2. Thiết kế bộ điều khiển PID số trên nền vi điều khiển 1 Bộ điều khiển PID
2.3Các giải pháp phần cứng
a) Chọn vi điều khiển
Một số dòng vi điều khiển phổ biến: PIC, AVR29, PS.o.C, …
Để có thể chọn lựa được vi điều khiển hợp lý thì cần chú ý đến các vấn đề sau: • Chu kỳ trích mẫu tín hiệu: Vì bộ điều khiển là bộ điều khiển số nên trong một
chu kỳ nó phải thực hiện lấy mẫu tín hiệu vào và sau đó bộ điều khiển phải tính toán xong tín hiệu điều khiển. Do đó tốc độ xử lý phải phù hợp đáp ứng được thời gian gian tính toán và lấy mẫu phải nhỏ hơn chu kỳ trích mẫu tín hiệu. Như ta đã biết chu kỳ trích mẫu càng nhỏ thì chất lượng bộ điều khiển số càng lớn thế nhưng tốc độ vi xử lý càng phải cao. Do đó cần xem xét tốc độ tính toán của vi điều khiển
• Các ngoại vi có sẵn trên chip như các timer, các ngắt, bộ so sánh, bộ PWM • Khả năng giao tiếp ngoại vi
Giao tiếp với các thiết bị chấp hành, thiết bị cảm biến:
Giao tiếp với thiết bị chấp hành kiểu số: kiểu ON/OFF hay kiểu PWM
Giao tiếp với thiết bị chấp hành kiểu tương tự: (ít chíp hỗ trợ hơn)
Giao tiếp với thiết bị cảm biến số:
Giao tiếp với thiết bị cảm biến tương tụ: kiểu dòng, kiểu áp. Nếu vi điều khiển có sẵn ADC thì việc ghép nối với cảm biến tương tự sẽ dễ dàng hơn.
Giao tiếp với các thiết bị cấp cao khác như PC, PLC có thể qua chuẩn RS-232 hoặc RS-485 hoặc qua mạng truyền thông như Profibus DP hay Modbus,…
• Các chuẩn giao tiếp mà chip hỗ trợ:
Giao tiếp không đồng bộ nối tiếp: USART có ưu điểm đơn giản, phổ biến, nhưng nhược điểm độ tin cậy không cao. Đặc biệt là các việc giao tiếp với cổng COM của máy tính
Giao tiếp truyền thông nối tiếp đồng bộ SPI: với 3 dây cho phép kết nối truyền thông nhiều vi điều khiển.
Khả năng thích hợp với môi trường: trong những điều kiện khắc nhiệt của môi trường như độ ẩm, nhiệt độ, từ tính,… đều có thể gây ra hỏng bộ điều khiển hoặc làm bộ điều khiển hoạt động sai.
b) Chọn kết nối vi điều khiển với đối tượng
• Cảm biến số: sẽ được gắn với 1 bít của một cổng vào của vi điều khiển. Nếu cảm biến số có mức tín hiệu khác với mức tín hiệu của vi điều khiển thì ta có thể lắp thêm bộ chuyển đổi mức tín hiệu.
• Cảm biến tương tự:
- Được lắp với chân ADC của vi điều khiển (nếu có)
- Cần thêm mạch chuyển đổi ADC là khâu chuyển đổi giá trị tương tự từ đầu ra của cảm biến thành giá trị số n bit (thông thường 8 bít hoặc 10 bít hoặc 12 bít). Giá trị số n bit
- Để có thể có nhiều dải phạm vi đầu vào ta có thể lắp thêm phần mạch phụ như sau: Hoặc Kbd ADC Uref=5V N bit Cảm biến
vào là áp
Kbd ADC Uref=5V N bit Cảm biến vào là dòng điện R m
• Thiết bị chấp hành số có tần số đóng cắt cao thì có thể phát tín hiệu dưới dạng PWM. Trong một chu kỳ điều chế TPWM thì bật Ton còn khoảng thời gian còn lại thì off Khi đó có: ref PWM on r U T T
U = có giá trị gần với giá trị tương tự
c) Chọn kết nối với ngoại vi thực hiện giao diện HMI (Human Machine Interface)
• Giải pháp1: Ghép nối với PC thông qua cổng COM. Lợi thế của PC là
Kết nối dễ
Tốc độ xử lý cao
Dễ lập trình bằng ngôn ngữ cấp cao cho phần giao diện HMI chẳng hạn như C++, Vissual Basic
• Giải pháp 2: Ghép nối qua bàn phím và màn hình
Bàn phím đơn giản: nút tăng, nút giảm, nút menu, nút chọn. Với ít phím thì việc nhập số sẽ khó khăn
Bàn phím có cả số luôn: tiện lợi cho việc nhập tham số của bộ điều khiển
Màn hình bằng led ma trận: công dụng ít hơn
Màn hình LCD: nhỏ gọn, lập trình khó hơn, có thể hiện thị chữ nhiều hơn
d) Mỹ thuật công nghiệp: Tham khảo các mẫu mã sản phẩm trên thị trường
Kích thước vỏ hộp
Đèn báo: chạy, dừng, sự cố
Vị trí các phím ấn