Điều khiển giám sát động cơ ac với avr

AM nội. F Phần cứng hoạt động: + 32 I/O xuất nhập. + 2 timer/counter 8 bit. Có thể chọn tần số xung clock. + 1 timer/counter 16. Có thể chọn tần số xung clock. + 1 bộ đếm thời gian thực được kết nối thạch anh ngoài. + 4 kênh điều rộng xung PWM. + 8 kênh ADC 10 bit. + 1 bộ so sánh analog. + Giao tiếp I2C. + Giao tiếp USART. + WatchDog reset cứng khi chương trình bị lỗi. Sơ đồ chân mega16: Cấu trúc bên trong của mega 16. VI ĐIỀU KHIỂN AVR-MEGA 8: Cũng như mega 16, mega 8 là vi điều khiển 8 bit, xử lý nhanh và tiêu thụ ít năng lượng (< 3.6mA tại 3v-4Mhz). Được tích hợp mạch ADC, WATCHDOG, gõ ra điều rộng xung, giao tiếp I2C, USART, bộ nhớ EEPROM, dao động nội và hỗ trợ lập trình trên hệ thống ISP. Những thông số cơ bản của mega 8: F Chúng được thiết kế cải tiến trên cấu trúc RISC: + 130 tập lệnh hầu hết được thực chỉ 1 chu kỳ máy. + 32 thanh ghi đa mục đích. + Tần số hoạt động lên đến 16 Mhz. F Bộ nhớ chương trình và dữ liệu: + 8k bộ nhớ chương trình. khả năng ghi, xoá 10.000 lần. + Các bít cấu hình phần cứng cho phép sử dụng linh hoạt phần cứng cũng như bảo mật việc truy xuất chương trình. + 512 byte EEPROM. Khả năng ghi, xoá 100.000 lần. + 1 k SRAM nội. F Phần cứng hoạt động: + 23 I/O xuất nhập. + 2 timer/counter 8 bit. Có thể chọn tần số xung clock. + 1 timer/counter 16. Có thể chọn tần số xung clock. + 1 bộ đếm thời gian thực được kết nối thạch anh ngoài. + 3 kênh điều rộng xung PWM. + 6 kênh ADC 10 bit. + 1 bộ so sánh analog. + Giao tiếp I2C. + Giao tiếp USART. + WatchDog reset cứng khi chương trình bị lỗi. Sơ đồ chân mega 8: Cấu trúc bên trong của mega 8: VI ĐIỀU KHIỂN AVR-TINY 13: Cũng như các dòng AVR khác Tiny13 là vi điều khiển 8 bit. Chúng được thiết kế cho những ứng dụng đơn giản không cần nhiều port kết nối. tuy vậy nhưng chúng cũng được tích hợp khá nhiều chức năng như: mạch ADC, PWM, I2C, bộ nhớ EEPROM, WATCHDOG, dao động nội và hỗ trợ lập trình trên hệ thống ISP. Những thông số cơ bản của Tiny13: F Chúng được thiết kế cải tiến trên cấu trúc RISC: + 120 tập lệnh hầu hết được thực chỉ 1 chu kỳ máy. + 32 thanh ghi đa mục đích. + Tần số hoạt động lên đến 20 Mhz. F Bộ nhớ chương trình và dữ liệu: + 1K bộ nhớ chương trình. khả năng ghi, xoá 10.000 lần. + 1K bộ nhớ chương trình. khả năng ghi, xoá 10.000 lần. + Các bít cấu hình phần cứng cho phép sử dụng linh hoạt phần cứng cũng như bảo mật việc truy xuất chương trình. + 64 byte EEPROM. Khả năng ghi, xoá 100.000 lần. + 64 K SRAM nội. F Phần cứng hoạt động: + 6 I/O xuất nhập. + 2 timer/counter 8 bit. Có thể chọn tần số xung clock. + 1 timer/counter 16. Có thể chọn tần số xung clock. + 2 kênh điều rộng xung PWM. + 4 kênh ADC 10 bit. + Giao tiếp I2C. + WatchDog reset cứng khi chương trình bị lỗi. Sơ đồ chân Tiny13: Cấu trúc bên trong Tiny13: CẢM BIẾN NHIỆT LM335: LM335 có độ biến thiên theo nhiệt độ: 10mV / 1oK. Độ chính xác và độ nhạy, ở nhiệt độ 25oC nó có dung sai không quá 1%. Với tầm đo từ -40oC ÷ +100oC, tín hiệu áp ngõ ra gần như tuyến tính nhiệt độ môi trường. Thông số kỹ thuật: - Tiêu tán công suất thấp. - Dòng làm việc từ 400mA – 5mA. - Dòng ngược max 15mA. - Dòng thuận max 10mA. Theo thông số của nhà sản xuất LM335, quan hệ giữa nhiệt độ và điện áp ngõ ra như sau: Vout = 0,01´ToK = 2,73 + 0,01ToC. Vậy ứng với tầm hoạt động từ 0oC – 100oC ta có sự biến thiên điện áp ngõ ra là: Ở 0oC thì điện áp ngõ ra Vout = 2,73 (V). Ở 5oC thì điện áp ngõ ra Vout = 2,78 (V). …………………………………… Ở 100oC thì điện áp ngõ ra Vout = 3,73 (V). Tầm biến thiên điện áp tương ứng với nhiệt độ từ 0oC - 100oC là 1V. Thiết kế cụ thể mạch cảm biến dùng LM335: + Tính toán và chọn linh kiện: Ta có: 400mA < IR < 5mA. 400mA < < 5 mA < R < Vì: 2,73V £ Vo £ 3,73 Nên: 454 < R < 3,175k (1) Mặt khác, theo thông số của nhà sản xuất điện áp trên LM335 tại T = 25oC, IR = 1mA thì Vo = 2,982 (V), ta có: 400mA < < 5mA (2) Từ (1) và (2): chọn R = 2,2 kW → chọn biến trở chỉnh offset VR = 10 kW. Biến trở chỉnh offset để cân chỉnh điện áp ngõ ra là 2,982V ± 1% khi làm việc ở nhiệt độ 25oC với dòng làm việc 1mA. Dựa vào thông số đó ta mới tính toán chính xác được điện áp ngõ ra biến thiên theo sự thay đổi nhiệt độ môi trường. OPTO 4N35: Gồm nguồn phát tia hồng ngoại dùng diode (IR - LED) và mạch thu dùng phototransistor. Do đó thỏa mãn yêu cầu cách ly về điện, đồng thời đáp ứng của opto tốt hơn dùng biến áp xung. Ta lựa chọn phương án dùng opto thì yêu cầu đặt ra đối với opto là phải chịu được tần số đóng ngắt khá cao ( ≈10KHz). Trong đó, HCPL-2631 là optocouplers của hãng Fairchild có đáp ứng tần số lên đến 1MHz. MOSFET: Có hai lựa chọn chính cho việc sử dụng khoá đóng cắt công suất trong điều khiển đông cơ đó là mosfet và IGBT. Cả hai loại mosfet và IGBT đều là linh kiện được điều khiển bằng điện áp, nghĩa là việc dẫn và ngưng dẫn của linh kiện được điều khiển bằng một nguồn áp nối với cực gate của linh kiện thay vì là dòng điện trong các bộ nghịch lưu sử dụng transistor như trước đây. Vì vậy cách sử dụng loại linh kiện này làm cho việc điều khiển trở nên dễ dàng và tin cậy hơn. Đặc điểm, ứng dụng: Thông thường mosfet được sử dụng với các ứng dụng đòi hỏi tốc độ cao, tuy nhiên mosfet không có khả năng chịu dòng điện cao, trong khi đó IGBT thích hợp với các ứng dụng ở tốc độ thấp. Tuy nhiên IGBT có khả năng chịu được dòng điện cao. Vì vậy tuỳ vào đặc điểm của ứng dụng mà có sự lựa chọn linh kiện phù hợp. IGBT là linh kiện có tần số đóng cắt giới hạn thấp hơn so với mosfet, vì vậy dẫn đến tổn thất công suất do đóng cắt linh kiện sẽ cao hơn đối với ở mosfet có tần số đóng cắt cao hơn. Các kỹ thuật sử dụng IGBT trong điều khiển đã được sớm áp dụng cách đây hơn 10 năm, nhiều công ty đã sản xuất ra nhiều dòng IGBT khác nhau, một số được chế tạo thích hợp với các ứng dụng ở tốc độ thấp và điện áp VCE-SAT nhỏ, dẫn tới tổn hao sẽ nhỏ, một số khác được sản xuất phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tốc độ cao (60kHz đến 150 kHz) và có tổn thất công suất thấp hơn nhưng có VCE-SAT cao hơn. Khoảng 5 năm trở lại đây nhiều cải tiến trong việc sản xuất mosfet có thể đáp ứng tần số đóng cắt cao hơn với RDS-ON nhỏ (khoảng vài miliohm) làm cho tổn thất công suất được giảm đi rất nhiều. Vì vậy, đa số các bộ nghịch lưu thường sử dụng mosfet hơn là IGBT như trước kia. Dựa vào các đặc điểm của biến tần thiết kế và Các yêu cầu chính đặt ra cho linh kiện sử dụng làm bộ nghịch lưu : Điện áp VDS ( mosfet) hay VCE ( IGBT) >> VDC /2 Dòng điện qua linh kiện lớn hơn dòng định mức của động cơ ≈ 10A ở nhiệt độ hoạt động. Chịu được tần số đóng ngắt cao từ đó ta tìm được mosfet phù hợp. dựa trên yêu cầu đó mosfet IRFP460P được lựa chọn : thõa mãn các yếu tố trên, có thể mua dễ dàng và giá thành rẻ ! Phần III: THI CÔNG ĐỀ TÀI YÊU CẦU ĐỀ TÀI: Thiết kế và thi công mạch điện điều khiển và giám sát động cơ AC như: trạng thái hoạt động, tốc độ động cơ… Xây dựng giao diện điều khiển, giám sát động cơ. Dựa trên yêu cầu đó nhóm đề ra ý tưởng thiết kế hệ thống như sau: Sơ đồ khối hệ thống Phần cứng: Mạch 1: điều khiển tốc độ động cơ AC 1 pha bằng phương pháp điện áp trung bình thông qua điều chỉnh góc kích TRIAC, giám sát nhiệt độ, tốc độ và báo lỗi trong suốt quá trình hoạt động, truyền thông với máy tính qua mạng 485 chuẩn MODBUS. Tất cả được điều khiển bởi vi điều khiển họ AVR được lập trình bằng ngôn ngữ cấp cao C. Mạch 2: điều khiển tốc độ động cơ AC 3 pha bằng phương pháp biến tần thông qua bộ nghịch lưu áp sử dụng mosfet, mạch giám sát nhiệt độ hệ thống để điều khiển quạt giải nhiệt bằng phương pháp PWM, hiển thị tốc độ động cơ, bộ truyền thông với máy tính qua mạng 485 chuẩn MODBUS, Tất cả được điều khiển bởi vi điều khiển họ AVR được lập trình bằng ngôn ngữ cấp cao BASIC. Mạch 3: bộ chuyển đổi RS 232-485 để kết nối mạng BUS cho hệ thống. Phần mềm: Thiết kế giao diện giám sát, điều khiển động cơ như: trạng thái hoạt động, nhiệt độ, tốc độ, chiều quay, kết nối …Tất cả được thiết kế trên phầm mền WinCC của SEIMEN, và kết nối với phần cứng qua mạng BUS 485 sử dụng giao thức MODBUS-RTU. ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ AC 1 PHA: Phân tích tổng quát sơ đồ khối hệ thống: Sơ lược hoạt động của toàn bộ hệ thống: Mạch điều khiển tốc độ động cơ AC 1 pha chủ yếu dựa trên nguyên tắc thay đổi giá trị điện áp trung bình ở ngõ ra bằng cách thay đổi góc kích điều khiển thông qua Triac BTA16. Sơ đồ kết nối này được ứng dụng cho những mạch có công suất thấp. Với phương pháp này mạch thiết kế đơn giản nhưng dễ điều khiển với 3 chế độ làm việc: Auto, Man_1, Man_2. Ở chế độ cài Auto mạch sẽ chạy ổn định theo tốc độ được cài đặt sẵn trên màn hình LCD. Với độ sai số từ 8 – 66/rpm so với tốc độ được cài đặt. Ngoài ra thông số cài đặt này có thể lưu lại khi nhấn nút OK trên board. Chế độ Man_1 dùng để điều khiển tốc độ động cơ qua biến trở được tích hợp sẵn trên board với tầm thay đổi từ 1÷100% tốc độ của motor. Chế độ Man_2 cũng có chức năng tương tự nhưng được điều khiển bởi tín hiệu analog (0÷5V) bên ngoài thông qua domino trên board. Với 3 mode hoạt động như trên nhằm đáp ứng nhu cầu của người sử dụng. Ngoài ra có thể giám sát thông số động cơ (vận tốc, nhiệt độ) và các trạng thái hoạt động (Run/Stop) cũng như báo lỗi (I2c busy, External trouble, Overheat) qua màn hình LCD 4x20. Mạch còn có chế độ giám sát và điều khiển với máy tính thông qua chuẩn RS-485. Với chuẩn này có thể kết nối cùng 1 lúc 32 thiết bị với chiều dài kết nối nhỏ hơn 1200m. Tốc độ truyền nhận phụ thuộc vào khoảng cách kết nối giữa các thiết bị. Đây cũng chính là ưu điểm nổi bật so với chuẩn RS-232 truyền thống (khoảng cách truyền nhận dưới 15m và chỉ kết nối được 2 thiết bị). Sơ đồ khối hệ thống: Sơ đồ khối board điều khiển động cơ AC 1 pha. Sơ đồ nguyên lý và chức năng các khối: Khối nguồn: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn. Mạch nguồn đơn giản sử dụng diode chỉnh lưu hình tia lấy nguồn 12V DC cấp cho cảm biến đếm xung. Sau đó qua IC ổn áp 7805 lấy 5V DC cấp cho toàn bộ các khối khác trong mạch. Ngoài ra có led để báo tình trạng nguồn. Khối cảm biến nhiệt: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến nhiệt Cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ biến đổi nhiệt độ qua tín hiệu điện. Các IC cảm biến nhiệt độ có độ chính xác cao, dễ tìm và giá thành rẽ. Một trong số đó là IC LM335, là loại thông dụng trên thị trường hiện nay, đồng thời nó có những đặc tính làm việc phù hợp với thiết kế chi tiết của mạch. Khối đồng bộ: Sơ đồ nguyên lý khối đồng bộ. Góc kích α được tính từ điểm chuyển mạch tự nhiên. Vì vậy chức năng chính của mạch đồng bộ để xác định được thời điểm bắt đầu của bán kỳ dương và bán kỳ âm của tín hiệu xoay chiều hình sin. Với nhiệm vụ tạo ra điện áp tựa đồng bộ với điện áp lưới, nghĩa là cho phép xác định giá trị đầu của góc điều khiển α. Tín hiệu đồng bộ đó đưa về vi xử lý (slaver) để thực hiện công việc điều khiển góc kích triac sớm hay muộn. Dẫn đến điện áp trung bình ở ngõ ra thay đổi làm thay đổi tốc độ của động cơ. Đây chính là phương pháp điều khiển động cơ được áp dụng ở đây. Mạch dựa trên nguyên tắc cảm biến điện từ. Tín hiệu xoay chiều hình sin 220V AC sau khi qua biến thế giảm biên độ xuống 12V AC nhưng có tần số không đổi. Tín hiệu xoay chiều sau đó được đưa qua mạch so sánh sử dụng IC thuật toán LM741. Nhằm biến đổi dạng xung xoay chiều hình sin thành xung vuông. Sau đó được đưa qua transistor C1815 nhằm hóa thành tín hiệu xung vuông có mức logic 0 và 1 để đưa vào 2 chân ngắt ngoài của vi xử lý (slaver) thực hiện tiếp công việc điều khiển. Khối công suất: Sơ đồ nguyên lý khối công suất. Mạch dùng phần tử cách ly giữa điều khiển và công suất là loại opto triac MOC3020. Với dòng kích tối đa nhỏ hơn 60mA (IF) và điện áp thuận nhỏ hơn 3V (VR). Điện áp hoạt động cho phép của phần triac lên đến 400V (VDRM). Nhiệm vụ chính của opto trong mạch này là đóng mở xung kích cho triac BTA16 được điều khiển bởi vi xử lý (slaver). Phần tử thực hiện công suất được dùng là triac BTA16 với những thông số hoạt động đặc trưng như dòng tải định mức lên đến 16A (IT(RMS)), điện áp ngưỡng 600V (VDRM) với dòng kích cho phép từ 10 đến 50mA (IGT). Khi điện áp thay đổi với tốc độ nhanh thì triac dễ bị hỏng nên thường cần phải có mạch R-C bảo vệ triac. Đặc tính của triac là có thể điều khiển cho mở dẫn dòng bằng cả xung dương (dòng đi vào cực điều khiển) lẫn dòng xung âm (dòng đi ra khỏi cực điều khiển). Khối vi xử lý: Mega16 (Master) Mega8 (Slaver) Bao gồm 2 vi xử lý thuộc họ AVR của hãng Atmel. Đó là mega16 (master) và mega8 (slaver). Mỗi IC đảm nhiệm các chức năng và nhiệm vụ riêng, được truyền thông dữ liệu với nhau thông qua giao thức I2C. Mega16 (Master): đảm nhiệm các công việc như: Đếm xung đo tốc độ động cơ thông qua chân ngắt ngoài. Tốc độ động cơ được tính theo công thức: Tốc độ = Số xung * 8 Tốc độ: được tính trong 1 phút (rpm: revolutions per minute). Số xung: được lấy mẫu theo chu kỳ 2,5s. Chuyển đổi các thông số ADC ở 3 kênh đầu vào phục vụ cho công việc điều khiển động cơ và hiển thị nhiệt độ. Cả 3 đầu vào có tầm điện áp từ 0÷5V DC. Độ phân giải ADC được chọn mặc định là 10 bit, điện áp ngưỡng được lấy từ chân AREF = 5V. Với giá trị đầu vào chúng ta có công thức như sau: ADCx = (V_INT*1024)/AREF Giao tiếp với nút nhấn để nhận lệnh điều khiển và thay đổi thông số cài đặt. Có xử lý ngắt cho phím nhấn để linh hoạt hơn. Giao tiếp với màn hình LCD 4x20 để hiển thị thông số và báo lỗi khi hoạt động. Hoạt động giao tiếp được thực hiện ở chế độ 4 bit và 3 chân điều khiển RS, RW, EN nhằm tiết kiệm port ở vi xử lý. Giao tiếp I2C với vi xử lý (slaver) để truyền thông số điều khiển (lệnh run/stop, dữ liệu điều khiển góc kích α) và nhận lại thông số trạng thái báo lỗi từ slaver. Mỗi chu kỳ truyền nhận là 300ms. Giao tiếp với máy tính qua chuẩn RS-485 để truyền nhận dữ liệu trong chế độ giám sát qua mạng. Mega8 (Slaver): đảm nhiệm các công việc như: Giao tiếp I2C với vi xử lý (master) để nhận thông số điều khiển và truyền trạng thái báo lỗi. Nhận tín hiệu đồng bộ từ khối đồng bộ qua 2 chân ngắt ngoài kết hợp với thông số nhận được từ master để điều khiển motor. Khối đếm: Sơ đồ nguyên lý khối đếm. Nhận xung đếm từ cảm biến (nguồn 12V DC) qua mạch opto để chuyển đổi sang tín hiệu logic đưa về chân ngắt ngoài của vi xử lý (master). Các thông số cơ bản của opto TLP521: dòng điều khiển IF = 50mA, dòng tải IC = 50mA. Khối nút nhấn: Sơ đồ nguyên lý khối nút nhấn. Gồm 5 nút nhấn với các chức năng như: RUN/STOP, MODE, UP, DOWN, OK. Ngoài ra còn nối chung 1 chân đưa về làm tín hiệu ngắt ở vi xử lý với mục đích xử lý linh hoạt hơn. -RUN/STOP: cho phép chạy, dừng động cơ. -MODE: lựa chọn các chế độ hoạt động Auto, Man_1, Man_2. -UP: tăng thông số cài đặt. -DOWN: giảm thông số cài đặt. -OK: lưu thông số cài đặt. Khối hiển thị: Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị. Sử dụng màn hình LCD 4x20 với mục đích hiển thị đầy đủ các thông số trong quá trình hoạt động của mạch. Giao tiếp với vi xử lý ở chế độ 4 bit và 3 chân điều khiển RS, RW, EN. Chế độ 4 bit có ưu điểm là tiết kiệm được các đường dẫn đến cổng vào/ra. Tuy vậy đến khi viết phần mềm điều khiển thì các lệnh và dữ liệu lại phải chia thành 2 nhóm, mỗi nhóm ứng với 4 bit dữ liệu, rồi truyền kế tiếp nhau. Việc tiết kiệm đường dẫn tới cổng lại kéo theo việc tăng số lượng các dòng lệnh khi viết chương trình. Qua đường dẫn RS có thể lựa chọn, lịêu ta sẽ gửi một lệnh hay một byte dữ liệu tới modun hiển thị LCD. Nếu RS ở mức Low, thì byte gửi tới được dịch là lệnh, còn nếu RS ở mức High, thì byte được hiển thị lên màn hình LCD vì đây là byte dữ liệu. RW cần để khẳng định liệu cần ghi vào hay đọc ra. Mức High có nghĩa là đọc, còn Low có nghĩa là ghi. Khi ta đặt RW sang chế độ đọc và RS sang chế độ gửi lệnh, thì ta có thể đọc cờ báo bận (Busy-Flag) qua chân D7, cờ này chỉ ra liệu modun LCD đã xử lý xong lệnh vừa được gửi đến trước đấy. Đường dẫn điều khiển E (Enable) kích hoạt/không kích hoạt bộ hiển thị. Khi bộ hiển thị được kích hoạt, nó sẽ kiểm tra trạng thái của hai đường dẫn điều khiển khác và sau đó đánh giá các đường dẫn dữ liệu cho phù hợp. Khi bộ hiển thị không được kích hoạt thì trạng thái của các đường dẫn điều khiển khác bị bỏ qua và các đường dẫn dữ liệu được chuyển mạch sang trạng thái tổng trở cao. Ngoài ra còn 2 chân 15 và 16 là nguồn cấp cho mạch chiếu sáng từ phía sau được điều khiển qua transistor C1815. Khối giao tiếp máy tính: Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp máy tính. Đặc tính khác nhau cơ bản của RS-485 so với RS-232 là khả năng ghép nối nhiều điểm, vì thế được dùng phổ biến trong các hệ thống bus trường. Cụ thể, 32 trạm có thể tham gia ghép nối, được định địa chỉ và giao tiếp đồng thời trong một đoạn RS-485 mà không cần bộ lặp. Khoảng cách tối đa giữa trạm đầu và trạm cuối trong một đoạn mạng là 1200m. Để đạt được điều này, trong một thời điểm chỉ một trạm được phép kiểm soát đường dẫn và phát tín hiệu, vì thế một bộ kích thích đều phải đưa về chế độ trở kháng cao mỗi khi rỗi, tạo điều kiện cho các bộ kích thích ở các trạm khác tham gia. Chế độ này được gọi là tri-states. Trong mạch của bộ kích thích RS-485 có một tín hiệu vào “Enable” được dùng cho mục đích chuyển bộ kích thích về trạng thái phát tín hiệu hoặc tri-state. Tín hiệu này được điều khiển bởi vi xử lý mega 16. Khi truyền tín hiệu, chân RE và DE của Max 485 sẽ ở mức cao. RE ở mức cao sẽ cấm nhận, DE tích cực mức cao, do đó mạng ở trạng thái truyền dữ liệu. Khi nhận dữ liệu, chân DE ở mức thấp sẽ cấm truyền, RE ở mức thấp sẽ cho phép nhận. Trạng thái logic của tín hiệu chỉ được định nghĩa trong khoảng từ ±1,5V đến ±5V đối với đầu ra (bên phát) và từ ±0,2V đến ±5V đối với đầu vào (bên thu). Sơ đồ nguyên lý: Lưu đồ giải thuật mega 16 (master): Lưu đồ chương trình chính: Khi mới cấp nguồn, chương trình sẽ thực hiện chương trình con khởi động LCD. Nếu không khởi động được sẽ trả về giá trị 0, khi đó chương trình sẽ ngưng và báo lỗi “LCD Disconnected”. Ngược lại chương trình sẽ thông báo “LCD Connected” và thực hiện chương trình con đọc bộ nhớ EEPROM để lấy thông số cài đặt tốc độ cho chế độ Auto.. Thông số cài đặt có giá trị từ 240 ÷ 2432 rpm. Sau đó, chương trình sẽ kiểm tra thông số đặt chế độ hoạt động. Nếu ở chế độ Man_1 thực hiện chương trình con đọc kênh ADC 2, còn ở chế độ Man_2 đọc kênh ADC 1 (mặc định được đặt ở chế độ Auto). Ở chế độ Auto thời gian ổn tốc từ 0-2432 rpm là 6.9s. Giá trị đọc được về sau sẽ được truyền cho VXL slaver để điều khiển xung kích α. Tiếp theo chương trình sẽ tiến hành kiểm tra trạng thái của VXL slaver thông qua 1 biến được truyền lên cho VXL master theo chu kỳ 300ms. Nếu = 1 (dừng bởi tín hiệu Enable) thì chương trình thông báo “Stop by Slaver”. Nếu = 2 (dừng bởi lỗi ngoài) thì chương trình truyền lệnh stop xuống VXL slaver và thông báo “External Trouble”. Nếu = 0 (slaver không có lỗi) chương trình sẽ đọc trạng thái của VXL master để đưa ra các thông báo phù hợp như: “No Alarm”, “Stop by Master”, “Master I2C”, “Slaver I2C”, “I2C Busy”, “Overheat”. Tiếp theo sẽ thực hiện chương trình con xuất dữ liệu hiển thị lên LCD 20*4. Dữ liệu hiện thị bao gồm: trạng thái hoạt động Start/Stop, chế độ hoạt động Auto/Man_1/Man_2, tốc độ cài đặt, thông số chỉnh biến trở, nhiệt độ hoạt động và trạng thái hoạt động của mạch. Cuối cùng thực hiện chương trình con chờ 100ms rồi quay trở về đoạn chương trình kiểm tra thông số đặt chế độ hoạt động. Lưu đồ xử lý ngắt Timer 1 (2,5s): Khi mới khởi động, chương trình ngắt này được cho phép và chu kỳ xử lý ngắt 2,5s này sẽ được thực hiện liên tục. Khi có ngắt xảy ra thì đặt lại giá trị định thời cho Timer. Tiếp theo đọc biến đếm tốc độ sau đó reset biến đếm này. Kế đến thực hiện chương trình con đọc kênh ADC 0 lấy giá trị nhiệt độ rồi kiểm tra. Nếu lớn hơn hoặc bằng nhiệt độ đặt thì truyền lệnh stop xuống VXL slaver và thông báo “Overheat”. Nếu nhỏ hơn nhiệt độ đặt thì không làm gì cả. Lưu đồ xử lý ngắt Timer 2 (33ms): Khi mới khởi động, chương trình ngắt này được cho phép và chu kỳ xử lý ngắt 33ms này sẽ được thực hiện liên tục. Khi có ngắt xảy ra, kiểm tra giá trị đếm Timer. Nếu không bằng 300ms thì không làm gì cả và thoát khỏi ngắt. Nếu bằng 300ms, kiểm tra thông số đặt chế độ hoạt động. Nếu = 0 (ở chế độ Auto), kiểm tra tiếp xung lấy mẫu. Nếu ≠ 0 (ở chế độ Man_1 hoặc Man_2), thực hiện chương trình con truyền giá trị đọc ở biến trở cho VXL slaver để thực hiện việc điều chỉnh xung kích α. Trường hợp kiểm tra tiếp xung mẫu, nếu lớn hơn tốc độ đặt thì giảm dữ liệu 1 đơn vị, ngược lại nhỏ hơn tốc độ đặt thì tăng dữ liệu 1 đơn vị. Sau đó quay về thực hiện chương trình con truyền dữ liệu cho slaver. Lưu đồ giải thuật mega 8 (slaver): Chương trình chính: Bắt đầu chương trình sẽ kiểm tra các trạng thái hoạt động như ngõ vào enable, ngõ vào báo lỗi ngoài. Nếu có lỗi ngoài thì chương trình sẽ cấm ngắt ngoài, và báo lỗi qua đèn vàng. Nếu không có lỗi thì kiểm tra lệnh điều khiển và tín hiệu enable đã tích cực chưa. Nếu đúng thì cho phép ngắt ngoài hoạt động và báo đèn xanh (Run). Ngược lại không cho phép ngắt ngoài và tắt đèn xanh (Stop). Sau đó chu trình trở về ban đầu. Lưu đồ xử lý tín hiệu điều khiển: Khi nhận được tín hiệu đồng bộ sẽ làm phát sinh sự kiện ngắt ngoài. Lúc đó chương trình sẽ được xử lý: nạp dữ liệu nhận được từ VXL master vào giá trị định thời Timer 0 và cho chạy Timer. Tiếp theo khi có sự kiện ngắt Timer 0 thì dừng Timer và thực hiện công việc phát xung kích độ rộng 10us. Vậy kết hợp tín hiệu đồng bộ và giá trị nhận được từ master thì slaver có thể thay đổi được độ rộng xung kích α một cách chính xác và linh hoạt. ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ AC 3 PHA: Sơ đồ khối hệ thống: Dựa trên yêu cầu thiết kế của mạch ta có thể phân tích sơ đồ ra làm các khối chính như sau: Giải thích chức năng từng khối: Source: Chỉnh lưu và nắn tạo ra nguồn DC từ lưới điện cấp cho mạch nghịch lưu 3 pha điều khiển motor cũng như cấp nguồn cho toàn mạch hoạt động. Do phần nghịch lưu có 4 nguồn kích là độc lập nên ta phải dùng 4 nguồn cách ly để tránh hiện tượng ngắn mạch cho phần công suất. Starter: Mạch khởi động có chức năng nạp điện cho tụ trong khoảng thời gian quá độ tránh làm hỏng mối nối NP của cầu diode khi cấp nguồn. sau đó VĐK sẽ đóng relay cấp nguồn trực tiếp cho mạch nghịch lưu để đảm bảo công suất cho tải. Switching power: Đây là bộ nghịch lưu áp bao gồm 6 mosfet IRFP460 nhận tín hiệu điều khiển từ bộ đệm 3 pha để nghịch lưu từ nguồn một chiều chỉnh lưu để tạo ra nguồn 3 pha có tần số thay đổi cấp cho motor hoạt động. 3 Phase driver: Mạch gồm 6 opto cách ly phần điều khiển và phần công suất. nhận tín hiệu từ VĐK cấp cho mạch nghịch lưu hoạt động. Inductive sensor: Đây là cảm biến tiện cận loại điện cảm. Đo tốc độ động cơ thông qua các đinh ốc bắt trên trục động cơ. Khi động cơ quay các đinh ốc quét qua mặt sensor làm ngõ ra xuất hiện xung điện áp. Tín hiệu này được cấp cho counter của VĐK để xử lý và hiển thị tốc độ lên màn hình. 3 Phase MC: Đây là VĐK ATMEGA 8 có nhiệm vụ nhận dữ liệu về tần số và chiều quay, sau đó xuất ra 6 tín hiệu điều khiển cấp cho mạch cách li để đưa vào mạch nghịch lưu hoạt động, để tạo ra nguồn 3 pha cấp cho motor hoạt động. Main Mc: Đây là VĐK trung tâm sử dụng ATMEGA 16 có nhiện vụ nhận và xử lý phím nhấn, xuất thông tin hiển thị cho LCD 20 * 4, truyền thông với máy tính qua mạng MODBUS, xuất data tần số và chiều cho 3 PHASE MC, kiểm soát quạt giải nhiệt. LCD 20 * 4: Màn hình tinh thể lỏng gồm 20 cột và 4 dòng. Hiển thị các thông tin trạng thái động cơ, chiều quay, tốc độ, tần số….từ VĐK trung tâm. Key pad variable resistor: Gồm 5 phím nhấn & biến trở đển chọn mode, chỉnh tốc độ, chiều quay, đóng mở động cơ. Khi 1 phím được nhấn tạo ra 1 ngắt trên VĐK và thông qua mức điện áp trên từng chân VĐK biết phím nhấn và xử lý lệnh của phím đó. RS 485: Đây là IC truyền thông MAX 485 nhận tín hiệu điều khiển từ VĐK trung tâm để xác lập trạng thái thu phát cho mạch. Được kết nối với mạng Bus 485 thông qua 2 chân A, B. Tem sensor: Đây là IC cảm biến nhiệt, nó được gắn vào miếng nhôm giải nhiệt của 6 mosfet công suất. Nó có chức năng cảm biến nhiệt độ toả ra trên mosfet công suất rồi xuất ra tín hiệu điện áp cấp cho VĐK để điều khiển tốc độ quạt giải nhiệt theo phương pháp PWM, giúp hệ thống hoạt động tối ưu hơn. Cooling MC: Đây là VĐK TINY 13 nhận trực tiếp tín hiệu áp từ cảm biến nhiệt độ sau đó điều khiển quạt giải nhiệt DC bằng phương pháp điều rộng xung PWM để tối ưu hoá việc giải nhiệt cho hệ thống. Fan driver: Đây là transistor công xuất nhận tín hiệu từ VĐK Tiny 13 lái cho quạt DC hoạt động. DC motor & 3phase motor: Sơ đồ mạch của hệ thống: Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý: Sơ đồ nguyên lý mạch công suất: Lưu đồ giải thuật hệ thống: Lưu đồ giải thuật VĐK trung tâm: Chương trình chính: - Khi khởi động chương trình sẽ thiết lập các thông số như port, LCD, timer, ADC, truyền thông, watchdog. Sau đó chương trình sẽ tích cực mạch starter thông qua relay và quạt giải nhiệt thông qua VĐK điều khiển quạt. - Thông qua phím mode trên panel ta có thể chọn mode cho chương trình để xác lập một trạng thái hoạt động gồm 3 mode như: manual