Nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển động cơ bước sử dụng giao diện kết nối máy tính

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƢỚC SỬ DỤNG GIAO DIỆN KẾT NỐI MÁY TÍNH Giảng viên hướng dẫn: ThS Hồ Sỹ Phƣơng inh viên h hi n : Nguyễn Văn Thụ : 52K - ĐTTT Mã số sinh viên : 1151083816 NGHỆ AN - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Thụ Mã số sinh viên: 1151083816 Ngành: Điện tử truyền thơng Khố: 52 Giảng viên hƣớng dẫn: ThS Hồ Sỹ Phƣơng Cán phản biện: Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét cán phản biện: Ngày tháng năm Cán phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN ABSTRACT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT CHƢƠNG CƠ SỞ LÍ THUYẾT 1.1 Giới thiệu đề tài 1.2 Tổng quan Arduino 1.2.1 Arduino Due 10 1.2.2 Arduino Mega2560 12 1.2.3 Arduino Micro 13 1.2.4 Arduino Leonardo 14 1.2.5 Arduino Nano R3 15 1.2.6 Arduino Esplora 16 1.2.7 Arduino Uno R3 17 1.2.8 Giới thiệu số Shield thông dụng cho Arduino 18 1.3 Động bƣớc 23 1.3.1 Giới thiệu chung 23 1.3.2 Nguyên lý làm việc chung động bƣớc 25 1.3.3 Phân loại động bƣớc 28 1.3.4 Ƣu nhƣợc điểm động bƣớc 32 1.3.5.Động bƣớc NEMA size 14-3518X-08 32 1.4 Phần mềm hỗ trợ lập trình 32 1.4.1 LABVIEW gì? 33 1.4.2 Các khả LABVIEW 33 1.4.3 Môi trƣờng phát triển LABVIEW 33 1.4.4 Các tín hiệu đo đƣợc với LABVIEW 34 1.4.5 Phân tích 34 1.4.6 Hiển thị 34 1.4.7 Điều khiển 35 1.4.8 Giao tiếp với thiết bị ngoại vi 35 1.5 Tổng kết chƣơng 35 CHƢƠNG PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ HỆ THỐNG 37 2.1 Bài toán điều khiển 37 2.1.1 Ba chế độ điều khiển động bƣớc 37 2.1.2 Các đặc trƣng tín hiệu điều khiển động bƣớc 39 2.1.3 Điều khiển tốc độ động bƣớc 40 2.1.4 Điều khiển chiều quay động bƣớc 41 2.2 Khối điều khiển trung tâm 43 2.3 Khối giao tiếp máy tính 45 2.3.1 Cổng USB 45 2.3.2 Cấu trúc giao tiếp USB 48 2.3.3 Các kiểu truyền USB 50 2.3.4 Giao diện vật lý BUS USB 51 2.4 Mạch lực 55 2.5 Khối nguồn 56 2.6 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 57 2.7 Tổng kết chƣơng 57 CHƢƠNG MÔ PHỎNG VÀ THỰC THI HỆ THỐNG 58 3.1 Phần cứng 58 3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động bƣớc 58 3.1.2 Kết nối điều khiển động bƣớc 58 3.2 Phần mềm điều khiển 62 3.2.1 Xây dựng giao diện máy tính 62 3.2.2 Xây dựng chƣơng trình điều khiển 63 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 65 Kết luận 65 Hƣớng phát triển 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 LỜI CẢM ƠN Trong trình đƣợc học tập, tu dƣ ng r n luyện Khoa Điện Tử - Viễn Thông, Trƣờng Đại Học Vinh em đƣợc trang bị kiến thức bản, chuyên môn c ng nhƣ kinh nghiệm thực tế để c thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp Xuất phát t l ng kính trọng biết ơn s u sắc, em xin ch n thành cảm ơn thầy, cô giáo Khoa Điện Tử - Viễn Thông, Trƣờng Đại Học Vinh quan t m, hƣớng dẫn, truyền đạt lại kiến thức kinh nghiệm cho em suốt thời gian học tập trƣờng Trong trình làm đồ án em cố gắng hồn thành nhƣng khơng tránh khỏi sai sót, em mong nhận đƣợc đ ng g p ý kiến quý thầy cô bạn để em có thêm kinh nghiệm thực tế Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS Hồ Sỹ Phƣơng, ngƣời tận tình bảo, định hƣớng bổ sung kiến thức cho em, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành tốt đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Nghệ An, tháng 05 năm 2016 Sinh viên thực Nguyễn Văn Thụ MỞ ĐẦU Kỹ thuật vi xử lý với tốc độ phát triển nhanh mang đến thay đổi to lớn khoa học công nghệ c ng nhƣ đời sống ngày Ngày thiết bị máy m c trở nên thông minh hơn, công việc đƣợc thực với hiệu cao hơn, đ c ng nhờ vi xử lý, vi điều khiển Để g p phần tạo tảng ban đầu cho việc học tập, tìm hiểu cơng nghệ module arduino cách điều khiển thiết bị arduino, đề tài “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƢỚC SỬ DỤNG GIAO DIỆN KẾT NỐI MÁY TÍNH” em đƣợc nghiên cứu thực hy vọng c thể triển khai vào thực tiễn Nội dung đồ án đƣợc chia thành chƣơng: Chương 1: Cơ sở lý thuyết Chương 2: Phân tích, thiết kế hệ thống Chương 3: Mơ thực thi hệ thống Xin tr n trọng cảm ơn Th Hồ ỹ Phương giới thiệu, cung cấp tài liệu, tận tình hƣớng dẫn nội dung phƣơng pháp, giúp em hoàn thành đồ án Xin ch n trọng cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện tử Viễn thông trƣờng Đại học Vinh giúp đ em suốt thời gian học tập hồn thành chƣơng trình đào tạo Do kiến thức c n nhiều hạn chế, nên đồ án không tránh khỏi sai s t, em mong nhận đƣợc đánh giá phê bình thầy cô Nghệ An, tháng 05 năm 2016 Sinh viên thực Nguyễn Văn Thụ TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án trình bày cách thức để x y dựng thiết kế hệ thống điều khiển động bƣớc qua giao tiếp với máy tính qua cổng USB Giao diện điều khiển giám sát đƣợc thiết kế máy tính nhờ phần mềm Labview, c chức gửi tín hiệu điều khiển qua cổng USB máy tính đến mạch điều khiển, đồng thời nhận tín hiệu trạng thái hoạt động thiết bị hiển thị giao diện phần mềm Mô hình điều khiển đƣợc x y dựng với khối xử lý trung t m sử dụng Arduino Uno R3 mạch điều khiển động A3967 Đề tài tập trung chủ yếu vào ph n tích x y dựng chƣơng trình điều khiển động bƣớc phần mềm Labview kết hợp với điều khiển Arduino Ph n tích ƣu, nhƣợc điểm động bƣớc cách điều khiển động tối ƣu h a để ứng dụng vào thực tiễn hệ thống máy CNC ABSTRACT This thesis presents the method to build and design Stepper Motor cotrol system by communicating through USB computer gate Control background and supervising was designed on computer through Labview Software, their function are send control data through USB computer gate to Control Circuit and receive operating status datas of equipments, display on software screen Controlling model was built with a center analysis block using Arduino Uno R3 and A3967 motor driver circuit The project mostly focuses on analysis and to build up the Stepper Motor Control Programing based on Labview Software combines with Arduino Controller Analyzing the advantages and disadvantages of Stepper Motor and optimal control to apply to CNC system DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ STT Chú thích Trang Hình 1.1 Những thành viên khởi xƣớng Arduino 10 Hình 1.2 Board Arduino Due 12 Hình 1.3 Board Arduino Mega2560 13 Hình 1.4 Board Arduino Micro 13 Hình 1.5 Board Arduino Leonardo 14 Hình 1.6 Board Arduino Nano R3 15 Hình 1.7 Board Arduino Esplora 16 Hình 1.8 Module Arduino Uno R3 17 Hình 1.9 Board Arduino ProtoShied 18 Hình 1.10 Board Arduino Joystic Shield 19 Hình 1.11 Nokia N5110 LCD module 20 Hình 1.12 Board Arduino Motor Shield 20 Hình 1.13 Board Arduino Ethernet Shield 22 Hình 1.14 Một số loại động bƣớc 23 Hình 1.15 Bên động bƣớc 23 Hình 1.16 Cấu tạo động bƣớc 24 Hình 1.17 Một xung tƣơng ứng với bƣớc Roto ( xung – bƣớc ) 24 Hình 1.18 Mơ tả tƣơng quan trình điện trình động 25 bƣớc Sơ đồ nguyên lý động bƣớc m pha với Roto cực lực 26 Hình 1.19 điện t điều khiển xung cực Hình 1.20 Đơng bƣớc nam ch m vĩnh cửu 27 Hình 1.21 Động bƣớc t trở biến thiên 28 Hình 1.22 Động bƣớc ba pha có t trở biến thiên 28 Hình 1.23 Cấu trúc động bƣớc t trở biến thiên 29 Hình 1.24 Động bƣớc kiểu hỗn hợp với m = 2, 2p = 30 Hình 1.25 Cấu tạo động bƣớc hỗn hợp 30 Hình 1.26 Động NEMA size 14-3518X-08 31 Hình 1.27 Khả hiển thị phầm mềm labview 34 Hình 1.28 Khả giao tiếp phần mềm 34 Hình 2.1 Giãn đồ nguyên lý lực điện điều khiển chế độ vi bƣớc 36 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý ARDUINO UNO 42 Hình 2.3 Biểu tƣợng bus usb (a), cáp cổng kết nối (b) 45 Hình 2.4 Mơ hình kết nối Bus USB 46 Hình 2.5 Sơ đồ kết nối bus USB 46 Hình 2.6 Kết nối USB theo hình qua Hub 51 Hình 2.7 Cable USB 49 Hình 2.8 Hình 2.9 Đầu cắm USB kiểu A máy tính đầu cắm kiểu B 49 thiết bị Đánh số ch n nối ổ cắm USB cab nối kiểu A B 49 Hình 2.10 Kết nối USB Cable 50 Hình 2.11 Kết nối với thiết bị USB Full – Speed 51 Hình 2.12 Kết nối với thiết bị USB Low – Speed 52 Hình 2.13 Các ch n chức A3967 55 Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 56 Hình 2.15 IC ổn áp LM7805 56 Hình 2.16 Sơ đồ hệ thống điều khiển động 58 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động bƣớc NEMA 58 Hình 3.2 Sơ đồ đấu nối hệ thống điều khiển động bƣớc NEMA 58 Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý ARDUINO UNO 59 Hình 3.4 Các khối Arduino 59 Hình 3.5 Khối init 60 Hình 3.6 Khối close 61 Hình 3.7 Các khối khối low level 61 Hình 3.8 Các khối khối sensor 62 Hình 3.9 Sơ nguyên lý mạch A3967 63 Hình 3.10 Giao diện điều khiển máy tính 64 Hình 3.11 Chƣơng trình điều khiển 65 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Trạng thái cấp điện động pha Bảng 2.2 ARDUINO UNO sử dụng chip ATMEGA328 Bảng 2.3 So sánh giao diện USB với giao diện thơng dụng máy tính Bảng 2.4 Các lớp thiết bị hỗ trợ theo hệ điều hành Bảng 2.5 Các dây dẫn USB CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT CLK HLVDC Clock High/Low Voltage Detect Control I2C I/O LCD MSSP MSSP PWM RAM SCL SDA SDI SDO SPI I SPP SPPCFG SPPCON SRAM SS UADDR UCFG UCON UEIE UEIR Inter-Intergrated Circuit Input/ Output Liquid Crystal Display Master Synchronous Serial Port Master Synchronous Serial Port Pulse Width Modulation Random Access Memory Serial Clock Serial Data Serial Data In Serial Data Out Serial Peripheral Interface Serial Peripheral Interface Streaming Parallel Port Streaming Parallel Port Configure Streaming Parallel Port Control Static random-access memory Slave Select USB Address registers USB Configure USB Control USB Error Interrupt Enable Register USB Error Interrupt Status Register UIE UIR USART USB Interrupt Enable USB Interrupt Status Register Universal Synchronous & Asynchronous Receiver/Transmitter Universal Serial Bus USB Status Transmission Human Interface Device Personal Compute USB USTAT HID PC Bộ tạo xung Điều khiển phát điện áp cao/thấp Mạch tích hợp Đầu vào/ Đầu Màn hình tinh thể lỏng Cổng nối tiếp đồng chủ Cổng giao tiếp đồng chủ Điều chế độ rộng xung Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên Xung nhịp nối tiếp Dữ liệu nối tiếp Dữ liệu vào nối tiếp Dữ liệu nối tiếp Giao diện ngoại vi nối tiếp Giao diện ngoại vi nối tiếp Luồng cổng song song Cấu hình cổng song song Điều khiển cổng song song Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh Chọn tớ Thanh ghi địa USB Cấu hình USB Điều khiển USB Thanh ghi cho phép ngắt lỗi Thanh ghi trạng thái ngắt lỗi USB Cho phép ngắt USB Thanh ghi trạng thái ngắt USB Bộ truyền/ nhận liệu đồng không đồng Bộ Bus nối tiếp Trạng thái truyền USB Thiết bị giao diện ngƣời dùng Máy tính cá nhân Bảng 2.5 Các dây dẫn USB Chân Tên gọi Màu dây Mô tả Vcc Đỏ +5Vcc D- Trắng Dữ liệu (D-) D+ Xanh lục Dữ liệu (D+) GND Đen Nối đất Các ổ cắm phía sau máy tính thƣờng kiểu đầu nối A, qua đ c thể nối trực tiếp thiết bị USB vào máy tính PC Các thiết bị c tốc độ thấp chẳng hạn nhƣ chuột c ng c thể đấu thẳng vào ổ cắm phích cắm c ng kiểu A Hình 2.8 Đầu cắm USB kiểu A máy tính đầu cắm kiểu B thiết bị Hình 2.9 Đánh số chân nối ổ cắm USB cab nối kiểu A B Ngồi đầu cắm thơng dụng A B bus USB c n c đầu cắm kiểu Mini Micro sử dụng cho thiết bị nhỏ di động nhƣ: máy quay phim, máy chụp, điện thoại di động Trong trƣờng hợp khác thiết bị thƣờng c ổ cắm kiểu B, việc đấu nối máy tính đƣợc thực Cable kiểu A-B 52 Hình 2.10 Kết nối USB Cable Các Cable dùng để kéo dài khoảng cách t máy tính đến thiết bị thƣờng kiểu A-A Ngày nay, Cable nối USB đƣợc nhà sản xuất cung cấp dƣới dạng hoàn chỉnh, đ : đầu cắm, độ dài, chất lƣợng bọc kim chống nhiễu thay đổi đƣợc Vì vậy, tuỳ theo mục đích sử dụng mà lựa chọn Cable cho phù hợp Một đặc tính khác thiết bị USB c thể c tốc độ truyền liệu khác nhau: tốc độ thấp (Low – Speed) tốc độ toàn phần (Full – Speed) Nên c thể xảy trƣờng hợp thiết bị c tốc độ cao lại đƣợc kết nối với máy tính qua Cable c tốc độ truyền thấp Để khắc phục tình trạng tất Cable nối đƣợc chế tạo để thích ứng với tốc độ cao Loại Cable truyền với tốc độ thấp đƣợc định dùng cho thiết bị, cụ thể đƣợc nhà sản xuất rõ cung cấp Qua ổ cắm USB c thể lấy địên áp +5V với d ng điện tiêu thụ khoảng 100mA, số trƣờng hợp c thể lấy d ng lên đến 500mA Hai đƣờng dẫn D+ D- cho phép đấu nối với chip USB chuyên dụng hay vi điều khiển c tích hợp thêm giao tiếp USB Tín hiệu hai đƣờng D+ D- tín hiệu vi sai với mức điện áp 0/3.3V Điện áp nguồn nuôi USB c thể lên tối đa +5.25V chịu d ng tải lớn c thể giảm xuống + 4.2V Khi ghép nối thiết bị với bus USB thƣờng phải ph n biệt rõ thiết bị sử dụng nguồn nuôi riêng, chẳng hạn nhƣ máy in với thiết bị nhận điện áp nguồn nuôi qua bus (Bus – Powered) Trong nhiều trƣờng hợp hai chế độ nguồn nuôi c thể tồn phép lựa chọn theo cách thiết kế USB, d ng tiêu thụ lấy t bus đƣợc tự động hạn chế Khi d ng tiêu thụ vƣợt giới hạn cho phép điện áp cung cấp tự động đƣợc ngắt Các thiết bị USB đƣợc chia gồm chế độ nguồn: 53 - Chế độ Low power: dòng thiết bị đƣợc cung cấp tối đa 100mA, điện áp 4.4V ÷ 5.25V - Chế độ High power: dịng cung cấp chế độ lên đến 500mA, điện áp 4.7V ÷ 5.25V - Chế độ Self power: nguồn nuôi đƣợc cung cấp t ngồi Máy tính nhận biết c thiết bị Low –Speed (1.5Mbps) hay Full – Speed (12Mbps) đƣợc cắm vào thông qua điện áp trên ch n D+ hay ch n D- nhảy lên mức cao Vì vậy, thiết kế mạch giao tiếp với máy tính qua cổng USB cần ý nối ch n D+ lên nguồn nuôi (+5V) thiết bị Full - Speed C n thiết bị Low - Speed cần nối ch n D- nối lên nguồn ni Hình 3.9 hình 3.10 mơ tả sơ đồ đấu nối Cable qua cổng USB cho thiết bị Full - Speed Low - Speed Về phía chủ USB hay hub gồm hai điện trở nối d y D+ D- xuống đất, nhƣ bình thƣờng khơng c thiết bị cắm vào, đƣờng c mức điện áp 0V Khi c thiết bị đƣợc kết nối vào cổng, hai đƣờng d y c điện áp nhảy lên mức cao Bằng cách Hub nhận biết thiết bị đƣợc cắm thêm vào hệ thống bus Hình 2.11 Kết nối với thiết bị USB Full – Speed 54 Hình 2.12 Kết nối với thiết bị USB Low – Speed Mỗi Hub d y Cable g y làm trễ tín hiệu nhƣng thời gian trễ khơng đƣợc vƣợt giá trị cực đại đƣợc qui định Bus USB cho phép đến Hub đấu nối tiếp nhau, c thể đấu nối tối đa 127 thiết bị vào bus USB Trên thực tế số lý thuyết c thể đấu nối đến 127 thiết bị nhƣng nhiều thiết bị đấu nối tốc độ truyền chậm dải thơng toàn bus bị ph n chia đến t ng thiết bị đấu vào bus 2.4 Mạch lực Mạch lực đƣợc sử dụng mạch điều khiển động A3967 Sơ đồ ch n chức mạch điều khiển A3967 Hình 2.13 Các chân chức A3967 + MOTOR COIL A, B: ch n Động + RESET: Đƣa lên mức CAO để module hoạt động + ENABLE: Đƣa xuống mức THẤP để kích hoạt FET lái động + GND: Ground 0V 55 + M+ : Nguồn cho động cơ, - 30V 2A + 5V: Nguồn nuôi A3967 (I= 70mA, không cần cấp tích hợp sẵn mạch nguồn LM317) + SLEEP INPUT: mức thấp, đầu bị vô hiệu h a, điện tiêu thụ thấp + STEP: Bất kì chuyển đổi t THẤP lên CAO lái động tiến BƢỚC Hƣớng quay kích thƣớc bƣớc đƣợc quy định thiết lập ch n DIR(direction) MS1, MS2 (MicroStep - Vi bƣớc) Áp xung - 5V - 3.3V, tùy vào lựa chọn mức Logic + DIR: xác định hƣớng quay thay đổi t CAO>THẤP hay THẤP>CAO c hiệu lực Cạnh tăng (Rising Edge) lệnh STEP + MS1, MS2: Xác định vi bƣớc MS1 MS2 Độ ph n giải Vi bƣớc L L Nguyên bƣớc pha H L 1/2 bƣớc L H 1/4 bƣớc H H 1/8 bƣớc 2.5 Khối nguồn Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn Để ổn định điện áp ra, ta sử dụng IC ổn áp 7805 với giá trị đầu 5V IC 7805 đƣợc dùng nhiều mạch điện điều khiển dùng để cấp nguồn ổn định cho mạch Với ƣu điểm dễ ghép nối, dễ thiết kế với chi phí thấp, nguồn đầu ổn định, nhƣợc điểm n công suất đầu thấp hoạt động khơng ổn định c nhiễu bên ngồi Hoạt động đƣợc dải nhiệt độ - 125oC 56 Hình 2.15 IC ổn áp LM7805 78053 ch n cho ta kết nối với n : - Ch n 1: đ y ch n cấp nguồn đầu vào cho 7805 hoạt động Dải điện áp cho phép đầu vào lớn 40V - Chân chân nối đất - Ch n 3: ch n điện áp đầu ra: chân cho lấy điện áp đầu ổn định 5V Đảm bảo đầu ổn định nằm khoảng t 4,75V đến 5,25V 2.6 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển Hình 2.16 Sơ đồ hệ thống điều khiển động 2.7 Tổng kết chƣơng Trên đ y phƣơng án lựa chọn thiết kế mà trình thực đồ án em đƣa T việc ph n tích sơ đồ, chức t ng khối, em lựa chọn phƣơng án tối ƣu Sơ đồ hệ thống đƣợc x y dựng dựa yêu cầu, chức hệ thống, q trình mơ thi cơng hệ thống đƣợc trình bày chƣơng 57 CHƢƠNG MÔ PHỎNG VÀ THỰC THI HỆ THỐNG 3.1 Phần cứng 3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động bƣớc GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN KHỐI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM KHỐI MẠCH LỰC ĐỘNG CƠ BƢỚC Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động bước 3.1.2 Kết nối điều khiển động bƣớc Hệ thống điều khiển gồm c modul Arduino kết nối với mạch điều khiển động bƣớc A3967 sau đ đƣợc kết nối với động bƣớc d y kết nối Dƣới đ y hình ảnh kết nối hệ thống điều khiển Hình 3.2 Sơ đồ đấu nối hệ thống điều khiển động bước - Sơ đồ nguyên lý mạch hệ thống điều khiển: + Mạch điều khiển trung tâm Arduino 58 Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý ARDUINO UNO Để lập trình đƣợc cho arduino phần mềm labview t ứng dụng VI Package Manager (đƣợc cài đặt sẵn cài đặt labview) phải cài đặt gói labview interface for arduino Đ y công cụ hỗ trợ giao tiếp labview tảng vi điều khiển arduino Sau cài đặt xong, phần mềm labview c thêm hàm arduino hỗ trợ cho lập trình Đ y cửa sổ tích hợp khối t gói arduino: Hình 3.4 Các khối Arduino Một khối đƣợc chia làm hai dãy chân liệu, dãy ch n đƣa liệu vào thiết lập ban đầu tín hiệu dãy ch n đƣa liệu Khối Init: khối có chức khởi tạo kết nối tới arduino Hình sau mơ tả cổng kết nối khối init: 59 Hình 3.5 Khối init Khối init có nhiều ch n song để thiết lập cho việc kết nối ta cần quan tâm: Chân VISA resource: lựa chọn cổng COM kết nối arduino với máy tính, tùy vào máy tính khác mà cổng COM c ng khác Ch n thiết lập cổng COM để giao tiếp Labview Arduino Chân Baud Rate: chân cho phép lựa chọn tốc độ baud cho arduino Tùy vào ứng dụng khác mà ta lựa chọn tốc độ cho phù hợp, arduino hỗ trợ nhiều tốc độ baud khác nhƣng giá trị mặc định khởi tạo khối 115200 Chân Board Type cho phép lựa chọn kiểu module arduino, đ y hỗ trợ kiểu là: uno, atmega 328 mega 2560 Chân Connection Type cho phép chọn kiểu kết nối, có chuẩn là: usb/serial, xbee bluetooth Ch n Arduino Resource để kết nối với khối khác Để thiết lập chân khối ta di chuyển trỏ chuột tới chân cần thiết lập click chuột phải sau đ chọn create, đ y có ba kiểu thiết lập là: constant (hằng số), control (điều khiển) indicator (hiển thị), tùy vào mục đích mà ta lựa chọn cho phù hợp Tiếp theo khối close: Hình 3.6 Khối close Là khối để đ ng chƣơng trình giao tiếp với arduino Chỉ gồm ch n arduino resource, error in error out 60 Khối low level chứa nhiều khối quan trọng arduino bao gồm khối để đọc, ghi tín hiệu analog digital t board arduino Ngồi cịn có khối phục vụ việc băm xung, bus, Hình 3.7 Các khối khối low level Khối sensors bao gồm khối VI sensor thƣờng dùng nhƣ: cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng, LCD, led thanh, Hình 3.8 Các khối khối sensor 61 + Mạch lực A3967 Hình 3.9 Sơ nguyên lý mạch A3967 Mạch điều khiển A3967 nhận tín hiệu điều khiển t Arduino đƣa tín hiệu điều khiển tới động bƣớc điều khiển động quay Mạch Điều Khiển Động Cơ Bƣớc A3967 dùng để điều khiển motor step cách đơn giản, tƣơng thích với tín hiệu c thể xuất tín hiệu xung số t đến 5V (hoặc xung đến 3.3V hàn jumper SJ2 lại) mạch step driver A3967 sử dụng nguồn t 7V đến 20V, nguồn cấp cho step motor mức Trên board c tích hợp ic ổn áp board c thể chọn mức nguồn 5V 3.3V Vi bƣớc đƣợc chọn MS1 MS2 để điều chỉnh độ phan giải vi bƣớc 3.2 Phần mềm điều khiển 3.2.1 Xây dựng giao diện máy tính Giao diện điều khiển đƣợc x y dựng máy tính phần mềm Labview Máy tính thu nhận liệu thơ chuyển đổi n thành dạng chuẩn mà ngƣời sử dụng c thể hiểu đƣợc Phần mềm mã h a liệu thành dạng c thể thể 62 đồ thị, biểu đồ file report Phần mềm không tác động vào hệ thống DAQ mà c n c tác động thiết bị DAQ chúng thu nhận liệu, c ng nhƣ kênh chúng nhận liệu Đặc trƣng cho phần mềm DAQ bao gồm điều khiển phần mềm ứng dụng Những điều khiển tác động loại thiết bị định, chúng bao gồm lệnh điều khiển chức thiết bị Phần mềm ứng dụng gửi lệnh tới điều khiển, nhƣ c liệu chúng thực hai công việc: đọc liệu vào đƣa liệu ngƣợc trở lại c kết ph n tích hiển thị liệu LabVIEW bao gồm VIs cho phép thay đổi cấu trúc liệu nhận đƣợc gửi liệu tới thiết bị DAQ LabVIEW DAQ VIs c thể gọi tới NI-DAQ ghép nói với chƣơng trình ứng dụng (API – Application Program Interface) Trong NIDAQ API chứa công cụ hàm để liên kết với phần cứng thiết bị DAQ Kết x y dựng giao diện máy tính thu đƣợc nhƣ hình 3.10 Hình 3.10 Giao diện điều khiển máy tính 3.2.2 Xây dựng chƣơng trình điều khiển 63 Chƣơng trình điều khiển đƣợc x y dựng phần mềm Lab view Hình 3.11 Chương trình điều khiển 64 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Kết luận Sau thời gian nghiên cứu, thiết kế thi cơng, đồ án đƣợc hồn thành nỗ lực em hƣớng dẫn bảo chu đáo tận tình ThS Hồ Sỹ Phƣơng Đồ án đƣợc hoàn thành tiến độ đáp ứng đƣợc yêu cầu đặt hệ thống điều khiển động bƣớc qua giao diện máy tính Hệ thống đƣợc thiết kế thi cơng hồn chỉnh Hệ thống đƣợc thử nghiệm nhiều lần hoạt động ổn định, thực chức sau: - Điều khiển tốc độ chiều quay động - Điều khiển động theo ba chế độ: bƣớc, nửa bƣớc vi bƣớc 1/2, 1/4, 1/8 Hƣớng phát triển Dựa vào sở lí thuyết phƣơng pháp thiết kế trình bày, em thiết kế thành cơng hệ thống điều khiển động bƣớc qua giao diện máy tính Tuy thành cơng bƣớc đầu, vấn đề cần giải tối ƣu h a phần cứng để tăng khả ứng dụng thay đổi phần mềm nhằm tăng hiệu xuất, tính sản phẩm Với kết đạt đƣợc, em hƣớng tới phát triển sản phẩm ứng dụng vào thực tiễn điều khiển máy CNC 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Động bƣớc – kỹ thuật điều khiển ứng dụng, Nguyễn Quang Hùng – Trần Ngọc Bình [2] Điều khiển động bƣớc – biên dịch Đoàn Hiệp – Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh [3] http://www.123.doc.org., truy nhập cuối ngày 16/5/2016 [4] http://www.dientuvietnam.net , truy nhập cuối ngày 16/5/2016 [5] http://www.tailieu.vn , truy cập cuối ngày 14/5/2016 [6] http://www,.luanvan.com /, truy cập cuối ngày 15/5/2016 [7] http://www.arduino.vn, truy cập cuối ngày 15/5/2016 [8] http://www.arduino.vn, truy cập cuối ngày 10/5/2016 66 ... hiểu cơng nghệ module arduino cách điều khiển thiết bị arduino, đề tài “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƢỚC SỬ DỤNG GIAO DIỆN KẾT NỐI MÁY TÍNH” em đƣợc nghiên cứu thực hy vọng c thể triển... y dựng thiết kế hệ thống điều khiển động bƣớc qua giao tiếp với máy tính qua cổng USB Giao diện điều khiển giám sát đƣợc thiết kế máy tính nhờ phần mềm Labview, c chức gửi tín hiệu điều khiển. .. gốc kết nối đến thiết bị hay Hub khác Hub thiết bị đƣợc sử dụng để mở rộng cổng, ví dụ (hình 2.4) hub gồm kết nối nối máy chủ (upstream) cổng kế nối với thiết bị (downstream) Máy chủ nhận biết thiết