CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
4.2. Các thành phần chính trong hệ thống
Hình 4. 3: Sơ đồ chân của bo mạch Arduino Mega 2560.
DUT.LRCC
- Arduino Mega 2560 sử dụng vi điều khiển Atmega 2560 cho số ngoại vi, các chuẩn giao tiếp và số chân nhiều nhất, bộ nhớ rất lớn (256kb) có thể mở rộng thêm số chân. Board có cấu trúc tương thích với các board mạch như Uno.Và sử dụng điện áp 5VDC.
Thông số kĩ thuật
- Arduino Mega 2560 là một vi điều khiển hoạt động dựa trên chip ATmega2560.
- Vi điều khiển trung tâm ATmega 2560.
- Arduino Mega 2560 sử dụng chip ATmega2560 của ATmel, bộ nhớ chương trình lên đến 256kB trong đó có 8kB được sử dụng bởi bootloader. Với bộ nhớ chương trình lớn, người dùng có thể viết nhiều chương trình phức tạp, điều khiển được nhiều thiết bị hơn. Dung lượng RAM và EEPROM là 8kB và 4kB.
- 4 cổng nối tiếp:
Bảng 4. 1: Bảng giá trị chân của vi điều khiển
Cổng serial Chân RX ChânTX
Serial 0 0 1
Serial 1 19 18
Serial 2 17 16
Serial 3 15 14
Thông số chính của mạch Arduino Mega 2560:
- Điện áp hoạt động: 5V.
- Nguồn ngoài 7-9V. Không nên cấp nguồn 12v vì sẽ gây hỏng IC ổn áp.
- Số chân Digital: 54 (15 chân PWM).
- Số chân Analog: 16.
- Giao tiếp UART: 4 bộ UART.
- Giao tiếp SPI: 1 bộ (chân 50 đến chân 53) dùng với thư viện SPI - Giao tiếp I2C: 1 bộ.
- Ngắt ngoài: 6 chân.
- Bộ nhớ Flash: 256 Kb, 8Kb sử dụng cho Bootloader.
- SRAM: 8 Kb.
- Xung clock: 16MHz.
DUT.LRCC
4.2.2. Ramps 1.4
Hình 4. 4: Ramps Board 1.4.
Mạch điều khiển máy in 3D RAMPS 1.4 là board mạch được sử dụng để làm máy in 3D thông dụng nhất hiện nay, mạch có thể kết hợp với Arduino Mega 2560 và các loại Driver Motor bước 16 chân như A4988, DRV8825... Để trở thành hệ thống điện hoàn chỉnh điều khiển máy in 3D, máy CNC....
Thông số kỹ thuật:
Board mạch RAMPS 1.4 điều khển máy CNC, máy in 3D.
Thiết kế chuẩn theo board mạch RAMPS 1.4 chính hãng Reprap.
Tích hợp 3 ngõ ra Mosfet để điều khiển hotbed, fan và thermistor bằng PWM.
Tích hợp cầu chì tự phục hồi 5A bảo vệ toàn bộ hệ thống mạch.
Tích hợp cầu chì tự phục hồi 11A cho hotbed.
Điều khiển được 5 động cơ bước qua 5 socket Driver, đặc biệt 2 socket dùng cho 2 động cơ bước ở trục Z nối song song, có jumper để điều chỉnh dòng ra cho từng động cơ.
Có ngõ ra cho giao tiếp I2C và SPI và kết nối với LCD, SD Card.
4.2.3. Driver A4988
A4988 là một bộ điều khiển DMOS cực nhỏ với bộ chuyển đổi và bảo vệ quá dòng. Có thể điều khiển được động cơ bước lưỡng cực với dòng điện lên đến 2A với mỗi cuộn dây.
DUT.LRCC
Hình 4. 5: Driver A4988.
Dưới đây là một số tính năng chính:
Dễ dàng điều khiển hướng quay và số bước quay.
5 chế độ điều khiển: full step, haft step, 1/4, 1/8, 1/16.
Có thể điều chỉnh dòng tối đa thông qua một biến trở cho phép động cơ bước hoạt động với công suất tối đa.
Ngắt bảo vệ khi quá nhiệt, quá áp và quá dòng.
Bảo vệ ngắn mạch.
Thông số kỹ thuật:
Điện áp hoạt động: 8V~35V.
Dòng liên tục trên mỗi pha: 1A~2A.
Điện áp logic: 3V-5. V.
Kích thước: 15.24 x 20.32 cm.
Chế độ làm việc:
Bật tắt động cơ thì thông qua pin ENABLE, mức LOW là bật module, mức HIGH là tắt module.
Điều khiển chiều quay của động cơ thông qua pin DIR.
Điều khiển bước của động cơ thông qua pin STEP, mỗi xung là tương ứng với 1 bước (hoặc vi bước).
Hai chân Sleep với Reset nối với nhau.
DUT.LRCC
Hình 4. 6: Thông số 5 chế độ của Driver A4988.
4.2.4. Step Motor
Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng cố định rôto vào các vị trí cần thiết.
Hình 4. 7: Step Motor.
Thông số kỹ thuật:
Loại động cơ bước: 2 phase.
Điện áp: 4.0-5.5V.
Dòng định mức: 1-1.5A.
Độ phân giải: 1.8 độ/1 bước
Số dây: 6 dây.
DUT.LRCC
4.2.5. Servor Motor
Động cơ RC Servo 9G
Động cơ RC Servo 9G có kích thước nhỏ, là loại được sử dụng nhiều nhất để làm các mô hình nhỏ hoặc các cơ cấu kéo không cần đến lực nặng. Động cơ RC Servo 9G có tốc độ phản ứng nhanh, các bánh răng được làm bằng nhựa nên cần lưu ý khi nâng tải nặng vì có thể làm hư bánh răng, động cơ RC Servo 9G có tích hợp sẵn Driver điều khiển động cơ bên trong nên có thể dễ dàng điều khiển góc quay bằng phương pháp điều độ rộng xung PWM.
Hình 4. 8: Servo Motor.
Thông số kỹ thuật:
Điện áp hoạt động: 4.8-5 VDC
Tốc độ: 0.12 sec/ 60 deg (4.8 VDC)
Lực kéo: 1.6 Kg.cm
Kích thước: 21x12x22 mm
Trọng lượng: 9 g.
Động cơ Servo MG966R
Hình 4. 9: Động cơ Servo MG966R.
DUT.LRCC
Thông số kỹ thuật:
- Kích thước sản phẩm: 40.7 x19.7 x 42.9 mm.
- Sản phẩm Rally: 9.4 kg / cm (4.8V), 11kg / cm (6V).
- Tốc độ phản ứng: 0.17 sec / 60 degree (4.8V) 0.14 sec / 60 degree (6V).
- Điện áp làm việc: 4.8-7.2 V.
- Nhiệt độ làm việc: 0 ℃ -55 ℃ - Trọng lượng: 55 g.
DUT.LRCC