Đang tải... (xem toàn văn)
ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG cơ DC DÙNG PIC (có code và layout) ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG cơ DC DÙNG PIC (có code và layout) ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG cơ DC DÙNG PIC (có code và layout) ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG cơ DC DÙNG PIC (có code và layout) ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG cơ DC DÙNG PIC (có code và layout) ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG cơ DC DÙNG PIC (có code và layout) ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG cơ DC DÙNG PIC (có code và layout)
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC DÙNG PIC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT EMF (Electromotive force) Sức Điện Động PWM Điều chế độ rộng xung (Pulse-width modulation) DC ( Direct current motor) Động Cơ Điện chiều PIC (Programmable Intelligent Computer) Máy tính khả trình thông minh ĐỒ ÁN Trang 6/22 CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Giới Thiệu Đề Tài : Đề tài “Điều khiển Động Cơ DC PIC” đề tài phổ biến mặt ứng dụng động DC vào sống , động DC xuất khắp nơi lĩnh vực công nghệ , tự động , sản xuất vâng Đề tài dùng vi điều khiển PIC 16f877a loại vi điều khiển phổ biến thị trường Đề tài với mục đích tìm hiểu ngun lý hoạt động động DC vi điều khiển PIC 16f877a việc điều khiển Tốc Độ + Chiều Quay Động Cơ DC Yêu Cầu đặt : Lập Trình Pic 16F877A điều khiển tốc độ cho động DC , tốc độ điều khiển nút nhận phản hồi , tăng tốc , giảm tốc , thay đổi chiều quay động 1.2Lịch Sử đời Động Cơ DC PIC : 1.2.1 Động DC : Động điện chiều (DC) đời khoảng cuối kỷ thứ XIX ,động điện phát minh vĩ loại , động điện máy điện dùng để chuyển đổi lượng điện sang lượng Hình 1: Động Cơ Điện Một Chiều Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC ĐỒ ÁN Trang 7/22 Động điện DC ( DC viết tắt “ Direct current motor”) động điều khiển trực tiếp có cấu tạo gồm hai dây ( dây nguồn dây tiếp đất ) DC motor động chiều với quay liên tục Khi cung cấp lương động DC bắt đầu quay Chuyển điện thành Các động DC quay với cường độ RPM cao ( số vòng/phút ) động DC ứng dụng để làm quạt máy tính kiểm sốt tốc độ bánh xe Hình 2: Cấu tạo Động Cơ DC Để điều khiển tốc độ quay động DC, ta dùng điều biến độ rộng xung (kí hiệu PWM), kỹ thuật điều khiển tốc độ việc bật tắt xung điện Tỷ lệ phần trăm vận tốc với thời gian thiết bị điều khiển chế bật tắt mức độ số vòng quay xác định động PIC 1.2.2 Vi Điều Khiển PIC 16F877a họ vi điều khiển RISC sản xuất công ty MicrochipTechnology Dòng PIC PIC 1650 phát triển Microelectronics Division sở hữu General Instrument Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC ĐỒ ÁN Trang 8/22 PIC chữ viết tắt "Programmable Intelligent Computer" (Máy tính khả trình thơng minh) sản phẩm hãng General Instruments đặt cho dòng sản phẩm họ PIC1650 Lúc này, PIC1650 dùng để giao tiếp với thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16bit CP1600, vậy, người ta gọi PIC với tên "Peripheral Interface Controller" (Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi) Hình 3: Vi Điều Khiển PIC 16F877A 1.3Ứng Dụng Của Đề Tài: Động điện chiều ứng dụng rộng rãi đời sống , sản xuất đại , làm động điện , máy phát điện trường hợp làm việc khác Động điện chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt, sử dụng ngành cơng nghiệp cần yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ : cán thép , hầm mỏ , giao thông vận tải Vi Điều Khiển PIC ứng dụng lập trình tự động , điều khiển , robot lĩnh vực công nghệ cao khác Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC ĐỒ ÁN Trang 9/22 CHƯƠNG NỘI DU NG ĐỀ TÀI 2.1Sơ Đồ Giải Thuật Mạch: Hình 1: Sơ Đồ Khối Mạch Điều Khiển Động Cơ DC Sơ đồ Giải Thuật mạch “Điều khiển động DC dùng PIC” bao gồm khối module: • Khối Nguồn DC : để cung cấp điện cho mạch với ngõ 12VDC cấp cho khối mudule L298D 5VDC cấp cho PIC 16F877A • Khối Điều Khiển : bao gồm nút nhấn thay đổi tốc độ chiều quay động Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC ĐỒ ÁN Trang 10/22 • Khối Vi Điều Khiển PIC : khối điều khiển trung tâm có nhiệm vụ tính tốn điều khiển xung PWM tín hiệu ngõ cấp cho khối L298D • Khối Module L298D : có nhiệm vụ điều khiển tốc độ chiều quay động • Khối Động Cơ : điều khiển qua khối module L298D thể tốc độ chiều quay 2.2Các linh kiện sử dụng mạch: 2.2.1 Vi Điều Khiển PIC 16F877A: Hình 2: Sơ Đồ Chân PIC 16F877A • Một số thơng số kỹ thuật PIC 16F877A Cấu trúc I/O (input/output) : PIC 16F877A có port có chức I/O : Port A : (RA0 - RA5), port A điều khiển ghi trisA Ngồi port A ngõ cũa chuyễn đỗi ADC, so sánh điện áp ngõ vào cũa xung Clock cho Timer hoạt động Port B : (RB0 - RB7) bit I/O điều khiển bỡi ghi trisB, Port B liên quan đến tính ngắt ngoại vi Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC ĐỒ ÁN Trang 12/22 Hình 3: Module Mạch Điều Khiển L298D INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 nối với chân 5, 7, 10, 12 L298 Đây chân nhận tín hiệu điều khiển OUTUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tương ứng với chân INPUT) nối với chân 2, 3,13,14 L298 Các chân nối với động Hai chân ENA ENB dùng để điều khiển mạch cầu H L298 Nếu mức logic “1” (nối với nguồn 5V) cho phép mạch cầu H hoạt động, mức logic “0” mạch cầu H không hoạt động Power : module ta cấp nguồn 12VDC vào +12VPower ta +5V Power hình để cấp cho vi điều khiển cần Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC ĐỒ ÁN Trang 13/22 2.2.3 Động Cơ DC: Hình 4: Nguyên Lý Hoạt Động Động Cơ DC Gồm có phần : • Stator (Phần Cảm) : động điện chiều thường hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện • Rotor (Phần Ứng) : có cuộn dây quấn nối với nguồn điện chiều • phần chỉnh lưu ( chổi than cổ góp) : Bộ phận chỉnh lưu, có nhiệm vụ đổi chiều dòng điện chuyển động quay rotor liên tục Thơng thường phận gồm có cổ góp chổi than tiếp xúc với cổ góp • Ngun Tắc Hoạt Động: - Pha 1: Từ trường rotor cực với stator, đẩy tạo chuyển - động quay rotor Pha 2: Rotor tiếp tục quay Pha 3: Bộ phận chỉnh điện đổi cực cho từ trường stator rotor dấu, trở lại pha Nếu động điện quay(kéo) với lực tác động bên ngồi , động điện hoạt động máy phát điện chiều , tạo sức điện động cảm ứng EMF Đặc tính động điện hàm có dạng M=f(w) w=f(M) w vận tốc góc M mô mem Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC ĐỒ ÁN Trang 14/22 2.3Một số Phương Pháp Sử Dụng Mạch: 2.3.1 Điều Chế Độ Rộng Xung (PWM): Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) để điều khiển tốc độ động chiều (DC) sở họ vi điều khiển bit Nguyên tắc phương pháp PWM giải thuật lập trình tạo xung PWM cho họ vi điều khiển khác như: 8051, P89V51RD2, PIC 16F877A, ATMEGA16 đề xuất Việc điều khiển động DC phương pháp đề xuất minh họa qua kết mô Proteus Nguyên tắc ản phương pháp điều khiển PWM giữ nguyên giá trị điện áp thay đổi thời gian đặt điện áp vào động Điều có nghĩa, với tần số đóng ngắt cơng tắc đủ lớn, thời gian cấp điện áp vào động lâu điện áp trung ình cao, ngược lại thời gian cấp điện vào động ngắn điện áp trung bình giảm Như vậy, PWM kỹ thuật so sánh tỷ lệ phần trăm điện áp nguồn cách đóng ngắt nhanh nguồn điện cấp vào động tạo tín hiệu xung, với độ rộng xung (thời gian cấp điện áp) xác định tạo điện áp trung bình xác định (được minh họa hình 1) Khi tần số đóng ngắt đủ lớn (thường từ ÷ 20 kHz), động chạy với tốc độ ổn định nhờ moment quay Đại lượng mô tả mối quan hệ khoảng thời gian T-on T-off gọi độ rộng xung (duty cycle ) Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC ĐỒ ÁN Trang 15/22 Hình Điều Chế Xung PWM • Phương Pháp tạo xung PWM VĐK PIC 16F877A Vi điều khiển PIC16F877A có hỗ trợ kênh điều xung phần cứng chân C1 (CCP2) C2(CCP1) sử dụng TIMER2 Khi khai áo điều xung PWM tần số độ rộng xung cụ thể vi điều khiển thực công việc xuất xung cách liên tục tự động có thay đổi giá trị độ rộng xung Các hàm hỗ trợ tạo xung PWM CCS: setup_timer_2 (mode, period, postscale) // hàm thiết lập timer - mode: T2_DIV_BY_1, T2_DIV_BY_4, T2_DIV_BY_16 - period: ÷ 255 - postscale: setup_ccp1(mode) setup_ccp2(mode) // hàm thiết lập chế độ PWM mode: - CCP_PWM: chọn chế độ PWM - CCP_OFF: tắt chế độ PWM set_pwm1_duty(value) set_pwm2_duty(value) // hàm thiết lập giá trị PWM Nếu value giá trị kiểu int bit: Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC ĐỒ ÁN Trang 16/22 Nếu value giá trị long int 16 bit: phương pháp điều khiển tốc độ động DC kỹ thuật PWM sử dụng họ vi điều khiển thông dụng 2.3.2 Mạch Cầu H • Nguyên Lý hoạt động mạch cầu H Module L298D: Hình : Mạch Cầu H L298D Input1 Input2 Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC Action ĐỒ ÁN Trang 17/22 LOW LOW Động Cơ Nghĩ Dừng HIGH LOW Động Cơ Quay Thuận LOW HIGH Động Cơ Quay Nghịch HIGH HIGH Động Cơ Nghĩ Dừng Bảng 1 Nguyên tắc hoạt động I/O L298D Như ta thấy động L298D điều khiển chân In1,In2 ngõ Out1 Out2 Ngõ vào In1 In2 mức Low High động nghĩ , khác mức động hoạt động Ngồi chân EnA EnB chân cho phép mạch cầu hoạt động không đặt mức logic “1” chân mạch khơng hoạt động Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC ĐỒ ÁN Trang 18/22 CHƯƠNG 3.1 MƠ PHỎNG MẠCH Mơ mạch ngun lý Protues: 3.1.1 Khối nguồn Mạch lấy nguồn xoay chiều qua Adapter AC/DC 220VAC/12VDC , ổn áp IC 7805 Hình 1: Khối Mạch Nguồn • Chức phần tử mạch: IC7805 : chức ổn áp điện áp 5VDC cung cấp cho mạch vi điều khiển PIC 16f877a điện áp ổn định C1 ( có phân cực ) ổn áp ngõ vào ngõ , diện dung tụ lớn điện áp vào IC 7805 phẳng C3 C4 ( không phân cực ) tụ giấy lọc nhiễu tần số cao ngõ vào mạch , bảo đảm mạch không bị nhiễu C2 Tụ hóa có tác dụng dập dao động tự kích sử dụng IC ổn áp dòng 78xx 3.1.2 Khối mạch điều khiển: Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC ĐỒ ÁN Trang 19/22 Hình 2: Khối Mạch Điều Khiển • Vi điều khiển trung tâm PIC 16F877A có chức port sau: PORT A (A0 – A4) set ngõ vào nhận tín hiệu từ nút nhấn STOP , TANG TOC , GIAM TOC , QUAY THUAN , QUAY NGHICH PORT C ta sử dụng Chân (RC0,RC1) để xuất tín hiệu PWM điều khiển động đảo chiều động Thạch anh dùng mạch có giá trị 20MHz, với tụ C1, C2 tụ giấy với điện dung 22pF , Pic 16F877A reset chân số MCLR nối mass 3.1.3 Khối L298D Động Cơ DC Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC ĐỒ ÁN Trang 20/22 Hình 3 Khối Mạch L298D Động Cơ Nguyên lý hoạt động L298D sau: Động hoạt động chân EN1 EN2 mức “HIGH” ngược lại ngõ không hoạt động mức “LOW” Chân IN1 IN2 L298D định chiều quay động Nếu mức động dừng , khác mức động quay Nếu IN1 “HIGH” IN2 “LOW” động quay thuận Ngược lại động quay nghịch 3.2Mạch In PCB Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC ĐỒ ÁN Trang 21/22 Hình 4: Mạch PCB thiết kế Protues Mạch In PCB vẽ phần mền chuyên dụng protues Mạch tích hợp mạch nguồn linh kiện diot chống xả dòng cho động bảo vệ mạch Hình 5: Mạch PCB thiết kế tích hợp mạch nguồn Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC ĐỒ ÁN Trang 22/22 CHƯƠNG KẾT LUÂ N 4.1 Kết luận Sau hoàn thành đề tài “ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC BẰNG PIC”và hoàn thành theo kế hoạch đề Bao gồm nhiệm vụ sau: -Tìm hiểu động DC , PIC -Tìm hiểu nguyên lý hoạt động mạch -Mô mạch protues -Nhấn nút thay đổi chiều tốc độ động -Hoàn thiện viết báo cáo Do thời gian thực đề tài có hạn nên khơng thể làm thêm số thứ em cố gắng đề tài tốt nghiệp • Ưu Điểm : Động DC có tốc độ nhanh, động xoay vòng liên tục dễ điều khiển tốc độ thông qua PWM PIC 16f877a dễ sử dụng việc lập trình thơng qua ngơn ngữ lập trình C,C++… • Nhược Điểm : Động DC chiều cần phải có nguồn điện ổn định để hoạt động tốt xác 4.2Hướng phát triển Đề tài “Điều khiển động DC pic” ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực tự động , cấp thoát nước , robot ngành cơng nghệ cao với độ xác cao CNC Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC ĐỒ ÁN Trang 23/22 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] “Điều khiển động DC quay thuận nghịch” – diễn đàn điện tử -hoxuanson 15/3/2014 http://codientu.org/threads/11212/%20 [2] Điều khiển tốc độ động DC dùng PIC 16f877a – diễn đàn điện tử keoholodeee 3/5/2017 http://codientu.org/threads/26652/ [3] Pic16f877a + L298D điều khiển động DC – diễn đàn điện tử lamcdt1k5 24/2/2014 http://codientu.org/threads/10895/ Tiếng Anh: [1] Interfacing DC motor with PIC microcontroller using L298D – ligo George 05 Jun 2017 https://electrosome.com/dc-motor-l293d-pic-microcontroller/ [2] PIC-L298 DC Motor drive Issue’s! – permalink – 01 Sep 2016 http://www.microchip.com/forums/m186476.aspx [3] DC motor control using PIC16F877A and L293D – O B – 30 May 2016 https://libstock.mikroe.com/projects/view/1800/dc-motor-control-usingpic16f877a-and-l293d [4] Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC ĐỒ ÁN Trang 24/22 NG̀N HÌNH ẢNH [1] [2] [3] https://electrosome.com/dc-motor-l293d-pic-microcontroller/ http://www.microchip.com/forums/m186476.aspx https://www.engineersgarage.com/electronic-components/l293d- motor-driver-ic [4] http://www.electroschematics.com/7637/l293d-datasheet/ [5] http://www.microchip.com/wwwproducts/en/PIC16F876A Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC ĐỒ ÁN Trang 25/22 PHỤ LỤC A #include void main() { unsigned char td; unsigned char tocdo=0,tocdo1; set_tris_a(0xFF);// thiet lap input cho portb output_drive(PIN_C3); // IN1 output_drive(PIN_C4); // IN2 setup_ccp1(CCP_PWM);//set up pwm setup_timer_2(T2_DIV_BY_16,255,1); //1220Hz set_pwm1_duty(tocdo); while(TRUE) { if(!input(PIN_A0)) { output_low(PIN_C3); output_low(PIN_C4); tocdo1=0; set_pwm1_duty(tocdo1); } //stop if(!input(PIN_A3)) { while(!input(PIN_A3)); output_low(PIN_C3); output_low(PIN_C4); tocdo1=0; set_pwm1_duty(tocdo1); delay_ms(1000); output_low(PIN_C4); }//thuan if(!input(PIN_A4)) { Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC output_high(PIN_C3); ĐỒ ÁN Trang 26/22 while(!input(PIN_A4)); output_low(PIN_C3); output_low(PIN_C4); tocdo1=0; set_pwm1_duty(tocdo1); delay_ms(1000); output_high(PIN_C4); }//nguoc if(input(PIN_A1)==0){ delay_ms(500); if(tocdo==255) {tocdo=200;} tocdo=tocdo+5; }//tang toc if(input(PIN_A2)==0){ delay_ms(500); if(tocdo==0) {tocdo=5;} tocdo=tocdo-5; }//giam toc tocdo1=tocdo; set_pwm1_duty(tocdo1); } } Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC output_low(PIN_C3); ... cấp nguồn 12VDC vào +12VPower ta +5V Power hình để cấp cho vi điều khiển cần Điều Khiển Động Cơ DC dùng PIC ĐỒ ÁN Trang 13/22 2.2.3 Động Cơ DC: Hình 4: Nguyên Lý Hoạt Động Động Cơ DC Gồm có phần... Điều khiển Động Cơ DC PIC đề tài phổ biến mặt ứng dụng động DC vào sống , động DC xuất khắp nơi lĩnh vực công nghệ , tự động , sản xuất vâng Đề tài dùng vi điều khiển PIC 16f877a loại vi điều. .. Khiển Động Cơ DC dùng PIC ĐỒ ÁN Trang 9/22 CHƯƠNG NỘI DU NG ĐỀ TÀI 2.1Sơ Đồ Giải Thuật Mạch: Hình 1: Sơ Đồ Khối Mạch Điều Khiển Động Cơ DC Sơ đồ Giải Thuật mạch Điều khiển động DC dùng PIC bao