Đồ án tốt nghiệp;giám sát,điều khiển hệ thống điều khiển vị trí qua máy tính sử dụng phần mềm visual basic

Ngày nay kỹ thuật vi điều khiển đã trở nên quen thuộc trong các ngành kỹ thuật và trong dân dụng. Từ các dây chuyền sản xuất lớn đến các thiết bị gia dụng, chúng ta đều thấy sự hiện diện của vi điều khiển. Kỹ thuật vi điều khiển với tốc độ phát triển nhanh chóng đã mang đến những thay đổi trong khoa hoc, công nghệ cũng như trong đời sống hàng ngày. Các bộ vi điều khiển có khả năng xử lý nhiều hoạt động phức tạp, chính xác hơn mà chỉ cần một vi mạch nhỏ, nó đã thay thế các tủ điều khiển lớn và phức tạp bằng những mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng thao tác sử dụng. Vi điều khiển được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như các dây chuyền tự động, các máy điều khiển số, Robot, mạch chống trộm, mạch báo cháy … Việc ứng dụng vi điều khiển để điều khiển vị trí theo ý muốn một cách chính xác trong các máy điều khiển số đang rất được quan tâm hiện nay. Khoa học ngày càng phát triển thì con người không chỉ dừng lại ở việc điều khiển trực tiếp hệ thống, mà muốn điều khiển và giám sát hệ thống từ xa thông qua máy tính. Hiện nay phần mềm Visual Basic đang được ứng dụng rất nhiều để tạo giao diện giám sát và điều khiển các hệ thống máy móc qua máy tính một cách dễ dàng và chính xác. Kỹ thuật vi điều khiển kết hợp với điều khiển bằng máy tính là kỹ thuật phát triển mạnh trong tương lai, là chìa khóa để tiến tới công nghệ hiện đại. Đối với sinh viên ngành cơ điện tử đây là một lĩnh vực mới hứa hẹn nhiều triển vọng. Chính vì những lý do trên chúng em đã chọn đề tài: “Giám sát,điều khiển hệ thống điều khiển vị trí qua máy tính sử dụng phần mềm Visual Basic”. Thông qua đề tài này chúng em sẽ có những điều kiện tốt nhất để học hỏi, tích lũy kinh nghiệm quý báu, bổ xung thêm vào hành trang của mình trên con đường đã chọn.

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 6

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 7

1.1 Lý do chọn đề tài 7

1.2 Mục đích nghiên cứu của đề tài 7

1.3 Ý nghĩa lý luận và thực tiễn của đề tài 8

1.4 Nhiệm vụ của đề tài 8

1.5 Giới hạn của đề tài 8

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH ĐỀ TÀI 9

2.1 Một số mô hình điều khiển vị trí trong công nghiệp 9

2.1.1 Mô hình điều khiển vị trí trong máy tiện vạn năng 9

2.1.2 Mô hình điều khiển vị trí trong máy tiện CNC 10

2.2 Phương án xây dựng 11

2.2.1 Sơ đồ khối của hệ thống 11

2.2.2 Chức năng các khối 12

2.3 Kết luận chương 2 13

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15

3.1 Vi điều khiển 89C51 15

3.1.1 Cấu trúc phần cứng 15

3.1.2 Mạch cơ bản để 89C51 làm việc 17

3.2 Cảm biến quang phát xạ 17

3.2.1 Cấu tạo 17

3.2.2 Các loại cảm biến quang phát xạ 19

3.3 Encoder 19

3.3.1 Nguyên lý hoạt động cơ bản của encoder 20

3.3.2 Một số loại Encoder 21

3.3.3 Cách giải mã 22

3.4 Động cơ bước 22

3.4.1 Tổng quan về động cơ bước 22

3.4.2 Các loại động cơ bước và cấu tạo từng loại 23

3.5 Trục vitme 26

3.5.1 Các loại truyền động Vít – đai ốc 27

3.5.2 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng 28

3.5.3 Vật liệu chế tạo bộ truyền vít – đai ốc 28

3.6 Visual basic 6.0 28

3.6.1 Tổng quan về visual basic 28

3.6.2 Cấu trúc một chương trình visual basic 29

3.7 Chuẩn RS232 31

3.7.1 Tổng quan chuẩn RS232 32

3.7.2 Sơ đồ ghép nối RS232 35

3.8 Kết luận chương 3 37

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH 38

4.1 Xây dựng mô hình cơ khí 38

4.1.1 Bản vẽ cơ khí mô hình 38

4.1.2 Mô hình cơ khí 46

4.2 Thiết kế mạch điện và chương trình 47

4.2.1 Sơ đồ nguyên lý 47

4.2.1.1 Khối RS232 47

4.2.1.2 Khối phím điều khiển 48

4.2.1.3 Khối nguồn 48

4.2.1.4 Khối điều khiển 50

4.2.1.5 Khối cách ly 50

4.2.1.6 Khối chấp hành 51

4.2.1.7 Khối phản hồi 52

4.2.1.8 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 52

4.2.1.2 Sơ đồ board 53

4.2.2 Giao diện máy tính 54

4.2.3 Chương trình điều khiển 58

4.2.3.1 Lưu đồ thuật toán 58

4.2.3.2 Tính toán quy đổi số xung và chiều dài bàn Vítme 63

4.2.3.3 Chương trình điều khiển 63

4.3 Kết luận chương 4 63

CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỦA MÔ HÌNH 64

5.1 Hình ảnh thực tế của sản phẩm 64

5.3 Nhận xét kết quả đo 67

5.4 Kết luận chương 5 68

KẾT LUẬN 69

PHỤ LỤC 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

DANH MỤC HÌNH

Hình 2 1 Máy tiện vạn năng 9

Hình 2 2 Máy tiện CNC 10

Hình 2 3 Sơ đồ khối 12

Y Hình 3 1 Sơ đồ chân AT89C51 15

Hình 3.2 Mạch reset 16

Hình 3.3 Cấp xung clock cho AT89C51 17

Hình 3.4 Mạch cơ bản để 89C51 làm việc 17

Hình 3 5 Cảm biến quang có sử dụng quang tích hợp tính chất phát xạ 18

Hình 3.7 Bộ phát và bộ thu đặt vuông góc với nhau 18

Hình 3.8 Cảm biến quang với bộ thu và phát tách rời 18

Hình 3.9 Nguyên lý cảm biến quang với bộ thu và phát tách rời 19

Hình 3.6 Bộ phát và bộ thu đặt cùng phương cùng chiều 18

Hình 3.10 Encoder 20

Hình 3 11 Nguyên lý hoạt động encoder 20

Hình 3.12 Absolute encoder 21

Hình 3.13 Absolute encoder 8 vòng lỗ 21

Hình 3.14 Incremental encoder 21

Hình 3.15 Lỗ định vị trong Incremental encoder 22

Hình 3.16 Encoder phổ biến nhất hiện nay 22

Hình 3.17 Động cơ bước 22

Hình 3.18 Động cơ biến từ trở 24

Hình 3.19 Động cơ bước đơn cực 6 đầu dây ra 25

Hình 3.20 Động cơ nam châm vĩnh cửu 2 cực 26

Hình 3.21 Trục vitme 27

Hình 3 22 Cấu tạo trục vít me 27

Hình 3 23 Cửa sổ khi kích hoạt Visual basic 6.0 30

Hình 3 24 Cửa sổ làm việc chính của Visual Basic 6.0 30

Hình 3.25 RS232 31

Hình 3.26 Sơ đồ chân cổng Com 9 chân 33

Hình 3 27 Mạch giao tiếp 1 kênh dùng Max232 36

Hình 3 28 Mạch chuẩn giao tiếp RS232 dùng DS275 36

Hình 3 29 Mạch chuẩn giao tiếp RS232 dùng transitor 37

Hình 4.1 Bản vẽ chi tiết phần khung cơ khí 38

Hình 4.2 Bản vẽ chi tiết đế giữ 39

Hình 4.3 Bản vẽ chi tiết gối đỡ 1 40

Hình 4 4 Bản vẽ chi tiết gối đỡ 2 41

Hình 4 5 Bản vẽ chi tiết thanh dẫn hướng 42

Hình 4 6 Bản vẽ chi tiết trục vitme 43

Hình 4 7 Bản vẽ chi tiết bàn trượt 44

Hình 4 8 Bản vẽ lắp chi tiết mô hình 45

Hình 4.9 Mô hình cơ khí 46

Hình 4.10 Khối RS232 48

Hình 4.11 Khối phím điều khiển 48

Hình 4.12 Khối nguồn cho mạch điều khiển 49

Hình 4.13 Khối nguồn cho mạch động lực 49

Hình 4.14 Khối điều khiển 50

Hình 4 15 Khối cách ly 51

Hình 4 16 Khối chấp hành 52

Hình 4 17 Khối phản hồi 52

Hình 4.18 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 53

Hình 4.19 Sơ đồ boad 54

Hình 4.20 Phần mềm Visual basic 55

Hình 4.5 Giao diện Visual basic 55

Hình 4.21 Tạo nút ấn 56

Hình 4.22 Tạo nhãn 56

Hình 4.23 Tạo ô text 57

Hình 4.24 Giao diện kết nối máy tính 57

Hình 5.1 Sản phẩm thực tế 64

Hình 5.2 Đồ thị đo với S= 5mm 65

Hình 5.3 Đồ thị đo với S= 10mm 66

Hình 5.4 Đồ thị đo với S= 15mm 67

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay kỹ thuật vi điều khiển đã trở nên quen thuộc trong các ngành kỹ thuật

và trong dân dụng Từ các dây chuyền sản xuất lớn đến các thiết bị gia dụng, chúng tađều thấy sự hiện diện của vi điều khiển Kỹ thuật vi điều khiển với tốc độ phát triểnnhanh chóng đã mang đến những thay đổi trong khoa hoc, công nghệ cũng như trongđời sống hàng ngày Các bộ vi điều khiển có khả năng xử lý nhiều hoạt động phức tạp,chính xác hơn mà chỉ cần một vi mạch nhỏ, nó đã thay thế các tủ điều khiển lớn vàphức tạp bằng những mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng thao tác sử dụng Vi điều khiển đượcứng dụng trong nhiều lĩnh vực như các dây chuyền tự động, các máy điều khiển số,Robot, mạch chống trộm, mạch báo cháy … Việc ứng dụng vi điều khiển để điều khiển

vị trí theo ý muốn một cách chính xác trong các máy điều khiển số đang rất được quantâm hiện nay Khoa học ngày càng phát triển thì con người không chỉ dừng lại ở việcđiều khiển trực tiếp hệ thống, mà muốn điều khiển và giám sát hệ thống từ xa thôngqua máy tính Hiện nay phần mềm Visual Basic đang được ứng dụng rất nhiều để tạogiao diện giám sát và điều khiển các hệ thống máy móc qua máy tính một cách dễ dàng

và chính xác Kỹ thuật vi điều khiển kết hợp với điều khiển bằng máy tính là kỹ thuậtphát triển mạnh trong tương lai, là chìa khóa để tiến tới công nghệ hiện đại Đối vớisinh viên ngành cơ- điện tử đây là một lĩnh vực mới hứa hẹn nhiều triển vọng

Chính vì những lý do trên chúng em đã chọn đề tài: “Giám sát,điều khiển hệ thống điều khiển vị trí qua máy tính sử dụng phần mềm Visual Basic” Thông qua

đề tài này chúng em sẽ có những điều kiện tốt nhất để học hỏi, tích lũy kinh nghiệmquý báu, bổ xung thêm vào hành trang của mình trên con đường đã chọn

Trong thời gian nghiên cứu và làm đồ án dựa vào kiến thức đã được học ở trường,

qua một số sách, tài liệu có liên quan cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy Nguyễn Văn Diên và các thầy cô giáo trong khoa, bộ môn cùng các bạn, đồ án môn học của

chúng em đã hoàn thành Trong quá trình thực hiện đề tài mặc dù đã cố gắng nghiêncứu và trình bày nhưng do kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếusót vì vậy chúng em rất mong các thầy, cô giáo cùng các bạn đóng góp những ý kiếnquý báu để đồ án môn học của chúng em hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện:

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU1.1 Lý do chọn đề tài

Trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước cùng với sự phát triển vượtbậc về công nghệ, ngành cơ điện tử đã và đang được ứng dụng rộng rãi mang lại hiệuquả cao trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế cũng như trong đời sống hàng ngày Và ngàynay kỹ thuật vi điều khiển đã trở nên quen thuộc trong các ngành kỹ thuật và trong dândụng Từ các dây chuyền sản xuất lớn đến các thiết bị gia dụng, chúng ta đều thấy sựhiện diện của vi điều khiển Kỹ thuật vi điều khiển với tốc độ phát triển nhanh chóng

đã mang đến những thay đổi trong khoa hoc, công nghệ cũng như trong đời sống hàngngày Các bộ vi điều khiển có khả năng xử lý nhiều hoạt động phức tạp, chính xác hơn

mà chỉ cần một vi mạch nhỏ, nó đã thay thế các tủ điều khiển lớn và phức tạp bằngnhững mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng thao tác sử dụng Vi điều khiển được ứng dụngtrong nhiều lĩnh vực như các dây chuyền tự động, các máy điều khiển số, mạch điềukhiển động cơ, các Robot, trong máy giặt, ôtô, mạch chống trộm, mạch báo cháy …Việc ứng dụng vi điều khiển để điều khiển vị trí theo ý muốn một cách chính xác trongcác máy điều khiển số đang rất được quan tâm hiện nay Khoa học ngày càng phát triểnthì con người không chỉ dừng lại ở việc điều khiển trực tiếp hệ thống, mà muốn điềukhiển và giám sát hệ thống từ xa thông qua máy tính Hiện nay phần mềm Visual Basicđang được ứng dụng rất nhiều để tạo giao diện giám sát và điều khiển các hệ thốngmáy móc qua máy tính một cách dễ dàng và chính xác Kỹ thuật vi điều khiển kết hợpvới điều khiển bằng máy tính là kỹ thuật phát triển mạnh trong tương lai, là chìa khóa

để tiến tới công nghệ hiện đại Đối với sinh viên ngành cơ- điện tử đây là một lĩnh vựcmới hứa hẹn mở ra nhiều triển vọng

Chính vì những lý do trên chúng em đã chọn đề tài: “Giám sát hệ thống điều khiển vị trí qua máy tính sử dụng phần mềm Visual Basic”.

1.2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Qua đồ án này giúp chúng em tìm hiểu, học hỏi, tích lũy kinh nghiệm quý báu,

bổ xung thêm vào hành trang của mình trên con đường đã chọn

- Tìm hiểu thêm nhiều kiến thức về vi điều khiển 89C51 và các linh kiện khác

- Tìm hiểu kỹ thuật ghép nối giữa máy tính và vi điều khiển, giao tiếp giữa máytính và vi điều khiển

- Xây dựng mô hình điều khiển vị trí hoạt động chính xác có giám sát bằng máytính

- Giúp chúng em nâng cao kinh nghiệm, kỹ năng như kĩ năng lập trình điềukhiển, kĩ năng thiết kế và làm mạch…

- Nâng cao khả năng làm việc theo nhóm

- Giúp chúng em nắm được kiến thức tổng quan về hệ thống điều khiển và giámsát Từ đó sẽ hình thành các kỹ năng liên kết các phần tử trong hệ thống saocho ổn định và mang tính kinh tế cao nhất

- Tạo sự va chạm cho sinh viên ngay trên ghế nhà trường về các hệ thống điềukhiển và giám sát trong các nhà máy để sau khi ra trường sinh viên không bị

- Nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm khi gia công

- Giảm bớt sức lao động của con người

- Giá thành sản phẩm giảm

1.4 Nhiệm vụ của đề tài

- Thiết kế chế tạo hoàn chỉnh mô hình cơ khí điều khiển vị trí trục vitme theođúng yêu cầu công nghệ của đề tài

- Thiết kế chế tạo mạch điện điều khiển của hệ thống

- Xây dựng lưu đồ thuật toán, viết chương trình cho vi điều khiển

- Thiết kế giao diện visual basic để kết nối với máy tính điều khiển và giám sát

hệ thống điều khiển vị trí

1.5 Giới hạn của đề tài

Do thời gian thực hiện và kiến thức còn hạn chế nên chúng em chỉ áp dụng trênphạm vi làm mô hình điều khiển vị trí nhưng chúng em nghĩ việc phát triển và nhậnrộng đề tài này rất có cơ sở

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH ĐỀ TÀI2.1 Một số mô hình điều khiển vị trí trong công nghiệp

2.1.1 Mô hình điều khiển vị trí trong máy tiện vạn năng

Máy tiện là máy cắt kim loại được dùng rộng rãi nhất trong ngành cơ khí cắt gọt.Các công việc chủ yếu được thực hiện trên máy tiện vạn năng là: gia công các mặt trụtròn xoay ngoài và trong mặt đầu, taro và cắt răng, gia công các mặt không tròn xoayvới các đồ gá phụ trợ

Hình 2 1 Máy tiện vạn năng

Máy tiện có nhiều loại, mỗi loại đều có kích thước và cấu tạo khác nhau Các bộphận và chi tiết chủ yếu có thay đổi nhưng nói chung về tên gọi và tác dụng cơ bảngiống nhau

Máy tiện vạn năng bao gồm các bộ phận chủ yếu sau: Thân máy, đầu máy (ụđứng), hộp bước tiến, hộp xe dao, bàn dao và ụ động Ngoài ra còn có một số bộ phậnkhác như: Bộ phận truyền chuyển động (Đai truyền, cơ cấu đảo chiều, bánh răng thaythế…), thiết bị điện, thiết bị bơm nước và làm nguội, trục trơn và trục vít me…

Đối với máy tiện khi gia công, chuyển động quay tròn của phôi và chuyển độngtịnh tiến của dao sẽ tạo ra bề mặt gia công Để điều khiển vị trí của dao tiện với phươngpháp bằng tay, ta dùng tay gạt hoặc tay quay điều khiển để điều khiển Tiến hành chotới khi dùng thước đo, kiểm tra chi tiết đạt yêu cầu thì dừng lại Việc chỉnh máy, gáphôi, kẹp chặt dụng cụ… được thực hiện bằng tay: cài đặt các thông số v, s, t điều thựchiện thông qua các tay quay Năng suất và chất lượng khi gia công tiện phụ thuộc vàonhiều yếu tố như: vật liệu của dụng cụ, vật liệu của chi tiết gia công, trạng thái bề mặtgia công, tay nghề của người công nhân… Chính vì việc thực hiện, điều khiển vị trítrong các máy tiện vạn năng bằng tay nên độ chính xác, năng suất chưa cao Do không

tự động kiểm tra chất lượng trong quá trình gia công, không giám sát được quá trìnhgia công nên tổn hao chi phí cho kiểm tra chất lượng cao.

2.1.2 Mô hình điều khiển vị trí trong máy tiện CNC

Trong các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp ở nước ta hiện nay máy công cụ điềukhiển số CNC nói chung và máy tiện CNC nói riêng ngày càng được sử dụng rộng rãinhờ những đặc điểm ưu việt của nó

Hình 2 2 Máy tiện CNC

Khi chi tiết có độ phức tạp cao, lựa chọn phương pháp gia công phù hợp nhất làgia công trên các máy CNC Bởi vì gia công trên máy CNC rút ngắn thời gian giacông, đạt độ chính xác yêu cầu và giá thành rẻ hơn so với các máy công cụ vạn năng vàmáy tự động vạn năng Khi thay đổi hình dạng sản phẩm nhanh vì chỉ cần thay đổichương trình điều khiển mà không cần thay đổi cấu trúc của máy hoặc thêm các đồ gáchuyên dùng Máy có khả năng đánh giá độ mòn dụng cụ ngay trong quá trình gia công

và tự điều chỉnh máy để bù lượng mòn dụng cụ Máy CNC có tính năng tự động kiểm

tra chất lượng ngay trong quá trình gia công

Hệ điều khiển máy CNC: Về mặt tổng quát, các máy CNC trong công nghiệp

đều được điều khiển theo một nguyên tắc nhất định Dữ liệu điều khiển được đọc vàocác vật mang tin (băng từ, đĩa từ, băng đục lỗ…) hoặc từ chương trình có sẵn trên máytính hoặc do người sử dụng nhập vào từ bàn phím giao tiếp Các dữ liệu này được giải

mã và hệ thống điều khiển xuất ra các tập lệnh để điều khiển các cơ cấu chấp hành thựchiện các lệnh theo yêu cầu của người sử dụng Trong khi các cơ cấu chấp hành thựchiện các lệnh đó, kết quả về việc thực hiện được mã hóa ngược lại và phản hồi về hệđiều khiển máy, các kết quả này được so sánh với các tập lệnh được gửi đi Sau đó hệthống điều khiển có nhiệm vụ bù lại các sai lệch và tiếp tục gửi đến các cơ cấu chấp

hành cho đến khi thông tin về kết quả thực hiện phản hồi trở lại”khớp” với thông tinđược gửi đi.

Như vậy, ta có thể nói hệ điều khiển máy CNC trong công nghiệp là một hệ điềukhiển kín (dữ liệu lưu thông theo một vòng kín) Chương trình NC nhập vào bộ điềukhiển bằng bàn phím, đĩa, cổng giao tiếp, lưu trong bộ nhớ; máy tính và phần mềm tíchhợp làm nhiệm vụ điều khiển, sử dụng bộ nhớ lưu trữ dữ liệu máy tính, chương trình,kết hợp phần mềm phân tích lỗi: có sự phản hồi của hệ thống đo

2.2 Phương án xây dựng

Yêu cầu hệ thống bao gồm động cơ bước quay truyền chuyển động cho trụcvitme chuyển động Động cơ là đối tượng điều khiển đóng vai trò là cơ cấu chấp hànhnhận lệnh điều khiển từ vi điều khiển Khi vít me quay sẽ làm đai ốc tịnh tiến, tùy theochiều quay của động cơ mà đai ốc sẽ được tịnh tiến sang trái hoặc sang phải Ba cảmbiến từ tiệm cận để cảm nhận vị trí giữa hành trình, đầu hành trình và cuối hành trình.Gốc tọa độ được lấy ở giữa, từ đó đai ốc có thể dịch chuyển sang trái hoặc sang phải.Nhiệm vụ của cảm biến đầu và cảm biến cuối là dừng động cơ để đảm bảo tính an toàncủa hệ thống Encoder được gắn với trục vitme nhằm giám sát số vòng quay của động

cơ Encoder sẽ giám sát số vòng quay và đưa tín hiệu về vi điều khiển

Với một bài toán xác định vị trí thì yêu cầu về độ chính xác luôn được đặt lênhàng đầu, yêu cầu về đồng trục và độ chính xác của các phần tử cơ khí cao

2.2.1 Sơ đồ khối của hệ thống

KHỐI NGUỒNMÁY TÍNH

Hình 2 3 Sơ đồ khối 2.2.2 Chức năng các khối

a) Máy tính

Chức năng: Điều khiển hệ thống thông qua phần mềm Visual Basic Ta nhập

khoảng cách theo mong muốn từ bàn phím của máy tính Hệ thống sẽ gửi lại vị trí thực

và hiển thị lên màn hình

b) Khối RS232

Chức năng: Là khối kết nối máy tính với vi điều khiển qua chuẩn truyền thôngRS232 qua cổng COM 9 chân Bằng việc sử dụng ngôn ngữ lập trình Visual Basic là

có thể giao tiếp giữa vi điều khiển và máy tính

c) Khối phím điều khiển

Chức năng: thông qua các nút ấn để điều khiển hệ thống hoạt động theo các chế độ

đặt trước

d) Khối nguồn

Chức năng: cấp nguồn cho hệ hống hoạt động Chuyển đổi điện áp AC sang

5VDC để cấp cho khối điều khiển, khối cách ly, khối phím điều khiển và 12VDC cấpcho khối chấp hành

KHỐI CHẤPHÀNH

KHỐI CÁCH LYKHỐI ĐIỀU

KHIỂN

KHỐI PHẢNHỒI

KHỐI

MAX232

KHỐI PHÍM

ĐIỀU KHIỂN

e) Khối điều khiển

Chức năng: Đây là khối xử lý trung tâm của hệ thống Tiếp nhận thông tin từ khối

phản hồi, từ đó xuất tín hiệu điều khiển gửi đến khối chấp hành theo các chương trình đã

lập sẵn Đưa dữ liệu về vị trí thực hiển thị lên màn hình máy tính Khối này có vai trò đặc

biệt quan trọng, nó là trung tâm, là bộ não của toàn hệ thống, làm nhiệm vụ điều hànhhoạt động của cả hệ thống

f) Khối cách ly

Chức năng: Chống nhiễu cho khối điều khiển Dùng để cách ly quang giữa mạch

công suẩt với mạch điều khiển Nếu có sự cố từ mạch ứng dụng như cháy, chập, tăngáp thì cũng không làm ảnh hưởng đến mạch điều khiển Khối cách ly có nhiệm vụcách ly hai tín hiệu: tín hiệu điều khiển (làm việc ở điện áp và dòng điện nhỏ) và tínhiệu của mạch động lực (làm việc ở điện áp và dòng điện lớn)

g) Khối chấp hành

Chức năng: Nhận tín hiệu điều khiển từ khối điều khiển, thực hiện các lệnh điều

khiển do khối điều khiển đưa ra để di chuyển trục vitme Động cơ quay truyền chuyểnđộng cho trục vitme

h) Khối phản hồi

Chức năng: Nhận thông tin qua khối chấp hành, sau đó gửi phản hồi về cho khối

điều khiển Bao gồm các cảm biến quang, encoder Encoder để giám sát số vòng quaycủa động cơ

2.3 Kết luận chương 2

Qua việc nghiên cứu, phân tích, tìm hiểu một số mô hình điều khiển vị trí trongthực tế để thực hiện được yêu cầu của đề tài và phù hợp với thực tế cần phải lựa chọncác thiết bị sao cho phù hợp Và chúng em đã lựa chọn sử dụng:

- Phần mềm Visual Basic để thiết kế giao diện giám sát hệ thống vì phần mềmnày đang được sử dụng rộng rãi và rất dễ sử dụng

- Sử dụng chíp vi điều khiển 89C51 Đây là loại chíp được dùng phổ biến, dễ lậptrình

- Động cơ bước để điều khiển trục vitme vì động cơ bước có độ chính xác cao

- Sử dụng các cảm biến quang, encoder để gửi tín hiệu phản hồi về cho vi điềukhiển Đây là các thiết bị hiện đại và có độ chính x ác cao

- Chuẩn truyền RS232 để giao tiếp giữa máy tính và vi điều khiển Đây là chuẩnđơn giản và dễ dùng Hầu như các thiết bị đều được giao tiếp với máy tính thôngqua chuẩn này.

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT3.1 Vi điều khiển 89C51

3.1.1 Cấu trúc phần cứng

a) Sơ đồ chân

Chíp 89C51 có 40 chân với hai hàng chân

Hình 3 1 Sơ đồ chân AT89C51

Loại chip 8051 phổ biến trên thị trường hiện nay là AT89C51/52/55

b) Tóm tắt phần cứng

- Chân VCC: Chân số 40 là VCC cấp điện áp +5V cho vi điều khiển

- Chân GND: Chân số 20 nối mass

- Port 0: Gồm 8 chân P0.0 đến P0.7 (chân 32-39): là các chân của cổng 0

- Port 1: Gồm 8 chân P1.0 đến P1.7 (chân 1-8): là các chân của cổng 1

- Port 2: Gồm 8 chân P2.0 đến P2.7 (chân 21-28): là các chân của cổng 2

- Port 3: Gồm 8 chân P3.0 đến P3.7 (chân 10-17): là các chân của cổng 3

- Reset (Chân 9): Chân reset có tác dụng reset cho chíp, mức tích cực của chân này làmức 1, để reset ta phải đưa mức 1 (5v) đến chân này với thời gian tối thiểu 2 chu kỳmáy (tương đương 2µs – tương đương với thạch anh 12Mhz )

- TxD: truyền tín hiệu kiểu nối tiếp

- /INT0: ngắt ngoài 0

- /INT1: ngắt ngoài 1

- T0: chân vào 0 của bộ timer/counter 0

- T1: chân vào 1 của bộ timer/counter 1

- /WR: ghi giữ liệu vào bộ nhớ ngoài

-/Rd: đọc giữ liệu từ bộ nhớ ngoài

-XTAL1 (chân 19): chân vào mạch khuếch đại dao động

-XTAL2 (chân 18): chân ra từ mạch khuếch đại dao động

-/PSEN (chân 29): chân cho phép đọc chương trình ngoài (Rom ngoài)

Sau đây là mạch reset:

a) Reset bằng tay b) Reset khi cấp nguồn

PSW (Thanh ghi trạng thái chương trình) 00h

SP (Stack pointer – Thanh ghi ngăn xếp) 07h

All timer registers ( tất cả các thanh ghi của bộ định thời ) 00h

a) Dùng thạch anh b) Dùng cổng logic

Hình 3.3 Cấp xung clock cho AT89C51

Tụ gốm có trị số từ 27pF - 33pF để ổn định làm việc cho thạch anh, thường dùng loại 33pF

3.1.2 Mạch cơ bản để 89C51 làm việc

Hình 3.4 Mạch cơ bản để 89C51 làm việc 3.2 Cảm biến quang phát xạ

3.2.1 Cấu tạo

* Xét cảm biến quang có sử dụng quang tích hợp tính chất phát xạ

Hình 3 5 Cảm biến quang có sử dụng quang tích hợp tính chất phát xạ

Nguyên lý làm việc:

Ánh sáng được phát ra từ diode phát quang đến ập vào bề mặt của vật chắn vàphản xạ trở lại chiếu vào photodide và biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện trướckhi đưa đến trigger smith tín hiệu được đưa tới khối chuyển mạch ra

Hình 3.7 Bộ phát và bộ thu đặt vuông góc với nhau

*Xét cảm biến quang với bộ thu và phát tách rời

Hình 3.6 Bộ phát và bộ thu đặt cùng phương cùng chiều

Hình 3.8 Cảm biến quang với bộ thu và phát tách rời

Nguyên lý:

Ánh sáng từ bộ phát với tần số và cường độ phù hợp với bộ thu quang và được

bộ thu quang chuyển thành tín hiệu điện rồi đưa qua mạch lọc, qua trigger smith và đưa

ra đầu ra

Hình 3.9 Nguyên lý cảm biến quang với bộ thu và phát tách rời

3.2.2 Các loại cảm biến quang phát xạ

a) Cảm biến quang hồng ngoại

Cảm biến hồng ngoại là loại cảm biến sử dụng ánh sáng hồng ngoại (ánh sángkhông nhìn thấy, nguồn sáng phát ra từ các Led phát ra ánh sáng hồng ngoại và nóđược gọi là bộ phát Bộ thu có thể là photodiode hoặc phototranzitor

Các dạng hoạt động của cảm biến phát xạ:

- Loại tối hoạt động: là loại mà tải được cấp điện khi ánh sáng từ bộ phát

không đến được bộ thu của cảm biến

- Loại sáng hoạt động: là loại mà tải được cấp điện khi ánh sáng từ bộ phát

được truyền tới bộ thu của cảm biến

b) Cảm biến quang và ứng dụng cáp quang

Sợi quang có vai trò truyền dẫn ánh sáng Những cảm biến sợi quang sử dụng

bộ phát và bộ thu và cáp uốn cong với rất nhiều sợi quang truyền ánh sáng Cảm biến

có thể sử dụng cặp đôi tách riêng cho bộ phát và bộ thu có thể bố trí riêng biệt hoặc bộtrí chung với nhau

Hình 3.10 Encoder 3.3.1 Nguyên lý hoạt động cơ bản của encoder

Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục Trên đĩa

có các lỗ (rãnh) Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay, chỗkhông có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led sẽchiếu xuyên qua Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu Vớicác tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led cóchiếu qua lỗ hay không Khi trục quay, giả sử trên đĩa chỉ có một lỗ duy nhất, cứ mỗilần con mắt thu nhận được tín hiệu đèn led, thì có nghĩa là đĩa đã quay được một vòng.Đây là nguyên lý rất cơ bản của encoder

Hình sau sẽ minh họa nguyên lý cơ bản của hoạt động encoder.

Hình 3 11 Nguyên lý hoạt động encoder 3.3.2 Một số loại Encoder

Lỗ định vị trong Incremental encoder

Hình 3.15 Lỗ định vị trong Incremental encoder

Hình 3.16 Encoder phổ biến nhất hiện nay 3.3.3 Cách giải mã

- Sử dụng phương pháp đếm số vòng quay của bánh xe trên một đơn vị thời gian

- Đếm số vòng quay ta mã hóa chúng dưới dạng các xung 0 và 1, ta có nhiều cáchđếm:

+ Dùng Encoder có sẵn trong động cơ

+ Lắp các vạch đen trắng gắn lên bánh xe làm căn cứ tạo xung Phương pháp

này rất thuận lợi cho giải mã theo phương pháp riêng, số lượng vạch thay đổi dễ dàngtùy theo tốc độ động cơ.

có từ tính Tất cả các mạch đảo phải được điều khiển bên ngoài bởi bộ điều khiển, vàđặc biệt, các động cơ và bộ điều khiển được thiết kế để động cơ có thể giữ nguyên bất

kỳ vị trí cố định nào cũng như là quay đến bất kỳ vị trí nào Hầu hết các động cơ bước

có thể chuyển động ở tần số âm thanh, cho phép chúng quay khá nhanh, và với một bộđiều khiển thích hợp, chúng có thể khởi động và dừng lại dễ dàng ở các vị trí bất kỳ Động cơ bước là 1 loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa sốcác động cơ điện thông thường Chúng thực chất là 1 động cơ đồng bộ dùng để biếnđổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành cácchuyển động góc quay hoặc các chuyển động của roto có khả năng cố định rôto vào các

Động cơ bước có thể được dùng trong hệ thống điều khiển vòng hở đơn giản;những hệ thống này đảm bảo cho hệ thống điều khiển gia tốc với tải trọng tĩnh, nhưngkhi tải trọng thay đổi hoặc điều khiển ở gia tốc lớn, người ta vẫn dùng hệ điều khiểnvòng kín với động cơ bước

3.4.2 Các loại động cơ bước và cấu tạo từng loại

Động cơ bước được chia làm hai loại, nam châm vĩnh cửu và biến từ trở (cũng cóloại động cơ hỗn hợp nữa, nhưng nó không khác biệt gì với động cơ nam châm vĩnhcửu) Nếu mất đi nhãn trên động cơ, các bạn vẫn có thể phân biệt hai loại động cơ nàybằng cảm giác mà không cần cấp điện cho chúng Động cơ nam châm vĩnh cửu dườngnhư có các nấc khi bạn dùng tay xoay nhẹ rotor của chúng, trong khi động cơ biến từtrở thì dường như xoay tự do (mặc dù cảm thấy chúng cũng có những nấc nhẹ bởi sựgiảm từ tính trong rotor) Bạn cũng có thể phân biệt hai loại động cơ này bằng ohm kế.Động cơ biến từ trở thường có 3 mấu, với một dây về chung, trong khi đó, động cơnam châm vĩnh cửu thường có hai mấu phân biệt, có hoặc không có nút trung tâm Núttrung tâm được dùng trong động cơ nam châm vĩnh cửu đơn cực

Động cơ bước phong phú về góc quay Các động cơ kém nhất quay 90 độ mỗibước, trong khi đó các động cơ nam châm vĩnh cửu xử lý cao thường quay 1.8 độ đến0.72 độ mỗi bước Với một bộ điều khiển, hầu hết các loại động cơ nam châm vĩnh cửu

và hỗn hợp đều có thể chạy ở chế độ nửa bước, và một vài bộ điều khiển có thể điềukhiển các phân bước nhỏ hơn hay còn gọi là vi bước Đối với cả động cơ nam châmvĩnh cửu hoặc động cơ biến từ trở, nếu chỉ một mấu của động cơ được kích, rotor (ởkhông tải) sẽ nhảy đến một góc cố định và sau đó giữ nguyên ở góc đó cho đến khimoment xoắn vượt qua giá trị moment xoắn giữ (hold torque) của động cơ

Hình 3.18 Động cơ biến từ trở

Nếu motor của bạn có 3 cuộn dây, được nối như trong sơ đồ hình 3.18, với một đầunối chung cho tất cả các cuộn, thì nó chắc hẳn là một động cơ biến từ trở Khi sử dụng,

dây nối chung (C) thường được nối vào cực dương của nguồn và các cuộn được kíchtheo thứ tự liên tục

Dấu thập trong hình 3.18 là rotor của động cơ biến từ trở quay 30 độ mỗi bước.Rotor trong động cơ này có 4 răng và stator có 6 cực, mỗi cuộn quấn quanh hai cực đốidiện Khi cuộn 1 được kích điện, răng X của rotor bị hút vào cực 1 Nếu dòng qua cuộn

1 bị ngắt và đóng dòng qua cuộn 2, rotor sẽ quay 30 độ theo chiều kim đồng hồ và răng

Y sẽ hút vào cực 2

Để quay động cơ này một cách liên tục, chúng ta chỉ cần cấp điện liên tục luânphiên cho 3 cuộn Theo logic đặt ra, trong bảng dưới đây 1 có nghĩa là có dòng điện điqua các cuộn, và chuỗi điều khiển sau sẽ quay động cơ theo chiều kim đồng hồ 24bước hoặc 2 vòng:

Hình 3.19 Động cơ bước đơn cực 6 đầu dây ra

Động cơ bước đơn cực, cả nam châm vĩnh cửu và động cơ hỗn hợp, với 5, 6 hoặc

8 dây ra thường được quấn như sơ đồ hình 3.19, với một đầu nối trung tâm trên cáccuộn Khi dùng, các đầu nối trung tâm thường được nối vào cực dương nguồn cấp, vàhai đầu còn lại của mỗi mấu lần lượt nối đất để đảo chiều từ trường tạo bởi cuộn đó

Mấu 1 nằm ở cực trên và dưới của stator, còn mấu 2 nằm ở hai cực bên phải và bêntrái động cơ Rotor là một nam châm vĩnh cửu với 6 cực, 3 Nam và 3 Bắc, xếp xen kẽtrên vòng tròn.

Để xử lý góc bước ở mức độ cao hơn, rotor phải có nhiều cực đối xứng hơn Động

cơ 30 độ mỗi bước trong hình là một trong những thiết kế động cơ nam châm vĩnh cửuthông dụng nhất, mặc dù động cơ có bước 15 độ và 7.5 độ là khá lớn Người ta cũng đãtạo ra được động cơ nam châm vĩnh cửu với mỗi bước là 1.8 độ và với động cơ hỗnhợp mỗi bước nhỏ nhất có thể đạt được là 3.6 độ đến 1.8 độ, còn tốt hơn nữa, có thể đạtđến 0.72 độ Như trong hình, dòng điện đi qua từ đầu trung tâm của mấu 1 đến đầu atạo ra cực Bắc trong stator trong khi đó cực còn lại của stator là cực Nam Nếu điện ởmấu 1 bị ngắt và kích mấu 2, rotor sẽ quay 30 độ, hay 1 bước Để quay động cơ mộtcách liên tục, chúng ta chỉ cần áp điện vào hai mấu của đông cơ theo dãy

Mấu 1a 1000100010001000100010001 Mấu 1a 1100110011001100110011001Mấu 1b 0010001000100010001000100 Mấu 1b 0011001100110011001100110Mấu 2a 0100010001000100010001000 Mấu 2a 0110011001100110011001100Mấu 2b 0001000100010001000100010 Mấu 2b 1001100110011001100110011thời gian ‐‐> thời gian ‐‐>

Nhớ rằng hai nửa của một mấu không bao giờ được kích cùng một lúc Cả hai dãy nêutrên sẽ quay một động cơ nam châm vĩnh cửu một bước ở mỗi thời điểm Dãy bên tráichỉ cấp điện cho một mấu tại một thời điểm, như mô tả trong hình trên Dãy bên phảiđòi hỏi cấp điện cho cả hai mấu một lúc và nói chung sẽ tạo ra một moment xoắy lớnhơn dãy bên trái 1.4 lần trong khi phải cấp điện gấp 2 lần

Vị trí bước được tạo ra bởi hai chuỗi trên không giống nhau; kết quả, kết hợp 2chuỗi trên cho phép điều khiển nửa bước, với việc dừng động cơ một cách lần lượt tạinhững vị trí đã nêu ở một trong hai dãy trên Chuỗi kết hợp như sau:

Hình 3.20 Động cơ nam châm vĩnh cửu 2 cực

Động cơ nam châm vĩnh cửu hoặc hỗn hợp hai cực có cấu trúc cơ khí giống y nhưđộng cơ đơn cực, nhưng hai mấu của động cơ được nối đơn giản hơn, không có đầutrung tâm Vì vậy, bản thân động cơ thì đơn giản hơn, nhưng mạch điều khiển để đảocực mỗi cặp cực trong động cơ thì phức tạp hơn Minh hoạ ở hình 3.20 chỉ ra cách nốiđộng cơ, trong khi đó phần rotor ở đây giống y như ở hình 3.19

3.5.1 Các loại truyền động Vít – đai ốc

Truyền động trục vít – đai ốc được dùng để biến chuyển động quay thành chuyểnđộng tịnh tiến

Hình 3 22 Cấu tạo trục vít me

Tùy theo dạng chuyển động của vít và đai ốc ta có các loại:

- Trục vít quay và tịnh tiến, đai ốc cố định với giá

- Đai ốc tịnh tiến, vít quay

- Đai ốc vừa tịnh tiến vừa quay còn vít đứng yên

Trong đồ án của chúng em sử dụng loại vít quay đai ốc tịnh tiến

Truyền động trục vít – đai ốc có lợi về lực, có thể thực hiện được các dịch chuyểnchậm và chính xác Ren dùng trong chuyển động vít-đai ốc thường là loại ren có gócprofin khá nhỏ như ren hình thang, ren răng cửa, ma sát tương đối nhỏ, hiệu suất cao.Ren tam giác có bước nhỏ dùng trong các khí cụ thực hiện các dịch chuyển chính xác.Đối với các bộ truyền đòi hỏi chuyển vị rất chính xác người ta dùng ren hình thang cógóc profin nhỏ hoặc ren hình vuông do ít chịu ảnh hưởng của di động hướng tâm củavít, mất mát do ma sát khá nhỏ Tuy nhiên vì khó chế tạo nên ren hình vuông ngàycàng ít dùng

3.5.2 Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng

 Ưu điểm của bộ truyền trục vít – đai ốc

- Cấu tạo đơn giản, thắng lực lớn, thực hiện được di chuyển chậm.

- Kích thước nhỏ, chịu được lực lớn.

- Thực hiện được các dịch chuyển chính xác cao.

- Hiệu suất thấp do ma sát trên ren.

- Chóng mòn.

 Phạm vi sử dụng

- Dùng trong các thiết bị cần tạo ra lực lớn như kích vít, vít ép…

- Trong các thiết bị cần thực hiện các dịch chuyển chính xác như các thiết bị đo…

- Trong truyền động vít đai ốc công suất mất mát chủ yếu do ma sát trên ren.

3.5.3 Vật liệu chế tạo bộ truyền vít – đai ốc

Ngoài yêu cầu về độ bền, vật liệu làm vít cần có độ bền mòn cao và dễ gia công.Vật liệu vít: vít không tôi được làm bằng thép CT5, 35, 45… Vít tôi được làm bằngthép 40X, 40XH… Tôi có độ rắn không thấp hơn 50HRC

Vật liệu đai ốc: thường làm bằng đồng thanh thiếc, trường hợp tải trọng nhỏ và vận tốcthấp có thể dùng gang xám

3.6 Visual basic 6.0

3.6.1 Tổng quan về visual basic

Visual Basic là gì? Phần "Visual" đề cập đến phương pháp được sử dụng để tạogiao diện đồ họa người dùng (Graphical User Interface - GUI) Visual Basic 6 có sẵnnhững bộ phận hình ảnh, gọi là controls, bạn có thể sắp đặt vị trí và quyết định các đặctính của chúng trên một khung màn hình, gọi là form Nếu bạn đã từng sử dụng chươngtrình vẽ chẳng hạn như Paint, bạn đã có sẵn các kỹ năng cần thiết để tạo một GUI choVisual Basic 6

Phần "Basic" đề cập đến ngôn ngữ BASIC (Beginners All-Purpose SymbolicInstruction Code), một ngôn ngữ lập trình đơn giản, dễ học, được chế ra cho các khoahọc gia (những người không có thì giờ để học lập trình điện toán) dùng Visual Basicchứa đến hàng trăm câu lệnh (commands), hàm (functions) và từ khóa (keywords) Rấtnhiều commands, functions liên hệ trực tiếp đến MS Windows GUI Những người mớibắt đầu có thể viết chương trình bằng cách học chỉ một vài commands, functions vàkeywords Khả năng của ngôn ngữ này cho phép những người chuyên nghiệp hoànthành bất kỳ điều gì nhờ sử dụng ngôn ngữ lập trình MS Windows nào khác Ngườimang lại phần "Visual" cho Visual Basic là Alan Cooper Ông đã gói môi trường hoạtđộng của Basic trong một phạm vi dễ hiểu, dễ dùng, không cần phải chú ý đến sự tinhxảo của MS Windows, nhưng vẫn dùng các chức năng của MS Windows một cách hiệuquả Do đó, nhiều người xem Alan Cooper là cha của Visual Basic

Visual Basic 6.0 là một phiên bản của bộ công cụ lập trình Visual Basic, cho phépngười dùng tiếp cận nhanh cách thức lập trình trên môi trường Windows Những ai đãtừng quen thuộc với Visual Basic thì tìm thấy ở Visual Basic 6 những tính năng trợ

giúp mới và các công cụ lập trình hiệu quả Người dùng mới làm quen với Visual Basiccũng có thể làm chủ Visual Basic 6 một cách dễ dàng.

Với Visual Basic 6, chúng ta có thể:

- Khai thác thế mạnh của các điều khiển mở rộng

- Làm việc với các điều khiển mới (ngày tháng với điều khiển MonthView vàDataTimePicker, các thanh công cụ có thể di chuyển được CoolBar, sử dụng đồhọa với ImageCombo, thanh cuộn FlatScrollBar…)

- Làm việc với các tính năng ngôn ngữ mới

- Làm việc với DHTML

- Làm việc với cơ sở dữ liệu

- Các bổ sung về lập trình hướng đối tượng

3.6.2 Cấu trúc một chương trình visual basic

Một chương trình được viết trong Visual basic thường tổ chức thành một dự án.Trong một dự án thường có module chuẩn, các form (biểu mẫu), các điều khiển ngườidùng, các lớp Trên các form thường có các điều khiển như nút lệnh, hộp nhận vănbản… Chương trình thường bắt đầu chạy từ một form nào đó tronng số các form hoặc

từ một thủ tục có tên là Main thuộc một module chuẩn Bắt đầu chạy từ form hay mộtthủ tục trong module là do thiết lập cấu hình của dự án

Bắt đầu một dự án mới với Visual Basic 6

Từ menu Start chọn Programs, Microsoft Visual Basic 6.0 Khi đó bạn sẽ thấy mànhình đầu tiên như hình dưới đây

Hình 3 23 Cửa sổ khi kích hoạt Visual basic 6.0

Chọn: Ở đây, người dùng có thể chọn tạo mới một dự án thực thi được bằng cách chọnStandard EXE rồi nhấp Open

Tiếp theo là cửa sổ làm việc chính của Visual Basic 6, gọi tắt là IDE (IntegratedDevelopment Environment)

Hình 3 24 Cửa sổ làm việc chính của Visual Basic 6.0

Tìm hiểu các thành phần của IDE

IDE là tên tắt của môi trường phát triển tích hợp (Integrated DevelopmentEnvironment), đây là nơi tạo ra các chương trình Visual Basic IDE của Visual Basic là

nơi tập trung các menu, thanh công cụ và cửa sổ để tạo ra chương trình Mỗi một thànhphần của IDE có các tính năng ảnh hưởng đến các hoạt động lập trình khác nhau.

Thanh menu cho phép bạn tác động cũng như quản lý trực tiếp trên toàn bộ ứngdụng Bên cạnh đó thanh công cụ cho phép truy cập các chức năng của thanh menuthông qua các nút trên thanh công cụ

Thanh công cụ là tập hợp các nút bấm mang biểu tượng thường đặt dưới thanhmenu Các nút này đảm nhận các chức năng thông dụng của thanh menu (New, Open,Save )

Form: cửa sổ thiết kế giao diện các màn hình của ứng dụng Khi vừa mới tạo, mànhình không chứa điều khiển nào Người lập trình sẽ đưa các điều khiển vào, viết lệnh

xử lý các sự kiện liên quan cho màn hình và các điều khiển

Hộp công cụ: chứa các điều khiển để thiết kế màn hình

Cửa sổ Project Explorer hiển thị các đề án khác nhau mà người dùng đang làmcũng như các phần của đề án

Cửa sổ Properties cho phép xem và thay đổi thông tin của đối tượng được chọn trênForm

Form Layout: người dùng sẽ xem xét và bố trí một hoặc nhiều form trên màn hình

3.7 Chuẩn RS232

Ngày nay các thiết bị đo lường, điều khiển đều phải giao tiếp với máy tính đểquan sát thông số và chế độ hoạt động của thiết bị như thế nào? Chuẩn giao tiếp đượccoi là đơn giản và dễ dùng đó là RS232 Hầu như các thiết bị đều được giao tiếp vớimáy tính thông qua chuẩn này

Hình 3.25 RS232 3.7.1 Tổng quan chuẩn RS232

Vấn đề giao tiếp giữa máy tính và vi điều khiển rất quan trọng trong các ứng dụngđiều khiển, đo lường Ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 là một trong những kỹ thuật

được sử dụng rộng rãi để ghép nối các thiết bị ngoại vi với máy tính Nó là một chuẩngiao tiếp nối tiếp dùng định dạng không đồng bộ, kết nối nhiều nhất là 2 thiết bị, chiềudài kết nối lớn nhất cho phép để đảm bảo dữ liệu là 12.5 đến 25.4m, tốc độ 20kbit/s đôikhi là tốc độ 115kbit/s với một số thiết bị đặc biệt Ý nghĩa của chuẩn truyền thông nốitiếp nghĩa là trong một thời điểm chỉ có một bit được gửi đi dọc theo đường truyền.

Có hai phiên bản RS232 được lưu hành trong thời gian tương đối dài là RS232B

và RS232C Nhưng cho đến nay thì phiên bản RS232B cũ thì ít được dùng cònRS232C hiện vẫn được dùng và tồn tại thường được gọi là tên ngắn gọn là chuẩnRS232 Các máy tính thường có 1 hoặc 2 cổng nối tiếp theo chuẩn RS232C được gọi làcổng Com Chúng được dùng ghép nối cho chuột, modem, thiết bị đo lường Trênmain máy tính có loại 9 chân hoặc lại 25 chân tùy vào đời máy và main của máy tính.Việc thiết kế giao tiếp với cổng RS232 cũng tương đối dễ dàng, đặc biệt khi chọn chế

độ hoạt động là không đồng bộ và tốc độ truyền dữ liệu thấp

a) Ưu điểm của giao diện nối tiếp RS232

+ Khả năng chống nhiễu của các cổng nối tiếp cao

+ Thiết bị ngoại vi có thể tháo lắp ngay cả khi máy tính đang được cấp điện

+ Các mạch điện đơn giản có thể nhận được điện áp nguồn nuôi qua cổng nối tiếp

b) Những đặc điểm cần lưu ý trong chuẩn RS232

+ Trong chuẩn RS232 có mức giới hạn trên và dưới (logic 0 và 1) là +-12V Hiện nayđang được cố định trở kháng tải trong phạm vi từ 3000 ôm - 7000 ôm

+ Mức logic 1 có điện áp nằm trong khoảng -3V đến -12V, mức logic 0 từ +-3V đến12V

+ Tốc độ truyền nhận dữ liệu cực đại là 100kbps (ngày nay có thể lớn hơn)

+ Các lối vào phải có điện dung nhỏ hơn 2500pF

+ Trở kháng tải phải lớn hơn 3000 ôm nhưng phải nhỏ hơn 7000 ôm

+ Độ dài của cáp nối giữa máy tính và thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng nối tiếp.RS232 không vượt qua 15m nếu chúng ta không sử model

+ Các giá trị tốc độ truyền dữ liệu chuẩn: 50, 75, 110, 750, 300, 600, 1200, 2400, 4800,

9600, 19200, 28800, 38400 56600, 115200 bps

c) Các mức điện áp đường truyền

RS 232 sử dụng phương thức truyền thông không đối xứng, tức là sử dụng tín hiệuđiện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và đất Do đó ngay từ đầu tiên ra đời nó đã mang

vẻ lỗi thời của chuẩn TTL, nó vấn sử dụng các mức điện áp tương thích TTL để mô tả

các mức logic 0 và 1 Ngoài mức điện áp tiêu chuẩn cũng cố định các giá trị trở khángtải được đấu vào bus của bộ phận và các trở kháng ra của bộ phát

Mức điện áp của tiêu chuẩn RS232C (chuẩn thường dùng bây giờ) được mô tả như sau:+ Mức logic 0: +3V, +12V

d) Cổng RS232 trên PC

Hầu hết các máy tính cá nhân hiện nay đều được trang bị ít nhất là 1 cổng Comhay cổng nối tiếp RS232 Số lượng cổng Com có thể lên tới 4 tùy từng loại main máytính Khi đó các cổng Com đó được đánh dấu là Com 1, Com 2, Com 3 Trên đó có 2loại đầu nối được sử dụng cho cổng nối tiếp RS232 loại 9 chân (DB9) hoặc 25 chân(DB25) Tuy hai loại đầu nối này có cùng song song nhưng hai loại đầu nối này đượcphân biệt bởi cổng đực (DB9) và cổng cái (DB25)

Ta xét sơ đồ chân cổng Com 9 chân:

Hình 3.26 Sơ đồ chân cổng Com 9 chân

Trên là các kí hiệu chân và hình dạng của cổng DB9

Chức năng của các chân như sau:

+ Chân 1: Data Carrier Detect (DCD): Phát tín hiệu mang dữ liệu

+ Chân 2: Receive Data (RxD): Nhận dữ liệu

+ Chân 3: Transmit Data (TxD): Truyền dữ liệu

+ Chân 4: Data Termial Ready (DTR): Đầu cuối dữ liệu sẵn sàng được kích hoạt bởi

bộ phận khi muốn truyền dữ liệu

+ Chân 5: Singal Ground (SG): Mass của tín hiệu

+ Chân 6: Data Set Ready (DSR): Dữ liệu sẵn sàng, được kích hoạt bởi bộ truyền khi

+ Quá trình truyền dữ liệu

Truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp RS232 được thực hiện không đồng bộ Do vậy nêntại một thời điểm chỉ có một bit được truyền (1 kí tự) Bộ truyền gửi một bit bắt đầu(bit start) để thông báo cho bộ nhận biết một kí tự sẽ được gửi đến trong lần truyền bittiếp theo Bit này luôn bắt đầu bằng mức 0 Tiếp theo đó là các bit dữ liệu (bits data)được gửi dưới dạng mã ASCII( có thể là 5,6,7 hay 8 bit dữ liệu) Sau đó là một Paritybit ( Kiểm tra bit chẵn, lẻ hay không) và cuối cùng là bit dừng - bit stop có thể là 1; 1,5hay 2 bit dừng

150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 28800, 38400, 56000, 115200 … Trongthiết bị họ thường dùng tốc độ là 19200

Khi sử dụng chuẩn nối tiếp RS232 thì yêu cầu khi sử dụng chuẩn là thời gian chuyểnmức logic không vượt quá 4% thời gian truyền 1 bit Do vậy, nếu tốc độ bit càng caothì thời gian truyền 1 bit càng nhỏ thì thời gian chuyển mức logic càng phải nhỏ Điềunày làm giới hạn tốc Baud và khoảng cách truyền

+ Bit chẵn lẻ hay Parity bit

Đây là bit kiểm tra lỗi trên đường truyền Thực chất của quá trình kiểm tra lỗi khitruyền dữ liệu là bổ xung thêm dữ liệu được truyền để tìm ra hoặc sửa một số lỗi trongquá trình truyền Do đó trong chuẩn RS232 sử dụng một kỹ thuật kiểm tra chẵn lẻ Mộtbit chẵn lẻ được bổ sung vào dữ liệu được truyền để cho thấy số lượng các bit "1" đượcgửi trong một khung truyền là chẵn hay lẻ Một Parity bit chỉ có thể tìm ra một số lẻcác lỗi chẳng hạn như 1, 3, 5, 7, 9 Nếu như một bit chẵn được mắc lỗi thì Parity bit sẽtrùng giá trị với trường hợp không mắc lỗi vì thế không phát hiện ra lỗi Do đó trong kỹthuật mã hóa lỗi này không được sử dụng trong trường hợp có khả năng một vài bit bịmắc lỗi

3.7.2 Sơ đồ ghép nối RS232

Có rất nhiều mạch giao tiếp của RS232 giữa vi điều khiển hay các thiết bị khác.Dưới đây là những mạch giao tiếp thường được dùng

a) Mạch chuẩn giao RS232 dùng IC Max232

Max232 là IC chuyên dùng cho giao tiếp giữa RS232 và thiết bị ngoại vi.Max232 là IC của hãng Maxim Đây là IC chay ổn định và được sử dụng phổ biếntrong các mạch giao tiếp chuẩn RS232 Giá thành của Max232 phù hợp và tích hợptrong đó hai kênh truyền cho chuẩn RS232 Dòng tín hiệu được thiết kế cho chuẩnRS232 Mỗi đầu truyền ra và cổng nhận tín hiệu đều được bảo vệ chống lại sự phóngtĩnh điện (hình như là 15KV) Ngoài ra Max232 còn được thiết kế với nguồn +5V cungcấp nguồn công suất nhỏ Mạch giao tiếp như sau: