Điều khiển tốc độ động cơ dc dùng encoder hiển thị lên lcd

điện tử viễn thông Điều khiển tốc độ động cơ dc dùng encoder hiển thị lên lcdĐiều khiển tốc độ động cơ dc dùng pic.....................................................................................................................................................................................................................................................................

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM Khoa Điện tử - Viễn thông _ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Giáo viên hướng dẫn: Th.S Võ Phi Sơn Sinh viên thực hiện: NGÔ ĐÌNH HÀO Mã số SV: 1453020059 Lớp: DV2-K8 Thành phố Hồ Chí Minh – 5/2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên sinh viên: Ngô Đình Hào MSSV: 1453020059 Lớp: DV2-K8 Tên đồ án môn học: Mạch hiển thị tốc độ động DC hiển thị LCD Nhiệm vụ: • • • Học tìm hiểu vẽ mạch ORCAD, PROTEUS Nghiên cứu loại mạch điều khiển tốc độ động DC Tìm hiểu IC 16F877A Ngày giao đồ án môn học: ngày tháng năm 2017 Ngày hoàn thành đồ án môn học: ngày tháng năm 2017 Họ tên người hướng dẫn: ThS Võ Phi Sơn T/p Hồ Chí Minh, ngày tháng 05 năm 2017 NGƯỜI HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… …… Phần đánh giá: • Ý thức thực hiện: • Nội dụng thực hiện: • Hình thức trình bày: • Tổng hợp kết quả: Điểm số: Điểm chữ: (Quy định thang điểm lấy điểm tròn theo quy định trường) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 NGƯỜI HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC NỘI DUNG MỤC LỤC HÌNH ẢNH LỜI NÓI ĐẦU Hiện đất nước ta thời kì đổi mới, thời kì công nghiệp hoá đại họá với phát triển công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điện tự động hóa phát triển lên tầm cao Điều khiển tự động ngành quan trọng trình công nghiệp hóa, đại hóa đặc biệt góp phần vào việc giải phóng sức lao động người xác người Điều khiển tự động có mặt từ trước công nguyên đồng hồ có phao điều chỉnh Ktesibios Hi Lạp Rồi sau có thêm số máy móc điều khiển tự động (như: hệ điều chỉnh nhiệt độ Cornelis drebble, hệ điều chỉnh tốc độ ứng dụng công nghiệp….) Trong chiến tranh giới thứ người hỏi điều khiển tự động để ứng dụng vào mục đích quân (như: máy bay tự động lái, điều khiển vũ khí, điều khiển đa ) Những năm 50 phương pháp toán học bắt đầu đời đưa nhanh vào ứng dụng thực tế Ở Mỹ người ta nghiên cứu dựa miền tần số Liên Xô lại dựa miền thời gian Ngày để đáp ứng nhu cầu người, giảm tải lao động tay chân, hệ thống “Đo tốc độ động hiển thị LCD” đời giúp cho việc đo tốc độ động công nghiệp trở nên dễ dàng thuận tiện nhiều, giảm thiểu sai sót vận hành hệ thống với động điện Xin chân thành cám ơn! Người thực Ngô Đình Hào PHẦN I TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN Chương 1: Giới thiệu chung đồ án Theo nghiên cứu em em dự án có nhiều người thực sản phẩm nhiều nhược điểm như: mạch phức tạp,hay bị nóng,tuổi thọ thấp…Dự án em nghiên cứu hoàn thiện độc lập chức điều khiển tốc độ sau hoàn thiện khắc phục hoàn toàn vấn đề tồn sản phẩm trước như: giá thành rẻ (hoàn thành khoản 200 ngàn đồng), mạch không bị nóng,các linh kiện xếp gọn gàng dễ hiểu, mạch chạy ổn định cao… Chương 2: Cơ sở lý thuyết 2.1.IC 16F877A  Khái niệm: - Pic 16F877A có tập lệnh gồm 35 lệnh, lệnh thực chu kỳ xung clock Tốc độ hoạt động tối đa cho phép 20mhz với chu kỳ lệnh 200ms , nhớ chương trình 8K*14bit Số port I/O với 33 pin I/O  Các đặc tính ngoại vi bao gồm khối chức sau: - timer0: đếm bit với chia tần số bit timer1: đếm 16 bit với chia tần số ,có thể thực chức đếm dựa vào xung clock ngoại vi vi điều vi điều khiển hoạt động chế độ sleep - timer2: đếm bit với chia tần số, postcaler Hai Capture /so sánh/ điều chế độ rộng xung Các chuẩn giao tiếp UART với bit địa Các đặc tính Analog: kênh chuyển đổi ADC 10 bit, so sánh Bên cạnh vài đặc tính khác vi điều khiển: nhớ flash nạp xóa 100.000 nghìn lần, nhớ eproom ghi xóa 1.000.000 lần.Nạp chương trình mạch điện ICSP Hình 2.1.IC16F877A  Thông số kỹ thuật : - OSC1/CLKIN chân ngả vào mạch dao động thạch anh Định tần - cho xung nhịp ngả vào mạch tạo xung nhịp OSC2/CLKOUT chân ngả mạch dao động thạch anh ngả - xung nhịp MCLR (Master Clear) chân Reset, tác dụng lệnh Reset trả - chương trình địa 0000h Lệnh tác dụng mức áp thấp RA0, RA1, RA2, RA3, chân xuất nhập bến cảng Port A RA4/TOCKI chân đa nhiệm, vừa làm chân xuất nhập Port A lại chân lấy xung cho đếm đồng hồ Timer (ở chân có - cực Drain để hở) RB0/INT chân đa nhiệm, vừa làm chân xuất nhập Port B lại chân phát động theo ngắt Các chân Port B lập trình để có trở kháng lớn dùng để làm ngả vào, nhập trạng thái - vào PIC RB1, RB2, RB3, chân xuất nhập bến cảng Port B RB4, RB5, chân xuất nhập Port B phát động ngắt theo thay đổi chân - RB6, chân xuất nhập Port B phát động ngắt theo thay đổi chân Nó lập trình để dùng chân phát xung nhịp - dùng cho công truyền liệu nối tiếp RB7, chân xuất nhập Port B phát động ngắt theo thay đổi chân Nó lập trình để dùng chân trao đổi liệu - dùng cho công truyền liệu nối tiếp VSS chân nối masse để lấy dòng (ở dòng điện tử) VDD chân nối vào đường nguồn dương (từ 2V đến 5.5V) 2.2.LCD 16X2  Khái niệm : - Màn hình tinh thể lỏng (Liquid Crystal Display, LCD) loại thiết bị hiển thị cấu tạo tế bào (các điểm ảnh) chứa tinh thể lỏng có khả thay đổi tính phân cực ánh sáng thay đổi cường độ ánh sáng truyền qua kết hợp với kính lọc phân cực Chúng có ưu điểm phẳng, cho hình ảnh sáng, chân thật tiết kiệm điện.Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD sử dụng nhiều ứng dụng VĐK LCD có nhiều ưu điểm so với dạng hiển thị khác: Nó có khả hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn tài nguyên hệ thống giá thành rẻ  Hình dạng kích thức: - Có nhiều loại LCD với nhiều hình dáng kích thước khác nhau, hình loại LCD thông dụng 10 - Tập lệnh LCD tương đối đơn giản Nhưng lập trình cho mạch có LCD ta cần gọi hàm có sẵn trình biên dịch mà không cần phải đánh lệnh phức tạp 2.3 Motor  Khái niệm: - Motor thiết bị tạo chuyển động, động cơ, thường dùng để động điện động đốt Nó - là: Động điện, loại máy chuyển từ điện thành chuyển - động học AC motor, động điện xoay chiều Động đồng bộ, động xoay chiều phân biệt cánh quạt quay với cuộn dây nam châm qua với tỷ lệ giống xen kẽ - kết từ lĩnh vực có ổ Cảm ứng vận động, gọi động lồng sóc, loại động không đồng luân phiên, nơi lực cung cấp cho thiết - bị quay phương tiện cảm ứng điện từ DC Motor, động điện chạy điện hành trực tiếp Brushed DC động điện, nội commutated động điện - thiết kế để chạy từ nguồn lượng trực tiếp hành DC motor, đồng động điện cung cấp điện hành trực tiếp có hệ thống điều khiển điện tử đổi lẩn nhau, thay - hệ thống khí đổi lẩn dựa bàn chải Động điện, loại động điện dựa việc thu hút repulsion phí điện Servo, động điện điều hành servo, thường sử dụng robotics Nội quạt làm mát động điện, động điện có nghĩa tự quạt làm mát một, thường sử dụng cho động với mật độ lượng cao 15 Hình 2.4.Motor 2.4 Tụ điện  - Khái niệm: Tụ điện có khả tích trữ lượng dạng điện trường Ký hiệu là: C Đơn vị: Farad (F) Phân loại tụ điện: Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ mica (Tụ không phân cực ) Hình 2.5.Tụ không phân cực - Các loại tụ không phân biệt âm dương thường có điện dung nhỏ từ 0,47 µF trở xuống, tụ thường sử dụng mạch - điện có tần số cao mạch lọc nhiễu Tụ hoá (Tụ có phân cực):Tụ hoá tụ có phân cực âm dương , tụ hoá có trị số lớn giá trị từ 0,47µF đến khoảng 4.700 µF , tụ hoá thường sử dụng mạch có tần số thấp dùng để lọc nguồn, tụ hoá luôn có hình trụ… 16 Hình 2.6: Tụ hoá - Tụ xoay tụ xoay để thay đổi giá trị điện dung, tụ thường lắp radio để thay đổi tần số cộng hưởng ta dò đài Hình 2.7.Tụ xoay sử dụng radio  Công dụng tụ điện: - Dùng để tích điện, xả điện, cho tín hiệu xoay chiều qua, ngăn - dòng chiều Khả nạp, xả điện nhiều hay phụ thuộc vào điện dung C tụ Đơn vị đo điện dung mạch điện tử gồm: pF (Pico Fara), nF (nano - Fara), µF (Micro Fara) Khi sử dụng tụ ta phải quan tâm đến thông số: Điện dung: Cho biết khả chứa điện tụ Điện áp: Cho biết khả chịu đựng tụ Encoder  Khái niệm: - Encoder mục đích dùng để quản lý vị trí góc đĩa quay, đĩa 2.5 quay bánh xe, trục động cơ, thiết bị quay cần xác định vị trí góc.Encoder chia làm loại, absolute encoder incremental encoder Tạm gọi encoder tuyệt đối encoder tương đối Với encoder tuyệt đối với tín hiệu ta nhận được, rõ ràng vị trí encoder, không cần xử lý thêm, biết xác vị trí encoder.Còn incremental encoder, loại encoder có 17 1, 2, tối đa vòng lỗ Ta hình dung này, bạn đục lỗ đĩa quay, lần đĩa quay vòng, ta nhận tín hiệu, biết đĩa quay vòng Nếu có nhiều lỗ hơn, ta có thông tin chi tiết hơn, có nghĩa đĩa quay 1/4 vòng, 1/8 vòng, 1/n vòng, tùy theo số lỗ nằm incremental encoder.Cứ lần qua lỗ, phải lập trình để thiết bị đo đếm lên Do vậy, encoder loại có tên incremental encoder (encoder tăng lên1 đơnvị) Hình 2.8.Encoder  Nguyên lý encoder, đĩa tròn xoay, quay quanh trục Trên đĩa có lỗ (rãnh) Người ta dùng đèn led để chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay, chỗ lỗ (rãnh), đèn led không chiếu 18 xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led chiếu xuyên qua Khi đó, phía mặt bên đĩa, người ta đặt mắt thu Với tín hiệu có, ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận đèn led có chiếu qua lỗ hay không.Khi trục quay, giả sử đĩa có lỗ nhất, lần mắt thu nhận tín hiệu đèn led, có nghĩa đĩa quay vòng  Nguyên lý hoạt động encoder Hình 2.9.Nguyên lý hoạt động encoder Với việc sử dụng encoder để đo xung tính toán tốc độ động cơ, ta phải có công thức để tính toán tốc độ động 60.n N T - V= V vận tốc động (vòng/phút) n số xung xuất kênh 1s N số xung đĩa động encoder T thời gian lấy mẫu 2.6 Các thành phần khác  Ngoài phần linh kiện ta ý đến linh kiện khác như: - Nguồn cấp: chọn adapter 5V, mức nguồn hỗ trợ tốt cho IC16F877A - Đèn led hiển thị dòng điện vào mạch - Thạch anh 20MHz chống nhiễu tín hiệu - Tín hiệu đầu motor: domino chân - Biến trở 5k điều khiển độ sáng hình LCD 19 20 PHẦN II NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ Chương 3: Thiết kế mạch thực tế 3.1 Sơ đồ khối Khối nguồn sử dụng cục sạc 5V Khối điều khiển gồm IC 16F877A nhận tín hiệu từ encoder động bước truyền đến LCD hiển thị tốc độ vòng quay động 3.2 Mạch proteus C1 KENH_A OSC1 B 22P X1 C2 C 20MHz D OSC2 LCD1 22P 16X2-LCD RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 R1 A 220R D1 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 10 RD4 11 RD5 12 RD6 13 RD7 14 10k RS RW E 19 20 21 22 27 28 29 30 RD0 RD1 RD2 RD3 RD4 RD5 RD6 RD7 VEE RD1 RD25 RD36 RC0 RC1 RC2 RC3 RC4 RC5 RC6 RC7 RV1 VSS VDD VEE 15 16 17 18 23 24 25 26 RB2 RB3 RB4 RB5 RB6 RB7 J1 KENH_A J2 SIL-100-03 SIL-100-02 PIC16F877A K LED-BLUE KENH_A 5V VEE3 RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF-/CVREF RA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI/C1OUT RA5/AN4/SS/C2OUT RC0/T1OSO/T1CKI RE0/AN5/RD RC1/T1OSI/CCP2 RE1/AN6/WR RC2/CCP1 RE2/AN7/CS RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA MCLR/Vpp/THV RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT 33 34 35 36 37 38 39 40 0V RE0 RE1 RE2 10 RB0/INT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD 50% OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT 0V RA0 RA1 RA2 RA3 RA4 RA5 13 14 5V U1 OSC1 OSC2 A Hình 3.1.Sơ đồ nguyên lí hệ thống điều khiển tốc độ động DC 21 Hình 3.2 Mạch layout 22 Hình 3.3 Mạch 3D 23 Hình 3.4.Mạch thực tế 3.3 Nguyên lý hoạt động - Mạch sử dụng vi điều khiển PIC 16F877A để đếm xung xuất từ chân encoder phương pháp ngắt đếm số lần ngắt đo chân B0 Sau vi điều khiển tính toán theo công thức cho sẵn hiển thị LCD tốc độ vòng/phút phần - trăm động Phần mềm thiết kế mạch in:Proteus Phần mềm mô phỏng: Proteus 8.0 Phần mềm lập trình: CCS 24 3.4 Lưu đồ thuật toan code nạp cho vi điều khiển  Lưu đồ: Hình 3.5.Lưu đồ  Chương trình: 25 #include unsigned int16 Counter=0; unsigned int16 SoXungDangDem=0; unsigned int16 SoXungDoDuoc=0; void _KhoiTaoTIMER1(void); void _KhoiTaoNgatNgoai(void); #INT_TIMER1 void _NgatTIMER1(void) { disable_interrupts(INT_EXT); setup_timer_1(T1_DISABLED); SoXungDoDuoc=SoXungDangDem; SoXungDangDem=0; set_timer1(49911); setup_timer_1(T1_INTERNAL|T1_DIV_BY_8); enable_interrupts(INT_EXT); Counter++; } #INT_EXT void _NgatNgoai(void) { SoXungDangDem=SoXungDangDem+1; } void main() { lcd_init(); lcd_putc('\f'); _KhoiTaoTIMER1(); _KhoiTaoNgatNgoai(); 26 enable_interrupts(GLOBAL); while(TRUE) { if(Counter>=10) { Counter=0; TocDo=((1000f/25f)*(float)SoXungDoDuoc*60f)/160f; lcd_gotoxy(1,1); printf(lcd_putc,"PHAN TRAM DC:%02ld",SoXungDoDuoc); lcd_putc("%"); lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc,"TOC DO DC:%.0lf",TocDo); lcd_putc("V/P"); } } } void _KhoiTaoTIMER1(void) { setup_timer_1(T1_INTERNAL|T1_DIV_BY_8); set_timer1(49911); enable_interrupts(INT_TIMER1); } void _KhoiTaoNgatNgoai(void) { enable_interrupts(INT_EXT); enable_interrupts(INT_EXT_H2L); clear_interrupt(INT_EXT); } 27 PHẦN III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ    - Ưu điểm: Mạch đơn giản dễ sử dụng người Mạch hoạt động tốt, cảm biến nhạy Sẽ hữu ích sản phẩm đến tay người tiêu dùng Nhược điểm: Mạch có nhiều dây nối nên gây khón khăn cho người sử dụng Kiến nghị: Dự kiến phát triển thêm phần mềm để mạch chạy ổn định cao TÀI LIỆU THAM KHẢO http://www.alldatasheet.com 28 2.Sách linh kiện điện tử -NXB Giáo dục –Nguyễn Viết Nguyên 3.Sách kỹ thuật điện –NXB ĐH Quốc Gia Tphcm-TG:Nguyễn Kim Bính 4.Sách mach điện tử - NXB ĐH Quốc Gia Tphcm-TG:Lê Tiến Thường 5.Sách mạch điện - NXB ĐH Quốc Gia Tphcm-TG:Phạm Thị Cư –Lê Minh Cương –Trương Trọng Tuấn Mỹ 29