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

• Nghiên cứu các loại mạch điều khiển tốc độ động cơ DC

3 Ngày giao đồ án môn học: ngày 6 tháng 3 năm 2017

4 Ngày hoàn thành đồ án môn học: ngày 3 tháng 5 năm 2017

T/p Hồ Chí Minh, ngày tháng 05 năm 2017

NGƯỜI HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

(Quy định về thang điểm và lấy điểm tròn theo quy định của trường)

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 5 năm 2017

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC NỘI DUNG

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay đất nước ta trong thời kì đổi mới, thời kì công nghiệp hoáhiện đại họá cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, ngành kỹ thuậtđiện tự động hóa cũng phát triển lên tầm cao mới Điều khiển tự động là mộttrong những ngành quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóađặc biệt là góp phần vào việc giải phóng sức lao động của con người và chínhxác hơn con người Điều khiển tự động có mặt từ trước công nguyên đó làchiếc đồng hồ có phao điều chỉnh Ktesibios của Hi Lạp Rồi sau này cũng cóthêm một số máy móc điều khiển tự động (như: hệ điều chỉnh nhiệt độ củaCornelis drebble, hệ điều chỉnh tốc độ được ứng dụng trong công nghiệp….).Trong chiến tranh thế giới thứ 2 người hỏi điều khiển tự động để ứng dụngvào mục đích quân sự (như: máy bay tự động lái, điều khiển vũ khí, điềukhiển ra đa ) Những năm 50 các phương pháp toán học bắt đầu ra đời đượcđưa nhanh vào ứng dụng thực tế Ở Mỹ người ta nghiên cứu dựa trên miền tần

số còn ở Liên Xô thì lại dựa trên miền thời gian Ngày nay để đáp ứng đượcnhu cầu của con người, giảm tải lao động tay chân, hệ thống “Đo tốc độ động

cơ và hiển thị LCD” ra đời giúp cho việc đo tốc độ động cơ trong công nghiệptrở nên dễ dàng và thuận tiện hơn rất nhiều, giảm thiểu các sai sót khi vậnhành hệ thống với các động cơ điện

PHẦN I TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN Chương 1: Giới thiệu chung về đồ án

Theo nghiên cứu của em hiện tại của em dự án này đã có nhiều ngườithực hiện nhưng sản phẩm này còn rất nhiều nhược điểm như: mạch phứctạp,hay bị nóng,tuổi thọ thấp…Dự án này là do chính em nghiên cứu và hoànthiện độc lập ngoài chức năng điều khiển tốc độ sau khi hoàn thiện đã khắcphục hoàn toàn những vấn đề tồn tại của sản phẩm đi trước như: giá thành rất

rẻ (hoàn thành khoản 200 ngàn đồng), mạch không bị nóng,các linh kiện đượcsắp xếp gọn gàng và dễ hiểu, mạch chạy ổn định cao…

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

2.1.IC 16F877A

- Pic 16F877A có tập lệnh gồm 35 lệnh, mỗi lệnh được thực hiện trongmột chu kỳ xung clock Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20mhz vớimỗi chu kỳ lệnh là 200ms , bộ nhớ chương trình 8K*14bit Số port I/O

là 5 với 33 pin I/O

 Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:

- timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit

timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số ,có thể thực hiện chức năng đếm dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep

timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler

- Hai bộ Capture /so sánh/ điều chế độ rộng xung

- Các chuẩn giao tiếp UART với 9 bit địa chỉ

Các đặc tính Analog: 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit, 2 bộ so sánhBên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển: như bộ nhớ flash có thể nạp xóa 100.000 nghìn lần, bộ nhớ eproom ghi xóa được 1.000.000 lần.Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP

Hình 2.1.IC16F877A

 Thông số kỹ thuật :

cho xung nhịp và cũng là một ngả vào của mạch tạo xung nhịp

ra của xung nhịp

chương trình về địa chỉ 0000h Lệnh tác dụng ở mức áp thấp

- RA0, RA1, RA2, RA3, là các chân xuất nhập của bến cảng Port A

lại là chân lấy xung cho thanh đếm của đồng hồ Timer 0 (ở chân này cócực Drain để hở)

- RB0/INT là chân đa nhiệm, vừa làm chân xuất nhập của Port B và lại làchân phát động theo ngắt ngoài Các chân của Port B có thể được lậptrình để có trở kháng lớn dùng để làm ngả vào, nhập trạng thái ngoàivào PIC

- RB1, RB2, RB3, là các chân xuất nhập của bến cảng Port B

- RB4, RB5, là các chân xuất nhập của Port B và phát động ngắt theo sựthay đổi trên các chân này

- RB6, là 1 chân xuất nhập của Port B và phát động ngắt theo sự thay đổitrên chân này Nó còn có thể lập trình để dùng chân này phát xung nhịpdùng cho công năng truyền dữ liệu nối tiếp.

- RB7, là 1 chân xuất nhập của Port B và phát động ngắt theo sự thay đổitrên chân này Nó còn có thể lập trình để dùng chân này trao đổi dữ liệudùng cho công năng truyền dữ liệu nối tiếp

- VSS là chân nối masse để lấy dòng (ở đây là dòng điện tử)

2.2.LCD 16X2

 Khái niệm :

- Màn hình tinh thể lỏng (Liquid Crystal Display, LCD) là loại thiết bịhiển thị cấu tạo bởi các tế bào (các điểm ảnh) chứa tinh thể lỏng cókhả năng thay đổi tính phân cực của ánh sáng và do đó thay đổi cường

độ ánh sáng truyền qua khi kết hợp với các kính lọc phân cực Chúng

có ưu điểm là phẳng, cho hình ảnh sáng, chân thật và tiết kiệmđiện.Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD được sử dụng trong rất nhiều cácứng dụng của VĐK LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiểnthị khác: Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và

kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thứcgiao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ

 Hình dạng và kích thức:

- Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau, trên hình là loại LCD thông dụng

Chân Kí hiệu Ý nghĩa

nối chân này với GND của mạch điều khiển

mạch ta nối chân này với VCC=5V của mạch điều khiển

chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic

Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” đểLCD ở chế độ đọc

6 E Chân cho phép (Enable) Sau khi các tín

hiệu được đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phépcủa chân E

Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp nhận) thanh ghi bên trong

nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E

Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất

ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên high transition) ở chân E và được LCD giữ

(low-to-ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp

 Một số chú ý :

- Trước khi tìm hiểu tập lệnh của LCD, sau đây là một vài chú ý khi giaotiếp với LCD :Tuy trong sơ đồ khối của LCD có nhiều khối khác nhau,nhưng khi lập trình điều khiển LCD ta chỉ có thể tác động trực tiếpđược vào 2 thanh ghi DR và IR thông qua các chân DBx, và ta phảithiết lập chân RS, R/W phù hợp để chuyển qua lại giữ 2 thanh ghi này

- Với mỗi lệnh, LCD cần một khoảng thời gian để hoàn tất, thời gian này

có thể khá lâu đối với tốc độ của MPU, nên ta cần kiểm tra cờ BF hoặcđợi (delay) cho LCD thực thi xong lệnh hiện hành mới có thể ra lệnhtiếp theo

- Địa chỉ của RAM (AC) sẽ tự động tăng (giảm) 1 đơn vị, mỗi khi có

đổi thông tin với MPU Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này :

+ Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên

cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7

+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên4

đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7

- Tập lệnh của LCD tương đối đơn giản Nhưng khi lập trình cho mạch

có LCD ta chỉ cần gọi các hàm có sẵn trong trình biên dịch mà khôngcần phải đánh các lệnh phức tạp

2.3 Motor

- Motor là một thiết bị tạo ra chuyển động, như mộtđộng cơ, nó thườngđược dùng để chỉ mộtđộng cơ điệnhoặc mộtđộng cơ đốt trong Nócũng có thể là:

- Động cơ điện, một loại máy chuyển từ điện năng thành một chuyểnđộng cơ học

- AC motor, một động cơ điện xoay chiều

- Động cơ đồng bộ, một động cơ xoay chiều phân biệt bởi một cánh quạtquay với cuộn dây nam châm qua với tỷ lệ giống như xen kẽ hiện tại vàkết quả từ lĩnh vực có ổ nó

không đồng bộ hiện luân phiên, nơi lực chính là cung cấp cho các thiết

bị quay bằng phương tiện cảm ứng điện từ

- DC Motor, một động cơ điện chạy trên điện hiện hành trực tiếp

thiết kế để chạy từ một nguồn năng lượng trực tiếp hiện hành

hành trực tiếp và có một hệ thống điều khiển điện tử đổi lẩn nhau, thay

vì một hệ thống cơ khí đổi lẩn nhau dựa trên bàn chải

- Động cơ điện, một loại động cơ điện dựa trên việc thu hút và repulsionphí điện Servo, một động cơ điện là điều hành một servo, thường được

sử dụng trong robotics Nội bộ quạt làm mát bằng động cơ điện, mộtđộng cơ điện có nghĩa là tự do quạt làm mát bằng một, thường được sửdụng cho động cơ với mật độ năng lượng cao

- Phân loại tụ điện:

- Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ mica (Tụ không phân cực )

Hình 2.5.Tụ không phân cực

- Các loại tụ này không phân biệt âm dương và thường có điện dung nhỏ

từ 0,47 µF trở xuống, các tụ này thường được sử dụng trong các mạch

Hình 2.6: Tụ hoá

- Tụ xoay là tụ có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung, tụ này thườngđược lắp trong radio để thay đổi tần số cộng hưởng khi ta dò đài

Hình 2.7.Tụ xoay sử dụng trong radio

 Công dụng của tụ điện:

- Dùng để tích điện, và xả điện, chỉ cho tín hiệu xoay chiều đi qua, ngăndòng một chiều

- Khả năng nạp, xả điện nhiều hay ít phụ thuộc vào điện dung C của tụ

Fara), µF (Micro Fara)

- Khi sử dụng tụ ta phải quan tâm đến 2 thông số:

- Điện dung: Cho biết khả năng chứa điện của tụ

- Điện áp: Cho biết khả năng chịu đựng của tụ

2.5 Encoder

 Khái niệm:

quay có thể là bánh xe, trục động cơ, hoặc bất kỳ thiết bị quay nào cầnxác định vị trí góc.Encoder được chia làm 2 loại, absolute encoder vàincremental encoder Tạm gọi là encoder tuyệt đối và encoder tươngđối Với encoder tuyệt đối thì với tín hiệu ta nhận được, sẽ chỉ rõ ràng

vị trí của encoder, chúng ta không cần xử lý gì thêm, cũng biết chínhxác vị trí của encoder.Còn incremental encoder, là loại encoder chỉ có

1, 2, hoặc tối đa là 3 vòng lỗ Ta có thể hình dung thế này, nếu bây giờcác bạn đục một lỗ trên một cái đĩa quay, thì cứ mỗi lần đĩa quay 1vòng, ta sẽ nhận được tín hiệu, và biết đĩa quay một vòng Nếu bây giờcác có nhiều lỗ hơn, ta sẽ có được thông tin chi tiết hơn, có nghĩa là đĩaquay 1/4 vòng, 1/8 vòng, hoặc 1/n vòng, tùy theo số lỗ nằm trênincremental encoder.Cứ mỗi lần đi qua một lỗ, chúng ta phải lập trình

để thiết bị đo đếm lên 1 Do vậy, encoder loại này có tên incremental

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.Khi trục quay, giả sử trên đĩa chỉ có một lỗduy nhất, cứ mỗi lần con mắt thu nhận được tín hiệu đèn led, thì cónghĩa là đĩa đã quay được một vòng

 Nguyên lý cơ bản của hoạt động encoder

Hình 2.9.Nguyên lý hoạt động của encoderVới việc sử dụng encoder để đo xung và tính toán tốc độ của động cơ, ta phải

có công thức để có thể tính toán ra được tốc độ của động cơ

- n là số xung xuất ra của 1 kênh trong 1s

- N là số xung của đĩa của động cơ encoder

- T là thời gian lấy mẫu

- Đèn led hiển thị dòng điện vào mạch

- Tín hiệu đầu motor: domino 2 chân

- Biến trở 5k điều khiển độ sáng của màn hình LCD

PHẦN II NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ Chương 3: Thiết kế mạch thực tế

RC7 RC0

RD7 RD0

RB2 RB4 RB6

RC1 RC3 RC5

RD1 RD3 RD5

RA1/AN1 3

RA2/AN2/VREF-/CVREF 4

RA4/T0CKI/C1OUT 6

RA5/AN4/SS/C2OUT 7

RE0/AN5/RD 8

RE1/AN6/WR 9

RE2/AN7/CS 10

OSC1/CLKIN 13

OSC2/CLKOUT 14

RC1/T1OSI/CCP2 16RC2/CCP1 17RC3/SCK/SCL 18

RD0/PSP0 19RD1/PSP1 20

RB7/PGD 40RB6/PGC 39RB5 38RB4 37RB3/PGM 36RB2 35RB1 34RB0/INT 33

RD7/PSP7 30RD6/PSP6 29RD5/PSP5 28RD4/PSP4 27RD3/PSP3 22RD2/PSP2 21

RC7/RX/DT 26RC6/TX/CK 25RC5/SDO 24RC4/SDI/SDA 23

RA3/AN3/VREF+

5

RC0/T1OSO/T1CKI 15

MCLR/Vpp/THV 1

Hình 3.2 Mạch layout

Hình 3.3 Mạch 3D

Hình 3.4.Mạch thực tế

3.3 Nguyên lý hoạt động

- Mạch sử dụng vi điều khiển PIC 16F877A để đếm các xung xuất ra từ chân của encoder bằng phương pháp ngắt ngoài và đếm số lần ngắt ngoài đo được trên chân B0 Sau đó vi điều khiển sẽ tính toán theo công thức đã cho sẵn và sẽ hiển thị ra LCD tốc độ vòng/phút và phần trăm của động cơ

- Phần mềm thiết kế mạch in:Proteus

- Phần mềm lập trình: CCS

3.4 Lưu đồ thuật toan và code nạp cho vi điều khiển

Hình 3.5.Lưu đồ

 Chương trình:

#include <main.h>

unsigned int16 Counter=0;

unsigned int16 SoXungDangDem=0;

unsigned int16 SoXungDoDuoc=0;

PHẦN III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

- Mạch đơn giản dễ sử dụng đối với mọi người

- Mạch hoạt động tốt, cảm biến khá nhạy

- Sẽ rất hữu ích nếu sản phẩm được đến tay người tiêu dùng

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 1 - NXB ĐH Quốc Gia Tphcm-TG:Lê Tiến Thường 5.Sách mạch điện 1 - NXB ĐH Quốc Gia Tphcm-TG:Phạm Thị Cư –Lê MinhCương –Trương Trọng Tuấn Mỹ