ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG cơ DC DÙNG GIẢI THUẬT PID (có code và layout bên dưới)

ĐỒ ÁN 3

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC DÙNG GIẢI
THUẬT PID


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ..............................................................................................X
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.......................................................................................XI
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT..................................................................................XII
CHƯƠNG 1. TỒNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI...........................................................................1
1.1

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI................................................................................................1

1.1.1

Mục đích của đề tài.............................................................................................1

1.1.2

Ứng dụng............................................................................................................1

1.1.3

Yêu cầu đề tài......................................................................................................1

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ TỔNG QUÁT............................................................................2
2.1

SƠ ĐỒ KHỐI................................................................................................................2

2.2

LINH KIỆN CHÍNH........................................................................................................3

2.2.1

PIC 16F877A......................................................................................................3

2.2.2

Module thu phát hồng ngoại...............................................................................4

2.2.3

Module Bluetooth................................................................................................4

2.2.4

Động cơ DC........................................................................................................5

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ CHI TIẾT..................................................................................6
3.1

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CHI TIẾT.......................................................................................6

3.2

LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT...................................................................................................7

CHƯƠNG 4. MÔ PHỎNG VÀ THI CÔNG......................................................................8
4.1

MÔ PHỎNG..................................................................................................................8

4.1.1

Điều kiện mô phỏng............................................................................................8

4.1.2

Kết quả mô phỏng...............................................................................................8

4.2

THI CÔNG....................................................................................................................8

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN.....................................................................................................9
5.1

KẾT LUẬN...................................................................................................................9


5.2

ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...........................................................................9

5.2.1

Ứng dụng thực tiễn.............................................................................................9

5.2.2

Hướng phát triển...............................................................................................10

TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................11
PHỤ LỤC.............................................................................................................................12


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 2.1: SƠ ĐỒ KHỐI..........................................................................................................2
Hình 2.2: SƠ ĐỒ CHÂN PIC 16F877A...............................................................................3
Hình 2.3: MODULE THU PHÁT HỒNG NGOẠI..............................................................4
Hình 2.4: MODULE BLUETOOTH.....................................................................................4
Hình 2.6: ĐỘNG CƠ DC.........................................................................................................5
Hình 3.1: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ.............................................................................................6
Hình 3.2: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT.........................................................................................7

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 4.1: KẾT QUẢ TEST MẠCH.......................................................................................8


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
A

Ampere

ADC

Analog Digital Converter

PIC

Programmable Intelligent computer

VAC

Volts Alternating Current


VDC

Volts Direct Current

V

Voltage


ĐỒ ÁN 3
Trang 1/15

CHƯƠNG 1.

TỒNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
-

1.1.1 Mục đích của đề tài

Thiết kế hệ thống điều khiển động cơ DC, sử dụng PIC 16F877A. Lập trình
hệ thống điều khiển và hiển thị tốc độ.

-

1.1.2 Ứng dụng
Khoa học công nghệ ngày càng phát triển thì lĩnh vực điều khiển cần phải
được mở rộng hơn. Vì vậy việc điều khiển và quan sát trạng thái động cơ là
cực kì quan trọng, góp phần phần triển nền công nghiệp tự động hóa.

-

1.1.3 Yêu cầu đề tài
Sử dụng vi điều khiển PIC.

-

Dùng động cơ DC với encode.

-

Tìm hiểu giải thuật PID.

-

Đo tốc độ bằng encode.

-

Hiển thị tốc độ lên điện thoại di động.

-

Thiết kế và thi công mạch.

CHƯƠNG 2.

THIẾT KẾ TỔNG QUÁT

2.1 Sơ đồ khối

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC DÙNG GIẢI THUẬT PID

SVTH: PHAN XUÂN HUY


ĐỒ ÁN 3
Trang 2/15

Hình 2.1: Sơ đồ khối
-

Khối nguồn:
 Sử dụng nguồn 12V có nhiệm vụ cấp nguồn cho các khối khác hoạt
động

-

Khối cảm biến:
 Sử dụng Module thu phát hồng ngoại và xuất ra cho PIC 16F877A.

-

Khối điều khiển:
 Sử dụng PIC 16F877A đã được nạp Code => tùy thuộc vào việc cảm
biến thu phát hồng ngoại và xuất tin hiệu của cãm biến, PIC 16F877A
sẽ điều khiển các chân ngõ ra hiển thị lên thiết bị di động thông qua
Bluetooth

-

Khối thiết bị di động:
 Thiết bị di động có nhiệm vụ hiển thị tốc đo được.

-

Khối Bluetooth:
 Gửi thông thông tin lên thiết bị di động.

-

Khối Động cơ DC :
 Sử dụng động cơ DC để đo tốc độ.

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC DÙNG GIẢI THUẬT PID

SVTH: PHAN XUÂN HUY


ĐỒ ÁN 3

Trang 3/15

2.2 Linh kiện chính
2.2.1 PIC 16F877A[4]

Hình 2.2: Sơ đồ chân của PIC 16F877A[4]
Từ sơ đồ chân ở trên, ta rút ra các nhận xét ban đầu như sau:
-

PIC16F877A có tất cả 40 chân.

-

40 chân trên được chia thành 5 PORT, 2 chân cấp nguồn, 2 chân GND, 2
chân thạch anh và một chân dùng để RESET vi điều khiển.

-

5 port của PIC16F877A bao gồm:

 PORT B: 8 chân
 PORT D: 8 chân
 PORT C: 8 chân
 PORT A: 6 chân
 PORT E: 3 chân
2.2.2 Module thu phát hồng ngoại[1]

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC DÙNG GIẢI THUẬT PID

SVTH: PHAN XUÂN HUY

ĐỒ ÁN 3
Trang 4/15

Hình 2.3: 2.2.2 Module thu phát hồng ngoại[ [1]
-

Chân 1: Đấu với nguồn. Nguồn cung cấp 3V đến 5V tùy mục đích sử dụng.

-

Chân 2: Chân nối đất.

-

Chân 3: Output – Chân tín hiệu.

-

Module Thu Phát Hồng Ngoại có thể phát hiện khoảng cách 2cm đến 30cm.
Nhưng khoảng cách cho kết quả tốt trong thực tế là 2cm đến 10cm.
1.1.1 Module Bluetooth[3]

Hình 2.4: Module Bluetooth HC05[3]
-

Điện áp hoạt động : +3.3VDC - 30mA
Dải tần hoạt động được: 2.4GHz
Kích thước : 26.9mm x 13mm x 2.2mm

1.1.2 Động cơ DC[3]

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC DÙNG GIẢI THUẬT PID

SVTH: PHAN XUÂN HUY


ĐỒ ÁN 3
Trang 5/15

Hình 2.6: Động cơ DC[3]
-

Chiều dài động cơ: 40mm.

-

Đường kính động cơ: 27.5mm.

-

Trục đường kính: 2.3mm.

-

Phạm vi điện áp: 6V đến 12V.

CHƯƠNG 3.

THIẾT KẾ CHI TIẾT

3.1 Sơ đồ nguyên lý chi tiết

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC DÙNG GIẢI THUẬT PID

SVTH: PHAN XUÂN HUY


ĐỒ ÁN 3
Trang 6/15

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý
Nguyên lý hoạt động:
-

PIC 16F877A đã được nạp code, nhận tín hiệu mức thấp khi Cảm biến thu
phát hồng ngoại nhận được tín hiệu vào, vi xử lý thực hiện chuyển đổi tín
hiệu từ dạng tương tự sang tín hiệu số.

-

Đồng thời thực hiện kết nối giữa mạch và thiết bị bị di động thông qua
Bluetooth.

-

Khi hồng ngoại cảm biến được, PIC 16F877A sẽ xử lý theo code đã nạp sẵn.
Xuất ra chân 25 và 26. Gửi tốc độ đo được lên điện thoại di động qua
Bluetooth.
3.2 Lưu đồ giải thuật

START

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC DÙNG GIẢI THUẬT PID

SVTH: PHAN XUÂN HUY


ĐỒ ÁN 3
Trang 7/15

Kết nối Bluetooth
Sai

Kết nối lại

Đúng
Thực hiện đếm xung đông

Ngắt timer để đo tốc độ

Hiển thị tốc độ ra điện
thoại di động

END
Hình 3.2: Lưu đồ giải thuật
 Giải thích lưu đồ
-

Đầu tiên, khi cấp nguồn cho mạch, vi điều khiển sẽ tiến hành khởi tạo. Sau
đó thực hiện kết nối với điện thoại qua Bluetooth, cảm biến thu phát hồng

ngoại sẽ đo tốc độ động cơ DC. Đồng thơi vi xử lý là PIC 16F877A sẽ gửi
thông tin là tốc độ lên điện thoại di động qua Bluetooth.

CHƯƠNG 4.

MÔ PHỎNG VÀ THI CÔNG

4.1 Mô phỏng
-

4.1.1 Điều kiện mô phỏng
Dùng vi điều khiển PIC

-

Đo tốc độ bằng encode

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC DÙNG GIẢI THUẬT PID

SVTH: PHAN XUÂN HUY


ĐỒ ÁN 3
Trang 8/15

-

Hiển thị thông tin trên điện thoại di động.
4.1.2 Kết quả mô phỏng
Bảng 4.1: Kết quả test mạch

-

Kết quả test mạch
Nguồn cấp cho Mạch
12V
Chân số 25
12V/ 0.99A
Chân 26
12V/099A
Đèn led trên mạch chớp liên tục là đang thực hiện lấy tốc độ động cơ hiển thị
tốc độ lên điện thoại.

-

4.2 Thi công
Kết quả thực tế giống với kết quả mô phỏng.

-

Đo được tốc độ .

-

Thông tin được hiền thị trên điện thoại di động.

KẾT LUẬN
4.3Kết luận
-

Như vậy trong quá trình phân tích và thi công mạch, tôi đã nghiên cứu
phần lớn những vấn đề cốt lõi của đề tài, nhưng do thời gian nghiên cứu
và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi sự thiếu sót mong quí thầy
cô đóng góp ý kiến để đồ án được hoàn chỉnh hơn.

 Ưu điểm:
- Mạch được thiết kế nhỏ ngọn, ta có thể dễ dàng điều chỉnh tùy thuộc vào

yêu cầu và trường hợp cụ thể.
-

Cấu tạo và hoạt động đơn giản.

-

Có thể mở rộng và phát triển dễ dàng.

-

Dễ lắp đặt, thiết lập và sữa chữa.

-

Sử dụng các linh kiện quen thuộc.

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC DÙNG GIẢI THUẬT PID

SVTH: PHAN XUÂN HUY

ĐỒ ÁN 3
Trang 9/15

 Nhược điểm:
-

Cấu tạo mạch còn đơn giản, công suất nhỏ

-

Phải tính toán, điều chỉnh lại các thông số trong các trường hợp khác
nhau.

-

Tín hiệu từ cảm biến còn xuất hiện nhiễu và hoạt động trong cự ly ngắn.

-

Mạch thật được test trong phạm vi nhỏ, sử dụng cảm biến dễ bị nhiễu tín
hiệu.

4.4Ứng dụng và hướng phát triển
-

4.4.1 Ứng dụng thực tiễn
Bên canh mục đích điều khiển, đề tài này còn có thể được ứng dụng ở
nhiều lĩnh vực khác như giám sát, bảo trì....

-

4.4.2 Hướng phát triển
Hiển thị tốc độ qua internet.

-

Lưu trữ dữ liệu trên google drive.

-

Giao tiếo wifi.....

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC DÙNG GIẢI THUẬT PID

SVTH: PHAN XUÂN HUY


ĐỒ ÁN 3
Trang 10/15

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
-

[1] />
-

[2] />
-

[3]

- [4] />Tiếng Anh:
-

[5] />
ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC DÙNG GIẢI THUẬT PID

SVTH: PHAN XUÂN HUY


ĐỒ ÁN 3
Trang 11/15

PHỤ LỤC
Code nạp cho PIC 16F877A
#include <16f887.h>
#include <def_877a.h>
#include <string.h>
#FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, NOBROWNOUT,
NOLVP, NOCPD, NOWRT
#USE DELAY(CLOCK=20000000)
#use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=8)
//khai bao ngo vao ra
#define xung RB0
ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC DÙNG GIẢI THUẬT PID

SVTH: PHAN XUÂN HUY

ĐỒ ÁN 3
Trang 12/15

#define K1 RD0
//khai bao cac ham so nguyen
int soxung=0;
int8 count=0;
//char str[10];
#INT_EXT // ngat ngoai tu encoder
void ext_isr() {
soxung++;//dem xung tang dan theo bien thoi gian
}
#INT_TIMER1

// ngat timer de doc toc do

void interrupt_timer1()
{
count++;//dem tang dan
set_timer1(15535);
if(count==30) { //thoi gian doc toc do la 10*20=200ms
// LCD_putcmd(0x8a);
((soxung%10000)/1000);//nghin
((soxung%1000)/100);//tram
((soxung%100)/10);//chuc
(soxung%10);//don vi
//sprintf(str, "s,%ld,e\n", (long)soxung);
printf("s %d e", soxung);
count=0; soxung=0;
}

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC DÙNG GIẢI THUẬT PID

SVTH: PHAN XUÂN HUY


ĐỒ ÁN 3
Trang 13/15

}
void main()
{ trisa=0x00;
trisb=0x01;

//

trisd=0xFF;
trisc=0x00;
printf("hello");
setup_timer_1(t1_internal);//khoi tao che do hoat dong timer1

SET_TIMER1(15536); //T_dinhthoi = (65536-15536)/(20.000/4) = 10000us = 10ms

enable_interrupts(int_ext); //su dung ngat cho bo do xung
ext_int_edge(0,h_to_l);

disable_interrupts(int_timer1);
enable_interrupts(global);//ngat toan cuc

DUNG://che do dung dong co
disable_interrupts(int_timer1);//tat che do ngat ngoai cua timer1 ( ngung lay xung tu

bo encoder )

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC DÙNG GIẢI THUẬT PID

SVTH: PHAN XUÂN HUY


ĐỒ ÁN 3
Trang 14/15

while(true)
{
IF(K1==0) {WHILE(K1==0){}GOTO CHAY;}
}
CHAY://che do chay dong co

enable_interrupts(int_timer1);//bat che do ngat ngoai cua timer1 ( lay xung tu bo
encoder )
while(true)
{
IF(K1==0) {WHILE(K1==0){}GOTO DUNG;}
}
}

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC DÙNG GIẢI THUẬT PID

SVTH: PHAN XUÂN HUY