Đồ án môn Vi xử lý: Thiết kế mạch điều khiển động cơ bước ( Step Motor)

Đồ án nghiên cứu nhằm đáp ứng nhu cầu ham muốn học hỏi của bản thân và giúp cho các bạn sinh viên dễ tiếp cận và hiểu sâu hơn về vi điều khiển họ 8051. Mời các bạn cùng tham khảo để nắm chi tiết hơn nội dung nghiên cứu của đồ án.

BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC  KHOA  ĐI   ỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA  ĐỒ ÁN MƠN HỌC VI XỬ LÝ Đề tài: Thiết kế mạch điều khiển động cơ bước ( Step Motor) Giảng viên hướng dẫn : Sinh viên thực hiện: TS. ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG  PHẠM QUANG HẢI ANH  Mã sinh viên:  1781410404 Lớp :   D12TĐH&ĐK2 Hà Nội, tháng 10 năm 2020 ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THƯ Thiết kế mạch điều khiển động độ động cơ bước (step Motor)  Nhiệm vụ thiết kế: Điều khiển động cơ theo phương pháp sử dụng độ rộng xung Có các phím chức năng tương ứng để Dừng, Quay thuận nửa bước, Quay   nghịch nửa bước, Tăng tốc và Giảm tốc cho DC bước (02 cấp tốc độ) Hiển thị các chức năng tương ứng khi chạy và tốc độ động cơ lên màn  hình LCD u cầu: Đặt vấn đề và nhiệm vụ thư Giới thiệu chung về bộ điều khiển  Thiết kế phần cứng Thiết kế phần mềm Kết luận MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Như  chúng ta đã biết kỹ  thuật vi điều khiển đã trở  nên quen thuộc trong các   ngành kỹ thuật và trong dân dụng. Các bộ vi điều khiển có khả năng xử lý nhiều hoạt  động phức tạp mà chỉ cần một chip vi mạch nhỏ, nó đã thay thế các tủ điều khiển lớn  và phức tạp bằng những mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng thao tác sử dụng Vi điều khiển khơng những góp phần vào kỹ thuật điều khiển mà cịn góp phần  to lớn vào việc phát triển thơng tin. Chính vì các lý do trên, việc tìm hiểu, khảo sát vi  điều khiển là điều mà các sinh viên ngành điện phải hết sức quan tâm. Đó chính là một   nhu cầu cần thiết và cấp bách đối với mỗi sinh viên, đề tài này được thực hiện chính   là đáp ứng nhu cầu đó Mặc dù vi điều khiển đã đi được những bước dài như  vậy nhưng để  tiếp cận   được với kỹ thuật này khơng thể  là một việc có được trong một sớm một chiều. Để  tìm hiểu bộ vi điều khiển một cách khoa học và mang lại hiệu quả cao làm nền tảng  cho việc xâm nhập vào những hệ thống tối tân hơn. Việc trang bị những kiến thức về  vi điều khiển cho sinh viên là hết sức cần thiết. Xuất phát từ  thực tiển này em đã đi  đến quyết định  Thiết kế  mạch điều khiển động độ  động cơ  bước (Step Motor)  nhằm đáp ứng nhu cầu ham muốn học hỏi của bản thân và giúp cho các bạn sinh viên  dễ tiếp cận và hiểu sâu hơn về vi điều khiển họ 8051 Tuy nhiên vì thời gian có hạn và kiến thức chun mơn cịn hạn chế  nên trong   q trình thực hiện đồ án khơng thể tránh những thiếu sót nhất định. Vì vậy, chúng em   rất mong sự giúp đỡ, ý kiến đóng góp của thầy cơ cùng tất cả  các bạn để  đồ  án này   được hồn thiện hơn Chúng em chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2020                                                                                             Nhóm Sinh Viên LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên chúng em xin được gửi lời cảm ơn đến  cơ Đồn Thị Hương Giang.  Cơ đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình chúng em nghiên cứu và hồn thành tốt đồ án này.  Những lời nhận xét góp ý và hướng dẫn của thầy đã giúp chúng em có định hướng   đúng đắn trong q trình thực hiện đồ án, giúp chúng em nhìn ra được ưu khuyết điểm   của đồ án và từng bước khắc phục để  có được kết quả  tốt nhất. Chúng em cũng xin  cảm ơn thầy cơ trong khoa Điều Khiển và Tự Động Hóa, bộ mơn Vi Xử Lý trong Đo  Lường Điều Khiển tận tình chỉ  bảo, truyền đạt cho chúng em các kiến thức chun   ngành, những cơng nghệ  mới cũng như  cách làm việc nhóm đề  hồn thành tốt đồ  án  mơn học này Hà Nội, tháng 08 năm 2020 Đánh giá và nhận xét của GV hướng dẫn Giảng viên hướng dẫn CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THỰC HIỆN Đặt vấn đề I Vai trò của động cơ điện trong sản xuất Hiện nay trong rất nhiều lĩnh vực đời sống và sản xuất các loại động cơ  điện   ngày càng được  ứng dụng rộng rãi hơn so với những loại động cơ  sử  dụng năng   lượng như xăng, dầu khí, khi đốt… Động cơ  điện là máy điện dùng để  chuyển đổi năng lượng điện sang năng   lượng cơ Động cơ điện được dùng trong hấu hết mọi lĩnh vực, từ các động cơ nhỏ dùng  trong lị vi sóng để chuyển động đĩa quay, hay trong các máy đọc đĩa (máy chơi CD hay   DVD), đến các đồ nghề như máy khoan, hay các máy gia dụng như máy giặt, sự hoạt  động của thang máy hay các hệ thống thơng gió cũng dựa vào động cơ điện Ở nhiều nước động cơ điện được dùng trong các phương tiện vận chuyển, đặc   biệt trong các đầu máy xe lửa.Trong cơng nghệ máy tính: Động cơ điện được sử dụng  trong các  ổ  cứng,  ổ  quang, chúng là các động cơ  bước rất nhỏ. Sở  dĩ, động cơ  điện  được đánh giá cao và ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực hiện nay là bởi ngun   tắc hoạt động vơ cùng thơng minh của nó Động cơ  điện bao gồm 2 bộ  phận chính được gọi là rotor và stator. Khi cuộn   dây trên rotor và stator được nối với nguồn điện, các từ  trường sẽ  được tạo ra xung  quanh và tạo ra sự  chuyển động quay của rotor quanh trục hay 1 mơmen. Đa số  các  động cơ điện đều hoạt động theo ngun lý điện từ. Các động cơ điện từ Dựa vào ngun lí hoạt động là có một lực cơ  học trên một cuộn dây có dịng  điện chạy qua nằm trong một từ trường. Nhờ  đó mà động cơ  có thể  hoạt động liên   tục, bền bỉ và tiết kiệm năng lượng Vai trị của động cơ điện một bước trong sản xuất a Ưu điểm  ­ Có thế điều khiển mạch hở ­ Duy trì mơ men rất tốt (khơng cần phanh, biến tốc) ­ Giá thành rẻ  ­ Mơmen xoắn cao ở tốc độ thấp ­ Chi phí bảo dưỡng thấp (khơng có chổi qt)  ­ Định vị chính xác b Nhược điểm ­ Động cơ làm việc khơng đểu, đặc biệt là ỏ tốc độ thấp (điều khiển đầy bước) ­ Tiêu thụ dịng điện khơng phụ thuộc vào tải ­ Kích cỡ hạn chế ­ Làm việc ồn ­ Mơ men giảm theo tốc độ ­ Khơng có phản hồi nên có thể xảy ra các sai số Các phương pháp điều khiển được sử dụng động cơ bước Động cơ bước có thể được điều khiển bởi nhiều cách khác nhau từ những thiết   bị thơ sơ nhất như nút bấm, mạch điện­điện tử tuy cách sử dụng vận hành các thiết bị  này đơn giản nhưng địi hỏi người vận hành phải có mặt trực tiếp tại hiện trường để  sử dụng thiết bị điều khiển Ngày nay, cơng nghệ kỹ thuật điện­điện tử, cơng nghệ thơng tin phát triển, giải  pháp tự động hóa trong điều khiển ngày càng được áp dụng rộng rãi trong đời sống ,   sản xuất. Việc sử dụng tự động hóa trong điều khiển đáp ứng được việc có thể  điều   khiển thiết bị khác ở mọi lúc mọi nơi mà khơng cần có mặt tại hiện trường, tiết kiệm   được thời gian, cơng sức cho người sử dụng  Vì vậy, để đáp ứng u cầu đề tài chúng em tập trung vào những vấn đề sau: ­ Tìm hiểu, lựa chọn động cơ một chiều ­ Tìm hiểu, lựa chọn các linh kiện, thiết bị trong hệ thống điều khiển như: LCD   16x2, module ULN2003, , các loại nút bấm, điện trở, tụ điện… Thiết kế một hệ thống điều khiển động cơ  bước sử dụng vi điều khiển theo u  cầu cơng nghệ của đề tài Lựa chọn thiết bị a Động cơ bước Đề tài u cầu đối tượng điều khiển là động cơ bước, để phù hợp với u cầu  của đề tài và q trình tìm hiểu, thiết kế, vậy nên chúng em chọn động cơ bước  28BYJ­48: ­ Điện áp cung cấp: 5VDC ­ Số phase: 4 Động cơ bước chúng em đang sử dụng có 4 cực và cơ cấu giảm tốc để tăng  momen xoắn. Góc bước của động cơ là 5,64 °. Nhưng khi xét giảm tốc, góc bước của  trục đầu ra là 5,64°/64°.  b Module ULN2003 Để  điều khiển động cơ  bưóc, chúng em sử  dụng module  ULN2003. Dựa vào  các thơng số của động cơ bước, chọn module ULN2003 có thơng số như sau: ­ Điện áp đầu vào: 5 ~ 12 VDC ­ Tín hiệu ngõ vào: 4 chân in1, in2, in3, in4 ­ Tín hiệu ngõ ra: Jack cắm động cơ bước 28BYJ­48 ­ 4 led hiển thị trạng thái hoạt động của động cơ c Vi điều khiển Đối với vi điều khiển , chúng em sử dụng vi điều khiển AT89C52 thuộc họ vi  điều khiển MCS51 : ­ Điện áp hoạt động: 4V ­ 5.5V ­ Dịng điện ni vi điều khiển: 25mA ­ Dịng đầu ra của các Port cỡ 15mA d Nút bấm Để  điều khiển chọn chế  độ  chạy cho động cơ, chúng em sử  dụng nút bấm  vng cỡ 6x6x5mm có thơng số như sau: ­ Nút nhấn chịu điện áp định mức: AC 250V ­ Tải định mức : DC 12V 50mA ­ Trở kháng định mức khi tắt (OFF): ≥100MΩ ­ Trở kháng định mức khi mở (ON): ≤0.03Ω e Thạch anh  Thạch anh sử dụng là loại 12Mhz 49S có thơng số như sau: 10 ­ Tần số: 12MHz ­ Dung sai tần số: ±20ppm ­ ESR (Equivalent series resistance): 30 Ohm ­ Nhiệt độ hoạt động: ­20oC ~ 70oC ljmp dsp5 checkey5: cjne a,#00011110b,ketthuc     // Kiem tra phim 5 ljmp dsp6 ketthuc: ljmp main1 DSP1:     mov lcall a,#80H // Dua con tro ve vi tri dau hang 1 command lcall  delay mov a,#"S" lcall    // Hien thi chu S display lcall  delay mov a,#"T"    // Hien thi chu T lcall   display lcall  delay mov a,#"E" lcall    // Hien thi chu E display lcall  delay mov a,#"P" lcall    // Hien thi chu p display lcall  delay mov a,#" "    // Hien thi KHOANG  CACH  lcall display lcall  delay mov a,#"M" 35  // Hien thi chu M lcall display lcall  delay mov a,#"O" lcall   // Hien thi chu O display lcall  delay mov a,#"T" lcall    // Hien thi chu T display lcall  delay     mov a,#"O" lcall    // Hien thi chu O display lcall  delay     mov lcall a,#"R"    // Hien thi chu R display lcall  delay  mov a,#"­" lcall     // Hien thi DAU GACH     // Hien thi chu N     // Hien thi chu H     // Hien thi chu O display lcall  delay  mov a,#"N" lcall display lcall  delay  mov a,#"H" lcall display lcall  delay  mov a,#"O" lcall display lcall  delay  mov a,#"M" 36    // Hien thi chu M lcall display lcall  delay  mov a,#"4" lcall     // Hien thi SO 4 display lcall  delay ret Quaynuabuocthuan: mov p3,#10000000B // Dong co o vi tri A lcall delay mov p3,#11000000B // Dong co o vi tri AB lcall delay mov p3,#01000000B // Dong co o vi tri B lcall delay mov p3,#01100000B // Dong co o vi tri BC lcall delay mov p3,#00100000B // Dong co o vi tri C lcall delay mov p3,#00110000B // Dong co o vi tri CD lcall delay mov p3,#00010000B // Dong co o vi tri D lcall delay mov p3,#10010000B lcall delay ret Quaynuabuocnghich: 37 // Dong co o vi tri DA mov p3,#00010000B // Dong co o vi tri D lcall delay mov p3,#00110000B // Dong co o vi tri DC lcall delay mov p3,#00100000B // Dong co o vi tri C lcall delay mov p3,#01100000B // Dong co o vi tri CB lcall delay mov p3,#01000000B // Dong co o vi tri B lcall delay mov p3,#11000000B // Dong co o vi tri BA lcall delay mov p3,#10000000B // Dong co o vi tri A lcall delay mov p3,#10010000B // Dong co o vi tri AD lcall delay ret Quaynuabuocthuan1: mov p3,#10000000B lcall delay2s mov p3,#11000000B lcall delay2s mov p3,#01000000B lcall delay2s mov p3,#01100000B lcall delay2s mov p3,#00100000B 38 // Dong co quay theo chieu thuan tang toc lcall delay2s mov p3,#00110000B lcall delay2s mov p3,#00010000B lcall delay2s mov p3,#10010000B lcall delay2s ret Quaynuabuocthuan2: // Dong co quay theo chieu thuan giam toc mov p3,#10000000B lcall delay3s mov p3,#11000000B lcall delay3s mov p3,#01000000B lcall delay3s mov p3,#01100000B lcall delay3s mov p3,#00100000B lcall delay3s mov p3,#00110000B lcall delay3s mov p3,#00010000B lcall delay3s mov p3,#10010000B lcall delay3s ret tat: 39 // Dong co dung quay mov p3,#00000000B lcall delay ret DSP2:           mov r7,#1 mov a,#0C0H         lcall // Dua con tro ve vi tri dau hang 2  command lcall  delay mov a,#3CH // Kich hoat dong 2 lcall command lcall delay            mov a,#"M" lcall // Hien thi chu M display lcall  delay mov a,#"O" lcall // Hien thi chu O display lcall  delay mov a,#"D" lcall // Hien thi chu D display lcall  delay mov a,#"E" lcall // Hien thi chu E display lcall  delay mov a,#"1" lcall display lcall  delay     ljmp main1 40                              // Hien thi so 1  DSP3:            mov r7,#2 mov a,#0C0H            lcall     // Dua con tro ve vi tri dau hang 2  command lcall  delay mov a,#3CH // Kich hoat dong 2 lcall command lcall delay            mov a,#"M" lcall // Hien thi chu M display lcall  delay mov a,#"O" lcall // Hien thi chu O display lcall  delay mov a,#"D" lcall // Hien thi chu D display lcall  delay mov a,#"E" lcall // Hien thi chu E display lcall  delay mov a,#"2" lcall display lcall  delay     ljmp main1 DSP4:     mov r7,#3 41 // Hien thi so 2 mov a,#0C0H   // Dua con tro ve vi tri  dau hang 2     lcallcommand lcall  delay mov a,#3CH // Kich hoat dong 2 lcall command lcall delay     mov lcall a,#"M" // Hien thi chu M display lcall  delay mov a,#"O" lcall // Hien thi chu O display lcall  delay mov a,#"D" lcall // Hien thi chu D display lcall  delay mov a,#"E" lcall // Hien thi chu E display lcall  delay mov a,#"3" lcall // Hien thi so 3 display lcall  delay     ljmp main1 DSP5:     mov r7,#4 mov a,#0C0H hang 2 42 // Dua con tro ve vi tri dau      lcallcommand lcall  delay mov a,#3CH // Kich hoat dong 2 lcall command lcall delay     mov lcall a,#"M" // Hien thi chu M display lcall  delay mov a,#"O" lcall // Hien thi chu O display lcall  delay mov a,#"D" lcall // Hien thi chu D display lcall  delay mov a,#"E" lcall // Hien thi chu E display lcall  delay mov a,#"4" lcall // Hien thi so 4 display lcall  delay     ljmp main1 DSP6:     mov r7,#5 mov a,#0C0H hang 2     lcallcommand lcall  delay 43 // Dua con tro ve vi tri dau  mov a,#3CH // Kich hoat dong 2 lcall command lcall delay     mov lcall a,#"T" // Hien thi chu T display lcall  delay mov a,#"A" lcall // Hien thi chu A display lcall  delay mov a,#"T" lcall // Hien thi chu T display lcall  delay mov a,#" " lcall // Hien thi Khoang cach display lcall  delay mov a,#" " lcall // Hien thi Khoang cach display lcall  delay ljmp main COMMAND:   LCALL READY  MOV P2,A  CLR P3.0  CLR P3.1  SETB P3.2  CLR P3.2 44                  // Dua lenh vao LCD  RET DISPLAY: // Hien thi tren LCD  LCALL READY  MOV P2,A  SETB P3.0  CLR P3.1  SETB P3.2  CLR P3.2  RET READY: // Khoi dong LCD  SETB P2.7  CLR P3.0  SETB P3.0 BACK:  CLR P3.2  SETB P3.2  JNB P2.7,BACK  RET Delay: mov r1,#50 D1s: mov r2,#50 D2s: mov r3,#20 D3s: djnz r3,d3s djnz r2,d2s 45 // Thoi gian tre djnz r1,d1s Ret Delay2s:        // Thoi gian tre 2  mov r1,#10 D4s: mov r2,#10 D5s: mov r3,#10 D6s: djnz r3,d6s djnz r2,d5s djnz r1,d4s Ret Delay3s: mov r1,#100 D7s: mov r2,#100 D8s: mov r3,#20 D9s: djnz r3,d9s djnz r2,d8s djnz r1,d7s Ret End 46 // Thoi gian tre 3 KẾT LUẬN Qua nghiên cứu về mạch điều khiển động cơ bước em đã hiểu thêm về vi xử lí,  động cơ bước và các phương pháp điều khiển chúng  Đề  tài  Thiết kế  mạch điều khiển động độ  động cơ  bước (Step Motor)  đã  đáp  ứng nhu cầu ham muốn học hỏi của bản thân và giúp cho các bạn sinh viên dễ  tiếp cận và hiểu sâu hơn về  vi điều khiển họ  8051. Vi điều khiển khơng những góp  phần vào kỹ  thuật điều khiển mà cịn góp phần to lớn vào việc phát triển thơng tin   Chính vì các lý do trên, việc tìm hiểu, khảo sát vi điều khiển là điều mà các sinh viên   ngành điện phải hết sức quan tâm Qua đó, em đã nắm rõ ngun lí hoạt động và các phương pháp điều khiển của   động cơ  bước. Hơn thế cũng nắm rõ cả  về  các linh kiện hay các IC mạch khác, góp   phần một chút kiến thức cho bản thân và các bạn   47 TÀI LIỆU THAM KHẢO Cấu trúc và lập trình họ  Vi Điều khiển 8051 (Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ  thuật ) ­ Nguyễn Tăng Cường, Phan Quốc Thắng  Cấu trúc lập trình ghép nối và ứng dụng của Vi điều khiển (Nhà xuất bản Lao   động – Xã hội) ­ Nguyễn Mạnh Giang  Kỹ thuật điện tử (Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật) ­ Phạm Minh Hà  Vi điều khiển trong đo lường và điều khiển tự  động (Nhà xuất bản Khoa học   và Kỹ thuật) ­ Ngô Diện Tập  Họ Vi điều khiển 8051 ( Nhà xuất bản Lao động – Xã hội) 48 49 ... // Thoi gian tre 3 KẾT LUẬN Qua nghiên cứu về? ?mạch? ?điều? ?khiển? ?động? ?cơ? ?bước? ?em đã hiểu thêm về? ?vi? ?xử? ?lí,  động? ?cơ? ?bước? ?và các phương pháp? ?điều? ?khiển? ?chúng  Đề  tài ? ?Thiết? ?kế ? ?mạch? ?điều? ?khiển? ?động? ?độ ? ?động? ?cơ ? ?bước? ? (Step? ?Motor)? ?... 4 led hiển thị trạng thái hoạt? ?động? ?của? ?động? ?cơ c Vi? ?điều? ?khiển Đối với? ?vi? ?điều? ?khiển? ?, chúng em sử dụng? ?vi? ?điều? ?khiển? ?AT89C52 thuộc họ? ?vi? ? điều? ?khiển? ?MCS51 : ­ Điện áp hoạt? ?động:  4V ­ 5.5V ­ Dịng điện ni? ?vi? ?điều? ?khiển:  25mA...Hà Nội, tháng 10 năm 2020 ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THƯ Thiết? ?kế? ?mạch? ?điều? ?khiển? ?động? ?độ? ?động? ?cơ? ?bước? ? (step? ?Motor)? ? Nhiệm vụ? ?thiết? ?kế: Điều? ?khiển? ?động? ?cơ? ?theo phương pháp sử dụng độ rộng xung