Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế mạch điều phần cứng có thể thực hiện ở nhiều phương pháp khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu của đề tài, ở đề tài “ Thiết kế mạch điều khiển tốc độ động cơ DC, đo và hiển thị tốc độ hiển thị lên LCD “, chúng em xác định được các linh kiện phần cứng cần có trong mạch và mỗi chi tiết phần cứng đều phải đáp ứng yêu cầu bài toán : Nguồn cung cấp : Mạch điều khiển cần có một nguồn cung cấp điện ổn định để cung cấp năng lượng cho động cơ và các linh kiện điện tử khác ở trong mạch, đặc biệt là bộ xử lý trung tâm. Sử dụng bộ nguồn hạ áp ACDC phù hợp cho động cơ DC. Bộ xử lý trung tâm : Đóng vai trò quan trọng nhất trong mạch. Bộ xử lý trung tâm sử dụng những vi điều khiển có thể thực hiện được những thuật toán điều khiển tốc độ, đo tốc độ động cơ và đảm bảo sự tương thích giữa các linh kiện trong mạch. Bộ công suất : Cần có một bộ gia tăng công suất bởi vì đầu ra của bộ xử lý trung tâm không thể trực tiếp điều khiển động cơ do dòng điện và điện áp không đủ đáp ứng. Bộ công suất sử dụng các linh kiện điện tử liên quan đến mạch khuếch đại công suất để cung cấp lượng điện năng phù hợp cho động cơ hoạt động. Phần mềm Thiết kế phần mềm, xây dựng thuật toán điều khiển tốc động động cơ và đo tốc độ động cơ, mang tính tương đối. Ứng dụng lập trình C và các phần mềm chuyên dụng để tạo ra một chương trình hoàn thiện với đầy đủ các yêu cầu của bài toán đặt ra : Điều khiển tốc độ : Chương trình điều khiển tốc độ động cơ DC sử dụng thuật toán phù hợp như điều khiển PWM ( Pulse Width Modulation) hoặc các phương pháp khác. Đo tốc độ và hiển thị : Ứng dụng các công thức liên quan đến việc điều khiển tốc độ động cơ khi đã được biết một vài thông số. Tiến hành gửi dữ liệu lên màn hình hiển thị các thông số liên quan đến tốc độ, tần số và chu kỳ xung. Đọc giá trị điện áp : Sử dụng cấu trúc phần cứng từ đó cấu hình các giá trị, các thông số phù hợp để từ đó ứng dụng vào điều khiển tốc độ động cơ. Các thành phần của mạch điện Bộ điều khiển tốc độ động cơ một chiều, đo và hiển thị tốc độ lên màn hình LCD bao gồm các khối chức năng, các thành phần cơ bản như mạch điều khiển , mạch nguồn, mạch hiển thì và mạch công suất. Động cơ DC và cảm biến xác định tốc độ và chiều quay của động cơ
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hưng yên, ngày tháng năm 2023 Giáo viên hướng dẫn MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 2 LỜI MỞ ĐẦU 5 CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU .1 1.1 Lý do chọn đề tài 1 1.2 Lịch sử nghiên cứu 1 1.3 Yêu cầu thiết kế .1 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3 2.1 Tổng quan về vi điều khiển PIC16F877A .3 2.2 Cấu hình Timer trong PIC16F877A 6 2.2.1 Timer 0 6 2.2.2 Timer1 9 2.3 Ngắt ngoài (interrupt): 13 2.4 Phương pháp điều chế xung PWM 18 2.4.1 Điều chế PWM là gì? 18 2.4.2 Nguyên lí của PWM: 19 2.4.3 Cách thiết lập chế độ PWM cho PIC16F877A 20 2.5 Đối tượng điều khiển 22 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ CHẾ TẠO .25 3.1 Sơ đồ khối : 25 3.1.1 Sơ đồ : 25 3.1.2 Nguyên lý làm việc : 25 3.2 Sơ đồ nguyên lý 26 3.2.1 Sơ đồ : 26 3.2.2 Phân tích sơ đồ : 27 3.2.3 Tính toán thông số 29 3.3 Thiết kế mạch in : .34 3.3.1 Sơ đồ bố trí linh kiện : 34 3.3.2 Sơ đồ mạch in : .34 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 35 HÌNH ẢNH SẢN PHẨM 35 THÔNG SỐ SẢN PHẨM 36 CÁC KẾT QUẢ VẬN HÀNH VÀ KHẢO SÁT .37 KẾT LUẬN .39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 PHỤ LỤC 42 LỜI MỞ ĐẦU Trong các ngành công nghiêp, công tác điều khiển vận hành các thiết bị theo một quy trình nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm đồng thời tiết kiệm chi phí sản xuất giữ một vị trí quan trọng 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… Trong việc lựa chọn đề tài đồ án chuyên ngành,chúng em xác định lựa chọn đề tài “Thiết kế mạch đo và điều chỉnh tốc độ động cơ sử dụng PIC 16F877A” Với mong muốn đề tài này sẽ giúp chúng em hiểu hơn về động cơ một chiều, hiểu hơn về các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ và đo tốc độ động cơ Dưới sự hướng dẫn của cô , đã hướng dẫn chúng em hoàn thành đề tài Nhưng do kinh nghiệm và thời gian cũng có phần hạn chế nên chắc chắn sẽ không thoát khỏi những vướng mắc và sai sót Chúng em rất mong nhận được sự giúp đỡ của thầy cô và các bạn để đồ án của chúng em ngày càng hoàn thiện hơn Đồ án chuyên ngành 1 CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài Trong lĩnh vực công nghiệp, động cơ được ứng dụng rất nhiều ở trong các nhà máy, xí nghiệp, động cơ đóng vai trò cung cấp sức mạnh và truyền động cho quá trình sản xuất Ngoài ra, động cơ còn được sử dụng trong hệ thống điện tử, robot, máy móc chính xác, hệ thống điều khiển, và nhiều lĩnh vực công nghiệp và công nghệ khác Ứng dụng việc điều khiển tốc độ động cơ vào lĩnh vực này mang lại nhiều lợi ích quan trọng: Cải thiện hiệu suất, điều chỉnh linh hoạt với độ chính xác cao, ngoài ra còn bảo vệ động cơ khỏi các sự cố quá tải, quá dòng, giảm thiểu sự hao mòn, tổn hại và tiết kiệm năng lượng Dựa trên những lợi ích trên, với đề tài chúng em liên quan đến điều khiển tốc độ động cơ , chúng em tiến hành nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển tốc độ động cơ một chiều với đầy đủ các chức năng cơ bản như điều khiển tốc độ động cơ, hiển thị tốc độ và có thể đo được tốc độ quay của động cơ 1.2 Lịch sử nghiên cứu Lịch sử nghiên cứu về mạch điều khiển tốc độ động cơ DC bắt đầu từ thế kỷ 19 khi các nhà khoa học và kỹ sư đầu tiên bắt đầu nghiên cứu và phát triển các phương pháp điều khiển động cơ điện Những phát hiện mang lại bước ngoặt lớn về việc nghiên cứu, từ việc phát triển các công nghệ điện tới những vi mạch điện tử đầu tiên, những ý tưởng phong phú và đa dạng, đóng góp trong mô hình điều khiển tốc độ động cơ Và cho đến nay, với sự tiến bộ của ngành kỹ thuật điện – điện tử, ứng dụng công nghệ số và các thuật toán thông minh, giúp cải thiện hiệu suất và độ chính xác của việc điều khiển động cơ, đóng góp lớn cho ngành công nghiệp hóa, hiện đại hóa 1.3 Yêu cầu thiết kế Phần cứng Thiết kế mạch điều phần cứng có thể thực hiện ở nhiều phương pháp khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu của đề tài, ở đề tài “ Thiết kế mạch điều khiển tốc độ động cơ DC, đo và hiển thị tốc độ hiển thị lên LCD “, chúng em xác định được các linh kiện phần cứng cần có trong mạch và mỗi chi tiết phần cứng đều phải đáp ứng yêu cầu bài toán : 1 Đồ án chuyên ngành 1 - Nguồn cung cấp : Mạch điều khiển cần có một nguồn cung cấp điện ổn định để cung cấp năng lượng cho động cơ và các linh kiện điện tử khác ở trong mạch, đặc biệt là bộ xử lý trung tâm Sử dụng bộ nguồn hạ áp AC-DC phù hợp cho động cơ DC - Bộ xử lý trung tâm : Đóng vai trò quan trọng nhất trong mạch Bộ xử lý trung tâm sử dụng những vi điều khiển có thể thực hiện được những thuật toán điều khiển tốc độ, đo tốc độ động cơ và đảm bảo sự tương thích giữa các linh kiện trong mạch - Bộ công suất : Cần có một bộ gia tăng công suất bởi vì đầu ra của bộ xử lý trung tâm không thể trực tiếp điều khiển động cơ do dòng điện và điện áp không đủ đáp ứng Bộ công suất sử dụng các linh kiện điện tử liên quan đến mạch khuếch đại công suất để cung cấp lượng điện năng phù hợp cho động cơ hoạt động Phần mềm Thiết kế phần mềm, xây dựng thuật toán điều khiển tốc động động cơ và đo tốc độ động cơ, mang tính tương đối Ứng dụng lập trình C và các phần mềm chuyên dụng để tạo ra một chương trình hoàn thiện với đầy đủ các yêu cầu của bài toán đặt ra : - Điều khiển tốc độ : Chương trình điều khiển tốc độ động cơ DC sử dụng thuật toán phù hợp như điều khiển PWM ( Pulse Width Modulation) hoặc các phương pháp khác - Đo tốc độ và hiển thị : Ứng dụng các công thức liên quan đến việc điều khiển tốc độ động cơ khi đã được biết một vài thông số Tiến hành gửi dữ liệu lên màn hình hiển thị các thông số liên quan đến tốc độ, tần số và chu kỳ xung - Đọc giá trị điện áp : Sử dụng cấu trúc phần cứng từ đó cấu hình các giá trị, các thông số phù hợp để từ đó ứng dụng vào điều khiển tốc độ động cơ Các thành phần của mạch điện Bộ điều khiển tốc độ động cơ một chiều, đo và hiển thị tốc độ lên màn hình LCD bao gồm các khối chức năng, các thành phần cơ bản như mạch điều khiển , mạch nguồn, mạch hiển thì và mạch công suất Động cơ DC và cảm biến xác định tốc độ và chiều quay của động cơ 2 Đồ án chuyên ngành 1 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về vi điều khiển PIC16F877A Hình 2.1 Vi điều khiển PIC16F877A PIC16F877A là một Vi điều khiển PIC 40 chân và được sử dụng hầu hết trong các dự án và ứng dụng lập trình nhúng Với thiết kế tích hợp 5 cổng vào/ra bắt đầu từ cổng A đến cổng E PIC16F877A có ba bộ định thời trong đó có 2 bộ định thời 8 bit và 1 bộ định thời là 16 Bit Hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông như giao thức truyền thông nối tiếp, giao thức truyền thông song song PIC16F877A hỗ trợ cả ngắt chân phần cứng và ngắt bộ định thời 3 Đồ án chuyên ngành 1 - Thông số kỹ thuật PIC16F877A Kiến trúc: RISC Số lõi (core): 1 Tần số hoạt động tối đa: 20 MHz Bộ nhớ chương trình (Flash): 14 KB Bộ nhớ SRAM: 368 bytes Số chân I/O số: 33 Số chân ngõ vào tín hiệu Analog (ADC): 8 Độ phân giải ADC: 10 bit Số ngoại vi: 5 Timer/Counter, 1 Capture/Compare/PWM (CCP), 1 USART, 1 MSSP (I2C/SPI), 1 EEPROM Dòng tiêu thụ tối đa: 75 mA Điện áp hoạt động: 2.0V - 5.5V - Sơ đồ khối của vi điều khiển PIC16F877A : Khối ALU – Arithmetic Logic Unit Khối bộ nhớ chứa chương trình – Flash Program Memory Khối bộ nhớ chứa dữ liệu EEPROM – Data EPROM Khối bộ nhớ thanh ghi RAM -RAM file resistor Khối giải mã lệnh và điều khiển – Instruction Decode Control Khối thanh ghi đặc biệt Khối ngoại vi Khối giao tiếp nối tiếp Khối chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số - ADC 4 Đồ án chuyên ngành 1 Các port xuất nhập 5