Nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ giao tiếp giữa máy tính và ECU điều khiển động cơ

Nội dung text: Nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ giao tiếp giữa máy tính và ECU điều khiển động cơ

1. NGHIEÂN CÖÙU THIEÁT KEÁ CHEÁ TAÏO BOÄ GIAO TIEÁP GIÖÕA MAÙY TÍNH VAØ ECU ÑIEÀU KHIEÅN ÑOÄNG CÔ KS. Huyønh Quoác Vieät Hoïc vieân cao hoïc khoaù: 2003 - 2005 Khoa Cô khí Ñoäng löïc Tröôøng Ñaïi hoïc Sö phaïm Kyõ thuaät TP. Hoà Chí Minh email: vietckd@yahoo.com Toùm taét Muïc tieâu cuûa chuû ñeà naøy laø thieát keá, cheá taïo boä giao tieáp giöõa maùy tính vaø ECU ñieàu khieån ñoäng cô vaø giao dieän giao tieáp baèng phaàn meàm Matlab. Töø ñoù, ñöa ra giao thöùc truyeàn döõ lieäu giöõa ñoäng cô vaø maùy tính thoâng qua coång noái tieáp RS- 232, sao cho, treân giao dieän ngöôøi söû duïng coù theå quan saùt söï thay caùc thoâng soá ñoäng cô. Maët khaùc, hoï coù theå thay ñoåi caùc thoâng soá ñaàu vaøo ñeå thaáy ñöôïc caùc ñaùp öùng cuûa caùc tín hieäu ñieàu khieån cô caáu chaáp haønh. Ngoaøi ra, ngöôøi söû duïng cuõng coù theå ñieàu khieån nguoàn cung caáp cho ñoäng cô, khôûi ñoäng ñoäng cô vaø truy xuaát maõ loãi baèng maùy tính. Abstract The purpose of this topic is to design the interface communicator between computer and ECU by mean of matlab software. Thenceforth, it could lay out the protocol of data transferring between the engine and computer through the serial port RS-232, so that the user could observe the change of the engine parameters from the interface. One the other hand, the user could also change one of those input parameters to see the response of actuators. Besides, the user could also use computer to turn off/turn on, to start or access code of the engine. Giôùi thieäu Thieát keá vaø cheá taïo maïch giao tieáp hai chieàu giöõa maùy tính vaø ECU ñieàu khieån ñoäng cô nhaèm hieån thò caùc thoâng soá hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô, ñoàng thôøi, ñieàu khieån ñoäng cô töø maùy tính. Vieäc tính toaùn moâ phoûng vaø ñieàu khieån ñoäng cô ñöôïc thöïc hieän thoâng qua phaàn meàm matlab. Treân cô sôû maïch giao tieáp naøy ta coù theå phaùt trieån caùc thieát bò chaån ñoaùn vaø söûa chöõa ñoäng cô. Treân giao dieän giao tieáp maùy tính chuùng ta coù theå: - Ñieàu khieån nguoàn ñieän caáp cho ñoäng cô, töông öùng vôùi tröôøng hôïp coâng taéc maùy ôû vò trí ON. - Ñieàu khieån ñoäng cô khôûi ñoäng, töông öùng vôùi tröôøng hôïp coâng taéc maùy ôû vò trí ST. - Ñieàu khieån ñoäng cô ñang hoaït ñoäng + Neáu khoâng söû duïng giao dieän giao tieáp vôùi maùy tính, caùc tín hieäu ñaàu vaøo cuûa ñoäng cô ñöôïc chuyeån ñeán vi ñieàu khieån sau ñoù truyeàn ñeán ECU ñeå ñieàu khieån ñoäng cô.
2. + Neáu chuùng ta ñang söû duïng giao tieáp vôùi maùy tính, ngoaøi vieäc chuyeån döõ lieäu ñeán ECU, vi ñieàu khieån coøn truyeàn döõ lieäu ñoù leân maùy tính. + Ngoaøi ra, vi ñieàu khieån coøn nhaän caùc tín hieäu ñieàu khieån ñaùnh löûa - IGT, tín hieäu ñieàu khieån kim phun - #10 ñeå tính toaùn toác ñoä ñoäng cô, thôøi gian ngaäm ñieän, thôøi gian phun nhieân lieäu vaø truyeàn leân maùy tính. - Ñieàu khieån chaån ñoaùn ñoäng cô, boä giao tieáp ñieàu khieån chaân TE1 noái maùt vaø nhaän döõ lieäu truyeàn töø chaân W, xaùc ñònh maõ loãi vaø truyeàn ñeán maùy tính. Thieát keá phaàn cöùng boä giao tieáp Trong quaù trình nghieân cöùu lyù thuyeát veà caùc xung tín hieäu cuûa ñoäng cô, ta thaáy caùc tín hieäu ñaàu vaøo khaù ña daïng: goàm caû tín hieäu soá vaø tín hieäu töông töï. Vì vaäy, tröôùc khi thöïc hieän keát noái vôùi maùy tính ta caàn chuyeån taát caû caùc daïng tín hieäu veà daïng soá. Ñeå thöïc hieän ñieàu naøy, ngöôøi nghieân cöùu söû duïng IC chuyeån ñoåi 8 keânh 8 bit ADC0809. Tuy nhieân, do möùc ñieän aùp giöõa ñaàu ra cuûa vi ñieàu khieån (0 ñeán 5V) vaø chuaån noái tieáp RS-232 (-10 ñeán +10) khoâng töông thích neân ngöôøi nghieân cöùu ñaõ söû duïng IC chuyeån ñoåi MAX232. Ngoaøi ra, ñeå thöïc hieän ñöôïc vieäc ñieàu khieån töø maùy tính trôû laïi ñoäng cô, ngöôøi nghieân cöùu thöïc hieän ngaét tín hieäu töø caûm bieán ñeán ñoäng cô baèng phaàn meàm do vi ñieàu khieån thöïc hieän. Nhö vaäy, khi nhaäp soá lieäu töø maùy tính, caùc thoâng soá naøy seõ ñöôïc truyeàn tröïc tieáp ñeán ECU thoâng qua vi ñieàu khieån. Do ñoù, ñeå ECU nhaän vaø xöû lyù ñöôïc caùc tín hieäu naøy, ta phaûi chuyeån tín hieäu soá naøy sang tín hieäu töông töï baèng IC chuyeån ñoåi DAC M62358. Ngoaøi ra, treân maïch coøn söû duïng IC khueách ñaïi tín hieäu ñieàu khieån töø LM324, IC 7805 chuyeån ñoåi nguoàn ñieän aùp 5V cho boä giao tieáp töø nguoàn ñieän aéc quy 12V, IC 74HC14 taïo dao ñoäng cung caáp xung clock cho ADC0809, caùc transistor, . Hình 1.1. Sô ñoà nguyeân lyù maïch giao tieáp Thieát keá phaàn meàm boä giao tieáp. Giao thöùc truyeàn döõ lieäu giöõa maùy tính vaø vi ñieàu khieån ñöôïc thöïc hieän theo kieåu hoûi ñaùp. Nghóa laø neáu maùy tính muoán gôûi döõ lieäu thì ñaàu tieân maùy tính seõ gôûi moät tín hieäu (254), khi vi ñieàu khieån nhaän ñöôïc tín hieäu naøy (254) thì gôûi laïi tín hieäu (253) baùo cho maùy tính, maùy tính seõ gôûi tieáp döõ lieäu. Neáu vì lyù do naøo ñoù vi ñieàu khieån khoâng nhaän
3. ñöôïc, maùy tính chôø heát thôøi gian xaùc ñònh maø khoâng nhaän ñöôïc tín hieäu (253) baùo thì maùy tính seõ gôûi laïi tín hieäu ñoù. Höôùng truyeàn döõ lieäu töø vi ñieàu khieån ñeán maùy tính cuõng töông töï. Löu ñoà chöông trình chính cuûa boä giao tieáp trong ñoù goàm caùc chöông trình con sau: - Call ADC: Chöông trình con chuyeån ñoåi tín hieäu töông töï - soá - Call DAC: Chöông trình con chuyeån ñoåi tín hieäu soá - töông töï - Call Load: Chöông trình con chuyeån döõ lieäu nhaän töø maøy tính ñöa ñeán chuyeån ñoåi DAC - Call RPM: Chöông trình con ño toác ñoä ñoäng cô - Call TGP: Chöông trình con ño thôøi gian phun nhieân lieäu - Call TGN: Chöông trình con ño thôøi gian ngaäm ñieän Start Call ADC Sai Ñuùng CTr=1 Call Load Call DAC Ñoäng cô Call RPM Call TGP Call TGN Hình 1.2. Löu ñoà chöông trình chính boä giao tieáp. Trong khi ñang thöïc hieän chöông trình chính neáu coù xaûy ra hieän töôïng ngaét thì chöông trình chính taïm thôøi ngöøng hoaït ñoäng ñeå thöïc hieän caùc chöông trình ngaét. Sau khi thöïc hieän caùc chöông trình ngaét xong, vi ñieàu khieån seõ quay veà chöông trình chính taïi vò trí ngöøng laàn tröôùc. Caùc chöông trình ngaét ñöôïc thöïc hieän theo löu ñoà hình 1.3.
4. Start A=SBUF Ñ A=254 Call Send Maùy tính S Ñ A=253 Call Receive Thanh ghi S Ñ A=252 IG=ON S A=251 Ñ IG=OFF S Ñ A=250 ST=ON S Ñ A=249 ST=OFF S Ñ A=248 Call DCode Maùy tính S Ñ A=246 CTr = 0 S Ñ S end A=247 Main Hình 1.3. Löu ñoà chöông trình caùc ngaét trong boä giao tieáp. Thieát keá giao dieän giao tieáp baèng matlab. Thöïc hieän kieåm tra hoaït ñoäng cuûa boä giao tieáp, coù theå duøng phaàn meàm matlab thieát keá giao dieän vaø laäp trình giao tieáp qua coång noái tieáp RS-232. Ñeå thuaän lôïi cho vieäc thöïc nghieäm, ngöôøi nghieân cöùu ñaõ thieát keá giao dieän giao tieáp baèng Matlab hieån thò döõ lieäu hieän haønh vaø ñoïc maõ loãi ñoäng cô nhö hình 1.4 vaø 1.5. Ñeå maùy tính nhaän döõ lieäu töø ñoäng cô ta caàn khôûi taïo vaø thieát laäp ñoái töôïng coång noái tieáp. Giaû söû, khôûi taïo coång COM1 coù toác ñoä truyeàn 19200Baud, coù 8 bít döõ lieäu truyeàn vaø khoâng duøng bít chaün leû. s=serial('COM1'); set(s,'BAUD',19200,'Timeout',1,'InputBufferSize',500000, 'OutputBufferSize', 500000);
5. set(s,'Parity','none','DataBits',8); fopen(s) Tieáp theo caàn phaûi laäp trình theâm cho caùc haøm nhaän, truyeàn vaø xöû lyù döõ lieäu. Sau khi keát thuùc vieäc giao tieáp ta thöïc hieän ngaét thieát bò khoûi coång giao tieáp nhö sau: fclose(s) delete(s) clear s Chuù yù: Khi thieát laäp thuoäc tính coång noái tieáp, toác ñoä Baud vaø ñònh daïng truyeàn döõ lieäu cuûa thieát bò truyeàn vaø thieát bò nhaän phaûi gioáng nhau. Ñoïc döõ lieäu hieän haønh cuûa ñoäng cô. Ñeå ñoïc döõ lieäu töø ñoäng cô ta nhaán nuùt ÑOÏC DÖÕ LIEÄU, döõ lieäu hieän haønh cuûa ñoäng cô seõ ñöôïc hieån thò treân giao dieän nhö hình 1.4. Hình 1.4. Döõ lieäu ñoäng cô hieån thò treân maùy tính Ñeå nhaäp döõ lieäu ñieàu khieån ñoäng cô töø maùy tính ta nhaán nuùt NHAÄP DÖÕ LIEÄU, ñoäng cô seõ hoaït ñoäng theo döõ lieäu nhaäp vaøo, söï aûnh höôûng cuûa caùc tín hieäu ñaàu vaøo cuõng ñöôïc hieån thò treân giao dieän nhôø vaøo söï thay ñoåi caùc ñaùp öùng ñaàu ra. Ñoïc maõ loãi Ñeå ñoïc maõ loãi töø ñoäng cô ta nhaán nuùt ÑOÏC MAÕ LOÃI, caùc loãi ñoäng cô (neáu coù) seõ ñöôïc hieån thò treân giao dieän maùy tính. Khi ñoïc maõ loãi, maùy tính seõ ñoïc lieân tuïc, quaù trình ñoïc chæ döøng laïi khi ta nhaán nuùt XOÙA MAÕ LOÃI hoaëc nuùt TRANG CHUÛ ñeå thoaùt khoûi trang M-LOI trôû veà trang chuû. Giao dieän M_LOI hieån thò maõ loãi ñoäng cô nhö hình 1.5.
6. Hình 1.5. Maõ loãi ñoäng cô hieån thò treân giao dieän maùy tính Trong quaù trình thöïc nghieäm, so saùnh keát quaû döõ lieäu hieån thò treân giao dieän maùy tính vaø maùy chaån ñoaùn DCN-PRO cuûa coâng ty HANATECH Haøn Quoác ta thaáy döõ lieäu treân hieån thò treân maùy tính vaø maùy chaån ñoaùn haàu nhö sai khaùc nhau raát nhoû. ÖÙùng duïng. Sau khi tieán haønh thí nghieäm ñeå xaùc ñònh ñoä oån ñònh vaø möùc ñoä chính xaùc cuûa boä giao tieáp, ngöôøi nghieân cöùu thöïc hieän thöïc nghieäm, öùng duïng boä giao tieáp xaùc ñònh söï aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñoäng cô vôùi thôøi gian phun nhieân lieäu trong ñieàu kieän nhaát ñònh. Aûnh höôûng nhieät ñoä ñoäng cô ñeán thôøi gian phun. Ñieàu kieän thí nghieäm: Caùnh böôùm ga ñoùng hoaøn toaøn, toác ñoä ñoäng cô 1000 voøng/phuùt, nhieät ñoä khí naïp 350C, aùp suaát khí naïp 30 kPa. Thöïc hieän thay ñoåi döõ lieäu nhaäp vaøo oâ nhieät ñoä ñoäng cô lieân tuïc trong giaûi töø -20 ñeán 1000C, caùc oâ coøn laïi giöõ nguyeân giaù trò. Töø caùc soá lieäu nhaän ñöôïc, duøng chöông trình Matlab bieåu dieãn söï aûnh höôûng cuûa nhieät ñoä ñoäng cô ñeán thôøi gian phun nhieân lieäu baèng ñoà thò (hình ). Hình 1.6. Ñoà thò bieåu dieãn söï phuï thuoäc cuûa thôøi gian phun vaøo nhieät ñoä ñoäng cô
7. Töông töï, chuùng ta cuõng coù theå söû duïng boä giao tieáp thöïc hieän caùc thöïc nghieäm veà söï aûnh höôûng cuûa caùc thoâng soá ñaàu vaøo khaùc ñeán thôøi gian phun nhieân lieäu, thôøi gian ngaäm ñieän vaø toác ñoä ñoäng cô. Keát luaän Töø keát quaû thöïc nghieäm cho thaáy, boä giao tieáp hoaït ñoäng oån ñònh, coù ñoä chính xaùc cao. Vì vaäy, coù theå öùng duïng boä giao tieáp ñeå tieán haønh caùc thöïc nghieäm trong nghieân cöùu. Töông töï, vôùi keát quaû ñoïc döõ lieäu vaø truy xuaát maõ loãi, boä giao tieáp laø moät thieát bò höõu ích trong vieäc kieåm tra, chaån ñoaùn heä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô. Saûn phaåm cuûa ñeà taøi laø moâ hình daïy hoïc höõu ích minh hoïa söï thay ñoåi caùc thoâng soá ñoäng cô vaø ñaëc bieät laø aûnh höôûng cuûa caùc tín hieäu ñaàu vaøo ñeán hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO [1]. PGS.TS. Ñoã Vaên Duõng, Trang bò ñieän vaø ñieän töû treân oâtoâ hieän ñaïi, Nxb Ñaïi hoïc quoác gia Tp. Hoà Chí Minh, naêm 2004. [2]. Toáng Vaên On - Hoaøng Ñöùc Haûi, Hoï vi ñieàu khieån 8051, Nxb Lao ñoäng – Xaõ hoäi, naêm 2001. [3]. Nguyeãn Hoaøi Sôn, ÖÙng duïng matlab trong tính toaùn kyõ thuaät, Nxb Ñaïi Hoïc quoác gia TP. Hoà Chí Minh, naêm 2000. [4]. Ngoâ Dieân Taäp, Kyõ thuaät keát noái maùy tính, Nxb Khoa hoïc Kyõ thuaät, naêm 2005. [5]. Ngoâ Dieân Taäp, Ño löôøng vaø ñieàu khieån maùy tính, Nxb Khoa hoïc Kyõ thuaät, naêm 1999. [6]. Ngoâ Dieân Taäp, Laäp trình keát noái maùy tính trong Windows, Nxb Khoa hoïc Kyõ thuaät, naêm 2005. [7]. Allan W.M. Bonnick, Automotive computer cotrolled systems, Butterworth – Heinemann, 1999. [8]. Toyota, Toyota computer control systerms.
8. 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.