Chương 1: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THƯỜNG SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH MÁY UỐN SẮT MINI 3D 1.1 Giới thiệu Adruino Arduino đã và đang được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới, và ngày càng chứng tỏ được sức mạnh của chúng thông qua vô số ứng dụng độc đáo của người dùng Hình 1. 1 Arduino Uno Arduino là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác. Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lập trình. Arduino là một nền tảng mà mọi thiết bị phần cứng đều được làm sẵn và chuẩn hóa, người dùng chỉ cần chọn những thứ mình cần, ráp lại là có thể chạy được.
Bạn muốn làm xe điều khiển từ xa? Arduino cung cấp cho bạn module điều khiển động cơ có sẵn mạch điều khiển có sẵn, mạch thu phát sóng không dây có sẵn. Hệ thống đa dạng về chủng loại (đo đạc nhiệt độ, độ ẩm, gia tốc, vận tốc, cường độ ánh sáng, màu sác vật thể, lưu lượng nước phát hiện chuyển động, phát hiện kim loại,khí độc,…) Các thiết bị hiện thị (màn hình LCD,đèn LED,…) Các module chức năng hỗ trợ kết nối có dây với các thiết bị khác hoặc các kết nối không dây thông dụng, định vị GPS, nhắn tin SMS 1 1.1 Phần cứng của Arduino Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sung giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác. Một khía cạnh quan trọng của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người dùng kết nối với CPU của board với các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi, được gọi là shield. Vafai shield truyền thông với board Arduino trực tiếp thông qua các chân khác nhau, nhưng nhiều shield được định địa chỉ thông qua serial bus nhiều shield có thể được xếp chồng và sử dụng dưới dạng song song.
Một vài các bộ vi xử lý khác cũng được sử dụng bởi các mạch Arduino tương thích. Hầu hết các mạch gồm một bộ điều chỉnh tuyến tính 5V và một thạch anh dao động 16MHz mặc dù một vài thiets kế như lilypad chạy tại 8MHz và bỏ qua bộ điều khiển chỉnh điện áp onboard do hạn chế và kích cỡ thiết bị. Một vi điều khiển Arduino.2 Khả năng của bo mạch Arduino Bo mạch Arduino sử dụng dòng vi xử lý 8 bit mega AVR của Atmel với hai chip phổ biến nhất là Atmega328 và Atmega2560. Các dòng vi xử lý này cho phép lập trình các ứng dụng điều khiển phức tạp do được trang bị cấu hình mạnh với các loại bộ nhớ ROM, RAMva Flash, các ngõ vào ra digital I/O trong đó có nhiều ngõ có khả năng xuốt tín hiệu PWM, các ngõ đọc tín hiệu analog và các chuẩn giao tiếp đa dạng như UART, SPI, TWI.3 Các loại bo mạch Arduino Về mặt chức năng, các bo mach Arduino được chia thành hai loại: loại bo mạch chính có chip Atmega và loại mở rộng thêm chức năng cho bo mạch chính.
Các bo mạch chính về cơ bản là giống nhau về chức năng tuy nhiên về mặt cấu hình như số lương I/O dung lượng bộ nhớ hay kích thước có sự khác nhau. Một số bo có trang bị thêm các tính năng kết nối như Ethernet và Bluetooth. Các bo mở rộng chủ yếu mở rộng thêm một số tính năng cho bo mạch chính ví dụ như tính năng kết nối Ethernet, Wireless, điều khiển động cơ 2 Hình 1. 2 Bo mạch Arduino 1.2 Giới thiệu về Drive Drv8825 Hình 1.
3 Driver DRV8825 Driver động cơ bước DRV8825 với đầy đủ các tính năng của môt driver chuyên nghiệp: điều chỉnh dòng giới hạn, vi bước ( 1/32 bước), bảo vệ quá dòng, quá nhiệt, v. Driver DRV8825 hoạt động ở dải điện áp cao từ 8.2V đến 45V và có thể đạt được xấp xỉ 1,8A trên mỗi pha mà không cần tản nhiệt. Driver có có các chân ra và bề mặt gần như đồng nhất với module A4988 vì vậy nó có thể dùng thay thế cho board đó trong nhiều ứng dụng khác nhau. Thông số kỹ thuật: Điện áp cung cấp: 8.2~45VDC Dòng trung bình (RMS) : 1.5A , dòng đỉnh ( Peak) lên đến 2.
3 6 độ phân giải bước khác nhau: full, half step, 1/4 step, 1/8 step, 1/16 step, 1/32 step. Điện áp điều khiển : 3. Tự động ngắt khi quá nhiệt, quá dòng Bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ quá tải.3 Khái quát về IC 7805 Là loại IC cung cấp điện áp ngõ ra với giá trị ổn định mặc dù trong lúc đó điện áp ngõ vào IC thay đổi liên tục và thiếu sự ổn định. IC 7805 chỉ là một trong rất nhiều loại IC ổn áp khác nhưng khả năng ổn áp cao.
IC 7805 được phân loại là một loại IC điều chế điện áp DC dương vì ngõ ra của IC này luôn có mức điện áp dương so với mức điện áp nối mass (GND). 7805 được thiết kế bao gồm: Hình 1. 4 Sơ đồ IC7805 Chân thứ nhất là để cấp điện áp DC đầu vào, chân thứ 2 là chân để đấu với mass (chân GND), chân thứ 3 là chân ngõ ra điện áp ổn áp, IC 7825 có điện áp ra là 5V.1 Mạch ổn áp 5V dùng 7805 Hình 1. 5 Sơ đồ mạch ổn áp 5v sử dụng IC 7805 4 Cấp điện áp đầu vào qua J2 (tương ứng theo các chân âm dương) và điện áp 5V ở ngõ ra sẽ được lấy qua chân J1.
Tụ C1 và C2 để lọc điện áp đầu vào cấp cho chân Vi của IC 7805, tụ C1 có các dụng cung cấp điện áp tạm thời cho chân Vi khi nguồn đột ngột bị sụt áp, tụ C2 là tụ gốm nên trở kháng lớn, C2 có tác dụng ngăn nguồn đầu vào tăng áp đột ngột. Tụ C3 và C4 để lọc điện áp cấp cho tải tiêu thụ lấy từ chân Vo của IC 7805, tụ C3 có các dụng cung cấp điện áp tạm thời cho tải khi điện áp tải đột ngột bị sụt áp, tụ C4 trở kháng lớn, C4 có tác dụng lọc nhiễu điện áp đầu ra.4 Giới thiệu về Servo Một số loại servo phổ biến có hỗ trợ điều khiển vị trí. Thông thường, các cơ cấu servo có thể là điện, thủy lực hoặc khí nén. Chúng hoạt động trên nguyên lý phản hồi âm, trong đó đầu vào điều khiển được so sánh với vị trí thực tế của hệ thống cơ khí được đo lường bằng một số loại cảm biến tại đầu ra.
Sự sai lệch của tín hiệu giữa giá trị thực tế và giá trị đặt được khuếch đại, chuyển đồi được dùng để điều khiển hệ thống theo hướng cần thiết để giảm hoặc loại bỏ sai số. Quá trình này là một trong những ứng dụng được sử dụng rộng rãi của lý thuyết điều khiển. Các servo điển hình có thể cung cấp một đầu ra là chuyển động tròn (góc quay) hoặc đầu ra chuyển động thẳng. Động cơ Servo là một bộ phận của hệ thống điều khiển chuyển động của máy móc.
Một trong các bộ phận không thể thiếu giúp Động cơ Servo có thể hoạt động đó chính là Driver servo. Tương tự như driver của máy tính Hình 1. 6 Sơ đồ động cơ Servo Trong công nghiệp động cơ servo là loại cảm biến phản hồi vị trí, thường là một bộ code hóa có độ chính xác cao, trong khi trong các động cơ RC hoặc nhỏ hơn, cảm biến vị trí thường là một chiết áp đơn giản. Vị trí thực tế được tìm thấy bởi các thiết bị này được đưa trở lại bộ phát hiện lỗi nơi nó được so sánh với vị trí đích.
Sau đó, theo lỗi, bộ điều khiển sửa vị trí thực tế của động cơ để khớp với vị trí đích. 5 Động cơ thường dùng là bộ truyền động kích thước nhỏ được sử dụng để điều khiển xe ô tô, thuyền, máy bay, v. Chúng cũng được sử dụng bởi các sinh viên kỹ thuật để chế tạo robot, tạo ra cánh tay robot, robot lấy cảm hứng sinh học, robot hình người, v. Thông số kỹ thuật: Chủng loại: Analog RC Servo.
Điện áp hoạt động: 4.6VDC Kích thước: 40mm x 20mm x 43mm Trọng lượng: 55g 6 Chương 2: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH MÁY UỐN DÂY SẮT MINI 3D 2. Sơ đồ khối của mạch điều khiển Sơ đồ mạch gồm 3 khối là khối nguồn, khối điều khiển, và khối thực thi. Khối nguồn bao gồm : nguồn tổ ong 12V dùng để cấp nguồn cho khối điều khiển, IC ổn áp LM 7805 để hạ áp 12V xuống 5V để cấp cho động cơ Servo. Khối điều khiển bao gồm : Vi điều khiển Arduino Nano và 3 DRV 8825 có tác dụng điều khiển chuyền tín hiệu đến khối thực thi.
Khối thực thi gồm : 1 động cơ Servo, 1 công tắc hành trình và 3 động cơ bước step. 1 Sơ đồ khối mạch điều khiển 2. Các linh kiện dùng trong mạch điều khiển Dựa vào thông số kĩ thuật và thông qua tìm hiểu các thiết bị trên mạng, em đã chọn các thiết bị dưới đây vì giá thành phù hợp, hợp lí. Và đã được biết một vài thiết bị qua chương trình học.
7 Các linh kiện dùng trong mạch điều khiển được liệt kê và mô tả như trong bảng. 1 Các linh kiện sử dụng Tên Hình ảnh Thông số kỹ thuật Điện áp hoạt động: 4.6VDC Động cơ Kích thước: 40mm x 20mm x 43mm Servo Trọng lượng: 55g MG996 Lực kéo: 3.5A Điện áp vào lớn nhất: 20V IC ổn áp Điện áp vào nhỏ nhất: 7V LM7805 Kiểu đóng vỏ: TO-220 Dòng đầu ra: 1.5A Điện áp ổn định: 5V Dòng điện tối đa: 15A Công tắc - Công suất AC: 15A / 125 - hành trình 250VAC OMRON - Công suất DC: 0.3A/250VDC 8 Số chân analog I/O:8 Arduino Tốc độ xung: 16 MHz Nano Dòng tiêu thụ I/O: 40mA Số chân Digital I/O: 22 Vi điều khiển: Atmega328p Điện áp hoạt động: 5v Kích thước bo mạnh: 18 x 45 mm Điện áp cung cấp: 8.2~45VDC Động cơ 6 độ phân giải bước khác nhau: bước full, half step, 1/4 step, 1/8 step, 8825 1/16 step, 1/32 step. Điện áp điều khiển: 3. Bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ quá tải.
Bước góc chính xác: 1.8+-5% Động cơ Điện môi chính xác: +-10% bước Cảm độ chính xác: +-20% NEMA Nhiệt độ tối đa 80C 23 Kích thước mặt bích: 42x42 mm Động cơ Chiều dài thân: 48 mm bước Dòng chịu tải: 1.5A NEMA Momen xoắn: 0.55Nm 17 Góc mỗi bước 1.8 độ Điện áp đầu vào: 110/ 220V AC. Nguồn tổ Điện áp đầu ra: 12V DC. ong 12v Dòng điện: 10A. Nhiệt độ làm việc: Từ 0 – 60 độ C.