Thiet ke mo hinh dieu khien dong co buoc

ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy Nhận xét giáo viên hướng dẫn …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 2011 Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Nhận xét giáo viên chấm …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 2011 Giáo viên chấm (Ký ghi rõ họ tên) Bộ môn Kỹ thuật máy tính ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 1.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC 1.1.1 Vai trò động bước 1.1.2 Cấu tạo động bước .4 1.1.3 Hoạt động 1.1.4 Ứng dụng 1.1.5 Các đặc tính động bước 1.1.6 Một số loại động bước 1.2 CÁC GIẢI PHÁP VÀ XÁC ĐỊNH BÀI TỐN 11 1.2.1 Phân tích lựa chọn giải pháp 11 1.2.2 Xác định toán giới hạn đề tài 12 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 14 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG THỂ CỦA HỆ THỐNG 14 2.2 SƠ ĐỒ CALL GRAPH 15 2.3 SƠ ĐỒ ĐẶC TẢ CỦA HỆ THỐNG 15 2.4 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ CÁC MODULE 16 2.4.1 Sơ đồ nguyên lý tổng thể .16 2.4.2 Module điều khiển 16 2.4.3 Module động 17 2.4.4 Module hiển thị 19 2.4.5 Module cảm biến 19 2.4.6 Module nguồn 20 2.5 LỰA CHỌN LINH KIỆN .20 2.5.1 Khối điều khiển 21 2.5.2 Khối nguồn .23 2.5.3 Khối hiển thị: 24 2.5.4 IC đệm dòng ULN2803: 25 2.6 SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG .27 2.7 SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN 28 CHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG 29 3.1 XÂY DỰNG PHẦN MỀM 29 3.1.1 Chương trình nạp vào vi điều khiển AT89C52 29 3.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 34 3.3 XÂY DỰNG PHẦN CỨNG 35 3.3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 35 3.3.2 Sơ đồ mạch in 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO .38 Bộ mơn Kỹ thuật máy tính ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, việc ứng dụng cho hệ thống nhúng ngày trở nên phổ biến: từ ứng dụng đơn giản điều khiển chốt đèn giao thông định thời, đếm sản phẩm dây chuyền sản xuất, điều khiển tốc độ động điện chiều, thiết kế biển quảng cáo dùng Led ma trận, đồng hồ thời gian thực….đến ứng dụng phức tạp hệ thống điều khiển robot, kiểm soát nhà máy hệ thống kiểm soát máy lượng hạt nhân Các hệ thống tự động trước sử dụng nhiều công nghệ khác hệ thống tự động hoạt động nguyên lý khí nén, thủy lực, rơle điện, mạch điện tử số, thiết bị máy móc tự động cam chốt khí thiết bị, hệ thống có chức xử lý mức độ tự động thấp so với hệ thống tự động đại xây dựng tảng hệ thống nhúng Với mong muốn giới thiệu ứng dụng hệ thống nhúng đời sống đại để người biết đến vài ứng dụng cụ thể tầm quan trọng hệ thống nhúng, nhóm chúng em tìm hiểu đưa mơ hình điều khiển động bước, ứng dụng phục hồi robots tự hành Bộ môn Kỹ thuật máy tính Trong q trình thực đồ án mơn học, kiến thức cịn hạn hẹp kỹ phân tích thiết kế chưa cao nên cịn nhiều thiếu sót, kính mong thầy bạn đóng góp thêm ý kiến để đề tài chúng em thành cơng Nhóm thực đồ án chúng em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình ThS Nguyễn Văn Huy – Bộ mơn Kỹ thuật máy tính - Khoa Điện Tử giúp nhóm hoàn thành đề tài cách tốt Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực đề tài: Bộ mơn Kỹ thuật máy tính Dương Thanh Hồng Trần Xuân Kỳ Trần Văn Linh ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 1.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC 1.1.1 Vai trò động bước Động bước có vai trị quan trọng điều khiển chuyển động kỹ thuật số, tự động hóa,… cấu chập hành trung thành với lệnh đưa dạng số, chấp hành xác Ta cớ thể điều khiển quay góc bất kỳ, xác, dừng lại vị trí ta muốn Vì ứng dụng nhiều tự động hóa điều khiển số Một số ứng dụng : máy CNC, máy in, ổ cứng , ổ đĩa quang, robot, … Rất nhiều ứng dụng đòi hỏi cấu chuyển động có độ xác cao, chuyển động êm cho thấy vai trò động bước quan trọng 1.1.2 Cấu tạo động bước Động bước loại động điện có nguyên lý ứng dụng khác biệt với đa số động điện thông thường Chúng thực chất động khơng đồng dùng để biến đổi tín hiệu điều khiển dạng xung điện rời rạc thành chuyển động góc quay chuyển động rơto có khả cố định rơto vào vị trí cần thiết Về cấu tạo, động bước coi tổng hợp hai loại động cơ: Động chiều không tiếp xúc động đồng giảm tốc công suất nhỏ Động bước mơ tả động điện không dung chuyển mạch Cụ thể, mấu động rô to stato năm châm vĩnh cửu hoăc trường hợp động biến từ trở khối làm vật liệu nhẹ có từ tính, cho phép chúng quaykhá nhanh với mộ điều khiển thích hợp cho phép chúng khởi động dừng lại vị trí ta muốn cách dễ dàng Bộ mơn Kỹ thuật máy tính ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy Hình mẫu động bước thực tế Động bước dùng hệ thống vịng 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 chiều khơng tiếp xúc động đồng giảm tốc công suất nhỏ 1.1.3 Hoạt động Động bước không quay theo chế thông thường, chúng quay theo bước nên có độ xác cao mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ chuyển mạch điện tử đưa tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự tần số định Tổng số góc quay rơto tương ứng với số lần chuyển mạch, chiều quay tốc độ quay rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi tần số chuyển đổi Một số ưu nhược điểm động bước:  Ưu điểm: - Khi dùng động bước không cần mạch phản hồi cho điều khiển vị trí vận tốc - Thích hợp với thiết bị điều khiển số.với khả điều khiển số trực tiếp (động bước trở thành thông dụng kĩ thuật robot) - Hầu hết động bước chuyển động tần số âm thanh,  Nhược điểm: - Công xuất thấp (việc nâng cao công xuất động bước quan tâm nay) Bộ mơn Kỹ thuật máy tính ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy 1.1.4 Ứng dụng Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động bước cấu chấp hành đặc biệt hữu hiệu thực trung thành lệnh đưa dạng số Động bước ứng dụng nhiều ngành Tự động hóa chúng ứng dụng thiết bị cần điều khiển xác Ví dụ: Điều khiển robot, điều khiển tiêu cự hệ quang học, điều khiển định vị hệ quan trắc, điểu khiển bắt, bám mục tiêu khí tài quan sát, điều khiển lập trình thiết bị gia công cắt gọt, điều khiển cấu lái phương chiều máy bay… Trong cơng nghệ máy tính, động bước sử dụng cho loại ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, máy in … 1.1.5 Các đặc tính động bước Brushlesss (không chổi than): STEP loại động không chổi than Load Independent (độc lập với tải): động bước quay với tốc độ ổn định tầm moment động Open loop positioning (điều khiển vị trí vịng hở): thơng thường đếm xung kích động để xác định vị trí mà khơng cần phải có cảm biến hồi tiếp vị trí, đơi ứng dụng địi hỏi tính xác cao STEP thường sử dụng kết hợp với cảm biến vị trí như: encoder, biến trở … Holding Torque (moment giữ ): STEP giữ trục quay nó, so với động DC khơng có hộp số moment giữ STEP lớn nhiều Excellent Response (Đáp ứng tốt): STEP đáp ứng tốt khởi động, dừng lại đảo chiều quay cách dễ dàng Bộ môn Kỹ thuật máy tính ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy 1.1.6 Một số loại động bước Động bước phân loại dựa theo cấu trúc cách quấn cuộn dây stator Dựa theo cấu trúc rotor, động bước chia thành loại: Bộ mơn Kỹ thuật máy tính ĐAMH Hệ thống nhúng Dựa GVHD Nguyễn Văn Huy Động bước từ trở biến thiên Động bước nam châm vĩnh cửu Động bước lai theo cách quấn dây stator, động bước chia thành hai loại: - Động bước đơn cực - Động bước lưỡng cực Các phận cấu thành nên động bước Ngồi ra, loại cịn rơi vào hai phương pháp cấu tạo Trong phương pháp thứ nhất, Hình 1.3a, rotor có bình thường Stator có tương tự để giữ cuộn dây Trong phương pháp thứ hai, Hình 1.3b, mặt rotor stator có nhiều nhỏ Ưu điểm nhỏ tạo góc bước nhỏ Bộ mơn Kỹ thuật máy tính ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy Trên số loại động bước, phạm vi đồ án nhóm em tập trung vào cấu tạo nguyên tắc loại động bước sử dụng đồ án, cụ thể loại: Động đơn cực hình 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 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 cửu thơng dụng nhất, động có bước 15 độ 7.5 độ lớn Người ta tạo động nam châm vĩnh cửu với bước 1.8 độ với động hỗn hợp bước nhỏ đạt 3.6 độ đến 1.8 độ, tốt nữa, đạt đến 0.72 độ Như hình, dịng điện qua từ đầu trung tâm mấu đến đầu a tạo cực Bắc stator cực cịn lại stator cực Nam Nếu điện mấu bị ngắt kích mấu 2, rotor quay 30 độ, hay bước Để quay động cách liên tục, cần áp điện vào hai mấu động theo dãy Bộ mơn Kỹ thuật máy tính ĐAMH Hệ thống nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy Mấu 1a 1000100010001000100010001 Mấu 1a 1100110011001100110011001 Mấu 1b 0010001000100010001000100 Mấu 1b 0011001100110011001100110 Mấu 2a 0100010001000100010001000 Mấu 2a 0110011001100110011001100 Mấu 2b 0001000100010001000100010 Mấu 2b 1001100110011001100110011 thời gian  thời gian  *Chú ý : Hai nửa mấu khơng kích lúc Cả hai dãy nêu quay động nam châm vĩnh cửu bước thời điểm Dãy bên trái cấp điện cho mấu thời điểm, mơ tả hình trên; vậy, dùng lượng Dãy bên phải đòi hỏi cấp điện cho hai mấu lúc nói chung tạo mơ men xoáy lớn dãy bên trái 1.4 lần phải cấp điện gấp lần Vị trí bước tạo hai chuỗi không giống nhau; kết kết hợp hai chuỗi cho phép điều khiển nửa bước, với việc dừng động cách vị trí nêu hai dãy Chuỗi kết hợp sau: Mấu 1a 11000001110000011100000111 Mấu 1b 00011100000111000001110000 Mấu 2a 01110000011100000111000001 Mấu 2b 00000111000001110000011100 Thời gian  Bộ mơn Kỹ thuật máy tính 10