Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong bối cảnh ngành công nghiệp và thị trường phương tiện giao thông vận tải tại Việt Nam phát triển nhanh chóng, số lượng ô tô hiện đại nhập khẩu và lưu hành ngày càng gia tăng. Yêu cầu đặt ra đối với các phương tiện giao thông hiện nay không chỉ dừng lại ở tính năng vận hành cơ bản mà còn đòi hỏi sự tích hợp của các hệ thống an toàn và tiện nghi thông minh nhằm hỗ trợ tối đa cho người lái.
Hệ thống gạt mưa và rửa kính là một trang bị an toàn cơ bản trên xe ô tô, giữ nhiệm vụ đảm bảo tầm nhìn thông suốt cho người điều khiển phương tiện bằng cách làm sạch nước mưa, bụi bẩn và băng tuyết bám trên kính chắn gió phía trước và phía sau. Trong điều kiện thời tiết xấu như mưa phùn, mưa rào hoặc sương mù, việc người lái phải liên tục thao tác bật/tắt hoặc điều chỉnh tốc độ cần gạt bằng tay có thể gây mất tập trung, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn giao thông. Việc trang bị cảm biến gạt mưa tự động giúp hệ thống tự nhận diện lượng nước bám trên kính để kích hoạt và điều chỉnh tần suất gạt thích hợp, giúp tài xế tập trung hoàn toàn vào việc quan sát và điều khiển xe. Tính năng này hiện đã được phổ biến rộng rãi từ các thương hiệu xe cao cấp (như Mercedes-Benz, BMW, Audi) đến các dòng xe phổ thông (như Toyota, Honda, Mazda).
Từ thực tiễn trên, tác giả Nguyễn Tuấn Anh đã thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài: "Nghiên cứu tìm hiểu hệ thống gạt mưa tự động trên xe con hiện đại".
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài bao gồm:
- Nghiên cứu tổng quan về lịch sử hình thành, nhiệm vụ, phân loại và các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống gạt mưa – rửa kính trên xe ô tô.
- Phân tích chi tiết kết cấu cơ khí, sơ đồ mạch điện và nguyên lý hoạt động của hệ thống ở các chế độ làm việc khác nhau (LOW, HIGH, OFF, INT, gạt nước dải rộng, gạt nước theo tốc độ xe và chức năng rửa kính kết hợp).
- Tìm hiểu nguyên lý làm việc của cảm biến nước mưa quang học và các chức năng an toàn (fail-safe) khi xảy ra sự cố.
- Ứng dụng phần mềm Proteus và nền tảng vi điều khiển Arduino để thiết kế, lập trình và mô phỏng hoạt động của hệ thống gạt mưa tự động.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu cơ khí, hệ thống điều khiển điện – điện tử, cảm biến nước mưa và giải thuật điều khiển hệ thống gạt mưa tự động trên xe con.
- Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát các nguyên lý làm việc trên ô tô hiện đại; thiết kế mô hình mô phỏng thuật toán điều khiển trên phần mềm mô phỏng mạch điện tử Proteus (công cụ ISIS) kết hợp vi điều khiển ATmega328P lập trình trên môi trường Arduino IDE.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đồ án xây dựng dựa trên sự kết hợp giữa lý thuyết chuyên ngành kỹ thuật ô tô, kỹ thuật điện tử và điều khiển nhúng:
- Lý thuyết quang học và cảm biến: Cơ chế phát xạ và phản xạ toàn phần của chùm tia hồng ngoại (Infrared - IR). Trạng thái bề mặt kính chắn gió khi khô ráo (cho phép tia hồng ngoại phản xạ gần như hoàn toàn về photodiode) và khi có nước mưa/bụi bẩn (gây khúc xạ, làm suy giảm lượng tia phản xạ truyền tới photodiode) được sử dụng làm tín hiệu điện áp đầu vào để xác định mức độ mưa.
- Lý thuyết máy điện và mạch điều khiển ô tô: Cấu tạo và đặc tính của động cơ điện một chiều (DC) kích từ bằng nam châm vĩnh cửu; nguyên lý sinh ra sức điện động ngược để thay đổi tốc độ quay của động cơ (tốc độ thấp LO và tốc độ cao HI); cơ chế hãm động cơ bằng sức điện động ngược thông qua công tắc tiếp điểm dạng cam để định vị chính xác vị trí dừng của cần gạt ở chân kính; mạch định thời RC kết hợp transistor điều khiển rơ-le trong chế độ gạt gián đoạn (INT).
- Lý thuyết vi điều khiển và xử lý tín hiệu: Kiến trúc vi điều khiển AVR 8-bit (ATmega328P), bộ biến đổi tín hiệu tương tự - số (ADC 10-bit), điều chế độ rộng xung (PWM) và các chuẩn giao tiếp dữ liệu (UART, I2C).
Phương pháp nghiên cứu được triển khai trong đồ án gồm:
- Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu kỹ thuật: Khảo sát cấu tạo thực tế của các cụm chi tiết cơ điện, rơ-le, công tắc tổ hợp, bơm rửa kính và hộp điều khiển ECU trên ô tô.
- Phương pháp mô phỏng kỹ thuật: Ứng dụng phần mềm Proteus (hãng Labcenter Electronics) để xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch điện tử mô phỏng gồm khối xử lý trung tâm, khối cảm biến mưa, khối cơ cấu chấp hành (động cơ servo) và khối hiển thị (LCD).
- Phương pháp thực nghiệm phần mềm: Lập trình giải thuật điều khiển bằng ngôn ngữ C/C++ trong môi trường Arduino IDE, nạp mã nhị phân vào vi điều khiển trong môi trường mô phỏng để kiểm chứng sự tương thích giữa mức độ ẩm ướt nhận diện được và tần suất/tốc độ hoạt động của cần gạt.
Nguồn dữ liệu của đề tài bao gồm tài liệu đào tạo kỹ thuật ô tô, giáo trình chuyên ngành cơ điện tử ô tô, datasheet của chip vi điều khiển ATmega328P, mạch so sánh LM393, màn hình LCD 16×2 và module cảm biến mưa HL-83.
Thiết kế và triển khai mô hình mô phỏng
Đồ án đã thiết kế và triển khai mô hình mô phỏng hệ thống gạt mưa tự động trên máy tính thông qua sự phối hợp giữa phần mềm mô phỏng Proteus và nền tảng Arduino.
+------------------------------------+
| Mô-đun Cảm biến mưa (HL-83/LM393) |
| (Đọc mức nước mưa qua chân AO/DO) |
+------------------+-----------------+
|
v (Tín hiệu Analog A0 / Digital D7)
+------------------------------------+
| Khối Vi điều khiển trung tâm |
| (Arduino Uno / ATmega328P AVR) |
+--------+------------------+--------+
| |
v (Chân PWM / D9) v (Giao tiếp I2C / PCF8574)
+-------------------+ +--------------------+
| Động cơ Servo | | Màn hình LCD 16x2 |
| (Mô phỏng góc | | (Hiển thị trạng |
| quét 0 - 150°) | | thái lượng mưa) |
+-------------------+ +--------------------+
1. Cấu hình phần cứng trong mô hình mô phỏng
| Thành phần linh kiện |
Thông số kỹ thuật / Đặc tính trong đồ án |
Vai trò trong hệ thống mô phỏng |
| Vi điều khiển ATmega328P |
Kiến trúc AVR 8-bit, Flash 32KB, SRAM 2KB, EEPROM 1KB, xung nhịp tối đa 20MHz, 23 chân I/O, 6 kênh PWM, 3 bộ Timer. |
Tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến, xử lý thuật toán và phát tín hiệu điều khiển chấp hành. |
| Board Arduino Uno |
Nền tảng vi điều khiển mã nguồn mở, tích hợp cổng nạp và giao tiếp máy tính. |
Nền tảng phần cứng phát triển ứng dụng mô phỏng. |
| Cảm biến nước mưa |
Gồm đệm cảm biến mạ niken kích thước 54×40 mm và mạch so sánh LM393 kích thước 30×16 mm; điện áp 3,3V – 5V; dòng 15mA; ngõ ra Analog (AO) và Digital (DO). |
Đo điện trở bề mặt thay đổi theo lượng nước mưa bám trên tấm đệm cảm biến. |
| Động cơ Servo |
Động cơ điều khiển góc quay (gán biến góc quay gocquay = 150 độ). |
Mô phỏng chuyển động quét của thanh gạt mưa trên kính chắn gió. |
| Màn hình LCD 16×2 |
16 cột 2 hàng, tích hợp IC chuyển đổi I2C PCF8574 kết nối qua chân SDA/SCL. |
Hiển thị thông báo trạng thái hoạt động ("small rain", "heavy rain"). |
| Biến trở & Nút bấm |
Biến trở chia áp và nút bấm chức năng (START). |
Giả lập sự thay đổi mức độ mưa và kích hoạt hệ thống trong mô phỏng. |
2. Thuật toán và mã nguồn điều khiển
Mã nguồn được xây dựng bằng ngôn ngữ C/C++ trên phần mềm Arduino IDE sử dụng thư viện Wire.h, LiquidCrystal_I2C.h và Servo.h.
Thuật toán xử lý chính:
- Vi điều khiển đọc giá trị điện áp tương tự từ chân cảm biến mưa
A0 (analogRead(A0)).
- Sử dụng hàm ánh xạ
map(a, 150, 900, 0, 30) và map(a, 150, 900, 0, 25) để chuyển đổi dải giá trị ADC sang giá trị thời gian trễ (delay) điều khiển tốc độ quay của servo.
- Nếu lượng mưa nhỏ (giá trị ADC thay đổi tương ứng), hệ thống xuất thông báo
"small rain" lên màn hình LCD và điều khiển servo quay góc quét 150 độ với tốc độ điều chỉnh theo biến trễ aa.
- Nếu lượng mưa lớn (
a >= 900 hoặc ngưỡng mưa lớn), màn hình hiển thị "heavy rain" và servo quay với tốc độ nhanh tương ứng với khoảng trễ cố định timer = 5 ms.
#include <Wire.h>
#define start 8
#define rain 7
#include <Servo.h>
int timer = 5; // Tốc độ servo khi mưa to
int gocquay = 150; // Góc quét tối đa của cần gạt
int pos = 0;
int aa = 0;
int a = 0;
Servo myservo;
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
void setup() {
Serial.println("Da khoi dong xong");
// Cấu hình LCD và chân I/O
}
void loop() {
a = analogRead(A0);
aa = map(a, 150, 900, 0, 30);
// Kiểm tra ngưỡng điện áp để xuất thông báo trạng thái lên LCD
// Serial.print("small rain") hoặc lcd.print("heavy rain")
servo();
}
void servo() {
a = analogRead(A0);
aa = map(a, 150, 900, 0, 25);
for (pos = 0; pos <= gocquay; pos += 1) {
myservo.write(pos);
if (a < 900) {
delay(aa);
} else {
delay(timer);
}
}
}
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan hệ thống gạt mưa tự động trên ô tô
Chương 1 trình bày tổng quan về vai trò, lịch sử phát triển và phân loại hệ thống gạt mưa trên xe cơ giới:
- Nhiệm vụ và yêu cầu: Hệ thống gạt mưa - rửa kính có nhiệm vụ gạt nước mưa, bùn đất, tuyết bám trên kính trước và kính sau, đảm bảo tầm nhìn rõ ràng cho người lái xe. Yêu cầu kỹ thuật đặt ra là hệ thống phải vận hành êm ái, linh hoạt, ổn định và tự động điều chỉnh tốc độ quét phù hợp với lưu lượng mưa thực tế.
- Phân loại hệ thống truyền động: Phân loại theo nguồn dẫn động gồm 3 dạng chính: (1) Truyền động cơ khí trực tiếp từ động cơ ô tô; (2) Truyền động bằng khí nén; (3) Truyền động bằng động cơ điện một chiều (dạng phổ biến trên toàn bộ các dòng xe ô tô hiện nay).
- Lịch sử hình thành: Ý tưởng cơ cấu gạt nước đầu tiên do Mary Anderson phát minh năm 1903 sau khi quan sát thấy tài xế tại New York phải dừng xe liên tục để lau tuyết hoặc nhoài đầu ra ngoài cửa sổ để quan sát. Phát minh được cấp bằng sáng chế tại Mỹ năm 1905 với cơ cấu tay quay cơ học đặt trong cabin. Đến năm 1916, cần gạt nước chính thức trở thành trang bị tiêu chuẩn trên các dòng xe Ford Model T sản xuất hàng loạt.
- Bố trí và cấu tạo cảm biến mưa: Các chi tiết chính của hệ thống gồm: cảm biến nước mưa (đặt tại vị trí gương chiếu hậu sát mặt trong kính chắn gió), cụm mô tơ gạt nước tích hợp ECU điều khiển, mô-đun ECM, cụm công tắc cảnh báo, cụm bơm và mô tơ rửa kính. Cảm biến mưa gồm 1 đèn LED phát tia hồng ngoại, 1 điốt quang thu tín hiệu, thấu kính hội tụ và dải truyền quang tiếp xúc mặt kính.
Chương 2: Phân tích kết cấu và nguyên lý hệ thống gạt mưa rửa kính
Chương 2 đi sâu phân tích cấu tạo cơ điện tử và các chế độ làm việc đặc thù của hệ thống:
- Kết cấu cơ khí và cần gạt: Cấu trúc thanh gạt gồm lưỡi cao su lắp trên khung kim loại có lò xo ép sát vào mặt kính cong. Đồ án phân tích 2 dạng bố trí cần gạt: dạng che một nửa (nhìn thấy một phần từ bên ngoài) và dạng che hoàn toàn (nằm ẩn sâu dưới nắp ca-pô nhằm tối ưu hóa tính khí động học và mở rộng trường nhìn). Đối với loại che hoàn toàn, xe được thiết kế cơ cấu cho phép chuyển đổi sang chế độ che một phần bằng tay để tránh hiện tượng cháy mô tơ khi cần gạt bị bó cứng do băng tuyết.
- Mô tơ gạt nước và cơ cấu cam định vị: Mô tơ gạt nước là loại động cơ DC kích từ nam châm vĩnh cửu đi kèm bộ truyền trục vít - bánh vít giảm tốc. Mô tơ có 3 chổi than: chổi tốc độ thấp (LO), chổi tốc độ cao (HI) và chổi tiếp mát chung. Tốc độ quay được điều khiển dựa trên độ lớn của sức điện động ngược sinh ra trong cuộn dây phần ứng. Cơ cấu đĩa cam xẻ rãnh chữ V và bộ 3 tiếp điểm P1, P2, P3 đảm bảo khi người lái tắt công tắc (OFF), dòng điện vẫn tiếp tục duy trì qua tiếp điểm P2 cho đến khi đĩa cam quay về rãnh hở, đóng mạch ngắn qua tiếp điểm P3 để kích hoạt quá trình hãm điện động, dừng chổi gạt chính xác tại chân kính chắn gió.
- Các chế độ hoạt động:
- Chế độ LOW/MIST: Dòng điện cấp trực tiếp vào chổi than tốc độ thấp.
- Chế độ HIGH: Dòng điện cấp vào chổi than tốc độ cao, sức điện động ngược nhỏ làm tăng số vòng quay của mô tơ.
- Chế độ INT (Gián đoạn): Transistor đóng ngắt dòng điện cấp cho rơ-le theo chu kỳ nạp/xả của mạch tụ điện - điện trở hoặc giá trị cài đặt từ biến trở điều chỉnh thời gian.
- Chế độ gạt nước dải rộng: Bố trí thêm một mô tơ phụ làm thay đổi vị trí tâm đòn bẩy và cần không tải nhằm duy trì diện tích quét của chổi gạt không đổi giữa tốc độ thấp và tốc độ cao, bù trừ sai số do lực quán tính tạo ra.
- Gạt nước theo tốc độ xe: Tự động nhận diện trạng thái xe chạy (vận tốc khác 0, cần số ngoài vị trí P/N, nhả phanh đỗ) và xe dừng. Khi xe dừng, hệ thống tự động chuyển từ chế độ LO về INT với chu kỳ xấp xỉ 2,5 giây.
- Chế độ rửa kính ngăn đọng nước: Khi bật công tắc rửa kính từ 0,2 giây trở lên, bơm phun nước hoạt động đồng thời chổi gạt quét 3 lần ở tốc độ thấp; sau khi ngừng phun từ 3 đến 7 giây, chổi gạt sẽ tự động quét thêm 1 lần để gạt sạch lượng nước còn sót lại.
- Chức năng an toàn (Fail-safe): Khi phát hiện cảm biến mưa bị lỗi, ECU sẽ ngắt chế độ tự động (AUTO) và chuyển sang chế độ gạt gián đoạn theo tốc độ xe hoặc cho phép điều khiển thủ công qua các vị trí LO/HI.
Chương 3: Nghiên cứu, mô phỏng hệ thống gạt mưa rửa kính bằng phần mềm Proteus và Arduino
Chương 3 trình bày việc xây dựng mô hình thực nghiệm mô phỏng hệ thống trên máy tính:
- Giới thiệu các công cụ của phần mềm Proteus: công cụ ISIS (vẽ sơ đồ nguyên lý và mô phỏng mạch điện tương tác) và ARES (thiết kế bo mạch in PCB).
- Giới thiệu nền tảng mã nguồn mở Arduino IDE và cấu trúc tập lệnh điều khiển bằng ngôn ngữ C/C++.
- Khảo sát các thông số kỹ thuật của vi điều khiển ATmega328P (cấu trúc chân nối, thanh ghi, cổng ADC, timer, xung nhịp).
- Thiết lập kết nối mô phỏng giữa board Arduino Uno, module cảm biến mưa HL-83, mạch so sánh LM393, màn hình LCD 16×2 kết nối I2C và động cơ servo điều khiển góc quét.
- Nạp mã nguồn và phân tích kết quả thử nghiệm mô phỏng khi thay đổi điện trở cảm biến mưa.
Kết quả và đóng góp
1. Kết quả kỹ thuật đạt được
| Nội dung nghiên cứu |
Kết quả chi tiết ghi nhận trong đồ án |
| Phân tích kết cấu cơ điện |
Làm rõ cấu tạo bộ 3 chổi than, nguyên lý biến đổi tốc độ bằng sức điện động ngược, cơ chế định vị dừng bằng đĩa cam rãnh V và 3 tiếp điểm P1-P2-P3. |
| Phân tích chẩn đoán hư hỏng |
Chỉ ra 2 hư hỏng mạch điện điển hình: (1) Hỏng tiếp điểm P3 làm mất chức năng phanh điện động, mô tơ quay liên tục không dừng khi tắt OFF; (2) Đứt dây cực số 4 làm cần gạt dừng ngay lập tức tại vị trí ngắt công tắc thay vì hồi về vị trí đáy kính. |
| Giải thuật điều khiển theo tốc độ xe |
Phân tích quy trình chuyển đổi tự động từ chế độ gạt liên tục LO sang gạt gián đoạn chu kỳ 2,5 giây khi xe chuyển trạng thái từ chạy sang dừng. |
| Chức năng gạt vét nước đọng |
Xác định chu kỳ làm sạch: quét 3 chu kỳ tốc độ thấp sau khi phun nước và quét phụ thêm 1 lần sau khoảng trễ từ 3 đến 7 giây. |
| Mô hình mô phỏng Proteus - Arduino |
Thiết kế thành công mạch mô phỏng; thuật toán xử lý dữ liệu ADC từ cảm biến mưa điều khiển động cơ servo xoay góc quét 150 độ và hiển thị thông tin chế độ mưa lên màn hình LCD 16×2. |
2. Đóng góp của đề tài
- Hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết kết cấu cơ khí và sơ đồ mạch điện điều khiển hệ thống gạt mưa - rửa kính từ các chế độ cổ điển đến các tính năng tự động hiện đại trên ô tô.
- Cung cấp tài liệu phân tích nguyên lý hoạt động chi tiết của cảm biến mưa quang học sử dụng tia hồng ngoại và chức năng dự phòng an toàn (fail-safe) trên ô tô.
- Xây dựng mô hình mô phỏng trực quan kết hợp giữa phần mềm Proteus và Arduino, cung cấp tài liệu tham khảo cho việc học tập, giảng dạy và nghiên cứu về các hệ thống điện thân xe.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế:
- Mô hình của đề tài mới chỉ dừng lại ở mức độ mô phỏng nguyên lý trên phần mềm máy tính (Proteus ISIS) thông qua cơ cấu servo mô phỏng góc quay, chưa được chế tạo và thử nghiệm trên mô hình phần cứng thực tế hoặc xe ô tô thật.
- Mạch mô phỏng và mã nguồn điều khiển còn ở mức cơ bản, chưa tích hợp đầy đủ các tín hiệu thực tế từ xe như cảm biến tốc độ xe (VSS), tín hiệu vị trí cần số (P/N/D) và tín hiệu phanh để mô phỏng toàn diện các chế độ gạt liên kết.
- Hướng nghiên cứu tiếp:
- Hoàn thiện, tối ưu hóa sơ đồ mạch điện và giải thuật điều khiển để ứng dụng chế tạo mô hình thực hành phục vụ đào tạo chuyên ngành Công nghệ Ô tô.
- Mở rộng nghiên cứu thiết kế, tích hợp và thử nghiệm hệ thống gạt mưa tự động hoàn chỉnh trên xe ô tô thực tế.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu học thuật và kỹ thuật phù hợp cho:
- Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Cơ điện tử và Kỹ thuật Điều khiển: Dùng làm tài liệu tham khảo khi làm đồ án môn học Điện thân xe, Đồ án tốt nghiệp hoặc nghiên cứu về các hệ thống tiện nghi và an toàn trên ô tô.
- Kỹ thuật viên sửa chữa điện ô tô: Tham khảo sơ đồ mạch điện, nguyên lý định vị của công tắc cam, cơ chế hãm điện động và phương pháp chẩn đoán các triệu chứng hư hỏng của hệ thống gạt mưa rửa kính.
- Các phần nội dung có giá trị tham khảo cao nhất:
- Phân tích nguyên lý hoạt động của công tắc đĩa cam định vị vị trí dừng và hiện tượng hỏng hóc liên quan đến tiếp điểm P3 và đứt dây cực số 4 (Chương 2).
- Sơ đồ nguyên lý và giải thuật hoạt động của cảm biến nước mưa hồng ngoại kết hợp chức năng an toàn fail-safe (Chương 1 và Chương 2).
- Phương pháp xây dựng mạch mô phỏng vi điều khiển kết nối cảm biến và LCD trên phần mềm Proteus (Chương 3).
Câu hỏi thường gặp
1. Cơ cấu công tắc dạng cam trong mô tơ gạt nước thực hiện việc hãm dừng cần gạt tại vị trí cố định như thế nào?
Công tắc dạng cam nằm trong cụm bánh răng giảm tốc, gồm một đĩa cam xẻ rãnh chữ V và 3 điểm tiếp xúc (P1, P2, P3). Khi người lái tắt công tắc về vị trí OFF, nếu cần gạt chưa về vị trí chân kính thì tiếp điểm P2 vẫn tiếp xúc với đĩa dẫn điện, duy trì cấp nguồn ắc quy cho mô tơ tiếp tục quay. Khi cần gạt về đúng vị trí dừng dưới cùng, tiếp điểm P2 rơi vào rãnh chữ V ngắt nguồn cấp. Do quán tính, phần ứng mô tơ tiếp tục quay nhẹ làm tiếp điểm P3 đóng mạch ngắn kín qua các chân cực và chổi than. Dòng điện do sức điện động ngược sinh ra trong mạch kín này tạo ra mô-men phanh hãm điện từ, dừng mô tơ ngay lập tức tại vị trí quy định.
2. Hiện tượng gì sẽ xảy ra nếu tiếp điểm P3 bị hỏng hoặc dây nối cực số 4 của công tắc gạt nước bị đứt?
Theo phân tích của đồ án:
- Nếu tiếp điểm P3 bị hỏng: Mạch hãm điện động không thể hình thành khi tắt công tắc gạt nước (OFF), khiến mô tơ không được phanh hãm và sẽ tiếp tục quay tự do do quán tính mà không thể dừng lại ở vị trí cố định.
- Nếu đứt dây nối giữa cực số 4 của công tắc và mô tơ: Khi tắt công tắc sang OFF, nguồn điện phụ duy trì qua tiếp điểm P2 bị mất, làm thanh gạt dừng ngay lập tức tại vị trí đang quét trên kính chắn gió thay vì tiếp tục di chuyển về vị trí đáy kính.
3. Cảm biến nước mưa trên kính chắn gió nhận biết lượng mưa dựa trên nguyên lý quang học nào?
Cảm biến sử dụng 1 đèn LED phát chùm tia hồng ngoại chiếu qua thấu kính vào kính chắn gió và 1 điốt quang (photodiode) để thu nhận tia phản xạ. Khi kính khô, hệ số phản xạ giữa kính và không khí cho phép phần lớn tia hồng ngoại phản xạ toàn phần trở lại điốt quang, tạo ra điện áp tín hiệu cao. Khi có giọt nước mưa hoặc bụi bẩn bám trên vùng cảm biến, sự chênh lệch hệ số phản xạ giữa kính và nước làm một phần tia hồng ngoại khúc xạ xuyên ra ngoài môi trường, dẫn đến lượng tia phản xạ truyền về điốt quang bị suy giảm. Tỷ lệ suy giảm quang thông phản xạ tỷ lệ thuận với lượng mưa, làm căn cứ để ECU điều khiển các chế độ gạt gián đoạn (INT), tốc độ thấp (LOW) hoặc tốc độ cao (HIGH).
4. Trong mô hình mô phỏng của đồ án, vi điều khiển xử lý tín hiệu từ cảm biến mưa như thế nào để điều khiển cơ cấu gạt?
Đồ án sử dụng module cảm biến mưa tấm đệm niken kết hợp IC so sánh LM393 cấp nguồn 5V. Tín hiệu điện áp tương tự từ chân AO của cảm biến được đưa vào chân analog A0 của vi điều khiển ATmega328P. Vi điều khiển thực hiện hàm analogRead(A0) và dùng hàm map() chuyển đổi giá trị ADC (trong dải 150 – 900) thành khoảng thời gian trễ delay điều khiển góc quay servo từ 0 đến 150 độ. Khi lượng mưa lớn (giá trị đọc vượt ngưỡng quy định), servo hoạt động với chu kỳ quét nhanh tương ứng với khoảng trễ cố định 5 ms, đồng thời xuất dữ liệu trạng thái tương ứng ("small rain" hoặc "heavy rain") lên màn hình LCD 16×2 qua giao tiếp I2C.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu tìm hiểu hệ thống gạt mưa tự động trên xe con hiện đại" của sinh viên Nguyễn Tuấn Anh đã nghiên cứu toàn diện từ cơ sở lý thuyết kết cấu cơ điện, nguyên lý mạch điện hãm động cơ đến giải thuật điều khiển cảm biến mưa quang học trên xe ô tô. Tác giả đã phân tích rõ các chế độ vận hành nâng cao như gạt nước dải rộng, gạt nước theo tốc độ xe, chu trình gạt vét nước đọng và cơ chế an toàn fail-safe. Đồng thời, đề tài đã ứng dụng thành công phần mềm Proteus và nền tảng Arduino để xây dựng mô hình mô phỏng thuật toán điều khiển gạt mưa tự động trực quan, tạo cơ sở khoa học cho các nghiên cứu thiết kế và thử nghiệm phần cứng thực tế trong tương lai.
