Đồ án điều khiển tốc độ động cơ

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
NGHI
ỆP

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 66
3.5.2 Tổ chức ngắt của 8051 67
3.5.3 Xử lý ngắt và các vectơ ngắt 70
3.5.4 Thiết kế các chương trình sử dụng ngắt 71
Chương 4: GIAO TIẾP MÁY TÍNH 72
4.1 CỔNG NỐI TIẾP 72
4.2 TRUYỀN DỮ LIỆU 73
4.2.1 Thông tin số liệu 73
4.2.2 Phương thức truyền 73
4.2.3 Thông tin nối tiếp bất đồng bộ 75
4.2.4 Thông tin nối tiếp đồng bộ 76
4.3 CHUẨN GIAO TIẾP NỐI TIẾP RS – 232 76
4.4 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP NỐI TIẾP KHÁC 80
4.5 TRUYỀN NỐI TIẾP CÁC MÃ KÍ TỰ ASCII 82
4.6 VI MẠCH GIAO TIẾP NỐI TIẾP MAX232 84
4.7 GIỚI THIỆU VỀ VISUAL BASIC 6.0 88

4.7.1 Sơ lược về Visual Basic 88
4.7.2 Tính năng của VB 6.0 88
4.7.3 Một số định nghĩa 89
4.8 ĐIỀU KHIỂN ACTIVEX MSCOMM 89
4.8.1 Các thuộc tính của MSComm 89
4.8.2 Điều khiển MSComm trong Visual Basic 91
Chương 5: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN 98
5.1 GIỚI THIỆU PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 98
5.1.1 Yêu cầu thiết kế 98
5.1.2 Giới thiệu phương án thiết kế 98
5.1.3 Mô hình điều khiển tốc độ động cơ 98
5.1.4 Động cơ DC sử dụng cho mạch phần cứng 99
5.1.5 Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ DC 100
5.2 SƠ ĐỒ MẠCH PHẦN CỨNG 104
5.2.1 Sơ đồ khối 104
5.2.2 Sơ đồ mạch phần cứng 105
5.3 CHỨC NĂNG VÀ NGUYÊN LÝ TỪNG KHỐI 106
5.3.1 Máy tính cá nhân 106
5.3.2 Khối nguồn 106
5.3.3 Khối giao tiếp máy tính 107
5.3.4 Khối vi điều khiển AT89C51 108
5.3.5 Khối hiển thị 109
5.3.6 Khối mạch động cơ 110
5.3.7 Khối cảm biến tốc độ 110
5.3.8 Khối điều khiển đóng ngắt thiết bị điện 111
5.4 HOẠT ĐỘNG CỦA SƠ ĐỒ 112
5.4.1 Các bước chuuẩn bị 112
5.4.2 Hoạt động của sơ đồ 121
5.5 GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÁY TÍNH 113
5.6 MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ DC TRÊN PHẦN MỀM PROTUES 115

5.7 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 116
5.8 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 117

Phần C: KẾT LUẬN - ĐỀ NGHỊ - HƯỚNG PHÁT TRIỂN 120
Phần D: TÀI LIỆU THAM KHẢO 123








5.6 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ DC TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS

XTAL2
18
XTAL1
19
ALE
30
EA
31
PSEN
29
RST
9
P0.0/AD0
39
P0.1/AD1

38
P0.2/AD2
37
P0.3/AD3
36
P0.4/AD4
35
P0.5/AD5
34
P0.6/AD6
33
P0.7/AD7
32
P1.0
1
P1.1
2
P1.2
3
P1.3
4
P1.4
5
P1.5
6
P1.6
7
P1.7
8
P3.0/RXD

10
P3.1/TXD
11
P3.2/INT0
12
P3.3/INT1
13
P3.4/T0
14
P3.7/RD
17
P3.6/WR
16
P3.5/T1
15
P2.7/A15
28
P2.0/A8
21
P2.1/A9
22
P2.2/A10
23
P2.3/A11
24
P2.4/A12
25
P2.5/A13
26
P2.6/A14

27
U1
AT89C51
R1
1k
R2
1k
R3
1k
R4
1k
R5
1k
R6
1k
R7
1k
Q1
2N2222
Q2
2N2222
Q3
2N2222
Q4
2N2222
MOTOR DC
D2
LED-BLUE
D3
LED-GREEN

D1
LED-RED
STOP THUAN NGHICH TANGTOC GIAMTOC
STOP Q_THUAN Q_NGHICH
DIEU KHIEN DONG CO 1 CHIEU
HIEN THI CHE DO
HIEN THI GT TANG-GIAM
C1
30 pF
C2
30 pF
X1
12 MHz
R8
1k












5.5 GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÁY TÍNH
Giao diện điều khiển được thiết kế khá trực quan với người sử dụng hệ thống, đạt
các tiêu chuẩn về độ chính xác, tính thẩm mỹ và dễ tiếp cận.

Hình 5.13 Giao diện chính












Đây là giao diện Panel điều khiển được thiết kế để điều khiển cho mô hình
mạch phần cứng.


Hình 5.14 Đặt tốc độ động cơ và đóng ngắt thiết bị điện (220V) bằng Panel điều
khiển trên Máy tính
5.8 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Không có gì vĩ đại trên thế gới này mà không phải trải qua sóng gió và niềm tin !

"Đề tài hay nhất của tôi là đề tài mà tôi chưa bao giờ nghiên cứu !"

ĐỪNG TIN VÀO NHỮNG GÌ TÔI NÓI
HÃY TIN VÀO NHỮNG GÌ TÔI ĐÃ LÀM đó mới thật là tin !

Bắt đầu bước vào đời
Mượn ngòi bút làm đường soi chân lý
Mỗi vần thơ là một ý tương lai
Bến vinh quang đang chờ người ham học

Bờ vực thẳm đang chờ kẻ ham chơi
Đời sinh viên như con đường xuôi ngược
Vững tay chèo sẽ đến bến vinh quang !

Đời nghiên cứu một mình thui thỉu, buồn một mình, vui có ai hay!

“Không gian nan lấy chi làm chất liệu
Không thương đau sao biết chuyện tình đời”

Tôi luôn tìm thấy niềm vui trong công việc tôi làm, có những lúc tưởng
chừng như gẫy gánh giữa đường, thật sự bế tắc, bế tắc mà không lối thoát tưởng
như đã buông xuôi vì tôi: “Lực bất tòng tâm”, nhưng với sự cố gắng và nỗ lực tôi
buộc phải vượt qua những khó khăn trong cuộc sống để dành lấy chiến thắng về
phần mình.

Nói về chuyện viết cuốn luận văn này, nó được viết trong một hoàn cảnh rất
lãng mạn đó là những ngày tháng 7/2009, từ sáng đến đêm khuya tôi không rời căn
phòng nửa bước và chiếc máy tính đã làm bạn thân thiết nhất của tôi, mải mê công
việc quá mà tôi mập lên không nổi, những ngày nghỉ thì bạn bè háo hức đi chơi,
còn tôi vẫn cặm cụi trong một căn phòng trọ nhỏ, nóng ran của cái khí hậu mùa hè
Sài Gòn và một ngày thật đẹp cuối tháng 7 tôi đã hoàn thành đề tài này, đây là kỷ
niệm thật khó quên.

Department of Automatic Control
Faculty of Electrical Engineering
HCM University Of Industry

Email:
Yahoo:
Tel: 0973604345
Add: 12 Đường Nguyễn Văn Bảo, P.4, Q. Gò Vấp, Tp.HCM

Mọi sự trao đổi và chia sẻ kinh nghiệm mời các bạn liên lạc với mình theo địa chỉ
trên. Chúc các bạn thành công !!!

Bảo vệ kết thúc lúc 6h30 ngày 28/07/2009 tại X5.11, Trường Đại Học Công
Nghiệp Tp.HCM. Giáo viên phản biện Lê Văn Đại, Giáo viên hướng dẫn Phạm
Thuý Ngọc, Sinh viên thực hiện Phạm Ngọc Thường.

Sinh viên thực hiện
Phạm Ngọc Thường
Tp.HCM, 28/07/200