Luận văn điều khiển tôc độ động cơ một chiều

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành LỜI NÓI ĐẦU Với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, đặc biệt ngành điện tử ứng dụng nhiều công nghiệp Trong lĩnh vực điều khiển, từ công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đem đến kỹ thuật điều khiển đại có nhiều ưu điểm so với việc sử dụng mạch điều khiển lắp ráp linh kiện rời kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy, công suất tiêu thụ nhỏ Ngày nay, lĩnh vực điều khiển ứng dụng rộng rãi thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày người máy giặt, đồng hồ báo giờ, cân điện tử giúp cho đời sống cuả ngày đại tiện nghi hơn.Truyền động điện chiều sử dụng cho máy có yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ mômen Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động điện chiều có nhiều ưu việt so với loại động khác, có khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản đồng thời lại đạt chất lưọng điều chỉnh cao dải điều chỉnh tốc độ rộng Vì với đề tài đồ án môn học “Điều khiển tôc độ động chiêu” hướng dẫn tận tình thầy Đặng Văn Khanh đa dạng phong phú, có nhiều loại hình khác dựa vào công dụng độ phức tạp Do tài liệu tham khảo Tiếng Việt hạn chế, trình độ có hạn kinh nghiệm thực tế non kém, nên đề tài chắn nhiều thiếu sót Vì mong nhận ý kiến đóng góp, giúp đỡ chân thành thầy cô bạn sinh viên khoa Chúng em xin chân thành cảm ơn ! GVHD:Đặng Văn Khanh Page TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn Hưng Yên, Ngày Tháng Năm 2012 Giáo Viên Hướng Dẫn Đặng Văn Khanh GVHD:Đặng Văn Khanh Page TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành Nhận Xét Của Giáo Viên Phản Biện Hưng Yên, Ngày Tháng Năm 2012 Giáo Viên Hướng Dẫn Đặng Văn Khanh GVHD:Đặng Văn Khanh Page TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành MỤC LỤC Phần I:Giới Thiệu Chung - I.Tổng quan II Mục tiêu đề tài - III.Phương pháp nghiên cứu - IV.Kết dự kiến Phần II: Nội Dung Chính - Chương I: Tìm Hiểu Về Linh Kiện Điện Tử Trong Đề Tài - I.Mosfet II Vi Điều Khiển AT89C51 - III Động điện chiều 15 IV Diode 23 Chương II: Thiết Kế Và Chế Tạo Phần Cứng 26 I Tổng quát phương pháp để điều chỉnh tốc độ động chiều - 26 II- Điều chế PWM để điều khiển tốc độ động chiều 27 III- Đảo chiều động điện chiều - 30 IV-Thiết kế - 33 Chương III: Chương Trình Điều Khiển - 37 Phần III : Kết Luận Và Hướng Phát Triển Của Đề Tài 41 I.Kết luận 41 II.Hướng phát triển đề tài - 41 Tài liệu tham khảo: - 42 GVHD:Đặng Văn Khanh Page TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành Phần I:Giới Thiệu Chung I.Tổng quan Trong trình làm việc, tốc độ động thường bị thay đổi biến thiên tải, nguồn gây sai lệch tốc độ thực với tốc độ đặt, làm giảm suất máy sản xuất Chính việc điều khiển tốc độ động yêu cầu cần thiết tất yếu máy sản xuất Như ta biết hầu hết máy sản xuất đòi hỏi có nhiều tốc độ, tuỳ theo công việc, điều kiện làm việc mà ta lựa chọn tốc độ khác Muốn có tốc độ khác máy, ta thay đổi cấu trúc học máy tỉ số truyền thay đổi tốc độ động truyền động chính… Nhưng khảo sát theo phương pháp thay đổi tốc độ động truyền động.Ở động chiều, việc điều chỉnh tốc độ động có nhiều ưu việt so với loại động khác Động chiều có khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lạc, mạch điều khiển lại đơn giản loại động khác đạt chất lượng điều chỉnh cao dải điều chỉnh rộng Do đông chiều quan trọng sống phổ biến sống lên học kỳ chúng em làm đồ án ‘’ Điều khiển đông chiều vi điều khiển’’ Có thể nói động chiều có vai trò lớn ngành điều khiển tự động Để điều khiển động chiều,hay nói cách khác điều chỉnh tốc độ động điện chiều có nhiều cách khác như: -Điều khiển tốc độ động cách thay đổi giá trị điện trở mạch phần ứng -Điều khiển tốc độ động cách thay đổi từ thông cuộn dây kích từ -Điều khiển tốc độ động cách thay đổi giá trị điện áp phần ứng Tuy nhiên cách việc điều khiển tốc độ động trở lên khó khăn hiệu thấp Do chúng êm sử dụng phương pháp điều xung (tức thay đổi độ rộng xung), sử dụng vi điều khiển AT89C51, độ rộng xung lớn động quay nhanh Để điều khiển động theo phương pháp cần nhiều bước khác nhau, từ việc thiết lập phần cứng điều khiển đến cấu trúc chương trình điều khiển phải hợp logic Nếu việc thiết lập phần cứng chương trình điều khiển không phù hợp không điều khiển động GVHD:Đặng Văn Khanh Page TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành II Mục tiêu đề tài Mục tiêu đề tài là: tạo mô hình điều khiển cho động chiều, mô hình điều khiển làm mô hình thí nghiệm cho sinh viên nghiên cứu để tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động phương pháp điều khiển hoạt động cho động Đặc biệt việc điều khiển cho động chiều sử dụng vi điều khiển AT89C51 III.Phương pháp nghiên cứu - Đưa ý tưởng thiết kế (ứng dụng vi điều khiển) - Thiết kế mạch phần cứng điều khiển: kết nối vi điều khiển, điều khiển hoạt động động - Viết chương trình điều khiển - Vận hành mô hình sửa lỗi: - Cả ba thành viên tham gia đồ làm đồ án tập chung nghiên cứu, thảo luận vấn đề lý thuyết có liên quan tiến hành thực hành để hoàn thành đề tài IV.Kết dự kiến - Thứ tìm hiểu biết cấu tạo nguyên lý hoạt động động điện chiều - Thứ hai biết cấu tạo nguyên lý hoạt động ứng dụng linh kiện điện tử - Thứ ba điều khiển tốc độ động điện chiều có đảo chiều động dùng vi điều khiển Thứ tư hiểu lập trình thành thạo với vi điều khiển AT89C51 - Hoàn thành mô hình đề tài đảm bảo đáp ứng đầy đủ yêu cầu đề GVHD:Đặng Văn Khanh Page TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành Phần II: Nội Dung Chính Chương I: Tìm Hiểu Về Linh Kiện Điện Tử Trong Đề Tài I.Mosfet 1.1 Giới thiệu Mosfet Mosfet Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)là Transistor đặc biệt có cấu tạo hoạt động khác với Transistor thông thường mà ta biết, Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa hiệu ứng từ trường để tạo dòng điện, linh kiện có trở kháng đầu vào lớn thích hợn cho khuyếch đại nguồn tín hiệu yếu, Mosfet sử dụng nhiều mạch nguồn Monitor, nguồn máy tính Hình 1.1 Transistor hiệu ứng trường Mosfet - Những ứng dụng: + Bộ biến đổi DC – DC hiệu cao + UPS điều khiển động - IRF 9540 mosfet loại P + Hoạt động với điện áp VDSSMAX = -100V, RDS(ON) = 0,20Ω, ID = -19A GVHD:Đặng Văn Khanh Page TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành 1.2 Cấu tạo ký hiệu Mosfet Hình 1.2 Ký hiệu sơ đồ chân tương đương Mosfet Transistor * Cấu tạo Mosfet Hình 1.3 Cấu tạo Mosfet ngược Kênh N GVHD:Đặng Văn Khanh Page TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ       Đồ Án Chuyên Ngành G : Gate gọi cực cổng S : Source gọi cực nguồn D : Drain gọi cực máng Mosfet kện N có hai miếng bán dẫn loại P đặt bán dẫn N, hai lớp P-N cách điện lớp SiO2 hai miếng bán dẫn P nối thành cực D cực S, bán dẫn N nối với lớp màng mỏng sau dấu thành cực G Mosfet có điện trở cực G với cực S cực G với cực D vô lớn, điện trở cực D cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch cực G cực S ( UGS ) Khi điện áp UGS = điện trở RDS lớn, điện áp UGS > => hiệu ứng từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS lớn điện trở RDS nhỏ II Vi Điều Khiển AT89C51 2.1 Tìm hiểu IC 89C51 Bắt đầu xuất vào năm 1980, trải qua gần 30 năm, có tới hàng trăm biến thể (derrivatives) sản xuất 20 hãng khác nhau, phải kể đến đại gia làng bán dẫn (Semiconductor) ATMEL, Texas Instrument, Philips, Analog Devices… Tại Việt Nam, biến thể hãng ATMEL AT89C51, AT89C52, AT89S51, AT89S52… có thời gian xuất thị trường lâu nói sử dụng rộng rãi loại vi điều khiển bit 2.1.1 Cấu trúc bus Bus địa họ vi điều khiển 8051 gồm 16 đường tín hiệu (thường gọi bus địa 16 bit) Với số lượng bit địa trên, không gian nhớ chip mở rộng tối đa 65536 địa chỉ, tương đương 64K Bus liệu họ vi điều khiển 8051 gồm đường tín hiệu (thường gọi bus liệu bit), lý nói 8051 họ vi điều khiển bit Với độ rộng bus liệu vậy, chip họ 8051 xử lý toán hạng bit chu kỳ lệnh 2.1.2 CPU (Central Processing Unit) CPU đơn vị xử lý trung tâm, não toàn hệ thống vi điện tử tích hợp chip vi điều khiển CPU có cấu tạo gồm đơn vị xử GVHD:Đặng Văn Khanh Page TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành lý số học lôgic ALU (Arithmethic Logic Unit) - nơi thực tất phép toán số học phép lôgic cho trình xử lý 2.1.3 Bộ nhớ chương trình (Program Memory) Không gian nhớ chương trình AT89 64K byte, nhiên hầu hết vi điều khiển AT89 thị trường tích hợp sẵn chip lượng nhớ chương trình định chiếm dải địa từ 0000h trở không gian nhớ chương trình AT89C51/AT89S51 có 4K byte nhớ chương trình loại Flash tích hợp sẵn bên chip Đây nhớ cho phép ghi/xóa nhiều lần điện, cho phép người sử dụng thay đổi chương trình nhiều lần Số lần ghi/xóa thường lên tới hàng vạn lần Bộ nhớ chương trình dùng để chứa mã chương trình nạp vào chip Mỗi lệnh mã hóa hay vài byte, dung lượng nhớ chương trình phản ánh số lượng lệnh mà nhớ chứa Địa nhớ chương trình (0x0000) địa Reset 8051 Ngay sau reset (do tắt bật nguồn, mức điện áp chân RESET bị kéo lên 5V ), CPU nhảy đến thực lệnh đặt địa trước tiên, luôn Phần trống không gian chương trình không dùng để làm Nếu muốn mở rộng nhớ chương trình, ta phải dùng nhớ chương trình bên có dung lượng ý muốn Tuy nhiên dùng nhớ chương trình ngoài, nhớ chương trình onchip không dùng nữa, nhớ chương trình chiếm dải địa từ địa 0x0000 2.1.4 Bộ nhớ liệu (Data Memory) Vi điều khiển họ 8051 có không gian nhớ liệu 64K địa chỉ, dung lượng nhớ liệu lớn mà chip thuộc họ có (nếu phối ghép cách tắc, sử dụng đường tín hiệu bus địa liệu) Bộ nhớ liệu chip họ 8051 thuộc hay hai loại: SRAM EEPROM Bộ nhớ liệu SRAM tích hợp bên chip thuộc họ vi điều khiển này, có dung lượng khác tùy loại chip, thường khoảng vài trăm byte Đây nơi chứa biến trung gian trình hoạt động chip điện, chất SRAM mà giá trị biến bị theo Khi có điện trở lại, nội dung ô nhớ chứa biến bất kỳ, xác định trước Bên cạnh nhớ loại SRAM, số chip thuộc họ 8051 có thêm nhớ liệu loại EEPROM với dung lượng tối đa vài Kbyte, tùytừng loại chip cụ thể Dưới vài ví dụ nhớ chương trình số loại chip thông dụng thuộc họ 8051 GVHD:Đặng Văn Khanh Page 10 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành - Mức chậm:Từ công thức tính độ rộng xung ta có =75 Ta có điện áp đặt vào hai đầu động khhi tốc độ động lại có biết ta tính tốc độ quay động điện chiều -Mức trung bình: Từ công thức tính độ rộng xung ta có =175 Ta có điện áp đặt vào hai đầu động khhi tốc độ động biết lại có ta tính tốc độ quay động điện chiều -Mức nhanh: Từ công thức tính độ rộng xung ta có =255 Ta có điện áp đặt vào hai đầu động khhi tốc độ động là biết lại có ta tính tốc độ quay động điện chiều Ta có công thức n= 2.1-Ngắt định thời Timer Ngắt đáp ứng kiện bên bên nhằm thông bào cho vi điều khiển biết thiết bị cần phục vụ Một chương trình ngắt chạy liên tục, chương trình mà có ngắt có ngắt đảm bảo trỏ nhảy sang hàm ngắt thực xong hàm ngắt quay trở chỗ cũ thực tiếp chương trình Ví dụ : bạn học mà có tiếng chuông điện thoại kêu , bạn dừng việc học lại để nghe điện thoại nghe xong bạn lại trở học tiếp Như bạn học chương trình bạn nghe điện thoại điều kiện ngắt Bạn nghe điện thoại thực chương trình ngắt sau quay học chương trình Nhìn vào tiến trình hàm main có ngắt : Chương trình chạy, ngắt xẩy ra, thực hàm ngắt quay lại chương trình Thời gian thực hàm ngắt nhỏ thời gian thực hàm ngắt không GVHD:Đặng Văn Khanh Page 28 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành ảnh hưởng đến chức hàm hàm ngắt thực công việc hàm thực công việc Ví dụ : với ngắt định thời Timer hay đếm couter tràn đếm phần cứng vi điều khiển bào có ngắt xảy nhảy đến chương trình phục vụ ngắt Với ngắt ta khai báo chân sử dụng ngắt (P3_2) mà chân sử dụng cho ngắt mà không sử dụng cho IO xung xuất chân vi điều khiển nhận có điều kiện tắc động vào phần cứng vi điều khiển thực chương trình ngắt Với ngắt cổng nối tiếp thu song kí tự hay truyền song kí tự cổng nối tiếp , ta có sử dụng ngắt để truyền liệu nối tiếp chương trình nhảy đến chương trình phục vụ ngắt 2.2 Tạo PWM từ ngắt Timer a- Cách tạo hàm ngắt Để tạo hàm ngắt ta phải làm công việc sau đây: - Khởi tạo hàm ngắt Dùng ngắt cho phép ngắt hoạt động cách gán giá trị cho ghi cho phép ngắt IE - Cấu hình ngắt Trong ngắt có nhiều chế độ Với ngắt Timer0 cấu hình cho chạy chế độ nào, chế độ timer hay counter, chế độ 8bit ,16bit…bằng cách gán cho giá trị tương ứng TMOD - Bắt đầu chương trình có ngắt + Trước chạy chương trình ngắt ta phải cho phép ngắt toàn cục xẩy cách gán EA =1 ngắt xẩy + Các giá trị ghi TCON b- Tạo PWM có chu kì max : 100us -Tạo timer : Do yêu cầu toán điều khiển tốc độ động quay nhanh quay chậm chạy thuận nghịch nên nguyên chu kì thay đổi thời gian mở Yêu cầu như: + Động quay thuận nghịch bình thường : 1000us GVHD:Đặng Văn Khanh Page 29 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành + Động tăng tốc lớn : 100us + Động giảm tốc lớn : 2000us Khi bắt đầu cho timer chạy đếm timer đếm dao động thạch anh, 12 dao động cửa thạch anh đếm timer TL0 đếm tăng , nói timer đếm chu kì máy chế độ 8bit TL0 ghi bit đếm từ đến 255 Nếu đếm đến 256 tràn đếm TL0 lại quay cờ ngắt TF0 tự động nạp lại giá trị ngắt xảy Như toán ta cần tạo timer 100us nên ta tính theo công thức ta có : Timer0 = (255 – TL0) * 1us Như để tạo timer0 100us cần phải gán giá trị TL0=155 đếm từ 155 – 255 tức 100 lần ngắt xẩy Để điều khiển nhanh chậm động ta phải tạo xung có độ rộng 5%, 10% .95%,100% Như ta có khoảng thời gian kéo lên 5V T1 Xung có độ rộng 10% tức T1/T=10% 2.3- Nguyên lý hoạt động PWM * PWM : Đưa để mở transitor , xung có độ rộng lớn transitor mở lâu động quay nhanh mà không tuyến tính Không có xung động không quay, xung có độ rộng 100% động quay lớn Tuy nhiên xung phải lớn mức đủ khởi động động Để thay đổi độ rộng xung theo 10 cấp khác ( lấy giá trị quay thuận nghịch lúc bình thường 1000us) với chu kì 2000us.ta phải khởi tạo timer 1000us lại ngắt lần Do yêu cầu toán điều khiển thuận nghịch nên ta cần phải lưu biến PWM Do PWM có chu kì không đổi nên ta cần thay đổi phantram_PWM thay đổi độ rộng xung III- Đảo chiều động điện chiều Có nhiều phương pháp đảo chiều động điện chiều,ở chúng em sử dụng phương pháp dùng mạch cầu H để đảo chiều động cơ.Ở chúng em sử dụng transistor mosfet để đảo chiều động GVHD:Đặng Văn Khanh Page 30 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành MOSFET viết tắt cụm Meta Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor tức Transisor hiệu ứng trường có dùng kim loại oxit bán dẫn Hình 11 mô tả cấu tạo MOSFET kênh n ký hiệu loại MOSFET kênh n kênh p Hình 1.6 MOSFET: MOSFET có chân gọi Gate (G), Drain (D) Source (S) tương ứng với B, E C BJT Bạn nguyên lý hoạt động MOSFET tài liệu điện tử, mô tả kích hoạt MOSFET Cơ bản, MOSFET kênh N, điện áp chân G lớn chân S khoảng từ 3V MOSFET bão hòa hay dẫn Khi điện trở chân D S nhỏ (gọi điện áp dẫn DS), MOSFET tương đương với khóa đóng Ngược lại, với MOSFET kênh P, điện áp chân G nhỏ điện áp chân S khoảng 3V MOSFET dẫn, điện áp dẫn nhỏ Vì tính dẫn MOSFET phụ thuộc vào điện áp chân G (khác với BJT, tính dẫn phụ thuộc vào dòng IB), MOSFET gọi linh kiện điều khiển điện áp, lý tưởng cho mạch số nơi mà điện áp dùng làm mức logic (ví dụ 0V mức 0, 5V mức 1) MOSFET thường dùng thay BJT mạch cầu H dòng mà linh kiện bán dẫn dẫn cao, thích hợp cho mạch công suất lớn Do cách thức hoạt động, hình dung MOSFET kênh N tương đương BJT loại npn MOSFET kênh P tương đương BJT loại pnp Thông thường nhà sản xuất MOSFET thường tạo cặp MOSFET gồm linh kiện kênh N linh kiện kênh P, MOSFET có thông số tương đồng thường dùng Một ví dụ dùng MOSFET tương đồng mạch số CMOS (Complemetary MOS) Cũng giống BJT, dùng MOSFET cho mạch cầu H, loại MOSFET thích hợp với vị trí định, MOSFET kênh N dùng cho khóa phía MOSFET kênh P dùng cho GVHD:Đặng Văn Khanh Page 31 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành khóa phía Để giải thích, ví dụ MOSFET kênh N dùng điều khiển motor DC hình 4.5 Hình 1.7 Dùng MOSFET kênh N điều khiển motor DC Ban đầu MOSFET ko kích, ko có dòng điện mạch, điện áp chân S Khi MOSFET kích dẫn, điện trở dẫn DS nhỏ so với trở kháng motor nên điện áp chân S gần điện áp nguồn 12V Do yêu cầu MOSFET, để kích dẫn MOSFET điện áp kích chân G phải lớn chân S 3V, nghĩa 15V dùng vi điều khiển để kích MOSFET, khó tạo điện áp 15V Như MOSFET kênh N không phù hợp để làm khóa phía mạch cầu H (ít theo cách giải thích trên) MOSFET loại P thường dùng trường hợp Tuy nhiên, nhược điểm MOSFET kênh P điện trở dẫn DS lớn MOSFET loại N Vì thế, dù thiết kế tốt, MOSFET kênh P mạch cầu H dùng loại MOSFET thường bị nóng dễ hỏng MOSFET loại N, công suất mạch bị giảm phần Hình 4.6 thể mạch cầu H dùng loại MOSFET tương đồng GVHD:Đặng Văn Khanh Page 32 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành Hình 1.8 Mạch cầu H dùng MOSFET Ta dùng MOSFET kênh N IRF540 kênh P IRF9540 hãng International Rectifier làm khóa cho mạch cầu H Các MOSFET loại chịu dòng cao (có thể đến 30A, danh nghĩa) điện áp cao có nhược điểm điện trở dẫn tương đối cao (bạn tìm đọc datasheet chúng để biết thêm) Phần kích cho MOSFET kênh N bên không khó, cần dùng vi điều khiển kích trực tiếp IV-Thiết k ế 4.1- Sơ đồ khối chức khối: Khối Nguồn Khối Phím Nhấn GVHD:Đặng Văn Khanh Khối Vi Xử Lý Khối Công Suất Động Cơ Page 33 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành Chức khối: Khối Phím Nhấn: có nút bấm dung để thực chức điều khiển động quay thuận, quay nghịch, tăng tốc độ, giảm tốc độ, dừng Khối Vi Xử Lý: phần mạch điều khiển gồm IC AT89C51, với linh kiện phụ khác tạo dao động thạch anh tần số 11.0592 MHz Phần nguồn: gồm cấp điện áp: nguồn cấp cho vi điều khiển, nguồn cấp cho khối công suất để chuyển tới động cơ, để đảm bảo an toàn ta dùng hai nguồn riêng cách ly chúng Phần mạch công suất : trực tiếp điều khiển cuộn dây động cơ, gồm có trantor H1061 kích xung điều khiển cho IRF9540 hoạt động, transistor trường chịu dòng ngược cao FET IRF540 Động 4.2- Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn điều khiển Hình 2.0 -Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn điều khiển GVHD:Đặng Văn Khanh Page 34 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành 4.3- Sơ đồ nguyên lý mạch công suất ( mạch chấp hành ) Hình 2.1 sơ đồ nguyên lý mạch công suất GVHD:Đặng Văn Khanh Page 35 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành 4.4- Sơ đồ nguyên lý hoàn chỉnh Hình 1.9 Mạch điều khiển chung GVHD:Đặng Văn Khanh Page 36 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành Chương III: Chương Trình Điều Khiển 3.1 Giới thiệu phần mềm ngôn ngữ lập trình Để lập trình cho vi điều khiển có nhiều phần mềm ngôn ngữ lập trình.Mỗi phần mềm ngôn ngữ lập trình có ưu điểm nhược điểm riêng Ở chúng em sử dụng phần mềm lập trình ride,ngôn ngữ lập trình assembly 3.2 Lưu đồ thuật toán Ở chúng em thiết kế mạch điều khiển động chiều với nút nhấn Trong nút nhấn dùng để reset mạch điện,một nút nhấn dùng để đảo chiều động cơ,ba nút nhấn lại để điều khiển động với ba mức tốc độ khác nhau:mức chậm ,mức trung bình,mức nhanh Nút nhấn chậm kết nối với bit P3.3 vi điều khiển,nút nhấn thuận kết nối với bit P3.4,nút nhấn nghịch kết nối với bit P3.5 nút nhấn nhanh kết nối với bit P3.2 vi điều khiển.bit P2.0 bit cấp xung để điều khiển động cơ,bit P2.1sẽ đưa tín hiệu đảo chiều để điều khiển động Lưu đồ chương trình: Khai báo biến start Ngat_ngoai0 Khởi tạo ngat_ngoai_0 Khởi tạo timer0 Ngat_timer0 Dao_chieu pwm=1 = stop P3.6 GVHD:Đặng Văn Khanh slow P3.3 Thuan fast P3.4 P3.2 Nghich P3.5 Page 37 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành 3.3 Chương trình điều khiển $include(reg51.inc) ; GAN BIEN -TANG EQU P3.2 GIAM EQU P3.3 THUAN EQU P3.4 NGUOC EQU P3.5 STOP EQU P3.6 DC_THUAN EQU P2.0 DC_NGUOC EQU P2.1 DL_QUAY EQU 30H DL_TOCDO EQU 31H ; CHUONG TRINH CHINH -ORG 00H MOV P3,#0ffH MOV P2,#0ffH MOV 31H,#50 MOV 32H,#50 MOV R7,#00H KT2: CJNE R7,#01H,KT SETB DC_NGUOC CALL QUAY_THUAN KT: CJNE R7,#02H,KT1 SETB DC_THUAN CALL QUAY_NGUOC KT1: CALL QUET_PHIM JMP KT2 ; CHUONG CON TRINH KT PHIM -QUET_PHIM: JB THUAN,X CALL DELAY MOV R7,#01H GVHD:Đặng Văn Khanh Page 38 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành X: JB NGUOC,X1 CALL DELAY MOV R7,#02H X1: JB TANG,X2 CALL DELAY MOV R6,31H CJNE R6,#100,H1 JMP X2 H1: INC 31H DEC 32H MOV R6,31H X2: JB GIAM,X3 CALL DELAY MOV R6,31H CJNE R6,#01,H2 JMP X3 H2: DEC 31H INC 32H X3: JB STOP,X4 CALL DELAY CLR DC_THUAN CLR DC_NGUOC MOV R7,#00H X4: GVHD:Đặng Văn Khanh Page 39 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành RET ; CHUONG TRINH CON QUAY THUAN QUAY_THUAN: SETB DC_THUAN CALL DELAY1 CLR DC_THUAN CALL DELAY2 RET QUAY_NGUOC: SETB DC_NGUOC CALL DELAY1 CLR DC_NGUOC CALL DELAY2 RET ; -CHUONG TRINH CON TAO TRE QUET BAN PHIM DELAY: MOV R0,#0FFH DJNZR0,$ RET ; -CHUONG TRINH CON TAO TRE XUNG DUONG PWM DELAY1: MOV R0,31H X5: MOV R1,#100 DJNZR1,$ DJNZR0,X5 RET ; -CHUONG TRINH CON TAO TRE XUNG AM PWM -DELAY2: MOV R0,32H X6: MOV R1,#100 DJNZR1,$ DJNZR0,X6 RET GVHD:Đặng Văn Khanh Page 40 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành Phần III : Kết Luận Và Hướng Phát Triển Của Đề Tài I.Kết luận Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu, hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo Đặng Văn Khanh, thầy cô giáo bạn sinh viên, chúng em hoàn thành đồ án Nội dung thuyết minh đồ án chúng em gồm ba phần chính: Phần một: Gới thiệu chung Phần hai :Nội dung -Tìm hiểu linh kiện điện tử sử dụng mạch điều khiển -Tìm hiểu vi điều khiển AT89C51 -Mạch điều khiển -Chương trình điều khiển Phần ba : Kết luận hướng phát triển đề tài Đươc quan tâm tận tình thầy Đặng Văn Khanh sư tham khảo giúp đỡ thầy cô giáo lên chung em hoàn thành đồ án này.Do trình làm nhiều vướng mắc, sai sót, trình độ kiến thức chúng em có hạn Mong thầy cô thông cảm Một lần chung em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo giúp đỡ chúng em để chúng em hoàn thành dược đồ án II.Hướng phát triển đề tài Ở chúng em điều khiển động với công suất cỡ nhỏ, sản phẩm mức độ mô hình nhỏ Tuy nhiên với đề tài hoàn toàn phát triển để điều khiển động chiều với công suất lớn sử dụng công nghiệp điều khiển băng tải, hệ thống điều khiển khác cần thay đổi tốc độ động cần đảo chiêu động Do làm mô hình nhỏ nên động chúng em điều khiển với mức tốc độ khác có đảo chiều, nhiên với vi điều khiển điều khiển tốc độ động nhiều mức khác nhau, đáp ứng cho sản suất công nghiệp Ở để thực đảo chiều động chúng em sử dụng phương pháp mạch cầu H Tuy nhiên để đảo chiều động dung rơle Dù đảo chiều động theo cách có ưu nhược điểm khác Tùy toán mà ta sử dụng phương pháp cho phù hợp GVHD:Đặng Văn Khanh Page 41 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành Tài liệu tham khảo: 1.Giáo trình Kỹ thuật điện tử. 2.Giáo trình vi điều khiển. 3.Giáo trình kỹ thuật xung số. 4.Giáo trình truyền động điện 5.Các phần mềm hỗ trợ như: eagle,protus,phần mềm lập trình vi điêu khiển ride…cùng tài liệu tham khảo mạng internet Hết GVHD:Đặng Văn Khanh Page 42 [...]... ta có các loại động cơ điện loại: Có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng : - Động cơ điện một chiều kích từ độc lập - Động cơ điện một chiều kích từ song song - Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp - Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp 3.5.1- Kích thích độc lập khi nguồn một chiều có công suất ko đủ lớn, mạch điện phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên... đổi tốc độ của mô tơ cần điều khiển Như trên hình, với dãy xung điều khiển trên cùng, xung ON có độ rộng nhỏ nên động cơ chạy chậm Nếu độ rộng xung ON càng lớn (như dãy xung thứ 2 và thứ 3) động cơ DC chạy càng nhanh II- Điều chế PWM để điều khiển tốc độ động cơ 1 chiều Để điều khiển được tốc độ động cơ thì ta chỉ cần thay đổi độ rộng xung trong vi điều khiển Độ rộng xung càng lớn thì động cơ quay... hơn so với loại động cơ khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ rễ ràng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều: - Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ - Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ Động cơ DC sử dụng... điện một chiều Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũng như công nghiệp Thông thường động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độ duy nhất khi nối với nguồn điện, tuy nhiên vẫn có thể điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ với sự hỗ trợ của các mạch điện tử cùng phương pháp PWM Động cơ điện một chiều trong dân dụng thường là các dạng động cơ hoạt động với điện áp... thuật điều khiển và ứng dụng là tương đối khác nhau phụ thuộc vào nhiều nhân tố, ở đề tài này ta chỉ xét đên động cơ điện một chiều kích từ độc lập và biện pháp hữu hiệu nhất để điều khiển loại động cơ này GVHD:Đặng Văn Khanh Page 21 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành 1 3.6- Đặc tính cơ và điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều Đặc tính cơ n = f(M) của động cơ điện một chiều. .. tính độ rộng xung ta có =175 Ta có điện áp đặt vào hai đầu động cơ khhi này là tốc độ của động cơ khi đó là nếu biết được lại có thì ta sẽ tính được tốc độ quay của động cơ điện một chiều -Mức nhanh: Từ công thức tính độ rộng xung ta có =255 Ta có điện áp đặt vào hai đầu động cơ khhi này tốc độ của động cơ khi đó là là nếu biết được lại có thì ta sẽ tính được tốc độ quay của động cơ điện một chiều. .. động ở điện áp 24V trở lại Một trong những phương pháp để điều khiển mô tơ là sử dụng mạch điều chế độ rộng xung (PWM circuit – Pulse Wide Modulation) PWM được ứng dụng nhiều trong điều khiển Lấy điển hình nhất mà chúng ta thường hay gặp là điều khiển động cơ và các bộ băm xung áp, điều áp Sử dụng PWM điều khiển nhanh chậm của động cơ hay cao hơn nữa nó còn được dùng để điều khiển ổn định tốc độ động. .. gian một giây có thể dễ dàng tính ra khá chính xác = 20 lần tràn của timer (đương nhiên mỗi lần tràn lại phải nạp lại giá trị 15535) - Đặt mức ưu tiên ngắt và cho phép ngắt tràn timer (nếu muốn) - Dùng bit TRx trong thanh ghi TCON để cho timer chạy hay dừng theo ý muốn III Động cơ điện một chiều 3.1 Khái niệm động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều. .. ưu nhất Động cơ ở đây chúng em sử dụng loại cơ ở ba mức tốc độ khác nhau: GVHD:Đặng Văn Khanh =1.4A .Điều chỉnh động Page 27 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành 1 - Mức chậm:Từ công thức tính độ rộng xung ta có =75 Ta có điện áp đặt vào hai đầu động cơ khhi này là tốc độ của động cơ khi đó là lại có nếu biết được thì ta sẽ tính được tốc độ quay của động cơ điện một chiều -Mức... GVHD:Đặng Văn Khanh Page 25 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Đồ Án Chuyên Ngành 1 Chương II: Thiết Kế Và Chế Tạo Phần Cứng I Tổng quát về các phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều là rất quan trọng nó có thể giúp ta rễ ràng chọn lựa phương phù hợp cho từng hệ thống riêng biệt Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều