TÓM TẮT:
Hệ thống chiếu sáng trên ô tô là phương tiện cần thiết giúp tài xế có thể quan sát trong điều kiện tầm nhìn hạn chế, hệ thống chiếu sáng còn dùng để báo tình huống dịch chuyển để mọi người xung quanh nhận biết trong điều kiện ban đêm. Ngoài ra, hệ thống còn có chức năng hiển thị các thông số hoạt động trên ô tô đến tài xế thông qua bảng tableau và soi sáng không gian trong xe. Trên ô tô, hệ thống chiếu sáng hoạt động được, người tài xế phải bậc công tắc đèn và chuyển đổi pha-cốt liên tục khi xe hoạt động trong thành phố hay khi có xe di chuyển ngược chiều. Để giảm bớt các thao tác không cần thiết khi điều khiển hệ thống chiếu sáng, thiết kế lắp đặt hệ thống điều khiển đèn pha-cốt tự động là rất cần thiết. Bài báo này trình bày việc thiết kế, tính toán và lắp đặt mạch điện điều khiển quá trình chuyển đổi pha-cốt tự động trên xe bằng phần mềm LabVIEW và ứng dụng thí nghiệm trên mô hình thực tế.
Từ khóa: hệ thống chiếu sáng, đèn pha, chuyển đổi pha-cốt, đèn pha tự động, hệ thống điều khiển đèn pha.
1. Hệ thống điều khiển pha-cốt tự động trên ô tô [1]
Thiết kế hệ thống điều khiển pha-cốt tự động trên ô tô được lắp song song với mạch đèn chiếu sáng trên ô tô, khi trời tối, hệ thống này tự động bật đèn chiếu sáng bằng cảm biến. Khi đang di chuyển trên đường, nếu có ánh sáng của các phương tiện ngược chiều hoặc đèn đường chiếu vào cảm biến, vì hệ thống tự điều chỉnh từ chế độ pha thành chế độ cốt và ngược lại.
Sơ đồ nguyên lý:
Hình 1: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển [tác giả]
Nguyên lý hoạt động của hệ thống:
Khi trời tối, cảm biến LRD1 sẽ tăng giá trị điện trở lên, làm cho Transistor Q1 dẫn dòng điện đi vào cuộn dây của relay 1 hút tiếp điểm relay đóng lại. Khi đó, 3 nối với 4 cung cấp điện đến relay 2, lúc này đèn pha được nối ở tiếp điểm thường đóng (3 nối với 5) nên đèn pha sáng được thể hiện ở Hình 1.
Khi xe đang chạy trên đường, nếu có ánh sáng ngược chiều của các phương tiện khác hay ánh sáng của đèn đường khi chạy trong thành phố chiếu vào LRD2, nên Q2 không hoạt động, cuộn dây relay 2 không còn lực từ, nên tiếp điểm mở ra đóng sang chân 4 (3 nối với 4). Vì thế, đèn cốt sáng và đèn pha mất nguồn nên tắt. Quá trình này cứ lặp lại liên tục khi xe chạy trên đường.
Khi ban ngày nếu người lái quên tắt đèn, LRD1 sẽ nhận được ánh sáng giá trị điện trở giảm làm cho Q1 ngắt nên không có nguồn cung cấp cho relay 1, nên hệ thống không hoạt động.
2. Giao tiếp arduino với LabVIEW điều khiển hệ thống tự động bật đèn pha, cốt
Thiết bị sử dụng: Sử dụng phần mềm LabVIEW 2010, mạch Arduino UNO, cảm biến đo ánh sáng (quang trở), module Relay, đèn LED thay thế cho đèn cốt/pha 24VDC.
Các bước thực hiện:
- Cài đặt phiên bản LabVIEW 2010
- Download phần mềm VI Package Manager để cài đặt thư viện Ardino trong phần mềm LabVIEW.
- Download code LIFA_Base và nạp cho mạch Arduino để giao tiếp với LabVIEW, trong bài báo này sử dụng chuẩn giao tiếp UART qua cổng USB máy tính.
- Lập trình và tạo giao diện điều khiển hệ thống trên LabVIEW.
- Cho hệ thống hoạt động và kiểm tra kết quả.
2.1. Tiến hành lập trình điều khiển hệ thống [3]
- Download phần mềm VI Package Manager, cài đặt thư viện Arduino trên LabVIEW: Mở giao diện VIPM sau khi cài đặt xong, chọn phiên bản LabVIEW 2010, gõ từ khóa arduino tại ô tìm kiếm được thể hiện Hình 2. Tiếp theo, chọn LabVIEW Interface for Arduino và bấm Install & Upgrade Package để cài đặt thư viện Arduino trên LabVIEW Hình 2.
Hình 2: Giao diện VI Package Manager
- Download code LIFA_Base, nạp code cho mạch Arduino: Sau khi đã download thư viện LIFA_Base thành công, ta tiến hành cập nhật thư viện cho Arduino bằng cách: Copy toàn bộ thư viện LIFA_Base vào thư mục cài đặt Arduino theo đường dẫn: C:\Program Files (x86)\Arduino\libraries\
Mở phần mềm Arduino IDE, nhấn File\Example\LIFA_Base và nạp code LIFA_Base.ino xuống board Arduino tại Hình 3. Đây là code giúp giao tiếp board Arduino thực với phần mềm LabVIEW trên máy tính.
Hình 3: Giao tiếp board Arduino thực với phần mềm LabVIEW
2.2. Lập trình và tạo giao diện điều khiển hệ thống trên LabVIEW
Mở giao diện lập trình LabVIEW 2010, bấm Blank VI hoặc File\New VI để mở giao diện lập trình mới với Hình 4.
Hình 4: Giao diện của phần mềm LabVIEW
Tại cửa sổ Block Diagram tại Hình 5 nhấp phải chuột, chọn thư viện Arduino và lấy các khối lập trình cần thiết để giao tiếp board với LabVIEW.
Lấy khối khai báo giao tiếp truyền thông Arduino\Init.vi và khối Close.vi trong Hình 5.
Hình 5: Giao diện cửa sổ Block Diagram
Cài đặt giao thức truyền thông trên khối Init.vi tại Hình 6 như sau: Chọn cổng giao tiếp (COM), tốc độ truyền 115200 baud dùng cho board Arduino Uno qua cổng USB bằng cách nhấp phải các ngõ vào tương ứng và chọn Create\Control hoặc Create\Constant.
Hình 6: Vòng lặp While Loop để chương trình cập nhật [tác giả]
Lấy vòng lặp While Loop để chương trình cập nhật các trạng thái liên tục cho đến khi nhấn STOP trên Hình 7.
Hình 7: Chức năng Input đọc trạng thái [tác giả]
Tiếp theo, lấy các khối khởi tạo chức năng Input để đọc trạng thái của mạch cảm biến quang trở (Hình 7) thứ nhất - kiểm tra trời sáng/tối (ngõ vào số: Digital Input): nhấp phải chuột, chọn Arduino\Low Level\ lấy Set Digital Pin Mode.vi và Digital Read Pin.vi.
Hình 8: Set Digital Pin Mode.vi và Digital Read Pin.vi [tác giả]
Chọn chế độ: Input và đọc tín hiệu ngõ vào tại chân số 2 trên Arduino (Chân 2 kết nối với ngõ ra DO của mạch quang trở).
Hình 9: Chọn ngõ vào đọc tín hiệu, ngõ vào quang trở [tác giả]
Sử dụng cấu trúc Case để kiểm tra giá trị của mạch cảm biến quang trở:
Nếu giá trị bằng 0 thì set ngõ ra tại chân 7 Arduino xuống mức 0 (không kích Relay On/Off).
Còn nếu giá trị bằng 1 thì set ngõ ra tại chân 7 Arduino lên mức 1 (kích đóng Relay On/Off) để cấp nguồn điện cho các khối cảm biến và Relay đèn Cốt/Pha.
Sử dụng các khối khởi tạo chế độ là Output (Set Digital Pin Mode.vi) và set ngõ ra số (Digital Write Pin.vi) tại chân số 7 bằng cách nhấp phải chuột chọn Arduino\Low Level\.
Hình 10: Output (Set Digital Pin Mode.vi) và set ngõ ra số (Digital Write Pin.vi) [tác giả]
Thực hiện tương tự cho khai báo đọc giá trị ngõ vào cho module cảm biến quang trở thứ hai (kiểm tra độ chiếu sáng từ các xe khác) để đọc tín hiệu ngõ vào số tại chân số 4 trên Arduino sử dụng khối Set Digital Pin Mode.vi và Digital Read Pin.vi
Hình 11: Set Digital Pin Mode.vi và Digital Read Pin.vi [tác giả]
Tiếp theo, lập trình tương tự cho việc set tín hiệu ngõ ra số cho module Relay cốt/pha, đồng thời sử dụng cấu trúc Case để kiểm tra giá trị của mạch cảm biến quang trở:
Nếu giá trị bằng 0 thì set ngõ ra tại chân 8 Arduino lên mức 1 (kích đóng Relay cốt/pha) để tắt đèn cốt và mở đèn pha.
Còn nếu giá trị bằng 1 thì set ngõ ra tại chân 8 Arduino xuống mức 0 (không kích Relay cốt/pha) để mở đèn cốt và tắt đèn pha.
Hình 12: Set tín hiệu ngõ ra số cho module Relay cốt/pha [tác giả]
2.3. Giao diện điều khiển tại cửa sổ Front Panel
Hình 13: Giao diện điều khiển tại cửa sổ Front Panel [tác giả]
Code LabVIEW tại cửa sổ Block Diagram như Hình 14:
Hình 14: Mã Code LabView tại cửa sổ Block Diagram [Tác giả]
Sau đó, ta tiến hành kết nối board Arduino Uno với máy tính dùng cổng USB để giao tiếp với LabVIEW. Tại giao diện Front Panel của LabVIEW, ta chọn cổng COM tương ứng và bấm RUN, kiểm tra hoạt động của hệ thống trên Hình 15.
Hình 15: Mô hình hệ thống điều khiển chiếu sáng [tác giả]
Kết nối hệ thống với LabVIEW qua USB.
Kết nối hệ thống với LabVIEW khi chưa khai báo chế độ hoạt động cho hệ thống Hình 16.
Hình 16: Giao diện với LabVIEW khi chưa khai báo thông số [tác giả]
Kết nối hệ thống với LabVIEW khi đã khai báo chế độ hoạt động chế độ đèn pha.
Hình 17: Giao diện với LabVIEW tại chế độ pha [tác giả]
Kết nối hệ thống với LabVIEW khi đã khai báo chế độ hoạt động chế độ đèn cốt.
Hình 18: Giao diện với LabVIEW tại chế độ cốt [tác giả]
3. Mô hình hệ thống chiếu sáng pha, cốt tự động trên ô tô [2]
Khi trời tối cụm relay 1 sẽ tăng giá trị điện trở lên làm cho Transistor dẫn dòng điện đi vào cuộn dây của relay 1 hút tiếp điểm relay đóng lại. Khi đó, cung cấp điện cho mạch đến relay 2 lúc này đèn pha được nối ở tiếp điểm thường đóng, nên đèn pha được bật sáng.
Hình 19: Sơ đồ đấu dây hệ thống [tác giả]
Hình 20: Mô hình thực tế của hệ thống [tác giả]
Hình 21: Mô hình hoạt động chế độ đèn pha [tác giả]
Khi xe đang chạy trên đường nếu có ánh sáng ngược chiều của các phương tiện khác hay ánh sáng của đèn đường khi chạy trong thành phố chiếu vào cuộn dây relay 2 bị ngắt không còn lực từ, nên tiếp điểm mở ra đóng sang chân thường mở. Vì thế, đèn cốt bật sáng Hình 22 và đèn pha mất nguồn nên tắt. Quá trình này cứ lặp lại liên tục khi xe chạy trên đường.
Hình 22: Mô hình hoạt động chế độ mở đèn cốt [tác giả]
Ban ngày, nếu người lái quên tắt đèn, cảm biến sẽ nhận được ánh sáng làm thay đổi giá trị điện trở giảm, làm cho transistor ngắt, nên không có nguồn cung cấp cho relay 1 hệ thống không hoạt động.
4. Kết luận
Thiết kế hệ thống điều khiển pha-cốt tự động trên ô tô có ưu điểm có thể áp dụng trong giảng dạy, lập trình phần mềm LabVIEW, hệ thống điện điện tử ô tô, hệ thống điện thân xe,…
Với thiết kế này, khi lắp đặt thành công trên ô tô, sẽ làm giảm bớt các thao tác điều khiển của tài xế. Đồng thời, hệ thống này còn giúp người lái khi quên tắt đèn vào ban ngày, bộ phận cảm biến sẽ nhận được ánh sáng làm thay đổi giá trị điện trở của cảm biến, lúc đó Transistor ngắt nên nguồn cung cấp cho relay mất, hệ thống ngưng hoạt động. Điều này rất thuận lợi cho người lái nhất là khi lái xe trong thời gian dài, giảm mệt mỏi, tăng mức độ an toàn khi tham gia giao thông.
TÀI LIỆU THAM KHẢO:
- Lê Thanh Phúc (2007). Thực tập Điện Ô tô II. TP. Hồ Chí Minh: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
- Đỗ Văn Dũng, (2007). Hệ thống điện thân xe và điều khiển tự động trên ô tô. TP. Hồ Chí Minh: Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
- Nguyễn Bá Hải (2010). Lập trình LabVIEW. TP. Hồ Chí Minh: NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.
- Đỗ Văn Dũng (). Giáo trình hệ thống điện và điện tử trên ô tô hiện đại (Hệ thống điện động cơ). Truy cập tại https://tailieumienphi.vn/doc/giao-trinh-he-thong-dien-va-dien-tu-o-to-hien-dai-pgs-ts-do-van-dung-w631tq.html
THE AUTOMATIC AUTOMOTIVE
HIGH-LOW BEAM TRANSITION
• Master. NGO THANH HA
• PHAN TAN TAI
Department of Mechanical Engineering,
Faculty of Engineering and Technology, Tra Vinh University
ABSTRACT:
Automotive lighting system helps drivers to observe in limited visibility conditions, and indicate the movement of vehicle so that people can recognize during night-time. In addition, the system also has the function of displaying the vehicle’s operating parameters to the driver through the tableau panel and illuminating the space in the vehicle. When driving in the city or passing vehicles proceeding in opposite direction, the driver must turn on and switch the high-low beam transition continuous. To reduce unnecessary operations when controlling the automotive lighting system, it is necessary to design and develop an automatic high-low beam control system. This study presents the design, calculation and installation of electrical circuits that automatically control automotive high-low beam transition by using LabVIEW and experimental applications on real models.
Keywords: lighting system, headlight, high-low beam transitions, headlight automatic, headlight control system.
[Tạp chí Công Thương - Các kết quả nghiên cứu khoa học và ứng dụng công nghệ, Số 2 tháng 1 năm 2023]
