BÁO CÁO MÔN HỌC VI ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO Đề tài THIẾT KẾ THI CÔNG MẠCH GIÁM SÁT ĐỘNG CƠ DC.pdf

ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA CƠ ĐIỆN ĐIẸN TỬ


BÁO CÁO MÔN HỌC
VI ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO
Đề tài:

THIẾT KẾ THI CÔNG MẠCH
GIÁM SÁT ĐỘNG CƠ DC
SVTH: TRƯƠNG KIM QUỐC BẢO
LÊ NGUYỄN ĐĂNG KHOA
NGUYỄN MINH TỚI
NHĨM:
LỚP: 19DC111
GVHD: T.S NGƠ KIM LONG

Đồng nai 04/2022


MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU............................................................................................3
1.1 Lý do chọn đề tài............................................................................................3
1.2 Mục tiêu nghiên cứu.......................................................................................3
1.3 Phạm vi nghiên cứu........................................................................................3
1.4 Kết quả đạt được............................................................................................3
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT........................................................................4
2.1 Nguyên lý hoạt động của mạch.....................................................................4
2.2 Module thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua CP2102...........................4
2.3 Bộ động cơ DC giảm tốc và encoder 2 pha AB............................................6

2.4 Driver motor L298N:.....................................................................................8
2.5 Phần mềm lập trình điều khiển Module thu phát Wifi ESP8266
NodeMCU Lua CP2102.......................................................................................9
2.6 Phần mềm thiết kế mạch................................................................................9
CHƯƠNG 3 SƠ ĐỒ MẠCH.................................................................................11
3.1 Sơ đồ kết nối các module với nhau.............................................................11
3.2 Lưu đồ giải thuật..........................................................................................15
3.3 Viết chương trình.........................................................................................16
CHƯƠNG 4 THI CƠNG VÀ THỬ NGHIỆM....................................................17
4.1 Sản phẩm hoàn thiện....................................................................................17
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN......................................................................................18
5.1 Kết quả đạt được..........................................................................................18
5.2 Định hướng phát triển.................................................................................18
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................19

1


CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU
1.1 Lý do chọn đề tài
Trong những thập niên gầu dây cơng nghiệp hố hiện đại hố trên thế giới ngay càng phát
triển mạnh mẽ . Ở nước ta hiện nay , việc lập trình ghép nối máy tính sự dụng vi điều
khiến đã và đang là công cụ được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực tư động hố . Nó phát
triển nhanh chóng đã mang lại những thay đổi to lớn trong công nghệ cũng như trong đời
sống hàng ngày . Việc tạo ra công nghệ truyền thông không dày đã tiết kiệm được rất
nhiều về mặt kinh tế vì tốn rất it dậy dân , việc lắp đặt cũng trở nên con nhẹ hơn dể dàng
hơn . Động cơ một chiêu được sử dụng từ lâu trong các hệ truyền động có điều khiển tốc
độ yêu cầu dải điều chính lớn độ ổn định tốc độ cao và các hệ thường xuyên hoạt động ở
chế độ khởi động , hàm và đảo chiêu . Một số ứng dụng quan trọng của động cơ 1 chiếu
như truyển động cho xe điện , máy công cụ máy nàng vận chuyển , máy cán máy

nghiên ... Từ các vấn đề trên nhóm đồ án chúng em dã chọn đề tài “ Điều khiển và giám
sát động cơ DC ” .Với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy hướng dẫn đến nay chúng em đã
hoàn thành được đề tài này . Tuy nhiên để có được sản phẩm có tính ổn định cao , đảm
bảo về chất lượng là tương đối khó khăn . Vì tầm hiểu biết của nhóm thực hiện vẫn cịn
hạn chế nên để tài khó tránh khỏi những thiếu sót , những khuyết điểm khơng mong
muốn . Nhóm đồ án

1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Thiết kế thi công mạch giám sát động cơ DC qua web server.

1.3 Phạm vi nghiên cứu
 Module Mạch Thu Phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua - driver CP2102: nắm
được cấu trúc phần cứng, lập trình phần mềm và ứng dụng vào mơ hình thực tế.
 Bộ động cơ DC giảm tốc và Encoder 2 pha AB.
 Module điều khiển động cơ L298N.
 Phần mềm lập trình Micropython, upyCraft_V1.1.exe.

2


1.4 Kết quả đạt được
Thiết kế thi mạch giám sát qua web server đã chạy như mong muốn mình đưa ra đạt
đúng yêu cầu đề tài.

3


CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Nguyên lý hoạt động của mạch
Khi ta cấp nguồn cho mạch, module ESP8266 sẽ hoạt động và hiển thị trạng thái

lên web server. Khi động cơ được kích hoạt động thì encoder sẽ bắt đầu đọc các giá trị
như tốc độ, chiều quay của động cơ và gửi về cho Esp8266. Khi ESP8266 nhận được tín
hiệu từ encoder thì sẽ hiển thị các thơng số đó lên web server. Và ta có thể điều khiển
được động cơ quay thuận, nghịch hoặc dừng động cơ trên web server.

2.2 Module thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua CP2102
Module thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU Lua là kit phát triển dựa trên nền chip
Wifi SoC ESP8266 với thiết kế dễ sử dụng và đặc biệt là có thể sử dụng trực tiếp trình
biên dịch của Arduino để lập trình và nạp code, điều này khiến việc sử dụng và lập trình
các ứng dụng trên ESP8266 trở nên rất đơn giản. Được dùng cho các ứng dụng cần kết
nối, thu thập dữ liệu và điều khiển qua sóng Wifi, đặc biệt là các ứng dụng liên quan đến
IoT.

Hình 2.2 Module thu phát Wifi ESP8266

4


Các thành phần và chức năng của những bộ phận trên Module thu phát Wifi
ESP8266:
 Các chẩn giao tiếp và các thông tin khác: SDIO 2.0, SPI, UART.
 Hỗ trợ: Wi-Fi Direct (P2P), soft-AP.
 Tích hợp cơng tắc TR, balun, LNA, bộ khuếch đại công suất và mạng kết hợp.
 Tích hợp bộ xử lý RISC, bộ nhớ trên chip và các giao diện bộ nhớ ngồi.
 Tích hợp bộ xử lý MAC / băng tần cơ sở.
 Tích hợp TCP/IP protocol stack.
 CPU 32-bit cơng suất thấp tích hợp có thể được sử dụng làm bộ xử lý ứng dụng.

5

2.3 Bộ động cơ DC giảm tốc và encoder 2 pha AB
Động cơ DC giảm tốc V1 1 trục 1:48 là động cơ có chất lượng và giá thành vừa
phải cùng với khả năng dễ lắp ráp của nó đem đến chi phí tiết kiệm và sự tiện dụng cho
người sử dụng.

Hình 2.3 Bộ động cơ DC giảm tốc
Các thơng số kỹ thuật của động cơ:
Điện áp sử dụng
Dòng điện tiêu thụ
Tỷ số truyền
Mơ-men xoắn định mức
Số vịng/phút
Tốc độ trục đầu ra

3-6VDC
110-200mA
1:48
1.5kgf.cm
90 vòng/phút tại 3VDC
200 vòng/phút tại 6VDC
400RPM

6


Hình 2.3 Bộ Encoder 2 pha AB

Các thơng số kỹ thuật của bộ mã hóa (encoder):
Bộ mã hóa pha AB: Bộ mã hóa vng góc 90 °, có thể đo tốc độ và hướng, kết nối

với xung giao tiếp bộ mã hóa STM32 có thể được tăng gấp bốn lần.
Điện áp đầu vào

3.3-5 VDC

Cảm biến

Bộ mã hóa Hall tăng dần pha AB

Số dịng mã hóa

13 dịng (động cơ quay một vòng)

Trục đầu ra

624 dòng

7


2.4 Driver motor L298N:
Module L298 có thể điều khiển 2 động cơ DC hoặc 1 động cơ bước, có 4 lỗ nằm ở 4
góc thuận tiện cho người sử dụng cố định vị trí của module. Có gắn tản nhiệt chống nóng
cho IC, giúp IC có thể điều khiển với dịng đỉnh đạt 2A. IC L298 là một IC tích hợp
nguyên khối gồm 2 mạch cầu H bên trong. Với điện áp làm tăng công suất nhỏ như động
cơ DC loại vừa…

Hình 2.4 Driver motor L298N

Các thơng số kỹ thuật:

Điện áp điều khiển

5-12VDC

Dịng tối đa

2A

Điện áp tín hiệu điều khiển

5-7VDC

Dịng tín hiệu điều khiển

0-36mA

Cơng suất hao phí

20W

8


Tóm tắt qua chức năng các chân của L298:
- 4 chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 được nối lần lượt với các chân 5, 7, 10, 12
của L298. Đây là các chân nhận tín hiệu điều khiển.
- 4 chân OUTUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tương ứng với các chân INPUT)
được nối với các chân 2, 3,13,14 của L298. Các chân này sẽ được nối với động cơ.
- Hai chân ENA và ENB dùng để điều khiển mạch cầu H trong L298. Nếu ở mức
logic “1” (nối với nguồn 5V) cho phép mạch cầu H hoạt động, nếu ở mức logic “0” thì

mạch cầu H khơng hoạt động
Cách điều khiển chiều quay với L298:
- Khi ENA = 0: Động cơ không quay với mọi đầu vào.
- Khi ENA = 1:
INT1 = 1; INT2 = 0: Động cơ quay thuận.
INT1 = 0; INT2 = 1: Động cơ quay nghịch.
INT1 = INT2: Động cơ dùng ngay tức thì.
Với ENB cũng tương tự với INT3, INT4.

2.5 Phần mềm lập trình điều khiển Module thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU
Lua CP2102
Sau quá trình tìm hiểu thì nhóm chúng em lựa chọn phần mềm upyCraft_V1.1.exe
của Micropython để kết nối với Module thu phát Wifi ESP8266 để giao tiếp cũng như lập
trình cho mạch hoạt động.

Hình 2.5 Phần mềm upyCraft_V1.1.exe

9


2.6 Phần mềm thiết kế mạch
Sau quá trình tìm hiểu thì nhóm chúng em lựa chọn phần mềm mơ phỏng Altium
Designer để thiết kế cho mạch.

Hình 2.6 Phần mềm Altium Designer

10


CHƯƠNG 3 SƠ ĐỒ MẠCH

3.1 Sơ đồ kết nối các module với nhau
Sau đây là các hình ảnh phần kết nối của các module với nhau dựa trên phần mềm
mô phỏng Altium Designer.

Hình 3.1 Sơ đồ kết nối

11


Hình 3.2 Sơ đồ chân kết nối PCB Altium Designer

12


3.2 Lưu đồ giải thuật
Sau khi tìm hiểu thì nhóm em lựa chọn quyết định dựa trên phần mềm draw.io để
viết lưu đồ cho đề tài nhóm và sau đây là lưu đồ thuật tốn nhóm làm.

Hình 3.5 Lưu đồ giải thuật

13


3.3 Viết chương trình

14


15

16


17


CHƯƠNG 4 THI CƠNG VÀ THỬ NGHIỆM
4.1 Sản phẩm hồn thiện
Hình 4.1 Sản phẩm hồn thiện thực tế

18


CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN
5.1 Kết quả đạt được
 Thiết kế thi mạch giám sát động cơ DC qua web server hiển thị thơng tin từ xa
thơng qua Smartphone.
 Tìm hiểu thêm được về web server và cách giao tiếp.
 Nâng cao khả năng làm việc nhóm.
 Củng cố và học hỏi nhiều kiến thức.

5.2 Định hướng phát triển
 Chế tạo, thi công và cải tiến mạch để đưa vào ứng dụng trong việc giám sát nhiều
động cơ cùng lúc hoặc nhiều loại động cơ khác nhau.
 Chế tạo và cải tiến áp dụng vào đời sống.
 Mở rộng hơn có thể giám sát các thiết bị cần kiểm soát về chiều quay và tốc độ.

19