Thiết kế hệ điều khiển động cơ điện một chiều

Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều

2020

ĐỒ ÁN I
“ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU”
GVHD: Nguyễn Thị Huế

GVHD:Nguyễn Thị Huế

1


Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều

2020

Nội dung
Lời nói đầu........................................................................................................................................................3
GIỚI THIỆU CHUNG.....................................................................................................................................4
I. Khảo sát hệ thống......................................................................................................................................4
II. Nhiệm vụ và yêu cầu kĩ thuật..................................................................................................................4
CHƯƠNG I: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG.........................................................................................................5
I.1.Sơ đồ khối của mạch...............................................................................................................................5
I.2 Khối Vi xử lí AT89S52............................................................................................................................6
I.2.1 Cấu hình các chân của AT89S52.....................................................................................................6
I.2.2 Hoạt động định thời của AT89S52..................................................................................................8
I.3 LCD.......................................................................................................................................................12
I.4 Mạch cầu H L298N...............................................................................................................................13
I.4.1.nguyên lý hoạt động của mạch cầu H...........................................................................................13
I.4.2 modul mạch cầu H L298N.............................................................................................................14

I.5 Encoder..................................................................................................................................................15
I.5.1 Cấu tạo của Encoder.....................................................................................................................15
I.5.2 Nguyên lý hoạt động của Encoder................................................................................................16
I.6 Động cơ điện một chiều........................................................................................................................17
I.6.1 Động cơ điện một chiều.................................................................................................................17
I.6.2 Điều khiển tốc độ động cơ bằng xung PWM................................................................................18
I.7 Phím bấm...............................................................................................................................................19
I.8 Khối nguồn............................................................................................................................................19
I.9 Sơ đồ nguyên lí.....................................................................................................................................20
CHƯƠNG II:THIẾT KẾ PHẦN MỀM VÀ THỰC NGHIỆM.....................................................................21
II.1 Lưu đồ thuật toán.................................................................................................................................21
II.2 Thực nghiệm........................................................................................................................................34
KẾT LUẬN....................................................................................................................................................35
I. Kết quả của đồ án....................................................................................................................................35
II. Ứng dụng và phương hướng phát triển.................................................................................................35
1. Ứng dụng............................................................................................................................................35
2. Phương hướng phát triển...................................................................................................................35
Phụ lục............................................................................................................................................................36
Danh mục tài liệu tham khảo.........................................................................................................................44

GVHD:Nguyễn Thị Huế

2


Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều

2020

Lời nói đầu

Ngày nay cùng với sự phát triển khơng ngừng của nền khoa học kỹ thuật,
ngành tự động hóa đóng vai trị rất quan trọng trong sự phát triển đó. Một trong
những vấn đề quan trọng, ứng dụng rộng rãi trong các dây truyền tự động hoá sản
xuất hiện đại là việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều . Vì vậy trong đồ án
lần này chúng em đã được giao đề tài thiết kế hệ điều khiển động cơ điện một
chiều.
Trong đồ án lần này, chúng em lựa chọn sử dụng vi xử lí họ 8051 – vi xử lí
vơ cùng quen thuộc với sinh viên tự động hóa, đã được giới thiệu kĩ càng trong
mơn học Vi xử lí để điều khiển động cơ điện một chiều.
Với sự hướng dẫn tận tình của cơ Nguyễn Thị Huế, chúng em hi vọng sẽ
hoàn thành tốt đồ án này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn cô!

GVHD:Nguyễn Thị Huế

3


Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều

2020

GIỚI THIỆU CHUNG
I. Khảo sát hệ thống.
Hiện nay trong rất nhiều lĩnh vực đời sống và sản xuất các loại động cơ điện
ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn so với những loại động cơ sử dụng năng
lượng như xăng, dầu, khí đốt…..Những loại động cơ điện này có những ưu điểm
hơn hẳn về hiệu suất sử dụng, cấu tạo nhỏ gọn, giá thành hợp lý, dễ dàng điều
chỉnh tốc độ, đảo chiều, cưỡng bức các quá trình khởi động, quá trình hãm dừng dễ
dàng.

+ Động cơ điện cơ điện 3 pha được chia làm các loại cơ bản là: Động cơ điện 3
pha dây quấn và 3 pha roto lồng sóc, động cơ điện 1 pha.
+ Động cơ điện 1 chiều bao gồm các loại như: kích từ song song và loại kích từ
nối tiếp.
Thơng thường với những động cơ thường xuyên đòi hỏi đảo chiều, tăng,
giảm, hãm dừng thì thường sử dụng động cơ điện 1 chiều là chủ yếu, vì sẽ dễ dàng
điều khiển hơn so với đông cơ xoay chiều. Để tiến hành điều khiển động cơ 1
chiều, có rất nhiều biện pháp được ứng dụng như là: thay đổi điện áp phần ứng,
thay đổi từ thông, hoặc sử dụng điện trở phụ mắc thêm vào phần ứng của động cơ.
Để làm được điều đó, chúng ta cần đi xây dựng những hệ thống điều khiển, có rất
nhiều hệ thống được ứng dụng như là: các hệ thống điều khiển PID, điều khiển
động cơ bằng Vi điều khiển, hay có thể điều khiển bằng cách sử dụng các loại khí
cụ điện. Trong đề tài này chúng em sẽ tiến hành nghiên cứu các quá trình điều
khiểu động cơ bằng phương pháp sử dụng Vi điều khiển họ 8051.
II. Nhiệm vụ và yêu cầu kĩ thuật.
* Thiết kế hệ điều khiển động cơ một chiều với các yêu cầu quay thuận, quay
nghịch, tăng tốc, giảm tốc và đảo chiều động cơ.
* Điều chỉnh các chức năng trên thông qua các nút ấn bao gồm: nút khởi động
động cơ, nút điều khiển quay thuận, nút điều khiển quay ngược, nút tăng tốc, nút
giảm tốc, và nút dừng động cơ, thông qua các nút ấn này cho phép ta có thể điều
chỉnh động cơ làm việc ở 1 tốc độ như mong muốn.
* Hiển thị tốc độ làm việc lên LCD.
GVHD:Nguyễn Thị Huế

4


Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều

2020

* Truyền tốc độ lên máy tính sử dụng RS232.

GVHD:Nguyễn Thị Huế

5


Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều

2020

CHƯƠNG I: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
I.1.Sơ đồ khối của mạch
NGUỒN 12 V

Phím ấn
LCD

ĐIỀU KHIỂN
ĐỘNG CƠ

VI XỬ LÝ
8051

ĐỘNG CƠ
DC-12V

L298

ỔN ÁP
NGUỒN 5V

Xung điện

ENCODER

Sơ đồ khối của mạch.
Mạch sử dụng các linh kiện sau:
-

Vi điều khiển :AT89S52.
Bộ cảm biến quang học:encoder (đã được gắn trực tiếp trên động cơ DC)
Động cơ điện một chiều: 12v
LCD.
Nút nhấn.
Mạch cầu H: L298.
Nguồn ổn áp 5v, 12v.
Ngoài ra còn các phần tử điện khác như:tụ, điện trở…

GVHD:Nguyễn Thị Huế

6


Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều

2020

I.2 Khối Vi xử lí AT89S52

Khối vi xử lý là trái tim là khối óc của hệ thống là phần quan trọng nhất điều
khiển mọi hoạt động của mạch. Nhận các tín hiệu từ phím ấn, encoder thơng tính
tốn xử lý để:
- Đưa ra tốc độ động cơ hiển thị lên LCD.
- Truyền tốc độ lên máy tính.
- Điều chế độ rộng xung PWM để điều khiển tốc độ động cơ cho phù hợp với
yêu cầu.
- Điều khiển chiều động cơ cùng mạch cầu H.
AT89S52 thuộc họ vi điều khiển 8051 do intel sản xuất, được sử dụng rộng
rãi từ các ứng dụng lập trình nhúng đơn giản đến các ứng dụng trong cơng nghiệp
do có cộng đồng người dùng rất lớn và độ ổn định đã được khẳng định qua nhiều
năm.
Vi điều khiển AT89S52 một số đặc tính như sau:
- 128 byte RAM
- 8Kbyte ROM
- 32 đường I/O
- 3 bộ đếm định thời 16 bit
- 4 cổng xuất nhập I/O 8bit
- 5 vectơ ngắt có cấu trúc 2 mức ngắt
- 1 mạch dao động tạo xung clock trên chip

GVHD:Nguyễn Thị Huế

7


Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều

2020

I.2.1 Cấu hình các chân của AT89S52

Các chân của AT89S52

Port 0 gồm 8 chân, nó có thể được dùng như cổng đầu ra, để sử dụng các chân của
cổng P0 vừa làm đầu ra, vừa làm đầu vào thì mỗi chân phải được nối tới một điện
trở kéo bên ngoài 10kW.
Port 1 có chức năng xuất nhập theo bit và theo byte.Bên cạnh đó 3 chân P1.5 ,
P1.6 , P1.7 được dùng để nạp ROM theo chuNn ISP , 2 chân P1.0 và P1.1 được
dùng cho bộ Timer 2.
Port 2 là cổng I/O hoặc là đường tryển 8 bit cao của bus địa chỉ cho những mơ
hình thiết kế có bộ nhớ chương trình ở nằm ngồi học có hơn 256 byte bộ nhỡ dữ
liệu ngồi.
Port 3 ngồi mục đích chung là cổng I/O, những chân này cịn kiêm ln nhiều
chức năng khác liên quan đến đặc tính đăc biệt của vi điều khiển.

Bit

Tên

Địa chỉ bit

Chức năng thứ hai

P3.0

RXD

B0H

Nhận dữ liệu cho cổng nối tiếp

P3.1

TXD

B1H

Truyền dữ liệu cho cổng nối tiếp

P3.2

‘INTO

B2H

Ngắt 0 bên ngoài

P3.3

‘INT1

B3H

Ngắt 1 bên ngoài

P3.4

T0

B4H

Ngõ vào bộ đếm thời gian 0

GVHD:Nguyễn Thị Huế

8


Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều

2020

P3.5

T1

B5H

Ngõ vào bộ đếm thời gian 1

P3.6

‘WR

B6H

Tín hiệu điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngồi

P3.7

‘RD

B7H

Tín hiệu điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

Chức năng thứ hai của các chân cổng P3

- Vcc : chân cấp điện (5V)
- GND: chân đất (0V)
- PSEN: điều khiển cho phép bộ nhớ chương trình bên ngồi hoạt động.
- ALE: có chức năng đặc biệt tách byte địa chỉ thấp và bus dữ liệu khi cổng P0
được sử dụng cở chế độ tuần tự hay còn gọi là chế độ dồn kênh, nghĩa là sử dụng
cùng một đường truyền cho các bit dữ liệu và byte thấp của bus địa chỉ
- EA: ở mức cao, vi điều khiển được thực hiện các chương trình lưu trữ ỏ vùng nhớ
thấp hơn 8Kbyte ROM bên trong chip. Cịn ở mức thấp chỉ có những chương trình
lưu ở bộ nhớ ngồi mới được thực hiện
- RST : ngõ vào reset ở mức cao trên chân này trong 2 chu kì máy.

RST

Mạch reset tác động bằng tay và sẽ tự động reset lại máy.

- XTAL1 và XTAL2:là hai ngõ vào và ra của bộ khuếch đại đảo của mạch giao
động,được cấu hình dùng để dùng như một bộ giao động trên chíp.

GVHD:Nguyễn Thị Huế

9

2020

Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều

I.2.2 Hoạt động định thời của AT89S52
Vi điều khiển AT89S52 có 3 bộ định thời 16 bit trong đó 2 bộ timer 0 và 1 có
4 chế độ hoạt động,timer 2 có 3 chế độ hoạt động.Các bộ định thời dùng để định
khoảng thời gian(hẹn giờ),đếm sự kiện xảy ra bên ngoài bộ vi điều khiển hoặc tạo
tốc độ baud cho công nối tiếp của vi điều khiển.
Các thanh ghi của bộ định thời.
Để truy cập bộ định thời ta sử dụng 11 thanh ghi FSR:
SFR

Mục đích

Địa chỉ

Định địa chỉ bit

TCON

Điều khiển

88H

Có

TMOD

Chọn chế độ

89H

Khơng

TL0

Byte thấp của bộ định thời 0

8AH

Khơng

TL1

Byte thấp của bộ đinh thời 1

8BH

Không

TH0

Byte cao của bộ đinh thời 0

8CH

Không

TH1

Byte cao của bộ đinh thời 1

8DH

Không

T2CON

Điều khiển bộ định thời 2

C8H

Có

RCAP2L

Nhận byte thấp của bộ định thời 2 CAH

Không

RCAP2H

Nhận byte cao của bộ định thời 2

CBH

Không

TL2

Byte thấp của bộ đinh thời 2

CCH

Không

TH2

Byte cao của bộ định thời 2

CDH

Không

Thanh ghi TMOD (Timer Moder Register):
GVHD:Nguyễn Thị Huế

10


Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều
Timer

2020

Bit

Tên

Chức năng

7

GATE 1

Khi bit Gate=1 và ‘INT1 cao thì Timer 1 mới hoạt
động

6

C/’T

1

Bit chọn counter/timer (1/0)

5

M1

1

Bit mode 1

4

M0

1

Bit mode 0

3

GATE 0

Bit GATE của timer 0

2

C/’T

0

Bit chọn counter/timer (1/0) Timer 0

1

M1

0

Bit mode 1 của Timer 0

0

M0

0

Bit mode 0 của Timer 0

Các bít địa chỉ của thanh ghi TMOD:
Thanh ghi TMOD được chia thành 2 nhóm 4 bit dùng để truy cập các chế độ
hoạt động của Timer0 và Timer1.
Các chế độ hoạt động của bộ định thời:
+ M1=0, M0=0: Mode 0 (Chế độ định thời 13-bit)
+ M1=0, M0=1: Mode 1 (Chế độ định thời 16 bit)
+ M1=1, M0=0: Mode 2 (Chế độ tự động nạp 8 bit)
+ M1=1, M0=1: Mode 3 (Chế đô định thời chia xẻ).
Thanh ghi điều khiển bộ định thời TCON (Timer control register):
Bit

Ký hiệu Địa chỉ bit

Mô tả

TCON.7

TF1

8FH

Cờ tràn bộ định thời

TCON.6

TR1

8EH

Bit điều khiển hoạt động của bộ định thời 1

TCON.5

TF0

8DH

Cờ tràn bộ định thời 0

TCON.4

TR0

8CH

Bit điều khiển hoạt động của bộ định thời 1

GVHD:Nguyễn Thị Huế

11


2020

Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều

TCON.3

IE1

8BH

Cờ ngắt bên ngoài 1

TCON.2

IT1

8AH

Cờ ngắt bên ngoài 1

TCON.1

IE0

89H

Cờ ngắt bên ngoài 0

TCON.0

IT0

88H

Cờ ngắt bên ngoài 0

Tổ chức ngắt ở AT89S52
Tóm tắt các ngắt:
Tên
ngắt

Mơ tả

Cờ
ngắt

INT0

Ngắt ngồi 0 khi có tín hiệu tích cực
theo kiểu đã chọn ở chân P3.2
Ngắt tràn timer0 khi giá trị timer0 tràn
từ giá trị max về giá trị min
Ngắt ngồi 1 khi có tín hiệu tích cực
theo kiểu đã chọn ở chân P3.3
Ngắt tràn timer1 khi giá trị timer1 tràn
từ giá trị max về giá trị min
Ngắt cổng nối tiếp khi vi điều khiển
nhận hoặc truyền xong một byte bằng
cổng nối tiếp
Ngắt tràn timer2 khi giá trị timer2 tràn

Timer
0
INT1

Timer
1
Serial
Port
Timer
2

Vectơ
ngắt

IE0

Thanh ghi
chứa cờ
ngắt
TCON

TF0

TCON

IE1

TCON

0x000
B
0x0013

TF1

TCON

TI,RI

SCON

0x001
B
0x0023

TX2,
EXF2

T2CON

002BH

0x0003

Thanh ghi IE.
EA

Bit
IE.7
IE.6
IE.5

ET2
Kí hiệu

EA
ET2

GVHD:Nguyễn Thị Huế

ES
Địa chỉ bit
AFH
AEH
ADH

ET1

EX1

ET0

EX0

Mơ tả
Cho phép/ cấm tồn bộ
Khơng được miêu tả
Cho phép ngắt từ Timer 2

12


Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều
IE.4
IE.3

IE.2
IE.1
IE.0

ES
ET1
EX1
ET0
EX0

ACH
ABH
AAH
A9H
A8H

2020

Cho phép ngắt từ port nối tiếp
Cho phép ngắt từ Timer 1
Cho phép ngắt ngoài 1
Cho phép ngắt từ Timer 0
Cho phép ngắt ngồi 0

Ngắt do các timer
AT89S52 có 3 Timer là Timer 0 và Timer 1 và Timer 2. Các Timer này đều
là Timer 16 bit, giá trị đếm max do đó bằng 65535 (đếm từ 0 đến 65535).Ba timer
có ngun lý hoạt động hồn tồn giống nhau và độc lập. Các ngắt do các bộ Timer
xảy ra do sự kiện tràn ở các Timer, khi đó các cờ tràn TFx sẽ đươc đặt bằng 1.Khi
ISR được đáp ứng, các cờ TFx sẽ tự động được xóa bởi phần mềm.

Ngắt do cổng nôi tiếp
Ngắt do cổng nối tiếp xảy ra khi hoặc cờ phát ngắt (TI) hoặc cờ ngắt thu (RI)
được đặt bằng 1.ngắt phát xảy ra khi bộ đệm truyền rỗng , ngắt thu xảy ra khi 1 ký
tự đã được nhận xong và đang đợi trong SBUF để được đọc. Các ngắt do cổng nối
tiếp khác các ngắt do timer.cờ gây ra ngắt do PORT nối tiếp khơng bị xố bằng
phần cứng khi CPU chuyển tới ISR do có 2 nguồn ngắt do cổng nối tiếp TI và RI,
nguồn ngắt phải được xác định trong ISR và cờ tạo ngắt sẽ được xố bằng phần
mềm.

I.3 LCD
LCD có nhiệm vụ hiển thị tốc độ, chiều quay của động cơ. LCD được điều
khiển bởi vi điều khiển AT89S52 ở chế độ 4 bit

Màn hình LCD và các chân

GVHD:Nguyễn Thị Huế

13


Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều

2020

Các lệnh điều khiển LCD

GVHD:Nguyễn Thị Huế

14

Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều

2020

I.4 Mạch cầu H L298N
Mạch cầu H L298N dùng để điều khiển chiều của động cơ thơng qua tín
hiệu nhận được từ vi điều khiển AT89S52.
I.4.1.nguyên lý hoạt động của mạch cầu H
Một mạch cầu H dơn giản có dạng như sơ đồ sau:

Theo sơ đồ trên ta mạch cầu H gồm có:
- Dây cấp nguồn +V.
- Dây cấp mass GND.
- 4 khóa đóng mở.
 Khi khóa A1 và A2 đóng thì dịng chạy từ nguồn +V qua
A1,MOTOR,A2 => động cơ chạy thuận.
 Khi khóa B1 và B2 đóng thì dòng chạy từ nguồn +V qua
B1,MOTOR,B2 => động cơ quoay ngược.
Cách thức hoạt động được tóm tắt như bảng sau.
A
1
1
0
1
0
1
0

B1

A2

B2

Trạng thái của động cơ

0
1
1
0
0
1

1
0
0
1
0
1

0
1
0
1
1
0

Quay thuận
Quay nghịch

Hãm động cơ
Hãm động cơ
Chập điện
Chập điện

Với 1là đóng cơng tắc 0 là mở cơng tắc.

GVHD:Nguyễn Thị Huế

15


Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều

2020

Từ bảng trên ta nhận thấy,cầu H chỉ dùng với 4 trạng thái đầu tiên.Vì vậy khi
sử dụng cần thiết phải tránh các trạng thái không mong muốn.
I.4.2 modul mạch cầu H L298N
Module điều khiển động cơ một chiều (DC Motor Driver) sử dụng chip cầu
H L298 giúp điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ DC một cách dễ dàng.

Modul L298N

Thơng số kỹ thuật


Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H



Điện áp điều khiển : +5V ~ +12 V



Dòng tối đa cho mỗi cầu H là :2A



Điện áp của tín hiệu điều khiển : +5 V ~ +7 V



Dịng của tín hiệu điều khiển : 0 ~ 36ma

Các chân tín hiệu
1. DC motor 1 “+” hoặc stepper motor A+
2. DC motor 1 “-” hoặc stepper motor A3. 12V jumper – tháo jumper ra nếu sử dụng nguồn trên 12V. Jumper này dùng
GVHD:Nguyễn Thị Huế

16


Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều

2020

để cấp nguồn cho IC ổn áp tạo ra nguồn 5V nếu nguồn trên 12V sẽ làm cháy IC
Nguồn
4. Cắm dây nguồn cung cấp điện áp cho motor vào đây từ 6V đến 35V.

5. Cắm chân GND của nguồn vào đây
6. Ngõ ra nguồn 5V, nếu jumper đầu vào không rút ra.
7. Chân Enable của Motor 1, chân này dùng để cấp xung PWM cho motor nếu
dùng VDK thì rút jumper ra và cắm chân PWM vào đây. Giữ nguyên khi dùng
với động cơ bước
8. IN1
9. IN2
10. IN3
11. IN4
12. Chân Enable của Motor 2, chân này dùng để cấp xung PWM cho motor nếu
dùng VDK thì rút jumper ra và cắm chân PWM vào đây. Giữ nguyên khi dùng
với động cơ bước
13. DC motor 2 “+” hoặc stepper motor B+
14. DC motor 2 “-” hoặc stepper motor B-

I.5 Encoder
Dùng để đo số vòng quay của động cơ và phát hiện chiều quoay của động
cơ. Encoder sẽ đo tốc độ động cơ thông qua sự liên lạc, mất liên lạc của led phát
quang và bộ phận thu quang rồi chuyển thành các xung điện áp vuông gửi tới chân
ngắt của Vi Xử Lý
Ở đây chúng ta dùng encoder đã được gắn sẵn trên động cơ.
I.5.1 Cấu tạo của Encoder
Được cấu tạo gồm một đĩa tròn xoay, quay quanh trục. Trên đĩa được đục lỗ
(rãnh), khi đĩa này quay và chiếu đèn led lên trên mặt đĩa thì sẽ có sự ngắt quãng.

GVHD:Nguyễn Thị Huế

17

Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều

2020

Cấu tạo encoder

Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu (photosensor)
để thu nhận tín hiệu từ đĩa quay.
I.5.2 Nguyên lý hoạt động của Encoder
Với các tín hiệu có ánh sáng chiếu qua, hoặc khơng có ánh sáng chiếu qua,
người ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay khơng. Số xung đếm được và
tăng lên nó tính bằng số lần ánh sáng bị cắt!
Để đo tốc độ động cơ người ta sẽ làm như sau:

Timer 0

Ts

TF=1

Counter 1

encoder
sơ đồ đọc tốc độ từ encoder.

- Sử dụng Timer 1 ở chế độ 1 dùng làm counter đếm số xung cạnh của
encoder.
- Sử dụng timer 0 để định thời gian ngắt (Ts) thời gian này được lập trình
để có thể thay đổi tùy vào mục đích ,ý đồ của người sử dụng.nhưng
chúng ta nên chon Ts sao cho việc tính tốn tốc độ động cơ là đơn giản

nhất:
Ta có:
GVHD:Nguyễn Thị Huế

18


Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều

2020

Giả sử trong Ts (được xác định bởi bộ định thời timer0) thì timer1ở chế
độ count1 đếm được count xung được minh họa như hình vẽ dưới:
count

Ts
Thì ta có chu kì của xung là : (s) nên tần số xung là f=1/T
Suy ra: có tốc độ động cơ là: (vong/giay)
N=334 xung/vịng
Chọn Ts=0.6s
Khi đó tốc độ động cơ là
Tần số thạch anh của 8051 là 12MHz => mỗi nhịp xung đồng hồ có :
T0

=12/f=1us
Suy ra số nhịp cần cho VĐK (có tần số thạch anh f=12MHz) trong thời gian

0.6
 600000
6

10
0.6(s) là:
=12.50000 >65536 do đó ta nạp cho các thanh ghi TH0 và

TL0 của vi điều khiển giá trị:65536-50000=15536D=3C0B H
 TH0=0x3C và TL0=0xB0. Và cần cho VĐK chạy lặp lại 12 lần để đảm bảo
6

T=12.500000. 10 =0.6 (s).

I.6 Động cơ điện một chiều
I.6.1 Động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều.
Cấu tạo của động cơ gồm có 2 phần: stato đứng yên và rôto quay so với stato. Phần
cảm (phần kích từ-thường đặt trên stato) tạo ra từ trường đi trong mạch từ, xuyên
qua các vòng dây quấn của phần ứng (thường đặt trên rơto). Khi có dịng điện chạy
trong mạch phần ứng, các thanh dẫn phần ứng sẽ chịu tác động bởi các lực điện từ
theo phương tiếp tuyến với mặt trụ rôto, làm cho rôto quay.
Động cơ sử dụng được gắn sẵn encoder:
GVHD:Nguyễn Thị Huế

19


Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều

2020

Thông số kĩ thuật:
- Điện áp hoạt động : DC 3V-24V

- Tốc độ :
+ DC 12V: 8200rpm
+ DC 24V: 16800 rpm
- Số xung: 334 xung
Sơ đồ chân:

- 2 chân VCC và GND của động cơ
- 2 chân VCC và GND của encoder
- Chân A: đo tốc độ động cơ
- Chân B: xác định chiều quay động cơ
I.6.2 Điều khiển tốc độ động cơ bằng xung PWM
Tốc độ động cơ được điều chỉnh qua xung PWM được tạo bởi vi điều khiển
AT89S52:

GVHD:Nguyễn Thị Huế

20


Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều

2020

Tạo một xung có tần số f=1kHz T=1/1000=0.001s=1000us=1000 chu kì
máy. Chúng ta tạo PWM với 10 cấp điều chỉnh tức là phải tạo được xung
10%,20%,30%....100%.một xung như sau:
T1
5V
T

0v

Trong đó :T1 là khoảng thời gian xung ở mức cao 5V
T là chu kì của xung.
Xung % tức là T1/T=%=/100.
- Xung PWM sẽ được đưa ra điều khiển L298 thông qua độ rộng xung.
Khi khơng có xung động cơ khơng quay,khi 100% xung thì động cơ quay
max.tuy xung phải lớn hơn một mức nào đó mới đủ để khởi động động
cơ.
- Để có thể thay đổi 10 cấp với chu kì T=1000us thì ta phải khởi tạo cho
ngắt timer2:100us ngắt 1 lần .
- Sử dụng timer2 với chế độ tự nạp 16bit thì ta phải nạp cho
RCAP2H;RCAP2L các con số :65536-100=65436=FF9C H.
 RCAP2H=0xFF và RCAP2L=0x9C.

I.7 Phím bấm
Gồm các phím dùng để người dùng điều khiển động cơ: khởi động (quay
thuận), quay ngược, stop, tăng tốc, giảm tốc. Các phím bấm được nối với vi điều
khiển cần được cấp nguồn 5V để xác định rõ ràng mức logic, đồng thời phải nối
thêm điện trở treo có giá trị 10k Ohms để tránh ngắn mạch, bảo đảm an toàn cho vi
điều khiển:

GVHD:Nguyễn Thị Huế

21


Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều

2020

I.8 Khối nguồn
Có chức năng cung cấp điện áp ổn định cho các khối trong mạch.Cụ thể trong
mạch ta sử dụng hai nguồn riêng biệt:
- Nguồn 5V DC dùng để nuôi các IC trong mạch.
- Nguồn 12V DC dùng để cung cấp cho động cơ một chiều DC.

GVHD:Nguyễn Thị Huế

22


Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều

2020

I.9 Sơ đồ nguyên lí

GVHD:Nguyễn Thị Huế

23


2020

Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều

CHƯƠNG II:THIẾT KẾ PHẦN MỀM VÀ THỰC NGHIỆM
II.1 Lưu đồ thuật tốn
Lưu đồ chương trình của mạch.

start

Khởi tạo:
-timer 0:chế độ 16bit (50.000us).
-timer2 :chế độ 16bit.
- timer 1:chế độ count1 16 bit
2

Kiểm tra mút ấn

Đ

TR2=1

S

Đ

PWM

S

Đ

Tin hieu ĐK
Động Cơ

STOP

GT

TT

QN

QT

S

Đ

Đ

S

Động cơ

END

1

GVHD:Nguyễn Thị Huế

24

S


Đồ án I – Điều khiển động cơ điện một chiều

2020

1

2

Xung encoder

Count 1

Ngắt timer0

Dem ++

Dem==12

Hien thi LCD

GVHD:Nguyễn Thị Huế

25