DC+: Nối với nguồn điện từ 9 - 40VDC.
DC-: Điện áp (-) âm của nguồn.
A+ và A -: Nối vào cặp cuộn dây của động cơ bước.
B+ và B-: Nối với cặp cuộn dây còn lại của động cơ.
PUL+: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (+5V) từ BOB cho M6600.
PUL-: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (-) từ BOB cho M6600.
DIR+: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (+5V) từ BOB cho M6600.
DIR-: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (-) từ BOB cho M6600.
ENA+ và ENA -: khi cấp tín hiệu cho cặp này động cơ sẽ không có lực momen giữ và quay nữa.
Có thể đấu tín hiệu dương (+) chung hoặc tín hiệu âm (-) chung.
Bảng 2.2 Cài đặt cường độ dòng điện
I(A) SW4 SW5 SW6 4.0 1 1 1 3.5 0 1 1 3.0 1 0 1 2.5 0 0 1 2.0 1 1 0 1.5 0 1 0
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9
Bảng 2.3 Cài đặt vi bước cho driver
Micro Pulse/rev Sw1 Sw2 Sw3 OFF 0 0 0 0 1 200 0 0 1 1/2A 400 0 1 0 1/2B 400 0 1 1 1/4 800 1 0 0 1/8 1600 1 0 1 1/16 3200 1 1 0 OFF 0 1 1 1 2.4 ĐỘNG CƠ BƯỚC 2.4.1 Giới thiệu
Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các loại động cơ điện thông thường.
Động cơ bước thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của roto và có khả năng cố định roto vào những vị trí cần thiết. Động cơ bước làm việc được là nhờ có bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo một thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số góc quay của roto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của roto, phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi. Khi một xung điện áp đặt vào cuộn dây stato (phần ứng) của động cơ bước thì roto (phần cảm) của động cơ sẽ quay đi một góc nhất định, góc ấy là một bước quay của động cơ. Khi các xung điện áp đặt vào các cuộn dây
1.0 1 0 0
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 10
phần ứng thay đổi liên tục thì roto sẽ quay liên tục (nhưng thực chất chuyển động đó vẫn là theo các bước rời rạc).
2.4.2 Các loại động cơ bước
Phân loại theo rotor của động cơ bước:
Động cơ bước có rotor được tác động bằng dây quấn hoặc nam châm vĩnh cửu.
Động cơ bước có rotor không được tác động nhưng có phần từ cảm ứng, phản kháng – còn gọi là động cơ bước thay đổi từ trở.
Động cơ bước có cấu tạo rotor kết hợp cả 2 loại trên.
Động cơ bước có nhiều loại như động cơ biến trở từ, động cơ đơn cực, động cơ lưỡng cực:
Động cơ bước đơn cực, có thể bao gồm cả động cơ bước loại nam châm vĩnh cửu hoặc động cơ bước loại hỗn hợp. Nhưng ở các cuộn dây luôn có đầu trung tâm được nối ra từ chính giữa mỗi cuộn dây.
Hình 2.5 Động cơ bước đơn cực
Động cơ bước lưỡng cực, có thể bao gồm cả động cơ bước loại nam châm vĩnh cửu hoặc động cơ bước loại biến từ trở. Nhưng ở các cuộn dây sẽ không có đầu dây nối ra từ trung tâm.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 11
Hình 2.6 Động cơ bước lưỡng cực
Phân loại theo số pha của động cơ bước:
Động cơ bước 2 pha, là loại động cơ bước 4 dây, động cơ bước 6 dây hoặc động cơ bước 8 dây.
Động cơ bước 3 pha, là loại động cơ bước 3 dây hoặc động cơ bước 4 dây.
Động cơ bước 5 pha, là loại động cơ bước có 5 dây hoặc động cơ bước 10 dây.
Về step thì có loại là 0.36°/step, loại 0.72°/step và thông dụng nhất là loại 1.8°/step. Tức là 200 step sẽ được 1 vòng.
Trên thị trường chúng ta hay gặp nhất là động cơ đơn cực và lưỡng cực. Khi đi mua thì hay gặp động cơ 4 dây, 5 dây, 6 dây, 8 dây. Trong đó 4 dây và 6 dây là gặp thường xuyên nhất. Dưới đây là sơ đồ dây của hãng Oriental:
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 12
Hình 2.7 Hình dây động cơ
2.4.3 Cách điều khiển động cơ bước
Động cơ bước có nhiều cách điều khiển. Có thể điều khiển các dây trực tiếp qua 4 cổng qua MCU thông qua Driver đệm công suất. Cách này hơi phức tạp một chút, cần phải hiểu rõ bên trong động cơ và thường chỉ điều khiển được full bước.
Cách thông dụng nhất là dùng các IC chuyên dụng điều khiển động cơ bước. Các IC hay gặp nhất là TB6560, TB6600, L297, A4988, DRV8825, MA860H [10] …
Mỗi một loại động cơ bước sẽ có đặc tuyến khác nhau, vì vậy cách điều khiển sẽ khác nhau. Tùy thuộc vào lực kéo (moment) và tốc độ quay yêu cầu mà ta có thể dùng các cách điều khiển sau đây:
- Trường hợp động cơ bước chỉ cần chạy ở tốc độ thấp: sử dụng phương pháp điều khiển cấp điện áp trực tiếp, chính nội trở cuộn dây của động cơ sẽ tạo ra một dòng điện và giới hạn dòng điện này phụ thuộc vào điện áp cấp trực tiếp cho động cơ bước.
- Trường hợp động cơ bước chạy ở tốc độ cao: nếu tiếp tục sử dụng phương pháp cấp điện áp trực tiếp thì lực kéo (moment) sẽ bị giảm nghiêm trọng vì đặc tuyến cảm của cuộn dây sẽ kìm hãm khả năng của dòng điện.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 13
Một thực tế ở cách điều khiển động cơ bước bằng cách cấp điện trực tiếp sẽ làm cho động cơ và mạch điều khiển động cơ bước rất nóng. Trường hợp cần cải thiện và nâng cao hiệu suất của động cơ ở tốc độ thấp và cần tăng tốc độ cao thì nên sử dụng phương pháp điều khiển băm xung. Cách điều khiển động cơ bước dựa vào băm xung nhằm duy trì tần số không đổi, theo nguyên tắc duy trì dòng điện qua các cuộn dây của động cơ không đổi với mọi cấp độ. Cách điều khiển này còn gọi là điều khiển theo dòng điện. Thực tế điều khiển cho thấy, cách điều khiển động cơ bước bằng cách băm xung sẽ giúp cho động cơ bước chạy mạnh hơn, êm hơn, và ít nóng hơn.
2.5 MÀN HÌNH CẢM ỨNG
2.5.1 Giới thiệu
Màn hình HMI UART cảm ứng điện dung 7 inch được phát triển với mục đích giúp người sử dụng có thể thiết kế các giao diện điều khiển và hiển thị (GUI) trên màn cảm ứng 1 cách dễ dàng và trực quan nhất. Các điểm mạnh về tính năng:
Giao tiếp UART, với chỉ 2 dây tín hiệu (TX, RX) rất dễ dàng giao tiếp và điều khiển.
Phần phểm thiết kế giao diện trên máy tính trực quan và dễ sử dụng, giao tiếp với màn hình qua giao tiếp UART
Có bộ nhớ lưu trữ và xử lý hình ảnh, tích hợp khe thẻ nhớ, nên giảm thiểu được hầu hết các tác vụ về xử lý hình cho mạch điều khiển trung tâm, chỉ truyền về trung tâm các dữ liệu thao tác cảm ứng.
Thiết kế cảm ứng điện trở giúp dễ dàng thao tác khi mang găng tay trong môi trường lao động.
Mạch có chất lượng gia công tốt, độ bền cao.
2.5.2 Thông số kỹ thuật:
Màn hình HMI 7 inch cảm ứng điện dung.
Giao tiếp UART mức TTL (3 - 5VDC).
Cấp nguồn 5VDC.
Có phần mềm thiết kế giao diện đi kèm.
Có bộ nhớ lưu trữ và xử lý hình ảnh.
2.6 CHUẨN GIAO TIẾP UART
2.6.1 Giới thiệu
UART chuyển đổi giữa dữ liệu nối tiếp và song song. Một chiều UART chuyển đổi dữ liệu song song bus hệ thống ra dữ liệu nối tiếp để truyền đi. Một chiều khác UART
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 14
chuyển đổi dữ liệu nhận được dạng dữ liệu nối tiếp thành dạng dữ liệu song song cho CPU có thể đọc vào bus hệ thống.
Hình 2.8 Truyền dữ liệu UART
UART của PC hỗ trợ cả hai kiểu giao tiếp là giao tiếp đồng thời và giao tiếp không đồng thời. Giao tiếp đồng thời tức là UART có thể gửi và nhận dữ liệu vào cùng một thời điểm. Còn giao tiếp không đồng thời (không kép) là chỉ có một thiết bị có thể chuyển dữ liệu vào một thời điểm, với tín hiệu điều khiển hoặc mã sẽ quyết định bên nào có thể truyền dữ liệu. Giao tiếp không đồng thời được thực hiện khi mà cả 2 chiều chia sẽ một đường dẫn hoặc nếu có 2 đường nhưng cả 2 thiết bị chỉ giao tiếp qua một đường ở cùng một thời điểm. Thêm vào đường dữ liệu, UART hỗ trợ bắt tay chuẩn RS232 và tín hiệu điều khiển như RTS, CTS, DTR, DCR, RT và CD. Để thuận tiện, các chương trình gửi và nhận dữ liệu trong định dạng không đồng bộ đơn giản hơn. PC và nhiều vi xử lý khác có một bộ phận gọi là UART (universal asynchronous receiver/transmitter: truyền /nhận không đồng bộ chung) vì thế có thể vận dụng phần lớn những chi tiết truyền và nhận dữ liệu. Trong PC, hệ điều hành và ngôn ngữ lập trình hỗ trợ cho lập trình liên kết nối tiếp mà không cần phải hiểu rõ chi tiết cấu trúc UART. Để mở liên kết, ứng dụng lựa chọn một tần số dữ liệu hoặc là thiết lập khác hoặc cho phép truyền thông tại các cổng. Để gửi 1 byte, ứng dụng ghi byte này vào bộ đệm truyền của cổng được lựa chọn, và UART gửi dữ liệu này, từng bit một, trong định dạng yêu cầu, thêm bit Start, bit Stop, bit chẵn lẻ khi cần. Trong một cách đơn giản, byte nhận được tự động được lưu trữ trong bộ đệm. UART có thể dùng nhanh một ngắt để báo cho CPU và các ứng dụng biết dữ liệu đang nhận được và các sự kiện khác. Một vài vi điều khiển không bao gồm UART, và thỉnh thoảng bạn cần nhiều hơn các UART mà vi xử lý có. Trong trường hợp này, có 2 lựa chọn: thêm UART ngoài, hoặc mô phỏng UART trong mã chương trình. Basic Stamp của Parallax là một ví dụ của chip với một UART bổ sung trong mã chương trình. UART là một thiết bị đơn giản hỗ trợ tốt cả hai0 kiểu truyền thông đồng bộ và không đồng bộ.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 15
2.6.2 Các thông số cơ bản của chuẩn truyền
Baud rate (tốc độ Baud): Khi truyền nhận không đồng bộ để hai module hiểu được nhau thì cần quy định một khoảng thời gian cho 1 bit truyền nhận, nghĩa là trước khi truyền thì tốc độ phải được cài đặt đầu tiên. Theo định nghĩa thì tốc độ baud là số bit truyền trong một giây.
Frame (khung truyền): Do kiểu truyền thông nối tiếp này rất dễ mất dữ liệu nên ngoài tốc độ, khung truyền cũng được cài đặt từ ban đầu để giảm bớt sự mất mát dữ liệu này. Khung truyền quy định số bit trong mỗi lần truyền, các bit thông báo như start, stop, các bit kiểm tra như parity, và số bit trong một data.
Bit Start: Là bit bắt đầu trong khung truyền. Bit này nhằm mục đích báo cho thiết bị nhận biết quá trình truyền bắt đầu. Trên AVR bit Start có trạng thái là 0.
Data: Dữ liệu cần truyền data không nhất thiết phải 8 bit có thể là 5, 6, 7, 8, 9. Trong UART bit LSB được truyền đi trước, bit MSB được truyền đi sau.
Parity bit: Là bit kiểm tra dữ liệu. Có 2 loại parity: chẵn (even parity), lẻ (old parity). Parity chẵn là bit parity thêm vào để số số 1 trong data + parity = chẵn. Parity lẻ là bit parity thêm vào để số số 1 trong data + parity = lẻ. Bit parity là không bắt buộc nên có thể dùng hoặc không.
2.7 GOOGLE FIREBASE 2.7.1 Giới thiệu 2.7.1 Giới thiệu
Google Firebase là một dịch vụ cơ sở dữ liệu thời gian thực hoạt động trên nền tảng đám mây được cung cấp bởi Google nhằm giúp lập trình phát triển nhanh các ứng dụng bằng cách đơn giản hóa các thao tác với cơ sở dữ liệu.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 16
2.7.2 Các chức năng chính của Google Firebase
Với Google Firebase, bạn có thể tạo ra các ứng dụng chat như Yahoo Message của ngày xưa hoặc như Facebook, Messager của ngày nay trong thời gian cực ngắn như khoảng một ngày thậm chí là vài giờ bởi đơn giản là bạn chỉ cần lo phần client còn phần server và database đã có firebase lo. Firebase là sự kết hợp giữa nền tảng cloud với hệ thống máy chủ cực kì mạnh mẽ tới từ Google, để cung cấp cho chúng ta những API đơn giản, mạnh mẽ và đa nền tảng trong việc quản lý, sử dụng database. Cụ thể hơn Google Firebase cung cấp tới chúng ta những chức năng chính sau:
Realtime Database – Cơ sở dữ liệu thời gian.
Firebase Authentication – Hệ thống xác thực của Firebase.
Firebase Hosting – Tạo tên miền.
Hình 2.10 Tạo Project mới trong Firebase
2.7.3 Những lợi ích từ Google
Triển khai ứng dụng nhanh: Với Firebase bạn có thể giảm bớt rất nhiều thời gian cho việc viết các dòng code để quản lý và đồng bộ cơ sở dữ liệu, mọi việc sẽ diễn ra hoàn toàn tự động với các API của Firebase. Không chỉ có vậy Firebase còn hỗ trợ đa nền tảng nên bạn sẽ càng đỡ mất thời gian rất nhiều khi ứng dụng bạn muốn xây dựng là ứng dụng đa nền tảng. Không chỉ nhanh chóng trong việc xây dựng database, Google Firebase còn giúp ta đơn giản hóa quá trình đăng kí và đăng nhập vào ứng dụng bằng các sử dụng hệ thống xác thực do chính Firebase cung cấp.
Bảo mật Firebase hoạt động dựa trên nền tảng cloud và thực hiện kết nối thông qua giao thức bảo mật SSL, chính vì vậy bạn sẽ bớt lo lắng rất nhiều về việc bảo mật của dữ liệu cũng như đường truyền giữa client và server. Không chỉ có vậy, việc cho phép phân quyền người dùng database bằng cú pháp javascipt
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 17
cũng nâng cao hơn nhiều độ bảo mật cho ứng dụng của bạn, bởi chỉ những user mà bạn cho phép mới có thể có quyền chỉnh sửa cơ sở dữ liệu.
Tính linh hoạt và khả năng mở rộng: Sử dụng Firebase sẽ giúp bạn dễ dàng hơn rất nhiều mỗi khi cần nâng cấp hay mở rộng dịch vụ. Ngoài ra firebase còn cho phép bạn tự xây dựng server của riêng mình để bạn có thể thuận tiện hơn trong quá trình quản lý.
Sự ổn định: Firebase hoạt động dựa trên nền tảng cloud đến từ Google vì vậy hầu như bạn không bao giờ phải lo lắng về việc sập server, tấn công mạng như DDOS, tốc độ kết nối lúc nhanh lúc chậm nữa bởi đơn giản là Firebase hoạt động trên hệ thống server của Google. Hơn nữa nhờ hoạt động trên nền tảng Cloud nên việc nâng cấp, bảo trì server cũng diễn ra rất đơn giản mà không cần phải dừng server để nâng cấp như truyền thống.
Giá thành Google Firebase có rất nhiều gói dịch vụ với các mức dung lượng lưu trữ cũng như băng thông khác nhau với mức giá dao động từ Free đến $500 đủ để đáp ứng được nhu cầu của tất cả các đối tượng. Chính vì vậy bạn có thể lựa chọn gói dịch vụ phù hợp nhất với nhu cầu của mình. Điều này giúp bạn tới ưu hóa được vốn đầu tư và vận hành của mình tùy theo số lượng người sử dụng. Ngoài ra còn không mất chi phí để bảo trì, nâng cấp, khắc phục các sự cố bởi vì những điều này đã có Firebase hỗ trợ.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 18
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 3.1. GIỚI THIỆU:
Trong chương này, trình bày về cách tính toán, sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý của các board mạnh của hệ thống: mạch điều khiển, giao tiếp, hiển thị và mạch nguồn.
3.2 YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG: 3.2.1 Yêu cầu của hệ thống: 3.2.1 Yêu cầu của hệ thống: