CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG 1. Khảo sát hệ thống. Hiện nay trong rất nhiều lĩnh vực đời sống và sản xuất các loại động cơ điện ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn so với những loại động cơ sử dụng năng lượng như xăng, dầu, khí đốt…. Những loại động cơ điện này có những ưu điểm hơn hẳn về hiệu suất sử dụng, cấu tạo nhỏ gọn, giá thành hợp lý, dễ dàng điều chỉnh tốc độ, đảo chiều, cưỡng bức các quá trình khởi động, quá trình hãm dừng dễ dàng.
Trong thực tế có rất nhiều loại động cơ điện được sử dụng bao gồm: Động cơ điện cơ điện 3 pha được chia làm các loại cơ bản là: Động cơ điện 3 pha dây quấn và 3 pha roto lồng sóc, động cơ điện 1 pha. Động cơ điện 1 chiều bao gồm các loại như: kích từ song song và loại kích từ nối tiếp. Thông thường với những động cơ thường xuyên đòi hỏi đảo chiều, tăng, giảm, hãm dừng thì thuờng sử dụng động cơ điện 1 chiều là chủ yếu, vì sẽ dễ dàng điều khiển hơn so với đông cơ xoay chiều. Để tiến hành điều khiển động cơ 1 chiều, có rất nhiều biện pháp được ứng dụng như là: thay đổi điện áp phần ứng, thay đổi từ thông, hoặc sử dụng điện trở phụ mắc thêm vào phần ứng của động cơ.
Để làm được điều đó, chúng ta cần đi xây dựng những hệ thống điều khiển, có rất nhiều hệ thống được ứng dụng như là: các hệ thống điều khiển PID, điều khiển động cơ bằng Vi điều khiển, hay có thể điều khiển bằng cách sử dụng các loại khí cụ điện. Trong đề tài này chúng em sẽ tiến hành nghiên cứu các quá trình điều khiểu động cơ bằng phương pháp sử dụng Vi điều khiển họ 8051. Nhiệm vụ và yêu cầu kĩ thuật. Thiết kế một mạch điện điều khiển động cơ DC 12 v.
với các yêu cầu quay thuận, quay nghịch, tăng tốc, giảm tốc, và đảo chiều quay động cơ. Thực hiển thao tác điều chỉnh các chức năng trên thông qua các nút ấn bao gồm : nút khởi động động cơ, nút điều khiển quay thuận, nút điều khiển quay ngược, nút tăng tốc, nút giảm tốc, và nút dừng động cơ, 3 thông qua các nút ấn này cho phép ta có thể điều chỉnh động cơ làm việc ở 1 tốc độ như mong muốn. Hệ thống cho phép hiện thị tốc độ làm việc có thể sử dụng LCD hoặc LED 7 thanh, đồng thời có các led đơn thông báo trạng thái quay thuận, quay ngược, dừng còn giá trị tốc độ động cơ được hiển thị chi tiết là bao nhiêu trên LED 7 đoạn. Thông qua đề tài, làm quen với cách thức, nguyên lý điều khiển đối tượng động cơ 1 chiều.
Tìm hiểu thực tế các linh kiện, các loại IC, hoạt động của các loại cảm biến…. Viết chương trình cho vi điều khiển thực hiện thành công theo yêu cầu đề ra. Tìm hiểu các hướng phát triển của đề tài, nâng cao chất lượng của hệ thống. Chi phí cho hệ thống không quá cao, phù hợp với yêu cầu kinh tế.
Mạch sử dụng các linh kiện sau: - Vi điều khiển : AT89c52. - Bộ cảm biến quang học: encoder (đã được gắn trực tiếp trên động cơ DC) - Động cơ điện một chiều: 12v - Led 7seg. - Ngoài ra còn các phần tử điện khác như: tụ hóa, tụ phân cực, điện trở… 4 CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ KHỐI 1. Sơ đồ khối của mạch.
Phím ấn NGUỒN 12 V HIỂN THỊ LED 7 seg ĐIỀU VI XỬ LÝ KHIỂN ĐỘNG CƠ 8051 ĐỘNG CƠ DC-12V L293 ỔN ÁP NGUỒN 5V Xung điện ENCODER Sơ đồ khối của mạch. Nhiệm vụ - chức năng của từng khối. Động cơ: động cơ điện được sử dụng trong mạch là động cơ điện một chiều có điện áp đặt vào tối đa 24V. Trên trục động cơ có gắn một đĩa tròn có khoét các lỗ tròn để cho ánh sáng từ led phát quang có thể đi qua tới con mắt thu quang để có thể đo được tốc độ động cơ.
ở đây chúng ta dùng động cơ DC 12V. Encoder: dùng để đo số vòng quay của động cơ và phát hiện chiều quay của động cơ. encoder nó sẽ đo tốc độ động cơ thông qua sự liên lạc, 5 mất liên lạc của led phát quang và bộ phận thu quang rồi chuyển thành các xung điện áp vuông gửi tới chân ngắt của vi xử lý. Vi xử lý: nhận các tín hiệu từ encoder thông qua cơ chế ngắt từ đó căn cứ vào số xung do đó nó sẽ tính toán xử lý để: - Đưa ra tốc độ động cơ hiển thị lên led 7 thanh.
- Điều chế độ rộng xung PWM để điều khiển tốc độ động cơ cho phù hợp với yêu cầu. => Khối vi xử lý là trái tim là khối óc của hệ thống là phần quan trọng nhất điều khiển mọi hoạt động của mạch. Khối điều khiển: điều khiển hướng của động cơ điện một chiều. trong bài toán này chúng em xử dụng mạch cầu H để điều khiển hướng của động cơ.
Khối hiển thị: nhận số liệu về tốc độ động cơ từ vi xử lý rồi hiển thị lên các led 7 thanh theo sự điều khiển của Vi điều khiển. Khối nguồn ổn áp 5V: có chức năng cung cấp điện áp ổn định cho các khối trong mạch. Cụ thể trong mạch ta sử dụng hai nguồn riêng biệt: - Nguồn 5V DC dùng để nuôi các IC trong mạch hoạt động tạo ra các tín hiệu xuất ra chuẩn TTL, tránh các trường hợp nhiễu điện áp không đúng với điện áp cấp cho IC => tránh IC không hoạt động, hỏng hóc, chập cháy. - Nguồn 12V DC dùng để cung cấp cho động cơ một chiều DC (trong đồ án này sử dụng động cơ một chiều DC 12V.
) 6 CHƯƠNG III: CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN 1. Vi Điều Khiển 8051. Kiến trúc phần cứng AT89C52 AT89C51 là phiên bản 8051 có ROM trên chip là Flash. Phiên bản này thích hợp cho ứng dụng nhanh vì bộ nhớ Flash có thể xoá trong vài giây.
AT89C51 có thể được lập trình qua công COM của máy tính IBM PC. Các thành phần bên trong nó gồm có: - 128 byte RAM - 8Kbyte ROM - 32 đường xuất nhập - 3 bộ định thời đếm 16 bit - 8 nguyên nhân ngắt - một port nối tiếp song công - một mạch dao động và tạo xung clock trên chi a. Cấu hình các chân của 89ATC52: 7 b. Mô tả các chân: - Vcc (40): chân cấp điện (5V) - GND (20): chân đất (0V) Cổng Port 1 được chỉ định là cổng I/O từ chân 1 đến 8.
Chúng được sử dụng cho mục đích duy nhất là giao tiếp với thiết bị khi cần thiết. Ngoài ra các chân P1.1 là 2 chân liên quan đến hoạt động ngắt của bộ định thời 2. Trong những mô hình thiết kế không dùng bộ nhớ ngoài, Port 0 là cổng I/O. Còn đối với các hệ thống lớn hơn có yêu cầu một số lượng đáng kể bộ nhớ ngoài thì Port 0 trở thành các đường truyền dữ liệu và 8 bit thấp của bus địa chỉ.
Ngoài ra chân P1.0(T2) là ngõ vào của bộ đếm thời gian 2.1(T2EX) là chân capture/reload của bộ đếm thời gian 2. Cổng Port 2 là cổng I/O hoặc là đường tryển 8 bit cao của bus địa chỉ cho những mô hình thiết kế có bộ nhớ chương trình ở nằm ngoài học có hơn 256 byte bộ nhỡ dữ liệu ngoài. Cổng Port 3 ngoài mục đích chung là cổng I/O, những chân này còn kiêm luôn nhiều chức năng khác liên quan đến đặc tính đặc biệt của vi điều khiển 8 Những chức năng thứ hai của chân cổng Port 3 - /PSEN là một tín hiệu điều khiển cho phép bộ nhớ chương trình bên ngoài hoạt động. Nó thường được kết nối đến chân /OE (Output Enable) của /EPROM để đọc các byte chương trình.
Xung tín hiệu /PSEN luôn ở mức thấp trong suốt phạm vi quá trình của một lệnh. Còn khi thi hành chương trình từ ROM ở ngay bên trong chip, chân /PSEN luôn ở mức cao. - Tín hiệu ALE có chức năng đặc biệt tách byte địa chỉ thấp và bus dữ liệu khi cổng P0 được sử dụng cở chế độ tuần tự hay còn gọi là chế độ dồn kênh, nghĩa là sử dụng cùng một đường truyền cho các bit dữ liệu và byte thấp của bus địa chỉ - Khi chân /EA ở mức cao, vi điều khiển được thực hiện các chương trình lưu trữ ỏ vùng nhớ thấp hơn 8Kbyte ROM bên trong chip. Còn /EA ở mức thấp chỉ có những chương trình lưu ở bộ nhớ ngoài mới được thực hiện - AT89S52 có một bộ dao động nội bên trong chip hoạt động theo tần số của một dao động thạch anh nằm bên ngoài.
Tần số thông dụng của thạch anh là 11, 0592 MHZ. - RST (9): ngõ vào reset ở mức cao trên chân này trong 2 chu kì máy. Mạch reset tác động bằng tay và sẽ tự động reset lại máy. 9 - XTAL1 và XTAL2: là hai ngõ vào và ra của bộ khuếch đại đảo của mạch dao động, được cấu hình dùng để dùng như một bộ giao động trên chip.
Không có yêu cầu nào về chu kì nghiện vụ của tín hiệu xung Clock bên ngoài do tín hiệu này phải qua mạch flip-flop chia hai trước khi tới mạch tạo xung bên trong. Tuy nhiên các chi tiết kĩ thuật về thời gian mức thấp và thời gian mức cao, điện áp cực đại, điện áp cực tiểu cần được xem xét. Tổ chức bộ nhớ Không gian bộ nhớ của bộ vi điều khiển được phân chia thành 2 phần: bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình. Hầu hết các IC MCS đều có bộ nhớ chương trình nằm bên trong chip, tuy nhiên cũng có thể mở rộng dung lượng lên đến 64K bộ nhớ chương trình và 64K dữ liệu bằng cách sử dụng một số bộ nhớ ngoài.
Bên trong chip vi điều khiển AT89C51 có 128 byte bộ nhớ dữ liệu. Không gian bộ nhớ bên trong được chia thành các bank thanh ghi, RAM địa chỉ theo bit, RAM dùng chung và các thanh ghi chức năng đặc biệt 10 11 Sơ đồ chi tiết không gian bộ nhớ dữ liệu bên trong vi điều khiển d. Các thanh ghi đặc biệt. AT89C52 có các thanh ghi R0 đến R7 và 21 thanh ghi chức năng đặc biệt SFR (Special Function Register) nằm ở phần trên của RAM từ địa chỉ 80H đến FFH.
- Thanh ghi trạng thái PSW (program stastus word): 12 - Thanh ghi B: thanh ghi luôn được sử dụng kèm theo thanh ghi A để thực hiện các phép toán nhân và chia. Thanh ghi B xem như là thanh ghi đệm dùng chung.