BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA ĐIỆN
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Đề tài :
GIAO TIẾP MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ
ĐỘNG CƠ DC VÀ THIẾT BỊ ĐỊÊN DÙNG VI
ĐIỀU KHIỂN AT89C51
GVHD : PHẠM THUÝ NGỌC
SVTH : PHẠM NGỌC THƯỜNG
LỚP :
DHDI1
MSSV :
05123471
Tp.HCM, Tháng 07 năm 2009
Trường Đại Học Công Nghiệp
Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Thành Phố Hồ Chí Minh
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
—o0o—
—o0o—
KHOA ĐIỆN
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Họ và tên: Phạm Ngọc Thường
MSSV: 05123471
Ngành:
Điện Công Nghiệp
Lớp: DHDI1
Khoá:
2005 – 2009
1- Tên đề tài:
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
2- Cơ sở ban đầu:
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
3- Nội dung các phần thuyết minh tính toán:
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
4- Cán bộ hướng dẫn: Cô Phạm Thuý Ngọc
5- Ngày giao nhiệm vụ: ———————————————————————–
—————————————————————————————————-
6- Ngày hoàn thành nhiệm vụ:—————————————————————
—————————————————————————————————-
Thông qua bộ môn
Ngày . . . . tháng . . . . năm 2009
Giáo viên hướng dẫn
Chủ nhiệm bộ môn
Cô Phạm Thuý Ngọc
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
Tp.HCM, ngày…… tháng…… năm 2009
Giáo viên hướng dẫn
Cô Phạm Thuý Ngọc
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
Tp.HCM, ngày….. tháng…… năm 2009
Giáo viên phản biện
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
—————————————————————————————————-
Tp.HCM, ngày….. tháng…… năm 2009
Hội Đồng Chấm Luận Văn Tốt Nghiệp
NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN TỐT
NGHIỆP
LỜI NÓI ĐẦU
Trong các ngành công nghiệp sản xuất và đời sống, công tác điều khiển vận
hành hiệu quả các thiết bị nhằm tăng khả năng sản xuất, tăng chất lượng, đồng thời
tiết kiệm được chi phí sản xuất cũng như mọi chi phí cho việc trùng tu bảo dưỡng
thiết bị sản xuất giữ một vị trí quan trọng. Xuất phát từ nhu cầu đó điện tử tự động
hoá ra đời, song song với sự ra đời của điện tử tự động hoá là sự ra đời và cải tiến
không ngừng của máy tính. Nhờ có máy vi tính mà chúng ta có thể làm được nhiều
công việc mà không cần phải tốn nhiều công sức. Để khai thác được những ưu điểm
đó điện tử tự động hoá đã có sự bắt tay với máy vi tính, do đó công việc điều khiển
các thiết bị điện trở nên đơn giản và thuận tiện hơn.
Điều khiển máy điện là một lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng các thiết bị, khí cụ
và sơ đồ điều khiển để phục vụ các nhu cầu thay đổi các đại lượng của chuyển động
như momen, tốc độ hay điều khiển vị trí tuỳ theo các yêu cầu phát sinh của mỗi loại
hình sản xuất.
Động cơ một chiều được sử dụng từ lâu trong các hệ truyền động có điều
khiển tốc độ yêu cầu dải điều chỉnh lớn, độ ổn định tốc độ cao và các hệ thường
xuyên hoạt động ở chế độ khởi động, hãm và đảo chiều. Nhờ có đặc tính điều chỉnh
tốc độ tốt nên được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp. Một số ứng dụng quan
trọng của động cơ một chiều như truyền động cho xe điện, máy công cụ, máy nâng
vận chuyển, máy cán, máy nghiền …
Truyền động điện tốc độ chiếm phần lớn các ứng dụng của điều khiển đại
lượng chuyển động. Trong các loại điều khiển như vậy thường gồm có các động cơ
chấp hành, các bộ biến đổi điện tử công suất và các hệ thống điều khiển số. Đương
nhiên phải có các bộ lọc nguồn đầu vào đạt tiêu chuẩn lọc nhiễu điện từ.
Để thay đổi tốc độ, các động cơ xoay chiều đòi hỏi phải thay đổi biên độ
điện áp và tần số trong khi động cơ một chiều thì chỉ cần thay đổi mỗi điện áp một
chiều thì bộ chuyển mạch cơ khí của động cơ một chiều làm thay đổi tần số theo.
Các động cơ xoay chiều hầu hết không có chổi than, chi phí ban đầu và chi phí bảo
dưỡng thấp hơn của động cơ một chiều. Tuỳ vào các ứng dụng mà việc chọn lựa
loại động cơ nào được sử dụng phụ thuộc vào khách hàng.
Trong phạm vi luận văn này, em xin trình bày vấn đề về điều khiển tốc độ
động cơ một chiều dùng họ vi điều khiển 8051 bằng phương pháp độ rộng xung và
điều khiển đóng ngắt các thiết bị điện..
Đề tài: “Điều khiển tốc độ động cơ DC kết hợp Vi điều khiển AT89C51 và
Máy tính” có liên quan đến nhiều vấn đề lý thuyết. Nhưng trong phạm vi của một
Luận Văn Tốt Nghiệp, người làm đề tài không thể trình bày chi tiết từng vấn đề
được, mà chỉ đề cập đến một cách tóm lược nhằm làm cơ sở cho các lí luận sau
này. Do vậy nếu các bạn sinh viên nếu có nhu cầu tìm hiểu sâu hơn hãy nên tham
khảo trong các tài liệu chuyên môn của ngành.
Tp.HCM 28/07/2009
Sinh viên thực hiện
Phạm Ngọc Thường
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được đề tài này thì trước
tiên em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu
Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM, các
thầy cô trong Ban giám hiệu Khoa Điện và các
thầy cô bộ môn đã tạo điều kiện cho em được
học tập và đã truyền thụ nhiều kiến thức cho em
làm nền tảng học vấn trên con đường công danh
sự nghiệp của mình.
Sau đó là em vô cùng cảm ơn cô Phạm
Thuý Ngọc là người cô đã trực tiếp định hướng
và hướng dẫn em nghiên cứu về một lĩnh vực
khá là rộng, với khối lượng công việc lớn đối
với em.
Tất cả bạn bè đã giúp đỡ và động viên
trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp.
Do kinh nghiệm và trình độ còn hạn chế,
phần thể hiện và trình bày còn nhiều khiếm
khuyết. Kính mong quí Thầy cô bỏ qua cho em.
Trân trọng kính chào
Tp.HCM, tháng 07 năm 2009
Sinh viên thực hiện
Phạm Ngọc Thường
MỤC LỤC
—– oOo —–
Phần A: GIỚI THIỆU…………………………………………………………………………..
Trang tựa………………………………………………………………………………………..
Nhiệm vụ đề tài ……………………………………………………………………………….
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn………………………………………………………
Nhận xét của giáo viên phản biện ……………………………………………………….
Nhận xét của hội động chấm luận văn tốt nghiệp …………………………………..
Lời mở đầu……………………………………………………………………………………..
Lời cảm ơn ……………………………………………………………………………………..
Mục lục ………………………………………………………………………………………….
Phần B: NỘI DUNG ……………………………………………………………………………. 1
Chương 1: DẪN NHẬP – CƠ SỞ LÝ LUẬN…………………………………………… 2
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ………………………………………………………………………….. 2
1.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI……………………………………………. 3
1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI …………………………………………………………………… 3
1.4 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU……………………………………………………….. 4
1.5 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU……………………………………………………… 4
1.6 DÀN Ý NGHIÊN CỨU ……………………………………………………………… 4
1.7 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU…………………… 6
1.8 CÁC CƠ SỞ CHO VIỆC NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI………………………….. 7
1.8.1 Kiến thức và năng lực người nghiên cứu……………………………………… 7
1.8.2 Vấn đề thực tiễn………………………………………………………………………. 7
1.8.3 Tác động của điều kiện khách quan đến việc thực hiện đề tài………….. 8
1.9 THỂ THỨC NGHIÊN CỨU………………………………………………………… 8
1.9.1 Phương pháp thu thập dữ kiện……………………………………………………. 8
1.9.2 Xử lý dữ kiện………………………………………………………………………….. 9
1.9.3 Trình bày đồ án……………………………………………………………………….. 9
1.10 LẬP KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU ………………………………………………. 9
Chương 2: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU……………………………… 10
2.1 CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU …………………….. 11
2.1.1 Phần tĩnh hay phần cảm (Stator)…………………………………………………. 11
2.1.2 Phần quay hay phần ứng (Rotor)………………………………………………… 12
2.2 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC ……………………………………………………… 12
2.2.1 Khái niệm chung……………………………………………………………………… 12
2.2.2 Hệ thống băm áp……………………………………………………………………… 13
1 – Chopper giảm áp………………………………………………………………………… 16
2 – Chopper tăng áp…………………………………………………………………………. 32
2.3 MÔ TẢ TOÁN HỌC CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU…………….. 40
2.3.1 Khái niệm chung……………………………………………………………………… 40
2.3.2 Hàm truyền đạt ……………………………………………………………………….. 40
2.3.3 Phương trình trạng thái …………………………………………………………….. 41
2.3.4 Khâu hiệu chỉnh PID (PID Control) ……………………………………………. 43
Chương 3: GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51 …………………………….. 45
3.1 CẤU TẠO VI ĐIỀU KHIỂN 8051 ……………………………………………….. 45
3.1.1 Tóm tắt phần cứng họ MCS – 51 (8051) ……………………………………… 45
3.1.2 Các chân của chip 8051…………………………………………………………….. 46
3.1.3 Cấu trúc bên trong vi điều khiển ………………………………………………… 51
3.1.4 Bộ nhớ ngoài…………………………………………………………………………… 53
3.2 TÓM TẮT TẬP LỆNH CỦA 8051……………………………………………….. 54
3.3 HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ ĐỊNH THỜI (TIMER)……………………………… 55
3.3.1 Giới thiệu……………………………………………………………………………….. 55
3.3.2 Thanh ghi chế độ định thời (TMOD)…………………………………………… 56
3.3.3 Thanh ghi điều khiển định thời (TCON) ……………………………………… 57
3.3.4 Nguồn xung clock cho bộ định thời…………………………………………….. 57
3.3.5 Các khoảng thời gian định thời ………………………………………………….. 59
3.4 HOẠT ĐỘNG CỦA PORT NỐI TIẾP (SERIAL PORT)………………….. 59
3.4.1 Giới thiệu……………………………………………………………………………….. 59
3.4.2 Thanh ghi đệm Port nối tiếp (SBUF)…………………………………………… 60
3.4.3 Thanh ghi điều khiển Port nối tiếp (SCON)………………………………….. 60
3.4.4 Tốc độ baud của Port nối tiếp…………………………………………………….. 64
3.4.5 Các bước cơ bản lập trình Port nối tiếp ……………………………………….. 65
3.5 HOẠT ĐỘNG NGẮT (INTERRUPT)…………………………………………… 66
3.5.1 Giới thiệu……………………………………………………………………………….. 66
3.5.2 Tổ chức ngắt của 8051……………………………………………………………… 67
3.5.3 Xử lý ngắt và các vectơ ngắt ……………………………………………………… 70
3.5.4 Thiết kế các chương trình sử dụng ngắt……………………………………….. 71
Chương 4: GIAO TIẾP MÁY TÍNH ……………………………………………………. 72
4.1 CỔNG NỐI TIẾP ………………………………………………………………………. 72
4.2 TRUYỀN DỮ LIỆU …………………………………………………………………… 73
4.2.1 Thông tin số liệu……………………………………………………………………… 73
4.2.2 Phương thức truyền………………………………………………………………….. 73
4.2.3 Thông tin nối tiếp bất đồng bộ…………………………………………………… 75
4.2.4 Thông tin nối tiếp đồng bộ………………………………………………………… 76
4.3 CHUẨN GIAO TIẾP NỐI TIẾP RS – 232……………………………………… 76
4.4 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP NỐI TIẾP KHÁC………………………………… 80
4.5 TRUYỀN NỐI TIẾP CÁC MÃ KÍ TỰ ASCII ………………………………… 82
4.6 VI MẠCH GIAO TIẾP NỐI TIẾP MAX232 ………………………………….. 84
4.7 GIỚI THIỆU VỀ VISUAL BASIC 6.0 ………………………………………….. 88
4.7.1 Sơ lược về Visual Basic ……………………………………………………………. 88
4.7.2 Tính năng của VB 6.0………………………………………………………………. 88
4.7.3 Một số định nghĩa ……………………………………………………………………. 89
4.8 ĐIỀU KHIỂN ACTIVEX MSCOMM …………………………………………… 89
4.8.1 Các thuộc tính của MSComm ……………………………………………………. 89
4.8.2 Điều khiển MSComm trong Visual Basic…………………………………….. 91
Chương 5: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN ……. 98
5.1 GIỚI THIỆU PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ………………………………………… 98
5.1.1 Yêu cầu thiết kế………………………………………………………………………. 98
5.1.2 Giới thiệu phương án thiết kế…………………………………………………….. 98
5.1.3 Mô hình điều khiển tốc độ động cơ …………………………………………….. 98
5.1.4 Động cơ DC sử dụng cho mạch phần cứng ………………………………….. 99
5.1.5 Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ DC ………………………………… 100
5.2 SƠ ĐỒ MẠCH PHẦN CỨNG……………………………………………………… 104
5.2.1 Sơ đồ khối………………………………………………………………………………. 104
5.2.2 Sơ đồ mạch phần cứng……………………………………………………………… 105
5.3 CHỨC NĂNG VÀ NGUYÊN LÝ TỪNG KHỐI…………………………….. 106
5.3.1 Máy tính cá nhân …………………………………………………………………….. 106
5.3.2 Khối nguồn…………………………………………………………………………….. 106
5.3.3 Khối giao tiếp máy tính…………………………………………………………….. 107
5.3.4 Khối vi điều khiển AT89C51 …………………………………………………….. 108
5.3.5 Khối hiển thị…………………………………………………………………………… 109
5.3.6 Khối mạch động cơ………………………………………………………………….. 110
5.3.7 Khối cảm biến tốc độ……………………………………………………………….. 110
5.3.8 Khối điều khiển đóng ngắt thiết bị điện……………………………………….. 111
5.4 HOẠT ĐỘNG CỦA SƠ ĐỒ………………………………………………………… 112
5.4.1 Các bước chuuẩn bị………………………………………………………………….. 112
5.4.2 Hoạt động của sơ đồ…………………………………………………………………. 121
5.5 GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÁY TÍNH ……………………………… 113
5.6 MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ DC TRÊN PHẦN MỀM PROTUES………….. 115
5.7 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ……………………………………………………………… 116
5.8 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ……………………………………………………………… 117
Phần C: KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ – HƯỚNG PHÁT TRIỂN ……………………… 120
Phần D: TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………… 123
5.6 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ DC TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS
XTAL2
18
XTAL1
19
ALE
30
EA
31
PSEN
29
RST
9
P0.0/AD0
39
P0.1/AD1
38
P0.2/AD2
37
P0.3/AD3
36
P0.4/AD4
35
P0.5/AD5
34
P0.6/AD6
33
P0.7/AD7
32
P1.0
1
P1.1
2
P1.2
3
P1.3
4
P1.4
5
P1.5
6
P1.6
7
P1.7
8
P3.0/RXD
10
P3.1/TXD
11
P3.2/INT0
12
P3.3/INT1
13
P3.4/T0
14
P3.7/RD
17
P3.6/WR
16
P3.5/T1
15
P2.7/A15
28
P2.0/A8
21
P2.1/A9
22
P2.2/A10
23
P2.3/A11
24
P2.4/A12
25
P2.5/A13
26
P2.6/A14
27
U1
AT89C51
R1
1k
R2
1k
R3
1k
R4
1k
R5
1k
R6
1k
R7
1k
Q1
2N2222
Q2
2N2222
Q3
2N2222
Q4
2N2222
MOTOR DC
D2
LED-BLUE
D3
LED-GREEN
D1
LED-RED
STOP
THUAN
NGHICH
TANGTOC
GIAMTOC
STOP
Q_THUAN Q_NGHICH
DIEU KHIEN DONG CO 1 CHIEU
HIEN THI CHE DO
HIEN THI GT TANG-GIAM
C1
30 pF
C2
30 pF
X1
12 MHz
R8
1k
5.5 GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÁY TÍNH
Giao diện điều khiển được thiết kế khá trực quan với người sử dụng hệ thống, đạt
các tiêu chuẩn về độ chính xác, tính thẩm mỹ và dễ tiếp cận.
Hình 5.13 Giao diện chính
Đây là giao diện Panel điều khiển được thiết kế để điều khiển cho mô hình
mạch phần cứng.
Hình 5.14 Đặt tốc độ động cơ và đóng ngắt thiết bị điện (220V) bằng Panel điều
khiển trên Máy tính
5.8 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
Không có gì vĩ đại trên thế gới này mà không phải trải qua sóng gió và niềm tin !
“Đề tài hay nhất của tôi là đề tài mà tôi chưa bao giờ nghiên cứu !”
ĐỪNG TIN VÀO NHỮNG GÌ TÔI NÓI
HÃY TIN VÀO NHỮNG GÌ TÔI ĐÃ LÀM — đó mới thật là tin !
Bắt đầu bước vào đời
Mượn ngòi bút làm đường soi chân lý
Mỗi vần thơ là một ý tương lai
Bến vinh quang đang chờ người ham học
Bờ vực thẳm đang chờ kẻ ham chơi
Đời sinh viên như con đường xuôi ngược
Vững tay chèo sẽ đến bến vinh quang !
Đời nghiên cứu một mình thui thỉu, buồn một mình, vui có ai hay!
“Không gian nan lấy chi làm chất liệu
Không thương đau sao biết chuyện tình đời”
Tôi luôn tìm thấy niềm vui trong công việc tôi làm, có những lúc tưởng
chừng như gẫy gánh giữa đường, thật sự bế tắc, bế tắc mà không lối thoát tưởng
như đã buông xuôi vì tôi: “Lực bất tòng tâm”, nhưng với sự cố gắng và nỗ lực tôi
buộc phải vượt qua những khó khăn trong cuộc sống để dành lấy chiến thắng về
phần mình.
Nói về chuyện viết cuốn luận văn này, nó được viết trong một hoàn cảnh rất
lãng mạn đó là những ngày tháng 7/2009, từ sáng đến đêm khuya tôi không rời căn
phòng nửa bước và chiếc máy tính đã làm bạn thân thiết nhất của tôi, mải mê công
việc quá mà tôi mập lên không nổi, những ngày nghỉ thì bạn bè háo hức đi chơi,
còn tôi vẫn cặm cụi trong một căn phòng trọ nhỏ, nóng ran của cái khí hậu mùa hè
Sài Gòn và một ngày thật đẹp cuối tháng 7 tôi đã hoàn thành đề tài này, đây là kỷ
niệm thật khó quên.
Department of Automatic Control
Faculty of Electrical Engineering
HCM University Of Industry
Email: ngocthuong345@gmail.com
Yahoo: ngocthuong346@yahoo.com
Tel: 0973604345
Add: 12 Đường Nguyễn Văn Bảo, P.4, Q. Gò Vấp, Tp.HCM
Mọi sự trao đổi và chia sẻ kinh nghiệm mời các bạn liên lạc với mình theo địa chỉ
trên. Chúc các bạn thành công !!!
Bảo vệ kết thúc lúc 6h30 ngày 28/07/2009 tại X5.11, Trường Đại Học Công
Nghiệp Tp.HCM. Giáo viên phản biện Lê Văn Đại, Giáo viên hướng dẫn Phạm
Thuý Ngọc, Sinh viên thực hiện Phạm Ngọc Thường.
Sinh viên thực hiện
Phạm Ngọc Thường
Tp.HCM, 28/07/200
