đồ án kỹ thuật điều khiển tự động Sử dụng vi điều khiển để điều khiển rôbốt bằng động cơ bước chuyển động theo ý muốn của người điều khiển

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN GVHD : Th. LÊ XỨNG
LỜI NÓI ĐẦU
Cơ điện tử là một trong những nghành học mới ở nước ta, trong giai
đoạn công nghiệp hóa,hiện đại hóa đất nước ngày nay và trong tương lai nó
đã và đang khẳng định được vai trò quan trọng của mình.Cơ điện tử là sự kết
hợp của ba chuyên nghành là cơ khí, tin học và điện tử mà sản phẩm của nó
là một hệ thống tự động hóa góp phần tăng năng suất và giải phóng sức lao
động của con người.
Kĩ thuật vi điều khiển là một môn học của nghành cơ điện tử. Nó được
ứng dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp, tự động hóa .Kĩ thuật vi
điều khiển có kiến trúc nhỏ gọn hơn nhiều so với kĩ thuật số do nó được tích
hợp một cách tinh vi và có khả năng lập trình được nên việc thay đổi giải
thuật điều khiển sẽ dễ dàng hơn.
Đề tài mà em thực hiện ở đây là sử dụng vi điều khiển để điều khiển
rôbốt bằng động cơ bước chuyển động theo ý muốn của người điều khiển, có
kết hợp cảm biến vật thể tránh vật cản.
Nội dung Đồ án bao gồm :
Chương 1 : Giới Thiệu Tổng Quát Về Đề Tài .
Chương 2 : Thiết kế phần Cứng.
Chương 3 : Thiết Kế Phần Mềm.
Qua nổ lực nghiên cứu của bản thân cùng với sự hướng dẫn của thầy
giáo Th. Lê Xứng em đã hoàn thành đồ án này.
Với khoảng thời gian có hạn cũng như kiến thức em còn hạn chế nên hệ
thống này hoạt động chưa được tối ưu và cũng không thể tránh khỏi những
thiếu sót .Em kính mong thầy thông cảm, giúp đỡ và chỉ bảo cho em thêm
những kinh nghiệm quý báu để có thể phát triển đề tài .
Sinh Viên Thực Hiện
Nguyễn Văn Nam

SVTH : NGUYỄN VĂN NAM -07CDT2
Trang 1

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN GVHD : Th. LÊ XỨNG
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ ĐỀ TÀI
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Nhiệm vụ của đề tài
- Thiết kế và thi công Robot sử dụng động cơ bước đáp ứng được các yêu
cầu sau:
+ Điều khiển Robot theo ý muốn của người lập trình.
+ Điều khiển động cơ bước ở chế độ full step, half step.
+ Sử dụng phím nhấn đơn.
+ Kết hợp cảm biến vật thể tránh vật cản.
1.2. Sơ đồ khối hệ thống
1.3. Chức năng từng khối
- Khối Vi điều khiển : Điều hành mọi hoạt động của hệ thống , vi điều
khiển đọc chương trình từ ROM nội và thực thi lệnh.

SVTH : NGUYỄN VĂN NAM -07CDT2
Trang 2
VI ĐIỀU KHIỂN
KHỐI CÔNG SUẤT
CẢM BIẾN PHÍM
NHẤ
KHỐI CHUYỂN ĐỘNG
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN GVHD : Th. LÊ XỨNG
- Khối cảm biến : Có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ bên ngoài đưa về vi điều
khiển xử lý.
- Khối phím nhấn : Bao gồm các phím nhấn đơn để điều khiển chương
trình hoạt động theo ý muốn.
- Khối công suất : Có nhiệm vụ kích cuộn dây và khuếch đại dòng cung
cấp điều khiển động cơ .
- Khối chuyển động : Bao Gồm 2 động cơ bước đơn cực có nhãn hiệu là :

23LM – C047V là động cơ 1,8 độ/bước
Hình ảnh:
Thông số kỹ thuật :

SVTH : NGUYỄN VĂN NAM -07CDT2
Trang 3
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN GVHD : Th. LÊ XỨNG
Cấu tạo động cơ bước :
Động cơ bước đơn cực quấn theo sơ đồ trên, một đầu nối trung tâm trên
các cuộn dây, khi hoạt động nó được nối lên đầu dương của nguồn cấp, hai
đầu còn lại của mỗi mẩu được nối đất để đảo chiều từ trường tạo bởi cuộn
đó.
Mấu 1 nằm ở cực trên và dưới của stato, mấu 2 nằm ở 2 cực bên phải và bên
trái động cơ. Động cơ bước được dùng là động cơ nam châm vĩnh cửu.
Có nhiều cách để điều khiển động cơ bước : Full step, Half step, Micro
step

SVTH : NGUYỄN VĂN NAM -07CDT2
Trang 4
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN GVHD : Th. LÊ XỨNG
- Full Step :
+ Kích 1 cuộn dây :
+ Kích 2 cuộn dây :

SVTH : NGUYỄN VĂN NAM -07CDT2
Trang 5
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN GVHD : Th. LÊ XỨNG
- Half Step :
Nếu cấp điện đồng thời 2 pha bằng nhau thì motor sẽ dịch chuyển nửa
bước và dừng tại vị trí lưng chừng giữa trung điểm 2 cực AB.

SVTH : NGUYỄN VĂN NAM -07CDT2
Trang 6
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN GVHD : Th. LÊ XỨNG
CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
2.1. Mạch nguồn
C 7
1 0 0 0 u F / 5 0 V
D 2 9
L E D
B 6 8 8
R 1 0
1 0 / 3 W
R 1 1
3 3 0
C 5
0 . 3 3 u F / 1 6 V
5 V
U 2
L M 7 8 0 5 / T O
1
2
3
V I N
G N D
V O U T
C 2
1 0 0 0 u F / 5 0 V
C 6
1 0 4

D 2 8
1 N 4 0 0 7
J 9
C O N 2
1
2
2.2. Khối cách ly
p 6
2
D 2 6
L E D
I S O 8 D C 4
12
43
p 2
I S O 4 D C 2
12
43
7
I S O 3 D C 1
12
43
p 5
D 2 4
L E D
n
n
I S O 6 D C 3
12
43

P C 8 1 7
12
43
p 1
n
I S O 5 D C 2
12
43
p 7
p 8
6
p 8
5
p 2
8
n
D 2 2
L E D
D 1 9
L E D
p 6
1
D 2 0
L E D
p 4
p 7
3
p 1
n
p 3

D 2 5
L E D
I S O 9 D C 4
12
43
n
n
D 2 1
L E D
4
n
I S O 7 D C 3
12
43
J 5
C O N 8
1
2
3
4
5
6
7
8
p 5
p 4
p 3
D 2 3
L E D

SVTH : NGUYỄN VĂN NAM -07CDT2
Trang 7
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN GVHD : Th. LÊ XỨNG
2.3. Khối điều khiển
a 2
R N 2
4 K 7
2
3
4
5
6
7
8
1
9
B 4
B 5
a 8w 8
w 2
S W 1
R N 3
1 0 K
2
3
4
5
6
7
8

1
9
B 6
w 4
a 1
C 3
3 3 P
R N 1
1 0 K
2
3
4
5
6
7
8
1
9
w 1
B 7
B 6
C 4
3 3 P
C 1
1 0 u F
J 2
C O N 8
1
2
3

4
5
6
7
8
w 3
B 1
J 4
C O N 8
1
2
3
4
5
6
7
8
a 3
B 8
w 6
w 6
w 5 a 5
5 V
w 1
B 2
U 1
8 0 5 1
2 9
3 0
4 0

2 0
3 1
1 9
1 8
9
3 9
3 8
3 7
3 6
3 5
3 4
3 3
3 2
1
2
3
4
5
6
7
8
2 1
2 2
2 3
2 4
2 5
2 6
2 7
2 8
1 0

1 1
1 2
1 3
1 4
1 5
1 6
1 7
P S E N
A L E
V C C
G N D
E A
X 1
X 2
R S T
P 0 . 0 / A D 0
P 0 . 1 / A D 1
P 0 . 2 / A D 2
P 0 . 3 / A D 3
P 0 . 4 / A D 4
P 0 . 5 / A D 5
P 0 . 6 / A D 6
P 0 . 7 / A D 7
P 1 . 0
P 1 . 1
P 1 . 2
P 1 . 3
P 1 . 4
P 1 . 5
P 1 . 6

P 1 . 7
P 2 . 0 / A 8
P 2 . 1 / A 9
P 2 . 2 / A 1 0
P 2 . 3 / A 1 1
P 2 . 4 / A 1 2
P 2 . 5 / A 1 3
P 2 . 6 / A 1 4
P 2 . 7 / A 1 5
P 3 . 0 / R X D
P 3 . 1 / T X D
P 3 . 2 / I N T 0
P 3 . 3 / I N T 1
P 3 . 4 / T 0
P 3 . 5 / T 1
P 3 . 6 / W R
P 3 . 7 / R D
w 3
w 4
J 1
C O N 8
1
2
3
4
5
6
7
8
a 8

w 2
w 7
a 1
J 3
C O N 8
1
2
3
4
5
6
7
8
B 5
a 3
a 4
R 1
1 0 K
a 6
a 2
B 8
Y 1
1 2 M h z
5 V
a 5
w 5
w 7
B 7
a 6
B 4

B 2
a 7
B 3
B 1
a 7
B 3
5 V
w 8
5 V
5 V
a 4
2.4. Mạch cấp nguồn động cơ
q 8
R 1 3
5 / 5 W
R 1 2
5 / 5 W
q 7
J 6
C O N 6
1
2
3
4
5
6
q 3
q 6
J 8
C O N 2

1
2
D 2 7
1 N 4 0 0 7
R 1 8
5 / 5 W
q 2
R 1 9
5 / 5 W
q 4
q 5
q 1
J 7
C O N 6
1
2
3
4
5
6

SVTH : NGUYỄN VĂN NAM -07CDT2
Trang 8
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN GVHD : Th. LÊ XỨNG
2.5. Khối công suất
D 4
1 N 4 1 4 8
2
R 5
R

3
q 3
Q 2
I R F 5 4 0 N / T O
q 4
D 2
1 N 4 1 4 8
R 4
R
q 1
R 2
R
Q 3
I R F 5 4 0 N / T O
D 8
1 N 4 1 4 8
D 5
1 N 4 1 4 8
Q 1
I R F 5 4 0 N / T O
R 3
R
Q 4
I R F 5 4 0 N / T O
D 1
1 N 4 1 4 8
D 7
1 N 4 1 4 8
4
n

q 2
1
D 3
1 N 4 1 4 8
D 61 N 4 1 4 8
7
Q 6
I R F 5 4 0 N / T O
n
6
D 9
1 N 4 1 4 8
R 8
R
q 6
q 5
D 1 5
1 N 4 1 4 8
Q 5
I R F 5 4 0 N / T O
R 6
R
q 7
D 1 0
1 N 4 1 4 8
D 1 3
1 N 4 1 4 8
q 8
5
D 1 1

1 N 4 1 4 8
8
R 9
R
D 1 6
1 N 4 1 4 8
D 1 2
1 N 4 1 4 8
D 1 4
1 N 4 1 4 8
Q 7
I R F 5 4 0 N / T O
Q 8
I R F 5 4 0 N / T O
R 7
R

SVTH : NGUYỄN VĂN NAM -07CDT2
Trang 9
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN GVHD : Th. LÊ XỨNG
2.6. Khối cảm biến
+ Phần phát :
5 V
C 1 0
1 0 0 n
Q 7
C 8 2 8
R 1 3
4 7 K
R 1 2

1 0 K
R 9
1 0 K
D 4
L E D P H A T
Q 5
C 8 2 8
C 1 1
1 0 0 n
R 1 1
1 0 K
R 1 0
1 0 K
Q 6
C 8 2 8
+ Phần Thu :
D 3
L E D T H U
C 4
1 0 0 n
Q 3
A 1 0 1 5
5 V
C 1
1 0 0 u F
Q 4
C 1 8 1 5
R 7
1 . 5 M
C 5

1 0 n
D 1
C 2
1 0 n
D 2
R 3
4 K 7
R 5
2 2 0
R 2
R
R 8
4 k 7
C 7
1 u
Q 2
C 8 2 8
C 3
4 . 7 n
R 1
1 2 K
C 6
4 . 7 u
R 4
4 K 7
R 6
1 . 5 M
Q 1
C 8 2 8
R L 1

R E L A Y S P S T
4
3
1
2

SVTH : NGUYỄN VĂN NAM -07CDT2
Trang 10
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN GVHD : Th. LÊ XỨNG
CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ PHẦN MỀM
3.1. Sơ đồ khối
+ Sơ đồ khối chung :
P1.2 = 0 P1.4 = 0 P1.5 = 0 P1.7 = 0
FULL_STEP_2 HALF_STEP CUAFULL_STEP_1
START

SVTH : NGUYỄN VĂN NAM -07CDT2
Trang 11
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN GVHD : Th. LÊ XỨNG
+ FULL_STEP
FULL_STEP_2
CALL DELAY
P2 = 01100110B
P2 = 10001000B
P2 = 00110011B
P2 = 10011001B
R7 = 0 ?
FULL_STEP_1
P2 = 01000100BCALL DELAY
CALL DELAY

CALL DELAY
P2 = 11001100B
CALL DELAY
CALL DELAY
CALL DELAY
R7 = 200
P2 = 00100010B
P2 = 00010001B
CALL DELAY
KIEM TRA PHIM NHAN

SVTH : NGUYỄN VĂN NAM -07CDT2
Trang 12
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN GVHD : Th. LÊ XỨNG
+ HALF STEP :
FULL_STEP_2
P2 = 10001000B
R7 = 0 ?
P2 = 11001100B
CALL DELAY
CALL DELAY
CALL DELAY
R7 = 200
P2 = 01000100B
P2 = 01100110B
CALL DELAY
P2 = 00100010B
P2 = 10011001B
P2 = 00010001B
CALL DELAY

CALL DELAY
CALL DELAY
P2 = 00110011B
CALL DELAY
Kiem tra Phim nhan

SVTH : NGUYỄN VĂN NAM -07CDT2
Trang 13
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN GVHD : Th. LÊ XỨNG
+ CUA TRÁI , PHẢI
CUA
P2 = 00001100B
CALL DELAY
P2 = 00000110B
P2 = 00000011B
P2 = 00001001B
CALL DELAY
CALL DELAY
CALL DELAY
R7 = 0 ?
R7 = 87
P2 = 11001100B
P2 = 01100110B
P2 = 00110011B
P2 = 10011001B
R7 = 100
CALL DELAY
CALL DELAY
CALL DELAY
CALL DELAY

RIGHT
R7 = 0 ?
R7 = 100
P2 = 11000000B
P2 = 01100000B
P2 = 00110000B
P2 = 10010000B
CALL DELAY
CALL DELAY
CALL DELAY
CALL DELAY
R7 = 0 ?
LEFT
KIEM TRA PHIM NHAN

SVTH : NGUYỄN VĂN NAM -07CDT2
Trang 14
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN GVHD : Th. LÊ XỨNG
+ Chương trình con ngắt ngoài :
INT0_ISR
R5 = 100
P2 = 10011001B
CALL DELAY
P2 = 00110011B
P2 = 01100110B
P2 = 11001100B
CALL DELAY
CALL DELAY
CALL DELAY
R5 = 0 ?

CALL DELAY
CALL DELAY
CALL DELAY
CALL DELAY
R5 = 75
R5 = 0 ?
RETI
P2 = 10011100B
P2 = 00110110B
P2 = 01100011B
P2 = 11001001B

SVTH : NGUYỄN VĂN NAM -07CDT2
Trang 15
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN GVHD : Th. LÊ XỨNG
+ Chương trình con DELAY :
DELAY
R1 = 25
R3 = 0 ?
R2 = 12
R3 = 10
R1 = 0 ?
R2 = 0 ?
RET

SVTH : NGUYỄN VĂN NAM -07CDT2
Trang 16
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN GVHD : Th. LÊ XỨNG
3.2 Chương trình :
/***** Chương trình điều khiển động cơ bước full_step , half_step có kết

hợp cảm biến hồng ngoại tránh vật cản **********/
/**NGUYỄN NAM – LỚP 07CDT2 - KHOA CƠ KHÍ – ĐẠI HỌC BKDN***/
ORG 00H
LJMP MAIN
ORG 0003H
LJMP INT0_ISR
ORG 30H
/***********************************************/
MAIN :
MOV IE,#10000001B // Cho phép Timer0 hoạt động
JNB P1.2,START
JNB P1.5,HALF_STEP
JNB P1.4,FULL_STEP_2
JNB P1.6,CUA
LJMP MAIN
/************** KÍCH 2 CUỘN DÂY ********************/
START :
FULL_STEP_1 : // Chế độ chạy full_step kích 1 lần 2 cuộn dây
MOV P2,#11001100B
CALL DELAY
MOV P2,#01100110B
CALL DELAY

SVTH : NGUYỄN VĂN NAM -07CDT2
Trang 17
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN GVHD : Th. LÊ XỨNG
MOV P2,#00110011B
CALL DELAY
MOV P2,#10011001B
CALL DELAY

LJMP FULL_STEP_1
/***************KÍCH 1 CUỘN DÂY *************************/
FULL_STEP_2 : // Chế độ chạy Full_step kích 1 lần 1 cuộn dây
MOV R7,#100
N2 :
MOV P2,#10001000B
CALL DELAY
MOV P2,#01000100B
CALL DELAY
MOV P2,#00100010B
CALL DELAY
MOV P2,#00010001B
CALL DELAY
DJNZ R7,N2
LJMP MAIN
/******************** HALF STEP ***********************/
HALF_STEP:
MOV R7,#200
N3:
MOV P2,#10001000B
CALL DELAY

SVTH : NGUYỄN VĂN NAM -07CDT2
Trang 18
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN GVHD : Th. LÊ XỨNG
MOV P2,#11001100B
CALL DELAY
MOV P2,#01000100B
CALL DELAY
MOV P2,#01100110B

CALL DELAY
MOV P2,#00100010B
CALL DELAY
MOV P2,#00110011B
CALL DELAY
MOV P2,#00010001B
CALL DELAY
MOV P2,#10011001B
CALL DELAY
DJNZ R7,N3
LJMP MAIN
/*****CHƯƠNG TRÌNH CUA PHẢI , CUA TRÁI *******/
CUA :
MOV R7,#87
CUA_PHAI :
MOV P2,#00001100B
CALL DELAY
MOV P2,#00000110B
CALL DELAY
MOV P2,#00000011B
CALL DELAY
MOV P2,#00001001B

SVTH : NGUYỄN VĂN NAM -07CDT2
Trang 19
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN GVHD : Th. LÊ XỨNG
CALL DELAY
DJNZ R7,CUA_PHAI
MOV R7,#100
CHAY_THANG :

MOV P2,#11001100B
CALL DELAY
MOV P2,#01100110B
CALL DELAY
MOV P2,#00110011B
CALL DELAY
MOV P2,#10011001B
CALL DELAY
DJNZ R7,CHAY_THANG
MOV R7,#87
CUA_TRAI:
MOV P2,#11000000B
CALL DELAY
MOV P2,#01100000B
CALL DELAY
MOV P2,#00110000B
CALL DELAY
MOV P2,#10010000B
CALL DELAY
DJNZ R7,CUA_TRAI
LJMP MAIN

SVTH : NGUYỄN VĂN NAM -07CDT2
Trang 20
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN GVHD : Th. LÊ XỨNG
/************** CHUONG TRINH NGAT **********************/
INT0_ISR: // NGAT NGOAI TIMER 0
MOV R5,#100 //CHANGE THIS
N4 :
MOV P2,#10011001B

CALL DELAY
MOV P2,#00110011B
CALL DELAY
MOV P2,#01100110B
CALL DELAY
MOV P2,#11001100B
CALL DELAY
DJNZ R5,N4
MOV R5,#75
CUA_180 :
MOV P2,#10011100B
CALL DELAY
MOV P2,#00110110B
CALL DELAY
MOV P2,#01100011B
CALL DELAY
MOV P2,#11001001B
CALL DELAY
DJNZ R5,CUA_180
RETI

SVTH : NGUYỄN VĂN NAM -07CDT2
Trang 21
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN GVHD : Th. LÊ XỨNG
/***********************************************************/
DELAY : // GIÁ TRỊ DELAY CHO TOÀN CHƯƠNG TRÌNH
MOV R1,#25 // Muốn thay dổi tốc độ động cơ thì thay đổi giá trị delay
LOOP1:
MOV R2,#12 // GẦN 7 ms
LOOP2:

MOV R3,#10
DJNZ R3,$
DJNZ R2,LOOP2
DJNZ R1,LOOP1
RET
END

SVTH : NGUYỄN VĂN NAM -07CDT2
Trang 22