nghiên cứu ,chế tạo mạch điều khiển tốc độ động cơ bước và đảo chiều động cơ

ĐỒ ÁN 3 : THIẾT BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Giáo viên hướng dẫn: BÙI THỊ KIM THOA Nhóm sinh viên thực hiện: 1.Nguyễn Đức Mạnh 2.Nguyễn Đức Minh 3.Nguyễn Văn Thao Khóa : 20092013 Nghành đào tạo : ĐiệnĐiện tử Tên đề tài: nghiên cứu ,chế tạo mạch điều khiển tốc độ động cơ bước và đảo chiều động cơ Thời lượng: 2 tín chỉ Thời gian thưc hiện: 8 tuần Nội dung cần hoàn thành: 1. Lập kế hoạch thực hiện và báo cáo theo đúng tiến độ. 2. Nghiên cứu ứng dụng thực tế của thiết bị, đề ra phương án thiết kế, chế tạo. 3. Giới thiệu thông số, ứng dụng của các phần tử trong mạch. 4. Tính toán, lựa chọn các linh kiện. 5. Quy trình thưc hiện chế tạo hoàn thiện. 6. Quyển thuyết minh và các bản vẽ, Folie mô tả đầy đủ nội dung đề tài. Lời nói đầu Hiện nay nghành kỹ thuật điện –điện tử đóng vai trò rất quan trọng trong thực tiễn ứng dụng cuộc sống .bộ môn công nghệ điện –điện tử được đưa vào giảng dạy rộng rãi ở các trường đại học kỹ thuật trong cả nước ,tuy nhiên những ứng dụng của kỹ thuật điện –điện tử vẫn chưa được khai thác triệt để trong nước .và một trong những ứng dụng quan trọng đó là ứng dụng của điều khiển động cơ bước ,nó sử dụng rộng rãi đặc biệt là trong các nghành kĩ thuật như tự động hóa ,điều khiển robot . trong quá trình tham gia học tập tại trường ĐHSPKT Hưng Yên được sự chỉ đạo của nhà trường của khoa điện –điện tử ,đặc biệt là sự chỉ đạo ,hướng dẫn trực tiếp của cô giáo giao cho đề tài đồ án môn học :”mạch điều khiển tốc độ động cơ bước và đảo chiều quay động cơ “.Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu đến nay chúng em đã hoàn thành đề tài của mình Nội dung đề tài thực hiện gồm những phần sau : 1.phân tích một số linh kiện điện tử cơ bản 2.phân tích sơ đồ 3.thiết kế và chế tạo đảm bảo yêu cầu : Trong nội dung đề tài này chỉ trình bày phương pháp thiết kế dựa trên cơ Sở lý thuyết . với kiến thức còn hạn chế ,kinh nghiện chưa Tích lũy được nhiều nên không tránh khỏi thiếu sót .Rất mong được sự Đóng góp ý kiến của thầy giáo ,cô giáo và các bạn để đề tài của chúng Em được hoàn thiện hơn

Trang 1

ĐỒ ÁN 3 : THIẾT BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Giáo viên hướng dẫn: BÙI THỊ KIM THOA

Nhóm sinh viên thực hiện: 1.Nguyễn Đức Mạnh

2.Nguyễn Đức Minh

3.Nguyễn Văn Thao

Khóa : 2009-2013

Nghành đào tạo : Điện-Điện tử

Tên đề tài: nghiên cứu ,chế tạo mạch điều khiển tốc độ động cơ bước và đảo chiều động cơ

Thời lượng: 2 tín chỉ

Thời gian thưc hiện: 8 tuần

Nội dung cần hoàn thành:

1 Lập kế hoạch thực hiện và báo cáo theo đúng tiến độ

2 Nghiên cứu ứng dụng thực tế của thiết bị, đề ra phương án thiết kế, chế tạo

3 Giới thiệu thông số, ứng dụng của các phần tử trong mạch

4 Tính toán, lựa chọn các linh kiện

5 Quy trình thưc hiện chế tạo hoàn thiện

6 Quyển thuyết minh và các bản vẽ, Folie mô tả đầy đủ nội dung đề tài

Trang 2

Lời nói đầu

Hiện nay nghành kỹ thuật điện –điện tử đóng vai trò rất quan trọng trongthực tiễn ứng dụng cuộc sống bộ môn công nghệ điện –điện tử được đưa vào giảng dạy rộng rãi ở các trường đại học kỹ thuật trong cả nước ,tuy nhiên

những ứng dụng của kỹ thuật điện –điện tử vẫn chưa được khai thác triệt để trong nước và một trong những ứng dụng quan trọng đó là ứng dụng của điều khiển động cơ bước ,nó sử dụng rộng rãi đặc biệt là trong các nghành kĩ thuật như tự động hóa ,điều khiển robot trong quá trình tham gia học tập tại trường ĐHSPKT Hưng Yên được sự chỉ đạo của nhà trường của khoa điện –điện

tử ,đặc biệt là sự chỉ đạo ,hướng dẫn trực tiếp của cô giáo giao cho đề tài đồ án môn học :”mạch điều khiển tốc độ động cơ bước và đảo chiều quay động

cơ “.Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu đến nay chúng em đã hoàn

thành đề tài của mình

Nội dung đề tài thực hiện gồm những phần sau :

1.phân tích một số linh kiện điện tử cơ bản

2.phân tích sơ đồ

3.thiết kế và chế tạo đảm bảo yêu cầu :

Trong nội dung đề tài này chỉ trình bày phương pháp thiết kế dựa trên cơ

Sở lý thuyết với kiến thức còn hạn chế ,kinh nghiện chưa

Tích lũy được nhiều nên không tránh khỏi thiếu sót Rất mong được sự Đóng góp ý kiến của thầy giáo ,cô giáo và các bạn để đề tài của chúng

Em được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Page 2Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa

Sinh viên thực hiện :1 Nguyễn Đức Mạnh

2 Nguyễn Đức Minh

3 Nguyễn Văn Thao

Trang 3

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

LỜI NÓI ĐẦU 2

Nhận xét của giáo viên 3

Hưng yên ngày …tháng…năm …

Trang 4

Lí do chọn đề tài 5

Mục tiêu chọn đề tài 5

Kế hoạch thực hiện đề tài 5

PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MỘT SỐ LOẠI LINH KIỆN ĐIỆN TỬ DÙNG TRONG MẠCH

1 Điện trở 6

2.Biến trở 10

3 Tụ điện 11

4.Diode .13

5.IC Ne555 74192.74138,7414 và tip 41 17

6.Động cơ bước 24

PHẦN 2: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MẠCH. 1 Thiết kế mạch 29

2 Nguyên lí hoạt động 32

PHẦN 3 : KẾT LUẬN 34

MỞ ĐẦU 1.1Lý do chọn đề tài

-Mạch điều khiển động cơ bước là sự kết hợp của môn học kĩ thuật số

và truyền động điện sơ đồ mạch khá là đơn giản những phần tử trong mạch

Page 4 Giáo viên hướng dẫn : Bùi Thị Kim Thoa

Trang 5

được bán rất nhiều trên thị trường , giá thành rẻ và đặc biệt ứng dụng của mạch

là rất cao

Mạch điều khiển động cơ bước được ứng dụng nhiều trong ngành Tự

động hoá, chúng được ứng dụng trong các thiết bị cần điều khiển chính xác Ví dụ: Điều khiển robot, điều khiển tiêu cự trong các hệ quang học, điều khiển định vị trong các hệ quan trắc, điểu khiển bắt, bám mục tiêu trong các khí tài quan sát, điều khiển lập trình trong các thiết bị gia công cắt gọt, điều khiển các

cơ cấu lái phương và chiều trong máy bay

-Trong công nghệ máy tính, động cơ bước được sử dụng cho các loại ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, máy in

1.

2 Mục tiêu của đề tài

-Tìm hiểu nguyên lý, chức năng và tác dụng của động cơ bước

-Tìm hiểu được các chức năng, tác dụng của cá linh kiện thiết bị điện tử.-Hoàn thành sản phẩm là mạch điều khiển động cơ bước :quay thuận ,quay nghịch và quay nhanh ,quay chậm

-Rèn luyện cho sinh viên cách tự học, đi đôi với thực hành và khả năng

Làm việc theo nhóm

1.3Kế hoạch thực hiện

-Bước 1: Tìm hiểu lý thuyết chung của mạch điều khiển động cơ bước Bao gồm nguyên tắc hoạt động của mạch và một số mạch để đưa ra lựa chọntốt cho đề tài làm đồ án

-Bước 2: Tìm hiểu về các linh kiện, thiết bị điện tử sử dụng trong mạchtrên , từ đó tính toán lựa chọn các linh kiện, thiết bị đạt yêu cầu sử dụng trongmạch

-Bước 3: Tìm hiểu cách sử dụng phần mềm vẽ mạch professional,Eagle4.14 từ đó đưa ra cách vẽ mạch điều khiển động cơ bước và hoàn thành bảnmạch in của mạch

-Bước 4: Sau đã có bản mạch in tiến hành thi công hoàn thành sản phẩm

Phần 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MỘT SỐ LOẠI LINH

KIỆN ĐIỆN TỬ

1 ĐIỆN TRỞ

- Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu có một vật dẫn điệntốt thì điện trở nhỏ và ngược lại vật cách điện có điện trở cực lớn

Trang 6

- Điện trở của dây dẫn là sự phụ thuộc vào chất liệu và tiết diện của dây dẫn được tính theo công thức:

R = Trong đó: R là điện trở Đơn vị là Ω

là điện trở suất

L là chiều dài dây dẫn

S là tiết diện của dây

b) Điện trở trong thực tế và trong các mạch điện tử.

* Hình dáng và ký hiệu: Trong thực tế điện trở là một loại linh kiện điện tử

không phân cực, nó là một linh kiện quan trọng trong các mạch điện tử, chúng được làm từ hợp chất của cacbon và kim loại và được pha theo tỷ lệ mà tạo ra các con điện trở có điện dung khác nhau

Hình dạng điện trở trong các sơ đồ mạch điện tử

Trang 7

-Biến trở là loại điện trở có thể thay đổi trị số theo yêu cầu ,thường gọi

là chiết áp ,có 2 loại đó là biến trở dây quấn và biến trở than

Biến trở dây quấn :dùng dây dẫn có điện trở suất cao ,đương kính nhỏ ,quấntheo kiểu lõi cách điện bằng sứ hay nhựa tổng hợp hình vòng cung 270 độ haaiđầu hàn với hai cực dẫn điện A và B

Trang 8

-Tụ điện là một loại linh kiện thụ động được sử dụng rất rộng rãi trongcác mạch điện tử, có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng từ trường.

Trang 9

3.3 Phân loại tụ điện

- Có rất nhiều phương pháp phân loại, ở đây ta phân loại dựa trên cơ sở

chất chế tạo bên trong tụ diện thì có các loại sau :

- Nhóm tụ mica, tụ selen, tụ cemamic nhóm này làm việc ở khu vực tần

số cao tần

- Nhóm tụ sứ, sành.giấy dầu: nhóm này hoạt động ở khu vực tần số trungbình

- Tụ hóa làm việc ở khu vực tần số thấp

3.4 Đặc điểm của tụ điện

- Dùng để tích điện, và xả điện, chỉ cho tín hiệu xoay chiều đi qua, ngăndòng một chiều

- Khả năng nạp, xả điện nhiều hay ít phụ thuộc vào điện dung C của tụ

- Đơn vị đo điện dung của tụ ở mạch: pF(picro Fara),nF(nano Fara),(micro Fara) điện tử gồm

- Khi sử dụng tụ phải quan tâm đến hai thông số :

Điện dung: Cho biết khả năng chứa điên của tụ

Trang 10

Điện áp: cho biết khả năng chịu đựng của tụ.

đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo

một tiếp giáp P – N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm

: Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán

sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion

trung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa

hai chất bán dẫn

Mối tiếp xúc P – N => Cấu tạo của Diode

* Ở hình trên là mối tiếp xúc P – N và cũng chính là cấu tạo của Diode bán dẫn

Trang 11

Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn.

4.2 - Phân cực thuận cho Diode.

Khi

ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt ( vùng bán dẫn P ) và điện áp âm (-)

vào Katôt ( vùng bán dẫn N ) , khi đó dưới tác dụng tương tác của điện

áp, miền cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt

0,6V ( với Diode loại Si ) hoặc 0,2V ( với Diode loại Ge ) thì diện

tích miền cách điện giảm bằng không => Diode bắt đầu dẫn điện Nếu

tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênh

lệch điện áp giữa hai cực của Diode không tăng (vẫn giữ ở mức 0,6V )

Diode (Si) phân cực thuận – Khi Dode dẫn điện áp thuận đựơc gim ở mức 0,6V

Đường đặc tuyến của điện áp thuận qua Diode

* Kết luận : Khi Diode (loại Si)

được phân cực thuận, nếu điện áp phân cực thuận < 0,6V thì chưa có

dòng đi qua Diode, Nếu áp phân cực thuận đạt = 0,6V thì có dòng đi qua

Diode sau đó dòng điện qua Diode tăng nhanh nhưng sụt áp thuận vẫn giữ

ở giá trị 0,6V

4.3 – Phân cực ngược cho Diode.

Khi phân cực ngược cho Diode tức là cấp nguồn (+) vào Katôt (bán

dẫn N), nguồn (-) vào Anôt (bán dẫn P), dưới sự tương tác của điện áp

ngược, miền cách điện càng rộng ra và ngăn cản dòng điện đi qua

Trang 12

mối tiếp giáp, Diode có thể chiu được điện áp ngược rất lớn

khoảng 1000V thì diode mới bị đánh thủng

Diode chỉ bị cháy khi áp phân cực ngựơc tăng > = 1000V

4.4 – Phương pháp đo kiểm tra Diode

Trang 13

Đo kiểm tra Diode

 Đặt đồng hồ ở thang x 1Ω , đặt hai que đo vào hai đầu Diode, nếu :

 Đo chiều thuận que đen vào Anôt, que đỏ vào Katôt => kim lên, đảo chiều đo kim không lên là => Diode tốt

 Nếu đo cả hai chiều kim lên = 0Ω => là Diode bị chập

 Nếu đo thuận chiều mà kim không lên => là Diode bị đứt

 Ở phép đo trên thì Diode D1 tốt , Diode D2 bị chập và D3 bị đứt

 Nếu để thang 1KΩ mà đo ngược vào Diode kim vẫn lên một chút là Diode bị dò

5.IC

5.1 Ic NE555

Trang 14

*Ic NE555 gồm có 8 chân

-Chân số 1(GND):cho nối mát để cấp dòng cho IC

-Chân số 2 (trigger) :ngõ vào của một tần số áp mức áp chuẩn là 2/3*vcc -Chân số 3(outpt):ngõ ra trạng thái ngõ ra chỉ xác định theo mức áp cao (gần bằng mức áp chân 8) và thấp (gần bằng mức áp chân số 1 )

-Chân số 4(reset):dung làm định mức trạng thái ra khi chân số 4 nối mát thìngõ ra ở mức thấp khi chân 4 ở mức cao thì trạng thái ngõ ra theo điện áp chân

số 2 và 6

-Chân số 5 :dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555theo các mức biến áp ngoài hay dunhf điện trở ngoài cho nối mát tuy nhiên hầu hết các mạchđiện chân số 5 nối qua 1 tụ không phân cực 0.01uf-0,1uf, các tụ có tác dụng lọc

bỏ nhiễu giữ cho mức áp chuẩn và luôn ổn định

-Chân số 6:là ngõ và cưa 1 tầng so áp khác mức áp chuẩn là Vcc/3

-Chân số 7 :có thể xem như là một khóa điện và chịu điều khiển bởi tầng logic khi chân số 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại ,ngược lại thì nó mở ra.chân số 7 tự nạp xả điện cho mach R –C như 1 tầng dao động

-Chân số 8 (Vcc):cấp nguồn nuôi Vcc để cấp nguồn nuôi IC nguồn nuôi cho IC555 trong khoảng từ +5v-+15v

5.2.Ic 74192

a) Sơ đồ nguyên lý::

Trang 15

MR 14

U1

74HC192

b) Giải thích sơ đồ:

IC 74192 là IC tích hợp đếm 10

Chân 16 nối nguồn 5V, chân 8 nối mass

IC có một chân đếm tiến và một chân đếm lùi Chân 5 là chân quay thuận , chân 4 là chân quay ngược Khi đưa xung Clk vào chân 5 và chân 4 nối dương nguồn thì bộ đếm sẽ quay thuận Và ngược lại khi đưa xung vào chân 4 và chân 5 nối dương nguồn thì IC sẽ quay ngược

Khi ta gạt Switch 1 thi đầu vào Down luôn ở mức 1, lúc này bộ đếm sẽ quay thuận Khi ta gạt Switch 2 thì đầu vào UP luôn ở mức 1, bộ đếm sẽ thực hiện quay ngược

Các chân 1, 9, 10, 15 là các đầu vào số liệu A, B, C, D ( hoặc gọi là đầu vào đặt trước) Theo thứ tự từ A đến D thì A là bít có trọng số nhỏ nhất ( 20) và

D là bít có trọng số lớn nhất (23)

Các chân 2, 3, 6, 7 là các đầu ra ( Q0 có trọng số nhỏ nhất)

Chân 11 là chân Load tích cực thấp để điều khiển nạp số liệu đặt trước vào IC Khi cho Load = 0 các giá trị đặt ở A, B, C, D tương ứng sẽ chuyển ra

Trang 16

các đầu ra QA, QB, QC, QD Sau khi nạp phải chuyển Load sang mức logic 1 thì

bộ đếm mới hoạt động được

Chân 14 là chân CLR để xoá nội dung bộ đếm Khi CLR = 1 thì bộ đếm

bị xoá, để bộ đếm có thể đếm được thì CLR phải ở mức 0

Chân 12, 13 là đầu ra CO, BO Khi đếm ngược thì CO luôn bằng 1 (vì

UP = 1), còn đầu ra BO chỉ nhảy từ 1 xuống 0 khi nội dung bộ đếm giảm xuống đến 0 và không có xung đếm ở đầu vào Down Lúc đếm thụân thì ngượclại đầu BO luôn bằng 1, đầu ra CO chỉ nhảy từ 1 xuống 0 khi bộ đếm đã đạt đến dung lượng của nó NMax ( NMax = 9 với 74192, và NMax = 15 với 74193) và không có xung ở đầu vào UP

5.3.Ic74138

-Ic 74138 là Ic giải mã địa chỉ 3 sang 8

-Ic 74138 là IC phân kênh Nó có 3 đường địa chỉ, một đường vào và 8 đường ra

Để điều khiển quá trình chuyển mạch này ta cần 3 điều điều khiển là A,B,C (2

mũ 3 = 8) Với mỗi giá tri ABC khác nhau (000,001,010, ) sẽ ấn định liên tục giá trị đọc

-Ic 74138 là decoder dựa vào các tổ hợp input A,B,C lúc tích cực thì ngõ ra tương ứng sẽ tích cực (ở đây là tích cực mức 0) Các chân G1, G2A, G2B là các chân enable của con 74LS138, do tính chất của các chân này là G1 tích cực mức cao và 2 chân kia tích cực mức thấp nên nếu không thỏa thì dù A,B,Ccó là

gì thì ngõ ra vẫn không tích cực (mức 1)

- 8 đầu ra tương ứng của IC là các chân từ (Y1,Y2-…….Y7)

- Chân 8 (gnd)cấp nguồn âm

-Chân 16( Vcc ) cân cấp nguồn dương điện áp chuẩn là +5v

Trang 18

5.4 Ic7414

-Ic 7414 đều là cổng NOT, tuy nhiên 7414 là loại chuyển mạch trigger, tức

là chỉ chuyển trạng thái khi điện áp vượt ngưỡng điện áp cho phép

Triger sử dụng trong một trường hợp tiêu biểu như sau:

-Ic thường nhận hai kiểu tín hiệu là mức 0 tương đương với điện áp 0V,

và mức 1 là điện áp 5V

Nhưng nếu điện áp đầu vào là điện áp giao động, thường là một giá trị giữa 0V

và 5V thì sẽ không biết IC xử lý theo mức 1 hay là mức 0 Vì vậy để đảm bảo việc xử lý tín hiệu đầu vào tốt hơn, các IC kiểu trigger sẽ đặt ra hai điện áp giới hạn trên và dưới, ví dụ giới hạn trên là 3.5V và giới hạn dưới là 0.8V.Nếu trước đó, IC đang hiểu tín hiệu đầu vào là mức 0, thì IC chỉ chuyển sang hiểu tín hiệu đầu vào là mức 1 khi điện áp vượt qua giới hạn trên là 3.5 V Và lúc này, muốn IC hiểu tín hiệu đầu vào là mức 0, thì điện áp phải hạ xuống dưới giới hạn dưới, tức là dưới 0.8V thì IC mới công nhận tín hiệu đó là ở mức 0

5.5.Tip 41

-Tip41 là Transistor loai npn được kích mở khi có điện áp tương đương tác

động vào cực B,khi đó dòng điện đi từ cực C tới E loại này thì điện áp đến cực B tỉ

lệ thuận với dòng điện đầu ra Nó được ví như van thường đóng khi chưa co áp ở cực B thì nó đóng hoàn toàn ! khi có áp nó sẽ mở và dòng C-E tăng dần tỉ lệ theo

áp cực B đến mức bão hòa thì không tăng nữa

Tóm lại npn mở khi có áp ở cực B và áp cực B tỉ lệ thuận với dòng C-E

Định dạng
Số trang	29
Dung lượng	842 KB