Tìm hiểu, thiết kế và thi công hoàn thiện mạch điều khiển động cơ DC bằng xung PWM điều chế từ chip AT89C2051 thông qua một role và một FET

Tìm hiểu, thiết kế và thi công hoàn thiện mạch điều khiển động cơ DC bằng xung PWM điều chế từ chip AT89C2051 thông qua một role và một FET

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN HIẾN KHOA ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG -o0o BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đề tài: GVHD :Th.S NGUYỄN THỊ THANH HÀ SVTH :TRẦN THANH LUYẾN MSSV :0891020027 LỚP : 08E1 TP Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2012 Lời cảm ơn Để thực đề tài này, tác giả nhận nhiều dẫn, giúp đỡ động viên quý báu nhiều người Trước hết, em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành cô Th.S Nguyễn Thị Thanh Hà, cô người hướng dẫn trực tiếp cho em trình thực đồ án môn học, cô người tận tình góp ý cho em phương pháp nghiên cứu, trình bày hoàn chỉnh Em vô cảm ơn thầy Th.S Nguyễn Thành Thái thầy cô khoa điện tử viễn thông, Trường Đại Học Văn Hiến tham gia trình đào tạo hướng dẫn em suốt thời gian học đại học, nhờ thầy cô mà em có đủ kiến thức lòng tự tin để thực đề tài nghiên cứu đề tài tương lai Xin cảm ơn gia đình chăm sóc quan tâm đến việc học con, vô cảm ơn tự hào gia đình động viên trình học tập Và cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới người tham gia giúp trình thực luận văn mà chưa nêu tên đây, giúp đỡ họ dù hay nhiều đóng góp phần vào kết thực đề tài môn học Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 01 năm 2012 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án môn học em tìm hiểu, nghiên cứu, thiết kế thi công toàn Hoàn toàn chép khuôn mẫu nào, hay thuê mướn người thứ ba toàn trình thực đồ án môn học Các tài liệu sử dụng đề tài nguồn thông tin đăng tải mạng Internet tuân theo nguyên tắc trích xuất thông tin quyền tài liệu có tài liệu thuộc sở riêng cá nhân, tổ chức hay website đăng tải Người thực NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nhiệm vụ đề tài tìm hiểu, thiết kế thi công hoàn thiện mạch điều khiển động DC xung PWM điều chế từ chip AT89C2051 thông qua role FET Sử dụng linh kiện điện tử khác mạch điện trở, FET, Role,Opto PC817, IC ổn áp, LED hiển thị tín hiệu, … TÓM TẮT ĐỒ ÁN Thực đề tài “Điều khiển tốc độ động DC” Nghiên cứu tìm hiểu quy trình điều khiển động DC quay thuận quay nghịch thông qua rơle đảo chiều, tăng giảm vận tốc động DC xung PWM Vi điều khiển AT89C2051 nhận tín hiệu từ nút nhấn tương ứng với trạng thái: tăng tốc, giảm tốc, dừng, đảo chiều quay Sau nhờ vào nhớ lập trình phát tín hiệu xung PWM truyền tải đến FET qua rơ le Thông qua opto cách ly nên Vi điều khiển ko bị sốc điện động bị chập hay ngừng quay bất ngờ Ứng dụng phần mềm Keil C51 Version sử dụng ngôn ngữ C để lập trình, biên dịch cho AT89C2051 Ứng phần mềm Proteus để thiết kế mạch mô Ứng dụng phần mềm OrCad để thiết kế mạch, layout mạch in NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Tp, Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm … GVHD MỤC LỤC LIỆT KÊ HÌNH Hình 2.1 Hình thực tế chip AT89C2051 Hình 2.2 Sơ đồ khối AT89C2051 Hình 2.3 Sơ đồ chân AT89C2051 .5 Hình 2.4 Bảng tính port AT89C2051 .6 Hình 2.5 Bộ giao động kết nối Hình 2.6 Nhận xung clock từ vào Hình 2.7 Bảng AT89C2051 SFR thiết lập giá trị Hình 2.8 Bảng liệt kê tính bổ xung 10 Hình 2.9 Chế độ lập trình fash 14 Hình 2.10 Bảng áp làm việc 15 Hình 2.11 Cấu tạo động điện chiều 16 Hình 2.12 Sơ đồ lắp ghép thành phần động điện chiều .17 Hình 2.13 Cấu tạo Roto 18 Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý động nam châm vĩnh cửu 20 Hình 2.15 Mô tơ quay ngược chiều kim đồng hồ .21 Hình 2.16 Mô tơ quay chiều kim đồng hồ .21 Hình 2.17 Mạch cầu H .22 Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý mạch cầu 23 Hình 2.19 Sơ đồ nguyên lý Rơ le 24 Hình 2.20 Role chưa có dòng điện qua 24 Hình 2.21 Role có dòng điện qua 24 Hình 2.22 Mạch FET Rơle 25 Hình 2.23 Mạch công suất có opto cách ly hoàn chỉnh 26 Hình 2.24 Biểu đồ xung vuông 27 Hình 3.1 Chọn thư mục đặt tên project 29 Hình 3.2 Chọn chip AT89C2051 để lập trình 30 Hình 3.3 Thông báo hỏi copy chuẩn khởi động 8051 .30 Hình 3.4 Cấu hình để tạo file HEX .31 Hình 3.5 Click chọn Click Hex File 31 Hình 3.6 Đặt tên cho file dạng C 32 Hình 3.7 Add Files to Group “Source Group 1” .32 Hình 3.8 Chỉ đường dẫn đển file C 33 Hình 3.9 Cửa sổ lập trình file.C 33 Hình 3.10 Giao diện soạn thảo chương trình Keil C51 37 Hình 3.11 Biên dịch file HEX .37 Hình 3.12 Thông báo lỗi từ chương trình Keil C 37 Hình 4.1 Sơ đồ toàn mạch điều khiển động DC mô protues 39 Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn .40 Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung 40 Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý mạch công suất 41 Hình 4.6 Layout mạch tạo xung 43 Hình 4.7 Layout mạch công suất .43 Hình 5.1 Mạch hoàn tất .44 Điều khiển tốc độ động Trang CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu ý tưởng đề tài: Bắt đầu từ thực tế làm việc nơi nguy hiểm khó khăn Lĩnh vực robot chiếm quan tâm nhà nghiên cứu xã hội Từ điều em mong muốn làm robot đơn giản hữu ích hay thiết thực làm để phục vụ cho ngành giải trí phát triển Chẳng hạn như: xe điều khiển, máy bay điều khiển có robot điều khiển Và để hoàn chỉnh robot điều cần phải có kiến thức Kiến thức không đơn Đện tử mà có Cơ khí, Lập trình Như biết lĩnh vực có đặc thù riêng nó, động phần trung tâm robot Động thông qua bánh răng, cần đẩy giúp robot di chuyển lại, gắp vật Và để tiếp cận với robot việc hiểu thật kĩ động Với mong muốn tìm hiểu sâu động để ứng dụng vào thực tế, hướng dẫn nhiệt tình cô Nguyễn Thị Thanh Hà em chọn đề tài ” Điều khiển động DC ” 1.2 Mục đích nghiên cứu: Mục đích nghiên cứu em đề tài đươc chia làm ba mục đích Thứ nghiên cứu họ vi điều khiển cụ thể AT89C2051 phương pháp lập trình cho chip ngôn ngữ lập trình C boar nạp Little Programmer Version Gold Thứ hai, em nghiên cứu tính năng, cách điều khiển động DC hoạt động Mục đích thứ ba tìm hiểu phương pháp sử dụng Role FET điều khiển xung PWM Trong trình học chúng em truyền đạt nhiều kiến thức Vi Điều Khiển thực hành boar Và hội cho em tìm hiểu Chương 1: Mở đầu Điều khiển tốc độ động Trang nhiều họ 51, cụ thể qua chip AT89C2051 Tất giúp nhiều cho ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP tới nghề nghiệp sau chúng em 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu em vi điều khiển họ 8051 hãng ATMEL, động DC Vi điều khiển em sử dụng AT89C2051, để nắm cấu trúc phần cứng, lập trình phần mềm ứng dụng vào mạch thực tế Động DC loại (mô hình) sử dụng thiết bị điều khiển mô hình thu nhỏ máy bay điều khiển từ xa, xe đồ chơi, robot nhỏ, … 1.4 Hướng nghiên cứu phương pháp nghiên cứu Đi từ kinh nghiệm nghiên cứu thực hành với họ vi điều khiển họ 8051 lớp, chúng em bắt đầu tìm hiểu cấu trúc phần cứng, sơ đồ khối, bố trí chân đến lập trình cho AT89C2051 Khi nắm kiến thức trên, chúng em nghiên cứu động DC cách điều khiển tốc độ động DC theo yêu cầu Sau tìm hiểu Role giúp đảo chiều động FET giúp động tăng giảm vận tốc Và động cách ly phần điều khiển qua opto quang PC817 giúp cho chip đỡ cháy dòng qua động lớn Kết cuối chúng em có mạch điều khiển tốc độ động DC qua tín hiệu nút nhấn kết nối với chip Và mở rộng modum hồn ngoại hay RF bên để điều khiển động từ xa Chương 1: Mở đầu Điều khiển tốc độ động Trang 33 - Tạo file cách chọn menu File chọn New Chọn tiếp menu File chọn Save As, khung cửa sổ sau lên, bạn nhập tên file ( *.C) vào nhấn Save Hình 3.6 Đặt tên cho file dạng C - Click phải vào group Main, chọn Add Files to Group “Source Group 1” Hình 3.7 Add Files to Group “Source Group 1” Chương 3: Lập trình cho chip AT89C2051 Điều khiển tốc độ động - Trang 34 Chỉ đường dẫn đển file c mà bạn vừa tạo, nhấn Add nhấn tiếp Close Hình 3.8 Chỉ đường dẫn đển file C - Click vào dấu + Source Group 1, bạn thấy file C thêm vào project Đúp chuột vào để lập trình Hình 3.9 Cửa sổ lập trình file.C Chương 3: Lập trình cho chip AT89C2051 Điều khiển tốc độ động 3.2 Viết chương trình biên dịch Sau đoạn code tạo xung PWM, đảo chiều quay động //Thach Anh 12Mhz //Date: 2/1/2012 #include #include #include unsigned int i=10; unsigned int j; unsigned int run=0; unsigned int l; unsigned int k; sbit pwm=P1^5; sbit role=P1^4; sbit dao=P3^4; sbit stop=P3^5; //===============delay====================== void delay (unsigned int time) { for(l = time;l>0;l ) for(k=0;k[...]... hay kết hợp với dây quấn phần ứng Dựa vào phương pháp cấp dòng điện kích từ, người ta chia động cơ điện một chiều ra thành các loại: • Động cơ nam châm vĩnh cửu • Động cơ kích từ nối tiếp Chương 2: Khảo sát vi điều khiển AT89C2051 Điều khiển tốc độ động cơ • Động cơ kích từ song song • Và động cơ kích từ hỗn hợp Trang 20 Ở đây chúng ta dùng động cơ công suất nhỏ cho mạch nên chủ yếu chỉ đề cập đến động. .. sau: Quan sát hình 2.22 ta thấy có 2 ngõ vào là: PWM2 và DIR2 Chương 2: Khảo sát vi điều khiển AT89C2051 Điều khiển tốc độ động cơ Trang 26 - PWM2 sẽ thông qua FET là IRF540 điều khiển vận tốc của động cơ, phần này sẽ trình bày kỹ hơn bên dưới FET ở đây có tác dụng như một công tắc - DIR2 là ngõ vào để điều khiển động cơ xoay trái, phải Khi DIR2 ở mức 1 tương ứng với cuộn dây có dòng điện đi qua làm role. .. DC - Động cơ điện một chiều ( hay còn gọi là động cơ DC ) là thi t bị đầu tiên được con người sử dụng để chuyển đổi năng lượng điện thành cơ năng Động cơ DC cùng với bộ vận hành cho sự điều khiển rất chính xác và đã được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp trong nhiều năm qua Mặc dù bây giờ động cơ xoay chiều ( động cơ AC) và bộ vận hành điều khiển vecto có thể được dùng để thay cho DC, ... sát vi điều khiển AT89C2051 Điều khiển tốc độ động cơ Trang 27 2.4.3 Điều chỉnh độ rộng xung PWM: Điều xung PWM ( Pulse With Moduration) là một khâu quan trọng trong điều khiển tốc độ động cơ Nhờ đó mà động cơ có thể tăng giảm vận tốc 1 cách linh hoạt và mềm mại Điều xung nói chung là cách bật tắt nguồn điện của motor liên tục làm motor lúc nhận được điện lúc mất điện Khi tần số đủ cao motor sẽ quay... mo6men động cơ quá 150% mômen danh định vì như thế sẽ gây ra khử từ của nam châm vĩnh cữu Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý động cơ nam châm vĩnh cửu Chương 2: Khảo sát vi điều khiển AT89C2051 Điều khiển tốc độ động cơ Trang 21 2.4.2 Nguyên lý điều khiển động cơ + Nguyên lý hoạt động của động cơ DC: Để cho motor 1 chiều hoạt động, chúng ta cần đặt 1 điện áp 1 chiều vào motor và 1 dòng điện 1 chiều sẽ chạy qua. .. cập đến động cơ nam châm vĩnh cửu Động cơ nam châm vĩnh cữu: Động cơ nam châm vĩnh cữu là loại động cơ một chiều có từ thông cực từ được tạo ra bởi nam châm vĩnh cửu Động cơ loại này có mômen khởi động cùng với khả năng ổn định tốc độ tốt do từ thông đều Tuy nhiên, nó có hạn chế là giới hạn về khả năng tải, nên chỉ thích hợp với những ứng dụng đòi hỏi công suất thấp Một hạn chế nữa của động cơ loại này... thành từ trường thông qua cuộn dây, từ trường lại tạo thành lực cơ học thông qua lực hút để thực hiện một động tác về cơ khí như đóng mở công tắc, đóng mở các hành trình của một thi t bị tự động Hình 2.22 Mạch 1 FET và 1 Rơle Đây là 1 phương pháp rất hay và phổ biến gọn gàng hơn cầu H nhưng nhược điểm của nó là đóng ngắt liên tục tạo âm thanh (tách tách) trong quá trình hoạt động Nguyên lý hoạt động mạch. .. một nam châm điện Trong các động cơ công suất nhỏ thì stato thường là một nam chân vĩnh cửu Cuộn dây kích từ và lõi thép được gắn chặt vào vỏ động cơ Chương 2: Khảo sát vi điều khiển AT89C2051 Điều khiển tốc độ động cơ Trang 18 Hình 2.12 Sơ đồ lắp ghép các thành phần của động cơ điện 1 chiều + Phần ứng (roto): Roto gồm có lõi thép và dây quấn phần ứng Lõi thép hình trụ, làm bằng các lá thép kỹ thuật... chuyển động quay của rotor là liên tục Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp - Để có thể thi t kế được mạch vận hành cho động cơ thì điều quan trọng nhất là phải hiểu rõ được các đặc tính về điện của phần cảm (stato) và phần ứng (roto) + Phần cảm ( stato): Stato gồm có lõi thép và cuộn dây kích từ Cuộn dây kích từ được đặt vào trong lõi thép để tạo thành một. .. cao là L298 + Điều khiển hướng chuyển động dùng 1 FET và 1 rơle: Chương 2: Khảo sát vi điều khiển AT89C2051 Điều khiển tốc độ động cơ Trang 24 Role (Relay) là một IC được cấu tạo bởi 1 mạch điện có 1 đoạn mạch nối với 1 cái bản lề được đóng và mở nhờ 1 một cuộn dây nam châm (theo nguyên tắc nam châm điện - Sơ đồ nguyên lý của Role: Hình 2.19 Sơ đồ nguyên lý của Rơ le - Nguyên lý hoạt động của Rơle ... Nhiệm vụ đề tài tìm hiểu, thi t kế thi công hoàn thi n mạch điều khiển động DC xung PWM điều chế từ chip AT89C2051 thông qua role FET Sử dụng linh kiện điện tử khác mạch điện trở, FET, Role, Opto PC817,... đề tài Điều khiển tốc độ động DC Nghiên cứu tìm hiểu quy trình điều khiển động DC quay thuận quay nghịch thông qua rơle đảo chiều, tăng giảm vận tốc động DC xung PWM Vi điều khiển AT89C2051. .. chiều động FET giúp động tăng giảm vận tốc Và động cách ly phần điều khiển qua opto quang PC817 giúp cho chip đỡ cháy dòng qua động lớn Kết cuối chúng em có mạch điều khiển tốc độ động DC qua tín