АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 8
1. ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 10
1.1 .Анализ технического задания 10
1.2.Обзор аналогов и патентный поиск 10
1.3.Основные принципы измерения емкости конденсаторов 18
1.4. Емкостные датчики уровня 20
2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ СИСТЕМЫ 23
2.1. Расчет емкости датчика уровня топлива 23
2.2. Расчет константы времени RC-цепи 23
3. РАЗРАБОТКА ПРОТОТИПА 31
3.1. Подбор основных элементов и сборка прототипа 31
3.2. Проверка работоспособности при измерении емкости конденсаторов с
известными номинальными значениями 33
3.3. Проверка работоспособности при измерении емкости датчика уровня
топлива при погружении в дистиллированную воду 35
3.4. Проверка работоспособности при измерении емкости датчика уровня
топлива при погружении в бензин 36
3.5. Разработка конструкторской документации 38
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ 40
4.1.Эксперимент при резком ускорении автомобиля 40
4.2.Эксперимент при резком торможении автомобиля 42
4.3.Эксперимент при проезде неровностей дорожного полотна автомобилем
44
4.4.Эксперимент при резком повороте автомобиля 47
4.5. Пример оценки качества вождения 50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 54
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 56
ПРИЛОЖЕНИЯ 59
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Листинг программы 59
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Спецификация 63
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Сборочный чертеж емкостного датчика уровня 64
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Рабочий чертеж корпуса 65
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Рабочий чертеж штуцера 66
ПРИЛОЖЕНИЕ Е.Рабочий чертеж стержня 67
В XXI веке роль автомобилей в жизни человека очень велика. Срок службы автомобиля зависит в большей степени от человеческого фактора, а именно от отношения человека к эксплуатируемой технике. Таким образом для увеличения срока службы техники, необходимо контролировать качество вождения.
Быстрый износ различных узлов и агрегатов автопарка, внеплановые ремонты и замены - любая транспортная компания сталкивалась с данными проблемами. Однако водитель всегда утверждает, что он не причем, и всему виной некачественные детали, плохие дороги и неправильная сборка.
Современные системы мониторинга транспорта предлагают решения по оценке и контролю качества управления автотранспортом.
Используя такие системы есть возможность получить такие результаты:
• снижение нагрузки на коробку передач (что особенно важно для грузовиков);
• уменьшенный расход топлива;
• повышение срока износа всех составляющих транспортного средства;
• сохранность груза;
• уменьшенный риск дорожно-транспортных происшествий.
На данный момент системы контроля качества управления очень распространены в сфере грузоперевозок, но стоимость таких систем велика, а также их установка должна производиться профессионалом.
Разработанная нами система контроля качества вождения транспортного средства имеет низкую стоимость за счет использования недорогих компонентов и возможность установки оборудования любым человеком, имеющим хотя бы начальные навыки владения техникой.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка датчика уровня топлива с возможностью оценки качества вождения.
Задачи выпускной квалификационной работы:
1) Обзор аналогов и патентный поиск.
2) Анализ технического задания.
3) Принципы измерения емкости конденсатора.
4) Конструкция и принцип действия емкостного датчика уровня топлива.
5) Расчет основных параметров разрабатываемой системы.
6) Разработка прототипа и проведение эксперимента.
7) Разработка конструкторской документации.
На основании технического задания требовалось разработать датчик уровня топлива с возможностью оценки качества вождения. Были рассмотрены три аналога и два патента. Выявлены недостатки систем, а именно высокая стоимость программного обеспечения и необходимость установки оборудования квалифицированным персоналом, что требует дополнительных затрат. Разрабатываемая система будет состоять всего из двух элементов: микроконтроллера Arduino и датчика уровня топлива. Также рассмотрен принцип работы емкостных датчиков уровня, формулы расчета емкостей, на основании которых будем проводить расчеты.
Произведен расчет емкости цилиндрического конденсатора, которым является датчик уровня топлива. При погружении в в бензин С = 58,41 пФ. Выбран способ измерения емкости с помощью ^С-цепи. Найдена константа времени т = 0,584 мкс и построены графики изменения напряжения и силы тока при заряде и разряде конденсатора, по которым видно, что заряд и разряд конденсатора происходит мгновенно.
После выбора основных компонентов был построен прототип разрабатываемого датчика. Прототип состоит из емкостного датчика уровня топлива, подключенного к микроконтроллеру. После построения прототипа был проведен ряд испытаний, для проверки его работоспособности. По результатам измерений были рассчитаны относительные погрешности: при измерении емкости конденсаторов погрешность составила 2,82%, при измерении емкости датчика уровня топлива, погруженного в бензин, погрешность составила 1,26%. Таким образом, прототип работоспособен и измерения с помощью прототипа производятся с высокой точностью. По имеющемуся в нашем распоряжении емкостном датчике уровня топлива была построена 3-D модель, построены чертежи и составлена спецификация.
В ходе проведения испытаний прототипа в реальных условиях были оценены следующие качества вождения транспортного средства: резкое ускорение, резкое
торможение, проезд неровностей, резкие повороты. Характеристические особенности каждого показателя были показаны на графиках. По результатам эксперимента видно. что прототип чувствителен к изменению значений емкости при изменении уровня топлива во время движения транспортного средства. Также параметром, определяющим качество вождения была выбрана дисперсия. Было доказано и продемонстрировано, что чем выше дисперсия, тем хуже качество. Таким образом по графику можно определить параметр движения, контролируемый датчиком, и рассчитав дисперсию дать оценку, то есть с использованием разработанного прототипа датчика уровня топлива есть возможность контролировать качество вождения транспортного средства. Цели и задачи выпускной квалификационной работы выполнены.
