Într-o perioadă de timp scurtă a istoriei, automobilele au cunoscut o evoluție rapidă. Istoria de dezvoltare a automobilului continuă să aibă o… [306836]

Introducere

Într-o perioadă de timp scurtă a istoriei, automobilele au cunoscut o evoluție rapidă. Istoria de dezvoltare a automobilului continuă să aibă o perfecționare, ajungându-[anonimizat] o fiabilitate ridicată și o bună siguranță traficului rutier. [anonimizat], [anonimizat]-[anonimizat], era redusă din cauza lipsei traficului.

Problemele care țin de stabilitatea și maniabilitatea automobilelor au apărut în cazul automobilelor de curse. Studiul ținutei de drum i s-a acordat și i se acordă în continuare o atenție deosebită. [anonimizat] a [anonimizat], făcându-și apariția noi soluții constructive de mecanisme de direcție pe piața construcțiilor de autoturisme. Astfel, ca răspuns la cerințele impuse de confort și o bună siguranță în traficul rutier rezultă optimizarea unei funcționări pentru regulatorul mecanismului de direcție.

Odată cu dezvoltarea rapidă a electronicii, [anonimizat] a înlocui reglajele electromecanice cât și în vederea introducerii unui nou control numeric dedicat. [anonimizat] a [anonimizat], asupra siguranței în exploatare și integrarea automobilului ca o componentă neagresivă a mediului ambiant.

Capitolul I

[anonimizat]-[anonimizat], care permit oricărui autovehicul (mașină, motocicletă, bicicletă) să urmeze cursul dorit. Un automobil este condus cu ajutorul sistemului de direcție prin unelte și legături. [anonimizat], pentru a schimba direcția de mers. Scopul principal al sistemului de direcție este de a permite șoferului să ghideze vehiculul.

1.1 [anonimizat]. Autoturismele pot fi clasificate după tipul caroseriei și după cilindree. Un grup de mecanisme și organe de mașini asamblate constituie părțile componente ale unui automobil.

Acestea sunt:

Motorul;

Sașiul;

Caroseria.

Prima unitate de servodirecție a fost inventată de Francis W. Davis, la mijlocul anilor 1920, dar nu a fost introdusă în automobile până în 1951. Acest sistem inițial a fost de tipul: [anonimizat], în prezent este de tip: [anonimizat] a fost introdus la sfârșitul anilor 1960, în mașinile sport de performanță medie.

Sistemul de direcție are rolul de a dirija autmobilul pe traiectoria dorită de conducător. Schimbarea direcției de mers se poate obține prin schimbarea direcției de mers a roților, în raport cu planul longitudinal al autoturismului. [anonimizat].

Majoritatea automobilelor au roțile din față ca roți principale de direcție. Pentru a schimba direcția automobilului, conducătorul auto acționează asupra volanului. De la volan mișcarea se transmite prin intermediul axului volanului, la melcul care angrenează împreună cu sectorul dințat. Pe axul sectorului dințat este amplasat levierul de direcție, conectat la bara longitudinală de direcție. Pentru a avea o stabilitate bună a autovehiculului la drum, roțile de direcție se pot manevra ușor.

Volanul și transmisia volanului îndeplinesc următoarele funcții:

acestea transmit comanda de virare efectuată de la volan către mecanismul de acționare;

permite reglarea și poziția volanului;

are un rol important în siguranța conducătorului prin : existența airbagului la volanul conducătorului, deformarea componentelor constructive pentru a evita contactul cu șoferul în unui accident;

asigură blocarea manevrării volanului în timpul de staționare a autoturismului.

Caseta de direcție este o componentă a mecanismului de direcție care este plasată la extremitatea opusă a coloanei de direcție a volanului, aici este amplasat angrenajul melcat care transmite mișcarea de la axul volanului, către levierul de direcție, ajutând la fixarea ținutei de drum a automobilului. Când apare uzura provocată de jocul volanului la nivelul angrenajului și trece peste limita admisă , atunci crește oscilația roților la viteze mici.

Bieleta de direcție este un element de articulație care are rolul de a transmite mișcarea efectuată de către partea sistemului de direcție.

Sistemul de direcție este unul dintre cele mai complexe sisteme instalate pe un automobil, acesta având multiple roluri:

nu trebuie să influențeze poziția roților;

nu trebuie să influențeze oscilațiile suspensiilor la denivelarile traseului;

nu trebuie să transmită șocurile primite de la roți către volan;

trebuie să asigure șoferului o schimbare a direcției de mers rapidă și fără efort.

Unghiurile roților directoare ajută extrem de mult la stabilitatea acestora, adică au capacitatea să revină la mersul în linie dreaptă, în cazul în care acestea au fost deviate prin obstacole de drum.

Sistemul de direcție are rolul de a modifica direcția de deplasare a autovehiculului, această schimbare se poate obține prin bracarea roților sau a direcției de mers.

Sistemul de direcție trebuie să respecte următoarele condiții:

servodirecția trebuie să asigure o stabilitate și o siguranță bună autovehiculului la drum cât și în viraje.

trebuie să asigure o manevrare rapidă și ușoară a roților directoare;

trebuie să asigure un efort de rotire al volanului cât mai mic;

trebuie să asigure un randament cât mai mare;

să permită o manevrare rapidă a direcției, adică unghiurile de rotire ale volanului sa fie mai mici în raport cu viteza automobilului pentru o conducere în siguranță;

să permită înclinarea roților în viraje, pentru a evita alunecarea acestora;

să nu permită trecerea șocurilor la volanul autovehiculului;

operațiile de reglare și întreținere să fie cât mai ușoare;

să permită obținerea unei raze de viraj cât mai mică;

să nu prezinte uzuri grave care pot duce la punerea în pericol a conducătorului automobilului;

să aibă o construcție simplă și să prezinte o durabilitate de funcționare cât mai mare;

unghiurile de așezare ale roților să se modifice cât mai puțin în timpul virării;

numărul de rotații ale volanului de la stânga la dreapta să fie egale între ele;

trebuie să asigure o compatibiliate cu mecanismul de ghidare, adică oscilațiile și deplasările să nu afecteze volanul.

construcția trebuie să fie cât mai sigură, simplă și cu o durabilitate cît mai mare, să nu producă blocări.

Principiul de funcționare al sistemului de direcție:

Pentru a schimba direcția de mers a automobilului, conducătorul trebuie să acționeze manual asupra volanului, mișcarea se va transmite prin intermediul axului volanului, către melcul care funcționează împreună cu sectorul dințat. Pe axul sectorului dințat este situat levierul de direcție, aflat într-o legătură comună cu bara longitudinală de direcție. Când are loc rotirea sectorului dințat, a levierului de direcție, atunci și bara va efectua o mișcare axială în dependență de rotația sectorului dințat.

Prin deplasarea axială a barei de direcție, în jurul pivotului, brațul fuzetei realizează o mișcare de rotație și odată cu ea se va roti și roata din stânga. Legătura care există între fuzete, prin intermediul levierelor și bara transversală de direcție va produce rotirea fuzetei. Levierele fuzetelor și bara transversală de direcție, formează un patrulater care poartă numele de trapezul direcției.

Elementele componente ale sistemului de direcție sunt următoarele:

1- volan;

2- ax;

3 – melc;

4 – sector dințat;

5 – levier de direcție;

6 – bară longitudială de direcție;

7 – bară transversală de direcție;

8-14 – leviere;

9-13- fuzete;

10 – pivtt;

11 – brațul fuzetei;

12 -punte.

Elementele componente ale sistemului de direcție se împart în două grupe, în funcție de destinația lor, și anume:

mecanismul de acționare sau comandă a direcției, are rolul de a transmite mișcarea de la volan la levierul de direcție;

transmisia direcției, transmite mișcarea de la levierul de direcție către fuzetele roților;

Sistemele de direcție se clasifică după mai multe criterii și anume:

după locul de amplasare al mecanismului de acționare;

după tipul mecanismului de acționare;

după particularitățile transmisiei;

după locul de plasare a roților de direcție.

După locul de dispunere e mecanismului de acționare a direcției, se deosebesc:

sisteme de direcție pe partea dreaptă;

sisteme de direcție pe partea stângă.

După tipul mecanismului de acționare, sistemele de direcție se pot clasifica în funcție de:

raportul de transmitere, acesta fiind constant sau variabil;

tipul angrenajului, întâlnindu-se diferite mecanisme cu melc, cu șurub, cu manivelă și cu roți dințate;

tipul comenzii, care poate fi mecanică sau cu servomecanism mecanic de tip hidraulic, electric sau pneumatic, și cu comandă hidraulică;

După particularitățile transmisiei direcției, clasificarea se face în funcție de:

poziția trapezului de poziție poate fi anterioară sau posterioară, în raport cu puntea din față;

construcția trapezului de direcție, care poate fi cu bară de direcție transversală dintr-o singură bucată sau conține mai multe părți.

După locul unde sunt plasate roțile de direcție, automobilele pot fi:

cu roți de direcție la puntea din față;

cu roți de direcție la puntea din spate sau la ambele punți.

Stabilizarea roților de direcție

Pentru a avea o bună ținută de drum a automobilului, roțile de direcție se stabilizează. Prin stabilizarea roților de direcție, se înțelege capacitatea acestora de a-și menține direcția la mersul în linie dreaptă și de a reveni în această poziție, după ce au fost deviate datorită influenței unor forțe perturbatoare. Dintre măsurile constructive care ajută la momentul de stabilizare, rolul cel mai important îl constituie unghiurile de așezare a roților și pivoților.

La pivoții fuzetelor se deosebesc două unghiuri: unghiul de înclinare longitudinală și transversală. Roțile de direcție, ca și pivoții, prezintă tot două unghiuri: unghiul de cădere sau de carosaj și unghiul de convergență.

Unghiul de înclinare laterală a pivotului – acesta are rolul de a mări tendința roților directoare de a reveni în poziția mersului în linie dreaptă, și de a face mai ușor procesul de manevrare a volanului, în cazul în care acestea au fost scoase din poziția neutră.

Unghiul de înclinare longitudinală a pivotului – acest unghi este cunoscut și drept unghi de fugă și asigură stabilitatea autovehicului în timpul mersului.

Mașinile de generație mai nouă și toate cele construite la momentul actual au sisteme de direcție servo-asistate, sisteme care permit șoferului să modifice poziția roților fără efort, inclusiv atunci când autovehiculul nu se află în mișcare.

Unghiul de cădere al roților – preia jocul din rulmenții roților și realizează unghiul de înclinare al roții în plan vertical.

Unghiul de convergență – acest unghi asigură paralelismul planurilor de mișcare al roților directoare.

Defecțiunile sistemului de direcție sunt următoarele:

manevrarea grea a volanului – aceasta poate fi determinată de defectarea pompei de presiune a servodirecției, ea apare datorită faptului că pompa nu livrează suficient ulei sau datorită grupării pivoților;

resimțirea șocurilor puternice la volan – această defecțiune este determinată de prezența aerului în instalația hidraulică;

apariția zgomotului în timpul virării roților – această defecțiune este mai puțin semnificativă, deoarece este dată de o cantitate mică de ulei în instalație, lucru care se remediază rapid după ce vasul a fost reumplut până la limita normală de funcționare;

apariția jocului la volan – această defecțiune a sistemului de direcție apare numai atunci când jocul maxim la volan admis depășește valoarea de 15 grade. Acest joc poate apărea din mai multe cauze cum ar fi: uzarea angrenajelor în caseta de direcție, uzarea capetelor la bara longitudinală sau a pivoților și uzarea jocului apărut la articulația volanului.

Toate aceste probleme tehnice au impus necesitatea îmbunătățirii sistemului de direcție. Aceste îmbunătățiri nu s-au produs dintr-o dată ci în mai multe etape care corespund diferitelor tipuri de sisteme.

1.2.Tipuri de sisteme de direcție asistată:

Clasificarea mecanismelor de direcție se face după mai multe criterii cum ar fi, după mecanismul de acționare cu melc, cu roți dințate sau cu șurub. După tipul comenzii există mecanisme cu comandă mecanică sau cu servomecanism hidraulic, electric, pneumatic asistate sau nu electronic de un calculator sau de la unitatea centrală de procesare.

Servomecanismele de direcție – au rolul de a face mai ușor efortul necesar de a acționa volanul de către conducătorul auto și este obligatorie folosirea lor atunci când forța la volan depășește valoarea de 20 daN.

Servomecanismele de direcție trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:

să asigure o corespondență bună între unghiul de rotire al volanului și unghiul de bracare al roții;

după viraj roțile trebuie să revină automat la mersul în linie dreaptă;

virarea trebuie să fie asigurată chiar și atunci când servomecanismul nu funcționează;

să transmită conducătorului senzația de contact al roților cu drumul;

să prezinte siguranță contra vibrațiilor șă să le amortizeze.

Principiul de funcționare al unei servodirecții are la bază scopul de a utiliza o sursă exterioară de energie pentru a realiza mișcarea de rotație a roților de direcție, iar volanul având rolul doar de a comanda rotirea roților.

În funcție de sursa de energie utilizată, servodirecțiile pot fi clasificate astfel:

servodirecții hidraulice;

servodirecții electrice;

servodirecții mixte.

În funcție de tipul legăturii existente între volan și roțile de direcție, servodirecțiile pot fi clasificate astfel:

servodirecții hidromecanice;

servodirecții hidraulice pure.

Atât la servodirecțiile hidraulice cât și la cele electrice, între volan și roțile de direcție pot exista sau nu legături prin elemente mecanice (pârghii, tije). În cazul în care există, acestea asigură legătura și atunci când sistemul hidraulic sau electric se defectează (este folosită la autoturisme, datorită vitezelor mari de rulare). În cazul în care nu există legături mecanice, siguranța se realizează prin dublarea sau chiar triplarea circuitelor hidraulice sau electrice, care asigură blocarea roților. Circuitele hidraulice simple se utilizează doar la mașinile agricole lente (traductoare, combine).

1.2.2.Sisteme de direcție hidraulice

Mecanismele cu asistare hidraulică sunt cele mai des întâlnite. Pentru a creșe efectul de amplificare a forței, servomecanismul întrebuințează lichidul sub presiune, acesta fiind un proces destul de complicat, dar foarte avantajos din mai multe puncte de vedere cum ar fi costurile, greutatea și spațiul necesar.

Mecanismul de direcție poate detecta perturbații produsede suprafața drumului și efectul vibrațiilor unghiulare care pot fi reduse prin utilizarea amplificatoarelor hidraulice, mai ales la nivelul ansamblului pinion-cremalieră. Acest proces poartă numele de auto-amortizare a sistemului hidraulic. De altfel, mai există o metodă de atenuare a vibrațiilor realizată cu ajutorul unui amortizor montat între carcasa mecanismului de direcție și tija cremalierei.

Sistemele hidraulice sunt antrenate de către un motor și ele furnizează în mod constant o presiune cu ajutorul unei pompe de lichid hidraulic. Aceste sisteme hidraulice trebuie să utilizeze supape pentru controlul debitului, deoarece mecanismele generează permanent un debit și o presiune suficient de mare pentru a satisface manevrarea de virare. Chiar și în condițiile de turație redusă a motorului.

Pentru a preveni pierderile hidraulice care pot apărea la turațiile mari ale motorului, aceste sisteme limitează debitul de alimentare la aproape 8 l/min și are un consum de carburant suplimentar, curpind între 0.2 și 0.5 l/km..

Sistemul hidraulic este compus din:

1 – pompă hidraulică acționată de motor prin intermediul unei curele trapezoidale;

2 – conductă de retur;

3 – circuit de răcire;

4 – conducte de înaltă presiune, de la supapa regulatorului la pompă;

5 – mecanismul de direcție;

6 – bloc supape;

7, 8 – circuite de presiune spre cilindrul de lucru;

9 – coloana volanului cu arbore intermediar;

10 – volan.

Lichidul hidraulic aflat sub presiune ajunge din pompa 1 prin intermediul conductei de înaltă presiune 4 și a circuitului de răcire 3 direct în distribuitorul mecanismului de direcție prin blocul regulatorului 6, localizat în carcasa pinionului. Aici, în funcție de sensul de rotație al volanului și a forțelor de rezistență la roți are loc distribuirea lichidului în cilindrul drept 7 sau stâng 8 al mecanismului de direcție 5. Există și un piston plasat la nivelul cremalierei cu rolul de a separa cele două camere de presiune.

Servodirecțiile mai pot fi :

deschise – volanul acționează asupra elementului intermediar, iar acesta acționează asupra roților de direcție(RD). Poziția roților depinde de poziția volanului, iar abaterile de la traiectorie se corectează prin acțiunea conducătorului asupra volanului;

cu reacție – acestea sunt prevăzute cu o legătură de reacție (LR), care ajută atunci când roțile de direcție deviază de la traiectoria stabilită și acționează asupra traductorului de eroare (distribuitorul D), astfel roțile sunt readuse la traiectoria inițială (fără intervenția conducătorului).

Elementele componente:

V – volan;

Mc – mecanismul casetei de direcție;

P- sursa de energie(pompa);

DS – distribuitor ;

M – motor de acționare a roților;

RD – roți de direcție ;

LR – legătura de reacție.

Servomecanismul hidraulic de direcție are în componența sa o pompă hidrostatică care este acționată de către un MAI (motor cu ardere internă) sau de către un motor electric. Acesta mai conține și un distribuitor care este acționat de la volan cu ajutorul unui motor hidrostatic liniar cu dublu efect, el având rolul de a transforma energia hidrostatică în lucru mecanic prin acționarea roților de direcție cu comenzile primite de la volan. Cel mai des folosit este servomecanismul hidraulic cu legătură închisă între elemente, deoarece acesta permite o sincronizare mai bună a vitezei și a mișcării volanului, permite și urmărirea roților motoare astfel compesând automat influența acțiunilor perturbatoare.

Servodirecțiile hidraulice sunt de 2 tipuri:

hidromecanice;

hidraulice pure.

La servodirecțiile hidromecanice există o legătură de reeacție. În figura de mai jos se observă că mecanismul de acționare (MC) acționează atât distribuitorul (DS) cât și roata de direcție (RD) prin intermediul legăturii de reacție (LR) care poate fi de exemplu bara longitudinală de reacție. Atunci când servodirecția funcționează, rotirea volanului (V) se face prin intermediul sertarului distribuitorului și acesta va transmite ulei la motorul hidraulic (M), astfel realizându-se bracarea roților. Dacă roțile deviază de la direcția prestabilită de la volan, mișcarea lor se transmite la legătura de reacție LR și prin aceasta la distribuitorul DS, ceea ce va duce la readucerea roților la poziția inițială. Fără să se mai efecteze acționarea volanului. În cazul în care partea hidraulică nu funcțtionează, legătura mecanică va asigura rotirea roților cu ajutorul creșterii efortului la volan.

Servodirecțiile hidraulice pure sunt deschise atunci când nu există o legătură mecanică între volanul (V) și roata de direcție (RD), ceea ce înseamnă că orice modificare a direcției prestabilite roții trebuie efectuată de la volan. La această servodirecție, distribuitorul (DS) poate prelua și rolul pompei (P), iar atunci când pompa nu mai funcționează se poate realiza rotirea roților prin intermediul distribuitorului, însă cu un efort mai sporit la volan. Această servodirecție nu mai funcționează doar atunci când legăturile dintre motorul hidraulic și distribuitor sunt defecte și din această cauză nu se utilizează decât la mașinile lente. Componentele hidraulice formează doar un singur bloc hidraulic care este comandat electric.

Comanda electrică a blocului hidraulic se realizează prin intermediul servovalvelor. Servovalvele sunt distribuitoare cu sertate, comandate electric, furnizează la ieșire un debit de lichid proporțional cu mărimea semnalului electric de comandă. Acestea se realizează pe unu, două sau trei etaje hidraulice de amplificare, ceea ce permite realizarea unor debite de până la 1000 l/min și a unor presiuni de până la 32 MPa.

1.2.3.Servodirecțiile electromecanice

Servodirecțiile electromecanice sunt sisteme de energie asitate electric sensibile la viteze, dar care sunt activate numai atunci când este nevoie și nu utilizează componente hidraulice. În comparație cu servodirecția hidraulică, mașinile echipate cu sisteme de direcție asistate electromecanic beneficiază de servodirecție la un consum redus de combustibil și noi funcții de confort și siguranță. Printre acestea se numără întoarcerea rapidă a direcției la punctul său central pentru a îmbunătăți senzația de direcție în jurul punctului de mijloc.

Direcția este optimizată prin adaptarea personalizată a asistenței puterii relevante pentru motorul și echipamentele din mașină. Includerea acestor funcții suplimentare a fost făcută posibilă prin integrarea unității de comandă în magistrala de date CAN.

Servodirecția electromecanică controlează și asistă vehiculul folosind un motor electric controlat inteligent. Acesta este bazat pe direcția semnalului înregistrat de către senzorul de cuplu, ECU calculează cu ajutorul direcției optime și transmite această informație la motorul electric, care frunizează forța necesară. Datorită integrării ECU în sistemul electric, aceasta oferă un potențial considerabil pentru punerea în aplicare a funcțiilor de asistență.

Servodirecția electromecanică nu utilizează componente hidraulice, astfel nu se elimină uleiul hidraulic din sistemul de direcție, ceea ce ajută la protejarea mediului. Servodirecția electromecanică este de tip pinion dublu. Acesta este caracterizat prin două pinioane de direcție și conducere, care permit ca forța de direcție să fie transmisă la caseta de direcție. Sistemul oferă șoferului asistență la volan în funcție de condițiile de conducere (servotronic). Servodirecția electromecanică acceptă revenirea volanului înapoi în poziția de centru prin intermediul funcției revenirea activă. Acest lucru duce la un sistem echilibrat și la o bună stabilitate în orice situație de conducere. Funcția de stabilitate în linie dreaptă, este generată pentru a face direcționarea automobilului cu o viteză constantă mai ușoară. Sistemul de direcție are ca avantaj reducerea consumului de combustibil, deoarece se activează numai atunci când este nevoie de ea.

Sistemul de direcție electromecanic oferă următoarele avantaje față de un sistem hidraulic:

nu conține elemente hidraulice, de exemplu pompa de ulei, rezervorul de ulei, filtrul;

economie de spațiu;

reducere zgomot;

economii de energie;

sistemul de cablaj al motorului electric și modulul de comandă se află direct pe mecanismul de direcție.

Aceste servodirecții utilizează un motor electric pentru amplificarea forței necesare bracării roților, fiind formate din următoarele elemente:

motor electric de acționare;

traductor de cuplu.

Elemente componente:

1-motor electric;

2-melc;

3-roata melcata;

4-traductor de cuplu;

5-conexiunile traductorului de cuplu;

6,7-legaturi electrice;

8-coloana deformabila;

9-ansamblul chei de contact;

10-ansamblul comutatoarelor;

11-suport de prindere;

12-cuplaj elastic.

La varianta din fig.1.9. motorul electric 1 acționează asupra volanului prin

intermediul unui angrenaj, care este format din melcul 2 și roata melcată 3. Cuplul dezvoltat de motorul electric depinde de cuplul cu care șoferul acționeaza asupra volanului, preluat de

catre traductorul de cuplu 4. Roata melcată se va roti cu un cuplu mai mare sau mai mic,

și va antrena cremaliera prin diverse mecanisme.

Traductorul de cuplu este de obicei cu inductanța variabilă și are următoarele elemente componente:

1-arborele volanului;

2-arc bara de torsiune;

3-caneluri;

4-bloc electronic;

5-arborele pinionului;

6-pinion;

7-cremaliera ;

8-bobine;

9-miez magnetic;

10-cilindru de aluminiu.

La acționarea volanului apare o mișcare unghiulară relativă între arborii 1 și 5, datorită arcului la bara de torsiune 2. Acest decalaj este proporțional cu momentul de torsiune aplicat prin rotirea volanului. Acest decalaj se manifestă și între canelurile 3 de pe arborele volanului și piesa cilindrică 10, ceea ce face ca inductanțele bobinelor 8 să se modifice în funcție de cuplul aplicat volanului. Prin blocul electronic se comanda cuplul cu care este acționat pinionul 6 prin mișcate de translație cu cremaliera 7.

1.2.4. Servodirecția electro-hidraulică

Servodirecția hidraulică are la bază utilizarea unui sistem hidraulic pentru a multiplica forța aplicată la intrările volanului pentru direcția roților. Pompa acționată de motorul vehiculului produce presiune hidraulică care vine de la roți sau de la palete rotative. Cilindrul hidraulic cu dublă acțiune de direcție aplică o forță care direcționează roțile principale. Volanul de direcție acționează supapele electromagnetice pentru controlul debitului de la cilindru.

Pentru măsurarea cuplului aplicat pe volan coloana de direcție are un senzor de cuplu plasat pe o bara de torsiune. Pe măsură ce volanul se rotește, la fel și coloana de direcție, precum și bara se va răsuci cu o valoare proporțională cu cuplul aplicat. Diferența de poziție între capetele opuse ale barei de torsiune controlează o supapă. Supapa permite trecerea fluidului către cilindrul care asigură asistență de direcție, cu cât mai mare este răsucirea barei de torsiune, cu atît mai mare este și forța.

Deoarece pompele hidraulice sunt volumice, debitul care îl livrează este direct proporțional cu turația motorului. Acest lucru înseamnă că, la vitezele mari ale motorului sistemul de direcție ar urma să funcționeze în mod natural mai rapid decât la turațiile reduse ale motorului. Pentru acest lucru ar fi de dorit, un orificiu de curgere și de control al supapei de siguranță către rezervorul hidraulic la viteze mari ale motorului. O supapă de siguranță previne acumularea de presiune atunci când pistonul cilindrului hidraulic va ajunge la capătul cursei sale.

Lichidul de lucru, de asemenea, numit lichid hidraulic sau ulei, este mediul prin care se transmite presiunea. Unele sisteme moderne includ și o supapă de control electronică, pentru a reduce presiunea de alimentare hidraulică pe măsură ce viteza vehiculului crește, acest lucru ajuta considerabil servodirecția.

În acest caz pompa hidraulică antrenată de motor este înlocuită de o pompă acționată electric. În figura 1.11. se prezintă ansamblul sistemului electrohidraulic. Pompa acționată electric, creează o presiune hidraulică în sistem, care este gestionată electronic, astfel ca în cazul în care nu este necesară o suplimentare de forță, alimentarea cu lichid hidraulic este redusă.

Elementul generator de presiune este conceput ca o unitate modulară și poate fi acționat de orice motor electric de curent continuu, cu sau fără perii, iar pompa va alimenta circuitul cu diferite volume de lichid hidraulic, de la 1.25 până la 1.75 cm3 /rotație, în funcție de necesitate.

1.2.5.Servodirecția electrică

Înlocuirea sistemului hidraulic sau cel mecanic de amplificare a forței cu un motor electric oferă avantaje suplimentare în ceea ce privește greutatea și spațiul ocupat, în comparație cu primele, datorită eliminării componentelor hidraulice. Un alt avantaj constă într-o gamă mult mai largă a suplimentării forței, datorită analizei unui singur parametru și anume semnalul electric. Dispozitivul electric de amplificare poate fi montat pe coloana volanului, pe pinion sau pe cremalieră. Sarcina pe mecanism și forța maximă la nivelul cremalierei sunt în funcție de soluția constructivă și au valori cuprinse între 6 kN sau 10 kN. În figura de mai jos se prezintă părțile componente ale unei servodirecții electrice.

Pentru a schimba direcția automobilului, conducătorul acționează asupra volanului , care transmite mișcarea prin intermediul axului , la melcul ce angrenează cu sectorul dințat . Pe axul sectorului dințat se află levierul de direcție (comandă), care este în legătură cu bara longitudinală de direcție (comandă). Prin rotirea sectorului dințat, deci și a levierului de direcție, bara longitudinală de direcție va avea o mișcare axială care depinde de sensul de rotație a sectorului dințat.

Acest sistem are servoasistarea variabilă în funcție de viteză. În funcție de viteza automobilului, calculatorul, prin informațiile primite de la traductorul de viteză, reduce servoasistarea o dată cu creșterea vitezei.

Sistemul îndeplinește și funcția de „retur activ" care are rolul de a accelera revenirea roților în poziția corespunzătoare mersului în linie dreaptă, prin acțiunea servomotorului care contribuie la mărirea momentelor de stabilizare a roților datorate unghiurilor roților și pivoților. Corecția returului activ variază în funcție de viteza automobilului, ea are valoarea maximă la viteză redusă și minimă la viteză mare. Cu ajutorul unui buton, conducătorul automobilului poate selecta modul normal (pentru viteze medii și ridicate) și modul de circulație urban (pentru o servoasistare sporită în timpul manevrelor).

1.3 Sisteme de direcție asistată electrice

Caseta de direcție servo-electrică este componenta principală a sistemului de direcție ce transformă o mișcarea de rotație a axului volanului în mișcare de translație stânga-dreapta. Mișcarea este transmisă mecanic prin intermediul unei cremaliere dințate. Pentru a diminua forța aplicată volanului pentru bracare, se folosește un electromotor. Electromototrul este comandat de un senzor aflat pe coloana de direcție, senzor ce sesizează modificarea poziției axului volanului. Sistemul este mai eficient decât sistemul de direcție asistată hidraulic, deoarece motorul electric funcționeaza doar în momentele în care volanul este rotit, iar pompa trebuie să funcționeze neîntrerupt.

La acest tip de sistem asistarea este realizată de un motor electric, controlat electronic. Principalele avantaje pe care le are direcția asistată electronic față de cea electro-hidraulică, sunt eficiența energetică, costurile de întreținere mult mai reduse, dimensiunea, greutatea, zgomotul redus. Sistemul de direcție asistat electronic permite efectul servo și atunci când motorul cu ardere internă este oprit. Sensul și mărimea momentului de torsiune realizate de motorul electric sunt obținute în urma informațiilor primite de la computerul de bord. Informația ajunge la computer de bord (ECU) prin intermediul a doi senzori: cel care determină viteza autovehiculului (senzor de viteza) și cel care determină momentul de torsiune al volanului, aplicat de șofer (senzor de cuplu).

Cind la nivelul volanului apare un efort acesta este transmis mecanic la cremalieră dar și la un calculator sub forma unui semnal electric dat de un captor de cuplu. Calculatorul furnizează motorului electric un curent electric in funcție de:

viteza vehiculului;

efortul la volan.

Prin intermediul unui ambreiaj și al unui reductor efortul de asistență se transmite la pinionul cremalierei. Captorul de cuplu emite un semnal de forma unei tensiuni variabile proporționale cu cuplul de acționare al volanului.

Calculatorul comandă motorul electric numai în funcție de efortul la volan dacă viteza vehiculului este inferioară valorilor de 2,5 km/h (acest prag de viteză este în funcție de vehicul). Dacă viteza de deplasare este superioară unui prag prestabilit de constructor determinarea curentului electric de alimentare a motorului este în funcție de informațiile date de captorul de cuplu volan și captorul de viteză. Asistența se reduce odată cu sporirea vitezei de deplasare. De la o anumită viteză de deplasare alimentarea motorului electric este anulată și din motive de securitate el este debruiat. Un etaj electronic integrat în calculator împiedică apariția cuplului de asistență la rotirea în sens invers a volanului și în cazul în care nu este acționat volanul.

Un senzor al sistemului este plasat pe arborele de intrare a cutiei de viteze. Senzorul este compus din doi senzori. Primul este senzorul de deplasare unghiulară, care măsoară viteza unghiulară și sensul de rotație al arborelui, iar al doilea este senzorul de cuplu care măsoară momentul de torsiune a arborelui, mărimi pe care apoi le convertește în semnale electrice.

Unitatea centrala de control(ECU) preia aceste semnale, pe care le prelucrează iar pe baza informațiilor transmite instrucțiuni către celelalte sisteme printre care și sistemul de direcție. Unitatea centrală de control pe baza informațiilor primite, determină curentul necesar motorului pentru a antrena pinionul din sistemul de direcție cât și direcția de deplasare a acestuia. Astfel sporind intensitatea curentului la motor crește puterea acestuia.

Senzorul de cuplu detecteaza răsucirea barei de torsiune,calculează cuplul care este aplicat barei de torsiune schimband-o într-un semnal electric pe care-l transmite apoi catre EPS ECU.

Un alt senzor ce contribuie la buna funcționare a sistemului de direcție este senzorul de cuplu.

1.3.2.Servodirecția electrică cu pinion dublu

Servodirecția este realizată de motorul electric și un caz particular al acestui sistem de direcție este pinionul dublu care este utilizat pentru mașinile de dimensiuni medii. Această unitate este situată în compartimentul motorului și constă în asistarea unui pinion, ce acționează direct pe cremaliera de direcție, asupra căreia acționează și al doilea pinion care este acționat de către volan.

1.3.3.Servodirecția cu cremalieră

Tipul constructiv al acestei servodirecții are aproape același concept ca cea cu pinion. Diferența constă în locația sistemului de comandă poziționat pe cremaliera servodirecției direct de asupra ei. Acest tip este adecvat pentru vehiculele de dimensiuni mari, cum ar fi camioanele.

1.3.4.Servodirecția de tip coloană

În următoarea figură avem reprezentată schema servo-direcției de tip coloană. Unitatea de tip coloană este folosită pentru mașinile de dimensiuni mici, de nivel mediu și inferior. Motorul este amplasat în compartimentul pentru pasageri și are ca avantaj o performanță mai bună la temperaturi reduse și de etanșare.

Funcționarea acestui sistem se bazează pe principiul de funcționare al unui mecanism de tip diferențial. Acest tip de mecanism permite două acțiuni de torsiune, una de la șofer respectiv volan și alta de la un motor electric care asistă șoferul. Randamentul sistemului este dat de pinionul care angreneaza cramaliera direcției. Întrucât avem o mașină de pasageri cu capacitate redusă, efortul produs la manipularea volanului este maxim 250N. Funcția principală a acestui sistem este de a asigura o servodirecție sigură. Acest sistem generează efortul de torsiune folosind un motor DC, un mecanism de reducere montat pe coloana servodirecției pentru a ajuta servodirecția. Cantitatea de energie este calculata de EPS ( servodirecția electrică) și ECU (unitatea centrală).

Sistemul are trei moduri de operare:

modul de control “normal” care gestionează semnalele de intrare cu privire la sensul de rotație a arborelui;

modul de control “return” care cotrolează revenirea volanului la poziția inițială după o virare;

modul de control “damper” care în funcție de viteza rigidizează mai mult sau mai puțin direcția.

Dacă volanul este întors la maxim în una din direcții, unitatea de comandă reduce curentul la motorul electric pentru a împiedica o situație de suparaîncarcare care ar putea deteriora motorul. Unitatea de comandă este proiectată de asemenea să protejeze motorul împotriva unei tensiuni prea mari sau a unei încărcări necorespunzatoare.

Unitatea de comanda a direcției este capabilă să-și diagnostizeze propriile defecte, precum și intensitatea curentului. Dacă apare o problemă, unitatea de comandă, ca măsura de siguranță, oprește sistemul prin acționarea unui releu. Prin această măsură se elimină curentul din sistem, acesta devenind un sistem de direcție obișnuit. Această schimbare este semnalată la bordul autovehiculului.

În aceasta diagramă se pot observa foarte ușor semnalele obligatorii pentru funcționarea corespunzătoare a acestui mecanism. Calculatorul de bord trimite semnalul de viteză a vehicululi către EPS ECU. Motorul termic trimite prin ECU semnalul de pornire a motorului și este trimis apoi către EPS ECU. Senzorul de cuplu 1 și 2 transmite și raportează către EPS ECU dorința șoferului de a întoarce volanul în orice direcție dorește și cuplul cu care se acționează asupra acestuia. În afara celor mai sus menționate, motorul trimite și primește semnale de la ECU astfel încât poate trimite puterea necesară șoferului.

DLC3 este conectorul prin care se poate conecta la sistem un tester electronic care poate detecta erorile și diagnostica sistemului. Pentru șofer erorile sau defecțiunile din sistem sunt afișate pe panoul de bord prin aprinderea unui indicator de culoare roșie.

Capitolul II

Pe durata proiectării și realizării acestui proiect, am folosit mai multe componente, iar acestea sunt: o platformă de procesare de la Arduino și anume plăcuța Leonardo, un display pentru afișare, un accelerometru pentru măsurarea deplasării unghiulare a coloanei de direcție și un senzor Hall pentru determinarea numărului de turații ale motorului. Placa de procesare Arduino Leonardo este componentă de bază, fiindcă ea poate prelua informațiile de la dispozitivele externe și le prelucrează pentru a le afișa pe un display.

2.1. Prezentare structură hardware a sistemului.

Arduino este una dintre cele mai simple platforme de utilizat care conține un microcontroler. Ea are o putere de calcul ca a unui calculator obișnuit, dar care este capabilă să culeagă informații din mediu extern și să reacționeze la acestea. Toate plăcile Arduino au un lucru în comun: ele sunt programate prin intermediul limbajului de programare Arduino IDE. Acesta este software-ul în care se scrie codul și se încarcă pe placă. În afară de acest limbaj, există o mulțime de diferențe cum ar fi: numărul de intrări și ieșiri (cât de mulți senzori, LED-uri și butoane pot fi conectate pe o singură placă), viteza și tensiunea de operare sunt doar câteva dintre aceste diferențe. Unele placi sunt proiectate fără nici o interfață de programare (hardware) pe care trebuie să o integrăm separat. Unele pot rula direct de la o baterie de 3.7V, altele au nevoie de cel puțin 5V.

Platforma de procesare de la Arduino Leonardo este o placă cu un microcontroler bazat pe ATmega32U4. Acesta are 20 de pini setați ca pini digitali de intrare/ieșire, 7 dintre pini pot fi utilizați ca ieșiri PWM iar 12 pini pot fi utilizați ca intrări analogice. Platforma funcționează la o frecvență de 16 MHz, are o conexiune micro USB, o mufă de alimentare și un buton de resetare. Aceasta conține tot ce este necesar pentru a sprijini microcontrolerul, doar trebuie conectat la un calculator cu un cablu USB sau o mufă de alimentare cu un adaptor AC-DC sau se face alimentarea cu o baterie (7V-12V).

Placa Leonardo diferă de toate plăcile precedente deoarece are la bază microcontrolerul ATmega32u4 printr-un USB de comunicare, eliminând necesitatea pentru un procesor secundar. Acest lucru face ca placa să fie mai versatilă: în plus față de sprijinirea unui port de interfrență serial/COM, ea poate apărea la un calculator conectată ca un mouse sau ca o tastatură. Arduino are un suport mare deoarece are la bază un set extins de biblioteci care ajută la crearea proiectelor. Ardunino poate prelua informațiile de la o gamă variată de dispozitive cum ar fi senzorii, unde prelucrează informațiile primite prin intermediul microcontrolerului Atmega32U4, și transferă informațiile către ecranul de afișare,motoare,actuatoare. Pentru afișarea informațiilor preluate, există ecrane LCD pentru Arduino, începând cu cele mai simple LCD cu 16 caractere până la ecrane grafice. Software-ul Arduino este ușor de utilizat pentru începători, dar suficient de flexibil pentru utilizatorii avansați. Se rulează pe Mac, Windows și Linux față de alte platforme care sunt limitare doar la Windows. Cadrele didactice și elevii pot folosi platforma pentru a construi instrumente științifice, pentru a demonstra principiile de chimie și fizică, sau pentru programare și robotică.

Există mai multe platforme de dezvoltare cu microcontroler, însă Arduino are următoarele avantaje:

costuri de achiziție reduse – plăcile Arduino sunt mai ieftine față de alte platforme cu microcontroler;

mediu de programare simpu – este ușor de utilizat pentru începători, dar flexibil pentru avansați;

sursă deschisă pentru mediu de programare – disponibil pentru extinderea programatorilor avansați . Limba poate fi extinsa prin biblioteci C++ ;

sursă deschisă pentru placa de programare – designeri de circuit pot face propria versiune de plăcuță;

poate fi folosit pe orice sitem de operare.

Plăcile de dezvoltare Arduino sunt de mai multe tipuri, toate seamănă între ele fiindcă au elemente comune, cum ar fi: intrările/ieșirile digitale, intrările analogice și microcontrolerul.

Platforma de dezvoltare Arduino Leonardo are următoarele specificații:

Microcontroller (MCU) – este cel mai important element de pe placa de dezvoltare Arduino. Acesta este bazat pe microcontrolere AVR de diferite tipuri, fiecare dintre ele au funcții și caracteristici diferite;

Input voltage – reprezintă tensiunea de intrare pentru placa de dezvoltare. Placa este proiectată pentru o tensiune maximă între 6-20V, dar trebuie să se încadreze în domeniul de operare în siguranță 7-12V. Pentru a păstra tensiunea în limite ar fi bine de utilizat baterii Li-PO care livrează o tensiune de 3.7 V, orice placă care suportă tensinea de intrare de 3.7V poate fi alimentată cu baterii Li-Po;

Operating voltage – reprezintă tensiunea sistemului de dezvoltare, adică tensiunea la care microcontroler de fapt rulează. Acesta este un factor important pentru a proteja placa de tensiuni mari, deoarece nivelul de funcționare este 3.3V în loc de 5V;

Digital I / O Pins – reprezintă numărul de pini digitali de intrare / ieșire care sunt disponibili pe placa Arduino. Acești pini pot fi configurați fie ca o intrare sau ca o ieșire. Unii dintre aceștia sunt capabili să fie setați ca pini PWM, iar unii ca pini de comunicație serială dublă;

Analog Input – reprezintă numărul de pini de intrări analogice, care sunt disponibili pe placa Arduino. Pini analogici sunt etichetați prin litera "A" urmați apoi de numărul lor (0-5), aceștia permit citirea valorile analogice folosind convertorul analog-digital (ADC), care este încorporat în microcontrolerl ATmega. Intrările analogice pot fi de asemenea configurate și ca intrări digitale de intrare/ieșire;

PWM – reprezintă numărul de pini digitali de intrare/ieșire care sunt capabili să producă un semnal cu puls de modulare. Un semnal PWM este ca o ieșire analogică, și permite plăcii Arduino să transfere o tensiune analogică între zero și tensiunea sistemului;

UART – reprezintă numărul de linii de separare pe care îl suportă placa la comunicația serială. Pe cele mai multe placi Arduino, pinii digitale de intrare/ieșire 0 și 1 pot primi și trimite comunicația serială. Unele placi Arduino au mai multe UARTs și pot sprijini mai multe porturi seriale o dată. Toate plăcile Arduino au cel puțin un UART pentru programare;

Flash Space – reprezintă cantitatea de memorie a programului pe care cipul o are la dispoziție, pentru a stoca programul. Nu toată acestea memorie este disponibilă, deoarece o parte foarte mică este preluată de către placă (de obicei, între 0,5 și 2KB).

Interfața de programare – reprezintă conectarea plăcii Arduino la calculator pentru programare. Unele plăci au o mufă USB ca sistem de alimentare, astfel trebuie doar conectate la calculator Unele plăci nu au nevoie de un sistem hardware suplimentar pentru microcontrolere lor, deoarece au suport încorporat pentru USB;

Clock speed – reprezintă frecvența de lucru a microcontrolerului și este viteza cu care el poate executa comenzile. Deși există excepții rare, multe microcontrolere ATmega rulează la 3V și sunt cronometrate la o frecventă de 8MHz, în timp ce cele mai multe funcționează la 5V și sunt cronometrate la o frecvență de 16MHz.

Cei 20 de pini setați ca pini digitali de intrare/ieșire de pe platforma Leonardo pot fi utilizați ca pini de intrare sau ieșire, utilizând următoarele funcții:

pinMode();

digitalWrite();

digitalRead().

Platforma Arduino conține un convertor analog-digital cu 6 pini de intrare, acești pini sunt dirijați către convertorul analog-digital prin intermediul unui multiplexor, ceea ce înseamnă ca acesta nu poate face decât o singură măsurare analogică. Convertorul transformă o tensiune analogică de pe un pin analogic într-un număr digital. Nu orice pin de pe un microcontroler are capacitatea de a face această conversie analog-digitală. Pe placa Arduino, acești pini au un "A" în fața etichetei lor (A0 -A5) , de pe acești pini se pot citi tensiuni analogice.

Modul în care funcționează un convertor analog-digital este destul de complex. Există moduri diferite de a realiza acest lucru, dar una dintre cele mai comune tehnici utilizează o tensiune analogică pentru încărcarea unui condensator intern și apoi măsoară timpul de descărcare de pe o rezistență internă.

Microcontrollerul monitorizează numărul de cicluri de ceas care trec înainte ca condensatorul să se descarce. Acest număr de cicluri este numărul care este returnat de către convertorul analog digital, pentru conversia tensiunii este nevoie doar de un singur ciclu de ceas. În loc de a folosi un contor binar, convertorul analog digital folosește o serie de comparatoare care toate arată aceeași tensiune de intrare, dar fiecare comparare dintre ele diferă foarte puțin și poartă numele de scară de tensiune liniară.

Ieșirile comparatoarelor sunt introduse în elementele logice digitale, pentru a crea conversia numărului digital instantaneu. Un comparator este un element de circuit simplu care compară două intrări analogice – în cazul în care o intrare are o tensiune mai mare decât cealaltă tensiune de intrare, ieșirea digitală este 1, în caz contrar ieșirea digitală este 0. Comparatorul binar crește tensiunea pe fiecare ciclu de ceas până când tensiunea este mai mare ca cea de la intrarea analogică, comparatorul se declanșează pentru a opri ciclul de ceasul și deține valoarea de conversie digitală.

Convertorul analog digital de 10 biți poate detecta de la 0 la 1023 de niveluri analogice. În timp ce funcția principală a pinilor analogici este citirea senzorilor, pinii analogici de la 0-13 pot fi utilizați ca pini de intrare/ieșire. Prin urmare, dacă un utilizator are nevoie de mai mulți pini de intrare/ ieșire, iar pinii analogici nu sunt în uz, ei pot fi utilizați pentru citirea semnalelor logice digitale sau pentru afișarea de nivele logice digitale. Ieșirile nu au o capacitate mare de curent, dar se pot utiliza LED-uri de antrenare sau alte dispozitive de curent mic. Desigur pentru a le utiliza eficient și în siguranță, trebuie să cunoaștem nivelul lor de tensiune și capacitatea de transmisie.

Pentru a detecta o tensiune analogică, convertorul analog-digital are nevoie de un potențiometru sau un simplu divizor de tensiune pentru a crea o tensiune, acestea trebuie conectate la placa Arduino, cum avem reprezentat în figura de mai jos.

Circuitul se conectează astfel:

PIN-ul central al potențiometrului se conectează la PIN-ul analogic A3;

Un pin lateral se conectează la masă;

Celălalt pin lateral se conectează la + 5V.

Pentru a crește sau a micșora tensiunea analogică, ea se poate modifica prin ajustarea potențiometrului.

Microcontrolerele pot citi și interpreta doar valorile digitale. Prin urmare, pentru un dispozitiv analogic, cu un microcontroler, singura modalitate de funcționare a microcontrolerului, va fi să interpreteze datele de pe dispozitivul analogic și de a le converti într-o valoare digitală. Dupa ce se obține această valoare digitală,doar atunci microcontrolerul o poate interpreta, din moment ce el poate citi numai 2 tipuri de valori, 0 și 1. Acesta este motivul pentru care toate dispozitivele cu microcontrolere, trebuie să aibă un convertor analog-digital pentru a fi în măsură de a se ocupa de datele analogice. Fără acest convertor analog-digital, un microcontroler nu ar fi capabil să lucreze cu dispozitive analogice. Acest convertor poate fi construit pe plan intern în microcontroler sau extern poate fi interfațat cu microcontrolerul pentru a fi capabil să citească și să interpreteze valorile analogice. Fiindcă dispozitivele analogice sunt atât de utilizatee, cele mai multe sisteme de microcontroler și placi au încorporat deja acest convertor analog digital sau pot fi conectate extern pentru a permite utilizarea datelor analogice.

Microcontrolerele sunt capabile să detecteze doar semnale digitale: prin semnal digital se ințelege dacă este apăsat butonul sau nu. Atunci când un microcontroler este alimentat de la 5V el înțelege 0V, în binar însemnând 0 și 5V în binar însemnând 1. Semnalul analogic este un semnal care variază, iar senzorul analogic de 5V poate avea o tensiune de ieșire de 0.01V sau 4.99V sau orice altă valoare. Din fericire, aproape toate microcontrolere au un dispozitiv încorporat în ele, care pot să convertească aceste tensiuni în valori pe care le putem utiliza într-un program pentru a lua o decizie.

Valoarea unui semnal digital poate fi calculat cu ajutorul acestei formule:

unde:

VIN – este tensiunea analogică de intrare;

VREF – tensiunea de alimentare.

Pinii operează la o tensiune de 5V. Fiecare pin poate furniza sau primi un curent de maxim 40 mA și are o rezistență de 20-50 kOhms. În plus, unii pini au funcții speciale și acestea sunt:

(serial) RX – este un pin serial utilizat pentru recepția datelor seriale asincrone (intrare-Tx);

(serial) TX – este un pin serial care este utilizat pentru trimiterea datelor asincrone (ieșire –Tx);

GND – împământare;

AREF – Analog REFerence pin – este utilizat pentru tensiunea de referință pentru intrările analogice cu funcția analogReference();

SDA – comunicare I2S;

SCL – comunicare I2S;

Vin – este intrarea pentru o tensiune din sursă externă (input Voltage);

5V – tensiunea de ieșire pentru componentele montate la Arduino. Scoate 5V dacă placa este alimentată corect cu tensiune între 7 și 12 V;

3.3V – tensiunea de ieșire pentru piesele și senzorii care se alimentează la această tensiune. Tensiunea de ieșire este 3.3 V și maxim 50 mA;

RESET – acest pin se setează pe LOW pentru a reseta controlerul de la Arduino;

IOREF – este folosit de unele shield-uri ca referință pentru a se comuta automat la tensiunea furnizată de pe placa Arduino (5 V sau 3.3 V) (Input/Output Refference Voltage);

PWM: 3, 5, 6, 9, 10, 11 și 13 – furnizează 8 biți de ieșire pe PWM cu funcția analogWrite ();

întreruperea alimentarii externe se face cu pinii: 3 (întrerupe 0), 2 (întrerupe 1), 0 (întrerupe 2), 1 (întrerupe 3) și 7 (întrerupe 4)- acești pini pot fi configurați pentru a declanșa o întrerupere pe o valoare scăzută, sau pentru modificarea valorii, cu funcția attachInterrupt();

pin-ul 13 este pin LED – există conectat un LED digital integrat în contactul 13, atunci când contactul are o valoare înaltă, led-ul este aprins, iar când contactul are o valoare scăzută, led-ul este oprit;

A0-A5, A6 – A11 (4, 6, 8, 9, 10 și 12 pe pinii digitali) – sunt intrări analogice etichetate prin A0- A11, care pot fi de asemenea utilizate ca pini de intrare/ieșire, fiecare intrare analogică asigură pinii pe 10 biți, adică 1024 de valori diferite.

Leonardo are o serie de facilități pentru a comunica cu un calculator, un alt Arduino, sau cu alte microcontrolere. Microcontroletul ATmega32U4 prevede o tensiune de (5V) cu o comunicație serială, care este disponibilă pe pinii digitali 0 (Rx) și 1 (Tx). Microcontrolerul ATmega32U4 permite de asemenea o comunicare serială prin USB și apare ca un port virtual COM pentru software-ul de pe computer. Chip-ul, de asemenea, acționează ca un dispozitiv plin de viteză USB 2.0, folosind driverele USB standard COM. Pe Windows este necesar un fișier (.inf). Software-ul Arduino include și un monitor serial care permite afișarea unor date simple textuale să fie transmise de la placa Arduino către monitor. LED-urile Rx și Tx de pe bord luminează atunci când datele sunt transmise prin intermediul conexiunii USB către calculator (dar nu și pentru comunicația serială pentru pinii 0 și 1). Biblioteca SoftwareSerial permite comunicarea serială pe oricare dintre pinii digitali ai plăcii Leonardo. ATmega32U4 sprijină de asemenea, și comunicarea prin I2C (TWI) și comunicare SPI. Software-ul Arduino include o bibliotecă pentru a simplifica utilizarea magistralei I2C și pentru comunicare SPI .

Platforma Leonardo apare ca o tastatură generică sau ca un mouse, și poate fi programată pentru a controla aceste dispozitive de intrare.

Placa de procesare Leonardo este proiectată într-un mod care îi permite să fie resetată prin software-ul care îl rulează pe un calculator conectat, decât să solicite o apăsare fizică a butonului de resetare înainte de o încărcare. Resetarea este declanșată atunci port serial virtual COM este deschis și apoi închis. Atunci când se întâmplă acest lucru, procesorul va reseta platforma, datorită întreruperii conexiunii USB la calculator, ceea ce înseamnă că portul serial virtual COM va dispărea. După ce se reseteaza procesorul, placa rămâne activă timp de aproximativ 8 secunde. Placa poate fi, de asemenea, inițiată prin apăsarea butonului de reset direct de pe Leonardo. Înainte de încărcarea programului, resetarea ar fi mai bine să fie efectuată direct din software-ul Arduino. În cazul în care software-ul nu poate reseta programul, atunci se poate utiliza butonul de reset de pe placă.

Placa Leonardo are o siguranță resetabilă care protejează porturile USB ale calculatorului de scurtcircuit și suprasarcină. Cu toate că majoritatea calculatoarelor furnizează propria lor protecție internă, această siguranța este un avantaj suplimentar de protecție. În cazul în care apare un curent mai mare de 500 mA la portul USB-ului, siguranța se va rupe în mod automat până a apărea scurtcircuitul sau suprasarcina.

Platforma de dezvoltare Leonardo are lungimea maximă de 2.7 inch și o lățime de 2.1 inch, cu mufa de conectare a USB-ului. Placa conține 4 orificii pentru șuruburi care permit plăcii să fie atașată pe o suprafață. Distanța dintre pinii digitali 7 și 8 este de 160 mil(0,16 "), nici măcar un multiplu al distanței de 100 mil față de celelalte ace.

În figura de mai jos avem reprezentată schema bloc a sistemului pentru măsurarea deplasării unghiulare a coloanei de direcție.

Funcționarea schemei bloc:

Pentru măsurarea deplasării unghiulare a coloanei de direcție, la platforma de dezvoltare Arduino se conectează un accelerometru, un senzor Hall și un motor prin intermediul shield-ului de conectare, acesta fiind alimentat de la o baterie externă. Placa Arduino are capacitatea de a comunica cu elementele din mediu extern prin intermediul microcontrolerului, ea preia toate informațiile, le prelucrază și le afișează pe display. Pentru a măsura unghiul de deplasare a coloanei de direcție se folosește accelerometrul. În funcție de rotația accelerometrului pe un interval de la 0-90°, motorul este programat să se rotească astfel:

când unghiul accelerometrului este <40° motorul se rotește în stânga;

când unghiul accelerometrului este pe intervalul 40°-50 ° motorul nu se rotește;

când unghiul accelerometrului este >50° motorul se rotește în dreapta.

Motorul este conectat la Arduino prin shield-ul de conectare a motorului. Motorul se alimentează de la o baterie externă cu o tensiune de 9-12V. Pe axul motorului este amplasat un magnet, senzorul Hall este plasat în apropierea acestuia și detectează numărul de turații și trimite informațiile către placa Arduino. Platforma Arduino prelucrează infomațiile prin intermediul microcontrolerului, și transferă datele pentru a fi afișate pe display. Pe display se va afișa unghiul de deplasare a accelerometrului, turația și direcția de rotație a motorului. Aceste date vor fi apoi transmise unității UCH pentru a fi folosite de sistemul anti-derapaj și de controlul asistat a direcției.

2.2.Prezentarea elementelor componente ale sistemului

Măsurarea deplasării unghiulare a coloanei de direcție se poate realiza prin intermediul plăcii Ardunino. Platforma de dezvoltare poate prelua informațiile de la o gamă variată de dispozitive externe cum ar fi senzorul Hall, accelerometrul și motorul. Ea prelucrează informațiile primite prin intermediul microcontrolerului Atmega32U4, și transferă informațiile către ecranul de afișare. Pentru afișarea informațiilor prelucrate, avem un ecran LCD pentru Arduino de 16 caractere.

Accelerometru ADXL 335

Accelerometrele sunt dispozitive care măsoară accelerația și nivelul de schimbare a vitezei unui obiect. Accelerometrele măsoară în (m / s2) sau în forțe gravitaționale G (g). O forță gravitațională este echivalentă cu g=9,8 m/s2. Accelerometrele sunt utile pentru detectarea vibrațiilor în sisteme sau pentru aplicații de orientare.

ADXL335 este un accelerometru mic, subțire, de putere mică, conține 3 axe care condiționează ca semnal de ieșire o tensiune. Accelerometrul măsoară accelerația pe un interval ± 3g, are o scală de 6g. Accelerometru poate măsura accelerația statică a gravitației în aplicații de detectare a înclinării, precum și accelerarea dinamică rezultată din mișcare, șoc sau vibrații. Utilizatorul selectează lățimea de bandă a accelerometru folosind condensatorii CX, CY, CZ și la pinii XOUT, YOUT și ZOUT. Lățimile de bandă înseamnă de câte ori poate fi citit un accelerometru, ele pot fi selectate pe un interval de 0,5 Hz la 1600 Hz pentru axele X și Y, și pe intervalul de 0,5 Hz la 550 Hz pentru axa Z. Există mai multe tipuri de accelerometre, cu o axă, două, dar cele mai des întâlnite sunt accelerometrele cu trei axe.

Specificațiile accelerometrului sunt:

ADXL335 este un accelerometru cu o axă triplă, cu zgomot extrem de redus și consumul de energie este de doar 320uA. Curentul necesar de obicei, se încadrează în micro sau in intervalul de miliA. Prin măsurarea cantității de accelerație datorită gravitației, un accelerometru își poate da seama dacă unghiul este înclinat în raport cu pământul. Prin detectarea cantității de accelerare dinamică, accelerometru poate afla în ce direcție și cât de repede dispozitivul este în mișcare. Accelerometru este o interfață foarte ușor de utilizat la un Arduino prin intermediul micro-controlerului folosind 3 pini de intrare analogică.

Pentru cele mai multe accelerometre, conexiunile de bază necesare pentru comunicare și operarea sunt liniile electrice. Accelerometrele cu o interfață analogică arată accelerația prin diferite niveluri de tensiune. Aceste valori oscilează în general, între nivelul tensiunii de alimentare la sol și împământare. La Arduino pe baza convertorlui analog-digital cu ajutorul microcontrolerului poate fi citită și utilizată această valoare. Accelerometrele analogice, în general, sunt mai puțin costisitoare decât accelerometre digitale.

Accelerometru conține un sistem de reglare a tensiunii, care permite alimentarea cu o tensiune de la 3 V la 6 V în cc. Pentru condensatoarele de 0.1uF se setează lățimea de bandă a fiecarei axe la 50Hz.

Circuitul se conectează astfel:

ADXL335 este foarte ușor de utilizat, este un accelerometru analogic ceea ce înseamnă că transmite informația către placa Arduino sub forma unui semnal analogic. Tensiunea accelerometrului este direct proporțională cu accelerația. Accelerometrele pot măsura accelerația pe una, două sau trei axe.

Semnalul de ieșire analogic al accelerometrului are nevoie de deplasare, amplificare și filtrare. Accelerometru poate avea tensiunea de ieșire pozitivă sau negativă, în funcție de direcția accelerației. De asemenea, semnalul este continuu și proporțional cu forța de accelerație. Ca și în cazul oricărui senzor destinat unui convertor analog digital, valoarea trebuie să fie scalată și amplificată pentru a întinde la maximum intervalul de lucru.

Accelerometrele pot comunica cu Arduino printr-o interfață de comunicare. Accelerometrele cu o interfață digitală pot comunica fie prin SPI sau protocoale de comunicație I2C. Pentru majoritatea aplicațiilor, un singur condensator de 0,1 pF , plasat aproape de pinii de alimentare decuplează în mod adecvat accelerometru de la zgomot pe sursa de alimentare. Cu toate acestea, în aplicațiile în care zgomotul este prezent la frecvența 50 kHz, este necesară o putere suplimentară de aprovizionare, deoarece acest zgomot poate cauza erori în măsurarea accelerației. Dacă este necesară decuplarea suplimentară, un rezistor de 100 Ω (sau mai mici) pot fi introduse în conducta de alimentare. Conexiunea de împământare a accelerometrului la sol trebuie să aibă o impedanță scăzută, deoarece zgomotul transmis prin sol are un efect similar și pot apărea erori de măsurare. În general, accelerometrele conțin plăci capacitive în interior. Unele dintre acestea sunt fixate, în timp ce altele sunt atașate la arcuri minuscule, care se deplasează în interior ca forțe de accelerație și acționează asupra senzorului. Deoarece aceste plăci se deplasează una în raport cu celălalt, capacitatea dintre ele se schimbă. Accelerația poate fi determinată prin aceste schimbări în capacitate. Alte accelerometre conțin materiale piezoelectrice. Aceste mici structuri de cristal generează o sarcină electrică de ieșire atunci când sunt plasate sub stres mecanic (de exemplu, accelerație). Există mai multe principii pe care un accelerometru analogic poate fi construit. Există două tipuri de accelerometre care se utilizează foarte frecvent, și anume prin senzor capacitiv sau prin efectul piezoelectric. Accelerometrele care implementează un senzor capacitiv, depind de distanța dintre două suprafețe plane măsurate ca o tensiune de ieșire. Una sau ambele plăci se încarcă cu un curent electric. Modificarea diferenței distanței dintre plăci, modifică capacitatea electrică a sistemului, care poate fi măsurată ca o tensiune de ieșire. Această metodă de detectare este cunoscută pentru o precizie bună și stabilitate ridicată. Accelerometrele capacitive sunt, de asemenea, mai puțin predispuse la zgomot și la variația cu temperatura, în mod tipic disipă mai puțină putere, și pot avea lățimi de bandă mai mari din cauza circuitului intern.

Accelerarea prin efect piezoelectric este naturală, deoarece accelerația este direct proporțională cu forța. Ea apare atnci când anumite tipuri de cristal sunt comprimate, încarcate cu polaritate pe laturile opuse ale cristalului. Acest lucru este cunoscut sub numele de efect piezoelectric. Într-un accelerometru piezoelectric, încărcarea se acumulează pe cristal și este transferată și amplificată ca o tensiune sau ca un curent de ieșire.

Accelerometrele piezoelectrice răspund doar la fenomenul de curent alternativ, cum ar fi vibrațiile sau șocul. Acestea au o gamă largă, dinamică, dar pot fi costisitoare, în funcție de calitatea acestora. Accelerometrele pe bază piezo-peliculară sunt folosite cel mai des pentru măsurarea fenomenului de curent alternativ, cum ar fi vibrațiile sau șocurile, decât pentru cele de curent continuu, cum ar fi accelerația gravitației. Ele sunt ieftine, și răspund la alte fenomene, cum ar fi temperatura, sunetul și presiunea.

Accelerometrele se utilizează pe mai multe dispozitive datorită consumului mic de energie:

se utilizează în aplicații cu jocuri de înclinare;

pentru stabilizarea imaginii;

în activități sportive;

pe dispozitive mobile pentru rotirea automată a ecranului;

pentru măsurarea vibrațiilor;

în aplicații industriale;

în industria automobilelor.

Senzorul Hall

Deplasarea este o mărime ce caracterizează schimbările de poziție ale unui corp față de un sistem de referință, și ea este unghiulară atunci când corpul execută o mișcare circulară în jurul unui punct fix. Traductoarele folosite la deplasări unghiulare transformă o deplasare unghiulară într-o variație a unui element pasiv de circuit electric. Traductoarele pentru măsurarea deplasării unghiulare au la bază efectul Hall. Acest efect constă în apariția unui câmp electric transversal într-un metal sau semiconductor, care este parcurs de un curent electric într-un câmp magnetic.

Senzorul Hall furnizează o tensiune de ieșire proporțională cu câmpul magnetic. Curentul electric ce parcurge materialul semiconductor este influențat de câmpul magnetic. Asupre electronilor este exercitată o forță de către liniile de flux magnetic, ei sunt deviați către o extremitate a semiconductorului, în funcție de intensitatea și direcția liniilor de câmp. Această deviere de electroni produce o diferență de potențial numită tensiune Hall.

Elemente componente:

B – inducția câmpului magnetic;

UA – tensiunea de alimentare;

IA – curentul electric de alimentare;

UH – tensiunea Hall măsurată.

În forma sa cea mai simplă, senzorul funcționează ca un traductor analogic, returnînd direct o tensiune. Într-un câmp magnetic cunoscut, distanța acestuia față de senzorul Hall poate fi determinată prin utilizarea mai multor grupe de senzori, care pot deduce poziția relativă a magnetului.

Senzorii Hall sunt senzori activi, care necesită alimentarea cu energie electrică și au cel puțin 3 pini:

Pentru tensiunea de alimentare, UA (intrare);

Pentru masă;

Pentru tensiune Hall, UH (ieșire).

Senzorii de tip Hall sunt senzori digitali, produc ca tensiune de ieșire doar două valori 0V și +5V. Senzorii au integrate amplificatoare electronice și circuite de reglare cu ajutorul cărora pot crește tensiunea în jur de +5V.

În industria automobilelor, senzorii cu efect Hall sunt foarte utilizați, deoarece sunt stabili la perturbații, ieftini și asigură o bună funcționare.

Senzorii Hall în diverse aplicații din industrie sunt utilizați ca senzori:

pentru determinarea turației motorului;

pentru determinarea poziție arborelui cu came;

pentru determinarea turației cutiei de viteze;

pentru determinarea unghilui de avans și a timpilor de injecție;

pentru determinarea vitezei la roată (ABS/ESP).

Conectarea senzorului Hall la Arduino se face astfel:

Pinul VCC al senzorului se conectează la pinul de 5V la Arduino;

Pinul GND al senzorului se conectează la pinul GND la Arduinno;

Pinul OUT al senzorului se conectează la pinul digital 7 la Arduino.

Un senzor cu efect Hall poate funcționa ca un comutator electronic și are următoarele avantaje:

un astfel de comutator costă mai puțin decât un comutator mecanic și este mult mai sigur;

acesta poate fi operat până la o frecvență de 100 kHz.

acesta poate fi utilizat în condiții severe,deoarece este într-un pachet sigilat.

În cazul senzorului liniar (pentru măsurătorile intensității câmpului electromagnetic magnetic), un senzor cu efect Hall:

poate măsura o gamă largă de câmpuri magnetice;

poate măsura câmpuri magnetice fie polul nord sau polul sud;

poate fi plat.

Motorul

Pentru a determina turația motorului pe axul său se montează un magnet. Senzorul hall se va poziționa în apropiere magnetului pentru a determina numărul de turații.

Motorul de curent continuu este un motor destul de simplu, electric care utilizează energie electrică și un câmp magnetic pentru a produce un cuplu, ceea ce îl face să pornească. Motorul conține doi magneți de polaritate opusă și o bobină electrică, care acționează ca un electromagnet. Forțele electromagnetice ale magneților furnizează cuplul care determină motorul pentru a porni.

Un motor de curent continuu necesită cel puțin un electromagnet, care comută curentul ca motorul să pornească, astfel se schimbă polaritatea și el își continuă funcționarea. Celălalt magnet poate fi magnet permanent sau alte electromagnete. De multe ori, electromagnetul este amplasat în centrul motorului și se transformă în magneți permanenți.

Cei doi magneți exteriori sunt permanenți, unul pozitiv și unul negativ. Pentru acest exemplu, magnetul stânga este încărcată negativ, iar magnetul drept este încărcată pozitiv.

Atracția dintre polii opuși și repulsia de poli similari pot fi simțiți cu ușurință, chiar și cu magneți relativ slabi. Un motor de curent continuu utilizează aceste proprietăți pentru a converti energia electrică în mișcare. Deoarece magneții din motor se atrag și se resping unul pe altul, iar motorul se pornesște.

Evaluarea vitezei unui motor de curent continuu este viteza maximă pe care o poate rula. Viteza reală a motorului funcționează în funcție de cât de mare este valoarea curentului. Motoarele de curent continuu pot fi rulate atât înainte cât și înapoi, în funcție de direcția curentului aplicat. Circuitele speciale în punte H, permit utilizarea de comutatoare și de tranzistori, pentru a modifica direcția de mers a unui motor fără a fi nevoie de a schimba firele. Motoarele de curent continuu vin cu un nivel foarte mare de viteză, și un cuplu foarte scăzut. Roțile dințate și transmisiile permit convertirea vitezei unui motor de curent continuu în cuplu, care poate fi utilizat pentru alte sarcini, cum ar fi mutarea de roboți sau ridicarea de obiecte.

Viteza maximă a motorului este măsurată în rotații pe minut (RPM). 1 RPM înseamnă că axul motorului se va roti complet în jurul unui cerc o dată într-un minut. Chiar și un motor foarte ieftin de curent continuu va avea un nivel de viteză de cel puțin 1000 rpm.

Cuplul reprezintă cantitatea de greutate maximă aplicată motorului. Dacă atașezi un braț cu o greutate la axul motorului, aceasta reprezintă cantitatea maximă de greutate pe care motorul o poate ridica. În mod tipic (deși nu întotdeauna), cu cât mai mare este viteza unui motor, cu atât mai mic este cuplul și vice-versa. Treptele de viteză pot fi utilizate pentru a converti viteza în cuplu sau cuplul în viteză, la fel ca într-o mașină. Într-o mașină, prima treaptă de viteză este o treaptă de cuplu mare, deoarece motorul are nevoie de o putere mare pentru a începe deplasarea mașinii înainte.

Motoarele de curent continuu sunt cele mai simple de utilizat. Un fir al motorului se alimentează cu o tensiune de la o baterie de 9-12V, iar unul se conectează la împământare și motorul pornește. Ele sunt cele mai utilizate în situații în care se necesită forță sau viteză și nu o precizie bună. Pentru motoarele de curent continuu devine mai complicată situația atunci când sunt necesare și alte funcții. Un motor de curent continuu nu conține electronică internă și acceptă numai o alimentare și o împământare. Cu toate acestea, există modalități de a manipula direcția și viteza.

Caracteristicile motorului sunt:

Tabelul.2.1.Caracteristicile motorului.

Viteza și cuplul motorului depind de tensiunea motorului. Viteza poate fi controlată prin impulsul cu modulație, în cazul în care puterea poate fi oprită și pornită rapid pentru a priva motorul de putere și al face să se miște mai lent. În cazul în care se utilizează un shield de conectare există posibilitatea de a activa comutatorul și opri prin intermediul lui Arduino.

Motoarele de curent continuu sunt utilizate pentru o varietate de scopuri, inclusiv pentru aparate de ras electrice, macarale electrice cu geamuri auto, și telecomandă la autoturisme. Designul lor simplu și fiabilitatea le face o alegere bună pentru diverse utilizari, precum și un mod fascinant pentru studiul efectelor câmpurilor magnetice.

Atunci când un motor se conectează la Arduino, motorul va necesita o sursă externă de alimentare, deoarece platforma Arduino poate furniza o tensiune de ieșire între 3.3 și 5V. Pentru a controla și conecta motorul la Arduino , acesta se poate conecta prin intermediul unui shield. Motorul de curent continuu nu are nici un circuit intern, de aceea pentru a schima direcția de mers el va avea nevoie de o punte H. În esență, o punte citește o altă intrare pentru a comuta la împământare și tensiunea de alimentare 5V, schimbând direcția motorului.

După cum se observă în figura de mai sus, pentru conectarea motorului la placa Arduino este necesară folosirea unei punți H, ea are rolul de a controla viteza și direcția motorului. Prin intermediul ei motorul este alimentat și începe să se rotească după cum este proiectat în Arduino. Într-un circuit puntea H, poate conduce un curent în oricare polaritate, și îl controlează printr-un impuls cu modulație(PWM). Modulația este un mijloc de a controla durata unui puls electronic. Motoarele sunt evaluate la anumite tensiuni, și pot fi deteriorate dacă tensiunea aplicată este mai mare, sau în cazul în care aceasta este scăzută rapid pentru a încetini motorul în jos. Astfel prin controlul motorului cu impuls prin modulație, acesta va avea o durabiltate de funcționare mai mare.

Shield-ul pentru conectarea motoarelor are următoarele specificații:

Tensiunea de alimentare a motoarelor este între 5V – 35V;

Tensiunea de funcționare pe circuitele logice este de 5V;

Curentul de parcurgere a motoarelor este de max 2A;

Curentul de parcurgele pe circuitele logice este de 36mA;

Frecvență maximă prin impuls cu modulație este de 40kHz;

Putere maximă este de 25W;

Dimensiuni: 43 x 43 x 26mm;

Greutatea este de 26g.

Conectarea shield-ului la Arduino se face astfel:

Out 1: permite rotirea motorului A;

Out 2: permite rotirea motorului A;

Out 3: permite rotirea motorului B;

Out 4: permite rotirea motorului B;

GND: împământare;

5V:tensiunea de alimentare este de 5V (în cazul în care sursa de alimentare este între 7V-35V, atunci aceasta poate acționa ca o tensiune de 5V);

ENA: acceptă semnalul PWM pentru motor A;

ENB: acceptă semnalul PWM pentru motor B;

In1: permite controlul direcției motorului A;

IN2: permite controlul direcției motorului A;

In3: permite controlul direcției motorului B;

IN4: permite controlul direcției motorului B.

Toate aceste componente descrise anterior, transferă informațiile citite de pe senzori sau motoare către platforma Arduino. Platforma prelucrează datele cu ajutorul microcontrolerului și le afișează pe un display.

Ecranul de afișare pentru Arduino

Ecranul este destinat pentru afișare textului, el are o iluminare în spate cu LED-uri și poate afișa pe două rânduri, cu până la 16 caractere pe fiecare rând. El este construit dintr-o celulă cu cristale lichide într-un strat subțire, dintr-un cristal lichid înserat între două foi de sticlă, cu electrozi transparenți, depuși pe fețele lor interioare. LCD-ul nu produce o iluminare proprie, el depinde în totalitate de iluminare care cade pe el dintr-o sursă externă pentru efectul său vizual.

Principiul de bază din spatele moleculelor cu cristale lichide este că, atunci când ele sunt parcurse de un curent electric, ele tind să se răsucească. Această răsucire determină o modificare a unghiului filtrului de polarizare. Primul filtru va fi polarizat în mod natural pentru că lumina lovește la început. Astfel, lumina trece prin fiecare strat și este ghidată cu ajutorul moleculelor. Atunci când se întâmplă acest lucru, moleculele tind să schimbe planul de oscilație a luminii pentru a se potrivi cu propriul lor unghi. Atunci când lumina ajunge în partea îndepărtată a moleculelor cu cristale lichide, oscilează la același unghi ca și stratul final al moleculelor. Lumina poate să intre numai în cazul în care al doilea filtru de sticlă polarizat este la fel ca stratul final. Acest lucru duce la o schimbare a unghiului de lumină care trece prin ele. Astfel este permisă trecerea luminii prin acea zonă specială de LCD și zona devine mai închisă în comparație cu altele.

Ecranul LCD este un modul de afișaj electronic și are gamă largă de aplicații. Motivele fiind: ecranele sunt economice; ușor de programat, nu au nici o limitare în afișarea cu caractere, animații și așa mai departe. Un LCD 16×2 înseamnă că poate afișa 16 caractere pe 2 linii. Ecranul conține 2 registre, unu de comandă și unul de date.

Registrul de comandă stochează instrucțiunile de comandă depe ecranul LCD. O comandă este o instrucțiune dat de LCD pentru a face o sarcină, cum ar fi inițializarea, ștergerea datelor de pe ecranul său, stabilind poziția cursorului, controlul de afișare etc. Registrul de date stochează datele care urmează să fie afișate pe ecranul LCD-ului. Datele sunt bazate pe sistemul de codificare a caracterului care urmează să fie afișat pe ecranul LCD-lui.

Funcționarea pinilor ecranului de afișare:

Tabelul.2.2.Pinii de conectare a unui LCD Arduino.

Conectarea în paralel a display-ului la placa Arduino folosește librăria LiquidCristal.Libraria LiquidCrystal folosește modul de comunicație cu numai 4 pini, prin urmare vom conecta pinii D4-D7 ai LCD-ului la pinii D5-D2 de pe placa Arduino, ceilalți fiind lăsați neconectați:

LCD D4 (11) — Arduino D5;

LCD D5 (12) — Arduino D4;

LCD D6 (13) — Arduino D3;

LCD D7 (14) — Arduino D2;

Display-ul se poate conecta la Arduino astfel:

Arduino 5V se conectează la pinul 1 al potențiometru;

Arduino GND se conectează la pinul 3 al potențiometru;

Pinul 2 al potențiometrului se conectează la pinul 3 VEE al LCD-ului;

Arduino GND se conectează la GND al LCD-ului;

Arduino GND se conectează la pinul 5 RW al LCD-ului;

Arduino 5V se conectează la pinul 2 VCC al LCD-ului;

Arduino pinul digital 12 se conectează la pinul 4 RS al LCD-ului;

Arduino pinul digital 11 se conectează la pinul 6 E al LCD-ului;

Arduino pinul digital 5 se conectează la pinul 11 DB4 al LCD-ului;

Arduino pinul digital 4 se conectează la pinul 12 DB5 al LCD-ului;

Arduino pinul digital 3 se conectează la pinul 13 DB6 al LCD-ului;

Arduino pinul digital 2 se conectează la pinul 14 DB7 al LCD-ului.

Avantajele utilizării unui LCD 16×2 :

Fiecare element care este conectat într-un circuit paralel primește o tensiune egală;

Este ușor să conectăm/deconectăm un element nou fără a afecta funcționare altor elemnte;

În cazul în care s-a întâmplat o defecțiune în circuit, curentul poate să treacă prin diferite cai.

Dezavantajele utilizării unui LCD 16×2:

Necesită utilizarea mai multor fire;

Nu putem crește sau multiplica tensiunea într-un circuit;

Conectarea în paralel nu reușește în momentul când trebuie să treacă aceeași cantitate de curent prin intermediul elementelor.