Cảm biến và đo lường thông minh

Định nghĩa: Encoder là một thiết bị cơ điện dùng để chuyển đổi vị trí góc hoặc chuyển động của trục hay của vật sang tín hiệu tương tự hoặc số.. Encoder quang loại một kênh: Cấu tạo chỉ

Nội dung :

Nội dung : 1

I Lý thuyết về Encorder 2

I Lý thuyết về Encorder

1 Định nghĩa:

Encoder là một thiết bị cơ điện dùng để chuyển đổi vị trí góc hoặc chuyển động của trục hay của vật sang tín hiệu tương tự hoặc số

2 Phân loại:

Dựa vào cấu tạo của đĩa ta có thể chia nó làm hai loại chính:

• Encoder loại tương đối

• Encoder loại tuyệt đối

3 Cấu tạo:

A Encoder tương đối :

Gồm:

- Một bộ thu phát quang

- Một đĩa với các rãnh

- Một trục quay

- Cáp nguồn và tín hiệu

a Encoder quang loại một kênh:

Cấu tạo chỉ gồm một rãnh bên ngoài dùng xác định vị trí dựa vào số xung đếm được

Số rãnh trên mỗi vòng xác định số góc tương ứng với rãnh đó Ngoài ra còn một rãnh đặc biệt phía trong để xát định số vòng encoder quay được

Encoder quang loại một kênh không cho thông tin về hướng

b Encoder quang loại hai kênh :

Có hai vòng rãnh được đặt xen kẻ nhau Loại này xác định được chiều quay của trục

B Encoder tuyệt đối

a Loại mã hóa 4 bit nhị phân từ 0000 tới 1111

Để chính xác hơn, người ta them một xung hiệu chỉnh như hình sau:

b Encoder tuyệt đối, mã gray

Đĩa được đục các lỗ tạo thành mã gray với mỗi vị trí cảm biến khác nhau

IV Ứng dụng

- Dùng đo và cắt theo chiều dài trong các hệ thống băng tải

Encoder sẽ được gắng vào dưới băng tải, khi băng tải chuyển động làm quay encoder Dựa vào số vòng quay của encoder ta sẽ xác định được chiều dài cần cắt của vật truyền tín hiệu về bộ điều khiển để điều khiển dao cắt

- Xác định vị trí tương đối, tốc độ và hướng của băng tải:

Việc sử dụng encoder 2 kênh, dựa vào khoảng cách của các lỗ trên encoder giúp ta xác định được tốc độ, hướng của băng tải

II Thiết kế mạch encorder và tính chọn linh kiện

i Thiết kế mạch

ii Nguyên lý hoạt động

V Nguyên lý D-Flip Flop

• Khi encorder quay thì Led thu sẽ nhận được ánh sáng từ led pháp thông qua các lỗ trên encorder

• Khi không nhận được ánh sáng : thì U(led thu)=5V suy ra U+>U- suy ra điện áp ra của Op-amp là 5V

• Khi nhận được ánh sáng thì led thu sẽ thông (điện áp ≈ 0V) suy ra U+<U- suy ra điện

áp ra của Op-amp là 0V

• Vì 2 led phát D1 và D2 đặt lệch nhau nên khi quay khi đầu ra của op-amp sẽ có dạng sau :

1 Trường hợp 1: Chiều thuận:

Giản đồ thời gian:

Giải thích:

Đầu B được đưa và chân CLR2 của D-FF2 , chân CL của D-FF1 và chân D của D-FF2 còn đầu A đưa vào chân D của D-FF1, chân CLR1 của D-FF1 và chân CL của D-FF2

Khi quay theo chiều thuận, giả sử giản đồ thời gian tại đầu ra của A và B như hình vẻ tại B

có sường xuống, chân CL1 của D-FF1 được kích Lúc này A đang ở mức cao nên chân D của D-FF1 ở mức cao Ngay lấp tức đầu ra của D-FF1 được đưa lên mức cao(Q1 = 1) Đầu

ra Q2 của D-FF2 vẫn giữa mức thấp(Q2=0) Đến khi tại A có sường xuống, chân CL2 của D-FF2 được kích đồng thời chân CLR1 cùa D-FF1 về mức 0 Đầu ra Q1 xuống 0(Q1=0), B vẫn ở mức thấp nên đầu ra Q2 vẫn ở mức thấp(Q2=0) quá trình cứ tiếp tục làm cho đầu ra của Q2 luôn ở mức 0 và đầu ra của Q1 luôn thay đối và đưa vào chân couter của VDK để đếm lên Chứng tỏ động cơ quay theo chiều thuận

A=CL2

B=CL1

2 Trường hợp 2: Chiều ngược:

Giản đồ thời gian:

Giải thích:

Đầu B được đưa và chân CLR2 của D-FF2 , chân CL của D-FF1 và chân D của D-FF2 còn đầu A đưa vào chân D của D-FF1, chân CLR1 của D-FF1 và chân CL của D-FF2

Khi quay theo chiều ngược, giả sử giản đồ thời gian tại đầu ra của A và B như hình vẻ tại A

có sường xuống, chân CL2 của D-FF2 được kích Lúc này B đang ở mức cao nên chân D của D-FF2 ở mức cao Ngay lấp tức đầu ra của D-FF2 được đưa lên mức cao(Q2 =1) Đầu ra

Q1 của D-FF1 vẫn giữa mức thấp Đến khi tại B có sường xuống, chân CL1 của D-FF1 được kích và đồng thời chân CLR1 của D-FF1 về 0 Đầu ra Q2 xuống 0(Q2=0), A vẫn ở mức thấp nên đầu ra Q1 vẫn ở mức thấp(Q1 = 0) quá trình cứ tiếp tục làm cho đầu ra của Q1 luôn ở mức 0 và đầu ra của Q2 luôn thay đối và đưa vào chân couter của VDK để đếm xuống Chứng tỏ động cơ quay theo chiều ngược

• Xác định tốc độ của động cơ :

A=CL2

B=CL1

Đưa QA,QB vào Timer / Counter của vi điều khiển để đếm số xung là : Nx

Số lỗ trên 1 vòng là : A

Tìm n(vòng / phút) ?

Ta đêm số xung Nx trong Ts = x giây

Suy ra : x .60(1 / )

s

N

A T

=

3 Tính toán chọn linh kiện

• Chọn điện trở:

• Chọn R1, R2, R3, R4

Điot có :

o Điện trở 100(Ohm)

o Dòng định mức từ 10 đến 20 mA

Do đó khi diot thông thì ta có:

1

5

R

+

Chọn R1=330(Ohm)

Tương tự ta cũng chọn R2= R3= R4=330(Ohm)

• Chọn R5=R6= R7=R8=10k (Ohm), Mục đích là để phối hợp trở kháng , tương tự ta cũng chọn biến trở RB1=RB2=10k(Ohm)

• Chọn Led phát và Led thu:

- Chọn Led phát :

• Chọn Op-Amp: Ta chọn LM324 vì đây là con đơn cực, nguồn 5V và chỉ có 2 mức ra

là 5V hoặc 0V phù hợp khi ta đưa vào vi điều khiển

Sơ đồ cấu tạo: LM324

• Chọn D-Flip Flop:

Ta chọn 74LS74 vì đây là D-Flip Flop có 2 con D-Flip Flop chứa bên trong

Sơ đồ chân: 74LS74 A