THÍ NGHIỆM ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN ON-OFF ĐỘNG CƠ DC SỬ DỤNG PHẦN MỀM LABVIEW

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG    THÍ NGHIỆM ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN ON/OFF ĐỘNG CƠ DC SỬ DỤNG PHẦN MỀM LABVIEW GVHD: Th.S TRẦN VĂN TRINH SVTH: Đặng Văn Tuấn 07701011 Nguyễn Ngọc Trung 07708361 Nguyễn Tiến 07703181 Lớp : ĐHĐT3A Khoá : 2007-2011 DÙNG PHẦN MỀM LABVIEW ĐIỀU KHIỂN ON/OFF ĐỘNG CƠ DC Nội dung thực hiệ n : Tìm hiểu về cách giao tiếp giữa vi xử lý và máy tính qua Labview . Điều khiển on/off động cơ DC giao tiếp với máy tính qua cổng COM. I. PHƯƠNG THỨC TRUYỀN THÔNG QUA CỔNG COM 1. Giới thiệu về cổng nối tiếp: Cổng nối tiếp RS232 là một giao diện phổ biến rộng rãi nhất. Người ta còn gọi cổng này là cổng COM. Giống như cổng máy in cổng COM cũng được sử dụng một cách thuận tiện cho việc giao tiếp với thiết bị ngoại vi. Việc truyền dữ liệu qua cổng COM được tiến hành theo cách nối tiếp. Nghĩa là các bit dữ liệu được truyền đi nối tiếp nhau trên một đường dẫn. Loại truyền này có khả năng dùng cho những ứng dụng có yêu cầu truyền khoảng cách lớn hơn, bởi vì các khả năng gây nhiễu là nhỏ đáng kể hơn khi dùng một cổng song song (cổng máy in). Phích cắm COM có tổng cộng 8 đường dẫn, chưa kể đến đường nối đất. Trên thực tế có hai loại phích cắm, một loại 9 chân và một loại 25 chân. Cả hai loại này đều có chung một đặc điểm.Việc truyền dữ liệu xảy ra ở trên hai đường dẫn. Qua chân cắm ra TXD máy tính gởi dữ liệu của nó đến KIT Vi điều khiển. Trong khi đó các dữ liệu mà máy tính nhận được, lại được dẫn đến chân RXD các tín hiệu khác đóng vai trò như là tín hiệu hổ trợ khi trao đổi thông tin, và vì thế không phải trong mọi trường hợp ứng dụng đều dùng hết. Bảng địa chỉ cơ bản và ngắt của cổng nối tiếp: Tên Địa chỉ Ngắt Vị trí chứa địa chỉ COM1 3F8H 4 0000H:0400H COM2 2F8H 3 0000H:0402H COM3 3E8H 4 0000H:0404H COM4 2E8H 3 0000H:0406H Cổng nối tiếp được sử dụng để truyền dữ liệu hai chiều giữa máy tính và ngoại vi, có các ưu điểm sau: – Khoảng cách truyền xa hơn truyền song song. – Số dây kết nối ít. – Có thể truyền không dây dùng hồng ngoại. – Có thể ghép nối với vi điều khiển hay PLC (Programmable Logic Device). – Cho phép nối mạng. – Có thể tháo lắp thiết bị trong lúc máy tính đang làm việc. – Có thể cung cấp nguồn cho các mạch điện đơn giản Hình 1 - Cấu trúc chân của cổng Com theo chuẩn RS – 232 Cổng COM có hai dạng: đầu nối DB25 (25 chân) và đầu nối DB9 (9 chân) mô tả như hình sau : D25 D9 Tín hiệu Hướng truyền Mô tả 1 – – – Protected ground: nối đất bảo vệ 2 3 TxD DTE – DCE Transmitted data: dữ liệu truyền 3 2 RxD DCE – DTE Received data: dữ liệu nhận 4 7 RTS DTE – DCE Request to send: DTE yêu cầu truyền dữ liệu 5 8 CTS DCE – DTE Clear to send: DCE sẵn sàng nhận dữ liệu 6 6 DSR DCE – DTE Data set ready: DCE sẵn sàng làm việc 7 5 GND – Ground: nối đất (0V) 8 1 DCD DCE – DTE Data carier detect: DCE phát hiện sóng mang 20 4 DTR DTE – DCE Data terminal ready: DTE sẵn sàng làm việc 22 9 RI DCE – DTE Ring indicator: báo chuông 23 – DSRD DCE – DTE Data signal rate detector: dò tốc độ truyền 24 – TSET DTE – DCE Transmit Signal Element Timing: tín hiệu định thời truyền đi từ DTE 15 – TSET DCE – DTE Transmitter Signal Element Timing: tín hiệu định thời truyền từ DCE để truyền dữ liệu 17 – RSET DCE – DTE Receiver Signal Element Timing: tín hiệu định thời truyền từ DCE để truyền dữ liệu 18 – LL Local Loopback: kiểm tra cổng 21 – RL DCE – DTE Remote Loopback: Tạo ra bởi DCE khi tín hiệu nhận từ DCE lỗi 14 – STxD DTE– DCE Secondary Transmitted Data 16 – SRxD DCE – DTE Secondary Received Data 19 – SRTS DTE – DCE Secondary Request To Send 13 – SCTS DCE – DTE Secondary Clear To Send 12 – SDSRD DCE – DTE Secondary Received Line Signal Detector 9,10, 25 – Dành riêng cho chế độ test 11 – Không dùng 2. Chuẩn RS - 232 Chuẩn RS-232 được đưa ra bởi EIA (Electronics Industry Associations). Chuẩn RS-232 quy định mức logic 1 ứng với điện áp từ -3V đến -25V (mark), mức logic 0 ứng với điện áp từ 3V đến 25V (space) và có khả năng cung cấp dòng từ 10 mA đến 20 mA. Ngoài ra, tất cả các ngõ ra đều có đặc tính chống chập mạch. Chuẩn RS-232 cho phép truyền tín hiệu với tốc độ lên đến 20.000 bps nhưng nếu cáp truyền đủ ngắn có thể lên đến 115.200 bps. Các đặc tính kỹ thuật của chuẩn RS-232 như sau: Chiều dài cáp cực đại 15m Tốc độ dữ liệu cực đại 20 Kbps Điện áp ngõ ra cực đại ± 25V Điện áp ngõ ra có tải ± 5V đến ± 15V Trở kháng tải 3K đến 7K Điện áp ngõ vào ± 15V Độ nhạy ngõ vào ± 3V Trở kháng ngõ vào 3K đến 7K Giao tiếp với vi xử lý: Vì tín hiệu cổng COM dùng chuẩn RS 232 nên không tương thích với điện áp TTL (mức cao là 3 – 5 V, mức thấp là 0 – 0,8V) nên để giao tiếp KIT Vi điều khiển họ 8051 với máy tính qua cổng COM ta phải qua một vi mạch biến đổi điện áp cho phù hợp với mức TTL, ta chọn vi mạch MAX232 để thực hiện việc chuyển đổi cho tương thích điện áp. Hình 2 – Mạch giao tiếp với vi xử lý ` Vi mạch này nhận mức RS232 đã được gởi tới từ máy tính và biến đổi tín hiệu náy thành tín hiệu TTL để cho tương thích với IC 8051 và nó cũng thực hiện ngược lại là biến đổi tín hiệu TTL từ Vi điều khiển thành mức +12V, -12V để cho phù hợp hoạt động của máy tính. Giao tiếp theo cách này, khoảng cách từ máy tính đến thiết bị ngoại vi có thể đạt tới trên 20 mét. Chuẩn RS232: • Mức thấp (logic 0) có trị số từ +3v đến +25v • Mức cao (logic 1) có trị số từ -3v đến -25v • Miền giữa -3v đến +3 v không hợp lệ Chuẩn TTL: Ngõ vào • Mức thấp (logic 0) là 0v đến +0.8v • Mức cao (logic 1) là +2v đến +5v • Miền giữa 0.8v đến +2 v không hợp lệ Ngõ ra • Mức thấp (logic 0) là 0v đến 0.5v • Mức cao (logic 1) là +2.7v đến +5v 3. Giao tiếp giữa các thiết bị Các thiết bị ghép nối chia thành 2 loại: DTE (Data Terminal Equipment) và DCE (Data Communication Equipment). DCE là các thiết bị trung gian như MODEM còn DTE là các thiết bị tiếp nhận hay truyền dữ liệu như máy tính, PLC, vi điều khiển, … Việc trao đổi tín hiệu thông thường qua 2 chân RxD (nhận) và TxD (truyền). Các tín hiệu còn lại có chức năng hỗ trợ để thiết lập và điều khiển quá trình truyền, được gọi là các tín hiệu bắt tay (handshake). Ưu điểm của quá trình truyền dùng tín hiệu bắt tay là có thể kiểm soát đường truyền. Các phương thức kết nối giữa DTE và DCE: – Đơn công (simplex connection): dữ liệu chỉ được truyền theo 1 hướng. – Bán song công ( half-duplex): dữ liệu truyền theo 2 hướng, nhưng mỗi thời điểm chỉ được truyền theo 1 hướng. – Song công (full-duplex): số liệu được truyền đồng thời theo 2 hướng. Ngoài ra để truyền dữ liệu qua Port COM còn cần những tham số sau: Bit mở đầu cho một đơn vị dữ liệu START Bit. STOP Bit (Bit kết thúc). Parity (Kiểm tra chẵn lẻ). Baud Rate (Tốc độ truyền) tạo thành một Frame (Khung truyền). Port COM là một thể khởi tạo bằng BIOS thông qua chức năng 0 của Interrupt 14, nạp vào thanh ghi DX1 chỉ số chọn kênh (COM1 = 0, COM2 = 1). Thanh ghi AL được nạp vào các tham số của việc truyền dữ liệu Khi không truyền dữ liệu, đường truyền sẽ ở trạng thái mark (điện áp -10V). Khi bắt đầu truyền, DTE sẽ đưa ra xung Start (space: 10V) và sau đó lần lượt truyền từ D0 đến D7 và Parity, cuối cùng là xung Stop (mark: –10V) để khôi phục trạng thái đường truyền. Dạng tín hiệu truyền mô tả như sau (truyền ký tự A): Hình 3 - Tín hiệu truyền của ký tự ‘A’ Các sơ đồ khi kết nối dùng cổng nối tiếp: Hình 4 – Kết nối đơn giản trong truyền thông nối tiếp giữa 2 thiết bị Khi thực hiện kết nối như trên, quá trình truyền phải bảo đảm tốc độ ở đầu phát và thu giống nhau. Khi có dữ liệu đến DTE, dữ liệu này sẽ được đưa vào bộ đệm và tạo ngắt. Ngoài ra, khi thực hiện kết nối giữa hai DTE, ta còn dùng sơ đồ sau: Hình 5 – Kết nối trong truyền thông nối tiếp dùng tín hiệu bắt tay Khi DTE1 cần truyền dữ liệu thì cho DTR tích cực tác động lên DSR của DTE2 cho biết sẵn sàng nhận dữ liệu và cho biết đã nhận được sóng mang của MODEM (ảo). Sau đó, DTE1 tích cực chân RTS để tác động đến chân CTS của DTE2 cho biết DTE1 có thể nhận dữ liệu. Khi thực hiện kết nối giữa DTE và DCE, do tốc độ truyền khác nhau nên phải thực hiện điều khiển lưu lượng. Quá trinh điều khiển này có thể thực hiện bằng phần mềm hay phần cứng. Quá trình điều khiển bằng phần mềm thực hiện bằng hai ký tự Xon và Xoff. Ký tự Xon được DCE gởi đi khi rảnh (có thể nhận dữ liệu). Nếu DCE bận thì sẽ gởi ký tự Xoff. Quá trình điều khiển bằng phần cứng dùng hai chân RTS và CTS. Nếu DTE muốn truyền dữ liệu thì sẽ gởi RTS để yêu cầu truyền, DCE nếu có khả năng nhận dữ liệu (đang rảnh) thì gởi lại CTS. II. VI XỬ LÝ VỚI TRUYỀN THÔNG NỐI TIẾP 1. IC MAX 232 Vi mạch MAX 232 của hãng MAXIM là một vi mạch chuyên dùng trong giao diện nối tiếp với máy tính. Chúng có nhiệm vụ chuyển đổi mức TTL ở lối vào thành mức +10V hoặc –10V ở phía truyền và các mức +3…+15V hoặc -3…-15V thành mức TTL ở phía nhận, Vi mạch MAX 232 có hai bộ đệm và hai bộ nhận. Đường dẫn điều khiển lối vào CTS, điều khiển việc xuất ra dữ liệu ở cổng nối tiếp khi cần thiết, được nối với chân 9 của vi mạch MAX 232. Còn chân RST (chân 10 của vi mạch MAX ) nối với đường dẫn bắt tay để điều khiển quá trình nhận. Thường thì các đường dẫn bắt tay được nối với cổng nối tiếp qua các cầu nối, để khi không dùng đến nữa có thể hở mạch các cầu này. Cách truyền dữ liệu đơn giản nhất là chỉ dùng ba đường dẫn TxD, RxD và GND (mass). IC max232 thường được dùng trong việc kết nối thiết bị ngoại vi qua cổng RS – 232. Nó cho phép chuyển đổi điện áp ngõ vào ± 30V (từ cổng Comm) thành điện áp ngõ ra đảo 5V và 0V để giao tiếp với thiết bị ngoại vi. Tín hiệu nhận từ máy vi tính qua cổng COM với chuẩn RS232 được IC MAX232 chuyển đổi sang mức TTL để đưa vào port nối tiếp (chân RxD và TxD) của vi điều khiển. Ngược lại, khi vi điều khiển xuất tín hiệu qua port nối tiếp thì cũng được IC MAX232 chuyển đổi sang mức RS232 để máy tính nhận được. Một vài thông số của MAX 232: – Nguồn cung cấp: 4,5V đến 5,5V – 2 bộ chuyển đổi và truyền nhận – Tốc độ truyền lên đến 120 kbps – Mức độ điện áp ngõ vào ± 30V – Dòng do nguồn cung cấp: 8 đến 10 mA – Tầm nhiệt độ hoạt động: từ 0 đến 70 o C [...]... và ROLE + Dùng phần mềm Labview để giao tiếp và điều khiển Phương pháp điều khiển Điều khiển động cơ DC bằng cách điều biến độ rộng xung Động cơ DC sử dụng trong dân dụng thường chỉ hoạt động ở điện áp 24V trở lại Một trong những phương pháp để điều khiển mô tơ là sử dụng mạch điều chế độ rộng xung (PWM circuit - Pulse Wide Modulation) Mạch điều khiển mô tơ bằng phương pháp PWM hoạt động dựa theo nguyên... ngắt hoạt động III.THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ Yêu cầu thiết kế Tạo được hệ thống điều khiển tốc độ động không hồi tiếp, bao gồm cả phần thiết kế phần cứng và tạo giao diện điều khiển trên máy tính Thiết kế Về thiết kế phần cứng: Bao gồm mạch điều khiển và mạch công suất + Mạch điều khiển: Sử dụng vi xử lý 89V51 + Mạch công suất: sử dụng mach điêu khiển dùng FET và ROLE... Q2, có thế gây hỏng Q2 (hỏng khóa) Do vậy, tác dụng của diode là bảo vệ khóa Nó sẽ đưa xung nhọn này về nguồn Giao diện điều khiển trên máy tính Giao diện điều khiển được thiết kế khá trực quan với người sử dụng hệ thống, đạt các tiêu chuẩn về độ chính xác, tính thẩm mỹ và dễ tiếp cận Giao diện chính(Front Panel) MÔ PHỎNG BẰNG PROTUES CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN: ;KHAIBAO BIEN $MOD51 PWM BIT P1.0 SL P2.7... gian "đầy xung" ("on") của chuỗi xung vuông cấp cho mô tơ Việc điều chỉnh này sẽ tác động đến công suất trung bình cấp cho mô tơ và do đó sẽ thay đổi tốc độ của mô tơ cần điều khiển Như trên hình, với dãy xung điều khiển trên cùng, xung ON có độ rộng nhỏ nên động cơ chạy chậm Nếu độ rộng xung ON càng lớn (như dãy xung thứ 2 và thứ 3) động cơ DC chạy càng nhanh Ưu điểm: - Transistor ở lối ra chỉ có duy... sáng Được sử dụng để cách ly áp giữa hai khối vi xử lý và khối công suất nhằm bảo vệ khối vi xử lý,đồng thời tránh nhiễu cho động cơ Vì đôi khi động cơ chạy quá dòng thì dòng trả về lớn làm chết linh kiện ở mạch công suất, nếu không có cách ly quang thì dòng điện lớn sẽ theo đường mạch đến tiêu diệt vi điều khiển và toàn bộ những linh kiện khác Ngõ ra của Opto (chân 3 và 4) được dẫn khi ngõ vào (chân... (18FF-12v): Dùng đảo chiều quay động cơ Dòng đóng ngắt là 12v-75mA để đảo chiều là phù hợp Do điện trở cuộn dây relay là 160Ω điện áp đóng ngắt relay là 12v và dòng tối thiểu để đóng ngắt relay là 75mA Vì vậy dòng điều khiển phải được khuếch đại trước khi tới điều khiển relay để đảm bảo dòng kích relay trong trường hợp có thể dùng transistor hoặc 1 con IC… Tôi đã sử dụng IC ULN2803 để sử dụng chức năng đó MOSFET... IRF540 làm mosfet này thông.Điện áp 24V sẽ qua động cơ DC và xuống mass.-> động cơ chạy Khi opto2 được kích dẫn, tại chân C_ROLE có áp 12v dẫn đến ULN 2803 dẫn, sẽ có dòng lớn từ chân ROLE xuống mass Điều này nhằm đáp ứng đủ dòng cho Relay có thể hút Diode D5 1N4007 có tác dụng dập dòng ngược Khi đóng mở Relay, cuộn hút của relay tạo ra một điện áp ngược và có dạng xung nhọn, đưa ngược về trasistor... chức năng đó MOSFET IRF540: Mạch công suất sử dụng transistor hiệu ứng trường MOSFET IRF540 có khả năng cung cấp dòng lớn lên đến 5A, điều khiển bằng áp trên ngõ vào G Mạch kích được lựa chọn là đẩy kéo(PUSH PULL) cho đáp ứng xung tốt ULN2803 gồm 8 BJT ghép darlington có sẵn các điện trở và diode bảo vệ, cung cấp dòng 500mA, điện áp làm việc lên đến 50V Ở điều kiện làm việc bình thường của ULN2803:... Là thanh ghi qui định chế độ hoạt động của bộ định thời , IC 89V51RB2 có 3 Timer (T0, T1, T2) dùng để định thời gian hoặc đếm xung M0 M1 0 0 1 0 chế độ 0 : định thời 13bit 1 chế độ 1: định thời 16 bit 0 chế độ 2: định thời 8 bit tự động nạp lại 1 1 chế độ 3: chế độ định thời chia xẻ Thanh ghi TCON: Thanh ghi điều khiển bộ định thời IT0: bit chọn kiểu điều khiển tác động tín hiệu ngắt ngoài timer 0 (... Điện trở phân áp cho led được tính như sau: Chọn dòng làm việc của led là 10mA VR = Nguyên lý hoạt động của mạch Ở trạng thái ngưng dẫn, khi vi điều khiển xuất ra mức 1 kích vào chân DK_PWM, ngõ ra của opto1 không được kích dẫn, dẫn đến tại ngõ vào ULN 2803(chân 1) được phân cực, nên nó được kích dẫn ULN 2803 dẫn tạo ra sự sụt áp ở ngõ ra PWM, điện áp tại chân này là mức 0 Điều này kéo theo làm cho Transitor . TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG    THÍ NGHIỆM ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN ON/OFF ĐỘNG CƠ DC SỬ DỤNG PHẦN MỀM LABVIEW GVHD: Th.S TRẦN VĂN TRINH. FET và ROLE + Dùng phần mềm Labview để giao tiếp và điều khiển Phương pháp điều khiển Điều khiển động cơ DC bằng cách điều biến độ rộng xung Động cơ DC sử dụng trong dân dụng thường chỉ hoạt động. 2007-2011 DÙNG PHẦN MỀM LABVIEW ĐIỀU KHIỂN ON/OFF ĐỘNG CƠ DC Nội dung thực hiệ n : Tìm hiểu về cách giao tiếp giữa vi xử lý và máy tính qua Labview . Điều khiển on/off động cơ DC giao tiếp với máy tính