Nghiên cứu chế tạo hệ thống theo dõi áp suất lốp TPMS

Nội dung text: Nghiên cứu chế tạo hệ thống theo dõi áp suất lốp TPMS

1. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ THỐNG THEO DÕI ÁP SUẤT LỐP TPMS [1]PGS.TS Đỗ Văn Dũng ; [2] KS. Hàng Lê Anh Minh dodzung@hcmute.edu.vn [1] Đại học Sư Phạm Kĩ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh TÓM TẮT/ ABSTRACT Theo thống kê cho thấy, cứ 4 xe ô tô đang lưu thông thì có 1 xe chạy với áp suất lốp không đủ. Rất ít người lái thường xuyên để ý đến áp suất lốp cho đến khi lốp quá mềm gây cảm giác nặng tay lái, đánh lái không chuẩn. Khi ô tô chuyển động với áp suất lốp không đủ sẽ gây ra rất nhiều tác hại như: tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn, khả năng điều khiển không tối ưu, tai nạn do nổ lốp, v.v Nhận thấy những tác hại to lớn từ việc chạy xe với áp suất lốp "non" các hãng xe đã nhanh chóng nghiên cứu và chế tạo "Hệ thống theo dõi áp suất lốp" nhằm giúp cho người lái biết được chính xác tình trạng lốp xe mọi lúc mọi nơi. Nhằm góp phần vào việc nghiên cứu và chế tạo một sản phẩm " Hệ thống theo dõi áp suất lốp" của người Việt với đầy đủ các tính năng, độ chính xác, hoạt động ổn định và dài lâu với giá thành rẻ hơn sản phẩm đang có mặt trên thị trường người nghiên cứu đã chọn và thực hiện đề tài " Nghiên cứu chế tạo hệ thống theo dõi áp suất lốp" Hệ thống được chế tạo gồm 2 module: một module phát RF và một module thu RF. Trong đó, module phát thu thập dữ liệu áp suất, nhiệt độ từ cảm biến và được truyền đi bằng sóng RF, module thu nhận tín hiệu RF, xử lí, giải mã và hiển thị thông số lên màn hình LCD. Kết quả thử nghiệm cho thấy rằng, hệ thống hoạt động với độ ổn định và chính xác cao trong mọi điều kiện. Hệ thống phù hợp với tất cả các loại xe, kể cả xe máy. Hệ thống theo dõi áp suất lốp sẽ góp phần làm giảm tai nạn đáng tiếc do nổ lốp và tiết kiệm một lượng lớn nhiêu liệu cho cộng đồng v.v. Ngoài ra, hệ thống cần có những chính sách hỗ trợ nghiên cứu và chế tạo để hoàn thiện hơn để được sử dụng rộng rãi trong cộng đồng. According to statistics, one fourth of the vehicle on traffic are low tire pressure.Few drivers attend to tire pressure until the pressure is too low to cause problem in
2. steering,. When cars move with low tires pressure, there will be alot of many issues such as: accident, waste fuel, ability to control not optimal v.v Recognizing the disadvantages of driving car with low tire pressure, many manufacturers are researching and manufacturing " Tire Pressure Monitoring System" quickly to help drivers know the exact condition of tires anytime, anywhere.To contribute to the research and manufacture a product "monitoring system tire pressure" made in Vietnam with full functionality, accuracy, stable performance and cheaper than products are available in the market and I chose to implement the project "Researching and manufacturing Tire Pressure Monitoring System".The system has 2 module: one is RF transmitter module and one is receiver module RF.Test results show that the system operates with high precision and high stability under all conditions. System is suitable for all types of vehicles, including motorcycles. The "Tire Pressure Monitoring System" will help reduce the tragic accident due to tire burst and saving a large amount of fuel for the community. In addition, the system should have policies supporting to research and manufacture for more complete and are widely used in the community. 1. GIỚI THIỆU/INTRODUCTION nay, trên ô tô trang bị rất nhiều hệ thống điện tử tự động nhằm tăng tính Từ những thập kỉ trước, ô tô đã là tiện nghi và độ an toàn cho người sử phương tiện di chuyển phổ biến ở các dụng. Một trong những hệ thống điện nước phát triển. Ngày nay, kinh tế phát tử hữu ích và mới nhất hiện nay là hệ triển, đời sống người dân Việt Nam thống theo dõi áp suất lốp ( Tyre ngày càng được nâng cao, nhu cầu sử Pressure Monitoring System - TPMS) dụng phương tiện đi lại như xe ô tô là Áp xuất bơm lốp xe sẽ ảnh hưởng trực điều không thể thiếu, nay lại còn cần tiếp đến hoạt động của xe. Tùy thuộc thiết hơn nữa. Ô tô không chỉ đơn giản vào loại xe, điều kiện hoạt động mà nhà là một khối tổ hợp các cụm chi tiết bao sản xuất lựa chọn loại lốp xe và áp suất gồm: 4 bánh xe và động cơ tạo ra bơm phù hợp. Việc duy trì áp suất bơm chuyển động, hệ thống lái, hệ thống lốp đúng quy định sẽ giúp lốp xe đảm treo, v.v. Mà nó còn được xem là một bảo được tốt những chức năng, đảm chiếc máy tính, một con robot thông bảo an toàn cũng như tính năng hoạt minh có thể tự động điều chỉnh để thích động của xe. Đảm bảo áp suất lốp đúng nghi với mọi điều kiện hoạt động. Ngày theo yêu cầu kỹ thuật rất quan trọng
3. trong việc giữ cho lốp xe luôn ở trạng những sản phẩm đang có mặt trên thị thái kỹ thuật tốt nhất, đảm bảo tối ưu trường. hóa tác dụng của lốp xe cũng như kéo Nâng cao kiến thức về điện tử cũng dài tuổi thọ của lốp. Áp suất lốp là như khả năng lập trình điện tử. nhân tố chính đảm bảo tính an toàn và 2. Những khó khăn trong việc chế khả năng chịu lực của lốp xe chứ không tạo TPMS trong nước. phải là vật liệu hay kết cấu của lốp. Áp Hiện tại, trong nước vẫn chưa có một suất lốp đúng theo yêu cầu kỹ thuật là đề tài hay nghiên cứu về TPMS được nhân tố chính đảm bảo việc vận hành thực hiện nên việc tiếp cận cơ sở cho an toàn cũng như đảm bảo khả năng việc thiết kế, chế tạo một hệ thống hoàn bám đường, hoạt động hoàn hảo của hệ chỉnh và hoạt động ổn định là rất khó thống lái, hệ thống phanh. khăn. Để đáp ứng nghiên cứu và giải quyết 1.1 Những lí do nên trang bị TPMS những khó khăn này thì sẽ được trình TPMS giúp chúng ta kiểm soát và giữ bày ở trong đề tài này. được áp suất lốp xe luôn ở trạng thái 3. Cơ sở nghiên cứu, chế tạo hệ thống tiêu chuẩn, đảm bảo an toàn không xảy TPMS ra tai nạn đáng tiếc do bể lốp xe. 3.1 Cơ sở lí thuyết truyền dữ liệu TPMS kiểm soát áp suất giúp lốp xe không dây[10] không bị hư hại do việc chạy xe trong Có rất nhiều cách thức được lựa chọn tình trạng không tiêu chuẩn. cho việc truyền dữ liệu không dây như: Truyền dữ liệu qua hồng ngoại. TPMS giúp chúng ta tiết kiệm nhiên Truyền dữ liệu qua Bluetooth. liệu. Truyền dữ liệu qua wifi. TPMS giúp chúng ta điều khiển xe Truyền dữ liệu qua sóng radio RF. tối ưu nhất. Qua việc tìm hiểu về ưu, nhược điểm của từng phương thức truyền dữ liệu TPMS giúp ta tránh được sự mòn mỏi không dây đã cho thấy sóng radio RF là bất thường của các bộ phận trên xe. phù hợp nhất với đề tai vì vậy tác giả 1.2 Ý nghĩa của đề tài. đã chọn " truyền dữ liệu qua sóng radio Làm cơ sở cho việc nghiên cứu RF" làm cách thức truyền dữ liệu áp và chế tạo hệ thống TPMS tại Việt suất trong đề tài. Nam với giá thành cạnh tranh được với 3.2 Sóng điện từ [11]
4. Sóng điện từ có 2 thành phần: Trở kháng sóng, Z: biểu thị ảnh hưởng của môi trường tới quá trình truyền Điện trường: E (V/m) sóng. Từ trường : H ( A/m) Đây là 2 đại lượng vectơ ( có phương, chiều, độ lớn) có quan hệ mật thiết với nhau trong quá trình sóng truyền lan trong không gian. - Với không gian tự do: Biểu diễn sóng điện từ bằng hệ phương trình Maxoel dạng vi phân: 3.3 Giới thiệu về TPMS. Để đo áp suất, nhiệt độ trong lốp người ta dùng một mạch điện tử gồm Trong đó: một bộ vi xử lý, các cảm biến đo áp suất, nhiệt độ, điện áp pin nuôi mạch và một bộ phát sóng vô tuyến. Thiết bị này được lắp đặt trong lốp xe và thường được sản xuất dưới dạng một van, có thể lắp vừa tất cả mâm tiêu chuẩn. Hình Giải hệ ta có dưới là một cảm biến điển hình, vừa làm nhiệm vụ một van như bình thường, vừa đo đạc áp suất và nhiệt độ trong lốp và phát sóng thông tin này về bộ thu. Trong đó 3.3.1 TPMS gián tiếp. [2] TPMS gián tiếp không sử dụng cảm biến áp suất vật lí, nhưng áp suất được đo bằng hai phương pháp đã được nghiên cứu và công bố.
5. Lớp đầu tiên là bằng cách sử dụng nhưng có độ chính xác cao và ổn định phân tích độ rung. Nó xem lốp xe như rất nhiều. một lò xo được kích thích bởi các bất 3.4 Chế tạo hệ thống TPMS. thường từ mặt đường. Khái niệm này là để theo dõi tần số cộng hưởng mà có 3.4.1 Module phát dữ liệu. tương quan với áp suất lốp. Lớp thứ hai là bằng cách sử dụng phân tích bán kính bánh xe mà dựa trên thực tế rằng áp suất lốp ảnh hưởng đến tốc độ quay từng bánh xe. Bằng việc so sánh vận tốc tiếp tuyến so với bánh xe tiêu chuẩn ( bánh xe đủ áp suất) để nhận ra được bánh xe nào thiếu áp suất hay dư áp suất. Những khác biệt này có thể đo lường thông qua các cảm biến Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lí mạch tốc độ bánh xe của hệ thống ABS/ESP. module truyền sóng RF Theo sơ đồ nguyên lí ở trên, cảm biến Nhưng phương pháp này có thể bị sai áp suất BMP085 được kết nối với VĐK lệch phần nào và kém chính xác do PIC 16F877A. Tín hiệu nhận được sau điều kiện đường xá khắc nghiệt: không đó được truyền tới bộ RF1-nRF24L01+ đường, đường trơn, lại càng khó nhận và phát đi ( bộ RF1 là một board mạch biết áp lực chính xác. cũng được kết nối với VĐK 3.3.2 TPMS trực tiếp. PIC16F877A). TPMS trực tiếp sử dụng cảm 3.4.2 Module thu dữ liệu. biến áp suất trên mỗi lốp xe. Các cảm biến đo áp suất lốp trong mỗi lốp sau đó báo về cụm điều khiển và màn hình hiển thị. Hệ thống có thể hiển thị áp suất lốp xe tại thời điểm bất kì cho dù xe đang chuyển động hay đứng yên. Chi phí cao hơn so với TPMS gián tiếp
6. dùng bạn ủi ủi đều lên đến khi nào ta cảm thấy mực đã chảy ra và dính hết vào phím đồng là được và sau đó để nguôị . - Bước 3: Gỡ lớp giấy in Sau khi phím đồng đa ̃ nguôị thì ta tiến hành gỡ lớp giấy in ra, sau đó trong quá trình gỡ và ủi có nhiều chỗ mạch bị xước không có mưc̣ nên ta dùng bút lông dầu tô laị những chỗ nào không có mưc̣ để khi làm xong mac̣ h không bi ̣ Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lí mạch rỗ. module thu sóng RF - Bước 4: Rử a mac̣ h in Theo sơ đồ nguyên lí trên, ta thấy cụm Bạn dùng thuốc rửa pha với nước (1 RF2-nRF23L01+ nhận tín hiệu được bịch thì pha khoảng 250ml là vừ a) sau truyền từ bộ RF1 và cũng được kết nối khi pha xong thì ta cho mac̣ h in vào với VĐK PIC16F877A sau đó được dung dic̣ h này khoảng 30-45 phút cho giải mã hiển thị lên LCD. nó bay hết lớp đồng không cần thiết ra. 3.4.3 Qui trình gia công chế tạo - Bước 5: Khoan chân linh kiêṇ board mạch. Dùng khoan tay để khoan (có thể dùng khoan máy) với các linh kiêṇ thường - Bước 1: Tạo file in như trở, tụ, IC thì ta dùng mũi 0.8mm Ta dùng các phần mềm ve ̃ mac̣ h còn đối với IC 78xx thì ta dùng mũi Proteus để ve ̃ mac̣ h in, sau khi ve ̃ 1.2mm. mạch xong ta đem đi in ra giấy, ta nên -Bước 6: Hàn linh kiện và test lưạ loaị giấy nào có măṭ bóng để in tốt mạch. nhất là giấy decal. Sau khi làm xong tất cả các bước thì ta - Bước 2: Ủi mac̣ h tiến hành gắn và hàn linh kiêṇ sau đó Sau khi taọ đươc̣ môṭ file in ta cắt môṭ test mac̣ h. phím đồng với kích thước vừa với cái Kết quả thực tế đạt được: mạch vừa in. sau đó ta úp cái măṭ giấy vừ a in (măṭ có mưc̣ ) lên phím đồng (măṭ có đổ đồng) cho ngay ngắn và
7. Hình 4.2: So sánh độ chính xác của mô hình với đồng hồ đo áp suất cơ học. 4. Thực nghiệm Bảng 4.1: Giá trị đo được từ quá trình thực nghiệm mô hình. Tiến hành thực nghiệm mô hình trên xe STT 1 2 3 4 5 gắn máy Yamaha Exciter 2010 sử dụng lốp 90/80 17M/C P(mB 169 169 170 170 172 ar) 4,8 9,9 2,3 3,6 1,1 Cảm biến BMP085 có độ chính xác cao, tiêu thụ điện năng rất thấp ( 2uA), T (độ 34,8 36 36,5 36,8 40,9 có thể áp dụng cho các thiết bị di động. C) Độ chính xác có thể đạt tới 0.02hPa 5. Kết luận Qua khoảng thời gian nghiên cứu và hoàn thành đề tài luận văn :" Nghiên cứu chế tạo hệ thống theo dõi áp suất lốp " bản thân người nghiên cứu đã có cơ hội được nghiên cứu sâu vào lĩnh vực thiết kế mạch, lập trình nhúng Hình 4.1: Thông số nhiệt độ, áp suất trong điện tử. Tác giả đã chế tạo thành khí quyển đo được từ mô hình. công board mạch thu-phát dữ liệu áp So sánh với đồng hồ đo áp suất cơ học: suất, nhiệt độ truyền qua sóng RF. Board mạch thể hiện được bản chất cũng như nguyên lí hoạt động của hệ thống TPMS hiện hành. Tín hiệu đầu vào là tín hiệu áp suất, nhiệt độ trong lốp xe được cảm biến BMP085 đo và chuyển đổi từ tín hiệu vật lí sang tín
8. hiệu số. Sau đó, cụm dữ liệu này được [4]website truyền theo sóng RF do module pressure_monitoring_system nRF24L01 đảm nhận. Tín hiệu đầu ra [5]website là thông số áp suất, nhiệt độ được VXL xử lí mà mã hoá thành giá trị và hiển rchword=PIC16F877A thị lên màn hình LCD. Mô hình TPMS [6]BMP085_DataSheet_Rev.1.0_01July2008. được chế tạo có chất lượng, độ ổn định pdf và độ chính xác tương đương nhưng [7]nRF24L01_Product_Specification_v20.pdf với giá thành chỉ bằng 1/3 giá thành TIẾNG VIỆT. của TPMS hiện đang được bán trên thị trường. [8] GS Phạm Văn Ất - Giáo trình kỹ thuật lập trình C căn bản TÀI LIỆU THAM KHẢO [9] Trần Xuân Trường - Tài liệu sử dụng TIẾNG ANH. CCS [1] Ali Abuelmaatti, 2008 - ph.D - Thesis RF [10] Khoa Công nghệ thông tin trường Đại Techniques for IEEE.802.15.4: Circuit design Học Hàng Hải - Bài giảng truyền dữ liệu and device modelling không dây. [2] LI Wei and Chen Hongling, 2005 - Air [11] Nguyễn Viết Minh, 2010 - Truyền sóng Pressure Monitoring System of Vehicle Tire và anten and Idenification Method of Vehicle [3] N.Persson and F.Gustafsson, 2002 - Indirect Tyre Pressure Monitoring Using Sensor Fusion
9. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.