Ứng dụng vi xử lý galileo 2 0 trong đo và hiển thị tốc độ động cơ bước trên LCDc

LỜI CẢM ƠN Trước hết em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới thầy giáo Nguyễn Anh Tuấn tận tình bảo, hướng dẫn giúp em có kiến thức kinh nghiệp quý báu Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy cô giáo trường đại học CNTT&TT đặc biệt thầy cô giáo bọ môn điện tử viễn thông nhiệt tình giảng dạy giúp đỡ chúng em thời gian qua Mặc dù có nhiều cố gắng thời gian thực đồ án có hạn, vốn kiến thức nắm chưa nhiều nên đồ án nhiều hạn chế Em mong góp ý, bảo thầy, cô để hoàn thành viết Em xin chân thành cảm ơn ! LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng em hướng dẫn khoa học Ths Nguyễn Anh Tuấn Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa công bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngoài ra, đề tài sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung đề tài Trường đại học CNTT&TT không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền gây trình thực (nếu có) Thái Nguyên, tháng năm 2016 Sinh viên Triệu Anh Tuấn MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .1 LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: GIƠI THIỆU VỀ INTEL GALILEO 2.0 1.1 Tổng quan 1.2 Kết nối ngoại vi 1.3 Khối xử lý trung tâm Quark SoC X1000 1.3.1 Giới thiệu SoC 1.3.2 Bộ xử lý Quark SoC X1000 400MHz 1.4 Lập trình cho Intel Galileo 2.0 cài đặt hệ điều hành .9 1.5 Cài đặt hệ điều hành cho Intel Galileo 2.0 14 1.5.1 Hệ điều hành nhúng 14 1.5.2 Hệ điều hành Linux 17 1.6 Ứng dụng Board Intel Galileo 2.0 22 1.7 Ưu nhược điểm Board Intel Galileo 2.0 .22 1.7.1 Ưu điểm 22 1.7.2 Nhược điểm .23 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH BÀI TOÁN 24 2.1 Yêu cầu toán 24 2.2 Giải pháp thiết kế 24 2.2.1 Sơ đồ khối .24 2.2.2 chức khối 24 2.3 Một số linh kiện sử dụng mạch .25 2.3.1 Động bước 25 2.3.2 LCD 16x2 51 2.3.3 ULN2003 53 2.3.4 Module Chuyển Đổi I2C cho LCD1602 54 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THỰC THI 55 3.1 Sơ đồ nguyên lý .55 3.2 Thiết kế phần mêm corel 55 3.3 Lưu đồ thuật toán 57 3.4 Lắp đặt phần cứng 58 KẾT LUẬN .60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC 62 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Board Intel Galileo 2.0 Hình 1.2 Các cổng kết nối ngoại vi Hình 1.3 Kết nối với card wifi .4 Hình 1.4 Cấu trúc Intel Galileo 2.0 Hình 1.5 Arduino IDE Hình 1.6 Kiểm tra cổng COM 10 Hình 1.7 Kiểm tra Devices Manager .10 Hình 1.8 Kiểm tra upload chương trình lên Galileo 2.0 11 Hình 1.9 Thông báo up load thành công 11 Hình 1.10 Đèn báo board 12 Hình 1.11 Cấu trúc Hệ điều hành thời gian thực 17 Hình 1.12 Các thành phần HDH linux .17 Hình 1.14 Hỉnh ảnh tải file image 19 Hình 1.15 Mở file để cài đặt 20 Hình 1.16 Format thẻ nhớ 21 Hình 1.17 Ghi file image 21 Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch 24 Hình 2.2 Một số mẫu động bước thực tế 25 Hình 2.3 Cơ chế lái tờ giấy sử dụng động bước ứng dụng máy in.26 Hình 2.4 Các phận cấu thành nên động bước 26 Hình 2.5 Động bước từ trở 27 Hình 2.6 Động bước nam châm vĩnh cửu 28 Hình 2.7 Động bước lai .29 Hình 2.8 Động bước lưỡng cực 29 Hình 2.9 a) Sơ đồ quấn dây đơn cực .31 b) Ký hiệu sơ đồ nguyên lý .31 Hình 2.10 Ký hiệu động bước đa sơ đồ nguyên lý 31 Hình 2.11 Cơ chế lái lưỡng cực điều khiển dòng điện hướng từ thông cuộn dây 33 Hình 2.12 Cơ chế lái đơn cực điều khiển dòng điện hướng từ thông cuộn dây 34 Hình 2.13 Động bước đơn cực lưỡng cực 35 Hình 2.14 Mạch nguyên lý điều khiển động bước từ trở biến thiên 37 Hình 2.15 Các mạch nguyên lý triệt EMF ngược 38 Hình 2.16 Mạch nguyên lý điều khiển động bước nam châm vĩnh cửu lai đơn cực 39 Hình 2.17 Mạch nguyên lý điều khiển động bước nam châm vĩnh cửu 40 lai đơn cực có triệt EMF ngược diode 40 Hình 2.18 Mạch nguyên lý điều khiển động bước nam châm vĩnh cửu 40 lai đơn cực có triệt EMF ngược tụ điện .40 Hình 2.19 Đường cong mô tả quan hệ mô men tốc độ cộng hưởng 41 Hình 2.20 Một số cách mắc công tắc 42 Hình 2.21 Sơ đồ ngõ vào chíp ULN2003 .43 Hình 2.22 Một mạch cầu H 44 Hình 2.23 Mạch cầu H chế độ thuận .44 Hình 2.24 Dòng điện chuyển chế độ thuận sang suy giảm nhanh 45 Hình 2.25: Một chế độ suy giảm chậm có ích 45 Hình 2.26 Mạch cầu có tích hợp mạch logic 46 Hình 2.27 Hai nửa cầu H 46 Hình 2.28 Sơ đồ chân chíp S244 47 Hình 2.29 Các ngõ vào chíp 293B/D .49 Hinh 2.30 Hình dạng LCD 51 Hình 2.31 Sơ đồ chân LCD 51 Hình 2.32 Cấu tạo ULN2003A 53 Hình 2.33 I2C 54 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý 55 Hình 3.2 Mạch điều khiển động bước corel 56 Hình 3.3 Hình ảnh thiết kế tổng thể 56 Hình 3.4 Lưu đồ thuật toán 57 Hình 3.5 Các khối mạch 58 Hình 3.6 Màn hình LCD 16x2 module I2C 58 Hình 3.7 Tổng thể sản phẩm 59 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CNTT&TT: Trường đại học công nghệ thông tin truyền thông RTOS: Hệ điều hành thời gian thực –RealTime Operating Systems PCI: Peripheral Component Interconnection - Kết nối thành phần ngoại vi HDH: hệ điều hành PWM: Pulse Width Modulation) SoC: System on Chip LỜI MỞ ĐẦU Với phát triển ngày mạnh mẽ rộng lớn khoa học kỹ thuật Các công nghệ thuộc lĩnh vực khác nhờ đời để đáp ứng nhu cầu xã hội Đặc biệt lĩnh vực điều khiển ngày phát triển mạnh mẽ với mức độ tự động hóa ngày cao Trong số phải nói đến vi điều khiển thiết bị có tính tự động hoá cao ứng dụng rộng rãi đời sống đại ngày nay, mức độ tự động hoá cao đòi hỏi thiết bị kèm phải có độ xác lớn Như biết động bước loại động không quay theo chế độ thông thường mà quay theo bước nên có độ xác cao mặt điều khiển học, động bước ứng dụng rộng rãi thực tế như: điều khiển băng chuyền, sử dụng máy in, robot, máy CNC Trên tinh thần học đôi với hành, gắn liền với lao động sản xuất đời sống, em sinh viên nghành kỹ thuật gần năm ngồi ghế nhà trường chúng em dần vào thực tế Để củng cố mở rộng kiến thức em học đánh giá kết học tập Được giúp đỡ thầy môn đặc biệt thầy Nguyễn Anh Tuấn, em xin nhận đề tài tốt nghiệp “Ứng dụng vi xử lý Galileo 2.0 đo hiển thị tốc độ động bước LCD” Mục tiêu đề tài em muốn tìm hiểu rõ cấu tạo hoạt động board Intel Galileo 2.0, nắm phương pháp điều khiển động bước Nội dung cụ thể đề tài sau: Chương 1: Giới thiệu board Intel Galileo 2.0 Chương 2: Phân tích toán Chương 3: Thiết kế thực thi Mặc dù cố gắng nhiều để hoàn thành đề tài này, xong giới hạn thời gian kiến thức nên nội dung nhiều thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến thầy cô để báo cáo hoàn thiện CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ INTEL GALILEO 2.0 1.1 Tổng quan Hình 1.1 Board Intel Galileo 2.0 Galileo bo mạch vi điều khiển dựa xử lí ứng dụng Intel Quark SoC X1000 - xử lí thuộc dòng Pentium 32bit system-on-chip (datasheet) (tích hợp tất thành phần hệ thống vào chip xử lí nhất) Galileo bo mạch tương thích với Arduino dựa Intel Architecture Cả phần cứng lẫn phần mềm Galileo tương thích với Arduino Shield vốn thiết kế cho Arduino UNO R3 với chuẩn chân cắm Arduino 1.0 pinout Galileo chạy shield Arduino mức điện áp 3.3V 5V điện áp hệ thống 3.3V Galileo có điều nhờ chuyển đổi điện áp tích hợp bo mạch Theo mặc định, Galileo chạy shield mức 5V chuyển xuống 3.3V cách thay đổi chân cắm (jumper) mạch Ngoài tương thích mặt phần mềm lẫn phần cứng với tảng Arduino, Galileo hỗ trợ chuẩn giao tiếp máy tính cá nhân Vì vậy, Galileo giao tiếp với nhiều thiết bị khác shield hệ sinh thái Arduino Mặc định, bo mạch Galileo hỗ trợ:  Cổng full sized mini-PCI Express  Cổng Ethernet 100Mb  Khe cắm thẻ nhớ Micro-SD  Cổng Serial RS-232  Cổng USB Host USB Client  8MB nhớ NOR Flash mặc định mạch Đây bo mạch họ hàng Arduino có khe cắm mini-PCI Express half-sized lẫn full-sized 1.2 Kết nối ngoại vi Hình 1.2 cổng kết nối ngoại vi  Ethernet: Giúp mạch Intel Galileo kết nối với modem/router để kết nối với Internet (tốc độ tối đa lên đến 10/100 Mb/s)  USB Client: Cổng cổng Micro USB (uUSB) ta lấy dây sạc điện thoại thông minh để sử dụng Cổng dùng để lập trình với chương trình Arduino từ máy tính Cổng cổng serial ảo Intel Galileo, thiết kế để lập trình với chương trình Arduino Khi người sử dụng cài hệ điều hành Linux khác (ví dụ debian) lúc lập trình thể, 2104 bao gồm ngõ vào Enable nhờ chíp 2104 cộng transitor đóng cắt thay L293 mà không cần thêm mạch logic Một số nhà sản xuất cho đới chíp cầu phức tạp bao gồm mạch hạn dòng Ta cần ý thị trường có số mạch cầu pha, dẫn động tốt cho động bước nam châm vĩnh cửu Tuy nhiên, Toshiba TA7288p, GL7438, TA8405 thiết kế tốt, hai số này, bỏ qua nửa cầu H điều khiển mooth động pha, 10 vòng/phút Những ưu điểm nhược điểm động bước Các ưu điểm: - Góc quay động tỉ lệ với xung vào - Động có mô men toàn phần dừng lại (nếu cuộn dây cấp lượng) - Định vị xác có khả lặp lại chuyển động động bước có độ xác 3%-5% bước sai số không tích lũy từ bước sang bước - Đáp ứng khởi động/dừng/đảo chiều tuyệt vời - Rất tin cậy chổi than tiếp xúc động - Đáp ứng động xung số đưa vào cung cấp điều khiển vòng hở, làm đơn giản điều khiển giảm giá thành - Có khả đạt quay đồng tốc độ thấp với tải ghép trực tiếp với trục động - Một phạm vi rộng tốc độ quay thực tốc độ tỉ lệ với tần số xung vào Các nhược điểm: - Sự cộng hưởng xảy không điều khiển hợp lí - Không dễ dàng hoạt động tốc độ cực cao 50 2.3.2 LCD 16x2 LCD làm việc chế độn bit nối với post vi điều khiển Hinh 2.30 Hình dạng LCD Đây loại gồm 16 ký tự x2 dòng ,mỗi ký tự tạo từ ma trận điểm sáng kích cỡ 5×7 5×10 Sơ đồ chân: Hình 2.31 Sơ đồ chân LCD Bảng 2.3 Thứ tự chân LCD công dụng chúng Chân Kí hiệu I/O Mô tả Vss - Đất VDD - Dương nguồn 5V VEE - Cấp nguồn điều khiển RS I R/W I R/W = Đọc liệu, RW=0 gi E I/O Cho phép D0 I/O Các bit liệu D1 I/O Các bit liệu 51 RS= chọn ghi lệnh; RS = chonh ghi liệu D2 I/O Các bit liệu 10 D3 I/O Các bit liệu 11 D4 I/O Các bit liệu 12 D5 I/O Các bit liệu 13 D6 I/O Các bit liệu 14 D7 I/O Các bit liệu Các chân 1,2,3 chân VSS , VDD, VEE VSS chân nối đất, VEE chân chọn độ tương phản chân dc chọn qua biến trở 5K đầu nối VCC , đầu nối mát Chân VDD nối dương nguồn RS chân chọn gi: có hai gi LCD, chân RS dùng để chọn gi sau: RS=0 gi mà lệnh chọn người dùng gửi lệnh chẳng hạn xóa hình, đưa trỏ đầu dòng Nếu RS = ghi liệu chọn cho phép người dùng gửi liệu cần hiển thị lên LCD Chân đọc ghi RW: Đầu vào đọc ghi cho phép người dùng ghi thông tnin lên LCD RW = đọc thông tin RW = Chân cho phép E (Enable) : Chân cho phép E sử dụng LCD để chốt liệu Khi liệu cấp đến chân liệu xung mức cao xuống thấp áp đến chân để LCD chốt liệu chân liệu Xung phải rộng tổi thiểu 450ns Chân Do-D7: Đây chân liệu bít, dùng đẻ gửi thông tin lên LCD đọc nội dung ghi LCD Để hiển thị chữ số, gửi mã ASCII chữ từ A đến Z, a đến f số từ đến đến chân RS = Cũng có mã lệnh mà gửi đến LCD để xóa hình đưa trỏ đầu dòng nhấp nháy trỏ * Bảng mã lệnh LCD 16×2 : 52 Bảng 2.4: Mã lệnh LCD 16×2 : Mã (Hex) Lệnh đến ghi LCD Xóa mà hình hiển thị Trở đầu dòng Giảm trỏ (Dịch trỏ sang trái) Tăn trỏ (Dịch trỏ sang phải) Dịch hiển thị dang phải Dich hiển thị sang trái Tắt trỏ, tắt hiển thị A Tắt hiển thị, bật trỏ C Bật hiển thị, tắt trỏ E Bật hiển thị, nhấp nháy trỏ F Tắt trỏ, nhấp nháy trỏ 10 Dịch vị trí trỏ sang trái 14 Dịc vị trí trỏ sang phải 18 Dịc toàn hiển thị sang trái 1C Dịch toàn hiển thị sang phải 80 Ép trỏ đầu dòng thứ C0 Ép trỏ đầu dòng thử hai 38 Hai dòng ma trận 2.3.3 ULN2003 Hình 2.32: Cấu tạo ULN2003A ULN2003A IC dùng để khuếch đại dòng, vi điều khiển không đủ 53 dòng để điều khiển cuộn dây động bước nên ta phải ghép thêm ICULN2003A để cấp đủ dòng cho cuộn dây stator động bước Chúng ta dùng IC khác để khuếch đại dòng ULN2008, thyrytor trường IRF540 để cấp đủ dòng cho stator dùng bóng bán dẫn làm điều khiển cần sử dụng diode để ngăn dòng cảm ứng ngược tạo tắt cuộn dây Vì lý mà ULN2003 ưa chuộng có sẵn diode bên để ngăn dòng cảm ứng ngược 2.3.4 Module Chuyển Đổi I2C cho LCD1602 Hình 2.33 I2C Module I2C - Giúp tiết kiệm Chân I/O cho VĐK - Kích thước: 41.5mm(L)x19mm(W)x15.3mm(H) - Trọng lượng: 5g - Điện áp hoạt động :2.5-6V - Giao tiếp I2C sử dụng dây tín hiệu: SDA SCL giúp tiết kiệm chân vi điều khiển - Jump Chốt: Cung cấp đèn cho LCD ngắt - Biến trở xoay chỉnh độ tương phản cho LCD - Tốc độ truyền liệu lên đến 400Kbps - Dữ liệu truyền nhận đảm bảo tính toàn vẹn sử dụng chế phản hồi (ACK) byte liệu - Có khả kết nối nhiều thiết bị với nhau: mạch có sẵn mối hàn A0, A1, A2 để thay đổi địa module - Địa mặc định: 0x27, mắc vào I2C bus tối đa module (3bit address set) 54 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THỰC THI 3.1 Sơ đồ nguyên lý Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý Nguyên lý hoạt động: Intel Galieo khởi tạo giá trị góc quay cho động bước, sau tính toán tốc độ quay dựa giá trị biến trở Khi biến trở giá trị “min” xung điện qua nên động không quay tốc độ hiển thị 0, thay đổi giá trị biến trở, có xung điện qua ULN2003 khiến cho động bước quay LCD hiển thị tốc độ tại, tốc độ quay động tính theo số vòng phút (v/p) động 28BYJ có tốc độ tối đa 12 v/p 3.2 Thiết kế phần mềm corel Corel phần mềm đồ họa dạng Vector, ứng dụng lĩnh vực thiết kế mẫu bao bì, thiết kế thiệp cưới, hoa văn in vải, hay ấn phẩm quảng cáo (Banner, Poster, Brochuce, Catalogue, ) 55 Dung lượng file không phụ thuộc vào kích thước thật ấn phẩm mà phụ thuộc vào số lượng độ phức tạp đối tượng có ấn phẩm Với khả tạo hiệu chỉnh đối tượng linh hoạt giúp công việc thiết kế ấn phẩm nhanh chóng đơn giản Các đối tượng tạo từ Corel sắc nét, không phụ thuộc vào kích thước chúng Corel cung cấp nhiều hiệu ứng mạnh đẹp cho phép việc thiết kế ấn phẩm trở nên đơn giản nâng cao xuất làm việc Vì chúng em chọn phần mềm để thiết kế Hình 3.2 Mạch điều khiển động bước corel Hình 3.3 Hình ảnh thiết kế tổng thể 56 3.3 Lưu đồ thuật toán Bắt đầu Khởi tạo hệ thống Tính toán góc quay (PWM) đọc giá trị biến trở Tính toán vận tốc Hiển thị vận tốc thay đổi Hình 3.4 Lưu đồ thuật toán 57 3.4 Lắp đặt phần cứng Hình 3.5 Các khối mạch Hình 3.6 Màn hình LCD 16x2 module I2C 58 Hình 3.7 Tổng thể sản phẩm 59 KẾT LUẬN Với đề tài ứng dụng giúp cho sinh viên bổ sung thêm kỹ lập trình làm mạch thực tế xử lý cố Đề tài em làm Ứng dụng vi xử lý Galileo 2.0 đo hiển thị tốc độ động bước Thông qua module em tiếp cận với thiết bị điện tử thực tế, có ích với việc công tác em sau Trong đồ án em thực công việc sau: - Giới thiệu board Intel Galileo 2.0 - Phân tích toán hướng giải - Thiết kế thi công mạch Hướng phát triển đề tài: - Thiết kế với nhiểu động bước - Thực yêu cầu phức tạp - Đưa đề tài vào ứng dụng thực tế Mặc dù có nhiều cố gắng kết đạt chưa thật tối ưu, mong góp ý, hướng dẫn thầy cô bạn 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dương Quốc Hưng – Kỹ thuật vi xử lý – Trường đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên, 2009 [2] Douglas W Jones,Đoàn Hiệp dịch, Điều khiển động bước –Trường đại học bách khoa HCM 2010 [3] Nguyễn Hoàng Sơn- Mạch nối động bước với vi điều khiển-Trường cao đẳng kỹ thuật Cao Thắng 2010 Các trang web: [1] arduino.vn [2] arduino.cc [3] Intel.com 61 PHỤ LỤC Code chương trình #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); byte stepper_digits[4][4] = { { 0,0,0,1}, // = { 0,0,1,0}, // = { 0,1,0,0}, // = { 1,0,0,0}}; int motorPin1 = 8; int motorPin2 = 9; int motorPin3 = 10; int motorPin4 = 11; int sensorPin =A0 ; void setup() { pinMode(8, OUTPUT); pinMode(9, OUTPUT); pinMode(10, OUTPUT); pinMode(11, OUTPUT); Serial.begin(9600); lcd.init(); lcd.backlight(); } void loop() { float bientro = analogRead(sensorPin); int vt = map(bientro,0,1023,2,14); 62 int a = map(vt,2,14,13,2); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Xin Chao !!!"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Van Toc:"); lcd.print(a-1); lcd.print("v/p"); //lcd.print(" "); for (int i=0; i 0; count) { byte pin = 8; for (byte pin1 = 0; pin1 < 4; pin1++) { digitalWrite(pin, stepper_digits[count-1][pin1]); pin++; delay(vt); }}} delay(20); lcd.clear(); } 63 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Thái Nguyên, ngày tháng năm 2016 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 64 ... nghiệp Ứng dụng vi xử lý Galileo 2.0 đo hiển thị tốc độ động bước LCD” Mục tiêu đề tài em muốn tìm hiểu rõ cấu tạo hoạt động board Intel Galileo 2.0, nắm phương pháp điều khiển động bước Nội... mẫu động bước thực tế 25 Hình 2.3 Cơ chế lái tờ giấy sử dụng động bước ứng dụng máy in.26 Hình 2.4 Các phận cấu thành nên động bước 26 Hình 2.5 Động bước từ trở 27 Hình 2.6 Động. .. đồ khối BIẾN TRỞ HIỂN THỊ LCD GALILEO 2.0 MODULE ULN2003 ĐỘNG CƠ BƯỚC NGUỒN 5V Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch 2.2.2 chức khối  Động cơ: Động điện sử dụng động bước lưỡng cực điện áp vào 12V  Khối nguồn;