Đồ án Điều Khiển Động Cơ Một Chiều Từ Xa

—&œ– Đề tài “Điều Khiển Động Cơ Một Chiều Từ Xa” Mục lục Nhận xét đánh giá.....................................................................................1 Lời nói đầu ……………………………………………………...……...2 Phần 1 : Giới thiệu đề tài ………………………………………….…....4 Phần 2 : Thiết kế phần cứng …………………….……………...............5 Chương 1 : Các mạch điện thành phần...................................................5 1.1.Vi Điều Khiển 89C51...........................................................5 1. 1.1.Khái quát chung...........................................................6 1.1.2.Sơ đồ chân……………………………………..……...6 1. 2. Thiết bị phát sang hồng ngoại…….…………..…..……..11 1.2.1. ánh sáng hồng ngoại…………………………….......11 1.2.2. ứng dụng của ánh sáng hồng ngoại trong KT điện tử.13 1.2.3. Remote TV SONY…………………………….….....13 1. 3.Thiết bị thu sóng hồng ngoại……………………………..20 1.3.1. Chức năng…………………………………………....20 1.3.2 Hình dạng thực tế và sơ đồ chân……………………...21 1.4. PC 817……..........................................................................22 1.5. ULN 2803............................................................................23 1.6. Rơle......................................................................................23 1.6.1. Khỏi Niệm.....................................................................23 1.6.2. Đặc Điểm.................................................................... 24 1.7. Tụ điện. ................................................................................28 1.7.1 Khỏi niệm......................................................................28 1.7.2 Cấu tạo.........................................................................29 1.8. Điện trở..................................................................................31 1.8.1. Khỏi niệm.....................................................................31 1.8.2. Điện trở trong thực tế và trong cỏc mạch điện tử.......31 1.9. LED ĐƠN.............................................................................33 1.9.1 .Khỏi niệm....................................................................33 1.9.2. Hỡnh dạng....................................................................34 1.10. IRF540N............................................................................35 Chương 2 : Thiết kế mạch điện điều khiển từ xa……………..…..…..36 2.1.Sơ đồ khối ………………………… ………..…………...36 2.2.Khối nguyờn lý………………………….……………..…36 2.3. Sơ đồ mạch in……………………………….……………….39 Phần 3 : Xây dựng phần mền………………………………………...40 Thuật toán thu và giải mã………………………………..40 Chương trình điều khiển từ xa…………………….….43 c Nhận xét đánh giá của các thầy hướng dẫn về “Điều Khiển Động Cơ Một Chiều Từ Xa” ************************************************** ...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... Lời nói đầu Thế kỷ 21 là kỷ nguyên huy hoàng của xã hội thông tin và điện tử. Là thời kỳ từng bước biến những ước mơ tưởng chừng như chỉ có trong thần thoại của loài người trong quá khứ trở thành sự thật. Và công lao không thể phủ nhận đó chính là sự đóng góp vô cùng to lớn của ngành điện tử . Ngành điện tử ngày càng đem lại những phép màu kỳ diệu cho cuộc sống của chúng ta , một cuộc sống tràn ngập trong công nghệ khoa học kỹ thuật hiện đại. Con người ngày càng được đáp ứng những nhu cầu vật chất và tinh thần một cách đầy quyền năng dưới sự phục vụ tận tình và tuyệt đối chung thành của các thiết bị điện tử . Đặc biệt là lĩnh vực kỹ thuật số, và đặc biệt hơn nữa là công nghệ vi mạch thông minh, công nghệ Vi Điều Khiển. Các thiết bị điện tử ngày càng tỏ ra thông minh hơn, biết làm hài lòng chủ nhân hơn. Cuộc sống giờ đây đã không thể đếm nổi các thiết bị điên tử hiện đại ở khắp mọi nơi Trên thực tế đó, cũng như trên tinh thần yêu khoa học kỹ thuật và nhất là yêu điện tử, chúng tôi, những người sinh viên điện tử của trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên, cũng mang bên mình rất nhiều hoài bão và những ý tưởng mới mẻ. Được sự cho phép của thầy giáo hướng dẫn Thầy :Đoàn Văn Tuấn chỳng tôi cũng đó đi đến và tỡm hiểu Đề Tài: Điều Khiển Động Cơ Một Chiều Từ Xa. Được sự giúp đỡ tận tỡnh của Thầy Giỏo hướng dẫn Thầy “Đoàn Văn Tuấn” và sự giỳp đỡ của cỏc anh, chị Khúa trờn tuy Đồ Án đó hoàn thành nhưng tất nhiên không thể tránh khỏi thiếu xót và chưa thể là tối ưu. Vậy mong Cỏc Thầy, Cụ và các bạn gúp ý kiến để đồ ỏn của chỳng tụi được hoàn thiện hơn. Xin trõn thành cảm ơn! Phần 1 : giới thiệu đề tài ************************** 1. Tên đề tài : Thiết kế hệ thống : Điều Khiển Động Cơ Một Chiều Từ Xa 2. Nội Dung Cần hoàn thành. 1.Lập kế hoạch thực hiện và báo cáo theo đúng tiến độ. 2. Nghiờn cứu ứng dụng thực tế của thiết bị, đề ra phương ỏn thiết kế. 3. Tớnh toỏn lựa chọn Linh Kiện và chế tạo Sản Phẩm. 4. Hoàn thành Sản Phẩm và bản Thuyết Minh. 5. Thụng qua Giỏo Viờn hướng dẫn và hoàn thành, chuẩn bị bảo vệ Đồ Án. Giỏo Viờn Hướng Dẫn: Đoàn Văn Tuấn. Phần 2 : thiết kế phần cứng ******************************** Chương 1 Các thành phần mạch điện 1.1. Vi Điều Khiển 89C51. 1.1.1 Khái quát chung : Vi điều khiển 89C51 bản chất là một hệ Vi xử lý: Sơ đồ khối VĐK AT89C51 Đặc tính 89C51 ROM 4K byte RAM 128 byte Bộ định thời 2 Chânvà ra/cổng 32/4 Cổng nối tiếp 1 Các ngắt 6 1.1.2. Sơ đồ chân : IC AT89C51 AT89C51 gồm 40 chân, trong đó 32 chân dành cho các cổng vào ra P0, P1, P2, P3, mỗi cổng 8 chân . Các chân còn lại được dành cho nguồnVcc, GND, các chân đầu vào và ra của bộ dao động XTAL1 và XTAL2, chân RST chân lệnh chốt địa chỉ ALE , chân cho phép truy cập bộ nhớ ngoài , cho phép cất chương trình . - Chân số 40 là chân nguồn cung cấp +5V cho chíp - Chân số 20 là GND. - Chân 19 và 18 là XTAL1 và XTAL2 ,là đầu vào và ra của bộ dao động OSC trong chip . Bên trong 89C51 có một bộ dao động nhưng nó cần một khâu tạo tần số dao động chuẩn như thạch anh 11,0592 MHz . - Chân số 9 là chân RESET , tích cực ở mức cao .Nếu đặt mức cao tới chân này thì bộ vi điều khiển sẽ trở về trạng thái mặc định ban đầu.. - Chân 31 là , họ 8051 như 8751, 98C51 hoặc DS5000 đều có ROM trên chíp lưu cất chương trình. Trong các trường hợp như vậy thì chân được nối tới VCC . Đối với các thành viên của họ như 8031 và 8032 mà không có ROM trên chíp thì mã chương trình được lưu cất ở trên bộ nhớ ROM ngoài và chúng được nạp cho 8031/32. Do vậy, đối với 8031 thì chân phải được nối đất để báo rằng mã chương trình được cất ở ngoài. có nghĩa là truy cập ngoài (External Access) và nó không được để hở. - Chân 29 là (Program Store Enable), Đây là chân đầu ra cho phép cất chương trình - Chân 30 là ALE , Chân cho phép chốt địa chỉ , ALE là chân đầu ra tích cực cao. - Cổng P0 (từ chân 32 đến 39), Nó có thể được dùng như cổng đầu ra, để sử dụng các chân của cổng P0 vừa làm đầu ra, vừa làm đầu vào thì mỗi chân phải được nối tới một điện trở 10kW lên +5V. Điều này là do một thực tế là cổng P0 là một máng mở khác với các cổng P1, P2 và P3. Khái niệm máng mở được sử dụng trong các chíp MOS về chừng mực nào đó nó giống như Cô-lec-tơ hở đối với các chíp TTL. Trong bất kỳ hệ thống nào sử dụng 8751, 89C51 hoặc DS5000 ta thường nối cổng P0 tới các điện trở kéo. Với những điện trở kéo ngoài được nối khi tái lập cổng P0 được cấu hình như một cổng đầu ra. - Cổng P1 (từ chân 1 đến chân 8), nó có thể được sử dụng như đầu vào hoặc đầu ra. So với cổng P0 thì cổng này không cần đến điện trở kéo vì nó đã có các điện trở kéo bên trong. Để biến cổng P1 thành đầu vào thì nó phải được lập trình bằng cách ghi 1 đến tất cả các bit của nó. - Cổng P2 (từ chân 21 đến 28). Nó có thể được sử dụng như đầu vào hoặc đầu ra giống như cổng P1 , Để tạo cổng P2 như đầu vào thì nó phải được lập trình bằng cách ghi các số 1 tới tất cả các chân của nó. - Cổng P3 (từ chân 10 đến chân 17). Nó có thể được sử dụng như đầu vào hoặc đầu ra. Mặc dù cổng P3 được cấu hình như một cổng đầu ra khi tái lập, nhưng đây không phải là cách nó được ứng dụng phổ biến nhất. Cổng P3 có chức năng bổ sung là cung cấp một số tín hiệu quan trọng đặc biệt chẳng hạn như các ngắt. Bít của cổng P3 Chức năng Chân số P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 Nhận dữ liệu (RXD) Phát dữ liệu (TXD) Ngắt 0(INT0) Ngắt 1(INT1) Bộ định thời 0 (TO) Bộ định thời 1(T1) Ghi (WR) Đọc (RD) 10 11 12 13 14 15 16 17 Các bit P3.0 và P3.1 được dùng để nhận và phát dữ liệu trong truyền thông nối tiếp. Các bit P3.2 và P3.3 được dành cho các ngắt ngoài. Bit P3.4 và P3.5 được dùng cho các bộ định thời 0 và 1. Cuối cùng các bit P3.6 và P3.7 được cấp cho các tín hiệu ghi và đọc các bộ nhớ ngoài được nối tới hệ thống. 1.2. Thiết bị phát sóng hồng ngoại. 1.2.1. ánh sáng hồng ngoại : Sóng điện từ chính là sự lan truyền của các dao động điện từ trường trong không gian. Theo lý thuyết Macxoen thì cứ có điện trường biến thiên thì sẽ sinh ra từ trường biến thiên ở điểm lân cận và ngược lại cứ có từ trường biến thiên thì sẽ sinh ra điện trường biến thiên ở điêm lân cận tiếp, và đó chính là cách mà sóng điện từ truyền đi trong không gian. Bên trong vật thể phát sáng, năng lượng gây ra sự sáng (nhiệt năng chẳng hạn) làm các electron trên vỏ nguyên tử hấp thụ năng lượng và nhảy lên quỹ đạo dừng cao hơn để rồi sau đó lại nhảy về giải phóng ra năng lượng photon. Cứ như vậy Electron dao động gây ra vùng điện trường biến thiên trong không gian và bức xạ ra sóng điện từ hay sinh ra ánh sáng. Do đó ánh sáng có bản chất chính là những bức xạ sóng điện từ sinh ra từ sự dao động của các điện tử bên trong vật phát sáng dưới sự tác động của năng lượng gây sáng. Các tế bào quang điện trên võng mạc bên trong mắt người có nhiệm vụ chuyển tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện giúp cho bộ não con người cảm giác được ánh sáng . Nhưng vì ánh sáng có bản chất sóng điện từ nên nó có phổ tần, trong khi đôi mắt con người tất nhiên là phải có giới hạn làm việc với một dải tần số nhất định. Điều đó khiến chúng ta không thể nhìn thấy mọi ánh sáng, và do đó ánh sáng được chia làm 2 loại : - ánh sáng nhìn thấy : gồm các bức xạ có bước sóng từ 0,37 micromet đến 0,76 micromet hay có tần số đặc chưng cho các dải màu đỏ cam vàng lục lam tràm tím : Phổ tần thang sóng điện từ - ánh sáng không nhìn thấy : gồm các bức xạ nằm ngoài vùng ánh sáng nhìn thấy, tức là có tần số nhỏ hơn tần số của ánh sáng màu đỏ cho đến 0 Hz như sóng vô tuyến và hồng ngoại ,và lớn hơn tần số của ánh sáng màu tím cho đến vô cùng như tia tử ngoại , tia Rơnghen , và các tia vũ trụ. Như vậy ánh sáng hồng ngoại là những bức xạ không nhìn thấy được nằm trong dải tần nhỏ hơn tần số của ánh sáng màu đỏ và nằm ngay dưới màu đỏ. Do tần số nhỏ nên bước sóng lớn, nên có khả năng đâm xuyên mạnh hơn , tác động vào da người manh hơn, gây ra cảm giác đau mà chúng ta gọi đó là sự nóng do nhiệt độ , do đó tia hồng ngoại cũng chính là tia bức xạ nhiệt . Vì vậy bất kỳ vật nào cũng phát ra ánh sáng hồng ngoại. Và nếu năng lượng gây sáng là nhiệt độ thì vật sáng sẽ phát ra ánh sáng hồng ngoại rất mạnh và ta cảm nhận thấy vật đó rất nóng. Khi đến gần một ngọn lửa,chỉ có mắt mới nhìn thấy ánh sáng nhìn thấy, và chỉ có da mới cảm nhận được bức xạ nhiệt hồng ngoại , bởi vì mắt chỉ thu được tần số cao và da chỉ thu được tần số thấp . 1.2.2 ứng dụng của ánh sáng hồng ngoại trong kỹ thuật điện tử : Hồng ngoại thật thú vị, bởi vì nó được tạo ra 1 cách dễ dàng và không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ , do đó nó được sử dụng một cách rộng rãi và tiện lợi trong thông tin và điều khiển . Đặc biệt là điều khiển từ xa ,và đặc biệt nữa như TiVi , máy nghe nhạc …Tuy nhiên như đã nói ở trên, tia hồng ngoại cũng chính là tia bức xạ nhiệt . Vì vậy bất kỳ vật nào cũng phát ra ánh sáng hồng ngoại , do đó nó không hoàn hảo, nhiều nguồn sáng khác nhau có thể phát ra hồng ngoại và có thể gây nhiễu đến thông tin này. Vì vậy cần phải có những phương pháp chống nhiễu thích hợp như dùng kính lọc và điều chế tín hiệu khi cần truyền đi xa trong không gian giới hạn . Việc sử dụng hồng ngoại trong các thiết bị điều khiển từ xa TV/VCR và nhiều ứng dụng khác cũng một phần là do các Diode phát và thu hồng ngoại rất rẻ và sẵn có trên thị trường. 1.2.3. Remote TV SONY : Như đã trình bày tại phần ý tưởng của thuyết trình này, ở đây việc điều khiển từ xa các thiết bị điện được thực hiện bằng sóng hồng ngoại . Và thiết bị được chọn để phát sóng hồng ngoại chính là 1 chiếc điều khiển từ xa của hãng Ti Vi SONY luôn . Điều này nhằm thoả mãn nhu cầu tiện lợi và gọn gàng, nếu như bạn không muốn trong nhà có quá nhiều điều khiển , và việc cầm điều khiển Ti Vi không chỉ điều khiển Ti Vi mà còn điều khiển luôn các thiết bị điện khác trong nhà trở lên thật là tiện lợi. Remote Sony là 1 máy phát tín hiệu hồng ngoại trong pham vi khoảng 10 m để thực hiện việc điều khiển từ xa không dây. Nó có chức năng nhận lệnh của người điều khiển thông qua bàn phím, sau đó xuất ra một tổ hợp mã lệnh nhị phân ứng với mỗi phím được bấm . Rồi thực hiên mã hoá để chống nhiễu các bit 0 va 1 của mã lệnh đó theo kiểu mã hoá riêng của hãng SONY đã quy định, đó là kiểu mã hoá theo độ rộng xung, cả bit 0 và 1 đều có mức cao và thấp nhưng độ rộng xung của bit 1 dài hơn của bit 0 . Sau đó điều chế tín hiệu theo phương pháp điều biên tín hiệu số để ghi thông tin lên sóng ngắn cao tần để chống nhiễu và có năng lượng để truyền đi xa 10 m . Và cuối cùng là khuyếch đại công suất vơi năng lượng một chiều 3V để chuyển tín hiệu điện thành tín hiệu ánh sáng hồng ngoại phát đi trong không gian : Sơ đồ khối chức năng Sơ đồ nguyên lý : Hình dạng thực tế của một loại Remote SONY : Trong phạm vi đề tài này bàn phím sử dụng chỉ gồm cac phím từ 1 đến . Bàn phím là hệ thống các tiếp điểm thường mở. Khi nhấn bất kỳ phím nào thì tiếp điểm đó đóng lại sẽ tạo ra một tổ hợp mã lệnh tương ứng , mã lệnh tồn tại là số Hexa . Bảng mã của Điều khiển TiVi SONY như sau : Tên phím Tín hiệu nhị phân Mã lệnh (hexa) 1 00000000 0 2 00000001 1 3 00000010 2 4 00000011 3 5 00000100 4 6 00000101 5 7 00000110 6 8 00000111 7 9 00001000 8 10 00001001 9 PROGRAM + 00010000 10 PROGRAM - 00010001 11 VOLUME + 00010010 12 VOLUME - 00010011 13 MUTING 00010100 14 POWER 00010101 15 DISPLAY 00111010 3A Nhiệm vụ của mạch điện phía thu (của VĐK 89C51) là phải giải mã được các mã lệnh này để biết được người sử dụng đã ấn phím nào và đó là lệnh gì ? Sau khi mã lệnh được tạo ra dưới dạng số Hexa thì tín hiệu nhị phân đó được mã hoá . Hãng SONY sử dụng kiểu mã hoá theo độ rộng xung, cụ thể như sau : - Bit 0 biểu diễn bằng cách : độ trống xung kéo dài 500 uS , độ rộng xung kéo dài 700 uS - Bit 1 biểu diễn bằng cách : độ trống xung kéo dài 500 uS , độ rộng xung kéo dài 1300 uS Vì chỉ có 1 kênh truyền hồng ngoại nên phải sử dụng phương thức truyền thông nối tiếp với các khung dữ liệu . Một Data frame được tạo nên từ 13 bit dữ liệu . Trong đó bit đầu tiên là bit Start ,tiếp theo là 7 bit mã lệnh , và cuối cùng là 5 bít địa chỉ : Với đề tài điều khiển các thiết bị điện từ xa chúng ta không cần quan tâm đến 5 bit địa chỉ vì chúng chỉ có nhiệm vụ để nhận biết các đời Remote SONY. Ta chỉ quan tâm các bit mã lệnh và bit Start mà thôi. Sau bit Start là LSB : Do à D1 à …D6 .Nếu dữ phím bấm khung data sẽ lặp lai sau25mS. 1.3. Thiết bị thu sóng hồng ngoại . 1.3.1. Chức năng : Thiết bị thu sóng hồng ngoại là IC mắt thu chuyên dụng được lưu hành trên thị trường. Tích hợp đầy đủ các khâu như một máy thu tín hiệu hoàn chỉnh . Tức là tự động thu sóng hồng ngoại từ Remote và chuyển thành tín hiệu điện , tự giải điều chế tách tín hiệu số ra khỏi sóng mang 36 KHz ,và đưa ra đúng dạng tín hiệu số mà Remost đã mã hoá bit mã lệnh nhưng đảo pha so với tín hiệu từ DKTX : Sơ đồ khối chức năng của IC chuyên dụng thu sóng hồng ngoại : 1.3.2. Hình dạng thực tế và sơ đồ chân : 1.4. PC 817. +Cụng dụng:Cách ly điều khiển giữa hai tầng mạch điện khác nhau, khi cung cấp 5V vào chân số 1, LED phía trong Opto nối giữa chân số 1 và 2 sáng, xảy ra hiệu ứng quang điện dẫn đến 3-4 thông. 1.5. ULN 2803 + Vi mạch ULN 2803 tích hợp sẵn 8 khoá điện tử dùng transistor và 8 diode giải phóng năng lượng cho cuộn hút Rơle nên chuyên dụng để điều khiển trực tiếp cho Rơle. 1.6. Rơle. 1.6.1. Khỏi Niệm. Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơle là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực. +hỡnh ảnh một số loại rơle: 1.6.2. Đặc Điểm. a) Các bộ phận (các khối) chính của rơle. + Cơ cấu tiếp thu( khối tiếp thu) Có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối trung gian. + Cơ cấu trung gian( khối trung gian) Làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến từ khối tiếp thu và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho rơle tác động. + Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành) Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển -Cơ cấu tiếp thu ở đây là cuộn dây. -Cơ cấu trung gian là mạch từ nam châm điện. -Cơ cấu chấp hành là hệ thống tiếp điểm. Phân loại rơle Có nhiều loại rơle với nguyên lí và chức năng làm việc rất khác nhau. Do vậy có nhiều cách để phân loại rơle: Phân loại theo nguyên lí làm việc gồm các nhóm + Rơle điện cơ (rơle điện từ, rơle từ điện, rơle điện từ phân cực, rơle cảm ứng,...) + Rơle nhiệt,rơle từ,rơle điện tử -bán dẫn, vi mạch,rơle số. b) Phân theo nguyên lí tác động của cơ cấu chấp hành. + Rơle có tiếp điểm: loại này tác động lên mạch bằng cách đóng mở các tiếp điểm. + Rơle không tiếp điểm (rơle tĩnh): loại này tác động bằng cách thay đổi đột ngột các tham số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch điều khiển như: điện cảm, điện dung, điện trở,... c) Phân loại theo đặc tính tham số vào. + Rơle ḍng điện. + Rơle điện áp. + Rơle công suất + Rơle tổng trở,.. d) Phân loại theo cách mắc cơ cấu. + Rơle sơ cấp: loại này được mắc trực tiếp vào mạch điện cần bảo vệ. + Rơle thứ cấp: loại này mắc vào mạch thông qua biến áp đo lường hay biến ḍng điện. e) Phân theo giá trị và chiều các đại lượng đi vào rơle. +Rơle cực đại. +Rơle cực tiểu +Rơle cực đại-cực tiểu +Rơle so lệch. +Rơl