CÁC CÔNG CỤ VÀ THIẾT BỊ

2.6.1 Encoder

Encoder hay còn gọi là bộ mã hóa, là một bộ cảm biến chuyển động cơ học tạo ra tín hiệu kỹ thuật số đáp ứng với chuyển động. Là một thiết bị cơ điện có khả năng làm biến đổi chuyển động thành tín hiệu số hoặc xung.

Bộ mã hóa Encoder là một bộ phận rất quan trọng trong cấu tạo của các loại máy công nghiệp. Nó giúp đo và hiển thị các thông số về tốc độ của máy.

Có hai loại bộ mã hóa: tuyến tính và quay. Encoder tuyến tính đáp ứng chuyển động dọc theo một đường dẫn, còn Encoder quay thì đáp ứng với chuyển động quay.

2.6.1.1 Phân loạia) Encoder tuyệt đối a) Encoder tuyệt đối

Encoder tuyệt đối (Absolute Encoder): tín hiệu ta nhận được từ Encoder cho biết chính xác vị trí của Encoder mà người sử dụng không phải xử lý thêm gì cả.

Một số đặc điểm của Encoder tuyệt đối:

 Sử dụng đĩa theo mã nhị phân hoặc mã Gray.

 Có kết cấu gồm: bộ phát ánh sáng (LED), đĩa mã hóa (có chứa dãi băng mang tín hiệu), một bộ thu ánh sáng nhạy với ánh sáng phát ra.

 Đĩa mã hóa ở Encoder được chế tạo từ vật liệu trong suốt, người ta đã chia mặt đĩa thành các góc đều nhau cùng các đường tròn đồng tâm.

 Encoder tuyệt đối có ưu điểm giữ được giá trị tuyệt đối khi Encoder mất nguồn nhưng giá thành cao vì chế tạo phức tạp, phương thức đọc tín hiệu khó

Hình 2.8 Encoder tuyệt đối

b/ Encoder tương đối

Một số đặc điểm của Encoder tương đối (Incremental Encoder) :

 Đĩa mã hóa bao gồm một dãi băng tạo xung, thường được chia thành nhiều lỗ bằng nhau và được cách đều nhau.

 Là Encoder chỉ có 1,2 hoặc tối đa 3 vòng lỗ, và thường có thêm một lỗ định vị.

 Ưu điểm: giá thành rẻ, chế tạo đơn giản, xử lý tín hiệu trả về dễ dàng.

 Nhược điểm: dễ bị sai lệch về xung khi trả về. Sẽ tích lũy sai số khi hoạt động lâu dài.

Hình 2.9 Encoder tương đối

Encoder hoạt động trên nguyên lý đĩa quay quanh trục, trên đĩa có các rãnh để tín hiệu quang chiếu qua đĩa (Led). Chỗ có lỗ (rãnh) thì ánh sáng xuyên qua được, chỗ không có lỗ (rãnh) ánh sáng không xuyên qua được.Với các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay không.

Số xung Encoder được quy ước là số lần ánh sáng chiếu qua khe. Ví dụ trên đĩa chỉ có 100 khe thì cứ 1 vòng quay, Encoder đếm được 100 tín hiệu. Đây là nguyên lý hoạt động của loại Encoder cơ bản, còn đối với với nhiều chủng loại khác thì đương nhiên đĩa quay sẽ có nhiều lỗ hơn và tín hiệu thu nhận cũng sẽ khác hơn.

Cảm biến thu ánh sáng sẽ bật tắt liên tục, từ đó:

 Tạo ra các tín hiệu dạng xung vuông.

 Tín hiệu dạng xung sẽ được truyền về bộ xử lý trung tâm để đo đạc, xác định vị trí/ tốc độ của động cơ.

Hình 2.10 Cấu tạo Encoder tương đối

Cách xác định chiều quay của động cơ:

Encoder thường có 3 kênh (3 ngõ ra) bao gồm kênh A, kênh B và kênh Z. Cứ mỗi lần motor quay được một vòng, lỗ nhỏ xuất hiện tại vị trí của cặp phát-thu, hồng ngoại từ nguồn phát sẽ xuyên qua lỗ nhỏ đến cảm biến quang, một tín hiệu xuất hiện trên cảm biến. Như thế kênh Z xuất hiện một “xung” mỗi vòng quay của motor.

Bên ngoài đĩa quay được chia thành các rãnh nhỏ và một cặp thu-phát khác dành cho các rãnh này. Đây là kênh A của Encoder, hoạt động của kênh A cũng tương tự kênh Z, điểm khác nhau là trong 1 vòng quay của motor, có N “xung” xuất hiện trên kênh A. N là số rãnh trên đĩa và được gọi là độ phân giải (resolution) của Encoder.

Trên các Encoder còn có một cặp thu phát khác được đặt trên cùng đường tròn với kênh A nhưng lệch một chút, đây là kênh B của Encoder. Tín hiệu xung từ kênh B có cùng tần số với kênh A nhưng lệch pha . Bằng cách phối hợp kênh A và B người đọc sẽ biết chiều quay của động cơ.

Hình 2.11 Tín hiệu lệnh pha nhau của 2 kênh Encoder

Sự bố trí của 2 cảm biến kênh A và B lệch pha nhau. Khi cảm biến A bắt đầu bị che thì cảm biến B hoàn toàn nhận được hồng ngoại xuyên qua, và ngược lại. Hình thấp là dạng xung ngõ ra trên 2 kênh. Xét trường hợp motor quay cùng chiều kim đồng hồ, tín hiệu đi từ trái sang phải. quan sát lúc tín hiệu A chuyển từ mức cao xuống thấp (cạnh xuống) thì kênh B đang ở mức

thấp. Ngược lại, nếu động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ, tín hiệu đi từ phải qua trái. Lúc này, tại cạnh xuống của kênh A thì kênh B đang ở mức cao. Như vậy, bằng cách phối hợp 2 kênh A và B chúng ta không những xác định được góc quay (thông qua số xung) mà còn biết được chiều quay của động cơ (thông qua mức của kênh B ở cạnh xuống của kênh A).

2.6.2 Mạch cầu H XY-160D L298

Mạch cầu H là một mạch điện giúp đảo chiều dòng điện qua một đối tượng .Đối tượng là động cơ DC mà chúng ta cần điều khiển .Mục đích điều khiển là cho phép dòng điện qua đối tượng theo chiều A đến B hoặc B đến A .Từ đó giúp đổi chiều quay của động cơ

Hình 2.12 Hình ảnh của XY-160D L298 Chức năng các chân của module XY-160D L298 :

 4 chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4. Đây là các chân nhận tín hiệu điều khiển.

 4 chân OUTUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tương ứng với các chân INPUT) . Các chân này dùng để xuất tín hiệu điều khiển động cơ

Hai chân ENA và ENB dùng để điều khiển mạch cầu H trong L298. Nếu ở mức logic “1” (nối với nguồn 5V) cho phép mạch cầu H hoạt động, nếu ở mức logic “0” thì mạch cầu H không hoạt động

Thông số kỹ thuật:

+ Điện áp cung cấp động lưc: tiêu chuẩn 7 - 24VDC (giới hạn 6.5 ~ 27VDC)

+ Mức tín hiệu logic: sử dụng được cho 2 mức logic 3.3V hoặc 5V + Logic High (H): DC 3.0 ~ 6.5V

+ Logic Low (L): DC0 ~ 0.8V + Số kênh điều khiển: 2.

+ Dòng điện tín hiệu điều khiển: 3 ~ 11 mA cho mỗi kênh. + Dòng điện tối đa hoạt động liên tục: 7A.

+ Dòng điện đạt đỉnh: 50A. + Tần số PWM: 0~10KHz. + Độ rộng xung tối thiểu: 5us. + Nhiệt độ làm việc: -25 ~ 85 °C + Lỗ bắt vít: 4 * M3.

+ Kích thước (LxWxH): 55 x 55 x 13(mm). + Khối lượng: 32g

Hình 2.13 Nguyên lý hoạt động mạch cầu H

Nguyên lý hoạt động:

- Khi ENA = 0: Động cơ không quay với mọi đầu vào. - Khi ENA = 1:

+ INT1 = 1; INT2 = 0: Động cơ quay thuận.

+ INT1 = INT2: Động cơ dùng ngay tức thì. Với ENB tương tự với INT3, INT4.

2.6.3 Động cơ DC

Động cơ một chiều DC ( DC là từ viết tắt của "Direct Current Motors") là động cơ điều khiển bằng dòng có hướng xác định hay nói dễ hiểu hơn thì đây là loại động cơ chạy bằng nguồn điện áp DC- điện áp 1 chiều. Đầu dây ra của đông cơ thường gồm hai dây (dây nguồn- VCC và dây tiếp đất- GND). DC motor là một động cơ một chiều với cơ năng quay liên tục.

Hình 2.14 Động cơ DC 24V

Thông số kỹ thuật

 Tốc độ quay tối đa: 960rpm.

 Điện áp hoạt động: 24VDC.

 Loại: có chổi than.

 Đường kính trục: 6mm.

 Chiều dài động cơ: 41mm.

 Chiều dài trục 12mm.

2.6.3.1 Phân loại động cơ DC

Động cơ điện 1 chiều phân loại theo kích từ thành những loại sau:

 Kích từ độc lập.

 Kích từ song song.

 Kích từ nối tiếp.

 Kích từ hỗn hợp.

Với mỗi 1 loại động cơ điện 1 chiều như trên thì có các ứng dụng khác nhau. Nhưng trên thực tế, ta chủ yếu tiếp xúc với loại động cơ DC công suất thấp có phần Stator sử dụng nam châm vĩnh cửu. Ta chỉ nói đến và quan tâm tới kích từ cho động cơ DC khi nói đến các loại động cơ DC công suất lớn, Stator của động cơ không phải là nam châm vĩnh cửu mà là nam châm điện. Phần nam châm điện này cũng gồm lõi thép kỹ thuật và các bó dây. Để Stator biến thành nam châm điện ta cần phải cấp điện cho phần Startor của nó, khi đó ta gọi nó là kích từ.

2.6.3.2 Cấu tạo và nguyên lí hoạt độnga/ Cấu tạo a/ Cấu tạo

Gồm có 3 phần chính stator( phần cảm), rotor ( phần ứng), và phần cổ góp- chỉnh lưu

Hình 2.15 Cấu tạo động cơ DC Trong đó:

 Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện.

 Rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều.

 Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục. Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.

Nguyên lí hoạt động:

Khi cho điện áp một chiều U vào 2 chổi điện, trong dây quấn phần ứng có dòng điện Iư. Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực Fdt làm cho Roto quay. Chiều lực được xác định bằng quy tắc bàn tay trái.

Phương trình điện áp:

U=Eư + Rư. Iư

Trong đó:

Eư : Sức phản diện

Rư : Điện trở dây quấn phần ứng

Iư : Dòng điện dây quấn phần ứng Điều chỉnh tốc độ

Ta có phương trình sau: U=Eư + Rư. Iư

Thay trị số: với Rưnhỏ, ta có Eư  U Eư = K  

Mắc điện trở điều chỉnh vào mạch phần ứng Thay đổi điện áp U

Thay đổi từ thông

Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ

 Điều chỉnh các thông số ở mạch của máy điện (ví dụ: gắn thêm trở, …)

 Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn cung cấp cho phần ứng động cơ.

 Phương pháp điều rộng xung.

2.6.3.3 Ưu, nhược điểm của động cơ điện một chiều

Ưu điểm của động cơ điện 1 chiều

 Moment mở máy lớn, do đó sẽ kéo được tải nặng khi khởi động.  Khả năng điều chỉnh tốc độ và quá tải tốt.

 Tiết kiệm điện năng  Bền bỉ, tuổi thọ lớn

Nhược điểm của động cơ điện 1 chiều

 Bộ phận cổ góp có cấu tạo phức tạp, đắt tiền nhưng hay hư hỏng trong quá trình vận hành nên cần bảo dưỡng, sửa chữa cẩn thận, thường xuyên.

 Tia lửa điện phát sinh trên cổ góp và chổi than có thể sẽ gây nguy hiểm, nhất là trong điều kiện môi trường dễ cháy nổ.

 Giá thành đắt mà công suất không cao.

 Ứng dụng của động cơ điện 1 chiều cũng rất đa dạng trong mọi lĩnh vực của đời sống: trong tivi, máy công nghiệp, trong đài FM, ổ đĩa DC, máy in- photo, đặc biệt trong công nghiệp giao thông vận tải, và các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi lớn...

2.6.4 Nguồn tổ ong

Nguồn tổ ong là cách gọi khác của nguồn xung. Cái tên nguồn tổ ong bắt nguồn từ hình dạng các lỗ thông hơi thoát nhiệt của bộ nguồn xung được đục lỗ lục giác giống với cấu tạo của tổ ong nên được gọi là nguồn tổ ong

Trong đề tài, nhóm chúng em dùng bộ nguồn tổ ong 24V để cấp cho động cơ và qua các mạch giảm áp để cấp nguồn cho mô hình của động cơ (5V).

Hình 2.16 Nguồn tổ ong 24V

Thông số kỹ thuật

 Điện áp đầu vào : 220 VAC ( L và N )

 Điện áp đầu ra : 24VDC ( 24V: V+, Mass – Gnd: V-)

 Công suất : 120W

 Điện áp ra điều chỉnh :10%

 Nhiệt độ làm việc : 0-70 0C

2.6.5 LCD

Màn hình LCD1602 xanh lá sử dụng driver HD44780, có khả năng hiển thị 2 dòng với mỗi dòng 16 ký tự, màn hình có độ bền cao, rất phổ biến, nhiều code mẫu và dễ sử dụng thích hợp cho những người mới học và làm dự án.

Hình 0.17 LCD 1602

Thông số kỹ thuật

 Điện áp hoạt động là 5 V.

 Kích thước: 80 x 36 x 12.5

 Chữ đen, nền xanh lá

 Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch tiện dụng khi kết nối với Breadboard.

 Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hổ trợ việc kết nối, đi dây điện.

 Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chình độ sáng để sử dụng ít điện năng hơn.

 Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu

 Có bộ ký tự được xây dựng hổ trợ tiếng Anh và tiếng Nhật

Kết nối LCD

 Các chân cấp nguồn: Chân số 1 là chân nối mass (0V), chân thứ 2 là Vcc nối với nguồn +5V. Chân thứ 3 dùng để chỉnh contrast thường nối với biến trở.

 Các chân điều khiển: Chân số 4 là chân RS dùng để điều khiển lựa chọn thanh ghi. Chân RW dùng để điều khiển quá trình đọc và ghi. Chân EN là chân cho phép dạng xung chốt.

 Các chân dữ liệu D0 đến D7: Chân số 7 đến chân số 14 là 8 chân dùng để trao đổi dữ liệu giữa thiết bị điều khiển và LCD

2.6.6 Bộ đếm CT6S-1P4

Hình 0.18 Bộ đếm Counter Autonics CT6S-1P4

 Phương pháp hiển thị: 6 chữ số 4 chữ số

 Phương thức hoạt động => Bộ đếm: Đếm xuôi, đếm ngược, đếm xuôi/ngược

 Terminal :Terminal block

 Hoạt động ngõ ra: tín hiệu ON Delay, nguồn ON Delay, FLICKER, INTERVAL, tín hiệu OFF Delay, ON-OFF Delay, INTEGRATION TIME

 Nguồn cấp:100-240VAC~ 50/60Hz

 Thời gian hoạt động: POWER ON START; SIGNAL ON START

 Nguồn cấp bên ngoài: Max. 12VDC ±10%, 100mA

 Phương pháp ngõ vào tín hiệu: Ngõ vào điện áp (PNP), Không có ngõ vào điện áp (NPN)

 Tốc độ đếm tối đa: 1, 30, 1k, 5k, 10k [cps]

 Độ rộng tín hiệu tối thiểu: 1ms/20ms

 Bảo vệ bộ nhớ: Xấp xỉ 10 năm

 Dải cài đặt: 0.001 giây đến 9.999 giây, 0.01 giây đến 99.99 giây, 0.1 giây đến 999.9 giây, 1 giây đến 9999 giây, 1 giây đến 99 phút 59 giây, 0.1 phút đến 999.9 phút, 1 phút đến 9999 phút, 1 phút đến 99 giờ 59 phút, 1 giờ đến 9999 giờ

 Ngõ ra điều khiển_Loại: 1 bước preset

 Ngõ ra điều khiển_Relay SPDT (1c): 1

 Ngõ ra điều khiển_NPN mạch thu hở: 1

 Cấu trúc bảo vệ: IP65 (bảng điều khiển phía trước)

 Bộ đếm_Phạm vi đếm: -99999 đến 999999

 Bộ đếm_Độ rộng tối thiểu của tín hiệu ngõ vào RESET: Tùy chọn 1ms/20ms

 Bộ định thời_Độ rộng tín hiệu ngõ vào INA, INH, RESET: Tùy chọn 1ms/20ms

 Môi trường_Nhiệt độ xung quanh: -10 đến 55℃, bảo quản: -25 đến 65℃

 Môi trường_Độ ẩm xung quanh: 35 đến 85%RH, bảo quản : 35 đến 85%RH

 Trọng lượng:Xấp xỉ 212g (Xấp xỉ 159g)

Sơ đồ kết nối:

2.6.7 Đèn DC 24V

Hình 0.20 Đèn DC 24V

Thông số kỹ thuật

 Điện áp: 24V.

 Dòng điện tiêu thụ:<=20mA.

 Màu sắc: Màu đỏ.

 Đường kính: 22mm

2.7 Phần Mềm

2.7.1 Phần mềm Labview 2.7.1.1 Giới thiệu

Labview (viết tắt của nhóm từ Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) là một phần mềm máy tính được phát triển bởi công ty National Instruments. Labview còn được biết đến như là một ngôn ngữ

lập trình với khái niệm hoàn toàn khác so với các ngôn ngữ lập trình truyền thống như ngôn ngữ C , Pascal .

Labview là một môi trường phát triển dựa trên ngôn ngữ lập trình đồ hoạ, thường được sử dụng cho mục đích đo lường, kiểm tra, đánh giá, xử lý, điều khiển các tham số của thiết bị.

Labview khác với các ngôn ngữ lập trình thông thường ở các điểm cơ bản là: các ngôn ngữ lập trình khác thường dùng trên cơ chế dòng lệnh, trong khi đó LABVIEW dùng ngôn ngữ lập trình Graphical để tạo ra các chương