ĐỒ ÁN 2 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC DÙNG PIC h MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ V DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VI DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VII CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1 1 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1 1 2 LỊCH SỬ RA ĐỜI[.]
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC DÙNG PIC h MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ V DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VI DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .VII CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI : 1.2 LỊCH SỬ RA ĐỜI ĐỘNG CƠ DC VÀ PIC : .1 1.2.1 Động DC : 1.2.2 Vi Điều Khiển PIC 16F877a 1.3 ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI: CHƯƠNG NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2.1 SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT CỦA MẠCH: 2.2 CÁC LINH KIỆN CHÍNH SỬ DỤNG TRONG MẠCH: 2.2.1 Vi Điều Khiển PIC 16F877A: 2.2.2 Module L298D: 2.2.3 Động Cơ DC: 2.3 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG TRONG MẠCH: 10 2.3.1 Điều Chế Độ Rộng Xung (PWM): 10 2.3.2 Mạch Cầu H 12 CHƯƠNG MÔ PHỎNG MẠCH 14 3.1 MÔ PHỎNG MẠCH NGUYÊN LÝ TRÊN PROTUES: 14 3.1.1 Khối nguồn 14 3.1.2 Khối mạch điều khiển: 15 3.1.3 Khối L298D Động Cơ DC 16 3.2 MẠCH IN PCB 17 CHƯƠNG KẾT LUẬN .18 4.1 KẾT LUẬN 18 h 4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO .19 NGUỒN HÌNH ẢNH .20 PHỤ LỤC A 21 h DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Động Cơ Điện Một Chiều .2 Hình 2: Cấu tạo Động Cơ DC Hình 3: Vi Điều Khiển PIC 16F877A Hình 1: Sơ Đồ Khối Mạch Điều Khiển Động Cơ DC Hình 2: Sơ Đồ Chân PIC 16F877A .6 Hình 3: Module Mạch Điều Khiển L298D Hình 4: Nguyên Lý Hoạt Động Động Cơ DC Hình 5: Điều Chế Xung PWM 11 Hình : Mạch Cầu H L298D 12 Hình 1: Khối Mạch Nguồn 14 Hình 2: Khối Mạch Điều Khiển 15 Hình 3: Khối Mạch L298D Động Cơ 16 Hình 4: Mạch PCB thiết kế Protues 17 Hình 5: Mạch PCB thiết kế tích hợp mạch nguồn .17 h DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1: Nguyên tắc hoạt động I/O L298D 13 h DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT EMF (Electromotive force) Sức Điện Động PWM Điều chế độ rộng xung (Pulse-width modulation) DC ( Direct current motor) Động Cơ Điện chiều PIC (Programmable Intelligent Computer) Máy tính khả trình thơng minh h ĐỒ ÁN Trang 1/22 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1Giới Thiệu Đề Tài : Đề tài “Điều khiển Động Cơ DC PIC” đề tài phổ biến mặt ứng dụng động DC vào sống , động DC xuất khắp nơi lĩnh vực công nghệ , tự động , sản xuất vâng Đề tài dùng vi điều khiển PIC 16f877a loại vi điều khiển phổ biến thị trường Đề tài với mục đích tìm hiểu ngun lý hoạt động động DC vi điều khiển PIC 16f877a việc điều khiển Tốc Độ + Chiều Quay Động Cơ DC Yêu Cầu đặt : Lập Trình Pic 16F877A điều khiển tốc độ cho động DC , tốc độ điều khiển nút nhận phản hồi , tăng tốc , giảm tốc , thay đổi chiều quay động 1.2 Lịch Sử đời Động Cơ DC PIC : 1.2.1 Động DC : Động điện chiều (DC) đời khoảng cuối kỷ thứ XIX ,động điện phát minh vĩ loại , động điện máy điện dùng để chuyển đổi lượng điện sang lượng Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC h ĐỒ ÁN Trang 2/22 Hình 1: Động Cơ Điện Một Chiều Động điện DC ( DC viết tắt “ Direct current motor”) động điều khiển trực tiếp có cấu tạo gồm hai dây ( dây nguồn dây tiếp đất ) DC motor động chiều với quay liên tục Khi cung cấp lương động DC bắt đầu quay Chuyển điện thành Các động DC quay với cường độ RPM cao ( số vòng/phút ) động DC ứng dụng để làm quạt máy tính kiểm sốt tốc độ bánh xe Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC h ĐỒ ÁN Trang 3/22 Hình 2: Cấu tạo Động Cơ DC Để điều khiển tốc độ quay động DC, ta dùng điều biến độ rộng xung (kí hiệu PWM), kỹ thuật điều khiển tốc độ việc bật tắt xung điện Tỷ lệ phần trăm vận tốc với thời gian thiết bị điều khiển chế bật tắt mức độ số vòng quay xác định động 1.2.2 Vi Điều Khiển PIC 16F877a PIC họ vi điều khiển RISC sản xuất cơng ty MicrochipTechnology. Dịng PIC PIC 1650 phát triển Microelectronics Division sở hữu bởi General Instrument PIC chữ viết tắt "Programmable Intelligent Computer" (Máy tính khả trình thơng minh) sản phẩm hãng General Instruments đặt cho dòng sản phẩm họ PIC1650 Lúc này, PIC1650 dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16bit CP1600, vậy, người ta gọi PIC với tên "Peripheral Interface Controller" (Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi) Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC h ĐỒ ÁN Trang 4/22 Hình 3: Vi Điều Khiển PIC 16F877A 1.3 Ứng Dụng Của Đề Tài: Động điện chiều ứng dụng rộng rãi đời sống , sản xuất đại , làm động điện , máy phát điện trường hợp làm việc khác Động điện chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt, sử dụng ngành công nghiệp cần yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ : cán thép , hầm mỏ , giao thông vận tải Vi Điều Khiển PIC ứng dụng lập trình tự động , điều khiển , robot lĩnh vực công nghệ cao khác Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC h ĐỒ ÁN Trang 8/22 Nhiệt độ bảo quản: -25 ℃ đến khoảng 130 ℃ Các chức module L298D: Hình 3: Module Mạch Điều Khiển L298D INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 nối với chân 5, 7, 10, 12 L298 Đây chân nhận tín hiệu điều khiển OUTUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tương ứng với chân INPUT) nối với chân 2, 3,13,14 L298 Các chân nối với động Hai chân ENA ENB dùng để điều khiển mạch cầu H L298 Nếu mức logic “1” (nối với nguồn 5V) cho phép mạch cầu H hoạt động, mức logic “0” mạch cầu H khơng hoạt động Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC h ĐỒ ÁN Trang 9/22 Power : module ta cấp nguồn 12VDC vào +12VPower ta +5V Power hình để cấp cho vi điều khiển cần 2.2.3 Động Cơ DC: Hình 4: Nguyên Lý Hoạt Động Động Cơ DC Gồm có phần : Stator (Phần Cảm) : động điện chiều thường hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện Rotor (Phần Ứng) : có cuộn dây quấn nối với nguồn điện chiều phần chỉnh lưu ( chổi than cổ góp) : Bộ phận chỉnh lưu, có nhiệm vụ đổi chiều dịng điện chuyển động quay rotor liên tục Thông thường phận gồm có cổ góp chổi than tiếp xúc với cổ góp Nguyên Tắc Hoạt Động: - Pha 1: Từ trường rotor cực với stator, đẩy tạo chuyển động quay rotor Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC h ĐỒ ÁN Trang 10/22 - Pha 2: Rotor tiếp tục quay - Pha 3: Bộ phận chỉnh điện đổi cực cho từ trường stator rotor dấu, trở lại pha Nếu động điện quay(kéo) với lực tác động bên ngồi , động điện hoạt động máy phát điện chiều , tạo sức điện động cảm ứng EMF Đặc tính động điện hàm có dạng M=f(w) w=f(M) w vận tốc góc M mơ mem 2.3 Một số Phương Pháp Sử Dụng Mạch: 2.3.1 Điều Chế Độ Rộng Xung (PWM): Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) để điều khiển tốc độ động chiều (DC) sở họ vi điều khiển bit Nguyên tắc phương pháp PWM giải thuật lập trình tạo xung PWM cho họ vi điều khiển khác như: 8051, P89V51RD2, PIC 16F877A, ATMEGA16 đề xuất Việc điều khiển động DC phương pháp đề xuất minh họa qua kết mô Proteus Nguyên tắc ản phương pháp điều khiển PWM giữ nguyên giá trị điện áp thay đổi thời gian đặt điện áp vào động Điều có nghĩa, với tần số đóng ngắt công tắc đủ lớn, thời gian cấp điện áp vào động lâu điện áp trung ình cao, ngược lại thời gian cấp điện vào động ngắn điện áp trung bình giảm Như vậy, PWM kỹ thuật so sánh tỷ lệ phần trăm điện áp nguồn cách đóng ngắt nhanh nguồn điện cấp vào động tạo tín hiệu xung, với độ rộng xung (thời gian cấp điện áp) xác định tạo điện áp trung bình xác định (được minh họa hình 1) Khi tần số đóng ngắt đủ lớn (thường từ ÷ 20 kHz), động chạy với tốc độ ổn định nhờ moment quay Đại lượng mô tả mối quan hệ khoảng thời gian T-on T-off gọi độ rộng xung (duty cycle ) Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC h ĐỒ ÁN Trang 11/22 Hình Điều Chế Xung PWM Phương Pháp tạo xung PWM VĐK PIC 16F877A Vi điều khiển PIC16F877A có hỗ trợ kênh điều xung phần cứng chân C1 (CCP2) C2(CCP1) sử dụng TIMER2 Khi khai áo điều xung PWM tần số độ rộng xung cụ thể vi điều khiển thực công việc xuất xung cách liên tục tự động có thay đổi giá trị độ rộng xung Các hàm hỗ trợ tạo xung PWM CCS: setup_timer_2 (mode, period, postscale) // hàm thiết lập timer - mode: T2_DIV_BY_1, T2_DIV_BY_4, T2_DIV_BY_16 - period: 255 - postscale: setup_ccp1(mode) setup_ccp2(mode) // hàm thiết lập chế độ PWM mode: - CCP_PWM: chọn chế độ PWM - CCP_OFF: tắt chế độ PWM Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC h ĐỒ ÁN Trang 12/22 set_pwm1_duty(value) set_pwm2_duty(value) // hàm thiết lập giá trị PWM Nếu value giá trị kiểu int bit: Nếu value giá trị long int 16 bit: phương pháp điều khiển tốc độ động DC kỹ thuật PWM sử dụng họ vi điều khiển thông dụng 2.3.2 Mạch Cầu H Nguyên Lý hoạt động mạch cầu H Module L298D: Hình : Mạch Cầu H L298D Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC h ĐỒ ÁN Trang 13/22 Input1 LOW Input2 LOW Action Động Cơ Nghĩ Dừng HIGH LOW Động Cơ Quay Thuận LOW HIGH Động Cơ Quay Nghịch HIGH HIGH Động Cơ Nghĩ Dừng Bảng 1 Nguyên tắc hoạt động I/O L298D Như ta thấy động L298D điều khiển chân In1,In2 ngõ Out1 Out2 Ngõ vào In1 In2 mức Low High động nghĩ , khác mức động hoạt động Ngoài chân EnA EnB chân cho phép mạch cầu hoạt động khơng đặt mức logic “1” chân mạch không hoạt động Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC h ĐỒ ÁN Trang 14/22 CHƯƠNG 3.1 MƠ PHỎNG MẠCH Mơ mạch ngun lý Protues: 3.1.1 Khối nguồn Mạch lấy nguồn xoay chiều qua Adapter AC/DC 220VAC/12VDC , ổn áp IC 7805 Hình 1: Khối Mạch Nguồn Chức phần tử mạch: IC7805 : chức ổn áp điện áp 5VDC cung cấp cho mạch vi điều khiển PIC 16f877a điện áp ổn định C1 ( có phân cực ) ổn áp ngõ vào ngõ , diện dung tụ lớn điện áp vào IC 7805 phẳng C3 C4 ( không phân cực ) tụ giấy lọc nhiễu tần số cao ngõ vào mạch , bảo đảm mạch không bị nhiễu C2 Tụ hóa có tác dụng dập dao động tự kích sử dụng IC ổn áp dịng 78xx Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC h