điều khiển và giám sát động cơ ac

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: Th.S THIỀU QUANG TRÍ CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 1.1 Sơ đồ tổng quát Hệ thống điều khiển động AC gồm khối KHỐI ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÁY TÍNH (PC) KHỐI NGUỒN VÀ ĐIỀU KHIỂN AC KHỐI MODULE BLUETOOTH HC05 KHỐI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM PIC16F877A Hình 1.01 Các khối điều khiển SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: Th.S THIỀU QUANG TRÍ Sơ đồ tổng quát hệ thống bật tắt đèn thông minh:  Khối điều khiển từ xa PC  Khối nguồn điều khiển AC: Cung cấp nguồn cho hệ thống nhận tín hiệu từ Vi điều khiển để đóng ngắt đèn  Khối Bluetooth: Sử dụng module HC05 đóng vai trò trung gian nhận tín hiệu từ PC gửi xuống cho Vi điều khiển  Khối xử lý trung tâm: Dùng vi điều khiển PIC16F877A để lấy tín hiệu mà Bluetooth nhận từ PC gửi xuống, xử lý liệu, sau thực thi chương trình 1.2 Các module hệ thống 1.2.1 Module điều khiển PC Dùng ngôn ngữ lập trình VB6 ứng dụng Windows forms để thiết kế giao diện điều khiển lập trình gửi lệnh xuống hiển thị dòng thiết bị từ PIC16F877A truyền lên thông qua uart 1.2.2 Module khối nguồn điều khiển thiết bị AC Hình 1.02 Module nguồn điều khiển AC Module khối nguồn:  Cung cấp nguồn cho thiết bị AC hoạt động demo em chọn bóng đèn dây tóc làm vi dụ minh họa  Tạo điện áp chiều từ nguồn xoay chiều 220V để cung cấp cho linh kiện hệ thống hoạt động Sử dụng biến áp để biến đổi điện áp xoay chiều 220V thành điện áp xoay chiều 12V, dùng chỉnh lưu cầu từ 12V xoay chiều sang 12V chiều, sau dùng IC7805 ổn định điện áp ngõ 5V cho PIC16F877A SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: Th.S THIỀU QUANG TRÍ Module điều khiển thiết bị AC:Nhận tín hiệu điều khiển mức cao (Mức logic 1) từ vi điều khiển PIC16F877A qua cách ly quang MOC3020 điểm G Triac BT136 có dòng làm cho đầu A2 A1 Triac nối lại với làm đèn sáng Khi tín hiệu từ PIC16F877A gửi xuống mức thấp (hay mức logic 0) MOC3020 không hoạt động làm cho điểm G Triac dòng dẫn đến A2 A1 hở làm cho đèn tắt 1.2.3 Module Bluetooth HC05 Hình 1.03 Module Bluetooth HC05 1.2.3.1 1.2.3.2 Thông số kỹ thuật module HC05 Điện hoạt động UART 3.3 – 5V Dòng điện hoạt động : Khi pairing 30 mA, sau pairing hoạt động truyền nhận bình thường mA Baudrate UART chọn : 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 Khích thước module : 28 mm x 15 mm x 2.35mm Dải tần số hoạt động : 2.4GHz Bluetooth protocol : Bluetooth Specification v2.0+EDRo Kích thước : 26.9mm x 13mm x 2.2 mm Thiết lập mặc định :  Baudrate : 9600, N, 8,  Pairing code : 1234 Sơ đồ chân HC05 SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: Th.S THIỀU QUANG TRÍ Hướng dẫn nối dây: Bluetooth module Vi điều khiển VCC 5V GND GND TX RX RX TX Chế độ hoạt động Ở chê độ SLAVE: bạn cần thiết lập kết nối từ smartphone, laptop, usb bluetooth để dò tìm module sau pair với mã PIN 1234 Sau pair thành công, bạn có cổng serial từ xa hoạt động baud rate 9600  Ở chế độ MASTER: module tự động dò tìm thiết bị bluetooth khác (1 module bluetooth HC06 HC05, usb bluetooth, bluetooth laptop…) tiến hành pair chủ động mà không cần thiết lập từ máy tính smartphone Module bluetooth HC05 có nhiều chức Module bluetooth HC05 điều khiển tập lệnh AT để thực tác vụ mong muốn Để bluetooth module chuyển từ chế độ thông thường qua điều khiển lệnh AT, ta có cách sau:  Cấp nguồn cho module bluetooth (Vcc Gnd) đồng thời cấp mức điện áp cao (=Vcc) cho chân KEY module bluetooth Khi giao tiếp tập lệnh AT với module cổng Serial (Tx Rx) với baud rate 38400 (khuyên dùng)  Cấp nguồn cho module bluetooth trước, sau cấp mức điện áp cao cho chân KEY module bluetooth Lúc bạn giao tiếp với module tập lệnh AT với baud rate 9600 1.2.3.3 Sau pair thành công với thiết bị bluetooth khác, đèn module bluetooth HC05 nhấp nháy chậm cho thấy kết nối Serial thiết lập SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: Th.S THIỀU QUANG TRÍ 1.2.4 Khối xử lý trung tâm Hình 1.04 Khối xử lý trung tâm Khối điều khiển trung tâm dùng vi điều khiển PIC16F877A Khi có tín hiệu từ Bluetooth HC05 vi điều khiển kích hoạt chân RB0 thông qua thuật toán nạp cho Pic thực chương trình điều khiển hoạt động MOC3021 điều khiển góc mở Triac làm cho động đóng ngắt theo ý muốn người dùng  Khi nhấn START PC làm cho thiết bị AC hoạt động cụ thể là: Đèn sáng  Khi nhấn STOP PC đèn tắt  Ngoài mạch thiết kế điều khiển trực tiếp qua chân RB5 nhấn nút đèn sáng nhấn tiếp đèn tắt Các khối khác lại hình:  Bộ dao động dùng thạch anh 20M cung cấp nguồn dao động cho Pic  Bộ RESET cấp nguồn 5V để xác lập trạng thái ban đầu cho Pic SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: Th.S THIỀU QUANG TRÍ 1.3 Lựa chọn linh kiện 1.3.1 Vi điều khiển PIC16F877A Đây vi điều khiển thuộc họ PIC16FXXX với 35 tập lệnh có độ dài 14 bit Mỗi lệnh thực thi chu kỳ xung clock Tốc độ hoạt động tối đa cho phép 20MHz với chu kì lệnh 200ns Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, nhớ liệu 368 byte RAM nhớ liệu EEPROM với dung lượng 256 byte Số Port I/O với 33 pin I/O 1.3.1.1 Sơ đồ chân khối cần thiết PIC16F877A Hình 1.05 PIC 16F877A Hình bên sơ đồ chân pic16f877a khối cần thiết điều cần mạch hoạt động: - Chân số chân để reset mức thấp (hay 0v) Chân số 11 32 chân cấp nguồn 5v SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: Th.S THIỀU QUANG TRÍ - Chân số 12 31 chân nối đất Chân 13 14 cấp xung dao động thạch anh, Thạch anh thường dùng 4M 20M Các chức 1.3.1.2 Hình 1.06 Các chức PIC16F877A Những chức nêu tóm tắt trình tìm hiểu phạm vi đề tài em đề cập chi tiết chức quan trọng liên qua đến đề tài: - Chức xuất nhập liệu cụ thể PortB gồm 8bit từ RB0 đến RB7 SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: Th.S THIỀU QUANG TRÍ - Chức thứ hai chuẩn giao tiếp RS232 thông qua chân số 25 26 vi điều khiển Cách đấu nối với Module Bluetooth HC05 trình bày chi tiết chương sau - chức cuối mạch đọc tín hiệu analoge từ cảm biến ACS712 thông qua chân RA0 dùng adc 10bit 1.3.2 IC ổn áp 7805 Hình 1.07 IC ổn áp 7805 7805 mạch tích hợp chỉnh điện áp Đây dòng IC họ 78xx điều chỉnh điện áp tuyến tính cố định Nguồn điện áp mạch có biến động không cho lượng điện áp cố định Các vi mạch điều chỉnh điện áp tri điện áp đầu giá trị không đổi Các xx 78xx cho biết đại lượng điện áp cố định thiết kế để cung cấp: 7805 cung cấp nguồn +5V… Hình 1.08 Sơ đồ nguyên lý IC7805 1.3.3 Triac BT136 SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: Th.S THIỀU QUANG TRÍ Triac BTA136 với vỏ có khả cách ly điện áp AC cao (khoảng 1.5 KVAC), dẫn hai chiều kích xung cho phép thông qua chân số 3, tải mắc chân số nối với nguồn AC Hình 1.09 Triac BTA136 Thông số kỹ thuật:  Điện áp đỉnh mạch hở: 600V  Dòng định mức: 6A  Cách ly điện áp: 1500VAC  Dòng kích IGC = 10Ma  Điện áp max cực kích Gate: 20V 1.3.4 MOC3020 MOC3020 loại Opto Triac quang học cách ly ngõ vào ngõ Nó gồm có LED hồng ngoại MOC3020 thiết kế thiết bị giao tiếp mạch điện điều khiển Triac công suất để điều khiển tải R tải cảm L có điện áp từ 115V (60Hz) đến 240V (50Hz) Chú ý: MOC3020 không dùng để điều khiển trực tiếp tải công suất, mà mạch kích muốn điều khiển tải phải nối với thiết bị khác Triac chẳng hạn SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: Th.S THIỀU QUANG TRÍ Hình 1.10 MOC3020 Các thông số kỹ thuật:      Tầm nhiệt hoạt động: -400C đến +850C Điện áp ngược: VR = VTM = 3V Dòng thuận: IFT = 30mA Điện áp hở đầu ra: 250V Chức chân: + Chân 1: Anode + Chân 2: Cathode + Chân 5: Không sử dụng + Chân 6: Chân kích 1.3.5 Module ACS712 IC ACS 712 IC cảm biến dòng tuyến tính dựa hiệu ứng Hall ACS xuất tín hiệu analog, Vout biến đổi tuyến tính theo thay đổi dòng điện Ip lấy mẫu thứ cấp DC (hoặc AC), phạm vi cho CF dùng với mục đích chống nhiễu có giá trị tùy thuộc vào mục đích sử dụng SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | 10 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: Th.S THIỀU QUANG TRÍ Hình 1.11 Module ACS712 Ưu điểm ACS 712: + Đường tín hiệu analog có độ nhiễu thấp + Thời gian tăng đầu để đáp ứng với đầu vào 5µs + Điện trở dây dẫn 1.2mΩ + Nguồn vận hành đơn 5V + Độ nhạy đầu từ 63-190mV/A + Điện áp ổn định Các loại ACS +ACS 712 5A (x05B): +Ip: -5A - 5A +Độ nhạy: 180 - 190 mV/A +ACS 712 20A (x20A): +Ip: -20A - 20A +Độ nhạy: 96 -104 mV/A +ACS 712 30A (x30A): +Ip: -30A - 30A +Độ nhạy: 63 - 69 mV/A Do cần đo dòng thiết bị nhà nên em chọn mua Module ACS712 5A đề tài SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | 11 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: Th.S THIỀU QUANG TRÍ CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch Các module kết nối với theo hình vẽ: Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động AC Thuật toán điều khiển:  Nhận lệnh từ PC thông qua module HC05 kết nối với chân TX RX chuẩn giao tiếp rs232 vi điều khiển  Xử lý lệnh so sánh điều kiện chương trình viết để xuất tín hiệu điều khiển để kích cho MOC3020 để điều khiển góc mở Triac BT136 để đóng ngắt động (minh hoa qua bóng đèn dây tóc) SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | 12 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: Th.S THIỀU QUANG TRÍ  Module ACS712 thực chức lấy tín hiệu điện áp dựa vào độ nhạy để tính dòng thiết bị gửi lên PC hiển thị lên giao diện 2.2 Lưu đồ giải thuật START KHỞI TẠO CHƯƠNG TRÌNH PC TRÊN PC Đ S HC05 SSS Đ CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH Đ S RB0=’1’ FFF ON Đ S Đ RB0=”2” FFF Đ OFF Hình 2.2 Lưu đồ giải thuật điều khiển AC SVTH: CAO VĂN NAM ' MSSV: 41203122 Page | 13 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: Th.S THIỀU QUANG TRÍ CHƯƠNG 3: THI CÔNG SẢN PHẨM 3.1 Mạch in 3.1.1 Khối điều khiển trung tâm Hình 3.1 Khối điều khiển trung tâm 3.1.2 Khối động AC Hình 3.2 Khối động AC 3.2 Code chương trình Dùng phần mềm ứng dụng Visual Basic 6.0 để lập trình tạo giao diện gửi lệch xuống vi điều khiên PIC16F877A thông qua kết nối Bluetooth máy tính Module HC05 có bán thị trường để thực thi chương trình điều khiển động AC thông qua góc mở Triac BTA136 (Trong trình làm đồ án em lấy bóng đèn dây tóc AC để làm ví dụ minh họa) SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | 14 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: Th.S THIỀU QUANG TRÍ 3.2.1 Code máy tính PC Option Explicit Dim i As Integer Dim Buff(2) As Long Dim Index As Integer Private Sub cmd1_Click() MSComm1.Output = "1" End Sub Private Sub cmd2_Click() MSComm1.Output = "2" End Sub Private Sub Command1_Click() Text2.Text = " " End Sub Private Sub Command3_Click() MsgBox "Thoat Khoi Chuong Trinh" MSComm1.Output = "0" End End Sub Private Sub Form_Load() i=0 SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | 15 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: Th.S THIỀU QUANG TRÍ ' cai dat thong so cho cong com " COMFIG FOR COM PORT " Timer2.Enabled = False With MSComm1 CommPort = 'cong COM Settings = "9600,N,8,1" bit,1 bit stop 'Baudrate=9600,Ko KT chan le,frame InBufferSize = 1024 InputLen = 'Bo dem 1024 byte thi day 'Doc toan bo gia tri bo dem RThreshold = MSCOMM 'Cho phep ngat su kien Receiver o SThreshold = MMSCOMM 'Ko cho phep ngat su kien Send o OutBufferSize = 512 InputMode = comInputModeText PortOpen = True 'Mo cong COM End With End Sub Private Sub MSComm1_OnComm() ' Chuong trinh nhan du lieu tren PC Dim DataReceive As String Dim DataCom As Long DataReceive = MSComm1.Input If (MSComm1.CommEvent = comEvReceive) And DataReceive "" Then Buff(Index) = Asc(DataReceive) Debug.Print "nhan duoc:" & Buff(Index) Index = Index + SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | 16 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: Th.S THIỀU QUANG TRÍ If (Index > 1) Then Text2.Text = Str(Buff(0) * 256 + Buff(1)) Index = End If End If End Sub 'HIEN THI NGAY GIO - CHAY CHU Private Sub Timer1_Timer(Index As Integer) Label2.Caption = "DATE: " & Day(Now) & " / " & Month(Now) & " / " & Year(Now) & " TIME: " & Hour(Time) & " : " & Minute(Time) & " : " & Second(Time) Label1.Left = Label1.Left - 120 If Label1.Left = -2760 Then Label1.Left = 6360 End If End Sub 3.2.2 Code vi điều khiển PIC16F877A #include #device adc=10 #include #include #FUSES NOWDT #FUSES HS PCD) //No Watch Dog Timer //High speed Osc (> 4mhz for PCM/PCH) (>10mhz for #FUSES NOPUT //No Power Up Timer SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | 17 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: Th.S THIỀU QUANG TRÍ #FUSES NOPROTECT //Code not protected from reading #FUSES NODEBUG //No Debug mode for ICD #FUSES NOBROWNOUT //No brownout reset #FUSES NOLVP #FUSES NOCPD //No EE protection #FUSES NOWRT //Program memory not write protected #FUSES RESERVED //Used to set the reserved FUSE bits #use delay(clock=20000000) #include #use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7) #use FAST_IO(A) #use FAST_IO(B) float data_adc,Ip0=0,data_adc0,Voltage0; float Ip1=0,data_adc1,Voltage1; int16 i,temp; int8 Hbyte,Lbyte; #int_RDA void ngat_RDA() { char data; data=getc(); switch (data) { case '1': { SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | 18 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: Th.S THIỀU QUANG TRÍ RB0=1; RB1=0; RB2=0; break; } case '2': { RB0=0; RB1=1; RB2=1; break; } } } void docADC() { setup_ADC(ADC_clock_internal); setup_ADC_ports(AN0); set_ADC_channel(0); delay_us(100); } void main() { enable_interrupts(int_RDA); SVTH: CAO VĂN NAM MSSV: 41203122 Page | 19 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG – KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ GVHD: Th.S THIỀU QUANG TRÍ enable_interrupts(global); set_tris_a(0x01); set_tris_b(0xF0); porta = 0; portb = 0b11110110; while(TRUE) { docADC(); for(i=0;i