thiết kế bộ điều khiển động cơ điên một chiều hiển thị lcd

ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIÊN MỘT
CHIỀU
HIỂN THỊ LCD


1.1 khái quát đề tài
Trong các ngành công nghiệp, công tác điều khiển vận hành các thiết bị là một
việc vô cùng quan trọng. Với ưu điểm là điều khiển tốc độ động cơ dễ dàng, độ ổn
định tốc độ cao nên động cơ một chiều đã được sử dụng khá phổ biến như: truyền
động cho một số máy như máy nghiền, máy nâng, vận chuyển, điều khiển băng tải,
điều khiển các robot…
Trong quá trình làm việc, tốc độ của động cơ thường bị thay đổi do sự biến
thiên của tải, của nguồn và do đó gây ra sai lệch tốc độ thực với tốc độ đặt, làm
giảm năng suất của máy sản xuất Như ta biết rằng hầu hết các máy sản xuất đều
đòi hỏi có nhiều tốc độ, nhưng tuỳ theo từng công việc, điều kiện làm việc mà ta
lựa chọn các tốc độ khác nhau. Chính vì vậy việc điều khiển tốc độ động cơ là một
yêu cầu cần thiết và tất yếu đối với các máy sản xuất trong các ngành công nghiệp
hiện nay.
1.2Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ
+ Mắc thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng.
+ Thay đổi từ thông kích từ
+ Thay đổi điện áp phần ứng.
Và để thực hiện việc điều chỉnh tốc độ theo các phương pháp điều chỉnh tốc
độ trên thì cần có các bộ biến đổi. Các bộ biến đổi đó sẽ cấp điện áp cho mạch
phần ứng động cơ hoặc mạch kích từ động cơ. Các bộ biến đổi được sử dụng phổ
biến trong công nghiệp hiện nay là:


+ Bộ biến đổi máy điện : gồm có động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc
máy điện khuếch đại

+ Bộ biến đổi từ : Khuếch đại từ
+ Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn : Chỉnh lưu Thysistor
+ Bộ biến đổi xung áp một chiều : Thysistor hoặc Tranzitor
Một trong những phương pháp điều khiển động cơ điện một chiều là sử dụng
mạch điều chế độ rộng xung (PWM)
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 thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đến sự thay đổi điện áp
ra.
1.3 Nguyên lí hoạt động của phương pháp PWM:

Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng cắt nguồn của tải
và một cách cho chu kỳ theo điều chỉnh thời gian đóng cắt phần tử thực hiện
nhiệm vụ đó trong mạch các van bán dẫn
Xét hoạt động cắt của các van bán dẫn. Dùng van đóng cắt bằng Mosfet
Giản đồ xung:


Nguyên lý: trong khoảng thời gian 0 -> to van G mở toàn bộ điện áp nguồn Ud
được đưa ra tải
Trong khoảng từ to -> 0 cho van G khóa, cắt nguồn cung cấp cho tải
1.4 Cách tạo ra PWM điều khiển
Tạo PWM xung vuông bằng phần mềm. Đây là cách tối ưu trong các cách để
tạo được xung vuông. Với tạo bằng phần mềm cho độ chính xác cao về tần số và
PWM. Với lại mạch của chúng ta đơn giản đi rất nhiều. Xung này được tạo dựa
trên xung nhịp của CPU.
1.5 Giới thiệu về các thành phần cấu tạo của mạch điều khiển:
IRF540N

Hình ảnh của IRF540N

IRF540N thuộc họ mofet loại N được kích dẫn bằng áp Ugs :
Ugs >0 thì IRF540N dẫn
Ugs= <0 thì IRF540N khóa( ở 0v thì nó không dẫn)
Dòng làm việc Max từ 23A 33A tùy nhiệt độ môi trường cao hay thấp


Điện áp làm việc Vdss=100 v MAX
Kích dẫn áp MAX +-20v
Thời gian trễ turn on ( 16ns) và turn off ( 47ns)
Tần số chuyển mạch cực đại là 1Mhz
PC817

Hình 7: Hình ảnh của PC817
Sơ đồ nguyên lí
- Nguyên lí hoạt động : khi cấp tín hiệu vào chân số 1, led phía trong opto nối giữa
chân 1 và chân 2 phát sáng , xảy ra hiệu ứng quang điện dẫn đến 3  4 thông
-Tác dụng : cách li điều khiển giữa 2 tầng mạch điện khác nhau
-Mục đích : nếu có sự cố từ tầng ứng dụng như cháy ,chập , tăng áp.... thì cũng
không làm ảnh hưởng tới tầng điều khiển


IC7812 ,IC7805

Hình 8: Hình ảnh chung của IC78xx
IC7812, có tác dụng gim điện áp bằng 12v tại đầu ra khi đầu vào >=12v
IC7805 có tác dụng gim điện áp bằng 5v tại đầu ra khi đầu vào >=5v
1.7 Giới thiệu về IC 89s52:
Sơ đồ chân:

Giới thiệu về LCD
Nối ghép LCD với vi xử lý : LCD gồm 2 hàng đơn vị , hàng chục , hàng trăm.
Hàng đầu là già trị nhập vào để động cơ chạy , hàng thứ 2 là giá trị thực chất mà
động cơ chạy được hiển thị trên LCD.


Hình 8: LCD
Hoạt động của LCD
Trong những năm gần đây màn hình tinh thể lỏng LCD càng được sử dụng rộng rãi
và đang dần thay thế Led 7 thanh đó là do nguyên nhân sau :
- màn hình LCD có giá thành hạ
- khả năng hiển thị số, đồ họa , kí tự nhiều hơn led 7 thanh
- dễ dàng lâp trình các kí tự và đồ họa

2.THIẾT KẾ CHẾ TẠO SẢN PHẨM
Sơ đồ cấu trúc chung


Nguồn

Điêu
khiển

Cách ly

Công suất

Khối nguồn:

Nguyên lý : Nguồn diện qua biến áp hạ áp từ 220V xuống 9V AC.
áp 9V AC qua bộ chỉnh lưu cầu biến thành áp 7,6 V DC,

Hiển thị


7,6 V DC qua các tụ lọc để san phẳng điện áp, rồi qua IC ổn áp 7805 để ổn định
điện áp, lấy ra mức điện áp 5V DC.Cấp cho vi xử lý

Khối điều khiển:

-Chân P1.0 ; P1.1 ; p1.4 ; p1.7 được kết nối với phím bấm điều khiển chế độ
hoạt động
-Chân p3.7 xuất tín hiệu xung PWM đưa đến khối công suất để điều khiển tốc
độ của động cơ
-Chân P3.1 xuất tín hiệu 0 và 1 tương ứng với chế độ chiều quay thuận và
ngược của động cơ


-Chân 18 và 19 kết nối với thạch anh 12MH tạo dao động
-Khối ổn áp nguồn 5V cấp nguồn cho vi xử lý AT89C51 hoạt động
-Chân p3.2 được kết nối với 74AC14N để sửa xung cho encoder
Khối hiển thị

Chức năng: Khối LCD có nhiệm vụ hiển thị tốc độ động cơ.
Trong mạch Port0 sẽ truyền trực tiếp dữ liệu cho LCD.
Các chân điều khiển RS, RE, EN được ghép nối với 3 chân P2.5, P2.6, P2.7 của vi
điều khiển.
Các chân số 2, 1 cung cấp nguồn hoạt động cho LCD, chân số 3 là chân điều chỉnh

độ tương phản được nối thẳng xuống mát.
Chân 15, 16 có nhiệm vụ cung cấp điện áp cho đèn led trong LCD và được hạn
dòng bằng 1 điện trở 1K.
Điện trở tinh chỉnh có chức năng thay đổi độ tương phản của LCD
Khối công suất


Chức năng: Tín hiêu PWM từ khối điều khiển. Đến khối công suất phải qua Opto
PC817 dùng để cách ly giữa bo điều khiển và Motor DC. Sơ lược về hoạt động của
mạch này như sau: khi nhận được tín hiệu điện kích vào chân 1 của Opto PC817 >
chân 3 -4 Opto thông mạch >FET IRF540 dẫn dòng làm cho motor quay. . .Role có
tác dụng đảo chiều động cơ.
Sơ đồ nguyên lí toàn mạch



- Ưu điểm:
+ Mạch chạy tương đối ổn định
+ Thiết kế mạch đẹp, khoa học
+ Mạch điều khiển được động cơ có công suất lớn (do sử dụng MOSFET)
- Nhược điểm:
+ Mặc dù có cách ly giữa mạch vi điều khiển và mạch động lực nhưng mạch vẫn
còn nhiễu, điều khiển chưa chính xác.
+ Rơle khó điều khiển được nếu bị sụt áp, do động cơ hút dòng mạnh => Nguồn
nuôi khoảng 3A.