đề tài: điều khiển động cơ dc

đề tài: điều khiển động cơ dc

Đề tài : Điều khiển động cơ DC Trang 1 LỜI CẢM ƠN Người thực hiện đề tài xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử và nhất là quý Thầy cô thuộc bộ môn Điện Tử - Viễn Thông đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức chuyên ngành cho người thực hiện đồ án trong thời gian vừa qua. Đặc biệt người thực hiện xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Đặng Phước Hải Trang vì sự tận tình hướng dẫn cũng như đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất cho người thực hiện đồ án để có thể thực hiện và hoàn thành tốt đề tài này. Người thực hiện đồ án cũng không quên cảm ơn các bạn trong lớp đã trao đổi, góp ý để người thực hiện hoàn thành đề tài này một cách tốt đẹp và đúng thời gian. Mặc dù đã có nhiều cố gắng và nỗ lực thực hiện, nhưng do kiến thức cũng như khả năng bản thân còn nhiều hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài không thể tránh khỏi những sai phạm, thiếu sót…Rất mong nhận được sự góp ý, chỉ dẫn từ nơi quý thầy cô và các bạn sinh viên. Người thực hiện đề tài Võ Phong Phú Đề tài : Điều khiển động cơ DC Trang 2 Mục lục Phần A : Giới thiệu Nhận xét của giáo viên hướng dẫn Nhận xét của giáo viên phản biện Trang chấm ĐAMH của GVHD Lời cám ơn 1 Mục lục 2 Danh sách hình vẽ 2 Danh mục bảng biểu 3 Phần B: Nội Dung 5 Chương 1: Mở Đầu 5 1.1 Khái quát vấn đề 5 1.2 Mục tiêu yêu cầu của đề tài 6 1.3 Nội dung đề tài 6 Chương 2:Cơ sở lý thuyết 7 2.1 Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM 7 2.2 Các linh kiện sử dụng trong mạch 8 2.2.1 Giới thiệu vi điều khiển AT89S52 8 2.2.2 Mô tả AT89S52 9 2.2.2a Sơ đồ chân 89S52 9 2.2.2b Chức năng các chân 89S52 10 2.2.3 Led và Button 12 2.2.4 L298 N 13 2.2.5 Động cơ DC 15 Đề tài : Điều khiển động cơ DC Trang 3 Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thống 16 3.1 Thiết kế phần cứng 16 3.1.1 Mạch nguyên lý 16 3.1.2 Các khối chính 17 3.2 Mạch in 19 Chương 4: Thi công phần mềm, mô phỏng, kết quả nghiên cứu 20 4.1 Điều chế PWM để điều khiển động cơ DC 20 4.2 Lưu đồ chương trình 25 4.3 Chương trình 26 4.4 Kết quả mô phỏng bằng phần mềm proteus 32 4.5 Kết quả thi công mạch 32 Chương 5: Kết luận và hướng phát triển 33 5.1 Kết luận 33 5.2 Hướng phát triển 33 Phần C: Phụ lục tài liệu tham khảo Tài liệu tham khảo 34 Đề tài : Điều khiển động cơ DC Trang 4 LIỆT KÊ BẢNG Bảng 2.1 Chức năng các chân của Port 3 10 Bảng 2.2 Chức năng các chân của L298N 14 LIỆT KÊ HÌNH Hình 2.1 Đồ thị dạng xung điều chế PWM 7 Hình 2.2 Sơ đồ khối AT89S52 9 Hình 2.3 Sơ đồ các chân AT89S52 10 Hình 2.4 Mạch Reset vi điều khiển 11 Hình 2.5 Mạch kết nối thạch anh cho vi điều khiển 12 Hình 2.6a LED 12 Hình 2.6b Nút nhấn 4 chân 17 Hình 2.7a IC L298N. 13 Hình 2.8 Động cơ DC 15 HÌnh 2.9 Cấu tạo động cơ DC 15 Hình 3.1 Sơ đồ mạch nguyên lý 16 Hình 3.2 Khối hiển thị 17 Hình 3.3 Khối Led báo và reset 17 Hình 3.4 Khối mạch cầu H 18 Hình 3.5 Khối nút điều khiển 18 Hình 3.6 Khối vi điều khiển 19 Hình 3.7 Hình mạch in 19 Hình 4.1 Hình mô phỏng mạch 32 Hình 4.2 Mạch thực tế 32 Đề tài : Điều khiển động cơ DC Trang 5 Phần B Nội dung. Chương 1: Mở đầu Chương này trình bày vắn tắt quá trình thực hiện đề tài và toàn bộ nội dung của đề tài. Nội dung chương bao gồm những phần chính như sau : lý do chọn đề tài; mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu; phạm vi và giới hạn nghiên cứu; ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài; tổng quan các nội dung. 1.1 Khái quát vấn đề: Ngày nay, nhu cầu học tập và nghiên cứu các ứng dụng công nghệ Vi điều khiển ngày càng tăng trưởng mạnh mẽ. Các công trình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này đều rất phong phú, đa dạng. Vi điều khiển đang dần dần thay thế con người trong các ứng dụng trong thực tiễn, và một số ứng dụng thực tiễn của Vi điều khiển như: Điều khiển tốc độ động cơ, thiết kế bảng led điện tử, đếm sản phẩm, đo và khống chế nhiệt độ… Với ưu điểm là điều khiển tốc độ động cơ dễ dàng, độ ổn định tốc độ cao nên động cơ một chiều đã được sử dụng khá phổ biến như: truyền động cho một số máy như máy nghiền ,máy nâng vận chuyển, điều khiển băng tải, điều khiển các robot… Động cơ 1 chiều có nhiều ứng dụng trong điều khiển và sản xuất nhất là trong công nghiệp. Trong đó nó đòi hỏi là động cơ phải có nhiều cấp tốc độ có thể tăng giảm dễ dàng. Với sự ra đời và phát triển của vi xử lý thì vấn đề điều khiển động cơ 1 chiều không còn là vấn đề khó khăn nữa. Động cơ có thể điều khiển với nhiều cấp tốc độ khác nhau và điều khiển dừng, đảo chiểu , nhanh chậm dễ dàng được. 1.2 Mục tiêu yêu cầu của đề tài: Vi xử lý 8501 là loại dòng vi xử lý khá là thông dụng đã có mặt từ rất lâu và được ứng dụng vào nhiều các thiết bị điều khiển hay tự động hóa. Nên việc điều khiển động cơ 1 chiều với dòng vi xử lý này là 1 phương pháp tối ưu và kinh tế đối với bài toán điều khiển động cơ DC ngày nay Đề tài : Điều khiển động cơ DC Trang 6 1.3 Nội dung đề tài. Trên cơ sở những kiến thức đã học từ môn vi xử lý. Em đã thực hiện đề tài : Điều khiển động cơ một chiều (DC). Với yêu cầu là điều khiển : Dừng, Quay thuận, Quay nghịch, Tăng tốc, Giảm tốc. Để điều khiển tốc độ của động cơ một chiều thì có rất nhiều phương pháp, trong đồ án của mình chúng em xin trình bày điều khiển động cơ dùng họ vi điều khiển 8051 bằng phương pháp đếm xung (dùng động cơ có sử dụng encoder). Trong đồ án của mình chúng em sử dụng IC 89C52 để lập trình điều khiển động cơ một chiều DC nhỏ hơn 24V, sử dụng IC L298N để tăng công suất. Đề tài : Điều khiển động cơ DC Trang 7 Chương 2 : Cơ sở lý thuyết Đối với điều khiển tốc độ động cơ DC trong robot, phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation) hay được gọi tắt là điều xung, băm xung hoặc PWM. 2.1 Phương pháp điều xung PWM PWM là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫm đếm sự thay đổi điện áp ra. Các PWM khi biến đổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sườn dương hay hoặc là sườn âm Hình 2.1 Trên là đồ thị dạng xung khi điều khiển bằng PWM. Với độ rộng xung đầu ra tương ứng và được tính bằng %. Tùy thích do chúng ta điều khiển. Để tạo được ra PWM thì hiện nay có hai cách thông dụng : Bằng phần cứng và bằng phần mềm. Trong phần cứng có thể tạo bằng phương pháp so sánh hay là từ trực tiếp từ các IC dao động tạo xung vuông như : 555, LM556 Trong phần mền được tạo bằng các chip có thể lập trình được. Tạo bằng phần mền thì độ chính xác cao hơn là tạo bằng phần cứng,nên người ta hay sử dụng phần mền để tạo PWM. Trong phạm vi yêu cầu của đề tài em đã chọn cách hai,cụ thể là lập trình cho AT 89S52. Đề tài : Điều khiển động cơ DC Trang 8 Điều xung PWM bằng phần mềm: Điều xung PWM một cách đơn giản là đưa 1 chân nào đó của vi điều khiển lên mức 1, sau đó đưa xuống mức 0. Công việc này được lặp đi lặp lại liên tục sẽ tạo ra xung, và tốc độ của động cơ sẽ tương ứng với duty cycle. 2.2 Các linh kiện sử dụng trong mạch. Có rất nhiều loại vi điều khiển khác nhau có thể sử dụng trong mạch đồng hồ này như vi điều khiển pic, avr, 8051… Các loại vi điều khiển pic hay avr có nhiều ưu điểm hơn so với 8051 như hỗ trợ kết nối ngoại vi tốt hơn, tốc độ xử lý nhanh hơn, lập trình đơn giản hơn. Nhưng giá thành thì lại cao hơn nhiều so với 8051 mà trong mạch này người thực hiện đề tài sử dụng AT89S52. Việc sử dụng quá tốn kém cho một mạch là không cần thiết trong khi đó một chip cũng có thể làm được điều này mà giá thành rẻ hơn thì đó là lựa chọn tối ưu hơn. 2.2.1 Giới thiệu Vi Điều Khiển AT89S52: AT89S52 là họ IC vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất. Các sản phẩm AT89S52 thích hợp cho những ứng dụng điều khiển. Việc xử lý trên byte và các toán số học ở cấu trúc dữ liệu nhỏ được thực hiện bằng nhiều chế độ truy xuất dữ liệu nhanh trên RAM nội. Tập lệnh cung cấp một bảng tiện dụng của những lệnh số học 8 bit gồm cả lệnh nhân và lệnh chia. Nó cung cấp những hổ trợ mở rộng trên chip dùng cho những biến một bit như là kiểu dữ liệu riêng biệt cho phép quản lý và kiểm tra bit trực tiếp trong hệ thống điều khiển. AT89S52 cung cấp những đặc tính chuẩn như: 8 KByte bộ nhớ chỉ đọc có thể xóa và lập trình nhanh (EPROM), 128 Byte RAM, 32 đường I/O, 3TIMER/COUNTER 16 Bit, 5 vectơ ngắt có cấu trúc 2 mức ngắt, một Port nối tiếp bán song công, 1 mạch dao động tạo xung Clock và bộ dao động ON-CHIP. Các đặc điểm của chip AT89S52 được tóm tắt như sau:  8 KByte bộ nhớ có thể lập trình nhanh, có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi/xoá  Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz  3 mức khóa bộ nhớ lập trình  3 bộ Timer/counter 16 Bit  128 Byte RAM nội.  4 Port xuất /nhập I/O 8 bit.  Giao tiếp nối tiếp.  64 KB vùng nhớ mã ngoài Đề tài : Điều khiển động cơ DC Trang 9  64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại.  4µs cho hoạt động nhân hoặc chia Hình 2.2: Sơ Đồ Khối AT89S52 2.2.2 Mô tả AT89S52: 2.2.2a Sơ đồ chân 89S52: Mặc dù các thành viên của họ 8051 (ví dụ 8751, 89S52, 89C51, DS5000) đều có các kiểu đóng vỏ khác nhau, chẳng hạn như hai hàng chân DIP (Dual In-Line Pakage), dạng vỏ dẹt vuông QPF (Quad Flat Pakage) và dạng chip không có chân đỡ LLC (Leadless Chip Carrier) thì chúng đều có 40 chân cho các chức năng khác nhau như vào ra I/O, đọc RD\, ghi WR\, địa chỉ, dữ liệu và ngắt. Cần phải lưu ý một số hãng Đề tài : Điều khiển động cơ DC Trang 10 cung cấp một phiên bản 8051 có 20 chân với số cổng vào ra ít hơn cho các ứng dụng yêu cầu thấp hơn. Tuy nhiên vì hầu hết các nhà phát triển sử dụng chip đóng vỏ 40 chân với hai hàng chân DIP nên người thực hiện đề tài chỉ tập trung mô tả phiên bản này. Hình 2.3: Sơ Đồ các chân AT89S52 2.2.2b Chức năng của các chân 89S52: Port 0: Từ chân 32 đến chân 39 (P0.0_P0.7). Port 0 có 2 chức năng: trong các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường IO, đối với thiết kế lớn có bộ nhớ mở rộng nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu. Port 1: Từ chân 1 đến chân 9 (P1.0 _ P1.7). Port 1 là port IO dùng cho giao tiếp với thiết bị bên ngoài nếu cần. Port 2: Từ chân 21 đến chân 28 (P2.0 _P2.7). Port 2 là một port có tác dụng kép dùng như các đường xuất/nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng. Port 3: Từ chân 10 đến chân 17 (P3.0 _ P3.7). Port 3 là port có tác dụng kép.Các chân của port này có nhiều chức năng, có công dụng chuyển đổi có liên hệ đến các đặc tính đặc biệt của 89S52 như ở bảng 3.1: Bảng 2.1: Chức năng các chân của Port 3 Chân Tên Chức năng P3.0 RxD Ngõ vào Port nối tiếp P3.1 TxD Ngõ ra Port nối tiếp P3.2 INT0 Ngõ vào ngắt ngoài 0 [...]... thực tế Do điện áp tác động vào cuộn dây của động cơ là liên tục nên tuổi thọ của động cơ kéo lâu hơn so với phương pháp khác b Nhược điểm Đây chỉ là mô hình và nguyên lý điều khiển động cơ 1 chiều Mạch trên chỉ điều khiển được động cơ công suất nhỏ không điều khiển được động cơ công suất lớn Để điều khiển được động cơ công suất lớn thì cần phải có mạch công suất khác Dải điều khiển hẹp Phương pháp... anh 12Mhz 3.2 Mạch in Hình 3.7 Trang 19 Đề tài : Điều khiển động cơ DC Chương 4: Thi công phần mềm,mô phỏng , kết quả nghiên cứu 4.1 Điều chế PWM để điều khiển động cơ DC Để điều khiển được tốc độ động cơ thì ta chỉ cần thay đổi độ rộng xung trong vi điều khiển Độ rộng xung càng lớn thì động cơ quay càng nhanh Như chúng ta đã biết thì việc điều khiển nhấp nháy 1 con LED cũng là chúng ta đã điều chế... Trang 30 Đề tài : Điều khiển động cơ DC tangtoc(); giamtoc(); chonchedo(); hienthi((20-phantram_PWM)/10,(20-phantram_PWM)%10); } } Trang 31 Đề tài : Điều khiển động cơ DC 4.5 Kết quả mô phỏng bằng phần mềm proteus : Hình 4.1 4.6 Kết quả thi công mạch thực tế : Hình 4.2 Trang 32 Đề tài : Điều khiển động cơ DC Chương 5 : Kết luận –hướng phát triển 5.1 Kết luận : Đề tài điều khiển động cơ 1 chiều đã được... 14 Đề tài : Điều khiển động cơ DC 2.2.5 Động cơ DC Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng một chiều Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũng như công nghiệp.Thông thường động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độ duy nhất khi nối với nguồn điện,tuy nhiên vẫn có thể điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ với sự hỗ trợ của các mạch điện tử cùng... vẽ 1 chân sẽ cấp xung PWM và chân còn lại điều khiển chiều thuận nghịch của động cơ  Khối điều khiển : Hình 3.5 Khối nút điều khiển Trang 18 Đề tài : Điều khiển động cơ DC Các nút nhấn sw1,sw2,sw3,sw4,sw5 để điều chỉnh trạng thái hoạt động của động cơ, Stop, quay thuận,nghịch, tăng tốc,giảm tốc  Khối vi xử lý : Hình 3.6 Khối vi điều khiển Trong khối dao động chúng ta sử dụng 2 tụ C1, C2 cùng thạch... + 4 diode D1,D2,D3,D4 được ghép nối với chân đầu ra điều khiển động cơ có tác dụng ngăn dòng ngược giảm xung nhiễu gây cháy chip vi điều khiển - Để cho phép động cơ hoạt động chúng ta cần sử dụng chân EN như trong hình vẽ Với mức 1 là cho phép và mức 0 là ngừng hoạt động Để điều khiển động cơ theo chiều thuận nghịch và tăng giảm tốc độ động cơ ta sử dụng 1 cách linh hoạt 2 chân IN1 và IN2 giống như... thanh ghi TCON Trang 21 Đề tài : Điều khiển động cơ DC 4.1.1.2 Tạo PWM có chu kì max : 100us a) Tạo timer 0 Do yêu cầu của bài toán là điều khiển tốc độ động cơ quay nhanh và quay chậm trong khi chạy thuận nghịch nên dữ nguyên chu kì và thay đổi thời gian mở Yêu cầu như: + Động cơ quay thuận nghịch bình thường : 1000us + Động cơ tăng tốc lớn nhất : 100us + Động cơ giảm tốc lớn nhất : 2000us Khi bắt... dụng điện trở 1K giúp treo áp cho chân reset của vi điều khiển luôn ở mức 0V Tụ điện C3 1uF có tác dụng giảm nhiễu cho nút bấm Trang 17 Đề tài : Điều khiển động cơ DC - Các led D5, D6, D7 được dùng để báo cho người sử dụng biết trạng thái hiện tại của động cơ  Khối mạch cầu H Hình 3.4: Khối mạch cầu H - Để khối điều khiển tốc độ động cơ hoạt động ổn định và đạt hiệu suất cao nhất thì trong mạch IC... điều khiển TTL, không có diode nội bảo vệ Mosfet IC L298 có khả năng hoạt động ở điện áp cao,dòng cao - Điện áp cấp lên tới 46V - Tổng dòng một chiều chịu đ ợc tới 4A - Điện áp bão hòa - Chức năng bảo vệ quá nhiệt - Logic 0 từ 1.5V trở xuống Hình2.7a: L298N Hình 2.7b: Sơ đồ chân của L298N Trang 13 Đề tài : Điều khiển động cơ DC Chức năng các chân : Bảng 2.2 Trang 14 Đề tài : Điều khiển động cơ DC 2.2.5... : Điều khiển động cơ DC Do yêu cầu bài toán là điều khiển thuận nghịch nên ta cần phải lưu biến PWM này Do PWM có chu kì không đổi nên do đó ta chỉ cần thay đổi phantram_PWM là có thể thay đổi được độ rộng xung 4.2 Lưu đồ chương trình Chương trình phục vụ ngắt Phục vụ ngắt Timer 0 Dem++ dem > phantram_PWM Dem=20 PWM=1 Dem=0 PWM=0 exit Chương trình chính Trang 25 Đề tài : Điều khiển động cơ DC Begin . Đề tài : Điều khiển động cơ DC Trang 14 Chức năng các chân : Bảng 2.2 Đề tài : Điều khiển động cơ DC Trang 15 2.2.5 Động cơ DC Động cơ điện. khiển động cơ DC ngày nay Đề tài : Điều khiển động cơ DC Trang 6 1.3 Nội dung đề tài. Trên cơ sở những kiến thức đã học từ môn vi xử lý. Em đã thực hiện đề tài : Điều khiển động. 3.7 Đề tài : Điều khiển động cơ DC Trang 20 Chương 4: Thi công phần mềm,mô phỏng , kết quả nghiên cứu. 4.1 Điều chế PWM để điều khiển động cơ DC Để điều khiển được tốc độ động cơ thì ta