Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu, thiết kế (chế tạo) mạch điều khiển động cơ stepper motor ở chế độ full step, half step
ĐỒ ÁN MÔN HỌC Điện tử công suất Nhóm Nhóm trưởng : Trịnh Văn Kiên Thành viên: Phan Đức Anh Đỗ Văn Đức Vũ Văn Kiệt Nội dung đồ án: Nghiên cứu, thiết kế (chế tạo) mạch điều khiển động Stepper Motor chế độ Full Step, Half Step Giới thiệu động bước: I Khái niệm: Động bước thiết bị điện chuyển đổi xung điện thành chuyển động học rời rạc Động bước loại động điện có nguyên lý ứng dụng khác biệt với đa số động điện thông thường Chúng thực chất động đồng dùng để biến đổi tín hiệu điều khiển dạng xung điện rời rạc thành chuyển động góc quay chuyển động rôto có khả cố định rôto vào vị trí cần thiết Cấu tạo động bước: Về cấu tạo, động bước coi tổng hợp hai loại động cơ: động chiều không tiếp xúc động đồng giảm tốc công suất nhỏ Động bước mô tả động điện không dung chuyển mạch Cụ thể, mấu động rô to stato năm châm vĩnh cửu hoăc trường hợp động biến từ trở khối làm vật liệu nhẹ có từ tính, cho phép chúng quaykhá nhanh với mộ điều khiển thích hợp cho phép chúng khởi động dừng lại vị trí ta muốn cách dễ dàng Page Hình mẫu động bước thực tế Hoạt động: Động bước không quay theo chế thông thường, chúng quay theo bước nên có độ xác cao mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ chuyển mạch điện tử đưa tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự tần số định Tổng số góc quay rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, chiều quay tốc độ quay rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi tần số chuyển đổi Vai trò, ứng dụng: Động bước có vai trò quan trọng điều khiển chuyển động kỹ thuật số, tự động hóa,… cấu chập hành trung thành với lệnh đưa dạng số, chấp hành xác Ta cớ thể điều khiển quay góc bất kỳ, xác, dừng lại vị trí ta muốn Vì ứng dụng nhiều tự động hóa điều khiển số Một số ứng dụng : máy CNC, máy in, ổ cứng , ổ đĩa quang, robot, … Rất nhiều ứng dụng đòi hỏi cấu chuyển động có độ xác cao, chuyển động êm cho thấy vai trò động bước quan trọng Ưu, nhược điểm: • Ưu điểm: - Khi dùng động bước không cần mạch phản hồi cho điều khiển vị trí vận tốc - Thích hợp với thiết bị điều khiển số.với khả điều khiển số trực tiếp (động bước trở thành thông dụng kĩ thuật robot) - Hầu hết động bước chuyển động tần số âm • Nhược điểm: - Công suất thấp (việc nâng cao công xuất động bước quan tâm nay) Page Một số loại động bước: Động bước phân loại dựa theo cấu trúc cách quấn cuộn dây stator Dựa theo cấu trúc rotor, động bước chia thành loại: - Động bước từ trở biến thiên - Động bước nam châm vĩnh cửu - Động bước lai Dựa theo cách quấn dây stator, động bước chia thành hai loại: - Động bước đơn cực - Động bước lưỡng cực Page II Hệ thống điều khiển động bước: Khối nguồn Khối cảm biến Khối Khối chấp hành xử lý Khối hiển thị Sơ đồ tổng thể hệ thống Page • • • • Khối nguồn: Lấy AC (hoặc DC) đầu vào từ – 15V chỉnh lưu thành nguồn DC cấp cho khối chấp hành đồng thời biến đổi thành nguồn DC 5V cung cấp cho khối điều khiển, hiển thị, cảm biến Khối xử lý: Tiếp nhận thông tin từ khối cảm biến, từ xuất tín hiệu điều khiển gửi đến khối hiển thị khối chấp hành theo chương trình lập sẵn Khối chấp hành: Nhận tín hiệu điều khiển từ khối xử lý, thực lệnh điều khiển khối xử lý đưa để tạo di chuyển robot Khối hiển thị: Nhận tín hiệu từ khối xử lý, hiển thị vị trí va chạm tương ứng khối cảm biến có tín hiệu tác động Sơ đồ nguyên lý tổng thể: Sơ đồ mạch nguyên lý tổng thể Module điều khiển: • Nhận tín hiệu từ cảm biến qua biến đổi ADC VDK có chức chuyển đổi từ tín hiệu analog sang digital Điều khiển, xử lý đưa tới khối hiển • Nút ấn điện trở để tạo RESET cho AVR • Thạch anh tạo dao dộng tụ lọc nhiễu • Thông qua jack mạch nạp để đưa thuật toán điều khiển vào AVR Page Module động cơ: Trong đồ án nhóm em sử dụng động đơn cực Bảng trạng thái logic đưa vào đầu dây • Điều khiển bước: Step A B Page A\ B\ • 1 0 1 0 1 0 Step A B A\ B\ 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 Điều khiển nửa bước: Dựa vào bảng trạng thái ta đưa vào đầu dây chuỗi xung có mức logic tương ứng, với phương pháp điều khiển bước để điều khiển động quay theo chiều định - B1: 1100 B2: 0110 B3: 0011 B4: 1001 Để động quay vòng ta lặp lại trình 50 lần bước động quay 1.8 độ nên ta phải cho động thực 200 bước Module nguồn: Module tạo điện áp xoay chiều 12V, dùng chỉnh lưu 12V xoay chiều thành 12V chiều, dung IC 7805 ổn áp để lấy điện áp ổn định 5V ngõ Các linh kiện sử dụng khối nguồn: Jack cắm nguồn vào 12V Chip ổn áp LM7805 phép xuất nguồn 5V Diode chống dòng ngược Page Tụ lọc nguồn 1000µF, tụ ceramic 104, tụ lọc 4.7 µF Led báo nguồn trở hạn dòng 330Ω cho Led Sơ đồ nguyên lý module nguồn III Lựa chọn linh kiện: Khối điều khiển: ATmega16 vi điều khiển bit dựa kiến trúc RISC Với khả thực lệnh vòng chu kỳ xung clock, ATmega16 đạt tốc độ 1MIPS MHz (1 triệu lệnh/s/MHz) ATmega16 có đặc điểm sau: 16KB nhớ Flash với khả đọc ghi, 512 byte nhớ EEPROM, 1KB nhớ SRAM, 32 ghi chức chung, 32 đường vào chung, định thời/bộ đếm, ngắt nội ngắt ngoại, USART, giao tiếp nối tiếp dây, kênh ADC 10 bit, ATmega 16 hỗ trợ đầy đủ chương trình công cụ phát triển hệ thống như: trình dịch C, macro assemblers, chương trình mô phỏng/sửa lỗi, kit thử nghiêm, Page Sơ đồ chân khối điều khiển ATmega16 Khối nguồn: Khối nguồn mạch sử dụng IC ổn áp LM7805 thuộc dòng 78xx 78xx loại IC dùng để ổn định điện áp dương với điều kiện điện áp đầu vào luôn lớn đầu 3V Dòng IC 78xx có nhiều loại, ổn định nhiều mức điện áp khác nhau, cụ thể 7805 dùng để ổn định điện áp đầu mức 5V Sơ đồ chân IC 7805 7805 đóng gói dạng TO-220 gồm có chân: Page - Vin: Chân đầu nguồn vào GND: Chân nối đất Vo: Chân đầu nguồn Như biết, mạch ổn áp dùng Diode Zener nhỏ gọn, đơn giản có nhược điểm cho dòng điện nhỏ (~20mA) Để tạo điện áp cố định dòng điện lớn người ta mắc thêm Tranzitor để khuếch đại sơ đồ đây: Sơ đồ cấu tạo IC ổn áp 7805 Đây sơ đồ cấu tạo IC 7805 Thông qua R Dz ghim điện áp cố định chân E Tranzitor Q1 Mạch ổn áp dùng ổn áp 7805 (78xx nói chung) ổn định hiệu nên sử dụng rộng rãi, sơ đồ lắp mạch đơn giản sau: Sơ đồ mạch ổn áp dùng IC ổn áp 7805 IC đệm dòng ULN2803: Đây IC gồm transistor NPN ghép Darlington gắn mạch điện tử dãy chuổi lý tưởng để giao tiếp với mạch điện dạng số mức logic thấp như: TTL, CMOS PMOS/NMOS Page 10 Sơ đồ khối IC ULN2803 ULN2803 thiết kế để phù hợp với chuẩn TTL Vài số kĩ thuật IC ULN2803: - Dòng điện ngõ vào khoảng 25mA Điện áp ngõ vào khoảng 0.5V – 30V Dòng tới 500 mA/ 50 V Đệm kênh riêng biệt Đầu đảo Sơ đồ cấu tạo kênh đệm dòng ULN2803 Hình ảnh thực tế ULN280 Page 11 Khối hiển thị Đồ án sử dụng LCD hiển thị 16*2 với chuẩn kết nối với vi điều khiển sau: Sơ đồ khối hiển thị IV Xây dựng hệ thống: Xây dựng phần mềm: Page 12 Xây dựng phần cứng: • Sơ đồ mô Page 13 Hệ thống mô phần mềm Proteus 7.5 sp2 • Sơ đồ mạch in: Ảnh mạch in cho vào Tài liệu tham khảo Page 14 [...]... khối IC ULN2803 ULN2803 được thiết kế để phù hợp với chuẩn TTL Vài chỉ số kĩ thuật của IC ULN2803: - Dòng điện ngõ vào khoảng 25mA Điện áp ngõ vào khoảng 0.5V – 30V Dòng ra tới 500 mA/ 50 V Đệm 8 kênh riêng biệt Đầu ra đảo Sơ đồ cấu tạo 1 kênh đệm dòng của ULN2803 Hình ảnh thực tế của ULN280 Page 11 4 Khối hiển thị Đồ án sử dụng LCD hiển thị 16*2 với chuẩn kết nối với vi điều khiển như sau: Sơ đồ khối... khiển như sau: Sơ đồ khối hiển thị IV Xây dựng hệ thống: 1 Xây dựng phần mềm: Page 12 2 Xây dựng phần cứng: • Sơ đồ mô phỏng Page 13 Hệ thống được mô phỏng bằng phần mềm Proteus 7.5 sp2 • Sơ đồ mạch in: Ảnh mạch in cho vào đây Tài liệu tham khảo Page 14 ... thiên - Động bước nam châm vĩnh cửu - Động bước lai Dựa theo cách quấn dây stator, động bước chia thành hai loại: - Động bước đơn cực - Động bước lưỡng cực Page II Hệ thống điều khiển động bước:... mẫu động bước thực tế Hoạt động: Động bước không quay theo chế thông thường, chúng quay theo bước nên có độ xác cao mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ chuyển mạch điện tử đưa tín hiệu điều khiển. .. phương pháp điều khiển bước để điều khiển động quay theo chiều định - B1: 1100 B2: 0110 B3: 0011 B4: 1001 Để động quay vòng ta lặp lại trình 50 lần bước động quay 1.8 độ nên ta phải cho động thực