Thiết kế và xây dựng mạch điều khiển động cơ DC 12v với yêu cầu quay thuận, quay ngược, tăng, giảm và đảo chiều quay

ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÔN HỌC ……………………. Nhóm sinh viên: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lớp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Giáo viên hướng dẫn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Thái Nguyên – 2011 Nhận xét của giáo viên hướng dẫn . . . . . Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 20 . Giáo Viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Nhận xét của giáo viên chấm . . . . Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 20 . Giáo Viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐHKTCN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc BM Kỹ thuật Máy tính ĐỒ ÁN MÔN HỌC Môn học:……………………… Nhóm Sinh viên: ………………… ………………… ………………… Lớp: …………………………… Ngành:………………. Số đề…… . Ngày giao đê: ………………. Ngày hoàn thành: ………………………. 1.Tên đề tài …………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………. 2. Nội dung thuyết minh tính toán …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………. 3. Các bản vẽ, chương trình, đồ thị …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………. Thông qua phần Xác định yêu cầu Thông qua phần Thiết kế Thông qua phần Xây dựng hệ thống Đồng ý cho bảo vệ TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN ThS. Nguyễn Tuấn Linh GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay đại đa số các lĩnh vực sản xuất, điều khiển, giám sát, đo lường… đều được trang bị hệ thống tự động hóa. Một trong số vi mạch được sử dụng đó là kỹ thuật vi điều khiển. Nhờ tính năng ưu việt của bộ vi điều khiển như: khả năng lập trình phù hợp với thiết kế nhỏ và lớn cũng như giao tiếp với các thiết bị ngoại vi và máy tính đã đem lại sự hoàn hảo, độ chính xác và tính mềm dẻo cao thông qua giao tiếp giữa người và máy. Vi điều khiển quản lý và điều khiển hoạt động của hệ thống thông qua phần mềm, nhờ vậy mà ta có thể mở rộng và thay đổi hoạt động một cách dễ dàng bằng cách thay đổi một số thông số của chương trình. Vi điều khiển hoạt độnh theo chương trình đã nạp sẵn, đọc các tín hiệu từ bên ngoài đưa vào sau đó lưu trữ và xử lý, trên cơ sở đó đưa ra các thông báo, tín hiệu điều khiển các thiết bị bên ngoài hoạt động theo đúng thông số và yêu cầu của hệ thống. Hệ thống điện tử số sử dụng bộ vi điều khiển và máy tính trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp, thực hiện nhiệm vụ điều khiển và giám sát hệ thống. Ngoài ra, vi điều khiển cũng có mặt trong các sản phẩm công nghiệp và tiêu dùng như: lò vi ba, lò sưỡi, máy giặt, hệ thống cảnh báo và giám sát của các phương tiện giao thông… và trong nhiều thiết bị công nghiệp khác. CHƯƠNG 1 KHẢO SÁT VÀ PHÂN TÍCH BÀI TOÁN 1.1 Khảo sát các hệ thống điều khiển động cơ. 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 đốt… Những loại động cơ điện này có những ưu điểm hơn hẳn về hiệu suất sử dụng, cấu tạo nhỏ gọn, giá thành hợp lý, dễ dàng điều chỉnh tốc độ, đảo chiều, cưỡng bức các quá trình khởi động, quá trình hãm dừng dễ dàng.Trong thực tế có rất nhiều loại động cơ điện được sử dụng bao gồm: +Động cơ điện cơ điện 3 pha được chia làm các loại cơ bản là: Động cơ điện 3 pha dây quấn và 3 pha roto lồng sóc, động cơ điện 1 pha. +Động cơ điện 1 chiều bao gồm các loại như: kích từ song song và loại kích từ nối tiếp. Thông thường với những động cơ thường xuyên đòi hỏi đảo chiều,tăng, giảm, hãm dừng thì thương sử dụng động cơ điện 1 chiều là chủ yếu, vì sẽ dễ dàng điều khiển hơn so với đông cơ xoay chiều. Để tiến hành điều khiển động cơ 1 chiều, có rất nhiều biện pháp được ứng dụng như là: thay đổi điện áp phần ứng, thay đổi từ thông, hoặc sử dụng điện trở phụ mắc thêm vào phần ứng của động cơ. Để làm được điều đó, chúng ta cần đi xây dựng những hệ thống điều khiển, có rất nhiều hệ thống được ứng dụng như là: các hệ thống điều khiển PID, điều khiển động cơ bằng Vi điều khiển, hay có thể điều khiển bằng cách sử dụng các loại khí cụ điện. Trong đề tài này chúng em sẽ tiến hành nghiên cứu các quá trình điều khiểu động cơ bằng phương pháp sử dụng Vi điều khiển họ 8051. 1.2 Yêu cầu của bài toán. o Thiết kế và xây dựng mạch điều khiển động cơ DC 12v với yêu cầu quay thuận, quay ngược, tăng, giảm và đảo chiều quay. o Thực hiển thao tác điều chỉnh các chức năng trên thông qua các nút ấn bao gồm :nút khởi động động cơ,nút điều khiển quay thuận, nút điều khiển quay ngược, nút tăng tốc, nút giảm tốc, và nút dừng động cơ, thông qua các nút ấn này cho phép ta có thể điều chỉnh động cơ làm việc ở 1 tốc độ như mong muốn. o Hệ thống cho phép hiện thị tốc độ làm việc có thể sử dụng LCD hoặc LED 7 thanh, đồng thời có các led đơn thông báo trạng thái quay thuận, quay ngược, dừng còn giá trị tốc độ động cơ được hiển thị chi tiết là bao nhiêu trên LED 7 đoạn. o Thông qua đề tài, làm quen với cách thức, nguyên lý điều khiển đối tượng động cơ 1 chiều. o Tìm hiểu thực tế các linh kiện, các loại IC, hoạt động của các loại cảm biến…. o Viết chương trình cho vi điều khiển thực hiện thành công theo yêu cầu đề ra. o Đánh giá về sai số, chất lượng hệ thống điều khiển. o Tìm hiểu các hướng phát triển của đề tài, nâng cao chất lượng của hệ thống o Chi phí cho cả hệ thống không quá cao, đảm bảo tính kinh tế KHỐI ĐIỀU CHỈNH ĐỘNG CƠ CẢM BIẾN KHỐI HIỂN THỊ KHỐI NGUỒN NUÔI KHỐI ĐẶT TỐC ĐỘ KHỐI VĐK Chương 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Sơ đồ tổng quan. Nguyên lý hoạt động Hệ thống hoạt động theo các bước sau: Khối nguồn nuôi cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống. Ban đầu động cơ chưa được cấp nguồn. Để điều khiển động cơ quay ta điều khiển ấn các nút trên khối đặt tốc độ. Tín hiệu này được đưa đến khối vi điều khiển. Khối vi điều khiển xử lý tín hiệu đó và cấp xung cho khối điều chỉnh động cơ. Khối điều chỉnh động cơ hoạt động cung cấp nguồn cho động cơ hoạt động theo tốc độ đặt và trạng thái mong muốn. Encoder gắn trên trục động cơ có tác dụng phản hồi tín hiệu xung về vi điều khiển để xử lý và đưa ra khối hiển thị. +Khối nguồn nuôi: Nguồn nuôi có tác dụng cung cấp điện năng cho toàn bộ hệ thống bao gồm: Khối điều khiển tốc đặt, khối vi điều khiển, khối hiển thị, điều chình động cơ, cảm biến. +Khối hiển thị Làm nhiệm vụ hiển thị tốc động động cơ và chiều quay của nó. +Khối vi điều khiển. Điều khiển hoạt động của hệ thống theo ý người lập trình. Khối vi điều khiển là bộ não trung tâm của toàn hệ thống.Nhận tín hiệu của khối điều khiển tốc độ đặt ra lệnh cho khối điều chỉnh động cơ tăng, giảm, đảo chiều. Cảm biên thu thạp phản hồi tốc độ dưói dang xung gửi về vi điều khiển. Vi điều khiển xứ lý tín hiệu mà hoá dang số thập phân rùi hiển thị ra led 7 thanh +Khối điều chỉnh động cơ Điều chỉnh động cơ quay theo ý muồn của người lập trình. +Khối cảm biến. Phản hồi lại tốc độ của đông cơ hiển thì ra qua khối hiển thị để từ đó hiệu chỉnh lại hệ thống. + Khối điều khiển tốc độ đặt: Gồm các nút bấm có tác dung ra lệnh điều chình tốc độ đảo chiều và tắt máy 2.1.1 Sơ đồ đặc tả các khối 2.1.1.1 Khối nguồn Module này tạo ra điện áp một chiều từ nguồn xoay chiều 220V để cung cấp cho các linh kiện trong hệ thống. Sử dụng biến áp để biến điện áp xoay chiều 220V thành điện áp xoay chiều 12V, dùng chỉnh lưu từ 12V xoay chiều sang 12V một chiều, dùng IC ổn áp để lấy ra điện áp ổn định 5V ở ngõ ra. J 2 2 2 0 V ~ 1 2 L 1 B i e n a p - + D i o t c a u 2 4 3 1 U 4 7 8 0 5 I N 1 G N D 2 O U T 3 V c c - 5 V C 1 C C 2 C 1 2 V 2. Hình 2.4.: Module nguồn cấp 2.1.1.2 Khối hiển thị Sử dụng led 7 thanh để hiển thị tốc độ động cơ Hình 2.3 Hình dạng LED 7 thanh Làm nhiệm vụ hiển thị các giá trị cần đo trong mạch và thể hiện nó bằng số có thể nhìn thấy được. P2.0 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U1 AT89C51 D8 LED-YELLOW R12 10k R14 10k R15 10k R16 10k R17 10k R18 10k R13 10k R19 10k 2.1.1.3 Khối vi điều khiển. XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U1 AT89C51 X1 CRYSTAL C1 33p C2 22p C3 1u R10 1k Điều khiển hoạt động của hệ thống theo ý người lập trình. 2.1.1.4Khối điều chỉnh động cơ . phản hồi tốc độ dưói dang xung gửi về vi điều khiển. Vi điều khiển xứ lý tín hiệu mà hoá dang số thập phân rùi hiển thị ra led 7 thanh +Khối điều chỉnh. tocdo tocdo +88.8 D1 10BQ040 D2 10BQ040 D3 10BQ040 D4 10BQ040 Q1 TIP41 Q2 TIP41 Q3 TIP42 Q4 TIP42 Q5 2N3415 Q6 2N3415 R10 1k R11 1k R20 10k R21 10k thuan