Thiết kế hệ thống điều khiển hai băng tải

Sự ra đời của các vi mạch điều khiển với giá thành giảm nhanh, khả năng lập trình ngày càng cao đã mang lại những thay đổi sâu sắc trong ngành kỹ thuật điện tử.. Biến trở: Là loại điện t

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

PHẦN I : LINH KIỆN ĐIỆN TỬ THỤ ĐỘNG 2

1.1 Điện trở 2

1.1.1 Khái niệm 2

1.1.2 Các loại điện trở 2

1.1.3 Các kiểu ghép điện trở 2

1.1.4 Ứng dụng 3

1.1.5 Các thông số anh hưởng điện trở 3

1.1.6 Cách kiểm tra điện trở 3

1.1.7 Những hư hỏng thường gặp ở điện trở 3

1.2 Tụ điện 4

1.2.1 Khái niệm 4

1.2.2 Chức năng 4

1.2.3 Các loại tụ điện .4

1.2.4 Các cách ghép tụ 5

1.2.5 Ứng dụng của tụ điện 5

PHẦN II : CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CHỦ ĐỘNG 6

2.1 Diod bán dẫn 6

2.1.1 Khái niệm 6

2.1.2 Nguyên tắc hoạt động của diod bán dẫn 6

2.1.3 Các thông số của diod bán dẫn 7

2.1.4 Các loại diod đặc biệt 7

2.1.5 Ứng dụng của diod bán dẫn 9

2.2 Transistor 9

2.2.1 Cấu tạo 9

2.2.2 Những thông số kỹ thuật chủ yếu của transistor 9

2.2.3 Cấp điện và phân cực cho transistor : 9

2.2.4 Các cách mắc transistor cơ bản 10

PHẦN III: BỘ CẢM BIẾN 11

A Cảm biến quang phát xạ 11

1 Cấu tạo 11

2 Các loại cảm biến phát xạ 12

PHẦN IV: VI XỬ LÝ 89C51 .13

4.1 Cấu tạo phần cứng 13

1 Sơ đồ chân của chíp 89C51 13

2 Tóm tắt phần cứng 13

4.2 Mạch cơ bản để 89C51 làm việc 15

PHẦN V: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 16

5.1 Mạch điều khiển 16

5.1.1 Sơ đồ nguyên lý 16

5.1.2 Nguyên lý hoạt động 18

5.2 Khối nguồn 18

5.2.1 Khối nguồn cho vi điều khiển 18

5.2.2 Khối nguồn cho mạch động lực 19

5.3 Sơ đồ board 19

5.4 Xây dựng chương trình điều khiển 21

5.4.1 Lưu đồ thuật toán 21

5.4.2 Chương trình 22

KẾT LUẬN 23

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

Hưng Yên , ngày.… tháng… năm 2011 Giáo viên hướng dẫn

Đỗ Quang Huy

1

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, nền kinh tế của nước ta phát triển rất mạnh mẽ

và nhanh chóng, để đạt được kết quả này thì có sự đóng góp rất lớn của ngành kĩ thuật điện tử, kĩ thuật vi xử lý

Với sự phát triển như vũ bão như hiện nay thì kỹ thuật điện tử ,

kĩ thuật vi điều khiển đang xâm nhập vào tất cả các ngành khoa học – kỹ thuật khác và

đã đáp ứng được mọi nhu cầu của người dân Sự ra đời của các vi mạch điều khiển với giá thành giảm nhanh, khả năng lập trình ngày càng cao đã mang lại những thay đổi sâu sắc trong ngành kỹ thuật điện tử

Cùng với đó là sự phát triển không ngừng của nghanh cơ khí Và yêu cầu kết hợp giữa cơ- điện tử với lập trình đang và đã diễn ra một cách mạnh mẽ

Và việc ứng dụng các kỹ thuật này vào thực tế sẽ giúp ích rất nhiều cho mọi người Để góp một phần nhỏ vào việc này chúng em đã thực hiện đề tài “ Thiết kế hệ thống điều khiển hai băng tải” thông qua đề tài này chúng em sẽ có những điều kiện tốt nhất để học hỏi, tích lũy kinh nghiệm quý báu, bổ xung thêm vào hành trang của mình trên con đường đã chọn

Trong thời gian nghiên cứu và làm đồ án dựa vào kiến thức đã được học ở trường, qua một số sách, tài liệu có liên quan cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo và các bạn đồ án môn học của chúng em đã hoàn thành Mặc dù đã cố gắng nghiên cứu và trình bày nhưng không thể tránh khỏi những sai sót và nhầm lẫn,

vì vậy chúng em rất mong các thầy, cô giáo cùng các bạn đóng góp những ý kiến quý báu để đồ án môn học này hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện

Trần Trung Thành

Nguyễn Văn Trung

Công thưc tính :

s

l R

1.1.2 Các loại điện trở

1 Điện trở than : Gồm có ba loại cơ bản sau

Than ép: Loại này có công suất < 3W và hoạt động ở tần số thấp

Màng than: Loại này có công suât > 3W và hoạt động ở tần số cao

Dây quấn: Loại này có công suất > 5W và hoạt động ở tần số cao

2 Điện trở công suất :Gồm ba loại cơ bản sau

Công suất nhỏ: Kích thước nhỏ

Công suất trung bình : Kích thước lớn hơn

Công suất lớn: Kích thước lớn hơn

3 Biến trở: Là loại điện trở có khả năng thay đổi được giá trị của mình

4 Quang trở: Có thể thay đổi được thông số nhờ vào ánh sáng

Bên cạnh đó còn có một số loại điện trở khác như: Điện trở nhiệt, điện trở dây quấn, điện trở ximang, điển trở thay đổi điện áp, mạng điện trở điện trở cầu trì

3

Ghép song song:

1.1.4 Ứng dụng

1 Cầu phân áp

2.Phân phối dòng điện thich hợp cho tải

1.1.5 Các thông số anh hưởng điện trở

Kiểm tra để đo biến trở :

- Vặn đồng hồ về thang đo Ohm

- Đo cặp chân 1-3 rồi đối chiếu với giá trị ghi trên điện trở

- Đo tiếp cặp chân 1-2 rồi dùng tay chinh thử xem kim đồng hồ có thay đổi không : + Nếu thay đổi chậm ta xác định VR là loại A

+ Nếu thay đổi nhanh ta xác định VR là loại B

+ Nếu kim đồng hồ thay đổi rồi chuyển hẳn về là biến trở bị đứt

+ Nếu kim đồng hồ thay đổi rồi lại chuyển về rồi lại trở về vị trí gần đó là biế trở bị bẩn, rỗ mặt

1.1.7 Những hư hỏng thường gặp ở điện trở

Đối với các VR loại than thường gặp các hư hỏng như: đứt, bẩn, rỗ mặt than Trường hợp mặt than bị bẩn , rỗ mặt sẽ gây ra những hư hỏng thường gặp trong thực tế Để khắc phục nhanh hỏng hóc trong trường hợp này ta dùng xịt gió thổi sạch các cáu bẩn, rồi nhỏ một ít dầu máy khâu vào biến trở là xong

Cháy do làm việc quá công suất

Đứt đo Ω không lên

Tăng trị số thường sảy ra với các điện trở bột than , do lâu ngày hoạt tính của bột than bị biến chất làm tăng trị số điện trở

Công thức: i=c

1.2.2 Chức năng

Tụ điện ngăn không cho dòng điện một chiều đi qua , chỉ cho phép dòng xoay chiều đi qua bằng cơ chế phóng nạp điện tích giữa hai bản tụ Khả năng nạp , xả nhiều hay ít phụ thuộc vào điện dung C của tụ điện Tụ điện là linh kiện có thể lưu chú được các điện tích và tích lũy năng nượng dưới dạng điện trường Khi sử dụng cần quan tâm đến hai thông số

+ Điện dung : Cho biết khả năng chứa điện của tụ điện

+ Điện áp :Cho biết khả năng chịu đựng của tụ điện

.01 50

1500 1,5KV

5

Bên cạnh các loại tụ nói trên còn có các loại tụ khác như :

Tụ giấy, tụ mica, tụ màng mỏng, tụ tantal, tụ biến đổi, tụ không phân cực, màng

tụ điện…

1.2.4 Các cách ghép tụ

A ghép nối tiếp B ghép song song

1.2.5 Ứng dụng của tụ điện

Tụ điện sử dụng rất nhiều trong ký thuật điện và điện tử:

-Dùng để làm lệch pha , tạo từ trường quay để làm quay moto

-Dùng để bù pha tránh hiện tượng lệch pha trong mạch điện xoay chiều ba pha

-Để lọc điện trong các bộ nắn , làm tụ lọc tụ liên lạc , phân dòng trong các mạch khuếch đại âm tần

-Tụ có giá trị điện dung bé thường dùng nhiều ở khu vực mạch cao tần

-Tụ biến đổi dùng để lắp trong mạch cộng hưởng có tần số điều chỉnh được …

2.1.2 Nguyên tắc ho ạt động của diod bán dẫn

a Phân cực thuận: Khi nối nguồn DC bên ngoài với diod , cực dương ngoài nối với

diod anot Do tác động của nguồn ngoài miền điện tích không gian của tiếp giáp P -N thu hẹp lại Khi điện áp phân cực đạt tới một giá trị thích hợp thì thường là 0.2V vơi

Ge và 0.6V với Si thì miền điện tích không gian bị triệt tiêu ,cho phép các dòng điện tử tiếp tục chạy về cực dương của nguồn và dòng lỗ trông di chuyển về cực âm của nguồn tạo ra dòng điện chạy trong diod

b.Phân cực ngược :Dùng một nguồn điện nối từ cực âm của nguồn vào chân P của

diod và cực dương của nguồn vào chân N của diod Lúc đó điện tích âm của nguồn sẽ hút lỗ trống của vùng P và điện tích dương của nguồn sẽ hút electron của vùng N làm cho lỗ trống và electron hai bên mối nối càng xa nhau hơn nên hiện tượng tái hợp giữa các electron và lỗ trống càng khó khăn hơn Tuy nhiên trường hợp này vẫn có dòng điện rất nhỏ đi qua diod từ vùng N sang vùng P gọi là dòng điện rỉ trị số khoảng A

Hiện tượng này được giải thích là do trong chất P cũng có một số ít electron và trong chất N cũng có một số ít lỗ trống gọi là hạt tải thiểu số , những hạt tải thiểu số này sẽ sinh ra hiện tượng tái hợp và tạo thành dòng điện rỉ

Dòng điện dỉ còn gọi là dòng điện bão hòa nghịch Is (saturate:bão hòa) Do dòng điện rỉ có trị số rất nhỏ nên trong nhiều trường hợp người ta coi như diod không dẫn điện khi được phân cực ngược

7

* Đặc tuyến vôl ampe của diod bán dẫn như sau:

0.2 0.4 0.6

5 10 15

20 40 60 80

2.1.3 Các thông số của diod bán dẫn

-Điện áp nghịch cực đại là điện áp phân cực nghịch lớn nhất đưa vào diod mà không đánh thủng diod

-Dòng điện thuận cực đại là dòng điện lớn nhất có thể chạy qua diod mà diod không

bị đánh thủng

-Dòng điện thuận trung bình là dòng điện làm việc của diod

-Điện áp thuận rơi trên diod Vf là điện áp ngưỡng của lớp tiếp giáp P-N Điện áp này

đo được ở một dòng điện quy định

2.1.4 Các loại diod đ ặc biệt

1 Diod Zener:

a) Cấu tạo : Diod zener có cấu tạo giốn như diod thường nhưng các chất bán dẫn được

pha tạp chất với tỷ lệ cao hơn diod thường Diod zener thường là loại silic

b) Đặc tính: Trạng thái phân cực thuận: Diod zener có đặc tính giống như diod nắn

điện thông thường

Trạng thái phân cực ngược do pha tạp chất với tỷ lệ cao nên điện áp nghịch

VRmax có trị số thấp hơn diod nắn điện gọi là điện áp zener VZ

c) Ứng dụng: Mạch ổn áp

Diod zener được làm linh kiện ổn định điện áp trong các mạch có điện áp nguồn thay đổi

8

2.Diod quang (photo diod)

* Cấu tạo: Diod quang có cấu tạo giống như diod thường nhưng vỏ bọc cách điện có

một phần là kính hay thủy tinh để nhận ánh sáng chiếu vào mối nối P-N

Mối nối P-N phân cực nghịch khi được chiếu sáng vào mạch tiếp giáp sẽ phát sinh hạt tải thiểu số qua mối nối và dòng điện biế đổi một chách tuyến tính với cường

độ ánh sáng (lux) chiếu vào nó

Trị số điện trở của photo diod trong trường hợp dược chiếu sáng và bị che tối

-Khi bị che tối Rnghịch= vô cực ; Rthuận :rất lớn -Khi chiếu sáng Rnghịch=10k 100k ; Rthuận:=vài răm Diod quang sử dụng rộng rãi trong các hệ thống tự động điều khiển theo ánh sáng, báo động cháy

3 Diod phat quang led (Laght emitting diod )

Thông thường dòng điện đi qua vật dẫn điện sẽ sinh ra năng lượng dưới dạng nhiệt Ở một số chất bán dẫn đặc biệt là (GaAs) khi có dòng điện đi qua có hiện tượng bức xạ quang (phát ra ánh sáng ).Tùy theo chất bán dẫn mà ánh sáng phát ra có màu khác nhau Dựa vào tính chất này người ta chế tạo ra Led có màu khác nhau

Led có điện áp phân cực thuận cao hơn diod nắn điện nhưng điện áp phân cực ngược cực đại thường không cao

Led thường được dùng trong mạch báo hiệu ,chỉ thị trạng thái của mạch như báo nguồn , thạng thái thuận hay ngược …

Diod tách sóng ký hiệu như diod thường nhưng vỏ cách điện bên ngoài thường

là lớp thủy tinh trong suốt

5 Diod biến dung (varicap)

Diod biến dung là diod có điện dung ký sinh thay đổi theo điện áp phân cực Khi diod được phân cực thuận thì lỗ trống và electron ở hai lớp bán dẫn bị đẩy lại gần nhau và làm thu hẹp bề dày cách điện nên điện dung được tăng lên Khi diod được phân cực ngược thì lỗ trống và electron bị kéo ra xa và làm tăng bề dày cách điện nên điện dung bị dảm xuống

Diod biến dung được sử dụng như một tụ điện biến đổi (bằng cách thay đổi điện

áp phân cực ) để thay đổi tần số của mạch cộng hưởng

2.2.2 Những thông số kỹ thuật chủ yếu của transistor

Dòng điện cực đai cho phép : là dòng điện lớn nhất có thể đi qua transistor mà không làm hư nó

Điện áp đánh thủng : là điện áp nghịc tối đa đăt vào cặp cực BE , BC ,CE Nếu quá điện áp này thì transistor bị hư

Công suất cực đại cho phép: Transistor hoat động sẽ tiêu thụ một công suất Nếu cống suất vượt quá công suất cực đại cho phép thì transistor bị hỏng

Tần số cắt :là tần số mà khi transistor làm việc ở đó , hệ số khuếch đại dòng của

no dảm giảm xuống còn 0.7 trị số so với lúc làm việc ở tần số thấp Ở vùng có tần số cao hơn nữa thì hệ số khuếch đại dòng giảm mạnh

2.2.3 Cấp điện và phân cực cho transistor :

a Cấp điện cho transistor :

Cấp điện cho transistor là cung cấp điện áp một chiều thích hợp , đặt vào hai cực C

và E của transistor

Với transistor NPN cực dương của nguồn nối vào chân C và cực dương của nguồn nối vào chân E Về điện áp thì tùy thuộc vào vị trí mà giá trị cụ thể của transistor trong mạch mà cung cấp giá trị điện áp cần thiết

10

b Phân cực cho transistor :

Phân cực cho transistor là cung cấp một điện áp DC thíc hợp giữa chân B,C,E

để đảm bảo cho tiếp giáp B-E phân cực thuận và tiếp giáp B-C phân cực nghịch -Với transistor NPN :Ub>UE và Ub>UC

-Với transistor PNP Ub<UE và Ub>UC

Về giá trị điện áp :Tùy thuộc vào vật liệu cấu tạo lên transistor là Si hay Ge mà giá trị điện áp UBE nằm trong một khoảng nhất định

a Bộ phát và bộ thu đặt cùng phương cùng chiều

12

b.Bộ phát và bộ thu dặt vuông góc với nhau

*Xét cảm biến quang với bộ thu và phát tách rời:

a Cảm biến quang hồng ngoại

Cảm biến hồng ngoại la loại cảm biến sử dụng ánh sáng hồng ngoại(ánh sáng không nhìn thấy,nguồn sáng phát ra từ các Led phát ra ánh sáng hồng ngoại và nó đƣợc gọi là bộ phát.Bộ thu co thể là photodiode hoặc phototranzitor

Các dạng hoạt động của cảm biến phát xạ:

+Loại tối hoạt động :là một hoạt động của cảm biến mà tải đƣợc cấp điện khi ánh sáng từ bộ phát không đến đƣợc bộ thu của cảm biến

+Loại sáng hoạt động :là loại mà tải đƣợc cấp điện khi ánh sáng từ bộ phát đƣợc truyền tới bộ thu của cảm biến

b Cảm biến quang và ứng dụng cáp quang

Sợi quang có vai trò truyền dẫn ánh sáng.Những cảm biến sợi quang sử dụng bộ phát và bộ thu và cáp uốn cong với rất nhiều sợi quang truyền ánh sáng.Cảm biến có thể sử dụng cặp đôi tách riêng cho bộ phát và bộ thu có thể bố trí riêng biệt hoặc bộ trí chung với nhau

13

PHẦN IV: VI XỬ LÝ 89C51

4.1 Cấu tạo phần cứng

1 Sơ đồ chân của chíp 89C51

Loại chip 8051 phổ biến trên thị trường hiện nay là AT89C51/52/55

Sau đây là mạch reset

- RxD: Nhận tín hiệu kiểu nối tiếp

- TxD: Truyền tín hiệu kiểu nối tiếp

- /INT0: Ngắt ngoài 0

- /INT1: Ngắt ngoài 1

- T0: Chân vào 0 của bộ timer/counter 0

- T1: Chân vào 0 của bộ timer/counter 1

14

- /WR: Ghi giữ liệu vào bộ nhớ ngoài

-/Rd: Đọc giữ liệu từ bộ nhớ ngoài

-XTAL1: Chân vào mạch khuếch đ ại dao động

-XTAL2: Chân ra từ mạch khuếch đại dao động

-/PSEN: Chân cho phép đọc chương trình ngoài (Rom ngoài)

reset bằng tay reset khi cấp nguồn

All timer registers ( tất cả các thanh ghi của bộ định thời ) 00h

17

b Khối vi điều khiển

5.2 Khối nguồn

5.2.1 Khối nguồn cho vi điều khiển

19 5.2.2 Khối nguồ n cho mạch động lực

5.3 Sơ đồ board

20

21

5.4 Xây dựng chương trình điều khiển

5.4.1 Lưu đồ thuật toán

Băng tải 1 hoạt động

Cảm biến

Băng tải 2 hoạt động

end

23

KẾT LUẬN

Sau quá trình tìm hiểu va nghiên cứu đề tài dựa trên tài liệu tham khảo và những

kiến thức đã được học, cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy “Đỗ Quang Huy ”

Sau một khoảng thời gian dài miệt mài nghiên cứu và học hỏi chúng em đã hoàn thành

đồ án của mình với đề tài: “ Thiết kế hệ thống điều khiển 2 băng tải ”

Trong suốt quá trình nghiên cứu và học hỏi chúng em đã gặp rất nhiều khó khăn

về kiến thức kĩ năng và kinh nghiệm thực hành Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn chúng em đã cố gắng hết sức vượt qua những khó khăn để hoàn thành tốt đề tài

Tuy nhiên, do lượng kiến thức còn hạn chế chúng em có thể có nhũng thiếu sót trong quá trình làm đồ án Vì vậy chúng em rất mong đươc học hỏi nhiều hơn từ thầy

cô và bạn bè để kiến thức ngày càng hoàn thiện hơn Và sau này chúng có thể tự tin khi mang những kinh nghiệm và kiến thức khoa học của mình phục vụ cho đất nước ngày càng phát triển hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !