- Chương trình điều khiển gồm ứng dụng phần nhận tín hiệu từ remost sony và phần điều khiển động cơ bước viết bằng ngơn ngữ lập trình C viết trên phần mềm chuyên dụng CodeVisionAVR.. Chú
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG VI ĐIỀU KHIỂN Đề tài: Chế tạo mạch điều khiển chạy theo quỹ đạo (sử dụng động bước ) GVHD: SVTH : MSSV : LỚP : Trần Văn Hùng Nguyễn Văn Thể 50131582 50CTU Nha Trang, 20 tháng 05 năm 2011 LỜI NÓI ĐẦU Cơ điện tử nghành học nước ta, ngày khẳng định vai trị giai đoạn cơng nghiệp hóa đại hóa ngày phát triển đất nước tương lai Đây nghành có hội tụ đúc kết ba chuyên nghành khí, tin học điện tử mà sản phẩm cuối hệ thống tự động hóa góp phần giải phóng sức lao động người Kỹ thuật vi điều khiển môn học củ nghành điện tử Nó ứng dụng nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp, tự động hóa cịn nhiều lĩnh vực khác nửa So với kỉ thuật số kỉ thuật vi điều khiển nhỏ gọn nhiều tích hợp cách tinh vi có khả lập trình nên việc thay đổi giải thuật điều khiển dễ dàng Với tính ưu việt vi điều khiển, đề tài mà em thực sử dụng vi điều khiển remote tivi để điều khiển số thiết bị dân dụng Sau thời gian học tập rèn luyện, với giạy bảo tận tình thầy giáo trợ giúp bạn tài liệu có liên quan Em hồn thành xong đề tài Em xin chân thành cám ơn thầy Trần Văn Hùng hướng dẫn em hoàn thành đề tài Đồ án hồn thành xong khơng thể tránh nhiều thiếu sót xin thầy giáo thơng cảm cho em bảo thêm để đề tài ứng dụng rộng rải thực tế Sinh Viên Thực Võ Ngọc Trần Thái Dương MỤC LỤC Trang LƠÌ NÓI ĐẦU Error! Bookmark not defined MỤC LỤC CHƯƠNG DẪN NHẬP Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 1: NHIỆM VỤ VÀ PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ.Error! Bookmark not defined 1.1 NỘI DUNG ĐƯỢC GIAO: Error! Bookmark not defined 1.2 PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ ĐƯỢC GIAO: Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Error! Bookmark not defined 2.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA: Error! Bookmark not defined 2.1.1 Một số vấn đề hệ thống điều khiển từ xa:Error! Bookmark not defined 2.1.1.1 Kết cấu tin tức: Error! Bookmark not defined 2.1.1.2 Về kết cấu hệ thống: Error! Bookmark not defined 2.1.2 Các phương pháp mã hóa điều khiển từ xa:Error! Bookmark not defined 2.2 ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DÙNG TIA HỒNG NGOẠI:Error! Bookmark not defined 2.2.1Khái niệm tia hồng ngoại: Error! Bookmark not defined 2.2.2 Nguồn phát sáng hồng ngoại phổ nó: Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG Error! Bookmark not defined 3.1 Tổng quan đề tài : Error! Bookmark not defined 3.2 Thiết kế thiết bị: Error! Bookmark not defined 3.3 Mô tả hoạt động phần mềm: Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 4:THIẾT KẾ THIẾT BỊ VÀ LÝ THUYẾT LIÊN QUANError! Bookmark not defined 4.1 Thiết bị phát hồng ngoại: 13 4.1 Khối thu hồng ngoại: 16 4.2 Khối vi điều khiển at melga 32l: Error! Bookmark not defined 4.3 Khối hiển thị: Error! Bookmark not defined 4.4 Khối công suất: Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ PHẦN MỀM Error! Bookmark not defined 5.1.Lưu Đồ Chương Trình: Error! Bookmark not defined 5.2.Giải thuật chương trình chính: Error! Bookmark not defined 5.3 Giải thuật chương trình phục vụ ngắt ngồi INT0:Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined Tài liệu tham khảo Error! Bookmark not defined Phụ Lục 1: Mã số phím remote sony Error! Bookmark not defined Phụ Lục 2: Chương trình phục vụ ngắt ngồi Error! Bookmark not defined Chương 1: NHIỆM VỤ VÀ PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ 1.1 Nhiệm vụ giao: Thiết kế mạch điều khiển động bước 1.2 Phân tích nhiệm vụ giao: Tham khảo tài liệu vi điều khiển AVR thầy Trần Văn Hùng, Ngô Diên Tập, Datasheet nhà sản xuất, trang web liên quan internet - Hệ thống gồm: + Phần cứng có khối vi điều khiển,khối thu tín hiệu hồng ngoại, khối công suất, khối chuyển động, remotes sony + Phần mềm chương trình điều khiển - Thiết bị thực là: + Hai động bước công suất nhỏ + Một Vi điều khiển Atmelga32 họ AVR + Một mắt thu hồng ngoại (loại có vỏ bọc kim loại),giá hợp lý,tín hiệu thu tương đối tốt + IRF 540N + Thiết bị gồm acquy… + Các linh kiện điện tử khác - Chương trình điều khiển gồm ứng dụng phần nhận tín hiệu từ remost sony phần điều khiển động bước viết ngơn ngữ lập trình C viết phần mềm chuyên dụng CodeVisionAVR - Chương 2: THIẾT KẾ TỔNG THỂ 2.1 Tổng quan đề tài : Các hệ thống truyền động thực tế sử dụng nhiều loại động khác động DC (có hay chổi than), động AC (đồng hay không đồng bộ) , động servo , động bước , động hỗn hợp ,… loại động có ưu, nhược điểm riêng tùy vào trường hợp , yêu cầu cụ thể mà lựa chọn loại động thích hợp Trong phần nghiên cứu số khía cạnh điều khiển động bước chạy theo quỹ đạo Động bước Động bước thực chất động đồng hoạt động tác dụng xung rời rạc Khi có xung điện đặt vào cuộn dây (phần ứng) động bước roto (phần cảm) động quay góc định gọi bước động Nếu xung dòng điện đặt vào cuộn dây (phần ứng) động liên tục roto quay liên tục Về cấu tạo, động bước coi tổng hợp hai loại động cơ: Động chiều không tiếp xúc động đồng giảm tốc công suất nhỏ 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 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 hoá, 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, bám mục tiêu khí tài quan sát, điều khiển lập trình thiết bị gia cơng 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 2.2 Thiết kế thiết bị: Sơ đồ khối: Khối chuyển động Định sẵn quãng đường chuyển động remotes sony Khối MCU Melga32 LED hồng ngoại (thu) Khối công suất Khối chuyể n động 2.3 Mô tả hoạt động phần mềm: - Hệ thống hoạt động dựa chương trình nạp sẵn ROM at mega 32L(VĐK) Mắt thu hồng ngoại nhận tín hiệu từ remotes truyền vào vi điều khiển,vi điều khiển nhận dạng phím chọn xuất tín hiệu chân điều khiển,điều khiển thiết bị theo chương trình mà thiết lập - Mắt thu hồng ngoại đặt vị trí thuận lợi để nhận tín hiệu từ remote cách tốt - Dựa vào chương trình thiết lập VĐK mà MCU cho động hoạt động: điều khiển đường rơbơt theo chương trình định sẵn - Sơ lược chức khối: + Vi điều khiển melga32 phần tử thu nhập xử lý thông tin đưa tín hiệu điều khiển + Khối thu hồng ngoại thu tín hiệu từ remotes tín hiệu thơng tin đưa vào VĐK + Khối cơng suất dùng để kích cuộn dây động bước + Khối chuyển động động bước 10 Chương 3: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 3.1 INT: Interrupts, thường gọi ngắt, “tín hiệu khẩn cấp” gởi đến xử lí, yêu cầu xử lí tạm ngừng tức khắc hoạt động để “nhảy” đến nơi khác thực nhiệm vụ “khẩn cấp” đó, nhiệm vụ gọi trình phục vụ ngắt – isr (interrupt service routine ) Sau kết thúc nhiệm vụ isr, đếm chương trình trả giá trị trước để xử lí quay thực tiếp nhiệm vụ dang dở Như vậy, ngắt có mức độ ưu tiên xử lí cao nhất, ngắt thường dùng để xử lí kiện bất ngờ không tốn nhiều thời gian Các tín hiệu dẫn đến ngắt xuất phát từ thiết bị bên chip (ngắt báo đếm timer/counter tràn, ngắt báo trình gởi liệu RS232 kết thúc…) hay tác nhân bên ngồi (ngắt báo có button nhấn, ngắt báo có gói liệu nhận…) - * Sơ lược ngắt timer 11 Hình + Bộ ngắt timer0, bít thiết lập hoạt động với tần số chia thạch anh đưa vào vi điều khiển Khi bắt đầu hoạt động ta thiết lập chế độ ngắt ngắt tràn ngắt so sánh +Ngắt tràn ngắt mà timer hoạt động đếm số xung cấp vào 255 xung dừng chương trình thực chương trình phục vụ ngắt Số lần ngắt 1s số xung cấp vào chia cho 255 +Ngắt so sánh ngắt mà timer hoạt động đếm số xung cấp vào đến giá trị mà ta so sánh dừng chương trình thực chương trình phục vụ ngắt * Sơ lược ngắt 12 Ngắt ngồi chương trình phục vụ ngắt ngồi thực có kiện sau xảy ra: + Khi phát sườn lên xung + Khi phát sườn xuống xung + Khi có thay đổi + Ở mức thấp (low level) 3.2 ADC: Chương 4: THIẾT KẾ PHẦN THIẾT BỊ 4.1 Thiết bị phát hồng ngoại: *Remote sony 13 Hình 14 Sơ lược remote sony + Tín hiệu từ remote Sony có dạng: Hình *Phần tín hiệu có độ dài 3T 1800ms gọi header hay satart bit Các bit cịn lại mã hóa sau: 500ms im lặng + 700ms hồng ngoại = bit 500ms im lặng +1300ms hồng ngoại = bit Hình 15 Bit start đặt bit B0, bit cuối B11 Với bit đầu bit lệnh, bit cuối bit địa Vì tín hiệu lấy từ renote nên ta cần giải mã bit lệnh Tín hiệu qua led thu bị đảo sau: Hình Thu v o KL U5 OUT GND VCC 4.2 Khối thu hồng ngoại -Sơ đồ ngun lý: + Hình dạng bên ngồi hình bên - Cấu tạo chất bán dẫn có chân: + Chân đưa tín hiệu (OUT) + Chân nối mass (GND) + Chân nối nguồn +5V (VCC) + Khối gồm mắt thu hồng ngoại U5 có võ bọc kim loại để chống nhiểu R50 100ohm Encoder C21 4,7uf Hình Điện trở R50 tụ hóa C21 có tác dụng lọc nhiễu Chân tín hiệu OUT nối với chân ngắt vi điều khiển - Nguyên lý hoạt động: Khi Remote phát tín hiệu hồng ngoại mắt thu nhận được, tín hiệu thu nhờ tụ C21 trở R50 lọc nhiễu đưa tín hiệu chân ngắt INT0 vi điều khiển 16 +5V 4.3 Khối MCU: Khối nguồn cho VĐK: J8 D14 U3 LM7805 12V DIODE C16 VO C22 R3 2200uF 1k D15 C23 C24 C27 1100uF 104 102 5.1V Power VI +5V GN D - 104 Nguồn nuôi vi điều khiển nguồn DC 5V, sau qua acquy 12V, điện áp đưa qua diode qua IC ổn áp 7805,điện áp 5V đưa vào vi điều khiển Để cho điện áp trở nên tương đối ổn định,ta dùng tụ lọc - Mạch nguyên lý Atmelga32: +5V R41 503 +5V RS_LCD RD_LCD EN_LCD DB4_LCD MOSI MISO SCK 10 U1 RS_LCD RD_LCD EN_LCD pwm1 DB4_LCD MOSI MISO SCK J7 PB0/XCK/T0 PA0/ADC0 PB1/T1 PA1/ADC1 PB2/INT2/AIN0 PA2/ADC2 PB3/OC0/AIN1 PA3/ADC3 PB4/SS PA4/ADC4 PB5/MOSI PA5/ADC5 PB6/MISO PA6/ADC6 PB7/SCK PA7/ADC7 40 39 38 37 36 35 34 33 PORTA J3 22 23 24 25 26 27 28 29 PORTC C.0 C.1 C.2 J6 C.3 C.4 C.5 C.6 C.7 LCD J4 PORTD Mas_RXD 14 Mas_TXD 15 Encoder16 17 pwm2 18 pwm3 19 20 pwm4 21 11 C1 1u C2 100n 10 +5V PD0/RXD PD1/TXD PD2/INT0 PD3/INT1 PD4/OC1B PD5/OC1A PD6/ICP PD7/OC2 GND PC0/SCL PC1/SDA PC2/TCK PC3/TMS PC4/TDO PC5/TDI PC6/TOSC1 PC7/TOSC2 XTAL2 VCC XTAL1 R1 10K SW1 Reset RESET AGND + C4 27p Y1 11.05920MHz 13 +5V AVCC Reset 12 C3 4.7u AREF ATMEGA32 17 C5 27p 30 C6 100n 31 C7 100n C8 1u 32 +5V D16 RED Atmega 32 vi điều khiển họ AVR, có 40 chân, có PORT:A, B, C, D Mỗi PORT có chân, khai báo đầu vào đầu tùy người sử dụng Các chân lại chân nguồn, đất, reset(như hình), có chân gắn thạch anh để tạo tần số dao động cho PORTA kênh vào ADC, dùng để đọc tín hiệu điện áp, biến từ tín hiệu tương tự thành tín hiệu số PORTB nơi để kết nối LCD hiển thị bên PORTC chân vào bình thường PORTD có kênh PWM (2,3,4), chân(Mas_RXD, Mas_TXD)kết nối giao tiếp với máy tính qua RS232 + PORTC để kích tranzito điều khiển cuộn dây động Để biết rõ vi điều khiển melga32 ta tìm hiểu thêm Datasheet 4.4 Khối công suất: - Sơ đồ nguyên lý: Q1 R30 10K R31 R29 1K TIP122 10K Q2 R32 R38 1K TIP122 10K Q3 R33 R39 1K TIP122 10K Q4 J4 R40 1K TIP122 VSS 12V+ K1 K2 Q5 R34 10K R44 1K R35 10K TIP122 K3 Q6 R36 R43 1K TIP122 K4 10K Q7 R37 R42 1K TIP122 10K K6 K7 CON6 J5 Q8 CON6 R41 1K TIP122 VSS K5 K8 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 J3 CON8 - Nguyên lý hoạt động: Tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển (PORTC) đưa vào chân B để kích transitor (IRF 540) làm kích cuộn dây động Khi kích có điện áp qua cuộn dây làm đảo cực tính nam châm Điều khiển đóng ngắt chân dùng IRF 540 18 4.5 Khối chuyển động (động bước): Động bước dùng động bước đơn cực -Hình ảnh: - Dựa vào dây quấn động người ta phân động bước thành động bước đơn cực , động bước lưỡng cực động bước đa cực + Động bước đơn cực : Động bước đơn cực có Rotor cấu tạo từ nam châm vĩnh cửu Chia thành N, S xen kẽ Stator cấu tạo cuộn dây bố trí trực giao với Mỗi cuộn dây lại chia thành phần bố trí xuyên tâm đối Giữa cuộn dây có đầu để nối với dương nguồn Động loại thường có đầu Đầu 1, thường nối với cực dương Các đầu 1a, 1b, 2a 2b nối đất định chiều quay động Máy khoan mạch in tự động sử dụng loại động bước động có mạch điều khiển đơn giản, điều khiển dễ dàng, rẻ dễ mua thị trường 19 Để có độ phân giải nhỏ rotor phải có nhiều cực Khi tăng số cực động đạt đến 3,60 , 1,80 chí 0,720/bước (500 bước/vòng) Có nhiều cách để điều khiển động bước : Điều khiển bước, điều khiển nửa bước điều khiển vi bước Loại động dùng động 1.8 độ/1 bước Điều khiển bước : Khi cấp điện cho pha motor dịch chuyển theo bước dừng vị trí A B Kích cuộn dây : 20 Kích hai cuộn dây Điều khiển nửa bước : 21 Nếu cấp điện đồng thời pha motor dịch chuyển nửa bước dừng vị trí lưng chừng trung điểm cực AB 22 Điều khiển vi bước : Cùng chế độ nửa bước cấp nguồn cho pha không motor dịch chuyển nửa bước dừng lại cực AB nghiêng bên A hay B chút tùy theo điện áp cấp cho pha cao hơn,đây chế độ vi bước Ví dụ : cực A =10v, B=0v > A=7.5v; B=2.5v > A=5v;B=5v > A=2.5v; B=7.5v > A=0v;B=10v