Đồ án điều khiển tốc độ động cơ

Đồ án điều khiển tốc độ động cơ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

   KHOA ĐIỆN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Đề tài :

GIAO TIẾP MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC VÀ THIẾT BỊ ĐỊÊN DÙNG VI

ĐIỀU KHIỂN AT89C51

GVHD : PHẠM THUÝ NGỌC SVTH : PHẠM NGỌC THƯỜNG LỚP : DHDI1

MSSV : 05123471

Tp.HCM, Tháng 07 năm 2009

Trường Đại Học Công Nghiệp Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

-o0o - -o0o -

KHOA ĐIỆN NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Họ và tên: Phạm Ngọc Thường MSSV: 05123471 Ngành: Điện Công Nghiệp Lớp: DHDI1 Khoá: 2005 - 2009 1- Tên đề tài: -

-

2- Cơ sở ban đầu: -

-

3- Nội dung các phần thuyết minh tính toán:

-

4- Cán bộ hướng dẫn: Cô Phạm Thuý Ngọc 5- Ngày giao nhiệm vụ: -

-

6- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: -

-

Thông qua bộ môn Ngày tháng năm 2009

Cô Phạm Thuý Ngọc

  

-

-

Tp.HCM, ngày… tháng… năm 2009

Cô Phạm Thuý Ngọc

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

  

-

-

Tp.HCM, ngày… tháng… năm 2009 Giáo viên phản biện

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

  

-

Tp.HCM, ngày… tháng… năm 2009 Hội Đồng Chấm Luận Văn Tốt Nghiệp

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN TỐT

NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU

Trong các ngành công nghiệp sản xuất và đời sống, công tác điều khiển vận hành hiệu quả các thiết bị nhằm tăng khả năng sản xuất, tăng chất lượng, đồng thời tiết kiệm được chi phí sản xuất cũng như mọi chi phí cho việc trùng tu bảo dưỡng thiết bị sản xuất giữ một vị trí quan trọng Xuất phát từ nhu cầu đó điện tử tự động hoá ra đời, song song với sự ra đời của điện tử tự động hoá là sự ra đời và cải tiến không ngừng của máy tính Nhờ có máy vi tính mà chúng ta có thể làm được nhiều công việc mà không cần phải tốn nhiều công sức Để khai thác được những ưu điểm

đó điện tử tự động hoá đã có sự bắt tay với máy vi tính, do đó công việc điều khiển các thiết bị điện trở nên đơn giản và thuận tiện hơn

Điều khiển máy điện là một lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng các thiết bị, khí cụ

và sơ đồ điều khiển để phục vụ các nhu cầu thay đổi các đại lượng của chuyển động như momen, tốc độ hay điều khiển vị trí tuỳ theo các yêu cầu phát sinh của mỗi loại hình sản xuất

Động cơ một chiều được sử dụng từ lâu trong các hệ truyền động có điều khiển tốc độ yêu cầu dải điều chỉnh lớn, độ ổn định tốc độ cao và các hệ thường xuyên hoạt động ở chế độ khởi động, hãm và đảo chiều Nhờ có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt nên được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp Một số ứng dụng quan trọng của động cơ một chiều như truyền động cho xe điện, máy công cụ, máy nâng vận chuyển, máy cán, máy nghiền …

Truyền động điện tốc độ chiếm phần lớn các ứng dụng của điều khiển đại lượng chuyển động Trong các loại điều khiển như vậy thường gồm có các động cơ chấp hành, các bộ biến đổi điện tử công suất và các hệ thống điều khiển số Đương nhiên phải có các bộ lọc nguồn đầu vào đạt tiêu chuẩn lọc nhiễu điện từ

Để thay đổi tốc độ, các động cơ xoay chiều đòi hỏi phải thay đổi biên độ điện áp và tần số trong khi động cơ một chiều thì chỉ cần thay đổi mỗi điện áp một chiều thì bộ chuyển mạch cơ khí của động cơ một chiều làm thay đổi tần số theo

Các động cơ xoay chiều hầu hết không có chổi than, chi phí ban đầu và chi phí bảo dưỡng thấp hơn của động cơ một chiều Tuỳ vào các ứng dụng mà việc chọn lựa loại động cơ nào được sử dụng phụ thuộc vào khách hàng

Trong phạm vi luận văn này, em xin trình bày vấn đề về điều khiển tốc độ động cơ một chiều dùng họ vi điều khiển 8051 bằng phương pháp độ rộng xung và điều khiển đóng ngắt các thiết bị điện

Đề tài: “Điều khiển tốc độ động cơ DC kết hợp Vi điều khiển AT89C51 và Máy tính” có liên quan đến nhiều vấn đề lý thuyết Nhưng trong phạm vi của một

Luận Văn Tốt Nghiệp, người làm đề tài không thể trình bày chi tiết từng vấn đề được, mà chỉ đề cập đến một cách tóm lược nhằm làm cơ sở cho các lí luận sau này Do vậy nếu các bạn sinh viên nếu có nhu cầu tìm hiểu sâu hơn hãy nên tham khảo trong các tài liệu chuyên môn của ngành

Tp.HCM 28/07/2009

Sinh viên thực hiện Phạm Ngọc Thường

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được đề tài này thì trước tiên em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM, các thầy cô trong Ban giám hiệu Khoa Điện và các thầy cô bộ môn đã tạo điều kiện cho em được học tập và đã truyền thụ nhiều kiến thức cho em làm nền tảng học vấn trên con đường công danh

sự nghiệp của mình

Sau đó là em vô cùng cảm ơn cô Phạm Thuý Ngọc là người cô đã trực tiếp định hướng

và hướng dẫn em nghiên cứu về một lĩnh vực khá là rộng, với khối lượng công việc lớn đối với em

Tất cả bạn bè đã giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp

Do kinh nghiệm và trình độ còn hạn chế, phần thể hiện và trình bày còn nhiều khiếm khuyết Kính mong quí Thầy cô bỏ qua cho em

Trân trọng kính chào Tp.HCM, tháng 07 năm 2009 Sinh viên thực hiện

Phạm Ngọc Thường

MỤC LỤC



oOo

-Phần A: GIỚI THIỆU

Trang tựa

Nhiệm vụ đề tài

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Nhận xét của giáo viên phản biện

Nhận xét của hội động chấm luận văn tốt nghiệp

Lời mở đầu

Lời cảm ơn

Mục lục

Phần B: NỘI DUNG 1

Chương 1: DẪN NHẬP - CƠ SỞ LÝ LUẬN 2

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 2

1.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI 3

1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 3

1.4 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 4

1.5 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 4

1.6 DÀN Ý NGHIÊN CỨU 4

1.7 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 6

1.8 CÁC CƠ SỞ CHO VIỆC NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 7

1.8.1 Kiến thức và năng lực người nghiên cứu 7

1.8.2 Vấn đề thực tiễn 7

1.8.3 Tác động của điều kiện khách quan đến việc thực hiện đề tài 8

1.9 THỂ THỨC NGHIÊN CỨU 8

1.9.1 Phương pháp thu thập dữ kiện 8

1.9.2 Xử lý dữ kiện 9

1.9.3 Trình bày đồ án 9

1.10 LẬP KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU 9

Chương 2: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 10

2.1 CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 11

2.1.1 Phần tĩnh hay phần cảm (Stator) 11

2.1.2 Phần quay hay phần ứng (Rotor) 12

2.2 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC 12

2.2.1 Khái niệm chung 12

2.2.2 Hệ thống băm áp 13

1 – Chopper giảm áp 16

2 – Chopper tăng áp 32

2.3 MÔ TẢ TOÁN HỌC CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 40

2.3.1 Khái niệm chung 40

2.3.2 Hàm truyền đạt 40

2.3.3 Phương trình trạng thái 41

2.3.4 Khâu hiệu chỉnh PID (PID Control) 43

Chương 3: GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51 45

3.1 CẤU TẠO VI ĐIỀU KHIỂN 8051 45

3.1.1 Tóm tắt phần cứng họ MCS – 51 (8051) 45

3.1.2 Các chân của chip 8051 46

3.1.3 Cấu trúc bên trong vi điều khiển 51

3.1.4 Bộ nhớ ngoài 53

3.2 TÓM TẮT TẬP LỆNH CỦA 8051 54

3.3 HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ ĐỊNH THỜI (TIMER) 55

3.3.1 Giới thiệu 55

3.3.2 Thanh ghi chế độ định thời (TMOD) 56

3.3.3 Thanh ghi điều khiển định thời (TCON) 57

3.3.4 Nguồn xung clock cho bộ định thời 57

3.3.5 Các khoảng thời gian định thời 59

3.4 HOẠT ĐỘNG CỦA PORT NỐI TIẾP (SERIAL PORT) 59

3.4.1 Giới thiệu 59

3.4.2 Thanh ghi đệm Port nối tiếp (SBUF) 60

3.4.3 Thanh ghi điều khiển Port nối tiếp (SCON) 60

3.4.4 Tốc độ baud của Port nối tiếp 64

3.4.5 Các bước cơ bản lập trình Port nối tiếp 65

3.5 HOẠT ĐỘNG NGẮT (INTERRUPT) 66

3.5.1 Giới thiệu 66

3.5.2 Tổ chức ngắt của 8051 67

3.5.3 Xử lý ngắt và các vectơ ngắt 70

3.5.4 Thiết kế các chương trình sử dụng ngắt 71

Chương 4: GIAO TIẾP MÁY TÍNH 72

4.1 CỔNG NỐI TIẾP 72

4.2 TRUYỀN DỮ LIỆU 73

4.2.1 Thông tin số liệu 73

4.2.2 Phương thức truyền 73

4.2.3 Thông tin nối tiếp bất đồng bộ 75

4.2.4 Thông tin nối tiếp đồng bộ 76

4.3 CHUẨN GIAO TIẾP NỐI TIẾP RS – 232 76

4.4 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP NỐI TIẾP KHÁC 80

4.5 TRUYỀN NỐI TIẾP CÁC MÃ KÍ TỰ ASCII 82

4.6 VI MẠCH GIAO TIẾP NỐI TIẾP MAX232 84

4.7 GIỚI THIỆU VỀ VISUAL BASIC 6.0 88

4.7.1 Sơ lược về Visual Basic 88

4.7.2 Tính năng của VB 6.0 88

4.7.3 Một số định nghĩa 89

4.8 ĐIỀU KHIỂN ACTIVEX MSCOMM 89

4.8.1 Các thuộc tính của MSComm 89

4.8.2 Điều khiển MSComm trong Visual Basic 91

Chương 5: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN 98

5.1 GIỚI THIỆU PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 98

5.1.1 Yêu cầu thiết kế 98

5.1.2 Giới thiệu phương án thiết kế 98

5.1.3 Mô hình điều khiển tốc độ động cơ 98

5.1.4 Động cơ DC sử dụng cho mạch phần cứng 99

5.1.5 Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ DC 100

5.2 SƠ ĐỒ MẠCH PHẦN CỨNG 104

5.2.1 Sơ đồ khối 104

5.2.2 Sơ đồ mạch phần cứng 105

5.3 CHỨC NĂNG VÀ NGUYÊN LÝ TỪNG KHỐI 106

5.3.1 Máy tính cá nhân 106

5.3.2 Khối nguồn 106

5.3.3 Khối giao tiếp máy tính 107

5.3.4 Khối vi điều khiển AT89C51 108

5.3.5 Khối hiển thị 109

5.3.6 Khối mạch động cơ 110

5.3.7 Khối cảm biến tốc độ 110

5.3.8 Khối điều khiển đóng ngắt thiết bị điện 111

5.4 HOẠT ĐỘNG CỦA SƠ ĐỒ 112

5.4.1 Các bước chuuẩn bị 112

5.4.2 Hoạt động của sơ đồ 121

5.5 GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÁY TÍNH 113

5.6 MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ DC TRÊN PHẦN MỀM PROTUES 115

5.7 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 116

5.8 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 117

Phần C: KẾT LUẬN - ĐỀ NGHỊ - HƯỚNG PHÁT TRIỂN 120

Phần D: TÀI LIỆU THAM KHẢO 123

5.6 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ DC TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS

XTAL2 18

XTAL1 19

ALE 30

EA 31

PSEN 29

RST 9

P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32

P1.0 1

P1.1 2

P1.2 3

P1.3 4

P1.4 5

P1.5 6

P1.6 7

P1.7 8

P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14

P3.7/RD 17 P3.6/W R 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28

P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27

U1

AT89C51

R1

1k

R2

1k

R3

1k

R4

1k

R5

1k

R6

1k

R7

1k

Q1

2N2222

Q2

2N2222

Q3

2N2222

Q4

2N2222

MOTOR DC

D2

LED-BLUE

D3

LED-GREEN

D1

LED-RED

STOP THUAN NGHICH TANGTOC GIAMTOC

STOP Q_THUAN Q_NGHICH

DIEU KHIEN DONG CO 1 CHIEU

HIEN THI CHE DO

HIEN THI GT TANG-GIAM

C1

30 pF

C2

30 pF

X1

12 MHz

R8

1k

5.5 GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÁY TÍNH

Giao diện điều khiển được thiết kế khá trực quan với người sử dụng hệ thống, đạt các tiêu chuẩn về độ chính xác, tính thẩm mỹ và dễ tiếp cận

Hình 5.13 Giao diện chính

Đây là giao diện Panel điều khiển được thiết kế để điều khiển cho mô hình

mạch phần cứng

Hình 5.14 Đặt tốc độ động cơ và đóng ngắt thiết bị điện (220V) bằng Panel điều

khiển trên Máy tính

5.8 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Không có gì vĩ đại trên thế gới này mà không phải trải qua sóng gió và niềm tin !

"Đề tài hay nhất của tôi là đề tài mà tôi chưa bao giờ nghiên cứu !"

ĐỪNG TIN VÀO NHỮNG GÌ TÔI NÓI

HÃY TIN VÀO NHỮNG GÌ TÔI ĐÃ LÀM - đó mới thật là tin !

Bắt đầu bước vào đời

Mượn ngòi bút làm đường soi chân lý

Mỗi vần thơ là một ý tương lai

Bến vinh quang đang chờ người ham học

Bờ vực thẳm đang chờ kẻ ham chơi

Đời sinh viên như con đường xuôi ngược

Vững tay chèo sẽ đến bến vinh quang !

Đời nghiên cứu một mình thui thỉu, buồn một mình, vui có ai hay!

“Không gian nan lấy chi làm chất liệu Không thương đau sao biết chuyện tình đời”

Tôi luôn tìm thấy niềm vui trong công việc tôi làm, có những lúc tưởng chừng như gẫy gánh giữa đường, thật sự bế tắc, bế tắc mà không lối thoát tưởng

như đã buông xuôi vì tôi: “Lực bất tòng tâm”, nhưng với sự cố gắng và nỗ lực tôi

buộc phải vượt qua những khó khăn trong cuộc sống để dành lấy chiến thắng về phần mình

Nói về chuyện viết cuốn luận văn này, nó được viết trong một hoàn cảnh rất lãng mạn đó là những ngày tháng 7/2009, từ sáng đến đêm khuya tôi không rời căn phòng nửa bước và chiếc máy tính đã làm bạn thân thiết nhất của tôi, mải mê công việc quá mà tôi mập lên không nổi, những ngày nghỉ thì bạn bè háo hức đi chơi, còn tôi vẫn cặm cụi trong một căn phòng trọ nhỏ, nóng ran của cái khí hậu mùa hè Sài Gòn và một ngày thật đẹp cuối tháng 7 tôi đã hoàn thành đề tài này, đây là kỷ niệm thật khó quên

Department of Automatic Control

Faculty of Electrical Engineering

HCM University Of Industry

Tel: 0973604345

Add: 12 Đường Nguyễn Văn Bảo, P.4, Q Gò Vấp, Tp.HCM

Mọi sự trao đổi và chia sẻ kinh nghiệm mời các bạn liên lạc với mình theo địa chỉ trên Chúc các bạn thành công !!!

Bảo vệ kết thúc lúc 6h30 ngày 28/07/2009 tại X5.11, Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM Giáo viên phản biện Lê Văn Đại, Giáo viên hướng dẫn Phạm Thuý Ngọc, Sinh viên thực hiện Phạm Ngọc Thường

Sinh viên thực hiện Phạm Ngọc Thường Tp.HCM, 28/07/200