ĐO tốc độ ĐỘNG cơ DÙNG VDK

ĐO TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DÙNG
VI ĐIỀU KHIỂN

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.............................................................................................VII
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU......................................................................................VIII
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT......................................................................................IX
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG ĐỀ TÀI..................................................................1
1.1

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI........................................................................................1

1.2

SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG...............................................................................................2

CHƯƠNG 2. TÌM HIỂU CÁC LINH KIỆN QUAN TRỌNG.......................................3
2.1

VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA328.....................................................................................3

2.2

MÀN HÌNH LCD 16X2................................................................................................5

2.3

IC LM358...................................................................................................................7

2.4

IC ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP LM7805....................................................................................8

2.5

LED THU VÀ LED PHÁT TIA HỒNG NGOẠI.................................................................9

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ CHI TIẾT................................................................................11
3.1

SƠ ĐỒ MẠCH CHI TIẾT..............................................................................................11

3.2

SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT....................................................................................................13

CHƯƠNG 4. THI CÔNG PHẦN CỨNG.........................................................................15


4.1

SƠ ĐỒ MẠCH IN........................................................................................................15

4.2

MẠCH THI CÔNG PHẦN CỨNG...................................................................................17

CHƯƠNG 5. NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN.....................................................................18
5.1

NHẬN XÉT................................................................................................................18

5.1.1

Ưu điểm.............................................................................................................18

5.1.2

Nhược điểm.......................................................................................................18

5.2

KẾT LUẬN.................................................................................................................18

5.2.1

Kết quả đạt được...............................................................................................18

5.2.2

Ứng dụng..........................................................................................................18

5.2.3

Hướng phát triển...............................................................................................18

TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................................19
PHỤ LỤC................................................................................................................................20


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

HÌNH 1-1: SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG................................................................................2
HÌNH 2-1: VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA328.........................................................................3
HÌNH 2-2: SƠ ĐỒ CHÂN ATMEGA328 [1].......................................................................3
HÌNH 2-3: SƠ ĐỒ CHÂN LCD 16X2...................................................................................5
HÌNH 2-4 : SƠ ĐỒ CHÂN IC LM358 [2]............................................................................7
HÌNH 2-5: IC 7805 [3].............................................................................................................8
HÌNH 2-6: SƠ ĐỒ CHÂN IC LM7805.................................................................................8
HÌNH 2-7: LED PHÁT HỒNG NGOẠI...............................................................................9
HÌNH 2-8: LED THU HỒNG NGOẠI................................................................................10
HÌNH 3-1: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH THU PHÁT HỒNG NGOẠI.......................11
HÌNH 3-2: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VI ĐIỀU KHIỂN TÍCH HỢP MẠCH NGUỒN VÀ
MÀN HÌNH LCD...................................................................................................................12
HÌNH 3-3: SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT........................................................................................13
HÌNH 4-1: MẠCH IN KHỐI THU PHÁT HỒNG NGOẠI.............................................15
HÌNH 4-2: MẠCH IN BOARD MẠCH CHÍNH...............................................................16
HÌNH 4-3: ẢNH 3D MẠCH THU PHÁT HỒNG NGOẠI..............................................17
HÌNH 4-4: MẠCH THƯC TẾ BOARD MẠCH CHÍNH.................................................17


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
BẢNG 2-1 : SƠ ĐỒ CHÂN ATMEGA328............................................................................4
BẢNG 2-2: SƠ ĐỒ CHÂN LCD............................................................................................6


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

GND
IC
LED
LCD

VCC

Ground
Intergrated circuit
Light emitting diode
Liquid Crystal Display
Voltage common collector


Trang 1/22

CHƯƠNG 1.

GIỚI THIỆU CHUNG ĐỀ TÀI

1.1 Tóm tắt nội dung đề tài
1. Với cuộc sống công nghệ hiện nay với các tiến bộ của khoa học kĩ thuật và
nhu cầu của con người trong công việc ngày càng đòi hỏi phải sự chính xác
cao, vì vậy để nâng cao độ chính xác trong công việc ta cần phải có các máy
móc thiết bị đo lường chuẩn. Máy đo tốc độ động cơ với độ chính xác cao sử
dụng giải thuật điều chỉnh thang đo là một trong những ý tưởng có thể đáp
ứng nhu cầu đó.
2. Đo tốc độ động cơ dùng vi điều khiển là một máy đo tốc độ vòng quay của
động cơ có thể tự động thay đổi được thời gian đọc tốc độ vòng quay của
động cơ bằng giải thuật điều chỉnh thang đo sau cho phù hợp để giảm được
sai số khi đo.
3. Phương pháp đo tốc độ động cơ có thể được hiểu như sau: một đĩa quay
được gắn vào động cơ trên đĩa quay được đục một lỗ vừa đủ cho ánh sang
hồng ngoại xuyên qua. khi động cơ quay một vòng thì cảm biến sẽ cho tín
hiệu ra là một xung, tín hiệu từ cảm biến sẽ đưa vào vi điều khiển ATMEGA

328 để xử lý để chọn thang đo phù hợp và tính toán ra số vòng trên giây và
vòng trên phút. Sau đó khối xử lý sẽ xuất kết quả ra màn hình LCD.


Trang 2/22

1.2 Sơ đồ khối hệ thống

Khối nguồn

Khối cảm biến hồng
-

ngoại
Giải thích sơ đồ khối:

khối xử lý
Hình 1-1: sơ đồ khối hệ thống

ATMEGA 328

Khối hiển thị
LCD 16x2

+ Khối nguồn: là khối để cấp nguồn cần thiết cho các khối cảm biến, khối xử
lý và khối hiển thị.
+ Khối cảm biến hồng ngoại: là khối có chức năng thu tín hiệu từ động cơ
truyền cho khối xử lý.
+ Khối xử lý: nhận tín hiệu từ khối cảm biến hồng ngoại xử lý tín hiệu và bắt
đầu chọn thang đo cho phù hợp, tính toán ra vòng trên giây, vòng trên phút

và truyền thông tin ra khối hiển thị.
+ khối hiển thị: có nhiệm vụ nhận thông tin từ khối xử lý và hiển thị ra màn
hình số vòng trên giây, vòng trên phút.


Trang 3/22

CHƯƠNG 2.

TÌM HIỂU CÁC LINH KIỆN QUAN TRỌNG

1.3 Vi điều khiển ATMEGA328

Hình 2-1: Vi điều khiển ATMEGA328

Hình 2-2: Sơ đồ chân ATMEGA328 [1]


Trang 4/22

-

ATMEGA328 là một vi điều khiển được nâng cấp từ ATMEGA128 thuộc họ
AVR được sản suất bởi Atmel. Là một vi điều khiển cấu trúc AVR 8 bit, với 32
K bộ nhớ flash, 1 K EEPROM và 2 K SRAM, 2 timer 8 bit và 1 timer 16 bit.

-

ATMEGA328 là chip chỉ cần năng lượng thấp để hoạt động với điện áp từ 1.8 V
đến 5.5 V. Dòng điện hoạt động là 0.2 mA, chế độ nghỉ là 0.1 uA.

-

ATMEGA328 có 28 chân trong đó số chân suất nhập dữ liệu là 20 chân gồm: 6
chân hoạt động ở chế độ analog, 14 chân hoạt động ở chế độ digital trong đó có
6 chân băm xung. Sơ đồ chân cụ thể được thể hiện bằng bảng :
Bảng 2-1 : sơ đồ chân ATMEGA328

Chân số
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

22
23
24
25
26
27
28

chức năng của chân
Reset
Chân digital 0
Chân digital 1
Chân digital 2
Chân digital 3
Chân digital 4
Chân cấp nguồn VCC
Chân nối đất GND
Chân tạo dao động
Chân tạo dao động
Chân digital 5
Chân digital 6
Chân digital 7
Chân digital 8
Chân digital 9
Chân digital 10
Chân digital 11
Chân digital 12
Chân digital 13
Chân cấp nguồn VCC
Chân điện áp tham chiếu

Chân nối đất GND
Chân analog A0
Chân analog A1
Chân analog A2
Chân analog A3
Chân analog A4
Chân analog A5


Trang 5/22

1.4 Màn hình LCD 16x2

Hình 2-3: Sơ đồ chân LCD 16x2

-

LCD là tên viết tắt của Liquid Crystal Display. Ngày này LCD được sử dụng
khá phổ biến nó có khả năng tương thích với các loại vi điều khiển hiện nay.

-

LCD 16x2 là một loại màn hình hiển thị thông dụng với 16 cột và 2 hàng hiển
thị dữ liệu đen trắng với đèn nền.

-

Các thông số về đặc tính làm việc của LCD 16x2 như sau :
+ điện áp hoạt động tốt nhất cho LCD là từ 2.7 V đến 5 V.
+ dòng điện hoạt động tốt nhất là : 350 uA đến 600 uA.

+ nhiệt độ thích hợp : -30 oC đến 75 oC

-

LCD 16x2 có 2 chế độ hoạt động là chế độ 8 bit và chế độ 4 bit :
+ chế độ 4 bit sử dụng 12 chân, dữ liệu truyền trên 4 đường từ D4 đến D7.
+ Chế độ 8 bit sử dụng cả 16 chân của LCD, dữ liệu truyền từ chân D0 đến D7
Bảng 2-2: sơ đồ chân LCD

Chân số
1
2
3
4

chức nằng
Chân nối đất cho LCD
Chân cấp nguồn VCC cho LCD
Chân điều chỉnh độ tương phản
Chân chọn thanh ghi


Trang 6/22

5
6
7 đến 14
15

Chân chọn chế độ đọc hoặc ghi

Chân cho phép LCD hoạt động
Chân truyền dữ liệu từ D0 đến D7
Chân cấp nguồn VCC cho dèn nền hoạt

16

động
Chân nói đất GND

1.5 IC LM358

Hình 2-4 : Sơ đồ chân IC LM358 [2]

-

LM358 là một IC khuếch đại thuật toán được tích hợp bên trong là 2 op-amp
khuếch đại công suất thấp với độ lợi khuếch đại điện áp một chiều lên tới 100
dB. một trong những tính năng quan trọng của IC LM358 là dùng để so sánh
điện áp.

-

Các thông số hoạt động của IC LM358 :
+ điện áp hoạt động cao nhất có thể là : 32 V.
+ điện áp cấp thấp nhất có thể là : 0.7 mA.
+ chiệu nhiệt độ lên đến 70 oC.
+ điện áp ngõ ra bằng điện áp cấp cho IC trừ cho 1.5 V.

-

LM358 có 8 chân trong đó :
+ Chân số 2 là chân ngõ vào (-) của op-amp thứ 1.
+ Chân số 3 là chân ngõ vào (+) của op-amp thứ 1.


Trang 7/22

+ Chân số 1 là chân tín hiệu ra của op-amp thứ 1.
+ Chân số 6 là chân ngõ vào (-) của op-amp thứ 2.
+ Chân số 5 là chân ngõ vào (+) của op-amp thứ 2.
+ Chân số 7 là chân tín hiệu ra của op-amp thứ 2.
+ Chân số 8 là chân cấp nguồn cho IC.
+ Chân sô 4 là chân nối đất cho IC.
1.6 IC ổn định điện áp LM7805

Hình 2-5: IC 7805 [3]


Trang 8/22

Hình 2-6: Sơ đồ chân IC LM7805

-

IC LM7805 là một IC ổn áp thông dụng, dễ dàng sử dụng và cho điện áp đầu ra
5 V.

-

Các thông số cơ bản của IC LM7805:

+ Điện áp đầu vào: từ 7 V đến 20 V.
+ Khoảng nhiệt độ hoạt động: từ -20 oC đến 85 oC.
+ Điện áp ngõ ra: 5 V.
+ Dòng điện ngõ ra: 1.5 A.

-

Sơ đồ chân IC LM7805:
+ Chân số 1: ngõ vào điện áp.
+ Chân số 2: chân nối đất của IC.
+ Chân số 3: chân điện áp ngõ ra ổn định 5 V của IC.

1.7 LED thu và LED phát tia hồng ngoại

Hình 2-7: LED phát hồng ngoại

-

LED phát hồng ngoại là một linh kiện bán dẫn có khả năng phát ra sóng hồng
ngoại. Ánh sáng LED phát hồng ngoại mắt người không nhìn thấy được.

-

Thông số cơ bản của LED phát hồng ngoại:
+ Điện áp hoạt động: 1.2 V đến 1.6 V.


Trang 9/22

+ Dòng điện hoạt động: 10 mA đến 20 mA.

+ Bước sóng: 940 nm.
-

LED phát có 2 chân: chân anot thì kết nối với nguồn dương, chân catot nối đất

Hình 2-8: LED thu hồng ngoại

-

LED thu hồng ngoại là một linh kiện chuyển đổi năng lượng hồng ngoại thành
năng lượng điện.

-

LED thu không phát ra ánh sáng.

-

Dòng điện qua LED thu tỉ lệ thuận với cường độ tia hồng ngoại mà LED thu
nhận được.

-

LED thu có 2 chân: chân anot nối với đất thông qua điện trở hạn dòng, chân
catot nối với nguồn dương.


Trang 10/22

CHƯƠNG 3.

THIẾT KẾ CHI TIẾT

1.8 Sơ đồ mạch chi tiết

Hình 3-1: Sơ đồ nguyên lý mạch thu phát hồng ngoại

-

Ta cấp nguồn 5V cho toàn bộ khối thu phát hồng ngoại từ khối nguồn thông qua
jack cấm C1: chân số 1 nối đất, chân số 2 cấp nguồn 5 V cho mạch.

-

Đèn LED phát sẽ phát ra tia hồng ngoại, điện trở R1 có nhiệm vụ hạn dòng qua
LED phát.

-

Khi LED thu chưa nhận được tín hiệu hồng ngoại từ LED phát cho nên điện trở
trong LED thu rất lớn. khi đó điện áp trên chân 3 sẽ nhỏ hơn điện áp trên chân
số 2. Op-amp trong IC LM358 sẽ so sánh điện áp và cho ngõ ra ở mức thấp gần
bằng 0 V.

-

Khi LED thu nhận được tín hiệu hồng ngoại từ LED phát sẽ làm giảm mạnh
điện trở trong LED thu lúc đó điện áp trên chân số 3 sẽ lớn hơn điện áp ở chân
số 2 cho nên ngõ ra sẽ ở mức cao gần bằng 3.5 V.

Trang 11/22

Hình 3-2: Sơ đồ nguyên lý vi điều khiển tích hợp mạch nguồn và màn hình LCD

-

Khối ổn định nguồn là IC LM7805 ổn định áp ngõ ra ở mức 5 V. Tụ phân cực
1000 uF giúp lọc phẳng điện áp ngõ vào IC LM7805. Hai tụ 104 dùng để chống
nhiểu tần số.

-

Vi điều khiển ATMEGA328 được cấp nguồn ổn định 5 V từ khối nguồn qua
chân 7 và chân 20, chân 8 và 22 nối đất, chân 9 và chân 10 kết hợp với thạch
anh và hai tụ tạo bộ dao động cho vi điều khiển. Khối dao động này là nguồn
xung giữ nhịp nuôi vi điều khiển nếu không có thì mạch sẽ không hoạt động
được. Nhưng bạn không cần sử dụng tần số hoạt động cao thì bên trong vi điều
khiển đã có một bộ dao động với tần số tối đa là 8 MHz và có thể bỏ ra bộ dao
động bên ngoài. Bộ reset được nối với nguồn thông qua điện trở kéo lên nối với
chân số 1. Nút nhấn có tác dụng nối đất với chân số 1 khi nút nhấn được nhấn
tương đương với chân số 1 nối đất và vi điều khiển được reset lại trạng thái ban


Trang 12/22

đầu. Chân 4 là chân cấp tín hiệu vào từ khối thu phát hồng ngoại cho vi điều
khiển xử lý và truyền ra LCD.
-

LCD được sử dụng ở chế độ 4 bit chân dữ liệu là chân D4 đến chân D7 với D4
là bit có trọng số thấp nhất và chân D7 là chân có trọng số cao nhất của LCD và
được nối trực tiếp đến các chân của vi điều khiển tương tự như sau:
+ Chân dữ liệu D4 nối với chân số 12.
+ Chân dữ liệu D5 nối với chân số 11.
+ Chân dữ liệu D6 nối với chân số 6.
+ Chân dữ liệu D7 nối với chân số 5.
+ Chân số 4 để chọn thanh ghi cho LCD được nối với chân số 18 của vi điều
khiển.
+ Chân số 5 nối với đất để chon chế độ ghi cho LCD.
+ Chân số 6 là chân cho phép được nối với chân số 17 của vi điều khiển.

1.9 Sơ đồ giải thuật

Hình 3-3: Sơ đồ giải thuật

-

Các ký hiệu trên sơ đồ giải thuật:
+ x là số vòng trên giây.


Trang 13/22

+ t1, t2 là ngưỡng để chuyển từ thang đo này sang thang do.
-

rpm số vòng trên phút.

-

rpmcount số vòng đếm được trong từng thang đo cụ thể.

-

Cảm biến hồng ngoại sẽ nhận được một xung cao khi đi qua lỗ trên đĩa quay. Tín
hiệu được truyền điến vi điều khiển. Ban đầu mặc định x bằng 0. Vậy khi mới
khởi động vi điều khiển sẽ chọn thang đo là x nhỏ hơn t1. Là thang đo có thời
gian 2 giây. Khi thời gian lớn hơn hoặc bằng 2 giây thì hàm ngắt sẽ chốt số đếm
được trong vòng 2 giây và sau đó thực hiện phép tính số vòng trên giây vòng
trên phút.Sau đó x được cập nhật mới. Nếu x vẫn nhỏ hơn t1 thì giữ nguyên
thang đo còn lớn hơn t1 mà nhỏ hơn t2 thì sẽ chuyển sang thang đo kế tiếp là đo
trong vòng một giây và chuyển thang đo đo trong vòng nữa nữa giây nếu x lớn
hơn t2 và tiếp tục tính toán, cập nhật liên tục số vòng quay.


Trang 14/22

THI CÔNG PHẦN CỨNG
1.10

Sơ đồ mạch in

Hình 4-1: mạch in khối thu phát hồng ngoại

- Khối mạch thu phát hồng ngoại được thiết kế bằng phần mềm Altium 15 với độ
chính xác cao. Các chân linh kiện đúng với kích thước thật, không bị chồng lấn
linh kiện hay khoảng cách chân linh kiện quá xa.

Trang 15/22

Hình 4-2: Mạch in board mạch chính

- Board mạch chính gồm mạch nguồn mạch vi điều khiển ATMEGA328 và màn
hình LCD được thiết kế bằng phần mềm Altium15 với đúng chuẩn các chân linh
kiện.

1.11

Mạch thi công phần cứng


Trang 16/22

Hình 4-3: Ảnh 3D mạch thu phát hồng ngoại

Hình 4-4: Mạch thưc tế board mạch chính


Trang 17/22

CHƯƠNG 4.
1.12

NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN

Nhận xét

1.1.1 Ưu điểm

- Mạch chạy ổn định.
-

Đo được tốc độ động cơ với số vòng quay lớn.

-

Độ chính xác cao.

-

Mạch có thể chạy được trong thời gian dài ít bị sinh nhiệt.

1.1.2 Nhược điểm
- Mạch dễ bị nhiễu khi chạm vào chân lấy tín hiệu hoặc chân tín hiệu bị lỏng.
-

Mạch còn cồng kềnh.

1.13

Kết luận

1.1.3 Kết quả đạt được
Mạch đáp ứng được yêu cầu đặt ra. Đo được tốc độ đông cơ và có khả năng
chuyển thang đo tự động khi số vòng thay đổi
1.1.4 Ứng dụng
Hiện nay trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp có rất nhiều các loại động
cơ khác nhau nếu cần đo một động cơ được đặt cố định thì máy đo tốc độ với cảm
biến hồng ngoại này có thể đáp ứng được các yêu cầu đo tốc độ của các động cơ đó.

1.1.5 Hướng phát triển
Vì máy đo tốc độ này còn quá cồng kềnh khó thay đổi động cơ khi đo nên cần
các thiêt bị, cảm biến đọc số vòng quay khác nhau có thể dễ dàng và tiện lợi hơn khi
đo.


Trang 18/22

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]

/>
[2]

/>
[3]

/>
voltage-regulator


Trang 19/22

PHỤ LỤC
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(12, 11, 6, 5, 4, 3);
volatile int rpmcount;
int rpm;
int x = 0;
int y;

int t1 = 30;
int t2 = 60;
unsigned long lastmillis;
void setup(){
lcd.begin(16, 2);
lcd.setCursor(1, 0);
lcd.print("do toc do RPM");
lcd.setCursor(2, 1);
lcd.print("Mai Minh Man ");
attachInterrupt(0, rpm_fan, FALLING);
delay(1000);
lcd.clear();
lastmillis =0;
rpm = 0;
rpmcount = 0;
}
void loop(){
if(x < t1){
if (millis() - lastmillis >= 2000){
noInterrupts();
rpm = rpmcount*30;


Trang 20/22

x= rpmcount/2;
y=1;
rpmcount = 0;
lastmillis = millis();
interrupts();

}
}
if(x >= t1 && x < t2 ){
if (millis() - lastmillis >= 1000){
noInterrupts();
rpm = rpmcount*60;
x= rpmcount;
y=1;
rpmcount = 0;
lastmillis = millis();
interrupts();
}
}
if(x >= t2){
if (millis() - lastmillis >= 500){
noInterrupts();
rpm = rpmcount*60*2;
x= rpmcount*2;
y=2;
rpmcount = 0;
lastmillis = millis();
interrupts();
}
}