Trường Đại học Cần Thơ Trường Bách khoa _Báo cáo học phần kĩ thuật Vi điều khiển_CN581 Đề tài: Tìm hiểu về Encoder – Thiết kế mạch hiển thị tốc độ động cơ ra LED 7 đoạn. Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Khắc Nguyên Học phần : Kĩ thuật Vi điều khiển_CN581 Nhóm : 08 Sinh viên thực hiện : Nguyễn Nhật Linh_B2012513 Nguyễn Mạnh Hà_B2012497 Trịnh Chí Bằng_B2012486 Trần Văn Khang_B2012507
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRƯỜNG BÁCH KHOA ….… BÀI BÁO CÁO KĨ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN Đề tài: Tìm hiểu Encoder – Thiết kế mạch hiển thị tốc độ động LED đoạn Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Khắc Nguyên Học phần : Kĩ thuật Vi điều khiển_CN581 Nhóm : 08 Sinh viên thực : Nguyễn Nhật Linh_B2012513 Nguyễn Mạnh Hà_B2012497 Trịnh Chí Bằng_B2012486 Trần Văn Khang_B2012507 Cần thơ: 11/2022 Kĩ thuật Vi điều khiển_CN581 Trường đại học Cần Thơ LỜI CẢM ƠN “Để hồn thành báo cáo này, nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: Thầy Nguyễn Khắc Nguyên tận tình hướng dẫn, góp ý kiến để nhóm em hồn thành làm Trong q trình làm báo cáo chắn không tránh khỏi thiếu sót, hạn chế kiến thức Rất mong nhận nhận xét, đóng góp ý kiến từ phía Thầy để làm nhóm em hồn thiện Lời cuối cùng, xin kính chúc thầy nhiều sức khỏe, thành công hạnh phúc.” Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Nhóm 08 SVTH: Nhóm Trang Kĩ thuật Vi điều khiển_CN581 Trường đại học Cần Thơ MỤC LỤC Kĩ thuật Vi điều khiển_CN581 I TÌM HIỂU VỀ ENCODER Khái niệm Encoder Cấu tạo Encoder: Nguyên lí hoạt động Encoder: Phân loại Encoder: Ứng dụng Encoder II ĐỀ XUẤT HƯỚNG GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI Mô tả ý tưởng, mục tiêu, chức đề tài: .7 1.1 Mô tả ý tưởng 1.2 Mục tiêu 1.3 Chức Mơ hình hệ thống: .7 2.1 Dạng sơ đồ khối 2.2 Mô tả sơ đồ dạng khối hệ thống: Thiết kế phần cứng hệ thống: 3.1 Vẽ sơ đồ khối phần cứng hệ thống 3.2 Chọn thiết bị Thiết kế phần mềm hệ thống: .9 4.1 Phát thảo lưu đồ giải thuật: Dự kiến kết khả ứng dụng thực tế: 10 5.1 Dự kiến kết đạt 10 5.2 Khả ứng dụng thực tế 10 Dự trù vật tư thiết bị: 10 III KẾT QUẢ THỰC HIỆN 10 Mơ hình mơ Proteus: 10 Mơ hình 3D sau vẽ PCB 10 Mơ hình thực tế: .11 Đoạn Code cho chương trình: 12 Kết thực .17 Hướng phát triển 17 IV PHỤ LỤC 17 SVTH: Nhóm Trang Kĩ thuật Vi điều khiển_CN581 Trường đại học Cần Thơ Quá trình thực đề tài: 17 Nhiệm vụ thành viên nhóm 18 SVTH: Nhóm Trang Kĩ thuật Vi điều khiển_CN581 Trường đại học Cần Thơ I TÌM HIỂU VỀ ENCODER Khái niệm Encoder - Encoder cảm biến (còn gọi mã hóa) chuyển động học tạo tín hiệu kỹ thuật số đáp ứng với chuyển động Là thiết bị điện có khả làm biến đổi chuyển động thành tín hiệu số xung Hình 1: Hình ảnh encoder Cấu tạo Encoder: - Encoder có cấu tạo gồm phần: • Một đĩa quay (có lỗ gắn vào trục động cơ) • Một đèn Led làm nguồn phát sáng • Một mắt thu quang điện • Bảng mạch điện (khuếch đại tín hiệu) Bảng mạch điện Mắt thu quang điện Đĩa quay Đèn led Housing assembly Hình 2: Cấu tạo encoder SVTH: Nhóm Trang Kĩ thuật Vi điều khiển_CN581 Trường đại học Cần Thơ Nguyên lí hoạt động Encoder: - Khi đĩa quay quanh trục, đĩa có rãnh để tín hiệu quang chiếu qua (Led) Chỗ có rãnh ánh sáng xun qua được, chỗ khơng có rãnh ánh sáng khơng xun qua Với tín hiệu có khơng người ta ghi nhận đèn Led có chiếu qua hay khơng Số xung Encoder quy ước số lần ánh sáng chiếu qua khe VD: Trên đĩa có 100 khe vịng quay, encoder đếm 100 tín hiệu Đây nguyên lý hoạt động Encoder với chủng loại khác đĩa quay có nhiều lỗ tín hiệu thu nhận khác Phân loại Encoder: - Phân loại theo phương tiện đầu Encoder gồm loại chính: Encoder tuyệt đối Encoder tương đối + Encoder tuyệt đối: Tín hiệu ta nhận từ Encoder cho biết xác vị trí Encoder mà người sử dụng khơng phải xử lý thêm + Encoder tương đối: Phát tín hiệu tăng dần theo chu kỳ Hình 3: encoder tuyệt đối - - - Hình 4: encoder tương đối So sánh chi tiết hai loại Encoder này: ➢ Encoder tuyệt đối: • Sử dụng đĩa theo mã nhị phân mã Gray • Kết cấu gồm: phát ánh sáng (LED), đĩa mã hóa, thu ánh sáng • Đĩa mã hóa Encoder chế tạo từ vật liệu suốt, góc đường tròn đồng tâm Ưu điểm: giữ giá trị tuyệt đối Encoder nguồn Nhược điểm: giá thành cao chế tạo phức tạp, đọc tín hiệu khó ➢ Encoder tương đối: • Đĩa mã hóa bao gồm dãi băng tạo xung, chia thành nhiều lỗ cách • Chất liệu suốt để giúp ánh sáng chiếu qua • Là Encoder có 1,2 tối đa vịng lỗ, thường có thêm lỗ định vị Ưu điểm: giá thành rẻ, chế tạo đơn giản, xử lý tín hiệu trả dễ dàng SVTH: Nhóm Trang Kĩ thuật Vi điều khiển_CN581 - Trường đại học Cần Thơ Nhược điểm: dễ bị sai lệch xung trả Có tích lũy sai số hoạt động lâu dài Ứng dụng Encoder - Encoder có nhiều ứng dụng thực tế, tiêu biểu như: + Ứng dụng biểu thị tốc độ (Đo tốc độ dòng chảy) + Ứng dụng đo lường (Encoder gắn vào băng tải giúp xác định chiều dài để cắt sản phẩm) + Ứng dụng đếm số lượng (Đếm sản phẩm băng truyền) + Ứng dụng ngành khí: Giúp xác định xác vị trí trục máy vị trí dao cắt để gia cơng đạt độ xác + Ứng dụng cơng nghiệp: Trong lĩnh vực Ơ tơ, Điện tử tiêu dùng, Công nghiệp, Y tế, Quân đội v.v… II ĐỀ XUẤT HƯỚNG GIẢI QUYẾT ĐỀ TÀI Mô tả ý tưởng, mục tiêu, chức đề tài: 1.1 Mô tả ý tưởng - Dùng Vi điều khiển MSP430G2553 làm vi sử lí kết hợp với Encoder để hiển thị tốc độ động led đoạn 1.2 - Mục tiêu Tốc độ động (số vòng quay) đo sau xử lí hiển thị ngõ led đoạn 1.3 - Chức Dùng để đo tốc độ động ứng dụng lĩnh vực công nghiệp Mô hình hệ thống: 2.1 Dạng sơ đồ khối Bộ nguồn (Nguồn ) Động Bộ hiển thị (DC motor) (LED đoạn) Bộ đo lường Bộ xử lí ( Encoder) (MSP430G2553) Hình 5: Sơ đồ dạng khối hệ thống SVTH: Nhóm Trang Kĩ thuật Vi điều khiển_CN581 Trường đại học Cần Thơ Mô tả sơ đồ dạng khối hệ thống: ❖ Mô tả ngắn hoạt động sơ đồ: - Sau cấp nguồn cho hệ thống, động hoạt động Encoder đếm số xung để cấp cho vi điều khiển MSP430G2553 giá trị đầu hiển thị led đoạn 2.2 Thiết kế phần cứng hệ thống: 3.1 Vẽ sơ đồ khối phần cứng hệ thống MSP430G2553 Nguồn Encoder Mạch điều khiển tốc độ động Động (L298N) (DC motor) Led đoạn Hình 6: Sơ đồ dạng khối hệ thống 3.2 Chọn thiết bị MSP430G2553 Led đoạn SVTH: Nhóm L298N Điện trở Trang Động IC 74HC595 Kĩ thuật Vi điều khiển_CN581 Trường đại học Cần Thơ Biến trở Tụ 1000𝜇F 7805 … Thiết kế phần mềm hệ thống: 4.1 Phát thảo lưu đồ giải thuật: BEGIN Đặt chân P.x P.y làm đầu vào Xuất xung chân P.x P.y True Đếm xung (quay thuận) False If A ≠ 𝐵 Vận tốc quay (Vòng/phút) Hiển thị led đoạn END Hình 7: Lưu đồ hệ thống SVTH: Nhóm Trang Đếm xung (quay nghịch) Kĩ thuật Vi điều khiển_CN581 Trường đại học Cần Thơ Dự kiến kết khả ứng dụng thực tế: 5.1 Dự kiến kết đạt - Phần chính: Hệ thống đọc hiển thị hình led đoạn tốc độ động quay - Phần phụ: Có thể điều chỉnh độ nhanh, chậm đảo chiều động thông qua mạch điều khiển L298N Khả ứng dụng thực tế 5.2 - Khả ứng dụng encoder vào thực tế cao linh hoạt ngồi việc sử dụng đo tốc độ dùng encoder để đếm sản phẩm, đo chiều dài… Ứng dụng nhiều lĩnh vực nêu phần ứng dụng Encoder Dự trù vật tư thiết bị: - Tính tốn hợp lí thiết bị cần cho đề tài phù hợp với kinh phí có - Tùy vào tình hình chọn linh kiện phù hợp để thực đề tài, linh hoạt đưa hướng giải để hoàn thành đề tài giao III KẾT QUẢ THỰC HIỆN Mơ hình mơ Proteus: Mơ hình 3D sau vẽ PCB SVTH: Nhóm Trang 10 Kĩ thuật Vi điều khiển_CN581 MSP430G2553 Biến trở Mơ hình thực tế: Trường đại học Cần Thơ Modun led đoạn IC74HC5 95 Sau cấp nguồn led hiển thị tốc độ động (vòng/phút) Điều chỉnh biến trở để tốc độ động SVTH: Nhóm Trang 11 Encoder L298N Kĩ thuật Vi điều khiển_CN581 Trường đại học Cần Thơ Đoạn Code cho chương trình: ❖ Đoạn code cho chương trình: // khai bao thu vien #include "io430g2553.h" #include "stdio.h" #include "string.h" // khai bao hang int val,giatri; int xung=0; unsigned int ReadADC10(int chanel); int timer = 0; int counter=0; int tocdo; int timer; int xung; #define SH_CP #define DS P2OUT_bit.P0 P2OUT_bit.P1 #define ST_CP P2OUT_bit.P2 #define L1 P2OUT_bit.P3 #define L2 P2OUT_bit.P4 #define L3 P2OUT_bit.P5 // khai bao chuong trinh void delayms(int ms); void caidat(); void shiftout(char x); int encoder; // ma anod chung char so[] = {0x03, 0x9F, 0x25, 0x0D, 0x99, 0x49, 0x41, 0x1F,0x01,0x19}; int i,j; // chuong trinh quet led 7seg SVTH: Nhóm Trang 12 Kĩ thuật Vi điều khiển_CN581 Trường đại học Cần Thơ void shiftout(char x) { int i; for(i = 0; i < 8; i++) { if(x & (1