Luận văn: Chế tạo mạch điều khiển chạy theo quỹ đạo (sử dụng động cơ bước ) doc

Tổng quan về đề tài : Các hệ thống truyền động trong thực tế sử dụng rất nhiều các loại động cơkhác nhau như động cơ DC có hay không có chổi than, động cơ AC đồng bộhay không đồng bộ , đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

LỚP : 50CTU

Đề tài: Chế tạo mạch điều khiển chạy theo

quỹ đạo (sử dụng động cơ bước )

LỜI NÓI ĐẦU

Cơ điện tử là một nghành học mới ở nước ta, nhưng nó ngày càng khẳng định được vai trò trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày nay và sự phát triển của đất nước trong tương lai Đây

là nghành có sự hội tụ và đúc kết của ba chuyên nghành là cơ khí, tin học và điện tử mà sản phẩm cuối cùng của nó là một hệ thống

tự động hóa góp phần giải phóng sức lao động của con người.

Kỹ thuật vi điều khiển là một môn học củ nghành cơ điện tử.

Nó được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp, tự động hóa và còn nhiều lĩnh vực khác nửa So với kỉ thuật số thì kỉ thuật vi điều khiển nhỏ gọn hơn nhiều do nó được tích hợp một cách tinh vi và có khả năng lập trình được nên việc thay đổi giải thuật điều khiển sẽ dễ dàng hơn.

Với tính ưu việt của vi điều khiển, đề tài mà em thực hiện ở đây là sử dụng vi điều khiển và remote tivi để điều khiển một số thiết

bị dân dụng

Sau một thời gian học tập và rèn luyện, với sự giạy bảo tận tình của thầy giáo cùng sự trợ giúp của các bạn và các tài liệu có liên quan Em đã hoàn thành xong đề tài.

Em xin chân thành cám ơn thầy Trần Văn Hùng đã hướng

dẫn em hoàn thành đề tài

Đồ án đã hoàn thành xong nhưng không thể tránh nhiều thiếu sót xin thầy giáo thông cảm cho em và chỉ bảo thêm để đề tài có thể ứng dụng rộng rải trong thực tế.

Sinh Viên Thực hiện

Võ Ngọc Trần Thái Dương

1 MỤC LỤC

Trang

1 MỤC LỤC 61.1 Nhiệm vụ được giao: 71.2 Phân tích nhiệm vụ được giao: 7

1.1 Nhiệm vụ được giao:

Thiết kế mạch điều khiển động cơ bước

1.2 Phân tích nhiệm vụ được giao:

- Tham khảo các tài liệu về vi điều khiển AVR của thầy Trần Văn Hùng, Ngơ Diên Tập, Datasheet của nhà sản xuất, các trang web liên quan trêninternet

+ Hai động cơ bước cơng suất nhỏ

+ Một Vi điều khiển Atmelga32 họ AVR

+ Một mắt thu hồng ngoại (loại cĩ vỏ bọc kim loại),giá hợp lý,tín hiệu thu được tương đối tốt

+ 8 IRF 540N

+ Thiết bị ngồi gồm acquy…

+ Các linh kiện điện tử khác

- Chương trình điều khiển gồm ứng dụng phần nhận tín hiệu từ remost sony

và phần điều khiển động cơ bước viết bằng ngơn ngữ lập trình C viết trên phần mềm chuyên dụng CodeVisionAVR

Chương 2: THIẾT KẾ TỔNG THỂ

2.1 Tổng quan về đề tài :

Các hệ thống truyền động trong thực tế sử dụng rất nhiều các loại động cơkhác nhau như động cơ DC (có hay không có chổi than), động cơ AC (đồng bộhay không đồng bộ) , động cơ servo , động cơ bước , động cơ hỗn hợp ,… mỗiloại động cơ đều có các ưu, nhược điểm riêng và tùy vào từng trường hợp , từngyêu cầu cụ thể mà chúng ta có thể lựa chọn loại động cơ thích hợp Trong phầnnày chúng ta sẽ nghiên cứu một số khía cạnh chính về điều khiển động cơ bướcchạy theo quỹ đạo

Động cơ bước Động cơ bước thực chất là động cơ đồng bộ hoạt độngdưới tác dụng của các xung rời rạc và kế tiếp nhau Khi có một xung điện đặt

vào cuộn dây (phần ứng) của động cơ bước thì roto (phần cảm) của động cơ sẽquay đi một góc nhất định gọi là bước của động cơ Nếu các xung dòng điệnđược đặt vào cuộn dây (phần ứng) của động cơ liên tục thì roto sẽ quay liêntục.

Về cấu tạo, động cơ bước cĩ thể được coi là tổng hợp của hai loại động cơ: Động

cơ một chiều khơng tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc cơng suất nhỏ

Hoạt động :

Động cơ bước khơng quay theo cơ chế thơng thường, chúng quay theo từng bước nên cĩ độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần

số nhất định Tổng số gĩc quay của rơto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rơto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi

Trong cơng nghệ máy tính, động cơ bước được sử dụng cho các loại ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, máy in

2.2 Thiết kế thiết bị:

Sơ đồ khối:

- Mắt thu hồng ngoại đặt ở vị trí thuận lợi nhất để có thể nhận được tín hiệu

từ remote một cách tốt nhất.

- Dựa vào chương trình đã thiết lập trong VĐK mà MCU cho động cơ hoạt động: điều khiển đường đi của rôbôt theo chương trình định sẵn

- Sơ lược chức năng của từng khối:

+ Vi điều khiển melga32 là phần tử thu nhập xử lý thông tin và đưa ra các tín hiệu điều khiển

+ Khối thu hồng ngoại là thu tín hiệu từ remotes và tín hiệu ra của nó là thông tinđưa vào VĐK

+ Khối công suất là dùng để kích các cuộn dây của động cơ bước

+ Khối chuyển động là động cơ bước

Chương 3: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

3.1 INT:

Định sẵnquãngđườngchuyểnđộng trênremotessony

Khối chuyển động

Khốichuyểnđộng

Khốicôngsuất

KhốiMCUMelga32LEDhồngngoại(thu)

- Interrupts, thường được gọi là ngắt, là một “tín hiệu khẩn cấp” gởi đến

bộ xử lí, yêu cầu bộ xử lí tạm ngừng tức khắc các hoạt động hiện tại để

“nhảy” đến một nơi khác thực hiện một nhiệm vụ “khẩn cấp” nào đó, nhiệm

vụ này gọi là trình phục vụ ngắt – isr (interrupt service routine ) Sau khi kết thúc nhiệm vụ trong isr, bộ đếm chương trình sẽ được trả về giá trị trước đó

để bộ xử lí quay về thực hiện tiếp các nhiệm vụ còn dang dở Như vậy, ngắt

có mức độ ưu tiên xử lí cao nhất, ngắt thường được dùng để xử lí các sự kiện bất ngờ nhưng không tốn quá nhiều thời gian Các tín hiệu dẫn đến ngắt có thể xuất phát từ các thiết bị bên trong chip (ngắt báo bộ đếm timer/counter tràn, ngắt báo quá trình gởi dữ liệu bằng RS232 kết thúc…) hay do các tác nhân bên ngoài (ngắt báo có 1 button được nhấn, ngắt báo có 1 gói dữ liệu

đã được nhận…).

* Sơ lược về ngắt trong timer 0

Hình 9

+ Bộ ngắt timer0, 8 bít nếu được thiết lập thì nó sẽ hoạt động với 5 tần số chia của thạch anh ngoài đưa vào vi điều khiển Khi bắt đầu hoạt động thì ta có thể thiết lập 2 chế độ ngắt là ngắt tràn

và ngắt so sánh

+Ngắt tràn là ngắt mà khi timer hoạt động nó sẽ đếm số xung cấp vào khi nào được 255 xung thì sẽ dừng chương trình chính và đi thực hiện chương trình phục vụ ngắt Số lần ngắt trong 1s sẽ bằng

số xung cấp vào chia cho 255.

+Ngắt so sánh là ngắt mà khi timer hoạt động nó sẽ đếm số xung cấp vào khi nào đến giá trị mà ta so sánh thì sẽ dừng chương trình chính và đi thực hiện chương trình phục vụ ngắt

* Sơ lược về ngắt ngoài

Ngắt ngoài là chương trình con phục vụ ngắt ngoài sẽ được thực hiện khi có các sự kiện sau xảy ra:

+ Khi phát hiện sườn lên của xung

+ Khi phát hiện sườn xuống của xung

+ Khi có bất kì sự thay đổi nào

+ Ở mức thấp (low level)

3.2 ADC:

Chương 4: THIẾT KẾ PHẦN THIẾT BỊ

*Remote sony

Hình 2

Sơ lược về remote sony

+ Tín hiệu từ remote Sony có dạng:

Hình 4

Bit start đặt là bit B0, bit cuối là B11 Với 7 bit đầu là bit lệnh,

5 bit cuối là bit địa chỉ Vì các tín hiệu đều lấy từ cùng renote nên ta chỉ cần giải mã 7 bit lệnh đầu tiên

Tín hiệu qua led thu sẽ bị đảo như sau:

+ Hình dạng bên ngoài như hình bên

- Cấu tạo bằng chất bán dẫn có 3 chân:

+ Chân đưa tín hiệu ra (OUT).

+ Chân nối mass (GND).

+ Chân nối nguồn +5V (VCC) Hình 6

Điện trở R50 và tụ hóa C21 có tác dụng lọc nhiễu.

Chân tín hiệu OUT được nối với chân ngắt ngoài của vi điều khiển.

- Khối nguồn cho VĐK:

Nguồn nuôi của vi điều khiển là nguồn DC 5V, sau khi qua acquy 12V, điện áp

được đưa qua diode rồi qua IC ổn áp 7805,điện áp ra còn 5V và được đưa vào vi điều khiển

Để cho điện áp trở nên tương đối ổn định,ta dùng các tụ lọc

- Mạch nguyên lý của Atmelga32:

P O R T C 1 2 3 4 5 6 7 8

M O S I

J 7

L C D

1 2 3 4 5 6 7 8 9

P B 1 / T 1 2

P B 2 / I N T 2 / A I N 0 3

P B 3 / O C 0 / A I N 1 4

P B 4 / S S 5

P B 5 / M O S I 6

P B 6 / M I S O 7

P B 7 / S C K 8

R E S E T 9

Atmega 32 là vi điều khiển họ AVR, có 40 chân, trong đó có 4 PORT:A, B,

C, D Mỗi PORT có 8 chân, có thể khai báo là đầu vào hoặc đầu ra tùy người sử dụng Các chân còn lại là chân nguồn, đất, reset(như hình), và có chân gắn thạch anh để tạo tần số dao động cho nó

PORTA là kênh vào ADC, dùng để đọc tín hiệu điện áp, biến từ tín hiệu tương tự thành tín hiệu số

PORTB là nơi để kết nối LCD hiển thị ra bên ngoài

PORTC chỉ là các chân vào ra bình thường

PORTD có 3 kênh PWM (2,3,4), 2 chân(Mas_RXD, Mas_TXD)kết nối giao tiếp với máy tính qua RS232

+ PORTC để kích tranzito điều khiển cuộn dây của động cơ

Để biết rõ hơn về vi điều khiển melga32 ta tìm hiểu thêm trong Datasheet của nó

4.4 Khối công suất:

- Sơ đồ nguyên lý:

J 4

C O N 6

1 2 3 4 5 6

6

J 5

C O N 6

1 2 3 4 5 6

K 8

7 8

K 7 2

có điện áp đi qua cuộn dây làm đảo cực tính nam châm

Điều khiển đóng ngắt các chân dùng IRF 540

4.5 Khối chuyển động (động cơ bước): Động cơ bước được dùng là động cơ

bước đơn cực

-Hình ảnh:

- Dựa vào dây quấn của động cơ người ta phân động cơ bước thành động

cơ bước đơn cực , động cơ bước lưỡng cực và động cơ bước đa cực

+ Động cơ bước đơn cực :

Động cơ bước đơn cực cĩ Rotor được cấu tạo từ nam châm vĩnh cửu Chia thành các răng N, S xen kẽ Stator được cấu tạo bởi 2 cuộn dây bố trí trực giao với nhau Mỗi cuộn dây lại được chia thành 2 phần bố trí xuyên tâm đối Giữa các cuộn dây này cĩ một đầu ra để nối với dương nguồn Động cơ loại này thường cĩ 6 đầu ra Đầu 1, 2 thường được nối với cực dương Các đầu 1a, 1b, 2a và 2b được lần lượt nối đất sẽ quyết định chiều quay của động

cơ Máy khoan mạch in tự động sử dụng loại động cơ bước này vì động cơ

cĩ mạch điều khiển đơn giản, điều khiển dễ dàng, rất rẻ và rất dễ mua trên thị trường.

Điều khiển một bước :

Khi cấp điện cho từng pha thì motor sẽ dịch chuyển theo từng bước và dừng tại vị trí A hoặc B

Kích một cuộn dây :

Kích hai cuộn dây.

Điều khiển nửa bước :

Nếu cấp điện đồng thời 2 pha bằng nhau thì motor sẽ dịch chuyển nửa bước và dừng tại vị trí lưng chừng giữa trung điểm 2 cực AB.

Điều khiển vi bước :Cùng là chế độ nửa bước nhưng cấp nguồn cho 2 phakhông bằng nhau motor sẽ dịch chuyển ít hơn nửa bước và cũng dừng lại ở giữa 2 cực AB nhưng nghiêng về bên A hay B 1 chút tùy theo điện áp cấp cho pha nào cao hơn,đây là chế độ vi bước.

Ví dụ : cực A =10v, B=0v > A=7.5v; B=2.5v > A=5v;B=5v > A=2.5v;

B=7.5v > A=0v;B=10v <==== đây là chế độ mỗi xung dịch chuyển được 1/4 bước được gọi chung là vi bước , ta có thể làm nhuyễn các cấp điện áp hơn nữa thì

i =0

Thay đổi thứ tự các chân kích để tạo các kiểu chuyển động : chạy thẳng, cua trái, quay góc …

i<

num_frame

i++

KẾT LUẬN :

Qua đề tài, em đã biết được tầm quan trọng và việc ứng dụng rộng rãi của động cơ bước trong đời sống cũng như trong hoạt động sản xuất Một trong những ứng dụng của nó là dùng để điều khiển rôbốt chạy theo quãng đườngmình mong muốn một cách chính xác (robot tự hành)

Đề tài còn nhiều kiến thức em chưa hiểu nên còn hạn chế trong việc sử dụng động cơ bước vào các ứng dụng của nó

Cảm ơn sự dạy bảo tận tình của thầy Em sẽ cố gắng phát triển đề tài sâu nhất có thể

Tài liệu tham khảo

+ Kĩ thuật ứng dụng đồ án vi điều khiển ( Trần Văn Hùng)

Điều khiển chuyển động hai bánh xe

+ Kĩ thuật vi điều khiển AVR ( Ngô Diên Tập).

+ Điện tử công suất (Trần Văn Hùng)

+ Tài liệu AVR (Ebook, alldatasheet.com)

+ Các trang Web có tài liệu liên quan: