CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Lí do chọn đề tài Cùng với sự phát triển của khoa học, kỹ thuật và công nghệ, con người đã tiếp cận với nhiều sản phẩm và thiết bị hiện đại hơn, tất cả được tạo ra đều một mục đích giúp con người sử dụng đơn giản, dễ dàng. Những sản phẩm này bao gồm các thiết bị di động thông minh, máy tính cá nhân, các thiết bị điện tử trong gia đình và công ty, các hệ thống thông tin và kỹ thuật số, và nhiều hơn nữa,…cùng với đó, các tính năng trong xe ô tô cũng càng ngày càng nhiều và hiện đại hơn. Đi đôi với sự phát triển đấy, một vấn đề được đặt ra cho con người trong xã hội hiện nay là cần phải trau dồi thêm kiến thức để phát huy tối đa công dụng của các thiết bị hiện đại, cũng như rèn luyện sự nhanh nhạy trong việc giải quyết các vấn đề để có thể hiểu và điều khiển chúng.
Các kỹ năng này bao gồm khả năng phân tích, đánh giá và sử dụng các thông tin cũng như khả năng tư duy logic, khả năng giải quyết vấn đề. Qua những vấn đề đã đề cập ở trên, chúng em nhận thấy rằng việc trang bị thật tốt các kiến thức cho bản thân trước khi tiến vào môi trường làm việc là thực sự cần thiết. Tuy nhiên, thực trạng hiện nay, sinh viên vẫn còn mơ hồ về các vấn đề về điện trên xe ô tô hay khả năng thực hành, tư duy để giải quyết các lỗi đó. Nhận thấy được thực trạng đó, chúng em đã cùng nhau tìm hiểu và xin phép được sự hướng dẫn của giảng viên Nguyễn Thiện Dinh để thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình thực tập điện tử cơ bản trên ô tô” nhằm hỗ trợ giảng viên giảng dạy và đưa sinh viên ứng dụng lý thuyết đã học vào gần với thực tế hơn.
Thực trạng hiện tại 1. Tình hình ngoài nước Tháng 1 năm 2018, trường Đại học Kỹ thuật ở Hubli, Karnataka, Ấn Độ, một nhóm nghiên cứu sinh bao gồm Prabha Nissimagoudar, Prabha Nissimagoudar, Gireesha. Wali đã thực hiện một đề tài nghiên cứu “Practicing model based design and industrial approach for a course on automotive electronics” [1]. Đề tài này thảo luận về việc áp dụng MATLAB/SIMULINK hoặc LABView ở các cấp độ khác nhau để mô phỏng các mô hình của động cơ ô tô phục vụ cho việc giảng dạy, sau đó sử dụng các số liệu để đánh giá hiệu 1 quả của mô hình thông qua các chỉ số dựa trên khả năng làm việc nhóm, kỹ năng quản lý dự án và năng lực kỹ thuật.
Năm 2019, một nhóm nghiên cứu sinh tại Khoa Giáo dục Kỹ thuật Ô tô, Đại học Negeri Yogyakarta, Indonesia bao gồm M.Sulistyo đã thực hiện nghiên cứu “Project Based Learning Model to Increase the Competency of Automotive Engineering Teachers Candidates” [2]. Nghiên cứu này nhằm tạo ra một mô hình học dựa trên dự án cho giáo dục nghề nghiệp (Project-Based Learning model - PjBL) trong việc học thực hành các khóa học về ô tô về điện thân xe. Sản phẩm của nghiên cứu này là một mô hình PjBL cho giáo dục nghề nghiệp trong lĩnh vực ô tô đã được đánh giá và khẳng định phù hợp để sử dụng như một mô hình học trong lĩnh vực ô tô của giáo dục nghề nghiệp. Những sinh viên tham gia thực nghiệm cũng đã cho các phản hồi rất tích cực về kết quả của nghiên cứu và đánh giá rất cao các hiệu quả mà nghiên cứu mang lại.
Tình hình trong nước Tháng 12 năm 2013, nhận thức được tầm quan trọng của việc giảng dạy kết hợp với sử dụng mô hình, ThS. Châu Quang Hải tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tiến hành nghiên cứu và đề xuất đề tài nghiên cứu khoa học “Mô phỏng hệ thống EDC” để tạo ra một đĩa CD mô phỏng lại hệ thống EDC (Electronic Diesel Control – Hệ thống phun dầu điện tử) [3], giúp sinh viên có thể dễ dàng nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý của hệ thống. Thiết kế trên đĩa CD giúp việc trao đổi giữa các người dùng dễ dàng hơn. Nhận thấy rằng việc áp dụng các nội dung Multimedia vào việc giảng dạy trong hệ thống điện ô tô ở nước ta còn hạn hẹp, ThS.
Đinh Tấn Ngọc của trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tiến hành đề tài nghiên cứu “Ứng dụng MULTIMEDIA mô phỏng các hệ thống nhiên liệu trong động cơ Diesel bằng phần phần mềm Flash” [4]. Đề tài đã bổ sung được nguồn tài liệu giảng dạy cho bộ môn thực tập động cơ Diesel thêm sinh động, trực quan với những hình ảnh và video thực tế, giúp cho công tác dạy và học được tốt hơn. Tiếp đến tháng 10 năm 2015, ThS. Lê Khánh Tân đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thử nghiệm phần mềm chẩn đoán PAN của hệ thống điện điều khiển động cơ” [5].
Đề tài đã chế tạo ra được mô hình để chẩn đoán PAN của hệ thống điện điều khiển 2 động cơ, góp phần làm nâng cao hiệu quả giảng dạy và kỹ năng thực hành chẩn đoán của sinh viên. Nối tiếp thành công của đề tài trước, ThS. Lê Khánh Tân tiếp tục thực hiện đề tài nghiên cứu chế tạo mô hình ứng dụng IOT trong việc thu thập dữ liệu trên ô tô vào năm 2019 [6]. Đề tài đã rất thành công khi sử dụng kết hợp Arduino và các nền tảng của LabVIEW cho ra kết quả là một board mạch thu thập dữ liệu không dây và có thể hiển thị lên máy tính.
Qua những nghiên cứu trên, có thể thấy được rằng việc áp dụng mô hình vào việc giảng dạy là một vấn đề đáng được quan tâm và đầu tư nhiều hơn. Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu trên mặc dù đã đưa ra được những giải pháp, áp dụng được nhiều kỹ thuật nhưng vẫn còn chưa khai thác hết được tiềm năng của phương pháp giảng dạy này. Đồng thời, những nghiên cứu trên vẫn chưa khai thác nguồn kiến thức từ bộ môn điện ô tô – một môn học quan trọng của sinh viên ngành ô tô. Nắm bắt được điều đó, nhóm đã nghiên cứu và tìm hiểu, tiến hành đề tài có thể kết nối được giữa phần mềm máy tính và thiết bị phần cứng thông qua các phương thức giao tiếp ngoại vi, đồng thời tích hợp được nội dung giảng dạy để giúp cho việc truyền tải kiến thức đi đôi với thực hành, giúp việc học về điện tử trên ô tô trực quan hơn, dễ tiếp cận với sinh viên hơn, cho sinh viên cái nhìn gần với thực tế hơn về các hệ thống trên xe cũng như các vấn đề mà những hệ thống sẽ gặp phải.
Mục tiêu của đề tài - Tìm hiểu cơ sở lý thuyết phần mềm Visual Studio Windows Forms để xây dựng phần mềm trên hệ điều hành Windows. Tiến hành mô phỏng các chức năng của phần mềm và phần cứng trước khi tiến hành thực tế. - Xây dựng được phần mềm hỗ trợ việc giảng dạy của giáo viên và giao tiếp được với phần cứng để giúp cho việc giảng dạy được trực quan hơn. - Thư viện bài học với các bài giảng cơ bản về các hệ thống điện trên ô tô, hỗ trợ cho việc giảng dạy của giảng viên.
Giảng viên có thể tiếp tục bổ sung những mạch điện ô tô khác dựa trên những linh kiện có sẵn. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Trong đề tài này, nhóm tập trung nghiên cứu các đối tượng: - Phần mềm Visual Studio Windows Form. - Thiết kế mạch phần cứng trên phần mềm Proteus. - Arduino và cách giao tiếp giữa một phần mềm và mạch điện tử.
- Giáo trình giảng dạy về điện tử cơ bản trên ô tô cho sinh viên. Phạm vi nghiên cứu của đề tài này sẽ tập trung vào việc thiết kế phần cứng có thể giao tiếp với máy tính thông qua phần mềm được lập trình WinForms và Arduino. Cụ thể, phần cứng này sẽ giao tiếp với board Arduino, và được điều khiển thông qua các lệnh từ phần mềm trên máy tính. Bên cạnh đó, nhóm sẽ thiết kế, chế tạo và cấu hình phần cứng nhằm đáp ứng được các loại mạch điện khác nhau trên ô tô cũng như tạo ra sự đa dạng về các lỗi có thể xảy ra trên mạch.
Phương pháp tiếp cận và nghiên cứu 1. Phương pháp tiếp cận Để đạt được mục tiêu của đề tài, phương pháp tiếp cận của nhóm sẽ gồm: - Nghiên cứu những kiến thức về ngôn ngữ lập trình C# được dùng trong WinForms để tạo ra một phần mềm có những tính năng cơ bản trong việc học hành và luyện tập. - Áp dụng các kiến thức về linh kiện điện tử đã học và xây dựng mạch nguyên lý hoạt động của phần cứng, từ đó thiết kế mạch trên phần mềm Proteus, sau đó chế tạo mô hình. - Tìm hiểu về các mạch điện cơ bản trên ô tô, nguyên lý hoạt động để kết hợp các linh kiện xây dựng nên một mạch điện tử thích hợp trên phần cứng.
- Nghiên cứu các kiến thức khi chẩn đoán, xử lý lỗi của mạch điện, và xây dựng giáo án bài học. Phương pháp nghiên cứu - Sử dụng tài liệu từ các nguồn trên Internet để sử dụng phần mềm WinForms và Proteus. - Tham khảo các tài liệu, giáo án từ thư viện, Internet để xây dựng giáo án. Nội dung nghiên cứu - Cơ sở lý thuyết về phần mềm Visual Studio Windows Form.
- Cơ sở lý thuyết về phần mềm Proteus. - Cơ sở lý thuyết về phần mềm Arduino. - Cách giao tiếp giữa một phần mềm và Arduino thông qua giao tiếp UART. - Thử nghiệm nhiều lần và đánh giá hiệu quả mà chương trình đem lại.
Các nội dung chính trong đề tài Đề tài gồm 6 chương: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết về Visual Studio Windows Forms, Proteus, Arduino Chương 3: Phần mềm học tập được biên soạn bằng Visual Studio Windows Forms Chương 4: Thiết kế và chế tạo mô hình thực tập điện tử cơ bản trên ô tô Chương 5: Kết quả và đánh giá Chương 6: Kết luận và kiến nghị 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VISUAL STUDIO WINDOWS FORMS, PROTEUS VÀ ARDUINO 2. Giới thiệu về Visual Studio và Windows Forms 2. Visual Studio Visual Studio là một môi trường phát triển tích hợp (Integrated Development Environment - IDE) được sản xuất bởi Microsoft. Nó cung cấp cho người lập trình một bộ công cụ để phát triển các ứng dụng phần mềm cho nhiều nền tảng, bao gồm Windows, web, di động và đám mây.
Visual Studio cung cấp nhiều tính năng hỗ trợ lập trình viên trong quá trình phát triển ứng dụng, bao gồm các trình biên tập mã, gỡ rối, kiểm tra lỗi, xây dựng, triển khai và quản lý mã nguồn.