Luận văn tốt nghiệp giao tiếp máy tính điều khiển tốc độ động cơ DC và thiết bị điện

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM  KHOA ĐIỆN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài : GIAO TIẾP MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC VÀ THIẾT BỊ ĐỊÊN DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51 GVHD : PHẠM THUÝ NGỌC SVTH : PHẠM NGỌC THƯỜNG LỚP DHDI1 : MSSV : 05123471 Tp.HCM, Tháng 07 năm 2009 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trường Đại Học Cơng Nghiệp Cộng Hịa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Thành Phố Hồ Chí Minh Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc -o0o - -o0o - KHOA ĐIỆN NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Họ tên: Phạm Ngọc Thường MSSV: 05123471 Ngành: Điện Công Nghiệp Lớp: Khoá: 2005 - 2009 DHDI1 1- Tên đề tài: 2- Cơ sở ban đầu: -3- Nội dung phần thuyết minh tính toán: 4- Cán hướng dẫn: Cô Phạm Thuý Ngọc 5- Ngày giao nhiệm vụ: -6- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: -Thông qua môn Ngày tháng năm 2009 Giáo viên hướng dẫn Chủ nhiệm môn Cô Phạm Thuý Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN  Tp.HCM, ngày… tháng… năm 2009  Giáo viên hướng dẫn Cô Phạm Thuý Ngọc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN  -Tp.HCM, ngày… tháng… năm 2009 Giáo viên phản biện LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP  -Tp.HCM, ngày… tháng… năm 2009 Hội Đồng Chấm Luận Văn Tốt Nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI NĨI ĐẦU Trong ngành cơng nghiệp sản xuất đời sống, công tác điều khiển vận hành hiệu thiết bị nhằm tăng khả sản xuất, tăng chất lượng, đồng thời tiết kiệm chi phí sản xuất chi phí cho việc trùng tu bảo dưỡng thiết bị sản xuất giữ vị trí quan trọng Xuất phát từ nhu cầu điện tử tự động hoá đời, song song với đời điện tử tự động hoá đời cải tiến không ngừng máy tính Nhờ có máy vi tính mà làm nhiều công việc mà không cần phải tốn nhiều công sức Để khai thác ưu điểm điện tử tự động hố có bắt tay với máy vi tính, cơng việc điều khiển thiết bị điện trở nên đơn giản thuận tiện Điều khiển máy điện lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng thiết bị, khí cụ sơ đồ điều khiển để phục vụ nhu cầu thay đổi đại lượng chuyển động momen, tốc độ hay điều khiển vị trí tuỳ theo yêu cầu phát sinh loại hình sản xuất Động chiều sử dụng từ lâu hệ truyền động có điều khiển tốc độ yêu cầu dải điều chỉnh lớn, độ ổn định tốc độ cao hệ thường xuyên hoạt động chế độ khởi động, hãm đảo chiều Nhờ có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt nên sử dụng phổ biến công nghiệp Một số ứng dụng quan trọng động chiều truyền động cho xe điện, máy công cụ, máy nâng vận chuyển, máy cán, máy nghiền … Truyền động điện tốc độ chiếm phần lớn ứng dụng điều khiển đại lượng chuyển động Trong loại điều khiển thường gồm có động chấp hành, biến đổi điện tử công suất hệ thống điều khiển số Đương nhiên phải có lọc nguồn đầu vào đạt tiêu chuẩn lọc nhiễu điện từ Để thay đổi tốc độ, động xoay chiều đòi hỏi phải thay đổi biên độ điện áp tần số động chiều cần thay đổi điện áp chiều chuyển mạch khí động chiều làm thay đổi tần số theo LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Các động xoay chiều hầu hết khơng có chổi than, chi phí ban đầu chi phí bảo dưỡng thấp động chiều Tuỳ vào ứng dụng mà việc chọn lựa loại động sử dụng phụ thuộc vào khách hàng Trong phạm vi luận văn này, em xin trình bày vấn đề điều khiển tốc độ động chiều dùng họ vi điều khiển 8051 phương pháp độ rộng xung điều khiển đóng ngắt thiết bị điện Đề tài: “Điều khiển tốc độ động DC kết hợp Vi điều khiển AT89C51 Máy tính” có liên quan đến nhiều vấn đề lý thuyết Nhưng phạm vi Luận Văn Tốt Nghiệp, người làm đề tài khơng thể trình bày chi tiết vấn đề được, mà đề cập đến cách tóm lược nhằm làm sở cho lí luận sau Do bạn sinh viên có nhu cầu tìm hiểu sâu nên tham khảo tài liệu chuyên môn ngành Tp.HCM 28/07/2009 Sinh viên thực Phạm Ngọc Thường LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Để hồn thành đề tài trước tiên em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM, thầy cô Ban giám hiệu Khoa Điện thầy cô môn tạo điều kiện cho em học tập truyền thụ nhiều kiến thức cho em làm tảng học vấn đường công danh nghiệp Sau em vơ cảm ơn cô Phạm Thuý Ngọc người cô trực tiếp định hướng hướng dẫn em nghiên cứu lĩnh vực rộng, với khối lượng công việc lớn em Tất bạn bè giúp đỡ động viên suốt trình làm luận văn tốt nghiệp Do kinh nghiệm trình độ cịn hạn chế, phần thể trình bày cịn nhiều khiếm khuyết Kính mong q Thầy bỏ qua cho em Trân trọng kính chào Tp.HCM, tháng 07 năm 2009 Sinh viên thực Phạm Ngọc Thường LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC  - oOo - Phần A: GIỚI THIỆU Trang tựa Nhiệm vụ đề tài Nhận xét giáo viên hướng dẫn Nhận xét giáo viên phản biện Nhận xét hội động chấm luận văn tốt nghiệp Lời mở đầu Lời cảm ơn Mục lục Phần B: NỘI DUNG Chương 1: DẪN NHẬP - CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.4 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 1.5 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.6 DÀN Ý NGHIÊN CỨU 1.7 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 1.8 CÁC CƠ SỞ CHO VIỆC NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 1.8.1 Kiến thức lực người nghiên cứu 1.8.2 Vấn đề thực tiễn 1.8.3 Tác động điều kiện khách quan đến việc thực đề tài 1.9 THỂ THỨC NGHIÊN CỨU 1.9.1 Phương pháp thu thập kiện 1.9.2 Xử lý kiện 1.9.3 Trình bày đồ án 1.10 LẬP KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chương 2: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 10 2.1 CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 11 2.1.1 Phần tĩnh hay phần cảm (Stator) 11 2.1.2 Phần quay hay phần ứng (Rotor) 12 2.2 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC 12 2.2.1 Khái niệm chung 12 2.2.2 Hệ thống băm áp 13 – Chopper giảm áp 16 – Chopper tăng áp 32 2.3 MƠ TẢ TỐN HỌC CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 40 2.3.1 Khái niệm chung 40 2.3.2 Hàm truyền đạt 40 2.3.3 Phương trình trạng thái 41 2.3.4 Khâu hiệu chỉnh PID (PID Control) 43 Chương 3: GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51 45 3.1 CẤU TẠO VI ĐIỀU KHIỂN 8051 45 3.1.1 Tóm tắt phần cứng họ MCS – 51 (8051) 45 3.1.2 Các chân chip 8051 46 3.1.3 Cấu trúc bên vi điều khiển 51 3.1.4 Bộ nhớ 53 3.2 TÓM TẮT TẬP LỆNH CỦA 8051 54 3.3 HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ ĐỊNH THỜI (TIMER) 55 3.3.1 Giới thiệu 55 3.3.2 Thanh ghi chế độ định thời (TMOD) 56 3.3.3 Thanh ghi điều khiển định thời (TCON) 57 3.3.4 Nguồn xung clock cho định thời 57 3.3.5 Các khoảng thời gian định thời 59 3.4 HOẠT ĐỘNG CỦA PORT NỐI TIẾP (SERIAL PORT) 59 3.4.1 Giới thiệu 59 3.4.2 Thanh ghi đệm Port nối tiếp (SBUF) 60 3.4.3 Thanh ghi điều khiển Port nối tiếp (SCON) 60 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3.4.4 Tốc độ baud Port nối tiếp 64 3.4.5 Các bước lập trình Port nối tiếp 65 3.5 HOẠT ĐỘNG NGẮT (INTERRUPT) 66 3.5.1 Giới thiệu 66 3.5.2 Tổ chức ngắt 8051 67 3.5.3 Xử lý ngắt vectơ ngắt 70 3.5.4 Thiết kế chương trình sử dụng ngắt 71 Chương 4: GIAO TIẾP MÁY TÍNH 72 4.1 CỔNG NỐI TIẾP 72 4.2 TRUYỀN DỮ LIỆU 73 4.2.1 Thông tin số liệu 73 4.2.2 Phương thức truyền 73 4.2.3 Thông tin nối tiếp bất đồng 75 4.2.4 Thông tin nối tiếp đồng 76 4.3 CHUẨN GIAO TIẾP NỐI TIẾP RS – 232 76 4.4 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP NỐI TIẾP KHÁC 80 4.5 TRUYỀN NỐI TIẾP CÁC MÃ KÍ TỰ ASCII 82 4.6 VI MẠCH GIAO TIẾP NỐI TIẾP MAX232 84 4.7 GIỚI THIỆU VỀ VISUAL BASIC 6.0 88 4.7.1 Sơ lược Visual Basic 88 4.7.2 Tính VB 6.0 88 4.7.3 Một số định nghĩa 89 4.8 ĐIỀU KHIỂN ACTIVEX MSCOMM 89 4.8.1 Các thuộc tính MSComm 89 4.8.2 Điều khiển MSComm Visual Basic 91 Chương 5: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN 98 5.1 GIỚI THIỆU PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 98 5.1.1 Yêu cầu thiết kế 98 5.1.2 Giới thiệu phương án thiết kế 98 5.1.3 Mơ hình điều khiển tốc độ động 98 5.1.4 Động DC sử dụng cho mạch phần cứng 99 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5.1.5 Phương pháp điều khiển tốc độ động DC 100 5.2 SƠ ĐỒ MẠCH PHẦN CỨNG 104 5.2.1 Sơ đồ khối 104 5.2.2 Sơ đồ mạch phần cứng 105 5.3 CHỨC NĂNG VÀ NGUYÊN LÝ TỪNG KHỐI 106 5.3.1 Máy tính cá nhân 106 5.3.2 Khối nguồn 106 5.3.3 Khối giao tiếp máy tính 107 5.3.4 Khối vi điều khiển AT89C51 108 5.3.5 Khối hiển thị 109 5.3.6 Khối mạch động 110 5.3.7 Khối cảm biến tốc độ 110 5.3.8 Khối điều khiển đóng ngắt thiết bị điện 111 5.4 HOẠT ĐỘNG CỦA SƠ ĐỒ 112 5.4.1 Các bước chuuẩn bị 112 5.4.2 Hoạt động sơ đồ 121 5.5 GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÁY TÍNH 113 5.6 MƠ PHỎNG ĐỘNG CƠ DC TRÊN PHẦN MỀM PROTUES 115 5.7 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 116 5.8 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 117 Phần C: KẾT LUẬN - ĐỀ NGHỊ - HƯỚNG PHÁT TRIỂN 120 Phần D: TÀI LIỆU THAM KHẢO 123 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5.6 MÔ HÌNH MƠ PHỎNG ĐỘNG CƠ DC TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS R1 R2 R4 R5 R3 1k 1k 1k 1k 1k R8 1k STOP R6 R7 1k 1k THUAN NGHICH U1 19 18 29 30 31 XTAL1 XTAL2 RST PSEN ALE EA P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/W R P3.7/RD 39 38 37 36 35 34 33 32 GIAMTOC HIEN THI CHE DO Q1 Q3 D1 D2 D3 2N2222 2N2222 LED-RED LED-BLUE LED-GREEN 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17 TANGTOC MOTOR DC STOP Q2 Q4 Q_THUAN Q_NGHICH HIEN THI GT TANG-GIAM 2N2222 2N2222 AT89C51 C1 DIEU KHIEN DONG CO CHIEU 30 pF X1 12 MHz C2 30 pF LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5.5 GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÁY TÍNH Giao diện điều khiển thiết kế trực quan với người sử dụng hệ thống, đạt tiêu chuẩn độ xác, tính thẩm mỹ dễ tiếp cận Hình 5.13 Giao diện LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đây giao diện Panel điều khiển thiết kế để điều khiển cho mơ hình mạch phần cứng Hình 5.14 Đặt tốc độ động đóng ngắt thiết bị điện (220V) Panel điều khiển Máy tính 5.8 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khơng có vĩ đại gới mà khơng phải trải qua sóng gió niềm tin ! "Đề tài hay đề tài mà chưa nghiên cứu !" ĐỪNG TIN VÀO NHỮNG GÌ TƠI NĨI HÃY TIN VÀO NHỮNG GÌ TƠI ĐÃ LÀM - thật tin ! Bắt đầu bước vào đời Mượn ngòi bút làm đường soi chân lý Mỗi vần thơ ý tương lai Bến vinh quang chờ người ham học Bờ vực thẳm chờ kẻ ham chơi Đời sinh viên đường xuôi ngược Vững tay chèo đến bến vinh quang ! Đời nghiên cứu thui thỉu, buồn mình, vui có hay! LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com “Không gian nan lấy chi làm chất liệu Không thương đau biết chuyện tình đời” Tơi ln tìm thấy niềm vui cơng việc tơi làm, có lúc tưởng chừng gẫy gánh đường, thật bế tắc, bế tắc mà khơng lối tưởng bng xi tơi: “Lực bất tịng tâm”, với cố gắng nỗ lực buộc phải vượt qua khó khăn sống để dành lấy chiến thắng phần Nói chuyện viết luận văn này, viết hồn cảnh lãng mạn ngày tháng 7/2009, từ sáng đến đêm khuya tơi khơng rời phịng nửa bước máy tính làm bạn thân thiết tôi, mải mê công việc mà tơi mập lên khơng nổi, ngày nghỉ bạn bè háo hức chơi, cịn tơi cặm cụi phịng trọ nhỏ, nóng ran khí hậu mùa hè Sài Gịn ngày thật đẹp cuối tháng tơi hồn thành đề tài này, kỷ niệm thật khó quên LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Department of Automatic Control Faculty of Electrical Engineering HCM University Of Industry Email: ngocthuong345@gmail.com Yahoo: ngocthuong346@yahoo.com Tel: 0973604345 Add: 12 Đường Nguyễn Văn Bảo, P.4, Q Gò Vấp, Tp.HCM Mọi trao đổi chia sẻ kinh nghiệm mời bạn liên lạc với theo địa Chúc bạn thành cơng !!! Bảo vệ kết thúc lúc 6h30 ngày 28/07/2009 X5.11, Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Giáo viên phản biện Lê Văn Đại, Giáo viên hướng dẫn Phạm Thuý Ngọc, Sinh viên thực Phạm Ngọc Thường Sinh viên thực Phạm Ngọc Thường Tp.HCM, 28/07/200 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... độ rộng xung điều khiển đóng ngắt thiết bị điện Đề tài: ? ?Điều khiển tốc độ động DC kết hợp Vi điều khiển AT89C51 Máy tính? ?? có liên quan đến nhiều vấn đề lý thuyết Nhưng phạm vi Luận Văn Tốt Nghiệp, ... cho xe điện, máy công cụ, máy nâng vận chuyển, máy cán, máy nghiền … Truyền động điện tốc độ chiếm phần lớn ứng dụng điều khiển đại lượng chuyển động Trong loại điều khiển thường gồm có động chấp... điểm điện tử tự động hố có bắt tay với máy vi tính, công việc điều khiển thiết bị điện trở nên đơn giản thuận tiện Điều khiển máy điện lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng thiết bị, khí cụ sơ đồ điều khiển