SCIENCE - TECHNOLOGY Số 13.2023 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 239
NGHIÊN CỨU NÂNG CẤP HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA THÔNG MINH TRÊN XE DU LỊCH
RESEARCH TO UPGRADE INTELLIGENT AIR CONDITIONING SYSTEM ON TRAVEL VEHICLES Đinh Sơn Trà1, Diệp Minh Tiến1, Đoàn Văn Phụng1, Hoàng Khôi Việt1, Nguyễn Tuấn Minh2, Bùi Văn Chinh3,* TÓM TẮT Hệ thống điều hòa thông minh trên xe ô tô, là công nghệ mới giúp điều chỉ
nh
nhiệt độ, độ ẩm và luồng không khí trong cabin xe một cách tự độ
ng và thông
minh. Hệ thống này sử dụng các cảm biến và thuật toán để phân tích và điều chỉ
nh
các thông số trong xe, mang đến một môi trường thoải mái và thuận tiệ
n cho
người lái và hành khách khi di chuyển. Nghiên cứu còn giải thích các thành phầ
n
cơ bản của hệ thống điều hòa không khí và cách thức hoạt động củ
a nó thông qua
mô hình thực nghiệm. Bên canh đó, nghiên cứu cũng xem xét, đánh giá nhữ
ng ưu
điểm và nhược điểm của hệ thống điều hòa không khí thông minh so với hệ thố
ng
điều hòa truyền thống, giúp người đọc hiểu được tính năng và hiệu quả củ
a công
nghệ mới này. Cuối cùng, nghiên cứu đề xuất cho việc phát triển và cải tiến hệthống điều hòa thông minh trên ô tô trong tương lai nhằm nâng cao trải nghiệ
lái cho người dùng. Từ khóa: Điều hòa, nhiệt độ, độ ẩm, lưu lượng. ABSTRACT
The Intelligent Air Conditioning System in cars, which is a new technology that
automatically and intelligently adjusts the temperature, humidity, and airflow in the
car cabin. This system uses sensors and algorithms to analyze and adjust the
parameters in the car, providing a comfortable and convenient environment for
drivers and pas
sengers while traveling. Additionally, this paper also explains the
basic components of the air conditioning system and how it works through an
experimental model. Furthermore, this paper examines the advantages and
disadvantages of theintelligent air cond
itioning system compared to traditional air
conditioning systems, helping readers understand the features and effectiveness of
this new technology. Finally, this paper provides recommendations and proposals
for the future development and improvement of int
elligent air conditioning systems
in cars to enhance the driving experience for users. Keywords: Air conditioning, temperature, humidity, flow. 1Lớp Kỹ thuật Ô tô 06 - K 14, Trường Cơ khí Ô tô - Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
2Lớp Kỹ thuật Ô tô 05 - K 15, Trường Cơ khí Ô tô - Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
3Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội *Email: chinhbv@haui.edu.vn 1. GIỚI THIỆU Trong nền công nghiệp chế tạo ô tô của thế giới hiện nay đã có sự phát triển rất lớn và đang tạo đà cho khả năng phát triển nhanh chóng trong tương lai tới đây. Cùng với sự phát triển của khoa học, ngành công nghiệp ô tô cũng không ngừng đưa đến cho người tiêu dùng công nghệ mới. Nó khiến xe ô tô không những trở nên tiện nghi an toàn hơn mà còn thân thiện với môi trường. Ngành công nghiệp ô tô hiện nay đã đưa vào sử dụng các công nghệ hết sức tiên tiến vào chế tạo và lắp đặt ô tô. Đặc biệt là mảng điện thân xe như sử dụng hệ thống chiếu sáng thông minh, hệ thống khóa cửa điện, hệ thống ghế tự động, hệ thống gạt mưa tự động… Điều hòa không khí là một hệ thống quan trọng trên xe, nó điều khiển nhiệt độ và tuần hoàn không khí trong xe giúp cho hành khách trên xe cảm thấy dễ chịu trong những ngày nắng nóng mà còn giúp giữ độ ẩm và lọc sạch không khí. Điều hòa không khí trên xe còn có thể hoạt động một cách tự động nhờ các cảm biến và các ECU điều khiển. Ngày nay, việc sử dụng ô tô ở Việt Nam đã trở nên rất phổ biến. Các xe được trang bị hệ thống điều hòa chiếm một số lượng ngày càng nhiều. Điều đó đồng nghĩa với việc nhu cầu sửa chữa hệ thống điều hòa trên ô tô ngày càng lớn. Như vậy hệ thống điều hòa tự động khá tiện dụng và hữu ích cho các tài xế để tập trung lái xe vì giảm được nhiều thao tác hơn so với điều hòa chỉnh cơ. 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1. Nghiên cứu phương án sử dụng bộ xử lý Adruino Hình 1. Sơ đồ thuật toán của hệ thống
CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023
240
KHOA H
ỌC
Khi trời nóng hoặc lạnh thì cảm biến nhiệt độ được trang bị sẽ gửi tín hiệu tới bộ xử lý Adruino và xuất lên màn hình hiển thị nhiệt độ cao hoặc thấp. Khi đó trên màn hình hiển thị nhiệt độ, đồng thời lúc đó thì Adruino sẽ gửi tín hiệu và vận hành theo chế độ nóng hay lạnh: Ưu điểm: - Hệ thống có thể tự động điều khiển nhiệt độ mà không cần tới tác động của người lái; - Có thể sử dụng nguồn độc lập hoặc nguồn của ác quy ô tô; - Nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt thực tế trên xe. 2.2. Các bộ phận chính của mô hình sử dụng bộ xử lý Adruino 2.2.1. Cảm biến nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ được hoạt động dựa vào sự thay đổi điện trở của kim loại so với sự thay đổi nhiệt độ vượt trội. Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu nóng và đầu lạnh sẽ có một sức điện rộng V được phát sinh ở phần đầu lạnh. Lúc này, nhiệt độ ở đầu lạnh sẽ luôn được ổn định và đo được, phụ thuộc và chất liệu. - Cảm biến có vỏ bằng thép không gỉ, không thấm nước; - Phạm vi đo: -20 đến 1050C; - Độ dài: 0,3/0,5/2/3M; - Đo nhiệt độ môi trường; - Kích thước đầu dò: 5 x 25mm; - Cách điện: Lớn hơn 100 MOhm; - Điện áp cực đại: AC 1800V. Hình 2. Cảm biến nhiệt độ DS18B20 2.2.2. Bộ xử lý Adruino Hình 3. Chíp Adruino nano Arduino Nano là một bảng mạch điện tử có kích thước nhỏ chỉ bằng 1 nửa đồng xu gấp lại, được phát triển dựa trên dựa trên ATmega328P phát hành vào năm 2008 và khá thân thiện với breadboard. Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,… Arduino Nano sở hữu chức năng tương tự như Arduino Duemilanove hay Arduino UNO. Sự khác biệt điển hình giữa chúng chính là dạng mạch. Arduino Nano pinout được tích hợp vi điều khiển ATmega328P giống với Arduino UNO nhưng bảng UNO lại có dạng Plastic Dual-In-line Package PDIP với tổng số chân là 30, trong khi bảng Nano có sẵn trong Plastic Quad Flat Pack với 32 chân. Điểm khác biệt tiếp theo đó là bảng Nano có tới 8 cổng ADC còn bảng UNO có 6 cổng ADC. Bên cạnh đó, bảng Nano không có giác nguồn DC như các bo mạch Arduino thông thường khác, thay vào đó chúng được trang bị cổng mini-USB cho phép vừa sử dụng trong lập trình vừa làm bộ giám sát nối tiếp. Hình 4. Datasheet Arduino nano Hình 5. Thông số kỹ thuật của Arduino nano
SCIENCE - TECHNOLOGY Số 13.2023 ● Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 241
Arduino Nano có ưu điểm là chọn được công suất lớn nhất với hiệu điện thế của nó, có thể lập trình trực tiếp từ máy tính một cách tiện dụng và đơn giản. Đặc biệt, Arduino Nano pinout có kích thước nhỏ gọn, chỉ 185 mm x 430mm với trọng lượng khoảng 7g. Nhờ điều này mà Arduino Nano được ứng dụng cực kỳ đa dạng trong cuộc sống hiện đại ngày nay. 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1. Kiểm tra trước tiến hành cấp điện Khi tiến hành cấp điện áp phù hợp cho các linh kiện khác nhau đồng thời kiểm tra các rơ le và diot quang tránh trường hợp mạch bị nhiễu hoặc mạch bị quá tải dẫn tới cháy vi điều khiển. 3.2. Quy trình thử nghiệm Trong hình 6 thể hiện sơ đồ mạch điện 3D, các linh kiện bố trí trên mạch và cơ cấu bộ chấp hành. Hình 6. Mạch 3D của hệ thống điều hòa thông minh Khi cấp nguồn cho mạch: Mạch chỉ hoạt động khi cấp nguồn điện vào mạch. Khi đó xe đã được khởi động. Khi đáp ứng được điều kiện trên thì đèn sáng ở cụm nguồn, và trên màn hình LCD hiển thị “ NHIET DO” của cảm biến và khoảng nhiệt độ được set up. Hình 7. Sơ đồ mạch thực tế Khi cảm biến nhiệt độ được đốt khiến nhiệt độ tăng lên cao vượt quá mức đặt ban đầu, trên màn hình LCD sẽ hiển thị cho chúng ta thấy “NHIET DO” của cảm biến nhiệt độ. Lúc đó đèn thể hiện cho dàn lạnh bật lên. Hình 8. Mô hình khi nhiệt độ cao hơn mức đặt Ngược lại, khi cảm biến nhiệt độ bị giảm xuống vượt quá mức đặt ban đầu, trên màn hình LCD sẽ hiển thị cho chúng ta thấy “NHIET DO” của cảm biến nhiệt độ. Lúc đó đèn thể hiện cho dàn nóng bật lên. Hình 9. Mô hình khi nhiệt độ thấp hơn mức đặt 3.3. Kết quả thử nghiệm Việc sử dụng công nghệ mô hình hoá và mô phỏng giúp đơn giản hóa quá trình thiết kế, kiểm tra và tối ưu hóa hệ thống điều hoà trên ô tô. Mô hình hoá và mô phỏng cũng giúp đánh giá hiệu quả và tính ổn định của hệ thống trong các điều kiện khác nhau, từ đó cải thiện chất lượng và độ tin cậy của hệ thống. Ngoài ra, mô hình hoá và mô phỏng cũng giúp giảm thiểu chi phí và thời gian cho việc thử nghiệm và phát triển hệ thống điều hoà trên ô tô. 4. KẾT LUẬN Nghiên cứu đã xây dựng thành công được mô hình mô phỏng để xem xét quá trình vận hành và định hướng ứng
CÔNG NGHỆ Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ● Số 13.2023
242
KHOA H
ỌC
dụng cho các dòng xe ô tô nói riêng và phương tiện giao thông khác nói chung. Mô phỏng điều khiển hệ thống điều hòa tự động theo tín hiệu nhiệt độ. Nghiên cứu làm rõ cách thức hoạt động của hệ thống làm mát bằng cảm biến nhiệt độ trên phầm mềm mô phỏng mạch điện. Sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa mô phỏng và thực nghiệm, trong đó nghiên cứu mô phỏng thực hiện nghiên cứu, viết chương trình cho bộ xử lý Arduino bằng phần mềm Altium. Còn nghiên cứu thực nghiệm đã thực hiện xây dựng mô hình mô phỏng hoạt động của hệ thống điều hòa thông minh lắp trên xe ô tô. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm được sử dụng để làm cơ sở trong việc hiệu chỉnh và đánh giá độ tin cậy của mô hình mô phỏng. Mô hình xây dựng xong có đủ độ tin cậy để dùng tiếp tục nghiên cứu cải tiến trong tương lai. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Toyota. Cẩm nang sửa chữa Toyota Vios. [2]. Toyota Tis. Cẩm nang tra cứu sửa chữa ô tô. [3]. Atmel, ATmega16, Atmel. [4]. Nguyễn Thành Bắc, 2017. Hệ thống điện - Điện tử ô tô cơ bản. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. [5]. Nguyễn Văn Chất, 2013. Giáo trình trang bị điện ô tô. NXB Giáo dục, Hà Nội. [6]. National Semiconductor Corporation. National Semiconductor Corporation, LM35. [7]. HitachiSemiconductor LM016L Datasheet. [8]. Hoàng Đình Long, 2009. Giáo trình kỹ thuật sửa chữa ô tô. NXB Giáo dục Việt Nam, Hà Nội. [9]. Nguyễn Viết Nguyên, 2008. Giáo trình linh kiện điện tử và ứng dụng. NXB Giáo dục, Hà Nội. [10]. Phạm Tố Như, 2011. Giáo trình công nghệ ô tô phần điện. NXB Lao động, Hà Nội. [11]. Trần Thế San, 2009. Hệ thống nhiệt và điều hoà trên xe hơi đời mới. NXB Khoa học và Kỹ thuật, TP Hồ Chí Minh. [12]. ST, 2N6547 High power NPN silicon transistor.