NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ PHẬN CÂN BẰNG CỦA THIẾT BỊ PHÁT MẶT PHẲNG LASER

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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ PHẬN CÂN BẰNG CỦA
THIẾT BỊ PHÁT MẶT PHẲNG LASER

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN VĂN MINH
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa: 2008-2012

Tháng 06 năm 2012


NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ PHẬN CÂN BẰNG CỦA THIẾT BỊ
PHÁT MẶT PHẲNG LASER

Tác giả

NGUYỄN VĂN MINH

Khóa luận tốt nghiệp được đệ trình để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành Cơ điện tử

Giáo viên hướng dẫn:
KS. ĐÀO DUY VINH

Tháng 06 năm 2012
i

LỜI CẢM TẠ
Em xin chân thành cảm ơn tất cả quý thầy cô của Trường Đại học Nông Lâm
Tp.HCM, đặc biệt là các thầy cô của khoa Cơ Khí – Công Nghệ đã trang bị cho em
những kiến thức quý báu từ căn bản đến chuyên ngành trong suốt quá trình học tập tại
trường.
Em xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đối với các thầy cô của bộ môn Cơ điện tử,
đặc biệt là thầy Đào Duy Vinh, người đã tận tụy hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt
quá trình làm Luận văn tốt nghiệp.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả những người thân và bạn bè đã giúp đỡ và
ủng hộ em trong suốt quá trình học tập và thực hiện Luận văn tốt nghiệp.
Cuối cùng, em xin cảm ơn quý thầy cô trong hội đồng đã dành thời gian theo dõi,
nhận xét và góp ý cho luận văn của em.

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2012
Sinh viên thực hiện
NGUYỄN VĂN MINH

ii


TÓM TẮT
Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế bộ phận cân bằng của thiết bị phát mặt phẳng Laser”
được tiến hành tại khoa Cơ khí – Công nghệ, Trường Đại học Nông Lâm Thành phố
Hồ Chí Minh, thời gian từ tháng 03 đến tháng 06 năm 2012.
Với mục đích tăng năng suất lao động, tiết kiệm thời gian và chi phí của người
nông dân trong quá trình sản xuất nông nghiệp. Em tiến hành nghiên cứu, thiết kế mô
hình thiết bị phát mặt phẳng Laser tự động cân bằng.
Mô hình được thiết kế và chế tạo để phát ra một tia Laser theo phương nằm
ngang, sau đó quay nó để quét thành một mặt phẳng Laser nằm ngang làm mặt phẳng

chuẩn trong quá trình san phẳng mặt ruộng bằng phương pháp san phẳng mặt ruộng
điều khiển bằng Laser. Phương pháp san phẳng mặt ruộng điều khiển bằng tia Laser
đang được Trung tâm Năng Lượng và Máy Nông nghiệp (Đại học Nông Lâm Thành
phố Hồ Chí Minh) nghiên cứu và áp dụng tại nhiều nơi trên cả nước.
Kết quả em đã thiết kế và chế tạo thành công mô hình thiết bị phát mặt phẳng
Laser. Trong mô hình, một đầu phát Laser được điều chỉnh sao cho tia Laser phát ra từ
đầu phát đó luôn song song với mặt phẳng nằm ngang và quay tia Laser đó quanh một
trục thẳng đứng, tạo ra một mặt phẳng Laser nằm ngang.
Mặc dù đã cố gắn hết sức để nghiên cứu và thiết kế trong suốt quá trình thực hiện
đề tài, mô hình của em vẫn còn nhiều khuyết điểm do hạn chế về thời gian thực hiện
đề tài cũng như những khó khăn trong quá trình tìm kiếm vật liệu và công nghệ. Em
rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và bạn bè để đề tài của em được hoàn
thiện hơn.

iii


MỤC LỤC
Trang
TRANG TỰA ...................................................................................................................i 
TÓM TẮT...................................................................................................................... iii 
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iv 
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................... vi 
DANH SÁCH CÁC HÌNH ........................................................................................... vii 
DANH SÁCH CÁC BẢNG .......................................................................................... ix 
Chương 1 MỞ ĐẦU ........................................................................................................1 
1.1.  Đặt vấn đề: .........................................................................................................1 
1.2.  Mục đích: ...........................................................................................................2 
Chương 2 TỔNG QUAN.................................................................................................3 
2.1.  Sơ lược về vi điều khiển PIC 16F877A .............................................................3 

2.1.1.

Những thông số đặc trưng của PIC 16F877A .........................................3 

2.1.2.

 Chức năng các chân của PIC 16F877A .................................................. 4 

2.2.  Động cơ bước .....................................................................................................9 
2.2.1. 

Sơ lược về động cơ bước .........................................................................9 

2.2.2. 

Hoạt động .................................................................................................9 

2.2.3. 

Ứng dụng ...............................................................................................11 

2.2.4. 

Động cơ bước 103G770-2263 ...............................................................11 

2.3.  Giới thiệu phần mềm lập trình vi điều khiển CCS...........................................12 
Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................14 
3.1.  Nội dung đề tài .................................................................................................14 
3.1.1. 

Phần cứng ..............................................................................................14 

3.1.2. 

Mạch điện ..............................................................................................14 

3.1.3. 

Chương trình điều khiển ........................................................................15 

3.2.  Phương pháp nghiên cứu .................................................................................15 
3.2.1. 

Cơ sở lý thuyết .......................................................................................15 
iv


3.2.2. 

Nghiên cứu thực tế .................................................................................15 

3.2.3. 

Bố trí phần cứng ....................................................................................15 

3.2.4. 

Phương pháp thiết kế mạch điện............................................................16 

3.2.5. 

Phần mềm lập trình và chương trình điều khiển....................................16 

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................................17 
4.1.  Thiết kế phần cơ khí và cơ cấu chấp hành .......................................................18 
4.1.1. 

Thiết kế phần khung ..............................................................................18 

4.1.2. 

Thiết kế cơ cấu chấp hành .....................................................................20 

4.1.3. 

Tính toán thiết kế bộ phận cảm biến và bộ phận phát Laser .................24 

4.1.4. 

Xác định số bậc tự do và phân tích chuyển động của cơ cấu ................29 

4.2.  Thiết kế phần điều khiển ..................................................................................34 
4.2.1. 

Sơ đồ tổng quát hệ thống điện ...............................................................34 

4.2.2. 

Thiết kế mạch nguồn..............................................................................34 

4.2.3. 

Thiết kế mạch cảm biến, điều khiển và hiển thị ....................................34 

4.2.4. 

Mạch động lực .......................................................................................35 

4.3.  Viết chương trình điều khiển ...........................................................................37 
4.3.1. 

Sơ đồ điều khiển ....................................................................................37 

4.3.2. 

Giải thuật của chương trình điều khiển .................................................38 

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..........................................................................40 
5.1.  Kết quả đạt được ..............................................................................................40 
5.2.  Hướng phát triển của đề tài ..............................................................................40 
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................42 
PHỤ LỤC ......................................................................................................................43 
Phụ lục 1  Hình ảnh tổng thể của mô hình ..............................................................43 
Phụ lục 2  Code c cho PIC 16F877A ......................................................................44 

v


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
-

IC

Integrated Circuit

-

ROM

Read Only Memory

-

ADC

Analog-to-Digital Converters

-

CPU

Cental processing Unit

vi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1:

Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877A (nguồn Microchip)................ 4

Hình 2.2:

Cấu tạo động cơ bước (nguồn internet) ................................................ 9

Hình 2.3:

Sơ đồ hoạt động của động cơ bước (nguồn internet) ......................... 10

Hình 2.4:

Sơ đồ nguyên lý động cơ bước (nguồn internet) ................................ 11

Hình 2.5:

Hình ảnh động cơ bước....................................................................... 12

Hình 2.6:

Giao diện làm việc của CCS ............................................................... 13

Hình 3.1:

Sơ đồ hoạt động của hệ thống............................................................. 16

Hình 4.1:

Sơ đồ hệ thống san phẳng mặt ruộng bằng Laser ............................... 17

Hình 4.2:

Bản vẽ kỹ thuật mô hình máy phát mặt phẳng Laser ......................... 18

Hình 4.3:

Trụ của khung mô hình ....................................................................... 19

Hình 4.4:

Mặt đế khung mô hình ........................................................................ 19

Hình 4.5:

Mặt giữa khung mô hình..................................................................... 20

Hình 4.6:

Thanh gia cố của khung ...................................................................... 20

Hình 4.7:

Cơ cấu chấp hành................................................................................ 21

Hình 4.8:

Bộ truyền đai....................................................................................... 22

Hình 4.9:

Bộ truyền vít me – đai ốc.................................................................... 23

Hình 4.10:

Mô tả bộ phận cảm biến ..................................................................... 25

Hình 4.11:

Chi tiết bộ phận cảm biến ................................................................... 26

Hình 4.12:

Bên trong bộ phận cảm biến ............................................................... 27
vii


Hình 4.13:

Khoảng cách giữa lá đồng và sợi dây kim loại ................................... 28

Hình 4.14

Bố trí bộ phận phát Laser ................................................................... 29

Hình 4.15:

Lược đồ động cơ cấu chấp hành ......................................................... 30

Hình 4.16:

Hệ thống truyền động ......................................................................... 31

Hình 4.17:

Đường đặc trưng của mặt phẳng trung tâm ........................................ 32

Hình 4.18:

Góc dịch chuyển của mặt phẳng trung tâm ........................................ 33

Hình 4.19:

Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn ............................................................. 34

Hình 4.20:

Sơ đồ nguyên lý mạch tích hợp điều khiển và hiển thị ...................... 35

Hình 4.21:

Sơ đồ nguyên lý mạch động lực ......................................................... 36

Hình P1:

Hình ảnh tổng thể mô hình ................................................................. 43

viii


DANH SÁCH CÁC BẢNG

Trang
Bảng 2.1: Chức năng các chân của PIC 16F877A ..................................................... 4

ix


Chương 1
MỞ ĐẦU

1.1.

Đặt vấn đề:
Trong sản xuất nông nghiệp, khâu làm đất là một trong những khâu quan trọng

quyết định đến năng suất và sản lượng sau này. Thông thường người nông dân phải bỏ
ra rất nhiều thời gian cho khâu làm đất. Muốn có sản lượng cao đồng thời tiết kiệm chi
phí sản xuất thì yêu cầu mặt bằng canh tác phải thật bằng phẳng. Phương pháp chủ yếu
của người nông dân để san bằng mặt ruộng hiện nay vẫn là cày bừa. Đây là phương
pháp truyền thống, vừa tốn nhiều thời gian mà kết quả thu được lại thấp, độ chênh lệch
mặt ruộng sau khi cày bừa vẫn còn rất lớn.
Hiện nay tại một số nơi ở nước ta như Bạc Liêu, An Giang, Lâm đồng đang áp
dụng một phương pháp tiên tiến trong việc san phẳng mặt ruộng, đó là phương pháp
san phẳng mặt ruộng điều khiển bằng tia Laser. Hệ thống san phẳng Laser được
nghiên cứu tại Trung tâm Năng lượng và Máy Nông nghiệp (Đại học Nông Lâm
Thành phố Hồ Chí Minh). Phương pháp này sử dụng một tia Laser xoay quanh một
trục thẳng đứng để phát ra một mặt phẳng Laser nằm ngang gần như tuyệt đối. Một bộ
nhận tín hiệu Laser được gắn trên gàu san của máy san phẳng mặt ruộng để nhận tín
hiệu từ mặt phẳng Laser chuẩn này. Từ đó, gàu san của máy san phẳng sẽ được điều
khiển độ cao thấp sao cho nó luôn cách mặt phẳng Laser một khoảng cố định, tạo cho
mặt ruộng một độ bằng phẳng tốt nhất.

1


Phương pháp san phẳng mặt ruộng điều khiển bằng tia Laser là một phương
pháp có hiệu quả và đã được triển khai ở nhiều nơi. Tuy nhiên chi phí để đầu tư cho bộ
phát và nhận Laser khá cao. Vì vậy đây là một vấn đề khó khăn cần được giải quyết.
Để giải quyết vấn đề này em tiến hành nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình
của thiết bị phát mặt phẳng laser. Tuy mô hình được thiết kế vẫn còn rất nhiều hạn chế
nhưng em hi vọng đề tài có thể mở ra một hướng mới để giải quyết vấn đề khó khăn về
kinh phí hiện nay.
1.2.

Mục đích:
Mục đích của đề tài là nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình một thiết bị phát

mặt phẳng laser tự động cân bằng với độ chính xác cao có khả năng ứng dụng trong
thực tế.

2


Chương 2
TỔNG QUAN

2.1.

Sơ lược về vi điều khiển PIC 16F877A

2.1.1. Những thông số đặc trưng của PIC 16F877A

PIC 16F877A là dòng PIC phổ biến nhất hiện nay (đủ mạnh về tính năng, 40
chân, bộ nhớ đủ cho hầu hết các ứng dụng thông thường). Cấu trúc tổng quát của PIC
16F877A như sau:
-

8 K Flash ROM.

-

368 Bytes RAM.

-

256 Bytes EEPROM.

-

5 ports (A, B, C, D, E) vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập.

-

2 bộ định thời 8 bits (Timer 0 và Timer 2).

-

Một bộ định thời 16 bits (Timer 1) có thể hoạt động trong chế độ tiết
kiệm năng lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung Clock ngoài.

-

2 bô CCP( Capture / Compare/ PWM).

-

1 bộ biến đổi AD 10 bits, 8 ngõ vào.

-

2 bộ so sánh tương tự (Compartor).

-

1 bộ định thời giám sát (WatchDog Timer).

-

Một cổng song song 8 bits với các tín hiệu điều khiển.

-

Một cổng nối tiếp.

-

15 nguồn ngắt.

-

Có chế độ tiết kiệm năng lượng.
3

-

Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP(In-Circuit Serial
Programming)

-

Được chế tạo bằng công nghệ CMOS

-

35 tập lệnh có độ dài 14 bits.

-

Tần số hoạt động tối đa 20MHz.

Hình 2.1: Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877A (nguồn Microchip)
2.1.2. Chức năng các chân của PIC 16F877A
Bảng 2.1: Chức năng các chân của PIC 16F877A
Số
chân

Tên chân linh kiện

Chức năng
Bit D3 của cổng giao tiếp song song (Port E).

1

RE3/MCLR/Vpp

Reset CPU.
Cấp nguồn Vdd cho chip ở chế độ lập trình.
Bit D0 của cổng giao tiếp song song (Port A).

2

RA0/AN0/ULPWU/C12N Ngõ vào analog 0 của ADC.
0Ngõ vào điện áp thấp khi đánh thức vi điều khiển.
Ngõ vào so sánh C1 hoặc C2 tiêu cực.
4


Bit D1 của cổng giao tiếp song song (Port A).
3

RA1/AN1/C12IN1-

Ngõ vào analog 1 của ADC.
Ngõ vào so sánh C1 hoặc C2 tiêu cực.
Bit D2 của cổng giao tiếp song song (Port A).

4

Ngõ vào analog 2 của ADC.
RA2/AN2/VREF/CVREF/
Cực điện thế thấp của nguồn điện áp chuẩn cho

C2IN+
ADC (dùng điện chuẩn bên ngoài).
So sánh đầu vào tích cực C2.
Bit D3 của cổng giao tiếp song song (Port A).
Ngõ vào analog 3 của ADC.

5

RA3/AN3/VREF+/C1IN+

Cực điện thế cao của nguồn điện áp chuẩn cho ADC
(dùng điện chuẩn bên ngoài).
Đầu vào so sánh tích cực.
Bit D4 của cổng giao tiếp song song (Port A).

6

RA4/TOCKI/C1OUT

Nguồn cấp xung nhịp từ bên ngoài cho Timer 0.
Ngõ ra bộ so sánh C1.
Bit D5của cổng giao tiếp song song (Port A).

7

RA5/AN4/SS/C2OUT

Ngõ vào analog 4 của ADC.
Chọn tớ (slave) cho cổng nối tiếp bất đồng bộ.
Ngõ ra bộ so sánh C1.

8

RE0/AN5

9

RE1/AN6

10

RE2/AN7

Bit D0 của cổng giao tiếp song song (Port E).
Ngõ vào analog 5của ADC.
Bit D1 của cổng giao tiếp song song (Port E).
Ngõ vào analog 6của ADC.
Bit D2 của cổng giao tiếp song song (Port E).
Ngõ vào analog 7của ADC.
5


11

VDD

Nguồn cung cấp cho vi điều khiển.

12

VSS

Mass nguồn cung cấp.

13

14

RA7/OSC1/CLKIN

RA6/OSC2/CLKOUT

Bit D7 của cổng giao tiếp song song (Port A).
Cấp xung nhịp.
Bit D6 của cổng giao tiếp song song (Port A).
Cấp xung nhịp.
Bit D0 của cổng giao tiếp song song (Port C).

15

RC0/T1OSO/T1CKI

Bộ phát xung nhịp từ Timer 1.
Cấp xung nhịp từ bên ngoài cho Timer 1.
Bit D1 của cổng giao tiếp song song (Port C).

16

RC1/T1OSI/CCP2

Bộ phát xung nhịp từ bên ngoài cho Timer 1.
Bộ bắt giữ ngõ vào 2 hoặc so sánh ngõ ra 2 hoặc
ngõ ra điều rộng xung 2.
Bit D2 của cổng giao tiếp song song (Port C).

17

RC2/P1A/CCP1

Ngõ ra điều khiển động cơ (A).
Bộ bắt giữ ngõ vào 1 hoặc so sánh ngõ ra 1 hoặc
ngõ ra điều rộng xung 1.
Bit D3 của cổng giao tiếp song song (Port C).

18

RC3/SCK/SCL

19

RD0

Bit D0 của cổng giao tiếp song song (Port D).

20

RD1

Bit D1 của cổng giao tiếp song song (Port D).

21

RD2

Bit D2 của cổng giao tiếp song song (Port D).

22

RD3

Bit D3 của cổng giao tiếp song song (Port D).

Xung nhịp ngõ vào hoặc ngõ ra trong chế độ truyền.

Bit D4 của cổng giao tiếp song song (Port C).
23

RC4/SDI/SDA

Đường nhập dữ liệu trong mode SPI hoặc đường
xuất dữ liệu trong mode I2C-.
6


24

RC5/SDO

Bit D5 của cổng giao tiếp song song (Port C).
Đường xuất dữ liệu trong mode SPI.

Bit D6 của cổng giao tiếp song song (Port C).

25

RC6/TX/CK

Đường truyền dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ trong chế
độ truyền bất đồng bộ.
Xung nhịp trong chế độ truyền nối tiếp bất đồng bộ.
Bit D7 của cổng giao tiếp song song (Port C).

26

RC7/RX/DT

Đường nhận dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ trong chế
độ truyền bất đồng bộ.
Đường dữ liệu trong chế độ truyền nối tiếp đồng bộ.

27

RD4

28

RD5/P1B

29

RD6/P1C

Bit D4 của cổng giao tiếp song song (Port D).
Bit D5 của cổng giao tiếp song song (Port D).
Ngõ ra điều khiển động cơ (B).
Bit D6 của cổng giao tiếp song song (Port D).
Ngõ ra điều khiển động cơ (C)
Bit D7 của cổng giao tiếp song song (Port D).

30

RD7/P1D

31

VSS

Nguồn cung cấp cho vi điều khiển.

32

VDD

Mass nguồn cung cấp.

Ngõ ra điều khiển động cơ (D).

Bit D0 của cổng giao tiếp song song (Port B).
33

RB0/AN12/INT

Ngõ vào analog 12 của ADC.
Ngắt ngoài.

34

RB1/AN10/C12IN3-

35

RB2/AN8

Bit D1 của cổng giao tiếp song song (Port B).
Ngõ vào analog 10 của ADC.
Bit D2 của cổng giao tiếp song song (Port B).
Ngõ vào analog 8 của ADC.
7


Bit D3 của cổng giao tiếp song song (Port B).
36

RB3/AN9/PCM/C12IN2-

Ngõ vào analog 9 của ADC.
Chế độ lập trình.
Ngõ vào so sánh C1 hoặc C2 tiêu cực.

37

RB4/AN11

Bit D4 của cổng giao tiếp song song (Port B).
Ngõ vào analog 11 của ADC.
Bit D5 của cổng giao tiếp song song (Port B).

38

RB5/AN13/T1G

Ngõ vào analog 13 của ADC.
Ngõ vào Timer 1.

39

RB6/ICSPCLK

40

RB7/ICSPDAT

Bit D5 của cổng giao tiếp song song (Port B).
Nối tiếp chương trình đồng hồ.
Bit D7 của cổng giao tiếp song song (Port B).
Chuẩn ICSP để xuất nhập dữ liệu.

8


2.2.

Động cơ bước

2.2.1. Sơ lược về động cơ bước
Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý hoạt động và ứng dụng
khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường. Chúng thực chất là một động cơ
đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế
tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rôto có khả năng
cố định rôto vào vị trí cần thiết.
Về cấu tạo, động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai loại động cơ:
động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ.

Hình 2.2: Cấu tạo động cơ bước (nguồn internet)
2.2.2. Hoạt động
Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng
bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học. Chúng làm việc nhờ các bộ
chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số
9


nhất định. Tổng số góc quay của rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như
chiều quay và tốc độ quay của rô to phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển
đổi.

Hình 2.3: Sơ đồ hoạt động của động cơ bước (nguồn internet)

10


Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý động cơ bước (nguồn internet)

2.2.3. Ứng dụng
Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu chấp
hành đặc biệt hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện được chính xác các lệnh đưa ra dưới
dạng số.
Động cơ bước được ứng dụng nhiều trong ngành Cơ điện tử và Tự động hóa,
chúng được ứng dụng trong các thiết bị cần điều khiển chính xác. Ví dụ: điều khiển
robot, điều khiển tiêu cự trong các hệ quang học, điều khiển định vị trong các hệ quan
trắc, điều khiển bắt, bám mục tiêu trong các khí tài quan sát, điều khiển lập trình trong
các thiết bị gia công cắt gọt, điều khiển các cơ cấu lái phương và chiều trong máy
bay…
Trong công nghệ máy tính, động cơ bước được sử dụng cho các loại ổ đĩa cứng,
ổ đĩa mềm, máy in…
2.2.4. Động cơ bước 103G770-2263

11


Hình 2.5: Hình ảnh động cơ bước
Động cơ bước 103G779-2263 sử dụng trong mô hình của đề tài là loại động cơ
bức thông dụng, do hãng SANYO-DENKI Nhật Bản sản xuất.
Những thông số đặc trưng

2.3.

-

Điện áp danh định: 2.8 V

-

Dòng điện danh định: 2 A

-

Góc bước: 1.8 DEG

Giới thiệu phần mềm lập trình vi điều khiển CCS
CCS là trình biên dịch lập trình ngôn ngữ C cho Vi điều khiển PIC của hãng

Microchip. Chương trình là sự tích hợp của 3 trình biên dịch riêng biệt cho 3 dòng PIC
khác nhau là:
-

PCB cho dòng PIC 12-bit opcodes

-

PCM cho dòng PIC 14-bit opcodes

-

PCH cho dòng PIC 16 va 18-bit
Tất cả 3 trình biên dịch này được tích hợp lại vào trong một chương trình bao

gồm cả trình soạn thảo và biên dịch là CCS,
Giống như nhiều trình biên dịch C khác cho PIC, CCS giúp cho người sử dụng
nắm bắt nhanh được vi điều khiển PIC và sử dụng PIC trong các dự án. Các chương
12

trình điều khiển sẽ được thực hiện nhanh chóng và đạt hiệu quả cao thông qua việc sử
dụng ngôn ngữ lập trình cao cấp C.

Hình 2.6: Giao diện làm việc của CCS

13


Chương 3
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1.

Nội dung đề tài
Tên gọi của đề tài đã nói lên được nội dung của đề tài này. Đây là đề tài nghiên

cứu và thiết kế bộ phận cân bằng máy phát mặt phẳng Laser. Nghiên cứu phương pháp
cân bằng mặt phẳng, tạo ra mô hình một máy phát mặt phẳng Laser nằm ngang tự
động cân bằng có độ chính xác và khả năng ứng dụng cao.
Mô hình là sự kết hợp của phần cứng, mạch điện và chương trình điều khiển.
3.1.1. Phần cứng
- Khung sườn được lắp ghép từ các thanh nhựa và các tấm nhựa, đảm bảo sự
chắc chắn của mô hình.
- Cơ cấu chấp hành: gồm có 2 động cơ bước dẫn động cho hai bộ truyền vít me –
đai ốc thông qua hai bộ truyền đai. Các đai ốc của 2 bộ truyền vít me – đai ốc liên kết
với mặt phẳng trung tâm bằng các khớp cầu.
- Bộ phận cảm biến được thiết kế và chế tạo đặc biệt có thể nhận ra sự chênh lệch
của mặt phẳng trung tâm với mặt phẳng nằm ngang.
- Bộ phận phát tía Laser gồm 1 động cơ DC và một đầu phát tia Laser gắn vuông
góc lên trục động cơ.
3.1.2. Mạch điện

Mạch điện của hệ thống bao gồm các thành phần sau:
-

Pin 6V chứa năng lượng cung cấp cho thiết bị hoạt động.
14


-

Mạch nguồn: chuyển điện áp 6V về điện áp 5V dùng cho các mạch vi điều
khiển và động lực.

-

Mạch điều khiển: là mạch chứa vi điều khiển PIC 16F877A, thu nhận tín
hiệu từ bộ phận cảm biến và xuất tín hiệu điều khiển đến mạch động lực
để điều khiển cơ cấu chấp hành.

-

Mạch động lực: nhận tín hiệu từ mạch điều khiển để chạy các động cơ.

-

Mạch hiển thị: gồm các led hiển thị cho biết trạng thái hoạt động của hệ
thống.

3.1.3. Chương trình điều khiển
Chương trình điều khiển là chương trình lập trình cho vi điều khiển PIC
16F877A để điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống. Chương trình được viết bằng

ngôn ngữ C sau đó chuyển qua ngôn ngữ máy và nộp vào chíp vi điều khiển.
3.2.

Phương pháp nghiên cứu

3.2.1. Cơ sở lý thuyết
- Tìm hiểu chíp vi điều khiển PIC 16F877A.
- Tìm hiểu hoạt động của động cơ bước và cách sử dụng.
- Nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết về hình học không gian.
- Vận dụng các kiến thức đã học về điện tử, cơ khí và lập trình.
3.2.2. Nghiên cứu thực tế
- Tìm hiểu hoạt động của các thiết bị phát mặt phẳng Laser thực tế như các máy
phát HV101, HV401 của hảng Trimble.
- Nghiên cứu các loại cảm biến độ cân bằng như các thước thủy chuẩn, các chíp
cảm biến góc nghiêng.
3.2.3. Bố trí phần cứng
- Thiết bị gồm một cảm biến được đặt ở trung tâm để cảm nhận sự không thăng
bằng của mặt phẳng chứa tia Laser. Hai động cơ bước được điều khiển để quay hai vít
15