Vi điều khiển và ứng dụng đề tài thiết kế mạch tạo điện áp hình sin 12VAC

Đại học Bách khoa Hà Nội Trường Điện- Điện tử Vi điều khiển ứng dụng Đề tài Thiết kế mạch tạo điện áp hình sin 12VAC Sinh viên thực hiện: Đào Đức Thắng- 20181752 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Hồng Quang Hà Nội, 3-2022 Mục Lục Chương I Tổng quan đề tài Mục tiêu đề tài Các tiêu kĩ thuật Chương II Thiết kế lựa chọn thông số mạch Sơ đồ tổng quát mạch Chương III Thiết kế chương trình STM32F103C8T6 11 Thiết STM32F103C8T6 .11 Chương IV: Mô thực nghiệm 15 Thiết kế mạch Altium 15 Mô mạch thật Proteus 16 Làm mạch thực tế 18 Chương I Tổng quan đề tài Mục tiêu đề tài Nghiệm vụ yêu cầu kĩ thuật: - Tạo điện áp hình sin 12V AC từ nguồn chiều 24V DC - Ổn định điện áp với tải thay đổi Mạch sử dụng linh kiện sau: - Vi điều khiển STM32 F103C8T6 - Mosfet - Tụ điện, điện trở, cuộn cảm Các tiêu kĩ thuật - Độ đập mạch điện áp: 5% - Độ đập mạch dòng điện: 10% - Bộ điều khiển PI để ổn định điện áp đầu - Bảo vệ dòng 1A Chương II Thiết kế lựa chọn thông số mạch Sơ đồ tổng quát mạch Khối nguồn cấp Mạch cầu H Vi điều khiển STM32 F103 C8T6 Khối đo Mạch lọc đầu Hình 1: Sơ đồ khối mạch Cấu tạo mạch bao gồm khối Mạch sử dụng nguồn điện chiều 24VDC lấy từ nguồn tổ ong Khối nguồn biến đổi dòng điện chiều thành dòng điện chiều với mức điện áp ổn định cấp cho linh kiện thiết bị hoạt động Vi điều khiển STM32F103C8T6 tạo sung PWM đóng cắt mạch cầu H để tạo điện áp hình sin tương ứng qua lọc đầu ra, vi điều khiển xử lý tín hiệu đo từ đầu mạch nghịch lưu Sau vi điều khiển sử dụng điều chỉnh PI để điều khiển ổn định điện áp đầu từ tín hiệu đo  Khối đo: Sơ đồ nguyên lý kênh đo điện áp Hình Sơ đồ khối đo điện áp Khối đo hoạt động theo nghuyên lý mạch phân áp, điện áp đo đưa qua mạch triết áp (sử dụng biến trở 10kΩ ) Như điện áp sau qua mạch triết áp tính theo cơng thức V out = r 10 k Trong đó:  V ¿ điện áp đầu vào cần đo  V out điện áp đàu mạch phân áp Do đầu vào ADC vi điều khiển nhận giá trị điện áp giải 0-3.3V nên đầu khối đo phải nằm khoảng 0-3.3V Sau khâu giảm áp, tín hiệu đưa qua mạch lặp điện áp khơng đảo sử dụng LM324 với hệ số khuếch đại K=1 giúp làm tăng trở kháng cho mạch đo trước vào ADC, giảm tổn hao lượng bảo vệ mạch vi điều khiển phía sau có cố xảy Diode D1 D2 bảo vệ áp trước vào ADC vi điều khiển  Khối nguồn cho vi điều khiển Hình Khối nguồn Khối nguồn 3.3V sử dụng IC ổn áp thông dụng AMS1117 – 3.3V thuộc liểu IC nguồn thuyến tính Điện áp 5V lấy từ nguồn tổ ong Một số thơng số kỹ thuật IC nguồn AMS1117-3.3V - Điện áp cấp tối đa: 15VDC Điện áp đầu ra: 3.3V±3% Điều kiện hoạt độngL 1.5V≤ ( V ¿ −V out ¿ ≤ 12V Dòng tải tối đa: 0.8A Dải nhiệt độ hoạt động: -40 C đến 1250 C  Van mosfet Chọn mosfet IRFZ44 với thông số sau: Hình Mosfet IRFZ44 - Tích hợp điot xả van - Điện áp điều khiển VGS= 10V - Điện áp VDS= 60V  Chọn IC lái mosfet IR2101 Hình IC IR2101 Kí hiệu HIN LIN Miêu tả Đầu vào logic cho đầu trình điều khiển cổng bên cao (HO), theo pha Đầu vào logic cho đầu trình điều khiển cổng bên thấp (LO), VB HO Vs V cc LO COM theo pha Nguồn cung cấp bên cao Đầu tín hiệu cao Tải cung cáp cao Nguồn cung cấp cố định bên thấp Đầu tín hiệu thấp Tải cung cấp thấp  Tính tốn chọn thơng số mạch lọc Hình Mơ matlab mạch nghịch lưu với vịng hở Hình Khâu điều chế SPWM Hình Kết mô    - Với thông số mạch nghịch lưu sau: VDC(in) = 24V VAC(out)= 12V Dịng điện qua tải I < 1A Tính tốn mạch lọc: V DC 24 = ≈ 1.4 mH f sw ∆ I Lmax 6.20000 0,1 √ 0.1 √ ∆I = ≈ 0,7 μF C= f s ∆U 8.20000 1,2 Chọn L= 1.4mH, C= 0.7 μF L= Chương III Thiết kế chương trình STM32F103C8T6 Thiết STM32F103C8T6 - Sử dụng STM32CubeMX để cài đặt cho vi điều khiển STM32F103C8F6 Hình Cài đặt chân cho vi điều khiển STM32F103C8F6  Chọn tần số thạch anh ngoài(clock configuretion) 72MHz  TIM_CH1 TIM_CH2: để điều khiển van mosfet - Từ phần mềm STM32CubeMX, ta tạo code phần mềm KeilC V5 với xung PWM sau:  Từ tín hệu điều khiển ta xác định duty SPWM: 0, 113, 226, 339, 451, 563, 674, 785, 895, 1004, 1112, 1219, 1325, 1429, 1532, 1634, 1734, 1832, 1928, 2023, 2115, 2206, 2294, 2380, 2464, 2545, 2624, 2700, 2773, 2844, 2912, 2977, 3039, 3098, 3154, 3207, 3256, 3303, 3346, 3386, 3423, 3456, 3486, 3512, 3535, 3555, 3571, 10 3583, 3592, 3597, 3599, 3597, 3592, 3583, 3571, 3555, 3535, 3512, 3486, 3456, 3423, 3386, 3346, 3303, 3256, 3207, 3154, 3098, 3039, 2977, 2912, 2844, 2773, 2700, 2624, 2545, 2464, 2380, 2294, 2206, 2115, 2023, 1928, 1832, 1734, 1634, 1532, 1429, 1325, 1219, 1112, 1004, 895, 785, 674, 563, 451, 339, 226, 113  Từ ta có code sau: - Khởi tạo tham số biến: Hình 10 Khởi tạo biến pwm - Khởi tạo timer ADC Hình 11 Khởi động Timer ADC - Khởi tạo xung điều khiển cho mosfet 11 Hình 12 Cập nhật biến duty với thơng số khai báo - Đọc giá trị ADC Hình 13 Đọc giá trị điện áp - Bộ điều chỉnh PI 12 Hình 14 Bộ điều chỉnh PI 13 Chương IV: Mô thực nghiệm Thiết kế mạch Altium Hình 15 Sơ đồ mạch cầu H Hình 16 Sơ đồ khối đo nguồn cho vi điều khiển 14 Mô mạch thật Proteus (Do với tần số thạch anh 72MHz mô proteus gặp số lỗi, chúng em chọn cách mơ sơ đồ nghịch lưu vịng hở với tần số thạch anh 8MHz tần số song mang 1KHz) - Sử dụng STM32CubeMX để cài đặt cho vi điều khiển STM32F103C8F6 Hình 17 Cái đặt chân cho vi điều khiển STM32F103C8F6  TIM_CH1: để điều khiển van mosfet - Từ phần mềm STM32CubeMX, ta tạo code phần mềm KeilC V5 với xung PWM sau:  Từ bảng SPWM, ta có giá trị duty cycle: 64, 71, 81, 86, 85, 86, 83, 74, 64, 50, 39, 28, 19, 14, 10, 11, 15, 26, 37, 47 (%) - Ta có code sau: Hình 18 Khởi tạo biến duty 15 Hình 19 Khởi động Timer Hình 20 Cập nhật biến duty với thơng số khai báo - Sau chạy code KeilC, ta file hex để nạp vào STM32 chạy proteus tron hình đây: Hình 21 Mạch tạo điện áp hình sin mơ Proteus với vịng hở 16 Hình 22 Kết mơ - Chú thích  Đường màu vàng tín hiệu sóng sin thu sau nạp code vào STM32 cho chạy mơ  Đường màu xanh: Tín hiệu sóng chưa lọc - Nhận xét  Do mô với tần số song mang KHz nên tồn song hài lớn Làm mạch thực tế - Bộ nguồn tổ ong với đầu 5V, 12V, 24V  Với đầu 5V nguồn dành cho vi điều khiển  Với đầu 12V nguồn dành cho bên cao IC lái fet IR2101  Với đầu 24V nguồn cho mạch cầu H Hình 23 Bộ nguồn  Vi điều khiển STM32F103C8T6 17 - Sử dụng IC AMS1117_3.3V để tạo nguồn 3.3V cho vi điều khiển Hình 24 Sơ đồ vi điểu khiển  Mạch cầu H Hình 25 Sơ đồ mạch cầu H Kết mơ có được: 18 Hình 26 Hình dạng sóng sin Osiloscope chạy mạch 19 ...  Vi điều khiển STM32F103C8T6 17 - Sử dụng IC AMS1117_3.3V để tạo nguồn 3.3V cho vi điều khiển Hình 24 Sơ đồ vi điểu khiển  Mạch cầu H Hình 25 Sơ đồ mạch cầu H Kết mơ có được: 18 Hình 26 Hình. .. ra, vi điều khiển xử lý tín hiệu đo từ đầu mạch nghịch lưu Sau vi điều khiển sử dụng điều chỉnh PI để điều khiển ổn định điện áp đầu từ tín hiệu đo  Khối đo: Sơ đồ nguyên lý kênh đo điện áp Hình. .. dòng điện chiều thành dòng điện chiều với mức điện áp ổn định cấp cho linh kiện thiết bị hoạt động Vi điều khiển STM32F103C8T6 tạo sung PWM đóng cắt mạch cầu H để tạo điện áp hình sin tương ứng