BàI TậP LớN Môn: Vi xử lý Đề tài: Điều khiển động cơ bước theo nhiệt độ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIKHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THễNG ---o0o--- BàI TậP LớN Môn: Vi xử lý Đề tài: Điều khiển động cơ bước theo nhiệt độ Giáo viên hướng dẫn: Thầy Phạm Ngọc Nam Sinh vi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THễNG -o0o -

BàI TậP LớN

Môn: Vi xử lý

Đề tài: Điều khiển động cơ bước theo nhiệt độ

Giáo viên hướng dẫn: Thầy Phạm Ngọc Nam Sinh viên thực tập: Nhóm 5_ĐT9K47

1.Nguyễn Sỹ Dũng (nt) 2.Nguyễn Minh Đức 3.Nguyễn Tiến Dũng 4.Trịnh Hoàng Long 5.Đào Trần Hùng 6.Nguyễn Tuấn Anh

Hà Nội.11/2005

Lời mở đầu

đang trở thành gần gủi với hầu hết mọi người Là một sinh viên khoa Điện

tử viễn thông sau khi đã học xong môn Vi xử lý chúng em thiết nghĩ mình

có thể làm một số ứng dụng nhỏ về áp dụng những kiến thức về Vi xử lý vàcác Vi điều khiên thông dụng Đề tài của bọn em là dựa vào sự biến đổi củanhiệt độ để đưa ra tín hiện điều khiển tốc độ của động cơ bước thông quamột Vi điều khiển thông dụng

Chúng em xin chân thành cám ơn thầy Phạm Ngọc Nam đã hết lònggiúp đỡ bọn em trong việc hoàn thành đề tài này.

Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp,việc đo và khốngchế nhiệt độ tự động là một yêu cầu hết sức cần thiết và quan trọng Vì nếunắm bắt được nhiệt độ làm việc của hệ thống, dây chuyền sản xuất …,giúp

ta biết được tình trạng làm việc của các yêu cầu và có những xử lý kịp thời

để tránh hư hỏng và giải quyết các xự cố xảy ra

Để đáp ứng được yêu cầu đo và không chế nhiệt độ tự động, thì cónhièu phương pháp để thực hiện Nghiên cứu khảo sát các vi xử lý và vi điềukhiển, nhóm chúng em đã thấy rằng việc khống chế nhiệt độ bằng động cơbước có nhiều ưu điểm như: dễ dàng điều khiển vận tốc động cơ để khốngchế nhiệt độ nhờ vào quạt gió…

Do trong điều kiện hạn chế về kinh tế, thời gian và trình độ nên nhómchúng em chỉ dừng lại ở việc mô phỏng điều chỉnh vận tốc động cơ tự độngtheo nhiệt độ môi trường và phần nhiệt độ môi trường này được hiện thịthông qua Led 7 thanh.

II Mục đích Thiết kế

- Phát huy những thành quả ứng dụng của vi điều khiển và vi xử lý tạo

ra những sản phẩm tiên tiến có độ tích hợp cao về công nghệ

- Việc thực hiện đề tài này giúp chúng em được tiếp cận với thực tế,phát huy những kiến thức đã được học trong môn Vi xử lý

- Qua đây có thêm nhiều kinh nghiệm giúp ích sau khi ra trường có thểtham gia ngay vào các hoạt động sản xuất trong xã hội

III Giới thiệu về nội dung đề tài

- Điều khiển tốc độ động cơ bước theo nhiệt độ của môi trường Khi nhiệt

độ tăng thì vận tốc động cơ (cánh quạt ) tăng và khi nhiệt độ giảm tốc độgiảm Động cơ có khả năng đảo chiều quay để phục vụ nhiều mục đích khácnhau

+ Bộ giải mã địa chỉ và hiện thị nhiệt độ thông qua LED7+ Thiết kế khối công suất cho động cơ

+ Viết chương trình điều khiển

I Sơ đồ khối hệ thống

(1) Bộ cảm biến ghi lại sự thay đổi nhiệt độ của nguồn nhiệt và chuyển

về đại lượng điện

(2) Bộ biến đổi ADC chuyển tín hiệu Analog thành tín hiệu Digital đưavào Mạch ghép nối

(3) Khối Vi điều khiển có nhiệm vụ nhận tín hiệu số từ khối ADC vàđưa vào xử lý cho ra tín hiệu hiện thị và xuất xung điều khiển ra khốicông suất

(4) Mạch công suất có tác dụng điều khiển động cơ

(5) Động cơ bước

(6) Khối hiện thị hiển thị nhiệt độ môi trường hiện thời

II Thiết kế và phân tích nguyên lý của từng khối

Động

cơ Bước

Hiển thị

1.Bộ cảm biến

Để đo được nhiệt độ cần có một đầu đo thích hợp Đầu dò là mộtcảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ chuyển từ nhiệt độ môi trường qua tínhiệu điện Có rất nhiều loại cảm biến khác nhau nhưng đối với hệ thốngnày ta sử dụng IC cảm biến Các IC cảm biến có độ chính xác cao, dễtìm và giá thành rẻ Một trong số đó là LM35, là loại thông dụng trên thịtrường hiện nay đồng thời nó có những đặc tính làm việc phù hợp vớithiết kế chi tiết của mạch

a Một số đặc tính kỹ thuật của LM35

- LM35 có độ biến thiên theo nhiệt độ 10mV /1oC

- Độ chính xác cao, tính nay cảm biến nhiệt độ nhạy, ở nhiệt độ 25oC

nó có sai số không quá 1% Với tầm đo từ -55oC đến 150oC, tín hiệu

ra tuyến tính với những thay đổi kỹ thuật của tín hiệu vào

b Thiết kế mạch cảm biến dùng LM335 :

c Tính toán và lựa chọn linh kiện

Ta chọn R sao cho R= Vs/50uA

- Một số đặc tính kỹ thuật của ADC 0804

+ Không yêu cầu một giao diện logic nào để ghép nối với VXL + Thời gian chuyển đổi nhỏ hơn 100s

+ Có bộ dao động nội

- Nguyên lý hoạt động của ADC 0804:

ADC bắt đầu hoạt động khi chân CS và WR đồng thời ở mức thấp(tích cực ).Chân INTR được reset để ở mức cao ( không tích cực ) Tínhiệu analog ỏ các chân VIN+ và VIN- được đưa vào lấy mẫu và mã hoátrong 8 xung clock nội của 0804 Sau dó chân INTR được chuyểnxuống mức thấp (tích cực) báo hiệu cho vi điều khiển quá trình chuyểnđổi ADC đã hoàn tất Vi điều khiển đưa tín hiệu mức thấp vào chân RDcủa 0804 để lấy dữ liện ra (Chân RD và CS có thể được nối đất) Quátrình chuyển đổi tiếp theo lại bắt đầu khi CS và WR nhận được tín hiệu

2 0

8

1 0 4

1 9 9 7 6

1 1

.

1 8

F p 5

K 0

4 0 0 C D A

a Giới thiệu sơ lược về 89C51

IC vi điều khiển 89C51 tương thích với họ MSC51 có các đặc điểm sau : + 4Kbyte FLASH ROM

+ 128 Bytes RAM

+ 4 Port 8bit

+ Hai bộ định thời 16 bit

+ Cĩ một port nối tiếp

TIMER2 TIMER1 PORT nối tiếp

Cỏc thanh ghi khỏc

128 byte Ram

Rom 4K-8051 OK-8031

Timer1 Timer2

Điều khiển

ngắt

iều khie n ẹiều khieồn ồn bus

CPU

Port no i ỏi tie p ỏi

Ca c port ực port I\O

Táo dao

o ng ủoọng ọng

Sơ đồ chân của 89C51

Mạch vi điều khiển có tác dụng nhận tín hiệu từ bộ biến đổi ADC và xử lýđưa ra tín hiệu hiển thị nhiệt độ để truyền vào bộ giải mã địa chỉ 7447

Chân 9 (RST) là mạch RESET

18

19 12MHz

40

29 30

31 9

17 16 15 14 13 12 11 10

RD\

WR\

T1 T0 INT1 INT0 TXD RXD

A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8

28 27 26 25 24 23 22 21

8 7 6 5 4 3 2 1

32 33 34 35 36 37 38 39

Po.7 Po.6 Po.5 Po.4 Po.3 Po.2 Po.1 Po.0

AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0

P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0

P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0

PSEN\

ALE EA\

RET

Vcc

20 Vss

30p

30p

XTAL1 XTAL2

+ 5 V

K 0

1 0 u F

R S T

Mạch ghép nối giữa ADC và vi điều khiển

4 Mạch giải mã địa chỉ và hiển thị tín hiệu nhiệt độ ra Led

â, Giới thiệu về IC giải mã 7447

Hình- IC 7447

IC 7447 là bộ giải mã cho LED hiển thị 7 thanh Nó có 4 đầu vào là A,

B, C và D (ứng với các chân số 7, 6, 1, 2) và 7 đầu ra (các chân từ 9 đến 15 ứng với 7 thanh hiển thị của đèn LED 7 thanh) Bảng chân lý của IC này nhưsau:

b, Giới thiệu về đèn Led hiển thị

Đèn hiển thị LED 7 thanh:

Hình - LED hiển thị 7 thanh

Trong bài thực tập này ta sử dụng loại đèn Anode chung, tức là một trong hai chân ở giữa của hai hàng chân sẽ được nối lên +5V, các chân còn lại được nối đến đầu ra của IC 7447 một cách tương ứng theo tên chân (như

đã nêu trên hình trên )

Mạch tương đương của ULN2003

ULN2003 ngoài tác dụng đóng ngắt dòng qua cuộn dây điều khiển động cơcòn có tác dụng ngăn điện áp ngược làm hỏng các mạch vi điều khiển

6 Động cơ bước

a)Cấu trúc động cơ bước

b) Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ bước

Các cuộn dây được cấp dòng theo vòng Mỗi khi vòng dây được cấp dòngđộng cơ quay được 1 bước

Hình : Hoạt động của từng cuộn dây trong động cơ bước

A B

C D A',B',C',D'

A

A'

t B

B'

t C

C'

t D

D'

t

Bộ khuếch đại công suất sử dụng transistor mắc kiểu Darlington sử dụng ICUNL2003

“ABCD” = “0001” ”0010””0100” > “1000” ”0001”…

”ABCD” thực hiện lệnh dịch 4 lần động cơ quay 1vòng

Giả sử ta có vận tốc tại thời điểm T0 = 25oC là 300 vòng /phút

n0 = 3,3vòng/s  “ABCD” quay 3,3x4lần =13,2lần trên một dây

Với xung nhịp 2kHz thì  cứ 2kHz/13,2 =151 = xung thì “ABCD” quaymột vòng

Ta có công thức chuyển đổi vận tốc động cơ và nhiệt độ

12V QC

QB QA

1 8 4

14 13

8 5

1 2 7

1 1 9

3 5 7

1 6

1 4

1 2

1 0 9

7 4 L S 4 7

7 2

1 1 9

IV Lập trình

1.Lưu đồ thuật toán của chương trình

Begin

T.Lập mode cho 89C51

Cho động cơ khởi động

Đếm xung đồng hồ

ADC biến đổi xong

Cho động cơ nhảy 1 bước

Đọc nhiệt độ

Đủ xung cho động cơ nhảy tiếp?

Chương trình nạp cho nạp cho 89C51 như sau :

MOV TMOD,#01H ;TIMER CHE DO 1

MOV P1,#0FFH ;CHON P1 LA CONG VAO

MOV IE,10000111B ;CHO PHEP NGAT TIMER 0

Tài liệu tham khảo:

1 Kĩ thuật Vi xử lý Tác giả: Văn Thế Minh

2 Cấu trúc và lập trình họ vi điều khiển 8051 Tác giả: NguyễnTăng Cường _ Phan Quốc Thắng

3 Datasheet của các linh kiện AT89c51, ULN2003, ADC0804, LM35,74LS74AN, 74LS47 lấy từ www.alldatasheet.com