kl le duy bao 910405d

Do đó điện áp 10v cho LCD có bề dày 10 mm  Vật liệu NLC có điện trở rất lớn 1010 ohm cho nên dòng để cho LCD hoạt động rất nhỏ khoảng 10 mA/cm2 và công suất hoạt động 10 mW/cm2  LCD là

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn thầy Thạc Sĩ Trần Viết Thắng và các thầy cô khoa điện

- điện tử đã tận tình dạy dỗ và hướng dẫn cho em thực hiện luận văn này Bên cạnh đó em

cũng cảm ơn các bạn đã động viện em trong quá trình thực hiện

Trong quá trình làm luận văn nếu em có những thiếu sót và khiếm khuyết xin các

thầy cô cùng các bạn cảm thong và đóng góp những ý kiến góp ý để em có được những

bài học quý giá trong học tập cũng như trong việc làm sau này

Lê Duy Bảo

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày … tháng … năm 2011

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Ngày … tháng … năm 2011

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU QUÁT VÀ TÌM HIỂU ĐỀ TÀI 6

I/ Đặt vấn đề: 6

II/Yêu cầu đề tài mà được giao: 6

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ LUẬN VĂN 6

I/ Giới thiệu Spinning led: 7

1 Led quay theo hình tròn (các Led nằm trong mặt phẳng quay) 7

2 Led quay theo hình trụ tròn (các Led đặt vuông góc với mặt phẳng quay) 8

CHƯƠNG 3 CÁC LINH KIỆN PHỤC VỤ TRONG LUẬN VĂN 9

PHẦN 1: PIC 9

I/ TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC: 9

II/MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CỦA VI ĐIỀU KHIỂN PIC 9

1 Các đặc tính ngọai vi 10

2 Các đặc tính đặc biệt của vi điều khiển: 11

3 Công nghệ CMOS 11

III/ ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A 12

1 Giới thiệu: 12

2 Sơ đồ chân và các chức năng của chân: 13

PHẦN 2: LCD 18

I/ Giới thiệu: 18

PHẦN 3: LED 21

I/ Giới thiệu 21

II/ Hoạt động: 21

III/ Tính chất: 21

IV/ Ứng Dụng: 22

PHẦN 4: ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 23

I/ Giới thiệu: 23

II/ Nguyên lý hoạt động: 23

IV/ Điều khiển tốc độ: 25

V/ Encoder: 27

PHẦN 5: MODULE RF HM-TR232 29

I/ Giới thiệu: 29

II/ Sơ đồ chân: 29

III/ Các thông số kỹ thuật: 30

IV/ Các sơ đồ đấu nối của module RF 32

CHƯƠNG 4: TIẾN TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 34

I/ Thi công đế đỡ: 34

II Tính toán bán kính vòng quay để chế tạo phần cơ khí: 34

III/ Xác định thời gian của 1 vòng quay và của 1 đoạn: 35

IV/ Thiết kế bảng chữ số: 35

CHƯƠNG 5: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG 47

GIÁI THÍCH VẬN HÀNH CỦA TOÀN HỆ THỐNG 48

SƠ ĐỒ KHỐI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ HIỂN THỊ TỐC ĐỘ LÊN LCD 49

THIẾT KẾ KHỐI ĐIỂU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 50

Mạch Phát tín hiệu từ PC: 51

Mạch thu tín hiệu và xử lý việc chớp led: 52

LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ HIỂN THỊ LCD 53

LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT TỔNG QUÁT VIỆC THU - PHÁT TÍN HIỆU TỪ PC XUỐNG VI XỬ LÝ 54

LƯU ĐỒ CỦA CHƯƠNG TRÌNH PHÁT DỮ LIỆU 55

LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT NHẬN VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU 56

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU QUÁT VÀ TÌM HIỂU ĐỀ TÀI

I/ Đặt vấn đề:

Ngày nay, kỹ thuật vi điều khiển đã trở nên quen thuộc trong các ngành kỹ thuật

và trong đời sống dân dụng Từ các dây chuyền sản xuất lớn đến các thiết bị gia dụng,

chúng ta đều thấy sự hiện diện của vi điều khiển Các bộ vi điều khiển có khả năng xử lý

nhiều hoạt động phức tạp mà chỉ cần một bộ chip vi mạch nhỏ, nó đã thay thế các tủ điều

khiển lớn phức tạp bằng những mạch điện gọn nhẹ và cũng không khó sử dụng

Vi điều khiển không những góp phần vào kỹ thuật điều khiển mà còn góp phần to

lớn và việc phát triển thông tin Đó chính là sự ra đời của hàng loạt thiết bị tối tân trong

ngành viễn thông truyền hình, đặc biệt là sự ra đời của mạng internet góp phần đưa con

người đến đỉnh cao của nền văn minh nhân loại Với sự phát triển ngày càng cao nên đòi

hỏi phải có sự giải trí ngày càng được nâng lên

Chình vì các lý do trên, việc tìm hiểu và khảo sát vi điểu khiển là điều mà chúng ta

cần chú trọng đến Đó là một nhu cầu cần thiết và cũng là hành trang của mỗi sinh viên

khi ra trường làm việc ngoài xã hội Đề tài này được thực hiện trên cơ sở thực tiễn để đáp

ứng nhu cầu trên

Các bộ điều khiển sử dụng vì điều khiển tuy đơn giản nhưng để vận hành và sử

dụng một cách trơn tru thì cần có sự giúp đỡ của trí tuệ của con người đó chính là chương

trình phần mềm

Để tìm hiểu bộ vi điều khiển một cách khoa học và mang lại hiệu quả cao làm nền

tản cho việc tiếp cận đến những mô hình hệ thống hiện đại Xuất phát từ thực tiễn trên em

đã quyết định chọn đề tài “THIẾT KẾ THI CÔNG MÔ HÌNH SPINNING LED VÀ

GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH”

II/Yêu cầu đề tài mà được giao:

 Nghiên cứu các phương pháp điều khiển từ xa

 Nghiên cứu việc truyền dữ liệu từ xa dùng RF

 Nghiên cứu về lưu ảnh của mắt

 Nghiên cứu về thời gian nháy led để tạo hiệu ứng hình ảnh

 Thiết kế và thi công mô hình

 Lập tình và kiểm tra chu trình hoạt động của mô hình

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ LUẬN VĂN

I/ Giới thiệu Spinning led:

Spinning Led là mô hình led trang trí dựa vào tốc độ quay của động cơ và tốc độ

chớp nháy của led mà tạo ra hiệu ứng, hình ảnh trên mắt chúng ta

Spinning Led liên quan đến hiện tượng lưu ảnh của mắt, nó cũng giống như Led

ma trận, cũng là quét cột và đưa 8bit data ra làm 8 hàng Điểm khác biệt giữa cái này và

led ma trận là nó chỉ có 1 cột led, tính toán thời gian chính xác để hiển thị LED tại vị trí

cần hiển thị Có thể hiển thị theo 2 cách :

1 Led quay theo hình tròn (các Led nằm trong mặt phẳng quay)

2 Led quay theo hình trụ tròn (các Led đặt vuông góc với mặt phẳng quay)

CHƯƠNG 3 CÁC LINH KIỆN PHỤC VỤ TRONG LUẬN VĂN

PHẦN 1: PIC

I/ TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC:

Pic là một họ vi điều khiển RISC được sản suất bởi công ty Microchip Technology

Thế hệ PIC đầu tiên là PIC 1650 được phát triển bởi Microelectronics Division thuộc

General – Instrument

Pic là viết tắt của từ: “programmable intelligent computer” là một sản phẩm của hãng

General Instruments đặt cho dòng đầu tiên là Pic 1650 Tại thời đỉêm đó Pic 6650 được

dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16 bit CP1600, vì vậy người ta

cũng gọi Pic với cái tên “ Peripheral Interface Controller” - bộ điều khiển giao tiếp ngọai

vi

CP 1600 là một CPU mạnh nhưng lại yếu về các họat động xuất nhập vì vậy Pic 8 bit

được phát triển vào khỏang năm 1975 để hỗ trợ cho họat động xuất nhập của CP1600

Năm 1985 General Instruments bán công nghệ các vi điện tử của họ, và chủ sở hữu mới

đã hủy bỏ hầu hết các dự án đã quá lỗi thời Tuy nhiên Pic được bổ sung EEPROM để tạo

thành bộ điều khiển vào ra lập trình

Ngày nay có rất nhiều dòng Pic khác nhau với hàng lọat các module ngoại vi tích hợp sẵn

với bộ nhớ chương trình từ 512 Word đến 32K Word

II/MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CỦA VI ĐIỀU KHIỂN PIC

Hiện nay có khá nhiều dòng Pic và có khá nhiều khác biệt về phần cứng nhưng

chúng ta có thể điểm qua một vài nét như sau:

Là CPU 8/16 bit, xây dựng theo kiến trúc Harvad có sửa đổi

 Có bộ nhớ Flash và ROM có thể tùy chọn từ 256 byte đến 256 kbyte

 Có các cổng xuất - nhập (I/O ports)

 Có timer 8/16 bit

 Có các cổng giao tiếp nối tiếp đồng bộ /không đồng bộ USART

 Có các bộ chuyển đổi ADC 10/12 bit

 Có các bộ so sánh điện áp (Voltage Comparators)

 Có các khối Capture/Compare/PWM

 Có hỗ trợ giao tiếp LCD

 Có MSSP Peripheral dùng cho các giao tiếp I2C, SPI, và I2S

 Có bộ nhớ nội EEPROM có thể ghi / xóa lên tới 1 triệu lần

 Có khối điều khiển dộng cơ, đọc ecoder

 Có hỗ trợ giao tiếp USB

 Có hỗ trợ điều khiển Ethernet

 Có hỗ trợ giao tiếp CAN

1 Các đặc tính ngọai vi

 Timer0: là bộ định thời timer/counter 8 bit có bộ chia trước

 Timer1: là bộ định thời timer/counter16 bit có bộ chia trước, có thể đếm khi CPU

đang ở chế độ ngủ với nguồn xung từ tụ thạch anh hoặc nguồn xung bên ngoài

 Timer2: bộ định thời gian timer/counter 8 bit vơí thanh ghi 8 bit, chia trước và

postscaler

 Timer3: là bộ định thời timer/counter 16 bit

 Hai khối Capture, Compare, PWM

o Capture có độ rộng 16 bit, độ phân giải 12.5ns

o Compare có độ rộng 16 bit, độ phân giải 200ns

o Độ phân giải lớn nhất của PWM là 10 bit

2 Các đặc tính đặc biệt của vi điều khiển:

 Bộ nhớ chương trình Enhanced Flash cho phép xóa và ghi 100000 lần

 Bộ nhớ dữ liệu EEPROM cho phép xóa và ghi 100000 lần

 Bộ nhớ EPROM có thể lưu giữ dữ liệu hơn 40 năm vàcó thể tự lập trình lại dưới

sự điều khiển của phần mềm

 Mạch lập trình nối tiếp ICSP thông qua 2 chân (In-Circuit seral Programminh)

 Nguồn sử dụng là nguồn đơn 5V cấp cho mạch lập trình nối tiếp

 Có Watchdog Timer (WDT) với bộ dao động RC tích hợp sẵn trên chip

 Có thể lập trình mã bảo mật

 Có thể họat động ở chế độ Sleep để tiết kiệm năng lượng

 Có thể lựa chon bộ dao động

 Có mạch điện gỡ rối ICD (In-Circuit Debug) thông qua 2 chân

3 Công nghệ CMOS

Công nghệ CMOS có đặc tính: công suất thấp, công nghệ bộ nhớ Flash/EEPROM

tốc độ cao, điện áp họat động từ 2V đến 5,5 V, phù hợp với nhiệt độ trong công nghiệp

và trong thương mại

III/ ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A

Giao tiếp nối tiếp MSSP.USART

44 chân PLCC

44 chân TQFP Programmable low voltage detect Có

Programmable Brown –Out Reset Có

2 Sơ đồ chân và các chức năng của chân:

 Chân MCLR/Vpp(1): có 2 chức năng:

o MCLR: là ngõ vào tích cực mức thấp

o Vpp: đóng vai trò là ngõ vào nhận điện áp lập trình

 Chân RA0/AN0(2): có 2 chức năng:

 Chân RA2/AN2/VREF-(4):

o RA2: xuất/ nhập số

o AN2: ngõ vào tương tự kênh 2

o VREF-: gõ vào diện áp chuẩn (thấp) của bộ A/D

 Chân RA3/AN3/VREF+(5):

o RA3: xuất/nhập số

o AN3: ngõ vào tương tự kênh 3

o VREF+: ngõ vào điện áp chuẩn cao của bộ A/D

o AN4: ngõ vào tương tự kênh 4

o SS: ngõ vào chọn lựa SPI phụ

o LVDIN: dò ra ngõ vào điện áp thấp

 Chân RE0/RD/AN5(8):

o RE0: xuất /nhập số

o AN5: ngõ vào tương tự kênh 5

o RD: điều khiển đọc port tớ song song

 Chân RE1/WR/AN6 (9):

o RE1: xuất /nhập số

o AN6: ngõ vào tương tự kênh 6

o WR: điều khiển đọc ghi tớ song song

 Chân RE2/CS/AN7(10):

o RE2: Xuất /nhập số

o AN7: ngõ vào tương tự kênh 7

o CS: chip chọn lựa điều khiển port tớ song song

o Ngõ vào dao động thạch anh hoăc ngõ vào nguồn xung ở bên ngoài mạch Schmitt

Trigger nếu sử dụng dao động RCl

o T1OSO: ngõ ra bộ dao động timer 1

o T1CKI: ngõ vào xung clock bên ngoài timer 1

 Chân RC1/T1OSI/CCP2(16):

o RC1: xuất/nhập số

o T1OSI: ngõ vào bộ dao động timer 1

o CCP2: ngõ vào Capture2, ngõ ra compare 2, ngõ ra PWM2

 Chân RC2/CCP1(17):

o RC2: xuất/nhập số

o CCP1: ngõ vào Capture1, ngõ ra compare 1, ngõ ra PWM1

 ChânRC3/SCK/SCL(18):

o RC3: xuất/nhập số

o SCK: ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ/ngỏ ra của chế độ SPI

o SCL: ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ/ngỏ ra của chế độ I2C

o SDI: dữ liệu vào SPI

o SDA: xuất/nhập dữ liệu I2C

PHẦN 2: LCD

I/ Giới thiệu:

Màn hình tinh thể lỏng (liquid crystal display, LCD) là loại thiết bị hiển thị

cấu tạo bởi các tế bào (các điểm ảnh) chứa tinh thể lỏng có khả năng thay đổi tính

phân cực của ánh sáng và do đó thay đổi cường độ ánh sáng truyền qua khi kết hợp

với các kính lọc phân cực Chúng có ưu điểm là phẳng, cho hình ảnh sáng, chân thật

và tiết kiệm năng lượng

Lcd là loại chỉ thị thụ động, tiêu thụ năng lượng rất nhỏ và có tỉ số tương phản

tốt Ngoài ra có những tính chất thông dụng sau đây:

 Không tự phát ra ánh sáng và phụ thuộc vào ánh sáng xung quanh và ánh sáng

nền

 Có ánh sáng khuếch tán

 Hoạt động ở dạng trong suốt hoặc phản chiếu

 Thông dụng nhất là loại Neumatic (NLC), loại chất lỏng này trong suốt Khi nó

được áp điện trường lớn sẽ xuất hiện những ion di chuyển xuyên qua phá vỡ

cấu trúc thông thường dạng tinh thể Vì vậy chất lỏng được phân cực trở nên

chắn sáng, có màu đen sậm hơn so với xung quanh Khi điện trường mất đi,

chất lỏng trở về dạng tinh thể cũ và trở nên trong suốt trở lại

 Cấu tạo cụ thể của LCD gồm có một vật liệu tinh thể lỏng NLC có bề dày

khoảng 10 mm được kẹp giữa hai miếng thủy tinh Mặt thủy tinh được phủ một

lớp mỏng kim loại (oxide thiếc) cho ánh sáng xuyên qua, được dùng làm bản

cực mặt trước, bản cực mặt sau cũng thực hiện như vậy Còn loại LCD phản

chiếu thì bản cực mặt sau cho phản chiếu sáng

 Lớp vỏ bọc LCD được cách điện và hàn kín lại

LCD có những đặc điểm sau:

 Điện trường cần thiết cho LCD hoạt động thông thường 104 V/cm Do đó điện

áp 10v cho LCD có bề dày 10 mm

 Vật liệu NLC có điện trở rất lớn (1010 ohm) cho nên dòng để cho LCD hoạt

động rất nhỏ khoảng 10 mA/cm2 và công suất hoạt động 10 mW/cm2

 LCD là thiết bị họat động ở tốc độ chậm, thời gian để dẫn vài mili giây và tắt

vài chục mili giây

Hiện nay LCD (loại thông dụng có thể giao tiếp được với PIC) được chia

thành 2 loại:

 LCD graphic: đặc điểm loại này là toàn bộ màn hình được chia thành các

điểm ảnh, giá thành tùy thuộc vào độ phân giải và hãng sản xuất Các độ phân

giải thông thường là: 240x64, 240x128, 160x64, 128x128, 128x64 v.v

 LCD alphanumeric: Chỉ dùng để hiển thị chữ cái và chữ số Với loại này 1 ký

tự hiển thị trên một ma trận 5x7 hoặc 5x10, như vậy với loại LCD 16x2 (có hai

hàng và mỗi hàng có 16 ký tự) sẽ có 32 ma trận xếp trên hai hàng Hiện nay có

các loại LCD thông alphanumeric thông dụng là: 14x2, 16x1, 20x2, 20x4

Các chế độ làm việc của LCD:

 Chế độ 8 bit, dùng cả 8 chân data (d0-d7) để truyền dữ liệu

 Chế độ 4 bit, chỉ dùng 4 chân để truyền dữ liệu Ở chế độ này, để truyền 8 bit

dữ liệu phải truyền 2 lần

PHẦN 3: LED

I/ Giới thiệu

Led (viết tắt của Light Emitting Diode, có

nghĩa là điốt phát quang) là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại

Cũng giống như điốt, led được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n

II/ Hoạt động:

Hoạt động của led giống với nhiều loại điốt bán dẫn

Khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi

ghép với khối bán dẫn n (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng

chuyển động khuếch tán sang khối n Cùng lúc khối p lại nhận thêm các điện tử (điện

tích âm) từ khối n chuyển sang Kết quả là khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và

dư thừa điện tử) trong khi khối n tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ

trống)

Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi

chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử

trung hòa Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các

bức xạ điện từ có bước sóng gần đó)

III/ Tính chất:

Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát

ra khác nhau (tức màu sắc của led sẽ khác nhau) Mức năng lượng (và màu sắc của

led) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn

Led thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường trong

khoảng 1,5v đến 3v Nhưng điện thế phân cực nghịch ở led thì không cao Do đó led

rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra

Loại LED Điện thế phân cực thuận

Vàng 2.0 – 2.5 volt Xanh lá 2.0 – 2.8 volt

IV/ Ứng Dụng:

Led được dùng để làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử,

đèn quảng cáo, trang trí, đèn giao thông

Có nghiên cứu về các loại led có độ sáng tương đương với bóng đèn bằng khí

neon Đèn chiếu sáng bằng led được cho là có các ưu điểm như gọn nhẹ, bền, tiết

kiệm năng lượng

Các led phát ra tia hồng ngoại được dùng trong các thiết bị điều khiển từ xa cho

đồ điện tử dân dụng

PHẦN 4: ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

I/ Giới thiệu:

Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều

II/ Nguyên lý hoạt động:

Stator của động cơ điện mộ chiều thường là một 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, một phần quan trọng khác của động cơ điện một chiều là 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

Pha 1: Từ trường của rotor cùng

cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra

chuyển động quay của rotor

Pha 2: Rotor tiếp tục quay Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi

cực sao cho từ trường giữa stator

và rotor cùng dấu, trở lại pha 1

Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng một lực ngoài, động cơ

sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện động cảm ứng

Electromotive force (EMF) Khi vận hành bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra một điện

áp gọi là sức phản điện động counter - EMF (CEMF) hoặc sức điện độngđối kháng, vì nó

đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động cơ Sức điện động này tương tự như sức

điện động phát ra khi động cơ được sử dụng như một máy phát điện (như lúc ta nối một

điện trở tải vào đầu ra của động cơ, và kéo trục động cơ bằng một ngẫu lực bên ngoài)

Như vậy điện áp đặt trên động cơ bao gồm hai thành phần: sức phản điện động và điện áp

giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phần ứng Dòng điện chạy qua động cơ

được tính theo biều thức sau:

I = (V Nguon − V PhanDienDong ) / R PhanUng

Công suất cơ mà động cơ đưa ra được, được tính bằng:

P = I * (V PhanDienDong)

III/ Cơ chế sinh lực quay của động cơ điện một chiều:

Khi có một dòng điện chạy qua cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắt non, cạnh

phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trong khi cạnh đối diện lại bị

tác động bằng một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái của Fleming Các lực này

gây tác động quay lên cuộn dây và làm cho rotor quay Để làm cho rotor quay liên tục và

đúng chiều, một bộ cổ góp điện sẽ làm chuyển mạch dòng điện sau mỗi vị trí ứng với 1/2

chu kỳ Chỉ có vấn đề là khi mặt của cuộn dây song song với các đường sức từ trường

Nghĩa là lực quay của động cơ bằng 0 khi cuộn dây lệch 90o so với phương ban đầu của

nó, khi đó Rô to sẽ quay theo quán tính

Trong các máy điện một chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối ra nhiều phiến

góp khác nhau trên cổ góp Nhờ vậy dòng điện và lực quay được liên tục và hầu như

không bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của rotor

Phương trình cơ bản của động cơ một chiều:

E = KΦ.ω

V= E+Rư.Iư

M= K Φ Iư

Φ: từ thong trên mỗi cực (Wb)

Iư: dòng điện phần ứng (A)

IV/ Điều khiển tốc độ:

Thông thường, tốc độ quay của một động cơ điện một chiều tỷ lệ với điện áp đặt

vào nó, và ngẫu lực quay tỷ lệ với dòng điện Điều khiển tốc độ của động cơ có thể bằng

cách điều khiển các điểm chia điện áp của bình ắc quy, điều khiển bộ cấp nguồn thay đổi

được, dùng điện trở hoặc mạch điện tử Chiều quay của động cơ có thể thay đổi được

bằng cách thay đồi chiều nối dây của phần kích từ, hoặc phần ứng, nhưng không thể được

nếu thay đổi cả hai Thông thường sẽ được thực hiện bằng các bộ công tắc tơ đặc biệt

(công tắc tơ đổi chiều)

Điện áp tác dụng có thể thay đổi bằng cách xen vào mạch một điện trở nối tiếp

hoặc sử dụng một thiết bị điện tử điều khiển kiểu chuyển mạch lắp bằng thyristor,

transistor hoặc loại cổ điển hơn nữa bằng các đèn chỉnh lưu hồ quang thủy ngân Trong

một mạch điện gọi là mạch băm điện áp, điện áp trung bình đặt vào động cơ thay đổi

bằng cách chuyển mạch nguồn cung cấp thật nhanh Khi tỷ lệ thời gian "on" trên thời

gian "off" thay đổi sẽ làm thay đổi điện áp trung bình Tỷ lệ phần trăm thời gian "on"

trong một chu kỳ chuyển mạch nhân với điện áp cấp nguồn sẽ cho điện áp trung bình đặt

vào động cơ Như vậy với điện áp nguồn cung cấp là 100v, và tỷ lệ thời gian “on” là 25%

thì điện áp trung bình là 25v Trong thời gian "off", điện áp cảm ứng của phần ứng sẽ làm

cho dòng điện không bị gián đoạn, qua một đi ốt gọi là đi ốt phi hồi, nối song song với

động cơ Tại thời điểm này, dòng điện của mạch cung cấp sẽ bằng không trong khi dòng

điện qua động cơ vẫn khác không và dòng trung bình của động cơ vẫn luôn lớn hơn dòng

điện trong mạch cung cấp, trừ khi tỷ lệ thời gian "on" đạt đến 100% Ở tỷ lệ 100% "on"

này, dòng qua động cơ và dòng cung cấp bằng nhau Mạch đóng cắt tức thời này ít bị tổn

hao năng lượng hơn mạch dùng điện trở Phương pháp này gọi là phương pháp điều

khiển kiểu điều biến độ rộng xung (pulse width modulation, or PWM), và thường được

điều khiển bằng vi xử lý Đôi khi người ta còn sử dụng mạch lọc đầu ra để làm bằng

phẳng điện áp đầu ra và giảm bớt tạp nhiễu của động cơ

Vì động cơ điện một chiều kiểu nối tiếp có thể đạt tới mô men quay cực đại từ khi

vận tốc còn nhỏ, nó thường được sử dụng để kéo, chẳng hạn đầu máy xe lửa hay tàu điện

Một ứng dụng khác nữa là để khởi động các loại động cơ xăng hay động cơ điezen loại

nhỏ Tuy nhiên nó không bao giờ dùng trong các ứng dụng mà hệ thống truyền động có

thể dừng (hay hỏng), như băng truyền Khi động cơ tăng tốc, dòng điện phần ứng giảm

(do đó cả trường điện cũng giảm) Sự giảm trường điện này làm cho động cơ tăng tốc cho

tới khi tự phá hủy chính nó Đây cũng là một vấn đề với động cơ xe lửa trong trường hợp

mất liên kết, vì nó có thể đạt tốc độ cao hơn so với chế độ làm việc định mức Điều này

không chỉ gây ra sự cố cho động cơ và hộp số, mà còn phá hủy nghiêm trọng đường ray

và bề mặt bánh xe vì chúng bị đốt nóng và làm lạnh quá nhanh Việc giảm từ trường

trong bộ điều khiển điện tử được ứng dụng để tăng tốc độ tối đa của các phương tiện vận

tải chạy bằng điện Dạng đơn giản nhất là dùng một bộ đóng cắt và điện trở làm yếu từ

trường, một bộ điều khiển điện tử sẽ giám sát dòng điện của động cơ và sẽ chuyển mạch,

đưa các điện trở suy giảm từ vào mạch khi dòng điện của động cơ giảm thấp hơn giá trị

đặt trước Khi điện trở được đưa vào mạch, nó sẽ làm tăng tốc động cơ, vượt lên trên tốc

độ thông thường ở điện áp định mức Khi dòng điện tăng bộ điều khiển sẽ tách điện trở

ra, và động cơ sẽ trở về mức ngẫu lực ứng với tốc độ thấp

Một phương pháp khác thường được dùng để điều khiển tốc độ động cơ một chiều

là phương pháp điều khiển theo kiểu Ward - Leonard Đây là phương pháp điều khiển

động cơ một chiều (thường là loại kích thích song song hay hỗn hợp) bằng cách sử dụng

nguồn điện xoay chiều, mặc dù nó không được tiện lợi như những sơ đồ điều khiển một

chiều Nguồn điện xoay chiều được dùng để quay một động cơ điện xoay chiều, thường

là một động cơ cảm ứng, và động cơ này sẽ kéo một máy phát điện một chiều Điện áp ra

của phần ứng máy phát một chiều này được đưa thẳng đến phần ứng của động cơ điện

một chiều cần điều khiển Cuộn dây kích từ song song của cả máy phát điện và động cơ

điện một chiều sẽ được kích thích độc lập qua các biến trở kích từ Có thể điều khiển tốc

độ động cơ rất tốt từ tốc độ bằng không đến tốc độ cao nhất với ngẫu lực phù hợp bằng

cách thay đổi dòng điện kích thích của máy phát và động cơ điện một chiều Phương

pháp điều khiển này đã được xem là chuẩn mực cho đến khi nó bị thay thế bằng hệ thống

mạch rắn sử dụng thyristor Nó đã tìm được chỗ đứng ở hầu hết những nơi cần điều khiển

tốc độ thật tốt, từ các hệ thống thang nâng hạ người trong các hầm mỏ, cho đến những

máy công nghiệm cà các cần trục điện Nhược điểm chủ yếu của nó là phải cần đến ba

máy điện cho một sơ đồ (có thể lên đến năm trong các ứng dụng rất lớn vì các máy DC

có thể được nhân đôi lên và điều khiển bằng các biến trở chỉnh đồng thời) Trong rất

nhiều ứng dụng, hợp bộ động cơ - máy phát điện thường được duy trì chạy không tải, để

tránh mất thời gian khởi động lại

Mặc dù các hệ thống điều khiển điện tử sử dụng thyristor đã thay thế hầu hết các

hệ thống Ward Leonard cỡ nhỏ và trung bình, nhưng một số hệ thống lớn (cỡ vài trăm mã

lực) vẫn còn đắc dụng Dòng điện kích từ nhỏ hơn nhiều so với dòng điện phần ứng, cho

điều khiển trực tiếp Thí dụ, trong một ứng dụng, một bộ Thyristor 300 ampe có thể điều

khiển một máy phát điện Dòng điện ngõ ra của máy phát này có thể lên đến 15.000

ampe, với cùng dòng này, nếu điều khiển trực tiếp bằng thyristor thì có thể rất khó khăn

và giá thành cao

V/ Encoder:

Để đo tốc độ của động cơ thông thường sẽ dùng encoder, loại thường gặp là

encoder sử dụng cặp thu phát quang Các encoder thường gặp này sẽ có từ hai đến ba

xung (A, B, Z) như hình sau:

Xung Z dùng để đếm vòng quay, cứ mộ vòng thì có một xung được tạo ra (do

vòng này chỉ có mộ) Xung A, B được dùng với nhiều mục đích: xác định chiều quay và

xác định góc quay (ví dụ: Encoder có mộ trăm xung, khi động cơ dừng và đếm năm mươi

xung ở A thì động cơ quay được 180 độ hay ½ vòng ) Xung A và B được thiết kế lệch

pha nhau để chúng ta có thể xác định được chiều quay của motor

Để xác định chiều quay của motor ta làm như sau:

 Kiểm tra xung A ở cạnh lên (nên đưa vào một chân ngắt của VDK): khi có

cạnh lên xung A thì kiểm tra giá trị xung B (nếu B = 0 thì quay thuận, nếu

B = 1 thì quay nghịch)