Đồ án tốt nghiệp đại học_mạch điều khiển tốc độ động cơ

MỤC LỤC BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3 LỜI NÓI ĐẦU. 9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ. 11 1.1. Động cơ điện một chiều. 11 1.1.1. Cấu tạo. 11 1.1.2. Nguyên lý làm việc 14 1.1.3. Sơ đồ đấu dây 15 1.1.4. Phương trình đặc tính cơ. 16 1.1.5. Ảnh hưởng của các thông số tới tốc độ động cơ. 20 1.1.6. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập. 20 1.1.7. Mở máy động cơ điện một chiều. 26 1.1.8. Các phương pháp đảo chiều quay động cơ điện một chiều. 28 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 29 2.1. Vi điều khiển AVR. 29 2.1.1. Giới thiệu về AVR. 29 2.1.2. Một số chíp AVR thông dụng. 30 2.1.3. Chíp Atmega32. 31 2.1.4. Quản lý ngắt. 38 2.1.5. Cấu trúc bộ nhớ. 40 2.1.6. Cổng vào ra. 42 2.1.7. Bộ định thời. 45 2.1.8. Mô tả các thanh ghi. 48 2.2. Màn hình LCD (Liquid Crystal Display). 50 2.2.1. Tính năng. 51 2.2.2 .Mô tả chung. 51 2.2.3. Sơ đồ chân. 52 2.2.4. Sơ đồ kết nối. 53 2.2.5. Thanh ghi. 54 2.2.6. Tổ chức bộ nhớ. 54 2.2.7. Điều khiển hiển thị Text LCD. 57 2.3.Chíp Driver L298 62 2.3.1. Tính năng 62 2.3.2.Thông số nhiệt độ 64 2.3.3.Chức năng các chân 64 2.3.4. Ứng dụng 65 2. 3.5.Một số đề nghị khi thiết kế: 65 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH 67 3.1. Thiết kế mạch nguyên lý. 67 3.2 Một số thành phần cơ bản trong mạch. 68 3.2.1 Khối nguồn. 68 3.2.2 Khối hiển thị LCD 69 3.2.3 Khối điều khiển động cơ. 70 3.2.4 Khối vi xử lý và khối điều khiển. 71 3.2.5 Động cơ DC 71 3.2.6. phương pháp điều chế xung PWM Pulse Width Modulation 77 3.2.7. Mạch cầu H 80 3.3 Mạch in. 83 3.4 Mạch sản phẩm. 83 KẾT LUẬN. 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 CODE CHÍNH 88 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Động cơ điện một chiều. 11 Hình 1.2. Phần cảm (Stato) động cơ điện một chiều. 12 Hình 1.3. Phần ứng (Rôto) động cơ điện một chiều. 13 Hình 1..3. Chổi than. 13 Hình 1.4. Cổ góp. 14 Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều. 14 Hình 1.6. Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập và song song. 15 Hình 1.7. Đặc tính cơ điện của động cơ một chiều kích từ độc lập. 19 Hình 1.8. Đặc tình cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. 19 Hình 1.9. Đường đặc tính cơ khi thay đổi điện áp đặt vào mạch phần ứng. 21 Hình 1.10. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông. 22 Hình 1.11. Họ đường đặc tính cơ khi thay đổi từ thông. 23 Hình 1.12. Sơ đồ đấu dây. 24 Hình 1.13. Họ đặc tính cơ. 24 Hình 1.14. Mở máy ĐCĐMC nhờ biến trở. 27 Hình 1.15. Sơ đồ băm xung điện áp một chiều có đảo chiều. 28 Hình 2.1. Các dòng AVR: tiny, AVR và AT mega. 30 Hình 2.3. Cấu trúc chân của Atmega32. 32 Hình 2.4. Sơ đồ khối Atmega32. 35 Hình 2.5. Sơ đố cấu trúc CPU của Atmega32. 36 Hình 2.6. Thanh ghi trạng thái SREG. 37 Hình 2.7. Thanh ghi chức năng chung. 38 Hình 2.8. Thanh ghi con chỏ ngăn xếp. 38 Hình 2.9. Bộ nhớ chương trình có và không có sử dụng boot loader. 41 Hình 2.10. Cấu trúc chân của AVR. 43 Hình 2.11. Sơ đồ một cổng vào ra. 45 Hình 2.12. Sơ đồ cấu trúc bộ định thời. 46 Hình 2.13. Đơn vị đếm. 47 Hình 2.14. Đơn vị so sánh ngõ ra. 48 Hình 2.15. Thanh ghi điều khiển bộ định thời. 48 Hình 2.16. Thanh ghi bộ định thời. 49 Hình 2.17. Thanh ghi so sánh ngõ ra. 50 Hình 2.18. Thanh ghi mặt nạ ngắt TIMSK 50 Hình 2.19. Thanh ghi cờ ngắt bộ định thời. 50 Hình 2.20. Text LCD 16x2. 51 Hình 2.21. Kết nối LCD với AVR và nguồn. 53 Hình 2.22. Vùng nhớ CGROM. 56 Hình 2.23. Hoạt động của chan RS. 58 Hình 3.3.Sơ đồ chân của IC 7805 và chức năng các chân. 68 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Vector ngăt cho Atmega32 39 Bảng 2.2. Địa chỉ của tất cả các port. 41 Bảng 2.3. Cấu hình cho các chân cổng. 44 Bảng 2.4. Chọn nguồn xung cho bộ định thời. 49 Bảng 2.5. Sơ đồ chân: 52 Bảng 2.6. Thể hiện vị trí DDRAM trên màn hình. 54 Bảng 2.7. Các tập lệnh của LCD. 59

 1 GVHD:Ths Nguyn Hng Anh SVTH: Nguyng NHIM V  ÁN TT NGHIP   án: Thit k mu khin và hin th t  2. Ni dung các phn thuyt minh và tính toán: -   -  -  3. H tên ging dn: ThS. Nguyễn Hồng Anh 4. Ngày giao nhim v  án: 30/09/2014  án: 31/12/2014 Ngày tháng 5 Ch nhim B môn Ging dn B GIÁO DO CNG HÒA XÃ HI CH T NAM I HC BÁCH KHOA HÀ NI c lp - T do - Hnh phúc H và tên sinh viên: Nguyn ng S hiu sinh viên: 20109983 Khóa: 55 Vin: n T - Vin Thông Ngành: n t vin thông  2 GVHD:Ths Nguyn Hng Anh SVTH: Nguyng  3 GVHD:Ths Nguyn Hng Anh SVTH: Nguyng BN NH ÁN TT NGHIP H và tên sinh viên: Nguyn ng S hiu sinh viên: 20109983 Khóa: 55 Khoa: n T - Vin Thông Ngành: n T Vin Thông Ging dn: ThS.Nguyễn Hồng Anh Cán b phn bin: 1. Ni dung thit k tt nghip: 2. Nhn xét ca cán b phn bin:  4 GVHD:Ths Nguyn Hng Anh SVTH: Nguyng 5 Cán b phn bin ( Ký, ghi rõ h và tên )  5 GVHD:Ths Nguyn Hng Anh SVTH: Nguyng MC LC BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3 LỜI NÓI ĐẦU. 9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ. 11 1.1. Động cơ điện một chiều. 11 1.1.1. Cấu tạo. 11 1.1.2. Nguyên lý làm việc 14 1.1.3. Sơ đồ đấu dây 15 1.1.4. Phương trình đặc tính cơ. 16 1.1.5. Ảnh hưởng của các thông số tới tốc độ động cơ. 20 1.1.6. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập. 20 1.1.7. Mở máy động cơ điện một chiều. 26 1.1.8. Các phương pháp đảo chiều quay động cơ điện một chiều. 28 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 29 2.1. Vi điều khiển AVR. 29 2.1.1. Giới thiệu về AVR. 29 2.1.2. Một số chíp AVR thông dụng. 30 2.1.3. Chíp Atmega32. 31 2.1.4. Quản lý ngắt. 38 2.1.5. Cấu trúc bộ nhớ. 40 2.1.6. Cổng vào ra. 42 2.1.7. Bộ định thời. 45 2.1.8. Mô tả các thanh ghi. 48 2.2. Màn hình LCD (Liquid Crystal Display). 50 2.2.1. Tính năng. 51 2.2.2 .Mô tả chung. 51 2.2.3. Sơ đồ chân. 52 2.2.4. Sơ đồ kết nối. 53 2.2.5. Thanh ghi. 54 2.2.6. Tổ chức bộ nhớ. 54  6 GVHD:Ths Nguyn Hng Anh SVTH: Nguyng 2.2.7. Điều khiển hiển thị Text LCD. 57 2.3.Chíp Driver L298 62 2.3.1. Tính năng 62 2.3.2.Thông số nhiệt độ 64 2.3.3.Chức năng các chân 64 2.3.4. Ứng dụng 65 2. 3.5.Một số đề nghị khi thiết kế: 65 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH 67 3.1. Thiết kế mạch nguyên lý. 67 3.2 Một số thành phần cơ bản trong mạch. 68 3.2.1 Khối nguồn. 68 3.2.2 Khối hiển thị LCD 69 3.2.3 Khối điều khiển động cơ. 70 3.2.4 Khối vi xử lý và khối điều khiển. 71 3.2.5 Động cơ DC 71 3.2.6. phương pháp điều chế xung PWM - Pulse Width Modulation 77 3.2.7. Mạch cầu H 80 3.3 Mạch in. 83 3.4 Mạch sản phẩm. 83 KẾT LUẬN. 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 CODE CHÍNH 88  7 GVHD:Ths Nguyn Hng Anh SVTH: Nguyng  Hình 1.1. Động cơ điện một chiều. 11 Hình 1.2. Phần cảm (Stato) động cơ điện một chiều. 12 Hình 1.3. Phần ứng (Rôto) động cơ điện một chiều. 13 Hình 1 3. Chổi than. 13 Hình 1.4. Cổ góp. 14 Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều. 14 Hình 1.6. Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập và song song. 15 Hình 1.7. Đặc tính cơ điện của động cơ một chiều kích từ độc lập 19 Hình 1.8. Đặc tình cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập 19 Hình 1.9. Đường đặc tính cơ khi thay đổi điện áp đặt vào mạch phần ứng. 21 Hình 1.10. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông 22 Hình 1.11. Họ đường đặc tính cơ khi thay đổi từ thông. 23 Hình 1.12. Sơ đồ đấu dây. 24 Hình 1.13. Họ đặc tính cơ. 24 Hình 1.14. Mở máy ĐCĐMC nhờ biến trở. 27 Hình 1.15. Sơ đồ băm xung điện áp một chiều có đảo chiều. 28 Hình 2.1. Các dòng AVR: tiny, AVR và AT mega. 30 Hình 2.3. Cấu trúc chân của Atmega32. 32 Hình 2.4. Sơ đồ khối Atmega32. 35 Hình 2.5. Sơ đố cấu trúc CPU của Atmega32. 36 Hình 2.6. Thanh ghi trạng thái SREG. 37 Hình 2.7. Thanh ghi chức năng chung. 38 Hình 2.8. Thanh ghi con chỏ ngăn xếp. 38 Hình 2.9. Bộ nhớ chương trình có và không có sử dụng boot loader. 41 Hình 2.10. Cấu trúc chân của AVR. 43 Hình 2.11. Sơ đồ một cổng vào ra. 45 Hình 2.12. Sơ đồ cấu trúc bộ định thời. 46 Hình 2.13. Đơn vị đếm. 47  8 GVHD:Ths Nguyn Hng Anh SVTH: Nguyng Hình 2.14. Đơn vị so sánh ngõ ra. 48 Hình 2.15. Thanh ghi điều khiển bộ định thời. 48 Hình 2.16. Thanh ghi bộ định thời. 49 Hình 2.17. Thanh ghi so sánh ngõ ra. 50 Hình 2.18. Thanh ghi mặt nạ ngắt TIMSK 50 Hình 2.19. Thanh ghi cờ ngắt bộ định thời. 50 Hình 2.20. Text LCD 16x2 51 Hình 2.21. Kết nối LCD với AVR và nguồn. 53 Hình 2.22. Vùng nhớ CGROM. 56 Hình 2.23. Hoạt động của chan RS. 58 Hình 3.3.Sơ đồ chân của IC 7805 và chức năng các chân. 68  Bảng 2.1. Vector ngăt cho Atmega32 39 Bảng 2.2. Địa chỉ của tất cả các port. 41 Bảng 2.3. Cấu hình cho các chân cổng. 44 Bảng 2.4. Chọn nguồn xung cho bộ định thời. 49 Bảng 2.5. Sơ đồ chân: 52 Bảng 2.6. Thể hiện vị trí DDRAM trên màn hình. 54 Bảng 2.7. Các tập lệnh của LCD. 59  9 GVHD:Ths Nguyn Hng Anh SVTH: Nguyng LU. Trong mi thc bit là thi kinh t tri thng chân tay c thay th bng các thit b máy móc tiên tin, hi c các thit b  thc chính là lng nòng ct, sáng to và tr thành ngun lc bit quan trng trong chic phát trin, to nên sc mnh ca mi quc gia. i, vi tt c nhc sáng to và phm cht tích cc ca mình s tr ng lc phát trin cho công cuc công nghip hóa hii hóa. i vi mt quc gia nói chc ta nói riêng thì nh trò then cht ca nn kinh t làn, Than, D, ngành công nghip t ng hóa  chic phát trin kinh t. Công nghip t ng hóa các ngành ngh góp phy quá trình công nghip hóa, hic.  nâng cao chng sn phm, s ng sn ph tr i nhng công vic phc tp mang li nhng hiu qu rt cao , ng hoàn toàn  ci. Nói ti t ng hóa, ngày nay không th không nhc ti các thit b u khin lp trình. Tr, PLC, AVR, PIC, 8051 là  thit b c s dng rng rãi.  tài này em s du khin ATmega32  nht, c s dng rng rãi trong công nghip và nghiên cu khoa hc. Da B giáo do, khi xây d o, i hc Bách Khoa Hà Ni ng thi gian cho HSSV hc tp, s dng thit b dùng dy hc, nghiên cu thc nghim ti các phòng thí nghim. Nh vy, trong quá trình hc tc vn dng kin thc, k   công ngh m bào tính logic khoa hc. Mt khác, vic nghiên cu, thc nghim ti các phòng thí nghip giúp cho HSSV có tâm trí phn kh phát huy tính sáng to, tìm tòi trong quá trình hc tp góp phn nâng cao cho. Em vng rng vng kin thng, cùng vi s ng dn nhit tình tn ty vô cùng cùng quý báu mà không th thic ca cô ng dn: ThS.Nguyễn Hồng Anh cùng các thy cô giáo khác và các bn bè, em s s án mt các tt nhi ti và thnh.  án tt nghip, b án ca em không tránh khc sai sót, nên em rc s p ý kin ca các thy cô giáo và các b b án cc hoàn thi  10 GVHD:Ths Nguyn Hng Anh SVTH: Nguyng Em xin chân thành c ch bo ân cn ca các thy cô giáo và toàn th các bn giành cho em, trong thi gian hc tp tc bi án tt nghip. Mt ln n, em xin chúc các thy cô cùng các b sc khe, hoàn thành tt mi nhim v c giao, gp nhiu nim vui trong cuc sng. Ni dung chi ti ng quan v n mt chiu chnh t. ng quan v các thit b u chnh Thit k mch. [...]... VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 1.1 Động cơ điện một chiều Hiện nay, máy điện một chiều, đặc biệt là các động cơ điện một chiều được sử dụng rất rộng rãi Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu mômen mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phẳng, êm dịu và phạm vi rộng Vì động cơ điện một chiều có đặc tính làm việc rất tốt. .. thực tế động cơ chỉ làm việc với tốc độ lớn nhất: nmax = 3.ncb tức phạm vi điều chỉnh: D = 3 nmax = 1 ncb 23 GVHD:Ths Nguyễn Hồng Anh SVTH: Nguyễ Vă Đồng Bởi vì ứng với mỗi động cơ có một tốc độ lớn nhất cho phép Khi điều chỉnh tốc độ tùy thuộc vào điều kiện cơ kh , điều kiện cổ góp động cơ kh ng thể đổi chiều dòng điện và chịu được hồ quang điện Do đó, động cơ kh ng được làm việc quá tốc độ cho phép... Nguyễ Vă Đồng Nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng được giải th ch như au: Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với tốc độ n1 đóng thêm Rf vào mạch phần ứng Khi đó dòng điện phần ứng Iư đột ngột giảm xuống, còn tốc độ động cơ do quán t nh nên chưa kịp biến đổi Dòng Iư giảm làm cho moment động cơ giảm theo và tốc độ giảm xuống, au đó làm việc xác lập tại tốc độ n2... phương pháp điều khiển bằng cách thay đổi điện áp phần ứng để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều là tốt hơn cả Cho nên em chọn phương pháp này làm đề tài nghiên cứu và ứng dụng 25 GVHD:Ths Nguyễn Hồng Anh SVTH: Nguyễ Vă Đồng 1.1.7 Mở máy động cơ điện một chiều Để mở máy động cơ một chiều được tốt, phải thực hiện được những yêu cầu au đây: - Mô men mở máy Mmm phải lớn để động cơ đạt được tốc độ quay... dụng phương pháp này để hạn chế dòng và điều chỉnh tốc độ động cơ ở ph a dưới tốc độ cơ bản - Trường hợp thay đổi U< Uđm ( K ) M U  Tốc độ không tải  0  giảm trong khi độ cứng đặc t nh cơ   =  Ru  K 2 const Khi thay đổi điện áp thu được 1 họ các đường đặc tính song song Phương pháp này được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng khởi động - Ảnh hưởng của từ thông: Muốn thay... hệ thống chỉ điều chỉnh sao cho phạm vi điều chỉnh: (2  3) D= 1 Khi giá trị Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm Đồng thời dòng điện ngắn mạch In và moment ngắn mạch Mn cũng giảm Do đó, phương pháp này được dùng để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ cơ bản Và tuyệt đối kh ng được dùng cho các động cơ của máy cắt kim loại Kết luận: Sau khi phân t ch ba phương pháp điều khiển nêu trên... giảm theo Độ cứng của đường đặc tính cơ Khi  giảm thì độ cứng  cũng giảm, đặc t nh cơ ẽ dốc hơn Nên có họ đường đặc tính cơ khi thay đổi từ th ng như au Hình 1.11 Họ ườ ặ í ay ổi từ thông Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều chỉnh được tốc độ vô cấp và cho ra những tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản Theo lý thuyết thì từ thông có thể giảm gần bằng 0, nghĩa là tốc độ tăng... = 2. n Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì E = Kc.Φ.n và ω = 60 P.N Φ.n = Kc.Φ.n 60.a Vì vậy: Eư = Trong đó: Kc: Hệ số sức điện động của động cơ Từ các phương trình trên ta có: ω = U u, K   Ru ,  R f K  Iư (1-3) Đây là phương trình đặc t nh cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập Mặt khác có m men điện từ của động cơ ở chế độ xác lập được xác định theo biểu... khi đó tốc độ không tải   ( K ) M cứng đặc t nh cơ:   = Ru  U dm tăng Độ K 2 giảm 1.1.6 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập 1.1.6.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng Đối với các máy điện một chiều, khi giữ từ th ng kh ng đổi và điều chỉnh điện áp trên mạch phần ứng thì dòng điện, moment sẽ kh ng thay đổi Để tránh những biến động lớn... những biến động lớn về gia tốc và lực động trong hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách 20 GVHD:Ths Nguyễn Hồng Anh SVTH: Nguyễ Vă Đồng thay đổi điện áp trên mạch phần ứng thường được áp dụng cho động cơ một chiều kích từ độc lập Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, dùng các bộ nguốn điều áp như máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặc khuêch đại tư Các bộ biến đổi