Thiết kế và lắp đặt tủ điều khiển hệ thống đóng mở mái che tự động cho vườn ươm –tích hợp quản lý từ xa qua điện thoại và đèn báo tại phòng kỹ thuật
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.31 MB, 56 trang )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIÊP VIỆT NAM
KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CƠNG TRÌNH
BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA
BÁO CÁO KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Tên đề tài :
THIẾT KẾ VÀ LẮP ĐẶT TỦ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ MÁI
CHE TỰ ĐỘNG CHO VƯỜN ƯƠM –TÍCH HỢP QUẢN LÝ TỪ XA QUA
ĐIỆN THOẠI VÀ ĐÈN BÁO TẠI PHÒNG KỸ THUẬT
Giáo viên hướng dẫn :Th.S Trần Kim Khuê
Sinh viên thực hiện
: Nguyễn Văn Hoan
Mã sinh viên
: 1951060043
Lớp
: K64 – CNCĐT
Ngành
: Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử
Khóa
: 2019 - 2023
Hà Nội, 2023
MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của cơng nghệ hiện đại gắn liền với đời
sống con người, ngành công nghệ điện tử đánh dấu những bước đổi mới đáng kinh
ngạc trong hầu hết mọi lĩnh vực, nó nâng cao đời sống cũng như tinh thần của con
người.
Thế kỉ 21 mở ra một thời đại mới, thời đại khoa học cơng nghệ địi hỏi con
người ln ln khơng ngừng tìm tịi học hỏi để phát triển và tiến bộ. Với sự nhảy
vọt của khoa học, kĩ thuật điện điện tử mà vì thế trong một thời gian ngắn nó đã đạt
được những thành tựu to lớn trong hầu hết các lĩnh vực trong đời sống xã hội và đã
góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống. Một trong những ứng dụng quan trọng
trong công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển thiết bị, giám sát môi trường từ xa.
Chính những điều đó đã góp phần rất lớn giúp con người có những thiết bị ngày
một thơng minh và cảnh báo con người tránh được các nguy hiểm không phát hiện
xử lí kịp thời.
Bên cạnh dịng vi điều khiển 8051 truyền thống, dòng vi điều khiển PIC ra
đời thực sự là một sự bổ sung về kiến thức cũng như về ứng dụng cho dòng vi điều
khiển cũ. Dòng PIC với giá thành không quá đắt lại đủ mạnh về tính năng, đủ bộ
nhớ cho hầu hết các ứng dụng nên đã và đang được dùng phổ biến. Trong dịng vi
điều khiển này, có một họ PIC với độ dài là 14 bit và bộ nhớ Flash có khả năng ghi,
xoá tới 100000 lần đã và đang được khai thác để phát triển các ứng dụng, đó chính
là AT89C51. Trong số rất nhiều các ứng dụng của nó, chúng ta phải kể đến một số
ứng dụng điển hình như : phát triển thông tin liên lạc, điều khiển tự động máy móc,
chế tạo Robot, điều khiển đèn giao thơng, …Xuất phát từ thực tế đó, em đã nghiên
cứu và nảy ra ý tưởng thiết kế một bộ điều khiển điều khiển từ xa các thiết bị điện
gia dụng sử dụng AT89C51
Như chúng ta đã biết, năng lượng điện là một nguồn năng lượng rất quan
trọng trong cuộc sống hiện nay, chính vì vậy chúng ta cần tiết kiệm điện vì nguồn
năng lượng điện khơng phải là vơ tận bằng việc sử dụng điện một cách hợp lí và
khoa học nhất có thể, tránh sử dụng bừa bãi gây lãng phí. Từ đó, em đã lên ý tưởng
i
về việc chế tạo hệ thống sử dụng cảm biến ánh sáng dựa trên nhu cầu tiết kiệm điện
để áp dụng cho ngơi nhà của mình.
Ngồi ra, trong thời đại 4.0 hiện nay thì smartphone như một thiết bị thiết
yếu phục vụ nhu cầu của con người. Vì vậy, việc đưa smartphone vào điều khiển
thiết bị điện dân dụng sẽ giúp con người dễ dàng kiểm soát được các thiết bị trong
gia đình và cũng thể hiện sự hiện đại, tân tiến của ngơi nhà.
Chính vì thế, em đã nghiên cứu và đưa ra đề tài “ Thiết kế hệ thống điều
khiển mái che tự động và tủ điện thông minh” nhằm đáp ứng nhu cầu ham muốn
học hỏi của bản thân và cũng là một phát minh khá mới lạ để các bạn sinh viên có
thể tiếp cận và áp dụng vào thực tế.
Mục đích mà em muốn hướng đến là nghiên cứu cơ sở lý thuyết của hệ
thống điều khiển các thiết bị điện dân dụng sử dụng cảm biến ánh sáng và điện
thoại thơng minh, từ đó đưa ra phương hướng thiết kế, ứng dụng vào thực tiễn.
Đối tượng mà em nghiên cứu là thiết kế bộ điều khiển bóng đèn, quạt sử
dụng vi điều khiển AT89C51, cảm biến ánh sáng
Phạm vi nghiên cứu bao gồm lập trình cho bộ điều khiển làm đóng mở mái
che tự động và tủ điện cảm biến ánh sáng cho khu vườn.
Phương pháp nghiên cứu dựa trên cơ sở kết hợp giữa lý thuyết và thiết kế,
chế tạo mơ hình, trong đó nghiên cứu lý thuyết được thực hiện trên các cơng cụ hỗ
trợ lập trình trên máy tính với nền tảng lập trình C trên phần mềm Pic C Compiler
và thiết kế mô phỏng được hỗ trợ bằng hai phần mềm Altium Designer và Proteus.
Thực nghiệm trên sản phẩm thực tế.
Hà nội, ngày …tháng… năm……
Sinh viên thực hiện
Hoan
Nguyễn Văn Hoan
ii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ i
MỤC LỤC ............................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC BẢNG.................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH ẢNH .................................................................................... v
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ................................ 1
1.1 Tổng quan về tủ điện ....................................................................................... 1
1.2 Phân loại tủ điện .............................................................................................. 2
1.3 Ứng dụng của tủ điện ...................................................................................... 2
CHƯƠNG 2 : CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG CHO TỦ ĐIỀU KHIỂN MÁI
CHE TỰ ĐỘNG VÀ TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ ........................................... 3
2.1. Vi điều khiển AT89C51 ................................................................................. 3
2.2 Động cơ một chiều .......................................................................................... 9
2.3 Mạch cầu H ( H-Bridge Circuit ) .................................................................. 11
2.4 Cảm biến mưa ............................................................................................... 13
2.5 Cơng tắc hành trình ....................................................................................... 14
2.6 Lưu đồ thuật tốn ......................................................................................... 15
2.7 Chương trình điều khiển................................................................................ 16
2.8 Sơ đồ ngun lí.............................................................................................. 18
2.9 Gia cơng mạch in........................................................................................... 18
3.1 Khởi động từ NCH8 – 63/20 ......................................................................... 20
3.2 Giới thiệu một số dòng khởi động từ phổ biến ............................................. 24
3.3 Công tắc Hunonic Noma ............................................................................... 28
3.4 Domino điện .................................................................................................. 30
3.5 Dụng cụ cần sử dụng khi làm tủ điện ............................................................ 32
3.5.1 Kìm tuốt dây điện ....................................................................................... 32
3.5.2 Kìm bấm cos............................................................................................... 32
3.5.3 Kìm cắt . ..................................................................................................... 33
iii
3.5.4 Máy khoan điện. ......................................................................................... 34
3.5.5 Máy cắt cầm tay - Khái niệm: Máy cắt là công cụ chuyên dùng để cắt vật
liệu theo những yêu cầu khác nhau như : cắt mép, cắt chia đoạn, cắt đứt. ......... 35
CHƯƠNG 4 : QUY TRÌNH LẮP ĐẶT TỦ ĐIỆN ............................................. 36
4.1 Phân tích u cầu cơng nghệ của tủ điện điều khiển hệ thống ánh sáng tự
động theo ngày cho vườn ươm - tích hợp quản lý từ xa qua điện thoại và đèn báo
tại phòng kỹ thuật. ............................................................................................... 36
4.2 Thiết kế sơ đồ mạch điện của tủ điều khiển hệ thống ánh sáng tự động theo
ngày cho vườn ươm - tích hợp quản lý từ xa qua điện thoại và đèn báo tại phòng
kỹ thuật. ............................................................................................................... 36
4.3 Các bước thiết kế tủ điều khiển hệ thống ánh sáng tự động theo ngày cho
vườn ươm – tích hợp quản lý từ xa qua điện thoại và đèn báo tại phòng kỹ thuật.37
4.4 Các bước cài đặt tủ. ....................................................................................... 42
KẾT LUẬN
iv
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Bảng chức năng Port 3 ................................................................................................ 6
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Sơ đồ khối vi điều khiển 8051 ............................................................. 4
Hình 2.2 Sơ đồ chân vi điều khiển AT89C51 ...................................................... 5
Hình 2.3 Sơ đồ kết nối chân RST......................................................................... 7
Hình 2.4 Sơ đồ kết nối chân XTAL1, XTAL2 .................................................... 7
Hình 2.5 Các vùng nhớ trong AT89C51 ............................................................... 8
Hình 2.6 Mặt cắt ngang trục động cơ điện một chiều .......................................... 9
Hình 2.7 Phân loại động cơ điện một chiều ....................................................... 11
Hình 2.8 Ngun lí hoạt động của mạch cầu H ................................................. 12
Hình 2.9 Sơ đồ chân của mạch cầu L298D ........................................................ 12
Hình 2.10 Cảm biến mưa ................................................................................... 14
Hình 2.11 Cơng tắc hành trình ........................................................................... 14
Hình 2.12 Sơ đồ mạch điều khiển mái che tự động ........................................... 18
Hình 2.13 Mạch PCB ......................................................................................... 18
Hình 2.14 : Mặt trước ......................................................................................... 19
Hình 2.15 : Mặt sau ............................................................................................ 19
Hình 2.16: Test mạch ......................................................................................... 19
Hình 3.1 Khởi động từ ....................................................................................... 20
Hình 3.2 Khởi động từ Mitsubishi S-T10 AC200V ........................................... 24
Hình 3.3 Khởi động từ ABB ESB40 được nhiều người dùng lựa chọn ............ 25
Hình 3.4 khởi động từ Mc – 12B ....................................................................... 26
Hình 3.5 Khởi động từ NCH8-63/20 ................................................................. 27
Hình 3.6 sơ đồ lắp đặt khởi NCH8 – 63/20 ....................................................... 27
Hình 3.7 Cơng tắc Hunonic Noma ..................................................................... 29
Hình 3.8 Cơng tắc Hunonic Noma ..................................................................... 30
v
Hình 3.10 Kìm tuốt dây điện .............................................................................. 32
Hình 3.11 Kìm bấm cos pin rỗng bọc nhựa ....................................................... 33
Hình 3.12 Kìm cắt ............................................................................................. 34
Hình 3.13 Máy khoan điện ................................................................................ 34
Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý tủ điều khiển hệ thống ánh sáng theo ngày cho vườn
ươm- tích hợp quản lý từ xa qua điện thoại và đèn báo tại phòng kĩ thuật. ..... 36
Hình 4.2 Vị trí các thiết bị trong tủ .................................................................... 38
Hình 4.3 Cấp nguồn điện cho tủ ........................................................................ 40
Hình 4.4 Cài đặt cơng tắc Hunonic Noma ......................................................... 41
Hình 4.5 Cài đặt cơng tắc Hunonic Noma ......................................................... 42
Hình 4.6 Cài đặt cơng tắc Hunonic Noma ......................................................... 43
Hình 4.7 Cài đặt cơng tắc Hunonic Noma ......................................................... 44
Hình 4.8 Cài đặt cơng tắc Hunonic Noma ......................................................... 45
Hình 4.9 Cài đặt cơng tắc Hunonic Noma ......................................................... 46
Hình 4.10 Cài đặt cơng tắc Hunonic Noma ....................................................... 46
Hình 4.11 Cài đặt cơng tắc Hunonic Noma ....................................................... 47
vi
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
1.1 Tổng quan về tủ điện
- Khái niệm: tủ điện là nơi chứa đựng các thiết bị điện và chúng được đấu nối
với nhau
để đáp ứng yêu cầu mà con người đặt ra.
- Tầm quan trọng của tủ điện:
Tủ điện là thành phần khơng thể thiếu trong bất kì một hệ thống điện hay một
dây chuyền sản xuất đối với bất kì người nào làm trong lĩnh vực điện thì đều phải
tiếp xúc với tủ điện từ vận hành, bảo trì, sửa chữa, giám sát, thiết kế.
- Trong tủ điện thường sẽ bao gồm các thiết bị thuộc nhóm dưới đây:
Thiết bị đóng cắt
-Máy cắt khí(ACB)
- Aptomat khối(MCCB)
- Aptomat chống giật(RCCB, RCBO)
- Aptomat nhánh (MCB)
-Contactor (MC)
- Rơ le nhiệt(MT)
Thiết bị điều khiển
- Bộ điều khiển PLC
- Màn hình điều khiển, cài đặt, giám sát(HMI)
- Bộ nguồn
- Rơ le thời gian, rơ le trung gian, rơ le chốt
- Cầu chì hạ thế
- Nút nhấn, đèn báo, chuyển mạch
Thiết bị đo lường
- Biến dịng hạ thế
- Cơng tơ
-Đồng hồ volt, ampe
Thiết bị bảo vệ
1
- Bộ bảo vệ quá dòng
- Bộ bảo vệ chạm đất
- Bộ bảo vệ mất pha, quá áp, thấp áp
- Bộ chống sét
Vật tư phụ kiện khác
- Đồng thanh cái kết nối
- Công tắc nhiệt độ điều khiển quạt gió
- Cơng tắc hành trình cửa, đèn chiếu sáng tủ điện
- Cầu đấu động lực, cầu đấu điều khiển
- Máng đi dây
- Thanh cài, gá thiết bị
-Nhãn tên thiết bị
- Dây điện
- Đầu cốt, dây thít, mica, ruột gà,....
1.2 Phân loại tủ điện
- Phân loại tủ điện theo điện áp: tủ cao thế,tủ trung thế và tủ hạ thế.
- Phân loại tủ điện theo chức năng: tủ phân phối tủ điều khiển,tủ điện động
lực,....
- Phân loại theo lĩnh vực ứng dụng: tủ điện công nghiệp và tủ điện dân dụng.
1.3 Ứng dụng của tủ điện
- Ứng dụng của tủ điện dân dụng: Tủ điều khiển động cơ được sử dụng trong
các tịa nhà, nhà máy văn phịng, khu cơng nghiệp dùng cho máy bơm, quạt, máy
cắt, máy mài cũng như động cơ cần thay đổi tốc độ và lưu lượng động cơ lớn.
- Ứng dụng của tủ điện công nghiệp: Tủ điện dùng để điều khiển máy móc thiết bị
và động cơ điện để quản lý và bảo vệ cho máy móc hoạt động ổn định hơn. Tủ điện
cơng nghiệp có nhiều ưu điểm hơn: Cơng suất lớn, độ bền cao, điều khiển động cơ tốt
hơn. Tủ điện điều khiển được ứng dụng rộng rãi trong các không gian khác nhau như:
nhà máy bơm nước, nhà máy xí nghiệp hay các khu công nghiệp lớn.
- Tủ điện công nghiệp dùng để chiếu sáng thường đặt ở những nơi công cộng,
điều khiển hệ thống chiếu sáng nhiều khu vực như: Khu đô thị, công viên, vườn
hoa, ....
2
CHƯƠNG 2 :
CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG CHO TỦ ĐIỀU KHIỂN MÁI
CHE TỰ ĐỘNG VÀ TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ
2.1. Vi điều khiển AT89C51
Đặc điểm và chức năng hoạt động của các IC họ MSC-51 hoàn toàn tương tự
như nhau. Ở đây giới thiệu IC8951 là một họ IC vi điều khiển do hãng Intel của Mỹ
sản xuất. Chúng có các đặc điểm chung như sau:
+ 4 KB PEROM (Flash Programmable and Erasable Read Only Memory), có
khả năng tới 1000 chu kỳ ghi xoá
+ Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz
+ 3 mức khóa bộ nhớ lập trình
+ 128 Byte RAM nội.
+ 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit.
+ 2 bộ Timer/counter 16 Bit.
+ 6 nguồn ngắt.
+ Giao tiếp nối tiếp điều khiển bằng phần cứng.
+ 64 KB vùng nhớ mã ngoài
+ 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngồi.
+ Cho phép xử lý bit.
+ 210 vị trí nhớ có thể định vị bit.
+ 4 chu kỳ máy (4 µs đối với thạch anh 12MHz) cho hoạt động nhân hoặc
chia.
+ Có các chế độ nghỉ (Low-power Idle) và chế độ nguồn giảm (Powerdown).
+ Ngoài ra, một số IC khác của họ MCS-51 có thêm bộ định thời thứ 3 và
256 byte RAM nội.
3
Sơ đồ khối chức năng
Hình 2.1: Sơ đồ khối vi điều khiển 8051
Cấu trúc kết nối phần cứng của các bộ vi điều khiển trong họ gần tương tự
như nhau, một số khác biệt giữa chúng cũng được biểu diễn trên sơ đồ khối hình
2.1
Khối xử lý trung tâm (CPU) nhận tín hiệu xung nhịp từ bộ dao động, tần số
ra của bộ tạo dao động sẽ tuỳ thuộc vào tần số thạch anh bên ngoài. Hầu hết các bộ
vi điều khiển trong họ đều có ít nhất 128 byte RAM bên trong. Các thanh ghi thông
thường nằm trong phần RAM. Ngồi 8031/32 các vi điều khiển cịn lại đều có bộ
nhớ ROM lưu trữ chương trình điều khiển. Bộ nhớ ROM này có thể là Mask-ROM
chỉ lập trình được bởi nhà sản xuất, có thể là EPROM hoặc EEPROM có thể lập
trình lại nhiều lần bởi người sử dụng.
Các bộ định thời lập trình được có thể đếm theo xung cung cấp từ bên
ngoài hoặc xung chuẩn từ bộ tạo dao động, có bộ đếm này có ứng dụng rất phổ
biến trong điều khiển tự động.
Bộ điều khiển Bus cung cấp các tín hiệu điều khiển giao tiếp với bên ngồi,
và kiểm sốt hoạt động của các cổng vào ra dữ liệu song song. Hai trong bốn cổng
4
vào ra song song (P0 và P2) có thể sử dụng làm các Bus địa chỉ và dữ liệu trong
chế độ giao tiếp bộ nhớ ngoài. Cổng vào ra nối tiếp có hai đường truyền và nhận dữ
liệu nối tiếp với các thiết bị khác.
Bộ điều khiển ngắt tích hợp trong chip cho phép nhận hai yêu cầu ngắt
cung cấp thẳng từ bên ngoài, hoặc từ cổng nối tiếp và các bộ định thời bên trong.
Sơ đồ chân vi điều khiển AT89C51
Hình 2.2 Sơ đồ chân vi điều khiển AT89C51
Port 0( P0.0-P0.7): Các chân từ 32-39
-Chức năng xuất/nhập :các chân này được dùng để nhận tín hiệu từ bên
ngồi vào để xử lí, hoặc dùng để xuất tín hiệu ra bên ngồi, chẳng hạn xuất tín hiệu
để điều khiển led đơn sáng tắt.
-Chức năng là bus dữ liệu và bus địa chỉ (AD7-AD0) : 8 chân này (hoặc Port
0) còn làm nhiệm vụ lấy dữ liệu từ ROM hoặc RAM ngoại (nếu có kết nối với bộ
nhớ ngồi), đồng thời Port 0 còn được dùng để định địa chỉ của bộ nhớ ngoài.
Port 1(P1.0 – P1.7): Từ chân số 1 – 8.
5
-Port 1 có chức năng :Port xuất nhập dữ liệu (P1.0 – P1.7) . Port1 khơng có
chức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài
Port 2(P2.0-P2.7): Các chân từ 21-28
-Chức năng xuất/nhập
-Chức năng là bus địa chỉ cao (A8-A15): khi kết nối với bộ nhớ ngồi có
dung lượng lớn,cần 2 byte để định địa chỉ của bộ nhớ, byte thấp do P0 đảm nhận,
byte cao do P2 này đảm nhận.
Port 3(P3.0-P3.7): Port 3 gồm 8 chân (từ chân 10 đến 17):
-Chức năng xuất/nhập
Với mỗi chân có một chức năng riêng thứ hai như trong bảng sau
Bảng 1.1 Bảng chức năng Port 3
Chân RST(Reset): Chân số 9
Chức năng:
Khi tín hiệu này được đưa lên mức cao (trong ít nhất 2 chu kỳ máy), các
thanh ghi bên trong 8051 được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống
6
Hình 2.3 Sơ đồ kết nối chân RST
Chân XTAL1, XTAL2: Chân số 18-19
Chức năng:
Được nối với thạch anh hoặc mạch dao động cung cấp tín hiệu xung clock
cho mạch
XTAL1 _ ngõ vào mạch tạo xung clock trong chip.
XTAL2 _ ngõ ra mạch xung clock trong chip.
Hình 2.4 Sơ đồ kết nối chân XTAL1, XTAL2
Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN
-PSEN ( program store enable) tín hiệu được xuất ra ở chân 29 dùng để truy
xuất bộ nhớ chương trình ngoài. Chân này thường được nối với chân OE (output
enable) của ROM ngoài.
-Khi vi điều khiển làm việc với bộ nhớ chương trình ngồi, chân này phát ra
tín hiệu kích hoạt ở mức thấp và được kích hoạt 2 lần trong một chu kì máy. Khi
thực thi một chương trình ở ROM nội, chân này được duy trì ở mức logic khơng
tích cực (logic 1)(Khơng cần kết nối chân này khi không sử dụng đến)
7
Chân ALE (chân cho phép chốt địa chỉ-chân 30)
-Khi vi điều khiển truy xuất bộ nhớ từ bên ngoài, port 0 vừa có chức năng là
bus địa chỉ, vừa có chức năng là bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và
địa chỉ. Tín hiệu ở chân ALE dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các
đường địa chỉ và các đường dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt.
-Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động đưa vào Vi
điều khiển, như vậy có thể dùng tín hiệu ở ngõ ra ALE làm xung clock cung cấp
cho các phần khác của hệ thống.
Ghi chú: khi không sử dụng có thể bỏ trống chân này
Chân EA
Chân EA dùng để xác định chương trình thực hiện được lấy từ ROM nội hay
ROM ngoại.
Khi EA nối với logic 1(+5V) thì Vi điều khiển thực hiện chương trình lấy từ
bộ nhớ nội
Khi EA nối với logic 0(0V) thì Vi điều khiển thực hiện chương trình lấy từ
bộ nhớ ngoại
Cấu trúc bộ nhớ
Hình 2.5 Các vùng nhớ trong AT89C51
Bộ nhớ của họ MCS-51 có thể chia thành 2 phần: bộ nhớ trong và bộ nhớ
ngoài. Bộ nhớ trong bao gồm 4 KB ROM và 128 byte RAM (256 byte trong 8052).
8
Các byte RAM có địa chỉ từ 00h – 7Fh và các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR)
có địa chỉ từ 80h – 0FFh có thể truy xuất trực tiếp.
Bộ nhớ ngồi bao gồm bộ nhớ chương trình (điều khiển đọc bằng tín hiệu
PSEN ) và bộ nhớ dữ liệu (điều khiển bằng tín hiệu RD hay WR để cho phép đọc
hay ghi dữ liệu). Do số đường địa chỉ của MCS-51 là 16 bit (Port 0 chứa 8 bit thấp
và Port 2 chứa 8 bit cao) nên bộ nhớ ngồi có thể giải mã tối đa là 64KB.
2.2 Động cơ một chiều
Khái quát về động cơ điện một chiều
Hiện nay động cơ điện một chiều được dùng rất phổ biến trong các hệ thống
truyền động điện chất lượng cao, dải công suất động cơ một chiều từ vài watt đến
hàng mê-ga watt. Đây là loại động cơ đa dạng và linh hoạt, có thể đáp ứng u cầu
mơmen, tăng tốc, và hãm với tải trọng nặng. Động cơ điện một chiều cũng dễ dàng
đáp ứng với các truyền động trong khoảng điều khiển tốc độ rộng và đảo chiều
nhanh với nhiều đặc tuyến quan hệ mômen – tốc độ.
Trong động cơ điện một chiều, bộ biến đổi điện chính là các mạch chỉnh lưu
điều khiển. Chỉnh lưu được dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ.
Chỉnh lưu ở đây thường sử dụng chỉnh lưu cầu 3 pha.
Nguyên lí, cấu tạo động cơ điện một chiều
Giống như các loại động cơ điện khác, động cơ điện một chiều cũng gồm có
stator và rotor...Động cơ điện một chiều gồm có stator, rotor, cổ góp và chổi điện
như trình bày trên hình sau..
Hình 2.6 Mặt cắt ngang trục động cơ điện một chiều
9
Stator: cịn gọi là phần cảm, gồm dây quấn kích thích được quấn tập trung
trên các cực từ stator. Các cực từ stator được ghép cách điện từ các lá thép kỹ thuật
điện được dập định hình sẵn có bề dày 0,5-1mm, và được gắn trên gông từ bằng
thép đúc, cũng chính là vỏ máy.
Rotor: cịn được gọi là phần ứng, gồm lõi thép phần ứng và dây quấn phần
ứng. lõi thép phần ứng có hình trụ, được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện ghép
cách điện với nhau. Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử, được đặt vào các rãnh
trên lõi thép rotor. Các phần tử dây quấn rotor được nối tiếp nhau thơng qua các lá
góp trên cổ góp. Lõi thép phần ứng và cổ góp được cố định trên trục rotor.
Cổ góp và chổi điện: làm nhiệm vụ đảo chiều dòng điện trong dây quấn phần ứng.
Phân loại động cơ điện một chiều
Dựa vào hình thức kích từ, người ta chia động cơ điện một chiều thành các
loại sau:
- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập(a): Dịng điện kích từ được lấy từ
nguồn riêng biệt so với phần ứng. Trường hợp đặc biệt, khi từ thơng kích từ được
tạo ra bằng nam châm vĩnh cữu, người ta gọi là động cơ điện một chiều kích thích
vĩnh cửu.
- Động cơ điện một chiều kích từ song song(b): Dây quấn kích từ được nối
song song với mạch phần ứng.b
- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp(c): Dây quấn kích từ được mắc nối
tiếp với mạch phần ứng.
- Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp(d): Dây quấn kích từ có hai cuộn,
dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp. Trong đó, cuộn kích từ
song song thường là cuộn chủ đạo.
10
Hình 2.7 Phân loại động cơ điện một chiều
Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Ưu điểm cơ bản của động cơ điện một chiều so với các loại động cơ điện
khác là khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng, các bộ điều chỉnh tốc độ đơn giản, dễ
chế tạo. Do đó, trong điều kiện bình thường, đối với các cơ cấu có yêu cầu chất
lượng điều chỉnh tốc độ cao, phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, người ta thường sử
dụng động cơ điện một chiều.
Đối với các hệ thống truyền động điện một chiều có yêu cầu điều chỉnh tốc
độ cao thường sử dụng động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Trong phạm vi đồ
án này này, xét khả năng đảo chiều động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
2.3 Mạch cầu H ( H-Bridge Circuit )
Cơng dụng và ngun lí hoạt động
Mạch cầu H là một mạch điện giúp đảo chiều dòng điện qua một đối tượng.
Đối tượng là động cơ DC mà chúng ta cần điều khiển .Mục đích điều khiển là cho
phép dòng điện qua đối tượng theo chiều A đến B hoặc B đến A .Từ đó giúp đổi
chiều quay của động cơ.
Hiện nay, ngoài loại mạch cầu H được thiết kế từ các linh kiện rời như: BJT
công suất, Mosfet, … Cịn có các loại mạch cầu H được tích hợp thành các IC như:
L293D và L298D. Do đối tượng điều khiển trong đề tài này là động cơ DC có điện
áp 12V và cơng st nhỏ nên em dùng mạch cầu H đảo chiều động cơ là IC L298.
11
Hình 2.8 Ngun lí hoạt động của mạch cầu H
Mạch cầu H L298D
L298D là một chip toch1 hợp 2 mạch trong gói 15 chân. L298D có điện áp
danh nghĩa cao (lớn hơn 50V) và dòng điện danh nghĩa lớn hơn 2A nên rất thích
hợp cho các ứng dụng cơng suất nhỏ như các động cơ DC loại vừa và nhỏ.
Hình 2.9 Sơ đồ chân của mạch cầu L298D
Có 2 mạch cầu H trên mỗi chip L298D nên có thể điều khiển 2 đối tượng riêng
với 1 chip này. Mỗi mạch cầu H bao gồm 1 đường nguồn Vs (thật ra là đường
chung cho 2 mạch cầu), một chân current sensing (cảm biến dòng) ở phần cuối của
mạch cầu H, chân này không được nối đất mà bỏ trống để cho người dùng nối 1
điện trở nhỏ gọi là sensing resistor.Bằng cách đo điện áp rơi trên điện trở này
chúng ta có thể tính được dịng qua điện trở, cũng là dịng qua động cơ, mục đích
của việc này là để xác định dòng quá tải. Nếu việc đo lường là khơng cần thiết thì
12
ta có thể nối chân này với GND. Động cơ sẽ được nối với 2 chân OUT1, OUT2
hoặc OUT3, OUT4.Chân EN (ENA và ENB) cho phép mạch cầu hoạt động, khi
chân này được kéo lên mức cao.
L298D không chỉ được dùng để đảo chiều động cơ mà còn điều khiển vận tốc
động cơ bằng PWM.Trong thực tế, công suất thực ma L298D có thể tải nhỏ hơn giá
trị danh nghĩa của nó (U =50V, I =2A). Để tăng dịng tải của chíp lên gấp đơi,
chúng ta có thể nối hai mạch cầu H song song với nhau (các chân có chức năng như
nhau của 2 mạch cầu được nối chung).
2.4 Cảm biến mưa
Thông số kỹ thuật :
- Điện áp: 5V
- Led báo nguồn ( Màu xanh)
- Led cảnh báo mưa ( Màu đỏ)
- Hoạt động dựa trên nguyên lý: Nước rơi vào board sẽ tạo ra mơi trường dẫn
điện.
Có 2 dạng tín hiệu: Analog( AO) và Digital (DO)
- Dạng tín hiệu : TTL, đầu ra 100mA ( Có thể sử dụng trực tiếp Relay, Cịi
cơng suất nhỏ...)
- Điều chỉnh độ nhạy bằng biến trở.
- Sử dụng LM358 để chuyển AO --> DO
Kích thước Board:
- Kích thước: 5.4*4.0 mm
- Dày 1.6 mm
Cách sử dụng
Kết nối với nguồn 5V
- DO: Đầu ra ở mức cao (1), khi có nước đèn đỏ sáng, đồng thời đầu ra về mức
thấp (0). Có thể xử dụng để ĐK relay, Còi..hoặc đưa vào chân I/O của VĐK.
- AO: Dùng để xác định độ lớn của giọt nước, bằng cách đưa vào ADC của
VĐK.
- Điều chỉnh độ nhạy bằng biến trở.
13
Hình 2.10 Cảm biến mưa
2.5 Cơng tắc hành trình
Là loại cảm biến đóng ngắt (dạng on- off) dùng để đóng ngắt mạch điện điều
khiển trong truyền động điện, tự động theo tín hiệu “hành trình” của các cơ cấu
truyền động cơ khí nhằm tự động điều khiển hành trình làm việc hoặc cắt ở cuối
hành trình để đảm bảo an tồn.
Hình 2.11 Cơng tắc hành trình
14
Cấu tạo và nguyên lý làm việc
- Cấu tạo gồm một cặp tiếp điểm thường đóng và một cặp tiếp điểm thường
mở, cơ cấu truyền động.
- Nguyên lý làm việc:
Khi có lực tác động vào nút nhấn, tiếp điểm thường đóng thay đổi trạng thái từ
đóng sang mở, sau đó tiếp điểm thường mở thay đổi trạng thái từ mở sang đóng
(tiếp điểm thường đóng mở trước, sau đó tiếp điểm thường mở mới đóng lại) lúc
này mạch đã hở điều đó sẽ làm động cơ dừng tức thì tại vị trí mà ta đã thiết lập. Khi
khơng cịn lực tác động thì nó sẽ trở lại trạng thái ban đầu.
2.6 Lưu đồ thuật toán
15
2.7 Chương trình điều khiển
#include<regx51.h>
void delay(unsigned int x)
{
int i;
for (i=0;i
main()
{
while (P1_4==1)
{
if(P1_2==0)
// ct hanh trinh ngoai
{
P2=0x0;
P0=0x3;
delay(33000);
}
while (P1_1==0)
// dc di vao
{
if(P1_3==0)
// ct hanh trinh trong
{
P2=0x0;
P0=0x3;
delay(33000);
break;
}
P2=0x5;
16
P0=0x1;
delay(33000);
}
P2=0x6;
P0=0x2;
}
while (P1_4==0)// troi mua
{
if(P1_3==0) // ct hanh trinh trong
{
P2=0x0;
P0=0x3;
delay(33000);
}
P2=0x5;
P0=0x1;
}
}
17
2.8 Sơ đồ ngun lí
Hình 2.12 Sơ đồ mạch điều khiển mái che tự động
2.9 Gia cơng mạch in
Hình 2.13 Mạch PCB
18
