BÀI TẬP LỚN MÔN Kỹ Thuật Số MẠCH ĐO VÀ HIỂN THỊ TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay việc sử dụng các con vi số đang ngày càng phát triển rộng rãi và thâm nhập ngày càng nhiều vào các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội. Với xu hướng tất yếu này cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo, người ta đã tạo những vi số có cấu trúc nhỏ gọn, đáp ứng thời gian thực tốt hơn, chuẩn hóa hơn. Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học, đặc biệt là ngành điện, điện tử, sự phát minh ra các linh kiện điện tử đã và đang ngày càng đáp ứng được yêu cầu của các hệ thống. Ưu điểm của việc sử dụng các linh kiện điện tử làm cho các hệ thống linh hoạt và đa dạng hơn, giá thành thấp hơn và độ chính xác cao hơn. Sau thời gian học tập và tìm hiểu, chúng em đã được làm quen với môn học: “Kỹ Thuật Số”. Để áp dụng lý thuyết với thực tế của môn học này chúng em nhận bài tập lớn:Thiết kế mạch đo và hiển thị tốc độđộng cơ.Tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế, tài liệu tham khảo có giới hạn nên còn có những sai sót. Chúng em rất mong thầy, cô giáo thông cảm và giúp đỡ chúng em hoàn thiện bài tập lớn này. Chúng em xin chân thành cảm ơn CHƯƠNG I:KHÁI QUÁT CHUNG 1.1 Các phương pháp đo tốc độ động cơ: Ngày nay có nhiều phương pháp đo tốc độ động cơ nhưng vẫn sử dụng hai phương pháp đo phổ biến là: Phương pháp dùng encoder Phương pháp dùng cảm biến tiệm cận Phương pháp đo tốc độ động cơthông dụng nhất hiện nay dùng cảm biến quang hay còn gọi là encoder. Tín hiệu từng encoder tạo ra các dạng xung vuông có tần sốthay đôi vào tốc độ động cơ. Do đó các xung vuông này được đưa vào bộvi xửlý để đếm sốxung trong khoảng thời gian cho phép từ đó ta có thểtính được giá trịvận tốc của động cơ. Đây cũng là phương pháp mà người ta sửdụng để ổn định tốc độ động cơhay điều khiển nhanh chậm.... Cảm biến tiệm cận bao gồm tất cả các loại cảm biến phát hiện vật thể không cần tiếp xúc như công tắc hành trình mà dựa trên những mối quan hệ vật lý giữa cảm biến và vật thể cần phát hiện. Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển động hoặc xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện. Có 3 hệ thống phát hiện để thực hiện công việc chuyển đổi này: hệ thống sử dụng dòng điện xoáy được phát ra trong vật thể kim loại nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ, hệ thống sử dụng sự thay đổi điện dung khi đến gần vật thể cần phát hiện, hệ thống sử dụng nam châm và hệ thống chuyển mạch cộng từ 1.2 Nguyên lý đo tốc độ động cơ để đo tốc độ ta dùng phương pháp đếm số xung trong một khoảng thời gian đo ( ). Như vậy với phương pháp này thì ta lựa chọn encorder để biến tốc độ thành một dãy xung có tần

Trường ĐHCN Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TẬP LỚN MÔN Kỹ Thuật Số MẠCH ĐO VÀ HIỂN THỊ TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Vũ Linh Sinh viên thực hiện : 1.P hạm Văn Cương 2. Đào Đức Cường 3.Nguyễn Mạnh Cường 4. Phạm Văn Cường 5. Nguyễn Như Đạt Lớp : ĐH Điện 3-K6. Năm 2013 Trường ĐHCN Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay việc sử dụng các con vi số đang ngày càng phát triển rộng rãi và thâm nhập ngày càng nhiều vào các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội. Với xu hướng tất yếu này cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo, người ta đã tạo những vi số có cấu trúc nhỏ gọn, đáp ứng thời gian thực tốt hơn, chuẩn hóa hơn. Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học, đặc biệt là ngành điện, điện tử, sự phát minh ra các linh kiện điện tử đã và đang ngày càng đáp ứng được yêu cầu của các hệ thống. Ưu điểm của việc sử dụng các linh kiện điện tử làm cho các hệ thống linh hoạt và đa dạng hơn, giá thành thấp hơn và độ chính xác cao hơn. Sau thời gian học tập và tìm hiểu, chúng em đã được làm quen với môn học: “Kỹ Thuật Số”. Để áp dụng lý thuyết với thực tế của môn học này chúng em nhận bài tập lớn:Thiết kế mạch đo và hiển thị tốc độđộng cơ.Tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế, tài liệu tham khảo có giới hạn nên còn có những sai sót. Chúng em rất mong thầy, cô giáo thông cảm và giúp đỡ chúng em hoàn thiện bài tập lớn này. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Trường ĐHCN Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK CHƯƠNG I:KHÁI QUÁT CHUNG 1.1 Các phương pháp đo tốc độ động cơ: Ngày nay có nhiều phương pháp đo tốc độ động cơ nhưng vẫn sử dụng hai phương pháp đo phổ biến là: Phương pháp dùng encoder Phương pháp dùng cảm biến tiệm cận Phương pháp đo tốc độ động cơthông dụng nhất hiện nay dùng cảm biến quang hay còn gọi là encoder. Tín hiệu từng encoder tạo ra các dạng xung vuông có tần sốthay đôi vào tốc độ động cơ. Do đó các xung vuông này được đưa vào bộvi xửlý để đếm sốxung trong khoảng thời gian cho phép từ đó ta có thểtính được giá trịvận tốc của động cơ. Đây cũng là phương pháp mà người ta sửdụng để ổn định tốc độ động cơhay điều khiển nhanh chậm Cảm biến tiệm cận bao gồm tất cả các loại cảm biến phát hiện vật thể không cần tiếp xúc như công tắc hành trình mà dựa trên những mối quan hệ vật lý giữa cảm biến và vật thể cần phát hiện. Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển động hoặc xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện. Có 3 hệ thống phát hiện để thực hiện công việc chuyển đổi này: hệ thống Trường ĐHCN Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK sử dụng dòng điện xoáy được phát ra trong vật thể kim loại nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ, hệ thống sử dụng sự thay đổi điện dung khi đến gần vật thể cần phát hiện, hệ thống sử dụng nam châm và hệ thống chuyển mạch cộng từ 1.2 Nguyên lý đo tốc độ động cơ để đo tốc độ ta dùng phương pháp đếm số xung trong một khoảng thời gian đo ( đ t ). Như vậy với phương pháp này thì ta lựa chọn encorder để biến tốc độ thành một dãy xung có tần số tỷ lệ với tốc độ quay của động cơ. Tính toán kết quả đo : Phương pháp đo là đếm số xung trong một khoảng thời gian đo ( đ t ), số xung đếm được trong thời gian đo đ t là Nx. Ta đo tốc độ động cơ 1 chiều có gắn encoder 100 xung/vòng, vậy ta chọn thời gian đo là đ t = 0,6s để đảm bảo thông tin cập nhật một cách tối ưu nhất. n : là tốc độ động cơ. Trường ĐHCN Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK n = lt Nx đ . 60. . n = 100. .60 đ t Nx = 100.6,0 .60 Nx = Nx Trong đó : đ t : thời gian lấy mẫu đo kết quả là 0,6s 1.3 Các mạch chức năng sử dụng trong mạch hệ thống 1.4 Khối tạo xung: khối này có nhiệm vụ cung cấp toàn bộ xung cho mạch điều khiển gồm xung phát ra từ encoder và xung từ bộ tạo xung 555 Trường ĐHCN Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK - Khối tín hiệu cho phép đếm và dừng đếm,chuyển chế độ: là bộ đếm số xung phát ra từ encoder. Trường ĐHCN Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK Khối đếm xung hay đo vận tốc tốc độ động cơ và hiển thị - hiển thị số vòng quay của đông cơ thong qua led 7 thanh. Trường ĐHCN Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK CHƯƠNG II:THIẾT KẾ MẠCH ĐO VÀ HIỂN THỊ TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 2.1 Các linh kiện sử dụng trong hệ thống - IC NE 555 : Dùng tạo dao động đếm thời gian. - 4 Điện trở: 1k,10k,14.7k và 220 - 2 Tụ điện: tụ thường 61uF và 104uF - 7 IC 4017 để tạo ra bộ đếm thập phân -6 IC 40110 - Nguồn tín hiệu cần đo : Cho 1500H - 6 LED 7 thanh :để hiển thị - 1 Ic 74LS90 - 1Cổng NOTvà 1 cổng AND - 1 Led báo: led - biby - 1 Động cơ: Motor – encorder -1 nút Star 1 nút Stop và 1 nút Reset - 2 Switch (Chuyển mạch1-2 cổng ):liên động 1. Giới thiệu về Encoder : Trường ĐHCN Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK Cấu tạo của encoder : 6. Encoder Phương pháp đo tốc độ động cơ thông dụng nhất hiện nay dùng cảm biến quang hay còn gọi là encoder. Tín hiệu từ encoder tạo ra các dạng xung vuông có tần số thay đôi vào tốc độ động cơ. Do đó các xung vuông này được đưa vào bộ vi xử lý để đếm số xung trong khoảng thời gian cho phép từ đó ta có thể tính được giá trị vận tốc của động cơ. Đây cũng là phương pháp mà người ta sử dụng để ổn định tốc độ động cơ hay điều khiển nhanh chậm Yêu cầu: + Động cơ DC 12V có bộ Encoder  Tìm hiểu qua về cấu tạo của Encoder: * Cấu tạo của encoder Nhìn trên hình ta thấy encoder gồm: 1 tấm tròn có khắc lỗ, 1 Hệ thông LED phát và thu. * Nguyên tắc hoạt động cơ bản: Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục. Trên Trường ĐHCN Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK đĩa có các lỗ (rãnh). Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa. Khi đĩa quay, chỗ không có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led sẽ chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu. Với các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay không.Số xung đếm được và tăng lên nó tính bằng số lần ánh sáng bị cắt! Như vậy là encoder sẽ tạo ra các tín hiệu xung vuông và các tín hiệu xung vuông này được cắt từ ánh sáng xuyên qua lỗ. Nên tần số của xung đầu ra sẽ phụ thuộc vào tốc độ quay của tấm tròn đó. Đối với encoder mình đang dùng thì nó có 2 tín hiệu ra lệch pha nhau 90. Hai tín hiệu này có thể xác định được chiều quay của động cơ. Encoder mục đích dùng để quản lý vị trí góc của một đĩa quay, đĩa quay có thể là bánh xe, trục động cơ, hoặc bất kỳ thiết bị quay nào cần xác định vị trí góc. Encoder được chia làm 2 loại, absolute encoder và incremental encoder. Tạm dịch là encoder tuyệt đối và encoder tương đối. Còn incremental encoder, là loại encoder chỉ có 1, 2, hoặc tối đa là 3 vòng lỗ. Các bạn hình dung thế này, nếu bây giờ các bạn đục một lỗ trên một cái đĩa quay, thì cứ mỗi lần đĩa quay 1 [...]... tác động làm quá trình đếm nhanh lên.Khi muốn thực hiện lại quá trình đếm ta ấn nút reset để bắt đầu đếm lại,còn muốn dừng đếm ta ấn nút stop hệ thống sẽ tạm dừng và ấn lần nữa để tiếp tục đếm… Trường ĐHCN Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK 2.Nguyên lý hoạt động Sau khi cấp nguồn cho động cơ 1 chiều hoạt động động cơ hoạt động bộ encoder được nắp trên trục của động cơ encoder có tắc dụng tạo ra xung hoạt động của động. .. II.Tính toán thiết kế mạch mô phỏng 1 Sơ đồ khối Trường ĐHCN Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK Khi đóng cầu dao mạch có điện,led báo hiệu sáng nhấp nháy.Các led hiển thị cũng đã có điện, nhưng động cơ chưa có điện.Ấn nút Start động cơ có điện và lập tức quay.Bộ xử lý đang ở chế độ đếm vòng/phút qua nhiều bộ xử lý giải mã tác động đến led hiển thị làm led tăng dần số đếm.Khi muốn chuyển chế độ từ đếm vòng/phút sang... cho - mạch R_C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động Chan 8 (VCC): đây là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động không có chân này coi như IC chết Nó được cấp điện áp từ 2->18V Mạch tạo xung : Trường ĐHCN Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK Có tần số dao động có công thức : f=1/T=1/0.69(R1+2R2)C g Một số mạch ứng dụng dùng 555 1 ) Mạch báo động dùng SCR Trường ĐHCN Hà Nội 2) Trigger 3) Âm thanh dùng 2 IC 555 Bộ Môn. .. 1,15,14,13,12,3,2:là các chân hiển thị ra led 7 thanh Nguyên tắc hoạt động: Sau khi được cấp xung vào chân 9(CLK UP) xung sẽ tưn đông được đếm theo chiều tiên 1….9 hoặc xung được cấp vào chân Chân 7( CLKDN) đếm xung hướng xuống và hiển thị ra led 7 thanh Chân 10(CARRY) tràn khi đếm lên Đếm đến 9 xung sẽ tự động tràn và chuyển sang led 7 thanh thứ 2.ngược lại Chân 11(BORROW) tràn khi đếm xuống đếm từ 9 về 0 và nhảy sang... ngõ vào ở mức cao Bảng chân lý: A B Z = A.B 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 9.Giới thiệu động cơ điện 1 chiều : Cấu tạo của động cơ gồm có 2 phần: stato đứng yên và rôto quay so với stato Phần cảm (phần kích từ-thường đặt trên stato) tạo ra từ trường đi trong mạch từ, xuyên qua các vòng dây quấn của phần ứng (thường đặt trên rôto) Khi có dòng điện chạy trong mạch phần ứng, các thanh dẫn phần ứng sẽ chịu tác động. .. 2 IC 555 Là IC tạo dao động tần số cấp xung nhịp cho IC 74ls190 đếm giây: Sơ đồ khối 555 : Trường ĐHCN Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK Nhìn trên hình 3 ta thấy cấu trức của 555 nó tương đương với hơn 20 transitor , 15 điện trở và 2 diode và còn phụ thuộc vào nhà sản xuất Trong mạch tương đương trên có : đầu vào kích thích , khối so sánh, khối điều khiển chức năng hay công suất đầu ra.Một số đặc tính nữa của 555... xung hoạt động của động cơ sau mỗi vòng quay của động cơ encoder sẽ nhận được 100 xung .và sẽ xuất ra 100 xung cho mạch đếm mạch sử dụng ic 4017.thực chất của ic 4017 là bộ chia thập phân xung được đưa vào chân 14 (CLK) của IC thứ nhất sau khi đếm từ 1 đến 10 thì IC 4017 thứ 2 sẽ nhận 1 xung và tiếp tục đếm và cung cấp xung cho IC 40110 IC 40110 là sự kết hợp của con IC đếm và giải mã ra led 7 thanh... cửa thì IC hoạt động bình thường không vấn đề gì ,nhưng khi nó = 1 tức là mở cửa thì dữ liệu trong tế bào nhớ trào ra và đẩy liên tục vào cửa ra nên giữ tại đầu ra một mức dữ liệu cố định ) - Trong sơ đồ mạch chúng ta nối nó với đất - Chân số 3 nếu =0 thì tất cả đầu ra sẽ là mức logic 1.(dùng kiểm tra led 7 đo n,bất chấp đầu vào là thế nào ) - Chân số 4 thì có tác dụng ngược lại chân số 3 Bảng chân... độ từ thông B và vectơ cường độ dòng điện I Trường ĐHCN Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK Dòng điện phần ứng được đưa vào rôto thông qua hệ thống chổi than và cổ góp Cổ góp sẽ giúp cho dòng điện trong mỗi thanh dẫn phần ứng được đổi chiều khi thanh dẫn đi đến một cực từ khác tên với cực từ mà nó vừa đi qua (điều này làm cho lực điện từ được sinh ra luôn luôn tạo ra mômen theo một chiều nhất định) Hình ảnh động cơ. .. của dạng 7 vạch - Chân số 5 là chân dùng để điều khỉên tế bào nhớ ,chần này = 0 thì IC hoạt động bình thường , còn = 1 thì dữ nguyên trạng thái ở các đầu ra ,và dữ cho đến khi nó trở về chân này được chuyển về 0 thì đầu ra lại tiếp tục hoạt động (nếu hiểu sâu sa thì chúng ta hiểu khi IC hoạt động thì dữ liệu tại đầu ra sẽ luân phiên nhau được nhớ trong tế bào 4 bít ,vậy khi chân số 5 này ở mức 0 giả . MẠCH ĐO VÀ HIỂN THỊ TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 2. 1 Các linh kiện sử dụng trong hệ thống - IC NE 555 : Dùng tạo dao động đếm thời gian. - 4 Điện trở: 1k,10k,14.7k và 22 0 - 2 Tụ điện: tụ thường 61uF và 104uF -. coi như IC chết . Nó được cấp điện áp từ 2- >18V. Mạch tạo xung : Trường ĐHCN Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK Có tần số dao động có công thức : f=1/T=1/0.69(R 1 +2R 2 )C. g. Một số mạch ứng dụng dùng 555 1. Môn ĐLĐK 2) Trigger 3) Âm thanh dùng 2 IC 555 Trường ĐHCN Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK 3. IC 4017 IC 4017 để tạo ra bộ đếm thập phân - Sơ đồ chân: Hoạt động: - Chân 14( CLK) nhận xung. - Chân (1, 2, 3, 4,