ĐIỀU KHIỂN tốc độ ĐỘNG cơ BẰNG sử DỤNG PIC QUA nút NHẤN (có code và layout)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.6 MB, 27 trang )
ĐỒ ÁN 2
ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
BẰNG SỬ DỤNG PIC QUA NÚT NHẤN
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 ĐỀ TÀI...................................................................................1
1.1
MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI................................................................................................1
1.2
PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.................................................................................................2
CHƯƠNG 2. CÁC LINH KIỆN CƠ BẢN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG MẠCH.........3
2.1
CÁC LINH KIỆN ĐƯỢC DỬ DỤNG TRONG MẠCH...........................................................3
2.2
TÌM HIỂU LINH KIỆN TRONG MẠCH.............................................................................3
2.2.1
IC 74LS04...........................................................................................................6
2.2.2
IC 74LS08...........................................................................................................6
2.2.3
Động cơ DC........................................................................................................6
2.2.4
PIC 16F877A......................................................................................................6
2.2.5
IC L298N.............................................................................................................6
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ MẠCH........................................................................................4
3.1
SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT.............................................................................................4
3.2
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG.............................................................................................4
3.3
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ......................................................................................................4
3.3.1
Sơ đồ khối nguồn................................................................................................6
3.3.2
Sơ đồ khối vi xử lý và điều khiển........................................................................6
3.3.3
Sơ đồ khối động cơ..............................................................................................6
3.4
SƠ ĐỒ MẠCH IN...........................................................................................................4
3.4.1
Mạch nguồn DC..................................................................................................6
3.4.2
Mạch điều khiển..................................................................................................6
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ THỰC HIỆN..............................................................................5
4.1
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG...................................................................................................5
4.1.1
Mạch nguồn 5v DC.............................................................................................6
4.1.2
Mạch điều khiển..................................................................................................6
4.2
KẾT QUẢ THỰC TẾ.......................................................................................................5
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN.....................................................................................................6
5.1
KẾT LUẬN...................................................................................................................6
5.2
ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN............................................................................6
5.2.1
Ứng dụng............................................................................................................6
5.2.2
Hướng phát triển.................................................................................................6
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................7
PHỤ LỤC A ..........................................................................................................................8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
HÌNH 2-1: PIC 16F877A.....................................................................................................3
HÌNH 2-2: IC 74LS04..........................................................................................................4
HÌNH 2-3: IC 74LS08..........................................................................................................4
HÌNH 2.4 CẤU TẠO MOTOR............................................................................................5
HÌNH 2-5: SƠ ĐỒ CHÂN CỦA L298N.............................................................................6
HÌNH 3-1: SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT..........................................................................8
HÌNH 3-2: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT...................................................................................9
HÌNH 3-3: SƠ ĐỒ KHỐI NGUỒN..................................................................................10
HÌNH 3-4: SƠ ĐỒ KHỐI ĐỘNG CƠ..............................................................................11
HÌNH 3-5: SƠ ĐỒ KHỐI VI XỬ LÝ VÀ ĐIỀU KHIỂN.............................................12
HÌNH 3-6: SƠ ĐỒ MẠCH IN KHỐI ĐIỀU KHIỂN....................................................13
HÌNH 3-7: SƠ ĐỒ MẠCH IN KHỐI NGUỒN..............................................................14
HÌNH 4-1: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN........................................15
HÌNH 4-2: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG MẠCH NGUỒN.................................................15
HÌNH 4-3: KẾT QUẢ THỰC TẾ.....................................................................................16
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
BẢNG 2-1 : CHỨC NĂNG CÁC CHÂN CỦA L298N.....................................................6
BẢNG 2-2 CÁC LOẠI IC 78XX..........................................................................................7
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
IC
Integrated Circuit
PIC
Programmable Interface Controller
ĐỒ ÁN 2
Trang 1/23
CHƯƠNG 1.
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 MỤC ĐÍCH ĐỊNH HƯỚNG CỦA ĐỀ TÀI
o Ngày nay cùng với sự phát triển của Khoa học – Kỹ thuật, sự phát triển của
kỹ thuật Điện-Điện Tử, công nghệ máy tính đã tạo ra nhiều loại thiết bị với
đặc điểm nổi bậc và mức độ chính xác cao, điều khiển từ xa, tốc độ nhanh,
gọn nhẹ, chi phí thấp và hiệu quả. Với những yêu cầu trên, đồ án này sẽ giới
thiệu và trình bày một hệ thống hoàn chỉnh nhưng là tiền đề để mở ra khả
năng phát triển những hệ thống tốt hơn cũng như ứng dụng vào các mục đích
khác nhau trong cuộc sống như hệ thống nhà thông minh.
1.2 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ GIẢI PHÁP CHỌN
o Hiện nay việc sử dụng mạch thiết kế kêt hợp với vi xử lý trong các hệ thống
điều khiển tự động ngày càng phổ biến, mặc khác kỹ thuật vi xử lý là lĩnh
vực đang phát triển mạch và có ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực đời sống.
Vì thế vi xử lý PIC 16F877A được chọn sử dụng trong đề tài này. Phương án
này đặc điểm là mạch gọn nhẹ, không quá phức tạp, cách bố trí linh kiện dễ
dàng, lập trình và chỉnh sửa dễ dàng.
CHƯƠNG 2.
CÁC LINH KIỆN CƠ BẢN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG
MẠCH
1.3 Các linh kiện chính được sử dụng trong mạch
Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ DC Sử Dụng PIC Qua Nút Nhấn
ĐỒ ÁN 2
Trang 2/23
PIC 16F877A
IC 74LS04
IC 74LS 08
IC 7812
Module L298N
Động cơ DC
1.4 Tìm hiểu linh kiện trong mạch
1.1.1 Pic 16F877A
Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ DC Sử Dụng PIC Qua Nút Nhấn
IC 7805
ĐỒ ÁN 2
Trang 3/23
Hình 2-1: PIC 16F877A
Cấu trúc tổng quát của PIC16F877A như sau:
o 8K Flash Rom
o 368 byte Ram
o 256 bytes EFPROM
o 5 port vào ra với tín hiệu điều khiển đọc lập
o 2 bộ định thời timer0 và timer 2 8 bit
o 1 bộ định thời timer 1 16 bit có thể hoạt động ở cả chế độ tiết kiệm năng
lượng với nguồn xung clock ngồi
o 2 bộ capture/compare/PWM
o 1 bộ biến đổi Analog -> Digital 10 bit, 8 ngõ vào
o 2 bộ so sánh tương tự
o 1 bộ định thời giám sát
o 1 cổng song song 8 bit với các tín hiệu điều khiển
o 1 cổng nối tiếp
o 15 nguồn ngắt
1.1.2 IC 74LS04
Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ DC Sử Dụng PIC Qua Nút Nhấn
ĐỒ ÁN 2
Trang 4/23
Hình 2-2: IC 74LS04
Cấu trúc tổng quát của IC74LS04 như sau:
o Gồm có 14 chân
o Chân 7 là chân GND
o Chân 14 là chân nguồn VDD
o Chân 1,3,5,9,11,13 là chân ngõ vào của cổng not
o Chân 2,4,6,8,10,12 là chân ngõ ra của cổng not
1.1.3 IC 74LS08
Hình 2-3: IC 74LS08
Cấu trúc tổng quát của IC74LS08 như sau:
o Gồm có 14 chân
o Chân 7 là chân GND
Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ DC Sử Dụng PIC Qua Nút Nhấn
ĐỒ ÁN 2
Trang 5/23
o Chân 14 là chân nguồn VDD
o Chân 1,2,4,5,9,10,12,13 là chân ngõ vào của cổng and
o Chân 3,6,8,11 là chân ngõ ra của cổng and
1.1.4 Động cơ DC
Hình 2.4 Cấu tạo motor
o
Động cơ điện 1 chiều là máy ddienj chuyển đổi năng lượng điện một chiều
sang năng lượng cơ. Máy ddienj chuyển đổi từ năng lượng cơ sang năng
lượng điện là máy phát điện.
o
Gồm có 3 phần chính stator(phần cảm), rotor (phần ứng) và phần chỉnh lưu
(chổi than và cổ góp).
+ Stator của động cơ điện một chiều thường là một hay nhiều cặp nam châm
vĩnh cửu, hay nam châm điện.
+ Rotor có các cuộn dây quần được nối thành cuộn và nối với nguồn điện.
+ Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi
chuyển động quay của rotor là liên tục. Thông thường bộ phận này gồm có một
bộ cổ góp và một chổi than tiếp xúc với cổ góp.
1.1.5 Module L298N
o L298N là một drive chip tích hợp sẵn 2 mạch cầu H bên trong với chuẩn điều
khiển TTL, không có diode nội bảo vệ Mosfet. Chịu tải tối đa trên mỗi cầu là
2A, điện áp 40VDC. Logic 0 ở ngõ vào lên tới 1.5V (khả năng khử nhiễu
cao).
Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ DC Sử Dụng PIC Qua Nút Nhấn
ĐỒ ÁN 2
Trang 6/23
Hình 2-5: Sơ đồ chân của L298N
Bảng 2-1: Chức năng các chân của L298N
1.1.6 IC 7805
o IC 7805 là loại IC dùng để ổn định điện áp ngõ ra, với điều khiện ngõ vào
luôn luôn lớn hơn đầu ra 3V. Tùy loại IC 78xx mà nó ổn áp đầu ra có giá trị
bao nhiêu.
1.1.7 IC 7812
Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ DC Sử Dụng PIC Qua Nút Nhấn
ĐỒ ÁN 2
Trang 7/23
o Tương tự IC 7812 là loại IC dùng để ổn định điện áp ngõ ra giống như IC
7805, với điều khiện ngõ vào luôn luôn lớn hơn đầu ra 3V. Tùy loại IC 78xx
mà nó ổn áp đầu ra là bao nhiêu, hoạt động dựa trên sơ đồ nguyên lý sau:
Bảng 2-2: Các loại IC 78xx
CHƯƠNG 3.
THIẾT KẾ MẠCH
1.5 Sơ đồ khối tổng quát của mạch
Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ DC Sử Dụng PIC Qua Nút Nhấn
ĐỒ ÁN 2
Trang 8/23
Hình 3-1: Sơ đồ khối tổng quát
-
Khối nguồn có chức năng chuyển đổi từ nguồn điện xoay chiều 220 V thành
nguồn một chiều 5V để cung cấp cho khối điều khiển và khối động cơ.
-
Khối điều khiển có chứa năng nhận các lệnh điều khiển sau đó xử lý và cung
cấp tín hiệu cho khối động cơ thực hiện.
-
Khối động cơ có chức năng thực hiện các tín hiệu nhận được từ khối điều
khiển và nhận nguồn từ khối nguồn.
1.6 Nguyên lý hoạt động của mạch
Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ DC Sử Dụng PIC Qua Nút Nhấn
ĐỒ ÁN 2
Trang 9/23
Hình 3-2: Lưu đồ giải thuật
1.7 Sơ đồ nguyên lý của mạch
o Nguyên lý hoạt động
+ Mạch hoạt động dựa trên nguyên lý tạo xung PWM, xung được tạo ra từ
chân CPP1 (chân 17) và chân CPP1 (chân 16) được lập trình sẵn reong PIC.
+ Khi nhấn nút LÊN thì xuất hiện tín hiệu từ chân 37 đến chân ENA của
L298 cho phép động cơ quay theo chiều thuận. Khi nhấn nút XUỐNG thì
xuất hiện tín hiệu từ chân 38 đến chân ENA của L298 cho phép động cơ
quay theo chiều ngược.
Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ DC Sử Dụng PIC Qua Nút Nhấn
ĐỒ ÁN 2
Trang 10/23
+ Khi nhấn nút TRÁI thì xuất hiện tín hiệu từ chân 39 đến chân ENA của
L298 cho phép động cơ quay theo chiều trái hoạt động còn chiều phải sẽ
dừng lại. Khi nhấn nút PHẢI thì xuất hiện tín hiệu từ chân 40 đến chân ENA
của L298 cho phép động cơ quay theo chiều phải hoạt động còn đọng cơ qua
theo chiều trái dừng lại.
1.1.8 Sơ đồ khối nguồn 5V DC
Hình 3-3: Sơ đồ khối nguồn
o Khối nguồn trong mạch có cấu tạo như sau:
+ Một bộ cầu diode nhận điện 12VAC trực tiếp từ bộ adocter sau khi chuyển
đổi từ nguồn 220VAC sau đó sẽ cung cấp cho IC 7805 để tạo ra nguồn
5VDC cung cấp cho mạch vi xử lý và điều khiển.
+ Một nhánh còn lại sẽ cung cấp cho IC7812 để tạo ra nguồn 12VDC cung
cấp cho khối động cơ.
1.1.9 Sơ đồ khối động cơ
Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ DC Sử Dụng PIC Qua Nút Nhấn
ĐỒ ÁN 2
Trang 11/23
Hình 3-4: Sơ đồ khối động cơ
o Khối động cơ gồm có một vi điều khiển L298N và 2 motor .
o L298N có các chân nhận tín hiệu từ vi điều khiển IN1, IN2, IN3, IN4. Sau đó
sẽ truyền tín hiệu cho 2 động cơ DC từ các chân ngõ ra UOT1, OUT2,
OUT3, OUT4. Tương ứng với các chân thực tế như trong hình 3-4. 2 motor
sẽ thực hiện chạy theo tín hiệu nhận được từ ngõ ra của khối điều khiển.
o Xung PWM được đưa vào L298N thông qua IN1,IN2,IN3,IN4 tương ứng
với tốc độ vào các chân của khối động cơ.
o Các chân tín hiệu LÊN, XUỐNG, TRÁI, PHẢI được dùng để cho phép động
cơ hoạt động theo chiều mà mình mong muốn với mức 1 là mức cho phép
còn mức 0 là mức ngừng hoạt động.
1.1.10 Sơ đồ khối vi xử lý và điều khiển mạch
Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ DC Sử Dụng PIC Qua Nút Nhấn
ĐỒ ÁN 2
Trang 12/23
Hình 3-5: Sơ đồ khối vi xử lý và điều khiển
o Trong khối điều khiển sử dụng 7 nút bấm để điều khiển động cơ. Các nút
bấm này được treo áp bởi điện trở bang RP2 có trị số 10K.
o Các tín hiệu từ các nút nhấn sẽ truyền đến các chân của vi xử lý PIC theo
trình tự như trong hình 3-5. Sau khi nhận được tín hiệu thi khối vi xử lý sẽ
xử ls sau đó tạo ra tín hiệu xung ngo ra PWM để cung cấp cho IC74LS04 và
IC74LS08 để 2 IC này hoạt động và truyền tín hiệu ngõ ra tới IC L298N để
IC này truyền tín hiệu cho 2 motor bắt đầu chạy theo tín hiệu điều khiển từ
nút nhấn mà mình yêu cầu
1.8 Sơ đồ mạch in
1.1.11 Mạch điều khiển
Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ DC Sử Dụng PIC Qua Nút Nhấn
ĐỒ ÁN 2
Trang 13/23
Hình 3-6: Sơ đồ mạch in khối điều khiển
1.1.12 Mạch nguồn DC
Hình 3-7: Sơ đồ mạch in khối nguồn
Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ DC Sử Dụng PIC Qua Nút Nhấn
ĐỒ ÁN 2
Trang 14/23
CHƯƠNG 4.
KẾT QUẢ THỰC HIỆN
1.9 Kết quả mô phỏng hoạt động của mạch
1.1.13 Kết quả mô phỏng mạch điều khiển trên phần mềm protues
Hình 4-1: Kết quả mô phỏng mạch điều khiển
1.1.14 Kết quả mô phỏng mạch nguồn 5 VDC
Hình 4-2: Kết quả mô phỏng mạch nguồn
1.10
Kết quả mô phỏng thực tế
Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ DC Sử Dụng PIC Qua Nút Nhấn
ĐỒ ÁN 2
Trang 15/23
Hình 4-3: Kết quả thực tế
Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ DC Sử Dụng PIC Qua Nút Nhấn
ĐỒ ÁN 2
Trang 16/23
CHƯƠNG 5.
1.11
KẾT LUẬN
Kết luận và nhận xét
1.1.15 Kết luận
Đây là đề tài nghiêm cứu, thiết kế thi công mạch điều khiển động cơ sử dụng
GSM, trong đề tài đã giới thiệu một số mạch điện và ứng dụng liên quan đến vi
xử lý như mạch nguồn 5V DC, tạo xung vuông PWM. Sơ đồ mạch đã tính toán
và lựa chọn linh kiện để tạo thành một hệ thống tương đối hoàn chỉnh, dơn giản
và có đọ chính xác tương đối nhất.
1.1.16 Nhận xét
Ưu điểm:
o Mạch được thiết kế bởi các nút bấm, có thể điều khiển tốc đọ dễ dàng.
o Điều khiển thông nút bấm thuận tiện.
o Cấu tạo và hoạt động đơn giản.
o Có thể mở rộng và phát triển dễ dàng.
oLinh kiện sử dụng quen thuộc.
Nhược điểm:
o Sai số tốc độ khi đo và sai số tính toán chưa hoàn chỉnh.
o Đoạn code chưa giải quyết triệt để các ứng dụng điều khiển động cơ
do hạn chế về kiến thức lập trình.
1.12
Hướng phát triển và ứng dụng
1.1.17 Hướng phát triển
o Có thể sử dụng trong hệ thống nhà thông minh.
o Cải thiện tốc độ bằng phương pháp PID
o Có thể thay đổi phần cứng đê giao tiếp với máy tính để có thể quan sát hoặc
giám sát quá trình điều khiển.
1.1.18 Ứng dụng
Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ DC Sử Dụng PIC Qua Nút Nhấn
ĐỒ ÁN 2
Trang 17/23
o Điều khiển robot, các hệ thống tưới cây, điều khiển băng chuyền các nhà
máy xí nghiệp.
Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ DC Sử Dụng PIC Qua Nút Nhấn
ĐỒ ÁN 2
Trang 18/23
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
[1]
Nguyễn Tấn Phước, Giáo trình (Linh kiện điện tử)
[2]
Tác dụng của họ 78xx, />
ho-78xx-7805-7806-7808.html
[3]
Tìm hiểu chức năng và nguyên lý của 74ls04,74ls08,
/>
Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ DC Sử Dụng PIC Qua Nút Nhấn
ĐỒ ÁN 2
Trang 19/23
PHỤ LỤC A
#include <16f877a.h>
#fuses NOLVP,NOWDT,PUT,XT
#use delay(clock=4000000)
unsigned int8 tocdo='1';
void _PWM(char name);
void main(void)
{
setup_ccp1(CCP_PWM);
setup_ccp2(CCP_PWM);
setup_timer_2(T2_DIV_BY_1,255,1);
set_PWM1_duty(0);
set_PWM2_duty(0);
while(true)
{
if(input(PIN_B1)==0)
{
while(input(PIN_B1)==0);
set_PWM1_duty(0);set_PWM2_duty(0);
}
if(input(PIN_B2)==0)
{
while(input(PIN_B2)==0);
tocdo=tocdo+1;
if(tocdo=='6'){tocdo='5';}
_PWM(tocdo);
}
if(input(PIN_B3)==0)
Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ DC Sử Dụng PIC Qua Nút Nhấn
ĐỒ ÁN 2
Trang 20/23
{
while(input(PIN_B3)==0);
tocdo=tocdo-1;
if(tocdo=='0'){tocdo='1';}
_PWM(tocdo);
}
if(input(PIN_B4)==0)
{
while(input(PIN_B4)==0);
OUTPUT_LOW(PIN_C0);
_PWM(tocdo);
}
if(input(PIN_B5)==0)
{
while(input(PIN_B5)==0);
OUTPUT_HIGH(PIN_C0);
_PWM(tocdo);
}
if(input(PIN_B6)==0)
{
while(input(PIN_B6)==0);
set_PWM1_duty(0);set_PWM2_duty(100);
}
if(input(PIN_B7)==0)
{
while(input(PIN_B7)==0);
set_PWM1_duty(100);set_PWM2_duty(0);
Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ DC Sử Dụng PIC Qua Nút Nhấn
