// chongtrom int relay7 = 11; // gan chan cho ChongTrom long int password9 = 24127161; // bat ChongTrom long int password10 = 48615369; // tat ChongTrom char state = 0; void setup()
To initialize the relays, set each relay pin as an output using the `pinMode` function, followed by setting their initial state to LOW with the `digitalWrite` function This process is repeated for all six relays, ensuring they are properly configured for operation.
//digitalWrite(relay7, LOW); digitalWrite(relay7, HIGH); delay(500);
When reconnecting a circuit after a power interruption, it is essential to implement a sequence of commands First, activate the relay by using `digitalWrite(relay6, HIGH);` followed by a delay of 1000 milliseconds Next, deactivate the relay with `digitalWrite(relay6, LOW);` and wait for 500 milliseconds This process is repeated to ensure the relay operates effectively, enhancing the reliability of the connection.
{ while(Blue.available()==0) ; if(Blue.available()>0)
Serial.println("Cong tac ON"); delay(1000);
Serial.println("Cong tac OFF");
Serial.println("Khoi dong ON"); delay(200);
Serial.println("Khoi dong OFF"); delay(1000);
} if( data == password4) // mo cua
Serial.println("Mo cua"); delay(2000); digitalWrite(relay3,LOW);
} if( data == password5) // dong cua
Serial.println("dong cua"); delay(2000); digitalWrite(relay4,LOW);
} if( data == password6) //dieu hoa ON
} if( data == password7) //diau hoa OFF
} if( data == password8) //bop coi
Serial.println("coi ON"); delay(2000); digitalWrite(relay6,LOW);
} if( data == password9) //bat chong trom
Serial.println("Chong trom ON"); delay(2000);
} if( data == password10) //tat chong trom
Serial.println("chong trom OFF"); delay(2000);
KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ
Kết quả đạt được
Hình ảnh bộ thiết bị sau khi đã hoàn thiện:
Kết luận 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO
Sau một thời gian nghiên cứu và tìm hiểu tài liệu, nhóm đã lập kế hoạch và tiến hành thiết kế, chế tạo Cuối cùng, đề tài “Nghiên cứu hệ thống Smartkey và ứng dụng điều khiển bằng smartphone” đã được hoàn thành đúng thời hạn.
Cơ bản đề tài đã đạt được những kết quả sao:
‐ Phân tích tình hình nhu cầu thực tế từ đó đưa ra mục đích chọn và nghiên cứu đề tài
‐ Nghiên cứu hệ thống Smartkey trên các dòng xe GS hiện tại
‐ Thiết kế, lựa chọn chi tiết để chế tạo mô hình
‐ Viết được chương trình điều khiển mạch
Sau khi hoàn thành đề tài, nhóm em đã tổng hợp được nhiều kiến thức và tài liệu liên quan đến Hệ thống điện – điện tử ô tô Qua quá trình thực hiện, chúng em cảm thấy hiểu biết của mình đã nâng cao đáng kể Tuy nhiên, do nội dung đề tài còn mới mẻ và kiến thức của nhóm vẫn còn hạn chế, nên không thể tránh khỏi một số thiếu sót Vì vậy, nhóm em rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ thầy và các bạn sinh viên khác để hoàn thiện đề tài hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn!
