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 lớn của ngành kĩ thuật điện tử, kĩ thuật vi xử lý. Với sự phát triển như vũ bão như hiện nay thì kỹ thuật điện tử , kĩ thuật vi xử lý đang xâm nhập vào tất cả các ngành khoa học – kỹ 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 tử. Và việc ứng dụng các kỹ thuật này vào thực tế sẽ giúp ích rất nhiều cho mọi người. Để góp một phần nhỏ vào việc này chúng em đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu , thiết kế mạch điều khiển động cơ bước dùng vi điều khiển ” thông qua đề tài này chúng em sễ có những điều kiện tốt nhất để học hỏi, tích lũy kinh nghiệm quý báu, bổ xung thêm vào hành trang của mình trên con đường đã chọn.
TRANG BỊ ĐIỆN Nghiên cứu , thiết kế mạch điều khiển động bước dùng vi điều khiển LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, kinh tế nước ta phát triển mạnh mẽ nhanh chóng, để đạt kết có đóng góp lớn Giáo viên hướng dẫn:Lê Thi Minh Tâm TRANG BỊ ĐIỆN ngành kĩ thuật điện tử, kĩ thuật vi xử lý Với phát triển vũ bão kỹ thuật điện tử , kĩ thuật vi xử lý xâm nhập vào tất ngành khoa học – kỹ thuật khác đáp ứng nhu cầu người dân Sự đời vi mạch điều khiển với giá thành giảm nhanh, khả lập trình ngày cao mang lại thay đổi sâu sắc ngành kỹ thuật điện tử Và việc ứng dụng kỹ thuật vào thực tế giúp ích nhiều cho người Để góp phần nhỏ vào việc chúng em thực đề tài “Nghiên cứu , thiết kế mạch điều khiển động bước dùng vi điều khiển ” thông qua đề tài chúng em sễ có điều kiện tốt để học hỏi, tích lũy kinh nghiệm quý báu, bổ xung thêm vào hành trang đường chọn Trong thời gian nghiên cứu làm đồ án dựa vào kiến thức học trường, qua số sách, tài liệu có liên quan với giúp đỡ tận tình thầy giáo bạn đồ án môn học chúng em hoàn thành Mặc dù cố gắng nghiên cứu trình bày khơng thể tránh khỏi sai sót nhầm lẫn, chúng em mong thầy, giáo bạn đóng góp ý kiến quý báu để đồ án môn học hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực : MỤC LỤC Contents LỜI NÓI ĐẦU Giáo viên hướng dẫn:Lê Thi Minh Tâm TRANG BỊ ĐIỆN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN : Chương I:TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC 1.1 Giới thiệu chung .5 1.2 Các loại động bước,nguyên lý hoạt động 1.2.1Giới thiệu 1.2.2 Động biến từ trở 1.2.3 Động đơn cực 10 1.2.4 Động hai cực .12 1.2.5 Động nhiều pha 14 1.2.6 Kết Luận .15 1.3 Các mạch điều khiển động bước 16 1.3.1 Giới thiệu .16 1.3.2 Động biến từ trở 17 1.3.3 Động hỗn hợp nam châm vĩnh cửu đơn cực .19 1.3.4Driver động đơn cực biến từ trở 22 1.3.5 Động hai cực mạch cầu H 24 Chương II:VI ĐIỀU KHIỀN 89C51 .29 2.1 Sơ đồ khối 29 2.2 Cấu tạo phần cứng: 32 2.3 Mạch để 89C51 làm việc: 35 CHƯƠNG III: THIÊT KẾ MẠCH ĐIỆN DIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC .36 3.1Thiết kế mạch điều khiển mạch lực: 36 3.1.1 Chọn đông bước 36 3.1.2 Kết nối Vi Điều khiển với động bước: .36 3.2 Xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch 37 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý : 37 3.2.2 Nguyên lý hoạt động mạch: 37 3.3 Mạch nguồn : .38 3.4 Một số linh kiện điện tử dùng mạch : 38 3.4.1 H1061 38 Giáo viên hướng dẫn:Lê Thi Minh Tâm TRANG BỊ ĐIỆN 3.4.2 IC 74HC245: 40 3.5 Chương trình điều khiển Lưu đồ thuật giải .41 3.5.1 Lưu đồ thuật giải 41 3.5.2 Chương trình điều khiển : 42 3.6 Hình ảnh sản phẩm hoàn thành: 45 3.6.1 Mạch in : 45 3.6.2 hình ảnh sản phẩm thực tế .46 KẾT LUẬN 47 Giáo viên hướng dẫn:Lê Thi Minh Tâm TRANG BỊ ĐIỆN Chương I:TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC 1.1 Giới thiệu chung Động bước mô tả động điện không dùng chuyển mạch Cụ thể, mấu động stator, rotor nam châm vĩnh cửu trường hợp động biến từ trở, khối làm vật liệu nhẹ có từ tính Tất mạch đảo phải điều khiển bên điều khiển, đặc biệt, động điều khiển thiết kế để động giữ nguyên vị trí cố định quay đến vị trí Hầu hết động bước chuyển động tần số âm thanh, cho phép chúng quay nhanh, với điều khiển thích hợp, chúng khởi động dừng lại dễ dàng vị trí Hình ảnh thực tế đông bước Trong vài ứng dụng, cần lựa chọn động servo động bước Cả hai loại động xác định vị trí xác, chúng khác số điểm Servo motor địi hỏi tín hiệu hồi tiếp analog Đặc biệt, điều địi hỏi tắc-cơ để cung cấp tín hiệu hồi tiếp vị trí rotor, số mạch phức tạp để điều khiển sai lệch vị trí mong muốn trí tức thời lúc dịng qua động dao động tắt dần.Để Giáo viên hướng dẫn:Lê Thi Minh Tâm TRANG BỊ ĐIỆN lựa chọn động bước động servo, phải xem xét số vấn đề,và phụ thuộc vào ứng dụng thực tế Ví dụ, khả trở vị trí vượt qua phụ thuộc vào hình dạng rotor động bước, đó, khả lặp lại vị trí động servo nói chung phụ thuộc vào độ ổn định tắc cô linh kiện analog khác mạch hồi tiếp Động bước dùng hệ thống điều khiển vòng hở đơn giản; hệ thống đảm bảo cho hệ thống điều khiển gia tốc với tải trọng tĩnh, tải trọng thay đổi điều khiển gia tốc lớn, người ta dùng hệ điều khiển vịng kín với động bước Nếu động bước hệ điều khiển vòng mở tải, tất giá trị vị trí động bị hệ thống phải nhận diện lại; servo motor khơng xảy vấn đề VD: Trong thưc tế động bước có nhiều ứng dụng ví dụ dùng đơng bước điều khiển tốc độ quay turbine sử dụng đông bước để xoay cánh Nhược điểm động gió tốc độ gió thay đổi, tốc độ quay turbine thay đổi theo Có thể giữ cho tốc độ quay turbine ổn định cách xoay cánh turbine, thay đổi diện tích bề mặt hứng gió cánh Bài báo giới thiệu kết nghiên cứu thiết kế, chế tạo mơ hình điều khiển tốc độ quay turbine gió cách sử dụng động bước để xoay cánh Hiển thị tốc độ Điều tốc Chuyển đổi Quạt 380 V Cảm biến tốc độ Bộ BT Đg So sánh Chuẩn Điều khiển Đ kh Hình Mơ hình điều khiển tốc độ quay turbine sử dụng động bước để xoay cánh Giáo viên hướng dẫn:Lê Thi Minh Tâm TRANG BỊ ĐIỆN Cấu tạo turbine gió Cơng trình sản xuất điện bắng sức gió nước đức Động bước tiếng Đức SCHRITTMOTOREN, tiếng Pháp MOTEURS PAS À PAS, tiếng Tây Ban Nha MOTOR PASO PAS Giáo viên hướng dẫn:Lê Thi Minh Tâm TRANG BỊ ĐIỆN 1.2 Các loại động bước,nguyên lý hoạt động 1.2.1Giới thiệu Động bước chia làm hai loại, nam châm vĩnh cửu biến từ trở (cũng có loại động hỗn hợp nữa, khơng khác biệt với động nam châm vĩnh cửu) Nếu nhãn động cơ, bạn phân biệt hai loại động cảm giác mà không cần cấp điện cho chúng Động nam châm vĩnh cửu dường có nấc bạn dùng tay xoay nhẹ rotor chúng, động biến từ trở dường xoay tự (mặc dù cảm thấy chúng có nấc nhẹ giảm từ tính rotor) Bạn phân biệt hai loại động ohm kế Động biến từ trở thường có mấu, với dây chung, đó, động nam châm vĩnh cửu thường có hai mấu phân biệt, có khơng có nút trung tâm Nút trung tâm dùng động nam châm vĩnh cửu đơn cực Động bước phong phú góc quay Các động quay 90 độ bước, động nam châm vĩnh cửu xử lý cao thường quay 1.8 độ đến 0.72 độ bước Với điều khiển, hầu hết loại động nam châm vĩnh cửu hỗn hợp chạy chế độ nửa bước, vài điều khiển điều khiển phân bước nhỏ hay gọi vi bước Đối với động nam châm vĩnh cửu động biến từ trở, mấu động kích, rotor (ở khơng tải) nhảy đến góc cố định sau giữ nguyên góc moment xoắn vượt qua giá trị moment xoắn giữ (hold torque) động 1.2.2 Động biến từ trở Giáo viên hướng dẫn:Lê Thi Minh Tâm TRANG BỊ ĐIỆN Hình 1.1 Nếu motor bạn có cuộn dây, nối biểu đồ hình 1.1, với đầu nối chung cho tất cuộn, động biến từ trở Khi sử dụng, dây nối chung (C) thường nối vào cực dương nguồn cuộn kích theo thứ tự liên tục Dấu thập hình 1.1 rotor động biến từ trở quay 30 độ bước Rotor động có stator có cực, cuộn quấn quanh hai cực đối diện.Khi cuộn kích điện, X rotor bị hút vào cực 1.Nếu dòng qua cuộn bị ngắt đóng dịng qua cuộn 2, rotor quay 30 độ theo chiều kim đồng hồ Y hút vào cực Để quay động cách liên tục, cần cấp điện liên tục luân phiên cho cuộn Theo logic đặt ra, bảng có nghĩa có dịng điện qua cuộn, chuỗi điều khiển sau quay động theo chiều kim đồng hồ 24 bước vòng: Cuộn 1001001001001001001001001 Cuộn 0100100100100100100100100 Cuộn 0010010010010010010010010 thời gian > Phần Điều khiển mức trung bình cung cấp chi tiết phương pháp tạo dãy tín hiệu điều khiển vậy, phần Các mạch điều khiển bàn việc đóng ngắt dịng điện qua cuộn để điều khiển động từ chuỗi Giáo viên hướng dẫn:Lê Thi Minh Tâm TRANG BỊ ĐIỆN Hình dạng động mơ tả hình 1.1, quay 30 độ bước, dùng số rotor số cực stator tối thiểu Sử dụng nhiều cực nhiều cho phép động quay với góc nhỏ Tạo mặt bề mặt cực rotor cách phù hợp cho phép bước nhỏ đến vài độ 1.2.3 Động đơn cực Hình 1.2 Động bước đơn cực, nam châm vĩnh cửu động hỗn hợp, với 5, dây thường quấn sơ đồ hình 1.2, với đầu nối trung tâm cuộn Khi dùng, đầu nối trung tâm thường nối vào cực dương nguồn cấp, hai đầu lại mấu nối đất để đảo chiều từ trường tạo cuộn Sự khác hai loại động nam châm vĩnh cửu đơn cực động hỗn hợp đơn cực khơng thể nói rõ nội dung tóm tắt tài liệu Từ đây, khảo sát động đơn cực, khảo sát động nam châm vĩnh cửu, việc điều khiển động hỗn hợp đơn cực hoàn toàn tương tự Mấu nằm cực stator, mấu nằm hai cực bên phải bên trái động Rotor nam châm vĩnh cửu với cực, Nam Bắc, xếp xen kẽ vịng trịn Để xử lý góc bước mức độ cao hơn, rotor phải có nhiều cực đối xứng Động 30 độ bước hình thiết kế động nam châm vĩnh 10 Giáo viên hướng dẫn:Lê Thi Minh Tâm ... vi? ??c: 35 CHƯƠNG III: THIÊT KẾ MẠCH ĐIỆN DIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC .36 3. 1Thiết kế mạch điều khiển mạch lực: 36 3.1.1 Chọn đông bước 36 3.1.2 Kết nối Vi Điều khiển với động. .. cực động phức tạp Minh hoạ hình 1.3 cách nối động cơ, phần rotor giống y ,như hình 1.2 Mạch điều khiển cho động đòi hỏi mạch điều khiển cầu H cho mấu; điều bàn chi tiết phần Các mạch điều khiển. .. cấp nguồn động cơ, mạch điều khiển hệ thống số định công tắc đóng hay ngắt Phần nói đến loại động cơ, từ mạch điện điều khiển động biến thiên từ trở đến mạch cầu H để điều khiển động nam châm