điều khiển tốc độ động cơ dc dùng pid

Đồ án môn học “ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC DÙNG PID” là một trong những kết quả của sự vận dụng những kiến thức đã học của sinh viên Đại Học ngành điện tử vào thực tế.. Tổng chập của ba

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta đang trong thời kì công nghiệp hóa , hiện đại hóa Nền kinh tế ngày càng phát triển mạnh mẽ , đời sống nhân dân ngày càng được nâng cao Qua đó nhu cầu của ngừơi dân cũng tăng theo, điều đó đòi hỏi các nhà máy sản xuất phải nâng cao năng suất và đảm bảo cả về mặt chất lượng Để làm được điều đó các nhà máy phải ngày càng nâng cao về mặt tự động hóa Trong các dây chuyền sản xuất tự động thì động cơ DC là một

cơ cấu điều khiển hữu hiệu Động cơ DC được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất tự động , ngoài ra động cơ DC còn được ứng dụng trong các thiết bị điều khiển chính xác, ví dụ như điều khiển robot…

Trong quá trình học ở trường sinh viên cần phải vận dụng được các kiến thức đã học vào thưc tế Đồ án môn học “ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ

ĐỘNG CƠ DC DÙNG PID” là một trong những kết quả của sự vận dụng những kiến thức đã học của sinh viên Đại Học ngành điện tử vào thực tế Qua đó giúp cho mỗi sinh viên có thể hiểu rõ hơn những gì đã học ở lý

thuyết mà chưa có dịp để ứng dụng vào thực tế

LỜI CẢM ƠN

Dù Em đã có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện đồ án này, tuy nhiên cũng không thể tránh khỏi những thiếu sót Kính mong Thầy cùng các

bạn thẳng thắn đóng góp ý kiến để đồ án môn học của em được hoàn thiện

hơn

Em xin chân thành cảm ơn Thầy Trương Ngọc Anh đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn , Đồng cảm ơn đến các bạn trong lớp 081011 đã góp ý cho mình trong quá trình thực hiện đồ án

MỤC LỤC

PHẦN I GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1. Giới thiệu sơ lược các module của mạch

2 Giới thiệu về thuật toán PID

3 Phương án thực hiện

4 Sơ đồ nguyên lý mạch

5 Các bước vận hành mạch

6 Giới hạn đề tài

7 Hướng phát triển đề tài

PHẦN II NỘI DUNG

1 KHỐI ĐIỀU KHIỂN

2 KHỐI HIỂN THỊ

3 KHỐI XỬ LÝ

4 KHỐI CƠNG SUẤT

1 Sơ đồ mạch in

2 Sơ đồ linh kiện

PHẦN III KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

1 Kết luận (nêu tóm tắt các vấn đề đã thực hiện được)

2 Hướng phát triển (nêu hướng phát triển của đề tài)

3 Phụ lục:Code chương trình

PHẦN I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC CÁC MODULE CỦA MẠCH

 Yêu cầu đặt ra: Lập trình C cho PIC16f877a điều khiển ổn định tốc độđộng cơ DC dùng phương pháp PID Tốc độ đặt trước động cơ được nhậptừ nút nhấn, tốc độ tức thời hồi tiếp từ động cơ được hiển thị trên LCD16x2

 Tóm tắt hướng thực hiện đề tài:

+ Sử dụng vi điều khiển PIC làm vi điều khiển trung tâm Dùng phần mềmCCS để lập trình và biên dịch

+ Xây dựng khối nút nhấn gồm 6 nút nhấn để điều khiển tốc độ và chiềuđộng cơ, đồng thời có thêm một nút nhấn để reset VĐK

+ Hiển thị tốc độ động cơ dùng màn hình LCD 16x2 lập trình ở chế độ 8 bit

+ Dùng IC L298 và IC cổng logic 7408 và 7414 để làm cơ cấu lái và đệmcông suất cho động cơ.

+ Dùng kênh PWM ccp1 để thay đổi tốc độ cho động cơ

+ Đối tượng điều khiển là động cơ DC 12V có tích hợp encoder

+ Khối nguồn cung cấp cho mạch sử dụng IC7805 ổn định 5V

cấp cho vi điều khiển và khối nguồn dùng IC7812 tạo điện áp 12V cấp chođộng cơ DC

2 GIỚI THIỆU VỀ THUẬT TOÁN PID:

phản hồi vịng điều khiển (bộ điều khiển) tổng quát được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển cơng nghiệp – bộ điều khiển PID được sử dụng phổ biến nhất trong số các bộ điều khiển phản hồi Một bộ điều khiển PID tính tốn một giá trị "sai số" là hiệu số giữa giá trị đo thơng số biến đổi và giá trị đặt mong muốn Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Trong trường hợp khơng cĩ kiến thức cơ bản về quá trình, bộ điều khiển PID là bộ điều khiển tốt nhất

tính tốn phải điều chỉnh theo tính chất của hệ thống-trong khi kiểu điều khiển là giống nhau, các thơng số phải phụ thuộc vào đặc thù của hệ thống

đơi khi nĩ cịn được gọi là điều khiển ba khâu: các giá trị tỉ lệ,tích

phân và đạo hàm, viết tắt là P, I, và D Giá trị tỉ lệ xác định tác động của sai

số hiện tại, giá trị tích phân xác định tác động của tổng các sai số quá khứ,

và giá trị vi phân xác định tác động của tốc độ biến đổi sai số Tổng chập của

ba tác động này dùng để điều chỉnh quá trình thơng qua một phần tử điều

vậy, những giá trị này cĩ thể làm sáng tỏ về quan hệ thời gian: P phụ thuộc vào sai số hiện tại, I phụ thuộc vào tích lũy các sai số quá khứ, và D dự đốn các sai số tương lai, dựa vào tốc độ thay đổi hiện tại.

- Bằng cách điều chỉnh 3 hằng số trong giải thuật của bộ điều khiển PID, bộ điều khiển cĩ thể dùng trong những thiết kế cĩ yêu cầu đặc biệt Đáp ứng của bộ điều khiển cĩ thể được mơ tả dưới dạng độ nhạy sai số của bộ điều khiển, giá trị mà bộ điều khiển vọt lố điểm đặt và giá trị dao động của hệ thống Lưu ý là cơng dụng của giải thuật PID trong điều khiển khơng đảm bảo tính tối ưu hoặc ổn định cho hệ thống

- Vài ứng dụng cĩ thể yêu cầu chỉ sử dụng một hoặc hai khâu tùy theo hệ thống Điều này đạt được bằng cách thiết đặt đội lợi của các đầu ra khơng mong muốn về 0 Một bộ điều khiển PID sẽ được gọi là bộ điều khiển PI,

PD, P hoặc I nếu vắng mặt các tác động bị khuyết Bộ điều khiển PIkhá phổ

thiếu giá trị tích phân có thể khiến hệ thống không đạt được giá trị mong muốn.

Giải thuật điều khiển PID tốc độ

:

PID là cách viết tắt của các từ Propotional (tỉ lệ), Integral (tích phân) và

Derivative (đạo hàm) Tuy xuất hiện rất lâu nhưng đến nay PID vẫn là giải thuậtđiều khiển được dùng nhiều nhất trong các ứng dụng điều khiển tự động Đề tài này điều khiển tốc độ của động cơ DC dùng giải thuật PID có thể được giải thích như sau

:

Gọi F là lực quay động cơ Ban đầu động cơ ở vận tốc bằng 0, nhiệm vụ đặt

ra là điều khiển lực F (một cách tự động) để làm quay động cơ đạt tới tốc độ đặttrước với các yêu cầu: chính xác (accurate), nhanh (fast response), ổn định (small overshot)

Một điều rất tự nhiên, nếu vận tốc hiện tại của động cơ rất xa vận tốc mong muốn, hay nói cách khác sai số (error) lớn, chúng ta cần tác động lực F lớn để nhanh chóng đưa vận tốc động cơ về tới vận tốc đặt trước Một cách đơn giản

để công thức hóa ý tưởng này là dùng quan hệ tuyến tính

:

F=Kp*e (1)

Trong đó Kp là một hằng số dương nào đó mà chúng ta gọi là hệ số P

(Propotional gain), e là sai số cần điều khiển tức độ chênh lệch giữa vận tốc đặt trước với vận tốc hiện tại của động cơ Mục tiêu điều khiển là đưa e tiến về 0 càng nhanh càng tốt Rõ ràng nếu Kp lớn thì F cũng sẽ lớn và động cơ rất nhanhchóng tiến về vận tốc đặt trước Tuy nhiên, lực F quá lớn sẽ gia tốc cho động cơrất nhanh (định luật II của Newton: F=ma) Khi động cơ đã đến vận tốc đặt trước (tức e=0), thì tuy lực F=0 (vì F=Kp*e=F=Kp*0) nhưng do quán tính tốc

độ động cơ vẫn tiếp tục tăng, sai số e lại trở nên khác 0, giá trị sai số lúc này được gọi là overshot (vượt quá) Lúc này, sai số e là số âm, lực F lại xuất hiện nhưng với chiều ngược lại để hãm tốc độ động cơ về lại tốc độ đặt trước Nhưngmột lần nữa, do Kp lớn nên giá trị lực F cũng lớn và có thể kéo tốc độ động cơ

về thấp hơn tốc độ đặt trước Quá trình cứ tiếp diễn, tốc độ động cơ cứ mãi dao động quanh tốc độ đặt trước Có trường hợp tốc độ dao động càng ngày xàng xatốc độ đặt trước Bộ điều khiển lúc này được nói là không ổn định Một đề xuất nhằm giảm overshot của động cơ là sử dụng một thành phần “thắng” trong bộ điều khiển Sẽ rất lý tưởng nếu khi tốc độ đang ở xa điểm O (tốc độ đặt trước),

bộ điều khiển sinh ra lực F lớn nhưng khi tốc độ động cơ đã tiến gần đến điểm

O thì thành phần “thắng” sẽ giảm tốc độ động cơ lại Chúng ta đều biết khi một vật dao động quanh 1 điểm thì vật đó có vận tốc cao nhất ở tâm dao động (điểm O) Nói một cách khác, ở gần điểm O sai số e của tốc độ động cơ thay đổi

nhanh nhất (cần phân biệt: e thay đổi nhanh nhất không phải e lớn nhất) Mặt khác, tốc độ thay đổi của e có thể tính bằng đạo hàm của biến này theo thời gian Như vậy, khi tốc độ động cơ từ ban đầu tiến về gần O, đạo hàm của sai số

e tăng giá trị nhưng ngược chiều của lực F (vì e đang giảm nhanh dần) Nếu sử dụng đạo hàm làm thành phần “thắng” thì có thể giảm được overshot của động

cơ Thành phần “thắng” này chính là thành phần D (Derivative) trong bộ điều khiển PID mà chúng ta đang khảo sát Thêm thành phần D này vào bộ điều khiển P hiện tại, chúng ta thu được bộ điều khiển PD nhu sau

:

F=Kp*e + Kd*(de/dt) (2)

Trong đó (de/dt) là vận tốc thay đổi của sai số e và Kd là một hằng số không

âm gọi là hệ số D (Derivative gain)

Sự hiện diện của thành phần D làm giảm overshot của động cơ, khi vận tốc động cơ tiến gần về O, lực F gồm 2 thành phần Kp*e > =0 (P) và Kd*(de/dt)

<=0 (D) Trong một số trường hợp thành phần D có giá trị lớn hơn thành phần P

và lực F đổi chiều, “thắng” động cơ lại, vận tốc của động cơ vì thế giảm mạnh ởgần điểm O Một vấn đề nảy sinh là nếu thành phần D quá lớn so với thành phần P hoặc bản thân thành phần P nhỏ thì khi vận tốc động cơ tiến gần điểm O (chưa thật sự đến O), động cơ có thể không tăng tốc nữa, thành phần D bằng 0 (vì sai số e không thay đổi nữa), lực F = Kp*e Trong khi Kp và e lúc này đều nhỏ nên lực F cũng nhỏ và có thể không thắng được lực ma sát tĩnh Bạn hãy tưởng tượng tình huống bạn dùng sức của mình để đẩy một xe tải nặng vài chục tấn, tuy lực đẩy tồn tại nhưng xe không thể di chuyển Như thế, động cơ sẽ

người ta thêm vào bộ điều khiển một thành phần cĩ chức năng “cộng dồn” sai

số Khi steady state error xảy ra, 2 thành phần P và D mất tác dụng, thành phần điều khiển mới sẽ “cộng dồn” sai số theo thời gian và làm tăng lực F theo thời gian Đến một lúc nào đĩ, lực F đủ lớn để thắng ma sát tĩnh và tăng tốc động cơ tiến tiếp về điểm O Thành phần “cộng dồn” này chính là thành phần I (Integral

- tích phân) trong bộ điều khiển PID Vì chúng ta điều biết, tích phân một đại lượng theo thời gian chính là tổng của đại lượng đĩ theo thời gian Bộ điều khiển đến thời điểm này đã đầy đủ là PID

:

F=Kp*e + Kd*(de/dt)+Ki*§edt (3)

Như vậy, chức năng của từng thành phần trong bộ điều khiển PID giờ đã rõ Tùy vào mục đích và đối tượng điều khiển mà bộ điều khiển PID cĩ thể được lượt bớt để trở thành bộ điều khiển P, PI hoặc PD Cơng việc chính của người thiết kế bộ điều khiển PID là chọn các hệ số Kp, Kd và Ki sao cho bộ điều khiểnhoạt động tốt và ổn định (quá trình này gọi là PID gain tuning)

3 PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN:

SƠ ĐỒ KHỐI TOÀN MACH:

Sơ đồ khối:

1

KHỐI ĐIỀU KHIỂN

HỒI TIẾP

HIỂN THỊ

NGÕ RA

 Khối nguồn: cấp nguồn cho tồn mạch

 Khối điều khiển: điều khiển khối cơng suất để ổn định tốc độ động cơ

DC,đồng thời nhận xung từ khối hồi tiếp về điều khiển và hiển thị

 Khối hồi tiếp: là encorder tích hợp sẵn trong động cơ DC,đưa xung về cho khối

điều khiển xử lý

 Khối hiển thị: nhận dữ liệu từ khối điều khiển để hiển thị

 Ngõ ra:gồm IC số để lái va IC mạch cầu H(L298) để điều khiển động cơ DC

 Động cơ DC:động cơ 12V cĩ tích hợp encorder

4 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH:

ĐỘNG CƠ DC

NGUỒN

5 CÁC BƯỚC VẬN HÀNH MẠCH:

 Bước 1: nhấn nút MODE chọn chế độ hoạt động bình thường hay

ổn định tốc độ

 Bước 2: chọn tốc độ đặt trước và chọn chiều quay.

 Bước 3: nhấn nút START/STOP cho động cơ bắt đầu chạy, nhấn

lần nữa thì động cơ dừng

6 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI:

 Mạch cầu H sử dụng IC L298 chỉ điều khiển được động cơ DC với cơng suấtnhỏ

 Đối với khối hiển thị,do tính chất của màn hình LCD nên bị hạn chế quan sátgiá trị ở khoảng cách xa

7 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI:

 Dùng C# lập trình điều khiển động cơ qua máy tính, vẽ biểu đồ tốc độ động

cơ theo thời gian, có thể thay đổi tốc độ động cơ như ý muốn

 Thiết kế mạch công suất để có thể điều khiển động cơ có công suất lớn

 Dùng led7đoạn để tăng khả năng quan sát

PHẦN II: NỘI DUNG

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU LINH KIỆN

1.PIC16F877A:

I TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC

- PIC là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi cơng ty MicrochipTechnology Thế hệ PIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển bởiMicroelectronics Division thuộc General – Instrument

PIC là viết tắt của "Programmable Intelligent Computer" là một sản phẩm củahãng General Instruments đặt cho dịng sản phẩm đầu tiên là PIC1650 Thờiđiểm đĩ PIC1650 được dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cho máy chủ

16 bit CP1600, vì vậy, người ta cũng gọi PIC với cái tên "Peripheral InterfaceController" - Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi:

 CP1600 là một CPU mạnh nhưng lại yếu về các hoạt động xuất nhập vì vậyPIC 8-bit được phát triển vào năm 1975 để hỗ trợ cho hoạt động xuất nhậpcủa CP1600

 ROM để chứa mã, mặc dù khái niệm RISC chưa được sử dụng thời bấy giờ,nhưng PIC thực sự là một vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy một lệnhvới một chu kỳ máy – gồm 4 chu kỳ của bộ dao động

Năm 1985 General Instruments bán cơng nghệ các vi điện tử của họ, và chủ

sở hữu mới hủy bỏ hầu hết các dự án - lúc đĩ đã quá lỗi thời Tuy nhiên PIC

 Ngày nay rất nhiều dòng PIC được xuất xưởng với hàng loạt các modulengoại vi tích hợp sẵn (như USART, PWM, ADC ), với bộ nhớ chương trình

từ 512 Word đến 32K Word

II MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CHUNG CỦA VI ĐIỀU KHIỂN PIC

 Hiện nay có khá nhiều dòng PIC và có rất nhiều khác biệt về phầncứng, nhưng chúng ta có thể điểm qua một vài nét như sau:

 Là CPU 8/16 bit, xây dựng theo kiến trúc Harvard

 Có bộ nhớ Flash và ROM có thể tuỳ chọn từ 256 byte đến 256Kbyte

 Có các cổng xuất – nhập (I/O ports)

 Có timer 8/16 bit

 Có các chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ/không đồng bộ USART

 Có các bộ chuyển đổi ADC 10/12 bit

 Có các bộ so sánh điện áp (Voltage Comparators)

 Có hỗ trợ giao tiếp LCD

 Có MSSP Peripheral dùng cho các giao tiếp I²C, SPI, và I²S

 Có bộ nhớ nội EEPROM - có thể ghi/xoá lên tới 1 triệu lần

 Có khối Điều khiển động cơ, đọc encoder

 Có hỗ trợ giao tiếp USB

 Tốc độ hoạt động:

 DC- 20MHz ngõ vào xung clock

 DC- 200ns chu kì lệnh

 Dung lượng của bộ nhớ chương trình Flash là 8K×14words

 Dung lượng của bộ nhớ dữ liệu RAM là 368×8bytes

 Dung lượng của bộ nhớ dữ liệu EEPROM là 256×8 bytes

1 CÁC ĐẶC TÍNH NGOẠI VI

 Timer0: là bộ định thời timer/counter 8 bit có bộ chia trước

 Timer1: là bộ định thời timer/counter 16 bit có bộ chia trước, cóthể đếm khi CPU đang ở trong chế độ ngủ với nguồn xung từ tụthạch anh hoặc nguồn xung bên ngoài

 Timer2: bộ định thời timer/counter 8 bit với thanh ghi 8-bit, chiatrước và bộ chia sau

 Hai khối Capture, Compare, PWM

 Capture có độ rộng 16-bit, độ phân giải 12.5ns

 Compare có độ rộng 16-bit, độ phân giải 200ns

 Độ phân giải lớn nhất của PWM là 10-bit

Hình 1-1 trình bày sơ đồ chân của các loại PIC16F87XA

Hình 1-1: Sơ đồ chân họ PIC16F87XA

Bảng 1-2 sẽ tóm tắt đặc điểm PIC16F877A:

2.IC CỔNG LOGIC AND 74HC08 :

+IC 74HC08 là IC cổng AND 2 trạng thái , IC này gồm có 4 cổng AND , 1 chân nguồn, 1 chân nối mass , tổng cộng có 14 chân

Sơ đồ chân:

7: GND

14: VCC = 5V

Sơ đồ nguyên lý:

Mô tả chân:

Bảng trạng thái:

Trong đó:

H: mức điện áp cao

L: mức điện áp thấp

Phép toán logic: Y = AB

Đặc tính điện:

3.IC CỔNG LOGIC NOT 74LS14:

+IC 74LS14 là IC cổng NOT , bao gồm 6 cổng NOT, 1 chân nguồn, 1 chân nối mass , tổng cộng có 14 chân

Sơ đồ chân và nguyên lý:

H: mức điện áp cao

L: mức điện áp thấp

Phép toán logic: Y = NOT(X)

Đặc tính điện:

4 CHIP DRIVER L298:

L298D là một chip tích hợp 2 mạch cầu H trong gói 15 chân Tất cả cácmạch kích, mạch cầu đều được tích hợp sẵn L298D có điện áp danh nghĩa cao(lớn nhất 50V) và dòng điện danh nghĩa lớn hơn 2A nên rất thích hợp cho các

các ứng dụng công suất nhỏ như các động cơ DC loại nhỏ và vừa

- Hình phía trên là hình dáng bên ngoài và tên gọi các chân của L298D Hìnhphía dưới là cấu trúc bên trong chip Có 2 mạch cầu H trên mỗi chip L298Dnên có thể điều khiển 2 đối tượng chỉ với 1 chip này Mỗi mạch cầu bao gồm

1 đường nguồn Vs (thật ra là đường chung cho 2 mạch cầu), một đườngcurrent sensing (cảm biến dòng), phần cuối của mạch cầu H không được nốivới GND mà bỏ trống cho người dùng nối một điện trở nhỏ gọi là sensingresistor Bằng cách đo điện áp rơi trên điện trở này chúng ta có thể tính đượcdòng qua điện trở, cũng là dòng qua động cơ

ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU:

Động cơ điện một chiều:

Nguyên tắc hoạt độngcủa động cơ điện một chiều:

cửu, hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồnđiện một chiều, 1 phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phậnchỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển độngquay của rotor là liên tục Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp

và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp

Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyểnđộng quay của rotor

Pha 2: Rotor tiếp tục quay

Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator vàrotor cùng dấu, trở lại pha 1

Cơ chế sinh lực quay của động cơ điện một chiều:

- Khi có một dòng điện chạy qua cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắt non, cạnh phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trong khi cạnh đối diện lại bị tác động bằng một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái của Fleming Các lực này gây tác động quay lên cuộn dây, và làm

cho rotor quay Để làm cho rô to quay liên tục và đúng chiều, một bộ cổ góp điện sẽ làm chuyển mạch dòng điện sau mỗi vị trí ứng với 1/2 chu kỳ Chỉ cóvấn đề là khi mặt của cuộn dây song song với các đường sức từ trường Nghĩa là lực quay của động cơ bằng 0 khi cuộn dây lệch 90o so với phương ban đầu của nó, khi đó Rô to sẽ quay theo quán tính.

- Trong các máy điện một chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối ra nhiều phiến góp khác nhau trên cổ góp Nhờ vậy dòng điện và lực quay được liên tục và hầu như không bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của Rô to

 Để điều khiển số vòng quay hay vận tốc động cơ thì chúng ta nhất thiết phảiđọc được góc quay của motor Một số phương pháp có thể được dùng để xácđịnh góc quay của motor bao gồm tachometer (thật ra tachometer đo vận tốcquay), dùng biến trở xoay, hoặc dùng encoder Trong đó 2 phương pháp đầutiên là phương pháp analog và dùng optiacal encoder (encoder quang) thuộcnhóm phương pháp digital Hệ thống optical encoder bao gồm một nguồnphát quang (thường là hồng ngoại – infrared), một cảm biến quang và mộtđĩa có chia rãnh Optical encoder lại được chia thành 2 loại: encoder tuyệtđối (absolute optical encoder) và encoder tương đối (incremental opticalencoder) Trong đa số các DC Motor đều dùng incremental optical encoder

 Encoder thường có 3 kênh (3 ngõ ra) bao gồm kênh A, kênh B và kênh I(Index) Trong hình 2 bạn thấy hãy chú ý một lỗ nhỏ bên phía trong của đĩaquay và một cặp phat-thu dành riêng cho lỗ nhỏ này Đó là kênh I củaencoder Cữ mỗi lần motor quay được một vòng, lỗ nhỏ xuất hiện tại vị trícủa cặp phát-thu, hồng ngoại từ nguồn phát sẽ xuyên qua lỗ nhỏ đến cảmbiến quang, một tín hiệu xuất hiện trên cảm biến Như thế kênh I xuất hiệnmột “xung” mỗi vòng quay của motor Bên ngoài đĩa quay được chia thànhcác rãnh nhỏ và một cặp thu-phát khác dành cho các rãnh này Đây là kênh

A của encoder, hoạt động của kênh A cũng tương tự kênh I, điểm khác nhau

là trong 1 vòng quay của motor, có N “xung” xuất hiện trên kênh A N là số

cũng cĩ trường hợp đến hàng nghìn rãnh được chia Để điều khiển động cơ,bạn phải biết độ phân giải của encoder đang dùng Độ phân giải ảnh hưởngđến độ chính xác điều khiển và cả phương pháp điều khiển Khơng được vẽtrong hình 2, tuy nhiên trên các encoder cịn cĩ một cặp thu phát khác đượcđặt trên cùng đường trịn với kênh A nhưng lệch một chút (lệch M+0,5 rãnh),đây là kênh B của encoder Tín hiệu xung từ kênh B cĩ cùng tần số với kênh

A nhưng lệch pha 90o Bằng cách phối hợp kênh A và B người đọc sẽ biếtchiều quay của động cơ

 Hình dưới thể hiện sự bộ trí của 2 cảm biến kênh A và B lệch pha nhau Khicảm biến A bắt đầu bị che thì cảm biến B hồn tồn nhận được hồng ngoạixuyên qua, và ngược lại Hình thấp là dạng xung ngõ ra trên 2 kênh Xéttrường hợp motor quay cùng chiều kim đồng hồ, tín hiệu “đi” từ trái sangphải Lúc tín hiệu A chuyển từ mức cao xuống thấp (cạnh xuống) thì kênh Bđang ở mức thấp Ngược lại, nếu động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ, tínhiệu “đi” từ phải qua trái Lúc này, tại cạnh xuống của kênh A thì kênh Bđang ở mức cao Như vậy, bằng cách phối hợp 2 kênh A và B chúng takhơng những xác định được gĩc quay (thơng qua số xung) mà cịn biết đượcchiều quay của động cơ (thơng qua mức của kênh B ở cạnh xuống của kênhA)

1.Hình dạng và kích thước:

2.Chức năng của các chân:

3.Tập lệnh LCD:

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH

I KHỐI ĐIỀU KHIỂN :

- Gồm 6 nút nhấn:

 Nút UP đêû tăng tốc độ cho động cơ, nút này nối với chân RA0 của VĐK

 Nút DOWN đêû giảm tốc độ cho động cơ, nút này nối với chân RA1 của VĐK

 Nút RIGHT đêû đặt chiều quay phải cho động cơ, nút này nối với chân

RA2 của VĐK

 Nút LEFT đêû đặt chiều quay trái cho động cơ, nút này nối với chân

RA3 của VĐK

 Nút START/STOP đêû khởi động hay dừng động cơ, nút này nối với

chân RA4 của VĐK

 Nút MODE đêû chọn chế độ hoạt động cho động cơ, nút này nối với

chân RA6 của VĐK

 Đồng thời có thêm một nút nhấn RESET mạch cho VĐK

Sơ đồ mạch:

Dùng LCD 16x2 để hiển thị:

 8 đường dữ liệu của LCD được nối với PORTD của VĐK

 3 chân E, RW, RS lần lựơt được nối với 3 chân RB5, RB6, RB7 của

VĐK

Sơ đồ mạch:

L C D 1 6 X 2

D 1

L 3

1 3

Dùng VĐK PIC16f877a để xử lý:

 Các PORT của VĐK đều được treo lên điện trở treo để trợ dòng

 Mạch dùng thạch anh 4MHz

 Dùng kênh A của IC cầu H L298 để xuất tín hiệu ra cho động cơ.

 Dùng IC 7414 và 7408 để làm cơ cấu lái đổi chiều cho động cơ

Thơng thường, khi thiết kế một mạch driver cho motor người ta thường dành

3 đường điều khiển đĩ là PWM dùng điều khiển vận tốc, DIR điều khiển

hướng và En cho phép mạch hoạt động Chip L298D đã cĩ sẵn đường En

nhưng 2 đường điều khiển In1 và In2 khơng thật sự chức năng như chúng ta mong muốn Vì thế, chúng ta sẽ thiết kế một mạch logic phụ với 2 ngõ vào làPWM và DIR trong khi 2 ngõ ra là 2 đường điều khiển In1 và In2 Bảng

chân trị của mạch logic cần thiết kế được trình bày trong bảng 1

Bảng 1 bảng chân trị của mạch logic cho driver L298D

PWMDIR

In1

In2

00

0

0

01

0

0

10

1

0

11

01

0 1

2 1 6

1 1

2 3

1 2

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ LƯU ĐỒ VÀ VIẾT CODE

1 Giới thiệu phần mềm CCS viết code và biên dịch:

- CCS là trình biên dịch dùng ngơn ngữ C lập trình cho VĐK

2 Các tập lệnh cơ bản trong CCS: