Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, mạch điều khiển tốc độ động cơ DC

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I Nhóm sinh viên thực hiện : 1. Vũ Phương Trung 2.Vũ Anh Tuấn Lớp : Đ-ĐTK8.1 Khóa : 2010-2014 Ngành đào tạo : Tên đề tài:Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, mạch điều khiển tốc độ động cơ DC. Thời lượng: 02 TC Yêu cầu : - Động cơ DC 24v - Dùng hai nút ấn điều khiển tăng tốc giảm tốc - Dùng mạch cầu H để đảo chiều  NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ Hưng Yên, ngày 25 tháng 5 năm 2013 Giảng viên :Đào Minh Tuấn LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, nền kinh tế của nước ta phát triển rất mạnh mẽ và nhanh chóng, để đạt được kết quả này thì có sự đóng góp rất của ngành kĩ thuật điện - điện tử, kĩ thuật vi xử lý. Với sự phát triển như vũ bão hiện nay thì kĩ thuật điện-điện tử, kĩ thuật vi xử lý đang xâm nhập vào tất cả các ngành khoa học – kĩ thuật khác và đã đáp ứng được mọi nhu cầu của người dân. Sự ra đời của các vi mạch điều khiển với giá thành giảm nhanh ,khả năng lập trình ngày càng cao đã mang lại những thay đổi sâu sắc trong ngành kỹ thuật điện – điện tử. Để bước đầu làm quen dần với vi điều khiển, chúng em đã được các thầy cô giáo trong khoa giao cho đồ án môn học với đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, mạch điều khiển tốc động cơ DC”. Trong thời gian nghiên cứu và làm đồ án dựa vào kiến thức đã được học ở trường, qua một số sách, tài liệu có liên quan cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy Đào Minh Tuấn nên đồ án của chúng em đã hoàn thành. Trong quá trình thực hiện đề tài, mặc dù chúng em đã rất cố gắng nhưng không thể tránh khỏi sai xót. Vì vậy chúng em rất mong được sự đóng góp của thầy cô và các bạn để giúp đề tài phát triển thêm. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực hiện 1:Vũ Phương Trung 2:Vũ Anh Tuấn  Mục lục KẾT LUẬN......................................................................................................................................... 39 PHẦN I:CƠ SỞ LÍ LUẬN 1.1 Vi điều khiển PIC16F877A 1.1.1 Khái quát về vi điều khiển PIC16F877A 1.1.1.1 Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lí của PIC16F877A Sơ đồ chân Sơ đồ nguyên lý 1.1.1.2. Nhận xét Từ sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý ở trên, ta rút ra các nhận xét ban đầu như sau : PIC16F877A có tất cả 40 chân 40 chân trên được chia thành 5 PORT, 2 chân cấp nguồn, 2 chân GND, 2 chan thạch anh và một chân dùng để RESET vi điều khiển. 5 port của PIC16F877A bao gồm : + PORTB : 8 chân + PORTD : 8 chân + PORTC : 8 chân + PORTA : 6 chân + PORT E : 3 chân 1.1.1.3. Khái quát về chức năng của các port trong vi điều khiển PIC16F877A PORTA PORTA gồm có 6 chân. Các chân của PortA, ta lập trình để có thể thực hiện được chức năng “hai chiều” : xuất dữ liệu từ vi điều khiển ra ngoại vi và nhập dữ liệu từ ngoại vi vào vi điều khiển. Việc xuất nhập dữ liệu ở PIC16F877A khác với họ 8051. Ở tất cả các PORT của PIC16F877A, ở mỗi thời điểm chỉ thực hiện được một chức năng :xuất hoặc nhập. Để chuyển từ chức năng này nhập qua chức năng xuất hay ngược lại, ta phải xử lý bằng phần mềm, không như 8051 tự hiểu lúc nào là chức năng nhập, lúc nào là chức năng xuất. Trong kiến trúc phần cứng của PIC16F877A, người ta sử dụng thanh ghi TRISA ở địa chỉ 85H để điều khiển chức năng I/O trên. Muốn xác lập các chân nào của PORTA là nhập (input) thì ta set bit tương ứng chân đó trong thanh ghi TRISA. Ngược lại, muốn chân nào là output thì ta clear bit tương ứng chân đó trong thanh ghi TRISA. Điều này hoàn toàn tương tự đối với các PORT còn lại Ngoài ra, PORTA còn có các chức năng quan trọng sau : - Ngõ vào Analog của bộ ADC : thực hiện chức năng chuyển từ Analog sang Digital - Ngõ vào điện thế so sánh - Ngõ vào xung Clock của Timer0 trong kiến trúc phần cứng : thực hiện các nhiệm vụ đếm xung thông qua Timer0… - Ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP (Master Synchronous Serial Port) PORTB PORTB có 8 chân. Cũng như PORTA, các chân PORTB cũng thực hiện được 2 chức năng : input và output. Hai chức năng trên được điều khiển bới thanh ghi TRISB. Khi muốn chân nào của PORTB là input thì ta set bit tương ứng trong thanh ghi TRISB, ngược lại muốn chân nào là output thì ta clear bit tương ứng trong TRISB. Thanh ghi TRISB còn được tích hợp bộ điện trở kéo lên có thể điều khiển được bằng chương trình. PORTC PORTC có 8 chân và cũng thực hiện được 2 chức năng input và output dưới sự điều khiển của thanh ghi TRISC tương tự như hai thanh ghi trên. Ngoài ra PORTC còn có các chức năng quan trọng sau : - Ngõ vào xung clock cho Timer1 trong kiến trúc phần cứng - Bộ PWM thực hiện chức năng điều xung lập trình được tần số, duty cycle: sử dụng trong điều khiển tốc độ và vị trí của động cơ v.v…. - Tích hợp các bộ giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART PORTD PORTD có 8 chân. Thanh ghi TRISD điều khiển 2 chức năng input và output của PORTD tương tự như trên. PORTD cũng là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port). PORTE PORTE có 3 chân. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISE. Các chân của PORTE có ngõ vào analog. Bên cạnh đó PORTE còn là các chân điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP. 1.1.2 Tìm hiểu về vi điều khiển PIC16F877A 1.1.2.1 Cấu trúc phần cứng của PIC16F877A PIC là tên viết tắt của “ Programmable Intelligent computer” do hãng General Instrument đặt tên cho con vi điều khiển đầu tiên của họ. Hãng Micrchip tiếp tục phát triển sản phầm này và cho đến hàng đã tạo ra gần 100 loại sản phẩm khác nhau. PIC16F887A là dòng PIC khá phổ biến, khá đầy đủ tính năng phục vụ cho hầu hết tất cả các ứng dụng thực tế. Đây là dòng PIC khá dễ cho người mới làm quen với PIC có thể học tập và tạo nền tản về họ vi điều khiển PIC của mình. Cấu trúc tổng quát của PIC16F877A như sau : 8K Flash Rom 368 bytes Ram 256 bytes EFPROM 5 port vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập 2 bộ định thời Timer0 và Timer2 8 bit 1 bộ định thời Timer1 16 bit có thể hoạt động ở cả chế độ tiết kiệm năng lượng với nguồn xung clock ngoài 2 bộ Capture/ Compare/ PWM 1 bộ biến đổi Analog -> Digital 10 bit, 8 ngõ vào 2 bộ so sánh tương tự 1 bộ định thời giám sát (Watch Dog Timer) 1 cổng song song 8 bit với các tín hiệu điều khiển 1 cổng nối tiếp 15 nguồn ngắt Sơ đồ khối vi điều khiển 16F877A 1.1.2.2 Tổ chức bộ nhớ PIC16F877A Bộ nhớ chương trình Bộ nhớ chương trình PIC16F877A Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ Flash, dung lượng 8K word (1 word chứa 14bit) và được phân thành nhiều trang như hình trên. Để mã hóa được địa chỉ 8K word bộ nhớ chương trình, thanh ghi đếm chương trình PC có dung lượng 13 bit. Khi vi điều khiển reset, bộ đếm chương trình sẽ trỏ về địa chỉ 0000h. Khi có ngắt xảy ra thì thanh ghi PC sẽ trỏ đến địa chỉ 0004h. Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ Stack và không được địa chỉ hóa bởi bộ đém chương trình. Bộ nhớ dữ liệu Bộ nhớ dữ liệu của PIC16F877A được chia thành 4 bank. Mỗi bank có dụng lượng 128 byte. Nếu như 2 bank bộ nhớ dữ liệu của 8051 phân chia riêng biệt : 128 byte đầu tiên thuộc bank1 là vùng Ram nội chỉ để chứa dữ liệu, 128 byte còn lại thuộc bank 2 là cùng các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR mà người dùng không được chứa dữ liệu khác trong đây thì 4 bank bộ nhớ dữ liệu của PIC16F877A được tổ chức theo cách khác. Mỗi bank của bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A bao gồm cả các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR nằm ở các các ô nhớ địa chỉ thấp và các thanh ghi mục đích dùng chung GPR nằm ở vùng địa chỉ còn lại của mỗi bank thanh ghi. Vùng ô nhớ các thanh ghi mục đích dùng chung này chính là nơi người dùng sẽ lưu dữ liệu trong quá trình viết chương trình. Tất cả các biến dữ liệu nên được khai báo chứa trong vùng địa chỉ này. Trong cấu trúc bộ nhớ dữ liệu của PIC16F877A, các thanh ghi SFR nào mà thường xuyên được sử dụng (như thanh ghi STATUS) sẽ được đặt ở tất cả các bank để thuận tiện trong việc truy xuất. Sở dĩ như vậy là vì, để truy xuất một thanh ghi nào đó trong bộ nhớ của 16F877A ta cần phải khai báo đúng bank chứa thanh ghi đó, việc đặt các thanh ghi sử dụng thường xuyên giúp ta thuận tiên hơn rất nhiều trong quá trình truy xuất, làm giảm lệnh chương trình. Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu của PIC16F877A Dựa trên sơ đồ 4 bank bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A ta rút ra các nhận xét như sau : -Bank0 gồm các ô nhớ có địa chỉ từ 00h đến 77h, trong đó các thanh ghi dùng chung để chứa dữ liệu của người dùng địa chỉ từ 20h đến 7Fh. Các thanh ghi PORTA, PORTB, PORTC, PORTD, PORTE đều chứa ở bank0, do đó để truy xuất dữ liệu các thanh ghi này ta phải chuyển đến bank0. Ngoài ra một vài các thanh ghi thông dụng khác ( sẽ giới thiệu sau) cũng chứa ở bank0 - Bank1 gồm các ô nhớ có địa chỉ từ 80h đến FFh. Các thanh ghi dùng chung có địa chỉ từ A0h đến Efh. Các thanh ghi TRISA, TRISB, TRISC, TRISD, TRISE cũng được chứa ở bank1 - Tương tự ta có thể suy ra các nhận xét cho bank2 và bank3 dựa trên sơ đồ trên. Cũng quan sát trên sơ đồ, ta nhận thấy thanh ghi STATUS, FSR… có mặt trên cả 4 bank. Một điều quan trọng cần nhắc lại trong việc truy xuất dữ liệu của PIC16F877A là : phải khai báo đúng bank chứa thanh ghi đó. Nếu thanh ghi nào mà 4 bank đều chứa thì không cần phải chuyển bank. 1.1.2.3 Một vài thanh ghi chức năng đặc biệt SFR Thanh ghi STATUS: thanh ghi này có mặt ở cả 4 bank thanh ghi ở các địa chỉ 03h, 83h, 103h và 183h : chứa kết quả thực hiện phép toán của khối ALU, trạng thái reset và các bit chọn bank cần truy xuất trong bộ nhớ dữ liệu. Thanh ghi OPTION_REG : có mặt ở bank2 và bank3 có địa chỉ 81h và 181h. Thanh ghi này cho phép đọc và ghi, cho phép điều khiển chức năng pull_up của các chân trong PORTB, xác lập các tham số về xung tác động, cạnh tác động của ngắt ngoại vi và bộ đếm Timer0 Thanh ghi INTCON : có mặt ở cả 4 bank ở địa chỉ 0Bh,8Bh,10Bh,18Bh. Thanh ghi cho phép đọc và ghi, chứa các bit điều khiển và các bit báo tràn timer0, ngắt ngoại vi RB0/INT và ngắt khi thay đổi trạng thái tại các chân của PORTB. Thanh ghi PIE1 :địa chỉ 8Ch, chứa các bit điều khiển chi tiết các ngắt của các khối chức năng ngoại vi. Thanh ghi PIR1 : địa chỉ 0Ch, chứa cờ ngắt của các khối chức năng ngoại vi, các ngắt này được cho phép bởi các bit điều khiển chứa trong thanh ghi PIE1. Thanh ghi PIE2 : địa chỉ 8Dh, chứa các bit điều khiển các ngắt của các khối chức năng CCP, SSP bú, ngắt của bộ so sánh và ngắt ghi vào bộ nhớ EEPROM. Thanh ghi PIR2: địa chỉ 0Dh, chứa cờ ngắt của các khối chức năng ngoại vi, các ngắt này được cho phép bởi các bit điều khiển chứa trong thanh ghi PIE2 Thanh ghi PCON : địa chỉ 8Eh, chứa các cờ hiệu cho biết trạng thái các chế độ reset của vi điều khiển. 1.1.2.4 Thanh ghi W(work) Đây là thanh ghi rất đặc biệt trong PIC16F877A. Nó có vai trò tương tự như thanh ghi Accummulator của 8051, tuy nhiên tầm ảnh hưởng của nó rộng hơn rất nhiều. Tập lệnh của PIC16F877A có tất cả 35 lệnh thì số lệnh có sự “góp mặt” của thanh ghi W là 23 lệnh. Hầu hết các lệnh của PIC16F877A đều liên quan đến thanh ghi W. Ví dụ như, trong PIC chúng ta không được phép chuyển trực tiếp giá trị của một thanh ghi này qua thanh ghi khác mà phải chuyển thông qua thanh ghi W. Thanh ghi W có 8 bit và không xuất hiện trong bất kỳ bank thanh ghi nào của bộ nhớ dữ liệu của 16F877A. Mỗi dòng lệnh trong PIC16F877a được mô tả trong 14 bit. Khi ta thực hiện một lệnh nào đó, nó phải lưu địa chỉ của thanh ghi bị tác động (chiếm 8 bit) và giá trị một hằng số k nào đó (thêm 8 bit nữa) là 16 bit, vượt quá giới hạn 14 bit. Do vậy ta không thể nào tiến hành một phép tính toàn trực tiếp nào giữa 2 thanh ghi với nhau hoặc giữa một thanh ghi với một hằng số k. Hầu hết các lệnh của PIC16F877A đều phải liên quan đến thanh ghi W cũng vì lý do đó. Khi thực hiện một dòng lệnh nào đó, thì PIC sẽ không phải tốn 8 bit để lưu địa chỉ của thanh ghi W trong mã lệnh ( vì được hiểu ngầm). Có thể xem thanh ghi W là thanh ghi trung gian trong quá trình viết chương trình cho PIC16F877A. 1.1.2.5 Các vấn đề về Timer PIC16F877A có tất cả 3 timer : timer0 (8 bit), timer1 (16 bit) và timer2 (8 bit). Timer0 Sơ đồ khối của Timer0 Cũng giống như 8051, Timer0 của 16F877A cũng có 2 chức năng : định thời và đếm xung. 2 chức năng trên có thể được lựa chọn thông qua bit số 5 TOCS của thanh ghi OPTION. Ngoài ra, ta cũng có thể lựa chọn cạnh tích cực của xung clock, cạnh tác động ngắt…thông qua thanh ghi trên. Timer0 được tích hợp thêm bộ tiền định 8 bit (prescaler), có tác dụng mở rộng “dung lượng” của Timer0. Bộ prescaler này có thể được điều chỉnh bởi các 3 bit PS2:PS0 trong thanh ghi OPTION. Nó có thể có giá trị 1:2, 1:4, 1:8, 1:16, 1:32, 1:64, 1:128, 1:256 tùy thuộc vào việc thiết lập các giá trị 0 ,1 cho 3 bit trên. Bộ tiền định có giá trị 1:2 chẳng hạn ,có nghĩa là : bình thường không sử dụng bộ tiền định của Timer0 (đồng nghĩa với tiền định tỉ lệ 1:1) thì cứ khi có tác động của 1 xung clock thì timer0 sẽ tăng thêm một đơn vị. Nếu sử dụng bộ tiền định 1:4 thì phải mất 4 xung clock thì timer0 mới tăng thêm một đơn vị. Vô hình chung, giá trị của timer0 (8 bit) lúc này không còn là 255 nữa mà là 255*4=1020. Các thanh ghi liên quan đến Timer0 bao gồm : TMR0 : chứa giá trị đếm của Timer0 INTCON : cho phép ngắt hoạt động OPTION_REG : điều khiển prescaler Timer1 Sơ đồ khối của Timer1 Timer1 là bộ định thời 16 bit, giá trị của Timer1 sẽ được lưu trong hai thanh ghi 8 bit TMR1H:TMR1L. Cờ ngắt của Timer1 là bit TMR1IF, bit điều khiển của Timer1 là TRM1IE. Cặp thanh ghi của TMR1 sẽ tăng từ 0000h lên đến FFFFh rồi sau đó tràn về 0000h. Nếu ngắt được cho phép, nó sẽ xảy ra khi khi giá trị của TMR1 tràn từ FFFFh rồi về 0000h, lúc này TMR1IF sẽ bật lên. Timer1 có 3 chế độ hoạt động : - Chế độ hoạt động định thời đồng bộ : Chế độ được lựa chọn bởi bit TMR1CS. Trong chế độ này xung cấp cho Timer1 là Fosc/4, bit T1SYNC không có tác dụng. - Chế độ đếm đồng bộ : trong chế độ này, giá trị của timer1 sẽ tăng khi có xung cạnh lênh vào chân T1OSI/RC1. Xung clock ngoại sẽ được đồng bộ với xung clock nội, hoạt động đồng bộ được thực hiện ngay sau bộ tiền định tỉ lệ xung (prescaler). - Chế độ đếm bất đồng bộ :chế độ này xảy ra khi bit T1SYNC được set. Bộ định thời sẽ tiếp tục đếm trong suốt quá trình ngủ của vi điều khiển và có khả năng tạo một ngắt khi bộ định thời tràng và làm cho Vi điều khiển thoát khỏi trạng thái ngủ. Timer2 : là bộ định thời 8 bit bao gồm một bộ tiền định (prescaler), một bộ hậu định Postscaler và một thanh ghi chu kỳ viết tắt là PR2. Việc kết hợp timer2 với 2 bộ định tỉ lệ cho phép nó hoạt động như một bộ đinh thời 16 bit. Module timer2 cung cấp thời gian hoạt động cho chế độ điều biến xung PWM nếu module CCP được chọn. Sơ đồ khối của Timer2 1.2 Một số linh kiện khác 1.2.1 IRFZ44N Hình ảnh của IRFZ44N IRFZ44N thuộc họ mofet loại N được kích dẫn bằng áp Ugs : Ugs >0 thì IRFZ44 dẫn Ugs= <0 thì IRFZ44 khóa( ở 0v thì nó không dẫn) Dòng làm việc max Id MAX 49A Điện áp làm việc Vdss=55v MAX Kích dẫn áp MAX +-20v Thời gian trễ turn on ( 11ns) và turn off ( 39ns) Tần số chuyển mạch cực đại là 1Mhz 1.2.2PC817 Hình ảnh của PC817 Sơ đồ nguyên lí - Nguyên lí hoạt động : khi cấp tín hiệu vào chân số 1, led phía trong opto nối giữa chân 1 và chân 2 phát sáng , xảy ra hiệu ứng quang điện dẫn đến 3 à 4 thông -Tác dụng : cách li điều khiển giữa 2 tầng mạch điện khác nhau -Mục đích : nếu có sự cố từ tầng ứng dụng như cháy ,chập , tăng áp.... thì cũng không làm ảnh hưởng tới tầng điều khiển 1.2.3 IC7812 ,IC7805 IC7812, có tác dụng gim điện áp bằng 12v tại đầu ra khi đầu vào >=12v IC7805 có tác dụng gim điện áp bằng 5v tại đầu ra khi đầu vào >=5v 1.2.4 IR2184. IR2184 là ic Driver điều khiển mosfet cầu H Chân 1 là chân tín hiệu PWM đầu vào Chân 2 là chân Shutdown tích cực mức thấp ngắt toàn bộ Mosfet khi có tín hiệu quá tải đưa về Chân 3 là chân GND Chân 4 điều khiển mosfet kênh dưới Chân 5 là chân nguồn Vcc từ 12V đến 15V Chân 6 là chân nguồn âm của mosfet kênh trên Chân 7 điều khiển mosfet kênh trên Chân 8 là chân nguồn dương của mosfet kênh trên *Dạng tín hiệu xung Động cơ DC Phương pháp điều khiển : Thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi áp cấp vào cho động cơ. 1.3.1. Cấu tạo máy điện một chiều Sau đây là một số sơ đồ của máy điện 1 chiều: Sơ đồ của một máy điện 1 chiều với bộ phận kích từ song song Mạch từ của một máy điện 2 cực Cuộn dây kích từ trên một cực từ Cấu tạo cổ góp Cấu tạo chổi than Máy điện một chiều cơ bản gồm 2 phần mạch điện: mạch kích từ và mạch phần ứng. Mạch kích từ hay còn hay gọi là stator gồm phần tĩnh là cuộn dây quấn quanh các cực từ của stator. Số cực từ là chẵn chúng sắp xếp xen kẽ theo cực tính nam-bắc. Cuộn kích từ, dòng điện cũng như thông lượng của các cực từ là như nhau Các cuộn dây kích từ nối tiếp với nhau. Dòng điện cung cấp cho cuộn kích từ nhằm tạo ra từ thông trong động cơ. Mạch kích từ không phải là mạch tiêu thụ công suất nguồn chính trong động cơ. Mạch phần ứng là mạch tiêu thụ công suất chính trong động cơ và nó nằm trên phần roto. Các cuộn của dây của phần ứng đặt trong đặt trong các rảnh phân bố trên bề mặt của roto, độ rộng của một cuộn dây gọi là bước cuộn. Các cuộn dây trên phần mạch ứng nối với nhau thành một mạch kín, kết thúc của cuộn này sẽ là bắt đầu của cuộn tiếp theo và kết thúc của cuộn cuối cùng sẽ là bắt đầu của cuộn đầu tiên, dòng một chiều đưa vào hay lấy ra từ dây cuốn phần ứng thông qua các chổi than tỳ lên cổ góp.Cổ góp là một kết cấu hình trụ trên bề mặt có nhiều phiến góp, số phiến góp bằng số cuộn dây và chúng được cách điện với nhau bằng mica 1.3.2. Nguyên lý hoạt động của động cơ một chiều Khi đặt vào trong từ trường một giây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng một lựcvào dòng điện và làm dây dẫn chuyển động.Chiều của lực được xác định bằng quy tắc bàn tay trái. Đây chính là nguyên lý làm việc của động cơ nói chung Về động cơ một chiều : Từ trường trong động cơ tạo ra từ các cuộn dây gọi là cuộn cảm hay cuộn kích từ .Do stator của động cơ có đặt các cuộn cảm nên thường gọi là phần cảm.Từ trường do cuộn cảm tạo ra sẽ tác dụng một lực vào các dây dẫn rotor đặt trong các rảnh của rotor khi có dòng điện chạy qua. Cuộn dây này gọi là cuộn ứng. Dòng điện đưa vào cuộn ứng qua các chổi than và cổ góp.Phần rotor mang phần ứng nên gọi là phần ứng Sơ đồ cấu tạo động cơ 1 chiều Giả sử các dây dẫn cuộn ứng nữa trên của rotor có dòng điện hướng vào còn các dây dẫn của cuộn ứng ở nửa dưới rotor có dòng điện hướng ra như hình vẽ. Từ lực F tác dụng vào các dây dẫn rotor có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái sẽ tạo ra một mômen làm rotor quay ngược chiều kim đồng hồ. Khi động cơ làm việc cuộn cảm tạo ra một từ trường Φd dọc trục cực từ và phân bố đối xứng với cực từ. Mặt phẳng 00’ trên đó có đặt chổi than ,vừa là mặt phẳng trung tính hình học và cũng là mặt phẳng trung tính vật lý. Đồng thời dòng điện trong cuộn ứng cũng tạo ra một từ trường riêng Φn hướng ngang trục cực từ. Từ trường tổng trong động cơ mất đi tính đối xứng dọc trục và khi này mặt phẳng trung tính vật lý quay đi một góc β ( ngược chiều quay của rotor) so với mặt phẳng trung tính hình học. Dòng điện cuộn ứng càng lớn thì Фn càng mạnh đồng thời góc quay β càng lớn. 1.4. Mạch cầu H dùng MOSFET.       MOSFET là viết tắt của cụm Meta Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor tức Transisor hiệu ứng trường có dùng kim loại và oxit bán dẫn. Hình 11 mô tả cấu tạo của MOSFET kênh n và ký hiệu của 2 loại MOSFET kênh n và kênh p. Hình 11. MOSFET.      MOSFET có 3 chân gọi là Gate (G), Drain (D) và Source (S) tương ứng với B, E và C của BJT. Bạn có thể nguyên lý hoạt động của MOSFET ở các tài liệu về điện tử, ở đây chỉ mô tả các kích hoạt MOSFET. Cơ bản, đối với MOSFET kênh N, nếu điện áp chân G lớn hơn chân S khoảng từ 3V thì MOSFET bão hòa hay dẫn. Khi đó điện trở giữa 2 chân D và S rất nhỏ (gọi là điện trở dẫn DS), MOSFET tương đương với một khóa đóng. Ngược lại, với MOSFET kênh P, khi điện áp chân G nhỏ hơn điện áp chân S khoảng 3V thì MOSFET dẫn, điện trở dẫn cũng rất nhỏ. Vì tính dẫn của MOSFET phụ thuộc vào điện áp chân G (khác với BJT, tính dẫn phụ thuộc vào dòng IB), MOSFET được gọi là linh kiện điều khiển bằng điện áp, rất lý tưởng cho các mạch số nơi mà điện áp được dùng làm mức logic (ví dụ 0V là mức 0, 5V là mức 1).     MOSFET thường được dùng thay các BJT trong các mạch cầu H vì dòng mà linh kiện bán dẫn này có thể dẫn rất cao, thích hợp cho các mạch công suất lớn. Do cách thức hoạt động, có thể hình dung MOSFET kênh N tương đương một BJT loại npn và MOSFET kênh P tương đương BJT loại pnp. Thông thường các nhà sản xuất MOSFET thường tạo ra 1 cặp MOSFET gồm 1 linh kiện kênh N và 1 linh kiện kênh P, 2 MOSFET này có thông số tương đồng nhau và thường được dùng cùng nhau. Một ví dụ dùng 2 MOSFET tương đồng là các mạch số CMOS (Complemetary MOS). Cũng giống như BJT, khi dùng MOSFET cho mạch cầu H, mỗi loại MOSFET chỉ thích hợp với 1 vị trí nhất định, MOSFET kênh N được dùng cho các khóa phía dưới và MOSFET kênh P dùng cho các khóa phía trên. Để giải thích, hãy ví dụ một MOSFET kênh N được dùng điều khiển motor DC như trong hình 12. Hình 12. Dùng MOSFET kênh N điều khiển motor DC.      Ban đầu MOSFET ko được kích, ko có dòng điện trong mạch, điện áp chân S bằng 0. Khi MOSFET được kích và dẫn, điện trở dẫn DS rất nhỏ so với trở kháng của motor nên điện áp chân S gần bằng điện áp nguồn là 12V. Do yêu cầu của MOSFET, để kích dẫn MOSFET thì điện áp kích chân G phải lớn hơn chân S ít nhất 3V, nghĩa là ít nhất 15V trong khi chúng ta dùng vi điều khiển để kích MOSFET, rất khó tạo ra điện áp 15V. Như thế MOSFET kênh N không phù hợp để làm các khóa phía trên trong mạch cầu H (ít nhất là theo cách giải thích trên). MOSFET loại P thường được dùng trong trường hợp này. Tuy nhiên, một nhược điểm của MOSFET kênh P là điện trở dẫn DS của nó lớn hơn MOSFET loại N. Vì thế, dù được thiết kế tốt, MOSFET kênh P trong các mạch cầu H dùng 2 loại MOSFET thường bị nóng và dễ hỏng hơn MOSFET loại N, công suất mạch cũng bị giảm phần nào. Hình 13 thể hiện một mạch cầu H dùng 2 loại MOSFET tương đồng. Hình 13. Mạch cầu H dùng MOSFET.      Tôi dùng 2 MOSFET kênh N IRF540 và 2 kênh P IRF9540 của hãng International Rectifier làm các khóa cho mạch cầu H. Các MOSFET loại này chịu dòng khá cao (có thể đến 30A, danh nghĩa) và điện áp cao nhưng có nhược điểm là điện trở dẫn tương đối lớn (bạn tìm đọc datasheet của chúng để biết thêm). Phần kích cho các MOSFET kênh N bên dưới thì không quá khó, chỉ cần dùng vi điều khiển kích trực tiếp vào các đường L2 hay R2. Riêng các khóa trên (IRF9540, kênh P) tôi phải dùng thêm BJT 2N3904 để làm mạch kích. Khi chưa kích BJT 2N3904, chân G của MOSFET được nối lên VS bằng điện trở 1K, điện áp chân G vì thế gần bằng VS cũng là điện áp chân S của IRF9540 nên MOSFET này không dẫn. Khi kích các line L1 hoặc R1, các BJT 2N3904 dẫn làm điện áp chân G của IRF9540 sụt xuống gần bằng 0V (vì khóa 2N3904 đóng mạch). Khi đó, điện áp chân G nhỏ hơn nhiều so với điện áp chân S, MOSFET dẫn. Vi điều khiển  có thể được dùng để kích các đường L1, L2, R1 và R2. PHẦN II: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG Phần Cứng 2.1.1 Sơ đồ khối Khối Nguồn Khối điều khiển Động Cơ Khối công suất Mạch nguồn -Khối nguồn 5v nuôi khối điều khiển -Khối nguồn 12v nuôi mạch điều khiển phần động lực IR2184 -Nguồn 24v điều khiển động cơ 2.1.3 Mạch điều khiển - Chân số 1 của PIC16F877A là chân reset : PIC16F877A hoạt động khi chân số 1 ở mức 1 và bị reset khi bị clear về mức 0. Với mạch reset trên thì bình thường nút nhấn ở trạng thái hở, chân reset ở mức 1 PIC16F877A hoạt động, khi nhấn phím xuống chân 1 chạm đất và bị clear về mức 0 PIC16F877A bịreset về trạng thái ban đầu - Chân số 2,3,4 kết nối với các nút ấn S2 thuận, S3 stop,S4 ngược - Chân 13 và 14 được nối với mạch dao động thạch anh để tạo tần số dao động - Chân 12 và 31 nối đất - Chân 11 và 32 nối dương nguồn - Chân 39 và 40 được dùng để nạp chương trình cho PIC16F877A 2.1.4 Mạch công suất Nguyên lý làm việc -PC817 có nhiệm vụ cách ly và truyền tín hiệu từ khối điều khiển -Transistor T2 và T3 truyền tín hiệu PWM và đảo trạng thái làm việc của PWM.Khi PWM=0V Transistor không dẫn,khi PWM=12v Transistor dẫn tín hiệu PWM được lấy ra từ cực C của Transistor như hình vẽ trên - Transistor T1 và T4 có nhiệm vụ chọn chiều hoạt động,T1 là Transistor thuận T4 là Transistor ngược.Khi CHEU=0V T1 dẫn tín hiệu PWM truyền qua T2 se bị khóa=0V Transistor T4 không dẫn tín hiệu PWM truyền qua T2 được đảo ngược và truyền đến chân tín hiệu đầu vào của IR2184.Khi CHIEU=1 T1 không dẫn T2 dẫn khóa tín hiệu PWM qua T3 -Khi IR2184 trên nhận được tín hiệu PWM ON thì Mosfet Q2 và Q4 dẫn động cơ hoạt động -Khi IR2184 dưới nhận được tín hiệu PWM ON thì Mosfet Q1 và Q3 dẫn động cơ chạy theo chiều ngược lại -Khi PWM OFF thì Mosfet Q1 và Q2 không dẫn, Mosfet Q3 và Q4 dẫn núc này động cơ sẽ bị ngắn mạch 2 đầu rotor động cơ ở trạng thái hãm -Tụ C3,C4 là tụ kích Ugs cho 2 mosfet kênh trên.Khi mosfet kênh trên không dẫn thì tụ sẽ được nạp điện áp tiếp tục cho lần dẫn sau chính vì vậy mà ta không thể sử dụng tối đa thời gian dẫn của mosfet mà phải có thời gian Toff để nạp lại điện tích cho tụ *Tính toán dòng làm việc trên van công suất -Thông số động cơ:Pđm=30W.Uđm=24v. Ta có Iđm= Pđm / Uđm=38/24=1.58A *Tính toán tản nhiệt Tổn hao công suất trên mosfet là:DP = Iđm.Rds=1,58.0,017=0,0268(W) Diện tích bề mặt tỏa nhiệt là: Sm= ∆PKmτ (1) Trong đó: : là tổn hao công suất trên van : độ chênh lệch nhiệt độ so với môi trường. Chọn nhiệt độ môi trường Tmt= 250C. Nhiệt độ làm việc cho phép Tcp= 1500C. Vậy: t = Tlv - Tmt = 150 - 25 = 1250C Km hệ số tỏa nhiệt bằng đối lưu và bức xạ, Km = (6÷10).10(W/cm). Chọn Km= 8.10-4 (W/cm2) Sm = 0,0268/(8.10^-4.125) = 0,212(cm2) Mạch in 2.2 Chương trình #include #device *=16 #fuses NOWDT,PUT,XT,NOPROTECT,HS,NOPUT,NODEBUG,NOBROWNOUT,NOLVP,NOCPD,NOWRT #use delay(clock=20000000) // TAN SO HOAT DONG #include // /////////////////////////////////////////////////////////////// #use fast_io(a) ///tang toc do xuat nhap giu lieu gia cac port #use fast_io(b) #use fast_io(c) #use fast_io(d) #use fast_io(e) #byte porta=0x05/////khai bao dia chi phan cung #byte portb=0x06 #byte portc=0x07 #byte portd=0x08 #byte porte=0x09 ///////////////// #BIT NGUOC=PORTA.0////dinh nghia cac chan cong #BIT STOP=PORTA.1 #BIT THUAN=PORTA.2 #BIT CHIEU=PORTC.1 INT16 PWM;/////khai bao bien pwm kieu so nguyen 16 bit ////////////////// VOID CHAY_NGUOC()/////chuong trinh con chay nguoc { IF(CHIEU==1)///kiem tra neu dong co van dang chay thuan { WHILE(1023-PWM)////giam toc do cho den khi dong co dung { PWM=PWM+100;//tang bien pwm de giam toc do dong co SET_PWM1_DUTY(PWM);////xuat gia tri pwm dieu xung dong co DELAY_MS(500); } CHIEU=0;/////dao chieu dong co } IF(PWM==1023) { WHILE(PWM-223)/////tang toc do dong co den khi PWM=223 thì dung { PWM=PWM-100; SET_PWM1_DUTY(PWM); DELAY_MS(500); } } } //////////////////// VOID CHAY_THUAN()/////chuong trinh con chay thuan { IF(CHIEU==0)//kiem tra neu dong co dang chay nguoc { WHILE(1023-PWM)/////giam toc do den khi nao dong co dung { PWM=PWM+100; SET_PWM1_DUTY(PWM); DELAY_MS(500); } CHIEU=1;///dao chieu dong co } IF(PWM==1023)///kiem tra neu dong co dang dung { WHILE(PWM-223)///tang toc do dong co den khi nao PWM=223 thì thoat { PWM=PWM-100; SET_PWM1_DUTY(PWM); DELAY_MS(500); } } } /////////////////////////////////// VOID DUNG_DC()///chuong trinh con dung dong co { WHILE(1023-PWM) { PWM=PWM+100; SET_PWM1_DUTY(PWM); DELAY_MS(500); } } ///////////////////////// VOID MAIN() { PWM=1023;///bien PWM=1023 de dung dong co set_tris_a (0xFF);//thiet lap cong a la cong nhan du lieu set_tris_c (0X00);//cong c la cong xuat giu lieu setup_ccp1(ccp_PWM);////cai dat bo PWM setup_timer_2(T2_DIV_BY_16,255,1);//thiet lap che do hoat dong cho bo PWM WHILE(1)////vong lap vo han { IF(THUAN==0)CHAY_THUAN();///kiem tra cac nut IF(NGUOC==0)CHAY_NGUOC(); IF(STOP==0)DUNG_DC(); SET_PWM1_DUTY(PWM); } } KẾT LUẬN -Sau 8 tuần thực hiện đồ án trên chúng em chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các bạn,thầy cô giáo khoa Điện-Điện tử và thầy Đào Minh Tuấn đã giúp đỡ nhóm chúng em để chúng em hoàn thiện tốt nhiệm vụ được giao -Kết quả đạt được:Hoàn thành đúng tiến độ được giao Hoàn thành được sản phẩm và bản thuyết minh Sản phẩm hoạt động ổng định,chính xác và có thẩm mĩ -Những khó khăn:Trong quá trình hoàn thành đề tài được giao nhóm chúng em dã gặp những khó khăn như +Thời gian thực hiện đồ án và thời gian học trên lớp xen kẽ nhau chúng em phải bố trí thời gian hợp lý để làm việc nhóm được hiệu quả cao +Quá trình chuyển giao giữa nguyên lý và mô phỏng sang sản phẩm thực tế khác nhau do các tác động bên ngoài gây nhiễu... -Thuận lợi:tuy gặp nhiều khó khăn trong quá trình thực hiện đề tài nhưng với sự giúp đỡ nhiệt tình của các bạn và các thầy cô giáo và nắm vững các kiến thức cơ bản nên chúng em đã hoàn thành đúng tiến độ được giao *Hướng phát triển đề tài:với sự thành công của đề tài trên chúng em có định hướng để phát triển đề tài trên thành một bộ Driver cho động cơ DC sevor và có kết nối với các thiết bị ngoại vi khác Chúng em xin chân thành cảm ơn