Thiết kế và điều khiển mô hình thang máy bằng vi xử lý PIC 16f877a

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA XÂY DỰNG VÀ ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ NGÀNH CÔNG NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH THANG MÁY BẰNG VI XỬ LÝ PIC 16F877A SVTH : TRẦN MINH PHƯƠNG MSSV : 20762073 GVHD : ThS. TỐNG THANH NHÂN TP. Hồ Chí Minh, tháng 2 năm 2012 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : Tống Thanh Nhân SVTH : Trần Minh Phương MSSV : 20762073 LỜI MỞ ĐẦU Thang máy là một thiết bị không thể thiếu trong việc vận chuyển người và hang hóa… theo phương thẳng đứng trong các nhà cao tầng. Chính vì vậy, từ khi thang máy xuất hiện dến nay, thang máy luôn được nghiên cứu, cải tiến, hiện đại hóa để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người. Trong những năm gần đây, tại Việt Nam, yêu cầu về nhà ở tăng trong khi quỹ đất hạn chế. Do đó, xu hướng phát triển nhà theo chiều cao là t ất yếu. Vì vậy thang máy ngày càng tăng về số lượng cũng như độ cao. Mục đích nghiên cứu của em là: Thiết kế và điều khiển mô hình thang máy bằng vi xử lý PIC16F877A – đây là một đề tài khá mới trong việc ứng dụng thực hành vi xử lý. Do dó nhiệm vụ nghiên cứu của em lại càng khó khăn hơn trong khi hiểu biết cơ bản về thang máy chưa nhiều. Tuy nhiên, để hoàn thành nghiên cứu và nâng cao hiểu biế t của bản thân, em dã cố gắng tìm hiều qua các tài lệu và qua thực tế lắp ráp mô hình thang máy. Vì đây là thiết kế mô hình thang máy và hiểu biết thang máy chưa nhiều, nên nghiên cứu chỉ tập trung vào các phần chính sau: - Giới thiệu về thang máy. - Một số mạch sử dụng trong mô hình. - Lưu đồ giải thuật và giải thuật cho mô hình thang máy. Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : Tóng Thanh Nhân SVTH : Trần Minh Phương MSSV : 20762073 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em xin gửi lời chúc sức khỏe đến toàn bộ thầy cô và các đoàn thể của trường Đại học Mở Tp.Hồ Chí Minh. Em gửi lời cám ơn đến khoa Xây dựng và Điện đã tạo điều kiện cho em được nhận đề tài tốt nghiệp. Với sự cố gắng của bản thân và sự giúp đỡ từ gia đình, bạn bè cùng sự chỉ bảo tận tình của các th ầy cô trong bộ môn, đặc biệt là sự hướng dẫn của thầy Tống Thanh Nhân mà em đã hoàn thành đồ án này. Em rất mong nhận được những góp ý , bổ sung của thầy cô và bạn bè để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin gửi đến gia đình, bạn bè, thầy Tống Thanh Nhân các thầy cô trong bộ môn lời cám ơn trân thành nhất. Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : Tóng Thanh Nhân SVTH : Trần Minh Phương MSSV : 20762073 MỤC LỤC Lời mở đầu Lời cảm ơn Mục lục Chương 1: GIỚI THIỆU THANG MÁY 1 1.1. Khái niệm chung về thang máy 1 1.2. Phân loại thang máy 2 1.2.1. Theo công dụng thang máy 2 1.2.2. Theo hệ thống dẫn động cabin 4 1.2.3. Theo vụ trí đặt bộ tời kéo 1.2.4. Theo hệ thống vận hành 1.2.5. Theo thông số cơ bản 1.2.6. Theo kết cấu các cụm cơ bản 1.2.7. Theo vị trí của cabin và đối trọng giếng thang 1.2.8. Theo quỹ đạo di chuyển c ủa cabin 1.3. Các nguyên tắc hoạt động cơ bản của thang máy 1.4. Những tham số cần biết đối với thang máy 1.5. Các yêu cầu truyền động thang máy 1.5.1. Yêu cầu cơ bản của hệ truyền động thang máy 1.5.2. Dừng chính xác buồng thang 4 6 6 6 6 6 7 7 8 8 9 1.5.3. Bộ cảm biến dừng chính xác buồng thang 11 Chương 2: GIỚI THIỆU MÔ HÌNH THANG MÁY 14 2.1. Giới thiệu mô hình thang máy 14 2.1.1. Động cơ truyền động 14 2.1.2. Dây truyền động 2.1.3. Buồng thang 2.1.4. Đối trọng 2.1.5. Thanh ray 14 15 15 15 2.2. Sơ đồ khối mô hình thang máy 15 2.3. Giới thiệu nhiệm vụ từng khối 2.3.1. Khối PIC16F877A 2.3.2. Khối bàn phím 2.3.3. Khối cảm biến 2.3.4. Khối led hiển thị 2.3.5. Khối điều khiển động cơ 2.3.6. Khối nguồn 15 15 16 17 18 18 19 Chương 3: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TRONG MÔ HÌNH THANG MÁY DÙNG PIC 16F877A 20 3.1. Khố i PIC16F877A 20 3.1.1. Chân Reset, dao động, nguồn 20 3.1.2. Nhiệm vụ của các Port 3.1.3. Ngắt ngoài INT_EXT 3.2. Khối bàn phím 3.3. Khối cảm biến 3.4. Khối led hiển thị 3.5. Khối điều khiển động cơ 3.6. Khối nguồn 21 22 22 23 24 25 26 Chươn g 4: LƯU ĐỒ GIẢI THU Ậ T 28 4.1. Ngắt – nhận tín hiệu gọi tầng 4.2. Hoạt động của mô hình thang máy 4.2.1. Quá trình mở và đóng cửa của buồng thang 28 31 32 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : Tóng Thanh Nhân SVTH : Trần Minh Phương MSSV : 20762073 4.2.2. Quá trình đi lên và đi xuống của buồng thang 4.2.3. Hoạt động chính của mô hình thang máy Chương 5: CHƯƠNG TRÌNH 5.1. Một số điều lưu ý với việc điều khiển mô hình thang máy 5.2. Chương trình 33 35 36 36 37 KẾT LUẬN 50 PHỤ LỤC 1 PHỤ LỤC 2 – TỔNG QUAN VỀ PIC16F877A 1. Đặc điểm vi điều khiển PIC16F877A 2. Tổ chức bộ nhớ 2.1. Bộ nhớ chươ ng trình 2.2. Bộ nhớ dữ liệu 2.2.1. Thanh ghi chức năng đặc biệt SFG 2.2.2. Thanh ghi mục đích chung GPR 2.2.3. STACK 3. Timer 3.1. Timer 0 3.2. Timer 1 3.3. Timer 2 4. ADC 5. Comparator 6. CCP 7. Giao tiếp nối tiếp 7.1. USART 7.2. MSSP 8. Cổng giao tiếp song song PSP (PARALLEL SLAVE PORT) 9. Ngắt (INTERRUPT) 10. Watchdog Timer (WDT) 11. Chế độ SLEEP 51 52 52 52 52 53 54 56 56 56 56 57 58 59 60 62 65 65 66 67 67 68 69 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC WEBSITE THAM KHẢO 71 71 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : ThS. Tống Thanh Nhân SVTH : Trần Minh Phương MSSV : 20762073 Trang 1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU THANG MÁY 1.1. Khái niệm chung về thang máy Thang máy là một thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hóa, vật liệu, v.v… theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 15 o so với phương thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn. Thang máy thường được sử dụng trong các khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện, đài quan sát, v.v… Đặc điểm vận chuyển thang máy so với các phương tiện vận chuyển khác là thời gian của một chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn. Ngoài ý nghĩa về vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm t ăng vẻ đẹp và tiện nghi của công trình. Tùy theo đối tượng nâng, chuyển khác nhau mà thang máy có cấu tạo phù hợp. Nhưng thang máy có thể phân thành 2 phần chính: - Buồng thang: Cabin, đối trọng, hố giếng. - Buồng máy (nơi đặt phần máy , bố trí ở trên cùng của giếng thang). Hình 1.1 – Kết cấu của thang máy. Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : ThS. Tống Thanh Nhân SVTH : Trần Minh Phương MSSV : 20762073 Trang 2 1.2. Phân loại thang máy. Thang máy hiện nay rất đa dạng, với nhiều kiểu, loại khác nhau để phù hợp với mục đích sử dụng của từng công trình. Có thể phân loại thang máy theo các nguyên tắc và đặc điểm sau: 1.2.1.Theo công dụng thang máy: - Thang máy chuyên chở người (thang máy dân dụng). Loại này thường dùng trong khách sạn, công sở, chung cư, trường học v.v… Hình 1.2 – Thang máy dân dụng - Thang máy chuyên chở bệnh nhân. Thang máy loại này thường thấy ở bệnh viện, khu điều dưỡng. Nó có kích thước lớn để chứa được băng ca hoặc giường của bệnh nhân, cùng với bác sĩ, nhân viên và dụng cụ cấp cứu đi kèm. Hình 1.3. – Thang máy chuyên chở bệnh nhân Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : ThS. Tống Thanh Nhân SVTH : Trần Minh Phương MSSV : 20762073 Trang 3 - Thang máy chuyên chở người có tính đến hàng đi kèm. Thường được dùng cho siêu thị, khu triễn lãm. - Thang máy chuyên chở hàng có người đi kèm. Thường thấy ở kho, nhà máy, công xưởng v.v… Hình 1.4. – Thang máy chuyên chở người và hàng. - Thang máy chuyên chở hàng không có người đi kèm. Loại thang này chuyên dùng để chở vật liệu, thức ăn trong khách sạn, nhà ăn tập thể v.v… Hình 1.5 – Thang máy chuyên chở hàng không có người đi kèm. Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : ThS. Tống Thanh Nhân SVTH : Trần Minh Phương MSSV : 20762073 Trang 4 1.2.2.Theo hệ thống dẫn động cabin - Thang máy dẫn động bằng điện. Đặc điểm loại này là không bị hạn chế trong hành trình lên xuống. - Thang máy dẫn động cabin bằng bánh răng. - Thang máy thủy lực. Đặc điểm của loại thang này là hành trình bị hạn chế (tối đa 18m). 1.2.3.Theo vị trí đặt bộ tời kéo - Đối với thang máy điện: bộ tời kéo đặ t phía trên giếng thang, bộ tời kéo đặt ở phía dưới giếng thang. - Đối với thang máy dẫn động cabin bằng bánh răng thì bộ tời dẫn động đặt ngay trên nóc cabin. Hình 1.6 – Thang máy có bộ tời đặt trên giếng thang. a,b) Thang máy dẫn động bằng puly ma sát. c) Thang máy dẫn động bằng tang cuốn cáp. Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : ThS. Tống Thanh Nhân SVTH : Trần Minh Phương MSSV : 20762073 Trang 5 Hình 1.7 – Thang máy có bộ tời đặt dưới giếng thang a)Cáp treo trực tiếp vào dầm trên giếng thang. b)Cáp vòng qua đáy cabin. - Đối với thang máy thủy lực: buồng máy đặt tại tầng trệt. Hình 1.8 – Thang máy có bộ nâng thủy lực. a) Pittông đẩy trực tiếp từ bên dưới cabin. b) Pittông đẩy trực tiếp từ phía sau cabin. c) Pittông kết hợp với cáp đẩy gián tiếp từ phía sau cabin. [...]... đã định sẵn 2.2.Sơ đồ khối của mô hình thang máy Led hiển thị Bàn phím Khối nguồn PIC 16F877A Khối cảm biến Điều khiển động cơ Hình 2.3 – Sơ đồ khối của mô hình thang máy 2.3.Giới thiệu nhiệm vụ của từng khối 2.3.1.Khối PIC 16F877A Trung tâm xử lý tín hiệu Nhận tín hiệu từ khối bàn phím và khối cảm biến Các tín hiệu này được xử lý và đưa ra khối hiển thị và khối điều khiển động cơ Tín hiệu nhận từ... CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU MÔ HÌNH THANG MÁY 2.1.Giới thiệu mô hình thang máy Mô hình thang máy có 4 tầng bao gồm tầng trệt (tầng 0), tầng 1, tầng 2 và tầng 3 Đối trọng được đặt một bên đối với buồng thang như hình 2.1 Hình 2.1 – Đối trọng đặt một bên buồng thang Bên hông buồng thang và bên hông đối trọng có 2 cặp thanh ray tương ứng với đối trọng và buồng thang Thanh ray giúp cho buồng thang và đối trọng di... cabin - Thang máy thẳng đứng - Thang máy nghiêng - Thang máy zigzag SVTH : Trần Minh Phương MSSV : 20762073 Trang 6 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : ThS Tống Thanh Nhân 1.3 Các nguyên tắc hoạt động cơ bản của thang máy Căn cứ vào điều kiện làm vi c của thang máy và phụ thuộc vào sự an toàn của hệ thống nên cơ cấu điều khiển thang máy cần tuân thủ theo một số yêu cầu sau: - Khi buồng thang đang... buồng thang, cửa tầng hầm phải đóng kín để đảm bảo cho người vận hành và hàng hóa vận chuyển - Trong các thang máy hiện đại, khi thang máy đang hoạt động vẫn có thể ấn nút gọi tầng vì trong mạch điều khiển có bộ nhớ và chế độ ưu tiên đôi với các lện gần đường chuyển rời của buồng thang Nguyên lý chung khi điều khiển thang máy: - Gọi buồng thang tại cửa tầng - Điều khiển đổi tầng tại cửa tầng - Điều khiển. .. nguồn 5VDC và 6VDC Nguồn 6VDC dùng cho động cơ truyền động và động cơ cửa buồng thang Nguồn 5VDC được dùng làm nguồn nuôi cho các khối Hình 2.9 – Khối nguồn SVTH : Trần Minh Phương MSSV : 20762073 Trang 19 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : ThS Tống Thanh Nhân CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TRONG MÔ HÌNH THANG MÁY DÙNG PIC 16F877A 3.1 Khối PIC 16F877A Đây là trung tâm xử lý tín... công nghiệp GVHD : ThS Tống Thanh Nhân 1.2.4.Theo hệ thống vận hành - Theo mức độ tự động: loại nửa tự động và loại tự động - Theo tổ hợp điều khiển: điều khiển đơn, điều khiển kép, điều khiển theo nhóm - Theo tổ hợp điều khiển: điều khiển trong cabin, điều khiển ngoài cabin, điều khiển cả trong và ngoài cabin 1.2.5.Theo thông số cơ bản - Theo tốc độ: tốc độ thấp (dưới 1m/s) ; trung bình (1÷2,5m/s);... ly quang với mục đích tách khối PIC1 6F877A ra khỏi phần công suất của khối điều khiển động cơ Chân RC0 và RC1 điều khiển quay thuận và quay nghịch động cơ truyền động di chuyển lên xuống của buồng thang Chân RC2,RC3 điều khiển vi c quay thuận và quay nghịch của động cơ cửa buồng thang Sự quay thuận hoặc quay nghịch của buồng thang ứng với vi c đóng hoặc mở cửa buồng thang 2.3.6 Khối nguồn Khối có nhiệm... hiệu Với IC được dùng cho lập trình xử lý là PIC 16F877A Loại vi xử lý này có lệnh dài 14bit, bộ nhớ chương trình gồm 8000 từ nhớ, mỗi từ nhớ dài 14bit PIC 16F877A có 368 byte RAM và 256 byte EEFROM Có thể làm vi c với xung nhịp thạch anh 20MHz trở xuống Trong mô hình thang máy ta sử dụng thạch anh 20MHz Một lệnh được thực thi với 4 xung nhịp, tương ứng 0,2 PIC 16F877A có 40 chân, được chia ra thành:... Nhân 3.5 Khối điều khiển động cơ Khối điều khiển động cơ bao gồm 2 mạch cầu H, động cơ truyền động, động cơ cửa buồng thang, 4 opto P817, 4 MOSFET kênh p IRF9540, 4 MOSFET IRF540, 4 transistor loại NPN C1815, được lắp như hình 3.9 Hình 3.9 – Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển động cơ Chân số 1 của opto nối tiếp với chân điều khiển động cơ từ PIC 16F877A Opto được sử dụng nhằm cách ly khối PIC 16F877A với... lenhdongcua = 1 Kết thúc Hình 4.3 – Lưu đồ giải thuật nút đóng cửa buồng thang Bắt đầu Nút mở cửa được nhấn ? Y chophep = 1 & lenhdongcua=0? Y N N lenhmocua = 0 lenhmocua = 1 Kết thúc Hình 4.4 – Lưu đồ giải thuật nút mở cửa buồng thang 4.2 Hoạt động của mô hình thang máy Khi thang máy ở chế độ chờ tín hiệu, buồng thang dừng di chuyển, chờ tín hiệu đưa vào để tiếp tục hoạt động Khi ở chế độ đi lên, thang máy sẽ . Mục đích nghiên cứu của em là: Thiết kế và điều khiển mô hình thang máy bằng vi xử lý PIC1 6F877A – đây là một đề tài khá mới trong vi c ứng dụng thực hành vi xử lý. Do dó nhiệm vụ nghiên cứu. tự động và loại tự động. - Theo tổ hợp điều khiển: điều khiển đơn, điều khiển kép, điều khiển theo nhóm. - Theo tổ hợp điều khiển: điều khiển trong cabin, điều khiển ngoài cabin, điều khiển. THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA XÂY DỰNG VÀ ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ NGÀNH CÔNG NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH THANG MÁY BẰNG VI XỬ LÝ PIC 16F877A SVTH