Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay khi khoa học công nghệ đang phát triển mạnh mẽ.Động cơ một chiều có nhiều ứng dụng trong điều khiển và sản xuất nhất là trong côngnghiệp. Trong đó nó đòi hỏi là động cơ phải có nhiều cấp tốc độ có thể tăng giảm dễdàng,độ ổn định tốc độ cao nên động cơ một chiều đã được sử dụng khá phổ biến như:truyền động cho một số máy như máy nghiền,máy nâng vận chuyển, điều khiển băng tải, điều khiển các robot…Với sự ra đời và phát triển của vi xử lý thì vấn đề điều khiển động cơ DC khôngcòn là vấn đề khó khăn nữa. Động cơ có thể điều khiển với nhiều cấp tốc độ khác nhauvà điều khiển dừng, đảo chiểu , nhanh chậm dễ dàng được Đây chính là ý tưởng để nhóm thực hiện đề tài thiết kế “ Mạch điều khiển Động Cơ DC “
Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : KS Vũ Thị Hường TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG * * * ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU Phần A Thiết kế hệ thống báo khẩn trong bệnh viện dùng cho bệnh nhân Phần B Thiết kế hệ thống báo khẩn trong bệnh viện dùng cho bệnh nhân Phần C Giảng viên hướng dẫn: KSVũ Thị Hường Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Doanh Nguyễn Hồng Việt 1 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : KS Vũ Thị Hường Hà Nội ngày 21tháng 6 năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên : …………………………………… Số hiệu sinh viên : …………… Khóa : ………… Viện : Điện tử - Viễn thông Ngành : ………………………… 1. Đầu đề đồ án : ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu : ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán : ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 4. Các bản vẽ , đồ thị : ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 5. Họ tên giảng viên hướng dẫn : ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 2 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : KS Vũ Thị Hường 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án : ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 7. Ngày hoàn thành đồ án : …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …… Ngày tháng năm Chủ nhiệm bộ môn Giảng viên hướng dẫn Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm Cán bộ phản biện 3 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : KS Vũ Thị Hường BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: …………………………………Số hiệu sinh viên…………… Ngành :…………………………………………… Khóa: ……………………… Giảng viên hướng dẫn : …………………………………………………………… Cán bộ phản biện : ………………………………………………………………… 1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp : …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… 4 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : KS Vũ Thị Hường …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………… 2. Nhận xét của cán bộ phản biện : …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ………… Ngày tháng năm Cán bộ phản biện 5 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : KS Vũ Thị Hường LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay khi khoa học công nghệ đang phát triển mạnh mẽ.Động cơ một chiều có nhiều ứng dụng trong điều khiển và sản xuất nhất là trong côngnghiệp. Trong đó nó đòi hỏi là động cơ phải có nhiều cấp tốc độ có thể tăng giảm dễdàng,độ ổn định tốc độ cao nên động cơ một chiều đã được sử dụng khá phổ biến như:truyền động cho một số máy như máy nghiền,máy nâng vận chuyển, điều khiển băng tải, điều khiển các robot…Với sự ra đời và phát triển của vi xử lý thì vấn đề điều khiển động cơ DC khôngcòn là vấn đề khó khăn nữa. Động cơ có thể điều khiển với nhiều cấp tốc độ khác nhauvà điều khiển dừng, đảo chiểu , nhanh chậm dễ dàng được Đây chính là ý tưởng để nhóm thực hiện đề tài thiết kế “ Mạch điều khiển Động Cơ DC “ Chúng em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy cô trong Viện Điện Tử - Viễn Thông đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức chuyên ngành cho chúng em trong thời gian vừa qua. Đặc biệt người thực hiện xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cô Vũ Thị Hườngvì sự tận tình hướng dẫn cũng nhưđã tạo những điều kiện thuận lợi nhất cho chúng em để có thể thực hiện và hoàn thành tốt đề tài này. Chúng em cũng không quên cảm ơn các bạn trong lớp đã trao đổi, góp ý để người thực hiện hoàn thành đề tài này một cách tốt đẹp và đúng thờigian. Mặc dù đã có nhiều cố gắng và nỗ lực thực hiện, nhưng do kiến thức cũng như khả năng bản thân còn nhiều hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài không thể tránh khỏi những sai phạm, thiếu sót…Rất mong nhận được sự góp ý, chỉ dẫn từ thầy cô và các bạn sinh viên. Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! 6 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : KS Vũ Thị Hường TÓM TẮT ĐỒ ÁN • Vận dụng những kiến thức đã được học trong quá trình học tập ở nhà trường nhóm chúng em thực hiện đồ án này:Điều khiển động cơ một chiều (DC). • Sử dụng động cơ điện 1 chiều có gắn Encoder dùng để đưa tín hiệu tốc độ dưới dạng xung về vi điều khiển sau đó hiển thị lên màn hình LCD 16 kí tự 2 dòng. • Với yêu cầu là điều khiển : Dừng, Quay thuận, Quay nghịch, Tăng tốc, Giảm tốc. • Để điều khiển tốc độ của động cơ một chiều thì có rất nhiều phương pháp,trong đồ án của mình chúng em xin trình bày điều khiển động cơ dùng họ vi điều khiển AVR bằng phương pháp đếm xung (dùng động cơ có sử dụng encoder). • Trong đồ án của mình chúng em sử dụng IC Atmega16để lập trình điều khiển động cơ một chiều DC 5V. MỤC LỤC 7 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : KS Vũ Thị Hường Chương 1: Mở Đầu 1.1Khái quát vấn đề 1.2 Mục tiêu yêu cầu của đề tài 1.3 Nội dung đề tài Chương 2:Cơ sở lý thuyết 2.1 Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM 2.2 Các linh kiện sử dụng trong mạch • 2.2.1 Giới thiệu vi điều khiển ATmega16 • 2.2.2 Mô tả Atmega16 o 2.2.2a Sơ đồ chân ATmega16 o 2.2.2b Chức năng các chân Atmega16 2.2.3 IC tạo nguồn ổn áp chuẩn 7805 2.2.4 Màn hình LCD • 2.2.4.1 Cấu tạo • 2.2.4.2Các lệnh giao tiếp LCD 2.2.5 Động cơ DC Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thống 3.1 Thiết kế phần cứng • 3.1.1 Mạch nguyên lý • 3.1.2 Các khối chính 3.2 Mạch in 3.3 Mạch thực tế sau khi thi công Chương 4: Lưu đồ và Code chương tình 4.1 Lưu đồ chương trình 4.2 Codechương trình Chương 5: Kết luận và hướng phát triển 5.1 Kết luận 5.2 Hướng phát triển Chương 1. Mở đầu 1.1Khái quát vấn đề Ngày nay, nhu cầu học tập và nghiên cứu các ứng dụng công nghệ Vi điều khiển 8 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : KS Vũ Thị Hường ngày càng tăng trưởng mạnh mẽ. Các công trình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này đều rất phong phú, đa dạng. Vi điều khiển đang dần dần thay thế con người trong các ứng dụng trong thực tiễn, và một số ứng dụng thực tiễn của Vi điều khiển như: Điều khiển tốc độ động cơ, thiết kế bảng led điện tử, đếm sản phẩm, đo và khống chế nhiệtđộ… Với ưu điểm là điều khiển tốc độ động cơ dễ dàng, độ ổn định tốc độ cao nên động cơ một chiều đã được sử dụng khá phổ biến như: truyền động cho một số máy như máy nghiền ,máy nâng vận chuyển, điều khiển băng tải, điều khiển các robot… Động cơ 1 chiều có nhiều ứng dụng trong điều khiển và sản xuất nhất là trong công nghiệp. Trong đó nó đòi hỏi là động cơ phải có nhiều cấp tốc độ có thể tăng giảm dễdàng. Với sự ra đời và phát triển của vi xử lý thì vấn đề điều khiển động cơ 1 chiều không còn là vấn đề khó khăn nữa. Động cơ có thể điều khiển với nhiều cấp tốc độ khác nhau và điều khiển dừng, đảo chiểu , nhanh chậm dễ dàng được. 1.2 Mục tiêu yêu cầu của đề tài: Vi xử lý AVR là loại dòng vi xử lý khá là thông dụng đã có mặt từ rất lâu và được ứng dụng vào nhiều các thiết bị điều khiển hay tự động hóa. Nên việc điều 9 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : KS Vũ Thị Hường khiển động cơ 1 chiều với dòng vi xử lý này là 1 phương pháp tối ưu và kinh tế đối với bài toán điều khiển động cơ DC ngày nay. 1.3 Nội dung đề tài. Ứng dụng vi điều khiển AVR để chế tạo mạch điều khiển tốc độ động cơ DC. Chương 2 : Cơ sở lý thuyết Đối với điều khiển tốc độ động cơ DC trong robot, phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation) hay được gọi tắt 10 [...]... trận điểm 5x10 31 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : KS Vũ Thị Hường F=0 : Ma trận điểm 5x7 BF=1 : LCD bận BF=0 : LCd có thể nhận lệnh 2.2.5 Động cơ một chiều ( Động cơ DC) Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng một chiều Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũng như công nghiệp. Thông thường động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độ duy nhất khi nối với... trong mạch Có rất nhiều loại vi điều khiển khác nhau có thể sử dụng trong mạch điều khiển tốc độ DC này như vi điều khiển PIC , 8051,AVR… Vi điều khiển AVR có nhiều ưu điểm hơn so với 8051, PIC như hỗ trợ kết nối ngoại vi tốt hơn, tốc độ xử lý nhanh hơn, lập trình đơn giản hơn 2.2.1Giới thiệu Vi Điều Khiển ATmega16 AVR là họ vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất.Đây là họ vi điều khiển 8 bit, 12 Đồ Án Tốt. .. thể điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ với sự hỗ trợ của các mạch điện tử cùng phương pháp PWM Cấu tạo của động cơ gồm có 2 phần: stato đứng yên và rôto quay so với 32 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : KS Vũ Thị Hường stato Phần cảm (phần kích từ-thường đặt trên stato) tạo ra từ trường đi trong mạch từ, xuyên qua các vòng dây quấn của phần ứng (thường đặt trên rôto) Khi có dòng điện chạy trong mạch. .. động bởi các lực điện từ theo phương tiếp tuyến với mặt trụ rôto, làm cho rôto quay Tùy theo cách mắc cuộn dây roto và stato mà người ta có các loại động cơ • sau: Động cơ kích từ độc lập: Cuộn dây kích từ (cuộn dây stato) và cuộn dây • phần ứng (roto) mắc riêng rẽ nhau, có thể cấp nguồn riêng biệt Động cơ kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần • ứng Đối với loại động cơ. .. ghi độc lập với 1 lệnh thực thi trong 1 chu kỳ xung nhịp Cấu trúc đạt được có tốc độ xử lý nhanh gấp 10 lần so với vi điều khiển CISC thông thường Với các tính năng đã nêu trên, khi ở chế độ nghỉ (Idle), CPU vẫn 15 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : KS Vũ Thị Hường cho phép các chức năng khác hoạt động như: USART, giao tiếp 2 dây, chuyển đổi A/D, SRAM, bộ đếm/bộ định thời, cổng SPI và các chế độ ngắt Chế độ Power-down... chia tần số độc lập và chế độ so sánh 1 bộ định thời/bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, chế độ so sánh vàchế độ bắt mẫu (Capture) Bộ đếm thời gian thực với bộ dao động độc lập Bốn kênh PWM Bộ ADC 8 kênh 10 bit 13 Đồ Án Tốt Nghiệp • • • • • • • • • • • • • • • • • GVHD : KS Vũ Thị Hường Bộ truyền dữ liệu đồng bộ/bất đồng bộ USART Bộ truyền dữ liệu chuẩn SPI Watchdog timer khả trình với bộ dao động nội riêng... Cuộn dây kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần • ứng Đối với loại động cơ kích từ độc lập, người ta có thể thay thế cuộn dây kích từ bởi nam châm vỉnh cữu, khi đó ta có loại động cơ điện 1 chiều dùng nam • châm vĩnh cữu Đây là loại động cơ được sử dụng trong đồ án này Encoder của động cơ điện 1chiều 33 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : KS Vũ Thị Hường Trong bài này chúng ta sử dụng Incremental Optical... Brown-out khả trình Bộ tạo dao động nội Nguồn ngắt nội và ngoại 6 chế động : Idle, ADC noise reduction, Power-save, Power-down, Standby và Extended Standby Ngõ vào/ra: có 32 ngõ vào ra Điện áp hoạt động: 2.7V – 5.5V đối với Atmega16L 4.5V – 5.5V đối với Atmega16 Tần số hoạt động: 0 – 8MHz đối với Atmega16L 0 – 16MHz đối với Atmega16 2.2.2aCấu trúc bên trong 14 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : KS Vũ Thị Hường... kỳ dữ liệu nào lên Các mã lệnh LCD 26 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : KS Vũ Thị Hường 2.2.4b Các lệnh giao tiếp LCD Để thực hiện các giao tiếp với LCD cần có các lệnh và địa chỉ lệnh Các lệnh được mô tả dưới bảng sau: 27 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : KS Vũ Thị Hường 28 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : KS Vũ Thị Hường 29 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : KS Vũ Thị Hường 30 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD : KS Vũ Thị Hường Ghi chú: •... Án Tốt Nghiệp GVHD : KS Vũ Thị Hường là điều xung, băm xung hoặc PWM 2.1Phương pháp điều xung PWM PWM là phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫm đếm sự thay đổi điện áp ra Các PWM khi biến đổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sườn dương hay hoặc là sườn âm Trên là đồ thị dạng xung khi điều khiển . điều khiển như: Điều khiển tốc độ động cơ, thiết kế bảng led điện tử, đếm sản phẩm, đo và khống chế nhiệtđộ… Với ưu điểm là điều khiển tốc độ động cơ dễ dàng, độ ổn định tốc độ cao nên động. điều khiển động cơ DC ngày nay. 1.3 Nội dung đề tài. Ứng dụng vi điều khiển AVR để chế tạo mạch điều khiển tốc độ động cơ DC. Chương 2 : Cơ sở lý thuyết Đối với điều khiển tốc độ động cơ DC trong. nghịch, Tăng tốc, Giảm tốc. • Để điều khiển tốc độ của động cơ một chiều thì có rất nhiều phương pháp,trong đồ án của mình chúng em xin trình bày điều khiển động cơ dùng họ vi điều khiển AVR