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

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA ĐỒ ÁN MƠN HỌC VI XỬ LÝ Đề tài: Thiết kế mạch điều khiển động bước ( Step Motor) Giảng viên hướng dẫn : TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG Sinh viên thực hiện: 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 bước (step Motor) Nhiệm vụ thiết kế:  Điều khiển động theo phương pháp sử dụng độ rộng xung  Có phím chức tương ứng để Dừng, Quay thuận nửa bước, Quay nghịch nửa bước, Tăng tốc Giảm tốc cho DC bước (02 cấp tốc độ)  Hiển thị chức tương ứng chạy tốc độ động lên hình LCD Yêu cầu:  Đặt vấn đề nhiệm vụ thư  Giới thiệu chung điều khiển  Thiết kế phần cứng  Thiết kế phần mềm  Kết luận MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Như biết kỹ thuật vi điều khiển trở nên quen thuộc ngành kỹ thuật dân dụng Các vi điều khiển có khả xử lý nhiều hoạt động phức tạp mà cần chip vi mạch nhỏ, thay tủ điều khiển lớn phức tạp mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng thao tác sử dụng Vi điều khiển khơng góp phần vào kỹ thuật điều khiển mà cịn góp phần to lớn vào việc phát triển thơng tin Chính lý trên, việc tìm hiểu, khảo sát vi điều khiển điều mà sinh viên ngành điện phải quan tâm Đó nhu cầu cần thiết cấp bách sinh viên, đề tài thực đáp ứng nhu cầu Mặc dù vi điều khiển bước dài để tiếp cận với kỹ thuật khơng thể việc có sớm chiều Để tìm hiểu vi điều khiển cách khoa học mang lại hiệu cao làm tảng cho việc xâm nhập vào hệ thống tối tân Việc trang bị kiến thức vi điều khiển cho sinh viên cần thiết Xuất phát từ thực tiển em đến định Thiết kế mạch điều khiển động độ động bước (Step Motor) nhằm đáp ứng nhu cầu ham muốn học hỏi thân giúp cho bạn sinh viên dễ tiếp cận hiểu sâu vi điều khiển họ 8051 Tuy nhiên thời gian có hạn kiến thức chun mơn cịn hạn chế nên q trình thực đồ án khơng thể tránh thiếu sót định Vì vậy, chúng em mong giúp đỡ, ý kiến đóng góp thầy tất bạn để đồ án hoàn thiện Chúng em chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Nhóm Sinh Viên LỜI CẢM ƠN Lời chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Đồn Thị Hương Giang Cơ hướng dẫn giúp đỡ tận tình chúng em nghiên cứu hoàn thành tốt đồ án Những lời nhận xét góp ý hướng dẫn thầy giúp chúng em có định hướng đắn q trình thực đồ án, giúp chúng em nhìn ưu khuyết điểm đồ án bước khắc phục để có kết tốt Chúng em xin cảm ơn thầy cô khoa Điều Khiển Tự Động Hóa, mơn Vi Xử Lý Đo Lường Điều Khiển tận tình bảo, truyền đạt cho chúng em kiến thức chuyên ngành, công nghệ cách làm việc nhóm đề hồn thành tốt đồ án môn học Hà Nội, tháng 08 năm 2020 Đánh giá nhận xét GV hướng dẫn Giảng viên hướng dẫn CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THỰC HIỆN I Đặt vấn đề Vai trò động điện sản xuất Hiện nhiều lĩnh vực đời sống sản xuất loại động điện ngày ứng dụng rộng rãi so với loại động sử dụng lượng xăng, dầu khí, đốt… Động điện máy điện dùng để chuyển đổi lượng điện sang lượng Động điện dùng hấu hết lĩnh vực, từ động nhỏ dùng lị vi sóng để chuyển động đĩa quay, hay máy đọc đĩa (máy chơi CD hay DVD), đến đồ nghề máy khoan, hay máy gia dụng máy giặt, hoạt động thang máy hay hệ thống thơng gió dựa vào động điện Ở nhiều nước động điện dùng phương tiện vận chuyển, đặc biệt đầu máy xe lửa.Trong cơng nghệ máy tính: Động điện sử dụng ổ cứng, ổ quang, chúng động bước nhỏ Sở dĩ, động điện đánh giá cao ứng dụng phổ biến nhiều lĩnh vực nguyên tắc hoạt động vô thông minh Động điện bao gồm phận gọi rotor stator Khi cuộn dây rotor stator nối với nguồn điện, từ trường tạo xung quanh tạo chuyển động quay rotor quanh trục hay mômen Đa số động điện hoạt động theo nguyên lý điện từ Các động điện từ Dựa vào ngun lí hoạt động có lực học cuộn dây có dịng điện chạy qua nằm từ trường Nhờ mà động hoạt động liên tục, bền bỉ tiết kiệm lượng Vai trò động điện bước sản xuất a Ưu điểm - Có điều khiển mạch hở - Duy trì mô men tốt (không cần phanh, biến tốc) - Giá thành rẻ - Mômen xoắn cao tốc độ thấp - Chi phí bảo dưỡng thấp (khơng có chổi quét) - Định vị xác b Nhược điểm - Động làm việc không đểu, đặc biệt ỏ tốc độ thấp (điều khiển đầy bước) - Tiêu thụ dịng điện khơng phụ thuộc vào tải - Kích cỡ hạn chế - Làm việc ồn - Mô men giảm theo tốc độ - Khơng có phản hồi nên xảy sai số Các phương pháp điều khiển sử dụng động bước Động bước điều khiển nhiều cách khác từ thiết bị thô sơ nút bấm, mạch điện-điện tử cách sử dụng vận hành thiết bị đơn giản đòi hỏi người vận hành phải có mặt trực tiếp trường để sử dụng thiết bị điều khiển Ngày nay, công nghệ kỹ thuật điện-điện tử, công nghệ thông tin phát triển, giải pháp tự động hóa điều khiển ngày áp dụng rộng rãi đời sống , sản xuất Việc sử dụng tự động hóa điều khiển đáp ứng việc điều khiển thiết bị khác lúc nơi mà không cần có mặt trường, tiết kiệm thời gian, cơng sức cho người sử dụng  Vì vậy, để đáp ứng yêu cầu đề tài chúng em tập trung vào vấn đề sau: - Tìm hiểu, lựa chọn động chiều - Tìm hiểu, lựa chọn linh kiện, thiết bị hệ thống điều khiển như: LCD 16x2, module ULN2003, , loại nút bấm, điện trở, tụ điện… Thiết kế hệ thống điều khiển động bước sử dụng vi điều khiển theo yêu cầu công nghệ đề tài Lựa chọn thiết bị a Động bước Đề tài yêu cầu đối tượng điều khiển động bước, để phù hợp với yêu cầu đề tài trình tìm hiểu, thiết kế, nên chúng em chọn động bước 28BYJ-48: - Điện áp cung cấp: 5VDC - Số phase: Động bước chúng em sử dụng có cực cấu giảm tốc để tăng momen xoắn Góc bước động 5,64 ° Nhưng xét giảm tốc, góc bước trục đầu 5,64°/64° b Module ULN2003 Để điều khiển động bưóc, chúng em sử dụng module ULN2003 Dựa vào thông số động bước, chọn module ULN2003 có thơng số sau: - Điện áp đầu vào: ~ 12 VDC - Tín hiệu ngõ vào: chân in1, in2, in3, in4 - Tín hiệu ngõ ra: Jack cắm động bước 28BYJ-48 - led hiển thị trạng thái hoạt động động 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 - Dòng đầu Port cỡ 15mA d Nút bấm Để điều khiển chọn chế độ chạy cho động cơ, chúng em sử dụng nút bấm vuông cỡ 6x6x5mm có thơng số sau: - Nút nhấn chịu điện áp định mức: AC 250V - Tải định mức : DC 12V 50mA - Trở kháng định mức tắt (OFF): ≥100MΩ - Trở kháng định mức mở (ON): ≤0.03Ω e Thạch anh Thạch anh sử dụng loại 12Mhz 49S có thơng số sau: - Tần số: 12MHz - Dung sai tần số: ±20ppm - ESR (Equivalent series resistance): 30 Ohm - Nhiệt độ hoạt động: -20oC ~ 70oC II Nhiệm vụ yêu cầu kĩ thuật Thiết kế mạch điều khiển động DC 5V với yêu cầu quay thuận, quay ngược, dừng hẳn Thực thao tác điều chỉnh chức thông qua nút ấn bao gồm phím bấm điều chỉnh quay thuận nửa bước, quay nghịch nửa bước cấp độ ( tăng giảm ), dừng cấp độ quay Thông qua nút ấn cho phép ta điều chỉnh động làm việc mong muốn Hệ thống cho phép hiển thị q trình làm việc sử dụng LCD để thông báo trạng thái động Thông qua đề tài, làm quen với cách thức, nguyên lý điều khiển đối tượng động bước - Tìm hiểu thực tế linh kiện, IC - Viết chương trình cho vi điều khiển thực thành công theo yêu cầu đề - Tìm hiểu hướng phát triển đề tài, nâng cao chất lượng hệ thống - Chi phí cho hệ thống khơng q cao, phù hợp với yêu cầu kinh tế 10 Org 0000h ljmp main org 200h Main: mov r7,#0 MOV A,#38H ; // Khoi tao LCD 16X2 LCALL COMMAND LCALL DELAY MOV A,#0EH ; // Hien thi vi tri tro LCALL COMMAND LCALL DELAY MOV A,#01H ; // Xoa man hinh LCD LCALL COMMAND LCALL DELAY MOV A,#06H ; // Dich tro sang phai LCALL COMMAND LCALL DELAY lcall DSP1 // Goi DSP1 len main1: cjne r7,#1,M2 //?????? lcall Quaynuabuocthuan M2: cjne r7,#2,M3 lcall Quaynuabuocnghich M3: cjne r7,#3,M4 31 lcall Quaynuabuocthuan1 M4: cjne r7,#4,M5 lcall Quaynuabuocthuan2 M5: cjne r7,#5,checkey lcall tat Checkey: // Kiem tra phim bam mov a,p1 anl a,#00011111b cjne a,#00011111b,checkey1 jmp main1 checkey1: cjne a,#00001111b,checkey2 // Kiem tra phim ljmp dsp2 checkey2: cjne a,#00010111b,checkey3 // Kiem tra phim ljmp dsp3 checkey3: cjne a,#00011011b,checkey4 // Kiem tra phim ljmp dsp4 checkey4: cjne a,#00011101b,checkey5 // Kiem tra phim ljmp dsp5 checkey5: cjne a,#00011110b,ketthuc // Kiem tra phim ljmp dsp6 ketthuc: ljmp main1 32 DSP1: mov a,#80H lcall command lcall delay mov a,#"S" lcall display lcall delay // Dua tro ve vi tri dau hang // Hien thi chu S mov a,#"T" // Hien thi chu T lcall display lcall delay mov a,#"E" lcall display lcall delay mov a,#"P" lcall display lcall delay mov a,#" " lcall display lcall delay mov a,#"M" lcall display lcall delay mov a,#"O" lcall display lcall delay mov a,#"T" lcall display lcall delay // Hien thi chu E // Hien thi chu p // Hien thi KHOANG CACH // Hien thi chu M // Hien thi chu O // Hien thi chu T 33 mov a,#"O" lcall display lcall delay mov // Hien thi chu O a,#"R" lcall display lcall delay // Hien thi chu R mov a,#"-" lcall display lcall delay // Hien thi DAU GACH mov a,#"N" lcall display lcall delay // Hien thi chu N mov a,#"H" lcall display lcall delay // Hien thi chu H mov a,#"O" lcall display lcall delay // Hien thi chu O mov a,#"M" lcall display lcall delay // Hien thi chu M mov a,#"4" lcall display lcall delay // Hien thi SO ret Quaynuabuocthuan: mov p3,#10000000B // Dong co o vi tri A lcall delay 34 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 // Dong co o vi tri DA lcall delay ret Quaynuabuocnghich: 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 35 mov p3,#10000000B // Dong co o vi tri A lcall delay mov p3,#10010000B // Dong co o vi tri AD lcall delay ret Quaynuabuocthuan1: // Dong co quay theo chieu thuan tang toc mov p3,#10000000B lcall delay2s mov p3,#11000000B lcall delay2s mov p3,#01000000B lcall delay2s mov p3,#01100000B lcall delay2s mov p3,#00100000B 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 36 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: // Dong co dung quay mov p3,#00000000B lcall delay ret DSP2: mov r7,#1 mov lcall lcall a,#0C0H // Dua tro ve vi tri dau hang command delay mov a,#3CH // Kich hoat dong lcall command lcall delay mov a,#"M" lcall display lcall delay mov a,#"O" lcall display // Hien thi chu M // Hien thi chu O 37 lcall delay mov a,#"D" lcall display lcall delay mov a,#"E" lcall display lcall delay mov a,#"1" lcall display lcall delay // Hien thi chu D // Hien thi chu E // Hien thi so ljmp main1 DSP3: mov r7,#2 mov a,#0C0H lcall command lcall delay // Dua tro ve vi tri dau hang mov a,#3CH // Kich hoat dong lcall command lcall delay mov a,#"M" lcall display lcall delay mov a,#"O" lcall display lcall delay mov a,#"D" lcall display lcall delay // Hien thi chu M // Hien thi chu O // Hien thi chu D 38 mov a,#"E" lcall display lcall delay mov a,#"2" lcall display lcall delay // Hien thi chu E // Hien thi so ljmp main1 DSP4: mov r7,#3 mov a,#0C0H // Dua tro ve vi tri dau hang lcall command lcall delay mov a,#3CH // Kich hoat dong lcall command lcall delay mov a,#"M" lcall display lcall delay mov a,#"O" lcall display lcall delay mov a,#"D" lcall display lcall delay mov a,#"E" lcall display lcall delay mov a,#"3" // Hien thi chu M // Hien thi chu O // Hien thi chu D // Hien thi chu E // Hien thi so 39 lcall display lcall delay ljmp main1 DSP5: mov r7,#4 mov a,#0C0H // Dua tro ve vi tri dau hang lcall command lcall delay mov a,#3CH // Kich hoat dong lcall command lcall delay mov a,#"M" lcall display lcall delay mov a,#"O" lcall display lcall delay mov a,#"D" lcall display lcall delay mov a,#"E" lcall display lcall delay mov a,#"4" lcall display lcall delay // Hien thi chu M // Hien thi chu O // Hien thi chu D // Hien thi chu E // Hien thi so ljmp main1 DSP6: 40 mov r7,#5 mov a,#0C0H // Dua tro ve vi tri dau hang lcall command lcall delay mov a,#3CH // Kich hoat dong lcall command lcall delay mov a,#"T" lcall display lcall delay mov a,#"A" lcall display lcall delay mov a,#"T" lcall display lcall delay mov a,#" " lcall display lcall delay mov a,#" " lcall display lcall delay // Hien thi chu T // Hien thi chu A // Hien thi chu T // Hien thi Khoang cach // Hien thi Khoang cach ljmp main COMMAND: // Dua lenh vao LCD LCALL READY MOV P2,A CLR P3.0 41 CLR P3.1 SETB P3.2 CLR P3.2 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: // Thoi gian tre mov r1,#50 D1s: mov r2,#50 D2s: mov r3,#20 D3s: djnz r3,d3s 42 djnz r2,d2s djnz r1,d1s Ret Delay2s: // Thoi gian tre mov r1,#10 D4s: mov r2,#10 D5s: mov r3,#10 D6s: djnz r3,d6s djnz r2,d5s djnz r1,d4s Ret Delay3s: // Thoi gian tre mov r1,#100 D7s: mov r2,#100 D8s: mov r3,#20 D9s: djnz r3,d9s djnz r2,d8s djnz r1,d7s Ret End 43 KẾT LUẬN Qua nghiên cứu mạch điều khiển động bước em hiểu thêm vi xử lí, động bước phương pháp điều khiển chúng Đề tài Thiết kế mạch điều khiển động độ động bước (Step Motor) đáp ứng nhu cầu ham muốn học hỏi thân giúp cho bạn sinh viên dễ tiếp cận hiểu sâu vi điều khiển họ 8051 Vi điều khiển khơng góp phần vào kỹ thuật điều khiển mà cịn góp phần to lớn vào việc phát triển thơng tin Chính lý trên, việc tìm hiểu, khảo sát vi điều khiển điều mà sinh viên ngành điện phải quan tâm Qua đó, em nắm rõ nguyên lí hoạt động phương pháp điều khiển động bước Hơn nắm rõ linh kiện hay IC mạch khác, góp phần chút kiến thức cho thân bạn 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO Cấu trúc lập trình họ Vi Điều khiển 8051 (Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật ) - Nguyễn Tăng Cường, Phan Quốc Thắng Cấu trúc lập trình ghép nối ứng dụng Vi điều khiển (Nhà xuất Lao động – Xã hội) - Nguyễn Mạnh Giang Kỹ thuật điện tử (Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật) - Phạm Minh Hà Vi điều khiển đo lường điều khiển tự động (Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật) - Ngô Diện Tập Họ Vi điều khiển 8051 ( Nhà xuất Lao động – Xã hội) 45 ... Ret End 43 KẾT LUẬN Qua nghiên cứu mạch điều khiển động bước em hiểu thêm vi xử lí, động bước phương pháp điều khiển chúng Đề tài Thiết kế mạch điều khiển động độ động bước (Step Motor) đáp ứng... Khối hiển thị Động bước Khuếch đại dòng Điều khiển ngồi Bộ xử lý Khối nguồn Hình 3.1: Sơ đồ khối điều khiển động bước II Sơ đồ nguyên lý hệ thống 24 III Thiết kế khối Bộ xử lý Bộ xử lý làm nhiệm... CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG Sơ đồ khối hệ thống I Với yêu cầu đề tài thiết kế hệ thống điều khiển động bước cách sử dụng chip vi điều khiển để điều khiển động bước, em xin đưa sơ đồ khối sau: