Trong cuộc sống hiện đại ngày nay các ứng dụng về điều khiển tự động đang trở thành gần gủi với hầu hết mọi người.
BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN VI XỬ LÝ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG -------------------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 1 BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN VI XỬ LÝ Lời mở đầu Trong cuộc sống hiện đại ngày nay các ứng dụng về điều khiển tự động 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 và các Vi điều khiên thông dụng. Đề tài của bọn em là dựa vào sự biến đổi của nhiệt độ để đưa ra tín hiện điều khiển tốc độ của động cơ bước thông qua một Vi điều khiển thông dụng. Chúng em xin chân thành cám ơn thầy Phạm Ngọc Nam đã hết lòng giúp đỡ bọn em trong việc hoàn thành đề tài này. 2 BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN VI XỬ LÝ Chương I Mở đầu I. Đặt vấn đề Ngày nay với sự phát triển của công nghệ vi điện tử các hệ thống điều khiển dần dần được tự động hoà. Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử lý, vi điều khiển…được ứng dụng vào các lĩnh vực điều khiển thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lý chậm ít chính xác được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước. Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp,việc đo và khống chế nhiệt độ tự động là một yêu cầu hết sức cần thiết và quan trọng. Vì nếu nắm 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 có nhièu phương pháp để thực hiện. Nghiên cứu khảo sát các vi xử lý và vi điều khiển, nhóm chúng em đã thấy rằng việc khống chế nhiệt độ bằng động cơ bước có nhiều ưu điểm như: dễ dàng điều khiển vận tốc động cơ để khống chế nhiệt độ nhờ vào quạt gió… 3 BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN VI XỬ LÝ Do trong điều kiện hạn chế về kinh tế, thời gian và trình độ nên nhóm chúng em chỉ dừng lại ở việc mô phỏng điều chỉnh vận tốc động cơ tự động theo nhiệt độ môi trường và phần nhiệt độ môi trường này được hiện thị thông 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 thể tham gia ngay vào các hoạt động sản xuất trong xã hội. III . Giới thiệu về nội dung đề tài 1. Đề tài Điều khiển tốc độ động cơ theo sự biến đổi của nhiệt độ môi trường 2. Chức năng của hệ thống - Đo, xử lý và hiện thị nhiệt độ của môi trường thông qua hệ thống LED7 thanh. - 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 độ giảm. Động cơ có khả năng đảo chiều quay để phục vụ nhiều mục đích khác nhau. 4 BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN VI XỬ LÝ Chương II Thiết kế i. Nhiệm vụ thiết kế - Thiết mạch đo nhiệt độ và điều khiển động cơ bước theo nhiệt độ sử dụng máy tính .Vậy ta cần trình tự thiết kế như sau : + Mạch cảm biến + Bộ chuyển đổi số tương tự + Mạch Vi điều khiển + 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 5 BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN VI XỬ LÝ x (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 đưa vào Mạch ghép nối . (3) Khối Vi điều khiển có nhiệm vụ nhận tín hiệu số từ khối ADC và đưa vào xử lý cho ra tín hiệu hiện thị và xuất xung điều khiển ra khối công 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 Nhiệt độ môi trường Sensor ADC Vi Điều khiển Khối Công suất Động cơ Bước Hiển thị 6 BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN VI XỬ LÝ 1.Bộ cảm biến Để đo được nhiệt độ cần có một đầu đo thích hợp. Đầu dò là một cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ chuyển từ nhiệt độ môi trường qua tín hiệu điện. Có rất nhiều loại cảm biến khác nhau nhưng đối với hệ thống này ta sử dụng IC cảm biến. Các IC cảm biến có độ chính xác cao, dễ tìm và giá thành rẻ. Một trong số đó là LM35, là loại thông dụng trên thị trường hiện nay đồng thời nó có những đặc tính làm việc phù hợp với thiết kế chi tiết của mạch. a. Một số đặc tính kỹ thuật của LM35 - LM35 có độ biến thiên theo nhiệt độ 10mV /1 o C - Độ chính xác cao, tính nay cảm biến nhiệt độ nhạy, ở nhiệt độ 25 o C nó có sai số không quá 1%. Với tầm đo từ -55 o C đến 150 o C, tín hiệu ra tuyến tính với những thay đổi kỹ thuật của tín hiệu vào. - Thông số kỹ thuật + Tiêu tán công suất thấp + Dòng làm việc 138 µ A – 141 µ A + Khoảng điện áp làm việc là 4-30V + sai số dòng tĩnh 3 µ A + Sự thay đổi dòng theo nhiêt độ là 0,7 µ A/ 0 C - Đặc tính điện - Theo thông số nhà sản xuất LM35, quan hệ giữa nhiệt độ và ngõ ra điện áp ra như sau : V out = 250mV tại 25 0 C 1500mV tại 150 0 C 55mV tại -55 0 C b. Thiết kế mạch cảm biến dùng LM335 : 7 BO CO BI TP LN MễN VI X Lí c. Tớnh toỏn v la chn linh kin Ta chn R sao cho R= Vs/50uA 2. Mch ADC a. Gii thiu v ADC 0804 V X L V X L H iệ u c á c đ ầ u v à o - Mt s c tớnh k thut ca ADC 0804 + Khụng yờu cu mt giao din logic no ghộp ni vi VXL + Thi gian chuyn i nh hn 100 à s + Cú b dao ng ni - Nguyờn lý hot ng ca ADC 0804: 8 BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN VI XỬ LÝ 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 ) Tín hiệu analog ỏ các chân V IN+ và V IN- được đưa vào lấy mẫu và mã hoá trong 8 xung clock nội của 0804. Sau dó chân INTR được chuyển xuống mức thấp (tích cực) báo hiệu cho vi điều khiển quá trình chuyển đổi ADC đã hoàn tất. Vi điều khiển đưa tín hiệu mức thấp vào chân RD của 0804 để lấy dữ liện ra . (Chân RD và CS có thể được nối đất). Quá trình chuyển đổi tiếp theo lại bắt đầu khi CS và WR nhận được tín hiệu ở mức thấp ( từ vi điều khiển ) b. Sơ đồ lắp mạch ADC + 5 V 2 1 2 0 8 1 0 4 1 9 9 7 6 1 1 . . . 1 8 Fp051 K01 4080CDA V R E F /2 V i n - V i n + R D W R I N T R 8 9 C 5 1 3. Mạch Vi điều khiển 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 9 BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN VI XỬ LÝ + Có một port nối tiếp + Có thể mở rộng để 64KB bộ nhớ chương trình ngoài. + Bộ xử lý bit - Cấu trúc bên trong của 89C51 10 TXD * RXD * T 1 * T 2 * P 0 P 1 P 2 P 3 INT\ * 1 INT\ * 0 TIMER2 TIMER1 PORT nối tiếp EA\ RST PSEN ALE Các thanh ghi khác 128 byte Ram Rom 4K-8051 OK-8031 Timer1 Timer2 Điều khiển ngắt Điều khiển bus CPU Port nối tiếp Các port I\O Tạo dao động [...]... ứng theo tên chân (như đã nêu trên hình trên ) 5 Mạch Công suất Mạch điều khiển sử dụng IC ULN2003 là mạch khuếch đại công suất mắc kiểu darlington có diot để dập điện áp ngược a.Giới thiệu về ULN2003 Mạch tương đương của ULN2003 ULN2003 ngoài tác dụng đóng ngắt dòng qua cuộn dây điều khiển động cơ còn có tác dụng ngăn điện áp ngược làm hỏng các mạch vi điều khiển 6 Động cơ bước a)Cấu trúc động cơ bước. .. bước a)Cấu trúc động cơ bước 14 BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN VI XỬ LÝ A B A',B',C',D' C D b) Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ bước Các cuộn dây được cấp dòng theo vòng Mỗi khi vòng dây được cấp dòng động cơ quay được 1 bước A A' B B' t C C' t D D' t t Hình : Hoạt động của từng cuộn dây trong động cơ bước 15 BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN VI XỬ LÝ A QA B QB C QC D QD Step motor 12V Bộ khuếch đại công suất... V re f /2 LM 35 C L K in R 1k KHOI NGUON KHOI CAM BIEN NHIET DO BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG IV Lập trình 1.Lưu đồ thuật toán của chương trình Begin T.Lập mode cho 89C51 Cho động cơ khởi động ADC biến đổi xong Đọc nhiệt độ Đếm xung đồng hồ Đủ xung cho động cơ nhảy tiếp? Cho động cơ nhảy 1 bước BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN VI XỬ LÝ Chương trình nạp cho nạp cho 89C51 như sau : #include ... 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 = α xung thì “ABCD” quay một vòng Ta có công thức chuyển đổi vận tốc động cơ và nhiệt độ 16 BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN VI XỬ LÝ ∆n = k ∆T ∆n là độ dịch của vận tốc động cơ so với tốc độ tại 25oC ∆T độ biến thiên nhiệt độ. .. AD1 AD0 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 20 Mạch vi điều khiển có tác dụng nhận tín hiệu từ bộ biến đổi ADC và xử lý đưa ra tín hiệu hiển thị nhiệt độ để truyền vào bộ giải mã địa chỉ 7447 Chân 9 (RST) là mạch RESET 11 BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN VI XỬ LÝ +5V R ST 10uF 10K 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-... MOV R5,A ; CAT TAM THOI A MOV A,R2 RR A MOV R2,A MOV P2,A MOV TH0,R0 MOV TL0,R1 MOV A,R5 SETB TR0 RETI END 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: Nguyễn Tăng Cường _ Phan Quốc Thắng 3 Datasheet của các linh kiện AT89c51, ULN2003, ADC0804, LM35, 74LS74AN, 74LS47 lấy từ www.alldatasheet.com 21 . thanh. - i u khi n t c độ đ ng c b c theo nhi t độ c a m i trư ng. Khi nhi t độ t ng thì v n t c đ ng c (c nh qu t ) t ng và khi nhi t độ giảm. m i trư ng qua t n hi u i n. C r t nhi u lo i c m bi n kh c nhau nh ng đ i v i hệ th ng n y ta sử d ng IC c m bi n. C c IC c m bi n c độ chính xác