ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG Cơ DC DÙNG PIC (có Code Và Layout) - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.docx) (26 trang)

Trang chủ

Kỹ Thuật - Công Nghệ

Điện - Điện tử

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG cơ DC DÙNG PIC (có code và layout)

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (714.28 KB, 26 trang )

ĐỒ ÁN 2ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC DÙNG PICMỤC LỤCDANH MỤC CÁC HÌNH VẼDANH MỤC CÁC BẢNG BIỂUDANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮTEMF (Electromotive force)Sức Điện ĐộngPWMĐiều chế độ rộng xung(Pulse-width modulation)DC ( Direct current motor)Động Cơ Điện một chiềuPIC (Programmable Intelligent Computer)Máy tính khả trình thông minhĐỒ ÁN 2Trang 6/22CHƯƠNG 1.1.1TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀIGiới Thiệu Đề Tài :Đề tài “Điều khiển Động Cơ DC bằng PIC” là một đề tài khá phổ biến về mặtứng dụng của động cơ DC vào cuộc sống , động cơ DC xuất hiện khắp nơi trên mọilĩnh vực công nghệ , tự động , sản xuất và vâng vâng . Đề tài này dùng vi điều khiểnPIC 16f877a là loại vi điều khiển khá phổ biến trên thị trường .Đề tài với mục đích tìm hiểu nguyên lý hoạt động của động cơ DC và vi điềukhiển PIC 16f877a trong việc điều khiển Tốc Độ + Chiều Quay của Động Cơ DC.Yêu Cầu đặt ra : Lập Trình Pic 16F877A điều khiển tốc độ cho động cơ DC , tốcđộ được điều khiển bằng nút nhận phản hồi , tăng tốc , giảm tốc , thay đổi chiềuquay động cơ .1.2Lịch Sử ra đời Động Cơ DC và PIC :1.2.1Động cơ DC :Động cơ điện một chiều (DC) được ra đời khoảng cuối thế kỷ thứ XIX ,động cơđiện là một trong những phát minh vĩ đại của nhân loại , động cơ điện là máy điệndùng để chuyển đổi năng lượng điện sang năng lượng cơ .Hình 1. 1: Động Cơ Điện Một ChiềuĐiều Khiển Động Cơ DC dùng PICĐỒ ÁN 2Trang 7/22Động cơ điện DC ( DC viết tắt là “ Direct current motor”) là động cơ điều khiểntrực tiếp có cấu tạo gồm hai dây ( dây nguồn và dây tiếp đất ) DC motor là mộtđộng cơ một chiều với cơ năng quay liên tục.Khi cung cấp năng lương động cơ DC sẽ bắt đầu quay. Chuyển điện năng thành cơnăng . Các động cơ DC sẽ quay với cường độ RPM rất cao ( số vòng/phút ) và cácđộng cơ DC đều được ứng dụng để làm quạt máy tính kiểm soát tốc độ của bánhxe..Hình 1. 2: Cấu tạo Động Cơ DCĐể điều khiển tốc độ quay của động cơ DC, ta dùng điều biến độ rộng xung (kíhiệu là PWM), là kỹ thuật điều khiển tốc độ bằng việc bật và tắt các xung điện. Tỷlệ phần trăm vận tốc với thời gian của thiết bị được điều khiển bằng cơ chế bật tắtmột mức độ cơ số vòng quay xác định của động cơ.PIC1.2.2Vi Điều Khiển PIC 16F877alàhọmộtviđiềukhiểnRISCsảnxuấtbởicôngtyMicrochipTechnology. Dòng PIC đầu tiên là PIC 1650 phát triển bởiMicroelectronics Division sở hữu bởi General Instrument .Điều Khiển Động Cơ DC dùng PICĐỒ ÁN 2Trang 8/22PIC là chữ viết tắt của "Programmable Intelligent Computer" (Máy tínhkhả trình thông minh) là sản phẩm của hãng General Instruments đặt cho dòngsản phẩm đầu tiên của họ là PIC1650. Lúc này, PIC1650 được dùng để giao tiếp vớicác thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16bit CP1600, vì vậy, người ta cũng gọi PIC vớicái tên "Peripheral Interface Controller" (Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi).Hình 1. 3: Vi Điều Khiển PIC 16F877A1.3Ứng Dụng Của Đề Tài:Động cơ điện một chiều được ứng dụng rộng rãi trong đời sống , trong nền sảnxuất hiện đại , nó có thể làm động cơ điện , máy phát điện trong các trường hợp làmviệc khác nhau.Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, vì vậy được sửdụng trong các ngành công nghiệp cần yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như : cánthép , hầm mỏ , giao thông vận tải .Vi Điều Khiển PIC được ứng dụng trong các lập trình về tự động , điều khiển ,robot và các lĩnh vực công nghệ cao khác.Điều Khiển Động Cơ DC dùng PICĐỒ ÁN 2Trang 9/22CHƯƠNG 2.NỘIDUNGĐỀTÀI2.1Sơ Đồ Giải Thuật của Mạch:Hình 2. 1: Sơ Đồ Khối Mạch Điều Khiển Động Cơ DCSơ đồ Giải Thuật của mạch “Điều khiển động cơ DC dùng PIC” bao gồm các khốimodule:• Khối Nguồn DC : để cung cấp điện cho mạch với ngõ ra là 12VDC cấp chokhối mudule L298D và 5VDC cấp cho PIC 16F877A .• Khối Điều Khiển : bao gồm các nút nhấn thay đổi tốc độ và chiều quay độngcơ .Điều Khiển Động Cơ DC dùng PICĐỒ ÁN 2Trang 10/22• Khối Vi Điều Khiển PIC : là khối điều khiển trung tâm có nhiệm vụ tính toánđiều khiển xung PWM và tín hiệu ngõ ra cấp cho khối L298D.• Khối Module L298D : có nhiệm vụ điều khiển tốc độ chiều quay động cơ• Khối Động Cơ : được điều khiển qua khối module L298D thể hiện tốc độchiều quay.2.2Các linh kiện chính sử dụng trong mạch:2.2.1Vi Điều Khiển PIC 16F877A:Hình 2. 2: Sơ Đồ Chân PIC 16F877A• Một số thông số kỹ thuật PIC 16F877ACấu trúc I/O (input/output) :PIC 16F877A có 5 port có chức năng I/O : Port A : (RA0 - RA5), port A được điều khiển bởi thanh ghi trisA. Ngoài raport A còn là ngõ ra cũa bộ chuyễn đỗi ADC, bộ so sánh điện áp và là ngõvào cũa xung Clock cho Timer 0 hoạt động. Port B : (RB0 - RB7) 8 bit I/O cũng được điều khiển bỡi thanh ghi trisB,ngoài ra Port B còn liên quan đến tính năng ngắt ngoại vi.Điều Khiển Động Cơ DC dùng PICĐỒ ÁN 2Trang 11/22 Port C : (RC0 - RC7) 8 bit I/O cũng được điều khiển bỡi thanh ghi trisC, bêncạnh đó port C còn có các chân có tính năng so sánh, đồng thời là ngõ vàoxung Clock của bộ Timer 1 và các chuẩn giao tiếp nối tiếp. Port D : (RD0 - RD7) : 8 bit I/O được điều khiển bỡi thanh ghi trisD. Port E : (RE0 - RE2) : 3 bit I/O được điều khiển bởi thanh ghi trisE, ngoài racòn có tính năng nhận ngõ vào Analog để thực hiện chuyễn đỗi ADC• Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:• Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8bit.• Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số , có thể thực hiện chức năng đếm•••••dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep.Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số , bộ postcalerHai bộ capture/so sánh/ điều chế độ rộng xungCác chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP ( synchronous serial port ) , SPI vaf I2CChuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ .Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiểnRD, WR, CS ở bên ngoài.2.2.2Module L298D:Module L298D là mạch tích hợp IC L298D còn gọi là IC cầu H thường được dùngtrong các mạch điều khiển tốc độ động cơ xe điều khiển , là một module thông dụngvới đầy đủ chức năng nó có thể điều khiển cùng lúc 2 động cơ.•Thông số kỹ thuật:Drive: L298N tích hợp hai mạch cầu H.Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A (2A cho mỗi motor)Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 VCông suất hao phí: 20WĐiện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 VDòng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mANhiệt độ bảo quản: -25 ℃ đến khoảng 130 ℃• Các chức năng chính của module L298D:Điều Khiển Động Cơ DC dùng PICĐỒ ÁN 2Trang 12/22Hình 2. 3: Module Mạch Điều Khiển L298D INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 được nối lần lượt với các chân 5, 7, 10, 12 củaL298. Đây là các chân nhận tín hiệu điều khiển. OUTUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tương ứng với các chân INPUT)được nối với các chân 2, 3,13,14 của L298. Các chân này sẽ được nối vớiđộng cơ. Hai chân ENA và ENB dùng để điều khiển mạch cầu H trong L298. Nếu ởmức logic “1” (nối với nguồn 5V) cho phép mạch cầu H hoạt động, nếu ởmức logic “0” thì mạch cầu H không hoạt động Power : ở module này ta có thể cấp nguồn 12VDC vào +12VPower thì ta sẽđược +5V Power như hình để cấp cho vi điều khiển nếu cần .Điều Khiển Động Cơ DC dùng PICĐỒ ÁN 2Trang 13/222.2.3Động Cơ DC:Hình 2. 4: Nguyên Lý Hoạt Động Động Cơ DCGồm có 3 phần chính :• Stator (Phần Cảm) : của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp namchâm vĩnh cửu, hay nam châm điện.• Rotor (Phần Ứng) : có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện mộtchiều.• phần chỉnh lưu ( chổi than và cổ góp) : Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ làđổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục. Thôngthường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc vớicổ góp.• Nguyên Tắc Hoạt Động:- Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển-động quay của rotor.Pha 2: Rotor tiếp tục quayPha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotorcùng dấu, trở lại pha 1Nếu động cơ điện được quay(kéo) với 1 lực tác động bên ngoài , thì động cơđiện sẽ hoạt động như máy phát điện 1 chiều , tạo ra một sức điện động cảm ứngEMF.Đặc tính cơ của động cơ điện là hàm có dạng M=f(w) hoặc w=f(M) trong đó wlà vận tốc góc và M là mô mem.Điều Khiển Động Cơ DC dùng PICĐỒ ÁN 2Trang 14/222.3Một số Phương Pháp Sử Dụng trong Mạch:2.3.1Điều Chế Độ Rộng Xung (PWM):Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) để điều khiển tốc độ động cơ mộtchiều (DC) trên cơ sở các họ vi điều khiển 8 bit. Nguyên tắc cơ bản của phươngpháp PWM và các giải thuật lập trình tạo xung PWM cho các họ vi điều khiển khácnhau như: 8051, P89V51RD2, PIC 16F877A, ATMEGA16 sẽ được đề xuất. Việcđiều khiển động cơ DC bằng phương pháp đề xuất sẽ được minh họa qua các kếtquả mô phỏng bằng Proteus.Nguyên tắc cơ ản của phương pháp điều khiển PWM là giữ nguyên giá trịđiện áp và thay đổi thời gian đặt điện áp vào động cơ. Điều này có nghĩa, với tần sốđóng ngắt công tắc đủ lớn, thời gian cấp điện áp vào động cơ càng lâu thì điện áptrung ình càng cao, ngược lại thời gian cấp điện vào động cơ ngắn điện áp trungbình giảm. Như vậy, PWM là một kỹ thuật so sánh tỷ lệ phần trăm điện áp nguồnbằng cách đóng ngắt nhanh nguồn điện cấp vào động cơ tạo ra một tín hiệu xung,với độ rộng xung (thời gian cấp điện áp) xác định sẽ tạo ra một điện áp trung bìnhxác định (được minh họa như hình 1). Khi tần số đóng ngắt đủ lớn (thường từ 1 ÷20 kHz), động cơ sẽ chạy với một tốc độ ổn định nhờ moment quay.Đại lượng mô tả mối quan hệ giữa khoảng thời gian T-on và T-off được gọi làđộ rộng xung (duty cycle )Điều Khiển Động Cơ DC dùng PICĐỒ ÁN 2Trang 15/22Hình 2. 5 Điều Chế Xung PWM• Phương Pháp tạo xung PWM bằng VĐK PIC 16F877AVi điều khiển PIC16F877A có hỗ trợ kênh điều xung bằng phần cứng ở 2 chânC1 (CCP2) và C2(CCP1) sử dụng TIMER2. Khi khai áo điều xung PWM ở mộttần số và độ rộng xung cụ thể nào đó thì vi điều khiển sẽ thực hiện công việc xuấtxung một cách liên tục và tự động cho đến khi có sự thay đổi các giá trị độ rộngxung mới.Các hàm hỗ trợ tạo xung PWM trong CCS:setup_timer_2 (mode, period, postscale) // hàm thiết lập timer 2- mode: T2_DIV_BY_1, T2_DIV_BY_4, T2_DIV_BY_16- period: 0 ÷ 255- postscale: 1setup_ccp1(mode) và 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) và set_pwm2_duty(value) // hàm thiết lập giá trị PWMNếu value là giá trị kiểu int 8 bit:Điều Khiển Động Cơ DC dùng PICĐỒ ÁN 2Trang 16/22Nếu value là giá trị long int 16 bit:phương pháp điều khiển tốc độ động cơ DC bằng kỹ thuật PWM sử dụng các họ viđiều khiển thông dụng2.3.2Mạch Cầu H• Nguyên Lý hoạt động mạch cầu H của Module L298D:Hình 2. 6 : Mạch Cầu H trong L298DInput1Input2Điều Khiển Động Cơ DC dùng PICActionĐỒ ÁN 2Trang 17/22LOWLOWĐộng Cơ Nghĩ và DừngHIGHLOWĐộng Cơ Quay ThuậnLOWHIGHĐộng Cơ Quay NghịchHIGHHIGHĐộng Cơ Nghĩ và DừngBảng 1. 1 Nguyên tắc hoạt động I/O L298DNhư vậy ta thấy 1 động cơ trên L298D được điều khiển bằng 2 chân In1,In2 và ngõra là Out1 và Out2 .Ngõ vào In1 In2 cùng mức Low hoặc High thì động cơ nghĩ ,khác mức thì động cơ hoạt động .Ngoài ra chân EnA và EnB là 2 chân cho phép mạch cầu hoạt động. nếu không đặtmức logic “1” ở chân này thì mạch sẽ không hoạt động .Điều Khiển Động Cơ DC dùng PICĐỒ ÁN 2Trang 18/22CHƯƠNG 3.3.1MÔ PHỎNG MẠCHMô phỏng mạch nguyên lý trên Protues:3.1.1Khối nguồnMạch lấy nguồn xoay chiều qua Adapter AC/DC 220VAC/12VDC , và được ổn ápbởi IC 7805Hình 3. 1: Khối Mạch Nguồn• Chức năng chính của các phần tử trong mạch: IC7805 : chức năng ổn áp điện áp 5VDC cung cấp cho mạch vi điều khiểnPIC 16f877a điện áp ổn định. C1 ( có phân cực ) ổn áp ngõ vào và ngõ ra , diện dung tụ này càng lớn thìđiện áp vào IC 7805 càng phẳng . C3 và C4 ( không phân cực ) là tụ giấy lọc nhiễu tần số cao ngõ vào và racủa mạch , bảo đảm mạch không bị nhiễu. C2 Tụ hóa có tác dụng dập dao động tự kích khi sử dụng IC ổn áp dòng78xx3.1.2Khối mạch điều khiển:Điều Khiển Động Cơ DC dùng PICĐỒ ÁN 2Trang 19/22Hình 3. 2: Khối Mạch Điều Khiển•Vi điều khiển trung tâm là PIC 16F877A có chức năng của các port nhưsau:PORT A (A0 – A4) được set là ngõ vào nhận tín hiệu từ các 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 độngcơ và đảo chiều động cơ.Thạch anh dùng trong mạch có giá trị 20MHz, với 2 tụ C1, C2 là tụ giấy với điệndung 22pF , Pic 16F877A reset khi chân số 1 MCLR nối mass .3.1.3Khối L298D và Động Cơ DCĐiều Khiển Động Cơ DC dùng PICĐỒ ÁN 2Trang 20/22Hình 3. 3 Khối Mạch L298D và Động CơNguyên lý hoạt động của L298D như sau:Động cơ chỉ hoạt động được khi chân EN1 và EN2 ở mức “HIGH” và ngược lạingõ ra không hoạt động khi ở mức “LOW”.Chân IN1 và IN2 của L298D quyết định chiều quay động cơ . Nếu cùng mức thìđộng cơ dừng , khác mức thì động cơ quay . Nếu IN1 “HIGH” IN2 “LOW” thì độngcơ quay thuận. Ngược lại thì động cơ quay nghịch3.2Mạch In PCBĐiều Khiển Động Cơ DC dùng PICĐỒ ÁN 2Trang 21/22Hình 3. 4: Mạch PCB thiết kế trong ProtuesMạch In PCB được vẽ bằng phần mền chuyên dụng protues .Mạch tích hợp mạch nguồn và các linh kiện như diot chống xả dòng cho động cơbảo vệ mạch .Hình 3. 5: Mạch PCB thiết kế tích hợp mạch nguồnĐiều Khiển Động Cơ DC dùng PICĐỒ ÁN 2Trang 22/22CHƯƠNG 4.KẾTLUÂN4.1Kết luậnSau khi hoàn thành đề tài “ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC BẰNGPIC”và hoàn thành theo đúng kế hoạch đề ra. Bao gồm các nhiệm vụ sau:-Tìm hiểu động cơ DC , PIC.-Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của mạch.-Mô phỏng mạch bằng protues.-Nhấn nút thay đổi chiều và tốc độ động cơ.-Hoàn thiện và viết báo cáo.Do thời gian thực hiện đề tài có hạn nên không thể làm thêm một số thứ . em sẽcố gắng ở đề tài tốt nghiệp.• Ưu Điểm :Động cơ DC có tốc độ nhanh, động cơ xoay vòng liên tục. dễ điều khiển tốc độthông qua PWMPIC 16f877a dễ sử dụng bằng việc lập trình thông qua ngôn ngữ lập trình C,C++…• Nhược Điểm :Động cơ DC một chiều cần phải có nguồn điện ổn định để có thể hoạt động tốtchính xác .4.2Hướng phát triểnĐề tài “Điều khiển động cơ DC bằng pic” được ứng dụng rộng rãi trên nhiềulĩnh vực tự động , cấp thoát nước , robot các ngành công nghệ cao với độ chính xáccao như CNC.Điều Khiển Động Cơ DC dùng PICĐỒ ÁN 2Trang 23/22TÀI LIỆU THAM KHẢOTiếng Việt:[1]“Điều khiển động cơ DC quay thuận nghịch” – diễn đàn cơ điện tử-hoxuanson 15/3/2014 />[2] Điều khiển tốc độ động cơ DC dùng PIC 16f877a – diễn đàn cơ điện tử keoholodeee 3/5/2017 />[3] Pic16f877a + L298D điều khiển động cơ DC – diễn đàn cơ điện tử lamcdt1k5 24/2/2014 />Tiếng Anh:[1] Interfacing DC motor with PIC microcontroller using L298D – ligo George 05 Jun 2017 />[2] PIC-L298 DC Motor drive Issue’s! – permalink – 01 Sep 2016 />[3] DC motor control using PIC16F877A and L293D – O B – 30 May 2016 />[4]Điều Khiển Động Cơ DC dùng PICĐỒ ÁN 2Trang 24/22NGUỒN HÌNH ẢNH[1][2][3] /> /> />motor-driver-ic[4] />[5] />Điều Khiển Động Cơ DC dùng PICĐỒ ÁN 2Trang 25/22PHỤ LỤC A#include <main.h>void main(){unsigned char td;unsigned char tocdo=0,tocdo1;set_tris_a(0xFF);// thiet lap input cho portboutput_drive(PIN_C3); // IN1output_drive(PIN_C4); // IN2setup_ccp1(CCP_PWM);//set up pwm 1setup_timer_2(T2_DIV_BY_16,255,1); //1220Hzset_pwm1_duty(tocdo);while(TRUE){if(!input(PIN_A0)) {output_low(PIN_C3); output_low(PIN_C4); tocdo1=0; set_pwm1_duty(tocdo1);} //stopif(!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);}//thuanif(!input(PIN_A4)) {Điều Khiển Động Cơ DC dùng PICoutput_high(PIN_C3);

Tài liệu liên quan

Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha theo phương pháp Sinpwm, sử dụng vi điều khiển DSPLC30F6010
- 121
- 1
- 2
Tài liệu CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC pptx
- 4
- 567
- 2
Tài liệu Điều khiển động cơ DC ppt
- 10
- 687
- 2
Cấu tạo động cơ SERVO, nguyên lý làm việc, điều khiển động cơ servo và ứng dụng thực tế
- 6
- 35
- 596
THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP BỘ BIẾN TẦN NGUỒN ÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA RÔTO LỒNG SÓC. (DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN - CHIP AT89C51) ppt
- 17
- 944
- 5
Điều chế SinPWM điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha dùng Psoc và Iramx pdf
- 88
- 606
- 6
Bài giảng lắp đặt mạch điện điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha dùng động từ đơn điều khiển 1 nơi nguyễn thị hồng
- 18
- 836
- 1
Điều khiển động cơ bước máy tính dùng VB
- 19
- 603
- 3
Báo cáo tìm hiểu module plc điều khiển động cơ bước và động cơ servo
- 23
- 1
- 1
Điều khiển động cơ DC
- 10
- 1
- 2