Đồ án điều khiển dây ga tự động

MỤC LỤC


DANH MỤC HÌNH VẼ
STT
Tên hình
1
Hình 2.1: Bánh xe quay tít trên mặt đường nhưng xe chưa di
chuyển
2
Hình 2.2: Xe vẫn có khả năng điều khiển khi đạp phanh cứng
3
Hình 2.3: Hệ thống treo bánh trước và bánh sau của xe
4
Hình 2.4: Tình trạng mặt đường ảnh hưởng đến lực bám
5
Hình 2.5: Áp suất lốp thấp ảnh hưởng đến lực bám bánh xe
6
Hình 2.6: Tình trạng lốp thể hiện qua độ mòn
7
Hình 2.7: Cảm biến tốc độ bánh xe
8
Hình 2.8: Cảm biến áp suất chất lỏng
9
Hình 2.9: Cảm biến vị trí bướm ga
10 Hình 2.10: Cảm biến độ lệch thân xe
11 Hình 2.11: ECU
12 Hình 2.12: Van điện từ điều khiển dòng dầu thủy lực
13 Hình 2.13: Motor điều khiển độ mở bướm ga
14 Hình 2.14: Điều khiển val chính của phanh
15 Hình 2.15: Sơ đồ chân và chức năng của họ 8051

16 Hình 2.16 : Sơ đồ chân Port 2
17 Hình 2.17: Hình trên là cách nối bộ dao động thạch anh
18 Hình 2.18
19 Hình 2.19
20 Hình 2.20
21 Hình 2.21: Điện trở thường
22 Hình 2.22: Một số loại diode
23 Hình 2.23: Sơ đồ cấu tạo của diode
24 Hình 2.24: Diode phát quang
25 Hình 2.25: Diode chỉnh lưu
26 Hình 2.26: Sơ đồ cấu tạo của transistor PNP và NPN
27 Hình 2.27: Một số loại transistor
28 Hình 2.28: Sơ đồ cấu tạo và hình dạng thực tế của PC 817
29 Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch điều khiển
30 Hình 3.2: Mô phỏng nguyên lý hoạt động trên phần mềm proteus
31 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý trên phần mềm Eagle
32 Hình 3.4: Sơ đồ mạch in
33 Hình 3.5: Mạch điều khiển
34 Hình 3.6: Cơ cấu điều khiển

Ghi chú


PHẦN I: MỞ ĐẦU
1.1. Tính cấp thiết và ý nghĩa của đề tài
1.1.1.
Tính cấp thiết của đề tài

Những năm gần đây cùng với sự phát triển chung của xã hội và với sự phát triển
như vũ bão về khoa học kỹ thuật, bộ mặt thế giới đã có những thay đổi vô cùng to lớn.

Có thể nói khoa học kỹ thuật hiện đại đã đang và sẽ gây ảnh hưởng mạnh mẽ đến toàn
nhân loại. Ở nước ta mặc dù là một nước đang phát triển nhưng những năm gần đây
cùng với đòi hỏi của sản xuất cũng như hội nhập nền kinh tế thế giới thì việc áp dụng
các tiến bộ khoa học kỹ thuật mà đặc biệt là tự động hóa quá trình sản xuất đã có bước
phát triển tạo ra sản phẩm có hàm lượng chất xám cao tiến tới hình thành một nền kinh
tế tri thức. Kỹ thuật điện tử đã có những bước phát triển mạnh đặc biệt là trong kỹ
thuật điều khiển tự động, kỹ thuật vi điều khiển. Đặc biệt là trên ô tô, vi điều khiển
được ứng dụng rất nhiều trong các mạch điều khiển các hệ thống trên xe. Trong đó
không thể không nói đến hệ thống điều khiển dây ga tự động trên xe. Là một hệ thống
giúp điều khiển tự động dây ga mà không cần sự can thiệp của người lái. Mô tơ điều
khiển cơ cấu dây ga để thay đổi độ mở của bướm ga với hệ thống nhiên liệu xăng hoặc
bơm cao áp đối với hệ thống nhiên liệu diesel. Chuyển động quay của mô tơ điện sau
đó được chuyển thành chuyển động của bướm ga hoặc bơm để thay đổi công suất của
động cơ.
1.1.2.Ý nghĩa của đề tài

Giúp cho sinh viên năm cuối củng cố kiến thức, tổng hợp và nâng cấp những kiến thức
chuyên ngành cũng như kỹ năng chuyên ngành vững chắc hơn.
Từ những kết quả thu thập được giúp cho việc nâng cao kiến thức cùng sự chỉ bảo
đóng góp từ GVHD Trần Văn Thoan, em đã mạnh dạn lựa chọn và thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển dây ga tự động”
1.2. Mục tiêu của đề tài
- Đánh giá: Đề tài có tầm quan trong trong việc nghiên cứu và sử dụng, điều khiển cũng

-

như kiểm tra chuẩn đoán hệ thống điều khiển dây ga tự động và hệ thống chống trượt
quay trên xe ô tô.
Đề xuất các giải pháp: Sử dụng các mạch điều khiển tự động sử dụng IC họ 8051, IC
PIC,…

Xây dựng: Trên nền tảng điều khiển bởi ngôn ngữ lập trình C với các IC điều khiển.

1.3. Đối tượng nghiên cứu và giới hạn của đề tài
- Đối tượng: Hệ thống điều khiển dây ga tự động và hệ thống chống trượt quay trên ô tô.
Giới hạn: Đề tài chỉ đề cập và nghiên cứu hệ thống điều khiển dây ga tự động cho

trong trường hợp điều khiển chống trượt quay trên xe tải hệ thống nhiên liệu diesel.
Tuy nhiên, để có được sản phẩm có tính ổn định cao, đảm bảo về chất lượng là tương
đối khó khăn. Vì thời gian để hoàn thành đồ án này cũng có hạn, và tầm hiểu biết của
bản thân em còn hạn chế… nên đề tài khó tránh khỏi những thiếu sót, những khuyết


điểm không mong muốn. Em rất mong có được sự đóng góp quý báu của, chân thành
của quý thầy cô cùng các bạn để đề tài này được hoàn thiện hơn.
1.4. Phương pháp và kế hoạch nghiên cứu
- Sử dụng IC điều khiển cơ cấu:

Nguyên lý điều khiển:
Giảm công suất động cơ: Các cảm biến tốc độ tại các bánh xe sẽ gửi tín hiệu tốc độ
bánh xe về ECU, ECU sẽ so sánh phát hiện sự trượt quay của xe và đưa ra tín hiệu
điều khiển motor quay làm chuyển động cơ cấu dây ga làm giảm công suất động cơ
thông qua việc giảm nhiên liệu cấp vào động cơ.


PHẦN II: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI
2.1. Tổng quan về hệ thống chống trượt trên ô tô
2.1.1.Mô tả về hệ thống chống trượt trên ô tô

Lực bám đường là gì?
Lực bám đường là lực bám sinh ra tại bề mặt tiếp xúc giữa mặt đường và lốp

xe, lực bám dọc giúp xe tiến về phía trước hoặc giảm tốc độ khi phanh. Lực bám
ngang tạo ra sự ổn định khi chuyển động.
Điều gì xảy ra khi mất lực bám?
Xe tăng tốc chậm mặc dù đã tăng ga nhiều, thậm chí xe không thể di chuyển là
do lực bám của bánh xe với mặt đường thấp. Lực đẩy sinh ra không thắng được lực
cản.

Hình 2.1: Bánh xe quay tít trên mặt đường nhưng xe chưa di chuyển
Ở những loại xe không có chống bó cứng ABS, khi phanh bánh bị khóa cứng,
xe trượt tạo thành vết trên đường. Bạn không thể điều khiển hướng chuyển động của,
nguyên nhân do lốp không còn khả năng tạo ra lực bám theo phương ngang.


Hình 2.2: Xe vẫn có khả năng điều khiển khi đạp phanh cứng
Yếu tố nào ảnh hưởng tới lực bám đường?
Trọng lượng phân bố lên bánh, bánh bị trượt, tình trạng bề mặt đường, hoa lốp,
áp suất lốp…
Không có trọng lượng, không có lực bám: Nếu bánh trước nhấc lên, sẽ không
còn lực bám giữa bánh với mặt đường nữa. Để khắc phục điều này, các hệ thống
treo đóng vài trò quan trọng, bên cạnh vai trò mang lại sự êm dịu còn giúp bánh luôn
tiếp xúc với mặt đường. Một chiếc xe tốt sẽ không "bốc đầu" khi tăng tốc đột ngột hay
"nhấc đuôi" khi phanh gấp dù điều này tưởng như làm nhiều người thích thú.

Hình 2.3: Hệ thống treo bánh trước và bánh sau
Nguyên nhân thứ hai là bánh bị trượt do tăng tốc hay đạp phanh đột ngột.
Không ít lần trong các bộ phim hành động có cảnh một chiếc xe tăng tốc, bánh quay
tròn và bốc khói, nhưng sau vài một khoảng thời gian xe mới di chuyển. Nguyên nhân
độ trượt của bánh quá lớn.
Yếu tố quan trọng thứ ba là mặt đường. Đường trơn làm giảm lực. Khi phải lái
xe trên đường bùn, đường có cát, lực bám dọc giảm khiến cho xe không thể tăng tốc.

Hình 2.4: Tình trạng mặt đường ảnh hưởng đến lực bám của xe
Cuối cùng là tình trạng lốp. Áp suất lốp quá thấp hay quá cao đều làm giảm khả
năng bám của bánh. Hãy duy trì áp suất lốp theo khuyến cáo của nhà sản xuất. Lốp bị
mòn cũng một nguyên nhân làm giảm lực bám, rõ ràng lốp mới có khả năng bám
đường tốt hơn lốp đã bị mòn. Khi lăn trên mặt đường, phần rãnh giữa các hoa lốp tại vị
trí lốp biến dạng là nơi thoát khí, nước giúp cho nó luôn được tiếp xúc trực tiếp với
mặt đường.

Hình 2.5: Áp suất lốp thấp ảnh hưởng đến lực bám bánh xe


Hình 2.6: Tình trạng lốp thể hiện qua độ mòn

2.1.2.Chức năng chính của hệ thống chống trượt trên ô tô

 Hệ thống điều khiển chống trượt là một hệ thống đơn giản để ngăn các bánh xe bị






trượt do công suất truyền đến các bánh xe quá lớn làm cho các đáp ừng của xe đối với
mặt đường trở thành không đồng bộ.
Hệ thống được dùng để làm giảm sự trượt của bánh xe và để tăng tối đa khả năng bám
đất mà không bị trượt.
Hệ thống này tác động lên hệ thống thắng và động cơ để điều hòa lực tiếp tuyến đặt tại
điểm tiếp xúc vỏ xe và mặt đường.

Hệ thống này không chỉ dùng trong khi thắng xe mà còn dùng khi tăng tốc.
Hệ thống tác động làm giảm công suất động cơ bằng bộ điều khiển điện tử cho sự
phun xăng hay thời điểm đánh lửa.

2.1.3.Cấu trúc hệ thống và các cụm chi tiết

Hệ thống chống trượt trên ô tô được biết đến là ASR (Anti-slip Regulation) ,
ASC(Anti-slip control),TCS(Traction Control system) với cấu trúc gồm 3 khối:

Khối cảm biến

Khối điều khiển

Các cảm biến tốc độ đặt ECU trung tâm điều
tại các bánh xe.
khiển toàn hệ thống.
Cảm biến áp suất trên
các đường ống phanh.
Cảm biến vị trí bướm
ga.

Khối chấp hành
Các van điện từ.
Các motor điều khiển
bướm ga (bơm nhiên
liệu).


Cảm biến độ lệch thân
xe

…

 Khối cảm biến

Cảm biến tốc độ bánh xe đặt tại các bánh xe. Là loại cảm biến kiểu từ điện. Sẽ phát
hiện và gửi tín hiệu tốc độ bánh xe về ECU điều khiển.

Hình 2.7: Cảm biến tốc độ bánh xe
Cảm biến áp suất trên đường ống phanh phát hiện sự thay đổi về áp suất, gửi tín
hiệu về ECU giúp điều khiển quá trình phân phối lực phanh.

Hình 2.8: Cảm biến áp suất chất lỏng
Cảm biến vị trí bướm ga, cho thông tin về độ mở thực tế của bướm ga gửi tới
ECU để điều khiển công suất động cơ.


Hình 2.9: Cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến độ lệch thân xe, giúp phát hiện sự thay đổi độ lệch của xe cho ECU
điều khiển trong quá trình điều khiển sự ổn định của xe.

Hình 2.10: Cảm biến độ lệch thân xe
 Khối điều khiển

ECU hay còn gọi là hộp đen trên ô tô, nơi tập trung xử lý tất cả các tín hiệu từ các cảm
biến trên ô tô. Sau đó ECU sẽ đưa ra các tín hiệu điều khiển đến từng cơ cấu chấp
hành.


Hình 2.11: ECU

 Khối chấp hành

Van điện từ điều khiển ABS, điều khiển dòng dầu thủy lực tới các cơ cấu phanh
trên từ bánh xe.

Hình 2.12: Van điện từ điều khiển dòng dầu thủy lực
Motor điều khiển vị trí bướm ga, nhận tín hiệu điều khiển từ ECU và thay đổi
độ mở của bướm ga điều khiển công suất động cơ.


Hình 2.13: Motor điều khiển độ mở bướm ga
2.1.4.Nguyên lý hoạt động

Hệ thống chống trượt trên ôtô là ASR (Anti-slip Regulation), ASC (Anti-slip
control), TCS (Traction Control system). Hệ thống này sẽ không có tác dụng lên hoạt
động của xe cho đến khi bộ phận điều khiển phát hiện ra 1 hay 2 bánh sau quay nhanh
hơn bánh trước. Lúc này bộ phận điều khiển trượt và thắng điện tử (EBTCM-electric
brake and traction control module) sẽ yêu cầu bộ phận truyền động công suất làm trễ
việc đánh lửa lại. Nếu EBTCM tiếp tục phát hiện ra các bánh sau quay nhanh hơn
bánh trước nó sẽ yêu cầu ASM (anti-slip module) đóng bớt cánh bướm gió lại. Khi đó
momen truyền cho bánh sau sẽ giảm xuống .Có một lúc nào đó các bánh sau quay
cùng tốc độ các bánh trước thì hệ thống sẽ trả lại sự điều khiển cho người lái xe. Trong
suốt chế độ điều khiển trượt, nếu thắng chỉ tác dụng lên 1 bánh sau thì momen truyền
từ động cơ sẽ truyền hết cho bánh sau còn lại làm cải thiện việc trượt của xe. Việc
thắng này được thực hiện tốt nhờ việc đóng cách ly val của xy lanh chính của TCS,
việc cách ly như vậy sẽ làm ngừng hệ thống lại. Val chính của TCS mở ra cho dầu
thắng đi vào hệ thống thắng. Khi xe được khởi động hay tăng tốc đột ngột trên đường
trơn thì hệ thống chống trượt sẽ hoạt động làm cho tối ưu hệ số trượt giữa lốp xe và
mặt đường bàng cách giảm cônmg suất động cơ hay tác dụng thắng lên các bánh xe.
Điều này làm cho lực lái là tối ưu không làm cho bánh xe quay .

Hình 2.14: Điều khiển val chính của phanh


2.2. Vi điều khiển họ 8051
2.2.1.
Sơ đồ chân và chức năng của họ 8051

Họ vi điều khiển này có 128 byte RAM, 4kbyte ROM, hai bộ định thời, một
cổng nối tiếp và 4 cổng ra/vào song song và là 1 bộ vi xử lý 8 bit.

Hình 2.15: Sơ đồ chân và chức năng của họ 8051

 Port 0 ( P0.0- P0.7)

Port 0 gồm 8 chân, ngoài các chức năng xuất nhập, Port 0 còn là bus đa hợp dữ
liệu và địa chỉ(AD0-AD7)
 Port 1 ( P1.0- P1.7)

Port 1 có chức năng xuất nhập theo bit và byte. Ngoài ra, ba chân P1.5, P1.6,
P1.7 được dùng để nạp ROM theo chuẩn ISP, hai chân P1.0 và P1.1 được dùng cho bộ
Timer 2.
 Port 2 (P2.0-P2.7)

Là một port có công dụng kép, là đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa
chỉ đối với các thiết bị đồng bộ nhớ mở rộng.


Hình 2.16 : Sơ đồ chân Port 2

 Port 3 (P3.0- P3.7)

Mỗi chân trên Port 3 ngoai chớc năng xuất nhập còn có chớc năng riêng, cụ thể
như sau :
Bit
Tên
Chức năng
P3.0
RXD
Dữ liệu nhận cho port nối tiếp
P3.1
TXD
Dữ liệu truyền cho port nối tiếp
P3.2
INT0
Ngắt bên ngoài 0
P3.3
INT1
Ngắt bên ngoài 1
P3.4
T0
Ngõ vào của Timer/counter 0
P3.5
T1
Ngõ vào của Timer/ counter 1
P3.6
/WR
Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài
P3.7

/RD
Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài.
 Chân /PSEN ( Program store Enable)
/PSEN là chân điều khiển đọc chương trình ở bộ nhớ ngoài, nó được nối với
chân /OE để cho phép đọc các byte mã lệnh trên ROM ngoài . /PSEN sẽ ở mức thấp
trong thời gian đọc mã lệnh . Mã lệnh được đọc từ bộ nhớ ngoài qua bus dữ liệu (Port
0) thanh ghi lệnh để được giải mã. Khi thực hiện chương trình trong ROM nội thì
/PSEN ở mức cao.
 Chân ALE (Address Latch Enable)

ALE là tín hiệu điều chỉnh chốt địa chỉ có tần số bằng 1/6 tần số dao động của
vi điều khiển. Tín hiệu ALE được dùng để cho phép vi mạch chốt bên ngoài như
74373, 74573 chốt byte địa chỉ thấp ra khỏi bus đa hợp địa chỉ / dữ liệu (Port 0).


 Chân /EA (External Access)

Tín hiệu /EA cho phép chọn bộ nhớ chương trình là bộ nhớ trong hay ngoài vi
điều khiển. Nếu EA ở mức cao (nối với vcc), thì vi điều khiển thi hành chương trình
trong ROM nội . Nếu /EA ở mức thấp (nối với GND), thì vi điều khiển thi hành
chương trình từ bộ nhớ ngoài .
 RST (Reset), VCC, GND

Ngõ vào RST trên chân 9 là ngõ Reset của 8051. Khi tín hiệu này được đưa lên
mức cao, các thanh ghi trong bộ vi điều khiển được tải những giá trị thích hợp để khởi
động hệ thống .
8051 dùng nguồn điện áp một chiều có dải điện áp từ 4V đến 5,5V được cấp
qua chân 20 và 40.
 XTAL1, XTAL2

8051 có một bộ dao động trên chíp, nó thường được nối với với bộ dao động
bằng thạch anh có tần số lớn nhất là 33MHZ, thông thường là 12MHZ.

Hình 2.17: Hình trên là cách nối bộ dao động thạch anh

2.3. Động cơ bước
2.3.1.
Tổng quan về động cơ bước

Động cơ bước có thể được mô tả như là một động cơ điện không dùng bộ
chuyển mạch. Cụ thể, các mấu trong động cơ là stator, và rotor là nam châm
vĩnh cửu hoặc trong trường hợp của động cơ biến từ trở, nó là những khối răng
làm bằng vật liệu nhẹ có từ tính. Tất cả các mạch đảo phải được điều khiển bên
ngoài bởi bộ điều khiển, và đặc biệt, các động cơ và bộ điều khiển được thiết kế


để động cơ có thể giữ nguyên bất kỳ vị trí cố định nào cũng như là quay đến bất
kỳ vị trí nào. Hầu hết các động cơ bước có thể chuyển động ở tần số âm thanh,
cho phép chúng quay khá nhanh, và với một bộ điều khiển thích hợp, chúng có
thể khởi động và dừng lại dễ dàng ở các vị trí bất kỳ.

Trong một vài ứng dụng, cần lựa chọn giữa động cơ servo và động cơ bước. Cả
hai loại động cơ này đều như nhau vì có thể xác định được vị trí chính xác,
nhưng chúng cũng khác nhau ở một số điểm. Servo motor đòi hỏi tín hiệu hồi
tiếp analog. Đặc biệt, điều này đòi hỏi một bộ tắc‐cô để cung cấp tín hiệu hồi
tiếp về vị trí của rotor, và một số mạch phức tạp để điều khiển sự sai lệch giữa vị
trí mong muốn và vì trí tức thời vì lúc đó dòng qua động cơ sẽ dao động tắt dần.
Để lựa chọn giữa động cơ bước và động cơ servo, phải xem xét một số vấn đề,
và nó phụ thuộc vào các ứng dụng thực tế. Ví dụ, khả năng trở về một vị trí đã
vượt qua phụ thuộc vào hình dạng rotor động cơ bước, trong khi đó, khả năng

lặp lại vị trí của động cơ servo nói chung phụ thuộc vào độ ổn định của bộ tắc cô
và các linh kiện analog khác trong mạch hồi tiếp.

Động cơ bước có thể được dùng trong hệ thống điều khiển vòng hở đơn giản;
những hệ thống này đảm bảo cho hệ thống điều khiển gia tốc với tải trọng tĩnh,
nhưng khi tải trọng thay đổi hoặc điều khiển ở gia tốc lớn, người ta vẫn dùng hệ
điều khiển vòng kín với động cơ bước. Nếu một động cơ bước trong hệ điều
khiển vòng mở quá tải, tất cả các giá trị về vị trí của động cơ đều bị mất và hệ
thống phải nhận diện lại; servo motor thì không xảy ra vấn đề này.
2.3.2.

Các loại động cơ bước và cấu tạo của từng loại.

Động cơ bước được chia làm hai loại, nam châm vĩnh cửu và biến từ trở (cũng
có loại động cơ hỗn hợp nữa, nhưng nó không khác biệt gì với động cơ nam châm
vĩnh cửu). Nếu mất đi nhãn trên động cơ, các bạn vẫn có thể phân biệt hai loại
động cơ này bằng cảm giác mà không cần cấp điện cho chúng. Động cơ nam
châm vĩnh cửu dường như có các nấc khi bạn dùng tay xoay nhẹ rotor của
chúng, trong khi động cơ biến từ trở thì dường như xoay tự do (mặc dù cảm
thấy chúng cũng có những nấc nhẹ bởi sự giảm từ tính trong rotor). Bạn cũng có
thể phân biệt hai loại động cơ này bằng ohm kế. Động cơ biến từ trở thường có 3
mấu, với một dây về chung, trong khi đó, động cơ nam châm vĩnh cửu thường


có hai mấu phân biệt, có hoặc không có nút trung tâm. Nút trung tâm được
dùng trong động cơ nam châm vĩnh cửu đơn cực.
Động cơ bước phong phú về góc quay. Các động cơ kém nhất quay 90 độ mỗi
bước, trong khi đó các động cơ nam châm vĩnh cửu xử lý cao thường quay 1.8
độ đến 0.72 độ mỗi bước. Với một bộ điều khiển, hầu hết các loại động cơ nam
châm vĩnh cửu và hỗn hợp đều có thể chạy ở chế độ nửa bước, và một vài bộ

điều khiển có thể điều khiển các phân bước nhỏ hơn hay còn gọi là vi bước.
Đối với cả động cơ nam châm vĩnh cửu hoặc động cơ biến từ trở, nếu chỉ một
mấu của động cơ được kích, rotor (ở không tải) sẽ nhảy đến một góc cố định và
sau đó giữ nguyên ở góc đó cho đến khi moment xoắn vượt qua giá trị moment
xoắn giữ (hold torque) của động cơ.

Hình 2.18
Nếu motor của bạn có 3 cuộn dây, được nối như trong biểu đồ hình 2.18, với
một
đầu nối chung cho tất cả các cuộn, thì nó chắc hẳn là một động cơ biến từ trở.
Khi sử dụng, dây nối chung (C) thường được nối vào cực dương của nguồn và
các cuộn được kích theo thứ tự liên tục.
Dấu thập trong hình 3.1 là rotor của động cơ biến từ trở quay 30 độ mỗi bước.
Rotor trong động cơ này có 4 răng và stator có 6 cực, mỗi cuộn quấn quanh hai
cực đối diện. Khi cuộn 1 được kích điện, răng X của rotor bị hút vào cực 1. Nếu
dòng qua cuộn 1 bị ngắt và đóng dòng qua cuộn 2, rotor sẽ quay 30 độ theo
chiều kim đồng hồ và răng Y sẽ hút vào cực 2.
Để quay động cơ này một cách liên tục, chúng ta chỉ cần cấp điện liên tục luân
phiên cho 3 cuộn. Theo logic đặt ra, trong bảng dưới đây 1 có nghĩa là có dòng
điện đi qua các cuộn, và chuỗi điều khiển sau sẽ quay động cơ theo chiều kim
đồng hồ 24 bước hoặc 2 vòng:


Cuộn1:1001001001001001001001001
Cuộn2:0100100100100100100100100
Cuộn3:0010010010010010010010010
thời gian ‐‐>
Phần Điều khiển mức trung bình cung cấp chi tiết về phương pháp tạo ra các
dãy tín hiệu điều khiển như vậy, và phần Các mạch điều khiển bàn về việc
đóng ngắt dòng điện qua các cuộn để điều khiển động cơ từ các chuỗi như thế.

Hình dạng động cơ được mô tả trong hình 2.18, quay 30 độ mỗi bước, dùng số
răng rotor và số cực stator tối thiểu. Sử dụng nhiều cực và nhiều răng hơn cho
phép động cơ quay với góc nhỏ hơn. Tạo mặt răng trên bề mặt các cực và các
răng trên rotor một cách phù hợp cho phép các bước nhỏ đến vài độ.

Hình 2.19
Động cơ bước đơn cực, cả nam châm vĩnh cửu và động cơ hỗn hợp, với 5, 6
hoặc
8 dây ra thường được quấn như sơ đồ hình 3.2, với một đầu nối trung tâm trên
các cuộn. Khi dùng, các đầu nối trung tâm thường được nối vào cực dương
nguồn cấp, và hai đầu còn lại của mỗi mấu lần lượt nối đất để đảo chiều từ
trường tạo bởi cuộn đó.
Sự khác nhau giữa hai loại động cơ nam châm vĩnh cửu đơn cực và động cơ
hỗn
hợp đơn cực không thể nói rõ trong nội dung tóm tắt của tài liệu này. Từ đây,
khi khảo sát động cơ đơn cực, chúng ta chỉ khảo sát động cơ nam châm vĩnh cửu,
việc điều khiển động cơ hỗn hợp đơn cực hoàn toàn tương tự.
Mấu 1 nằm ở cực trên và dưới của stator, còn mấu 2 nằm ở hai cực bên phải và


bên trái động cơ. Rotor là một nam châm vĩnh cửu với 6 cực, 3 Nam và 3 Bắc,
xếp xen kẽ trên vòng tròn.
Để xử lý góc bước ở mức độ cao hơn, rotor phải có nhiều cực đối xứng hơn.
Động cơ 30 độ mỗi bước trong hình là một trong những thiết kế động cơ nam
châm vĩnh cửu thông dụng nhất, mặc dù động cơ có bước 15 độ và 7.5 độ là khá
lớn. Người ta cũng đã tạo ra được động cơ nam châm vĩnh cửu với mỗi bước là
1.8 độ và với động cơ hỗn hợp mỗi bước nhỏ nhất có thể đạt được là 3.6 độ đến
1.8 độ, còn tốt hơn nữa, có thể đạt đến 0.72 độ.
Như trong hình, dòng điện đi qua từ đầu trung tâm của mấu 1 đến đầu a tạo ra
cực Bắc trong stator trong khi đó cực còn lại của stator là cực Nam. Nếu điện ở

mấu 1 bị ngắt và kích mấu 2, rotor sẽ quay 30 độ, hay 1 bước. Để quay động cơ
một cách liên tục, chúng ta chỉ cần áp điện vào hai mấu của đông cơ theo dãy.

Mấu 1a 1000100010001000100010001
Mấu 1b 0010001000100010001000100
Mấu 2a 0100010001000100010001000
Mấu 2b 0001000100010001000100010
thời gian ‐‐> thời gian ‐‐>

Mấu
Mấu
Mấu
Mấu

1a
1b
2a
2b

1100110011001100110011001
0011001100110011001100110
0110011001100110011001100
1001100110011001100110011

Nhớ rằng hai nửa của một mấu không bao giờ được kích cùng một lúc. Cả hai
dãy nêu trên sẽ quay một động cơ nam châm vĩnh cửu một bước ở mỗi thời
điểm. Dãy bên trái chỉ cấp điện cho một mấu tại một thời điểm, như mô tả trong
hình trên; vì vậy, nó dùng ít năng lượng hơn. Dãy bên phải đòi hỏi cấp điện cho
cả hai mấu một lúc và nói chung sẽ tạo ra một moment xoắy lớn hơn dãy bên
trái 1.4 lần trong khi phải cấp điện gấp 2 lần.

Phần Điều khiển mức trung bình trong tài liệu này sẽ cung cấp chi tiết về
phương pháp tạo ra những dãy tín hiệu điều khiển như vậy, còn phần Các mạch
điều khiển nói về mạch đóng ngắt các mạch điện cần thiết để điều khiển các
mấu động cơ từ các dãy điều khiển trên.
Vị trí bước được tạo ra bởi hai chuỗi trên không giống nhau; kết quả, kết hợp 2
chuỗi trên cho phép điều khiển nửa bước, với việc dừng động cơ một cách lần
lượt tại những vị trí đã nêu ở một trong hai dãy trên. Chuỗi kết hợp như sau:
Mấu 1a 11000001110000011100000111
Mấu 1b 00011100000111000001110000


Mấu 2a 01110000011100000111000001
Mấu 2b 00000111000001110000011100
Thời gian ‐‐>

Hình 2.20
Động cơ nam châm vĩnh cửu hoặc hỗn hợp hai cực có cấu trúc cơ khí giống y
như động cơ đơn cực, nhưng hai mấu của động cơ được nối đơn giản hơn,
không có đầu trung tâm. Vì vậy, bản thân động cơ thì đơn giản hơn, nhưng
mạch điều khiển để đảo cực mỗi cặp cực trong động cơ thì phức tạp hơn. Minh
hoạ ở hình 2.20 chỉ ra cách nối động cơ, trong khi đó phần rotor ở đây giống y
như ở hình 2.19.
 Hoạt động

Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng
bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học. Chúng làm việc nhờ các bộ
chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số
nhất định. Tổng số góc quay của rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như
chiều quay và tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển
đổi.

 Ứng dụng

Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu
chấp hành đặc biệt hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện trung thành các lệnh đưa ra dưới
dạng số.
Động cơ bước được ứng dụng nhiều trong ngành Tự động hoá, chúng được ứng
dụng trong các thiết bị cần điều khiển chính xác. Ví dụ: Điều khiển robot, điều khiển
tiêu cự trong các hệ quang học, điều khiển định vị trong các hệ quan trắc, điểu khiển
bắt, bám mục tiêu trong các khí tài quan sát, điều khiển lập trình trong các thiết bị gia


công cắt gọt, điều khiển các cơ cấu lái phương và chiều trong máy bay,trên oto ứng
dụng trong bộ tiết chế IC.
Trong công nghệ máy tính, động cơ bước được sử dụng cho các loại ổ đĩa cứng,
ổ đĩa mềm, máy in ...
STEP có 5 đặc tính cơ bản sau:
 Brushlesss (không chổi than): STEP là loại động cơ không chổi than.
 Load Independent (độc lập với tải): động cơ bước quay với tốc độ ổn định trong

tầm moment của động cơ.
 Open loop positioning (điều khiển vị trí vòng hở): thông thường chúng ta có thể

đếm xung kích ở động cơ để xác định vị trí mà không cần phải có cảm biến hồi
tiếp vị trí, nhưng đôi khi trong những ứng dụng đòi hỏi tính chính xác cao
STEP thường được sử dụng kết hợp với các cảm biến vị trí như: encoder, biến
trở …
 Holding Torque (moment giữ ): STEP có thể giữ được trục quay của nó, so với
động cơ DC không có hộp số thì moment giữ của STEP lớn hơn rất nhiều.
 Excellent Response (Đáp ứng tốt): STEP đáp ứng tốt khi khởi động, dừng lại và
đảo chiều quay một cách dễ dàng.

2.4. Các linh kiện khác
2.4.1.Điện trở
 Khái niệm

Điện trở là linh kiện điện tử thụ động, dùng để làm vật cản trở dòng điện theo
mong muốn của người sử dụng, đôi khi người ta dùng điện trở để tạo ra sự phân cấp
điện áp ở mỗi vị trí bên trong mạch điện. Đối với điệ trở thì nó có khả năng làm việc
với cả tín hiệu một chiều (DC) và xoay chiều (AC) và có nghĩa là nó không phụ thuộc
vào tần số của tín hiệu tác động nên nó.
Trường hợp đối với một dây dẫn thì trị số điện trở lớn hay nhỏ sẽ phụ thuộc vào
vật liệu làm dây dẫn (điện trở suất) và nó tỉ lệ thuận với chiều dài dây, tỷ lệ nghịch với
tiết diện dây dẫn.
 Phân loại

Điện trở thường: điện trở thường là các loại điện trở có công suất nhỏ từ 0,125W
đến 0,5W.
o Điện trở công suất: là các điện trở có công suất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W.
o Điện trở sứ, điện trở nhiệt: Là cách gọi khác của các điện trở công suất, điện trở
này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng tỏa nhiệt.
o


Điện trở dây cuốn: Loại điện trở này dùng dây điện trở quấn trên than lớp cách
điện thường bằng sứ, có trị số điện áp thấp nhưng công suất làm việc lớn từ 1W
đến 25W.
o Điện trở màng kim loại: Chế tạo theo cách kết lắng màng Ni-Cr.
o

Hình 2.21: Điện trở thường

2.4.2.Tụ điện
 Khái niệm

Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch
điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín
hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động.
 Phân loại

Đối với tụ điện có rất nhiều loại nhưng thực tế người ta phân ra thành hai loại
chính là tụ không phân cực và tụ phân cực.
Tụ không phân cực: Gồm các lá kim loại ghép xen kẽ với lớp cách điện mỏng,
giá trị của nó thường từ 1,8pF - 1μF. Còn giá trị tụ lớn hơn thì sẽ có kích thước rất lớn
không tiện chế tạo.
Tụ phân cực:Có cấu tạo gồm 2 cực điện cách ly nhau nhờ một lớp chất điệ phân
mỏng làm điệjn môi. Lớp điện môi càng mỏng thì trị số điện dung càng cao. Loại tụ
này có sự phân cực được ghi trên than của tụ, vì thế nếu nối nhầm cực tính thì lớp
đijện môi sẽ bị phá hủy làm hư hỏng tụ.
Trong thực tế chúng ta thường gặp các loại tụ như sau:
Tụ gốm: Điện môi bằng gốm thường có kích thước nhỏ, dạng ống hoặc
dạng đĩa có tráng kim loại lên bề mặt, trị số từ 1pF - 1μF và có điện áp làm việc
tương đối cao.
o


Tụ mica: Điện môi làm bằng mica có tráng bạc, trị số từ 2,2pF – 10nF và
thường làm việc ở tần số cao, sai số nhỏ, đắt tiền.
o
Tụ giấy polyste: Chất điện môi làm bằng giấy ép tẩm polyester có dạng
hình trụ, có trị số từ 1nF - 1μF.

o
Tụ hóa (tụ điện phân): Có cấu tạo là lá nhôm cùng bột dung dịch điện
phân cuộn lại đặt trong vỏ nhôm, loại này có điện áp làm việc thấp, kích thước
và sai số lớn, trị số điện dung khoảng 0,1 μF – 4700 μF.
o
Tụ tan tang: Loại tụ này được chế tạo ở hai dạng hình trụ có đầu ra dọc
theo trục và dạng hình tan tan. Tụ này có kích thước nhỏ nhưng trị số điện dung
cũng lớn khoảng 0,1 μF - 100 μF.
o
Tụ biến đổi: Là tụ xoay trong radio hoặc tụ tinh chỉnh.
o

2.4.3.Diode
 Khái niệm

Diode là linh kiện điện tử thụ động, cho phép dòng điện đi qua nó theo một
chiều , sử dụng các tính chất của các chất bán dẫn.

Hình 2.22: Một số loại diode

 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại

Cấu tạo: Diode bán dẫn được cấu tạo dựa trên chuyển tiếp P – N của hai chất
bán dẫn khác loại. Điện cực nối với bán dẫn P gọi là Anot còn điện cực nối với bán
dẫn N gọi là Katot. Trong kỹ thuật điện thường được kí hiệu như sau:


Hình 2.23: Sơ đồ cấu tạo của diode
Nguyên lý hoạt động: Diode sẽ dẫn điện theo hai chiều không giống nhau. Nếu
phân cực thuận thì diode sẽ dẫn điện gần như bão hòa. Nếu phân cực nghịch thì diode

dẫn điện rất yếu, thực chất chỉ có dòng điện rò. Nói một cách gần đúng thì xem như
diode chỉ dẫn điện một chiều từ Anot sang Katot, và đây chính là đặc tính chỉnh lưu
của Diode bán dẫn.
Phân loại: Theo công dụng thì ta có: Diode ổn áp, Diode phát quang, Diode thu
quang, Diode biến dung, Diode xung, Diode tác song, Diode tách sóng.
Diode phát quang được sử dụng ở điều khiển tivi, đèn led ở biển quảng cáo, nó
phát ra ánh sang.

Hình 2.24: Diode phát quang
Diode chỉnh lưu được ứng dụng trong bộ đổi nguồn.

Hình 2.25: Diode chỉnh lưu
Diode biến dung được dùng nhiều trong các bộ thu phát sóng điện thoại, sóng
cao tần, siêu cao tần.
Diode tách sóng là loại diode nhỏ, vỏ bằng thủy tinh và còn được gọi là diode
tiếp điểm vì mặt tiếp xúc giữa hai chất bán dẫn P-N tại một điểm để tránh điện dung kí
sinh, Diode tách sóng thường dùng trong các mạch cao tần dùng để tách song tín hiệu.
Diode nắn điện: Là diode tiếp mặt dùng để nắn điện trong các bộ chỉnh lưu
nguồn AC 50 Hz. Diode này thường có 3 loại là: 1A, 2A và 5A.
Diode Zenner có cấu tạo tương tự như diode thường nhưng có hai lớp bán dẫn
P-N ghép với nhau. Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược. Khi
phân cực thuận Diode zenner như diode thường nhưng khi phân cực ngược Diode
Zenner sẽ ghim lại một mức điện áp cố đingj bằng giá trị ghi trên Diode.
2.4.4.Transistor
 Cấu tạo