đồ án thiết kế ht cơ điện tửokok

+ĐỀ TÀI : Điều khiển tốc độ động đảo chiều động chiều (DC) hiển thị tốc độ lên LCD Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Phạm Hữu Nam Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hữu Hoan MSV: 17114628 Lớp : DO22.01 Phụ Lục Nội dung 1, Phân tích nhiệm vụ ý nghĩ đề tài 2, Động điện chiều DC a, cấu tạo nguyên lý hoạt động .6 b, Điều khiển tốc độ động chiều (DC) .6 c,Ưu điểm động điện 3, Ý nghĩa việc điều khiển tốc độ động (DC) 4, Sơ đồ mơ hình điều khiển a, Vi điều khiển b, Màn hình hiển thị LCD 10 c, Mạch điều khiển .11 d, Động + encoder 12 5, Thiết kế hệ thống điều khiển hiển thị tốc độ động lên hình LCD16 Điều khiển tốc độ, đảo chiều động .16 Hiển thị tốc độ động lên LCD .18 Sơ đồ kết nối tổng thể 19 6, Lập trình thực nghiệm.20 7, Kết luận 24 Nội dung 1,Phân tích nhiệm vụ ,ý nghĩa đề tài 2, Động điện chiều (DC) 3, Ý nghĩa việc điều khiển động điện chiều (DC) 4, Sơ đồ mơ hình điều khiển 5,Thiết kế hệ thống điều khiển 6, Lập trình thực nghiệm 7, Kết luận 1, Phân tích nhiệm vụ ý nghĩ đề tài Đề tài : điều khiển tốc độ, đảo chiều động DC hiển thị tốc độ động lên hình LCD vi điều khiển Nhiệm vụ đề tài đặt điểu khiển tốc độ động vi xử lý, đồng thời đo hiển thị tốc độ động mà ta vừa điều khiển lên hình LCD Nhiệm vụ yêu cầu phải nắm rõ hiểu nguyên lý điều khiển đảo chiều động cơ, kết hợp với việc lập trình vi điều khiển, để điểu khiển đo tốc độ động cách xác Liên hệ với ngành học công nghệ kĩ thuật ô tô ta thấy ngày trang bị xe không đơn khớp nối, bánh răng, chi tiết khí dẫn động động đốt hay tác động lực từ người Mà ngày nhờ áp dụng kho học tiến việc áp dụng , bố trí động điện lên chi tiết, phận xe đem lại thuật tiện vận hành xác mà ta yêu cầu Việc điều khiển động điện xe k0 đơn bật tắt người mà tự động hóa điều khiển vi xử lý tích hợp theo nó, tính tốn đo đạc lập trình xác vi điều khiển hoạt động điều khiển động điện hoạt động vị trí cách chuẩn xác đem lại hiệu cao Đề tài ví dụ việc điểu khiển động điện chiều từ biết hiểu nguyên lý hoạt động, cách thức điều khiển để liên hệ thiết lập thông số , áp đặt cách thức hoạt động động điện vị trí hoạt động mà cần đến chuyển động xác 2, Động điện chiều DC a, cấu tạo nguyên lý hoạt động - Cấu tạo : Có phần Rotor (phần quay) Stator (phần vỏ động cơ)`  Stator : có kết cấu nam châm vĩnh cửu, nam châm điện  Rotor : cấu tạo trục có quấn cuộn dây tạo thành nam châm điện  Cổ góp (commutator) : tiếp xúc để truyền điện cho cuộn dây rotor Số điểm tiếp xúc tương ứng với số cuộn dây quấn Rotor  Chổi than (brushes) : tiếp xúc tiếp điện cho cổ góp - Nguyên lý hoạt động: Hầu hết động điện hoạt động theo nguyên lý điện từ, cấp nguồn điện vào đầu cuộn dây rotor thông qua cổ góp , cuộn dây rotor sinh từ trường , từ trường tương tác với từ trường stator làm cho trục quay chuyển động xoay , b, Điều khiển tốc độ động chiều (DC) - Điều khiển tốc độ: Thông thường, tốc độ quay động điện chiều tỷ lệ với điện áp đặt vào Điều khiển tốc độ động cách điều khiển điểm chia điện áp nguồn điện chiều , điều khiển cấp nguồn thay đổi được, dùng điện trở mạch điện tử - Điều khiển chiều quay: Chiều quay động thay đổi cách thay đổi chiều nối dây phần kích từ, phần ứng, khơng thể thay đổi hai c,Ưu điểm động điện Ưu điểm động điện chiều dùng làm động điện hay máy phát điện nhiều điều kiện làm việc khác Nhưng ưu điểm lớn động điện chiều điều chỉnh, thay đổi tốc độ khả làm việc điều kiện tải Động điện chiều khơng điều chỉnh rộng xác , mạch điều khiển đơn giản đồng thời lại đạt chất lượng cao so với động đốt Ngồi động điện cịn có nhiều loại kích thước khác , nhỏ gọn dễ dàng bố trí lắp đặt, nguyên lý hoạt động đơn giản,vận hành khởi động đơn giản gây tiếng ồn, momen khởi động lớn 3, Ý nghĩa việc điều khiển tốc độ động (DC) Việc điều khiển động mang lại hiệu cao công việc nhờ ưu điểm động điện so với động đốt Động điện bố trí vị trí thích hợp để dẫn động hệ khí hay gọi cấu chấp hành nhờ nhỏ gọn dễ dàng lắp đặt bố trí Trong tơ ngồi động đốt , cấu dẫn động từ động đốt trong, có nhiều phận cần đến hoạt động động điện quạt làm mát,bơm nhiên liệu, điều hịa,… Và trang bị điện thơng minh xe cốp điện, hệ thống gập gương, lên xuống kính cửa xe Điều khiển tốc độ làm việc, đảo chiều, động tạo nên thuận tiện đảm bảo an toàn cho hoạt động xe, mang đến điều khiển xác cao Trước đa phần truyền động lực xe truyền từ động đốt trong, phải dùng lực nười lái để chuyển động khớp quay, việc bố trí động điện mang lại thuận tiện dảm bảo hoạt động xác xe ô tô đại 4, Sơ đồ mơ hình điều khiển a, Vi điều khiển Ta dùng vi điều khiển arduino UNO để lập trình điều khiển động Ở boar mạch arduino UNO đóng vai trị làm vi điều khiển điều khiển hoạt động đảo chiều hay đà điểu khiển tốc độ động cơ.Ngồi cịn nơi nhận ,sử lý tín hiệu nhận từ ecoder xử lý tính tốn đo đạc để biết tốc độ vịng quay động từ đưa tín hiệu hiển thị lên hình LCD để thơng báo cho người dùng biết tốc độ chiều quay động cơ, hay hiển thị thiết lập mà người dùng mong muốn b, Màn hình hiển thị LCD Màn hình giúp hiển thị thơng số tốc độ động cơ, động xoay chiều thuận hay nghịch, số xung, … ( tùy theo yêu cầu người sử dụng thiết lập ) ta dùng loại LCD 16x2 Để thuận tiện cho việc thiết lập kết nối đoen giản , ta kết hợp dùng thêm modun I2C để giao tiếp vi điều khiển hình LCD 10 c, Mạch điều khiển Trên hình ảnh tổng quan ngoại hình mạch cầu L298 Thơng số kĩ thuật : - Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V - Dòng tối đa cho cầu H là: 2A (=>2A cho motor) - Điện áp tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V Chú thích: - Chân +12V power chân nhận nguồn dương từ nguồn 12V - Chân Power GND chân nhận nguồn âm từ nguồn - Chân +5V power chân nhận nguồn dương từ nguồn 5v ( dùng ) 11 - Chân output A output B chân nguồn mạch - Chân A Enable B Enable chân nhận tín hiệu xung điều khiển để điều khiển điện áp chân tương ứng output A output B - Chân Input gồm chân, chân nhận tín hiệu điều khiể đảo chiều dòng điện tương ứng output A output B d, Động + encoder  Encoder Encoder thành phần động cơ, giúp đọc tốc độ vị trí động cơ, nhờ xung vng có tần số thay đổi phụ thuộc vào tốc độ động Cấu tạo encoder : 12 Cấu tạo Encoder đơn giản bao gồm : Một đĩa trịn có lỗ (rãnh) hình xoay quay quanh trục cố định Một đèn LED bố trí gần đĩa xoay, cảm biến ánh sáng phía đối diện Nguyên lý hoạt động encoder : Encoder hoạt động nguyên lý đĩa quay quanh trục, đĩa có rãnh để tín hiệu quang chiếu qua đĩa (Led) Chỗ có lỗ (rãnh) ánh sáng xun qua được, chỗ khơng có lỗ (rãnh) ánh sáng khơng xun qua được.Với tín hiệu có, khơng có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận đèn led có chiếu qua lỗ hay khơng Số xung đếm tăng lên tính số lần ánh sáng bị cắt Cảm biến thu ánh sáng bật tắt liên tục => tạo xung vng Việc sử dụng mã hóa ghi nhận lại số xung tốc độ xung Tín hiệu dạng xung truyền xử lý trung tâm : vi xử lý PLC,… người điều khiển biết vị trí tốc độ động Tín hiệu dạng xung có dạng sau: 13  Động : Ở dùng động loại tích hợp sẵn ecoder 334 xung/vịng, để thực nghiệm lấy ví dụ cho nhiệm vụ đề tài u cầu , từ có nhìn tổng quát việc điều khiển động điện chiều DC Thông số động : 14 - Điện áp 6-12V - Xung: 30/vịng - Dịng khơng tải: 40mA - Tốc độ: 3800 - 7800 vòng / phút Thứ tự chân 15 5, Thiết kế hệ thống điều khiển hiển thị tốc độ động lên hình LCD Điều khiển tốc độ, đảo chiều động Trong sơ đồ có : - boad mạch arduino đóng vai trị điều khiển xử lý tín hiệu điều khiển tốc độ tín hiệu đảo chiều động - nút bấm button , bật tắt tín hiệu đảo chiều động nhấn nút triết áp, thay đổi điện trở làm tín hiệu điều khiển tốc độ động mạch cầu L298, điều khiển tốc độ đảo chiều động Nguyên lý làm việc: 16 - Chân D7 chân D8 vi điều khiển kết nối với chân IN1 IN2 mạch điều khiển, hai chân có nhiệm vụ gửi tín hiệu điện áp để đảo chiều dòng điện chân OUT1 OUT2 (output A) mạch điện Cụ thể: ta lập trình vi điều khiển mở điện áp chân D7 mức HIGH chân D8 mức LOW điện áp đầu chân OUT1 mang dấu ( + ) chân OUT2 mang dấu ( - ) , tương tự ngược lại ta đặt điện áp chân D7 LOW chân D8 HIGH chân đầu mạch mang điện áp ngược lại Điều giúp ta điều khiển thay đổi chiều quay động dựa vào thay đổi cực điện áp chân mạch - Chân D11 vi điều khiển kết nối với chân ENA( Enable A) để điều khiển điện áp đầu chân OUT1 OUT2 (output A) mạch điện Cụ thể: điện áp đầu mạch tỉ lệ thuận với độ xung điện áp đưa từ chân D11 vi điều khển từ ta điều khiển tốc độ động thông qua thay đổi điện áp chân mạch điều khiển thay đổi độ xung vi điều khiển - Chân A0 nối với triết áp, triết áp đóng vai trò thay đổi dòng điện để làm điều kiện đặt vào chân nhận tín hiệu vi điều khiển, từ làm điều kiện điều khiển tốc độ động cơ, Qua người sử dụng vặn triết áp để thay đổi tốc độ động thay việc phải lập trình lại vi diều khiển muốn thay đổi tốc độ động - Chân D5 Vi điều khiển kết nối với công tắc (button) , có cơng dụng nhận tín hiệu để thực nhiệm vụ đảo chiều động người sử dụng nhấn nút nhả nút 17 Hiển thị tốc độ động lên LCD Phương Thức kết nối: Kết nối I2C với hình LCD theo chiều hình vẽ Để kết nối I2C với vi điều khiển ta cần sử dụng chân VĐK,     Chân 5v VĐK nối với chân VCC I2C Chân GND VĐK nối với chân GND I2C Chân A4 VĐK kết nối với chân SDA I2C Chân A5 VĐK nối với chân SCL I2C Ý nghĩa : chân 5v GND VDK đóng vai trị chân cấp nguồn cho I2C hoạt động chân chân A4 A5 chân tín hiệu gửi tín hiệu để I2C xử lý đưa tín hiệu mà LCD 18 Sơ đồ kết nối tổng thể Kết hợp đấu nối sơ đồ ta có sơ đồ tổng thể hoàn thiện yêu cầu đề tài 19 6, Lập trình thực nghiệm Sơ đồ thuật tốn: Bắt đầu Chuẩn bị : Khai báo giá trị, hàm, thư viện cần thiết (i2c_LCD, ) Khởi động hình LCD Bật Serial.begin(9600) Bật hàm ngắt ngồi attchIterrupt để đo vitri0 đếm xung NN=digitalRead(5) NN==1 NN==0 Tạo điện áp xung chân D11 Tạo điện áp xung chân D11 Và báo lcd quay nghịch Và báo lcd quay thuận Dựa vào số xung đếm tính tốn số vịng phút công thức (xung/30*60) Gửi thông số tính tốn lên LCD void ngat_(){ if (digitalRead (pha_b)== LOW) { xung++;} else {xung }} Code lập trình: 20 #include ; #include ; // thư viện i2c LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); //0x27 địa hình bus I2C //16 số cột hình //2 số dịng hình const int vitri0=0; const int pha_a = 2; const int pha_b =3; int xung =0; int rpm ; int NN; int val=0; String intro = " HeLLO .! "; void setup() { lcd.init(); //Khởi động hình Bắt đầu cho phép Arduino sử dụng hình lcd.backlight(); //Bật đèn attachInterrupt(vitri0, ngat_,FALLING); pinMode(pha_a,INPUT_PULLUP); pinMode(pha_b,INPUT_PULLUP); pinMode(8,OUTPUT); pinMode(7,OUTPUT); pinMode(5, INPUT_PULLUP); Serial.begin(9600); for (int i=0; i