ĐAMH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:sinhvienit.net/forum/attachment/31274/1383889694/SinhVienIT.Net... · Nhiệm vụ trong đồ án này là điều khiển vị

ĐAMH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: ………

2

CHƢƠNG I – TỔNG QUAN

I./ Các ứng dụng phổ biến của vitme trong thực tế hiện nay ....................................... 3

II/Giới thiệu hoạt động mô hình thực hiện ................................................................... 4

III/Chương trình sử dụng trong đồ án ........................................................................... 4

CHƢƠNG II – THIẾT KẾ CƠ CẤU CƠ KHÍ

I./Thiết kế cơ cấu cơ khí................................................................................................ 5

II./Tính bền cơ cấu cơ khí trên SolidWorks .................................................................. 6

CHƢƠNG III – THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN

I./Thiết lập sơ đồ khối của mô hình động cơ bước trên Matlab Simulink .................... 9

II./Khảo sát các kết quả ................................................................................................. 9

III./Kết luận ................................................................................................................... 10

CHƢƠNG IV

SƠ ĐỒ MẠCH DRIVER CHO ĐỘNG CƠ VÀ SƠ ĐỒ MẠCH ĐK

Thiết kế mạch công suất và mạch điều khiển .................................................................. 11

CHƢƠNG V – LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

I./Lưu đồ giải thuật điều khiển ...................................................................................... 13

II./Nguyên lý hoạt động động cơ bước ......................................................................... 14

III./Chương trình C# trên máy tính .............................................................................. 16

CHƢƠNG VI – THÍ NGHIỆM VÀ KẾT LUẬN

I./Kết quả thực nghiệm ................................................................................................. 17

II./Kết luận .................................................................................................................... 17

TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ PHỤ LỤC

I./Tài liệu tham khảo ..................................................................................................... 18

II./Phụ lục ...................................................................................................................... 19


3

CHƢƠNG I

TỔNG QUAN

I/ MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA VITME TRONG THỰC TẾ HIỆN NAY

Bộ truyền động Vitme-Đai ốc hiện nay được ứng dụng rất nhiều và là một thành phần

gần như không thể thiếu trong các hệ thống dẫn động ,các thiết bị máy móc công

nghiệp củng như dân dụng ,thiết bị hàng không ,quân sự…

Ví dụ như máy CNC , các cánh tay Robot… Các máy dân dụng như các ổ CD , máy

photocoppy…


4

II/ GIỚI THIỆU HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH THỰC HIỆN

Nhiệm vụ trong đồ án này là điều khiển vị trí của vitme – đai ốc ,sử dụng động cơ

bước và cảm biến analog.

Hình 2: Mô hình thực hiện

Tín hiệu điều khiển truyền từ máy tính đến vi điều khiển (PIC) qua cổng COM, Vi

điều khiển đọc ADC về và xử lý và ra quyết định cho động cơ quay

Khi động cơ quay trục vítme được nối với động cơ bằng nối trục cũng chuyển động

quay và đai ốc chuyển động thẳng.

III. CHƢƠNG TRÌNH SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN

- Chương trình Solidworks 2010: Thiết kế mô hình 3D

- Chương trình SolidWorks 2D Editor 2010 :Dùng biểu diễn bản vẽ lắp 2D

- Chương trình AutoCad 2007 :Dùng biểu diễn bản vẽ lắp 2D

- Chương trình Orcad 9.2 : thiết kế mạch điện điều khiển, xuất Layout

- Chương trình Visual Studio 2008(C#) :thiết kế chương trình điều khiển


5

CHƢƠNG II

THIẾT KẾ CƠ CẤU CƠ KHÍ

I/THIẾT KẾ CƠ CẤU CƠ KHÍ :

SƠ ĐỒ ĐỘNG

Driver Động cơ

Cảm biếnVi xử lý4

1

5

2

3

Trong đó : (1) là step motor (động cơ bước)

(2) là khớp nối trục ,cơ cấu vit-đai ốc

(3) là cảm biến vị trí (analog )

(4) là bộ vi xử lý và điều khiển

(5) là Transistor Driver

Tính toán vận tốc động cơ:

Yêu cầu: Thiết kế hệ thống vít me đai ốc với vận tốc bàn trượt từ 2 –> 5mm/s.

Chọn vít me có bước vít 1,2 mm đường kính ngoài D = 8mm .

Vận tốc trục vít me:

Vv = btV

p

Với Vbt = 2 –> 5mm/s ta tính được vận tốc trục vít me từ 100 vòng/phút – 250 vòng/phút

Chọn hộp giảm tốc 2 cấp với tỷ số truyền tổng là 6. Từ đó ta chọn được vận tốc của động

cơ là:

Vdc = VbtU = 600 ->1500 vòng/phút

Ta chọn loại động cơ có vận tốc tối đa là 1500 vòng/phút


6

II.TÍNH BỀN CƠ CẤU TRÊN SOLIDWORKS

Mô hình tính bền với bộ thông số:

bước ren bằng 1,2 mm, chiều dài L1 =140mm, chiều dài vitme L2 = 117mm , đường

kính đỉnh ren D=8mm, đường kính chân ren d = 4mm

Các chi tiết phụ khác :ổ bi,nối trục ,bể chặn, công tắc hành trình, biến trở…

Ta sử dụng SolidWorks Simulation để thiết lập các biểu đồ ứng suất, chuyển vị và sức

căng của cơ cấu. Với tải là con chạy, cơ cấu chịu lực là vitme và thanh trượt.

Hình 5: Biểu đồ ứng suất


7

Hình 6: Biểu đồ chuyển vị

Hình 7: Biểu đồ sức căng


8

Hình 8: Biểu đồ hệ số an toàn

Qua các biểu đồ, ta thấy kết cấu cơ khí hoàn toàn đáp ứng được các đòi hỏi về sức

bền.


9

CHƢƠNG III

THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN BẰNG

MATLAB SIMULINK

Yêu cầu đặt ra: Sử dụng Matlab Simulink mô phỏng điều khiển động cơ bước đến

vị trí mong muốn trong thời gian cho trước (ví dụ là 2s).

I. Thiết lập sơ đồ khối của mô hình động cơ trên Matlab Simulink

Ta sử dụng SimElectronic để mô phỏng hoạt động của động cơ.

Trên cửa sổ Simulink ta thiết lập hệ thống sơ đồ khối như sau:

Hình 9

II.KHẢO SÁT CÁC KẾT QUẢ:

Ta thử khảo sát kết quả sau khi động cơ quay lần lượt 10, 15, 20, 25 bước. Các biểu

đồ thu được là như sau:


10

III.NHẬN XÉT:

Các kết quả thu được vẫn chưa cho ta thấy được rõ ràng sự vận động của động cơ

bước trong mô phỏng Matlab, như vậy, việc khảo sát động cơ bước trên Matlab

Simulink là rất phức tạp. Qua đó có thể thấy rằng, việc sử dụng PID để điều chỉnh

bề rộng xung nhằm mục đích giảm thời gian đạt đến vị trí mong muốn của động cơ

bước trong trường hợp này (mô phỏng trên Matlab) là hết sức khó khăn. Ở thời

điểm hiện tại, do kiến thức và thời gian còn hạn chế nên trong nội dung đồ án

chúng em chưa thể thực hiện được. Chúng em sẽ tiếp tục nghiên cứu sâu thêm về

vấn đề này trong thời gian sắp tới.


11

CHƢƠNG IV

SƠ ĐỒ MẠCH DRIVER CHO ĐỘNG CƠ VÀ SƠ ĐỒ MẠCH ĐK

THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Thiết kế mạch công suất và mạch điều khiển bằng phần mềm orcad 9.2 ta được mạch

nguyên lý như hình sau:

Hình 12:mạch điều khiển

Nguyên lý hoạt động:

mạch điểu khiển gồm :nguồn cấp cho toàn bộ mạch,ta sử dụng PIC16F87 giao tiếp

với máy tính bẳng cổng com qua RS232,khối cảm biến analog và 2 limit swich để

giới hạn hành trình.

Tín hiệu được truyền từ máy tính qua giao tiếp cổng com đựơc PIC16F887 xử lý,PIC

cấp xung qua các chân RD0 đến RD4 để đi đến mạch công suất điều khiển động cơ.


12

Hình 10: Mạch công suất (Driver)

Nguyên lý hoạt động mạch công suất:

Ta sử dụng OPTO PC817 và TIP122

Khi xung được cấp từ PIC qua chân số 1 của HEADER 4 sẽ kích hoạt OPTO cho

phép nguồn 5v kích hoạt Tip 122 ,cho phép dòng qua cuộn thứ nhất của động cơ

bứơc.

Tương tự với các xung còn lại .động cơ bước hoạt động


13

CHƢƠNG V : LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

I. LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN

VỊ TRÍ CÀI ĐẶT

VI ĐIỀU KHIỂN ĐỌC ADC

QUAY NGHỊCH

QUAY THUẬN

SO SÁNH

X < Y

STOP

SO SÁNH

X =Y

n

yy

n


14

II.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG ĐỘNG CƠ BƢỚC

Động cơ bước sử dụng trong đồ án là động cơ bước đơn cực

Cấu tạo động cơ bƣớc đơn cực:

Hoạt động động cơ bƣớc:

Quay thuận

1a 2a 1b 2b

1 0 0 0

0 1 0 0

0 0 1 0

0 0 0 1

Quay nghịch

1a 2a 1b 2b

1 0 0 0

0 0 0 1

0 0 1 0

0 1 0 0


15

Máy tính gửi giá trị cài đặt qua cổng com đến vi điều khiển qua các lệnh private void send_Click(object sender, EventArgs e)

{

byte data = (byte) Convert .ToInt16 (set.Text,10 );

if (data > 55)

serialPort1.Write(new byte[] { 55 }, 0, 1);

else if (data <10)


else

serialPort1.Write(new byte[] { data }, 0, 1);

}

Vi điều khiển đọc giá trị cảm biến về trong ngắt giao tiếp

#INT_RDA

VOID RECEVICE()

{

X=GETC();

SET_ADC();

Y=READ_ADC();

Các giá trị đọc từ cảm biến và giá trị nhận từ máy tính qua vài phép biến đổi

rồi so sánh Sau đó sẽ quyết dịnh cho động cơ quay thuận hoặc quay nghịch

Tín hiệu điều khiển sẽ được truyền qua mạch công suất để điều khiển động cơ

Chƣơng trình viết bằng CCS cho PIC16F887 (phụ lục trang 24 )


16

IV/CHƢƠNG TRÌNH C# TRÊN MÁY TÍNH

Chương trình giao tiếp pic và máy tính có giao diện như hình sau:

Khoảng cách lớn nhất mà bộ truyền thực hiện là 55mm.khi nhập vị trí mong muốn

vào ô vị trí cài đặt và nhấn send trên bảng thông số đáp ứng sẽ phản hồi về vị trí mà

bộ truyền đang di chuyển.Biến trở sử dụng có giá trị 10k ,do đó vị trí cài đặt =vị trí

đáp ứng

Chƣơng trình c# ( phụ lục trang 26)


17

CHƢƠNG IV: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT LUẬN

I/ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

Khảo sát quá trình thực nghiệm ta được bảng thông số sau:

-Vị trí nhập từ giao diện điều khiển (mm).

-Giá trị đọc được trên thước đo (mm).

-số lần đo .

Vị trí

Lần

10

20

30

40

50

1

10

20

30

39

50

2

11

20

30

39

50

3

11

20

30

39

50

4

11

20

30

40

50

5

10

20

29

39

50

-Biến trở gần tuyến tính nên kết quả điều khiển chưa chính xác

-Do các mạch điều khiển và mạch công suất làm thủ công nên mức độ ổn định không

cao

II/ KẾT LUẬN

-Có sự hiểu biết lập trình vi điều khiển PIC trên CCS

-Lập trình C# tạo giao diện điều khiển

-Hiểu biết giao tiếp nối tiếp

-Tìm hiểu được vi điều khiển pic 16F887, Transistor driver dùng điều khiển động cơ

-Điều khiển được vị trí vitme qua máy tính

-Sử dụng cáp chuyển đổi từ USB sang COM nên việc điều khiển chưa ổn định

+Trong quá trình thực hiện đồ án chúng em đã làm việc rất nghiêm túc và đã cố gắn

hoàn thành tốt đồ án ,tuy nhiên do trình độ còn hạn chế nên không tránh khỏi những

sai sót trong quá trình thực hiện kính mong thầy cô thông cảm, chúng em sẽ cố gắng

học tập rèn luyện để hoàn thiện mình hơn.


18

Tài liệu tham khảo và các phụ lục

Tài liệu tham khảo:

[1]. Trịnh Chất – Lê Văn Uyển. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1 và 2. Nhà

xuất bản giáo dục. 2003.

[2]. Nguyễn Hữu Lộc. Cơ sở thiết kế máy. Nhà xuất bản Đại học quốc gia TP. Hồ Chí

Minh. 2004.

[3]. Trần Xuân Trường. Tài liệu sử dụng CCS tiếng việt. 2007.

[4] Http://www.picvietnam.com

http://www.picvietnam.com/


19

Các phụ lục: Chƣơng trình viết bằng CCS cho PIC16F887

#include<16f887.h>

#device *=16 adc=10

#use delay(clock=20000000)

#fuses HS,NOWDT,NOPROTECT

#use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=pin_c6,rcv=pin_c7)

INT16 x,y;

float32 x1,y1;

void quay_thuan()

{

output_high(PIN_d0);

delay_ms(10);

output_low(PIN_d0);


delay_ms(10);

output_low(PIN_d1);


delay_ms(10);

output_low(PIN_d2);


delay_ms(10);

output_low(PIN_d3);

}

void quay_nghich()

{


delay_ms(10);

output_low(PIN_d3);


delay_ms(10);

output_low(PIN_d2);


delay_ms(10);

output_low(PIN_d1);


delay_ms(10);

output_low(PIN_d0);

}

void SET_ADC()


20

{

setup_adc_ports(all_analog);

setup_adc(adc_clock_internal);

set_adc_channel(0);

delay_us(10);

}

#int_rb

void Int_ls()

{

output_LOW(PIN_C3);

}

#INT_RDA

VOID RECEVICE()

{

X=GETC();

SET_ADC();

Y=READ_ADC();

X1=X*17.1;

while((int16)X1<y)

{

QUAY_NGHICH();

SET_ADC();

Y=READ_ADC();

y1=y/17.1;

putc((int8)y1);

}

while ((int16)X1>y)

{

QUAY_THUAN();

SET_ADC();

Y=READ_ADC();

y1=y/17.1;

putc((int8)y);

}

}

VOID MAIN()

{

while(TRUE)

{

enable_interrupts(int_rb);


21

enable_interrupts(INT_RDA);

enable_interrupts(global);

}}

Chƣơng trình c#

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.ComponentModel;

using System.Data;

using System.Drawing;

using System.Linq;

using System.Text;

using System.Windows.Forms;

namespace giaotiepmaytinh

{

public partial class Form1 : Form

{

public Form1()

{

InitializeComponent();

}

private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)

{

if (serialPort1.IsOpen) serialPort1.Close();

serialPort1 .Open ();

}

private void Form1_FormClosed(object sender,

FormClosedEventArgs e)

{

if (serialPort1.IsOpen) serialPort1.Close();

}

private void send_Click(object sender, EventArgs e)

{

byte data = (byte) Convert .ToInt16 (set.Text,10 );

if (data > 55)


else if (data <10)


else

serialPort1.Write(new byte[] { data }, 0, 1);


22

}

private void serialPort1_DataReceived(object sender,

System.IO.Ports.SerialDataReceivedEventArgs e)

{

//dapung.Text = serialPort1.ReadByte().ToString();

byte nhan = (byte)serialPort1.ReadByte();

object[] para = { nhan };

//dapung .BeginInvoke (new deleFunC

dapung.BeginInvoke(new deleFunc(Display),para);

//Gọi hàm hiển thị dữ liệu

}

//Hàm con hiển thị dữ liệu

private delegate void deleFunc(byte nhan);

private void Display(byte nhan)

{

//Chuyển byte nhận được thành số thập phân

string receive = Convert.ToString(nhan, 10);

dapung.AppendText(receive + " ");

}

private void reset_Click(object sender, EventArgs e)

{


set.Text = " 5";

}

private void button1_Click(object sender, EventArgs

{

dapung.Text = " ";

}

private void label1_Click(object sender, EventArgs e)

{

}

}


23

Mạch vẽ bằng SolidWorks 2010:


24

Các hình ảnh trong quá trình thƣc hiện đồ án


25

Documents

ĐAMH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ GVHD:sinhvienit.net/forum/attachment/31274/1383889694/SinhVienIT.Net... · Nhiệm vụ trong đồ án này là điều khiển vị