Cảm biến và đo lường thông minh

Cảm biến và đo lường thông minh

Nội dung :
Nội dung :.........................................................................................................................................................1
I. Lý thuyết về Encorder....................................................................................................................................2

SV : Trần Đăng Dương – Phùng Hòa – Nguyễn Mạnh Hoàng – Nguyễn Văn Lệnh

Page 1


Cảm biến và đo lường thông minh

I. Lý thuyết về Encorder
1. Định nghĩa:
Encoder là một thiết bị cơ điện dùng để chuyển đổi vị trí góc hoặc chuyển động của
trục hay của vật sang tín hiệu tương tự hoặc số.
2. Phân loại:
Dựa vào cấu tạo của đĩa ta có thể chia nó làm hai loại chính:
• Encoder loại tương đối

• Encoder loại tuyệt đối.

3. Cấu tạo:
A. Encoder tương đối:

SV : Trần Đăng Dương – Phùng Hòa – Nguyễn Mạnh Hoàng – Nguyễn Văn Lệnh

Page 2

Cảm biến và đo lường thông minh

Gồm:
-

Một bộ thu phát quang
Một đĩa với các rãnh
Một trục quay
Cáp nguồn và tín hiệu
a. Encoder quang loại một kênh:

Cấu tạo chỉ gồm một rãnh bên ngoài dùng xác định vị trí dựa vào số xung đếm được.
Số rãnh trên mỗi vòng xác định số góc tương ứng với rãnh đó. Ngoài ra còn một rãnh đặc
biệt phía trong để xát định số vòng encoder quay được.
Encoder quang loại một kênh không cho thông tin về hướng.
b. Encoder quang loại hai kênh :
Có hai vòng rãnh được đặt xen kẻ nhau. Loại này xác định được chiều quay của trục.
B. Encoder tuyệt đối
a. Loại mã hóa 4 bit nhị phân từ 0000 tới 1111.

SV : Trần Đăng Dương – Phùng Hòa – Nguyễn Mạnh Hoàng – Nguyễn Văn Lệnh

Page 3


Cảm biến và đo lường thông minh
Để chính xác hơn, người ta them một xung hiệu chỉnh như hình sau:

b. Encoder tuyệt đối, mã gray

Đĩa được đục các lỗ tạo thành mã gray với mỗi vị trí cảm biến khác nhau.

SV : Trần Đăng Dương – Phùng Hòa – Nguyễn Mạnh Hoàng – Nguyễn Văn Lệnh

Page 4


Cảm biến và đo lường thông minh

IV. Ứng dụng
- Dùng đo và cắt theo chiều dài trong các hệ thống băng tải.

Encoder sẽ được gắng vào dưới băng tải, khi băng tải chuyển động làm quay encoder.
Dựa vào số vòng quay của encoder ta sẽ xác định được chiều dài cần cắt của vật. truyền
tín hiệu về bộ điều khiển để điều khiển dao cắt.
-

Xác định vị trí tương đối, tốc độ và hướng của băng tải:

Việc sử dụng encoder 2 kênh, dựa vào khoảng cách của các lỗ trên encoder giúp ta xác
định được tốc độ, hướng của băng tải.

SV : Trần Đăng Dương – Phùng Hòa – Nguyễn Mạnh Hoàng – Nguyễn Văn Lệnh

Page 5


Cảm biến và đo lường thông minh

II. Thiết kế mạch encorder và tính chọn linh kiện

i. Thiết kế mạch

ii. Nguyên lý hoạt động
V.
Nguyên lý D-Flip Flop
CL

khác

D
1

Q
1

0

0

X

Qn-1

• Khi encorder quay thì Led thu sẽ nhận được ánh sáng từ led pháp thông qua các lỗ
trên encorder.
• Khi không nhận được ánh sáng : thì U(led thu)=5V suy ra U+>U- suy ra điện áp ra
của Op-amp là 5V
• Khi nhận được ánh sáng thì led thu sẽ thông (điện áp ≈ 0V) suy ra U+áp ra của Op-amp là 0V
SV : Trần Đăng Dương – Phùng Hòa – Nguyễn Mạnh Hoàng – Nguyễn Văn Lệnh

Page 6


Cảm biến và đo lường thông minh
• Vì 2 led phát D1 và D2 đặt lệch nhau nên khi quay khi đầu ra của op-amp sẽ có dạng
sau :

1. Trường hợp 1: Chiều thuận:
Giản đồ thời gian:

A=CL2
B=CL1

Q2
Q1
Giải thích:
Đầu B được đưa và chân CLR2 của D-FF2 , chân CL của D-FF1 và chân D của D-FF2 còn
đầu A đưa vào chân D của D-FF1, chân CLR1 của D-FF1 và chân CL của D-FF2.
Khi quay theo chiều thuận, giả sử giản đồ thời gian tại đầu ra của A và B như hình vẻ. tại B
có sường xuống, chân CL1 của D-FF1 được kích. Lúc này A đang ở mức cao nên chân D
của D-FF1 ở mức cao. Ngay lấp tức đầu ra của D-FF1 được đưa lên mức cao(Q1 = 1). Đầu
ra Q2 của D-FF2 vẫn giữa mức thấp(Q2=0). Đến khi tại A có sường xuống, chân CL2 của
D-FF2 được kích đồng thời chân CLR1 cùa D-FF1 về mức 0. Đầu ra Q1 xuống 0(Q1=0), B
vẫn ở mức thấp nên đầu ra Q2 vẫn ở mức thấp(Q2=0). quá trình cứ tiếp tục làm cho đầu ra
của Q2 luôn ở mức 0 và đầu ra của Q1 luôn thay đối và đưa vào chân couter của VDK để
đếm lên. Chứng tỏ động cơ quay theo chiều thuận.

SV : Trần Đăng Dương – Phùng Hòa – Nguyễn Mạnh Hoàng – Nguyễn Văn Lệnh

Page 7


Cảm biến và đo lường thông minh
2. Trường hợp 2: Chiều ngược:
Giản đồ thời gian:

A=CL2
B=CL1
Q1
Q2
Giải thích:
Đầu B được đưa và chân CLR2 của D-FF2 , chân CL của D-FF1 và chân D của D-FF2 còn
đầu A đưa vào chân D của D-FF1, chân CLR1 của D-FF1 và chân CL của D-FF2.
Khi quay theo chiều ngược, giả sử giản đồ thời gian tại đầu ra của A và B như hình vẻ. tại A
có sường xuống, chân CL2 của D-FF2 được kích. Lúc này B đang ở mức cao nên chân D
của D-FF2 ở mức cao. Ngay lấp tức đầu ra của D-FF2 được đưa lên mức cao(Q 2 =1). Đầu ra
Q1 của D-FF1 vẫn giữa mức thấp. Đến khi tại B có sường xuống, chân CL1 của D-FF1 được
kích và đồng thời chân CLR1 của D-FF1 về 0. Đầu ra Q2 xuống 0(Q 2=0), A vẫn ở mức thấp
nên đầu ra Q1 vẫn ở mức thấp(Q1 = 0). quá trình cứ tiếp tục làm cho đầu ra của Q1 luôn ở
mức 0 và đầu ra của Q2 luôn thay đối và đưa vào chân couter của VDK để đếm xuống.
Chứng tỏ động cơ quay theo chiều ngược.

• Xác định tốc độ của động cơ :
SV : Trần Đăng Dương – Phùng Hòa – Nguyễn Mạnh Hoàng – Nguyễn Văn Lệnh

Page 8


Cảm biến và đo lường thông minh

Đưa QA,QB vào Timer / Counter của vi điều khiển để đếm số xung là : Nx
Số lỗ trên 1 vòng là : A
Tìm n(vòng / phút) ?
Ta đêm số xung Nx trong Ts = x giây.
Suy ra : n =
3.

Nx 1
. .60(vong / phut )
A Ts

Tính toán chọn linh kiện
• Chọn điện trở:
• Chọn R1, R2, R3, R4.

Điot có :
o Điện trở 100(Ohm)
o Dòng định mức từ 10 đến 20 mA.
Do đó khi diot thông thì ta có:
10−2 ≤

5
≤ 2.10−2 ⇒ 150 ≤ R ≤ 400
R1 + 100

Chọn R1=330(Ohm).
Tương tự ta cũng chọn R2= R3= R4=330(Ohm)
• Chọn R5=R6= R7=R8=10k (Ohm), Mục đích là để phối hợp trở kháng , tương tự ta
cũng chọn biến trở RB1=RB2=10k(Ohm).
• Chọn Led phát và Led thu:

- Chọn Led phát :

-

Led thu :

SV : Trần Đăng Dương – Phùng Hòa – Nguyễn Mạnh Hoàng – Nguyễn Văn Lệnh

Page 9


Cảm biến và đo lường thông minh

• Chọn Op-Amp: Ta chọn LM324 vì đây là con đơn cực, nguồn 5V và chỉ có 2 mức ra
là 5V hoặc 0V phù hợp khi ta đưa vào vi điều khiển.
Sơ đồ cấu tạo: LM324

• Chọn D-Flip Flop:
Ta chọn 74LS74 vì đây là D-Flip Flop có 2 con D-Flip Flop chứa bên trong.
SV : Trần Đăng Dương – Phùng Hòa – Nguyễn Mạnh Hoàng – Nguyễn Văn Lệnh

Page 10


Cảm biến và đo lường thông minh
Sơ đồ chân: 74LS74 A

SV : Trần Đăng Dương – Phùng Hòa – Nguyễn Mạnh Hoàng – Nguyễn Văn Lệnh

Page 11