THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN DÙNG vđk ATMEGA16 điều KHIỂN HOẠT ĐỘNG CHO

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HUẾ KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG VĐK ATMEGA16 ĐIỀU KHIỂN HOẠT ĐỘNG CHO MỘT MÁY DẬP KHUÔN LÊ HỮU MINH Khóa học: 2014 - 2017 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HUẾ KHOA ĐIỆN - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG VĐK ATMEGA16 ĐIỀU KHIỂN HOẠT ĐỘNG CHO MỘT MÁY DẬP KHUÔN Sinh viên thực hiện: Giáo viên hướng dẫn: Lê Hữu Minh ThS Tôn Thất Đồng Lớp: 14CDDC11 Niên khoá: 2014 - 2017 TRƯỜNG CĐ CÔNG NGHIỆP HUẾ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC TỔ BỘ MÔN TRANG BỊ ĐIỆN ********* NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : Lê Hữu Minh Lớp : 14CDDC13 Ngành : Công nghệ kỹ thuật điện-điện tử I Tên khóa luận: Thiết kế hệ thống điều khiển dùng VĐK Atmega16 điều khiển khâu chuyền băng tải vận chuyển sản phẩm II Yêu cầu: - Sản phẩm từ băng tải chạy đến tác động vào S1; lúc piston A tiến: nâng sản phẩm lên - Khi piston A nâng hết chạm vào hành trinh cuối;lúc piston B đẩy ra, đưa sản phẩm sang băng chuyền nằm phía - Khi piston B chạm vào hành trình cuối,thì piston B lùi - Khi piston B đến chạm hành trình đầu tiếp tục piston A hạ lại vị trí ban đầu.Kết thúc chu trình chuyển băng vận chuyển sản phẩm III Nội dung: CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VĐK ATMEGA 16 1.1 Cấu trúc tổng quát VĐK Atmega 1.2 Cấu tạo phần cứng 1.3 Cấu trúc chương trình Atmega 1.4 Compile upload chương trình lên bo 1.5 Tập lệnh Atmega CHƯƠNG 2: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 2.1 Phân tích xây dựng sơ đồ công nghệ 2.2 Xây dựng sơ đồ bước dịch chuyển 2.3 Xây dựng sơ đồ mạch khí nén động lực 2.4 Xây dựng sơ đồ thuật toán 2.5 Xây dựng sơ đồ mạch nguồn 2.6 Xây dựng sơ đồ mạch nguyên lý 2.7 Chương trình điều khiển CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Linh kiện 3.2 Thiết kế mạch in CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ KẾT LUẬN III Báo cáo: Thực khổ giấy A4 với định dạng theo quy định nhà trường IV Cán hướng dẫn: Đào Hữu Lũy Ngày giao nhiệm vụ: 25/9/2016 VI Ngày hoàn thành: 20/2/2017 TỔ TRƯỞNG TBM TRANG BỊ ĐIỆN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Đào Hữu Lũy LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án này, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy cô bạn bè, tận tình giúp đở em suốt trình làm đồ án Em chân thần cảm ơn đến thầy Đào hữu lũy,giảng viên ,bộ môn trang bị điện tận tình truyền đạt kiến thức tháng qua Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường nói chung.Các thầy cô Khoa Điện nói riêng dạy dỗ cho em tận tình truyền đạt kiến thức năm học tập vừa qua có thiếu sót Em mong nhận bảo,đóng góp ý kiến thầy cô bạn bè để em có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức mình,phục vụ tốt cho công việc thực tế sau Cuối em kính chúc quý Thầy Cô bạn bè dồi sức khỏe thành công nghiệp Em xin chân thành cảm ơn Huế, ngày……tháng …năm 2017 Sinh viên thực MỤC LỤC MỞ ĐẦU ỹ thuật vi điều khiển phát triển mạnh mẽ, ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực từ đời sống sinh hoạt hàng ngày(khóa số, tủ lạnh, ti vi, ) lĩnh vực công nghiệp quân Do có nhiều ưu điểm nhỏ gọn, khả lập trình để điều khiển theo ý muốn, giá thành thấp, có khả xử lí nhiều công việc… lên vi điều khiển trở thành linh kiện thiếu thiết bị phục vụ người AVR nhiều dòng vi điều khiển 8bit Nó ứng dụng rộng rãi lĩnh vực điều khiển ứng dụng, lĩnh vực điều khiển đo lường, lĩnh vực điều khiển tự động, lĩnh vực điều khiển quảng cáo v.v … Với kiến thức có dòng vi điều khiển AVR em chọn đề tài tốt nghiêp: ” Thiết kế hệ thống điều khiển dùng VĐK Atmega16 điều khiển hoạt động cho máy dập khuôn” Mục tiêu đề tài kết hợp vi ều khiển AVR Atmega16 vào công nghiệp để điều khiển máy dập khuôn Page | CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VĐK ATMEGA 16 1.1 Cấu trúc tổng quát VĐK Atmega16: + Giới thiệu VĐK AVR: - Vi điều khiển AVR hãng Atmel (Hoa Kì) sản xuất gới thiệu lần đầu năm 1996 AVR có nhiều dòng khác bao gồm dòng Tiny AVR (như AT tiny 13, AT tiny 22…) có kích thước nhớ nhỏ, phận ngoại vi, đến dòng AVR (chẳn hạn AT90S8535, AT90S8515,…) có kích thước nhớ vào loại trung bình mạnh dòng Mega (như ATmega32, ATmega128,…) với nhớ có kích thước vài Kbyte đến vài trăm Kbyte với ngoại vi đa dạng tích hợp chip, có dòng tích hợp LCD chip (dòng LCD AVR) Tốc độ dòng ATmega cao so với dòng khác - Sự khác dòng cấu trúc ngoại vi, nhân (hình 1.1) Đặt biệt, năm 2008, Atmel lại tiếp tục cho đời dòng AVR Amega AVR, với tính mạnh mẽ chưa có dòng AVR trước Có thể nói AVR dòng MCU bit mạnh mẽ + Cấu trúc tổng quát VĐK Atmega16: - Hiệu xuất cao ( high performance ), loại vi điều khiển AVR bit công suất - thấp Cấu trúc lệnh đơn giản, thời gian thực thi lệnh ( thật Advanced RISC Architecture ) • 32 x ghi công dụng chung ( 32 ghi công dụng chung bit ) Đầy đủ sử lí tĩnh Hỗ trợ 16 MIPS hoạt động tần số 16 MHz Tích hợp nhân thực chu kì chip Bộ nhớ chương trình liệu không bay ( nonvolatile ) • 16k byte hệ thống flash khả trình nạp xóa 1,000 lần o Tùy • • • - chọn khởi động phần mã với bit nhìn độc lập hệ thống cách vào chương trình khởi động chip 512 byte EEPROM ghi xóa 100,000 lần 1k byte ram nhớ tĩnh ( internal SRAM ) Lập trình khóa cho phần mềm bảo mập Tính ngoại vi • • • - Page | • định thời/bộ đếm ( timers/counters ) bit với chế độ đếm riêng rẽ kiểu so sánh • định thời/bộ đếm ( timer/counter ) 16 bit với chế độ đếm riêng rẽ, • • • • • kiểu so sánh kiểu bắt kiện Bộ đếm thời gian thực với máy giao động riêng rẽ kênh băm xung PWM kênh ADC 10 bit Byte định hướng đường giao tiếp nối tiếp Giao tiếp USART nối tiếp khả trình ○ Giao tiếp SPI nối tiếp chủ/tớ ( master/slave ) • ○ Bộ định thời khả trình giám sát xung nhịp chip cách riêng rẽ ○ Tích - hợp so sánh tín hiệu tương tự Giao tiếp JTAG Các tính đặt biệt vi điều khiển • Chế độ bật nguồn reset phát Brown-out khả trình • Tích hợp mạch dao động RC bên • Các ngắt • chế độ nghỉ : rảnh rỗi,giảm nhiễu ADC, Tiết kiệm lượng, nguồn thấp, Standby Extended Standby - Vào/ra gói liệu • 32 chân vào khả trình • 40-pin PDIP and 44-lead TQFP - Điện áp sử dụng • 2.7 – 5.5V dùng với atmega16L • 4.5 – 5.5V dùng với atmega16 - Tốc độ xung nhịp dùng cho chip • – MHz cho atmega16L • – 16 MHz cho atmega16 1.2 Cấu tạo phần cứng Atemega16 + Cấu trúc nhân AVR CPU AVR có chức bảo đảm hoạt động xác chương trình Do phải có khả truy cập nhớ, thực trình tính toán, điều khiển thiết bị ngoại vi quản lý ngắt + Cấu trúc tổng quát AVR sử dụng cấu trúc Harvard, tách riêng nhớ bus cho chương trình liệu Các lệnh thực chu kỳ xung clock Bộ nhớ chương trình lưu nhớ Flash Page | +ALU ALU làm việc trực tiếp với ghi chức chung Các phép toán thực chu kỳ xung clock Hoạt động ALU chia làm loại: đại số, logic theo bit + Thanh ghi trạng thái Đây ghi trạng thái có bit lưu trữ trạng thái ALU sau phép tính số học logic Page | 10 Thanh trạng thái chứa thời gian mô phỏng, rootsheet thứ Vùng vẽ mạch tự dây theo lưới điểm bị giới hạn hình chữ nhật với đường viền màu xanh 2.5.3 Tóm tắt nút lệnh ISIS ISIS cung cấp cho ta nhiều nút lệnh với chức hữu ích vẽ mạch như: Page | 31 Để thay đổi tỷ lệ ô lưới trang thiết kế Vào menu View/lựa chọn Snap 10th, 50th, 100th, 500th Vd: snap 10th khoang cách lưới kế 10 th Để thay đổi khổ giấy ta vào menu System -> chọn Set Sheet Sizes Đây cửa sổ điều chỉnh thông số chạy mô Page | 32 Để vẽ bus đường truyền: 1/chọn biểu tượng bus 2/click trái;tại nơi xuất phát 3/rê chuột thành đường bus 4/click trái :kết thúc nơi đến Đặt tên dây: Giúp rút gọn cách ddy phức tạp ,và giúp người xem mạch ,dễ hiểu sơ đồ nguyên lý mạch Một file Proteus tạo nhiều rootsheet _trang vẽ Để chuyển sang rootsheet trước: Click trái Design /Next Sheet Để chuyển sang rootsheet sau: click trái Design /Previous Sheet 2.5.4 Sử dụng phần mềm Proteus a Cách lấy linh kiện Click trái vào chữ P (Pick Devices) để lấy linh kiện cần thiết.Màn hình Pick Device xuất Muốn lấy linh kiện ta nhập tên linh kiện vô ô keywords Hình linh kiện xuất mục Schematic Preview Để dùng linh kiện: Click trái vào tên linh kiện,tên linh kiên phần device Để đặt linh kiện lên vẽ ta chọn tên linh kiện nhấp trái chuột vào khoảng trống mạch, làm hết linh kiện Để xoá linh kiện ta nhấp phải chuột vào Page | 33 linh kiện sau nhấp phải lần Để xoay linh kiện ta nhấp phải vào linh kiện nhấp vào biểu tượng b Cách nối dây Cách nối dây linh kiện: rê chuột đến chân linh kiện thấy xuất dấu x nhấp vào sau kéo đến chân linh kiện nhấp chuột 2.5.5.Sơ đồ mạch nguồn U1 7805 J1 TBLOCK-I2 C1 C3 1000uF 104 VI VO J2 2 GND C2 C4 1000uF 104 TBLOCK-I2 2.6 Xây dựng sơ đồ mạch nguyên lý C1 R15 J1 10k RL5 100nF R14 10k R10 10k R9 R6 10k 10k R4 10k R1 A 220 13 12 S1 S2 S3 S4 S5 40 39 38 37 36 35 34 33 RESET XTAL1 XTAL2 PA0/ADC0 PA1/ADC1 PA2/ADC2 PA3/ADC3 PA4/ADC4 PA5/ADC5 PA6/ADC6 PA7/ADC7 PB0/T0/XCK PB1/T1 PB2/AIN0/INT2 PB3/AIN1/OC0 PB4/SS PB5/MOSI PB6/MISO PB7/SCK PC0/SCL PC1/SDA PC2/TCK PC3/TMS PC4/TDO PC5/TDI PC6/TOSC1 PC7/TOSC2 PD0/RXD PD1/TXD PD2/INT0 PD3/INT1 PD4/OC1B PD5/OC1A PD6/ICP1 PD7/OC2 Q1 NPN 1k 14 15 16 17 18 19 20 21 J2 RL3 A 5V D6 D5 R7 220 AREF AVCC SIL-100-03 K R3 22 23 24 25 26 27 28 29 DIODE LED-RED 10k U1 5V D2 D1 R2 SIL-100-03 DIODE K LED-RED 32 30 Q2 R5 ATMEGA16 NPN 1k STOP J3 RL2 220 D4 D3 R8 A 5V DIODE SIL-100-03 K LED-RED Q3 R11 NPN 1k J4 RL1 220 R13 D8 D7 R12 A DIODE 5V SIL-100-03 K LED-RED Q4 NPN 1k Page | 34 2.7 Chương trình điều khiển #include #include #define nut0 PINC.0 #define nut1 PINC.1 #define nut2 PINC.2 #define nut3 PINC.3 #define nut4 PINC.4 #define led0 PORTA.0 #define led1 PORTA.1 #define led2 PORTA.2 #define led3 PORTA.3 void main(void) { PORTA=0x00; DDRA=0xFF; PORTB=0x00; DDRB=0x00; PORTC=0x00; DDRC=0x00; PORTD=0x00; DDRD=0x00; while (1) { if (nut0==0) { led0=1; } if (nut1==0) Page | 35 { led1=1; led0=0; } if (nut2==0) { led1=0; led2=1; } if (nut3==0) { led2=0; led3=1; } if( nut4==0) { led3=0; } } } Page | 36 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Linh kiện Giới thiệu vài linh kiện điển hình sử dụng mạch 3.1.1 Role Rơ le (relay) công tắc chuyển đổi hoạt động điện Nói công tắc rơ le có trạng thái ON OFF Rơ le trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua rơ le hay không Nguyên tắc hoạt động: Khi có dòng điện chạy qua rơ le, dòng điện chạy qua cuộn dây bên tạo từ trường hút Từ trường hút tác động lên đòn bẩy bên làm đóng mở tiếp điểm điện làm thay đổi trạng thái rơ le Số tiếp điểm điện bị thay đổi nhiều, tùy vào thiết kế Rơ le có mạch độc lập họạt động Một mạch để điều khiển cuộn dây rơ le: Cho dòng chạy qua cuộn dây hay không, hay có nghĩa điều khiển rơ le trạng thái ON hay OFF Một mạch điều khiển dòng điện ta cần kiểm soát có qua rơ le hay không dựa vào trạng thái ON hay OFF rơ le Dòng chạy qua cuộn dây để điều khiển rơ le ON hay OFF thường vào khoảng 30mA với điện áp 12V lên tới 100mA Và bạn thấy đó, hầu hết chip cung cấp dòng này, lúc ta cần có BJT để khuếch đại dòng nhỏ ngõ IC thành dòng lớn phục vụ cho rơ le Page | 37 3.1.2 Led LED từ viết tắt Light-Emitting-Diode nghĩa ốt phát sáng, cấu thành từ chất bán dẫn loại P ghép với cực loại N Khi có dòng điện chạy qua khối bán dẫn electron chuyển từ trạng thái mức lượng cao xuống mức lượng thấp dẫn đến phát xạ thành dạng ánh sáng có màu sắc khác phụ thuộc vào chất bán dẫn bước sóng ánh sáng phát Tùy loại LED mà điện áp phân cực thuận khác Đối với LED thường điện áp phân cực thuận khoảng 1,5V đến 2,5V, LED siêu sáng điện áp phân cực thuận lên tới 5V Khi LED hoạt động bình thường thìdòng từ 10mA đến 50mA 3.1.3 Điện Trở Điện trở cản trở dòng điện vật dẫn điện, vật dẫn điện tốt điện trở nhỏ, vật dẫn điện điện trở lớn, vật cách điện điện trở vô lớn Giá trị điện trở đặc trưng cho khả cản trở dòng điện điện trở Yêu cầu giá trị điện trở thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm thời gian, Điện trở dẫn điện tốt giá trị nhỏ ngược lại Giá trị điện trở tính theo đơn vị Ohm (Ω), kΩ, MΩ, GΩ Page | 38 3.1.4 Đi Ốt Diode linh kiện cho phép dòng điện chạy qua theo chiều định, chiều người lại dòng điện qua Diode cấu tạo từ lớp bán dẫn tiếp xúc với Diode có cực Anốt Katốt Nó cho dòng điện theo chiều từ Anốt sang Katốt (Chính xác khả cản trở dòng điện theo chiều AK nhỏ, KA lớn) Nó dùng van chiều mạch điện 3.1.5.Transitor Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với hình thành hai mối tiếp giáp P-N, ghép theo thứ tự PNP ta Transistor thuận, ghép theo thứ tự NPN ta Transistor ngược; phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều (không có nghĩa ta dùng diode ghép thành transistor) Page | 39 • Ba lớp bán dẫn nối thành ba cực, lớp gọi cực gốc ký hiệu B ( Base ), lớp bán dẫn B mỏng có nồng độ tạp chất thấp • Hai lớp bán dẫn bên nối thành cực phát (Emitter ) viết tắt E, cực thu hay cực góp (Collector ) viết tắt C, vùng bán dẫn E C có loại bán dẫn (loại N hay P ) có kích thước nồng độ tạp chất khác nên không hoán vị cho 3.2 Thiết kế mạch in Page | 40 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ KẾT LUẬN 4.1.Mô Phỏng Khi nhấn s1 RELAY KA+ đóng Page | 41 Khi nhấn A1 RELAY KB+ đóng RELAY KA+ mở Khi nhấn B1 RELAY KB- đóng RELAY KB+ mở Page | 42 Khi nhấn B0 RELAY KA- đóng RELAY KB- mở Khi nhấn A0 RELAY KA- mở kết thúc chu trình 4.2.Kết Luận Trong thời gian thực đề tài với bảo giúp đỡ tận tình thầy hướng dẫn,đến đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển dùng VĐK Atmega điều khiển hoạt động máy khoan tự động” Đã hoàn thành.Chúng em cố gắng vận dụng kiến thức học trường để giải yêu cầu.Tuy nhiên thời gian trình độ chuyên môn có hạn nên đồ án tồn thiếu sót hạn Page | 43 chế.Chúng em mong nhận ý kiến góp ý thầy cô khoa ý tưởng thiết kế mô hình sản phẩm chúng em để sản phẩm hoàn thiện hơn.Cuối chúng em xin cảm ơn quý thầy cô giáo tạo điều kiện tốt giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài CHƯƠNG 5:TÀI LIỆU THAM KHẢO Page | 44 Https:www.Google.com.vn Https:www.Hueic.com.vn Giáo trình Vi xử lý Tác giả: Phạm Hùng Kim Khánh Page | 45 ... tốt nghiêp: ” Thiết kế hệ thống điều khiển dùng VĐK Atmega16 điều khiển hoạt động cho máy dập khuôn” Mục tiêu đề tài kết hợp vi ều khiển AVR Atmega16 vào công nghiệp để điều khiển máy dập khuôn... NGHIỆP HUẾ KHOA ĐIỆN - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG VĐK ATMEGA16 ĐIỀU KHIỂN HOẠT ĐỘNG CHO MỘT MÁY DẬP KHUÔN Sinh viên thực hiện: Giáo viên hướng dẫn:... nghệ kỹ thuật điện-điện tử I Tên khóa luận: Thiết kế hệ thống điều khiển dùng VĐK Atmega16 điều khiển khâu chuyền băng tải vận chuyển sản phẩm II Yêu cầu: - Sản phẩm từ băng tải chạy đến tác động