Đồ án Thiết kế một bộ điều khiển motor DC Hệ thống có thể điều khiển được motor có công suất P <=60W và điện áp U <= 24VDC Hệ thống có các phím điều khiển

Bộ Công Thương Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội ---------------*********---------------- Bản báo cáo Đồ án môn học vi điều khiển Chủ đề 18:thiết kế một bộ điều khiển motor DC. Hệ thống có thể điều khiển được motor có công suất P <=60W và điện áp U <= 24VDC. Hệ thống có các phím điều khiển đảo chiều,tăng,giảm tốc độ bằng biến thiên điện áp (dùng DAC). Thầy giáo hướng dẫn : Sinh viên thực hiện: Mục Lục Trang Lời nói đầu 3 Sơ lược họ 8051 4 I. Sơ lược 8051 4 II. Sơ lược 89S52 7 Động cơ một chiều 10 Cấu tạo máy điện một chiều 10 Nguyên lý hoạt động động cơ một chiều 12 Các thành phần chính trong mạch 13 I. DAC0808 13 II. RELAY 16 LM741 17 OPTO 17 D718 17 Thiết kế 18 Sơ đồ khối 18 Mạch nguyên lý 19 Mạch in 20 Lập trình cho vi điều khiển 21 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp biến thiên điện áp (DAC) 21 II. Phần lập trình 22 Kết luận chung 24 Lời nói 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… 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 8051 bằng phương pháp biến thiên điện áp(dùng DAC).Trong đồ án của mình chúng em chúng em 89S52 để lập trình điều khiển động cơ một chiều DC < 24V dùng IC DAC 0808. Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện Tử và các bạn đã giúp đỡ chúng em trong quá trình làm đồ án và cô Vũ Thị Thu Hương đã trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn chúng em là đồ án này. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng trong quá trình làm đồ án ,chưa có kinh nghiệm nên còn có nhiều nhiều khiếm khuyết trong cách trình bày cũng như phần thể hiện đồ án của mình mong cô góp ý và bổ sung thêm. Chúng em xin chân thành cảm ơn ! _________ SƠ LƯỢC 8051_______ Sơ lược 8051 8051 ra đời năm 1981 do hãng Intel sản xuất. Họ điều khiển này có 128 byte RAM,4kbyte ROM,hai bộ đnh thời ,một cổng nối tiếp và 4 cổng ra\vào song song và là 1 bộ vi xử lý 8 bit. Sau khi Intel cho các nhà sản xuất khác sản xuất và bán các dạng biến thể của 8051 thì họ 8051càng ngày càng phổ biến và ngày càng có nhiều phiên bản khác nhau của 8051 nhưng tất cả đều tương thích với 8051 ban đầu. Sau đây là bảng so sánh các họ khác nhau: Số hiệu sản xuất Bộ nhớ chương trình Bộ nhớ dữ liệu Số bộ định thời (bộ đếm) 8031 8051 8571 8951 8032 8052 8752 8952 0K 4K ROM 4K EPROM 4K FLASH 0K 8K ROM 8K EPROM 8K FLASH 128 BYTE 128 BYTE 128 BYTE 128 BYTE 256 BYTE 256 BYTE 256 BYTE 256 BYTE 2 2 2 2 3 3 3 3 Bảng 1: So sánh các họ IC Chức năng các chân của họ 8051 Port 0 (P0.0 _ P0.7) Port 0 gồm 8 chân . Với chức năng xuất nhập dữ liệu ,ngoài ra Port 0 còn là bus đa hợp dữ liện và địa chỉ(AD0_AD7).Port 0 cũng nhận các byte mã khi lập trình Flas và xuất các byte mã khi kiểm tra chương trình .Chú y trong trường hợp này cần có thêm điện trở trước khi nối vào chân Port 0. Port 1 (P1.0_P1.7) Cũng như Port 0 ,Port 1 cũng có 8 chân. Chức năng của Port 1 chỉ là xuất nhập dữ liệu .Port 1 cũng có thể xuất nhập theo bit và theo byte. Port 2 Port 2 là port 8 bit ,cũng có chức năng xuất nhập dữ liệu như 2 port trên.Khi làm nhiệm vụ là port nhập, các chân của port 2 đang được kéo xuống mức thấp do tác động của bên ngoài sẽ cấp dòng do các điện trở kéo lên từ bên trong .Port 2 tạo ra byte cao của bus điạ chỉ trong thời gian tìm nạp lệnh từ bộ nhớ chương trình ngoài và trong thời gian truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài sử dụng các địa chỉ 16 bit. Port 2 cũng nhận các bit địa chỉ cao và tín hiệu điều khiển trông thời gian lập trình Flash và kiểm tra chương trình. Port 3 Cũng là port xuất nhập dữ liệu 8 bit ,ngoài ra port 3 còn có các chức năng khác cụ thể như sau: Bit Tên Chức năng P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho Port nối tiếp P3.1 TXD Dữ liệu truyền cho Port nối tiếp P3.2 INT0 Ngắt bên ngoài 0 P3.3 INT1 Ngắt bên ngoài 1 P3.4 T0 Ngõ vào của timer/counter0 P3.5 T1 Ngõ vào của timer/counter1 P3.6 /WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài P3.7 /RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài Bảng 2: Chức năng các chân của port 3 RST Khi tín hiệu vào chân này được đưa lên mức cao ( trong ít 2 chu kỳ),các thanh ghi trong bộ vi điều khiển được tải lên nhưng giá trị thích hợp để khởi động hệ thống. Chân /PSEN PSEN(program store enable) là chân đọc chương trình ở bộ nhớ ngoài ./PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian đọc mã lệnh.Khi thực hiện chương trình trong ROM nội thì /PSEN ở mức caoChân này được kích hoạt 2 lần mỗi chu kỳ máy và hai hoạt đông này sẽ được bỏ qua khi truy cập bộ nhớ ngoài . Chân ALE ALE(address latch enable) là một xung ngõ ra để chốt byte thấp của địa chỉ trong khi truy cập bộ nhớ ngoài .Đây cũng là chân truy cập xung lập trình khi lập trình Flash.Bình thường khi hoạt động chân ALE sẽ được phát với một tỷ lệ không đổi 1/6 tần số dao đông của vi điều khiển .Tuy nhiên chân này cũng sẽ bỏ qua mỗi khi truy cập bộ nhớ ngoài . 8. Chân EA EA(external access) là chân cho phép chọn bộ nhớ trong hay bộ nhớ ngoài của vi điều khiển .Khi EA ở mức tích cực cao(nối với VCC) thì vi điều khiển thi hành chương trình ROM nội,ngược lại(nối với GND) thì vi điều khiển thi hành bộ nhớ ngoài. 9. XTAL1 và XTAL2 Đây là 2 ngỏ vào và ra của 1 bộ khuyếch đại dao động nghịch được cấu hình để dùng như một bộ dao động trên chip.Nó thường được nối với bộ dao đông thạch anh có dải tần thường là 12MHz-33MHz. Vcc và GND Đây là 2 chân dùng để cấp nguồn cho IC, dải điện áp thích hợp là 4-5V.Với Vcc nối với dương nguồn ,GND nối với âm nguồn. SƠ LƯỢC 89S52 89S52 là một dòng trong họ 8051 ,nó có đầy đủ tính chất cũng như tính năng của họ 8051 .Sau đây là sơ đồ chân của 89S52: 89S52 có tất cả là 40 chân, trong đó chân 20 và 40 là 2 chân nối nguồn với điện áp cho phép nằm vào khoảng 3-5,5V. Từ chân 1 đến chân 8 là chân port 1,từ chân 10 đến chân 17 là chân của port 3 ,từ chân 32 đến chân 39 là chân của port 0,từ chân 22 đến chân 28 là các chân của port 2,các chân còn lại là :chân 9 là chân RST ,chân 18 và chân 19 lần lượt là chân XTAL1 và XTAL2 ,từ chân 29 đến chân 31 lần lượt là các chân PSEN,ALE,EA. Chức năng của các chân này thì đã trình bày trên phần sơ lược 8051 ở trên. Hình 1. Sơ đồ chân của 89S52 Hình 2. Sơ đồ khối của bộ vi điều khiển AT89S52 AT 89S52 có 8byte Flash ROM trên chip,khi chân /EA (chân 31) được đặt ở mức logic cao thì bộ vi điều khiển sẽ thực hiện chương trình trong bộ nhớ này,tuổi thọ cho bộ nhớ này vào khoảng 1000 lần lập trình,khi chân EA ở mức thấp thì bộ vi điều khiển sẽ thực hiện chương trình ở bộ nhớ ngoài (EPROM ngoài). Để thực hiện được điều này thì 89S52 cần cần có một mạch phối ghép AT89S52 với Flash/EPROM AT89S52 có 256 byte RAM nội, trong đó có 32 byte của bộ nhớ dành cho các bank thanh ghi. AT89S52 có 128 bit có chứa các byte định địa chỉ theo bit tà 20H đến 2FH,các bít này có thể là việc với 1 lệnh đơn. Ngày nay , với sự phát triển của công nghệ thì việc sử dụng chip nói chung và họ 8051 nói riêng ngày càng cần thiết và phổ biến … _____ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU_____ Cấu tạo máy điện một chiều Sau đây là một số sơ đồ của máy điện 1 chiều: Sơ đồ của một máy điện 1 chiều với bộ phận kích từ song song Mạch từ của một máy điện 2 cực Nguyên lý hoạt động của động cơ môt chiều Khi đặt vào trong từ trường một giây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng một lựcvào dòng điện và làm dây dẫn chuyển động .Chiều của lực được xác định bằng quy tắc bàn tay trái. Đây chính là nguyên lý làm việc của động cơ nói chung Về động cơ một chiều : Từ trường trong động cơ tạo ra từ các cuộn dây gọi là cuộn cảm hay cuộn kích từ .Do stator của động cơ có đặt các cuộn cảm nên thường gọi là phần cảm .Từ trường do cuộn cảm tạo ra sẽ tác dụng một lực vào các dây dẫn rotor đặt trong các rảnh của rotor khi có dòng điện chạy qua. Cuộn dây này gọi là cuộn ứng .Dòng điện đưa vào cuộn ứng qua các chổi than và cổ góp.Phần rotor mang phần ứng nên gọi là phần ứng ___CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG MẠCH___ DAC 0808 Sơ đồ khối và sơ đồ ghép nối ü Cấu tạo của DAC0808 Hình 5: Sơ đồ khối và sơ đồ ghép nối ü Sơ đồ thu gọn Hình 6: Sơ đồ thu gọn ü Cấu tạo chân Hình 7: Cấu tạo chân Trong đó: ü Nguồn cung cấp VCC = + 18 VDC VEE = -18 VDC ü Đầu vào số V5-V12: -10VDC đến +18VDC ü Đầu ra khuếch đại V0: -11VDC đến +18VDC ü Dòng hiệu chỉnh I14 : 5mA ü Đầu vào khuếch đại hiệu chỉnh V14 V15 : VCC, VEE ü Năng lượng tiêu thụ: 1000mW ü Độ cảm ứng ESD: TBD ü Dải nhiệt độ chịu đựng: -650C đến +1500C ü Dải hoạt động: Dải nhiệt độ TMIN ≤ TA ≤ TMAX DAC0808 00C ≤TA ≤+75°C ü Những đặc trưng điện: VCC = 5V, VEE = −15 VDC, VREF/R14 = 2 mA ( tất cả các đầu vào số ở mức logic cao) · Ứng dụng thông thường Bộ chuyển đổi số - tương tự (đầu ra +10V) Hình 8: Ứng dụng cơ bản của DAC0808 Vo=V+REF(A1/2 + A2/4 + …+A8/256)  RELAY Hình 9: hình ảnh và cấu tạo của relay Các bộ phận chính của relay + 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 tiếp thu ở đây là cuộn dây + 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 trung gian là mạch từ nam châm điện + Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành) Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển. Cơ cấu chấp hành là hệ thống tiếp điểm LM741 -Khuếch đại thuật toán Hình 10: Sơ đồ IC LM741 OPTO (Cách ly quang). Hình 11: Hình dạng và cấu tạo OpTo và trans D718 D718(Tranzitor công suất ). _______________THIẾT KẾ___________ Sơ đồ khối Khối nguồn Khối điều khiển Khối chuyển đổi tín hiệu Khối công suất Đầu ra (Động cơ) Hình 12: Sơ đồ khối của mạch Mạch nguyên lý. Hình 13: Sơ đồ nguyên lý Mạch in Hình 14: Sơ đồ mạch in ___LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN___ Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp biến thiên điện áp (DAC). Đây là phương pháp biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự ở đầu ra của DAC với các mức điện áp khác nhau. IC DAC0808 là Ic 8 bit đầu vào tương ứng với Port 2 của vi điều khiển. Khi vi điều khiển xuất ra là các bit nhị phân thay đổi thì tương ứng điện áp đầu ra tại chân 4 của Ic DAC0808. Ta thu được đầu ra của DAC với mức điện áp âm khoảng từ 0V đến -9V. Với đầu ra âm này của DAC ta sẽ sử dụng IC LM741 với đầu vào khuếch đại đảo để thu được đầu ra với mức điện áp dương khoảng từ 0V đến 9V. Vo=V+REF(A1/2 + A2/4 + …+A8/256) Trong đó : A1 ,A2,… A8 tương ứng là các bit đầu vào của DAC (8 bit của Port2) VO là đầu ra của Ic LM741. Để đảm bảo cho công suất đầu ra của mạch được nâng cao ta thêm khối công suất sử dụng transistor công suất D718. II. Lập trình. #include #include #include sbit DAO = P3^0; unsigned char x; void delay(unsigned int ms) { unsigned int i; unsigned char j; for(i=0;i<ms;i++) for(j=0;j<120;j++); } void main() { IE = 0x85; IT0 = IT1 = 1; P3 = 0x0d; P2 = 0x87; P1_0 =0; P1_1 = 0; while(!DAO); while(DAO); P1_0 = 1; P1_1 = 0; while(1) { P2 = 0x87; while(!DAO); while(DAO); P1_0 = ~P1_0; delay(2000); P1_1 = ~P1_1; } } void ngat0(void) interrupt 0 //tang { if(P2<0xff) P2=P2+5; } void ngat1(void) interrupt 2 //giam { if (P2>0x00) P2=P2- 5; } ____KẾT LUẬN CHUNG____ Ưu điểm Đây là phương pháp đơn giản và thực tế. Do điện áp tác động vào cuộn dây của động cơ là liên tục nên tuổi thọ của động cơ kéo lâu hơn so với phương pháp khác . Nhược điểm Dải điều khiển hẹp. Tổn hao trên phần công suất lớn. Phương pháp này không được sử dụng khi yêu cầu độ chính xác cao về tốc độ. Tài liệu tham khảo Vi điều khiển(Cấu trúc_lập trình và ứng dụng)______Kiều Xuân Thực Lập trình C với vi điều khiển __________________Ngô Diên Tập Và tham khảo tài lieuj trên :