Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho máy phay tự động ứng dụng cho phòng thí nghiệm cơ khí tại trường đại học sao đỏ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.47 MB, 92 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------TRẦN QUANG TRUNG
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY PHAY TỰ
ĐỘNG - ỨNG DỤNG CHO PHÒNG THÍ NGHIỆM CƠ KHÍ
TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ
Chuyên ngành : Đo lường và Các hệ thống điều khiển
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH: ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS Nguyễn Quốc Cường
Hà Nội – Năm 2010
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan luận văn này do em thực hiện là hoàn toàn trung thực, các
kết quả đạt được trong luận văn là hoàn toàn chính xác. Tài liệu tham khảo để
thực hiện luận văn này em sử dụng được ghi trong bảng tài liệu tham khảo.
Em xin chịu trách nhiệm trước những lời cam đoan trên!
Em xin trân trọng cám ơn!
Formatted: Width: 8.27", Height:
11.69"
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển vược bậc của khoa khọc và công nghệ, đặc biệt là
sự phát triển của ngành công nghệ thông tin và điện tử. Sự phát triển của hai ngành
này đã làm xuất hiện một dòng các thiết bị, sản phẩm mới. Dòng các thiết bị, sản
phẩm này là sự kết hợp của ba ngành Cơ khí, Điện tử và công nghệ thông tin. Các
thiết bị, sản phẩm này ngày càng được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp và dân
dụng. Máy CNC và robot công nghiệp là hai sản phẩm điển hình của dòng sản phẩm
này...Sự phát triển của dòng thiết bị sản phẩm này đòi hỏi phải có một ngành kỹ
thuật mới sinh ra để nghiên cứu, phát triển các dòng thiết bị sản phẩm này. Xuất
phát từ nhu cầu thực tế đó mà ngành Cơ điện tử ra đời, từ khi mới ra đời Robot
công nghiệp, các máy CNC là sản phẩm điển hình của ngành này.
Ở trường Đại học Sao Đỏ ngành công nghệ Cơ điện tử đã chính thức đưa vào
nội dung đào tạo.Tuy nhiên, hiện tại chưa có một phòng thí nghiệm, hệ thống xưởng
thực hành, thực tập riêng cho ngành công nghệ Cơ điện tử. Hệ thống các bài thực
hành của ngành học này cũng chưa đáp ứng được nội dung của ngành học, tất cả
các bài thực hành của ngành học lấy từ hệ thống các bài thực hành của 3 khoa trong
trường, đó là: Khoa Cơ khí, khoa Điện, và khoa Điện tử Tin học.Với sản phẩm Máy
Phay tự động của đề tài này nếu được đưa vào hệ thống các bài thực hành của ngành
học sẽ giúp các sinh viên có được một mô hình trực quan lý tưởng, đồng thời đây
cũng là mô hình để các sinh viên thực hành các bài tập về vi xử lý, điều khiển các
động cơ bước, giao tiếp máy tính...
Hiện nay nhà trường đã chính thức đưa ngành học công nghệ Cơ điện tử vào
đào tạo, tuy nhiên số lượng giáo viên được đào tạo về ngành này lại rất ít. Phần lớn
giáo viên giảng dạy ngành này được chuyển từ các ngành khác sang. Với phạm vi
của luận văn này tôi mong rằng sẽ tiếp cận được với các kiến thức mới nhằm đáp
ứng tốt hơn cho việc giảng dạy các môn học của ngành học mới.
Vì vậy tác giả lựa chọn đề tài nghiên cứu với nội dung: “Nghiên cứu thiết kế bộ
điều khiển cho máy phay tự động – ứng dụng cho phòng thí nghiệm Cơ khí tại
Trường Đại học Sao Đỏ’’.
1
Do thời gian và trình độ có hạn nên bản luận văn không tránh khỏi những
sai sót và còn nhiều vấn đề cần phải hoàn thiện thêm. Tác giả rất mong nhận được
những ý kiến đóng góp, sự chỉ dẫn của các thày cô giáo và các đồng nghiệp.
Tác giả xin chân thành cám ơn tập thể các thầy cô trong Bộ môn Kỹ thuật đo
và Tin học công nghiệp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và đặc biệt là thầy giáo
TS. Nguyễn Quốc Cường đã cho những chỉ dẫn quý báu và tạo mọi điều kiện để tác
giả hoàn thành đề tài tốt nghiệp này.
Xin cám ơn gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp - những người đã luôn động
viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong quá trình tác giả làm đề tài.
Hà Nội, tháng 10 năm 2010
Tác giả
Trần Quang Trung
2
MỤC LỤC
Deleted: ¶
Trang
Lời nói đầu ................................................................................................................1
Mục lục
................................................................................................................3
Chương 1: Giới thiệu về hệ thống máy phay..............................................................5
1.1. Sơ lược về các hệ thống máy phay hiện nay...........................................5
Formatted: Right
1.2. Giới thiệu về hệ thống máy phay tại Trường đại học Sao Đỏ.................5
1.2.1. Rôbốt công nghiệp...............................................................................5
1.2.2.Máy phay..............................................................................................7
1.2.3. Băng tải và hệ thống cấp phôi tự động.................................................8
1.3. Hệ thống điều khiển của máy phay..........................................................9
Chương 2: Phân tích và thiết kế bộ điều khiển hệ thống máy phay..........................10
2.1. Sơ đồ khối chức năng của bộ điều khiển hệ thống máy phay................10
2.2. Giới thiệu máy phay của hệ thống.........................................................11
2.2.1. Sơ đồ khối của máy phay...............................................................................11
2.2.2. Nguyên lý, cấu trúc, hoạt động của máy phay..............................................12
2.3. Thiết kế bộ điều khiển........................................................................................13
Formatted: Right
2.3.1. Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển máy phay.........................................................13
2.3.2. Lựa chọn linh kiện và thiết bị.........................................................................14
2.3.2.1. Linh kiện.......................................................................................................14
2.3.2.2. Thiết bị..........................................................................................................22
2.3.3. Sơ đồ nguyên lý................................................................................................24
2.3.4. Sơ đồ mạch in...................................................................................................25
Chương 3: Thiết kế chương trình........................................................................................26
3.1. Chức năng của chương trình...............................................................................26
3.2. Thiết kế chương trình...........................................................................................27
3.2.1 Lưu đồ thuật toán của vi điều khiển nhận tín hiệu từ máy tính và điều khiển
động cơ...................................................................................................................................27
3.2.2. Lưu đồ thuật toán của chương trình tính toán và xuất dữ liệu điều khiển
Formatted: Right, Indent: First line:
0"
trên máy tính.............................................................................................................29
Chương 4: Kết quả và thử nghiệm............................................................................33
3
Formatted: Right
4.1. Ảnh của hệ thống máy phay....................................................................33
4.2. Mô tả thí nghiệm..............................................................................................33
4.2.1. Thiết lập chương trình gia công cho chi tiết..........................................34
4.2.2. Lựa chọn các thông số khởi động.........................................................36
4.3. Ảnh mẫu sản phẩm trước và sau khi gia công..........................................38
4.3.1 Ảnh mẫu sản phẩm trước khi gia công....................................................38
Formatted: Right
Formatted: Centered, Indent: First
line: 0"
4.3.2 Ảnh mẫu sản phẩm sau khi gia công.......................................................39
4.4. Đánh giá kết quả thu được........................................................................39
Formatted: Right
Kết luận và hướng phát triển của luận văn...............................................................40
Tài liệu tham khảo.....................................................................................................41
Phụ lục A...................................................................................................................42
Phụ lục B...................................................................................................................58
Formatted: Centered
4
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG MÁY PHAY
1.1 Sơ lược về các hệ thống máy phay hiện nay
Hiện nay các máy phay được sử dụng để phục vụ cho việc thực tập tay nghề của
học sinh – sinh viên nghành cơ khí, cơ điện tử chủ yếu là các máy phay như máy
phay FWD32, Phay đứng, Phay ngang. Bộ điều khiển của các máy phay này đều sử
dụng mạch rơle công tắc tơ để điều khiển cho quá trình công nghệ, rơle nhiệt để bảo
vệ quá tải. Do đó bộ điều khiển cồng kềnh, làm việc với độ tin cậy, độ chính xác
không cao, hiệu suất thấp. Mặt khác số lượng máy phay còn hạn chế do đó để phục
vụ cho học sinh thực tập với số đông là rất khó, các thiết bị này có độ chính xác về
cơ khí và khả năng tự động hoá là thấp; chủ yếu phục vụ cho học sinh - sinh viên
nghành cơ khí. Ngoài ra để giúp cho học sinh - sinh viên nghành cơ điện tử hiểu rõ
được về các mạch điện tử, các cơ cấu, các thiết bị có khả năng lập trình được và các
hệ thống máy phay làm việc tự động với độ tin cậy và độ chính xác cao.
1. 2 Giới thiệu về hệ thống máy phay tại trường ĐH Sao Đỏ
Hệ thống các máy phay hiện có tại trường như máy phay FWD32, Phay đứng, Phay
ngang... được sử dụng để cho học sinh thực tập vào các bài tập như: phay mặt phẳng
song song (vuông góc), phay bánh răng, phay lục lăng, phay đai ốc. Hệ thống các
máy phay này chủ yếu để phục vụ các bài tập với mức độ đơn giản, độ chính xác
không cao.
Mô hình hệ thống máy phay phục vụ cho phòng thí nghiệm cơ khí tại Trường Đại
học Sao Đỏ gồm:
• Một rôbốt Công nghiệp
• Một Máy phay
• Hai băng tải tất cả điều được điều khiển thông qua máy tính.
1.2.1 Rôbốt Công nghiệp:
Rôbốt công nghiệp được thiết kế gồm 4 khâu động được liên kết với nhau bằng các
khớp quay. Các khớp quay này điều được điều khiển bằng các động cơ bước, thông
qua hộp số với tỷ số truyền 1:30 và bộ truyền đai răng. Các hộp số được bố trí ở
5
phía thân robot và thông qua bộ truyền đai răng sẽ chuyền chuyển động lên các
0.6
19
17
1.0
khớp.
247.0
6
0.
19
47.0
Hình1.1. Sơ đồ động của robot Công nghiệp
Hình1.2. Mô hình robot Công nghiệp
6
1.2.2 Máy Phay:
Máy phay được thiết kế bao gồm 3 trục thẳng. Các trục này đều được truyền động
bằng các vítme bi và động cơ bước. Động cơ trục chính của máy phay được truyền
động bằng động cơ AC, trục chính có 5 dải tốc độ. Phần bàn máy của máy phay
được bố trí 1 đồ gá tự động, đồ gá này được thiết kế để gá đặt và kẹp chặt các phôi
có dạng trụ tròn. Máy phay có khả năng gia công được các bề mặt 2D của chi tiết.
Hình1.3. Mô hình máy phay 3 trục.
7
1.2.3 Băng tải và hệ thống cấp phôi tự động:
Băng tải được truyền động bằng đai dẹt, bản 100x2mm, độ dài 960mm. Bao
gồm một băng tải vận chuyển phôi và một băng tải vận chuyển chi tiết đã gia công
về kho chứa sản phẩm đã gia công. Băng tải vận chuyển phôi và vận chuyển chi tiết
được đẫn động bằng động cơ DC, phía cuối của băng tải vận chuyển phôi trang bị
một cảm biển hồng ngoại để phát hiện phôi. Hệ thống cấp phôi tự động được thiết
kế theo kiển hệ thống cấp phôi trọng lực, sử dụng một động cơ DC để gạt phôi, một
cảm biển hồng ngoại làm nhiêm vụ giám sát quá trình cấp phôi, khi một phôi được
cấp các phôi còn lại theo trọng lực sẽ về đúng vị trí tiếp theo.
Hình1. 4. Mô hình hệ thống cấp phôi và băng tải vận chuyển phôi
8
1.3. Hệ thống điều khiển của máy phay:
Hệ thống các máy phay như đã nêu ở trên có bộ điều khiển sử dụng mạch rơle công
tắc tơ để điều khiển cho các quá trình công nghệ, rơle nhiệt để bảo vệ quá tải, cầu
chì bảo vệ ngắn mạch. Do đó bộ điều khiển cồng kềnh, làm việc với độ tin cậy và
độ chính xác không cao, hiệu suất và khả năng tự động hoá là thấp. Để khắc phục
những hạn chế trên thì việc nghiên cứu và thiết kế bộ điều khiển mới là rất cần thiết.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài này là thiết kế bộ điều khiển mới sử dụng vi điều
khiển AVR128 kết hợp với máy tính để điều khiển cho máy phay, kết hợp với rôbốt
và hai băng tải sử dụng kết quả sẵn có của đồng nghiệp tại trường để tạo thành hệ
thống máy phay linh hoạt hơn.
Hệ thống điều khiển mới của máy phay gồm hai bộ phận: Máy tính và mạch điều
khiển hệ thống. Máy tính sẽ thực hiện quản lý toàn bộ các thiết bị của hệ thống
thông qua một phần mền điều khiển và truyền tính hiện điều khiển xuống mạch điều
khiển qua cổng COM. Mạch điều khiển hệ thống bao gồm các khối: Khối nguồn,
khối điều khiển trung tâm, Khối mạch công suất điều khiển đông cơ. Mạch điều
khiển nhận tín hiệu điều khiển từ máy tính và biến các tín hiệu này thành các tín
hiệu điều khiển trực tiếp điều khiển các động cơ trong hệ thống, đồng thời mạch
điều khiển cũng truyền tín hiệu của các sensor và công tác hành trình lên máy tính.
Quá trình truyền nhận của mạch điều khiển và máy tính thông qua cổng COM của
máy tính.
9
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
MÁY PHAY
2.1 Sơ đồ khối, chức năng của bộ điều khiển hệ thống máy phay.
Deleted: -
Robot Công nghiệp
Máy phay
Khối điều
khiển
Máy tính
Formatted: Right
Hệ thống vận
chuyển, cấp phôi
Khối thu thập
tín hiệu
Hình 2.1 sơ đồ khối chức năng của hệ thống máy phay
Máy tính: Thực hiện quản lý toàn bộ các thiết bị của hệ thống thông qua một
phần mền điều khiển.Truyền tín hiện điều khiển xuống mạch điều khiển qua cổng
COM và đồng thời cũng nhận các tín hiệu từ mạch điều khiển qua cổng COM.
Khối điều khiển: gồm các khối như: khối nguồn, khối điều khiển trung tâm
và khối mạch công suất.
+, Khối nguồn: Biến đổi điện áp xoay chiều 220v thành điện áp một chiều 5v
và 12v cung cấp cho mạch điều khiển.
+, Khối điều khiển trung tâm: Nhận tín hiệu điều khiển từ máy tính để điều
khiển trực tiếp các động cơ trong hệ thống, đồng thời nó truyền tín hiệu từ các
sensor và các công tắc hành trình lên máy tính. Quá trình truyền - nhận giữa máy
tính và khối điều khiển được thực hiện thông qua cổng COM của máy tính.
+, Khối mạch công suất: Nhận tín hiệu điều khiển từ máy tính và khối điều
khiển trung tâm, khuếch đại tín hiệu đảm bảo đủ công suất để điều khiển các động
cơ.
10
Formatted: Font: 13 pt, Not Bold,
Italic
Formatted: Centered
Formatted: Font: Not Bold, Italic
Khối thu thập tín hiệu: gồm các sensor và các công tắc hành trình tại các
điểm cần thu thập tín hiệu.
Rôbốt công nghiệp: Thực hiện hai nhiệm vụ chính:
+, Gắp phôi từ hệ thống băng tải cấp phôi và đặt phôi vào vị trí đồ gá tự động
của máy phay rồi quay về vị trí đứng yên ban đầu.
+, Gắp chi tiết đã gia công xong rồi đặt vào hệ thống băng tải vận chuyển
đến kho chứa chi tiết sau đó quay về vị trí đứng yên ban đầu.
Hệ thống vận chuyển cấp phôi: gồm hai băng tải được điều khiển bởi hai
động cơ DC, thực hiện nhiệm vụ vận chuyển phôi đến nơi đã định để rôbốt gắp phôi
và vận chuyển chi tiết sau khi gia công xong về kho chứa chi tiết.
Máy phay: Thực hiện kẹp chặt chi tiết trên bàn gia công và gia công chi tiết
theo yêu cầu công nghệ.
2.2 Giới thiệu máy phay của hệ thống
2.2.1 Sơ đồ khối của máy phay.
ĐB3
ĐB2
AC
ĐB1
Di
chuyển
theo 2
chiều
DC
phôi
Formatted: Centered, Tabs: 1.57",
Left
Hình 2.2 sơ đồ khối của máy phay
Deleted: Hình vẽ ?????????
Formatted: Centered
Deleted: ???????????????????????
Formatted: Font color: Red
Formatted: Font color: Red
Trong đó:
11
+, ĐB1 là động cơ bước thứ 1được gắn với vítme bi, DC là động cơ 1 chiều
truyền động cho bàn gá và kẹp chi tiết gia công, cả 2 động cơ này chuyển động 2
chiều theo phương của trục OX.
+, ĐB2 là động cơ bước thứ 2 được gắn với vítme bi truyền động cho băng
máy có thể di chuyển theo hai chiều theo phương của trục OY.
+, ĐB3 là động cơ bước thứ 3 được gắn với vítme bi truyền động cho bàn xe
dao có thể di chuyển theo 2 chiều theo phương của trục OZ.
+, AC là động cơ xoay chiều 1 pha có 5 cấp tốc độ được gắn dao phay quay
theo 1 chiều cố định.
2.2.2 Nguyên lý, cấu trúc, hoạt động của máy phay.
Khi phát hiện đã có phôi để gia công trên bàn gá chi tiết bộ điều khiển phát
tín hiệu để điều khiển động cơ một chiều DC được gắn với bộ đồ gá trên bàn gá
chuyển động tịnh tiến về phía phôi theo trục OX, khi chuyển động về phía phôi đồ
gá sẽ gạt vào công tắc hành trình được bố trí trên băng máy do đó động cơ ngừng
hoạt động và quá trình gá, kẹp chi tiết kết thúc. Đồng thời lúc này bộ điều khiển
phát tín hiệu điều khiển động cơ bước ĐB1 chuyển động tịnh tiến theo chiều ngược
chiều trục OX kéo cả băng máy chứa phôi - đồ gá phôi và cùng lúc này động cơ
bước ĐB2 cũng được điều khiển để chuyển động theo chiều trục OY. Hai chuyển
động này được diễn ra đồng thời để đưa phôi vào đúng vị trí để dao phay chuẩn bị
gia công chi tiết. Khi phôi đã vào đúng vị trí gia công thì hai động cơ này được điều
khiển dừng, động cơ xoay chiều AC được điều khiển để truyền động cho dao phay
làm việc và động cơ bước ĐB3 được truyền động để đưa dao phay xuống gia công
chi tiết theo chiều sâu cắt đã đặt trước.
Lúc này máy phay làm việc và gia công chi tiết theo yêu cầu công nghệ.
Muốn máy phay gia công đúng theo yêu cầu công nghệ thì chương trình được viết
trên máy tính sẽ tính toán được tốc độ ăn dao, chiều sâu cắt của dao, đường đi của
dao một cách chính xác để từ đó đưa ra các tín hiệu điều khiển phù hợp.
Trong suốt quá trình gia công chi tiết thì hai động cơ bước ĐB1 và ĐB2 luôn
làm việc để di chuyển hai băng máy nhằm đưa phôi chuyển động theo các toạ độ mà
12
ta đã tính toán, còn động cơ ĐB3 sẽ ngừng làm việc khi dao đã ăn vào chi tiết theo
chiều sâu cắt đã đặt trước. Nếu hai động cơ bước ĐB1 và ĐB2 chuyển động đi vượt
quá băng máy thì một trong hai công tắc hành trình được bố trí trên đó sẽ tác động
dừng hệ thống và ta sẽ phải khởi động lại quá trình ban đầu.
Sau khi quá trình gia công chi tiết đã xong bộ điều khiển phát tín hiệu điều
khiển động cơ bước ĐB3 làm việc để đưa dao phay ra khỏi chi tiết và đưa về vị trí
ban đầu , khi về đến vị trí ban đầu thì cơ bước ĐB3 ngừng làm việc còn động cơ
xoay chiều AC vẫn tiếp tục làm việc. Đồng thời động cơ bước ĐB1 được điều khiển
làm việc để truyền động tịnh tiến theo trục OX đưa chi tiết về vị trí ban đầu khi
nhận phôi thì một công tắc hành trình sẽ tác động dừng động cơ ĐB1. Khi chi tiết
đã được đưa về đúng vị trí ban đầu thì động cơ DC làm việc chuyển động theo chiều
ngược lại theo chiều lúc kẹp phôi để nhả chi tiết gia công và đưa đồ gá về vị trí ban
đầu. Quá trình máy phay làm việc kết thúc và nó sẽ lặp lại quy trình ban đầu khi có
phôi mới được đưa đến.
Tất cả quy trình làm việc của máy phay ở trên đều diễn ra một cách hoàn
toàn tự động và theo chương trình được người lập trình viết. Do đó để đạt được
những yêu cầu nêu trên thì việc thiết kế bộ điều khiển cho máy phay đòi hỏi phải
chính xác về chương trình điều khiển và các linh kiện điện tử, cơ cấu chấp hành
phải làm việc tốt, chính xác, ổn định.
2.3 Thiết kế bộ điều khiển
2.3.1 Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển máy phay
13
Nguồn một
chiều
Mạch
công suất
Vi điều khiển
AVR128
Máy tính
Máy phay
Công tắc hành
trình
Hình 2.3 sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển máy phay
2.3.2 Lựa chọn linh kiện và thiết bị.
Deleted: Hình vẽ ???????????
Formatted: Centered
Formatted: Font color: Red
Việc lựa chọn linh kiện và thiết bị phục vụ cho việc thiết kế bộ điều khiển đóng vai
trò hết sức quan trọng. Nó quyết định đến các chỉ tiêu về kỹ thuật như làm việc ổn định,
an toàn, độ tin cậy, khả năng sửa chữa và thay thế mới... do đó nó quyết định đến chất
lượng của bộ điều khiển. Nhưng việc lựa chọn các thiết bị như thế nào để nó vừa đáp
ứng được yêu cầu kỹ thuật, vừa đảm bảo giá thành mua, thay thế, bảo dưỡng các thiết bị
không tốn kém. Đó là bài toán kinh tế – kỹ thuật mà ta cần phải giải và đưa ra kết quả
hợp lý.
2.3.2.1 Linh kiện:
- Vi điều khiển:
Vi điều khiển AVR do hãng Atmel ( Hoa Kì ) sản xuất được gới thiệu lần đầu năm
1996. AVR có rất nhiều dòng khác nhau bao gồm dòng Tiny AVR ( như AT tiny
13, AT tiny 22…) có kích thước bộ nhớ nhỏ, ít bộ phận ngoại vi, rồi đến dòng AVR
( chẳng hạn AT90S8535, AT90S8515,…) có kích thước bộ nhớ vào loại trung bình
14
Formatted: Font color: Red
và mạnh hơn là dòng Mega ( như ATmega32, ATmega128,…) với bộ nhớ có kích
thước vài Kbyte đến vài trăm Kb cùng với các bộ ngoại vi đa dạng được tích hợp
trên chip, cũng có dòng tích hợp cả bộ LCD trên chip ( dòng LCD AVR ). Tốc độ
của dòng Mega cũng cao hơn so với các dòng khác. Sự khác nhau cơ bản giữa các
dòng chình là cấu trúc ngoại vi, còn nhân thì vẫn như nhau.
Chip AVR ATmega128 do hãng Atmel Hoa Kỳ sản suất với những tính năng chính
như:
+ ROM : 128 Kbytes
+ SRAM: 4Kbytes
+ EEPROM : 4Kbytes
+ 64 thanh ghi I/O
+ 160 thanh ghi vào ra mở rộng
+ 32 thanh ghi đa mục đích.
+ 2 bộ định thời 8 bit (0,2).
+ 2 bộ định thời 16 bit (1,3).
+ Bộ định thời watchdog
+ Bộ dao động nội RC tần số 1 MHz, 2 MHz, 4 MHz, 8 MHz
+ ADC 8 kênh với độ phân giải 10 bit (Ở dòng Xmega lên tới 12 bit )
+ 2 kênh PWM 8 bit
+ 6 kênh PWM có thể lập trình thay đổi độ phân giải từ 2 tới 16 bit
+ Bộ so sánh tương tự có thể lựa chọn ngõ vào
+ Hai khối USART lập trình được
+ Khối truyền nhận nối tiếp SPI
+ Khối giao tiếp nối tiếp 2 dây TWI
+ Hỗ trợ boot loader
+ 6 chế độ tiết kiệm năng lượng
+ Lựa chọn tần số hoạt động bằng phần mềm
+ Đóng gói 64 chân kiểu TQFP.
+ Tần số tối đa 16MHz
15
+ Điện thế : 4.5v - 5.5v
Cấu trúc cơ bản của vi điều khiển AVR được thể hiện ở hình dưới đây:
Hình 2.4 sơ đồ cấu trúc của vi điều khiển
- Sensor hồng ngoại:
Formatted: Centered
Deleted: ¶
Hình vẽ ????
Formatted: Font color: Red
Đây là loại sensor quang sử dụng thu phát ánh sáng gần vùng hồng ngoại.
Bước sóng ánh sáng sử dụng trong các sensor này cỡ 880nm. Loại sensor này
có thể sử dụng để phát hiện màu đen/trắng hoặc phát hiện vật cản. Khả năng thực
hiện được tuỳ thuộc vào việc thiết kế mạch.
16
Hiện nay, trên thị trường có bán các sensor hồng ngoại đã được tích hợp sẵn các
đầu thu phát trên cùng một vỏ. Loại sensor này thường chỉ có 4 dây nối trong đó
hai dây nguồn nuôi và một dây tín hiệu. Tín hiệu lối ra thường có mức logic 0 hoặc
1. Sau đây xin giới thiệu một photo sensor mang kí hiệu E3S- DS30E4 của
hãng OMRON.
Chi tiết sản phẩm:
+ Loại khuếch tán, Nguồn cấp 10-30VDC hoặc 24-240VAC
+ Đầu ra PNP Light-ON
+ Khoảng cách phát hiện 300 mm
+ Dây nối giắc dễ dàng cho bảo dưỡng thay thế
+ Bảo vệ ngắn mạch và nối ngược cực
Ứng dụng của sensor trong hệ thống là để phát hiện phôi được cấp trên băng tải, sơ
đồ nguyên lý mạch như dưới đây:
17
S
E
NS
O
R1
R88
10K
VCC
R86
4.7K
2N1208_4
Q202
R87
J1
S
E
NS
O
R
2
GND
10K
R91
10K
VCC
S1
S2
S3
1
2
3
4
5
6
R89
Q203
2N1208_4
12V_IN
GND
4.7K
R90
GND
CON6
S
E
N
S
O
R3
10K
R94
10K
VCC
R92
Q204
2N1208_4
4.7K
R93
GND
10K
- Nguồn nuôi vi điều khiển:
Khối nguồn có nhiệm vụ cung cấp và bình ổn điện áp cho chip. Nguồn nuôi chíp là
5V trong khi đó ắc quy nguồn lại là 12V, hơn nữa nguồn ắc quy thường không ổn
định, vì vậy cần phải thiết kế một mạch nguồn 5V- 500mA ổn định cho chíp.
Sơ đồ nguyên lý mạch tạo nguồn nuôi cho vi điều khiển sử dụng một điốt thường để
tạo nguồn một chiều, IC LM2576, điốt Shockley SL474A, cuộn cảm L và một số loại
12V_IN
D150
DIOTTHUONG
12V
tụ như hình vẽ :
GND
J130
1 Vin
ADJ
4
Vout
GND
2
L1
LM2576
On/off
VCC
3
5
CAM
D140
C1901
C
SL474A
C511
C321
107
C331
107
C341
107
104
GND
GND
C2001
C
18
Deleted: nạp chương trình và
- Khối giao tiếp với máy tính PC:
Trên bo mạch trung tâm còn trang bị khối nạp chương trình cho chíp và giao tiếp
giữa vi điều khiển với máy tính. Khối này có nhiệm vụ kết nối chip với máy tính,
thông qua đó các thông số điề khiển máy phay của người dùng sẽ được nạp xuống
Deleted: chương trình
Deleted: vào chíp
bộ điều khiển. Ở đây tôi sử dụng cổng COM và MAX 232 tạo thành mạch như hình
VCC
C96
16
vẽ:
CAP NP
GND
U2
13
8
TXD1
11
10
GND
CONNECTOR DB9
1
3
4
5
2
6
C91
C
C1+
C1C2+
C2V+
V-
R1OUT
R2OUT
T1OUT
T2OUT
T1IN
T2IN
15
C92
C
R1IN
R2IN
12
9
RXD1
14
7
GND
1
6
2
7
3
8
4
9
5
VCC
P1
MAX232
VCC
GND
C93
C
C94
GND
C
- Mạch công suất điều khiển các động cơ :
Sơ đồ nguyên lý mạch công suất để điều khiển các động cơ bước.
Mạch điều khiển động cơ bước bao gồm một số chức năng sau đây:
Tạo các xung với những tần số khác nhau
Chuyển đổi các phần cho phù hợp với thứ tự kích từ
Làm giảm các dao động cơ học
Đầu vào của mạch điều khiển là các xung.Thành phần của mạch là các bán
dẫn, vi mạch. Kích thích các phần của động cơ theo thứ tự 1-2 -3- 4 do các tranzitor
công suất thực hiện. Với việc thay đổi vị trí bộ chuyển mạch, động cơ có thể quay
theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược lại.
19
Deleted: +,
Formatted: Font: Not Bold, Italic
Formatted: Font: Italic
Điện áp được cấp qua các khoá chuyển để nuôi các cuộn dây, tạo ra từ trường làm
quay rotor. Các khoá ở đây không cụ thể, có thể là bất cứ thiết bị đóng cắt nào điều
khiển được như rơle, transitor công suất... Tín hiệu điều khiển có thể được đưa ra từ
bộ điều khiển như vi mạch chuyên dụng, máy tính. Với động cơ nhỏ có dòng cỡ 500
mili Ampe, có thể dùng IC loại dãy darlington collector hở như : ULN2003,
ULN2803 ( Allegro Microsystem) DS2003 (National Semiconductor), MC1413 (
Motorola). Với các động cơ lớn có dòng > 0.5A các IC họ ULN không đáp ứng
được ta có thể dùng các Tranzitor trường(IRF). Một số loại IRF thông dụng:
IRF540 tranzitor ngược có thể chịu dòng đến 20A
IRF640 tranzitor ngược có thể chịu dòng đến 18A
IRF250 tranzitor ngược có thể chịu dòng đến 30A .
Sơ đồ mạch nguyên lý công suất để điều khiển các động cơ bước ở đây tôi sử
dụng loại tranzitor ngược IRF540 kết hợp với các linh kiện dưới đây do Trung Quốc
sản xuất với từng loại linh kiện như:
Số
TT
Tên linh kiện
Chủng loại
lượn
g
1
Tranzitor trường ngược
IRF540N/TO chịu được dòng đến 20A
12
2
Tranzitor lưỡng cực ngược
C1815
12
3
Tranzitor lưỡng cực thuận
A1015
12
4
Cách ly quang
PC 877
12
5
Điện trở
10k
24
20
Formatted Table
Deleted:
Sơ đồ nguyên lý mạch công suất để điều khiển động cơ xoay chiều AC.
Động cơ AC được cấp nguồn trực tiếp 220V và được nối qua tiếp điểm
thường hở của công tắc tơ. Để điều khiển động cơ này chỉ cần có tín hiệu từ bộ điều
khiển gửi đến cuộn dây của công tắc tơ là động cơ làm việc. Điều khiển động cơ
Deleted: ¶
¶
¶
¶
Deleted: +,
Formatted: Font: Italic
Formatted: Justified
Formatted: Font: Not Italic
AC chỉ là điều khiển ON – OFF.
Công tắc tơ được chon để lắp cho mạch điều khiển động cơ AC do Nhật sản xuất
Formatted: Font: Not Italic
hãng OmRon 12VDC -10A.
Deleted: ¶
(!!!!!!!!!!!!! Cần giải thích một số yêu cầu
của mạch điều khiển động cơ AC : ở đây
chắc chỉ cần điều khiển ON/OFF???)
Formatted: Font color: Red
Formatted: Font: Italic, Font color:
Red
21
LS3
5
220V
3
12V_IN
1
2
4
MOTOR_AC
RELAY SPDT
D118
DIODE
R401
AC_ON_OFF
Q200
C1815 DAN
1k
R400
10k
GND
J9
2
1
MOTOR_AC
220V
AC motor
2.3.2.2 Thiết bị:
- Máy tính: 01 bộ máy tính PC để bàn lắp ráp tại Việt Nam hãng ASPIREX1900-005 với các thông số:
+ CPU: Intel PentiumR Dual-core E6600
+ Mainboard: Chipset Intel G41
+ Ram: DDR3 – 2GB
+ HDD: 100GB SATA
+ Bộ nguồn: 350W
+ VGA: Intel GMAX4500HD
- Nguồn 1 chiều: 01 bộ nguồn của máy tính PC để bàn 350W để cấp nguồn
cho mạch công suất điều khiển các động cơ bước.
- Máy phay: + 03 động cơ bước do hãng SHINANO KENSHI Nhật sản xuất
với các thông số như:
22
Mã hiệu
Độ
SST58D1810
1,8°
Điện áp
Dòng điện
5vDC
1A
Điện trở
Điện cảm
5Ω
5,4mH
Động cơ bước thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín
hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động
góc quay hoặc các chuyển động của roto và có khả năng cố định roto vào những vị
trí cần thiết. Động cơ bước làm việc được là nhờ có bộ chuyển mạch điện tử đưa các
tín hiệu điều khiển vào stato theo một thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số góc
quay của roto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ
quay của roto, phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi. Khi một xung
điện áp đặt vào cuộn dây stato (phần ứng) của động cơ bước thì roto (phần cảm) của
động cơ sẽ quay đi một góc nhất định, góc ấy là một bước quay của động cơ. Khi
các xung điện áp đặt vào các cuộn dây phần ứng thay đổi liên tục thì roto sẽ quay
liên tục. (Nhưng thực chất chuyển động đó vẫn là theo các bước rời rạc).
+ 01 động cơ một chiều sản xuất tại TaiWan – 12vDC
+ 01 động cơ xoay chiều sản xuất tại TaiWan – 220vAC.
- Công tắc hành trình(06CT): Do Nhật sản xuất hãng OmRon 500VAC -10A.
23
Formatted Table
