Thiết kế, chế tạo thiết bị điều khiển động cơ điện một chiều

Dữ liệu điều khiển được nhập từ bàn phím sau đó xuất ra xung điều khiển ra hai chân P3.0 và P3.1. tín hiệu phản hồi được đưa vào chân P3.2 sau đó được VDK xử lý xuất tín hiệu điều khiển để ổn định tốc độ động cơ. Khi nhấn nút start lần 1 thì tín hiệu vào chân PC2=1 và PC1=0 Động cơ quay thuận. Khi nhấn nut start lần 2 thì tín hiệu vào chân PC1=1,PC2=0 Động cơ quay ngược. Khi vặn biến trở làm động cơ thay đổi tốc độ . Vcc=5v cấp nguồn cho vi điều khiển.

doc58 trang | Chia sẻ: lylyngoc | Ngày: 29/11/2013 | Lượt xem: 3718 | Lượt tải: 6download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Thiết kế, chế tạo thiết bị điều khiển động cơ điện một chiều, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Ngày ……Tháng ……Năm 2011 Giáo Viên Hướng Dẫn HOÀNG HẢI HƯNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Ngày ……Tháng ……Năm 2011 Giáo Viên Phản Biện MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay thế giới đã bước vào một cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trong mọi lĩnh vực. Con người biết ứng dụng khoa học kĩ thuật vào sản xuất để nâng cao năng suất chất lượng rút ngắn thời gian sản xuất. Trong những năm gần đây, công nghệ vi điện tử phát triển. sự ra đời của các vi mạch với ưu điểm nhỏ gọn dung lượng lớn, cực lớn với giá thành hợp với khả năng của người sử dụng... đã mang lại những thay đổi sâu sắc cho ngành kỹ thuật điện tử. Mạch số đã và đang thâm nhập vào tất cả các thiết bị điện tử thông dụng và chuyên dụng. Sự phát triển hối hả của nền đại công nghiệp nên sự cạnh tranh của các mặt hàng trên thị trường diễn ra càng mạnh. Do đó chúng em đã chọn đề tài môn học là “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU “ nhằm phục vụ cho thực tế của đời sống. Được sự hướng dẫn tận tình của thầy HOÀNG HẢI HƯNG chúng em đã thực hiện đề tài của mình với tính năng như yêu cầu của thị trường Cùng với sự lỗ lực của bản thân nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm còn hạn hẹp nên sẽ không tránh khỏi những sai sót. Chúng em rất mong được sự giúp đỡ và tham khảo ý kiến của thầy cô cùng các bạn nhằm đóng góp để phát triển thêm đề tài. NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN MÔN HỌC Khoá học : 2009-2013 Ngành học : Kỹ thuật điện tử Lớp : Đ-ĐTK7.2 TÊN ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU I.Dữ liệu cho trước: Vi Điều Khiển AT89C51, các linh kiện cần thiết liên quan. Hệ thống có thể điều khiển được các động cơ có công suất <=60W, điện áp <=24VDC. Thao tác điều khiển bao gồm đảo chiều, tăng giảm tốc độ bằng kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM). Hệ thống có các phím nhấn điều khiển việc đảo chiều, tăng giảm tốc độ. Hệ thống có cách ly về điện giữa mạch điều khiển và mạch động lực để đảm bảo chống nhiễu cho bộ điều khiển. Các tài liệu, xưởng thực hành, vật dụng hỗ trợ liên quan. Nội dung cần hoàn thành: Bản báo cáo về tiến độ thực hiện các công việc theo từng tuần, từng tháng. Thuyết minh đề tài (Phân tích yêu cầu, trình bày các giải pháp thực hiện, cơ sở lý thuyết, quá trình thiết kế và thi công mạch, hướng phát triển và phạm vi ứng dụng của đề tài). Các bản vẽ thiết kế cho từng khối, cho toàn bộ module, đầy đủ và chính xác. Sản phẩm phải hoạt động tốt, đảm bảo tính kỹ thuật, mỹ thuật, đáp ứng đúng các yêu cầu của giáo viên hướng dẫn. Nộp thuyết minh và hoàn thành sản phẩm đúng thời gian quy định. Nhóm SV thực hiện Mai Văn Họa Vũ Trọng Hùng ------------------------ Giáo viên hướng dẫn: Hoàng Hải Hưng Ngày giao đề tài : …/…../2011 Ngày hoàn thành : …../…../2011 --------------------- Ý TƯỞNG THIẾT KẾ Thiết kế động cơ một chiều có chức năng thực hiện các yêu cầu điều khiển đảo chiều và điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. Các yêu cầu : Điều khiển động cơ DC điều chỉnh tốc độ động cơ DC bằng phương pháp PWM Mạch có hệ thống có cách ly về điện giữa mạch điều khiển và mạch động lực để đảm bảo chống nhiễu cho bộ điều khiển nên ta sử dụng IC opto để cách ly quang Điều khiển chính xác, tin cậy và ổn định. Thiết kế đơn giản Phương án thực hiện Đưa ra ý tưởng thiết kế Thiết kế phần cứng bao gồm :mạch điều khiển, mạch công suất, mạch phản hồi xác định nội dung cần thực hiện Vẽ lưu đồ thuật toán và viết chương trình để diều khiển động cơ Cân chỉnh lại để phù hợp với thực tế CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Các linh kiện thụ động 1.1.1 Điện trở -Khái niệm về điện trở. Điện trở :Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn. -Hình dáng và ký hiệu : Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các loại điện trở có trị số khác nhau. Hình1.1: Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử. Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý. - Đơn vị của điện trở Đơn vị điện trở là Ω (Ohm) , KΩ , MΩ 1KΩ = 1000 Ω 1MΩ = 1000 K Ω = 1000.000 Ω Các điện trở có kích thước nhỏ được ghi trị số bằng các vạch -Phân loại điện trở. Điện trở thường : Điện trở thường là các điện trở có công xuất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W Điện trở công suất : Là các điện trở có công xuất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W. Điện trở sứ, điện trở nhiệt : Là cách gọi khác của các điện trở công xuất , điện trở này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng toả nhiệt. Hình1.2: Các điện trở : 2W – 1W – 0,5W – 0,25W Hình 1.3: Điện trở sứ hay trở nhiệt 1.1.2 Biến trở, triết áp : Biến trở Là điện trở có thể chỉnh để thay đổi giá trị, có ký hiệu là VR chúng có hình dạng như sau : Hình1.4: Hình dạng biến trở ký hiệu trên sơ đồ Biến trở thường ráp trong máy phục vụ cho quá trình sửa chữa, cân chỉnh của kỹ thuật viên, biến trở có cấu tạo như hình bên dưới. Hình1.5: Cấu tạo của biến trở Triết áp : Triết áp cũng tương tự biến trở nhưng có thêm cần chỉnh và thường bố trí phía trước mặt máy cho người sử dụng điều chỉnh. Ví dụ như – Triết áp Volume, triết áp Bass, Tress v.v.. , triết áp nghĩa là triết ra một phần điện áp từ đầu vào tuỳ theo mức độ chỉnh. Hình 1.6: Hình dạng triết áp, cấu tạo trong triết áp 1.1.3 tụ điện - Cấu tạo của tụ điện : Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi. Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hoá. Hình 1.7: Cấu tạo tụ gốm, cấu tạo tụ hoá - Hình dáng thực tế của tụ điện. Hình1.8: Hình dạng của tụ gốm. - Điện dung đơn vị và ký hiệu của tụ điện * Điện dung : Là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ điện, điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữ hai bản cực theo công thức C = ξ . S / d Trong đó C : là điện dung tụ điện , đơn vị là Fara (F) ξ : Là hằng số điện môi của lớp cách điện. d : là chiều dày của lớp cách điện. S : là diện tích bản cực của tụ điện. * Đơn vị điện dung của tụ : Đơn vị là Fara (F), 1Fara là rất lớn do đó trong thực tế thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (µF), NanoFara (nF), PicoFara (pF). 1 Fara = 1.000.000 µ Fara = 1.000.000.000 n F = 1.000.000.000.000 p F 1 µ Fara = 1.000 n Fara 1 n Fara = 1.000 p Fara * Ký hiệu : Tụ điện có ký hiệu là C (Capacitor) Ký hiệu của tụ điện trên sơ đồ nguyên lý. – Phân loại tụ điện Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ mica. (Tụ không phân cực ) Các loại tụ này không phân biệt âm dương và thường có điện dung nhỏ từ 0,47 µF trở xuống, các tụ này thường được sử dụng trong các mạch điện có tần số cao hoặc mạch lọc nhiễu. Hình 1.9: Tụ gốm – là tụ không phân cực. Tụ hoá ( Tụ có phân cực ) Tụ hoá là tụ có phân cực âm dương, tụ hoá có trị số lớn hơn và giá trị từ 0,47µF đến khoảng 4.700 µF, tụ hoá thường được sử dụng trong các mạch có tần số thấp hoặc dùng để lọc nguồn, tụ hoá luôn luôn có hình trụ.. Hình 1.10: Tụ hoá – Là tụ có phân cực âm dương. Tụ xoay Tụ xoay là tụ có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung, tụ này thường được lắp trong Radio để thay đổi tần số cộng hưởng khi ta dò đài. 1.1.4 Diode – Diode (Đi ốt) Bán dẫn Tiếp giáp P – N và Cấu tạo của Diode bán dẫn. Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N, nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P – N ta được một Diode, tiếp giáp P -N  có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện =>  lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn. Hình 1.11: Mối tiếp xúc P – N  => Cấu tạo của Diode . - Ở hình trên là mối tiếp xúc P – N và cũng chính là cấu tạo của Diode bán dẫn. Hình 1.12: Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn. - Ứng dụng của Diode bán dẫn . * Do tính chất dẫn điện một chiều nên Diode thường được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành một chiều, các mạch tách sóng, mạch gim áp phân cực cho transistor hoạt động. trong mạch chỉnh lưu Diode có thể được tích hợp thành Diode có dạng . Hình 1.13: Diode cầu trong mạch chỉnh lưu điện xoay chiều . Các loại Diode -  Diode Zener * Cấu tạo: Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode thường nhưng có hai lớp bán dẫn P - N ghép với nhau, Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược, khi phân cực thuận Diode zener như diode thường nhưng khi phân cực ngược Diode zener sẽ gim lại một mức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên diode. Hình 1.14: Hình dáng Diode Zener ( Dz  ) không đổi. - Diode Thu quang. ( Photo Diode ) Diode thu quang hoạt động ở chế độ phân cực nghịch, vỏ diode có một miếng thuỷ tinh để ánh sáng chiếu vào mối P – N, dòng điện ngược qua diode tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng chiếu vào diode. -  Diode Phát quang ( Light Emiting Diode : LED ) Diode phát phang là Diode phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận, điện áp làm việc của LED khoảng 1,7 => 2,2V dòng qua Led khoảng từ 5mA đến 20mA Led được sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, báo trạng thái có điện . vv… – Diode Varicap ( Diode biến dung ) Diode biến dung là Diode có điện dung như tụ điện, và điện dung biến đổi khi ta thay đổi điện áp ngược đặt vào Diode. -  Diode xung Trong các bộ nguồn xung thì ở đầu ra của biến áp xung , ta phải dùng Diode xung để chỉnh lưu. diode xung là diode làm việc ở tần số cao khoảng vài chục KHz , diode nắn điện thông thường không thể thay thế vào vị trí diode xung được, nhưng ngựơc lại diode xung có thể thay thế cho vị trí diode thường, diode xung có giá thành cao hơn diode thường nhiều lần.Về đặc điểm, hình dáng thì Diode xung không có gì khác biệt với Diode thường,  tuy nhiên Diode xung thường có vòng dánh dấu đứt nét hoặc đánh dấu bằng hai vòng Hình 1.15: Ký hiệu của Diode xung – Diode tách sóng. Là loại Diode nhỏ vở bằng thuỷ tinh và còn gọi là diode tiếp điểm vì mặt tiếp xúc giữa hai chất bán dẫn P – N tại một điểm để tránh điện dung ký sinh, diode tách sóng thường dùng trong các mạch cao tần dùng để tách sóng tín hiệu. – Diode nắn điện. Là Diode tiếp mặt dùng để nắn điện trong các bộ chỉnh lưu nguồn AC 50Hz , Diode này thường có 3 loại là 1A, 2A và 5A. Hình 1.16: Diode nắn điện 5A 1. 2 Bộ Vi Điều Khiển 89C51 Bắt đầu xuất hiện vào năm 1980, trải qua gần 30 năm, hiện đã có tới hang trăm biến thể (derrivatives) được sản xuất bởi hơn 20 hãng khác nhau, trong đó phải kể đến các đại gia trong làng bán dẫn (Semiconductor) như ATMEL, Texas Instrument, Philips, Analog Devices… Tại Việt Nam, các biến thể của hãng ATMEL là AT89C51, AT89C52, AT89S51, AT89S52… đã có thời gian xuất hiện trên thị trường khá lâu và có thể nói là được sử dụng rộng rãi nhất trong các loại vi điều khiển 8 bit. Các thanh nghi đặc biệt SFR Ngắt (Interrupt) 8051 chỉ có một số lượng khá ít các nguồn ngắt (interrupt source) hoặc có thể gọi là các nguyên nhân ngắt. Mỗi ngắt có một vector ngắt riêng, đó là một địa chỉ cố định nằm trong bộ nhớ chương trình, khi ngắt xảy ra, CPU sẽ tự động nhảy đến thực hiện lệnh nằm tại địa chỉ này. Với 8052, ngoài các ngắt trên còn có thêm ngắt của timer2 (do vi điều khiểnnày có thêm timer2 trong số các ngoại vi onchip). Mỗi ngắt được dành cho một vector ngắt kéo dài 8byte. Về mặt lý thuyết, nếu chương trình đủ ngắn, mã tạo ra chứa đủ trong 8 byte, người lập trình hoàn toàn có thể đặt phần chương trình xử lý ngắt ngay tại vector ngắt. Tuy nhiên trong hầu hết các trường hợp, chương trình xử lý ngắt có dung lượng mã tạo ra lớn hơn 8byte nên tại vector ngắt, ta chỉ đặt lệnh nhảy tới chương trình xử lý ngắt nằm ở vùng nhớ khác. Nếu không làm vậy, mã chương trình xử lý ngắt này sẽ lấn sang, đè vào vector ngắt kế cận. Bảng tóm tắt các ngắt trong 8051 như sau: Để cho phép một ngắt, bit tương ứng với ngắt đó và bit EA phải được đặt bằng 1. Thanh ghi IE là thanh ghi đánh địa chỉ bit, do đó có thể dùng các lệnh tác động bit để tác động riêng rẽ lên từng bit mà không làm ảnh hưởng đến giá trị các bit khác. Cờ ngắt hoạt động độc lập với việc cho phép ngắt, điều đó có nghĩa là cờ ngắt sẽ tự động đặt lên bằng 1 khi có sự kiện gây ngắt xảy ra, bất kể sự kiện đó có được cho phép ngắt hay không. Do vậy, trước khi cho phép một ngắt, ta nên xóa cờ của ngắt đó để đảm bảo sau khi cho phép, các sự kiện gây ngắt trong quá khứ không thể gây ngắt nữa. 8051 có 2 ngắt ngoài là INT0 và INT1. Ngắt ngoài được hiểu là ngắt được gây ra bởi sự kiện mức lôgic 0 (mức điện áp thấp, gần 0V) hoặc sườn xuống (sự chuyển mức điện áp từ mức cao về mức thấp) xảy ra ở chân ngắt tương ứng (P3.2 với ngắt ngoài 0 và P3.3 với ngắt ngoài 1). Việc lựa chọn kiểu ngắt được thực hiện bằng các bit IT (Interrupt Type) nằm trong thanh ghi TCON. Đây là thanh ghi điều khiển timer nhưng 4 bit LSB (bit0..3) được dùng cho các ngắt ngoài Khi bit ITx = 1 thì ngắt ngoài tương ứng được chọn kiểu là ngắt theo sườn xuống, ngược lại nếu bit ITx = 0 thì ngắt ngoài tương ứng được sẽ có kiểu ngắt là ngắt theo mức thấp. Các bit IE là các bit cờ ngắt ngoài, chỉ có tác dụng trong trường hợp kiểu ngắt được chọn là ngắt theo sườn xuống. Khi kiểu ngắt theo sườn xuống được chọn thì ngắt sẽ xảy ra duy nhất một lần khi có sườn xuống của tín hiệu, sau đó khi tín hiệu ở mức thấp, hoặc có sườn lên, hoặc ở mức cao thì cũng không có ngắt xảy ra nữa cho đến khi có sườn xuống tiếp theo. Cờ ngắt IE sẽ dựng lên khi có sườn xuống và tự động bị xóa khi CPU bắt đầu xử lý ngắt. Khi kiểu ngắt theo mức thấp được chọn thì ngắt sẽ xảy ra bất cứ khi nào tín hiệu tại chân ngắt ở mức thấp. Nếu sau khi xử lý xong ngắt mà tín hiệu vẫn ở mức thấp thì lại ngắt tiếp, cứ như vậy cho đến khi xử lý xong ngắt lần thứ n , tín hiệu đã lên mức cao rồi thì thôi không ngắt nữa. Cờ ngắt IE trong trường hợp này không có ý nghĩa gì cả.Thông thường kiểu ngắt hay được chọn là ngắt theo sườn xuống. Bộ định thời/Bộ đếm (Timer/Counter) 8051 có 2 timer tên là timer0 và timer1. Các timer này đều là timer 16bit, giá trị đếm max do đó bằng 216 = 65536 (đếm từ 0 đến 65535). Hai timer có nguyên lý hoạt động hoàn toàn giống nhau và độc lập. Sau khi cho phép chạy, mỗi khi có thêm một xung tại đầu vào đếm, giá trị của timer sẽ tự động được tăng lên 1 đơn vị, cứ như vậy cho đến khi giá trị tăng lên vượt quá giá trị max mà thanh ghi đếm có thể biểu diễn thì giá trị đếm lại được đưa trở về giá trị min (thông thường min = 0). Sự kiện này được hiểu là sự kiện tràn timer (overflow) và có thể gây ra ngắt nếu ngắt tràn timer được cho phép (bit ETx trong thanh ghi IE = 1). Việc cho timer chạy/dừng được thực hiện bởi các bit TR trong thanh ghi TCON (đánh địa chỉ đến từng bit). Khi bit TRx = 1, timerx sẽ đếm, ngược lại khi TRx = 0, timerx sẽ không đếm mặc dù vẫn có xung đưa vào. Khi dừng không đếm, giá trị của timer được giữ nguyên. Các bit TFx là các cờ báo tràn timer, khi sự kiện tràn timer xảy ra, cờ sẽ được tự động đặt lên bằng 1 và nếu ngắt tràn timer được cho phép, ngắt sẽ xảy ra. Khi CPU xử lý ngắt tràn timerx, cờ ngắt TFx tương ứng sẽ tự động được xóa về 0. Giá trị đếm 16bit của timerx được lưu trong hai thanh ghi THx (byte cao) và TLx (byte thấp). Hai thanh ghi này có thể ghi/đọc được bất kỳ lúc nào. Tuy nhiên nhà sản xuất khuyến cáo rằng nên dừng timer (cho bit TRx = 0) trước khi ghi/đọc các thanh ghi chứa giá trị đếm. Các timer có thể hoạt động theo nhiều chế độ, được quy định bởi các bittrong thanh ghi TMOD (không đánh địa chỉ đến từng bit). Để xác định thời gian, người ta chọn nguồn xung nhịp (clock) đưa vào đếm trong timer là xung nhịp bên trong (dành cho CPU). Nguồn xung nhịp này thường rất đều đặn (có tần số ổn định), do đó từ số đếm của timer người ta có thể nhân với chu kỳ xung nhịp để tính ra thời gian trôi qua. Timer lúc này được gọi chính xác với cái tên “timer”, tức bộ định thời. Để đếm các sự kiện bên ngoài, người ta chọn nguồn xung nhịp đưa vào đếm trong timer là tín hiệu từ bên ngoài (đã được chuẩn hóa về dạng xung vuông 0V/5V). Các tín hiệu này sẽ được nối với các bit cổng có dồn kênh thêm các tính năng T0/T1/T2. Khi có sự kiện bên ngoài gây ra thay đổi mức xung ở đầu vào đếm, timer sẽ tự động tăng lên 1 đơn vị giống như trường hợp đếm xung nhịp bên trong. Lúc này, timer được gọi chính xác với cái tên khác: “counter”, tức bộ đếm (sự kiện). Nhìn vào bảng mô tả thanh ghi TMOD bên trên, ta có thể nhận thấy có 2 bộ 4 bit giống nhau (gồm GATEx, C/Tx, Mx0 và Mx1) dành cho 2 timer0 và 1. Ý nghĩa các bit là như nhau đối với mỗi timer. Bit GATEx quy định việc cho phép timer đếm (run timer). Nếu GATEx = 0,timerx sẽ đếm khi bit TRx bằng 1, dừng khi bit TRx bằng 0. Nếu GATEx = 1, timerx sẽ chỉ đếm khi bit TRx = 1 và tín hiệu tại chân INTx = 1, dừng khi một trong hai điều kiện trên không còn thỏa mãn. Thông thường người ta dùng timer với GATE = 0, chỉ dùng timer với GATE = 1 trong trường hợp muốn đo độ rộng xung vì lúc đó timer sẽ chỉ đếm thời gian khi xung đưa vào chân INTx ở mức cao. Bit C/Tx quy định nguồn clock đưa vào đếm trong timer. Nếu C/Tx = 0, timer sẽ được cấu hình là bộ định thời, nếu C/Tx = 1, timer sẽ được cấu hình là bộ đếm sự kiện. Hai bit còn lại (Mx0 và Mx1) tạo ra 4 tổ hợp các giá trị (00,01,10 và 11) ứng với 4 chế độ hoạt động khác nhau của timerx. Trong 4 chế độ đó thường chỉ dùng chế độ timer/counter 16bit (Mx1 = 0, Mx0 = 1) và chế độ Auto Reload 8bit timer/counter (Mx1 = 1, Mx0 = 0).Trong chế độ timer/counter 16bit, giá trị đếm (chứa trong hai thanh ghi THx và TLx) tự động được tăng lên 1 đơn vị mỗi lần nhận được thêm một xung nhịp. Khi giá trị đếm tăng vượt quá giá trị max = 65535 thì sẽ tràn về 0, cờ ngắt TFx được tự động đặt = 1. Chế độ này được dùng trong các ứng dụng đếm thời gian và đếm sự kiện. Trong chế độ Auto Reload 8bit, giá trị đếm sẽ chỉ được chứa trong thanh ghi TLx, còn giá trị của thanh ghi THx bằng một số n (từ 0 đến 255) do người lập trình đưa vào. Khi có thêm 1 xung nhịp, giá trị đếm trong TLx đương nhiên cũng tăng lên 1 đơn vị như bình thường. Tuy nhiên trong trường hợp này, giá trị đếm lớn nhất là 255 chứ không phải 65535 như trường hợp trên vì timer/counter chỉ còn 8bit. Do vậy sự kiện tràn lúc này xảy ra nhanh hơn, chỉ cần vượt quá 255 là giá trị đếm sẽ tràn. Cờ ngắt TFx vẫn được tự động đặt = 1 như trong trường hợp tràn 16bit. Điểm khác biệt là thay vì tràn về 0, giá trị THx sẽ được tự động nạp lại (Auto Reload) vào thanh ghi TLx, do đó timer/counter sau khi tràn sẽ có giá trị bằng n (giá trị chứa trong THx) và sẽ đếm từ giá trị n trở đi. Chế độ này được dùng trong việc tạo Baud rate cho truyền thông qua cổng nối tiếp. Để sử dụng timer của 8051, hãy thực hiện các bước sau: - Quy định chế độ hoạt động cho timer bằng cách tính toán và ghi giá trị cho các bit trong thanh ghi TMOD. - Ghi giá trị đếm khởi đầu mong muốn vào 2 thanh ghi đếm THx và TLx. Đôi khi ta không muốn timer/counter bắt đầu đếm từ 0 mà từ một giá trị nào đó để thời điểm tràn gần hơn, hoặc chẵn hơn trong tính toán sau này. Ví dụ nếu cho timer đếm từ 15535 thì sau 50000 xung nhịp (tức 50000 micro giây với thạch anh 12MHz) timer sẽ tràn, và thời gian một giây có thể dễ dàng tính ra khá chính xác = 20 lần tràn của timer (đương nhiên mỗi lần tràn lại phải nạp lại giá trị 15535). - Đặt mức ưu tiên ngắt và cho phép ngắt tràn timer (nếu muốn). - Dùng bit TRx trong thanh ghi TCON để cho timer chạy hay dừng theo ý muốn. 1.3. IC LM358N Sơ đồ chân: Hình 1.17: Sơ đồ chân IC LM358N - Mạch LM358 là bộ khuếch đại tín hiệu vào bên trong chứa 2 khuếch đại toán học: - Khoảng điện áp cung cấp -0.3V đến +32V - Điện áp hoạt động ở +5V - Do gồm hai bộ OPM nên LM358 có thể được ứng dụng để tạo các mạch cộng, trừ, so sánh, khuếch đại ...tín hiệu 1.4 IC Opto (loại PC817C). Opto là loại linh kiện tích hợp có cấu tạo gồm một led và một photo diode hay một photo transitor. Được sử dụng để cách ly giữa các khối chênh lệch nhau về điện hay công suất như khối công suất nhỏ (dòng nhỏ, điện áp 5V) với khối điện áp lớn dòng lớn và áp lớn. - Hình 1.18: Hình vẽ và sơ đồ chân của IC opto (loại pc817) Nguyên lý hoạt động của opto: khi cung cấp 5V vào chân số 1, LED phía trong Opto nối giữa chân số 1 và 2 sáng, xảy ra hiệu ứng quang điện dẫn đến 3-4 thông, mức logic sẽ bị chuyển từ 1 sang 0 mà không cần tác động trực tiếp từ IC. 1.5. L7805T VÀ L7812TV 78xx là loại linh kiện dùng để biến đổi từ điện áp cao xuống điện áp thấp tùy thuộc vào đặc điểm của từng loại họ 78. - L7805T là loại linh kiện dùng để tạo ra điện áp 5V. Hình1.19: Sơ đồ chân của IC 78xx Sơ đồ chân của 7805: chân 1 là chân điện áp vào(V in), chân 2 (chân mass GND), chân 3(chân điện áp ra V out). Hình 1.20: Hình vẽ thực tế của 78xx L7812TV là loại linh kiện tạo ra điện áp 12v Hình 1.21: Hình vẽ của L7812 1.6 MOSFET Giới thiệu về Mosfet Mosfet là Transistor hiệu ứng trường ( Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ) là một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với Transistor thông thường mà ta đã biết, Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn thích hợp cho khuếch đại các nguồn tín hiệu yếu, Mosfet được sử dụng nhiều trong các mạch nguồn Monitor, nguồn máy tính . Hình 1.22: Hình vẽ thực tế của Mosfet Cấu tạo và ký hiệu của Mosfet Hình 1.23: Ký hiệu và sơ đồ chân tương đương giữa Mosfet và Transistor Cấu tạo của Mosfet Hình 1.24: Cấu tạo của mosfet G : Gate gọi là cực cổng S : Source gọi là cực nguồn D : Drain gọi là cực máng Mosfet kện N có hai miếng bán dẫn loại P đặt trên nền bán dẫn N, giữa hai lớp P-N được cách điện bởi lớp SiO2 hai miếng bán dẫn P được nối ra thành cực D và cực S, nền bán dẫn N được nối với lớp màng mỏng ở trên sau đó được dấu ra thành cực G. Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là vô cùng lớn , còn điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch giữa cực G và cực S ( UGS ) Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS rất lớn, khi điện áp UGS > 0 => do hiệu ứng từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS càng lớn thì điện trở RDS càng nhỏ. Nguyên tắc hoạt động của Mosfet Mạch điện thí nghiệm: Hình 1.25: Mạch điện thí nghiệm hoạt động của mosfet Thí nghiệm : Cấp nguồn một chiều UD qua một bóng đèn D vào hai cực D và S của Mosfet Q (Phân cực thuận cho Mosfet ngược) ta thấy bóng đèn không sáng nghĩa là không có dòng điện đi qua cực DS khi chân G không được cấp điện. Khi công tắc K1 đóng, nguồn UG cấp vào hai cực GS làm điện áp UGS > 0V => đèn Q1 dẫn => bóng đèn D sáng. Khi công tắc K1 ngắt, điện áp tích trên tụ C1 (tụ gốm) vẫn duy trì cho đèn Q dẫn => chứng tỏ không có dòng điện đi qua cực GS. Khi công tắc K2 đóng, điện áp tích trên tụ C1 giảm bằng 0 => UGS= 0V => đèn tắt => Từ thực nghiệm trên ta thấy rằng : điện áp đặt vào chân G không tạo ra dòng GS như trong Transistor thông thường mà điện áp này chỉ tạo ra từ trường => làm cho điện trở RDS giảm xuống . IRF540: là mosfet loại N - Điện áp hoạt động cực đại 100v, dòng tối đa 22A - Những ứng dụng: +Bộ biến đổi DC - DC hiệu quả cao +UPS và điều khiển mô tơ IRF9540: Là mosfet loại P - Hoạt động với điện áp VDSSMAX = -100V, RDS(ON) = 0,20Ω, ID = -19A 1.7. Động cơ một chiều -Khái niệm: Động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng là thiết bị điện từ quay, làm việc theo nguyên lý điện từ, khi đặt vào trong từ trường một dây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng một lực từ vào dòng điện (vào dây dẫn) và làm dây dẫn chuyển động. Động cơ điện biến đổi điện năng thành cơ năng. - Ưu điểm của động cơ một chiều: Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song ưu điểm lớn nhất của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. Nếu như bản thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần....) rất đắt tiền thì động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao. Ngày nay hiệu suất của động cơ điện một chiều công suất nhỏ khoảng 75% ¸ 85%, ở động cơ điện công suất trung bình và lớn khoảng 85% ¸ 94% .Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều vào khoảng 100000kw điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000v. Hướng phát triển là cải tiến tính nâng vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tạo những máy công suất lớn hơn đó là cả một vấn đề rộng lớn và phức tạp vì vậy với vốn kiến thức còn hạn hẹp của mình trong phạm vi đề tài này em không thể đề cập nhiều vấn đề lớn mà chỉ đề cập tới vấn đề thiết kế bộ điều chỉnh tốc độ có đảo chiều của động cơ một chiều kích từ độc lập. Phương pháp được chọn là bộ băm xung ... đây có thể chưa là phương pháp mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất nhưng nó được sử dụng rộng rãi bởi những tính năng và đặc điểm mà ta sẽ phân tích và đề cập sau này. Cấu tạo của động cơ điện một chiều: Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: phần tĩnh (stato) và phần động (roto). - phần tĩnh hay stato: hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từ trường. Gồm có mạch từ và dây cuốn kích thích lồng ngoài mạch từ (nếu động cơ được kích từ bằng nam châm điện). mạch từ được làm bằng sắt từ (thép đúc, thép đặc ) Dây quấn kích thích hay còn gọi là dây quấn kích từ được làm bằng dây điện từ (êmay).Các cuộn dây điện từ này được nối tiếp với nhau. Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau. Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông. Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy. Các bộ phận khác. Bao gồm: - Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặy lên cổ góp. Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại. - Phần quay hay rôto. Là phần sinh ra suất điện động . Gồm có mạch từ được làm bằng vật liệu sắt từ(lá thép kĩ thuật ) xếp lại với nhau. Trên mạch từ có các rãnh để lồng dây quấn phần ứng (làm bằng dây điện từ ). Cuộn dây phần ứng gồm nhiều bối dây nối với nhau theo một qui luật nhất định .Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối với các phiến đồng gọi là phiến góp . Các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trục gọi là cổ góp hay vành góp. Tỳ trên cổ góp là cặp trổi than làm bằng than graphit và được ghép sát vào thành cổ góp nhờ lò xo. +Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì dặt dây quấn vào. Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục. Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió. Khi máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt. Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục. Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto. + Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kw thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép. Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn. Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit. + Cổ góp: Dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn. Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến góp được dễ dàng. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều Động cơ điện phải có hai nguồn năng lượng . Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ đẻ sinh ra từ thông kích từ Nguồn phần ứng được đưa vào hai chổi than để đưa vào hai cổ góp của phần ứng . Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi điện trong dây quấn phần ứng có điện. Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm rôto quay. Chiều của lực được xác định bằng qui tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau. Do có phiếu góp nhiều dòng điện dữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không thay đổi. Khi quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động Eư chiều của suất điện động được xác định theo qui tắc bàn tay phải, ở động cơ một chiếu sđđ Eư ngược chiều dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phản điện động . Phương trình cân bằng điện áp : U = Eư + Rư.Iư +Iư. Lõi thép Chổi than Trục Cổ góp mạch roto Hình 1.26: Hình ảnh động cơ điện một chiều có encoder Hình 1.27: Hình dạng thực tế của động cơ một chiều có encoder Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều: đặc tính cơ của động cơ điện một chiều là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen quay của động cơ: v = f(M) hoặc n = f(M) trong đó : v - tốc độ góc(rad/s) n – tốc độ quay (v/ph) M – momen(Nm) Có hai loại đặc tính cơ : đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo: M wđm wntđm wo v0 w v0 Mđm v0 M v0 Mđm v0 w v0 wo v0 a)Đặc tính cơ tự nhiên b) Đặc tính cơ nhân tạo Hình 1.28: đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo Phân loại: Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều người ta phân loại theo cách kích thích từ các động cơ. Theo đó ứng với mỗi cách ta có các loại động cơ điện loại: Có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng : Động cơ điện một chiều kích từ độc lập . Động cơ điện một chiều kích từ song song. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp . - Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp . - Kích thích độc lập: khi nguồn một chiều có công suất ko đủ lớn, mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên : I = Iư. - Kích thích song song: khi nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp ko đổi, mạch kích từ được mắc song song với mạch phần ứng nên I = Iu +It - Kích thích nối tiếp: cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ, số vòng ít, chế tạo dễ dàng nên ta có I = Iư =It. - Kích thích hỗn hợp: Ta có: I = Iu +It Với mỗi loại động cơ trênlà tương ứng với các đặc tính, đặc điểm kỹ thuật điều khiển và ứng dụng là tương đối khác nhau phụ thuộc vào nhiều nhân tố, ở đề tài này ta chỉ xét đên động cơ điện một chiều kích từ độc lập và biện pháp hữu hiệu nhất để điều khiển loại động cơ này 1.8.Lý thuyết về điều chế độ rộng xung PWM a-khái niệm: Trước khi tìm hiểu sâu chúng ta hãy tìm hiểu định nghĩa của PWM là gì? Phương pháp điều chế PWM có tên tiếng anh là Pulse Width Modulation là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đếm sự thay đổi điện áp ra Các PWM khi biến đổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sườn dương hay hoặc là sườn âm Hình 1.29: Đồ thị dạng xung điều chế PWM - Sơ đồ nguyên tắc điều khiển tải dùng PWM Hình 1.30: nguyên tắc điều khiển tải dùng PWM Trên là đồ thị dạng xung khi điều khiển bằng PWM. Với độ rộng xung đầu ra tương ứng và được tính bằng %. Tùy thích do chúng ta điều khiển. Nguyên lý của PWM. Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn cới tải và một cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt. Phần tử thực hiện nhiệm vụ đó trong mạch các van bán dẫn. Xét hoạt động đóng cắt của một van bán dẫn. dùng van đóng cắt bằng Mosfet Giản đồ xung : Hình 1.31: Giản đồ xung. Trên là mạch nguyên lý điều khiển tải bằng PWM và giản đồ xung của chân điều khiển và dạng điện áp đầu ra khi dùng PWM. * Nguyên lý : Trong khoảng thời gian 0 - to ta cho van G mở toàn bộ điện áp nguồn Ud được đưa ra tải. Còn trong khoảng thời gian to - T cho van G khóa, cắt nguồn cung cấp cho tải. Vì vậy với to thay đổi từ 0 cho đến T ta sẽ cung cấp toàn bộ, một phần hay khóa hoàn toàn điện áp cung cấp cho tải. + Công thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải : Gọi t1 là thời gian xung ở sườn dương (khóa mở ) còn T là thời gian của cả sườn âm và dương, Umax là điện áp nguồn cung cấp cho tải. ==> Ud = Umax.( t1/T) (V) hay Ud = Umax. với D = t1/T là hệ số điều chỉnh và được tính bằng % tức là PWM Như vậy ta nhìn trên hình đồ thị dạng điều chế xung thì ta có : Điện áp trùng bình trên tải sẽ là : + Ud = 12.20% = 2.4V ( với D = 20%) + Ud = 12.40% = 4.8V (Vói D = 40%) + Ud = 12.90% = 10.8V (Với D = 90%) CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 2.1 Sơ đồ khối. PHẢN HỐI GIAO TIẾP CÔNG SUẤT ĐIỀU KHIỂN NGUỒN Hình 2.1 Sơ đồ khối Tín hiệu điều khiển đi ra từ bộ điều khiển được đi đến mạch giao tiếp công suất để tăng tốc đông cơ và đảo chiều. Sau khi động cơ hoạt động thì tín hiệu phải hồi được đưa trở lại khối điều khiển để ổn định tốc độ động cơ. 2.2 Sơ đồ khối nguồn Hình 2.2: Sơ đồ khối nguồn Điện áp xoay chiều 220V được hạ áp xuống còn 12v xoay chiều. điện áp 12v xoay chiều được chỉnh lưu thanh điện áp một chiều rồi đưa vào IC ổn áp 7812 và 7805 để lấy ra điện điện áp 5V, 12V để đưa vào mạch điều khiển. Điện áp sau chỉnh lưu để nuối động cơ. Chọn IC 7805 cho ra 5v nuôi cho vi điều khiển. Chọn IC 7812 cho ra 12v để nuôi cho opto pc 817. Điện áp qua cầu chỉnh lưu 24v cấp cho khối động lực. Các điện áp lấy ra chuẩn để đảm bảo các linh kiện và động cơ chạy tốt nhất. 2.3. khối động lực Hình 2.3: Sơ đồ khối động lực Tín hiệu điều khiển được cách li quang với khối động lực. khi chân PC1 ở mức cao, PC2 ở mức thấp thì Q4,Q6 khóa Q3 dẫn thông qua cầu phân áp R6, R7 làm sụt áp trên cực G của Q7 làm Q7 dẫn động cơ quay thuận. Khi PC2 ở mức cao PC1 ở mức thấp thì Q3, Q7 khóa, Q4 dẫn thông qua cầu phân áp R8, R9 làm sụt áp trên cực G của Q6 làm động cơ quay ngược. Tính toán: Động cơ một chiều dùng encoder . Công suất của động cơ là = <60w. Với nguồn nuôi là 24V vậy giá trị dòng điện khoảng 3A. Vì vậy chọn Mosfet có dòng định mức khoảng 7A-10A, nhưng trên thị trường có IRF 540 va IRF 9540 có trị số IĐM=22A có giá thành thấp. Các điện trở là các cầu phân áp cho Mosfet. Các diode ở mạch có tác dụng chống ngược dòng. UG=12v để đảm bảo IRF dẫn tốt nhất. 2.4. khối phản hồi Hình 2.4: Sơ đồ khối phản hồi Tín hiệu từ enconder được đưa vào cửa đảo của bộ so sánh, so sánh với điện áp ở cửa thuận của bộ so sánh. khi động cơ quay econder đếm số vòng đưa ra tín hiệu xung , tín hiệu này tạo ra điện áp trung bình trên cửa đảo của bộ so sánh .khi điện áp của enconder đưa về lớn hơn điện áp ở cửa thuận thì đầu ra lật trạng thái từ mức “1” về mức “0”. Khâu này làm tốc độ động cơ quay nhanh hay chậm khi ta vặn biến trở. Chọn IC LM 358N là bộ khuếch đại tín hiệu vào bên trong chứa 2 khuếch đại toán học: - Khoảng điện áp cung cấp -0.3V đến +32V - Điện áp hoạt động ở +5V - Do gồm hai bộ OPM nên LM358 có thể được ứng dụng để tạo các mạch cộng, trừ, so sánh, khuếch đại ...tín hiệu LED báo sáng là nguồn ra là ổn định. Biến trở 50k dùng để điều chỉnh tăng giảm tốc độ động cơ. 2.5.Khối điều khiển Hình2.5: Sơ đồ khối điều khiển Dữ liệu điều khiển được nhập từ bàn phím sau đó xuất ra xung điều khiển ra hai chân P3.0 và P3.1. tín hiệu phản hồi được đưa vào chân P3.2 sau đó được VDK xử lý xuất tín hiệu điều khiển để ổn định tốc độ động cơ. Khi nhấn nút start lần 1 thì tín hiệu vào chân PC2=1 và PC1=0 Động cơ quay thuận. Khi nhấn nut start lần 2 thì tín hiệu vào chân PC1=1,PC2=0 Động cơ quay ngược. Khi vặn biến trở làm động cơ thay đổi tốc độ . Vcc=5v cấp nguồn cho vi điều khiển. CHƯƠNG 3:THỰC HIỆN VÀ THI CÔNG 3.1 Sơ đồ nguyên lý chung Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lí của các khối 3.2 Sơ đồ board mạch Hình 3.2: Sơ đồ board mạch 3.3 Sơ đồ bố trí linh kiện Hình 3.3: Sơ đồ chân linh kiện 3.4. Lưu đồ thuật toán 3.5. chương trình ;******************************************************* ;DIEU KHIEN DONG CO CO PHAN HOI ;******************************************************* INCLUDE 8051.MC;DINH NGHIA ;------------------------------------------------------- PHAI EQU P3.0 TRAI EQU P3.1 PH EQU P3.2 START EQU P3.5 STOP EQU P3.6 R_L EQU P3.7 ;--------------------------------------------------------- ORG 00H SJMP MAIN ORG 03H CALL GIAM RETI MAIN: setb ie0 MOV IE,#81H MOV R0,#00H MOV P3,#0FFH MOV P2,#0ffH SETB P3.7 setb p3.2 CLR P3.0 CLR P3.1 MOV R1,#1 clr trai clr phai CALL QUET_PHIM JMP TAO_XUNG ;--------------------------------------------------------------- ;QUET PHIM ;-------------------------------------------------------------- QUET_PHIM: JB START,Z1 JMP EXIT Z1: JB P3.7,Z2 INC R0 CJNE R0,#03H,Z3 MOV R0,#00H Z3: MOV P2,00 JNB P3.7,$ Z2: JMP QUET_PHIM EXIT: JMP tao_xung RET ;---------------------------------------------------------------- QUAY: H: CJNE R0,#1,H1 CLR TRAI SETB PHAI H1: CJNE R0,#02H,H2 CLR PHAI SETB TRAI H2: CJNE R0,#03H,H3 MOV R0,#00H H3: RET TAO_XUNG: MOV TMOD,#10H MOV R2,#0FFH MOV R3,#058H MOV R4,#0FFH MOV R5,#058H X: SETB p2.7 MOV TH1,#0FFH MOV TL1,R3 CALL QUAY SETB TR1 JNB tf1,$ CLR TR1 CLR TF1 MOV TH1,#0FFH MOV TL1,R5 CLR PHAI CLR TRAI SETB TR1 JNB tf1,$ CLR TR1 CLR TF1 INC R3 DEC R5 DJNZ R1,X CJNE R3,#0FFH,X MOV R1,#1 JMP X ;--------------------------------------------------------------------------- GIAM: CLR P2.7 MOV TMOD,#10H mov r1,#1 X1: MOV TH1,#0FFH MOV TL1,R3 CALL QUAY SETB TR1 jnb tf1,$ CLR TR1 CLR TF1 MOV TH1,#0FFH MOV TL1,R5 CLR PHAI CLR TRAI SETB TR1 JNB tf1,$ CLR TR1 CLR TF1 INC R5 DEC R3 DJNZ R1,X1 CJNE R5,#0FFH,X2 MOV R1,#1 x2: SETB TF1 MOV TL1,R3 SETB TR1 RET END Hình ảnh sản phẩm KẾT LUẬN 1.Kết quả đạt được Sau quá trình nghiên cứu và thi công, nhóm đã hoàn thành các nội dung đề tài nêu ra. Động cơ điều khiển tốc độ trơn bởi biến trở, đảo chiều gián tiếp bằng nút nhấn. Với mỗi thành viên trong nhóm, sau khi thực hiện xong đề tài này đã có thêm nhiều kiến thức về cấu trúc phần cứng vi điều khiển, lập trình vi điều khiển và ghép nối cho các ứng dụng thực tế. Đồng thời có thêm những kinh nghiệm trong việc thiết kế và lập trình các ứng dụng cho vi điều khiển. 2.Hướng phát triển Tuy sản phẩm đã hoàn thành nhưng vẫn còn chưa hoàn thiện, chưa hiển thị được tốc độ động cơ. Vì vậy hướng phát triển của đề tài như sau. Hiển thị tốc độ động cơ Tăng tốc giảm tốc, đảo chiều bằng biến trở… TÀI LIỆU THAM KHÁO 1. Cấu trúc và lập trình họ vi điều khiển 8051 của Nguyễn Tăng Cường và Phan Ngọc Thắng (NXB Khoa Học và Kỹ Thuật) 2. Họ vi điều khiển 8051 của Tống Văn On và Hoàng Đức Hải (NXB Lao Động Xã Hội) 3. Giáo trình kỹ thuật vi điều khiển của Bạch Hưng Trường (Trường Đại Học SPKT Hưng Yên). 4. Kỹ thuật vi xử lý và lập trình Assembly cho hệ vi xử lý của Đỗ Xuân Tiến (NXB Khoa Học và Kỹ Thuật) 5. Kỹ thuật mạch điện tử của Phạm Minh Hà (NXB Khoa Học và Kỹ Thuật) 6. Tài liệu trên mạng: - Website:

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docdo_an_3_1__2717.doc
Luận văn liên quan