THIẾT KẾ KHẢO NGHIỆM MÁY DẬP LỖ TỰ ĐỘNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ KHẢO NGHIỆM MÁY DẬP LỖ TỰ ĐỘNG

Họ và tên sinh viên: HUỲNH THANH THƯỢNG
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa: 2008-2012

Tháng 6/2012


THIẾT KẾ KHẢO NGHIỆM MÁY DẬP LỖ TỰ ĐỘNG

Tác giả

HUỲNH THANH THƯỢNG

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành
Cơ điện tử.

Giáo viên hướng dẫn:
ThS.Nguyễn Tấn Phúc
TS. Nguyễn Văn Hùng

Tháng 6 năm 2012
i

LỜI CẢM ƠN
Trong bốn năm học tập và nghiên cứu tại trường, em luôn được sự giảng dạy,
chỉ bảo nhiệt tình từ quý thầy cô, đặc biệt là quý thầy cô khoa Cơ Khí Công Nghệ, bộ
môn Cơ Điện Tử.
Trong hai tháng thực hiện khóa luận, ngoài những nổ lực của bản thân, em còn
được sự hướng dẫn, hỗ trợ tận tình của các thầy hướng dẫn.
Với tất cả tình cảm quý mến và cảm phục em chân thành gửi lời cảm ơn đến
thầy Nguyễn Tấn Phúc và thầy Nguyễn Văn Hùng là những người luôn theo sát hướng
dẫn và đưa ra những góp ý giúp em hoàn thành tốt khóa luận.
Xin gửi lời cảm ơn đến những người bạn, những người luôn đồng hành bên thôi
trong suốt hành trình học tập, luôn bên tôi lúc vui buồn, ủng hộ và giúp đỡ tôi những
lúc khó khăn.
Và hơn hết con xin gửi lời cảm ơn đến bậc sinh thành. Cha mẹ là người chỉ
đứng xa và mỉm cười khi con thành công nhưng lại ở thật gần khi con vấp ngã và là
nguồn động lực vực con đứng dậy.
Xin chân thành cảm ơn mọi người.
TP.HCM ngày 23 tháng 5 năm 2012
Sinh viên

Huỳnh Thanh Thượng

ii


TÓM TẮT
Đề tài “Thiết kế và khảo nghiệm máy dập lỗ tự động” được thực hiện tại
Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh trong thời gian từ tháng 4 đến
giữa tháng 6 năm 2012.
Kết quả thu được sau quá trình thực hiện:
 Truy xuất dữ liệu tọa độ gia công từ bản vẽ Autocad.

 Tiến hành khảo nghiệm chứng thực được độ chính xác của thuật toán
PID.
 Thiết kế và vận hành thành công máy đột lỗ tự động đạt được độ chính
xác theo yêu cầu.

iii


MỤC LỤC
Trang
Lời tựa .............................................................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................................ii
TÓM TẮT...................................................................................................................... iii
MỤC LỤC ...................................................................................................................... iv
DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT .................................................................................... vi
DANH SÁCH HÌNH VẼ VÀ BIỂU ĐỒ.......................................................................vii
DANH SÁCH BẢNG..................................................................................................... ix
Chương 1 MỞ ĐẦU....................................................................................................... 1
1.1 Dẫn nhập: ............................................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu thực hiện: ................................................................................................ 1
1.2.1 Mục tiêu chung: ............................................................................................... 1
1.2.2 Mục tiêu cụ thể: ............................................................................................... 1
1.3 Phạm vi nghiên cứu:............................................................................................... 2
Chương 2 TỔNG QUAN............................................................................................... 3
2.1 Tổng quan về CNC (Computer(ized) Numerical(ly) Control(led)): ...................... 3
2.1.1 Cấu trúc hệ điều khiển số CNC: ...................................................................... 3
2.1.2 Phân loại các hệ thống điều khiển ................................................................... 4
2.2 Giới thiệu về thuật toán PID (Proportional Intesgral Derivative):......................... 4
2.2.1 Bộ hiệu chỉnh tỉ lệ P: ....................................................................................... 4
2.2.2 Bộ hiệu chỉnh vi phân tỉ lệ PD:........................................................................ 5

2.2.3 Bộ hiệu chỉnh tích phân tỉ lệ PI: ...................................................................... 5
2.2.3 Bộ hiệu chỉnh vi tích phân tỉ lệ PID: ............................................................... 6
2.3 Tổng quan về các thiết bị điều khiển ..................................................................... 7
2.3.1 Vi điều khiển Pic ............................................................................................. 7
2.3.1 Encoder: ......................................................................................................... 10
iv


2.3.2 Cảm biến từ D-M9N: ..................................................................................... 12
2.4 Tổng quan về cơ cấu chấp hành: .......................................................................... 13
2.4.1 Lý thuyết về dập nguội: ................................................................................. 13
2.4.2 Động cơ DC: .................................................................................................. 15
2.4.3 Hệ thống truyền động: ................................................................................... 16
2.4.4 Khí nén: ......................................................................................................... 17
2.3 Các phần mềm hỗ trợ: .......................................................................................... 19
2.5.1 Phần mềm biên dịch CCS C .......................................................................... 19
2.5.2 Visual Basic: .................................................................................................. 20
2.5.3 AutoCAD: ...................................................................................................... 21
2.5.4 Inventor: ......................................................................................................... 22
Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................ 24
3.1 Nội dung ............................................................................................................... 24
3.2 Phương pháp nghiên cứu: .................................................................................... 24
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................... 25
4.1 Thiết kế mô hình máy: ......................................................................................... 25
4.1.1 Yêu cầu thiết kế: ............................................................................................ 25
4.1.2 Lựa chọn mô hình: ......................................................................................... 25
4.1.3 Tính toán thiết kế cơ khí: ............................................................................... 26
4.1.4 Thiết kế bộ điều khiển: .................................................................................. 36
4.1.5 Thiết kế chương trình điều khiển:.................................................................. 44
4.2 Khảo nghiệm sơ bộ: ............................................................................................. 47

4.2.1 Kết quả khảo nghiệm các hệ số PID cho hai bộ truyền động: ....................... 47
4.2.2 Kết quả khảo nghiệm cơ cấu đột: .................................................................. 51
4.2.3 Kết quả khảo nhiệm hệ thống thu thập kết quả và đánh giá sai số: ............... 52
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ....................................................................... 54
5.1Kết luận: ................................................................................................................ 54
5.2 Đề nghị: ................................................................................................................ 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 56
PHỤ LỤC

v


DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT
P (Proportional).
PI (Proportional Integral).
PD (Proportional Derivative).
PID (Proportional Integral Derivative).
CNC (Computer(ized) Numerical(ly) Control(led)).
USART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter).
PPC (Capture/Compare/PWM).
PWM (Pulse Width Modulation).
ADC (Analog to digital converter).
RAM (Random Access Memory).
EEPEROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory).
I2C (Inter-Integrated Circuit).
SPI (Serial Peripheral Interface).

vi

DANH SÁCH HÌNH VẼ VÀ BIỂU ĐỒ
Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ điều khiển CNC. ....................................................................... 3 
Hình 2.2 Đáp ứng của bộ hiệu chỉnh tỉ lệ. ...................................................................... 4 
Hình 2.3 Đáp ứng của bộ vi phân tỉ lệ. ........................................................................... 5 
Hình 2.4 Đáp ứng của bộ tích phân tỉ lệ. ........................................................................ 6 
Hình 2.5 Sơ đồ khối bộ hiệu chỉnh PID .......................................................................... 6 
Hình 2.6 Cấu tạo Encoder. ............................................................................................ 10 
Hình 2.7 Cấu tạo đĩa Absolute encoder. ....................................................................... 11 
Hình 2.8 Cấu tạo đĩa Incremental encoder. .................................................................. 11 
Hình 2.9 Đồ thị xung ra của Incremental encoder. ....................................................... 12 
Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý hoạt động. ......................................................................... 13 
Hình 2.11 Sơ đồ khối của cảm biến D-M9N. ............................................................... 13 
Hình 2.12 Các giai đoạn chính trong quá trình cắt hình đột lỗ..................................... 14 
Hình 2.13 Nguyên tắc hoạt động của động cơ DC. ...................................................... 16 
Hình 2.14 Ký hiệu van 5-2............................................................................................ 18 
Hình 2.15 Van 5-2 trong thực tế. .................................................................................. 18 
Hình 2.16 Cấu tạo và các kích thước của xy lanh. ....................................................... 19 
Hình 2.17 Giao diện phần mềm CCS C. ....................................................................... 20 
Hình 2.18 Giao diện phần mềm Visual Basic............................................................... 21 
Hình 2.19 Giao diện phần mềm AutoCAD. ................................................................. 22 
Hình 2.20 Giao diện phần mềm Autodesk Inventor. .................................................... 23 
Hình 4.1 Một số máy đột CNC trong sản xuất ............................................................. 25 
Hình 4.2 Mô hình máy dập lỗ tự động .......................................................................... 26 
Hình 4.2 Sơ đồ khối hoạt động của hệ thống cần thiết kế. ........................................... 26 
Hình 4.3 Mô hình cơ cấu đột trên Inventor. ................................................................. 28 
Hình 4.4 Thông số kiểm bền đai trục X trên phần mềm............................................... 29 
Hình 4.5 Thông số kiểm bền đai trục Y trên phần mềm............................................... 30 
vii

Hình 4.6 Kết quả phân tích hệ số an toàn trên Inventor. .............................................. 31 
Hình 4.7 Kết quá kiểm bền cho mối hàn. ..................................................................... 32 
Hình 4.8 Mô hình cụm chi thân máy sau khi hoàn thiện. ............................................. 33 
Hình 4.9 Mô hình cụm chi tiết trục Y sau khi hoàn thiện. ........................................... 34 
Hình 4.10 Mô hình máy sau khi hoàn thiện.................................................................. 35 
Hình 4.11 Mô hình máy đột tự động ............................................................................ 36 
Hình 4.12 Sơ đồ khối mạch điều khiển. ....................................................................... 37 
Hình 4.14 Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển trung tâm. ................................................ 37 
Hình 4.13 Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp máy tính. .................................................... 38 
Hình 4.15 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị. ..................................................................... 38 
Hình 4.16 Sơ đồ nguyên lý khối động lực điều khiển động cơ. ................................... 39 
Hình 4.17 Sơ đồ nguyên lý khối động lực điều khiển van khí nén. ............................. 40 
Hình 4.18 Encoder sử dụng trong mô hình ................................................................... 41 
Hình 4.19 Lưu đồ giải thuật điều khiển vị trí. ............................................................. 42 
Hình 4.20 Vi mạch điều khiển trong thực tế................................................................. 44 
Hình 4.21 Thông số trong file dữ liệu xuất từ AutoCAD ............................................. 45 
Hình 4.22 Giao diện phần mềm khảo nghiệm. ............................................................. 45 
Hình 4.23 Giao diện điều khiển. ................................................................................... 46 
Hình 4.24 Biểu đồ ảnh hưởng của bộ hiệu chỉnh tỉ lệ đến đáp ứng. ............................ 47 
Hình 4.25 Biểu đồ ảnh hưởng của bộ hiệu chỉnh vi phân tỉ lệ đến đáp ứng................. 48 
Hình 4.26 Biểu đồ ảnh hưởng của bộ hiệu chỉnh vi tích phân tỉ lệ đến đáp ứng.......... 48 
Hình 4.27 Biểu đồ ảnh hưởng của bộ hiệu chỉnh tỉ lệ đến đáp ứng. ............................ 49 
Hình 4.26 Biểu đồ ảnh hưởng của bộ hiệu chỉnh vi phân tỉ lệ đến đáp ứng................. 49 
Hình 4.28 Biểu đồ ảnh hưởng của bộ hiệu chỉnh vi tích phân tỉ lệ đến đáp ứng.......... 50 
Hình 4.29 Gia công trên thép dày 0.2 mm. ................................................................... 51 
Hình 4.30 Bảng vẽ chi tiết trên AutoCAD ................................................................... 52 
Hình 4.31 Kết quả sau gia công. ................................................................................... 52 

viii

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1.1 Yêu cầu thiết kế của máy đột tự động ............................................................. 2
Bảng 2.1 Thông số kĩ thuật D-M9N. ............................................................................ 13
Bảng 4.1 Ảnh hưởng của các hệ số đến bộ hiệu chỉnh PID. ......................................... 50
Bảng 4.2 Thông số kĩ thuật của mô hình ...................................................................... 53

ix


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Dẫn nhập:
Trong sản xuất hiện nay, phương pháp gia công áp lực chiếm vị trí quan trọng
bởi những đặc điểm ưu việt của nó so với các phương pháp khác. Sản phẩm đa dạng,
có khả năng sử dụng được ngay sau gia công áp lực. Bên cạnh đó là khả năng tự động
hóa cao, gia công với tốc độ nhanh và số lượng lớn.
Thấy được điều này kết hợp với kiến thức được tiếp thu trong quá trình học tập
đã đưa đến ý tưởng thiết kế chế tạo máy dập lỗ tự động có khả năng đưa vào ứng dụng
thực tế sản xuất vừa và nhỏ.
1.2 Mục tiêu thực hiện:
1.2.1 Mục tiêu chung:
Thiết kế máy dập lỗ tự động có khả năng sử dụng dữ liệu từ bản vẽ AutoCAD,
thông qua chương trình điều khiển cơ cấu chấp hành thực hiện gia công dập lỗ. Bên
cạnh đó máy cần có các biện pháp an toàn như: công tắt hành trình giới hạn chuyển
động các trục, dừng khẩn cấp khi có sự cố, khởi tạo lại điều kiện làm việc ban đầu…
1.2.2 Mục tiêu cụ thể:
 Khảo sát một số máy dập lỗ trong thực tế để lấy cơ sở cho việc thiết kế.
 Nghiên cứu chế tạo mô hình máy dập lỗ thỏa các điều kiện ở bảng 1.1.

1


Bảng 1.1 Yêu cầu thiết kế của máy đột tự động
Hành trình trục X

mm

200 5

Hành trình trục Y

mm

150 5

Kích thước tấm

mm

200 150

Độ dày tối đa

mm

1

Tốc độ di chuyển trục X

mm/s

3

Tốc độ di chuyển trục Y

mm/s

3

Đường kính đầu đột lớn nhất

mm

10

Bộ điều khiển

PID

 Khảo sát sơ bộ khả năng làm việc của máy.
1.3 Phạm vi nghiên cứu:
Do hạn chế về thời gian cũng như trang thiết bị nên đề tài thu hẹp ở quy mô học tập và
thí nghiệm. Cụ thể:
 Chỉ chế tạo mô hình mô tả nguyên lý hoạt động, chứng minh khả năng làm việc
và độ chính xác.
 Phương pháp điều khiển PID sẽ được tính toán thông qua phương pháp tính gần
đúng, các hệ số sẽ được chọn thông qua khảo nghiệm thực tế.
Tuy nhiên đề tài vẫn đảm bảo độ chính xác yêu cầu, khả năng ứng dụng vào thực tế.

2


Chương 2
TỔNG QUAN
Để phục vụ việc thế kế và chế tạo mô hình cần tiên hành nghiên cứu tìm hiểu
kiến thức tổng quan về: CNC, bộ hiệu chỉnh PID, các linh kiện thiết bị điện tử, lý
thuyết tính toán bền, các phần mềm hỗ trợ…
2.1 Tổng quan về CNC (Computer(ized) Numerical(ly) Control(led)):
2.1.1 Cấu trúc hệ điều khiển số CNC:
Điều khiển CNC là một hệ điều khiển có thể lập trình và ghi nhớ. Nó bao hàm
một máy tính cấu thành từ các bộ vi xử lý kèm theo các bộ phận ngoại vi. Các chương
trình CNC và các hàm logic được lưu trên các vi mạch máy tính đặc biệt (các thanh
ghi bộ nhớ của máy tính) dưới dạng các phần mềm thay vì được nối kết cứng (nối dây)
do đó các chương trình làm việc có thể thiết lập trước.

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ điều khiển CNC.
3


2.1.2 Phân loại các hệ thống điều khiển
 Điều khiển điểm- điểm.
 Điều khiển đoạn thẳng.
 Điều khiển đường.
2.2 Giới thiệu về thuật toán PID (Proportional Intesgral Derivative):
Trong các hệ thống thống tự động hiện nay đang sử dụng nhiều phương pháp
điều khiển khác nhau, từ đơn giản như on-off, hoặc phức tạp hơn như PID, điều khiển
mờ…Với những ưu điểm vượt trội PID được sử dụng phổ biến nhất trong điều khiển
hiện nay.
Ba thông số chính trong giải thuật tính toán của PID là hệ số tỉ lệ (KP), hệ số

tích phân (KI) và hệ số vi phân (KD).
2.2.1 Bộ hiệu chỉnh tỉ lệ P:
 Hàm truyền:

.

 Đặc điểm:
o Hệ số khuếch đại càng lớn sai số xác lập càng nhỏ.
o Hệ số khuếch đại càng lớn độ vọt lố càng cao đáp ứng hệ thống càng dao
động.
o Hệ số khuếch đại vượt giới hạn thì hệ thống mất ổn định.

Hình 2.2 Đáp ứng của bộ hiệu chỉnh tỉ lệ.
4


2.2.2 Bộ hiệu chỉnh vi phân tỉ lệ PD:
 Hàm truyền:

. Trong đó:

với TD

gọi là thời hằng vi phân của bộ điều khiển.
 Là trường hợp riêng của bộ hiệu chỉnh sớm pha nên có những đặc điểm sau:
o Làm nhanh đáp ứng của hệ thống, giảm thời gian quá độ.
o Cải thiện đáp ứng quá độ.

Hình 2.3 Đáp ứng của bộ vi phân tỉ lệ.
2.2.3 Bộ hiệu chỉnh tích phân tỉ lệ PI:

 Hàm truyền:

.Trong đó:

với TI

gọi là thời hằng tích phân của bộ điều khiển PI.
 Là trường hợp riêng của bộ hiệu chỉnh trễ pha nên có những đặc điểm sau:
o Làm chậm đáp ứng quá độ, tăng độ vọt lố.
o Làm giảm sai số xác lập.
o Triệt tiêu nhiễu tần số cao.

5


Hình 2.4 Đáp ứng của bộ tích phân tỉ lệ.
2.2.3 Bộ hiệu chỉnh vi tích phân tỉ lệ PID:
 Hàm truyền:
 Có thể xem khâu hiệu chỉnh PID gồm một khâu PI mắc nối tiếp với một khâu
PD.
 Là trường hợp riêng của bộ hiệu chỉnh sớm trễ pha nên có những đặc điểm sau:
o Cải thiện đáp ứng quá độ (giảm vọt lố, giảm thời gian quá độ).
o Giảm sai số xác lập.

Hình 2.5 Sơ đồ khối bộ hiệu chỉnh PID
6


2.3 Tổng quan về các thiết bị điều khiển
2.3.1 Vi điều khiển Pic

 Giới thiệu chung:
Hiện nay vi điều khiển được ứng dụng rộng rãi trong điều khiển các hệ thống tự
động và bán tự động vì khả năng tính toán, xử lí tín hiệu cao.
Hiện nay có nhiều họ vi điều khiển như: 8051, AVR, ARM, Pic… mỗi họ vi
điều khiển lại có những đặc tính riêng biệt: khả năng xử lí tín hiệu, bộ nhớ, chuẩn giao
tiếp cho phép… Căn cứ vào yêu cầu của hệ thống ta lựa dòng vi điều khiển Pic dựa
vào một số nguyên nhân sau:
 Họ vi điều khiển Pic được sử dụng khá phổ biến tạo điều kiện thuận lợi cho
cho việc tìm hiểu, trao đổi kinh nghiệm lập trình cũng như thiết kế phần
cứng.
 Các dòng Pic có đầy đủ tính năng để hoạt động độc lập.
 Các công cụ lập trình, trình biên dịch, mạch nạp Pic được hỗ trợ cao từ phía
nhà sản xuất.
 Có nhiều bộ phận ngoại vi ngay trên chip: cổng vào/ra số, bộ biến đổi ADC,
bộ nhớ EEFROM, bộ định thời, bộ điều chế độ rộng xung (PWM), cổng
giao tiếp I2C, SPI, USART…
 Pic 16F877A:
Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14
bit. Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock. Tốc độ hoạt động tối đa
cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns. Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ
nhớ dữ liệu 368 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256 byte. Số
PORT I/O là 5 với 33 pin I/O.
Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:
 Ba bộ định thời: Timer0 (8 bit), Timer1 (16 bit), Timer2(8 bit).
 Hai bộ Capture/so sánh/ điều chế độ rộng xung.
 Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C.
 Chuẩn giao tiếp USART với 9 bit địa chỉ.

7

 Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển
ngoài RD, WR, CS.
 Đặc tính Analog gồm: tám kênh chuyển đổi ADC 10 bit, hai bộ so sánh.
 Các bộ định thời (Timer):
Timer1:là bộ định thời 16 bit.
 Giá trị được lưu trong hai thanh ghi (TMR1H:TMR1L).
 Cờ ngắt là TMR1IF.
 Bít điều khiển TMRIE.
 Có chế độ hoạt động là:
o Định thời (timer) dùng xung nội.
o Đếm (counter).
Timer2: là bộ định thời 8 bit được hỗ trợ bởi hai bộ chia tần số prescaler và
postscaler.
 Giá trị được lưu trong một thanh ghi (TMR2).
 Xung vào qua bộ chia tần số prescaler 4 bit được điều khiển bởi các bit
T2CKPS1:T2CKPS0.
 Chế độ hoạt động chủ yếu dùng để định thời cho việc điều xung PWM.
 Ngoài ra Timer2 còn kết nối SSP, do đó Timer2 còn có vai trò tạo xung
clock đồng bộ cho khối giao tiếp SSP.
 Chuẩn giao tiếp USART:
USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) là một trong hai
chuẩn giao tiếp nối tiếp. USART còn được gọi là giao diện giao tiếp nối tiếp nối tiếp
SCI (Serial Communication Interface). Có thể sử dụng giao diện này cho các giao tiếp
với các thiết bị ngọai vi, với các vi điều khiển khác hay với máy tính. Các dạng của giao
diện USART ngọai vi bao gồm:
 Bất động bộ (Asynchronous).
 Đồng bộ (Master mode).
 Đồng bộ (Slave mode).
Hai pin dùng cho giao diện này là RC6/TX/CK và RC7/RX/DT, trong đó

RC6/TX/CK dùng để truyền xung clock (baud rate) và RC7/RX/DT dùng để truyền data. Trong
8


trường hợp này ta phải set bit TRISC<7:6> và SPEN (RCSTA<7>) để cho phép giao
diện USART.
 Ngắt ngoại (Interrupts):
Ngắt này dựa trên sự thay đổi trạng thái của pin RB0/INT. Cạnh tác động gây ra
ngắt có thể là cạnh lên hay cạnh xuống và được điều khiển bởi bit INTEDG (thanhghi
OPTION_REG <6>). Khi có cạnh tác động thích hợp xuất hiện tại pin RB0/INT, cờ ngắt INTF
được set. Ngắt này có khả năng đánh thức vi điều khiển từ chế độ sleep nếu bit cho
phép ngắt được set trước khi lệnh SLEEP được thực thi.
 CCP (Capture/Compare/PWM):
Bao gồm các thao tác trên xung đếm cung cấp bởi các bộ đếm Timer1 và
Timer2. Pic16F877A tích hợp sẵn hai khối CCP: CCP1 và CCP2. Mỗi CCP có một
thanh ghi 16 bit (CCPR1H:CCPR1L và CCPR2H:CCPR2L). Chân điều khiển tương
ứng là RC2/CCP1 và RC1/T1OSI/CCP2.
Chức năng chính:
 Capture.
 So sánh (Compare).
 Điều chế độ rộng xung (Pulse With Modulation).
Ở đây ta tập trung tìm hiểu chức năng điều chế độ rộng xung. Dựa vào việc cấp
xung kích đóng mở cho mạch cầu H có thể quy định đựoc mức diện áp ngõ ra cho
động cơ . Để xử dụng modul này cần qua một số thao tác sau:
 Thiết lập thời gian của một chu kì (hoặc tần số) của xung điều chế cho
PWM (period) bằng cách đưa giá trị vào thanh ghi PR2.
 Thiết lập độ rộng xung cần điều chế (duty cycle) bằng cách đưa giá trị vào
thanh ghi CCPRxL và các bit CCP1CON <5:4>.
 Cài đặt các chân CCP là output.
 Thiết lập giá trị bộ chia tần số prescaler của Timer2 và cho phép Timer2

hoạt động.
 Cho phép CCP hoạt động ở chết độ PWM.
Công thức cần ghi nhớ:

9


:

Với:
:

tần số điều xung.
tần số thạch anh.

Mode, period là hai thông số được thiết lập trong Timer2

Với: Value là giá trị điều khiển chứa trong thanh ghi 8 bit.
2.3.1 Encoder:
 Sơ lượt:
Encoder mục đích dùng để quản lý vị trí góc của một đĩa quay, đĩa quay có thể
là bánh xe, trục động cơ, hoặc bất kỳ thiết bị quay nào cần xác định vị trí góc.
Encoder được chia làm hai loại: absolute encoder và incremental encoder.
 Cấu tạo: gồm hai bộ phận chính:
 Bộ phần truyền nhận ánh sáng: gồm nguồn phát sáng (LED Light source) và
bộ tách sóng quang (Photodetector).
 Đĩa quay tạo mã: là một đĩa mỏng tròn có các rãnh tạo mã cách đều nhau
cho phép ánh sáng từ nguồn phát truyền thẳng đến bộ tách sóng quang hoặc
không cho phép truyền qua.

Hình 2.6 Cấu tạo Encoder.
 Nguyên tắc hoạt động:
Khi đĩa encoder quay tín hiệu nhận được ở bộ tách sóng quang là xung vuông
với hai mức giá trị 1 và 0.
10


Khi trục quay, giả sử trên đĩa chỉ có một lỗ duy nhất, cứ mỗi lần con mắt thu
nhận được tín hiệu đèn led, thì có nghĩa là đĩa đã quay được một vòng.
 Absolute encoder:
 Xét bài toán cơ bản về số bit: với một số nhị phân có hai chữ số chúng ta có
tổ hợp sau: 00, 01, 10, 11 nghĩa là có bốn trạng thái. Căn cứ vào điều này
với số nhị phân trên ta có thể chia một vòng thành bốn phần bằng nhau.
 Tương tự vậy nếu với một nhị phân có n chữ số ta có thể chia một vòng
thành n2 phần bằng nhau.
 Để đọc được n2 trạng thái này ta cần n led thu phát và đĩa encoder được thiết
kế đặc biệt.

Hình 2.7 Cấu tạo đĩa Absolute encoder.
 Incremental encoder:
 Về cơ bản encoder loại này bao gồm từ một đến ba vòng lỗ, tín hiệu được
đọc về thông qua tương ứng từ một đến ba cặp thu phát.

Hình 2.8 Cấu tạo đĩa Incremental encoder.
11


 Incremental encoder, sẽ thay đổi một đơn vị khi một lần lên xuống của cạnh
xung của cặp thu phát vòng ngoài cùng.
 Chiều quay Encoder được xác định dựa trên tín hiệu từ cặp thu phát vòng

giữa.
 Vòng lỗ trong cùng là lỗ định vị dùng để đếm số vòng nguyên đã quay của
encoder. Lỗ định vị có tác dụng khắc phục sai số bằng cách đối chiếu số
xung đếm được từ lỗ này với số xung của vòng lỗ ngoài cùng.

Hình 2.9 Đồ thị xung ra của Incremental encoder.
 Do việc chế tạo đĩa encoder phức tạp, để tiết kiệm chi phí thay vì chế tạo hai
vòng lỗ người ta chế tao một vòng nhưng đặt hai cặp led thu phát lệch nhau .
 Nhận xét:
Absolute encoder có ưu điểm là có thể đọc trực tiếp vị trí của encoder, thích
hợp với góc quay nhỏ. Tuy nhiên việc chế tạo đĩa encoder quá phức tạp đòi hỏi chính
xác cao, việc thiết kế led thu phát sẽ ảnh hưởng lớn đến kích thước encoder.
Incremental encoder khắc phục đươc phần lớn nhược điểm của Absolute
encoder nên được ứng dụng rộng rãi trong thực tế.
2.3.2 Cảm biến từ D-M9N:
Là cảm biến tiệm cận điện từ dùng để nhận biết vị trí của piston trong xy lanh.
Hoạt động dựa trên nguyên tắc: khi có đối tượng tiến gần cảm biến, cảm biến phát hiện
sự suy giảm từ tính do dòng điện xoáy sinh ra trên bề mặt vật dẫn do từ trường ngoài.
Sự thay đổi này thông qua bộ biến đổi sẽ chuyển thành tín hiệu ra phục vụ điều khiển.
Trường điện từ xoay chiều sinh ra trên cuộn dây và thay đổi trở kháng phụ thuộc vào
dòng điện xoáy trên bề mặt vật thể kim loại được phát hiện.

12


Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý hoạt động.
Bảng 2.1 Thông số kĩ thuật D-M9N.
Số dây

3

Dạng ngõ ra

NPN

Hiệu điện thế sử dụng

5, 12, 24 VDC

Dòng điện tiêu thụ

10 mA hoặc nhỏ hơn

Đèn tín hiệu

Đèn LED sáng khi nhận được vật thể

Hình 2.11 Sơ đồ khối của cảm biến D-M9N.
2.4 Tổng quan về cơ cấu chấp hành:
2.4.1 Lý thuyết về dập nguội:
 Đặc điểm:
 Chế tạo được các chi tiết có hình dáng phức tạp

13


 Sản phẩm sử dụng được ngay không cần phải qua gia công cắt gọt, độ cứng
vững cao.
 Tiết kiệm được vật liệu.
 Có khả năng tự động hóa cao, sản xuất số lượng lớn giá thành hạ.

 Phân loại gồm các nguyên công: dập cắt, uốn, dập vuốt, tạo hình, ép chảy…
Ở đây ta chủ yếu tìm hiểu nguyên công cắt hình, đột lỗ.
 Các giai đoạn chính trong quá trình cắt hình đột lỗ:
 Giai đoạn biến dạng đàn hồi.
 Giai đoạn biến dạng dẻo.
 Giai đoạn cắt đứt.

Hình 2.12 Các giai đoạn chính trong quá trình cắt hình đột lỗ.
 Phương pháp tính toán lực:
Lực cắt hình hay đột lỗ phụ thuộc vào các yếu tố:
 Kích thước của hình hay lỗ.
 Chiều dày tấm.
 Cơ tính của vật liệu.
 Khe hở giữa chày và cối.
 Hình dáng và trạng thái mép cắt giữa chày và cối
Từ các yếu tố trên ta có được công thức tổng quát sau:

Trong đó:

14


k:

1,1~1,3 là hệ số tính đến sự không đồng đều về chiều dày và tính

chất của vật liệu, mép cắt bị mòn, chế tạo và lắp ráp không chính xác.
L:

Chu vi biên dạng cắt hay đột lỗ.

S:

Chiều dày vật dập.
:

Ứng suất cắt của vật liệu.

Các phương pháp giảm lực cắt nhằm tăng độ bền của chày và cối:
 Nung vật liệu, nhiệt độ tăng làm giảm ứng suất cắt, do đó lực cắt giảm đi.
 Dùng chày cối có mặt lượn sóng, thông thường là mặt nghiêng. Chú ý với
phương pháp này sau khi gia công cần tiến hành làm phẳng sản phẩm.
 Một số điểm cần lưu ý:
 Lực tháo vật cắt và phế liệu:
o Sau khi gia công do đặc tính đàn hồi của vật liệu mà vật cắt hay phế liệu
thường dính trong cối hoặc trên chày.
o Lực tháo này phụ thuộc vào chiều dày, đặc tính vật liệu …
 Khe hở giữa chày và cối:
o Khe hở giữa chày và cối là hiệu số giữa kích thước làm việc của cối và
chày.
o Nếu khe hở hợp lý thì vết nứt trên và dưới khi gia công sẽ trùng nhau.
o Nếu khe hở quá nhỏ thì vết nứt trên và dưới khi gia công sẽ không trùng
nhau gây xù xì ở giữa.
o Nếu khe hở quá lớn thì vết nứt trên và dưới khi gia công sẽ không trùng
nhau. Một bên bị vuốt dài lên một bên bị ba via xuống dưới.
o Trị số khe hở phụ thuộc và tính chất và chiều dày của vật liệu. Khi chế
tạo chọn Zmin, khi làm việc đến Zmax thì khôi phục lại.
2.4.2 Động cơ DC:
Đặc điểm chung là sử dùng nguồn điện một chiều, cấu tạo bao gồm hai phần
Rotor và Stator. Có thể chia làm hai loại: động cơ từ trường vĩnh cữu và động cơ từ

trường khuyết một chiều kích từ.

15