LỜI MỞ ĐẦU

Xã hội ngày càng phát triển,chất lượng cuộc sống ngày càng được nâng cao,nhu cầu cuộc sống ngày càng lớn,đặc biệt trong lao động sản xuất,máy móc ngày được tạo ra để dần thay thế sức lao động của con người và năng suất lao động ngày càng được cải thiện.Vì vậy đòi hỏi cần có sự đầu tư nghiên cứu để tạo ra các mô hình gần với thực tế để từ đó đưa vào ứng thực tế trong cuộc sống.

Một trong số những bài toán giải quết vấn đề sức lao động đó là việc vận chuyển,bốc dở hàng hóa hay đơn giản chỉ là những chiếc ròng rọc sử dụng động cơ xăng hoặc dầu cùng với một bộ bánh răng được chế tạo để đưa vật liệu xây dựng,hàng hóa lên trên cao một cách dễ dàng mà chỉ cần điều khiển động cơ quay thuận chiều, ngược chiều và dừng lại.Như vậy thì việc sư dụng cổ máy này vừa ồn ào,gây ôi nhiễm môi trường, cồng kềnh….Từ những luận điểm trên thì vấn đề đặt ra là: “Tạo ra một thiết bị sử dụng động cơ điện” để đáp ứng những yêu cầu trên mà còn có thể giảm tiếng ồn,giảm khí thải,đó cũng chính là vấn đề nhức nhối của xã hội hay chỉ đơn giản là dễ sử dụng và gọn nhẹ.Để có thể giả quyết vấn đề trên thì trước tiên cần tạo ra môt mô hình.Và cụ thể ở đây là điều khiển động cơ DC quay thuận,quay nghịch và dừng.

Vấn đề được đặt ra ở đây là điều khiển động cơ dc bằng phương pháp nào.Có rất nhiều phương pháp để điều khiển động cơ DC.Và một trong những phương pháp đơn giản, phổ biến đó là:“Dùng vi điều khiển AT 89C51 để lập trình và dùng IC L298 để điều khiển”

1

MỤC LỤC

Lời cảm ơn...........................................................................1

Nhận xét giáo viên hướng dẫn.............................................2

Nhận xét giáp viên phản biện...............................................3

Lời mở đầu...........................................................................4

Chương 1:Tìm hiểu động cơ DC..........................................7

1. Nguyên tắc hoạt động......................................................72. Cơ chế sinh lực quay của động cơ điện 1 chiều............103. Điều khiển động cơ DC.................................................11

Chương 2:Tìm hiểu một số phương pháp điều khiển động cơ

DC....................................................................................12

Điều khiển dùng IC L298 tích hợp sẵn cầu H...........12

Chương 3:Giới thiệu khái quát về vi điều khiển AT89C52

.......................................................................................14

Chương 4: Thiết kế và thi công..........................................17

1. Lưu đồ hệ thống........................................................172. Các linh kiện dùng trong mạch.................................193. Phần mềm keilc và ASEM........................................214. Nạp chương trình cho vi điều khiển..........................215. Sơ đồ nguyên lý.........................................................22

2

6. Sơ đồ mạch in............................................................237. Mạch hoàn thiện........................................................24

Chương 5: Kết luận............................................................24

Phụ Lục..............................................................................25

1. Bảng viết tắt..............................................................262. Code cho vi điều khiển..............................................26

3

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU ĐỘNG CƠ DC ( MOTOR DC )

Hình 1:động cơ điện một chiều

1. Nguyên tắc hoạt động

Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện,rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều,1 phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục.Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.

4

Hình 2: Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của rotor

Hình 3: Pha 2: Rotor tiếp tục quay

Hình 4: Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1

5

Hình 5:cấu tạo động cơ DC

Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài ,động cơ sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều,và tạo ra một sức điện động cảm ứng Electromotive force (EMF).Khi vận hành bình thường,rotor khi quay sẽ phát ra một điện áp gọi là sức phản điện động counter-EMF (CEMF) hoặc sức điện động đối kháng, vì nó đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động cơ. Sức điện động này tương tự như sức điện động phát ra khi động cơ được sử dụng như một máy phát điện (như lúc ta nối một điện trở tải vào đầu ra của động cơ và kéo trục động cơ bằng một ngẫu lực bên ngoài).Như vậy điện áp đặt trên động cơ bao gồm 2 thành phần:sức phản điện động,và điện áp

6

giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phần ứng.Dòng điện chạy qua động cơ được tính theo biều thức sau:

Công suất cơ mà động cơ đưa ra được,được tính bằng:

2. cơ chế sinh lực quay của động cơ điện 1 chiềuKhi có một dòng điện chạy qua cuộn dây quấn xung quanh một lõi

sắt non, cạnh phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trong khi cạnh đối diện lại bị tác động bằng một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái của Fleming. Các lực này gây tác động quay lên cuộn dây, và làm cho rotor quay. Để làm cho rô to quay liên tục và đúng chiều, một bộ cổ góp điện sẽ làm chuyển mạch dòng điện sau mỗi vị trí ứng với 1/2 chu kỳ. Chỉ có vấn đề là khi mặt của cuộn dây song song với các đường sức từ trường. Nghĩa là lực quay của động cơ bằng 0 khi cuộn dây lệch 90o so với phương ban đầu của nó, khi đó roto sẽ quay theo quán tính.

Trong các máy điện một chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối ra nhiều phiến góp khác nhau trên cổ góp. Nhờ vậy dòng điện và lực quay được liên tục và hầu như không bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của roto.

Phương trình cơ bản của động cơ 1 chiều:

1. E= K Φ.omega (1)2. V= E+Rư.Iư (2)3. M= K Φ Iư (3Với: - Φ: Từ thông trên mỗi cực(Wb) - Iư: dòng điện phần ứng (A) - V: Điện áp phần ứng (V)

7

- Rư: Điện trở phần ứng (Ohm) - omega: tốc độ động cơ(rad/s) - M: moment động cơ (Nm) - K: hằng số, phụ thuộc cấu trúc động cơ

3. Điều khiển động cơ DC.Chúng ta biết, khi được cấp điện thì motor DC sẽ quay, mức điện áp

cấp cho motor càng cao thì motor quay càng nhanh. Và nếu dùng lực làm quay một motor DC thì trên 2 cực của motor DC sẽ phát ra điện áp ứng, nếu motor bị kéo càng nhanh thì mức điện áp ứng phát ra càng cao.Điều này cho thấy motor DC khi được cấp điện áp nó sẽ quay và khi bị kéo nó sẽ phát ra điện.Dùng định luật Ohm, ta có công thức sau:

Dòng điện I = (điện áp cung cấp – điện áp ứng) / điện trở R của cuộn ứng.

Điều này cho thấy: Khi bị quá tải nặng,tốc độ quay của motor sẽ có khuynh hướng bị chậm lại,tốc độ quay giảm sẽ làm cho điện ứng giảm, hệ thức trên cho thấy dòng điện I tăng sẽ gia tăng mang tải của motor DC,nhờ phản ứng này mà motor DC có khả năng mang tải rất tốt.

Khi dùng motor DC cần chú ý các điểm sau:-Đảo chiều điện áp cấp điện,chiều quay của motor sẽ đổi

chiều quay.-Điện trở phần ứng càng nhỏ,dòng chảy qua motor DC càng lớn, lực

quay sẽ càng mạnh.-Khi motor DC quay,từ hai chổi quét điện sẽ luôn phát ra nhiễu ồn

rất lớn, phải dùng tụ và cuộc dây để lọc nhiễu.-Không để motor bị kẹt không quay,điều này sẽ khiến cho dòng

chạy qua motor sẽ rất lớn,motor có thể sẽ bị cháy.

8

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC

Điều khiển dùng IC L298 tích hợp sẵn cầu H .

Hình 6:IC L298

L298D là một chip tích hợp 2 mạch cầu H trong gói 15 chân.Tất cả các mạch kích, mạch cầu đều được tích hợp sẵn. L298D có điện áp danh nghĩa cao (lớn nhất 50V) và dòng điện danh nghĩa lớn hơn 2A nên rất thích hợp cho các các ứng dụng công suất nhỏ như các động cơ DC loại nhỏ và vừa.Có 2 mạch cầu H trên mỗi chip L298D nên có thể điều khiển 2 đối tượng chỉ với 1 chip này.Mỗi mạch cầu bao gồm 1 đường nguồn Vs(thật ra là đường chung cho 2 mạch cầu),một đường current sensing(cảm biến dòng),phần cuối của mạch cầu H không được nối với GND mà bỏ trống cho người dùng nối một điện trở nhỏ gọi là sensing resistor.Bằng cách đo điện áp rơi trên điện trở này chúng ta có thể tính được dòng qua điện trở,cũng là dòng qua động cơ.Mục đích chính của việc đo dòng điện qua động cơ là để xác định các trường hợp nguy hiểm xảy ra trong mạch, ví dụ quá tải.Nếu việc đo dòng động cơ không thật sự cần thiết có thể nối đường current

9

sensing này với GND (trong mạch điện của bài này, ôi nối chân current sensing với GND).Động cơ sẽ được nối với 2 đường OUT1, OUT2 (hoặc OUT3, OUT4 nếu dùng mạch cầu bên phải).Một chân En (EnA và EnB cho 2 mạch cầu) cho phép mạch cầu hoạt động, khi chân En được kéo lên mức cao, mạch cầu sẵn sàng hoạt động.Các đường kích mỗi bên của mạch cầu được kết hợp với nhau và những mức điện áp ngược nhau do một cổng Logic NOT.Bằng cách này có thể tránh được trường hợp 2 transistor ở cùng một bên được kích cùng lúc (ngắn mạch).Như vậy, sẽ có 2 đường kích cho mỗi cầu H gọi là In1 và In2 (hoặc In3,In4).Để motor hoạt động chúng ta phải kéo 1 trong 2 đường kích này lên cao trong khi đường kia giữ ở mức thấp,ví dụ In1=1,In2=0.Khi đảo mức kích của 2 đường In,động cơ sẽ đảo chiều quay.Tuy nhiên,do L298D không chỉ được dùng đề đảo chiều động cơ mà còn điều khiển vận tốc động cơ bằng PWM,các đường In cần được“tổ hợp lại” bằng các cổng Logic (xem phần tiếp theo).Ngoài ra, trên chip L298D còn có các đường Vss cấp điện áp cho phần logic (5V) và GND chung cho cả logic,motor. Trong thực tế,công suất thực mà L298D có thể tải nhỏ hơn so với giá trị danh nghĩa của nó (V=50V, I=2A).Để tăng dòng điện tải của chip lên gấp đôi,có thể nối 2 mạch cầu H song song với nhau(các chân có chức năng như nhau của 2 mạch cầu được nối chung).

10

Hình 7:sơ đồ chân L298

CHƯƠNG 3:GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VI ĐIỀU KHIỂN AT89C52

Hình 8:Vi điều khiển AT89C52

11

1.1 Chức năng các chân AT89C52 đươc sử dụng trong đề tài.1.1.1 Port 1:

-Port 1(P1.0 – P1.7) có số chân từ 1 – 8.Có chức năng xuất nhập dữ liệu và sử dụng hoặc không sử dụng bộ nhớ ngoài.

-Ở chế độ mặc định (khi reset) thì các chân port 1 được cấu hình là port xuất dữ liệu.Muốn các chân port 1 làm nhập dữ liệu thì cần phải lập trình lại,bằng cách ghi lại các mức logic cao (mức 1) đến tất cả các bit của port trước khi bắt đầu nhập dữ liệu từ port.

-Khi lập trình cho ROM trong chip thì port 1 đóng vai trò là ngõ vào của địa chỉ byte thấp.

1.1.2 Port 3:

-Port 3 (P3.0-P3.7) có số chân từ 10-17.Có chức năng xuất nhập dữ liệu,không sử dụng bộ nhớ ngoài hoặc các chức năng đặc biệt.

-Ở chế độ mặc định (khi reset) thì các chân port 3 được cấu hình là port xuất dữ liệu. Muốn các chân port 3 làm nhập dữ liệu thì cần phải lập trình lại, bằng cách ghi lại các mức logic cao (mức 1) đến tất cả các bit của port trước khi bắt đầu nhập dữ liệu từ port.

-Khi lập trình cho ROM trong chip thì port 1 đóng vai trò là ngõ vào của địa chỉ byte thấp

1.1.3 Chân EA\:

- EA (External Access):truy xuất ngoài,chân số 31.Có chức năng là tín hiệu cho phép truy xuất (sử dụng) bộ nhớ chương trình

12

(ROM) ngoài, là tín hiệu nhập tích cực mức thấp. EA\= 0:sử dụng chương trình của ROM ngoài.EA\=1:sử dụng chương trình của ROM trong.

- Khi lập trình cho ROM trong chip thì chân EA đóng vai trò là ngõ vào của điện áp lập trình (Vpp=12V -15V).

1.1.4 Chân XTAL1,XTAL2 :

-XTAL tinh thể thạch anh,chân 18-19.

-Chức năng:dùng để nối thạch anh hoặc mạch dao động tạo xung clock bên ngoài,cung cấp tín hiệu xung clock cho chip hoạt động.Với XTAL1 là ngõ vào mạch tạo xung clock trong chip và XTAL2 là ngõ ra mạch xung clock trong chip.

Hình 9:Mạch dao động thạch anh

1.1.5 Chân RST:

-RST(reset) thiết lập lại,chân 9

-Chức năng:là tín hiệu cho phép thiết lập lại trạng thái ban đầu cho hệ thống,là tín hiệu nhập, tích cực mức cao.

RST =0:hoạt động bình thường.

RST =1:được thiết lập lại trạng thái ban đầu.

13

Hình 10:Reset

1.1.6 Chân Vcc, GND:

-Vcc,GND:nguồn cấp điện,chân số 40 và 20.

-Chức năng:cung cấp nguồn điện cho chip hoạt động.

Vcc = +5V và GDN =0V.

.

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

1. Lưu đồ của hệ thống.

14

Xác định yêu cầu của hệ thống điều khiển

Vẽ lưu đồ giải của hệ thống điều khiển

Liệt kê tất cả các ngõ ra, ngõ vào nối tương đối đến các cảng I/O của vi điều khiển AT89C51

15

Chuyển sang lưu đồ giải thuật

Mô phỏng chương trình và sửa lỗi

phần mền

Hiệu chỉnh chương trình cho phù

hợp

Chươn

N

Kết nối toàn bộ thiết bị vào ra cho vi điều

khiển

Kiển tra tất cả các tiếp điểm vào ra

Chạy thử chương trình

Chươn

Hiệu chỉnh phần mền

2. Các linh kiện dùng trong mạch.

-AT89C51:vi điều khiển của mạch. -IC L298:điều khiển động cơ.

-IC 74LS04-Thạch anh 20 MHZ:tạo xung clock cho mạch.

-Tụ gốm 33 pf:gắn với thạch anh tạo thành khối tạo xung cho mạch.

16

Nạp chương trình vào vi điều

khiển

Hoàn thiện chương trình

END

N

Hình 11:tụ gốm-Nút nhấn Reset:reset mạch trở về trạng thái ban đầu, điều khiển

động cơ.

Hình 12:nút nhấn

-Led đơn:đèn báo nguồn cho mạch và thể hiện các hiệu ứng trên mạch thiết kế.

Hình 13:LED

-Điện trở các loại:10k Ω,10 Ω.-Tụ hóa các loai:10μF,220μF,2200μF,10μF.

-Tụ gốm các loại:0.1μF,33μF.-Ic ổn áp 7805: ổn áp 5v cho mạch.

IC LM 7805Hình 14:IC 7805

-Diode chỉnh lưu cầu 1N4007, chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành điện áp DC.

17

-Domino 2 chân:cấp nguồn xoay chiều 9v và nguồn DC 9v cho mạch và cấp nguồn cho động cơ.

Hình 15:Domino

-Biến áp 220V/9V AC -Động cơ DC

3. Phần mềm KEILC hoặc ASEM.

Hình 16:phần mêm keil

Dùng để viết chương cho vi điều khiển.Có thể dùng phần mền khác. Sau đó xuất ra file .hex để nạp cho vi điều khiển.

4. Nạp chương trình cho vi điều khiển.Dùng phần mền chuyên dụng kết nối USB nạp chương trình cho vi điều khiển.

18

Hình 17:phần mềm nạp code5. Sơ đồ nguyên lí mạch:Điều khiển chiều quay động cơ DC.

Hình 18:mạch nguyên lý

19

Hình 19:mạch nguồn

Cấu tạo khối nguồn:

Mạch này sử dụng:- Nguồn điện áp một chiều đầu vào bộ ổn áp IC7805 có nhiệm vụ

ổn định điện áp ra cố định +5V.- Một led đơn : báo trạng thái có nguồn.

- Tụ: nhiệm vụ lọc nguồn, chống nhiễu và san phẳng điện áp

6. Sơ đồ mạch in.

Hình 20:sơ đồ mạch in

20

7. Làm mạch in,kiểm tra,hàn linh kiện và hoàn thiện.

Thực hiện theo trình tự,yêu cầu cẩn thận,tỉ mỉ.Vì nếu để xảy ra sai sót thì khẳn năng phải lam lại từ đầu là rất cao.

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN

1. Kết quả. Sau quá trình nghiên cứu và thực hành nghiêm túc, đặc biệt là sự chỉ

dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn. Đồ án được hoàn thành theo đúng dự kiến đề ra.

21

Tuy nhiên đây là lần đầu tiên em thực hiện làm đồ án nên còn rất nhiều sai sót, khuyết điểm. Vì vậy mong thầy cô đóng góp ý kiến nhận xét và cho em lời khuyên bổ ích, để em có thể hoàn thiên hơn.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!2. Tài liệu tham khảo.

-www. dientuvietnam.net -www.echipkool.com Ngoài ra còn một số tài liệu và sách, diễn đàn về chuyên ngành điện tử.

22

PHỤ LỤC

TỪ VIẾT TẮTEMF Electromotive force

CEMF Counter-EMFEA External AccessRST Reset

PWM Pulse Width Modulation

Code chương trình vi điều khiển:

;----------PHAN KHAI BAO CAC BIT NGO VAOPWM BIT P3.5 ;BIT DIEU KHIEN THIET BIDIR BIT P3.2 ;CHIEU DONG COON BIT P1.0 ;TAT MO DONG COLEFT BIT P1.1 ;DIEU KHIEN QUAY TRAIRIGH BIT P1.2 ;DIEU KHIEN QUAY PHAIUP BIT P1.3 ;TANG GIA TRI PWMDOWN BIT P1.4 ;GIAM GIA TRI PWM

;---------PHAN KHAI BAO BIEN LEDPWM_VALUE EQU 31HTOCDO EQU 30H

;--------KHAI BAO CAC VECTOR NGAT

ORG 0000Hjmp begin

ORG 00BH ;NGAT T0 DIEU CHE DO RONG XUNGJMP NGAT_T0ORG 013H ;NGAT NHAN XUNG DO TOC DOJMP NGAT_INT1

23

ORG 01BH ;NGAT T1 DE TINH DOC DOJMP NGAT_T1

org 0030hbegin:

SETB TCON.2MOV TMOD,#11HMOV TH0,#HIGH(-100)MOV TL0,#LOW(-100)CLR TF0clr TR0

MOV TH1,#HIGH(-50000)MOV TL1,#LOW(-50000)CLR TF1clr TR1

MOV IE,#8EH

clr c

mov 30h,#0mov PWM_VALUE,#50

main:clr PWM

jnb ON,_RUNsjmp main;====================_RUN: mov r4,#0 mov r5,#0

JNB ON,$setb tr0setb tr1

24

mov r3,#30RUN: cjne r3,#30,ht mov r3,#0ht: inc r3

JNB LEFT,TRAIJNB RIGH,PHAIJNB ON,THOATRUNJNB UP,TANGJNB DOWN,GIAMJMP RUN

THOATRUN:clr tr0clr tr1

JNB ON,$JMP MAIN

TRAI: JNB LEFT,$CLR DIRJMP RUN

PHAI: JNB RIGH,$SETB DIRJMP RUN

TANG: ;JNB UP,$INC PWM_VALUEINC PWM_VALUE

lcall delay1JMP RUN

GIAM: ;JNB DOWN,$DEC PWM_VALUEDEC PWM_VALUE

lcall delay1JMP RUN

25

;xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

tkt:

ret

DELAY:MOV 7FH,#50DJNZ 7FH,$RET

DeLay1:MOV R1,#02H

REP2: MOV R6,#0FFH

RET

NGAT_T0: PUSH ACC

MOV 70H,Cclr tr0MOV TH0,#HIGH(-200)MOV TL0,#LOW(-200)setb tr0 MOV A,PWM_VALUE

CJNE A,#0,EN_PWM ;DO DAY XUNG <> 0 THI CHO DIEU XUNG

JMP EXIT_ISR ;DO DAY XUNG = 0 THI THOAT KHOI THU TUC NGAT

EN_PWM: INC R7 ;TANG BIEN DEM NGAT MOV A,R7

26

CJNE A,PWM_VALUE,OFF_PULSE ;DU THOI GIAN DAY XUNG THI TAT THIET BI

CLR PWM ;TAT THIET BIOFF_PULSE: CJNE A,#100,EXIT_ISR ;CHUA HET CHU KY DIEU XUNG

THI THOAT NGAT SETB PWM ;TOI ROI THI MO THIET BI MOV R7,#0 ;RESET LAI BIEN DEMEXIT_ISR: MOV C,70H POP ACC

RETI

NGAT_INT1:INC R5RETI

NGAT_T1:clr tr1MOV TH1,#HIGH(-50000)MOV TL1,#LOW(-50000)setb tr1

inc r4tt:

RETI

ORG 900Hdb 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h

END

27