Thiết kế mạch điều khiển tốc độ quay quạt thông gió sử dụng PIC 16f877a

LỜI CẢM ƠN Qua thời gian gần năm học tập tại trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông Thái Nguyên, đến em cũng đã hoàn thành gần hết quá trình học tập tại trường Trong quá trình học tập tại trường, ngoài sự cố gắng của bản thân, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô, gia đình, bạn bè Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình: bố, mẹ, và các anh chị quan tâm chăm sóc, tạo điều kiện tốt cho việc học tập của em Em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô ban lãnh đạo trường, các thầy cô bộ môn và toàn thể các thầy cô công tác tại trường là người đã trực tiếp dạy em các môn học, đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho em học tập và rèn luyện suốt thời gian học tập tại trường Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo Vũ Văn Diện, thầy tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo, hướng dẫn em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Trong thời gian làm việc với thầy, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà học tập tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu nghiêm túc, hiệu Đây điều cần thiết cho em trình học tập công tác sau Thái Nguyên, ngày tháng 06 năm 2012 Sinh viên thực hiện Nguyễn Trung Hiếu LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp :“Thiết kế mạch điều khiển tốc độ quay quạt thông gió sử dụng PIC 16F877A” công trình nghiên cứu thân em Các nội dung nghiên cứu kết đề tài hoàn toàn trung thực chưa công bố công trình trước Các module thông số chương trình demo kết trình thực đồ án em Ngoài em sử dụng số kiến thức, thông tin tác giả khác thể phần tài liệu tham khảo Nếu phát có bất gian lận em xin chịu trách nhiệm trước hội đồng, kết đồ án Thái Nguyên, ngày tháng 06 năm 2012 Sinh viên thực hiện Nguyễn Trung Hiếu Mục Lục LỜI CẢM ƠN Mục Lục .3 LỜI NÓI ĐẦU Chương 1: TÓM TẮT ĐỀ TÀI 1.1Khảo sát đề tài 1.2 Giới thiệu sơ lược modul mạch 1.3 Sơ đồ nguyên lí mạch .7 1.4 Cách vận hành mạch .8 Chương 2: TÌM HIỂU VỀ PIC16F877A VÀ CÁC LINH KIỆN PHẦN TỬ SỬ DỤNG TRONG MẠCH .9 2.1 Vi điều khiển PIC16F877A .9 2.1.1 Khái quát vi điều khiển PIC16F877A 2.1.2 Tổ chức nhớ 14 2.1.3 Chức port vi điều khiển PIC16F877A 18 2.1.4 Các vấn đề Timer 20 2.1.5 Ngắt (INTERRUPT) 28 2.1.6 Phương pháp điều chế xung PWM 33 2.2 Mạch cầu H ( H-Bridge Circuit ) .37 2.2.1 Công dụng nguyên lí hoạt động 37 2.2.2 Mạch cầu H L298D 38 2.3 LCD 41 2.3.1 Chức hình dạng LCD 41 2.3.2 Chức chân 43 2.3.3 Đặc tính điện chân giao tiếp 44 2.3.4 Tập lệnh LCD .44 2.4 IC ổn áp chuyên dụng họ LM78xx 49 2.5 Đối tượng điều khiển: Động quạt thông gió sử dụng động DC 12V 51 Chương 3: THIẾT KẾ MẠCH PHẦN CỨNG 55 3.1 Thiết kế mạch phần cứng 55 3.1.1 Khối mạch bàn phím 56 3.1.2 Khối mạch hiển thị 59 3.1.3 Khối mạch công suất 60 3.1.4 Khối mạch điểu khiển 60 3.1.5 Khối nguồn 61 3.2 Sơ đồ thiết kế mạch thật lưu đồ giải thuật 63 3.2.1 Sơ đồ thiết kế mạch in mạch thật 63 3.2.2 Lưu đồ thuật toán .65 3.2.3 Một vài hình ảnh hoạt động mạch .67 LỜI NÓI ĐẦU Trong nghành công nghiệp sản xuất đời sống, công tác điều khiển vận hành hiệu thiết bị nhằm tăng khả sản xuất, tăng chất lượng, đồng thời tiết kiệm chi phí sản xuất chi phí cho việc trùng tu bảo dưỡng thiết bị sản xuất giữ vị trí quan trọng Điều khiển động điện lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng thiết bị, khí cụ sơ đồ điều khiển để phục vụ nhu cầu thay đổi đại lượng chuyển động nhu mô men, tốc độ hay điều khiển vị trí tùy theo yêu cầu phát sinh loại hình sản xuất Động chiều sử dụng từ lâu hệ truyền động có điều khiển tốc độ yêu cầu dải điều chỉnh lớn, độ ổn định tốc độ cao hệ thường xuyên hoạt động chế độ khởi động, hãm đảo chiều Nhờ có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt nên sử dụng phổ biến nghành công nghiệp Một số ứng dụng quan trọng động chiều truyền động cho xe điện, máy công cụ, máy nâng vận chuyển, máy cán, máy nghiền, quạt… Điều khiển tốc độ động yêu cầu cần thiết tất yếu máy sản xuất Ta biết hầu hết máy sản xuất đòi hỏi có nhiều tốc độ, tùy thuộc theo công việc, điều kiện làm việc mà ta lựa chọn tốc độ khác để tối ưu hóa trình sản xuất Muốn có tốc độ khác để tối ưu hóa trình sản xuất Có nhiều phương pháp điều khiển tốc độ động như: • Điều chỉnh tham số • Điều chỉnh điện áp nguồn • Điều chỉnh cấu trúc sơ đồ mạch Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp này, em xin trình bày vấn đề điều khiển quạt thông gió (động DC 12v) sử dụng vi điều khiển PIC 16F877A phương pháp điều chế độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation) Chương 1: TÓM TẮT ĐỀ TÀI 1.1 Khảo sát đề tài Hiện nay, xã hội đại, nhiều nhà cao tầng mọc lên, đường ngầm thang máy, hầm mỏ, khai thác, cần có hệ thống thông gió Bởi quạt thông gió thiết bị cần thiết phổ biến Nhiều phòng học, phòng làm việc lắp hệ thông điều hòa tốn quạt thông gió lựa chọn tốt cho việc điều hòa, lưu thông không khí Trong nhiều hệ thống kĩ thuật, dây chuyền sản xuất đòi hỏi có nhiều tốc độ quạt khác xác tùy theo công việc, điều kiện khoảng thời gian, thời điểm khác để tối ưu hóa công việc Vì em chọn đề tài “Thiết kế mạch điều khiển tốc độ quay quạt thông gió” tốc độ quay quạt nhập xác từ bàn phím 1.2 Giới thiệu sơ lược modul mạch -Tên đề tài :“Thiết kế mạch điều khiển tốc độ quay quạt thông gió sử dụng PIC 16F877A” -Yêu cầu đặt ra: Thiết kế mạch điều khiển tốc độ quay quạt thông gió (động DC 12v có gắn encoder hồi tiếp tốc độ) Tốc độ cài đặt từ bàn phím tốc độ tức thời hồi tiếp từ encoder hiển thị hình LCD 16x2 -Tóm tắt hướng thực đề tài:  Sử dụng Pic 16F877A vi điều khiển trung tâm Dùng chương trình CCS lập trình C biên dịch chương trình  Xây dựng khối bàn phím gồm 16 phím để nhập tốc độ điều khiển động DC: • 10 phím từ đến để cài đặt tốc độ (vòng /phút) • phím SET để lưu tốc độ cài đặt • phím CLEAR để xóa tốc độ cài đặt • phím SAVE để lưu tốc độ vào epprom • phím điều điều khiển: quay thuận (FORWARD), quay nghich (REVERSE), dừng (STOP)  Hiền thị tốc độ dùng hình LCD 16x2, lập trình chế độ bit (sử dụng chân để nhận liệu từ Pic)  Sử dụng mạch cầu H IC L298 để đảo chiều động  Sử dụng kênh PWM vi điều khiển PIC thay đổi giá trị áp trung bình đặt vào động để điều khiển tốc độ  Đối tượng điểu khiển động quạt thông gió DC 12V có gắn Encoder  Ngoài mạch có phím nguồn (POWER) cấp điện từ adapter cho mạch phím RESET cho Pic 16F877A 1.3 Sơ đồ nguyên lí mạch Sơ đồ nguyên lí mạch 1.4 Cách vận hành mạch • Bước 1: Bật nguồn (nhấn nút POWER), chờ cho Pic hình LCD khởi động • Bước 2: Nhập tốc độ từ bàn phím phím từ đến Nếu nhập sai ta nhấn phím CLEAR trỏ LCD xóa hết số nhập, ta phải nhập lại từ đầu Sau nhập xong, nhấn phím ENTER để lưu tốc độ đặt, tốc độ đặt tính theo đơn vị vòng/phút • Bước 3: Để điều khiển động ta nhấn phím: quay thuận (FORWARD), quay nghịch (REVERSE), dừng (STOP) • Bước 4: Để nhập lại tốc độ ta nhấn phím CLEAR tiến hành đăt tốc độ bước Tốc độ tức thời động đươc cập nhật 0,5s so sánh với tốc độ đặt để đưa tín hiệu điều khiển, đồng thời 0,5s tốc độ hiển thị hình LCD Chương 2: TÌM HIỂU VỀ PIC16F877A VÀ CÁC LINH KIỆN PHẦN TỬ SỬ DỤNG TRONG MẠCH 2.1 Vi điều khiển PIC16F877A 2.1.1 Khái quát vi điều khiển PIC16F877A 2.1.1.1 Khái quát PIC tên viết tắt “Programmable Intelligent computer” hãng General Instrument đặt tên cho vi điều khiển họ Hãng Micrchip tiếp tục phát triển sản phầm hàng tạo gần 100 loại sản phẩm khác PIC 16F887A dòng PIC phổ biến, đầy đủ tính phục vụ cho hầu hết tất ứng dụng thực tế Đây dòng PIC dễ cho người làm quen với PIC học tập tạo tảng họ vi điều khiển PIC - PIC 16F877A thuộc họ vi điều khiển 16Fxxx có đặt tính sau: • Ngôn ngữ lập trình đơn giản với 35 lệnh có độ dài 14 bit • Tất câu lệnh thực chu kì lệnh ngoại trừ số câu lệnh rẽ nhánh thực chu kì lệnh Chu kì lệnh lần chu kì dao động thạch anh • Bộ nhớ chương trình Flash 8Kx14 words, với khả ghi xóa khoảng 100 ngàn lần • Bộ nhớ Ram 368x8bytes • Bộ nhớ EFPROM 256x8 bytes • Khả ngắt (lên tới 14 nguồn ngắt ngắt ngoài) • Ngăn nhớ Stack chia làm mức • Truy cập nhớ địa trực tiếp gián tiếp • Dải điện hoạt động rộng: 2.0V đến 5.5V • Nguồn sử dụng 25mA • Công suất tiêu thụ thấp: 