Chương 5 : GIẢI THUẬT ĐIỀUKHIỂN VÀ PHẦN MẠCH ĐIỆN
5. Giải thuật điều khiển và phần mạch điện:
5.2 Mạch điện và lập trình:
5.2.1 Tổng quan về mục tiêu điều khiển:
5.2.1.1 Mục tiêu điều khiển:
Điều khiển trực thăng mơ hình bay lên và hạ xuống được. Trực thăng phải cân bằng, nghiêng không quá 50
so với phương ngang. Tiến, lùi và xoay tại chỗ.
5.2.1.2 Mơ hình điều khiển:
Kiến trúc điều khiển được chia làm 3 khối: Khối Human Interface.
Khối Master. Khối Slave. Trong đó:
Khối Human Interface:
Giao tiếp với người dùng thơng qua bàn phím 4x4 và màn hình LCD.
Khối Master:
Giao tiếp với người dùng thơng qua màn hình Graphic LCD và bàn phím Keypad 4x4.
46 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến
Giao tiếp với cảm biến góc nghiêng và điều chỉnh tốc độ cánh máy bay để cân bằng cho trực thăng.
Giao tiếp với Slave để nhận tín hiệu từ cảm biến góc nghiêng và điều khiển cánh quạt đi.
Khối Slave:
Nhận tín hiệu từ Master và xuất xung PWM để điều khiển cánh quạt đuôi5
5.2.2 Hệ thống mạch điện: a) Cảm biến góc nghiêng:
Giới thiệu:
MMA7455 là cảm biến đo gia tốc 3 trục X, Y, Z, là sản phẩm của hãng Freescale, ngõ ra
Digital, cơng suất thấp, có những đặc trưng cơ bản sau:
Ngõ ra Digital (I2C/SPI) – 10;bit ở Mode 8g (g là gia tốc trọng trường)) Kích thước: 3mm x 5mm x 1mm, đóng gói 14 chân LGA
Dịng tiêu thụ thấp 400µA Chức năng Self Test trục Z
Điện áp vận hành thấp 2.4V – 3.6V Sử dụng các thanh ghi User Assigned để
chỉnh Offset
Lập trình giá trị ngưỡng cho phép ngắt Phát hiện chuyển động: Shock, dao
động, rơi.
Phát hiện xung: xung đơn và xung kép
Độ nhạy: 64 LSB/g @ 2g và @ 8g ở 10;Bit Mode Có thể chọn tầm đo (±2g, ±4g, ±8g)
47 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Nguyên lý hoạt động:
MMA7455 là một cảm biến vi cơ bề mặt (surface micromachined integrated circuit
accelerometer) thuộc loại điện dung.
Dưới tác dụng của gia tốc, khoảng cách giữa các vách ngăn thay đổi, sự thay đổi này dẫn đến sự thay đổi giá trị điện dung theo công thức quen thuộc:
=
Với A là diện tích các miếng ngăn, là hằng số điện mơi, D là khoảng cách giữa các tấm.
Giá trị điện áp ngõ ra tỉ lệ với gia tốc đo được.
Từ giá trị gia tốc, ta có thể tích phân đơn để có giá trị vận tốc hay tích phân 2 lớp để xác định vị trí của vật thể. Gia tốc tĩnh do lực hấp dẫn có thể được dùng để xác định góc và độ nghiêng.
b) Động cơ:
Coreless Motor for Airplane & Helicopter: - Vận tốc: 45000-48000 vịng/phút
- Điện áp: 3,7V
- Cơng suất: max 1W, cơng suất định mức 0,6W
- Dịng khởi động: 1,5-1,8A - Đường kính trục: 1mm
48 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến - Đường kính ngoài: 7mm - Chiều dài thân: 16,5mm - Chiều dài trục: 4,5mm Đặc điểm của Coreless motor:
Động cơ “Không nhân” là loại động cơ đặc biệt, được thiết kế phù hợp cho những ứng dụng cần kích thước đường kính dưới 18mm, với vận tốc lớn và hiệu suất cao, điều mà động cơ DC bình thường (“Có nhân”) khơng thể làm được, hoặc khó chế tạo.
Ưu điểm của động cơ khơng nhân: - Kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ. - Vận tốc lớn.
- Hiệu suất cao.
- Moment khởi động nhỏ, ít rung.
- Hoạt động điện áp thấp, ít tiêu tốn năng lượng. Điểm khác biệt của động cơ “không nhân” và “có nhân”:
- Điểm khác biệt cơ bản nhất giữa 2 loại động cơ này là đối với động cơ DC bình thường thì các cuộn dây được quấn quanh một cái lõi làm từ thép từ, còn đối với động cơ DC khơng nhân thì các cuộn dây được quấn trực tiếp tạo thành các cuộn dây đồng mà khơng quấn lên nhân. Hay nói cách khác, động cơ DC bình thường thì có nhân (là lõi thép từ), cịn động cơ DC khơng nhân thì khơng có nhân lõi thép.
49 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến
Cuộn dây được quấn quanh lõi thép đối với động cơ DC bình thường.
Động cơ DC khơng nhân Động cơ DC bình thường.
c) Vi điều khiển:
Hệ thống cần yêu cầu xứ lý dữ liệu nhanh, đáp ứng tốt, ngoại vi cần có - Giao tiếp I2C với cảm biến.
- Cần 3 kênh PWM
- 8 chân IO cho việc quét bàn phím. - 20 chân IO để điều khiển LCD.
Từ yêu cầu trên, ta chọn lựa dòng PIC18F nhằm tăng tốc độ xử lý và đáp ứng được các yêu cầu ngoại vi. Cụ thể ở đây chọn PIC18F4620 kết hợp với một con PIC16F877 để điều khiển động cơ (Do PIC18F4620 chỉ có tối đa là 2 kênh PWM)
50 GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến
d) Ngoại vi:
Để giao tiếp với người dùng, ở đây ta sử dụng bàn phím 4x4 và màn hình Graphic LCD để thuận tiện cho việc hiển thị dữ liệu và điều khiển mơ hình.
Bàn phím 4x4 Màn hình GLCD 128x64