Điều khiển động cơ bước theo nhiệt độ 1

Báo cáo tập lớn môn Vi xử lý Báo cáo tập lớn môn Vi xử lý Lời mở đầu Trong sống đại ngày ứng dụng điều khiển tự động trở thành gần gủi với hầu hết ngời Là sinh viên khoa Điện tử viễn thông sau đà học xong môn Vi xử lý chúng em thiết nghĩ làm số ứng dụng nhỏ áp dụng kiến thức Vi xử lý Vi điều khiên thông dụng Đề tài bọn em dựa vào biến đổi nhiệt độ để ®a tÝn hiƯn ®iỊu khiĨn tèc ®é cđa ®éng bớc thông qua Vi điều khiển thông dụng Chúng em xin chân thành cám ơn thầy Phạm Ngọc Nam đà hết lòng giúp đỡ bọn em việc hoàn thành đề tài Chơng I Mở đầu I Đặt vấn đề Báo cáo tập lớn môn Vi xử lý Ngày với phát triển công nghệ vi điện tử hệ thống điều khiển đợc tự động hoà Với kỹ thuật tiên tiến nh vi xử lý, vi điều khiểnđđợc ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển hệ thống điều khiển khí thô sơ, với tốc độ xử lý chậm xác đợc thay hệ thống điều khiển tự động với lệnh chơng trình đà đợc thiết lập trớc Trong trình sản xuất nhà máy, xí nghiệp,việc đo khống chế nhiệt độ tự động yêu cầu cần thiết quan trọng Vì nắm bắt đợc nhiệt độ làm việc hệ thống, dây chuyền sản xuất đ,giúp ta biết đợc tình trạng làm việc yêu cầu có xử lý kịp thời để tránh h hỏng giải xự cố xảy Để đáp ứng đợc yêu cầu đo không chế nhiệt độ tự động, có nhièu phơng pháp để thực Nghiên cứu khảo sát vi xử lý vi điều khiển, nhóm chúng em ®· thÊy r»ng viƯc khèng chÕ nhiƯt ®é b»ng động bớc có nhiều u điểm nh: dễ dàng ®iỊu khiĨn vËn tèc ®éng c¬ ®Ĩ khèng chÕ nhiƯt độ nhờ vào quạt gióđ Do điều kiện hạn chế kinh tế, thời gian trình độ nên nhóm chúng em dừng lại việc mô ®iỊu chØnh vËn tèc ®éng c¬ tù ®éng theo nhiƯt độ môi trờng phần nhiệt độ môi trờng đợc thị thông qua Led II Mục đích Thiết kế - Phát huy thành ứng dụng vi điều khiển vi xử lý tạo sản phẩm tiên tiến có độ tích hợp cao công nghệ - Việc thực đề tài giúp chúng em đợc tiếp cận với thực tế, phát huy kiến thức đà đợc học môn Vi xử lý - Qua có thêm nhiều kinh nghiƯm gióp Ých sau trêng cã thĨ tham gia vào hoạt động sản xuất xà hội III Giới thiệu nội dung đề tài Đề tài Báo cáo tập lớn môn Vi xử lý Điều khiển tốc độ động theo biến đổi nhiệt độ môi trờng Chức hệ thống - Đo, xử lý thị nhiệt độ môi trờng thông qua hệ thống LED7 - Điều khiển tốc độ động bớc theo nhiệt độ môi trờng Khi nhiệt độ tăng vận tốc động (cánh quạt ) tăng nhiệt độ giảm tốc độ giảm Động có khả đảo chiều quay để phục vụ nhiều mục đích khác Chơng II Thiết kế i Nhiệm vụ thiết kế - Thiết mạch đo nhiệt độ điều khiển động bớc theo nhiệt độ sử dụng máy tính Vậy ta cần trình tự thiết kế nh sau : + Mạch cảm biến + Bộ chuyển đổi số tơng tự + Mạch Vi điều khiển + Bộ giải mà địa thị nhiệt độ thông qua LED7 + Thiết kế khối công suất cho động + Viết chơng trình điều khiển I Sơ đồ khối hệ thống Báo cáo tập lớn môn Vi xư lý Nhiệt độ mơi trường Sensor ADC Động Bước Vi Điều khiển Hiển thị Khối Công suất x (1) Bộ cảm biến ghi lại thay đổi nhiệt độ nguồn nhiệt chuyển đại lợng điện (2) Bộ biến đổi ADC chuyển tín hiệu Analog thành tín hiệu Digital đa vào Mạch ghép nối (3) Khèi Vi ®iỊu khiĨn cã nhiƯm vơ nhËn tÝn hiƯu số từ khối ADC đa vào xử lý cho tín hiệu thị xuất xung điều khiển khối công suất (4) Mạch công suất có tác dụng điều khiển động (5) Động bớc (6) Khối thị hiển thị nhiệt độ môi trờng thời II Thiết kế phân tích nguyên lý khối 1.Bộ cảm biến Để đo đợc nhiệt độ cần có đầu đo thích hợp Đầu dò cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ chuyển từ nhiệt độ môi trờng qua tín hiệu điện Có nhiều loại cảm biến khác nhng hệ thống ta sử dụng IC cảm biến Các IC cảm biến có độ xác cao, dễ tìm giá Báo cáo tập lớn môn Vi xử lý thành rẻ Một số LM35, loại thông dụng thị trờng đồng thời có đặc tính làm việc phù hợp với thiết kế chi tiết mạch a Một số đặc tÝnh kü tht cđa LM35 - LM35 cã ®é biÕn thiên theo nhiệt độ 10mV /1oC - Độ xác cao, tính cảm biến nhiệt độ nhạy, nhiệt độ 25 oC có sai số không 1% Với tầm đo từ -55 oC đến 150oC, tín hiệu tuyến tính với thay đổi kỹ thuật tín hiệu vào - Thông số kỹ thuật + Tiêu tán công suất thấp + Dòng làm việc 138 A 141 A + Khoảng điện áp làm việc 4-30V + sai số dòng tĩnh A + Sự thay đổi dòng theo nhiêt độ 0,7 A/0C - Đặc tính điện - Theo thông số nhà sản xuất LM35, quan hệ nhiệt độ ngõ điện áp nh sau : Vout = 250mV t¹i 250C 1500mV t¹i 1500C 55mV t¹i -550C b Thiết kế mạch cảm biến dùng LM335 : c Tính toán lựa chọn linh kiện Ta chọn R cho R= Vs/50uA M¹ch ADC a Giíi thiƯu ADC 0804 Báo cáo tập lớn môn Vi xư lý V VX XL L H iƯ u c c đ ầ u v o - Một số đặc tính kỹ thuật ADC 0804 + Không yêu cầu giao diện logic để ghép nối với VXL + Thời gian chuyển đổi nhỏ 100  s + Cã bé dao ®éng néi - Nguyên lý hoạt động ADC 0804: ADC bắt đầu hoạt động chân CS WR đồng thời mức thấp (tích cực ).Chân INTR đợc reset để møc cao ( kh«ng tÝch cùc ) TÝn hiƯu analog ỏ chân VIN+ VIN- đợc đa vào lấy mẫu mà hoá xung clock nội 0804 Sau dó chân INTR đợc chuyển xuống mức thấp (tích cực) báo hiệu cho vi điều khiển trình chuyển đổi ADC đà hoàn tất Vi điều khiển đa tín hiệu mức thấp vào chân RD 0804 để lấy liện (Chân RD CS đợc nối đất) Quá trình chuyển đổi lại bắt đầu CS WR nhận đợc tín hiƯu ë møc thÊp ( tõ vi ®iỊu khiĨn ) b Sơ đồ lắp mạch ADC Báo cáo tËp lín m«n Vi xư lý +5V 20 V in + V in - RD WR A D C 0804 19 10K 150pF IN T R 18 10 89C 51 11 V R E F /2 Mạch Vi điều khiển a Giới thiệu sơ lợc 89C51 IC vi điều khiển 89C51 tơng thích với họ MSC51 có ®Ỉc ®iĨm sau : + 4Kbyte FLASH ROM + 128 Bytes RAM + Port 8bit + Hai định thêi 16 bit + Cã mét port nèi tiÕp + Có thể mở rộng để 64KB nhớ chơng trình + Bộ xử lý bit - Cấu trúc bên cña 89C51 INT\*1 INT\*0 TIMER2 TIMER1 PORT nối tiếp Các ghi khác128 byte Ram Điều khiển ngắt CPU Rom 4K-8051 OK-8031 Timer1 Timer2 T1* T2* Taïo dao động Điều khiển bus Các port I\O Port nối tiếp Báo cáo tập lớn môn Vi xử lý EA\ RST PSEN ALE P0 P1 P2 P3 Sơ đồ chân cña 89C51 TXD* RXD* 40 30p 19 18 29 30 31 RD\WR\ T1 T0 INT1 INT0 TXD RXD Po.7 Po.6 Po.5 Po.4 Po.3 Po.2 Po.1 Po.0 XTAL1 12MHz 30p Vcc XTAL2 PSEN\ ALE P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 EA\ RET 17 16 15 14 13 12 11 10 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 Vss 32 33 34 35 36 37 38 39 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 28 27 26 25 24 23 22 21 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 20 Mạch vi điều khiển có tác dụng nhận tín hiệu từ biến đổi ADC xử lý ®a tÝn hiƯu hiĨn thÞ nhiƯt ®é ®Ĩ trun vào giải mà địa 7447 Chân (RST) mạch RESET Báo cáo tập lớn môn Vi xư lý +5V R ST 10uF 10K M¹ch ghÐp nối ADC vi điều khiển Mạch giải mà địa hiển thị tín hiệu nhiệt độ Led â, Giới thiệu IC giải mà 7447 Hình- IC 7447 IC 7447 giải mà cho LED hiển thị Nó có đầu vào A, B, C D (ứng với chân số 7, 6, 1, 2) đầu (các chân từ đến 15 10 Báo cáo tập lín m«n Vi xư lý øng víi hiĨn thị đèn LED thanh) Bảng chân lý IC nµy nh sau: A 0 0 0 0 1 Đầu vào B C 0 0 1 1 1 1 0 0 D 1 1 a 1 1 1 b 1 1 0 1 c 1 1 1 1 Đầu d 1 1 1 e 1 0 1 f 0 1 1 g 0 1 1 1 Trong trờng hợp riêng thực tập chân số 3, không đợc dùng đến b, Giới thiệu đèn Led hiển thị Đèn hiển thị LED thanh: Hình - LED hiển thị Trong thực tập ta sử dụng loại đèn Anode chung, tức hai chân hai hàng chân đợc nối lên +5V, chân lại đợc nối đến đầu IC 7447 cách tơng ứng theo tên chân (nh đà nêu hình ) Mạch Công suất Mạch điều khiển sử dụng IC ULN2003 mạch khuếch đại công suất mắc kiểu darlington có diot để dập điện áp ngợc 11 Báo cáo tập lớn môn Vi xử lý a.Giới thiệu ULN2003 Mạch tơng đơng ULN2003 ULN2003 tác dụng đóng ngắt dòng qua cuộn dây điều khiển động có tác dụng ngăn điện áp ngợc làm hỏng mạch vi điều khiển Động bớc a)Cấu trúc động bớc A B A',B',C',D' C D b) Phơng pháp điều khiển tốc độ động bớc 12 Báo cáo tập lớn môn Vi xử lý Các cuộn dây đợc cấp dòng theo vòng Mỗi vòng dây đợc cấp dòng động quay đợc bớc A A' B B' t C C' t D D' t t H×nh : Hoạt động cuộn dây động bớc 13 Báo cáo tập lớn môn Vi xử lý A QA B QB C QC D QD Step motor 12V Bộ khuếch đại công suất sử dụng transistor mắc kiĨu Darlington sư dơng IC UNL2003 “ABCD” = “0001” ”0010””0100” > 1000 0001đ ABCD thực lệnh dịch lần động quay 1vòng Giả sử ta có vận tốc thời điểm T0 = 25oC 300 vòng /phút n0 = 3,3vòng/s ABCD quay 3,3x4lần =13,2lần dây Với xung nhịp 2kHz 2kHz/13,2 =151 = xung ABCD quay vòng Ta có công thức chuyển đổi vận tốc động nhiệt độ n k T 14 Báo cáo tập lớn môn Vi xử lý n độ dịch vận tốc động so với tốc độ 25oC T độ biến thiên nhiệt độ nt = n0 + k1 T  t  a0    a0 k2 T Trong khuôn khổ thực hành ,để đơn giản ta chọn k = k2 =2 , (đây điểm cha tốt chơng trình cần đợc khắc phục mở rộng đề tài) Từ phân tích ta có sơ đồ nguyên lý cđa m¹ch nh sau : 15 16 15 18 17 390 390 390 390 390 390 390 P P P P P P P P 0 0 0 0 A B C D E F G O P 2 2 2 2 /A /A /A /A /A /A /A /A 11 10 12 R R R R R R R 1 1 15 14 390 390 390 390 390 390 390 B I/R B O O U TR AB I O U T BL T O U TC O U TI ND A O U TI NE B O U ITNF C O U ITNG D C C V R E F /2 C L K IN C LK R R D W R C S 20 B B B B B B B B IN T R 10 V C C V C C /V R E F 1 1 1 1 A A A A A A A A L L L L L L L L C 33pF TH A C H A N H 1 M H z 4 3 3 3 3 2 XTA L2 19 18 V C C R es et 31 V C C 40 13 A T89C 51 P P P P P P P P 1 1 1 1 /A /A /A /A /A /A /A /A D D D D D D D D P P P P P P E A R S T V C C P P 2 2 2 P /R XD P /T X D P /IN T P 3 /IN T P /T P /T P /W R P /R D X1 X2 A LE P S E N 2 2 2 2 1 1 1 1 B B B B B B B B 4 U LN 2003A B B B B B B B C C C C C C C 1 1 1 S W V C C D IP -4 /S M D O N G C O C O M C C C 30 29 B R 390 LE D B R 390 LE D B R 390 LE D B R 390 LE D 20 C O N G TA C R E S E T A A A A R es et V C C V C C A A A A B B B B A A A A A A A A 33pF L L L L 74LS 47 G N D 19 D D D D D D D D A G N D C L K in + IN -IN G N D V re f /2 V C C 14 V C C A D C 0804 V in + 1 1 1 P 74LS 47 LE D D O I A B C D E F G O V C C R R R R R R R G N D V C C A N O D E 2 1 1 1 A N O D E B B B B B O TA TB TC TD TE TF TG G N D L L L L B I/R R OB UI L TO U O U I NO AU I NO BU I NO CU I NO DU 16 V C C 16 V C C R 10k + - 1 7805 V IN V O U T V C C R XTA L2 390 470uF C 10uF 104 LE D B IE N T R O 10k U +5V 2 G N D V C C D IO D E C A U J A C K N G U O N C D C P Q Q G L R 1V C C C LR LK D R 1C L K P R D A OQ NQ D2 D A O 74LS 74A N 1 1 V C C V in + V re f /2 LM 35 C L K in R 1k KHOI NGUON KHOI CAM BIEN NHIET DO B¸o cáo tập lớn Đo lờng điều khiển tự động IV Lập trình 1.Lu đồ thuật toán chơng trình Begin T.Lập mode cho 89C51 Cho động khởi động ADC biến đổi xong Đọc nhiệt độ Đếm xung đồng hồ Đủ xung cho động nhảy tiếp? Chơng trình n¹p cho n¹p cho 89C51 nh sau : #include WR EQU P3.7 RD EQU P3.5 INTR EQU P3.6 ORG Cho động nhảy bớc Báo cáo tËp lín m«n Vi xư lý LJMP MAIN ORG 00BH LJMP DONGCO MAIN: MOV R2,#11H ;00010001B MOV TMOD,#01H ;TIMER CHE DO MOV P1,#0FFH ;CHON P1 LA CONG VAO MOV IE,10000111B ;CHO PHEP NGAT TIMER MOV TH0,#0H MOV TL0,#0H SETB TR0 ;KHOI DONG BO TIMER LAP: LCALL HIENTHI SJMP LAP HIENTHI: SETB RD ; RD=1 SETB WR ; WR=1 CLR WR ; BAT DAU CHUYEN DOI WAIT: JB INTR,WAIT ; KIEM TRA DA CHUYEN DOI XONG CHUA CLR RD ; XUAT DU LIEU RA VI DIEU KHIEN MOV A,P1 ;LUU VAO A MOV B,#05 MUL AB MOV R0,B MOV R1,A MOV B,#10 DIV AB SWAP A ORL A,B MOV P0,A DONGCO: CLR TR0 ; XOA TR0 MOV R5,A ; CAT TAM THOI A MOV A,R2 RR A MOV R2,A MOV P2,A MOV TH0,R0 MOV TL0,R1 MOV A,R5 SETB TR0 RETI END Báo cáo tập lớn môn Vi xử lý Tài liệu tham khảo: Kĩ thuật Vi xử lý Tác giả: Văn Thế Minh Cấu trúc lập trình họ vi điều khiển 8051 Tác giả: Nguyễn Tăng Cờng _ Phan Quốc Thắng Datasheet c¸c linh kiƯn AT89c51, ULN2003, ADC0804, LM35, 74LS74AN, 74LS47 lÊy tõ www.alldatasheet.com