Luận văn Giao tiếp máy tính điều khiển tốc độ động cơ DC và thiết bị điện dùng vi điều khiển AT89C51

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM    KHOA ĐIỆN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài : GIAO TIẾP MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC VÀ THIẾT BỊ ĐỊÊN DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51 GVHD : PHẠM THUÝ NGỌC SVTH : PHẠM NGỌC THƯỜNG LỚP : DHDI1 MSSV : 05123471 Tp.HCM, Tháng 07 năm 2009 Trường Đại Học Công Nghiệp Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Thành Phố Hồ Chí Minh Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc ---o0o--- ---o0o--- KHOA ĐIỆN NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Họ và tên: Phạm Ngọc Thường MSSV: 05123471 Ngành: Điện Công Nghiệp Lớp: DHDI1 Khoá: 2005 - 2009 1- Tên đề tài: ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 2- Cơ sở ban đầu: ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 3- Nội dung các phần thuyết minh tính toán: ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 4- Cán bộ hướng dẫn: Cô Phạm Thuý Ngọc 5- Ngày giao nhiệm vụ: ----------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 6- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: --------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- Thông qua bộ môn Ngày . . . . tháng . . . . năm 2009 Giáo viên hướng dẫn Chủ nhiệm bộ môn Cô Phạm Thuý Ngọc    ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- Tp.HCM, ngày…... tháng…... năm 2009  Giáo viên hướng dẫn Cô Phạm Thuý Ngọc NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN    ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- Tp.HCM, ngày….. tháng…... năm 2009 Giáo viên phản biện NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN    ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------- Tp.HCM, ngày….. tháng…... năm 2009 Hội Đồng Chấm Luận Văn Tốt Nghiệp NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU Trong các ngành công nghiệp sản xuất và đời sống, công tác điều khiển vận hành hiệu quả các thiết bị nhằm tăng khả năng sản xuất, tăng chất lượng, đồng thời tiết kiệm được chi phí sản xuất cũng như mọi chi phí cho việc trùng tu bảo dưỡng thiết bị sản xuất giữ một vị trí quan trọng. Xuất phát từ nhu cầu đó điện tử tự động hoá ra đời, song song với sự ra đời của điện tử tự động hoá là sự ra đời và cải tiến không ngừng của máy tính. Nhờ có máy vi tính mà chúng ta có thể làm được nhiều công việc mà không cần phải tốn nhiều công sức. Để khai thác được những ưu điểm đó điện tử tự động hoá đã có sự bắt tay với máy vi tính, do đó công việc điều khiển các thiết bị điện trở nên đơn giản và thuận tiện hơn. Điều khiển máy điện là một lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng các thiết bị, khí cụ và sơ đồ điều khiển để phục vụ các nhu cầu thay đổi các đại lượng của chuyển động như momen, tốc độ hay điều khiển vị trí tuỳ theo các yêu cầu phát sinh của mỗi loại hình sản xuất. Động cơ một chiều được sử dụng từ lâu trong các hệ truyền động có điều khiển tốc độ yêu cầu dải điều chỉnh lớn, độ ổn định tốc độ cao và các hệ thường xuyên hoạt động ở chế độ khởi động, hãm và đảo chiều. Nhờ có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt nên được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp. Một số ứng dụng quan trọng của động cơ một chiều như truyền động cho xe điện, máy công cụ, máy nâng vận chuyển, máy cán, máy nghiền … Truyền động điện tốc độ chiếm phần lớn các ứng dụng của điều khiển đại lượng chuyển động. Trong các loại điều khiển như vậy thường gồm có các động cơ chấp hành, các bộ biến đổi điện tử công suất và các hệ thống điều khiển số. Đương nhiên phải có các bộ lọc nguồn đầu vào đạt tiêu chuẩn lọc nhiễu điện từ. Để thay đổi tốc độ, các động cơ xoay chiều đòi hỏi phải thay đổi biên độ điện áp và tần số trong khi động cơ một chiều thì chỉ cần thay đổi mỗi điện áp một chiều thì bộ chuyển mạch cơ khí của động cơ một chiều làm thay đổi tần số theo. Các động cơ xoay chiều hầu hết không có chổi than, chi phí ban đầu và chi phí bảo dưỡng thấp hơn của động cơ một chiều. Tuỳ vào các ứng dụng mà việc chọn lựa loại động cơ nào được sử dụng phụ thuộc vào khách hàng. Trong phạm vi luận văn này, em xin trình bày vấn đề về điều khiển tốc độ động cơ một chiều dùng họ vi điều khiển 8051 bằng phương pháp độ rộng xung và điều khiển đóng ngắt các thiết bị điện.. Đề tài: “Điều khiển tốc độ động cơ DC kết hợp Vi điều khiển AT89C51 và Máy tính” có liên quan đến nhiều vấn đề lý thuyết. Nhưng trong phạm vi của một Luận Văn Tốt Nghiệp, người làm đề tài không thể trình bày chi tiết từng vấn đề được, mà chỉ đề cập đến một cách tóm lược nhằm làm cơ sở cho các lí luận sau này. Do vậy nếu các bạn sinh viên nếu có nhu cầu tìm hiểu sâu hơn hãy nên tham khảo trong các tài liệu chuyên môn của ngành. Tp.HCM 28/07/2009 Sinh viên thực hiện Phạm Ngọc Thường LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được đề tài này thì trước tiên em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM, các thầy cô trong Ban giám hiệu Khoa Điện và các thầy cô bộ môn đã tạo điều kiện cho em được học tập và đã truyền thụ nhiều kiến thức cho em làm nền tảng học vấn trên con đường công danh sự nghiệp của mình. Sau đó là em vô cùng cảm ơn cô Phạm Thuý Ngọc là người cô đã trực tiếp định hướng và hướng dẫn em nghiên cứu về một lĩnh vực khá là rộng, với khối lượng công việc lớn đối với em. Tất cả bạn bè đã giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp. Do kinh nghiệm và trình độ còn hạn chế, phần thể hiện và trình bày còn nhiều khiếm khuyết. Kính mong quí Thầy cô bỏ qua cho em. Trân trọng kính chào Tp.HCM, tháng 07 năm 2009 Sinh viên thực hiện Phạm Ngọc Thường MỤC LỤC  ----- oOo ----- Phần A: GIỚI THIỆU...................................................................................... Trang tựa ..................................................................................................... Nhiệm vụ đề tài ........................................................................................... Nhận xét của giáo viên hướng dẫn ............................................................... Nhận xét của giáo viên phản biện ................................................................ Nhận xét của hội động chấm luận văn tốt nghiệp ......................................... Lời mở đầu .................................................................................................. Lời cảm ơn .................................................................................................. Mục lục ....................................................................................................... Phần B: NỘI DUNG ........................................................................................ 1 Chương 1: DẪN NHẬP - CƠ SỞ LÝ LUẬN ................................................... 2 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ...................................................................................... 2 1.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI.................................................... 3 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI .............................................................................. 3 1.4 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ................................................................. 4 1.5 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ............................................................... 4 1.6 DÀN Ý NGHIÊN CỨU ........................................................................ 4 1.7 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU........................ 6 1.8 CÁC CƠ SỞ CHO VIỆC NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI................................ 7 1.8.1 Kiến thức và năng lực người nghiên cứu ............................................. 7 1.8.2 Vấn đề thực tiễn.................................................................................. 7 1.8.3 Tác động của điều kiện khách quan đến việc thực hiện đề tài.............. 8 1.9 THỂ THỨC NGHIÊN CỨU .................................................................. 8 1.9.1 Phương pháp thu thập dữ kiện............................................................. 8 1.9.2 Xử lý dữ kiện ...................................................................................... 9 1.9.3 Trình bày đồ án................................................................................... 9 1.10 LẬP KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU ....................................................... 9 Chương 2: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU .................................... 10 2.1 CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU .......................... 11 2.1.1 Phần tĩnh hay phần cảm (Stator).......................................................... 11 2.1.2 Phần quay hay phần ứng (Rotor) ......................................................... 12 2.2 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC ............................................................... 12 2.2.1 Khái niệm chung ................................................................................. 12 2.2.2 Hệ thống băm áp ................................................................................. 13 1 – Chopper giảm áp.................................................................................... 16 2 – Chopper tăng áp ..................................................................................... 32 2.3 MÔ TẢ TOÁN HỌC CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ................. 40 2.3.1 Khái niệm chung ................................................................................. 40 2.3.2 Hàm truyền đạt ................................................................................... 40 2.3.3 Phương trình trạng thái ....................................................................... 41 2.3.4 Khâu hiệu chỉnh PID (PID Control) .................................................... 43 Chương 3: GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51 ................................... 45 3.1 CẤU TẠO VI ĐIỀU KHIỂN 8051 ........................................................ 45 3.1.1 Tóm tắt phần cứng họ MCS – 51 (8051) ............................................. 45 3.1.2 Các chân của chip 8051....................................................................... 46 3.1.3 Cấu trúc bên trong vi điều khiển ......................................................... 51 3.1.4 Bộ nhớ ngoài....................................................................................... 53 3.2 TÓM TẮT TẬP LỆNH CỦA 8051 ........................................................ 54 3.3 HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ ĐỊNH THỜI (TIMER).................................... 55 3.3.1 Giới thiệu............................................................................................ 55 3.3.2 Thanh ghi chế độ định thời (TMOD)................................................... 56 3.3.3 Thanh ghi điều khiển định thời (TCON) ............................................. 57 3.3.4 Nguồn xung clock cho bộ định thời..................................................... 57 3.3.5 Các khoảng thời gian định thời ........................................................... 59 3.4 HOẠT ĐỘNG CỦA PORT NỐI TIẾP (SERIAL PORT)....................... 59 3.4.1 Giới thiệu............................................................................................ 59 3.4.2 Thanh ghi đệm Port nối tiếp (SBUF) ................................................... 60 3.4.3 Thanh ghi điều khiển Port nối tiếp (SCON)......................................... 60 3.4.4 Tốc độ baud của Port nối tiếp.............................................................. 64 3.4.5 Các bước cơ bản lập trình Port nối tiếp ............................................... 65 3.5 HOẠT ĐỘNG NGẮT (INTERRUPT) ................................................... 66 3.5.1 Giới thiệu...........................