Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay kỹ thuật vi điều khiển đã trở nên quen thuộc trong các ngành kỹ thuật và trong dân dụng. Các bộ vi điều khiển có khả năng xử lý nhiều hoạt động phức tạp mà chỉ cần một chip vi mạch nhỏ, nó đã thay thế các tủ điều khiển lớn và phức tạp bằng những mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng thao tác sử dụng. Vi điều khiển không những góp phần vào kỹ thuật điều khiển mà còn góp phần to lớn vào việc phát triển thông tin. Chính vì các lý do trên, việc tìm hiểu, khảo sát vi điều khiển là điều mà các sinh viên ngành điện, điện tử mà đặc biệt là chuyên ngành kỹ thuật ô tô phải hết sức quan tâm. Đó chính là một nhu cầu cần thiết và cấp bách đối với mỗi sinh viên, đề tài này được thực hiện chính là đáp ứng nhu cầu đó. Các bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển tuy đơn giản nhưng để vận hành và sử dụng đươc lại là một điều rất phức tạp. Phần công việc xử lý chính vẫn phụ thuộc vào con người, đó chính là chƣơng trình hay phần mềm. Nếu không có sự tham gia của con người thì hệ thống vi điều khiển cũng chỉ là một vật vô tri. Do vậy khi nói đến vi điều khiển cũng giống nhƣ máy tính bao gồm 2 phần là phần cứng và phần mềm. Dưới đây chúng em xin trình bày toàn bộ nội dung đồ án: “Nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển ATMEGA1280 thiết kế và chế tạo bộ đọc tín hiệu của cảm biến khoảng cách trên ô tô”. Trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi sai sót, mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của thầy và các bạn.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Khoa Công nghệ Ô tô ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA1280 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ ĐỌC TÍN HIỆU CỦA CẢM BIẾN KHOẢNG CÁCH TRÊN Ô TÔ 10 11 12 13 14 Thành viên nhóm Nguyễn Viết Đông Bùi Văn Đức Nguyễn Trung Đức Phạm Văn Đức Hoàng Mạnh Dũng Bùi Duy Dương Nguyễn Hải Dương Nguyễn Khương Duy Đỗ Văn Giang Nguyễn Nhật Hoàng Giáp Nông Văn Giới Trần Văn Hách Doãn Văn Hải Dương Văn Hải Lời nói đầu Ngày kỹ thuật vi điều khiển trở nên quen thuộc ngành kỹ thuật dân dụng Các vi điều khiển có khả xử lý nhiều hoạt động phức tạp mà cần chip vi mạch nhỏ, thay tủ điều khiển lớn phức tạp mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng thao tác sử dụng Vi điều khiển góp phần vào kỹ thuật điều khiển mà góp phần to lớn vào việc phát triển thông tin Chính lý trên, việc tìm hiểu, khảo sát vi điều khiển điều mà sinh viên ngành điện, điện tử mà đặc biệt chuyên ngành kỹ thuật ô tô phải quan tâm Đó nhu cầu cần thiết cấp bách sinh viên, đề tài thực đáp ứng nhu cầu Các điều khiển sử dụng vi điều khiển đơn giản để vận hành sử dụng đươc lại điều phức tạp Phần công việc xử lý phụ thuộc vào người, chƣơng trình hay phần mềm Nếu tham gia người hệ thống vi điều khiển vật vô tri Do nói đến vi điều khiển giống nhƣ máy tính bao gồm phần phần cứng phần mềm Dưới chúng em xin trình bày toàn nội dung đồ án: “Nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển ATMEGA1280 thiết kế chế tạo đọc tín hiệu cảm biến khoảng cách ô tô” Trong trình thực đề tài không tránh khỏi sai sót, mong nhận nhiều ý kiến đóng góp thầy bạn THIẾT KẾ PHẦN CỨNG Các phận cấu thành lên đọc tín hiệu cảm biến: Vi điều khiển ATMEGA1280 Tụ đầu vào 3 Tụ đầu IC ổn áp: Dòng tối đa 1000mA Bộ phận cấp nguồn Bộ chiết áp chỉnh dòng 5V Nút reset chương trình Màn hình hiển thị khoảng cách Một số điện trở I CẢM BIẾN 1.Giới thiệu cảm biến Bộ cảm biến thiết bị điện tử cảm nhận trạng thái hay trình vật lý hay hóa học môi trường cần khảo sát, biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin trạng thái hay trình đó.[1] Thông tin xử lý để rút tham số định tính định lượng môi trường, phục vụ nhu cầu nghiên cứu khoa học kỹ thuật hay dân sinh gọi ngắn gọn đo đạc, phục vụ truyền xử lý thông tin, hay điều khiển trình khác Cảm biến thường đặt vỏ bảo vệ tạo thành đầu thu hay đầu dò (probe), có kèm mạch điện hỗ trợ, nhiều trọn lại gọi "cảm biến" Tuy nhiên nhiều văn liệu thuật ngữ cảm biến dùng cho vật có kích thước lớn Thuật ngữ không dùng cho số loại chi tiết, núm công tắc bật đèn mở tủ lạnh, mặt hàn lâm núm làm việc cảm biến Có nhiều loại cảm biến khác chia hai nhóm chính: • • Cảm biến vật lý: sóng điện từ, ánh sáng, tử ngoại, hồng ngoại, tia X, tia gamma, hạt xạ, nhiệt độ, áp suất, âm thanh, rung động, khoảng cách, chuyển động, gia tốc, từ trường, trọng trường, Cảm biến hóa học: độ ẩm, độ PH, ion, hợp chất đặc hiệu, khói, Cảm biến khoảng cách SRF05 -SRF05 cảm biến siêu âm dùng để đo khoảng cách với vật cản.SRF05 dùng nguyên lý phản xạ sóng siêu âm để đo khoảng cách Cảm biến gồm phát thu sóng siêu âm Sóng siêu âm từ đầu phát truyền không khí, gặp vật cản (vật cần đo khoảng cách tới) phản xạ ngược trở lại đầu thu ghi lại Vận tốc truyền âm không khí giá trị xác định trước, thay đổi Do xác định khoảng thời gian từ lúc phát sóng siêu âm tới lúc phản xạ đầu thu quy đổi khoảng cách từ cảm biến tới vật thể Khoảng cách đo : 3cm- 4m Tổng quan SRF05 thiết lập cách hoạt động thông qua chân điều khiển MODE Nối không nối chân MODE xuống GND cho phép cảm biến điều khiển thông qua giao tiếp dùng chân hay chân IO Cách – Tách riêng chân TRIGGER ECHO (tương thích với cảm biến SRF04) Module cảm biến SRF05 có hai chân TRIGGER ECHO riêng biệt Khi chân MODE để trống (chân MODE có điện trở kéo lên VCC, để trống nhận mức điện áp VCC) SRF05 sử dụng chân chức TRIGGER ECHO cho việc điều khiển hoạt động cảm biến Từ hình vẽ mô tả trên, để điều khiển SRF05 MODE1 cần cấp cho chân TRIGGER xung điều khiển với độ rộng tối thiểu 10uS Sau khoảng thời gian, đầu phát sóng siêu âm phát sóng siêu âm, vi xử lý tích hợp modun tự xác định thời điểm phát sóng siêu âm thu sóng siêu âm Vi xử lý tích hợp đưa kết thu chân ECHO Độ rộng xung vuông chân ECHO tỉ lệ với khoảng cách từ cảm biến tới vật thể Cách 2: Sử dụng chân cho TRIGGER ECHO Ở chế độ này, chân vi xử lý điều khiển trình phát xung cảm biến siêu âm việc đọc tín hiệu trả Yêu cầu lúc chân MODE cần nối đất (GND) Đầu tiên xuất xung với độ rộng tối thiểu 10uS vào chân TRIGGERECHO (chân số 3) cảm biến Sau vi xử lý tích hợp cảm biến phát tín hiệu điều khiển đầu phát siêu âm Sau 700uS kể từ lúc kết thúc tín hiệu điều khiển, từ chân TRIGGER-ECHO đọc xung mà độ rộng tỉ lệ với khoảng cách từ cảm biến tới vật thể Tính toán khoảng cách Giản đồ định thời SRF05 thể cho chế độ Bạn cần cung cấp đoạn xung ngắn 10uS kích hoạt đầu vào để bắt đầu đo khoảng cách Các SRF05 gửi cho chu kỳ burst siêu âm 40khz tăng cao dòng phản hồi (hoặc kích hoạt chế độ dòng 2) Sau chờ phản hồi, sau phát giảm dòng phản hồi lại Dòng phản hồi xung có chiều rộng tỷ lệ với khoảng cách đến đối tượng Bằng cách đo xung, ta hoàn toàn để tính toán khoảng cách ttheo inch /centimét điều khác Nếu không phát SRF05 giảm thấp dòngphản hồi sau khoảng 30mS SRF04 cung cáp xung phản hồi tỷ lệ với khoang cách Nếu độ rộng pulse đo hệ uS, sau chia cho 58 cho khoảng cách theo cm, chia cho 148 cho khoảng cách theo inch uS/58 = cm hay uS/148 = inch SRF05 kích hoạt nhanh chóng với 50mS, 20 lần giây Bạn nên chờ 50ms trước kích hoạt kế tiếp, SRF05 phát đối tượng gần xung phản hồi ngắn Điều để đảm bảo siêu âm "beep" phai mờ không gây sai phản hồi lần đo -Sơ đồ chân: Chân VCC Chức Cấp nguồn cho cảm biến (5v) Trig Echo OUT GND Chân kích để phát sóng âm Chân đọc sóng âm dội lại Không sử dụng Nguồn GND Ứng dụng cảm biến khoảng cách ô tô Đo khoảng cách Giúp người lái xe có thể phát hiện được những vật cản mà không quan sát được bằng gương lùi hoặc tầm nhìn bị tre khuất Tạo khoảng cách an toàn cho xe tham gia giao thông Tuy nhiên, không nên phụ thuộc nhiều vào hệ thống hầu hết loại cảm biến không phát vật thể sắc nhọn có bề mặt có tính phản chiếu Nói chung, với điều kiện đường xá văn hóa giao thông hệ thống cảm biến khoản cách chủ yếu có tác dụng cần đỗ xe vào khoảng cách hẹp cần luồn lách tránh tắc đường II VI ĐIỀU KHIỂN Giới thiệu vi điều khiển Vi điều khiển máy tính tích hợp chíp, thường sử dụng để điều khiển thiết bị điện tử Vi điều khiển, thực chất, hệ thống bao gồm vi xử lý có hiệu suất đủ dùng giá thành thấp (khác với vi xử lý đa dùng máy tính) kết hợp với khối ngoại vi nhớ, mô đun vào/ra, mô đun biến đổi số sang tương tự tương tự sang số, Ở máy tính mô đun thường xây dựng chíp mạch Vi điều khiển thường dùng để xây dựng hệ thống nhúng Nó xuất nhiều dụng cụ điện tử, thiết bị điện, máy giặt, lò vi sóng, điện thoại, đầu đọc DVD,thiết bị đa phương tiện, dây chuyền tự động, v.v 2.Vi điều khiển: ATmega1280 - Điện áp đầu vào: ~ 12V - Digital I / O Pins: Số 54 (14 PWM đầu ra) - Analog Pins Input: 16 - Flash Memory: 128KB - SRAM: 8KB - EEPROM: 4KB -Kích thước: 4,25 x 2,09 x 0,51 in (10,8 cm x 5,3 cm x 1,3 cm) -Trọng lượng: 2,54 oz (72 g) - Sơ đồ chân: - Sơ đồ khối: III.TỤ ĐIỆN Tụ điện loại linh kiện điện tử thụ động tạo hai bề mặt dẫn điện ngăn cách điện môi Khi có chênh lệch điện thếtại hai bề mặt, bề mặt xuất điện tích điện lượng trái dấu Sự tích tụ điện tích hai bề mặt tạo khả tích trữ lượng điện trường tụ điện Khi chênh lệch điện hai bề mặt điện xoay chiều, tích luỹ điện tích bị chậm pha so với điện áp, tạo nên trở kháng tụ điện mạch điện xoay chiều Về mặt lưu trữ lượng, tụ điện có phần giống với ắc qui Mặc dù cách hoạt động chúng hoàn toàn khác nhau, chúng lưu trữ lượng điện Ắc qui có cực, bên xảy phản ứng hóa học để tạo electron cực chuyển electron sang cực lại Tụ điện đơn giản hơn, tạo electron - lưu trữ chúng Tụ điện có khả nạp xả nhanh Đây ưu so với ắc qui IV IC ỔN ÁP Vi mạch, hay vi mạch tích hợp, hay mạch tích hợp (integrated circuit, gọi tắt IC, gọi chip theo thuật ngữ tiếng Anh) tập cácmạch điện chứa linh kiện bán dẫn (như transistor) linh kiện điện tử thụ động (như điện trở) kết nối với nhau, để thực chức xác định Tức mạch tích hợp thiết kế để đảm nhiệm chức linh kiện phức hợp Các linh kiện kích thước cỡ micrômét (hoặc nhỏ hơn) chế tạo công nghệ silicon Mạch tích hợp giúp giảm kích thước mạch điện nhiều, bên cạnh độ xác tăng lên IC phần quan trọng mạch logic Có nhiều loại IC, lập trình cố định chức năng, không lập trình Mỗi IC có tính chất riêng nhiệt độ, điện giới hạn, công suất làm việc, ghi bảng thông tin (datasheet) nhà sản xuất.[2] Hiện nay, công nghệ silicon tính tới giới hạn vi mạch tích hợp nhà nghiên cứu nỗ lực tìm loại vật liệumới thay công nghệ silicon V.ĐIỆN TRỞ Điện trở linh kiện điện tử thụ động mạch điện có biểu tượng Điện trở kháng đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện điện trở Điện trở kháng định nghĩa tỉ số hiệu điện hai đầu vật thể với cường độ dòng điện qua đó: U: hiệu điện hai đầu vật dẫn điện, đo vôn (V) I: cường độ dòng điện qua vật dẫn điện, đo ampe (A) R: điện trở vật dẫn điện, đo Ohm (Ω) Thí dụ có đoạn dây dẫn có điện trở 1Ω có dòng điện 1A chạy qua điện áp hai đầu dây 1V Bảng kết đo thử nghiệm Vị trí đo(cm) Kết đo cảm biến(cm) 40 40 80 79.5 120 120.1 160 162.2 200 202.5 240 243 280 281 320 319 360 354 400 415 Sai số(%) 0.625 0.083 1.375 1.25 1.25 0.357 0.3125 1.667 3.75 [...]... Bảng kết quả đo thử nghiệm Vị trí đo(cm) Kết quả đo của cảm biến( cm) 40 40 80 79.5 120 120.1 160 162.2 200 202.5 240 243 280 281 320 319 360 354 400 415 Sai số(%) 0 0.625 0.083 1.375 1.25 1.25 0.357 0.3125 1.667 3.75