3.1 Bộ điều khiển hệ thống cung cấp khí HHO (EHC)
Bộ điều khiển hệ thống cung cấp khí HHO gồm các khối mạch: khối nguồn, khối ghi nhận tín hiệu từ cảm biến, khối vi xử lý, khối điều khiển cơ cấu chấp hành và khối kết nối với máy tính. Khối tín hiệu từ cảm biến cho phép tính toán đƣợc lƣợng khí HHO theo các chế độ làm việc của động cơ. Sau khi vi xử lý tính toán, lƣợng khí HHO sẽ đƣa ra tín hiệu xung để mở vòi phun khí HHO khi xupáp nạp mở. Lƣợng khí HHO đi vào động cơ đƣợc xác định thông qua thời gian mở vòi phun, áp suất phun và tiết diện lưu thông của vòi phun. Trong quá trình nghiên cứu, việc thay đổi lƣợng khí HHO để tìm ra tỷ lệ tối ƣu giữa khí HHO và xăng đƣợc thực hiện thông qua khối kết nối giữa máy tính và bộ điều khiển điện tử EHC (Electronic HHO Control) (Hình 1).
Hình 1 Bộ EHC điều khiển hệ thống nhiên liệu phun khí HHO
Bộ EHC điều khiển hệ thống nhiên liệu khí HHO kết nối với máy tính hiển thị các thông số của các cảm biến trên máy tính, cũng nhƣ để điều chỉnh đƣợc lƣợng khí HHO vào trong động cơ... Công việc truyền thông giữa máy tính và vi xử lý này đƣợc thực hiện thông qua bộ truyền nhận nối tiếp UART RS-232.
Truyền thông qua cổng RS-232 là kiểu truyền thông phổ biến nhất khi sử dụng vi điều khiển giao tiếp với thiết bị ngoại vi. RS-232 cổng truyền nối tiếp với dữ liệu đƣợc truyền nhận theo từng bit nối tiếp nhau.
Máy tính PC cung cấp 2 cổng nối tiếp COM1 và COM2. Các cổng này giao tiếp theo tiêu chuẩn RS-232. Cổng này truyền dữ liệu dưới dạng nối tiếp theo một tốc độ do người lập trình quy định (thường sử dụng 9600 hoặc 19200 bps). Loại truyền này có khả năng dùng cho những khoảng cách lớn. Cổng nối tiếp chuẩn RS- 232 không phải là một hệ thống bus, do đó nó cho phép dễ dàng tạo ra liên kết dưới hình thức điểm giữa hai máy cần trao đổi thông tin với nhau. Chiều dài dữ liệu truyền đi có thể là 7 hoặc 8 bit và kèm theo các bit start, stop, parity để tạo thành một khung truyền (frame). Do việc truyền dữ liệu là nối tiếp nên tốc độ truyền bị hạn chế, do đó nó thường không được sử dụng trong những ứng dụng cần tốc độ truyền cao.
Cổng nối tiếp của vi điều khiển không thể ghép nối trực tiếp với cổng nối tiếp của PC. Lý do là các tín hiệu trên đường truyền RS-232 là tín hiệu hai cực có biên độ nằm trong khoảng +12V đến -12V, trong khi vi điều khiển ATMega32 chỉ có thể xử lý các tín hiệu có mức tín hiệu tương thích 0 đến 5V. Thông thường thì tín hiệu trên đường truyền RS-232 được lấy đảo. Tức là khi máy tính PC muốn một mức logic “0” thì điện áp trên đường truyền RS-232 sẽ là +12V, còn khi muốn mức logic “1” thì điện áp trên đường truyền là -12V. Như vậy, để tương thích mức logic và điện áp giữa PC và vi điều khiển thì cần trang bị một bộ nhận và đệm đường truyền RS-232. Bộ nhận và đệm đường truyền RS-232 được dùng phổ biến nhất là loại MAX232 của công ty Maxim. Vi mạch MAX232 này nhận mức RS-232 đã được gửi tới từ máy tính và biến đổi tín hiệu này thành tín hiệu sao cho tương thích với vi điều khiển ATMega32 và nó cũng thực hiện ngƣợc lại là biến đổi tín hiệu của vi điều khiển thành mức +12V, -12V để cho phù hợp với hoạt động của máy tính.
Giao tiếp theo cách này, khoảng cách từ máy tính đến thiết bị ngoại vi có thể đạt tới trên 20m. Ƣu điểm của giao tiếp này là có khả năng thiết lập tốc độ truyền thông.
Khi có dữ liệu từ máy tính đƣợc gửi đến vi xử lý ATMega32 qua cổng COM thì dữ liệu này sẽ đƣợc đƣa vào từng bit (nối tiếp) của thanh ghi UART.
Chương trình truyền thông giao tiếp giữa PC và vi xử lý được viết bằng Delphi với những nhiệm vụ chính sau:
+ Nhận dữ liệu từ vi điều khiển để hiển thị các thông số làm việc của động cơ như tốc độ, lưu lượng, nhiệt độ, vị trí chân ga...
+ Truyền dữ liệu từ máy tính xuống vi xử lý để đóng mở các van điện từ, thay đổi lƣợng nhiên liệu phun...
3.2 Giao diện điều khiển hệ thống cung cấp khí HHO
Giao diện điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu khí HHO để hiển thị các thông số của các cảm biến và điều chỉnh lƣợng nhiên liệu phun, thay đổi thời điểm phun, bật tắt các công tắc..., trong quá trình thử nghiệm thì bộ điều khiển EHC phải đƣợc điều khiển từ máy tính. Trong đề tài, việc kết nối bộ điều khiển với máy tính đƣợc thực hiện bằng phần mềm kết nối Delphi. Với giao diện xây dựng trên phần mềm cho phép người thực hiện thay đổi được các thông số theo mục đích đặt ra (Hình 2).
Hình 2 Giao diện chương trình điều khiển quá trình phun khí HHO Các chức năng chính của giao diện gồm:
- Điều chỉnh lƣợng nhiên liệu phun khí HHO trong 1 chu trình bằng cách điều khiển thời gian phun.
- Điều chỉnh thời điểm phun khí HHO.
- Thu nhận tín hiệu từ các cảm biến như tốc độ động cơ, lưu lượng khí nạp, nhiệt độ khí nạp, áp suất phun khí HHO, lƣợng nhiên liệu HHO cung cấp...
- Các chức năng đóng mở van điện từ và đóng mở vòi phun
- Thực hiện quá trình đo và ghi lại kết quả trung bình của phép đo trong thời gian của phép đo do người thử nghiệm đặt trên giao diện.
3.3 Cách thức điều khiển lƣợng khí HHO
Lƣợng nhiên liệu phun trong quá trình thực nghiệm đƣợc thay đổi bằng cách thay đổi độ rộng xung phun thông qua mạch đếm lập trình, nghĩa là khi đã xác định giá trị số của lƣợng nhiên liệu phun và khi có xung điều khiển phun thì mạch đếm xung nhịp sẽ đếm cho tới khi đạt đủ giá trị số bằng giá trị điều khiển ra. Khi bắt đầu đếm cũng là khi nâng xung điều khiển phun và khi giá trị đếm bằng giá trị điều khiển ra cũng là lúc hạ mức xung điều khiển phun xuống (hình 3a,b).
Hình 3a Nguyên lý điều khiển phun khí HHO
Hình 3b Giao diện xung phun khí HHO
Giả thiết giá trị số điều khiển phun do vi xử lý tính toán là 2000s thì khi xuất hiện xung điều khiển phun, mạch đếm sẽ bắt đầu đếm xung nhịp, đồng thời nâng mức xung phun lên mức cao, vòi phun bắt đầu mở. Khi giá trị đếm xung đủ 2000s thì mạch đếm sẽ hạ mức xung phun xuống mức thấp tương ứng ngừng phun và đồng thời ngừng đếm chờ xung điều khiển thời điểm phun tiếp theo.