ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ***********&&&********** BÀI TẬP LỚN MÔN : Thiết Kế Mạch Logic & Analog Đề Tài 1:Điều Khiển Chuyển Động Của Robot Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Thắng Sinh viên thực : Nguyễn Viết Việt Bùi Thanh Thủy 3.Trần Quốc Đạt Nguyễn Thị Hồng Vân Phan Thị Hoa Ngô Quang Huân Giáp Huy Việt Thái Nguyên,tháng 11 năm 2010 Mục Lục: Với mạch điện khơng địi hỏi độ ổn định điện áp cao, sử dụng IC ổn áp thường người thiết kế sử dụng mạch điện đơn giản Các loại ổn áp thường sử dụng IC 78xx, với xx điện áp cần ổn áp Ví dụ 7805 ổn áp 5V, 7812 ổn áp 12V Việc dùng loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau, minh họa cho IC ổn áp 7805 .7 Ngõ OUT ổn định 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi Nếu nguồn điện có cố đột ngột: điện áp tăng cao mạch điện hoạt đợng ổn định nhờ có IC 7805 giữ điện áp ngõ OUT 5V không đổi Lời mở đầu: Ngày với tiến khoa học kỹ thuật công nghệ điện tử phát triển ngày rộng rãi Việc sử dụng IC số lĩnh vực đời sống xã hội được ứng dụng phổ biến Từ thông tin diễn đàn Internet trung tâm học tập thưc hành, cho thấy nhu cầu học tập nghiên cứu tự mài mị tìm hiểu nhiều lĩnh vực ngành điện tử nói chung, tự động hóa nói riêng cao Dựa nguyên lí hoạt động mạch logic & analog mà IC số được sử dụng với những mục đích khác Việc ứng dụng IC số đơn giản khơng cần lập trình được sử dụng cho mạch đơn giản vẫn có khả ứng dụng cao Trong những năm gần đây, công nghệ robot đạt được những thành tựu to lớn ngày được ứng dụng rộng rãi nhằm tăng suất lao động, giảm chi phí sản suất Và robot thay cho người tất cả công việc Đặc biệt được sử dụng nghành công nghiệp nặng, công nghiệp vũ trụ, hạt nhân…Tầm ảnh hưởng công nghệ robot quan trọng Dựa ứng dụng công nghệ chế tạo robot nhóm chúng em xin trình bày khâu q trình chế tao robot Đó điều khiển chuyển động robot đơn giản Với vốn kiến thức cịn hạn chế nên báo cáo nhóm em khơng tránh khỏi sai sót khuyết điểm q trình thi cơng mơ hình Rất mong thầy bạn nhận xét góp ý để đề tài được hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! PHẦN I:PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1/ Phương án thiết kế: Thực đề tài: ” Thiết kế mạch điều khiển rôbốt ” Thực đề tài nghiên cứu khái niệm, nguyên lý làm việc mach điều khiển chuyển động robot Để minh họa cho mạch điều khiển robot, ở chúng em sử dụng môtơ để điều khiển robot la ôtô đồ chơi Điều khiển ôtô chuyển động tiến, lùi, quay trái, quay phải ấn công tắc chip Sau thời gian nghiên cứu đề tài dựa nguyên lí mạch cầu H để đảo chiều động DC: Mạch cầu H được gọi mạch cầu H được cấu tạo bởi transitor Fet Đôi mạch cầu H được cấu tạo bởi transitor hay Fet Tác dụng transitor Fet van đóng mở dẫn dịng điện từ nguồn xuống tải với công suất lớn Tín hiệu điều khiển van tín hiệu nhỏ (điện áp hay dòng điện) cho dẫn dòng điện áp lớn để cung cấp cho tải Mạch cầu H đảo chiều dịng điện qua tải nên hay được dùng mạch điều khiển động DC mạch băm áp Đối với mạch điều khiển động mạch cầu H đảo chiều động đơn giản Chỉ cần mở khóa van đúng chiều mà ḿn 2/ Các linh kiện sử dụng mạch: Đề tài thiết kế mạch điều khiển chuyển động robot bao gồm linh kiện : - IC L298 - Mô tơ: mô tơ - IC 7805 - Điôt cầu - Công tắc điều khiển: công tắc - Điện trở - Led - Diot - Pin 9V - Ơtơ đồ chơi 3/ Sơ lược linh kiện sử dụng: - Điện áp cấp lên đến 46V - Tởng dịng DC chịu đựng lên đến 4A - Điện áp bão hòa - Chức bảo vệ nhiệt - Điện áp logic “0” từ 1.5V trở xuống ( lề miễn nhiễu lớn) IC L298 mạch tích hợp đơn chip có kiểu vỏ công suất 15 chân PowerSO20(linh kiện dán công suất) Là IC mạch cầu đơi có khả hoạt động ở điện cao, dịng cao Nó được thiết kế tương thích chuẩn TTL lái tải cảm kháng relay, cuộn solenoid, động DC động bước Nó có chân enable ( cho phép) phép/không cho phép IC hoạt động, độc lập với chân tín hiệu vào Cực phát (emiter) transistor mạch cầu được nối với nối chân ngồi để nới với điện trở cảm ứng dịng cần Nó có thêm chân cấp nguồn giúp mạch logic hoạt động ở điện thấp Mô tơ hay motor thiết bị tạo chuyển động , động cơ, thường dùng để động điện hoặc động đốt Thông số kỹ thuật: - Đường kính: 24.4 mm - Tớc độ: 2800 vịng/phút - Dịng điện tới đa: 0.17A (2190 vịng/phút) - Cơng suất: 0.73W - Điện áp chuẩn : 2.5V IC có tác dụng ởn định nguồn mạch có trở kháng cao Các thông số bản IC 7805: - Dịng cức đại trì 1A - Dịng đỉnh 2.2A - Cơng suất tiêu tán cực đại không dùng tản nhiệt 2w - Công suất tiêu tán dùng tản nhiệt đủ lớn :15w Với những mạch điện khơng địi hỏi độ ổn định điện áp cao, sử dụng IC ổn áp thường được người thiết kế sử dụng mạch điện đơn giản Các loại ổn áp thường được sử dụng IC 78xx, với xx điện áp cần ổn áp Ví dụ 7805 ổn áp 5V, 7812 ổn áp 12V Việc dùng loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau, minh họa cho IC ổn áp 7805 Ngõ OUT ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đởi Nếu nguồn điện có cớ đột ngột: điện áp tăng cao mạch điện vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được điện áp ở ngõ OUT 5V không đổi Trong mạch chỉnh lưu diode được tích hợp thành diode cầu Diode cầu có tác dụng chỉnh lưu dịng điện,nhằm nhận được tín hiệu DC tinh khiết Trong mạch sử dụng công tắc diều khiển để điều khiển bật, tắt: hoạt động tiến, lùi, quay trái, quay phải motor Là linh kiện điện tử thụ động, có tác dụng hạn chế dòng điện Điện trở được làm từ hợp chất cacbon kim loại tùy theo tỷ lệ pha trộn mà loai điện trở có trị số khác Giá trị điện trở được thể vạch màu Led có nghĩa diode phát quang, diode có khả phát ánh sáng hay tia hồng ngoại,tử ngoạị Led thường có điện phân cực cao diode thông thường, khoảng từ 1,5-3V Led được dùng để làm phận hiển thị thiết bị điện, điện tử, đèn quảng cáo, đèn giao thông Kí hiệu: Kí hiệu gần giống so với kí hiệu diode, có hai mũi tên ở phía Led có hình dạng hình ở phía gọi led đơn Trong mạch sử dụng led báo nguồn biết có dịng điện cho mạch hoạt động Ta sử dụng diot để chớng dịng ngược, đảm bảo an tồn cho mạch cung cấp dịng điện ngược chiều Cung cấp nguồn điện chiều cho mạch điều khiển hoạt động.(Sử dụng pin 9V) 10 PHẦN II: THIẾT KẾ 1/ Sơ đồ khối: Nguồ nn Điều khiển Modul DK L298 Moto r1 Moto r2 Sơ đồ sơ đồ khối chung miêu tả mạch điều khiển robot 2/ Chức của khối: a) Khối điều khiển môtơ: (Modul DK L298) Trong mạch điều khiển robot, để điều khiển môtơ ta sử dụng IC L298 IC L298 IC mạch cầu đơi, ta có sơ đồ khới L298 sau: 12 Sơ đồ chân: 13 Cụ thể chân sau: - Vss: nguồn logic 4,5-7V, mức chuẩn 5V - Vs : nguồn cấp cho động ở đầu ra, có giá trị 2,5-46V tùy loại động Trong mạch ta dùng 5V, điều khiển động nhỏ - Có đầu vào in1, in2, in3, in4; đầu vào mạch cầu H (cầu A cầu B) nhằm khuếch đại dòng điện Để cho phép hai mạch cầu hoạt động có chân tín hiệu EnA EnB EnA Điều khiển mạch cầu ứng với đầu vào in1 in2 (cầu A) EnB điều khiển mạch cầu ứng với đàu vào in3 in4 (cầu B) - Các chân SenseA, SenseB: được nối đất qua điện trở Giá trị điện trở điều khiển mức dịng điện chạy qua động - Có đầu out1, out 2, out 3, out tương ứng với đầu vào Dòng điện ở đầu out1 va out được điều khiển bởi điện trở nới vào SenseA, cịn dịng điện ở đầu out out được điều khiển bởi điện trở nối vào SenseB Mạch cho phép điều khiển động theo cả hai chiều thuận nghịch: - Khi C ở mức cao, D ở mức thấp: động quay theo chiều thuận - Khi D ở mức cao, C ở mức thấp : động quay theo theo chiều ngược - Khi hai đầu vào C D ở mức cao hoặc mức thấp, điện áp giữa đầu động bằng nên động dừng lại nhanh chóng Chú ý: Khi thiết kế cần có tụ điện không cảm kháng 100nF hai chân Vs Vss tới GND Gắn tụ điện thật gần với chân GND của IC Khi tụ điện của mạch nguồn xa IC, them tụ nhỏ gần IC 14 Về điện trở cảm ứng động, không dùng loại điện trở dây quấn phải nối đát cho gần chân GND tốt Mỗi chân điều khiển ngõ vào phải kết nối với mạch điều khiển cho đường dây nối thật ngắn b) Môtơ: Là động điện chiều, dùng để biến đổi tín hiệu điều khiển dạng xung điện rời rạc thành chuyển động góc quay hoặc chuyển động rơto có khả cớ định rơto vào vị trí cần thiết Các môtơ quay theo bước nên có độ chính xác cao mặt điều khiển học Như giới thiệu ở phần trên, môtơ được gắn vào hai bánh xe sau ôtô đồ chơi để điều khiển chuyển động ôtô Sử dụng IC L298 để điều khiển chiều quay tiến , lùi motor Nếu ta sử dụng động bước, tốc độ động tương đối nhỏ, mặt khác giá thành động bước cao Ưu điểm động bước có khả hãm, động dừng lại sau tắt nguồn Tuy nhiên ở ta sử dụng động chiều RF 310T, có giá thành rẻ, gọn nhẹ nên được sử dụng phổ biến loại đồ chơi (Do động tương đới yếu nên ta thiết kế thêm hệ thống bánh để motor quay khỏe hơn) c) Nguồn: Khối đơn giản quan trọng, để ổn định điện áp nguồn ta sử dụng IC LM7805 Nguồn sử dụng ở phin 3v, cung cấp nguồn điện chiều cho toàn mạch d) Khối điều khiển: 15 Khối điều khiển công tắc nhấn dùng để điểu khiển oto khối được tách riêng rẽ để thuận tiện cho việc điều khiển được dễ dàng 3/ Nguyên lý: a/ Mạch cầu H: Như giới thiệu ở phần đầu, mạch cầu H có nhiệm vụ quan trọng việc dẫn dịng điện từ nguồn xuống tải, nhằm đảo chiều động theo ý muốn Các dạng cấu tạo của mạch cầu H Mạch cầu H được cấu tạo bởi dạng chính: +) Dạng 1: Được cấu tạo bởi transitor (Fet) Cùng kênh N Sơ đồ nguyên lý mạch được cấu tạo sau (Chỉ vẽ mạch dùng transitor để họa) 16 Đới với dạng được cấu tạo bởi transitor kênh N cần tín hiệu điều khiển kích mở transitor +) Dạng 2: Được cấu tạo bởi cặp đôi transitor P,N hay FET (THuận Ngược) Sơ đồ nguyên lý cấu tạo được cấu tạo sau :(Tơi dùng transitor họa Đới với thiết kế quả thấy ổn định đối với điện áp đầu vào nhỏ khoảng 24V Đối với mạch công suất lớn FET cơng suất lớn thường ko có kênh P nên ta ko dùng được theo cách mà phải dùng theo cách Nguyên tắc hoạt động mạch cầu H Chỉ xét đến nguyên lý hoạt động hoạt động mạch cầu H BJT được chọn để ví dụ cịn Fet gần tương đương Ta phân tích dạng mạch cầu H Hai dạng có ngun lý hoạt động giớng khác linh kiện cấu tạo lên cầu H việc đóng mở transitor hay Fet nào? Đối với dạng dùng Fet kênh phải dùng mạch lái đới với cơng suất lớn điện áp lớn Còn dạng dùng với công suất nhỏ với điện áp đầu vào nhỏ 17 Ta phân tích nguyên lý hoạt động mạch dang sau: Mạch cầu H được điều khiển bởi tín hiệu đóng mở van tín hiệu tín hiệu 2( Như hình 2) điều khiển được chiều (Có nghĩa đảo chiều dịng điện) Xét chế độ thuận nghịch Như chúng ta bit điều kiện để đóng mở đê transitor thơng là: - Đới với kênh N để mở Ube > mở transitor bằng dòng điện - Đới với transitor kênh P để mở Ube 20Khz) người ta thường khơng dùng BJT nhược điểm mà người ta dùng linh kiện công suất Mosfet hay IGBT Và thường dùng để điều khiển động DC lớn băm áp có cơng suất lớn Cái chúng ta cần chú đến : Tín hiệu điều khiển đóng cắt , bảo vệ van điều khiển, dịng ngược từ tài có khả phá hủy tiếp giáp Trong thực tế có loại IC bán dẫn được tích hợp ln cả cầu H ta cần cấp xung điều khiển, có bảo vệ dịng: + L298 + L293 Dựa sở chúng em sử dụng IC L298 để điều khiển chiều quay tiến, lùi, trái, phải môtơ Sử dụng môtơ gắn vào bánh sau ôtô để điều khiển chuyển động ôtô Ứng dụng phần mềm OrCAD hỗ trợ thiết kế mạc in 20 Nhìn chung đề tài tương đối đơn giản, mang tính chất minh họa nhờ việc sử dụng IC môtơ để tạo chuyển động đơn giản ôtô quay trái, phải, tiến, lùi b/ Sơ đồ nguyên lý: Nguyên lí hoạt động: Ban đầu chân in L298 ở mức 0, Khi nhấn cơng tắc điều khiển chân in ứng với cơng tắc được set lên làm cho L298 thơng Dịng điên qua IC L298 cho chân out tương ứng đưa dòng đến motor làm cho motor quay theo chiều dòng điện Diot cầu có tác dụng chỉnh lưu dịng Các motor quay truyền chuyển động đến bánh xe Bánh xe được tác động quay chiều với motor đẩy oto chuyển đông theo chiều quay motor 21 Hoạt động hai động định chuyển động ôtô: Chuyển động ôtô Tiến Lùi Rẽ phải Rẽ trái Lùi phải Lùi trái Left motor Thuận Ngược Thuận Không quay Ngược Không quay Mạch sử dụng công tắc chip để điều khiển c/ Sơ đồ mạch in: 4/ Sản phẩm thu được: 22 Right motor Thuận Ngược Không quay Thuận Không quay Ngược Sau thời gian nghiên cứu nguyên lý hoạt động mạch điều khiển robot,cùng với việc tìm hiểu linh kiện cần thiết sử dung mạch, nhóm hồn thành sản phẩm mạch điều khiển chuyển động ôtô đồ chơi, được minh họa bởi hình ảnh Phần III: Mở rợng 23 Đối với VIỆT NAM, giai đoạn đầu thời kỳ cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước,cơng nghệ sản xuất, chế tạo robot lĩnh vực tương đối mẻ Robot nhằm tạo tự động hóa trình sản xuất giảm sức lao động bằng chân tay người lao động Sản phẩm hoàn thành sản phẩm đơn giản hoạt động điều khiển chuyển động robot Từ sản phẩm này, ta mở rộng việc thiết kế sản phẩm khác nhằm ứng dụng thực tiễn sống Đề tài điều khiển chuyển động robot ứng dụng thực tế mà phát triển mạnh mẽ, đa dạng sinh động, được ứng dụng nhiều nhà máy sản xuất nhằm giảm bớt công sức lao động người đồng thời nâng cao số lượng chất lượng sản phẩm, nên phù hợp nhiều ứng dụng thực tế,… Thông qua mạch điều khiển chuyển động robot trên, ta mở rộng chế tạo mạch điều khiển chuyển động robot phức tap hơn, tiến xa chế tạo mạch điều khiển từ xa chuyển động robot Phần IV: KẾT LUẬN 24 Đề tài: ” THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CỦA ROBOT”, Đề tài giúp chúng ta hiểu thêm môn học “Thiết kế mạch logic analog “ Thông qua đề tài, chúng ta hiểu công dụng việc sử dụng linh kiện cách thức xây dựng, bớ trí hồn thành mạch thiết kế Mach điều khiển chuyển động robot đơn giản đánh dấu bước nhận thức sinh viên, nhằm bước đầu tạo động lực, khuyến khích lòng say mê sáng tạo, để chúng ta bắt tay vào công chế tạo những mạch điều khiển robot phức tạp nhằm úng dụng thực tiễn hay tham gia vào những thi chế tạo robot Robocon, Eureka… Đề tài nhóm thiết kế hồn thành khơng thể tránh khỏi những sai sót, mong thầy giáo bạn góp ý, xây dựng để đề tài hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Tài liệu tham khảo: - Giáo trình thiết kế mạch logic analog : NGUYỄN THÚY VÂN - http://www.scribd.com/doc/16688086/bao-cao-dong-co - http://cdtvn.net/index.php?option=com_content&view=article&id=1803:hcircuit&catid=42:electrics-electronics&Itemid=257 - Google.com.vn Ý kiến đánh giá của giáo viên: Phần cho điểm: ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… 25 ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 26 ... khiển Modul DK L298 Moto r1 Moto r2 Sơ đồ sơ đồ khối chung miêu tả mạch điều khiển robot 2/ Chức của khối: a) Khối điều khiển môtơ: (Modul DK L298) Trong mạch điều khiển robot, để điều khiển. .. điều khiển chuyển động robot trên, ta mở rộng chế tạo mạch điều khiển chuyển động robot phức tap hơn, tiến xa chế tạo mạch điều khiển từ xa chuyển động robot Phần IV: KẾT LUẬN 24 Đề tài: ... nhận xét góp ý để đề tài được hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! PHẦN I:PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1/ Phương án thiết kế: Thực đề tài: ” Thiết kế mạch điều khiển rôbốt ” Thực đề tài nghiên cứu khái