Đo tốc độ động cơ dùng vi điều khiển PIC hiển thị lên LCD (có code và sơ đồ mạch)

ĐỒ ÁN 1

Đo tốc độ động cơ dùng vi điều khiển hiển
thị lên LCD


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VI
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

VII

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VIII
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1
1.1

GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1.1

Phương pháp nghiên cứu 1

1.1.2

Thành quả nghiên cứu 1

1.1.3

Nguyên lý chung

1

CHƯƠNG 2. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI 2
2.1

SƠ ĐỒ KHỐI 2

2.1.1

Sơ đồ khối của mạch 2

2.1.2

Chức năng các khối

2.2

TÌM HIỂU LINH KIỆN

2

3

2.2.1

Khối nguồn3

2.2.2

Khối vi xử lý ( PIC 16F877 ) 6

2.2.3

Khối hiển thị : LCD 16x2 9

2.2.4

Khối động cơ 11

2.2.5

Khối cảm biến Encoder

13

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH
3.1

LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT

3.2

SƠ ĐỒ MẠCH LÝ THUYẾT 15

14

14

3.2.1

Sơ đồ mạch mô phỏng 15

3.2.2

Sơ đồ mạch in 16

CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THI CÔNG 17
4.1

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

17


4.2

THI CÔNG 17

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN 19
5.1

ƯU ĐIỂM

19

5.2

KHUYẾT ĐIỂM 19

5.3

HƯỚNG PHÁT TRIỂN

19

TÀI LIỆU THAM KHẢO 20
PHỤ LỤC A ……………………………………………………………………………21


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 2.1 : Sơ đồ khối [1]...........................................................................................2
Hình 2.2.1a Nguồn cung cấp cho PIC [2]..................................................................3
Hình 2.2.1b Nguồn cung cấp cho toàn mạch ( PIC + Động cơ ) [3]..........................3
Hình 2.2.1 Biến áp 220V~12V [4]............................................................................4
Hình 2.2.1.2 : Chỉnh lưu cầu [5]...............................................................................5
Hình 2.2.1.3 : IC ổn áp 5V [6]...................................................................................5
Hình 2.2.2a : Sơ đồ chân PIC 16F877 [7]..................................................................6
Hình 2.2.2b : Cấu trúc tổng quát của PIC 16F877 [8]...............................................7
Hình 2.2.2 : LCD 16x2 [9]........................................................................................9
Hình 2.2.4 Động cơ DC 6-12VDC [10]...................................................................11
Hình 2.2.4 Module Encoder [11]............................................................................13
Hình 3.1 : Sơ đồ mạch [12].....................................................................................15
Hình 3.2 Sơ đồ mạch in [13]...................................................................................16
Hình 4.1 : Kết quả mô phỏng [14]...........................................................................17
Hình 4.2 : Mạch thực tế [15]...................................................................................18


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.2.3 : Chức năng các chân của LCD………………………………………..9

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
DC : Direct Current
AC: Alternating Current
EMF : Electromotive force


ĐỒ ÁN 1
Trang 1/22

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Giới thiệu về đề tài
Mục đích của đề tài là sử dụng vi điều khiển 16f877 để đo số vòng quay của các
động cơ đang chạy bằng encoder . Việc đo tốc độ động cơ giúp cho quá trình giám
sát sản xuất nhah hơn, tốt hơn, cho ra những sản phẩm như ý, chính xác. Nếu ta
không đo được tốc độ của động cơ thì không thể điều khiển tốc độ chính xác được.
Với những máy móc hiện đại như ngày nay, trong quá trình sản xuất luôn chạy với
nhiều tốc độ khác nhau, tùy theo mỗi giai đoạn làm việc của nó, chính vì thế mà ta
cần phải biết tốc độ động cơ là bao nhiêu để điều chỉnh cho phù hợp.
1.1.1 Phương pháp nghiên cứu
 Tìm hiểu hiểu cấu tạo nguyên lý hoạt động của : vi điều khiển PIC , Cảm
biến Encoder , động cơ DC , màn hình LCD , ….
 Nghiên cứu tìm hiểu và viết code bằng các chương trình chuyên dụng ( PIC
C COMPILER , VAR , … ) .
 Thiết kế lắp mạch hoàn chỉnh .
1.1.2 Thành quả nghiên cứu
 Thiết kế mạch đo tốc độ động cơ hoàn chỉnh và hiển thị lên màn hình LCD
1.1.3 Nguyên lý chung
Sử dụng cảm biến Encoder để đo tín hiệu xung phát ra sau đó Encoder sẽ chuyển tín
hiệu xung thu được về vi điều khiển . Vi điều khiển sẽ xử lý tín hiệu rồi xuất ra
màn hình hiển thị LCD

ĐỒ ÁN 1
Trang 2/22

CHƯƠNG 2. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI
2.1 Sơ đồ khối
2.1.1 Sơ đồ khối của mạch

Khối Động cơ

Khối cảm biến
Encoder

Khối nguồn
Khối vi xử lý
16F877

Khối hiển thị
(LCD)
Hình 2.1 : Sơ đồ khối [1]

Giải thích : Khi khối nguồn cấp điện vào cho Khối vi xử lý và Khối động cơ
Khối vi xử lý sẽ cấp nguồn cho các khối cảm biến Encoder và khối hiển thị ( LCD ),
Khi đó khối cảm biến Encoder sẽ bắt đầu đo tốc độ quay của động cơ rồi chuyển
thành xung và chuyển về khối vi xử lý , tại đây khối vi xử lý sẽ tính toán rồi gửi dữ
liệu tính toán được lên đến khối hiển thị ( LCD ).
2.1.2 Chức năng các khối
o Khối Nguồn : Cung cấp nguồn 5V-12V cho mạch.
o Khối động cơ : Động cơ DC 6V-12V để đo .

o Khối cảm biến Encoder : quy đổi tốc độ quay thành tín hiệu xung /
vòng quay.


ĐỒ ÁN 1
Trang 3/22

o Khối vi xử lý : tính toán tín hiệu xung nhận được thành dữ liệu
Vòng/phút và truyền lên khối hiển thị .
o Khối hiển thị : dùng LCD 16x2 để hiện thị số vòng động cơ .
2.2 Tìm hiểu linh kiện
2.2.1 Khối nguồn
Hình 2.2.1a Nguồn cung cấp cho PIC [2]

Hình 2.2.1b Nguồn cung cấp cho toàn mạch ( PIC + Động cơ ) [3]


ĐỒ ÁN 1
Trang 4/22

2.2.1.1

Biến áp :

Hình 2.2.1 Biến áp 220V~12V [4]

Biến áp là thiết bị để biến đổi điện áp xoay chiều 220V xuống điệp áp mong muốn,
cấu tạo bao gồm một cuộn sơ cấp (đưa điện áp vào) và một hay nhiều cuộn thứ cấp
(lấy điện áp ra sử dụng) cùng quấn trên một lõi từ có thể là lá thép hoặc lõi
feri. Cung cấp nhiều mức điện áp ra: 6V 9V 12V 15V 18V 24V .

Thông số kỹ thuật :
 Đầu vào: AC110-220V
 Đầu Ra: 6V 9V 12V 15V 18V 24V
 Dòng đầu ra: 5A
 Kích Thước: (Dài)78x(Rộng)40x(Cao)65MM
 Khối lượng: 1.2 Kg


ĐỒ ÁN 1
Trang 5/22

2.2.1.2

Diode chỉnh lưu cầu

Hình 2.2.1.2 : Chỉnh lưu cầu [5]

Dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều
Thông số kỹ thuật :
 Điện áp tối đa: 700V
 Dòng điện định mức: 3A
 Nhiệt độ hoạt động: -55 ~ 150 độ C
2.2.1.3

IC LM7805

Hình 2.2.1.3 : IC ổn áp 5V [6]


ĐỒ ÁN 1

Trang 6/22

IC LM7805 là IC ổn định điện áp đầu ra ở 5V. Nguồn chuyển đổi điếp áp AC sang
DC
Thông số kỹ thuật :
 Điện áp vào lớn nhất: 20V
 Điện áp vào nhỏ nhất: 7V
 Dòng đầu ra: 1.5A
 Điện áp ổn định: 5V

2.2.2 Khối vi xử lý ( PIC 16F877 )
PIC là họ vi điều khiển mạnh, giàu tài nguyên về phần cứng và được microchip hỗ
trợ nhiều tài liệu. Có thể dùng ngôn ngữ C hoặc ASM để lập trình cho vi điều khiển
PIC. Tuy nhiên ngôn ngữ C sẽ hỗ trợ tiếp cận vi điều khiển PIC nhanh nhất, không
cần tốn nhiều thời gian nghiên cứu cấu trúc PIC mà vẫn lập trình cho PIC một cách
dễ dàng
Sơ đồ chân của PIC 16F877

Hình 2.2.2a : Sơ đồ chân PIC 16F877 [7]


ĐỒ ÁN 1
Trang 7/22

Cấu trúc tổng quát của PIC 16F877:

Hình 2.2.2b : Cấu trúc tổng quát của PIC 16F877 [8]

Chức năng các chân của PIC :
2 chân Vcc/Vdd : 4~5.5

2 chân GND
1 chân VPP
2.2.2.1

Port A và thanh ghi TRIS A

 Port A gồm 6 chân từ RA0 đến RA5
 Việc ghi giá trị vào thanh ghi TRIS A sẽ quy định các chân của port A
Nếu bằng 0 : ngõ output , bằng 1 : ngõ Input
 Riêng chân RA4 : tích hợp thêm chân chức năng là chân cung cấp xung
clock ngoài cho TIMER 0 ( RA4/TOCKI)


ĐỒ ÁN 1
Trang 8/22

 Các chân còn lại của PortA được đa hợp với các chân ngõ vào Analog của
ADC và chân ngõ vào điện áp so sánh của bộ so sánh Camparator
2.2.2.2

Port B và thanh ghi TRIS B

 Port B gồm 8 chân từ RB7-RB0
 Các giá trị TRIS B qui định port B
 3 chân được đa hợp với chức năng In-Circuit Debugger và Low Voltage
Programming function: RB3/PGM, RB6/PGC và RB7/PGDRB3/PGM
 4 chân RB7-RB4 làm tác nhân ngắt khi trạng thái các chân này thay đổi .
(Nếu port B là output thì chức năng ngắt không hoạt động )
 Mỗi chân port B sẽ được treo lên Vdd khi t xoá bit RBPU .Tính năng này
không có khi port B là input

2.2.2.3

Port C và thanh ghi TRIS C

 Port C gồm 8 chân từ RC7-RC0
Các giá trị TRIS C qui định port C



 Các chân của port C được đa hợp với chức năng ngoại vi
Chú ý : Vài chức năng ngoại vi sẽ sẽ ghi các giá trị 0 vào thanh ghi TRISS C
và mặc địng là output , nhưng mộ số chức năng ngoại vi khác sẽ mặc định là
Input
2.2.2.4

Port D và thanh ghi TRIS D

 Port D gồm 8 chân từ RD7-RD0
 Việc ghi giá trị vào thanh ghi TRIS D sẽ quy định các chân của port D
Nếu bằng 0 : ngõ output , bằng 1 : ngõ Input
 Ngoài chức năng là port xuất/nhập , port D còn được cấu hình như 1 port vi
xử lý 8bit ( parallel slave port ) bằng cách set bit PSPMODE (TRISE<4>).
2.2.2.5

Port E và thanh ghi TRIS E

 Port E gồm 3 chân từ RE2-RE0
 Các chân được đa hợp với các chân ngõ vào Analog

ĐỒ ÁN 1
Trang 9/22

2.2.3 Khối hiển thị : LCD 16x2

Hình 2.2.2 : LCD 16x2 [9]

LCD dùng để giao tiếp với Vi điều khiển hiện thị ở chế độ 4 bit
Chức năng các chân của LCD :
Bảng 2.2.3 : Chức năng các chân của LCD

STT
1
2
3
4

Ký hiệu
Vss
VDD
VEE
RS

Chức năng
Chân là chân nối đất cho LCD
Cung cấp nguồn cho LCD hoạt động
Chân này dùng để điều chỉnh độ tương phản của LCD
Chân chọn thanh ghi(Register select).Nối chân này với
mức “0” hoặc mức “1” để chọn thanh ghi
-Mức “1” :thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD sẽ kết

nối với Bus DB0-DB7
-Mức “0”: thanh ghi lệnh IR của LCD hoặc với bộ đếm

5
6

R/W

địa chỉ sẽ kết nối với Bus DB0-DB7
Chân chọn mode .LCD đọc khi chân này nối với mức

E

“1” nối chân này với mức “0” để LCD ghi
Chân cho phép(enable).Sau khi các tín hiệu đặt lên bus
DB0-DB7 các lệnh chỉ chấp nhận khi có 1 xung cho


ĐỒ ÁN 1
Trang 10/22

phép của chân E
-Ở chế độ ghi:Dữ liệu ở bus sẽ được chuyển vào thanh
ghi bên trong LCD khi phát hiện 1 xung cho phép của
chân E
-Ở chế độ đọc: Dữ liệu LCD sẽ xuất ra DB0-DB7 khi
phát hiện cạnh lên của chân E và được giữ ở bus cho
7

đến khi chân E xuống mức thấp

DB0-DB7 dùng để trao đổi thông tin với MPU bằng 8 đường bus
này Có 2 chế độ sử dụng:
-Chế độ 8 bit: 8 đường bus dùng để truyền dữ liệu với
bit MSB là bit DB7
-Chế độ 4 bit: 4 đường bus dùng để truyền dữ liệu từ
DB4 đến DB7, với MSB là DB7.

2.2.4 Khối động cơ

Hình 2.2.4 Động cơ DC 6-12VDC [10]

Thông số động cơ :


ĐỒ ÁN 1
Trang 11/22

-Điện áp định mức : 12VDC
-Dòng định mức : 3A
Nguyên lý hoạt động :
Bao gồm Stator và Rotor
Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay
nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều,
1 phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm
vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục
.

Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động
quay của rotor trong động cơ điện

Pha 2: Rotor tiếp tục quay

Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng
dấu, trở lại pha 1


ĐỒ ÁN 1
Trang 12/22

Khi động cơ điện vận hành bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra một điện áp gọi là
sức phản điện động counter-EMF (CEMF) hoặc sức điện động đối kháng, vì nó đối
kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động cơ điện. Sức điện động này tương tự như
sức điện động phát ra khi động cơ được sử dụng như một máy phát điện .

2.2.5 Khối cảm biến Encoder

Hình 2.2.4 Module Encoder [11]

Thông số kỹ thuật :
 Điện áp sử dụng : 3.3~5VDC
 Dòng sử dụng : 15mA
 Mức tín hiệu xuất ra Digital : TTL
 Ngõ ra : Analog và Digital
Nguyên lý hoạt động của encoder :
Bao gồm 1 mắt phát và 1 mắt thu hồng ngoại đặt cách nhanh qua 1 khe hở , khi ánh
sáng từ mắt phát đi được tới mắt thu ( xuyên qua lỗ dĩa của encoder ) thì sẽ có tính


ĐỒ ÁN 1
Trang 13/22

hiệu mức cao ( 5v) phát ra khỏi chân out , khi bị che thì chân out phát ra tín hiệu
mức thấp

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH
3.1 Lưu đồ giải thuật
Bắt đầu

Nút nhấn

Stop

Start

Đếm số xung
của Encoder

Hiển thị
Kết thúc


ĐỒ ÁN 1
Trang 14/22

3.2 Sơ đồ mạch lý thuyết
3.2.1 Sơ đồ mạch mô phỏng

Hình 3.1 : Sơ đồ mạch [12]

Giải thích sơ đồ :

 Kênh A ( hoặc B ) của encoder sẽ được nối vào chân RB0 của PIC và được
nối lên nguồn
 4 chân data cảu LCD sẽ lần lược nối vào các chân RB4-RB7
 Chân ghi RS và chân E của LCD nối với chân RB1 , RB2 , chân RW nối đất
 Nút nhấn Start/Stop nối vào chân RD0


ĐỒ ÁN 1
Trang 15/22

3.2.2 Sơ đồ mạch in

Hình 3.2 Sơ đồ mạch in [13]


ĐỒ ÁN 1
Trang 16/22

CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THI CÔNG
4.1 Kết quả mô phỏng
Encoder hoạt động lấy được dữ liệu gửi về PIC
PIC tính toán số liệu rồi xuất ra kết quả hiển thị lên LCD

Hình 4.1 : Kết quả mô phỏng [14]

4.2 Thi công
Encoder lấy được số liệu cần thiết và hiện thị đúng kết quả mong muốn ( sai số là 1
vòng )
Động cơ DC chạy được với điện áp phù hợp ( 6~12VDC )
Mạch chạy không bị vấn đề gì

ĐỒ ÁN 1
Trang 17/22

Hình 4.2 : Mạch thực tế [15]


ĐỒ ÁN 1
Trang 18/22

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN
5.1 Ưu điểm
Đo được tốc độ động cơ .
Hiển thị chính xác các thông số không bị lỗi.
Mạch đơn giản dễ chế tạo, ít tốn kém chi phí.
5.2 Khuyết điểm
Không đo được chiều quay của động cơ vì chỉ sử dụng 1 kênh .
5.3 Hướng phát triển
Có thể tích hợp với mạch điều khiển tốc độ động cơ để giám sát , quản lý các động
cơ


ĐỒ ÁN 1
Trang 19/22

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
1. Thông tin cơ bản về linh kiện tại trang web Hshop.vn
2. Cơ bản về vi điều khiển và PIC tại

3. Đo tốc độ động cơ hiển thị LCD tại