Nghiên cứu chế tạo cụm điều khiển phụ tải và kết nối máy tính cho liên hợp diesel - Máy phát phục vụ khảo nghiệm động cơ

Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn Soá 3/2011
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG  53
THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CỤM ĐIỀU KHIỂN PHỤ TẢI VÀ
KẾT NỐI MÁY TÍNH CHO LIÊN HỢP DIESEL - MÁY PHÁT
PHỤC VỤ KHẢO NGHIỆM ĐỘNG CƠ
RESEARCHS TO MANUFACTURING OF LOAD CONTROL BOX AND PC CONNEC-
TION FOR COMPLEX UNIT OF DIESEL-GENERATOR, WITH THE AIM 
OF TESTING THE ENGINE
 Lê Bá Khang 
Khoa Cơ khí - Trường Đại học Nha Trang
 TÓM TẮT
Nhằm nâng cao độ chính xác, tin cậy cho số liệu đo trên liên hợp diesel-máy phát đáp ứng yêu cầu đào 
tạo và nghiên cứu khoa học, chúng tôi thiết kế, chế tạo cụm điều khiển phụ tải kiểu cơ - điện, đồng thời chế tạo 
board mạch với các linh kiện điện tử đặc dụng để thu nhận tín hiệu từ các cảm biến và xử lý, truyền dữ liệu 
thông qua cổng Com kết nối với máy tính. Chương trình giao tiếp viết trên nền Visual Basic cho phép đọc các 
tín hiệu và hiển thị lên màn hình máy tính các thông số tính năng cần thiết của liên hợp khi thiết bị hoạt động. 
Thiết bị làm việc ổn định, số liệu chính xác, tin cậy. Liên hợp có khả năng đáp ứng yêu cầu cho việc 
nghiên cứu và dạy - học về máy động lực tại Bộ môn Kỹ thuật ô tô, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Nha Trang.
Từ khóa: Điều khiển, linh kiện điện tử, kết nối
ABSTRACT
This project has an aim to enhanc the accuracy and reliability for measurement data on the Complex 
Unit of Diesel-Generator in order to meet the demand for training & study; we research and produce the
Control Box with mechanical-electrical type to control the load, we also produce the electrical board with
special electrical components for receiving the signals from sensors and processing, transmission of data 
through the port COM which is connected to the PC.
Based on the Visual Basic program will read the signal and display the parameters on the PC’s screen 
when complex unit of Diesel-Generator is operated.
The data are settlet, accurate, reliable. The complex unit of diesel-generator and control box has 
the capacity of responding the requirements of the research and training aboar engine at the Automotive
Enginneering Departement Faculty of Mechanics, Nha Trang University.
 Keywords: Control Box, PC connected componnents 
I. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Liên hợp động cơ diesel - máy phát (hình 
1) tại Bộ môn Kỹ thuật ô tô, khoa Cơ khí dùng để 
khảo sát thông số tính năng, xây dựng đường 
đặc tính thực nghiệm phục vụ giảng dạy và
nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu, dầu mỡ bôi 
trơn... Tuy nhiên, phương pháp gia tải và thu 
nhận số liệu còn đơn giản, nhiều hạn chế. Nhằm 
nâng cao độ chính xác, tin cậy cho số liệu đo 
đáp ứng yêu cầu chất lượng đào tạo và nghiên 
Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn Soá 3/2011
54  TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG
cứu khoa học, chúng tôi chế tạo cụm điều khiển 
phụ tải và kết nối, hiển thị dữ liệu cho liên hợp 
với sự trợ giúp của máy tính và linh kiện điện 
tử. Phần nghiên cứu được trình bày sau đây là 
nhằm tới mục đích trên.
II. ĐỐI TƯỢNG, THIẾT BỊ, PHƯƠNG PHÁP VÀ 
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Đối tượng nghiên cứu: Cụm điều khiển 
phụ tải, board mạch điện tử, phần mềm cho 
board mạch, cho máy tính.
- Thiết bị phục vụ nghiên cứu: máy tính PC, 
liên hợp động cơ diesel - máy phát
- Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu tổng 
hợp lý thuyết, chế tạo, thử nghiệm và điều chỉnh.
Hình 1. Liên hợp động cơ diesel lai máy phát
 1- Động cơ diesel; 11- Núm điều chỉnh tải; 
 2- Đồng hồ đo nhiệt độ khí xả; 12- Áp tô máp;
 3- Đồng hồ đo áp lực dầu bôi trơn; 13- Két làm mát;
 4- Cảm biến nhiệt độ nước vào (đặt trên đường vào) làm mát động cơ; 14- Quạt làm mát;
 5- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ra (đặt trên đường ra); 15- Bơm nước;
 6- Cảm biến nhiệt độ không khí; 16- Thùng nước;
 7- Máy tính; 17- Điện trở;
 8- Bảng táp lô điện; 18- Đinamô;
 9- Cụm thu nhận và xử lý dữ liệu; 19- Dây đai;
 10- Đồng hồ chỉ báo; 20- Cảm biến tốc độ động cơ; 
 21- Đế máy.
- Nội dung nghiên cứu:
+ Kết cấu, nguyên lý làm việc của liên hợp 
động cơ diesel lai máy phát.
+ Phân tích, chọn phương án và thiết kế, 
chế tạo cụm điều khiển phụ tải. 
+ Thiết kế, chế tạo và viết phần mềm cho 
board mạch thu nhận, xử lý, truyền dữ liệu. 
+ Thiết kế giao diện, viết phần mềm cho 
máy tính, chạy thử và điều chỉnh.
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
1. Liên hợp động cơ diesel dẫn động máy 
phát 
Sơ đồ cấu tạo nguyên lý của liên hợp động 
cơ diesel lai máy phát trình bày trên hình 1. 
Nguyên lý hoạt động:
Khi động cơ (1) hoạt động, thông qua bộ 
truyền đai (19) dẫn động, máy phát xoay chiều 
một pha 10kW, điện áp 220v (18) phát điện. 
Dòng điện sinh ra được tiêu thụ trên 6 điện trở 
thuần (17) đặt cố định trong thùng nước (16). 
Khi thay đổi vị trí của núm điều chỉnh (11), sẽ 
làm thay đổi dòng điện trong mạch điều khiển và 
dòng điện đi qua các điện trở (17), dẫn đến thay 
đổi phụ tải động cơ. 
Tín hiệu từ các cảm biến truyền đến bộ 
phận thu nhận (9), tại đây tín hiệu được xử lý 
rồi truyền đến cổng Com kết nối với máy tính 
và trên cơ sở phần mềm được viết, cài đặt sẵn 
Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn Soá 3/2011
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG  55
trong máy PC sẽ hiển thị lên màn hình máy tính 
giá trị của các thông số cần đo. 
Để đảm bảo sự truyền nhiệt ra ổn định của 
các điện trở trong thùng nước (16), ngoài việc 
lựa chọn loại điện trở, giữ không đổi lượng nước 
trong thùng, chúng tôi còn sử dụng bơm (15) 
vận chuyển nước và quạt gió (14) giải nhiệt cho 
nước khi nó được bơm chuyển lên két (13) rồi 
đổ về thùng chứa (16).
2. Thiết kế, chế tạo cụm điều khiển phụ tải 
Chúng tôi dựa vào các luận cứ khoa học 
phân tích và kết hợp tính hợp lý, chọn ra phương 
án thiết kế, chế tạo cụm điều khiển phụ tải cho 
liên hợp là loại cơ - điện, có thể điều chỉnh liên 
tục phụ tải. Chọn giải pháp giữ không đổi điện 
áp, thay đổi dòng điện đến biến trở đến tụ và 
Triac để điều chỉnh phụ tải cho động cơ. Mạch 
điều khiển phụ tải bao gồm 6 TRIAC (loại dùng 
cho dòng xoay chiều), 1 DIAC (giữ ổn định tín 
hiệu điều khiển TRIAC), 6 điện trở 50kW, 6 điện 
trở 1kW, 1 biến trở 1MΩ, 2 tụ điện 0,1mF và 0,01 
mF, 6 điện trở Rd, được mắc như sơ đồ tại hình 2.
Khi hoạt động, dòng điện đi qua điện trở 50k 
đến biến trở, đến tụ C (xoay chiều) và đi qua 
TRIAC làm thông mạch các điện trở (Rd).
Sử dụng cơ cấu xoay - núm vặn (11) để thay 
đổi điện trở của biến trở và dòng nạp vào tụ C, 
làm thay đổi thời điểm để kích Triac thông mạch 
dẫn đến thay đổi phụ tải (biến trở cùng với tụ C 
quyết định độ mở sớm hoặc muộn góc pha điện 
áp). Khi xoay núm vặn theo chiều KĐH thì điện 
trở của biến trở sẽ giảm, góc mở Triac sẽ sớm 
do đó phụ tải sẽ tăng và ngược lại.
Hình 2: Sơ đồ cấu tạo nguyên lý mạch điều khiển phụ tải (D-DIAC; T-TRIAC)
Ở một chế độ cố định (không xoay núm 
vặn) điện trở của biến trở không đổi, dòng đi 
qua nạp vào tụ không đổi, lúc này TRIAC được 
thông dẫn đến dòng đi qua các điện trở trong 
một chu kỳ không thay đổi, do đó phụ tải không 
đổi. 
Chúng tôi lắp đặt đồng hồ vôn kế và am 
pe kế để theo dõi sự thay đổi các thông số U, 
I của đinamô (kiểm tra cho kết quả tổn thất 
điện trên dây nối nhỏ không đáng kể). Cụm 
điều khiển được chế tạo có khả năng thay đổi 
và ổn định liên tục phụ tải với dòng điện từ 5 
đến 38 A.
1- Board mạch điều 
khiển 
2- Dây nối đến cơ 
cấu cơ - điện 
điều khiển phụ 
tải, am pe kế và 
vôn kế 
3- Ống chứa dây 
nối đến 6 điện 
trở Rd
4- Biến thế 
5- Quạt làm mát 
Hình 3. Cụm điều khiển phụ tải
Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn Soá 3/2011
56  TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG
3. Thiết kế, chế tạo và viết phần mềm cho 
board mạch thu nhận, xử lý, truyền dữ liệu 
Board mạch thu nhận, xử lý và truyền dữ 
liệu đến máy tính được thiết kế, chế tạo trình 
bày trên hình 4. Ở đây, cấu trúc board mạch với 
các linh kiện được chọn dựa trên tính ứng dụng 
cao và hợp lý, gồm 3 cụm: Vi điều khiển chính 
IC 89C51; khối AD có: IC 7406 (đảo tín hiệu), IC 
0809 (biến đổi sang tín hiệu số), IC 74LS 254 
(đọc giá trị tín hiệu số), IC 7474 (tạo xung dao 
động cho AD hoạt động); khối OPTO khử nhiễu 
và truyền tín hiệu quang, ngoài ra còn có linh 
kiện LT 072 tạo điện áp chuẩn và giữ ổn định 
điện áp cho IC 0809 hoạt động. 
Phần kết nối với máy tính thông qua cổng 
tiếp nối chuẩn RS 232 (cổng Com) với sự trợ 
giúp của IC Max 232. 
qua các giai đoạn sau: Từ cảm biến tín hiệu 
dạng Analog được chuyển thành tín hiệu số AD. 
Tín hiệu số này được xử lý nhờ lập trình tại IC 
89C51, sau đó truyền qua cổng Com đến máy 
tính và một lần nữa chương trình tại máy tính sẽ 
đọc và hiển thị lên màn hình. Cụ thể:
Nguồn điện cấp ban đầu cho mạch là điện 
xoay chiều U = 220V, do biến áp đặt ở ngay đầu 
vào mà điện áp được hạ xuống 12VAC, và nhờ 
4 diode nắn dòng và ổn áp 7805 mà dòng điện 
xoay chiều được chuyển đổi sang dòng điện 
1 chiều 5V cấp cho mạch (chân số 20 của IC 
89C51 được nối với masse, chân 40 nối với 
nguồn + 5V).
 Tín hiệu từ cảm biến được chuyển đến IC 
7406 đến IC 0809 để chuyển thành tín hiệu số 
AD (đọc cổng nào là do IC 89C51 quyết định qua 
3 chân địa chỉ của IC 0809) sau đó nó được gửi 
qua IC 74LS254 để đọc (giá trị) và ổn định lại rồi 
cho ra qua các ngõ của IC này đến OPTO khử 
nhiễu trước khi đến IC 89C51. 
Phần mềm viết, cài đặt cho board mạch 
dưới dạng Assembler. Và tại IC 89C51 nhờ có 
trình dịch này nó sẽ xử lý tín hiệu rồi truyền tới 
cổng Com của máy tính. 
Với sự hỗ trợ của IC Max 232 sẽ chuyển 
đổi mức tín hiệu 5V của IC 89C51 thành ± 12V 
cuả máy tính. Và nhờ lập trình viết trên nền
Visual Basic được cài vào máy tính PC mà nó sẽ 
đọc các tín hiệu (giá trị và địa chỉ) từ IC 89C51 
chuyển qua để gán giá trị đó đúng ô hiển thị lên 
màn hình.
Trên board mạch sử dụng 2 linh kiện IC 
7805 có nhiệm vụ cấp điện 5V cho 2 khu vực: 
biến đổi AD và khu vực xử lý dữ liệu của IC 
89C51. 
4. Thiết kế giao diện, viết phần mềm cho máy 
tính, chạy thử và điều chỉnh
Giao diện được thiết kế khá đơn giản. 
Chương trình khảo sát thông số tính năng cuả 
Hình 4. Bo mạch thu nhận tín hiệu, xử lý
và truyền dẫn kết nối với máy tính
1- Cụm chuyển đổi điện áp 220V xuống 5V; 5- Khối OPTO;
2- Khối AD; 6- Biến áp nguồn;
3- IC 89C51; 7- Điện trở lấy dòng.
4- Đầu ra kết nối với cổng Com máy tính;
Nguyên lý chung: 
Tín hiệu thu nhận được từ các cảm biến khi 
chuyển đến máy tính hiện trên màn hình phải 
Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn Soá 3/2011
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG  57
liên hợp (n, Ne, Gnl, ge, Tm, Tx ...) được viết dựa 
vào phần mềm Visual Basic và cài đặt vào
máy tính. 
Sau khi chạy thử và điều chỉnh, giao diện 
của phần mềm và các thông số tính năng của 
liên hợp động cơ diesel dẫn động máy phát khi 
hoạt động trình bày trên hình 5.
Và giá trị các thông số có độ chính xác cao 
hơn so với khi sử dụng thiết bị, đồng hồ đo cầm 
tay.
Hình 5 Thông số tính năng của liên hợp diesel - máy phát hiển thị trên giao diện tại màn hình máy tính
IV. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
- Cụm điều khiển phụ tải thiết kế, chế tạo 
làm việc ổn định, tin cậy, khắc phục được nhược 
điểm của phương pháp cơ khí, gia tải theo nấc 
trước đây. 
 - Sử dụng board mạch linh kiện điện tử để 
thu nhận, xử lý, dẫn truyền, kết nối và hiển thị 
thông số tính năng của liên hợp lên màn hình 
máy tính, đã loại bỏ cơ bản yếu tố chủ quan, 
nâng cao độ chính xác, tin cậy cho số liệu đo khi 
khảo nghiệm động cơ.
- Liên hợp có khả năng đáp ứng yêu cầu 
của việc nghiên cứu và dạy - học về máy động 
lực tại Khoa Cơ khí. Và nếu được, có thể tiếp 
tục trang bị nâng cấp liên hợp với các thiết bị 
đo hiện đại có độ chính xác cao như thiết bị đo 
nhiên liệu (Gnl), thiết bị đo áp suất cháy (pz,), thiết 
bị đo lọt khí v.v...
V. TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Vương Khánh Hưng, 2007. Chuyên đề Vi điều khiển họ MSC-51- ứng dụng và lập trình với IC đơn phiến 
AT 89C51. Nhà xuất bản Hồng Đức.
2. Đậu Quang Tuấn, 2006. Tự học lập trình Visual Basic 6.0. Nhà xuất bản Giao thông vận tải.
3. Ngô Diên Tập, 2005. Lập trình ghép nối máy tính trong Windows, NXB Khoa học kỹ thuật.