Đang tải... (xem toàn văn)
mạch đo tốc độ theo nguyên lý không tiếp xúc , sử dụng cảm biến để nhận biết số vòng quay sau đó sử dụng arduino để phân tích và xử lý tín hiệu nhận được ,mạch đo tốc độ theo nguyên lý không tiếp xúc , sử dụng cảm biến để nhận biết số vòng quay sau đó sử dụng arduino để phân tích và xử lý tín hiệu nhận được ,
Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Khoa: Điện tử Bộ môn :Cơ điện tử ĐỒ ÁN HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ Giáo viên hướng dẫn : VŨ ĐỨC VƯƠNG Sinh viên : NGUYỄN VĂN BẢN LƯỜNG VĂN NGHĨA Lớp : K48 CDT 01 Thái Nguyên,ngày tháng năm 2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 1 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử KHOA ĐIỆN TỬ Bộ môn Cơ điện tử ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ Thiết kế: Lớp: K48 CDT 01 Hướng dẫn: Đề tài Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o VŨ ĐỨC VƯƠNG : Thiết kế thi công hệ thống đo tốc dộ trục quay theo nguyên lý không tiếp xúc Nhiệm vụ đồ án bao gồm: Ngày giao đề: Ngày hoàn thành: / / 2016 / 06 / 2016 Trưởng Bộ môn Giáo viên hướng dẫn TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 2 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử Lời cảm ơn Trong suốt thời gian tìm hiểu thi công đồ án môn học, giảng dạy, hướng dẫn giúp đỡ tận tình từ thầy Vũ Đức Vương thầy cô môn điện tử học giúp chúng em hoàn thành đồ án thống đo điện tử.Chúng em xin chân thành gửi lời cám ơn đến thầy Vũ Đức Vương thầy môn điện tử truyền thụ cho chúng em kiến thức bổ ích không cần thiết cho đồ án mà cần thiết cho công việc sau TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 3 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử Lời nói đầu Trong phát triển ngành kỹ thuật điện tử ngày nay, vi điều khiển dần chiếm ưu số lượng ứng dụng nhiều thiết bị dân dụng chuyên dụng Ngoài ra, vi điều khiển phổ biến lĩnh vực đo lường điều khiển,…v v… Trên sở kiến thức học Chúng em định chọn, thiết kế thi công đề tài: “ Thiết kế hệ thống đo tốc độ trục quay theo nguyên lý không tiếp xúc” dùng vi điều khiển arduino uno để hiểu rõ ứng dụng thực tiễn tương lai Do kiến thức hạn hẹp lần đầu thiết kế Mặc dù cố gắng khắc phục khuyết điểm, chúng em tránh khỏi sai sót nhiều hạn chế Tập thể nhóm chúng em mong nhận góp ý từ thầy cô để chúng em khắc phục sai sót mắc phải đồ án tốt nghiệp sau Một lần nữa, chúng em xin chân thành cám ơn thầy Vũ Đức Vương thầy cô môn điện tử giúp chúng em thiết kế hoàn thành đề tài TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 4 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử MỤC LỤC CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ 1.1 Cấu tạo chung hệ thống điện tử 1.2 Vai trò vị trí hệ thống đo điện tử 1.3 Ứng dụng hệ thống đo tốc độ trục quay 1.4 Kết luận 10 CHƯƠNG : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO TỐC ĐỘ TRỤC QUAY THEO NGUYÊN LÝ KHÔNG TIẾP XÚC 11 2.1 Nguyên lý đo tốc độ 11 2.2 Thiết kế mạch điện tử 11 2.2.1 xây dựng sơ đồ nguyên lý 11 2.2.2 Mạch vi xử lý Adruino 12 2.2.3 Hiển thị LCD 13 2.2.4 Biến trở số linh kiện khác 13 2.3 Bảng tổng hợp linh kiện 16 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ THI CÔNG 18 3.1 Mô hệ thống đo tốc độ 18 3.1.1 Giới thiệu phần mềm proteus 18 3.1.2 Giới thiệu phần mềm arduiro 26 3.2 Thi công sản phẩm 31 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 5 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ 1.1 Cấu tạo chung hệ thống điện tử Hệ thống Cơ điện tử : Tổng hợp sơ đồ nguyên lý sản phẩm Cơ điện tử nhằm thể mô đun cấu thành nên sản phẩm, thấy tích hợp ghép nối thành phần Có thể biểu diễn sơ đồ dạng khối sau: Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống Cơ điện tử Trong ý nghĩa khối sau: - Phần công tác: phần trực tiếp đưa thao tác công nghệ - Đo lường: modul kết nối đối tượng với điều khiển, tạo tín hiệu phản hồi làm đầu vào cho điều khiển - Mô hình hóa: modul tạo tín hiệu đặt cho điều khiển - Bộ điều khiển: nhận tín hiệu từ modul đo lường, tính toán hiệu chỉnh đưa lệnh điều khiển nguồn động lực để có thao tác xác TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 6 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử Cơ cấu chấp hành (CCCH): modul tạo nguồn động lực cho phần công tác, nhận lệnh điều khiển trực tiếp từ điều khiển - DSP: Khối xử lý tín hiệu số Qua sơ đồ ta thấy, từ phần công tác (có thể điện, hệ học, máy công cụ, tay máy,…) cách xem xét cấu trúc mối quan hệ động lực học nội đối tượng ta thiết lập phương trình toán mô tả hoạt động đối tượng, mô đun Mô hình hóa Từ phương trình ta xác định yếu tố động lực học cần thiết để đối tượng thực đầu ý đồ công nghệ.Các thông số động lực học lưu trữ Bộ điều khiển dạng tín hiệu đặt phục vụ cho việc hiệu chỉnh hệ thống Khi đối tượng hoạt động, tín hiệu thường giám sát Sensor, Mô đun đo lường bố trí cuối hệ thống để thu thập thông tin hoạt động Phần công tác, tín hiệu thu thường dạng Analog nên cần phải mã hóa xử lý trước đưa vào Bộ điều khiển (Bộ điều khiển làm việc với Digital Signal) Quá trình thực nhờ Bộ DSP (mô đun xử lý tín hiệu), có trình gồm chuyển đổi AD, lọc, điều chế… Dưới tích hợp thành phần bao gồm: Máy tính, mạch điện tử, Vi xử lý Bộ điều khiển tiến hành so sánh tín hiệu thu với tín hiệu đặt tính toán để đưa hiệu chỉnh có sai lệch có thay đổi tín hiệu đặt Tín hiệu điều khiển đưa điều khiển dạng số (Digital) nên phải qua Bộ DSP2 để biến đổi DA đưa dạng Analog để tác động lên CCCH (cơ cấu chấp hành) để điều khiển cung cấp nguồn động lực giúp phần công tác hoạt động ý đồ công nghệ mong muốn 1.2 Vai trò vị trí hệ thống đo điện tử Hình 1.2 Các phần tử hệ thống đo điện tử TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 7 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử Cảm biến (sensor) cảm nhận đại lượng điện không điện, chuyển đổi chúng trở thành tín hiệu điện phù hợp với thiết bị thu nhận tín hiệu Gia công tín hiệu (signal conditioning) chuyển đổi tín hiệu từ cảm biến thành trạng thái phù hợp để hiển thị vào mô đun xử lý, thực xích điều khiển Hệ thống hiển thị (display system) nơi tín hiệu từ gia công tín hiệu thể dạng số so với đơn vị đo (hiển thị số) dạng biểu đồ (hiển thị tương tự) Mô đun đo lường bố trí cuối hệ thống để thu thập thông tin hoạt động Phần công tác, hệ thống đo tạo kết nối tương tác phần công tác điều khiển, từ hệ thống đo ta có tín hiệu phản hồi để làm đầu vào khởi tạo toán hiệu chỉnh điều khiển Tín hiệu thu từ hệ thống đo thường dạng Analog nên cần phải mã hóa xử lý trước đưa vào Bộ điều khiển (Bộ điều khiển làm việc với Digital Signal) Quá trình thực nhờ Bộ DSP (mô đun xử lý tín hiệu), trình gồm khuếch đại, chuyển đổi AD, lọc, điều chế, tách sóng… - Khuếch đại: tín hiệu nhỏ cần khuếch đại, chất trình dùng mạch khuếch đại làm tăng biên độ tần số tín hiệu cho phù hợp - Chuyển đổi AD: chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, chất trình mã hóa thông tin - Lọc: trình ngăn không cho số tín hiệu có tần số tạp qua, trình giúp loại bỏ tín hiệu nhiễu từ bên tác động vào hệ thống - Điều chế: cần truyền dẫn không dây trường hợp trung tâm điều khiển nằm cách xa phần công tác Bản chất trình ghép tín hiệu cần xử lý có biên độ nhỏ vào sóng mang cao tần để có đủ lượng truyền xa mà không làm méo dạng tín hiệu Tách sóng: trình thu hồi lại tín hiệu nguyên thủy từ tín hiệu điều chế => Hệ thống đo phận hệ thống điện tử đóng vai trò vô quan trọng Hệ thống đo đôi mắt hệ thống điện tử giúp hệ biết thông số, tính chất giá trị nhiệt độ, độ dịch chuyển, áp suất, TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 8 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử khoảng cách ….từ hệ thống điện tử nhận thông số sau phân tích đưa biện pháp để điều khiển giữ cho thông số của hệ thống phù hợp với yêu cầu đưa Trong hệ thống điện tử hệ thống đo nằm sau hệ thống điều khiển nằm trước điều khiển hệ thống Hệ thống đo nằm sau điêu khiển nhằm mục đích đo lường, cảm nhận thông số cần quan tâm hệ thống cần đo, xử lý biến đổi thành đại lượng phù hợp với yêu cầu đầu hệ thống đo Hệ thống đo nằm sau hệ thống điều khiển sau nhận giá trị cần quan tâm từ hệ thống điều khiển hệ thống đo biến đổi, xử lý cho phù hợp chuyển thông số nhận sang điều khiển để điều khiển đưa biến pháp điều khiển thông số cho phù hợp với yêu cầu đưa hệ thống 1.3 Ứng dụng hệ thống đo tốc độ trục quay Mạch đo tốc độ động thiết kế mạch đếm tự động, có chức hiển thị giá trị vòng quay trục động thời gian định Để xác định tốc độ mà động quay Có phương pháp dùng để đo tốc độ vòng quay khác nhau, tùy vào mục đích sử dụng để đo tốc độ vòng quay động xác 3.1 Phương pháp đo tiếp xúc Đây phương pháp củ phương pháp đo rpm Tốc độ vòng quay vật cần đo cảm biến chuyển đổi thành tín hiệu điện, tín hiệu thiết bị phân tích hiển thị Phương pháp đo sử dụng thường xuyên chủ yếu dùng cho vật có vận tốc quay thấp từ 20 rpm đến 20.000 rpm Sự bất lợi phương pháp đo tốc độ quay tải phụ thuộc nhiều vào lực tiếp xúc Ngoài ra, phương pháp đo đo cho vật có kích thước nhỏ Nếu tốc độ vòng quay lớn cảm biến bị trượt 1.3.2 Phương pháp đo không tiếp xúc (đo phản quang) Tốc độ vòng quay đo cách đo thời gian chùm tia phản xạ vật cần đo Thiết bị phát chùm tia hồng ngoại, chùm tia ánh sáng bị phản xạ lại vật cần đo phản quang dán vật cần đo Chú ý khoảng cách lớn phản quang thiết bị đo không vượt 350 mm) Phương pháp đo cao cấp phương pháp đo tiếp xúc Tuy nhiên, không TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 9 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử phải lúc ta dán phản quang lên vật cần đo Dải đo: 20 rpm đến 100.000 rpm 1.3.3 Phương pháp đo sử dụng tần số chớp Dựa vào nguyên lý tần số chớp, vật thể đứng yên mắt người quan sát tần số chớp tốc độ cao đồng với di chuyển vật Phương pháp đo có đặc tính bật phương pháp đo khác là: Phương pháp đo đo cho vật nhỏ đo nơi ta không chạm đến Không cần thiết phải dán phản quang lên vật cần đo Ví dụ ta không cần thiết phải dừng lại quy trình sản xuất Dải đo: 30 rpm đến 20.000 rpm Ngoài ra, phương pháp đo không đo rpm mà đo rung theo dõi chuyển động ví dụ như: màng rung, màng loa 1.4 Kết luận Chọn phương án : Phương pháp đo không tiếp xúc dùng led hồng ngoại Bởi số đặc điểm sau: - Phát vật thể không cần tiếp xúc với vật thể - Ít bị hao mòn, có tuổi thọ độ xác, tính ổn định cao - Thời gian đáp ứng nhanh, điều chỉnh độ nhạy theo ứng dụng - Cấu trúc cảm biến đơn giản, giá thành rẻ… Hình 1.3: Hình ảnh cảm biến thi công TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 10 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử Mô khối cảm biến : Hình 3.9: Hình ảnh khối cảm biến Sơ đồ mô hoàn thiện Hình 3.10: hình ảnh mô proteus \ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 25 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử 3.1.2 Giới thiệu phần mềm arduiro Arduino sử dụng rộng rãi giới, ngày chứng tỏ sức mạnh chúng thông qua vô số ứng dụng độc đáo người dùng cộng đồng nguồn mở Arduino thực gây sóng gió thị trường người dùng toàn giới vài năm gần đây, số lượng người dùng cực lớn đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông lên đến đại học làm cho người tạo chúng phải ngạc nhiên mức độ phổ biến Arduino thật bo mạch vi xử lý dùng để lập trình tương tác với thiết bị phần cứng cảm biến, động cơ, đèn thiết bị khác Đặc điểm bật Arduino môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, với ngôn ngữ lập trình học cách nhanh chóng với người am hiểu điện tử lập trình Và điều làm nên tượng Arduino mức giá thấp tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm Khởi động phần mềm arduino IDE Arduino IDE nơi để soạn thảo code, kiểm tra lỗi upload code cho arduino Hình 3.11: Hình ảnh khởi động phần mềm arduino TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 26 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử Giao diện cảu phần mềm Hình 3.12: hình ảnh giao diện phần mềm arduino Arduino Toolbar: có số button chức chúng sau : Arduino IDE Menu: TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 27 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử File menu: Hình 3.13: Hình ảnh file menu Mục Board : bạn cần phải lựa chọn bo mạch cho phù hợp với loại bo mà bạn sử dụng Arduino Uno phải chọn hình: TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 28 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử Hình 3.14: Hình ảnh hướng dẫn chọn arduinio uno Sau gõ code vào chương trình soạn thảo bạn cần click vào dấu tích để kiểm tra code Tạo File Hex Chúng ta cần phải có file Hex để cung cấp cho proteus bấm play chương trình hoạt động Cách tạo file Hex Arduino IDE sau: TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 29 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử Click vào File chọn Preferences Hình 3.15: Hình ảnh hướng dẫn tạo file HEX Các bạn check vào compilation OK Sau tiếp tục bấm vào dấu tích để load hex Chương trình tự động built file hex lưu đường dẫn hình Hình 3.16: Hình ảnh đường dẫn chứa file HEX TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 30 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử Chép file hex thư mục sau mở proteus lên double click vào Aruino Uno Hình 3.17: Hình ảnh load Hex phần mềm proteus Bấm vào vị trí số chọn nơi lưu file hex chọn tiếp Open, OK Play 3.2 Thi công sản phẩm Sảm phẩm sau thiết kế thi công theo trình tự hoạt động tốt TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 31 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử Hình 3.18: Hình ảnh sản phẩm hoàn thiện Hình 3.19: Hình ảnh sản phẩm hoạt động TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 32 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử Tài liệu tham khảo [1] Giáo trình vi điều khiển- vi xử lý 2012 _ Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên [2] Giáo trình hệ thống đo điện tử _Thầy Nguyễn Ngọc Hà _ Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên [3] https://www.wikipedia.org/ [4] http://codientu.org/threads/1919/ [5] http://tutaylam.com/news/cong-nghe/tu-lam-may-do-toc-do-quay-bangcam-bien-quang-343/ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 33 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử Phụ Lục CODE CHƯƠNG TRÌNH VI XỬ LÝ : #include #include ShiftLCD lcd(8 ,10 , 9); volatile byte REV; unsigned long int rpm, maxRPM; unsigned long time; int ledPin = 12; int led = 0,RPMlen , prevRPM; int flag = 0; long prevtime = 0; void setup() {Serial.begin(9600); lcd.begin(16, 2); attachInterrupt(0, RPMCount, RISING); REV = 0; rpm = 0; time = 0; TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 34 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử pinMode(ledPin, OUTPUT); pinMode(3, OUTPUT); pinMode(4, OUTPUT); digitalWrite(3, HIGH); digitalWrite(4, LOW); lcd.print("D.A THIET KE"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("-HE THONG DO"); delay(10000); lcd.clear(); } void loop() { long currtime = millis(); long idletime = currtime - prevtime; if(REV >= ) { if(flag==0) { lcd.clear(); lcd.print("CAM BIEN DO"); TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 35 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử flag=1; } rpm = 30*1000/(millis() - time)*REV; if(rpm > maxRPM) maxRPM = rpm; time = millis(); REV = 0; int x= rpm; while(x!=0) { x = x/10; RPMlen++; } if(RPMlen!=prevRPM) { lcd.clear(); prevRPM = RPMlen; flag=0; lcd.print("CAM BIEN DO"); } lcd.setCursor(0, 1); TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 36 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử lcd.print(rpm,DEC); lcd.setCursor(6,1); lcd.print("RPM"); delay(500); prevtime = currtime; } if(idletime > 5000 ) { if(flag==1) { lcd.clear(); flag=0; } lcd.clear(); lcd.print("MAXIMUM RPM"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print(maxRPM,DEC); lcd.print(" RPM"); delay(2000); lcd.clear(); lcd.print("Thiet Ke"); lcd.setCursor(0, 1); TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 37 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử lcd.print("-He Thong Do"); delay(2000); prevtime = currtime; } } void RPMCount() { REV++; if (led == LOW) { led = HIGH; } else { led = LOW; } digitalWrite(ledPin, led); } TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 38 Đồ án thiết kế hệ thống đo điện tử TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN 39 ... THỐNG ĐO TỐC ĐỘ TRỤC QUAY THEO NGUYÊN LÝ KHÔNG TIẾP XÚC 2.1 Nguyên lý đo tốc độ Tốc độ vòng quay đo cách đo thời gian chùm tia phản xạ vật cần đo Thiết bị phát chùm tia hồng ngoại, chùm tia ánh sáng... dụng hệ thống đo tốc độ trục quay 1.4 Kết luận 10 CHƯƠNG : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO TỐC ĐỘ TRỤC QUAY THEO NGUYÊN LÝ KHÔNG TIẾP XÚC 11 2.1 Nguyên lý đo tốc độ ... thống đo tốc độ trục quay Mạch đo tốc độ động thiết kế mạch đếm tự động, có chức hiển thị giá trị vòng quay trục động thời gian định Để xác định tốc độ mà động quay Có phương pháp dùng để đo tốc độ