Thiết kế hệ điều khiển động cơ điện một chiều

ĐỒ ÁN I “ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU” GVHD: Nguyễn Thị Huế   Nội dung Lời nói đầu 3 GIỚI THIỆU CHUNG 4 I. Khảo sát hệ thống. 4 II. Nhiệm vụ và yêu cầu kĩ thuật. 4 CHƯƠNG I: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 5 I.1.Sơ đồ khối của mạch 5 I.2 Khối Vi xử lí AT89S52 6 I.2.1 Cấu hình các chân của AT89S52 6 I.2.2 Hoạt động định thời của AT89S52 8 I.3 LCD 12 I.4 Mạch cầu H L298N 13 I.4.1.nguyên lý hoạt động của mạch cầu H 13 I.4.2 modul mạch cầu H L298N 14 I.5 Encoder 15 I.5.1 Cấu tạo của Encoder 15 I.5.2 Nguyên lý hoạt động của Encoder 16 I.6 Động cơ điện một chiều 17 I.6.1 Động cơ điện một chiều 17 I.6.2 Điều khiển tốc độ động cơ bằng xung PWM 18 I.7 Phím bấm 19 I.8 Khối nguồn 19 I.9 Sơ đồ nguyên lí 20 CHƯƠNG II:THIẾT KẾ PHẦN MỀM VÀ THỰC NGHIỆM 21 II.1 Lưu đồ thuật toán 21 II.2 Thực nghiệm 34 KẾT LUẬN 35 I. Kết quả của đồ án. 35 II. Ứng dụng và phương hướng phát triển. 35 1. Ứng dụng. 35 2. Phương hướng phát triển. 35 Phụ lục 36 Danh mục tài liệu tham khảo 44 Lời nói đầu Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng của nền khoa học kỹ thuật, ngành tự động hóa đóng vai trò rất quan trọng trong sự phát triển đó. Một trong những vấn đề quan trọng, ứng dụng rộng rãi trong các dây truyền tự động hoá sản xuất hiện đại là việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. Vì vậy trong đồ án lần này chúng em đã được giao đề tài thiết kế hệ điều khiển động cơ điện một chiều. Trong đồ án lần này, chúng em lựa chọn sử dụng vi xử lí họ 8051 – vi xử lí vô cùng quen thuộc với sinh viên tự động hóa, đã được giới thiệu kĩ càng trong môn học Vi xử lí để điều khiển động cơ điện một chiều. Với sự hướng dẫn tận tình của cô Nguyễn Thị Huế, chúng em hi vọng sẽ hoàn thành tốt đồ án này. Chúng em xin chân thành cảm ơn cô   GIỚI THIỆU CHUNG I. Khảo sát hệ thống. 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. + 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 thường 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. II. Nhiệm vụ và yêu cầu kĩ thuật. Thiết kế hệ điều khiển động cơ một chiều với các yêu cầu quay thuận, quay nghịch, tăng tốc, giảm tốc và đảo chiều động cơ. 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. Hiển thị tốc độ làm việc lên LCD. Truyền tốc độ lên máy tính sử dụng RS232.   CHƯƠNG I: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG I.1.Sơ đồ khối của mạch Xung điện Sơ đồ khối của mạch. Mạch sử dụng các linh kiện sau: Vi điều khiển :AT89S52. Bộ cảm biến quang học:encoder (đã được gắn trực tiếp trên động cơ DC) Động cơ điện một chiều: 12v LCD. Nút nhấn. Mạch cầu H: L298. Nguồn ổn áp 5v, 12v. Ngoài ra còn các phần tử điện khác như:tụ, điện trở…

Đồ án I – Điều khiển động điện chiều 2020 ĐỒ ÁN I “ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU” GVHD: Nguyễn Thị Huế GVHD:Nguyễn Thị Huế Đồ án I – Điều khiển động điện chiều 2020 Nội dung Lời nói đầu GIỚI THIỆU CHUNG I Khảo sát hệ thống II Nhiệm vụ yêu cầu kĩ thuật CHƯƠNG I: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG .5 I.1.Sơ đồ khối mạch .5 I.2 Khối Vi xử lí AT89S52 I.2.1 Cấu hình chân AT89S52 I.2.2 Hoạt động định thời AT89S52 I.3 LCD .12 I.4 Mạch cầu H L298N .13 I.4.1.nguyên lý hoạt động mạch cầu H 13 I.4.2 modul mạch cầu H L298N 14 I.5 Encoder 15 I.5.1 Cấu tạo Encoder 15 I.5.2 Nguyên lý hoạt động Encoder 16 I.6 Động điện chiều 17 I.6.1 Động điện chiều .17 I.6.2 Điều khiển tốc độ động xung PWM 18 I.7 Phím bấm .19 I.8 Khối nguồn 19 I.9 Sơ đồ nguyên lí 20 CHƯƠNG II:THIẾT KẾ PHẦN MỀM VÀ THỰC NGHIỆM 21 II.1 Lưu đồ thuật toán .21 II.2 Thực nghiệm 34 KẾT LUẬN 35 I Kết đồ án 35 II Ứng dụng phương hướng phát triển .35 Ứng dụng 35 Phương hướng phát triển 35 Phụ lục 36 Danh mục tài liệu tham khảo .44 GVHD:Nguyễn Thị Huế Đồ án I – Điều khiển động điện chiều 2020 Lời nói đầu Ngày với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, ngành tự động hóa đóng vai trị quan trọng phát triển Một vấn đề quan trọng, ứng dụng rộng rãi dây truyền tự động hoá sản xuất đại việc điều chỉnh tốc độ động điện chiều Vì đồ án lần chúng em giao đề tài thiết kế hệ điều khiển động điện chiều Trong đồ án lần này, chúng em lựa chọn sử dụng vi xử lí họ 8051 – vi xử lí vơ quen thuộc với sinh viên tự động hóa, giới thiệu kĩ mơn học Vi xử lí để điều khiển động điện chiều Với hướng dẫn tận tình Nguyễn Thị Huế, chúng em hi vọng hồn thành tốt đồ án Chúng em xin chân thành cảm ơn cô! GVHD:Nguyễn Thị Huế Đồ án I – Điều khiển động điện chiều 2020 GIỚI THIỆU CHUNG I Khảo sát hệ thống 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… Những loại động điện có ưu điểm hẳn hiệu suất sử dụng, cấu tạo nhỏ gọn, giá thành hợp lý, dễ dàng điều chỉnh tốc độ, đảo chiều, cưỡng trình khởi động, trình hãm dừng dễ dàng + Động điện điện pha chia làm loại là: Động điện pha dây quấn pha roto lồng sóc, động điện pha + Động điện chiều bao gồm loại như: kích từ song song loại kích từ nối tiếp Thơng thường với động thường xuyên đòi hỏi đảo chiều, tăng, giảm, hãm dừng thường sử dụng động điện chiều chủ yếu, dễ dàng điều khiển so với đông xoay chiều Để tiến hành điều khiển động chiều, có nhiều biện pháp ứng dụng là: thay đổi điện áp phần ứng, thay đổi từ thông, sử dụng điện trở phụ mắc thêm vào phần ứng động Để làm điều đó, cần xây dựng hệ thống điều khiển, có nhiều hệ thống ứng dụng là: hệ thống điều khiển PID, điều khiển động Vi điều khiển, hay điều khiển cách sử dụng loại khí cụ điện Trong đề tài chúng em tiến hành nghiên cứu trình điều khiểu động phương pháp sử dụng Vi điều khiển họ 8051 II Nhiệm vụ yêu cầu kĩ thuật * Thiết kế hệ điều khiển động chiều với yêu cầu quay thuận, quay nghịch, tăng tốc, giảm tốc đảo chiều động * Điều chỉnh chức thông qua 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, nút dừng động cơ, thông qua nút ấn cho phép ta điều chỉnh động làm việc tốc độ mong muốn * Hiển thị tốc độ làm việc lên LCD GVHD:Nguyễn Thị Huế Đồ án I – Điều khiển động điện chiều 2020 * Truyền tốc độ lên máy tính sử dụng RS232 GVHD:Nguyễn Thị Huế Đồ án I – Điều khiển động điện chiều 2020 CHƯƠNG I: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG I.1.Sơ đồ khối mạch NGUỒN 12 V Phím ấn LCD ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ VI XỬ LÝ 8051 ĐỘNG CƠ DC-12V L298 ỔN ÁP NGUỒN 5V Xung điện ENCODER Sơ đồ khối mạch Mạch sử dụng linh kiện sau: - Vi điều khiển :AT89S52 Bộ cảm biến quang học:encoder (đã gắn trực tiếp động DC) Động điện chiều: 12v LCD Nút nhấn Mạch cầu H: L298 Nguồn ổn áp 5v, 12v Ngoài phần tử điện khác như:tụ, điện trở… GVHD:Nguyễn Thị Huế Đồ án I – Điều khiển động điện chiều 2020 I.2 Khối Vi xử lí AT89S52 Khối vi xử lý trái tim khối óc hệ thống phần quan trọng điều khiển hoạt động mạch Nhận tín hiệu từ phím ấn, encoder thơng tính tốn xử lý để: - Đưa tốc độ động hiển thị lên LCD - Truyền tốc độ lên máy tính - Điều chế độ rộng xung PWM để điều khiển tốc độ động cho phù hợp với yêu cầu - Điều khiển chiều động mạch cầu H AT89S52 thuộc họ vi điều khiển 8051 intel sản xuất, sử dụng rộng rãi từ ứng dụng lập trình nhúng đơn giản đến ứng dụng cơng nghiệp có cộng đồng người dùng lớn độ ổn định khẳng định qua nhiều năm Vi điều khiển AT89S52 số đặc tính sau: - 128 byte RAM - 8Kbyte ROM - 32 đường I/O - đếm định thời 16 bit - cổng xuất nhập I/O 8bit - vectơ ngắt có cấu trúc mức ngắt - mạch dao động tạo xung clock chip GVHD:Nguyễn Thị Huế Đồ án I – Điều khiển động điện chiều 2020 I.2.1 Cấu hình chân AT89S52 Các chân AT89S52 Port gồm chân, dùng cổng đầu ra, để sử dụng chân cổng P0 vừa làm đầu ra, vừa làm đầu vào chân phải nối tới điện trở kéo bên ngồi 10kW Port có chức xuất nhập theo bit theo byte.Bên cạnh chân P1.5 , P1.6 , P1.7 dùng để nạp ROM theo chuNn ISP , chân P1.0 P1.1 dùng cho Timer Port cổng I/O đường tryển bit cao bus địa cho mơ hình thiết kế có nhớ chương trình nằm ngồi học có 256 byte nhỡ liệu Port ngồi mục đích chung cổng I/O, chân cịn kiêm ln nhiều chức khác liên quan đến đặc tính đăc biệt vi điều khiển Bit Tên Địa bit Chức thứ hai P3.0 RXD B0H Nhận liệu cho cổng nối tiếp P3.1 TXD B1H Truyền liệu cho cổng nối tiếp P3.2 ‘INTO B2H Ngắt bên P3.3 ‘INT1 B3H Ngắt bên P3.4 T0 B4H Ngõ vào đếm thời gian GVHD:Nguyễn Thị Huế Đồ án I – Điều khiển động điện chiều 2020 P3.5 T1 B5H Ngõ vào đếm thời gian P3.6 ‘WR B6H Tín hiệu điều khiển ghi nhớ liệu ngồi P3.7 ‘RD B7H Tín hiệu điều khiển đọc nhớ liệu Chức thứ hai chân cổng P3 - Vcc : chân cấp điện (5V) - GND: chân đất (0V) - PSEN: điều khiển cho phép nhớ chương trình bên ngồi hoạt động - ALE: có chức đặc biệt tách byte địa thấp bus liệu cổng P0 sử dụng cở chế độ hay gọi chế độ dồn kênh, nghĩa sử dụng đường truyền cho bit liệu byte thấp bus địa - EA: mức cao, vi điều khiển thực chương trình lưu trữ ỏ vùng nhớ thấp 8Kbyte ROM bên chip Còn mức thấp có chương trình lưu nhớ thực - RST : ngõ vào reset mức cao chân chu kì máy RST Mạch reset tác động tay tự động reset lại máy - XTAL1 XTAL2:là hai ngõ vào khuếch đại đảo mạch giao động,được cấu hình dùng để dùng giao động chíp GVHD:Nguyễn Thị Huế 2020 Đồ án I – Điều khiển động điện chiều I.2.2 Hoạt động định thời AT89S52 Vi điều khiển AT89S52 có định thời 16 bit timer có chế độ hoạt động,timer có chế độ hoạt động.Các định thời dùng để định khoảng thời gian(hẹn giờ),đếm kiện xảy bên vi điều khiển tạo tốc độ baud cho công nối tiếp vi điều khiển Các ghi định thời Để truy cập định thời ta sử dụng 11 ghi FSR: SFR Mục đích Địa Định địa bit TCON Điều khiển 88H Có TMOD Chọn chế độ 89H Không TL0 Byte thấp định thời 8AH Không TL1 Byte thấp đinh thời 8BH Không TH0 Byte cao đinh thời 8CH Không TH1 Byte cao đinh thời 8DH Không T2CON Điều khiển định thời C8H Có RCAP2L Nhận byte thấp định thời CAH Không RCAP2H Nhận byte cao định thời CBH Không TL2 Byte thấp đinh thời CCH Không TH2 Byte cao định thời CDH Không Thanh ghi TMOD (Timer Moder Register): GVHD:Nguyễn Thị Huế 10 2020 Đồ án I – Điều khiển động điện chiều Hàm tạo xung PWM sử dụng timer2 ISR_timer2 TR2=TF2=0 chay++ Chay