VIẾT CHƯƠNG TRÌNH điều KHIỂN TRỤC x,y máy CNC đảo CHIỀU QUAY GIÁN TIẾP ĐỘNG cơ DC

Với ưu điểm là điều khiển tốc độ động cơ dễ dàng,độ ổn định tốc độ cao nên động cơ một chiều đã được sử dụng khá phổ biến như: truyền động cho một số máy như máy nghiền, máy nâng, vậ

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT LÝ TỰ TRỌNG

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

LỜI NÓI ĐẦU

Trong các ngành công nghiêp, công tác điều khiển vận hành các thiết bị theo một quy trình nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm đồng thời tiết kiệm chi phí sản xuất giữ một vị trí quan trọng.

Với ưu điểm là điều khiển tốc độ động cơ dễ dàng,độ ổn định tốc độ cao nên động cơ một chiều đã được sử dụng khá phổ biến như: truyền động cho một số máy như máy nghiền, máy nâng, vận chuyển,điều khiển băng tải,điều khiển các robot…

Để điều khiển tốc độ của động cơ một chiều thì có rất nhiều phương pháp, trong đồ án của mình chúng em xin trình bày điều khiển động cơ dùng họ vi điều khiển 8051 bằng phương pháp điều chỉnh độ rộng xung PWM Trong đồ án của mình chúng em sử dụng AT89C52 để lập trình điều khiển động cơ một chiều DC dùng mạch cầu H để đảo chiều động cơ.

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện -ĐiệnTử đã giúp đỡ chúng em trong quá trình làm đồ án cùng thầy Tạ Minh Cường và thầy Đức đã trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn chúng em là đồ án.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng trong quá trình làm đồ án, chưa có nhiều kinh

nghiệm nên còn có nhiều nhiều sai sót trong cách trình bày cũng như phần thể hiện đồ án của mình mong các thầy, cô và các bạn góp ý và bổ sung thêm.

Chúng em xin chân thành cảm ơn.

TÊN THÀNH VIÊN TRONG NHÓM

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC

PHẦN I: PHẦN Ý TƯỞNG 7

1.1 Lí do chọn đề tài: 7

1.2 Lịch sử vấn đề nghiên cứu: 7

1.3 Mục tiêu nghiên cứu: 7

1.4 Xác định khách thể nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu: 7

1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu: 7

1.6 Phạm vi nghiên cứu: 7

1.7 Phương pháp nghiên cứu: 7

1.8 Dàn bài: 7

1.9 Kế hoạch nghiên cứu: 7

PHẦN II: PHẦN NỘI DUNG 9

2.1 Giới thiệu về sơ đồ khối toàn mạch 9

2.1.1 Mạch cầu H 10

2.1.1.1 Giới thiệu thiết bị 11

2.1.1.2 Nguyên lý hoạt động của mạch driver cầu H .18

2.1.1.3 Mạch in mạch cầu H và bố trí linh kiện 20

2.2 Mạch giao tiếp ( mạch kích ) 21

2.3 Giới thiệu Vít Me Bi 22

2.4 Vi điều khiển 23

2.5 Giới thiệu về phần mềm lập trình: 24

2.6 Chương trình điều khiển động cơ: 29

PHẦN III: PHẦN KẾT LUẬN 32

3.3.1 Ý nghĩa của đồ án 32

3.3.2 Những thuận lợi và khó khăn của đề tài và nguyên nhân 33

PHẦN IV: PHẦN KIẾN NGHỊ 33

PH N I: PH N Ý T ẦN I: PHẦN Ý TƯỞNG ẦN I: PHẦN Ý TƯỞNG ƯỞNG NG

Trước đây đã từng có tổ chức và cá nhân nghiên cứu đề tài trên

1.3 Mục tiêu nghiên cứu:

Tìm hiểu nguyên lí làm việc của động cơ DC, lập trình điều khiển hoạt động cho động cơ DC

1.4 Xác định khách thể nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu:

- Khách thể nghiên cứu: Chương trinh điều khiển động cơ DC

- Đối tượng nghiên cứu:động cơ DC và lập trình cho động cơ DC hoạt động1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu:

- Tìm hiểu về động cơ DC

- Lập trình điều khiển cho động cơ DC

1.6 Phạm vi nghiên cứu:

- Nghiên cứu trong phạm vitrường học

- Thời gian nghiên cứu đề tài: 15 tuần

1.7 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp nghiên cứu qua tài liệu

- Phương pháp chuyên gia

- Phương pháp nghiên cứu mô hình

Đồ án nghiêncứuĐề tài

4 Thiết kế phần động lực Tuần 4 Nhóm

Đồ án Hoàn chỉnhmạch thiết

kế động lực

5 Thi công phần động

lực Tuần 5 NhómĐồ án Hoàn chỉnhmạch động

lực

6 Thiết kế mạch điều

mạch điềukhiển

7 Thi công mạch điều

khiển

Đồ án

Hoàn thànhmạch điềukhiển

8 Thí nghiệm mạch điều

khiển

Đồ án

Mô phỏngmạch điềukhiển

9 Thí nghiệm mạch điều

khiển

Đồ án

Mô phỏngmạch điềukhiển

Đồ án

Rửa mạchin

Đồ án Hoàn thiệnmạch in

12 Ráp mạch điều khiển Tuần 12 Nhóm

Đồ án

Mạch điềukhiển hoạtđộng

Đồ án

Hoàn thànhmạch điềukhiển

Đồ án Hoàn tất cáccông việc và

viết báo cáo

Đồ án

Bảo vệ đềtài về bài đồán

PH N II: PH N N I DUNG ẦN I: PHẦN Ý TƯỞNG ẦN I: PHẦN Ý TƯỞNG ỘI DUNG

2.1 Giới thiệu về sơ đồ khối toàn mạch

2.1.1 Mạch cầu H

Ñieàu Khieån

5 V

IS O 1 6 N 1 3 7

8 7

6 4

2.1.1.1Giới thiệu thiết bị

b Opto PC817

Hình 3: Opto PC817

Pc817 dùng để cách ly 2 tầng mạch điện khác nhau

Nhiệm vụ của PC817 là cách ly hai tín hiệu:

- Tín hiệu điều khiển làm việc ở điện áp và dòng điện nhỏ nhưng rất ổn định

- Tín hiệu của mạch động lực ở điện áp và dòng điện lớn nhưng có tính ổn định.Khối điều khiển và khối công suất được cách ly với nhau bởi phần tử cách ly quang sử dụng PC817

Dòng ngược cực đại

Công suất tiêu

c IC IR2184

Hình 4: Sơ

đồ chân ir2184 Thông số kĩ thuật của IC IR2184

nhất Điện thế lớn nhất Đơn vị

V S Phục hồi nguồn dự trữ thay đổi

V CC Nguồn nuôi (nguồn cố định mức

 Khảo sát IC IR2184

Dùng nguồn 12V cấp vào chânVCC và nguồn 5V cấp vào chân IN

Khảo sát mức logic các chân IN,HO,LO ta được kết quả

- Ngõ ra LO ở mức thấp 0 và ngõ ra HO ở mức cao 1 khi ngõ vào IN ở mức cao 1

- Qua kết quả khảo sát quan hệ giữa ngõ vào và ngõ ra của IC IR2184 ta rút ra được kết luận về điều khiển motor DC như sau:

+ Khi cố định chiều đã chọn ở một mức cao hay thấp cấp vào 1 IC IR2184, khi có tín hiệu xung cấp vào chân In của IC IR2184 còn lại sẽ điều khiển được động cơ

+ Có thể dùng mạch tạo xung điều khiển ngõ vào của IC IR2184

Ngõ ra HO và LO của IC IR2184 ta đưa ra cầu H để điều khiển

Thuyết minh nguyên lý làm việc của mạch driver

d Mosfet IRF540

Mosfet là transistor hiệu ứng trường ( Metal Oxide Semiconductor Field Effect

Transistor) là một transistor đặc biệt có cấu tạo và nguyên tắc hoạt động khác với

Transistor thông thường mà ta đã biết Mosfet thường có công suất lớn hơn rất nhiieuf so với BJT.Đối với tín hiệu một chiều thì nó coi như là một khóa đóng mở.Mosfet có nguyêntắc hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn và thích hợp khuếch đại các nguồn tín hiệu yếu

Khác với BJT, Mosfet có cấu trúc bán dẫn cho phép điều khiển bằng điện áp với dòng điện điều khiển cực nhỏ

Cấu tạo của Mosfet ngược Kênh N

G : Gate gọi là cực cổng

S : Source gọi là cực nguồn

D : Drain gọi là cực máng

Trong đó : G là cực điều khiển được cách lý hoàn toàn với cấu trúc bán dẫn còn lại bởi lớp điện môi cực mỏng nhưng có độ cách điện cực lớn dioxit-silic (Sio2) Hai cực còn lại

là cực gốc (S) và cực máng (D) Cực máng là cực đón các hạt mang điện

Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là vô cùng lớn , còn điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch giữa cực G và cực S ( UGS )

Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS rất lớn, khi điện áp UGS > 0 => do hiệu ứng từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS càng lớn thì điện trở RDS càng nhỏ

Ký hiệu

Qua đó ta thấy Mosfet này có chân tương đương với Transitor

+ Chân G tương đương với B

+ Chân D tương đương với chân C

 Nguyên lý hoạt động

- Mosfet hoạt động ở 2 chế độ đóng và mở Do là một phần tử với các hạt mang điện

cơ bản nên Mosfet có thể đóng cắt với tần số rất cao Nhưng mà để đảm bảo thời gian đóng cắt ngắn thì vấn đề điều khiển lại là vẫn đề quan trọng

+ Đối với kênh P : Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs0 Dòng điện sẽ đi từ S đến D+ Đối với kênh N : Điện áp điều khiển mở Mosfet là Ugs >0 Điện áp điều khiển đóng là Ugs<=0 Dòng điện sẽ đi từ D xuống S

Do đảm bảo thời gian đóng cắt là ngắn nhất người ta thường : Đối với Mosfet Kênh N điện áp khóa là Ugs = 0 V còn Kênh P thì Ugs=~0

 Thí nghiệm về nguyên lý hoạt động của Mosfet

Mạch thí nghiệm

Cấp nguồn một chiều UD qua một bóng đèn D vào hai cực D và S của Mosfet Q (Phân cực thuận cho Mosfet ngược) ta thấy bóng đèn không sáng nghĩa là không có dòng điện điqua cực DS khi chân G không được cấp điện

Khi công tắc K đóng, nguồn UG cấp vào hai cực GS làm điện áp UGS > 0V => đèn Q1 dẫn => bóng đèn D sáng

Khi công tắc K ngắt, Nguồn cấp vào hai cực GS = 0V nên Q1 khóa ==>Bóng đèn tắt

=> Từ thực nghiệm trên ta thấy rằng : điện áp đặt vào chân G không tạo ra dòng GS như trong Transistor thông thường mà điện áp này chỉ tạo ra từ trường => làm cho điện trở RDS giảm xuống

 Các thông số thể hiện khả năng đóng cắt của Mosfet

Thời gian trễ khi đóng/mở khóa phụ thuộc giá trị các tụ kí sinh Cgs.Cgd,Cds Tuy nhiên các thông số này thường được cho dưới dạng trị số tụ Ciss, Crss,Coss Nhưng dưới điều kiện nhất đinh như là điện áp Ugs và Uds Ta có thể tính được giá trị các tụ đó

Hình 5: IC ổn áp

2.1.1.2 2.1.1.2 2.1.1.2 2.1.1.2 2.1.1.2 2.1.1.2 2.1.1.2 2.1.1.2 2.1.1.2 2.1.1.2 2.1.1.2 2.1.1.2 2.1.1.2 2.1.1.2 Nguyên lý hoạt động của mạch driver cầu H

Phần hiển thị

- Gồm có 1 led 7 đoạn dùng để hiển thị tốc độ và chiều quay

Nguồn nuôi.

- Phía nguồn nuôi gồm có IC7805 là ic ổn áp 5V

- IC7812 đây là ic ổn áp 12v

- Các tụ C1, C2, C3, C4 đây là các tụ dùng để lọc nhiểu và lọc điện áp trên đầu vào, đầu ra

Mạch nhận tín hiệu VDK.

Bảng trạng thái của ngõ vào

- Mạch gồm có opto PC817 đây là optotransistor dùng để cách ly phần điều khiển và phần driver

- Opto 6N137 là opto quang cũng dùng để cách ly phần điều khiển và phần Driver phía sau

- Điện trở 3,3k dùng để treo áp cho 2 chân xung (PWM) và chọn chiều quay DIR bình thường nếu chưa có tín hiệu 2 chân này sẻ ở mức cao, nếu có tín hiệu đầu vào opto thì 2 chân này sẻ chuyển trạng thái từ cao sang thấp

- Đèn led dùng để hiển thị có tín hiệu vào hay không

- IC IR 2184 ic này dùng để đảo chiều quay và tốc độ của động cơ DC, MOSFET IRF 540 dùng để nhận tín hiệu từ ic 2184 và điều khiển động cơ quay thuận ngược nhanh chậm

- Ngoài ra còn có các tụ lọc nguồn và các tụ lọc nhiểu trong mạch

G T V O I

V D K

- Trước tiên ta phải chọn chiều cho động cơ opto PC817 có tín hiệu đưa chân DIR(chiều) xuống mức thấp vào cổng NOR trên chân 9 ic4001, vd : mặc định đầu ra của ic ir2184 là điều khiển động cơ quay thuận thì lúc này động

cơ chưa quay được do chưa chọn chiều

- Bước tiếp theo ta chọn tốc độ quay cho động cơ tín hiệu trên VDK vào driver qua opto 6n137, lúc này chân PWM xuống thấp và tác động trực tiếp vào 2 cổng NOR ic4001 lúc này ic ir2184 thứ 2 có tín hiệu và cấp nguồn cho động cơ quay thuận, tốc độ quay nhanh hay châm phụ thuộc vào chân PWM Tần số càng cao thì động cơ quay càng nhanh

- Nếu ta muốn đảo chiều quay thì tín hiệu ra opto pc817 là cao và cấp xung vào thì động cơ sẻ đảo chiều quay

- 4 mosfet sẽ dẫn theo từng cặp 1, vd : nếu 2 cặp này dẫn thì 2 cặp kia khóa lại

Quá sơ sài

2.1.1.3Mạch in mạch cầu H và bố trí

-linh kiện

Hình 8: mạch kích

đơn giản

Hình 9: Bố trí linh kiện trên mạch kích

Nguyên lý làm việc:

Mạch kích sử dụng nguồn 12v, opto PC 817 dùng để cách ly phần Vi Điều Khiển

và phần công suất, điện trở 330 và 10k để hạn dòng cho opto và mở cho Transistor d468 dẫn, R1k dùng để treo áp cho tải

Cấp nguồn cho mạch sau đó cấp tín hiệu vào chân IN của mạch kích, lúc này opto có dòng chạy qua sẽ dẫn, opto dẫn sẻ kích vào chân B của D468 làm D468 dẫn theo Bình thường phía sau tải sẽ là mức cao, nếu transistor dẫn sẻ chuyển qua mức thấp

Quá sơ sài

2.3 Gi i thi u Vít Me Bi ới thiệu Vít Me Bi ệu Vít Me Bi

Sản phẩm Vít me bi là sản phẩm chính xác, được ứng dụng rất rộng rãi cho ngành tự độnghoá Máy CNC, Máy gỗ, Lắp chíp bo mạch, Robot, Đóng gói, Thiết bị đo lường, máy in, khắc laser, máy ép nhựa…

máy CNC

2.4 Vi điều khiển

2.5 Giới thiệu về phần mềm lập trình:

0 1 2 3 4 5 6 7

1 2

4 5 6 7

a b c d e f g

0

3

a b c d e f g

P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27

U1

AT89C51

1 2 3 4 5 6 7 8

16 15 14 13 12 11 10 9

Ngôn ngữ assembly (còn gọi là hợp ngữ) là một ngôn ngữ bậc thấp được dùng trong

việc viết các chương trình máy tính.Ngôn ngữ assembly sử dụng các từ có tính gợi nhớ, các từ viết tắt để giúp ta dễ ghi nhớ các chỉ thị phức tạp và làm cho việc lập trình bằng assembly dễ dàng hơn.Mục đích của việc dùng các từ gợi nhớ là nhằm thay thế việc lập trình trực tiếp bằng ngôn ngữ máy được sử dụng trong các máy tính đầu tiên thường gặp nhiều lỗi và tốn thời gian Một chương trình viết bằng ngôn ngữ assembly được dịch

thành mã máy bằng một chương trình tiện ích được gọi là assembler (Một chương trình

assembler khác với một trình biên dịch ở chỗ nó chuyển đổi mỗi lệnh của chương trình assembly thành một lệnh Các chương trình viết bằng ngôn ngữ assembly liên quan rất chặt chẽ đến kiến trúc của máy tính Điều này khác với ngôn ngữ lập trình bậc cao, ít phụ thuộc vào phần cứng

Trước đây ngôn ngữ assembly được sử dụng khá nhiều nhưng ngày nay phạm vi sử dụng khá hẹp, chủ yếu trong việc thao tác trực tiếp với phần cứng hoặc hoặc làm các công việc không thường xuyên Ngôn ngữ này thường được dùng cho trình điều khiển (tiếng

Anh: driver), hệ nhúng bậc thấp (tiếng Anh: low-level embedded systems) và các hệ thời gian thực Những ứng dụng này có ưu điểm là tốc độ xử lí các lệnh assembly nhanh

Trường CĐKT Lý Tự Trọng Đồ án Vi Xử Lý

Mov P3,#10010000bMov P1,#11111111b

P2.5 = 0

Mov P3,#10110000bCall chay3

P2.0 = 0

Setb P1.0Call delay1Clr P1.0Call delay1

P2.1 = 0

Mov P3,#10010000bMov P1,#11111111b

P2.6 = 0

Bắtđầu 2

Bắtđầu 3

Mov P3,#10100100bCall chay4

P2.0 = 0Mov P1,#11111111b

GVHD: T MINH CẠ MINH CƯỜNG ƯỜNGNG L p 11CĐ-Đ1ớp 11CĐ-Đ1 30

Mov P3,#11111001bCall chay5

P2.0 = 0

Setb P1.0Call delay3Clr P1.0Call delay3

P2.1 = 0P2.7 = 0

Trường CĐKT Lý Tự Trọng Đồ án Vi Xử Lý

mov p1,#11111111bbatdau:

jb p2.2, vitri1 ; chon chieu thuanjnb p2.1, vitri1 ; dung dong cosetb p1.1

mov p3, #11000000b ; hien thi so 0jmp td

vitri1: jb p2.3,vitri2 ; chon chieu nguoc

jnb p2.1,vitri2clr p1.1

mov p3, #10000000bjmp td

vitri2: jb p2.1,vitri3

mov p1,#11111111bmov p3, #10010000bvitri3: jmp batdau

;xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

jmp batdautd1: jb p0.0, batdau1 ; chay tu dong

call tudongbatdau1: jb p2.4, batdau2 ; chay toc do 1

mov p3, #10011001bcall chay2

batdau2: jb p2.5, batdau3 ; chay toc do 2

mov p3, #10110000bcall chay3

batdau3: jb p2.6, batdau4 ; chay toc do 3

mov p3, #10100100bcall chay4

batdau4: jb p2.7, td ; chay toc do 4

mov p3, #11111001bcall chay5

;xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

chay4: jb p2.0, chay4 ; cho phep chay

vong2: setb p1.0

call delay2clr p1.0call delay2jmp vong2delay2: mov tmod,#00000001b

mov th0,#high(55536)setb tr0

dung4: jb p2.1, here2

mov p1,#11111111bjmp batdau

here2: jnb tf0, here2

clr tf0ret

;xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

chay5: jb p2.0, chay5

vong3: setb p1.0

call delay3clr p1.0call delay3jmp vong3delay3: mov tmod,#00000001b

mov tl0,#low(50536)mov th0,#high(50536)setb tr0

dung3: jb p2.1, here3

mov p1,#11111111bjmp batdau

here3: jnb tf0, here3

clr tf0ret

;xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

chay3: jb p2.0, chay3

vong1: setb p1.0

call delay1clr p1.0call delay1jmp vong1delay1: mov tmod,#00000001b

lap: mov tl0,#low(60536)

mov th0,#high(60536)setb tr0

dung2: jb p2.1, here

mov p1,#11111111bjmp batdau

here: jnb tf0,here

clr tf0