thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ và đảo chiều động cơ điện một chiều sử dụng vi điều khiển PIC 16F877A

Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ và đảo chiều động cơ điện một chiều sử dụng vi điều khiển PIC 16F877A, do các sinh viên khoa Điện trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng. Đồ án đã được hướng dẫn bởi thầy Lê Tiến Dũng_phó khoa Điện của trường Đại học Bách Khoa Đà nẵng

LỜI MỞ ĐẦU

Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngànhđiện tử đã ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp Trong lĩnh vực điều khiển, từkhi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuậtđiều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các mạch điềukhiển lắp ráp bằng các linh kiện rời như kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làmviệc tin cậy, công suất tiêu thụ nhỏ

Ngày nay, trong lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong cácthiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày của con người nhưmáy giặt, đồng hồ báo giờ, cân điện tử… đã giúp cho đời sống của chúng ta ngàycàng hiện đại và tiện nghi hơn Truyền động điện một chiều sử dụng cho cácmáy có yêu cầu cao về điều chỉ tốc độ và moomen Về phương diện điều chỉnhtốc độ, đông cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơkhác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạchlực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh caotrong dải điều chỉnh tốc độ rộng

Vì vậy với điều tài đồ án môn học về “Điều khiển tốc độ và đảo chiều

động cơ điện một chiều” dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Lê Tiến Dũng rất

đa dạng và phong phú, có nhiều loại hình khác nhau dựa vào công dụng và độphức tạp Do tài liệu tham khảo bằng Tiếng Việt còn nhiều hạn chế, trình độ cóhạn và kinh nghiệm trong thực tế chưa cao, nên đề tài chắc chắn còn nhiều thiếusót Vì vậy rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, giúp đỡ chân thành củacác thầy cô

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

Phần I: Giới Thiệu Chung………

Phần II: Nội Dung Thiết Kế………

Chương 1: Nguyên lý hoạt động của hệ thống vi điều khiển.

I Xây dựng mục tiêu và sơ đồ khối của hệ thống dung vi điều khiển Pic

II Nguyên lí hoạt động cảu hệ thống

Chương 2:Tính chọn linh kiện sử dụng trong hệ thống vi điều khiển.

I Giới thiệu và tính toán chọn linh kiện của hệ thống

II Lắp đặt thiết bị và hoàn thiện mạch

III Chạy mạch và đánh giá kết quả

I.Tổng quan.

Trong quá trính làm việc, tốc độ của động cơ thường bị thay đổi do sự biếnthiên của tải, của nguồn và do đó gây ra sai lệch tốc độ thực với tốc độ đặt, làmgiảm năng suất của máy sản xuất Chính vì vậy việc điều khiển tốc độ động cơ làmột yêu cầu cần thiết và tất yếu đối với các máy sản xuất Như ta biết rằng hầuhết các máy sản xuất đều đòi hỏi có nhiều tốc độ, nhưng tuỳ theo từng công việc,điều kiện làm việc mà ta lựa chọn các tốc độ khác nhau Muốn có được các tốc độ khácnhau trên máy, ta có thể thay đổi cấu trúc cơ học của máy như tỉ số truyền hoặc thayđổi tốc độ của động cơ truyền động chính…

Nhưng ở đây chúng ta chỉ khảo sát theo phương pháp thay đổi tốc độ của động cơtruyền động.Ở động cơ một chiều, việc điều chỉnh tốc độ động cơ có nhiều ưuviệt hơn so với các loại động cơ khác Động cơ một chiều không những có khảnăng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lạc, mạch điều khiển lại đơn giảnhơn các loại động cơ khác và đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnhrộng

Do đông cơ một chiều rất quan trọng trong cuộc sống và rất phổ biến trongcuộc sống lên học kỳ này chúng em được làm đồ án ‘’ Điều khiển đông cơ 1chiều bằng vi điều khiển’’ Có thể nói động cơ 1 chiều có vai trò rất lớn trongngành điều khiển tự động

Để điều khiển được động cơ một chiều,hay nói cách khác là điều chỉnh tốc độđộng cơ điện một chiều thì có nhiều cách khác nhau như:

- Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi giá trị điện trở mạch phần ứng

- Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ thông của cuộn dây kích từ

- Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi giá trị điện áp phần ứng

Tuy nhiên như những cách trên thì việc điều khiển tốc độ động cơ trở lên khókhăn và hiệu quả thấp Do vậy ở đây chúng em sử dụng phương pháp điều xung(tức thay đổi độ rộng xung), sử dụng vi điều khiển PIC16F877A, độ rộng xungcàng lớn thì động cơ quay càng nhanh

Để điều khiển được động cơ theo phương pháp này thì cần nhiều bước khácnhau, từ việc đi thiết lập phần cứng điều khiển đến cấu trúc chương trình điềukhiển phải hợp logic Nếu việc thiết lập phần cứng và chương trình điều khiểnkhông phù hợp nhau thì sẽ không điều khiển được động cơ

 Đặc điểm, yêu cầu của đồ án

 Với khẳ năng có hạn cũng như thời gian hạn chế, hơn nữa là chỉ đi

sâu vào nghiên cứu một loại vi điều khiển đang có ứng dụng thực

tế cao và phổ biến là vi điều khiển PIC 16F877A, vì vậy đồ án

phải đạt được các yêu cầu và đặc điểm sau:

- Có thể điều khiển được động cơ điện một chiều

- Tham khảo ý kiến của giáo viên hướng dẫn, bạn bè và thu

thập những tài liệu liên quan

- Đề ra phương án thi công có tính khả thi xét trên các

mặt kinh tế và kĩ thuật

- Thực hiện theo phương án và kế hoạch dưới sự chỉ đạo của

giáo viên hướng dẫn

 Phương pháp thu thập dữ liệu

- Sử dụng những tài liệu, những vấn đề do giáo viên hướng dẫn cung cấp

- Tham khảo những ý kiến của các giáo viên trong khoa và của bạn bè

- Thu thập những thông tin cần thiết trên mạng internet(một số trang wed: diendandientu.com,PICvietnam.com,…)

 Trình tự thiết kế: Sau khi bắt tay vào thực hiện đề tài, chúng em đã tuân

thủ các bước thiết kế sau :

Phần II: Nội Dung Thiết Kế

Chương 1: Nguyên lý hoạt động của hệ thống vi điều khiển.

1.1 Xây dựng mục tiêu và sơ đồ khối của hệ thống dung vi điều điều khiển Pic

- Mục tiêu của đề tài là: tạo ra một mô hình điều khiển cho động cơ 1chiều, mô hình điều khiển này có thể làm mô hình thí nghiệm cho các sinh viênnghiên cứu để tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như các phươngpháp điều khiển hoạt động cho động cơ Đặc biệt là việc điều khiển cho động cơ

1 chiều sử dụng vi điều khiển PIC16F877A

- Sơ đồ khối của hệ thống vi điều khiển:

Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiến sử dụng vi điều khiển Pic

- Khái quát chức năng của từng khối:

BUTTON ĐIỀU CHỈNH KHỐI NGUỒN

KHỐI ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT

Đảo

ĐỘNGCƠ

KHỐI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM(VI ĐIỀU KHIỂN

LED HIỂN THỊ

- Khối Phím Nhấn(button): có các nút bấm dung để thực hiện chức năngđiều khiển động cơ quay thuận, quay nghịch, tăng tốc độ, giảm tốc độ, vàdừng

- Khối Vi Xử Lý: là phần mạch điều khiển chính gồm IC 16F877A, với cáclinh kiện phụ khác như bộ tạo dao động thạch anh

- Phần mạch công suất : trực tiếp điều khiển các cuộn dây động cơ, gồm

có trantor H1061 kích xung điều khiển cho IRF9540 hoạt động, transistortrường chịu dòng ngược cao là FET IRF540

- Phần nguồn: gồm 2 cấp điện áp: một nguồn cấp cho vi điều khiển, mộtnguồn cấp cho khối công suất để chuyển tới động cơ, để đảm bảo an toàn

ta dùng hai nguồn riêng và cách ly chúng

- Động cơ

1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

-Nguyên lý hoạt động của hệ thống: khối điều khiển trung tâm dùng VĐK PIC

16F877A nhận tín hiệu từ các nút nhấn, sau đó sẽ xử lý tín hiệu và xuất ra xungđiều khiển PWM để tăng giảm tốc độ và đảo chiều động cơ DC.Trong lúc đóEncoder sẽ thực hiên công việc của mình đó là đo tốc độ động cơ, tín hiệu từencoder tạo ra các dạng xung vuông có tần số thay đôi phụ thuộc vào tốc độđộng cơ Do đó các xung vuông này được đưa vào bộ vi xử lý để đếm số xungtrong khoảng thời gian cho phép từ đó ta có thể tính được giá trị vận tốc củađộng cơ.những giá trị tốc đó sẽ được hiển thị trên màn hình LCD Đây cũng làphương pháp mà người ta sử dụng để ổn định tốc độ động cơ hay điều khiểnnhanh chậm

Chương 2:TÍNH CHỌN LINH KIỆN

*******************************

2.1 Giới thiệu linh kiện của hệ thống.

II.1.1 Vi điều khiển PIC16F877A

2.1.1.1 Khái quát về vi điều khiển PIC16F877A

PIC là viết tắt của “Programable Intelligent Computer”, có thể tạmdịch là “máy tính thông minh khả trình” do hãng Genenral Instrumentđặt tên cho vi điều khiển đầu tiên của họ: PIC1650 được thiết kế đểdùng làm các thiết bị ngoại vi cho vi điều khiển CP1600 Vi điềukhiển này sau đó được nghiên cứu phát triển thêm và từ đó hình thànhnên dòng vi điều khiển PIC ngày nay

 Lý do sử dụng vi điều khiển PIC cho đề tài

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiểnnhư 8051, Motorola 68HC, AVR, ARM, Ngoài họ 8051 đượchướng dẫn một cách căn ở môi trường đại học, bản thân người viết đãchọn họ vi điều khiển PIC để mở rộng vốn kiến thức và phát triển cácứng dụng trên công cụ này vì các nguyên nhân sau:

- Họ vi điều khiển này có thể tìm mua dễ dàng tại thị trường ViệtNam

- Giá thành không quá đắt

- Có đầy đủ các tính năng của một vi điều khiển khi hoạt động độc lập.

- Là một sự bổ sung rất tốt về kiến thức cũng như về ứng dụng cho họviđiều khiển mang tính truyền thống: họ vi điều khiển 8051

- Số lượng người sử dụng họ vi điều khiển PIC Hiện nay tại Việt Namcũng như

trên thế giới, họ vi điều khiển này được sử dụng khá rộng rãi Điều nàytạo nhiều thuận lợi trong quá trình tìm hiểu và phát triển các ứng dụngnhư: số lượng tài liệu, số lượng các ứng dụng mở đã được phát triển thànhcông, dễ dàng trao đổi, học tập, dễ dàng tìm được sự chỉ dẫn khi gặp khókhăn,…

- Sự hỗ trợ của nhà sản xuất về trình biên dịch, các công cụ lập

trình, nạp chương trình từ đơn giản đến phức tạp,…

- Các tính năng đa dạng của vi điều khiển PIC, và các tính năng

2.1.1.3 Một vài thông số về vi điều khiển

Pic16F877a

Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có

độ dài 14 bit Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock

Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là

200ns Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM

và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte Số PORT I/O là

5 với 33 pin I/O

2.1.1.4 Tổ chức bộ nhớ

- Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC16F877A gồm có bộ nhớ

chương trình (program memory) và bộ nhớ dữ liệu(data memory)

Để mã hóa được địa chỉ của 8K word bộ nhớ chương trình, bộ đếm chươngtrình có dung lượng 13 bit (PC<12:0>) Khi vi điều khiển được reset, bộ đếmchương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0000h (Reset vector) Khi có ngắt xảy ra, bộđếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0004h (Interrupt vector)

- Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack và không được địa chỉ hóabởi bộ đếm chương trình.Bộ nhớ stack sẽ được đề cập cụ thể trong phần sau

b.Bộ nhớ dữ liệu.

Bộ nhớ dữ liệu của PIC là bộ nhớ EEPROM được chia ra làmnhiều

bank Đối với PIC16F877A bộ nhớ dữ liệu được chia ra làm 4 bank Mỗibank có dung lượng 128 byte, bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệtSFG (Special Function Register) nằm ở các vùng địa chỉ thấp và các thanhghi mục đích chung GPR (General Purpose Register) nằm ở vùng địa chỉ còn lạitrong bank Các thanh ghi SFR thường xuyên được sử dụng (ví dụ như thanhghi STATUS) sẽ được đặt ở tất cà các bank của bộ nhớ dữ liệu giúp thuận tiệntrong quá trình truy xuất và làm giảm bớt lệnh của chương trình Sơ đồ cụ thểcủa bộ nhớ dữ liệu PIC1

2.1.2 Động cơ điện một chiều.

a Khái niệm động cơ điện một chiều.

Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều.

Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũngnhư công nghiệp Thông thường động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độduy nhất khi nối với nguồn điện, tuy nhiên vẫn có thể điều khiển tốc độ và chiềuquay của động cơ với sự hỗ trợ của các mạch điện tử cùng phương pháp PWM

Hình 2.2: Động cơ điện một chiều có gắn encoder

c.Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

Động cơ điện phải có hai nguồn năng lượng :

a.Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ đẻ sinh ra từ thông kích từ

b Nguồn phần ứng được đưa vào hai chổi than để đưa vào hai cổ góp của phần ứng

Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi điện trong dây quấn phần ứng có điện Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm rôto quay Chiều của lực được xác định bằng qui tắc bàn tay trái.

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau

Do có phiếu góp nhiều dòng điện dữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụngkhông thay đổi

Khi quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động Eư

chiều của suất điện động được xác định theo qui tắc bàn tay phải, ở động cơ một chiếu sđđ Eư ngược chiều dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phản điện động Phương trình cân bằng điện áp :

U = E ư + R ư I ư +I ư

di ­ dt

ENCODER DÙNG ĐỂ LÀM GÌ? CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG RA SAO?

Đo tốc độ động cơ dùng encoder, tín hiệu từ encoder tạo ra các dạng xungvuông có tần số thay đôi phụ thuộc vào tốc độ động cơ Do đó các xung vuôngnày được đưa vào bộ vi xử lý để đếm số xung trong khoảng thời gian cho phép

từ đó ta có thể tính được giá trị vận tốc của động cơ Đây cũng là phương pháp

mà người ta sử dụng để ổn định tốc độ động cơ hay điều khiển nhanh chậm…

Hình 2.4 Encoder

Nguyên tắc hoạt động của Encoder

Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục Trênđĩa có các lỗ (rãnh) Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay, chỗ không có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led sẽ chiếu xuyên qua.Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu Với các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người

ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay không.Số xung đếm được và tăng lên nó tính bằng số lần ánh sáng bị cắt!

Như vậy là encoder sẽ tạo ra các tín hiệu xung vuông và các tín hiệu xung vuôngnày được cắt từ ánh sáng xuyên qua lỗ Nên tần số của xung đầu ra sẽ phụ thuộc vào tốc độ quay của tấm tròn đó Đối với encoder mình đang dùng thì nó có 2 tínhiệu ra lệch pha nhau 90 Hai tín hiệu này có thể xác định được chiều quay của động cơ

* Các linh kiện sử dụng trong đề tài

1) Mosfet IRF540.

a.Giới thiệu về Mosfet.

Mosfet là Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor)là một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với

Transistor thông thường mà ta đã biết, Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa trênhiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở kháng đầu vào lớnthích hợn cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu, Mosfet được sử dụng nhiềutrong các mạch nguồn Monitor, nguồn máy tính

Điện áp cấp cho Mosfet: U=100-120V, I=22A, điện trở trong r=0.055ohm

Chức năng: dùng để điều chỉnh độ rộng xung , tăng giảm tốc độ động cơ

2.1.4 Diode IN4007.

a Khái niệm về diode

Điốt bán dẫn là các linh kiện điện tử thụ động và phi tuyến, cho phép dòngđiện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại, sử dụng các tínhchất của cb.c chất bán dẫn

b Cấu tạo của diode

Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P - N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P

để lấp vào các lỗ trống =>tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện =>lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn

Mối tiếp xúc P - N => Cấu tạo của Diode

Hình 2.7: cấu tạo của diode

c Nguyên lý hoạt động của diode

Khối bán dẫn loại P chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khighép với khối bán dẫn N (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyễn động khuếch tán sang khối N.Cùng lúc khối P lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối N chuyển sang Kết quả là khối P tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối N tích điện dương ( thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống).

Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa.Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ có bướcsónggầnđó).Điện áp tiếp xúc hình thành

Sự tích điện âm bên khối P và dương bên khối N hình thành một điện áp gọi là điện áp tiếp xúc (UTX).Điện trường sinh ra bởi điện áp có hướng từ khối n đến khối p nên cản trở chuyển động khuếch tán và như vậy sau một thời gian kể từ lúc ghép 2 khối bándẫn với nhau thìquá trình chuyển động khuếch tán chấm dứt

và tồn tại điện áp tiếp xúc Lúc này ta nói tiếp xúc P-N ở trạng thái cân bằng Điện áp tiếp xúc ở trạng thái cân bằng khoảng 0.6V đối với điốt làm bằng bán dẫn Si và khoảng 0.3V đối với điốt làm bằng bán dẫn Ge

Điệp áp ngoài ngược chiều điện áp tiếp xúc tạo ra dòng điện

Hai bên mặt tiếp giáp là vùng các điện tử và lỗ trống dễ gặp nhau nhất nên quátrình tái hợp thường xảy ra ở vùng này hình thành các nguyên tử trung hòa Vìvậy vùng biên giới ở hai bên mặt tiếp giáp rất hiếm các hạt dẫn điện tự do nênđược gọi là vùng nghèo Vùng này không dẫn điện tốt, trừ phi điện áp tiếp xúcđược cân bằng bởi điện áp bên ngoài Đây là cốt lõi hoạt động của điốt Điệp áp ngoài cùng chiều điện áp tiếp xúc ngăn dòng điện.Nếu đặt điện áp bên ngoài ngược với điện áp tiếp xúc, sự khuyếch tán của cácđiện tử và lỗ trống không bị ngăn trở bởi điện áp tiếp xúc nữa và vùng tiếp giápdẫn điện tốt Nếu đặt điện áp bên ngoài cùng chiều với điện áp tiếp xúc, sựkhuyếch tán của các điện tử và lỗ trống càng bị ngăn lại và vùng nghèo càng trởnên nghèo hạt dẫn điện tự do Nói cách khác điốt chỉ cho phép dòng điện qua nókhi đặt điện áp theo một hướng nhất định

d Ứng dụng của diode

Vì điốt có đặc tính chỉ dẫn điện theo một chiều từ a-nốt đến ca-tốt khi phân cựcthuận nên điốt được dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điệnmột chiều

Ngoài ra điốt có nội trở thay đổi rất lớn, nếu phân cực thuận RD0 (nối tắt),phân cực nghịch RD (hở mạch), nên điốt được dùng làm các công tắc điện tử,

đóng ngắt bằng điều khiển mức điện áp, được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện và điện tử

Dòng điện ngõ vào (input leakage current) ILI -1uA đến 1uA (khi VIN = 0 đến Vcc)

Bảng 7: Miền làm việc bình thường

LCD được sử dụng để hiện thị tốc độ , các thông số của động cơ trong đề tài 2.1.6 LED đơn

LED, viết tắt của Light-Emitting-Diode có nghĩa là “đi-ốt phát sáng”, là một nguồn sáng phát sáng khi có dòng điện tác động lên nó Được biết tới từ những năm đầu của thế kỷ 20, công nghệ LED ngày càng phát triển, từ những diode phát sáng đầu tiên với ánh sáng yếu và đơn sắc đến những nguồn phát sáng đa sắc, công suất lớn hay phát ra các tia hồng ngoại hoặc tử ngoại

2.1.6.1 Cấu tạo Led đơn và nguyên tắc hoạt động.

2.1.6.2 Nguyên Tắc Hoạt Động

Hình vẽ cho thấy Led được cấu tạo từ một mối nối bán dẫn PN, khi chất bán dẫn Silicon cho pha Indium (có 3 nối hóa trị, khi gắn nó vào mạng Silicon cần 4 nối, sẽ có một nối thiếu điện tử và cho ra 1 lỗ trống) chúng ta sẽ có chân bán dẫn loại P và khi cho pha với Phosphor (có 5 nối hóa trị, khi gắn nó vào mạng

Silicon cần 4 nối, sẽ dư ra 1 hạt điện tử), chúng ta có chân bán dẫn loại N

Chất bản dẫn loại P tạo điều kiện dẫn điện bằng các lỗ trống (Hole), đó chính là các nối hóa trị thiếu điện tử Còn chất bán dẫn loại N có điểu kiện dẫn điện là do các điện tử tự do (điện tử dư ra do phosphor có 5 điện tử hóa trị mà trong kết nối tinh thể chỉ cần có 4 )

Khi mối nối PN được cho phân cực thuận với nguồn pin ngoài, một dòng điện kích thích khi chảy qua mối nối bán dẫn PN sẽ tạo các dao động của các điện tử (Bạn xem hình) và các dao động này sẽ phát ra sóng điện từ trường đó chính là các tia sáng Tóm lại Led có 2 chân, gọi là chân âm cực hay Cathode (

do chân này cho nối vào cực âm của pin) và chân dương cực hay Anode (do chânnày cho nối vào cực dương của pin), khi chúng ta cho dòng điện chảy qua mộtLed nó sẽ phát ra chùm tia sáng, và để có điềm sáng đủ mạch, chúng ta dùng vật liệu nhựa trong suốt làm kính hội tụ (Bạn xem hình cấu tạo của Led)

1.2 Các hình dạng Led phổ biến

2 Ưu, Nhược điểm của đèn Led

Ưu điểm : Có hiệu suất phát sáng cao hơn bóng sợi đốt.

- Màu sắc: LED có thể phát ra màu sắc như ý muốn mà không cần bộ lọc màu theo phương pháp truyền thống

- Kích thước: Kích thước của bóng LED rất nhỏ (có thể nhỏ hơn 2 mm2) vìvậy có thể bố trí dễ dàng trên mạch in

- Thời gian bật tắt nhanh: Led có thời gian bật và tắt rất nhanh kể từ lúc có tác động (micro giây) Điều này rất quan trọng trong thông tin liêc lạc, lĩnh vực yêu cầu có thời gian đáp ứng nhanh

- Độ sáng tối: LED có thể dễ dàng điều khiển độ sáng tối bằng phương pháp điều chế độ rộng xunghoặc tăng giảm dòng điện tác động

- Tuổi thọ đèn cao: Đây là ưu điểm lớn nhất của đèn LED, tuổi thọ của đèn LED vào khoảng 35000 đến 50000 giờ, lớn hơn nhiều lần so với bóng huỳnh quang và sợi đốt

- Độ bền cao: LED được làm từ vật liệu bán dẫn, nên rất khó bị phá huỷ bởi

sự va đập

-An toàn: LED không gây độc hại, thân thiện với môi trường

Chú ý: Điện áp đặt trước IC 7805 phải lớn hơn điện áp cần ổn áp từ 5V trở lên

Ngoài những linh kiện trên, chúng ta còn sử dụng một số linh kiện như : nút bấm, transistor, các loại trở.vv.… , điện trở hạn dòng cho led đơn là 330ohm, cho lcd là 1K

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG

3.1 : Thiết kế mạch nguyên lý của hệ thống

3.1.1 Sơ đồ mạch điều khiển khối điều khiển

Khối điều khiển được cấp nguồn 5VDC, sử dụng VĐK 16f877a, điều khiển độ rộng xung PWM được nối vào chân RC1, tức chân số 16

3.1.2 Sơ đồ nguyên lý các nút nhấn

Khối buton gồm 5 nút nhấn với các trạng thái làm việc khác nhau của động

cơ Nguồn cấp vào là 5DVC, trở hạn dòng là 330 ohm Ngoài ra còn có led tín hiệu cho mỗi nút nhấn

3.1.3 Khối hiển thị LCD

LCD được chọn là LCD 4 bit 16*2, cũng được cấp nguồn 5VDC, các chân của LCD được nối như hình tốc độ sẽ được hiển thị trên LCD này

3.1.4 Khối nguồn và khối ADC+CB

Do nguồn cần dùng cho đề tài chủ yếu là 5V, nên ta sử dụng IC U5LM7805 để tạo nguồn 5V

3.1.5 Khối công suất

3.2: Mô phỏng hệ thống

Sơ đồ mạch và linh kiện trong mô phỏng ( proteus )

Các chức năng:

- Hiện thị tốc độ (vòng/s) của động cơ DC

- Quay theo chiều thuận

- Quay theo chiều ngược

- Dừng lại

- Chạy với 80% tốc độ

- Thay đổi tốc độ bẵng Var

3.2: Chạy mô phỏng: ( bằng phần mềm proteus….)