b) Xây dựng cấu chúc chức năng
3.3.2. Xác định phương á n Xác định các bộ phận thực hiện chức năng chính
Các bộ phận thực hiện chức năng chính: -Encoder: Sử dụng Omron E6B2-CWZ6C
Hình 3.1: Encoder Omron E6B2-CWZ6C
Thông số kỹ thuật:
• Điện áp sử dụng: 5~24VDC.
31
• Dòng tiêu thụ: max 80mA
• Số xung: 1000 xung / 1 vòng (1000 p/r)
• Số kênh xung: 3 kênh xung riêng biệt A, B, Z.
• Tần số đáp ứng tối đa: 100Khz
• Đường kính trục: 6mm
• Đường kính thân: 40mm
-Motor: Sử dụng motor Planet RS775
Hình 3.2: Motor Planet Rs775
Thông số kỹ thuật
• Tốc độ đầu trục: 200RPM tại điện áp 12V
• Công suất:35W
32
Hình 3.3: Bản vẽ chi tiết Motor Các bộ phận thực hiện chức năng chính khác là:
-Bộ nguồn: sử dụng bộ đổi nguồn 220V - 12V.
Hình 3.4: Bộ đổi nguồn
-Bộ điều khiển Arduino
33
Board mạch Arduino sử dụng dòng vi xử lý 8-bit megaAVR của Atmel với hai chip phổ biến nhất là ATmega328 và ATmega2560. Các dòng vi xử lý này cho phép lập trình các ứng dụng điều khiển phức tạp do được trang bị cấu
hình mạnh với các loại bộ nhớ ROM, RAM và Flash, các ngõ vào ra digital I/O trong đó có nhiều ngõ có khả năng xuất tín hiệu PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog và các chuẩn giao tiếp đa dạng như UART, SPI, TWI (I2C).
Hình 3.5: Bo mạch ARDUINO UNO R3
-Vi điều khiển
34
Hình 3.6: Vi điều khiển
Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8, ATmega168, ATmega328. Ngoài ra,Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V.
-Thuật toán điều khiển: Sử dụng bộ PID
Bô ̣điều khiển PID là bô ̣điều khiển hồi tiếp vòng kín, kết hợp ba bô ̣điều khiển vi phân, tích phân, tỉ lê. ̣Nó có chức năng điều khiển hê thống đáp ứng nhanh, vọt lố thấp, sai số xác lập bằng không nếu chọn thông số phù hợp.
35
Hình 3.7: Sơ đồ khối thuật toán PID
Biểu thức bộ điều khiển PID:
()= ()+ ∫ ()
0
Trong đó: Kp: Hệ số tỉ lệ Kd: Độ lợi vi phân Ki: độ lợi tích phân
Bảng 3.3: Tác động của việc tăng một thông số độc lập Thông số Kp Ki Kd -Mạch công suất
Mạch công suất sử dụng L298N để điều khiển động cơ DC với mạch cầu H sử dụng 4 diode IN5822 .
Mạch cầu H có thể đảo chiều dòng điện qua tải nên thế nó hay được dùng trong các mạch điều khiển động cơ DC và các mạch băm áp . Ưu và nhược điểm của cầu H : Ưu điểm : Mạch cầu H làm cho mạch trở nên đơn giản và tiết kiệm chi phí .
Nhược điểm : Nếu như mạch điều khiển thì cùng bật 2 công tắc ở cùng 1 nữa cầu thì sẽ mạch động lực bị ngắn mạch nguồn . Nếu hiện tượng xảy ra trong 1 thời gian ngắn ( quá độ ) sẽ xuất hiện dòng trùng dẫn qua van công suất làm tăng công suất tiêu tán trên van . Nếu thời gian trùng dẫn đủ dài , dòng trùng dẫn sẽ lớn làm cháy van công suất . Tức là mạch không có bảo vệ dòng và áp .
37
Hình 3.8: Module L298N
Thông số IC L298N
• Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H.
• Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V
• Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A (=>2A cho mỗi motor)
• Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V
• Dòng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mA
• Nhiệt độ bảo quản: -25 ℃ ~ +130 ℃
-Module hạ áp 5v
Chuyển từ nguồn 12V DC sang 5V DC cấp cho vi điều khiển và mạch công suất
Hình 3.9: Module LM2596
Thông số kỹ thuật:
• Nguồn đầu vào từ 4V - 35V.
• Nguồn đầu ra: 1V - 30V.
• Dòng ra Max: 3A
• Kích thước mạch: 53mm x 26mm
• Đầu vào: INPUT +, INPUT-
• Đầu ra: OUTPUT+, OUTPUT-
-Màn hình LCD
39
Hình 3.10: Màn hình LCD
Thông số kỹ thuật:
• Điện áp hoạt động: 5V.
• Kích thước: 80x36x12,5 mm.
• Có thể được điều chỉnh với 6 dây tín hiệu.
• VSS: cực âm nguồn cho LCD - GND: 0V.
• VDD: cực dương nguồn LCD - 5V.
• Contrast control (VEE): điều khiển độ sáng màn hình.
• Register Select (RS): lựa chọn thanh ghi.
40
• RS=0 chọn thanh ghi lệnh.
• RS=1 chọn thanh ghi dữ liệu.
• Read/Write (R/W).
• (R/W)=0 ghi dữ liệu.
• (R/W)=1 đọc dữ liệu.
• Enable: Cho phép ghi vào LCD.
• D0 – D7: 8 chân trao đổi dữ liệu với các vi điều khiển, với 2 chế độ sử dụng.
• Chế độ 8 bit: dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7.
• Chế độ 4 bit: dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 đến DB7, bit MSB là DB7.
• Blacklight (blacklight anode (+) và Blacklight Cathode (-) ): Tắt bật dèn màn hình LCD.
-Con lắc Vật liệu: nhôm
41
Hình 3.11: Bản vẽ chi tiết con lắc
-Bệ đỡ
Vật liệu: thép không gỉ
42
Hình 3.12: Bản vẽ chi tiết bệ đỡ
-Cần quay cân bằng Vật liệu: nhôm
Hình 3.13: Bản vẽ chi tiết cân quay cân bằng
43