Thiết kế và chế tạo máy bắn tenis, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BANH TENNIS, tennis THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BANH MÁY BẮN BANH TENNIS TENNIS GVHD : TS.Từ Diệp Công Thành SVTH : Nguyễn Tấn Lộc Tôn Gia Phú Chương 1 : TỔNG QUAN Lịch sử ra đời của bộ môn Tennis : • Người ta đã chứng minh được rằng có một môn chơi hao hao giống Tennis đã tồn tại 500 năm trước công nguyên. • Năm 1870 lần đầu tiên luật chơi của môn Tennis được ra đời, với vài thay đổi nhỏ thì luật này vẫn còn hiệu lực cho tới ngày nay. Một số máy tập Tennis điển hình : Nhiệm vụ chính là phát banh ra cho vận động viên tập luyện. • Máy bắn banh ra ở các góc độ, mạnh và nhẹ khác nhau. Điều này giúp người huấn luyện viên có thể dễ dàng phát hiện ra những chỗ sai của người tập. • Đối với các loại máy hiện đại, nó có thể tạo ra các đường banh khó giúp cho trình độ của người tập càng được nâng cao hơn Nhiệm vụ của máy bắn banh Tennis : Chương 2 : NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP • Nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình cơ khí. • Thiết kế chế tạo mạch công suất, mạch điều khiển và mạch giao tiếp cho máy. • Nghiên cứu giải thuật và viết chương trình điều khiển cho máy, điều khiển không dây từ xa. • Thử nghiệm, kiểm tra mức độ an toàn và hiệu quả sử dụng. Nhiệm vụ : • Cơ cấu bắn banh ổn định, giảm rung và tiếng ồn trong lúc vận hành. • Nòng bắn banh phải linh hoạt, có thể tạo các cú giao bóng từ mọi vị trí với vận tốc và độ xoáy cũng như góc xoáy khác nhau. • Cơ cấu cấp banh đơn giản, gọn nhẹ, tránh kẹt banh. Tốc độ cấp banh đa dạng tùy thuộc vào trình độ người chơi. • Bộ điều khiển linh hoạt, có khả năng mở rộng, đáp ứng nhanh. • Cách sử dụng đơn giản. Máy tập phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau : Chương 3 : THIẾT KẾ CƠ KHÍ MÁY BẮN BANH TENNIS 1. Phương pháp bắn banh : dùng phương pháp cán ép banh 2. Cơ cấu thay đổi hướng bắn : Sử dụng dạng ống lồng 3 bậc tự do 3. Thiết kế hệ thống cơ : a. Bộ phận bắn banh : Bánh đai Hộp bắn banh b. Cơ cấu quay quanh trục x : Ống quay trục x c. Cơ cấu quay quanh trục z : d. Cơ cấu nâng hạ theo phương z : e. Cơ cấu cấp banh : f. Thiết kế thân máy : 4. Chọn động cơ điện : a. Động cơ bắn banh : Từ kết quả tính toán Pđc > 52W nên chọn 2 động cơ bắn có thông số như sau: • Động cơ DC Servo • Điện áp : 48V • Công suất : 110W • Số vòng quay : 3 500 vp • Đường kính trục : 7mm b. Động cơ thay đổi hướng bắn banh và động cơ thay đổi trục xoáy của banh : Chọn động cơ như sau • Động cơ DC • Điệp áp : 24V • Công suất : 21W • Số vòng quay : 20vph • Đường kính trục : 6mm c. Động cơ nâng hạ : • Động cơ DC Servo • Điện áp : 24 V • Công suất : 60W • Số vòng quay 3 000 vph • Đường kính trục : 6mm • Động cơ DC • Điện áp : 24 V • Công suất : 10W • Số vòng quay 20 vph d. Động cơ cấp banh : Mô hình thiết kế tổng thể máy bắn banh Tennis : Video lắp ráp CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Yêu cầu của hệ thống điều khiển Sơ đồ khối hệ thống điều khiển Các thành phần trong hệ thống điều khiển YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Tốc độ điều khiển nhanh, đáp ứng tức thời các mệnh lệnh từ người sử dụng Tiết kiệm năng lượng, có thể hoạt động với thời gian lâu. Tốc độ bắn thay đổi được, phù hợp với trình độ của nhiều người tập khác nhau. Có khả năng mở rộng và phát triển thêm sau này. SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MODULE MASTER MODULE MASTER Bộ điều khiển trung tâm Gửi các tín hiệu điều khiển đến Slave qua bus I2C. Quản lý motor cấp banh để thay đổi thời gian giữa 2 lần phát bóng. Giao tiếp với người dùng qua LCD, KEYPAD và REMOTE Giao tiếp với PC Đọc ghi EEPROM
/ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ o0o LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY BẮN BANH TENNIS GVHD SVTH MSSV SVTH MSSV : : : : : TS Từ Diệp Công Thành Nguyễn Tấn Lộc 20301558 Tôn Gia Phú 20302073 Tp.HCM, tháng 1/2008 i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, chúng em xin cảm ơn tất q Thầy/Cơ Khoa Cơ Khí q Thầy/Cơ Trường Đại học Bách Khoa TP HCM trang bị kiến thức quý báu giúp đỡ chúng em suốt trình học tập trường Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc thầy Từ Diệp Công Thành, người tận tình dạy cho chúng em phương pháp nghiên cứu khoa học, thầy cung cấp cho chúng em nhiều kiến thức chuyên sâu để thực đề tài Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến qúy Thầy/Cô dành thời gian quý báu để nhận xét chấm Luận văn tốt nghiệp Đây đóng góp quý giá cho chúng em để hoàn thiện sản phẩm ngày tốt hơn, sản phẩm mang thương hiệu Viêt Bên cạnh đó, hợp tác giúp đỡ bạn bè hệ đàn anh giúp nhiều việc thực đề tài Xin cảm ơn anh Ngô Minh An, Khoa Điện – Điện Tử, người giúp đỡ nhiều giai đoạn đầu thiết kế, bạn Chu Ngọc Hân, bạn Nguyễn Thu Trang, bạn Lê Hoàng Nga, ý kiến đóng góp bạn giúp ích nhiều cho chúng tơi hồn thiện đề tài Chúng tơi xin chân thành cảm ơn bạn học lớp Cơ Điện Tử – Khóa 2003, đặc biệt bạn Trịnh Quốc Tuấn, kiến thức vững khí bạn giúp đỡ chúng tơi nhiều trình thực đề tài! Sau cùng, thiếu được, hỗ trợ gia đình, chúng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ba Mẹ, người luôn động viên, bên chúng trong lúc khó khăn ii TĨM TẮT LUẬN VĂN Đề tài tập trung nghiên cứu vấn đề thiết kế, chế tạo máy tập đánh banh tennis đa năng, đáp ứng nhu cầu sử dụng người tập chơi lẫn vận động viên chuyên nghiệp trình độ cao mang thương hiệu Việt Với yêu cầu vấn đề sau triển khai nghiên cứu, khảo sát thực tế: phương pháp bắn banh tennis, cấu thay đổi hướng bắn (thay đổi điểm rơi banh), cấu cấp banh cho cấu bắn, loại cảm biến hệ thống điều khiển cho máy Những vấn đề nghiên cứu thực hóa mơ hình máy bắn banh tennis Favi sử dụng hai bánh đai bắn banh có khả tạo cú giao bóng với độ xốy khác nhau, nòng bắn có bậc tự chuyển động linh hoạt khơng gian có khả tạo cú giao bóng đa dạng có thực tế, bảng điều khiển với hình LCD cung cấp giao diện thân thiện dễ sử dụng đảm bảo yêu cầu thẩm mỹ Mạch điều khiển từ xa sóng vô tuyến cung cấp để tạo thêm tiện lợi cho người sử dụng Ngồi ra, Favi có khả giao tiếp với máy tính thơng qua chương trình Favi Main, cung cấp khả cân chỉnh, cấu hình lại chế độ hoạt động, giúp cho việc bảo trì, sửa chữa có cố tinh chỉnh trước đến với người sử dụng dễ dàng nhanh chóng Sau chế tạo xong mơ hình, máy bắn banh tennis bắn banh qua sân đối phương theo điểm rơi xác định giới hạn xác cho phép với đường banh thấp, bổng, xốy tạo tính ngẫu nhiên cho người chơi iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT LUẬN VĂN iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH HÌNH VẼ vi DANH SÁCH BẢNG BIỂU ix Chương TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Lịch sử phát triển môn Tennis 1.3 Nhiệm vụ máy bắn banh Tennis Chương NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 10 2.1 Mục đích yêu cầu 10 2.1.1 Mục đích 10 2.1.2 Yêu cầu 10 2.2 Phương pháp nghiên cứu cách tiếp cận đề tài 10 Chương THIẾT KẾ CƠ KHÍ MÁY BẮN BANH TENNIS 12 3.1 Lựa chọn phương pháp bắn banh 12 3.2 Chọn cấu thay đổi hướng bắn 14 3.2.1 Dùng cấu lắc 14 3.2.2 Dùng dạng ống lồng 15 3.2.3 Dùng ống lệch 16 3.3 Thiết kế hệ thống 17 3.3.1 Bộ phận bắn banh 18 3.3.1.1 Điều kiện để banh bị ép bắn qua hai bánh đai 18 3.3.1.2 Tốc độ bắn 20 3.3.1.3 Chế tạo bánh đai 20 3.3.2 Cơ cấu quay quanh trục x 25 3.3.3 Cơ cấu quay quanh trục z 27 3.3.4 Cơ cấu nâng hạ theo phương z 27 3.3.5 Cơ cấu cấp banh 28 3.3.6 Thiết kế thân máy 28 3.4 Lựa chọn động điện 29 Chương THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 33 4.1 Yêu cầu hệ thống điều khiển 33 4.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 33 4.3 Module Master 35 4.4 Module Slave 37 4.5 Module điều khiển từ xa 40 4.6 Module hiển thị LCD giao tiếp với người sử dụng 40 4.7 Khối nguồn 42 4.8 Khối giao tiếp với máy tính 42 4.9 Cảm biến ví trí 43 4.10 Một số vi mạch sử dụng luận văn 43 4.10.1 Vi điều khiển PIC 18F4550 18F4431 43 4.10.2 IC cầu H LMD18200 44 4.10.3 EEPROM AT24C64 44 iv Chương LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 46 5.1 Giải thuật điều khiển chung cho module Master 46 5.2 Giải thuật điều khiển PID cho module Slave 48 5.2.1 Sơ lược lý thuyết PID cho hệ thống rời rạc 48 5.2.2 Rời rạc hóa PID 49 5.2.3 Áp dụng giải thuật PID vào điều khiển vận tốc vị trí động 50 5.2.3.1 Lưu đồ giải thuật PID module Slave 50 5.2.3.2 Tìm giá trị PID thích hợp điều khiển vận tốc 53 5.3 Cấu trúc liệu lưu trữ EEPROM 53 5.4 Giải thuật đọc keypad 55 5.5 Giải thuật hiển thị Menu LCD 56 Chương CHƯƠNG TRÌNH HỖ TRỢ FAVI MAIN TRÊN MÁY TÍNH 59 6.1 Giới thiệu 59 6.2 Các chức hỗ trợ máy tập FAVI 60 6.2.1 Cơng cụ tìm số PID 60 6.2.2 Các chức khác 60 6.3 Các tiện ích phụ kèm theo 60 6.3.1 Thay đổi giao diện người sử dụng 60 Chương KẾT LUẬN 63 7.1 Đánh giá mơ hình khí 63 7.2 Đánh giá mạch điện lập trình 68 7.3 Hướng phát triển 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 PHỤ LỤC A BẢN VẼ CÁC CHI TIẾT CƠ KHÍ PHỤ LỤC B – MODULE MOTION FEEDBACK TRONG PIC18F4431 PHỤ LỤC C SƠ LƯỢC VỀ CHUẨN GIAO TIẾP I2C v DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Một súng bắn banh Tennis đơn giản Hình 1.2: Hai máy bắn banh Tennis thuộc loại đơn giản sử dụng lực ma sát để bắn banh Hình 1.3: Máy bắn banh Lobster sử dụng lò xo nén loại Hình 1.4: Máy bắn banh Lobster sử dụng lò xo nén loại Hình 1.5: Một máy bắn banh Tennis đơn giản sử dụng nguyên lý giống ná thun Hình 1.6: Dụng cụ để chứa banh nhặt banh Hình 1.7: Máy nhặt banh Tennis Hình 1.8: Máy tập đánh banh Tennis dạng dùng bánh đai bắn, xoay nòng Hình 1.9: Máy tập đánh banh Tennis thay đổi hướng theo bậc tự Hình 1.10: Rơ-Bốt đáng banh Tennis có hình dạng giống người Hình 1.11: Máy bắn banh dùng lực ép Hình 1.12: Máy bắn banh SILENT PARTNER Hình 1.13: Máy bắn banh PLAYMATE Hình 3.1: Banh Tennis Hình 3.2: Máy bắn banh sử dụng cấu lắc Hình 3.3: Máy bắn banh sử dụng ống lồng Hình 3.4: Máy bắn banh sử dụng ống lệch Hình 3.5: Mơ hình máy bắn banh Tennis Hình 3.6: Phân tích lực tác dụng lên banh Hình 3.7: Kích thước bánh đai Hình 3.8: Bánh đai Hình 3.9: Góc ăn banh Hình 3.10: Khoảng ép banh Hình 3.11: Hộp bắn banh vi Hình 3.12: Ống quay trục x Hình 3.13: Cơ cấu quay quanh trục x Hình 3.14: Cơ cấu quay quanh trục z Hình 3.15: Cơ cấu nâng hạ theo phương z Hình 3.16: Cơ cấu cấp banh Hình 3.17: Thân máy Hình 3.18: Động DC Servo 110W Hình 3.19:Động DC Hình 3.20: Động DC Servo 60W Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý mạch điện MASTER Hình 4.3 Sơ đồ mạch in lớp top mạch điện MASTER Hình 4.4 Sơ đồ mạch in lớp bottom mạch điện MASTER Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý mạch công suất động cấp banh Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý mạch điện SLAVE Hình 4.7 Sơ đồ mạch in lớp top mạch điện SLAVE Hình 4.8 Sơ đồ mạch in lớp bottom mạch điện SLAVE Hình 4.9 Module REMOTE Hình 4.10 Bảng điều khiển Hình 4.11 Sơ đồ nguyên lý mạch Control Panel Hình 4.12 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn Hình 4.13 Sơ đồ ngun mạch giao tiếp máy tính Hình 4.14 Sơ đồ khối LMD18200 Hình 4.15 Sơ đồ chân LMD18200 Hình 4.16 Sơ đồ chân EEPROM AT24C64 Hình 4.17 Sơ đồ khối EEPROM AT24C64 vii Hình 5.1 Lưu đồ giải thuật module Master Hình 5.2 Lưu đồ giải thuật chế độ hoạt động Master Hình 5.3 Lưu đồ giải thuật xử lý lệnh nhận từ PC Hình 5.4 Sơ đồ khối giải thuật PID Hình 5.5 Rời rạc hóa PID Hình 5.6 Lưu đồ giải thuật module Slave Hình 5.7 Lưu đồ giải thuật hàm phục vụ ngắt SSP Hình 5.8 Lưu đồ giải thuật hàm ProcessComand Hình 5.9 Lưu đồ giải thuật PID dùng module Slave Hình 5.10 Sơ đồ nguyên lý mạch Keypad Hình 5.11 Giải thuật đọc Keypad Hình 5.12 Lưu đồ giải thuật thị menu LCD Hình 5.13 Lưu đồ giải thuật xử lý phím nhấn Hình 6.1 Giao diện chương trình Favi Main Hình 6.2 Các chức Favi Main Hình 6.3 Thay đổi giao diện Favi Main - Bước Hình 6.4 Thay đổi giao diện Favi Main - Bước Hình 6.5 Giao diện khác Favi Main Hình 7.1 Hình nhìn tổng thể từ phía trước Hình 7.2 Hình nhìn tổng thể từ bên Hình 7.3 Hình nhìn tổng thể từ phía sau Hình 7.4 Hình nhìn tổng thể từ phía Hình 7.5 Bộ phận bắn banh nhìn bên Hình 7.6 Hộp điện điều khiển Hình 7.7 Mạch điện Slave Hình 7.8 Mạch điện Master viii DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Hệ số ma sát hai mặt tiếp xúc Bảng 5.1: Tổng hợp ảnh hưởng hệ số lên đáp ứng hệ thống sử dụng giải thuật PID ix Thiết kế chế tạo máy bắn banh Tennis Chương TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung Ngày nay, với phát triển cao xã hội theo xu tồn cầu hố, sản phẩm làm phải thể tính cạnh tranh độ an tồn, tiện dụng, độ tin cậy cao quan trọng giá thành hạ … Cơ điện tử hướng giải tối ưu để tạo sản phẩm đáp ứng yêu cầu Nghiên cứu, chế tạo máy phục vụ nhu cầu người hướng đầu Cơ điện tử Ở hướng này, giới có bước tiến vượt bậc có tiềm phát triển vơ to lớn Trong đó, việc tạo máy phục vụ luyện tập, giải trí thể thao ln lĩnh vực thu hút đầu tư nghiên cứu tiềm lợi ích to lớn mà đem lại Máy bắn banh Tennis sản phẩm đáp ứng nhu cầu, thị hiếu người chơi thể thao 1.2 Lịch sử phát triển môn Tennis Môn thể thao Quần Vợt có từ nào? Trong viện bảo tàng Hy Lạp có tranh treo từơng cho thấy có mơn chơi hao hao giống Tennis tồn 500 năm trước công nguyên Và tới kỷ XV nước Pháp từ gọi : “mơn chơi bóng lòng bàn tay” xuất mơn quần vợt hồng gia người ta chơi hành lang tu viện Phải tới năm cầm quyền nhà vua Victoria mơn quần vợt mơn Tennis đương thời xuất Vào năm 1870 lần luật chơi môn Tennis đời với vài thay đổi nhỏ luật có hiệu lực ngày Hiện nay, giới, Nhật Bản nước chế tạo sử dụng robot công nghiệp hàng đầu giới Nhưng lĩnh vực chế tạo máy phục vụ người chơi thể thao Mỹ trước Nhật việc tiếp cận nhu cầu, thị hiếu khách hàng trình độ thiết kế chế tạo máy Với mơn Tennis, người ta cho đời nhiều loại máy để phục vụ cho nhu cầu luyện tập thi đấu, từ máy dùng cho công việc đan lưới Tennis máy nhặt banh, máy bắn banh Tennis từ đơn giản phức tạp Trang Thiết kế chế tạo máy bắn banh Tennis Chương KẾT LUẬN 7.1 Đánh giá mơ hình khí • Ưu điểm: - Mơ hình khí tương đối tốt, thiết kế đặt - Tính thẩm mỹ mơ hình cao - Nòng bắn banh di chuyển linh hoạt, tạo cú giao bóng thực tế - Tốc độ bắn banh đạt yêu cầu, đảm bảo yêu cầu thiết kế • Nhược điểm: - Do thời gian có hạn, kinh nghiệm thiết kế chưa nhiều nên mơ hình hoạt động chưa thật ổn định - Cơ cấu bắn banh cồng kềnh, khối lượng lớn Vật liệu làm cấu bắn nặng - Do động sử dụng đề tài tận dụng lại, nên đáp ứng khơng tốt, dẫn đến cấu hoạt động chưa tốt Do động cho cấu nâng hạ không tìm thiết kế nên cấu nâng hạ hoạt động khơng u cầu Một số hình ảnh mơ hình khí Trang 63 Thiết kế chế tạo máy bắn banh Tennis Hình 7.1 Hình nhìn tổng thể từ phía trước Trang 64 Thiết kế chế tạo máy bắn banh Tennis Hình 7.2 Hình nhìn tổng thể từ bên Trang 65 Thiết kế chế tạo máy bắn banh Tennis Hình 7.3 Hình nhìn tổng thể từ phía sau Trang 66 Thiết kế chế tạo máy bắn banh Tennis Trang 67 Thiết kế chế tạo máy bắn banh Tennis Hình 7.4 Hình nhìn tổng thể từ phía Hình 7.5 Bộ phận bắn banh nhìn bên 7.2 Đánh giá mạch điện lập trình • Ưu điểm - Mạch thiết kế cho máy tập bao gồm: mạch Master, mạch Slave, mạch Control Panel Nhìn chung mạch hoạt động tốt, thiết kế , đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật đặt - Giao diện sử dụng thân thiện, dễ sử dụng, tạo thoái mái cho người sử dụng Bộ điều khiển từ xa tạo thuận lợi cho người sử dụng - Phương pháp điều khiển thích hợp đáp ứng nhu cầu người chơi từ đến nâng cao Trang 68 Thiết kế chế tạo máy bắn banh Tennis • Nhược điểm - Tuy nhiên mạch chưa nhỏ gọn Do thời gian có hạn nên số lượng tập cú giao bóng mẫu thư viện chưa xây dựng đầy đủ - Chưa kiểm sốt tốc độ banh khỏi nòng Hình 7.6 Hộp điện điều khiển Hình 7.7 Mạch điện Slave Trang 69 Thiết kế chế tạo máy bắn banh Tennis Hình 7.8 Mạch điện Master 7.3 Hướng phát triển - Do phiên nên mơ hình nhiều hạn chế, cần thêm thời gian hoàn thiện trước đưa thị trường - Cải tiến phần khí để giảm sai số chế tạo, thay động cũ dùng động có đáp ứng tốt, kích thước gọn nhẹ - Cơ cấu bắn cần thay loại vật liệu nhẹ, bền đảm bảo yêu cầu kỹ thuật độ thẩm mỹ - Phát triển thêm bậc tự cho nòng bắng giúp chuyển động linh hoạt - Phát triển thêm module mở rộng để tăng thêm tính cho máy tập như: module kiểm soát tốc độ banh khỏi nòng bắn… - Phát triển thêm khả giao tiếp với máy tính cổng USB - Mạch điện sử dụng linh kiện dán để giảm kích thước tối đa Trang 70 Thiết kế chế tạo máy bắn banh Tennis TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Lộc người khác, Cơ sở thiết kế máy, Trường Đại học Bách khoa TP.HCM, 2001 [2] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết ké hệ dẫn động khí, NXB Giáo dục, 2001 [3] Tổng cục thể dục thể thao, Luật quần vợt, NXB Thể dục thể thao, 1997 [4] Trần Hữu Quế – Nguyễn Văn Tuấn, Vẽ kỹ thuật khí, NXB Giáo dục, 1999 [5] Lại Khắc Liễm, Cơ học máy, Trường Đại học Bách khoa TP.HCM,1998 [6] www.tennismachine.com [7] www.picvietnam.com [8] www.dientuvietnam.net [9] www.samtennis.com Trang 71 Thiết kế chế tạo máy bắn banh Tennis PHỤ LỤC A BẢN VẼ CÁC CHI TIẾT CƠ KHÍ Thiết kế chế tạo máy bắn banh Tennis PHỤ LỤC B – MODULE MOTION FEEDBACK TRONG PIC18F4431 Motion Feedback Module (MFM): Tính Quadrature Encoder Interface (QEI) Input Capture (IC) QEI chấp nhận hai pha inputs (QEA, QEB) số input (INDX) từ incremental encoder QEI trợ giúp xác định vị trí cách lấy giá trị byte thấp byte cao ghi vị trí tương ứng, từ đưa trạng thái, thay đổi hướng đo tốc độ động Tính IC sử dụng kênh độc lập với Timer5 định thời nền, có khả kích hoạt nhanh khác hẳn module khác, lọc nhiễu IC input Quadrature encoders Interface Được sử dụng để xác định vị trí tốc độ hệ thống chuyển động quay Quadrature encoders Interface cho phép điều khiển vòng lặp đóng nhiều ứng dụng điều khiển động QEI module cung cấp giao diện đơn giản cho incremental optical encoders, cho phép đạt tốc độ định sẵn, mối tương quan vị trí rotor từ thơng tin nhận từ motor hệ thống khí QEI module chấp nhận pha A, pha B index từ encoder, QEI module tích lũy xung vào ghi 16 bit từ đưa thơng tin tốc độ vị trí đo với độ phân giải X2 X4 Hai kênh, pha A (QEA) pha B (QEB) có mối liên hệ với Nếu pha A dẫn đầu pha B hướng motor positive foward Nếu pha A chậm pha B hướng motor negative reverse Kênh index xảy sau vòng số tham chiếu để thiết lập vị trí xác Chỉ số tín hiệu index khơng có vài encoder khơng cần thiết cho hoạt động QEI Hình B.1 : Tín hiệu encoder vào Thiết kế chế tạo máy bắn banh Tennis QEI bao gồm quadrature decoder logic để phiên dịch pha A, pha B, số index đế tính tốn, tính lũy số tăng giảm giá trị encoder đọc Bộ lọc tín hiệu số chuẩn hóa tín hiệu đầu vào Hình B.2 : Sơ đồ đơn giản QEI Module QEI module bao gồm: Ba input pins cho hai tín hiệu pha (phase signals) số xung Bộ lọc nhiễu kỹ thuật số tín hiệu đầu vào lập trình Quadrature decoder (bộ đếm xung hướng) Bộ đếm vị trí tăng/giảm16-bit Xác định hướng Bộ đếm với độ phân giải X2 X4 Hai kiểu reset đếm vị trí Tự tạo timer 16bit cho đếm Kích hoạt ngắt QEI kiện đếm Tính tốn vị trí góc với QEI Để có biến cho phép tính giải thuật điều khiển, cần chuyển đổi kết đếm vị trí sang số xác định (a signed fractional number) Thiết kế chế tạo máy bắn banh Tennis Phương trình biểu diễn cách tính giá trị đếm lớn biến đổi, dựa tín hiệu encoder cấu hình (configuration) QEI module MAX_COUNT_PR= PULSES_PER_REV×COUNT_INC_REV- 1=500×4-1=1999 Ví dụ : Độ phân giải = 360°/2000=0.18° Với độ phân giải này, biến số biểu diễn vị trí thay đổi từ đến 1999 cần chuyển đổi thành giá trị từ đến 32767 theo giá trị 16-bit Công thức sau biểu diễn thừa số tỷ lệ: Tính vận tốc góc với QEI Tính tốn vận tốc góc thực theo chu kỳ ngắt, vận tốc góc tăng (thay đổi) theo thời gian Khoảng biến thiên ngắt phải nhỏ thời gian nhỏ cần cho ½ vòng tốc độ tối đa Vận tốc tỷ lệ motor 3450 RPM, 4000 RPM sử dụng ví dụ để tránh tràn Cơng thức sau sử dụng để tính tốn khoảng thời gian lấy mẫu Thiết kế chế tạo máy bắn banh Tennis PHỤ LỤC C SƠ LƯỢC VỀ CHUẨN GIAO TIẾP I2C I2C chuẩn giao tiếp ban đầu hãng Philips phát triển để phục vụ cho giao tiếp với Tivi, sau đó, lợi chuẩn giao tiếp nên trở nên phổ biến công nghiệp Các tài liệu chuẩn I2C cung cấp đầy đủ chi tiết trang web hãng Philips Microchip tích hợp chuẩn giao tiếp vào phần cứng cho số vi điều khiển, dĩ nhiên dòng PIC18F4431 PIC18F4431 sử dụng đề tài Chuẩn biết dạng chuẩn giao tiếp đồng SSP Trong chuẩn giao tiếp SSP có hai chuẩn chuẩn SPI I2C SPI chuẩn giao tiếp nối tiếp dùng dây nối, I2C chuẩn giao tiếp nối tiếp dây Dây SDA dây để truyền liệu dây SCL dây để giữ nhịp cho liệu truyền Chuẩn I2C chuẩn giao tiếp dùng thiết bị làm Master, thiết bị khác mạng Slave thời điểm định Tại thời điểm, Master có quyền đọc xuất liệu qua tất Slave thơng qua địa cua Slave Master bắt đầu trình đọc ghi liệu vào Slave cách đặt tín hiệu Start (S) vào đường truyền (hình A.1 A.2) Byte gửi byte địa Slave cần giao tiếp Quá trình truyền nhận kết thúc bit Stop (P) Sau biểu đồ thời gian truyền nhận chuẩn giao tiếp I2C Hình C.1: Biểu đồ nhận liệu, địa bit Thiết kế chế tạo máy bắn banh Tennis Hình C.2: Biểu đồ truyền liệu, địa bit I2C phần cứng PIC hỗ trợ hai chế độ định địa 10 bit bit Tuy nhiên, thường sử dụng địa bit, hỗ trợ giao tiếp 128 thiết bị Tuy vậy, chuẩn I2C giống chuẩn RS232, thao tác với vi điều khiển, thiết lập phần mềm Một lần truyền địa chỉ, có bit, bit thấp bit xác định chế độ đọc ghi (R/W) (hình A.2) Chuẩn I2C dễ sử dụng, có tốc độ truyền nhận 100Kbps, 400Kbps 1Mbps, vi điều khiển PIC 16F877 hỗ trợ tốc độ 100Kbps 400Kbps, nhanh nhiều lần so với chuẩn RS232 Ngồi ra, khơng cần dùng thiết bị chuyển đổi để chuyển đổi điện áp tín hiệu, vậy, chuẩn I2C thích hợp cho giao tiếp phạm vi ngắn (dưới 1m) vi điều khiển