Xây dựng module thực hành điều khiển động cơ bước

MỤC LỤC MỤC LỤC Hình 1.1Một số mẫu động bước thực tế Hình1.2 Cơ chế lái tờ giấy sử dụng động bước ứng dụng máy in Hình 1.3 Các phận cấu thành nên động bước 10 Hình 1.4 Động bước từ trở 11 Hình 1.5 Động bước nam châm vĩnh cửu .11 Hình 1.6: Động bước lai 12 Hình 1.7: Ký hiệu động bước đa sơ đồ nguyên lý 14 Hình 1.8: Cơ chế lái lưỡng cực điều khiển dòng điện 15 hướng từ thông cuộn dây .15 Hình 1.9: Cơ chế lái đơn cực điều khiển dòng điện 16 hướng từ thông cuộn dây .16 Hình 1.10: Động bước đơn cức lưỡng cực 18 Hình 1.11: Mạch nguyên lý điều khiển động bước từ trở biến thiên .20 Hình 1.12: Các mạch nguyên lý triệt EMF ngược 21 Hình 1.13: Mạch nguyên lý điều khiển động bước 22 nam châm vĩnh cửu lai đơn cực 22 Hình 1.14: Mạch nguyên lý điều khiển động bước nam châm vĩnh cửu .23 lai đơn cực có triệt EMF ngược diode .23 Hình 1.15: Mạch nguyên lý điều khiển động bước nam châm vĩnh cửu .23 lai đơn cực có triệt EMF ngược tụ điện 23 Hình 1.16: Đường cong mô tả quan hệ mô men tốc độ cộng hưởng .24 Hình 1.17: Một số cách mắc công tắc 25 Hình 1.18: Sơ đồ ngõ vào chíp ULN2003 26 Hình 1.19: Một mạch cầu H 27 Hình 1.20: Mạch cầu H chế độ thuận .27 Hình 1.21: Dòng điện chuyển chế độ thuận sang suy giảm nhanh .28 Hình 1.22: Một chế độ suy giảm chậm có ích .28 Hình 1.23: Mạch cầu có tích hợp mạch logic 29 Hình 1.24:Hai nửa cầu H .30 Hình 1.25: Sơ đồ chân chíp S244 31 Hình 1.26: Các ngõ vào chíp 293B/D .32 Hình 2.1 IC 80C51/AT89C51 35 Hình 2.2: Bộ nhớ liệu 46 Hình 2.3 128 Byte thấp RAM 48 Để tăng khả ứng dụng lĩnh vực điều khiển, đo lường…Bộ VĐK cho phép mở rộng không gian nhớ RAM đến 64 Kbyte ROM đến 64 Kbyte cần thiết Các IC giao tiếp ngoại vi thêm vào để mở rộng khả xuất/nhập chúng trở thành phần không gian nhớ liệu 49 Hình 2.4 Truy cập nhớ chương trình 49 Hình 2.5 Đồ thị thời gian trình nhận lệnh từ ROM 50 Hình 2.6 Truy cập nhớ liệu 51 Hình 2.7 : Chế độ Timer1 54 Hình 2.8 Chế độ Timer 55 Hình 2.9 Chế độ Timer 55 Hình 2.10: Chế độ timer 57 Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch 58 Hình 3.2: Sơ đồ chân AT89C51 59 Hinh 3.3 Hình dạng LCD .59 Hình 3.4 Sơ đồ chân LCD 60 Hình: 3.5 Sơ đồ nguyên lý LCD mạch .63 Hình 3.5: Cấu tạo ULN2003A 63 Hình 3.6: Hình dạng thật động bước 64 Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động bước 65 Hình 3.7 a) Chế độ quay thuận b) Chế độ quay nghịch 66 c) Chế độ tăng tốc 66 d) Chế độ giảm tốc .66 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các góc bước tiêu biểu loại động bước 12 Bảng 1.2: Trình tự kích thích cho kiểu lái khác 19 Bảng 1.3: Các chế độ cầu H 29 Bảng 1.4: Các tạng thái LS244 chưa mã hóa điều khiển 31 Bảng 2.1: Chức riêng ghi SFR 37 Bảng 2.2 Địa chỉ, ý nghĩa giá trị SFR sau Reset 38 Bảng 2.3 Chọn băng ghi 41 Bảng 2.4 Chọn Mode SCON 44 Bảng 3.1: Thứ tự chân LCD công dụng chúng 60 Bảng 3.2: Mã lệnh LCD 16×2 : .62 DANH MỤC HÌNH VẼ MỤC LỤC Hình 1.1Một số mẫu động bước thực tế Hình1.2 Cơ chế lái tờ giấy sử dụng động bước ứng dụng máy in Hình 1.3 Các phận cấu thành nên động bước 10 Hình 1.4 Động bước từ trở 11 Hình 1.5 Động bước nam châm vĩnh cửu .11 Hình 1.6: Động bước lai 12 Hình 1.7: Ký hiệu động bước đa sơ đồ nguyên lý 14 Hình 1.8: Cơ chế lái lưỡng cực điều khiển dòng điện 15 hướng từ thông cuộn dây .15 Hình 1.9: Cơ chế lái đơn cực điều khiển dòng điện 16 hướng từ thông cuộn dây .16 Hình 1.10: Động bước đơn cức lưỡng cực 18 Hình 1.11: Mạch nguyên lý điều khiển động bước từ trở biến thiên .20 Hình 1.12: Các mạch nguyên lý triệt EMF ngược 21 Hình 1.13: Mạch nguyên lý điều khiển động bước 22 nam châm vĩnh cửu lai đơn cực 22 Hình 1.14: Mạch nguyên lý điều khiển động bước nam châm vĩnh cửu .23 lai đơn cực có triệt EMF ngược diode .23 Hình 1.15: Mạch nguyên lý điều khiển động bước nam châm vĩnh cửu .23 lai đơn cực có triệt EMF ngược tụ điện 23 Hình 1.16: Đường cong mô tả quan hệ mô men tốc độ cộng hưởng .24 Hình 1.17: Một số cách mắc công tắc 25 Hình 1.18: Sơ đồ ngõ vào chíp ULN2003 26 Hình 1.19: Một mạch cầu H 27 Hình 1.20: Mạch cầu H chế độ thuận .27 Hình 1.21: Dòng điện chuyển chế độ thuận sang suy giảm nhanh .28 Hình 1.22: Một chế độ suy giảm chậm có ích .28 Hình 1.23: Mạch cầu có tích hợp mạch logic 29 Hình 1.24:Hai nửa cầu H .30 Hình 1.25: Sơ đồ chân chíp S244 31 Hình 1.26: Các ngõ vào chíp 293B/D .32 Hình 2.1 IC 80C51/AT89C51 35 Hình 2.2: Bộ nhớ liệu 46 Hình 2.3 128 Byte thấp RAM 48 Để tăng khả ứng dụng lĩnh vực điều khiển, đo lường…Bộ VĐK cho phép mở rộng không gian nhớ RAM đến 64 Kbyte ROM đến 64 Kbyte cần thiết Các IC giao tiếp ngoại vi thêm vào để mở rộng khả xuất/nhập chúng trở thành phần không gian nhớ liệu 49 Hình 2.4 Truy cập nhớ chương trình 49 Hình 2.5 Đồ thị thời gian trình nhận lệnh từ ROM 50 Hình 2.6 Truy cập nhớ liệu 51 Hình 2.7 : Chế độ Timer1 54 Hình 2.8 Chế độ Timer 55 Hình 2.9 Chế độ Timer 55 Hình 2.10: Chế độ timer 57 Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch 58 Hình 3.2: Sơ đồ chân AT89C51 59 Hinh 3.3 Hình dạng LCD .59 Hình 3.4 Sơ đồ chân LCD 60 Hình: 3.5 Sơ đồ nguyên lý LCD mạch .63 Hình 3.5: Cấu tạo ULN2003A 63 Hình 3.6: Hình dạng thật động bước 64 Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động bước 65 Hình 3.7 a) Chế độ quay thuận b) Chế độ quay nghịch 66 c) Chế độ tăng tốc 66 d) Chế độ giảm tốc .66 LỜI NÓI ĐẦU Với phát triển ngày mạnh mẽ rộng lớn khoa học kỹ thuật.Các công nghệ thuộc lĩnh vực khác nhờ đời để đáp ứng nhu cầu xã hội Đặc biệt lĩnh vực điều khiển ngày phát triển mạnh mẽ với mức độ tự động hóa ngày cao Trong số phải nói đến vi điều khiển thiết bị có tính tự động hoá cao ứng dụng rộng rãi đời sống đại ngày nay, mức độ tự động hoá cao đòi hỏi thiết bị kèm phải có độ xác lớn Như biết động bước loại động không quay theo chế độ thông thường mà quay theo bước nên có độ xác cao mặt điều khiển học, động bước ứng dụng rộng rãi thực tế như: điều khiển băng chuyền, sử dụng máy in, robot, máy CNC Trên tinh thần học đôi với hành, gắn liền với lao động sản xuất đời sống, em sinh viên nghành kỹ thuật gần năm ngồi ghế nhà trường chúng em dần vào thực tế Để củng cố mở rộng kiến thức em học đánh giá kết học tập Được giúp đỡ thầy môn đặc biệt thầy Vũ Đức Thái em xin nhận đề tài tốt nghiệp :” Xây dựng module thực hành điều khiển động bước” Mục tiêu đề tài em muốn tìm hiểu rõ cấu tạo hoạt động vi điều khiển 89C51, nắm phương pháp điều khiển động bước.Nội dung cụ thể đề tài sau: Chương 1: Giới thiệu động bước Chương 2: Tổng quan vi điều khiển 89C51 Chương 3: Thiết kế chế tạo hệ điều khiển động bước Kết dự kiến đạt được: Thiết kế thành công mô hình mạch thật hệ điều khiển động bước CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC 1.1 Khái niệm động bước Động bước thiết bị điện chuyển đổi xung điện thành chuyển động học rời rạc Trục động bước quay bước tăng rời rạc xung điện điều khiển áp đến theo trình tự hợp lí Sự quay động liên hệ trực tiếp với xung áp vào Trình tự xung áp vào quan hệ trực tiếp với hướng quay trục động Tốc độ quay trục động quan hệ trực tiếp với tần số xung vào chiều dài vòng quay liên hệ trực tiếp với số lượng xung áp vào Động bước Bộ lái Dây từ động Hình 1.1Một số mẫu động bước thực tế Ứng dụng động bước vào năm 1935 Các mô hình động bước trước có hiệu suất không hiệu Các động bước ngày cải tiến nhiều tìm thấy thiết bị ngoại vi máy tính, robot, máy ghi biểu đồ, máy vẽ x-y, máy bơm, đồng hồ, bàn vẽ, van, máy công cụ, thiết bị y khoa, thiết bị ôtô, máy bán hàng nhỏ, máy quét, … Hình1.2 Cơ chế lái tờ giấy sử dụng động bước ứng dụng máy in Nguyên lý hoạt động: Động bước không quay theo chế thông thường, chúng quay theo bước nên có độ xác cao mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ chuyển mạch điện tử đưa tín hiệu điều khiển vào starto theo thứ tự tần số định Tổng số góc quay roto tương ứng với số lần chuyển mạch, chiều quay tốc độ quay rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi tần số chuyển đổi 1.2 Phân loại động bước Động bước phân loại dựa theo cấu trúc cách quấn cuộn dây stator Dựa theo cấu trúc rotor, động bước chia thành loại: - Động bước từ trở biến thiên - Động bước nam châm vĩnh cửu, - Động bước lai Dựa theo cách quấn dây stator, động bước chia thành loại: - Động bước đơn cực - Động bước lưỡng cực Hình 1.3 Các phận cấu thành nên động bước 1.2.1 Động bước từ trở biến thiên Các động bước từ trở biến thiên có rotor thép mềm, rotor quay rotor bị hút điện từ stator Hoạt động 10 S Đ Phím tăng tốc nhấn? Giảm thời gian trễ 100; S Phím giảm tốc nhấn? Đ Tăng thời gian trễ 100; S Phím quay thuận nhấn? Đ ĐGán biến đánh dấu =1; S Phím quay ngược nhấn? Đ Gán bién đánh dấu = 2; S Chạy động với thông số thời gian trễ biến đánh dấu 68 KẾT LUẬN Với đồ án Vi Điều Khiển giúp cho sinh viên bổ sung thêm kỹ lập trình làm mạch thực tế xử lý cố Đồ án em làm điều khiển động bước ứng dụng cho vi điều khiển họ AT89XX Thông qua module em tiếp cận với thiết bị điện tử thực tế, có ích với iệc công tác em sau Với hướng dẫn nhiệt tình thầy Vũ Đức Thái cố gắng tìm hiểu em thiết kế ứng dụng số Modul vi điều khiển lĩnh vực điều khiển học Trong trình thực số chỗ chưa thật tối ưu , mong góp ý , hướng dẫn thầy cô bạn Qua em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô trang bị cho chúng em vốn kiến thức đầy đủ để giúp cho trình thực tế không ngỡ ngàng tự tin với kiến thức trang bị trường Đặc biêt em xin gửi lời cảm ơn tới giáo viên hướng dẫn em thầy Vũ Đức Thái, thầy giúp đỡ Tôi nhiều báo cáo tốt nghiệp lần Thái Nguyên, ngày tháng năm 2013 Sinh viên thực VŨ CÔNG THẮNG 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dương Quốc Hưng – Kỹ thuật vi xử lý – Trường đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên, 2009 [2] Douglas W Jones,Đoàn Hiệp dịch, Điều khiển động bước –Trường đại học bách khoa HCM 2010 [3] Nguyễn Hoàng Sơn- Mạch nối động bước với vi điều khiển-Trường cao đẳng kỹ thuật Cao Thắng 2010 [4] Phạm Hùng Kim Khánh-Tài liệu thực hành vi điều khiển – Trường đại học bách khoa Đà Nẵng 2010 [5] Kiều Xuân Thực – Vi điều khiển cấu trúc- lập trình ứng dụng – Nhà xuất giáo dục 2008 70 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Chữ kỹ giáo viên hướng dẫn 71 PHỤ LỤC #include // Khoi tao bien va cac gia tri gan -// sbit RS_LCD = P2^5; sbit RW_LCD = P2^6; sbit E_LCD = P2^7; sbit qn = P3^2; sbit qt = P3^3; sbit tt = P3^4; sbit gt = P3^5; sbit stop = P3^6; sbit start = P3^7; unsigned char M[] = {0,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01,0x09,0x08}; unsigned int v,vt,d1,d0; unsigned char a,i,n,j,xungdelay,h; // - void delay_short() { unsigned int x; for(x=0;x=15) vt=15; 78 else vt++; if(xungdelay18) d0=0; TL0=0x18; TH0=0xfc TR0=1; } 81 82 [...]... loại động cơ 19 Tất cả các mạch này giả sử rằng nguồn cung cấp động cơ cung cấp một điện áp lái không lớn hơn điện áp định mức của động cơ, và điều này làm giới hạn hiệu suất động cơ một cách đáng kể 1.4.3.1điện điều khiển động cơ bước từ trở biến thiên Các bộ điều khiển động cơ bước từ trở biến thiên thay đổi dựa trên mạch nguyên lý trên Hình 1.10 Hình 1.11: Mạch nguyên lý điều khiển động cơ bước. .. Ngày nay, các động cơ bước được sử dụng rộng rãi là động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ bước lai, với góc bước 1,8 o Độ chính xác của hầu hết các động cơ bước là 3% góc bước (bất chấp số bước trên vòng); thế thì, độ chính xác được cải thiện nhờ vào các góc bước nhỏ hơn Bảng 1.1: Các góc bước tiêu biểu của các loại động cơ bước Loại động cơ bước Góc bước tiêu biểu Từ trở biến thiên 7,5o; 15o Nam châm... stator NR = số răng rotor P = số răng stator trên pha Góc bước θo tính theo độ trên bước được cho bởi: θ0 = 360 N trong đó N là số bước trên vòng: N= NR NS NR − NS Một động cơ bước thường được phân loại theo số dây nối đưa ra từ vỏ động cơ, điều này không liên quan đế số pha 1.4 Điều khiển động cơ bước 1.4.1 Lái động cơ bước Mạch lái động cơ bước có hai nhiệm vụ chính: - Thay đổi dòng điện và hướng... trục động cơ Nó khác với động cơ bước nam châm vĩnh cửu ở chổ có một đầu rotor là cực bắc còn đầu rotor đối diện là cực nam Răng rotor được cắt thành hai chén lõi thép được gắn chặt trên mỗi đầu Động cơ bước lai chỉ sử dụng phương pháp cấu tạo thứ hai Các động cơ bước lai có nhiều răng hơn và có mô men lớn hơn Các góc bước tiêu biểu là 0,9o và 1,8o Hình 1.6: Động cơ bước lai Ngày nay, các động cơ bước. .. khiển theo trình tự kiểu đủ bước hoặc nửa bước Với góc bước 90 o, một trình tự bốn bước sẽ liên tiếp sẽ làm động cơ quay được một vòng Khi trình tự bước được lặp lại, động cơ sẽ quay tiếp tục Nếu trình tự bước bị đảo ngược, hướng động cơ cũng bị đảo theo Số lượng các bước trình tự và mẫu chuyển mạch sẽ thay đổi theo cấu tạo và nhà sản xuất động cơ Dưới đây là các kiểu lái động cơ bước phổ biến nhất: - Lái... dây đơn cực b) Ký hiệu trên sơ đồ nguyên lý Một số động cơ bước được quấn hai cuộn dây tách biệt trên một pha, chẳng hạn loại ra 8 dây Người dùng có thể tùy chọn cách nối lưỡng cực hay đơn 13 cực cho động cơ này Chúng được gọi là các động cơ bước đa năng Hình 1.7: Ký hiệu động cơ bước đa năng trên sơ đồ nguyên lý 1.3 Pha của động cơ bước Pha động cơ bước liên quan đến số lượng các cuộn dây độc lập trên... khả năng lặp lại sự chuyển động vì các động cơ bước có độ chính xác 3%-5% bước và sai số này không tích lũy từ bước này sang bước kế tiếp - Đáp ứng khởi động/ dừng/đảo chiều tuyệt vời 33 - Rất tin cậy vì không có các chổi than tiếp xúc trong động cơ - Đáp ứng của các động cơ đối với các xung số đưa vào cung cấp sự điều khiển vòng hở, làm đơn giản sự điều khiển và giảm giá thành - Có khả năng đạt được... hiếm (samariumcobalt) Các động cơ bước nam châm vĩnh cửu đòi hỏi công suất vận hành nhỏ hơn các loại khác Chúng cũng có đặc tính chống rung đáp ứng tốt hơn Các góc bước có thể được tìm thấy trên toàn phạm vi các góc chuẩn, bao gồm 1,8 o; 7,5o, 30o; 45o; và 90o 11 1.2.3 Động cơ bước lai Các động cơ bước lai kết hợp các đặc điểm rotor của động cơ bước từ trở biến thiên và động cơ nam châm vĩnh cửu Một... điện đối với một động cơ từ trở biến thiên sẽ phụ thuộc vào góc quay của trục động cơ Khi các động cơ từ trở biến thiên được hoạt động với các xung kích thích gần cộng hưởng, dòng điện dao động trong cuộn dây động cơ sẽ dẫn đến một từ trường hướng đến bằng không ở tần số bằng hai tần số cộng hưởng, và điều này có thể làm giảm mạnh mô men vốn có 1.4.3.2 Mạch điện điều khiển động cơ bước nam châm vĩnh... hoạt động của cuộn solenoid Các rotor bằng thép có quán tính nhỏ hơn các loại khác Điều này cho phép nó đáp ứng nhanh hơn Tuy nhiên, vì rotor không có từ tính nên không có lực từ dư khi động cơ không còn được cấp điện và rotor có thể quay tự do Thông thường, các góc bước của các động cơ bước từ trở biến thiên là 7,5o hoặc 15o Hình 1.4 Động cơ bước từ trở 1.2.2 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu Các động cơ ... tài tốt nghiệp :” Xây dựng module thực hành điều khiển động bước Mục tiêu đề tài em muốn tìm hiểu rõ cấu tạo hoạt động vi điều khiển 89C51, nắm phương pháp điều khiển động bước. Nội dung cụ thể... 1: TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ BƯỚC 1.1 Khái niệm động bước Động bước thiết bị điện chuyển đổi xung điện thành chuyển động học rời rạc Trục động bước quay bước tăng rời rạc xung điện điều khiển áp đến... Động bước lai Dựa theo cách quấn dây stator, động bước chia thành loại: - Động bước đơn cực - Động bước lưỡng cực Hình 1.3 Các phận cấu thành nên động bước 1.2.1 Động bước từ trở biến thiên Các động