Đặt vấn đề Với xu thế khoa học kĩ thuật ngày càng phát triển mạnh mẽ, nhất là trong các lĩnh vực như thông tin viễn thông, điện tử công nghiêp,.nhiều thiết bị, linh kiện mới ra đời đã dần thay thế cho các thiết bị, linh kiện trước đó có phần hạn chế. Sự vi mạch hóa đã đem lại những lợi ích to lớn cho cuộc sống của con người. Hầu hết khi xử lý dữ liệu, điều khiển.người ta đều chọn xử lý trên nền tảng số học và đại số logic, với sự trợ giúp của các hệ vi điều khiển. Động cơ điện một chiều là một loại thiết bị được sử dụng rất nhiều trong sinh hoạt thường ngày.
Chúng có những ứng dụng rất lớn, từ những chiếc radio đến vô tuyến rồi đến những thiết bị hiện đại như máy tính đều có sự hiện diện của động cơ điện một chiều. Nhưng nếu không điều khiển được thì chúng sẽ không thể phát huy được hết chức năng của nó. Vì vậy việc điều khiển động cơ điện một chiều là hết sức quan trọng. Trong lĩnh vực điều khiển động cơ điện một chiều, ta có thể sử dụng kết hợp với vi điều khiển nhằm đơn giản hóa mạch điều khiển và đơn giản hóa việc điều khiển.
Đặc điểm, yêu cầu của đồ án Với khẳ năng có hạn cũng như thời gian hạn chế, hơn nữa là chỉ đi sâu vào nghiên cứu một loại vi điều khiển đang có ứng dụng thực tế cao và phổ biến là vi điều khiển PIC 16F877A, vì vậy đồ án phải đạt được các yêu cầu và đặc điểm sau: Có thể điều khiển được động cơ điện một chiều Có tính an toàn, thẩm mỹ và có tính ứng dụng thực tế cao. Dễ dàng mở rộng vấn đề cho đề tài 1. Phƣơng pháp thiết kế Từ những yêu cầu, đặc điểm của đề tài, chúng em đã chọn ra phương án thực hiện như sau: i. Tham khảo ý kiến của giáo viên hướng dẫn, bạn bè và thu thập những tài liệu liên quan.
GVHD: Phạm Xuân Hiển Nhóm sinh viên thực hiện 5 TRƯỜNG ĐH SP KT HƯNG YấN Đồ án môn học KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ii. Đề ra phương án thi công có tính khả thi xét trên các mặt kinh tế và kĩ thuật. Thực hiện theo phương án và kế hoạch dưới sự chỉ đạo của giáo viên hướng dẫn. Phƣơng pháp thu thập dữ liệu - Sử dụng những tài liệu, những vấn đề do giáo viên hướng dẫn cung cấp.
- Tham khảo những ý kiến của các giáo viên trong khoa và của bạn bè. - Thu thập những thông tin cần thiết trên mạng internet (một số trang web điển hình như: diendandientu. Trình tự thiết kế Sau khi bắt tay vào thực hiện đề tài, chúng em đã tuân thủ các bước thiết kế sau: - Thu thập dữ liệu. - Phân tích dữ liệu.
- Đề ra các phương án và lựa chọn phương án tối ưu. - Kiểm tra và đưa ra kết luận. Mở rộng đề tài Vì đây chỉ giới hạn là một đồ án môn học nên trong quá trình thực hiện, đề tài vẫn gặp phải một số hạn chế như chưa điều khiển được vòng kín, chưa hiển thị được tốc độ động cơ,. Vì vậy hướng mở rộng đề tài của chúng em đó là thiết kế một bộ điều khiển hoàn chỉnh, có phản hồi vòng kín, có hiển thị tốc độ động cơ, tự động điều khiển tốc độ,.
GVHD: Phạm Xuân Hiển Nhóm sinh viên thực hiện 6 TRƯỜNG ĐH SP KT HƯNG YấN Đồ án môn học KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ Chƣơng 2. Cơ sở phần cứng 1. Vi điều khiển 1. Khái niệm Vi điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chíp, nó thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử.
Vi điều khiển, thực chất, là một hệ thống bao gồm một vi xử lý có hiệu suất đủ dùng và giá thành thấp (khác với các bộ vi xử lý đa năng dùng trong máy tính) kết hợp với các khối ngoại vi như bộ nhớ, các mô đun vào/ra, các mô đun biến đổi số sang tương tự và tương tự sang số,. Ở máy tính thì các mô đun thường được xây dựng bởi các chíp và mạch ngoài. Vi điều khiển thường được dùng để xây dựng các hệ thống nhúng. Nó xuất hiện khá nhiều trong các dụng cụ điện tử, thiết bị điện, máy giặt, lò vi sóng, điện thoại, đầu đọc DVD, thiết bị đa phương tiện, dây chuyền tự động, v.
Mô tả Hầu hết các vi điều khiển ngày nay được xây dựng dựa trên kiến trúc Havard, kiến trúc này định nghĩa bốn thành phần cần thiết của một hệ thống nhúng. Những thành phần này là lõi CPU, bộ nhớ chương trình (thông thường là ROM hoặc bộ nhớ Flash), bộ nhớ dữ liệu (RAM), một hoặc vài bộ định thời và các cổng vào/ra để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi và các môi trường bên ngoài - tất cả các khối này được thiết kế trong một vi mạch tích hợp. Vi điều khiển khác với các bộ vi xử lý đa năng ở chỗ là nó có thể hoạt động chỉ với vài vi mạch hỗ trợ bên ngoài. Các họ vi điều khiển thông dụng 1.
Họ vi điều khiển AMCC (do tập đoàn "Applied Micro Circuits Corporation" sản xuất). Từ tháng 5 năm 2004, họ vi điều khiển này được phát triển và tung ra thị trường bởi IBM. 403 PowerPC CPU PPC 403GCX 405 PowerPC CPU GVHD: Phạm Xuân Hiển Nhóm sinh viên thực hiện 7 TRƯỜNG ĐH SP KT HƯNG YấN Đồ án môn học KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ PPC 405EP PPC 405GP/CR PPC 405GPr PPC NPe405H/L 440 PowerPC Book-E CPU PPC 440GP PPC 440GX PPC 440EP/EPx/GRx PPC 440SP/SPe 1. Họ vi điều khiển Atmel Dòng Atmel AT91 (Kiến trúc ARM THUMB) Dòng AT90, Tiny & Mega – AVR (Atmel Norway design) Dòng Atmel AT89 (Kiến trúc Intel 8051/MCS51) Dòng MARC4 1.
Họ vi điều khiển Cypress MicroSystems CY8C2xxxx (PSoC) 1. Họ vi điều khiển Freescale Semiconductor. Từ năm 2004, những vi điều khiển này đƣợc phát triển và tung ra thị trƣờng bởi Motorola. Dòng 8-bit 68HG05 (CPU05) 68HG08 (CPU08) 68HG11 (CPU11) Dòng 16-bit 68HC12 (CPU12) 68HC16 (CPU16) Freescale DSP56800 (DSP controller) Dòng 32-bit Freescale 683XX (CPU32) MPC500 MPC 860 (PowerQUICC) MPC 8240/8250 (PowerQUICC II) MPC 8540/8555/8560 (PowerQUICC III) 1.
Họ vi điều khiển Fujitsu F²MC Family (8/16 bit) GVHD: Phạm Xuân Hiển Nhóm sinh viên thực hiện 8 TRƯỜNG ĐH SP KT HƯNG YấN Đồ án môn học KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ FR Family (32 bit) FR-V Family (32 bit RISC) 1. Họ vi điều khiển Inlel Dòng 8-bit 8Xc42 MCS8 MCS51 8061 8xC261 Dòng 16-bit 80186/88 MCS96 MXS296 Dòng 32-bit 386EX I960 1. Họ vi điều khiển Microchip 12-bit instruction PIC 14-bit instruction PIC PIC 16F84 16-bit instruction PIC dsPIC 1. Họ vi điều khiển National Semiconductor COP8 CR16 1.
Họ vi điều khiển STMicroelectronics ST 62 ST7 1. Họ vi điều khiển Philips Semiconductors LPC2000 LPC900 LCP700 GVHD: Phạm Xuân Hiển Nhóm sinh viên thực hiện 9 TRƯỜNG ĐH SP KT HƯNG YấN Đồ án môn học KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ 2. Động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều. Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng cũng như công nghiệp.
Thông thường động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc độ duy nhất khi nối với nguồn điện, tuy nhiên vẫn có thể điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ với sự hỗ trợ của các mạch điện tử cùng phương pháp PWM. Động cơ điện một chiều trong dân dụng thường là các dạng động cơ hoạt động với điện áp thấp, dùng với những tải nhỏ. Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu moment mở máy lớn hoặc yêu cầu thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng. Cấu tạo Cấu tạo của động cơ gồm có 2 phần: stato đứng yên và rôto quay so với stato.
Khi có dòng điện chạy trong mạch phần ứng, các thanh dẫn phần ứng sẽ chịu tác động bởi các lực điện từ theo phương tiếp tuyến với mặt trụ rôto, làm cho rôto quay. Chính xác hơn, lực điện từ trên một đơn vị chiều dài thanh dẫn là tích có hướng của vectơ mật độ từ thông B và vectơ cường độ dòng điện I. Một phần quan trọng của động cơ điện một chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong cuộn rotor trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục. Thông thường bộ phận này là bộ phận gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.
Đây cũng chính là nhược điểm chính của động cơ điện một chiều: cổ góp làm cho cấu tạo phức tạp, đắt tiền, kém tin cậy và nguy hiểm trong môi trường dễ nổ, khi sử dụng phải có nguồn điện một chiều kèm theo hoặc bộ chỉnh lưu. GVHD: Phạm Xuân Hiển Nhóm sinh viên thực hiện 10 TRƯỜNG ĐH SP KT HƯNG YấN Đồ án môn học KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ 2. Nguyên lý hoạt động Trên hình 2 mô tả nguyên lý làm việc của động cơ một chiều. Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện A và B, trong dây quấn phần ứng có dòng điện.
Các thanh dẫn ab và cd mang dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng tương hổ lên nhau tạo nên momen tác dụng lên rotor, làm rotor quay. Chiều lực tác dụng được xác định theo qui tắc bàn tay trái (hình 2a). Khi phần ứng quay được nữa vòng, vị trí thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau, nhờ có phiến góp đổi chiều dòng điện, nên dòng điện một chiều biến đổi thành dòng điện xoay chiều đưa vào dây quấn phần ứng, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, do đó lực tác dụng lên rotor cũng theo một chiều nhất định, đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi (hình 2b). Phương trình cơ bản của động cơ điện một chiều: GVHD: Phạm Xuân Hiển Nhóm sinh viên thực hiện 11 TRƯỜNG ĐH SP KT HƯNG YấN Đồ án môn học KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ E= K.Iư Trong đó: Φ : từ thông trên mỗi cực (Wb) Iư : dòng điện phần ứng (A) V : điện áp phần ứng (V) Rư : điện trở phần ứng (Ω) Ω : tốc độ động cơ (rad/s) M : momen động cơ (Nm) K : hằng số, phụ thuộc cấu trúc động cơ 2.
Phƣơng pháp điều khiển tốc độ động cơ Thông thường, tốc độ quay của một động cơ điện một chiều tỷ lệ với điện áp đặt vào nó, và ngẫu lực quay tỷ lệ với dòng điện. Điều khiển tốc độ của động cơ có thể bằng cách điều khiển các điểm chia điện áp của bình ắc quy, điều khiển bộ cấp nguồn thay đổi được, dùng điện trở hoặc mạch điện tử.