a) Hệ thống thước quang
Tín hiệu từ thƣớc đo gồm hai pha A và B dạng hình sin (trên nền VCC/2=2.5V) lệch pha nhau 1 nửa chu kỳ và 1 tín hiệu tham chiếu để kiểm tra (trên thước đo cứ 5cm thì sẽ có 1 tín hiệu tham chiếu) với dạng xung vuông nhƣ trên hình. Mỗi khi thƣớc di chuyển đƣợc 20µm, sẽ có 2 tín hiệu hình sin lệch pha nhau 90º trên hai pha tƣơng ứng.
Trang 49
Hình 2.10 Thông số thước
Mục đích là dùng thƣớc để có đƣợc thông tin về tọa độ của điểm cần đo nên tín hiệu hình sin sẽ đƣợc chuyển sang xung vuông để có thể xử lí bằng mạch số và vi điều khiển. Hai tín hiệu pha A và pha B đầu tiên đƣợc đƣa qua mạch so sánh để đƣa về dạng xung vuông.
Nhà chế tạo sử dụng IC LM393 làm nhiệm vụ so sánh, với đầu vào âm là tín hiệu pha A với tên là inXa ( pha B – inXb ) đƣợc so sánh với đầu vào dƣơng đƣợc phân áp VCC/2=2.5V với hai trở chính xác 10k. Để chống nhiễu cho mạch, so sánh có trễ đƣợc sử dụng với trở 22k phản hồi về đầu dƣơng.
Trang 50
Hình 2.11 Đặc tính truyền đạt mạch so sánh
Kết quả ta thu đƣợc dạng tín hiệu ra là hai tín hiệu xung vuông lệch pha nhau 90º.
Hình 2.12 Dạng xung khi qua mạch so sánh
Cứ 20µm có một xung vuông, để nâng cao độ phân giải, do tính chất lệch pha 90º của hai xung PhaXa, PhaXb ta có thể đạt đƣợc độ phân giải là 20/4=5µm. Giải pháp đƣợc sử dụng là sử dụng IC CD4030 XOR hai tín hiệu PhaXa, PhaXb đƣợc tín hiệu IntX mà chu kì của nó tƣơng ứng với 5µm. IntX đƣợc đƣa vào chân ngắt ngoài 1 của vi điều khiển để dùng phần mềm đếm xung và kiểm tra chiều động cơ (phần sau).
Tín hiệu Reference đƣợc sử dụng có hai nhiệm vụ:
Trang 51 Giảm sai số trong quá trình đọc thƣớc.
Tìn hiệu Reference là một tín hiệu quan trọng và có độ rộng nhỏ tƣơng ứng với 20±10µm nên để tránh nhiễu nhà chế tạo dùng IC đảo có trễ 74HC14 cho tín hiệu này. Tín hiệu RefX là đầu ra của 74HC14 sẽ đƣợc đƣa vào chân ngắt của vi điều khiển để dùng phần mềm giải quyết hai nhiệm trên của tín hiệu Reference.
b) Động cơ bước.
Hình 2.13 Một số loại động cơ bước
Động cơ bƣớc là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng tƣơng đối khác biệt so với các loại động cơ điện thông thƣờng. Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dƣới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng cố định rôto vào các vị trí cần thiết.
Động cơ bƣớc không quay theo cơ chế thông thƣờng, chúng quay theo từng bƣớc nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học. Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đƣa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số góc quay của rôto tƣơng ứng với số lần chuyển mạch, cũng nhƣ
Trang 52 chiều quay và tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi.
Ngoài ra động cơ bước còn có rất nhiều ưu điểm so với các động cơ khác như:
- Góc quay của động cơ bƣớc tỷ lệ thuận với số xung vào.
- Động cơ bƣớc có lực momen toàn phần tại trạng thái dừng (nếu cuộn dây được cung cấp năng lượng)
- Độ chính xác và tin cậy cao trong quá trình điều khiển, sai số nhỏ (3 đến 5%) và không cộng dồn cho bƣớc di chuyển tiếp theo.
- Có đáp ứng tốt khi ra lệnh bắt đầu, dừng lại hoặc chuyển hƣớng.
- Rất tin cậy so với động cơ cổ góp do không có phần cổ góp. Do đó độ bền của động cơ bƣớc chỉ phụ thuộc vào độ bền của vòng bi.
- Động cơ bƣớc chỉ phụ thuộc vào xung số điều khiển trong vòng điều khiển hở, giúp cho quá trình điều khiển rẻ và đơn giản hơn.
- Nó có thể đạt đƣợc vòng quay rất thấp, tốc độ đồng bộ với tải trực tiếp cùng với trục.
- Động cơ bƣớc đáp ứng trong một giải rộng tốc độ tƣơng ứng với tỷ lệ tần số xung ngõ vào.
Cấu tạo động cơ bƣớc:
Động cơ bƣớc có thể đƣợc coi là tổng hợp của hai loại động cơ: Động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ.
Trang 53 Động cơ bƣớc phong phú về góc quay. Các động cơ kém nhất quay 90 độ mỗi bƣớc, trong khi đó các động cơ nam châm vĩnh cửu xử lý cao thƣờng quay 1.8 độ đến 0.72 độ mỗi bƣớc. Để điều khiển các chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến trong máy, nhà chế tạo sử dụng động cơ bƣớc 1,8 độ,6 đầu dây gồm có 2 đầu nguồn và 4 đầu điều khiển.
Hình 2.15 Cấu tạo động cơ bước đơn cực 4 dây
Nguyên lý hoạt động :
Đƣa tín hiệu điều khiển vào Stato theo thứ tự và tần số nhất định. Tổng số góc quay của rotor tƣơng ứng với số lần chuyển mạch. Tốc độ quay và chiều quay của rotor phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi.
Khi một xung điện áp đặt vào cuộn dây stato của động cơ bƣớc thì roto của động cơ sẽ quay đi một góc nhất định, góc ấy là một bƣớc quay của động cơ. Khi các xung điện áp đặt vào các cuộn dây phần ứng thay đổi liên tục thì roto sẽ quay liên tục.
c) Driver điều khiển động cơ.
Trang 54 2H504 là một trình điều khiển vi bƣớc của động cơ bƣớc dựa trên công nghệ độc quyền của Leadshine. Nó phù hợp cho điều khiển động cơ bƣớc loại 2 pha và 4 pha.
Tính năng của Driver 2H504:
Momen xoắn tốt đạt tốc độ cao Điện áp cung cấp lên tới 50V Điện áp đầu ra lên tới 4.2A Cách li quang tín hiệu đầu vào Tần số xung lên tới 300 Khz Có 15 độ phân giải để lựa chọn Bảo vệ quá điện áp và ngắn mạch Kích thƣớc nhỏ ( 118x75.5x33 mm)
Thích hợp với hàng loạt các động cơ bƣớc.Nó có thể sử dụng trong các loại máy nhƣ: Máy dán nhãn, máy cắt laser , máy khắc, máy CNC loại nhỏ…Đặc biệt thích hợp với các ứng dụng mong muốn với độ rung, tốc độ thấp và độ chính xác cao.
Bảng thông số Driver 2H504
Thông số 2H504
Min Điển hình Max Đơn vị
Đầu ra 1 - 4.2(3.2A RMS) A
Điện áp 20 36 50 VDC
Tín hiệu 7 10 16 mA
Tần số xung 0 - 300 Khz
Trang 55
d) Máy tính.
Thiết bị sử dụng máy tính để bàn Dell optiplex 990 có cấu hình.
Bo mạch : Dell, chipset Intel Q67
♦ Bộ xử lý : Intel Core i7-2600 3.4GHz, 8MB,
5GT/s
♦ Bộ nhớ : 4GB DDR3 bus 1333Mhz
♦ Đĩa cứng : 500GB Sata 7200 vòng/phút
♦ Đĩa quang : DVD-RW
♦ Đồ họa : 1GB Intel HD 2000 GMA tích hợp
♦ Màn hình : 21,5”
♦ Âm thanh : 2.1 Hight Definition
♦ Mạng : 10/100/1000 Intel
♦ Giao tiếp : 8 USB, Display port, ESata, VGA,
RJ45, Ps2