Đồ án vi xử lí điều khiển Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đồ án môn học cơng trình nghiên cứu thực nhóm, nội dung thực dựa sở nghiên cứu lý thuyết, thực tiễn hướng dẫn Th.S Lại Văn Song Nội dung luận án có tham khảo sử dụng số thơng tin, tài liệu từ nguồn sách, tạp chí liệt kê danh mục tài liệu tham khảo Các kết đồ án hoàn toàn trung thực Hà nội, ngày 15 tháng năm 2013 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Anh Đức Nguyễn Văn Giang Page | Lời cảm ơn Lời cho phép chúng em gửi lời cảm ơn tới nhà trường, khoa học kĩ thuật tự động hóa, thầy dạy dỗ dìu dắt chúng em suốt năm học vừa qua truyền thụ cho chúng em kiến thức chuyên ngành lĩnh vực liên quan để sau đời em làm việc, đóng góp cho xã hội Trong thời gian qua chúng em cố gắng nhiều để hồn thành đề tài mình, hạn chế mặt kiến thức nội dung nghiên cứu rộng nên chắn có nhiều thiếu sót Chúng em xin chân thành cảm ơn Ths Lại Văn Song giúp đỡ tư vấn cho em nhiều trình thực đề tài Sự hướng dẫn thầy yếu tố quan trọng để chúng em có thành cơng đồ án Cuối chúng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè thành viên lớp K56-TĐH sát cánh hỗ trợ em trình thực đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn Page | Nhận xét giáo viên hướng dẫn Page | Danh mục bảng biểu, hình ảnh Hình 2.1: Sơ đồ khối vi điều khiển 8051 11 Hình2.2 Sơ đồ chân vi điều khiển AT89C51 12 Hình 2.3 Sơ đồ kết nối chân RST -14 Hình 2.4 Sơ đồ kết nối chân XTAL1, XTAL2 14 Hình 2.5 Các vùng nhớ AT89C51 15 Hình 2.6 Mặt cắt ngang trục động điện chiều 16 Hình 2.7 Phân loại động điện chiều -17 Hình 2.8 Ngun lí hoạt động mạch cầu H -18 Hình 2.9 Sơ đồ chân IC L298D 19 Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lí IC L298D -19 Hình 2.11 Cảm biến mưa 21 Hình 2.12 Cơng tắc hành trình 22 Hình 3.1 Sơ đồ mạch điều khiển giàn phơi thông minh 26 Hình 3.2 Mạch PCB 26 Bảng 2.1 Bảng chức Port 13 Page | Mục lục Lời cam đoan Lời cảm ơn - Nhận xét giáo viên hướng dẫn Danh mục bảng biểu, hình ảnh Mục lục Lời nói đầu CHƯƠNG I :TỔNG QUAN VỀ GIÀN PHƠI QUẦN ÁO THÔNG MINH 1.1 Giới thiệu 1.2 Mục tiêu đề tài -8 1.3 Nội dung đề tài -9 1.4 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC THIẾT BỊ KHÁC- - -10 2.1 Vi điều khiển AT89C51 10 2.2 Động chiều - 16 2.3 Mạch cầu H ( H-Bridge Circuit ) -18 2.4 Cảm biến mưa 20 2.5 Cơng tắc hành trình 22 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN GIÀN PHƠI THÔNG MINH -23 3.1 Lưu đồ giải thuật -23 3.2 Chương trình điều khiển - 24 3.3 Sơ đồ nguyên lí - 26 3.4 Gia công mạch in 26 Kết thảo luận 27 Kết luận kiến nghị 29 Tài liệu tham khảo 30 Page | Lời nói đầu Ngày với phát triển khoa hoc kĩ thuật,cũng nhu cầu đòi hỏi cuả người ngày cao nhiều lĩnh vực đời sống xã hội Trong có nhu cầu sống tiện nghi,thông minh Điều thúc nhà khoa học thiết kế chế tạo sản phẩm đáp ứng tiện nghi,thông minh Một số cần kể tới giàn phơi quần áo thông minh Với nước phát triển sử dụng rộng rãi phổ biến, nước phát triển có Việt Nam có xu hướng tìm cho tiện nghi,thơng minh Mặt khác với phát triển khu nhà hay khu chung cư với diện tích khơng lớn mà việc nhỏ gọn mà đáp ứng yêu cầu cần thiết khu chung cư Vì việc có giàn phơi quần áo thông minh không chiếm diện tích ban cơng nơi ban cơng nhỏ lắp giàn phơi thơng minh giúp thoát khỏi rắc rối việc phơi quần áo Trên nhu cầu chúng tơi bắt tay vào thiết kế mạch điều khiển giàn phơi quần áo thông minh Page | CHƯƠNG I :TỔNG QUAN VỀ GIÀN PHƠI QUẦN ÁO THÔNG MINH 1.1 Giới thiệu Ngày nay, kỹ thuật điện tử liên tục có tiến vượt bậc, đặc biệt kỹ thuật chế tạo vi mạch điện tử công nghệ chế tạo cảm biến Sự đời phát triển nhanh chóng kỹ thuật điện tử mà đặc trưng kỹ thuật vi xử lý kỹ thuật công nghệ chế tạo cảm biến tạo bước ngoặt quan trọng phát triển khoa học kỹ thuật tạo tiền đề cho việc chế tạo sảm phẩm máy móc có tính tự động hóa cao thơng minh Với thời tiết Việt Nam, mua hè thường xuyên xuất mưa rào làm cho việc phơi quần áo gặp nhiều khó khăn Một vài năm gần thị trường xuất giải pháp cho phơi quần áo gia đình, giàn phơi thơng minh Giàn phơi thơng minh có nhiều ưu điểm an tồn, tiện lợi tiết kiệm diện tích nhiên sản phẩm giàn phơi quần áo thơng minh có mặt thị trường hoàn toàn nhập chủ yếu từ Đài Loan , Trung Quốc … với giá thành đắt Nhằm khắc vấn nạn nhếch nhách chung cư, đô thị tạo tiện nghi cho sống ngày, chúng em bắt tay vào nghiên cứu thực đề tài “thiết kế thống điều khiển cho giàn phơi quần áo thông minh’’ 1.2 Mục tiêu đề tài Nghiên cứu xây dựng mơ hình điều khiển giàn phơi thơng minh dựa vi điều khiển AT89C51 Từ phát triển cao hơn, đưa điều khiển áp dụng vào thực tế Làm quen với việc tính tốn thiết kế , chế tạo, nguyên lý hoạt động giàn phơi củng cố phần lý thuyết mạch điện tử, cảm biến mạch điều khiển vi điều khiển 1.3 Nội dung đề tài Page | Việc thực nghiên cứu đề tài ‘‘thiết kế chế tạo điều khiển cho giàn phơi quần áo thông minh ’’ điều kiện : - Thời gian thực đề tài học kỳ - Kinh nghiệm thực tế chưa nhiều - Vật tư linh kiện không đồng Vì chúng em thực nghiên cứu đề tài với đặc điểm sau đây: - Lập trình vi xử lý AT89C51 - Thiết kết chế tạo mạch điều khiển động DC - Thiết kết mơ hình thí nghiệm giàn phơi Giàn phơi quần áo thông minh đa dạng nguồn gốc ,chủng loại tính hoạt động Đề tài thiết kế giàn phơi thông minh nghiên cứu, câu lạc cơng nghệ đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên thiết kế sản phẩm tương đối hoàn chỉnh 1.4 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp kế thừa: Kế thừa từ tài liệu, cơng trình nghiên cứu trước hai mảng đề tài: Cấu trúc vi điều khiển 8051 điều khiển động điện chiều Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng: Sau xây dựng xong sở lý thuyết đề tài tiến hành thử nghiệm hoạt động thiết bị có Các bước tiến hành nghiên cứu tìm hiểu sở lý thuyết vấn đề nghiên cứu, tiến hành thiết kế chương trình điều khiển mạch điều khiển, sau thử nghiệm mơ hình để đưa kết luận Page | CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC THIẾT BỊ KHÁC 2.1 Vi điều khiển AT89C51 Đặc điểm chức hoạt động IC họ MSC-51 hoàn toàn tương tự Ở giới thiệu IC8951 họ IC vi điều khiển hãng Intel Mỹ sản xuất Chúng có đặc điểm chung sau: + KB PEROM (Flash Programmable and Erasable Read Only Memory), có khả tới 1000 chu kỳ ghi xố + Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz + mức khóa nhớ lập trình + 128 Byte RAM nội + Port xuất /nhập I/O bit + Timer/counter 16 Bit + nguồn ngắt + Giao tiếp nối tiếp điều khiển phần cứng + 64 KB vùng nhớ mã + 64 KB vùng nhớ liệu + Cho phép xử lý bit + 210 vị trí nhớ định vị bit + chu kỳ máy (4 µs thạch anh 12MHz) cho hoạt động nhân chia + Có chế độ nghỉ (Low-power Idle) chế độ nguồn giảm (Power-down) + Ngoài ra, số IC khác họ MCS-51 có thêm định thời thứ 256 byte RAM nội Page | liệu) Do số đường địa MCS-51 16 bit (Port chứa bit thấp Port chứa bit cao) nên nhớ ngồi giải mã tối đa 64KB 2.2 Động chiều Khái quát động điện chiều Hiện động điện chiều dùng phổ biến hệ thống truyền động điện chất lượng cao, dải công suất động chiều từ vài watt đến hàng mê-ga watt Đây loại động đa dạng linh hoạt, đáp ứng u cầu mơmen, tăng tốc, hãm với tải trọng nặng Động điện chiều dễ dàng đáp ứng với truyền động khoảng điều khiển tốc độ rộng đảo chiều nhanh với nhiều đặc tuyến quan hệ mômen – tốc độ Trong động điện chiều, biến đổi điện mạch chỉnh lưu điều khiển Chỉnh lưu dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng động Chỉnh lưu thường sử dụng chỉnh lưu cầu pha Nguyên lí, cấu tạo động điện chiều Giống loại động điện khác, động điện chiều gồm có stator rotor Động điện chiều gồm có stator, rotor, cổ góp chổi điện trình bày hình sau Hình 2.6 Mặt cắt ngang trục động điện chiều Stator: gọi phần cảm, gồm dây quấn kích thích quấn tập trung cực từ stator Các cực từ stator ghép cách điện từ thép kỹ thuật điện dập định hình sẵn có bề dày 0,5-1mm, gắn gông từ thép đúc, vỏ máy Page | 15 Rotor: gọi phần ứng, gồm lõi thép phần ứng dây quấn phần ứng lõi thép phần ứng có hình trụ, ghép từ thép kỹ thuật điện ghép cách điện với Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử, đặt vào rãnh lõi thép rotor Các phần tử dây quấn rotor nối tiếp thơng qua góp cổ góp Lõi thép phần ứng cổ góp cố định trục rotor Cổ góp chổi điện: làm nhiệm vụ đảo chiều dòng điện dây quấn phần ứng Phân loại động điện chiều Dựa vào hình thức kích từ, người ta chia động điện chiều thành loại sau: - Động điện chiều kích từ độc lập(a): Dòng điện kích từ lấy từ nguồn riêng biệt so với phần ứng Trường hợp đặc biệt, từ thơng kích từ tạo nam châm vĩnh cữu, người ta gọi động điện chiều kích thích vĩnh cửu - Động điện chiều kích từ song song(b): Dây quấn kích từ nối song song với mạch phần ứng.b - Động điện chiều kích từ nối tiếp(c): Dây quấn kích từ mắc nối tiếp với mạch phần ứng - Động điện chiều kích từ hỗn hợp(d): Dây quấn kích từ có hai cuộn, dây quấn kích từ song song dây quấn kích từ nối tiếp Trong đó, cuộn kích từ song song thường cuộn chủ đạo Hình 2.7 Phân loại động điện chiều Điều chỉnh tốc độ động điện chiều Ưu điểm động điện chiều so với loại động điện khác khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng, điều chỉnh tốc độ đơn giản, dễ chế tạo Do đó, điều kiện bình thường, cấu có yêu cầu chất lượng điều chỉnh Page | 16 tốc độ cao, phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, người ta thường sử dụng động điện chiều Đối với hệ thống truyền động điện chiều có yêu cầu điều chỉnh tốc độ cao thường sử dụng động điện chiều kích từ độc lập Trong phạm vi đồ án này, xét khả đảo chiều động điện chiều kích từ độc lập 2.3 Mạch cầu H ( H-Bridge Circuit ) Cơng dụng ngun lí hoạt động Mạch cầu H mạch điện giúp đảo chiều dòng điện qua đối tượng Đối tượng động DC mà cần điều khiển Mục đích điều khiển cho phép dòng điện qua đối tượng theo chiều A đến B B đến A Từ giúp đổi chiều quay động Hiện nay, loại mạch cầu H thiết kế từ linh kiện rời như: BJT cơng suất, Mosfet, … Còn có loại mạch cầu H tích hợp thành IC như: L293D L298D Do đối tượng điều khiển đề tài động DC có điện áp 12V công suât nhỏ nên em dùng mạch cầu H đảo chiều động IC L298 Hình 2.8 Nguyên lí hoạt động mạch cầu H Mạch cầu H L298D L298D chip toch1 hợp mạch gói 15 chân L298D có điện áp danh nghĩa cao (lớn 50V) dòng điện danh nghĩa lớn 2A nên thích hợp cho ứng dụng công suất nhỏ động DC loại vừa nhỏ Page | 17 Hình 2.9 Sơ đồ chân IC L298D Hình 2.10 Sơ đồ ngun lí IC L298D Có mạch cầu H chip L298D nên điều khiển đối tượng riêng với chip Mỗi mạch cầu H bao gồm đường nguồn Vs (thật đường chung cho mạch cầu), chân current sensing (cảm biến dòng) phần cuối mạch cầu H, chân không nối đất mà bỏ trống người dùng nối điện trở nhỏ gọi sensing resistor.Bằng cách đo điện áp rơi điện trở tính dòng qua điện trở, dòng qua động cơ, mục đích việc để xác định dòng tải Nếu việc đo lường khơng cần thiết ta nối chân với GND Page | 18 Động nối với chân OUT1, OUT2 OUT3, OUT4.Chân EN (ENA ENB) cho phép mạch cầu hoạt động, chân kéo lên mức cao L298D không dùng để đảo chiều động mà điều khiển vận tốc động PWM.Trong thực tế, cơng suất thực ma L298D tải nhỏ giá trị danh nghĩa (U =50V, I =2A) Để tăng dòng tải chíp lên gấp đơi, nối hai mạch cầu H song song với (các chân có chức mạch cầu nối chung) 2.4 Cảm biến mưa Thông số kỹ thuật : - Điện áp: 5V - Led báo nguồn ( Màu xanh) - Led cảnh báo mưa ( Màu đỏ) - Hoạt động dựa nguyên lý: Nước rơi vào board tạo môi trường dẫn điện Có dạng tín hiệu: Analog( AO) Digital (DO) - Dạng tín hiệu : TTL, đầu 100mA ( Có thể sử dụng trực tiếp Relay, Còi công suất nhỏ ) - Điều chỉnh độ nhạy biến trở - Sử dụng LM358 để chuyển AO > DO Kích thước Board: - Kích thước: 5.4*4.0 mm - Dày 1.6 mm Cách sử dụng Kết nối với nguồn 5V - DO: Đầu mức cao (1), có nước đèn đỏ sáng, đồng thời đầu mức thấp (0) Có thể xử dụng để ĐK relay, Còi đưa vào chân I/O VĐK - AO: Dùng để xác định độ lớn giọt nước, cách đưa vào ADC VĐK - Điều chỉnh độ nhạy biến trở Page | 19 Hình 2.11 Cảm biến mưa Page | 20 2.5 Công tắc hành trình Là loại cảm biến đóng ngắt (dạng on- off) dùng để đóng ngắt mạch điện điều khiển truyền động điện, tự động theo tín hiệu “hành trình” cấu truyền động khí nhằm tự động điều khiển hành trình làm việc cắt cuối hành trình để đảm bảo an tồn Hình 2.12 Cơng tắc hành trình Cấu tạo nguyên lý làm việc - Cấu tạo gồm cặp tiếp điểm thường đóng cặp tiếp điểm thường mở, cấu truyền động - Nguyên lý làm việc: Khi có lực tác động vào nút nhấn, tiếp điểm thường đóng thay đổi trạng thái từ đóng sang mở, sau tiếp điểm thường mở thay đổi trạng thái từ mở sang đóng (tiếp điểm thường đóng mở trước, sau tiếp điểm thường mở đóng lại) lúc mạch hở điều làm động dừng tức vị trí mà ta thiết lập Khi khơng lực tác động trở lại trạng thái ban đầu Page | 21 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN GIÀN PHƠI THÔNG MINH 3.1 Lưu đồ giải thuật Page | 22 3.2 Chương trình điều khiển #include void delay(unsigned int x) { int i; for (i=0;i