KHẢO SÁT CARD GIAO TIẾP VÀ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ VÀ TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM LABVIEW

KHẢO SÁT CARD GIAO TIẾP VÀ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH
ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ VÀ TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM
LABVIEW

Tác giả

HUỲNH THANH PHONG

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

Giáo viên hướng dẫn:
Ths. NGUYỄN LÊ TƯỜNG

Tháng 7 năm 2010
1


Cảm tạ
Sinh viên thực hiện xin bày tỏ lòng biết ơn đến cô Th.S. Nguyễn Lê Tường, trên
cương vị là người hướng dẫn chính của đề tài, đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ trong
suốt quá trình thực hiện luận văn.
Sinh viên thực hiện cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô trong trường Đại
học Nông Lâm T.p.HCM, đặc biệt là quí thầy, cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã tận tình
dạy dỗ và truyền thụ những kinh nghiệm quí báu trong suốt thời gian qua.
Cuối cùng sinh viên thực hiện xin chân thành cảm ơn sự đóng góp ý kiến của tất cả
sinh viên trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Xin trân trọng
Huỳnh Thanh Phong

2

TÓM TẮT
Giới thiệu đề tài :
Đề tài “ Khảo sát card giao tiếp và nghiên cứu , thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển
vị trí và tốc độ động cơ, ứng dụng phần mềm LabVIEW”.
Đồ án đã thực hiện các nội dung sau :
- Giới thiệu tổng quan về phần mềm LabVIEW.
- Khảo sát card thu thập dữ liệu đa năng USB – 9001.
- Thiết kế và thi công bộ kit sử dụng card USB – 9001 điều khiển động cơ DC
Servo thông qua phần mềm LabVIEW.
Mục đích đồ án
- Có kiến thức cơ bản về lập trình LabVIEW, về cách thức giao tiếp với các
thiết bị qua các chuẩn giao tiếp thông dụng.
- Tạo một mô hình điều khiển vị trí và tốc độ động cơ có thể ứng dụng vào
thực tập.
- Tạo một tài liệu tiếng Việt về cách thức lập trình, giao tiếp của ngôn ngữ lập
trình LabVIEW cho người mới bắt đầu.
- Tạo một thư viện bài tập ứng dụng cơ bản về lập trình, giao tiếp LabVIEW.

3


MỤC LỤC
1
2

Chương 1
Chương 2
2.1
Khảo sát phần mềm LabVIEW

2.1.1
Tổng quan về LabVIEW
2.1.2
Cách thức làm việc của LabVIEW
2.1.3
Các phương thức giao tiếp trong LabVIEW với các thiết bị
2.1.4
Khảo sát một số card giao tiếp máy tính
2.2
Động cơ Servo DC
2.3
Encoder
2.4
Truyền động vitme
2.5
Phương pháp điều khiển động cơ
2.5.1
PWM
2.5.2
Nguyên lý của PWM
2.5.3
Các cách để tạo ra được PWM để điều khiển
2.5.4
PWM trong điều khiển động cơ và trong các bộ biến đổi xung áp
3 Chương 3
3.1
Nội dung đề tài
3.2
Một số lý thuyết ứng dụng trong thiết kế
3.3

Cơ sở thiết kế mô hình
3.3.1
Card thu thập dữ liệu USB – 9001
3.3.2
Mạch công suất – Mạch cầu H
3.3.3
Động cơ và Encoder
3.3.4
Bộ truyền động
3.3.5
Phương pháp giao tiếp với card
3.4
Phương pháp lập trình LabVIEW
3.5
Bảng quy đổi giữa giá trị xung với tốc độ và vị trí
3.6
Phương pháp điều khiển
4 Chương 4
4.1
Sơ đồ khối của mô hình
4.2
Kết quả thiết kế, thi công
4.2.1
Mạch công suất :
4.3
Giải thuật điều khiển
4.4
Thiết kế phần mềm điều khiển
4.5
Kết quả khảo nghiệm

5 Chương 5

4

7
8
8
8
9
10
16
17
18
20
21
21
22
24
26
29
29
29
29
30
39
39
40
40
41
44

44
46
46
47
47
50
53
55
58


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình

Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình

1 - Icon LabVIEW
2 - Sơ đồ chân cổng LPT
3 - Đường dẫn đến hộp Port I/O
4 - Outport
5 – Inport
6 - Bitread _to_ dsub
7 - Đường dẫn tới hộp VISA
8 - Địa chỉ xác định cổng giao tiếp cho Vis VISA
9 - Hình dạng cổng COM
10 - Truyền thông không đồng bộ
11 - VISA Confiure Serial Port.vi
12 - VISA Write.vi
13 - VISA Read.vi
14 - Card USB – 6008
15 - Card NI PCI7356
16 - Động cơ DC servo
17 - Encoder tương đối
18 - Sơ đồ thu phát hồng ngoại và bố trí các cặp thu phát trong Encoder
19 - Giản đồ xung trong Encoder tương đối
20 - Hình dáng bên ngoài của Encoder
21 - Mạch ngõ ra của Encoder
22 - Bộ truyền vitme - đai ốc bi
23 - Giản đồ xung
24 - Mạch nguyên lý van đóng ngắt dùng Mosfet
25 - Sơ đồ xung của van điều khiển và đầu ra
26 - Tạo xung bằng phương pháp so sánh
27 - Tạo xung bằng IC 555
28 - Mạch điều khiển động cơ
29 - Nguyên lý mạch Boot
30 - Card USB 9001

31 - Sơ đồ chân của Card
32 - Hướng dẫn lập trình 1
33 - Hướng dẫn lập trình 2
34- Mạch điều khiển động có servo dùng PWM1 có encoder phản hồi tốc độ
35 - Mạch đo nhiệt độ dùng ADC4 và điều khiển tốc độ động cơ dùng PWM1
36 - Mạch điều khiển relay dùng ngõ ra SW2
37 - Động cơ DC servo sử dụng
38 - Phương pháp lập trình LabVIEW 1
39 - Phương pháp lập trình LabVIEW 2
40 - Phương pháp lập trình LabVIEW 3
41 - Phương pháp lập trình LabVIEW 4
42 - Phương pháp lập trình LabVIEW 5
43 - Phương pháp lập trình LabVIEW 6
44 - Sơ đồ khối của mô hình
45 - Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H
46 - Điều khiển theo chiều thuận
47 - Điều khiển theo chiều nghịch

5

8
10
11
11
12
12
13
13
14
14

15
15
15
16
17
18
19
19
19
20
20
21
22
23
23
25
26
27
27
30
35
36
37
38
38
39
40
41
41
42

42
43
43
46
47
48
49


Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình

48 - Mạch thi công
49 - Mô hình truyền động
50 - Mô hình hoàn thiện
51 - Lưu đồ giải thuật điều khiển vị trí động cơ
52 - Lưu đồ giải thuật điều khiển tốc độ động cơ
53 - Giao diện chương trình điều khiển tốc độ động cơ
54 - Giao diện chương trình điều khiển vị trí động cơ
55 - Hình mô phỏng vận tốc 1

56 - Hình mô phỏng vận tốc 2
57 - Đồ thị biểu diễn vị trí
58 - Đồ thị biểu diễn vận tốc
59 - Chương trình tính vận tốc

DANH SÁCH CÁC BẢNG

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

6

49
50
50
51
52
53
54
54
55
56
57
60


1 Chương 1
MỞ ĐẦU
Trên con đường hội nhập và phát triển, đất nước ta đang chuyển mình theo sự phát
triển của thế giới, bằng nền sản xuất đa dạng và đầy tiềm năng. Nền sản xuất này
không chỉ đòi hỏi một lực lượng lao động khổng lồ, mà còn yêu cầu về trình độ, chất

lượng tay nghề, kĩ thuật lao động và thiết bị sản xuất. Trên đà phát triển đó, vấn đề tự
động hóa trong quá trình sản xuất, nghiên cứu trở thành một nhu cầu cần thiết.
Thoạt đầu, vấn đề tự động hóa được thực hiện riêng lẻ từ cơ khí hóa đến các mạch
điện tử. Ngày nay với sự xuất hiện của các chip xử lý và máy tính, cùng với việc sử
dụng rộng rãi của nó đã đẩy vấn đề tự động hóa lên một bước cao hơn. Cũng như tầm
quan trọng và những thành tựu đã đạt được trong thời gian qua đã khiến chúng ta có
một cái nhìn mới và ngày càng chú trọng hơn đối với vấn đề tự động hóa…Bên cạnh
đó, việc ứng dụng máy vi tính vào kĩ thuật đo lường và điều khiển đã đem lại những
kết quả đầy tính ưu việt. Các thiết bị, hệ thống đo lường và điều khiển ghép nối với
máy vi tính có độ chính xác cao, thời gian thu thập số liệu ngắn. Ngoài ra, máy tính
còn có phần giao diện màn hình rất tiện lợi cho người sử dụng trong việc giám sát và
điều khiển. Một trong những yếu tố rất quan trọng khi dùng máy tính để điều khiển và
thông tin liên lạc với nhau đó là vấn đề truyền dữ liệu và độ tin cậy. Do đó, trong
phạm vi hiểu biết của mình, em đã tìm hiểu và thực hiện đề tài: “ Khảo sát card giao
tiếp và thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển vị trí và tốc độ động cơ ứng dụng phần
mềm LabVIEW”.

7


2 Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Khảo sát phần mềm LabVIEW
2.1.1 Tổng quan về LabVIEW
LabVIEW là một công cụ phần mềm hàng đầu công nghiệp trong việc phát triển các
hệ thống thiết kế, điều khiển và kiểm tra. Kể từ khi ra đời năm 1986, các kĩ sư và nhà
khoa học trên toàn thế giới đã tin cậy vào NI LabVIEW nhờ chất lượng ngày càng cao,
hiệu quả sản xuất lớn hơn.
LABVIEW (Laboratory Vitual Instrument Engineering Workbench) là một chương
trình phát triển ứng dụng tương tự như các chương trình C hay Basic hay Lab

Windows của hãng National Instrument. Tuy nhiên LabVIEW khác các chương trình
khác ở một điểm quan trọng: trong khi C hay Assembler sử dụng ngôn ngữ lập trình
dạng văn bản để tạo ra các đoạn mã thì LabVIEW sử dụng ngôn ngữ lập trình đồ họa
(ngôn ngữ lập trình G) thông qua các biểu tượng để tạo ra mã điều khiển chứa trong
Block Diagram.

Hình 1 - Icon LabVIEW

LabVIEW có những thư viện mở rộng về hàm và chương trình con dùng để lập trình
trong các hệ điều hành Windows, Macintosh, và Sun. Ngoài ra, LabVIEW cũng có
những thư viện ứng dụng riêng cho việc nhận dữ liệu và thiết bị điều khiển theo chuẩn
VXI, các thư viện ứng dụng riêng theo chuẩn GPIB và thiết bị điều khiển nối tiếp,
phân tích, trình bày và lưu trữ dữ liệu.

8


Chương trình LabVIEW được gọi là các thiết bị ảo (VI: Virtual Instruments) vì giao
diện và cách thức hoạt động của nó tương tự như thiết bị thật. Các VI có giao diện với
người sử dụng và một mã nguồn tương đương tiếp nhận các thông số từ VI cao hơn.
VI có ba đặc trưng sau:
+ VI chứa một giao diện với người sử dụng được gọi là mặt máy (font panel) vì nó mô
phỏng mặt trước của một dụng cụ vật lý. Mặt máy có thể bao gồm núm nhấn, biểu đồ,
núm điều khiển và các bộ chỉ thị khác. Ta đưa số liệu vào bằng các sử dụng bàn phím
và chuột và sau đó quan sát kết quả trên màn hình của máy tính.
+ VI tiếp nhận lệnh từ một sơ đồ khối (Block Diagram), mà ta tạo nên bằng G. Sơ đồ
khối này cung cấp một giải pháp đồ họa cho một vấn đề lập trình. Sơ đồ khối chứa mã
nguồn của VI.
+ VI sử dụng cấu trúc môđun và phân cấp. Ta có thể sử dụng chúng như các chương
trình bậc cao hoặc như các chương trình con bên trong chương trình khác hoặc chương

trình con khác. Một VI trong một VI khác được gọi là VI con (SubVI). Biểu tượng và
cửa sổ nối của VI làm việc giống như liệt kê thông số đồ họa sao cho các VI khác có
thể truyền số liệu tới nó như một subVI.
+ LabVIEW được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, trường đại học và các viện
nghiên cứu trên thế giới như một phần mềm chuẩn để thu nhận dữ liệu và điều khiển
thiết bị. LabVIEW đã được sử dụng rộng rãi từ năm 1993 trong viện nghiên cứu không
gian, y học, trong nghiên cứu vật lý năng lượng cao, v.v … LabVIEW có thể biến một
máy tính PC thành một dụng cụ ảo dùng cho bất kỳ phép đo và kiểm tra nào. Có ba
thành phần quan trọng liên quan đến ứng dụng đo và thử nghiệm đó là: Thu nhận dữ
liệu, phân tích và quan sát số liệu.
2.1.2 Cách thức làm việc của LabVIEW
LabVIEW chứa đựng đầy đủ các thư viện hàm và thủ tục phục vụ cho công cụ lập
trình. Ngoài ra, LabVIEW còn cung cấp các thư viện cho những ứng dụng cụ thể như
thu thập, phân tích, hiển thị và lưu trữ dữ liệu, điều khiển thiết bị theo chuẩn nối tiếp

9


hay GPIB. Ta có thể đặt điểm ngừng, thi hành chương trình động và chạy từng bước
suốt chương trình để gỡ rối.
Khả năng mềm dẻo của LabVIEW còn cho phép ta tạo ra các ứng dụng riêng, cung
cấp phương thức nhanh chóng để điều khiển thiết bị, thu dữ liệu và điều khiển hệ
thống. Nó còn hỗ trợ cho việc kết nối các ứng dụng của Internet thông qua LabVIEW
web server và các chuẩn phần mềm như mạng TCP/IP và active X.
Chương trình LabVIEW cung cấp cho người sử dụng các chức năng về điều khiển, khả
năng giao diện đồ hoạ và các hàm chức năng.
2.1.3 Các phương thức giao tiếp trong LabVIEW với các thiết bị
LabVIEW có thể giao tiếp với hầu hết các chuẩn giao thức truyền thông trong công
nghiệp: Ethernet, Can, DeviceNet, USB, IEEE 1394, RS 232, GPIB, RS 485…
2.1.3.1 Giao tiếp cổng song song ( LPT )

Hình 2 - Sơ đồ chân cổng LPT

10


2.1.3.1.1 Giao tiếp Labview qua cổng LPT
a. Sử dụng các Vis trong port I/O
Khi giao tiếp Labview với cổng LPT ta sử dụng những Vis có sẵn trong
Labview: OutPort, Inport….
Để lấy các SubVI này là lấy theo đường dẫn FunctionsÆConnectivityÆPort I/O

Hình 3 - Đường dẫn đến hộp Port I/O
- Out Port: Để ghi một tín hiệu nguyên từ cổng địa chỉ vào/ra 16 bits. Vis này chỉ
chấp nhận 16 bits.

Hình 4 - Outport
+ Đường địa chỉ (Address): Chỉ rõ địa chỉ mà ta muốn ghi một tín hiệu 8
bits nguyên.
+ Đường viết giá trị: Viết giá trị byte vào địa chỉ đã chỉ rõ.
+ Đường vão lỗi (Erorr in): Miêu tả những lỗi xuất hiện trước Vis Out Port
này hoặc các hàm đang chạy. Nếu một lỗi xuất hiện trước VI này hay hàm
thực thi thì truyền giá trị lỗi đó qua đường lỗi ra (Erorr Out), còn nếu không
có lỗi trước VI này và các hàm thực thi thì chúng vẫn chạy bình thường. Để
miêu tả trạng thái lỗi trong đường lỗi vào: có 3 ô để miêu tả.

11


+ Status: Sẽ ở trạng thái True mới xuất hiện 1 lỗi. Và mặc đinh mang giá trị

False.
+ Code: Là lỗi hay cảnh báo về mã (Code). Mặc đinh mang giá trị 0, nếu ở
trạng thái (Status) có giá trị True thì ô code này sẽ không mang giá trị 0 nữa.
+ Source: Chỉ rõ vị trí của lỗi hay cảnh báo khi chúng xuất hiện. Ô này miêu
tả bằng các chuỗi mặc định là không có chuỗi.
+ Đường lỗi ra (Error Out): Bao gồm các thông tin lỗi. Nếu Erorr In chỉ ra
có lỗi thì ở đường này sẽ miêu tả trạng thái lỗi sinh ra. Ở đường lỗi ra cũng
có 3 ô thông tin: Status, Code, Source.
- Inport: Để đọc tín hiệu nguyên từ cổng địa chỉ vào/ra 16 bit. Và VI này cũng chỉ
chấp nhận những địa chỉ 16 bit.

 

Hình 5 – Inport
VI này cũng có 4 đường: Địa chỉ, đọc dữ liệu, lỗi vào, lỗi ra.
+ Đường địa chỉ: Chỉ rõ địa chỉ ta muốn đọc tín hiệu 8 bit nguyên.
+ Đường đọc dữ liệu: Đọc dữ liệu 1 byte từ địa chỉ.
Đường lỗi vào và đường lỗi ra: Có tính chất tương tự như ở Vis Inport.
- 32 Bitriad_to_Dsub:

 

Hình 6 - Bitread _to_ dsub
Sub VI này chấp nhận một dữ liệu Word kép. Mô phỏng như một cổng song song.
b. Sử dụng các Vis trong hộp VISA
Ngoài cách sử dụng các khối trong hộp Port I/O. Ta có thể giao tiếp với các
cổng song song bằng các khối Vis trong hộp VISA trong đó các khối Vis VISA
có các chức năng cụ thể: Write VISA, read VISA, clear VISA…

12

Để lấy các khối VISA ra sử dụng ta lấy theo đường dẫn:
FunctionsÆInstrument I/OÆVISA

 

Hình 7 - Đường dẫn tới hộp VISA
Để lấy các khối VISA có thể truyền và nhận dữ liệu từ cổng LPT ta phải gán
địa chỉ của cổng LPT cho khối.

Hình 8 - Địa chỉ xác định cổng giao tiếp cho Vis VISA
Từ hình vẽ trên ta thấy các khối VISA hoàn toàn có thể giao tiếp với cổng
nối tiếp. Và ta sẽ tìm hiểu rõ hơn về các khối VISA này trong phần giao tiếp với
cổng nối tiếp.

2.1.3.2 Truyền thông nối tiếp
2.1.3.2.1 Giới thiệu cổng truyền thông nối tiếp ( COM )
a. Cấu tạo và thành phần các chân cổng COM
Trên máy tính thường có 2 loại cổng COM, loại cổng 9 chân và 25 chân, bảng
dưới đây chỉ ra tất cả các đường dẫn được nối với các chân trên đầu nối 25 chân
và 9 chân.

13


Hình 9 - Hình dạng cổng COM
Việc trao đổi dữ liệu qua cổng nối tiếp trong các trường hợp thông thường đều qua
đường dẫn truyền nối tiếp TxD và đường dẫn nhận nối tiếp RxD. Tất cả các đường dẫn
còn lại có chức năng phụ trợ khi thiết lập và điều khiển cuộc truyền dữ liệu. Các

đường dẫn này gọi là các đường dẫn bắt tay bới vì chúng được sử dụng theo phương
pháp “ ký nhận” giữa các thiết bị. Ưu điểm đặc biệt của đường dẫn bắt tay là trạng thái
của chúng có thể đặt hoặc điều khiển trực tiếp.
b.Chuẩn RS-232
Chuẩn RS-232 sử dụng phương thức truyền bất đồng bộ từng bit một. Theo một khuôn
mẫu dữ liệu với các bit bắt đầu và bit dừng. Ta thấy rõ là tại một thời điểm chỉ có một
kí tự được truyền và có khoảng thời gian phân cách giữa chúng. Khoảng thời gian trì
hoản này thực chất là khoảng thời gian hoạt động không hiệu quả và được đặt ở mức
logic cao (-12). Bộ truyền gửi 1 bit bắt đầu để thông báo cho bộ phận nhận biết một kí
tự sẽ được gửi đến trong lần chuyền bit tiếp theo. Bit bắt đầu này luôn ở mức 0. Tiếp
theo 5,6 hay 7 bit dữ liệu được gửi dưới dạng kí tự mã ASCII, rồi đến là một bit chẳn
lẻ và cuối cùng 1 hoặc 2 bit dừng. Khoảng thời gian phân cách của một bit đơn quy
định tốc độ truyền. Cả bộ truyền lẫn bộ nhận đều phải được đặt ở một khoảng thời
gian.

Hình 10 - Truyền thông không đồng bộ
c.Giao tiếp LabVIEW qua truyền thông nối tiếp

14


Để giao tiếp LabVIEW với các thiết bị qua chuẩn nối tiếp RS- 232, như đã đề cập ở
phần giao tiếp qua cổng LPT, đó là ta sử dụng các khối VISA trong hộp Serial.
Trong đó có ba khối SubVI cơ bản và quan trọng: VISA Configure Serial Port.vi,
VISA Write.vi và Read.vi.

 

Hình 11 - VISA Confiure Serial Port.vi
Đường dẫn: Funtions > Instrument I/O > Serial > Configure Port

Chức năng: Khởi tạo cổng nối tiếp thực hiện giao tiếp với COM 1 hay COM 2… Thiết
lập các thông số cho cổng COM như bit dữ liệu, start bit, stop bit, bit chẵn lẽ…

Hình 12 - VISA Write.vi
Đường dẫn: Funtions > Instrument I/O > Serial > Write
Chức năng: Ghi kí tự từ Write buffer tới thiết bị đã được chỉ định ở VISA resource
name, và đưa ra số bytes truyền qua đường return count.

Hình 13 - VISA Read.vi
Đường dẫn: Funtions > Instrument I/O > Serial > Read
Chức năng: Đọc số byte từ thiết bị và trả về giá trị dữ liệu đọc được về read buffer.
Ngoài 3 khối VISA cơ bản trên thì trong hộp Serial còn có các khối VISA SubVI với
các nhiệm vụ khác nhau trong một ứng dụng truyền thông nối tiếp: VISA Close.vi,
VISA Serial break.vi…

15


2.1.4 Khảo sát một số card giao tiếp máy tính
2.1.4.1 Card thu thập dữ liệu đa năng USB – 6008
Card USB – 6008 là một trong nhiều thiết bị DAQ do hãng National Instruments phát
triển. Và ngôn ngữ lập trình LabVIEW cũng ra đời nhằm mục đích hỗ trợ cho các thiết
bị này trong việc ứng dụng vào thu nhận, xử lý và điều khiển tín hiệu.
Trong LabVIEW có sẵn một hộp chứa các Vis DAQmx Base chuyên dụng với các
chức năng, nhiệm vụ đa dạng nhằm hỗ trợ cho các thiết bị trong quá trình đo lường và
điều khiển.

Hình 14 - Card USB – 6008
- Bạn cần đo tín hiệu analog như tín hiệu điện áp của bất kỳ cảm biến nào ví dụ: Cảm
biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, áp suất... NI 6008 cho phép bạn thực hiện nhu cầu trên

với các tính năng và ưu điểm sau:
- Dễ dàng thực hiện việc giao tiếp mới máy tính qua cổng USB với chu kỳ lấy mẫu
nhanh, độ chính xác cao.
- Tự động xuất ra các bản đồ, cung cấp và hỗ trợ đầy đủ các công cụ phân tích, hiển thị
và truy xuất dữ liệu thu được bằng việc sử dụng ngôn ngữ LabVIEW.
- Thực hiện các thí nghiệm trong trường học, công ty hoặc gia đình.
- Có thể dùng với hệ điều hành Window, Linux hoặc Mac.

16


2.1.4.2 Card NI PCI7356
Card NI PCI do Hoa kỳ sản xuất được sử dụng trong các robot công nghiệp tại các
nước phát triển Nhật, Hàn, Hoa kỳ, Đức. Card có thể điều khiển trong các hệ thống
yêu cầu độ chính xác đạt Micromet.

Hình 15 - Card NI PCI7356
Tính năng
•

Điều khiển 8 động cơ cùng lúc

•

Hỗ trợ động 8 encoder cùng lúc

Ứng dụng
•

Robotics

•

Công nghiệp

•

Ô tô

•

Y học

•

Khoa học vũ trụ

2.2 Động cơ Servo DC
Động cơ servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu ra của
động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay vận tốc và vị trí sẽ được
hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bất kì lí do nào ngăn cản chuyển động quay
17


của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn.
Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác.
Động cơ servo có nhiều kiểu dáng và kích thước, được sử dụng trong nhiều máy
khác nhau như động cơ servo DC, động cơ servo AC…
Động cơ servo DC là loại động cơ servo dùng điện một chiều có cấu tạo như hình
bên dưới, phía sau trục động cơ có gắn encoder (bộ mã hóa quang ) để đo góc quay và

số vòng quay của trục động cơ. Động cơ này có thể có tỉ số mômen kéo và quán tính
cao, điều này cho phép nó tăng tốc độ nhanh.

Hình 16 - Động cơ DC servo
2.3 Encoder
Encoder có cấu tạo gồm một đĩa có khắc vạch hoặc được đục lỗ, đặt giữa nguồn
sáng và transistor quang. Encoder có 2 loại: Encoder tương đối và encoder tuyệt
đối. Ở đây ta chỉ xét encoder tương đối.
Encoder tương đối:
Encoder tương đối có cấu tạo gồm một đĩa mã trên đó có đục lỗ như hình
bên dưới.

18


Hình 17 - Encoder tương đối
Bộ thu phát hồng ngoại có cấu tạo gồm ba cặp thu phát hồng ngoại bố trí
như hình 3.6.

Hình 18 - Sơ đồ thu phát hồng ngoại và bố trí các cặp thu phát trong Encoder
Hai cặp thu phát A, B được bố trí sao cho trục tia sáng nằm trên đường tròn
qua tâm lỗ nhưng lệch nhau, khi trục tia sáng của cặp A đi qua tâm của một lỗ
trống thì trục tia sáng cặp B sẽ chiếu qua biên của lỗ trống. Cặp Z được bố trí có
trục tia sáng đi chỉ qua lỗ trống lớn mà không qua các lỗ trống còn lại. Khi đĩa mã
quay được một vòng thì phototransistor Z sẽ phát ra một xung. Giản đồ xung của
Encoder tương đối như hình 3.7.

Hình 19 - Giản đồ xung trong Encoder tương đối

19

Dựa vào sự thứ tự xuất hiện của các xung ta có thể xác định được chiều
quay của Encoder.

Hình 20 - Hình dáng bên ngoài của Encoder
Độ phân giải của Encoder tùy thuộc vào lỗ trống (vạch sáng tối) trên đĩa
mã. Thường thì đĩa mã có lỗ trống là:100, 200, 500,1000. Nếu gọi lỗ trống trên đĩa
mã (Số xung phát ra ) là n thì độ phân giải của Encoder là s:

Mạch kết nối bên ngoài của encoder:

Hình 21 - Mạch ngõ ra của Encoder

2.4 Truyền động vitme
Truyền động vitme – đai ốc được dùng để đổi chuyển động quay thành chuyển động
tịnh tiến.
Vitme đai ốc bi là loại vit me và đai ốc là tiếp xúc lăn. Vì vậy vitme bi có ma sát nhỏ
và hoạt động êm nên được dùng trong máy có độ chính xác cao như CNC.

20


Hình 22 - Bộ truyền vitme - đai ốc bi
Ưu điểm :
-Mất mát do ma sát nhỏ,hiệu suất của bộ truyền lớn gần 0,9
- Đảm bảo chuyển động ổn định vì lực ma sát hầu như không phụ thuộc vào tốc độ.
-Có thể loại trừ khe hở và sức căng ban đầu nên đảm bảo độ cứng vững dọc trục cao
- Đảm bảo độ chính xác làm việc lâu dài.
Nhược điểm :

Nhược điểm của vít me bi là khả năng chịu tải kém hơn so với vít me thường (do đặc
điểm cấu tạo..) Ngoài ra do cần độ chính xác rất cao nên chế tạo khó khăn và giá thành
đắt.
2.5 Phương pháp điều khiển động cơ
Trong thực tế có rất nhiều phương pháp để điều khiển động cơ có thể kể ra đây như :
9 Điều khiển theo chế độ ON / OFF.
9 Điều khiển bằng phương pháp PWM.
9 Điều khiển theo thuật toán PID.
9 Điều khiển Fuzzy logic.
Trong phạm vi đề tài này em chỉ đề cập đến phương pháp điều chế độ rộng xung
PWM.
2.5.1 PWM
Trước khi tìm hiểu sâu chúng ta hãy tìm hiểu định nghĩa của PWM là gì. Như vậy
phương pháp điều chế PWM có tên tiếng anh là Pulse Width Modulation là phương
pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự

21


thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đếm sự thay đổi điện áp ra. Các PWM khi
biến đổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sườn dương hay hoặc là
sườn âm.

Hình 23 - Giản đồ xung
2.5.2 Nguyên lý của PWM
Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn tới tải và một
cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt. Phần tử thực hiện nhiệm vụ đó
trong mạch các van bán dẫn.
Xét hoạt động đóng ngắt của một van bán dẫn. Dùng van đóng ngắt bằng
Mosfet.

22


Hình 24 - Mạch nguyên lý van đóng ngắt dùng Mosfet

Hình 25 - Sơ đồ xung của van điều khiển và đầu ra
Trên là mạch nguyên lý điều khiển tải bằng PWM và giản đồ xung của chân
điều khiển và dạng điện áp đầu ra khi dùng PWM.
Nguyên lý : Trong khoảng thời gian 0 - to ta cho van G mở toàn bộ điện áp
nguồn Ud được đưa ra tải. Còn trong khoảng thời gian to - T cho van G khóa, cắt
nguồn cung cấp cho tải. Vì vậy với to thay đổi từ 0 cho đến T ta sẽ cung cấp toàn bộ ,
một phần hay khóa hoàn toàn điện áp cung cấp cho tải.
Công thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải :
Gọi t1 là thời gian xung ở sườn dương ( khóa mở ) còn T là thời gian của cả sườn âm
và dương, Umax là điện áp nguồn cung cấp cho tải.

23


==> Ud = Umax.( t1/T) (V)
hay Ud = Umax.D
với D = t1/T là hệ số điều chỉnh và được tính bằng % tức là PWM
Như vậy ta nhìn trên hình đồ thị dạng điều chế xung thì ta có : Điện áp trung bình trên
tải sẽ là :
+ Ud = 12.20% = 2.4V ( với D = 20%)
+ Ud = 12.40% = 4.8V (Vói D = 40%)
+ Ud = 12.90% = 10.8V (Với D = 90%)
2.5.3 Các cách để tạo ra được PWM để điều khiển
Để tạo được ra PWM thì hiện nay có hai cách thông dụng : Bằng phần cứng và

bằng phần mềm. Trong phần cứng có thể tạo bằng phương pháp so sánh hay là từ trực
tiếp từ các IC dao động tạo xung vuông như : 555, LM556...Trong phần mềm được tạo
bằng các chip có thể lập trình được. Tạo bằng phần mền thì độ chính xác cao hơn là
tạo bằng phần cứng. Nên người ta hay sử dụng phần mềm để tạo PWM
2.5.3.1 Tạo bằng phương pháp so sánh
Để tạo được bằng phương pháp so sánh thì cần 2 điều kiện sau đây :
+ Tín hiệu răng cưa : Xác định tần số của PWM
+ Tín hiệu tựa là tín hiệu xác định mức công suất điều chế (Tín hiệu DC)
Xét sơ đồ mạch sau :

24


Hình 26 - Tạo xung bằng phương pháp so sánh

Chúng ta sử dụng một bộ so sánh điện áp 2 đầu vào là 1 xung răng cưa (Saw) và 1 tín
hiệu 1 chiều (Ref)
+ Khi Saw > Ref thì cho ra điện áp là 0V
+ Khi Saw < Ref thì cho ra điện áp là Urmax
Và cứ như vậy mỗi khi chúng ta thay đổi Ref thì Output lại có chuỗi xung độ rộng D
thay đổi với tần số xung vuông Output = tần số xung răng cưa Saw.
2.5.3.2 Tạo bằng phương pháp dùng IC dao động
Như chúng ta đã bít thì có rất nhiều IC có thể tạo được trực tiếp ra xung vuông
mà không cần phải tạo tín hiệu tam giác làm gì vì trong đó nó đã tích hợp sẵn hết cả
rồi và ta chỉ việc lắp vào là xong. Tôi lấy ví dụ dùng dao động IC555 vì con IC này
vừa đơn giản lại dễ kiếm.

25