Đo tốc độ động cơ dùng vi điều khiển PIC hiển thị lên LCD (có code và sơ đồ mạch)

Đo tốc độ động cơ dùng vi điều khiển PIC hiển thị lên LCD (có code và sơ đồ mạch) Đo tốc độ động cơ dùng vi điều khiển PIC hiển thị lên LCD (có code và sơ đồ mạch) Đo tốc độ động cơ dùng vi điều khiển PIC hiển thị lên LCD (có code và sơ đồ mạch) Đo tốc độ động cơ dùng vi điều khiển PIC hiển thị lên LCD (có code và sơ đồ mạch) Đo tốc độ động cơ dùng vi điều khiển PIC hiển thị lên LCD (có code và sơ đồ mạch)

Đo tốc độ động cơ dùng vi điều khiển hiển

thị lên LCD

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VI

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VII

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VIII

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1.1 Phương pháp nghiên cứu 1

1.1.2 Thành quả nghiên cứu 1

2.2.5 Khối cảm biến Encoder 13

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 14

3.1 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 14

5.2 KHUYẾT ĐIỂM 19

5.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 19

TÀI LIỆU THAM KHẢO 20

PHỤ LỤC A ………21

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1 : Sơ đồ khối [1] 2

Hình 2.2.1a Nguồn cung cấp cho PIC [2] 3

Hình 2.2.1b Nguồn cung cấp cho toàn mạch ( PIC + Động cơ ) [3] 3

Hình 2.2.1 Biến áp 220V~12V [4] 4

Hình 2.2.1.2 : Chỉnh lưu cầu [5] 5

Hình 2.2.1.3 : IC ổn áp 5V [6] 5

Hình 2.2.2a : Sơ đồ chân PIC 16F877 [7] 6

Hình 2.2.2b : Cấu trúc tổng quát của PIC 16F877 [8] 7

Hình 2.2.2 : LCD 16x2 [9] 9

Hình 2.2.4 Động cơ DC 6-12VDC [10] 11

Hình 2.2.4 Module Encoder [11] 13

Hình 3.1 : Sơ đồ mạch [12] 15

Hình 3.2 Sơ đồ mạch in [13] 16

Hình 4.1 : Kết quả mô phỏng [14] 17

Hình 4.2 : Mạch thực tế [15] 18

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DC : Direct Current

AC: Alternating Current

EMF : Electromotive force

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu về đề tài

Mục đích của đề tài là sử dụng vi điều khiển 16f877 để đo số vòng quay của cácđộng cơ đang chạy bằng encoder Việc đo tốc độ động cơ giúp cho quá trình giámsát sản xuất nhah hơn, tốt hơn, cho ra những sản phẩm như ý, chính xác Nếu takhông đo được tốc độ của động cơ thì không thể điều khiển tốc độ chính xác được.Với những máy móc hiện đại như ngày nay, trong quá trình sản xuất luôn chạy vớinhiều tốc độ khác nhau, tùy theo mỗi giai đoạn làm việc của nó, chính vì thế mà tacần phải biết tốc độ động cơ là bao nhiêu để điều chỉnh cho phù hợp

1.1.1 Phương pháp nghiên cứu

 Tìm hiểu hiểu cấu tạo nguyên lý hoạt động của : vi điều khiển PIC , Cảmbiến Encoder , động cơ DC , màn hình LCD , …

 Nghiên cứu tìm hiểu và viết code bằng các chương trình chuyên dụng ( PIC

C COMPILER , VAR , … )

 Thiết kế lắp mạch hoàn chỉnh

1.1.2 Thành quả nghiên cứu

 Thiết kế mạch đo tốc độ động cơ hoàn chỉnh và hiển thị lên màn hình LCD

1.1.3 Nguyên lý chung

Sử dụng cảm biến Encoder để đo tín hiệu xung phát ra sau đó Encoder sẽ chuyển tínhiệu xung thu được về vi điều khiển Vi điều khiển sẽ xử lý tín hiệu rồi xuất ramàn hình hiển thị LCD

ĐỒ ÁN 1 Trang 2/22

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

2.1 Sơ đồ khối

2.1.1 Sơ đồ khối của mạch

Hình 2.1 : Sơ đồ khối [1]

Giải thích : Khi khối nguồn cấp điện vào cho Khối vi xử lý và Khối động cơ

Khối vi xử lý sẽ cấp nguồn cho các khối cảm biến Encoder và khối hiển thị ( LCD ),Khi đó khối cảm biến Encoder sẽ bắt đầu đo tốc độ quay của động cơ rồi chuyểnthành xung và chuyển về khối vi xử lý , tại đây khối vi xử lý sẽ tính toán rồi gửi dữliệu tính toán được lên đến khối hiển thị ( LCD )

2.1.2 Chức năng các khối

o Khối Nguồn : Cung cấp nguồn 5V-12V cho mạch

o Khối động cơ : Động cơ DC 6V-12V để đo

o Khối cảm biến Encoder : quy đổi tốc độ quay thành tín hiệu xung /vòng quay

Khối Động cơ

Khối vi xử lý16F877

Khối hiển thị(LCD)

Khối nguồn

Khối cảm biếnEncoder

o Khối vi xử lý : tính toán tín hiệu xung nhận được thành dữ liệu Vòng/phút và truyền lên khối hiển thị

o Khối hiển thị : dùng LCD 16x2 để hiện thị số vòng động cơ

2.2 Tìm hiểu linh kiện

2.2.1 Khối nguồn

Hình 2.2.1a Nguồn cung cấp cho PIC [2]

Hình 2.2.1b Nguồn cung cấp cho toàn mạch ( PIC + Động cơ ) [3]

ĐỒ ÁN 1 Trang 4/22

2.2.1.1 Biến áp :

Hình 2.2.1 Biến áp 220V~12V [4]

Biến áp là thiết bị để biến đổi điện áp xoay chiều 220V xuống điệp áp mong muốn,cấu tạo bao gồm một cuộn sơ cấp (đưa điện áp vào) và một hay nhiều cuộn thứ cấp(lấy điện áp ra sử dụng) cùng quấn trên một lõi từ có thể là lá thép hoặc lõiferi Cung cấp nhiều mức điện áp ra: 6V 9V 12V 15V 18V 24V

2.2.1.2 Diode chỉnh lưu cầu

ĐỒ ÁN 1 Trang 6/22

IC LM7805 là IC ổn định điện áp đầu ra ở 5V Nguồn chuyển đổi điếp áp AC sang

dễ dàng

Sơ đồ chân của PIC 16F877

Hình 2.2.2a : Sơ đồ chân PIC 16F877 [7]

Cấu trúc tổng quát của PIC 16F877:

Hình 2.2.2b : Cấu trúc tổng quát của PIC 16F877 [8]

Chức năng các chân của PIC :

2 chân Vcc/Vdd : 4~5.5

2 chân GND

1 chân VPP

2.2.2.1 Port A và thanh ghi TRIS A

 Port A gồm 6 chân từ RA0 đến RA5

 Việc ghi giá trị vào thanh ghi TRIS A sẽ quy định các chân của port A Nếu bằng 0 : ngõ output , bằng 1 : ngõ Input

 Riêng chân RA4 : tích hợp thêm chân chức năng là chân cung cấp xungclock ngoài cho TIMER 0 ( RA4/TOCKI)

ĐỒ ÁN 1 Trang 8/22

 Các chân còn lại của PortA được đa hợp với các chân ngõ vào Analog củaADC và chân ngõ vào điện áp so sánh của bộ so sánh Camparator

2.2.2.2 Port B và thanh ghi TRIS B

 Port B gồm 8 chân từ RB7-RB0

 Các giá trị TRIS B qui định port B

 3 chân được đa hợp với chức năng In-Circuit Debugger và Low VoltageProgramming function: RB3/PGM, RB6/PGC và RB7/PGDRB3/PGM

 4 chân RB7-RB4 làm tác nhân ngắt khi trạng thái các chân này thay đổi (Nếu port B là output thì chức năng ngắt không hoạt động )

 Mỗi chân port B sẽ được treo lên Vdd khi t xoá bit RBPU Tính năng nàykhông có khi port B là input

2.2.2.3 Port C và thanh ghi TRIS C

 Port C gồm 8 chân từ RC7-RC0

 Các giá trị TRIS C qui định port C

 Các chân của port C được đa hợp với chức năng ngoại vi

Chú ý : Vài chức năng ngoại vi sẽ sẽ ghi các giá trị 0 vào thanh ghi TRISS C

và mặc địng là output , nhưng mộ số chức năng ngoại vi khác sẽ mặc định làInput

2.2.2.4 Port D và thanh ghi TRIS D

 Port D gồm 8 chân từ RD7-RD0

 Việc ghi giá trị vào thanh ghi TRIS D sẽ quy định các chân của port D

Nếu bằng 0 : ngõ output , bằng 1 : ngõ Input

 Ngoài chức năng là port xuất/nhập , port D còn được cấu hình như 1 port vi

xử lý 8bit ( parallel slave port ) bằng cách set bit PSPMODE (TRISE<4>)

2.2.2.5 Port E và thanh ghi TRIS E

 Port E gồm 3 chân từ RE2-RE0

 Các chân được đa hợp với các chân ngõ vào Analog

2.2.3 Khối hiển thị : LCD 16x2

Hình 2.2.2 : LCD 16x2 [9]

LCD dùng để giao tiếp với Vi điều khiển hiện thị ở chế độ 4 bit

Chức năng các chân của LCD :

Bảng 2.2.3 : Chức năng các chân của LCD

1 Vss Chân là chân nối đất cho LCD

2 VDD Cung cấp nguồn cho LCD hoạt động

3 VEE Chân này dùng để điều chỉnh độ tương phản của LCD

4 RS Chân chọn thanh ghi(Register select).Nối chân này với

mức “0” hoặc mức “1” để chọn thanh ghi-Mức “1” :thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD sẽ kếtnối với Bus DB0-DB7

-Mức “0”: thanh ghi lệnh IR của LCD hoặc với bộ đếmđịa chỉ sẽ kết nối với Bus DB0-DB7

5 R/W Chân chọn mode LCD đọc khi chân này nối với mức

“1” nối chân này với mức “0” để LCD ghi

6 E Chân cho phép(enable).Sau khi các tín hiệu đặt lên bus

DB0-DB7 các lệnh chỉ chấp nhận khi có 1 xung cho

ĐỒ ÁN 1 Trang 10/22

phép của chân E-Ở chế độ ghi:Dữ liệu ở bus sẽ được chuyển vào thanhghi bên trong LCD khi phát hiện 1 xung cho phép củachân E

-Ở chế độ đọc: Dữ liệu LCD sẽ xuất ra DB0-DB7 khiphát hiện cạnh lên của chân E và được giữ ở bus chođến khi chân E xuống mức thấp

7 DB0-DB7 dùng để trao đổi thông tin với MPU bằng 8 đường bus

-Điện áp định mức : 12VDC

-Dòng định mức : 3A

Nguyên lý hoạt động :

Bao gồm Stator và Rotor

Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 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,

1 phần quan trọng khác của động cơ điện 1 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

Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của rotor trong động cơ điện

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

ĐỒ ÁN 1 Trang 12/22

Khi động cơ điện vận hành bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra một điện áp gọi làsức phản điện động counter-EMF (CEMF) hoặc sức điện động đối kháng, vì nó đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động cơ điện Sức điện động này tương tự như sức điện động phát ra khi động cơ được sử dụng như một máy phát điện

2.2.5 Khối cảm biến Encoder

Nguyên lý hoạt động của encoder :

Bao gồm 1 mắt phát và 1 mắt thu hồng ngoại đặt cách nhanh qua 1 khe hở , khi ánhsáng từ mắt phát đi được tới mắt thu ( xuyên qua lỗ dĩa của encoder ) thì sẽ có tínhhiệu mức cao ( 5v) phát ra khỏi chân out , khi bị che thì chân out phát ra tín hiệumức thấp

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH

3.1 Lưu đồ giải thuật

ĐỒ ÁN 1 Trang 14/22

 4 chân data cảu LCD sẽ lần lược nối vào các chân RB4-RB7

 Chân ghi RS và chân E của LCD nối với chân RB1 , RB2 , chân RW nối đất

 Nút nhấn Start/Stop nối vào chân RD0

3.2.2 Sơ đồ mạch in

Hình 3.2 Sơ đồ mạch in [13]

ĐỒ ÁN 1 Trang 16/22

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THI CÔNG

4.1 Kết quả mô phỏng

Encoder hoạt động lấy được dữ liệu gửi về PIC

PIC tính toán số liệu rồi xuất ra kết quả hiển thị lên LCD

Hình 4.2 : Mạch thực tế [15]

ĐỒ ÁN 1 Trang 18/22

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN

5.1 Ưu điểm

Đo được tốc độ động cơ

Hiển thị chính xác các thông số không bị lỗi

Mạch đơn giản dễ chế tạo, ít tốn kém chi phí

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt:

1 Thông tin cơ bản về linh kiện tại trang web Hshop.vn

2 Cơ bản về vi điều khiển và PIC tại http://www.picvietnam.com

3 Đo tốc độ động cơ hiển thị LCD tại http://www.picvietnam.com

ĐỒ ÁN 1 Trang 20/22

#include <lcd_lib_4bit.c> // file giao tiep LCD

//khai bao ngo vao ra

setup_timer_1(t1_internal);//khoi tao che do hoat dong timer1

SET_TIMER1(15536); //T_dinhthoi = (65536-15536)/(20.000/4) = 10000us = 10ms

enable_interrupts(int_ext); //su dung ngat cho bo do xung

ext_int_edge(0,h_to_l);

disable_interrupts(int_timer1);

enable_interrupts(global);//ngat toan cuc

DUNG://che do dung dong co

disable_interrupts(int_timer1);//tat che do ngat ngoai cua timer1 ( ngung lay xung tu

bo encoder )

DC = 0; //dung dong co

LCD_putcmd(0x80); LCD_putchar("DO TOC DO D.CO ");

LCD_putcmd(0xC0); LCD_putchar("DC DANG DUNG ");

while(true)

{

IF(K1==0) {WHILE(K1==0){}GOTO CHAY;}

}

CHAY://che do chay dong co

enable_interrupts(int_timer1);//bat che do ngat ngoai cua timer1 ( lay xung tu bo encoder )

DC=1;//dong co chay

LCD_putcmd(0x80); LCD_putchar("Toc do la: V");

LCD_putcmd(0xC0); LCD_putchar("DC DANG CHAY ");