CÂN BẰNG HỆ ACROBOT
4.3. Mạch điều khiển hệ Acrobot
4.3.3. Board điều khiển đọc các giá trị Encoder và xuất xung PWM
Board điều khiển bao gồm mạch cấp nguồn cho các module MCU, UART-USB giao tiếp với máy tính. Các thành phần của board điều khiển chính được trình bày như sau:
4.3.3.1. Sơ đồ nguyên lý chân ra của DSP TMS320F28335 value module:
Hình 4.6: Sơ đồ chân ra của TMS320F28335 value module.
Hình 4.7: Vị trí sắp xếp chân ra của value module.
4.3.3.2. Sơ đồ nguyên lý khối đọc xung encoder:
Khối kết nối cấp nguồn và đọc tín hiệu từ encoder (Encoder conector): là khối có nhiệm vụ cấp nguồn cho các encoder và đọc xung đo được về vi điều khiển. Các tín hiệu xung từ encoder đọc về được đưa qua một IC đệm để đệm điện áp 5V thành 3.3V giao tiếp với vi điều khiển, đồng thời nắn tín hiệu vuông tín hiệu đọc về từ encoder giảm thiểu nhiễu.
Hình 4.8: Hình ảnh mạch đọc encoder.
Các cảm biến encoder: Dùng để đọc tín hiệu góc quay và vận tốc quay của 2 thanh của hệ Acrobot: điện áp cấp 5VDC, tuy có nhiều dây ngõ ra nhưng trong luận văn này chỉ sử dụng ngõ ra 2 xung vuông pha A, B dể xác định vị trí góc và chiều quay, độ phân giải của encoder là 1000 xung trên vòng quay:
Hình 4.9: Encoder được sử dụng trong mô hình.
4.3.3.3. Sơ đồ nguyên lý khối phát xung PWM:
Sơ đồ khối ngõ ra của bộ phát xung PWM điều khiển động cơ DC: có nhiệm vụ đệm tín hiệu xung PWM ngõ ra từ TMS320F28335 value module có mức điện áp 3.3V thành mức điện áp 5V để cấp cho mạch cầu H lái động cơ. Khối được thiết kế với 2 bộ ngõ ra
gồm xung DIR quy định chiều quay và xung PWM nhưng chỉ sử dụng 1 ngõ ra cho hệ Acrobot.
Hình 4.10: Sơ đồ nguyên lý mạch đệm phát xung điều khiển PWM.
4.3.3.4. Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp với máy tính:
Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp với máy tính: sử dụng IC giao tiếp FT232R chuyển đổi tín hiệu giao tiếp SCI/UART từ vi điều khiển thành giao tiếp USB để truyền tín hiệu lên máy tính.
Hình 4.11: Sơ đồ nguyên lý mạch giao tiếp SCI với máy tính.
Hình 4.12: Module IC giao tiếp FT232R.
4.3.3.5. Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển đổi xung vi sai qua xung PNP:
Hình 4.13: Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển đổi xung vi sai qua xung PNP.
4.3.3.6. Khối cấp nguồn cho mạch điều khiển:
Có nhiệm vụ cung cấp nguồn DC 24VDC cho mạch cầu H lái động cơ. Để cung cấp đủ công suất cho DSP, 2 encoder, các IC đệm và mạch giao tiếp máy tính.
VCC VCC
R6 20K R1
1K
VCC
Q1 KSP2907A 2
13
Q2 KSP2907A 2
13
U1
AM26LS32 2
1
6 7
3
5
11
13 15
14 9 10
168
4
12 A+
A-
B+
B-
A
B
Z
Y Y-
Y+
Z- Z+
VCCGND
G
G-
R3
2.2K
J1
CON4 1 2 3 4
R4 20K
J2
CON4 1 2 3 4
R2 1K
VCC
R5
2.2K
Hình 4.14 a . Sơ đồ mạch điều khiển trung tâm
R41
R J4
CN9201 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
R9
R13
PWM2_OUT
DIR2
EQEP1A
PWM1_OUT
R20 R
C65 100n
EQEP2B IN
KHI THIET KE DE NGUON 5V-3.3-GND GAN MEP BOARD
SCIRXDB
U1 74ALVC16245/SO 2 3 5 6 8 9 11 12
47 46 44 43 41 40 38 37
4
10
15 21
28
34
39
45
36 35 33 32 30 29 27 26 13
14 16 17 19 20 22 23
1 24
48 25 7
18
31
42 1B1
1B2 1B3 1B4 1B5 1B6 1B7 1B8
1A1 1A2 1A3 1A4 1A5 1A6 1A7 1A8
GND
GND
GND GND
GND
GND
GND
GND
2A1 2A2 2A3 2A4 2A5 2A6 2A7 2A8 2B1
2B2 2B3 2B4 2B5 2B6 2B7 2B8
1DIR 2DIR
1OE 2OE VCC
VCC
VCC
VCC
J19
GND 1 2 3 4 5
R3
PWM1 EQEP2A IN 3.3V
3.3V
EQEP2A IN
R8
SW2 SW DIP-8
DIR1_OUT
C55 100n
D2
MBRS340T3
EQEP1I IN
MACH TRUNG TAM DSP TMS320F28335
U33 LM2576X/TO263 1
2
3
4
5
VIN
OUT
GND
FB
ON/OFF
D1
MBRS340T3
EQEP1I
D14
LED
EQEP2B IN
EQEP2A SCITXDB
GPIO1
5V
R7
GND
GPIO87
J24
CON4 1 2 3 4
DIR2 D16
LED PWM1
R37
R
EQEP2I IN
R11 J3
CN9101 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
R42
R J2
CN9100B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
3.3V GPIO3
R35
R
R5
L2 100uH
3.3V
L1 100uH
DIR1_OUT SCITXDA
J1
CN9100A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
5V EQEP1I IN
R18 R SCIRXDB
ENCODER_1 1 2 3 4 5
R15
GPIO85 GPIO84
5V
EQEP2I IN
D10
R40 LED
R D12
LED D15
LED
MACH NGUON DIEU KHIEN
J17
ADC 1 2 3 4
DIR1
DIR2_OUT
D11
LED
R33 560
R4
PWM2_OUT
R39
R
R10
MACH CHUYEN DOI 3.3V <-> 5V
DIR2_OUT
D13
LED
J16
5V 1 2 3 4 5 EQEP1A IN
PWM2 EQEP1B
SCITXDB
D24
1 32
R14
5V J100
1 2 3 4
R2
2K7->2K02
SCIRXDA
R6
ENCODER_2 1 2 3 4 5
PWM1_OUT
SW3
SW DIP-4
R16
XANH
5V
D9
LED
U2 LM2576X/TO263 1
2
3
4
5
VIN
OUT
GND
FB
ON/OFF
5V
C75 100n R19 R
C7 100uF 25V D7
LED_DO
SW1 3.3V
C6
100uF25V
DIR1
R38
R PWM2
J8
CN9200A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 EQEP1B IN 20
R36
R
R1 1K2
J10
CN9200B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 GPIO86
3.3V
C8 100n 3.3V
C4
104 R292
270 J6
CON2 1 2
J15
3V3 1 2 3 4 5
DO
EQEP1A IN EQEP1B IN
C5 330uF/15V C11
MODE: RAM OR ROM
R17 R
EQEP2B SW6
MAU XANH 3 CHAN 5V
5V
EQEP2I
5V
J23
CON4 1 2 3 4
R12
Hình 4.14b: 3 Module cấp nguồn điều khiển thực tế cho hệ Acrobot 4.3.3.7. Kết quả thi công board mạch điều khiển thực tế:
Sau khi thi công và lắp đặt mạch điều khiển đã hoạt động tốt, các giá trị encoder đo về chính xác không bị nhiễu. Xung PWM xuất ra chính xác, mạch giao tiếp với máy tính chạy ổn định.
Hình 4.15: Mạch điều khiển thực tế.