THIẾT KẾ & THI CÔNG XE LĂN ĐIỆN GVHD: ThS. TRẦN VIẾT THẮNG
CHƯƠNG I - GIỚI THIỆU VỀ XE ĐIỆN
1.1 Các loại hình xe điện đang hiện hành trên thế giới và tại Việt Nam:
Trước tình hình giá xăng dầu thế giới ngày càng tăng như hiện nay, và các
nguyên liệu chất đốt cũng như nguồn dầu khí ngày càng cạn kiệt thì nhu cầu sử dụng
nguồn nguyên liệu mới thay thế những nguồn nguyên liệu đang sử dụng hiện thời –
trong việc vận hành các loại phương tiện vận chuyển(xe, tàu,…) là một nhu cầu cấp
thiết. Chính vì vậy năng lượng điện là nguồn nguyên liệu phù hợp nhất để thay thay thế
cho các loại nguyên liệu hiện nay.
Chúng ta sẽ không có gì ngạc nhiên khi hệ thống xe điện ra đời và ngày càng
phát triển trên thế giới hiện nay. Hầu hết các nhà sản xuất tập trung phát triển hệ thống
xe điện phục vụ nhu cầu của “thượng đế”, và là những phương tiện phổ biến như: xe
hơi điện, xe moto điện, xe đạp điện ,….Công nghệ ngày càng phát triển và hiện đại
trong lĩnh vực thiết kế bộ điều khiển với nhiều tính năng cho xe điện, tạo nhiều thuận
tiện cho việc điều khiển cũng như thích ứng với phương tiện sử dụng nguồn nguyên
liệu mới này.
Các loại xe điện cũng ngày càng được tân trang và thiết kế đẹp hơn, đồng thời
cũng có nhiều tính năng như các phương tiện chạy bằng xăng, dầu… Nhiều hãng xe
hơi lớn như Mittshubisi, Toyota,…cũng đã bắt đầu chuyển hướng đầu tư qua các loại
hình xe hơi điện có kết cấu và hình dáng đẹp, đảm bảo các chức năng vận hành như xe
hơi hiện tại.
Hình 1.1 Chiếc xe hơi điện do hãng Mittshubisi sản xuất.
SVTH: LÊ NGUYÊN TUẤN Trang 1
THIẾT KẾ & THI CÔNG XE LĂN ĐIỆN GVHD: ThS. TRẦN VIẾT THẮNG
Tuy nhiên trên thị trường hiện nay loại phương tiện xe điện phổ biến nhất lại là
xe đạp điện, một số nước phát triển ở Châu Á cũng đã và đang phát triển mạnh loại
phương tiện như xe đạp điện và xe motor điện Việc phát triển hệ thống xe đạp điện
dựa trên cơ sở nhu cầu thực tế của người sử dụng. Một xe điện nói chung, thì nhược
điểm lớn nhất chính là nguồn điện cung cấp cho xe hoạt động, chính vì vậy việc phát
triển các loại xe motor điện hay xe hơi điện lại kém phát triển hơn xe đạp điện. Chính
vì các yếu tố về nguồn điện cung cấp, quãng đường di chuyển ngắn, phương tiện nhỏ

SVTH: LÊ NGUYÊN TUẤN Trang 3
THIẾT KẾ & THI CÔNG XE LĂN ĐIỆN GVHD: ThS. TRẦN VIẾT THẮNG
Xe có thể đạt vận tốc khoảng 40km/ giờ. So với xe đạp điện, xe máy điện khác ở chỗ
có công suất lớn hơn, do đó có tốc độ cao hơn. Tuy nhiên, do dáng xe “nhái” theo kiểu
xe ga của các hãng nổi tiếng, nên không có
bàn đạp, khi hết điện, người sử dụng chỉ còn cách dắt bộ.
Về mặt kỹ thuật, xe máy điện được vận hành theo nguyên lý truyền động, dạng
động cơ điện một chiều truyền động bằng trục chính của động cơ qua hộp giảm tốc để
kéo xe thông qua xích hoặc bánh răng với năng lượng lấy từ bình ắc-quy khô được đặt
bên trong thân xe. Bình ắc-quy dùng cho xe điện được nạp bằng nguồn điện từ 90 đến
204V. Với xe điện sản xuất trong nước, bình ắc-quy được sử dụng thường là hàng của
Nhật, có độ trữ lâu, chất lượng ổn định. Ngược lại bình ắc-quy xe điện nhập từ Trung
Quốc hay bị hư, chảy nước và cháy. Khi chọn mua, nên lưu ý xem xét kỹ bình ắc-quy
vì đây là một trong những bộ phận quan trọng của xe điện. Mang xe đi bảo hành 2 đến
3 tháng/lần để đảm bảo an toàn cho xe, đồng thời không nên để bánh xe mềm quá,
cũng không nên bơm bánh xe căng quá. Nếu không cần thiết nên tránh lắp thêm còi
nhạc, đèn nháy, máy hát vì sẽ làm ảnh hưởng đến
bình ắc–quy ”
Hình
1.4:
Một số
mẫu xe
điện
hiện
nay tại
Việt
Nam
1.2 V
a
i trò và công dụng của xe lăn điện hiện nay:

Hình 2.1: Đồ thị vận tốc thay đổi ứng với điện áp
Ứng với một điện áp ngõ ra ta có thể quy định bằng một giá trị tốc độ nào đó
của động cơ (Ví dụ: ứng với 1V điện áp ngõ ra động cơ đạt tốc độ là 5 vòng/phút), vì
vậy muốn điều chỉnh được tốc độ động cơ ta cần điều chỉnh giá trị điện áp vào động
cơ.
2.1.2 Ảnh hưởng của các điều kiện ngoại cảnh đến tốc độ xe lăn điện:
Các điều kiện ngoại cảnh là một trong những yếu tố làm thay đổi khá lớn tốc
độ của xe lăn điện. Tùy thuộc vào điều kiện ngoại cảnh và địa hình khác nhau thì tốc
độ xe sẽ khác nhau.
Trong điều kiện có sức cản lớn thì tốc độ động cơ sẽ bị chậm lại (ví dụ khi xe
lên dốc), ngược lại tốc độ động cơ sẽ được tăng thêm tốc độ (ví dụ như xe khi xuống
dốc). Việc điều chỉnh tốc độ động cơ cũng tùy thuộc vào hoàn cảnh khi xe vận hành,
SVTH: LÊ NGUYÊN TUẤN Trang 7
n(vòng/phút)
Điện
áp(Volt)
n
đm
U
đm
THIẾT KẾ & THI CÔNG XE LĂN ĐIỆN GVHD: ThS. TRẦN VIẾT THẮNG
ở những nơi cần chạy chậm thì ta phải điều chỉnh tốc độ động cơ ở giá trị phù hợp, ở
địa hình khó khăn thì tốc độ động cơ sẽ được điều chỉnh tăng lên. Do vậy để ổn định
động cơ đạt tốc độ theo ý muốn của người sử dụng đòi hỏi có một bộ điều khiển phù
hợp và ổn định.
2.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ xe điện:
2.2.1 Khái niệm phương pháp điều khiển động cơ điện:
Điều khiển tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông
số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông. Từ
đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu. Có

điểm làm việc của động cơ sẽ dịch chuyển từ đường đặc tính nhân tạo này sang đường
đặc tính nhân tạo khác và vạch ra một đường đặc tính cơ của hệ điều chỉnh tự động.
Việc thay đổi tự động thông số đầu vào được thực hiện nhờ mạch phản hồi ; mạch này
lấy tín hiệu từ thông số đầu ra hoặc một thông số nào đó liên quan đến đầu ra, đưa trở
SVTH: LÊ NGUYÊN TUẤN Trang 8
THIẾT KẾ & THI CÔNG XE LĂN ĐIỆN GVHD: ThS. TRẦN VIẾT THẮNG
lại gây tác động lên thông số đầu vào, tạo thành một hệ có liên hệ kín giữa đầu ra và
đầu vào. Vì vậy người ta gọi hệ này là hệ “điều chỉnh vòng kín” hoặc “điều chỉnh tự
động”.
Vì vậy ta khảo sát sự điều chỉnh tốc độ động cơ DC theo phương pháp thứ hai.
Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn
so với các loại động cơ khác. Không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng
mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển khá đơn giản hơn, đồng thời lại đạt được
chất lượng điều chỉnh cao trong dãy điều chỉnh tốc độ rộng.
Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá chất lượng hệ thống điều chỉnh tốc độ.
Khi điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động điện ta cần chú ý và căn cứ vào
các chỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng của hệ thống truyền động điện :
A - Hướng điều chỉnh tốc độ.
Hướng điều chỉnh tốc độ là ta có thể điều chỉnh để có được tốc độ lớn hơn hay
bé hơn so với tốc độ cơ bản (là tốc độ làm việc) của động cơ điện trên đường đặc tính
cơ tự nhiên.
B - Phạm vi điều chỉnh tốc độ (dãy điều chỉnh tốc độ).
Phạm vi điều chỉnh tốc độ D là tỷ số giữa tốc độ lớn nhất n
max
và tốc độ bé nhất
n
min
mà người ta có thể điều chỉnh được tại giá trị phụ tải là định mức : D = n
max
/n

thay đổi nhiều. Phương pháp điều chỉnh
tốc độ tốt nhất là phương pháp mà giữ nguyên hoặc nâng cao độ cứng của đường đặc
tính cơ. Hay nói cách khác
β
càng lớn thì càng tốt.
D - Độ bằng phẳng hay độ liên tục trong điều chỉnh tốc độ.
SVTH: LÊ NGUYÊN TUẤN Trang 9
THIẾT KẾ & THI CÔNG XE LĂN ĐIỆN GVHD: ThS. TRẦN VIẾT THẮNG
Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ. Độ liên tục khi điều chỉnh
tốc độ
γ
được đánh giá bằng tỷ số giữa hai cấp tốc độ kề nhau :
γ
= n
i
/n
i+1
.
Trong đó :
n
i
: tốc độ điều chỉnh thứ cấp i.
n
i+1
: tốc độ điều chỉnh thứ cấp i+1.
Với n
i
và n
i+1
đều lấy tại một giá moment nào đó.

THIẾT KẾ & THI CÔNG XE LĂN ĐIỆN GVHD: ThS. TRẦN VIẾT THẮNG
Trong các mạch điều khiển tốc độ xe điện hiện nay trên thị trường thông thường
có hai phương pháp làm thay đổi độ rộng xung áp như sau:
- Thay đổi độ rộng xung áp điều khiển tốc độ xe điện dùng biến trở.
- Thay đổi độ rộng xung áp điều khiển tốc độ xe điện dùng
Hall_Sensor.
Ở mỗi cách thức điều khiển tốc độ xe lăn đều có những tiện lợi riêng, tuy vậy
việc sử dụng Hall_sensor để điều khiển tốc độ xe lăn điện sẽ đạt được tốc độ ổn định và
độ bền cơ học cao.
A - Thay đổi độ rộng xung áp điều khiển tốc độ xe điện dùng biến trở:
Biến trở mắc trong mạch được nối với tay ga điều khiển bên ngoài, khi vặn tay
ga làm thay đổi giá trị điện trở bên trong mạch sẽ dẫn đến thay đổi giá trị điện áp của
mạch, tín hiệu áp thay đổi này được đưa vào ngõ RA1/AN1 của IC 16F876A, qua xử lý
tín hiệu điều khiển sẽ được xuất ra điều khiển thay đổi tốc độ xe điện.
Khác với cách điều khiển tốc độ của một động cơ thông thường, việc điều khiển
tốc độ xe lăn điện khó khăn và phức tạp hơn nhiều. Chúng ta không đơn thuần chỉ thay
đổi điện áp của động cơ mà cần phải lập trình sao cho tốc độ động cơ thay đổi trong
một khoảng thời gian trì hoãn nhất định gọi là bước tăng (đơn vị: sec), mỗi bước tăng
dài hay ngắn quyết định sự thay đổi tốc độ động cơ nhanh hay chậm. Mỗi bước tăng là
một xung điều khiển tốc độ động cơ, ta có thể tăng các nấc của bước tăng từ 0 đến 255.
Vậy thời gian để đạt được tốc độ tối đa của xe lăn trong một chế độ hoạt động (có chọn
trước) là:
T = Thời gian tăng một bước × Số bước cực đại.
Nếu bước tăng quá ngắn sẽ làm cho động cơ thay đổi tốc độ đột ngột, do vậy dễ
gây ngã và sốc cho người sử dụng. Còn nếu bước tăng quá dài sẽ tạo khoảng thời gian ì
quá lâu, động cơ sẽ không nhạy trong việc thay đổi tốc độ, gây mất thời gian và tạo sự
nhàm chán cho người sử dụng. Chính vì vậy việc lập trình tạo ra một bước tăng phù
hợp sẽ đảm bảo tối ưu trong việc điều khiển tốc độ động cơ.
SVTH: LÊ NGUYÊN TUẤN Trang 11
THIẾT KẾ & THI CÔNG XE LĂN ĐIỆN GVHD: ThS. TRẦN VIẾT THẮNG

Hình 2.7 Cảm biến Hall và nguyên tắc hoạt động
Hall_sensor được kết hợp tạo thành hệ thống tay ga, việc điều chỉnh tay ga tăng
hay giảm sẽ tác động trực tiếp đến điện áp điều khiển xe lăn điện. Mỗi Hall_sensor
được cấu tạo như sau:

Hình 2.8: Cấu tạo của một Hall_sensor
Hình 2.9 Ứng dụng của Hall_sensor
SVTH: LÊ NGUYÊN TUẤN Trang 13
S
S
N
N
Phạm vi thay đổi của
Hall_Sensor
THIẾT KẾ & THI CÔNG XE LĂN ĐIỆN GVHD: ThS. TRẦN VIẾT THẮNG
2.3 Các chế độ hoạt động của xe lăn điện:
Khác với các loại xe lăn điện thông thường, với bộ điều khiển kết nối với hệ
thống cơ khí được thiết kế tương đối hoàn hảo ta có thể vận hành và điều khiển được
xe lăn hoạt động khá tốt.
Do sử dụng nguồn điện Acquy trong quá trình vận hành nên khi hoạt động, xe
lăn điện càng tiết kiệm năng lượng càng mang lại hiệu quả hoạt động cao hơn. Đồng
thời nhằm tạo ra sự thuận lợi và tối ưu nhất trong việc điều khiển, nhóm sinh viên đã
lập trình cho bộ nguồn với 3 chế độ hoạt động, đây cũng là điểm mới và mang tính
thích nghi cao của đề tài, các chế độ như sau:
- Chạy chậm.
- Chạy ở đường bằng phẳng.
- Chạy ở đường dốc.
2.3.1 Chế độ chạy chậm:
Chế độ hoạt động chạy chậm được lập trình nhằm phù hợp cho việc di chuyển
xe trong những khu vực đông người, khó di chuyển ví dụ: siêu thị, hội trường….

thời bảo vệ quá dòng thấp(<= 20A), ít tiêu hao năng lượng do công vô ích sinh ra, đây
là chế độ hoạt động tốt nhất cho động cơ xe.
SVTH: LÊ NGUYÊN TUẤN Trang 15
0%
100%
0
max
˜26Km/h
Ga
THIẾT KẾ & THI CÔNG XE LĂN ĐIỆN GVHD: ThS. TRẦN VIẾT THẮNG
2.3.3 Chế độ chạy đường dốc:
Cũng như khi hoạt động ở chế độ chạy đường bằng phẳng, chạy ở chế độ đường
dốc tốc độ xe lăn điện vẫn đạt giá trị tối đa là 26 Km/h, tuy nhiên phần năng lượng tiêu
hao để đạt được giá trị tối đa của tốc độ xe là khá lớn vì ảnh hưởng của công vô ích gây
ra. Khi di chuyển trong địa hình dốc và cao sẽ có nhiều yếu tố cản trở sự di chuyển của
xe, do vậy để đạt được tốc độ tối đa là 26Km/h không những đòi hỏi có một lực kéo
lớn mà mạch điều khiển phải có khả năng bảo vệ quá dòng cao(gần 50A)
Chính vì thế ở chế độ hoạt động thứ ba này đòi hỏi có một năng lượng khá lớn
mới có thể đảm bảo được tốc độ tối đa của động cơ. Trong điều kiện sử dụng nguồn
điện acquy là nguồn điện chính trong toàn bộ hoạt động của bộ điều khiển thì đây là
một bất lợi khá lớn.
Với yêu cầu đó tác giả đã thiết kế mạch và lập trình điều khiển cho PIC
16F876A hình thành một chế độ hoạt động vừa đảm bảo được tốc độ tối đa của động
cơ, vừa bảo đảm khả năng quá dòng và đặc biệt là giảm việc tiêu hao năng lượng. Đó
cũng là tính tối ưu và ưu thế vượt trội của xe lăn điện so với những chiếc xe lăn thông
thường.

Hình 2.12 Biểu đồ điều khiển tay ga ở chế độ chạy đường dốc.
SVTH: LÊ NGUYÊN TUẤN Trang 16
0%

• Khi Acquy sắp hết, còn khoảng 2 nấc pin (LED 1 và LED 2 sáng) thì
hai đèn LED sẽ nhấp nháy liên tục, LED tắt sau khi nguồn vượt qua
ngưỡng quy định.
Với những tín hiệu cảnh báo trên ta có thể xác định chính xác mức pin của bộ
nguồn đạt ở mức nào để có thể dễ dàng điều chỉnh cho hợp lý.
SVTH: LÊ NGUYÊN TUẤN Trang 17
THIẾT KẾ & THI CÔNG XE LĂN ĐIỆN GVHD: ThS. TRẦN VIẾT THẮNG
2.4.2 Cảnh báo lỗi động cơ:
Một yếu tố tiếp theo quyết định xe điện hoạt động ổn định hay không chính là
động cơ của xe, động cơ xe hoạt động tốt đảm bảo về độ rung cũng như sự ổn định
công suất thì xe lăn sẽ hoạt động tốt. Đây cũng là một vấn đề quan tâm của người sử
dụng.
Tác giả đã nghiên cứu và lập trình đưa ra tín hiệu cảnh báo trên sáu LED. Khi
có hiện tượng không ổn định trong quá trình hoạt động của động cơ (quá tải, quá
dòng…), mạch điều khiển trong bộ nguồn sẽ nhận được tín hiệu và xuất giá trị làm cho
sáu đèn LED chớp tắt liên tục. Các LED sẽ sáng lại bình thường (ứng với mức pin) khi
sự cố đã được xử lý.
2.4.3 Cảnh báo lỗi công suất điều khiển:
Cũng như các yếu tố trên, công suất của mạch điều khiển cũng ảnh hưởng khá
lớn đến sự hoạt động của xe lăn điện, công suất được đảm bảo thì động cơ sẽ chạy
đúng yêu cầu của người sử dụng. Công suất là yếu tố chịu ảnh hưởng của dòng và áp,
và đây là những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ động cơ. Do vậy chúng ta cần
phải xác định chính xác lỗi này.
Tác giả đã nghiên cứu và lập trình đưa ra tín hiệu cảnh báo trên sáu LED: khi có
hiện tượng mất ổn định về công suất điều khiển, mạch trong bộ điều khiển sẽ nhận tín
hiệu và xuất ra giá trị làm chớp tắt liên tục LED1 và LED6.
2.4.4 Cảnh báo quá dòng định mức:
Trong chế độ hoạt động bình thường hoặc chế độ chạy chậm, thông thường khả
năng quá dòng trong mạch khá thấp(<=20A), tuy vậy khi chuyển sang chế độ hoạt
động chạy ở đường dốc thì khả năng quá dòng của mạch tăng cao (<50A), nếu không

PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN XE LĂN ĐIỆN.
3.1 Vi điều khiển PIC họ 16F87X, đặt trưng là PIC 16F876:
PIC16F876 là một vi điều khiển được chế tạo theo công nghệ RISC của hãng
Microchip, có 28 chân.
Hình 3.1 Sơ đồ chân của 16F876
Các thông số chính của 16F876A:
- Tập lệnh: gồm 35 lệnh đơn, gần như các lệnh được thực hiện trong một chu kỳ
lệnh (một chu kì lệnh bằng 4 lần chu kỳ xung clock) ngoại trừ các lệnh rẻ nhánh thực
hiện trong 2 chu kì lệnh.
- Tần số hoạt động: 0 – 20MHz, chu kỳ lệnh ở tần số 20MHz là 200ns
- Bộ nhớ chương trình (FLASH ROM): 8Kx14bit
- Bộ nhớ dữ liệu: gồm 368 byte RAM và 256 byte EEPROM
- Điện áp làm việc: 2V đến 5VDC
- Dòng điện điều khiển: 25mA cho cả mức HIGH và LOW
- Số nguồn ngắt: 13
- Chức năng WATCHDOG hoạt động với bộ dao động RC bên trong vi điều
khiển.
- PIC16F876A có 3 bộ timer, trong đó timer0 và timer2 8 bit, timer1 16 bit
SVTH: LÊ NGUYÊN TUẤN Trang 20
THIẾT KẾ & THI CÔNG XE LĂN ĐIỆN GVHD: ThS. TRẦN VIẾT THẮNG
- Có 5 kênh chuyển đổi tương tự số (ADC) 10 bit
- 2 bộ PWM với độ phân giải 10 bit
- Chỉ có khả năng giao tiếp nối tiếp.
Hình 3.2 Hình dáng và kích thước của PIC 16F876.
Cấu trúc các cổng vào/ra :
� PORT A: gồm 6 chân điều khiển vào/ ra được đa hợp với 5 kênh ADC (AN0
đến AN4), cấu trúc các chân RA0-RA3 và RA5:
Hình 3.3 Cấu trúc các chân RA0-RA3 và RA5.
Khi được cấu hình như các kênh ADC các tín hiệu này chỉ là ngõ vào điện áp
analog, trạng thái ngõ vào khi đọc luôn ở logic 0.

Hình 3.6 Cấu trúc chân từ RB4 đến RB7
Cấu trúc các chân này tương tự như RB0-RB3 tuy nhiên khi được cấu hình như
ngõ vào thì sự thay đổi trạng thái logic tại bất kì một trong 4 chân này cũng sẽ tạo ra sự
kiện ngắt (interrupt on_change RB)
� PORT C:
SVTH: LÊ NGUYÊN TUẤN Trang 23
THIT K & THI CễNG XE LN IN GVHD: ThS. TRN VIT THNG
Cu trỳc ca RC0 RC2 v RC5-RC7, trong cỏc tớn hiu ny ỏng quan tõm
nht l RC6 v RC7 do c a hp vi cỏc ng USART l TxD v RxD dựng trong
trao i d liu ni tip. Xem hỡnh sau:
Hỡnh 3.7 Caỏu truực cuỷa RC0 RC2 vaứ RC5-RC7
Cu trỳc ca RC3 v RC4:
Hỡnh 3.8 Caỏu truực cuỷa RC3 vaứ RC4
3.2 Cu trỳc cỏc lnh v phng phỏp lp trỡnh iu khin cho Pic bng ngụn
ng VisuaC.
3.2.1 Cỏc tp lnh PIC.
A - DELAY_MS(time)
Cỳ phỏp : delay_ms(time)
SVTH: Lấ NGUYấN TUN Trang 24
THIẾT KẾ & THI CÔNG XE LĂN ĐIỆN GVHD: ThS. TRẦN VIẾT THẮNG
Tham số : time - 0~255 nếu time là một biến số, 0~65535 nếu time là hằng số
Trị trả về : không
Chức năng : Tạo code để thực hiện delay một thời gian định trước. Thới gian tính
bằng milisecond. Hàm này sẽ thực hiện một số lệnh nhằm delay 1 thời
gian yêu cầu. Hàm này không sử dụng bất kỳ timer nào. Nếu sử dụng
ngắt (interupt), thời gian thực hiện các lệnh trong khi ngắt không được
tính vào thới gian delay.
Yêu cầu : #uses delay.
B - DELAY_US(time)
Cú pháp : delay_us(time)