Đang tải... (xem toàn văn)
Bài tập lớn ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG RÔBÔT BẰNG ĐỘNG CƠ BƯỚC
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIKHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG-------------------o0o----------------B I T P L NÀ Ậ ỚMôn : VI XỬ LÝ Đề tài : ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG RÔBÔT BẰNG ĐỘNG CƠ BƯỚCThầy hướng dẫn : Nguyễn Hoàng Dũng Nhóm sinh viên :1. Hoàng ĐứcGiang Nguyên2. Nguyễn Phi Tuấn3. Phạm Quang Vinh4. Vũ Thị Thanh Thảo 5.Nguyễn Thu ThủyHÀ NỘI , THÁNG 5-2006 LỜI NÓI ĐẦUSau một thời gian học tập trên giảng đường của trường đại học bách khoa Hà Nội nói chung hay khoa điện tử viễn thông nói riêng ,chúng em đã tiếp thu được những kiến thức khoa học và công nghệ. Đặc biệt là môn vi xử lý do thầy Nguyễn Hoàng Dũng giảng dạy, chúng em đã có cơ hội chuyển kiến thức lý thuyết thành sản phẩm thực tế qua đề tài “ Điều khiển chuyển động rôbôt bằng động cơ bước”. Nhận được sự quan tâm và chỉ bảo của thầy chúng em đã hoàn thành được sản phẩm của mình. Qua đây chúng em có thêm được nhiều kiến thức thực tế giúp cho công việc sau này. Chúng em xin chân thành cảm ơn. Chương I: Mở đầuI. Đặt vấn đềII. Mục đích thiết kế -Phát huy thành quả ứng dụng của vi điều khiển tạo ra những sản phẩm tiên tiến có độ tích hợp cao về công nghệ. -Việc thực hiện đề tài này giúp em tiếp cận với thực tế, phát huy nhung kiến thức đã học trong môn vi xử lý. - Qua đây có thêm nhiều kinh nghiệm giúp ích sau khi ra trường có thể hòa nhập với công nghệ tiên tiến trên xa hội. III. Nội dung đề tài 1. Đề tài Điều khiển chuyển động của rôbồt bằng động cơ bước. 2.Chức năng của hệ thống - Chuyển động động cơ bước theo ý muốn của người lập trình . + Chuyển động thẳng: tiến, lùi. + Chuyển động quay trái, phải. + Điều khiển được tốc độ chuyển động của động cơ. + Điều khiển động cơ bước theo đường đi bất kì ( bằng cảm ứng quang). CHƯƠNG II THIẾT KẾ I.Nhiệm vụ thiết kế - Thiết kế điều khiển chuyển động rôbôt bằng động cơ bước. Vậy ta làm các bước sau: +Mạch điều khiển động cơ +Thiết kế mô hình động cơ +Viết chương trình điều khiển II.Sơ đồ khối của hệ thống Khối điều khiểnKhối cơ học III.Thiết kế và phân tích nguyên lý từng khối 1.Khối điều khiển Để điều khiển chuyển động của động cơ theo ý muốn cần phải có trình dịch chính xác với chuyển động của động cơ, và một nguồn dòng phù hợp đảm bảo cho động cơ hoạt động. Có rất nhiều cách làm phục vụ mục đích này. Với việc điều khiển động cơ chỉ cần dòng qua cuộn dây cỡ 500 mA, có thể dùng dãy IC loại dãy Darlington côllêctơ hở : +ULN2003, ULN2803 +DS2003( national semiconductor 2003) ,MC1413(motorola). Tuy nhiên những cách làm trên chỉ sử dụng cho những động cơ nhỏ, trên thực tế chúng tôi dùng IC opto coupler và IC tip 122 có cấu tạo dùng mạch mắc theo kiểu Darlington . a.Một số đăc tính kĩ thuật của tip 122 BCEVới dòng vào cực bazơ có thể đạt khoảng 120 mA , dòng Ic khoảng 5 đến 8 ampe.Mạch được mắc theo sơ đồ Nhưng trên thực tế ta măc tip 122 với opto coupler để dòng vào cực bazơ nhỏ hơn 120 mA thì ta sẽ mắc đầu vào với 1 điện trở R= 10k. b.1 số đặc tính kĩ thuật của opto coupler Khi điều khiển động cơ chuyển động trên mặt đất ta phải dùng một động cơ có công suất lớn với mức điện áp là 12V. Mặt khác tín hiệu ra là một là 5V, điều đó phải kích áp và dòng qua động cơ. Có rất nhiều cách khác nhau, và một trong những cách hay chính là dùng opto coupler như một khoá chuyển từ 5V sang 12V và đưa trực tiếp nguồn dòng từ nguồn sang động cơ.Với cấu tạo: TXD* RXD* P0 P1 P2 P3 INT\*1INT\*0 TIMER2TIMER1PORT nối tiếp EA\ RST PSEN ALE Rom4K-8051OK-8031 CPU Caùc port I\O Tuy nhiên cấu tạo của opto coupler(p51) trên thị trường Việt Nam chỉ có 4 chân 1, 2, 4, 5 mà không có các chân còn lại vì không cần thiết.IC ULN2003 cho dòng vào cuộn dây I<500 mA.b. Thiết kế mạch tạo chuyển động dùng ULN2003 : Nối hai IC ULN2003 với : + Đầu vào các chân từ 1-4 của 2 IC lần lượt với đầu ra tương ứng 4 bit thấp và cao của 89C51. + Đầu ra nối với các chân A, B, C, D của 2 động cơ bước.Sơ đồ nối chân cụ thể giống như hình vẽ tổng quan của mạch điều khiển động cơ sẽ nói tới sau.c. Giới thiệu sơ lược về IC 89C51 -IC điều khiển 89C51tương thích với họ MSC51 có đặc điểm sau : + 4K Bytes Flash rom + 128 Bytes Ram + 4 port 8 bit + 2 bộ định thời 16 bit + Có port nối tiếp + Có thể mở rộng bộ nhớ chương trình ngoài 64 K Byte + Bộ xử lý bit - Cấu trúc bên trong của 89C51: TXD* RXD* P0 P1 P2 P3 INT\*1INT\*0 TIMER2TIMER1PORT nối tiếp EA\ RST PSEN ALE Rom4K-8051OK-8031 CPU Caùc port I\O - Sơ đồ chân của 89C51 : TXD* RXD* T1*T2* P0 P1 P2 P3 INT\*1INT\*0 TIMER2TIMER1PORT nối tiếp EA\ RST PSEN ALE Các thanh ghi khác128 byte Ram Rom4K-8051OK-8031Timer1Timer2Điều khiển ngắtĐiều khiển bus CPUPort nối tiếp Các port I\OTạo dao động 2.Khối cơ học a. Động cơ bước - Cấu trúc bên trong động cơ bước 181912MHz4029303191716151413121110RD\WR\T1T0INT1INT0TXDRXDA15A14A13A12A11A10A9A82827262524232221876543213233343536373839Po.7Po.6Po.5Po.4Po.3Po.2Po.1Po.0AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0PSEN\ALEEA\RETVcc20Vss30p30pXTAL1XTAL2ABCDA',B',C',D' -Phương pháp điều khiển động cơ bước Các cuộn dây được cấp dòng theo vòng. Mỗi khi vòng dây được cấp thì động cơ được gọi là quay 1 bước Hoạt động của từng cuộn dây trong động cơ bước.AA'tBB'tCC'tDD't [...]... - Chuyển động động cơ bước theo ý muốn của người lập trình . + Chuyển động thẳng: tiến, lùi. + Chuyển động quay trái, phải. + Điều khiển được tốc độ chuyển động của động cơ. + Điều khiển động cơ bước theo đường đi bất kì ( bằng cảm ứng quang). -Phương pháp điều khiển động cơ bước Các cuộn dây được cấp dòng theo vòng. Mỗi khi vòng dây được cấp thì động cơ được gọi là quay 1 bước Hoạt động. .. trinh. CHƯƠNG II THIẾT KẾ I.Nhiệm vụ thiết kế - Thiết kế điều khiển chuyển động rôbôt bằng động cơ bước. Vậy ta làm các bước sau: +Mạch điều khiển động cơ +Thiết kế mơ hình động cơ +Viết chương trình điều khiển II.Sơ đồ khối của hệ thống Khối điều khiển Khối cơ học 2.Khối cơ học a. Động cơ bước - Cấu trúc bên trong động cơ bước 18 19 12MHz 40 29 30 31 9 17 16 15 14 13 12 11 10 RD\ WR\ T1 T0 INT1 INT0 TXD RXD A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 28 27 26 25 24 23 22 21 8 7 6 5 4 3 2 1 32 33 34 35 36 37 38 39 Po.7 Po.6 Po.5 Po.4 Po.3 Po.2 Po.1 Po.0 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 PSEN\ ALE EA\ RET Vcc 20 Vss 30p 30p XTAL1 XTAL2 A B C D A',B',C',D' ... I\O 2.Hoạt động của rôbôt a.Hoạt động về mặt định tính +Chuyển động tịnh tiến: Khi nguồn 5V cung cấp vào tồn mạch và động cơ, tín hiệu thay đổi liên tục sẽ được xuất ra ở cổng P0 đưa vào đầu vào của 4 chân đầu của ULN2003, tín hiệu ra được đưa lần lượt ra 2 động cơ làm cho 2 động cơ chạy cùng lúc với vận tốc như nhau, điều đó sẽ gây ra chuyển động tịnh tiến của rôbôt. +Chuyển động quay: Sau... của opto coupler Khi điều khiển động cơ chuyển động trên mặt đất ta phải dùng một động cơ có cơng suất lớn với mức điện áp là 12V. Mặt khác tín hiệu ra là một là 5V, điều đó phải kích áp và dịng qua động cơ. Có rất nhiều cách khác nhau, và một trong những cách hay chính là dùng opto coupler như một khoá chuyển từ 5V sang 12V và đưa trực tiếp nguồn dòng từ nguồn sang động cơ. Với cấu tạo: TXD *... Rom 4K-8051 OK-8031 Timer1 Timer2 Điều khiển ngắt Điều khiển bus CPU Port nối tiếp Các port I\O Tạo dao động b.Hoạt động của động cơ về mặt định lượng Tuỳ thuộc vào chương trình chạy cho trễ( delay) bao nhiêu thì tốc độ động cơ sẽ thay đổi bấy nhiêu. Tốc độ v của động cơ tỷ nghịch với hàm trễ . Giả sử ở với một hàm delay nào đó tốc độ động cơ là v o (khi tính cả lực ma sát), muốn chuyển thành tốc độ... TIMER2 TIMER1 PORT nối tiếp EA\ RST PSEN ALE Rom 4K-8051 OK-8031 CPU Caùc port I\O Như hướng dẫn chi tiết trong lập trình đã làm cho động cơ chuyển động theo vạch đen một cách chuẩn xác. VI. Lập trình vi điều khiển 1. Chương trình điều khiển chuyển động của động cơ theo 1 đường đi vạch sẵn ; ; ; CHUONG TRINH DK DONG CO BUOC ; DT9 K48 ; ; org 0h ljmp main ; INTERRUPT ADDRESS org 0003h ljmp int0 org... muốn động cơ chuyển hướng. Để thực hiện được ta sẽ thôi không xuất tín hiệu ở 4 bít đầu, hay sau, tuỳ theo hướng quay. Lúc đó một động cơ sẽ khơng cịn tín hiệu vào và sẽ khơng quay. Lúc này do sức nặng của bánh đủ làm cho động cơ là một trục quay để bánh còn lại quay quanh chúng. Điều đó cũng dẫn đến chuyển động quay của rơbơt. Giải pháp trên rất hiệu quả nhưng chúng cũng có thể thực hiện chuyển. .. của vi điều khiển tạo ra những sản phẩm tiên tiến có độ tích hợp cao về cơng nghệ. -Việc thực hiện đề tài này giúp em tiếp cận với thực tế, phát huy nhung kiến thức đã học trong môn vi xử lý. - Qua đây có thêm nhiều kinh nghiệm giúp ích sau khi ra trường có thể hịa nhập với công nghệ tiên tiến trên xa hội. III. Nội dung đề tài 1. Đề tài Điều khiển chuyển động của rôbồt bằng động cơ bước. ... độ động cơ. Theo tính tốn thực tế thì rơbốt có thể chạy được với hàm delay có độ trễ là AF.AF đến 5f.5f. V.Thiết kế mạch chạy theo đường đi tuỳ ý 1.Đặt vấn đề Khi có mạch điều khiển động cơ như trên, chúng em lại muốn phát triển thêm về việc điều khiển rôbốt.Rôbốt chuyển động theo một đường đi nhất định của người lập trình thì khơng thể linh hoat trong mọi tình huống.Vì vậy, chúng em muốn điều. .. chân từ 1-4 của 2 IC lần lượt với đầu ra tương ứng 4 bit thấp và cao của 89C51. + Đầu ra nối với các chân A, B, C, D của 2 động cơ bước. Sơ đồ nối chân cụ thể giống như hình vẽ tổng quan của mạch điều khiển động cơ sẽ nói tới sau. c. Giới thiệu sơ lược về IC 89C51 -IC điều khiển 89C51tương thích với họ MSC51 có đặc điểm sau : + 4K Bytes Flash rom + 128 Bytes Ram + 4 port 8 bit + 2 bộ định . Thiết kế điều khiển chuyển động rôbôt bằng động cơ bước. Vậy ta làm các bước sau: +Mạch điều khiển động cơ +Thiết kế mô hình động cơ . Điều khiển chuyển động của rôbồt bằng động cơ bước. 2.Chức năng của hệ thống - Chuyển động động cơ bước theo ý muốn của người lập trình . + Chuyển động
