Tài liệu Báo cáo bài tập lớn - Đo lường và tự động điều khiển pdf

Đo lường và tự động điều khiển

1

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

Đo và điều khiển tốc độ động cơ dùng vi điều khiển 8051


I.Giới thiệu chung
:

1.Mở đầu:
Ngày nay trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật luôn xuất hiện khái niệm Kỹ thuật số
vi xử lý và điều khiển, với sự trợ giúp của máy tính kỹ thuật vi xử lý và điều khiển đã
có sự phát triển ạnh mẽ đặc biệt là sự phát triển nhanh chóng của các họ vi xử lý và
điều khiển với những tính năng mới. Để ph
ục vụ tốt cho môn học “Đo lường và điều
khiển tự động” chúng em thực hiện đề tài: Đo và Điều khiển Tốc Độ Động Cơ với
mục đích tích luỹ kiến thức đặc biệt là những kinh nghiệm trong quá trình lắp mạch
thực tế song do thời gian và kiến thức có hạn, nên mạch thiết kế còn nhiều thiếu sót.
Chúng em rất mong nhận được s
ự góp ý của các thầy cô để có thể nâng cao chất
lượng của bài thiết kế, chúng em xin chân thành cảm ơn !

2.
Đề tài
:
Đo và điều khiển tốc độ động cơ một chiều loại nhỏ

3. Nhóm sinh viên thực hiện
:

Nhóm thực hiện: Gồm 3 thành viên chính được phân công công việc cụ thể














Đo lường và tự động điều khiển

2
4.Định hướng thiết kế:

Thiết kế một hệ vi xử lý bao gồm cả việc thiết kế tổ chức phần cứng và
viết phần mềm cho nền phần cứng mà ta thiết kế. Việc xem xét giữa tổ chức
phần cứng và chương trình phần mềm cho một thiết kế là một vấn đề cần phải
cân nhắc. Vì khi tổ chức phần cứ
ng càng phức tạp, càng có nhiều chức năng
hỗ trợ cho yêu cầu thiết kế thì phần mềm càng được giảm bớt và dễ dàng thực
hiện nhưng lại đẩy cao giá thành chi phí cho phần cứng, cũng như chi phí bảo

trì. Ngược lại với một phần cứng tối thiểu lại yêu cầu một chương trình phần
mềm phức tạp hơn, hoàn thiện hơn; nhưng lại cho phép bảo trì h
ệ thống dễ
dàng hơn cũng như việc phát triển tính năng của hệ thống từ đó có thể đưa ra
giá cạnh tranh được.
Từ yêu cầu và nhận định trên ta có những định hướng sơ bộ cho thiết kế
như sau:
1. Chọn bộ vi xử lý.
Từ yêu cầu dùng VXL 8 bit ta dự kiến dùng các chip vi điều khiển
thuộc họ MCS-51 của Intel, mà cụ thể ở
đây là dùng chip 8051 vì những lý
do sau:
+ Thứ nhất 8051 thuộc họ MCS-51, là chip vi điều khiển. Đặc điểm
của các chip vi điều khiển nói chung là nó được tích hợp với đầy đủ chức
năng của một hệ VXL nhỏ, rất thích hợp với những thiết kế hướng điều
khiển. Tức là trong nó bao gồm: mạch VXL, bộ nhớ chương trình và dữ
liệu, bộ đếm, bộ
tạo xung, các cổng vào/ra nối tiếp và song song, mạch điều
khiển ngắt…
+ Thứ hai là, vi điều khiển 8051 cùng với các họ vi điều khiển khác
nói chung trong những năm gần đây được phát triển theo các hướng sau:
 Giảm nhỏ dòng tiêu thụ.
 Tăng tốc độ làm việc hay tần số xung nhịp của CPU
.
 Giảm điệp áp nguồn nuôi.
 Có thể m
ở rộng nhiều chức năng trên chip, mở rộng cho
các thiết kế lớn.
Những đặc điểm đó dẫn đến đạt được hai tính năng quan trọng là: giảm công
suất tiêu thụ và cho phép điều khiển thời gian thực nên về mặt ứng dụng nó

rất thích hợp với các thiết kế hướng điều khiển.
Đo lường và tự động điều khiển

3
+ Thứ ba là, vi điều khiển thuộc họ MCS-51 được hỗ trợ một tập lệnh phong
phú nên cho phép nhiều khả năng mềm dẻo trong vấn đề viết chương trình
phần mềm điều khiển.
+ Cuối cùng là, các chip thuộc họ MCS-51 hiện được sử dụng phổ biến và
được coi là chuẩn công nghiệp cho các thiết kế khả dụng. Mặt khác, qua việc
khảo sát thị trường linh kiện vi
ệc có được chip 8051 là dễ dàng nên mở ra khả
năng thiết kế thực tế.
Vì những lý do trên mà việc lựa chọn vi điều khiển 8051 là một giải pháp
hoàn toàn phù hợp cho thiết kế.


4 .Phương án thực hiện :

4.1. Dùng cặp cảm biến thu phát đặt đối diện để xác định số vòng quay trong
một khoảng thời gian nhất định . Động cơ có gắn một đĩa quay có một khe
thủ
ng trên đĩa ,mỗI khi khe này quay qua cặp cảm biến hồng ngoạt thu phát sẽ
tạo ra một đột biến xung trong một vòng quay.
4.2. Sử dụng cảm biến phát và đồng thời thu tín hiệu phản xạ ngược trở bằng
cách vạch một số điểm trên trục của động cơ .
4.3. Họ vi điều khiển AT89C51 có 32 đường xuất nhập dữ liệu : P0 ,P1 , P2, P3
mỗI Port 8 bit vì vậy phương án đặt ra sử
dụng toàn bộ 8 bit P*.0 - P*.7 để
xuất ra LED 7 thanh CA hoặc chỉ sử dụng mỗI Port 4bit sau đó giảI mã bằng
74LS47.Như vậy sẽ phảI sử dụng LCD để hiển thị tốc độ động cơ .

4.4. Sử dụng màn hình LCD để hiển thị .

5. Các bước thực hiện :

Sau khi nhận đồ án nhóm em đã đưa ra một số bước sau để thực hiện công việc:
1.Nhậ
p số vào LCD theo đúng trình tự hàng trăm hàng chục hàng đơn vị .Đo tốc độ
của các động cơ loại nhỏ (loại một chiều hoặc xoay chiều),có gắn cánh quạt (số
lượng cánh là xác định ).
2. Thực hiện việc đo tốc độ thông qua số vòng quay của cánh quạt bằng cách sử dụng
mạch sensor thu phát hồng ngoại.
3.Việc hiển thị thực hiện thông qua LCD (đo tốc độ
trong một khoảng thời
gian phù hợp).Có một khoảng thời gian để quan sát giá trị của tốc độ.
4.Việc đo động cơ ta điều chỉnh sao cho tốc độ của động cơ luôn ổn định ở
một ngưỡng nhất định .Nghĩa là tốc độ của động cơ luôn có một sai số trong
giới hạn .trong bài này chúng em điều chỉnh cho sai số của động cơ trong
khoảng 2%.
Đo lường và tự động điều khiển

4

6.Mô phỏng
a.Phần code
// Mo PhongDlg.cpp : implementation file
//

#include "stdafx.h"
#include "Mo Phong.h"
#include "Mo PhongDlg.h"

#include"math.h"
#include "stdlib.h"
#ifdef _DEBUG
#define new DEBUG_NEW
#undef THIS_FILE
static char THIS_FILE[] = __FILE__;
#endif

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// CAboutDlg dialog used for App About

class CAboutDlg : public CDialog
{
public:
CAboutDlg();

// Dialog Data
//{{AFX_DATA(CAboutDlg)
enum { IDD = IDD_ABOUTBOX };
//}}AFX_DATA

// ClassWizard generated virtual function overrides
//{{AFX_VIRTUAL(CAboutDlg)
protected:
virtual void DoDataExchange(CDataExchange* pDX); // DDX/DDV
support
//}}AFX_VIRTUAL

// Implementation
protected:

//{{AFX_MSG(CAboutDlg)
Đo lường và tự động điều khiển

5
//}}AFX_MSG
DECLARE_MESSAGE_MAP()
};

CAboutDlg::CAboutDlg() : CDialog(CAboutDlg::IDD)
{
//{{AFX_DATA_INIT(CAboutDlg)
//}}AFX_DATA_INIT
}

void CAboutDlg::DoDataExchange(CDataExchange* pDX)
{
CDialog::DoDataExchange(pDX);
//{{AFX_DATA_MAP(CAboutDlg)
//}}AFX_DATA_MAP
}

BEGIN_MESSAGE_MAP(CAboutDlg, CDialog)
//{{AFX_MSG_MAP(CAboutDlg)
// No message handlers
//}}AFX_MSG_MAP
END_MESSAGE_MAP()

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// CMoPhongDlg dialog

CMoPhongDlg::CMoPhongDlg(CWnd* pParent /*=NULL*/)
: CDialog(CMoPhongDlg::IDD, pParent)
{
//{{AFX_DATA_INIT(CMoPhongDlg)
// NOTE: the ClassWizard will add member initialization here
//}}AFX_DATA_INIT
// Note that LoadIcon does not require a subsequent DestroyIcon in
Win32
m_hIcon = AfxGetApp()->LoadIcon(IDR_MAINFRAME);
}

void CMoPhongDlg::DoDataExchange(CDataExchange* pDX)
{
CDialog::DoDataExchange(pDX);
Đo lường và tự động điều khiển

6
//{{AFX_DATA_MAP(CMoPhongDlg)
DDX_Control(pDX, IDC_LED1, m_led1);
DDX_Control(pDX, IDC_LED10, m_led10);
DDX_Control(pDX, IDC_LED2, m_led2);
DDX_Control(pDX, IDC_LED3, m_led3);
DDX_Control(pDX, IDC_LED4, m_led4);
DDX_Control(pDX, IDC_LED5, m_led5);
DDX_Control(pDX, IDC_LED6, m_led6);
DDX_Control(pDX, IDC_LED7, m_led7);
DDX_Control(pDX, IDC_LED8, m_led8);
DDX_Control(pDX, IDC_LED9, m_led9);
//}}AFX_DATA_MAP
}

BEGIN_MESSAGE_MAP(CMoPhongDlg, CDialog)
//{{AFX_MSG_MAP(CMoPhongDlg)
ON_WM_SYSCOMMAND()
ON_WM_PAINT()
ON_WM_QUERYDRAGICON()
ON_BN_CLICKED(IDC_HANGCHUC, OnHangchuc)
ON_BN_CLICKED(IDC_HANGDONVI, OnHangdonvi)
ON_BN_CLICKED(IDC_HANGNGHIN, OnHangnghin)
ON_BN_CLICKED(IDC_HANGTRAM, OnHangtram)
ON_BN_CLICKED(IDC_HANGVAN, OnHangvan)
ON_BN_CLICKED(IDC_PAUSE, OnPause)
ON_BN_CLICKED(IDC_RESET, OnReset)
ON_BN_CLICKED(IDC_REVERSE, OnReverse)
ON_WM_TIMER()
ON_BN_CLICKED(IDC_START, OnStart)
ON_WM_DESTROY()
ON_BN_CLICKED(IDC_BUTTON1, OnButton1)
//}}AFX_MSG_MAP
END_MESSAGE_MAP()

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// CMoPhongDlg message handlers


BOOL CMoPhongDlg::OnInitDialog()
{
Đo lường và tự động điều khiển

7

CDialog::OnInitDialog();

// Add "About..." menu item to system menu.

// IDM_ABOUTBOX must be in the system command range.
ASSERT((IDM_ABOUTBOX & 0xFFF0) == IDM_ABOUTBOX);
ASSERT(IDM_ABOUTBOX < 0xF000);

CMenu* pSysMenu = GetSystemMenu(FALSE);
if (pSysMenu != NULL)
{
CString strAboutMenu;
strAboutMenu.LoadString(IDS_ABOUTBOX);
if (!strAboutMenu.IsEmpty())
{
pSysMenu->AppendMenu(MF_SEPARATOR);
pSysMenu->AppendMenu(MF_STRING,
IDM_ABOUTBOX, strAboutMenu);
}
}

// Set the icon for this dialog. The framework does this automatically
// when the application's main window is not a dialog
SetIcon(m_hIcon, TRUE); // Set big icon
SetIcon(m_hIcon, FALSE); // Set small icon

// TODO: Add extra initialization here
m_1=0;
m_2=m_3=m_4=m_5=m_6=m_7=m_8=m_9=m_10=0;
m_led1.SetWindowText("0");

m_led2.SetWindowText("0");
m_led3.SetWindowText("0");
m_led4.SetWindowText("0");
m_led5.SetWindowText("0");
m_led6.SetWindowText("0");
m_led7.SetWindowText("0");
m_led8.SetWindowText("0");
m_led9.SetWindowText("0");
m_led10.SetWindowText("0");
m_degree=0;
Đo lường và tự động điều khiển

8
temp=TRUE;
t=0;
// m_vong=0;
return TRUE; // return TRUE unless you set the focus to a control
}

void CMoPhongDlg::OnSysCommand(UINT nID, LPARAM lParam)
{
if ((nID & 0xFFF0) == IDM_ABOUTBOX)
{
CAboutDlg dlgAbout;
dlgAbout.DoModal();
}
else
{
CDialog::OnSysCommand(nID, lParam);
}

}

// If you add a minimize button to your dialog, you will need the code below
// to draw the icon. For MFC applications using the document/view model,
// this is automatically done for you by the framework.

void CMoPhongDlg::OnPaint()
{
if (IsIconic())
{
CPaintDC dc(this); // device context for painting

SendMessage(WM_ICONERASEBKGND, (WPARAM)
dc.GetSafeHdc(), 0);

// Center icon in client rectangle
int cxIcon = GetSystemMetrics(SM_CXICON);
int cyIcon = GetSystemMetrics(SM_CYICON);
CRect rect;
GetClientRect(&rect);
int x = (rect.Width() - cxIcon + 1) / 2;
int y = (rect.Height() - cyIcon + 1) / 2;

Đo lường và tự động điều khiển

9
// Draw the icon
dc.DrawIcon(x, y, m_hIcon);
}
else

{
CClientDC pDC(this);
OnDraw(&pDC);
CDialog::OnPaint();
}
}

// The system calls this to obtain the cursor to display while the user drags
// the minimized window.
HCURSOR CMoPhongDlg::OnQueryDragIcon()
{
return (HCURSOR) m_hIcon;
}

void CMoPhongDlg::OnHangchuc()
{
if(m_4==9) m_4=0;
else
m_4++;
CString s;
s.Format("%d",m_4);
m_led4.SetWindowText(s);
m_vong=m_1*10000+m_2*1000+m_3*100+m_4*10+m_5;

}

void CMoPhongDlg::OnHangdonvi()
{
if(m_5==9) m_5=0;
else

m_5++;
CString s;
s.Format("%d",m_5);
m_led5.SetWindowText(s);
m_vong=m_1*10000+m_2*1000+m_3*100+m_4*10+m_5;

Đo lường và tự động điều khiển

10
}

void CMoPhongDlg::OnHangnghin()
{
if(m_2==9) m_2=0;
else
m_2++;
CString s;
s.Format("%d",m_2);
m_led2.SetWindowText(s);
m_vong=m_1*10000+m_2*1000+m_3*100+m_4*10+m_5;

}

void CMoPhongDlg::OnHangtram()
{
if(m_3==9) m_3=0;
else
m_3++;
CString s;
s.Format("%d",m_3);

m_led3.SetWindowText(s);
m_vong=m_1*10000+m_2*1000+m_3*100+m_4*10+m_5;

}


void CMoPhongDlg::OnHangvan()
{
if(m_1==9) m_1=0;
else
m_1++;
CString s;
s.Format("%d",m_1);
m_led1.SetWindowText(s);
m_vong=m_1*10000+m_2*1000+m_3*100+m_4*10+m_5;

}

void CMoPhongDlg::OnPause()
Đo lường và tự động điều khiển

11
{
KillTimer(1);
}

void CMoPhongDlg::OnReset()
{
m_1=m_2=m_3=m_4=m_5=m_6=m_7=m_8=m_9=m_10=0;
// thiet lap ve khong

m_led1.SetWindowText("0");
m_led2.SetWindowText("0");
m_led3.SetWindowText("0");
m_led4.SetWindowText("0");
m_led5.SetWindowText("0");
m_led6.SetWindowText("0");
m_led7.SetWindowText("0");
m_led8.SetWindowText("0");
m_led9.SetWindowText("0");
m_led10.SetWindowText("0");
KillTimer(1);
}

void CMoPhongDlg::OnReverse()
{
if(temp==TRUE)
temp=FALSE;
else
{
temp=TRUE;
}
}

void CMoPhongDlg::OnDraw(CDC *pDC)
{
CRect rectWin;
GetWindowRect(rectWin);
rectWin.top+=32;
CWnd*pWnd=GetDlgItem(IDC_DISPLAY);
CRect rectD;

pWnd->GetWindowRect(rectD);
int cx,cy;
Đo lường và tự động điều khiển

12
cx=rectD.CenterPoint().x;
cy=rectD.CenterPoint().y;
cx-=rectWin.left;
cy-=rectWin.top;
CBrush brush(RGB(0,255,0));
CBrush * oldBrush=pDC->SelectObject(&brush);
CPen *pen=new CPen(PS_SOLID,1,RGB(0,0,255));
CPen*oldPen =pDC->SelectObject(pen);
pDC->Ellipse(cx-50,cy-50,cx+50,cy+50);
CPen*pen1=new CPen(PS_SOLID,3,RGB(255,0,0));
CPen*oldPen1 =pDC->SelectObject(pen1);

double angle;
angle =m_degree*3*3.14/180;
pDC->MoveTo(cx,cy);
pDC->LineTo(cx+(int)(50*sin(angle)),cy-(int)(50*cos(angle)));
angle+=3.14/3;
pDC->MoveTo(cx,cy);
pDC->LineTo(cx+(int)(50*sin(angle)),cy-(int)(50*cos(angle)));
angle+=3.14/3;
pDC->MoveTo(cx,cy);
pDC->LineTo(cx+(int)(50*sin(angle)),cy-(int)(50*cos(angle)));
angle+=3.14/3;
pDC->MoveTo(cx,cy);
pDC->LineTo(cx+(int)(50*sin(angle)),cy-(int)(50*cos(angle)));

angle+=3.14/3;
pDC->MoveTo(cx,cy);
pDC->LineTo(cx+(int)(50*sin(angle)),cy-(int)(50*cos(angle)));
angle+=3.14/3;
pDC->MoveTo(cx,cy);
pDC->LineTo(cx+(int)(50*sin(angle)),cy-(int)(50*cos(angle)));
pDC->MoveTo(cx,cy);
pDC->LineTo(cx+(int)(50*sin(angle)),cy-(int)(50*cos(angle)));
pDC->SelectObject(oldBrush);
pDC->SelectObject(oldPen);
pDC->SelectObject(oldPen1);

}

void CMoPhongDlg::OnTimer(UINT nIDEvent)
Đo lường và tự động điều khiển

13
{
if(temp==TRUE)
{
m_degree++;
if(m_degree>=120) m_degree=0;
}
else
{
m_degree--;
if(m_degree<=0) m_degree=120;
}
if(m_10<9)

m_10++;
else
{
m_10=0;
if(m_9<9)
m_9++;
else
{
m_9=0;
if(m_8<9)
m_8++;
else
{
m_8=0;
if(m_7<9)
m_7++;
else
{
m_7=0;
if(m_6<9)
m_6++;
else
MessageBox("Tran
So","Warning",MB_OK);
}
}
}
}
Đo lường và tự động điều khiển

14
t++;

if(t==100)
{
t=0;
CString s6,s7,s8,s9,s10;
s6.Format("%d",m_1);
s7.Format("%d",m_2);
s8.Format("%d",m_3);
s9.Format("%d",m_4);
if(m_5<=2)
s10.Format("%d",m_5+1);
else
if((m_5>2)&&(m_5<5))
s10.Format("%d",m_5-1);
else
if(m_5==5||m_5==7)
s10.Format("%d",m_5);
else
if((m_5>5)&&m_5<7)
s10.Format("%d",m_5+1);
else
s10.Format("%d",m_5-1);

m_led6.SetWindowText(s6);
m_led7.SetWindowText(s7);
m_led8.SetWindowText(s8);
m_led9.SetWindowText(s9);
m_led10.SetWindowText(s10);

}
CClientDC pDC(this);
OnDraw(&pDC);
CDialog::OnTimer(nIDEvent);

}

void CMoPhongDlg::OnStart()
{
UpdateData(TRUE);
SetTimer(1,(int)(1000/m_vong),NULL);
Đo lường và tự động điều khiển

15
}

CScrollBar* CMoPhongDlg::GetScrollBarCtrl(int nBar) const
{
// TODO: Add your specialized code here and/or call the base class

return CDialog::GetScrollBarCtrl(nBar);
}

void CMoPhongDlg::OnDestroy()
{
CDialog::OnDestroy();

KillTimer(1);
}

void CMoPhongDlg::OnButton1()
{
OnOK();
}

b. Phần giao diện



II. Lý Thuyết thực hiện
.

1. Cơ sở lý thuyết.
Sơ đồ khối


Đo lường và tự động điều khiển

16






Khối nhập
dữ liệu
Khối
nguồn
Khối

khuếch đại
Khối xử lý
trung tâm
Khối thu
phát
Động cơ
Khối hiển
thị (LCD)
Khối mạch
động lực
Đo lường và tự động điều khiển

17

Sơ đồ nguyên lý
.


Đo lường và tự động điều khiển

18

III.Phân tích chức năng từng khối.


a .Khối vi xử lý
b. Khối hiển thị.
c.Khối nhập giá trị tốc độ.
d.Khối đo tốc độ động cơ.
e.Khối động lực

g.Khối nguồn
h.Khối động cơ

IV.Giới thiệu linh kiện sử dụng trong mạch
:
1 - IC khuếch đại LM324
2 - Vi điều khiển 80c52
3 – LCD. ,74HC14,điện trở quang….
4 - Một số linh kiện phụ khc: thạch anh 12 Mhz, sensor thu phát hồng ngoại, tụ
33p, tụ 10 uF, trở...
5 - Môtơ điện một chiều DC 12V

V .Mô tả các modul

1.Khối vi xử lý Điều khiển tốc độ động cơ:

1. Giới thiệu:

Mục đích của điều khiển tốc độ
động cơ là đưa ra tín hiệu biểu diễn tốc độ
yêu cầu, và điều khiển động cơ theo tốc độ đấy. Bộ điều khiển có thể có hoặc
không thật sự đo tốc độ động cơ. Nếu có thì goi là điều khiển tốc độ có phản
hồi hoặc điều khiển tốc độ vòng kín, nếu không thì gọi là điều khiể
n tốc độ
vòng mở. Điều khiển tốc độ có phản hồi tốt hơn nhưng phức tạp hơn.
Động cơ có rất nhiều kiểu, và đầu ra của bộ điều khiển tốc độ của động cơ với
các dạng khác nhau là khác nhau.
2. Lý thuyết điều khiển tốc độ động cơ một chiều:

Tốc độ củ

a động cơ một chiều tỉ lệ trực tiếp với nguồn cấp, vì vậy nếu ta
giảm điện áp cung cấp từ 12V xuống 6V, động cơ sẽ chạy với tốc độ bằng
một nửa trước đó.
Bộ điều khiển tốc độ động cơ làm việc trên nguyên lý biến đổi điện áp trung
bình cấp cho động cơ. Có thể
đơn giản chỉ bằng cách điều chỉnh điện áp cung
cấp, nhưng như thế sẽ không hiệu quả. Cách tốt hơn là tắt nguồn cấp cho