Đồ án Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển robot tự động

ủa bóng khi thả từ độ cao 1m xuống mặt gỗ cứng không được vượt quá 150mm. (3) Hai đội thi đấu dùng bóng có màu đỏ và xanh đậm. 3. ý tưởng thực hiện : - Để chế tạo thành một con ROBOT trước tiên ta phải tìm hiểu được nhiệm vụ của nó và cách thức hoạt động của nó. =>Xuất phát từ yêu cầu của luật chơi với ROBOT vòng ngoài chúng em có ý tưởng về kết cấu và phương hướng về đường đi cho ROBOT vòng ngoài _COM2 như sau: ROBOT sẽ đi đến và đổ bóng vào đài gần nhất 5 sau đó tiếp tục đổ tiếp vào đài 2 một quả còn lại, nhằm mục đích có thể thắng tuyệt đối.(như hình vẽ). Hình 1.1 Đường đi của robot vòng ngoài.. xuất phát 5 bóng 1 bóng 3.1. Giải pháp cơ khí: Với khu vực đặt robot trên khu xuất phát cho phép và những tính năng hoạt động của robot kết hợp với luật chơi , chúng em các thành viên nhóm FSMT đưa ra ý tưởng về kết cấu ROBOT như sau : - ROBOT bao gồm các cơ cấu kéo bóng, nâng hạ bóng để và thực hiện yêu cầu này giải pháp là dùng các động cơ và các ròng rọc kéo các cơ cấu nâng hạ và kéo bóng. Hành trình và vị trí nâng hạ bóng được xác định bởi công tắc hành trình, tín hiệu từ công tắc hành trình đựơc đưa vào vi xử lý để cho động cơ dừng khi trạm công tắc hành trình. Robot có sử dụng 4 động cơ : - 2 đ/c dùng để di chuyển - 1 đ/c dùng để kéo cơ cấu đổ bóng. - 1 đ/c dùng để nâng đổ bóng. Hình 1.2 ROBOT tự động vòng ngoài_COM2. 4. Một số quy ước và cách sử dụng: * Một số quy ước : - Công tắc Start (S3): Công tắc gạt nhấn khởi động hệ thống cho ROBOT hoạt động - Nút Reset : Nút ấn Reset hệ thống cho ROBOT trở về trạng thái ban đầu. - Công tắc S1 (Bật/tắt) nguồn 12V cho phần mạch điều khiển. - Công tắc S2 (Bật/tắt) nguồn 24V cho phần mạch công suất. - Công tắc S4 : reset cho Led 7 thanh hiển thị đếm vạch. - Công tắc S5 (Bật/tắt) nguồn +12V dùng qua mạch chỉnh lưu hoặc nguồn ắc quy - Công tắc S6 (Bật/tắt) nguồn +24 dùng qua mạch chỉnh lưu hoặc nguồn ắc quy. * Cách sử dụng : - Khi khởi động hệ thống hoạt động cần khởi động nguồn +12V trước bằng cách bật công tắc gạt S1, sau đố khởi động nguồn +24V bằng cách bật công tắc gạt S2 và sau cùng khi muốn hệ thống hoạt động ta bật công tắc gạt S3. - Khi hệ thống gặp trục chặc về chương trình ta ấn nút Reset hệ thống. - Muốn sử dụng hệ thống bằng nguồn ắc quy ta gạt các công tắc S5, S6 lên phía trên. - Muốn sử dụng hệ thống bằng nguồn chỉnh lưu từ 220V qua mạch chỉnh lưu ta gạt công tắc S5, S6 xuống phía dưới. 5. Phương hướng thực hiện: 5.1 Giải pháp phần cứng. - Với yêu cầu điều khiển ROBOT tự động đi theo quỹ đạo đã định sẵn dựa vào những vạch chắn có trên sân do đó cần phải sử dụng các cảm biến quang để cảm nhận các vạch trắng trên sân từ đó có thể xác định vị trí trên sân. - Để thực hiện việc nâng hạ bóng chính xác trong những thời điểm khác nhau ở mỗi cột đuốc biện pháp hữu hiệu nhất là sử dụng các công tác hành trình. Tín hiệu từ công tác hành trình được đưa tới đầu vào của vi xử lý để vi xử lý đưa ra các tín hiệu điều khiển các bộ phần trên ROBOT. - Các tín hiệu điều khiển cần được khếch đại bằng mạch khuyếch đại công suất dùng Transistor lữơng cực hoặc bằng Rơle - Mạch điều khiển ROBOT có thể dùng IC số, PLC hay vi xử lý. chúng em lựa chọn họ vi điều khiển AT89C51 để giải quyết những yêu cầu đề ra vì nó phù hợp với điều kiện của sinh viên, và với mức độ xử lý cao. Không chỉ có giá thành thấp, phần cứng thiết kế đơn giản, AT89C51 còn có : + Khối xử lý CPU : để xử lý và thực thi chương trình + Các bộ Timer có thể tạo ra thời gian chính xác. + Hệ thống ngắt ngoài có thể xử lý nhanh ở bất kỳ thời điểm nào. + 4 Kb ROM để lưu chương trình điều khiển. + 128 Byte RAM nội để lưu các tham số và dữ liệu. + Bốn cổng xuất nhập (I/O) 8 bit. + 210 vị trí nhớ có thể định địa chỉ bít. + Tốc độ xử lý tín hiệu nhanh, tin cậy, chính xác. + Dễ dàng thay đổi yêu cầu điều khiển Robot bằng cách thay đổi chương trình soạn thảo mà không cần thay đổi mạch phần cứng. 5.2. Giải pháp phần mềm. - Việc xác định vị trí của ROBOT trên sân được thực hiện thông qua ngắt ngoài 1. - Để bỏ bóng chính xác vào ngọn đuốc phải kết hợp giữa cảm biến quang và ngắt Timer0. - Trong thực tế thi đấu, ROBOT thường dễ bị nhiễu bởi độ bóng của mặt sân, của vạch, hoặc bị rung khi di chuyển nên gây ra nhầm vạch hoặc mất phương hướng, để xử lý vấn đề này ngoài việc dùng phần cứng ở bộ phận cơ khí, hoặc cảm biến cần sử dụng linh hoạt các ngắt ngoài kết hợp với các ngắt Timer trong chip để lọc các xung nhiễu. - Chương trình điều khiển được viết bằng phần mềm Ride với ngôn ngữ Assembler và được tổ chức dưới dạng các chương trình con sau đó được tổng hợp ở chương trình . - Để thực hiện các công việc nâng và đổ bóng cho ROBOT, giải pháp tôt nhất là sự dụng các công tác hành trình kết hợp với bộ TIMER trong On-chip. - Việc xác định vị trí ROBOT trên sân được thực hiện thông qua ngắt ngoài . - Để lọc nhiễu cho cảm biến cần phải phối hợp linh hoạt các ngắt ngoài vàngắt TIMER trong On-chip. - Chương trình điều khiển được viết bằng phần mềm Ride với ngôn ngữ Assembler - Tất cả các chương trình điều khiển được viết dưới dạng chương trình con và sau đó tổng hợp lại ở chương trình chính. phần II: nội dung 1. Mạch điều khiển ROBOT tự động tham gia cuộc thi Robocon 2005 do đài THVN tổ chức Một ROBOT có thể hoạt động được thì cần có những khối sau : Khối Chấp hành Khối Xử lý Khối Khuyếch đại Khối Cảm biến - Hình 1.3 Sơ đồ khối tổng quát điều khiển Robot 1.1 Khối cảm biến. - Để cho ROBOT có thể di chuyển được trên sân theo đúng vạch và đúng với yêu cầu, thì ROBOT phải có khối cảm nhận,nhận biết về vạch trên sân(vạch trắng) .Giải pháp tốt nhất và phù hợp với điều khiển làm robot của sinh viên ,thì việc chọn cảm biến quang là tối ưu và dễ sử dụng. Để cho ROBOT có thể hoạt động tốt ít bị nhiễu do sự bóng của sân và ánh sáng bên ngoài nên chúng em chọn loại cảmbiến OMRON có bán sẵn trên thị trường, loại cảm biến này có độ bắt(vạch) cao và ít bị nhiễu bởi ánh sáng. Robot tự động gồm có hai cảm biến dò đường và một cảm biến ngắt để thực hiện các chức năng đếm vạch và ngắt chương trình.Thực hiện các yêu cầu đó chúng em thiết kế mạch cảm biến như sau(sơ đồ hình dưới). Các đầu ra cảm biến ngắt của mạch cảm biến đưa vào vi xử lý đều cho qua tu lọc (1mF=> 3,3mF) để lọc nhiễu tín hiệu.Việc gá cảm biến cũng hết sức quan trọng =>vì nó quyết định đến tính hiệu quả của Robot. * Sơ đồ nguyên lý : Đầu vào cảm biến vào vxl IN OUT GND + + 5V 5V 2 1 Nguồn D1 C1 C2 L1 PC817 1 2 3 4 1000mf 1mf R1 220 R2 1k R3 1k R4 1k R5 3.3k IC7805 GND GND GND GND Hình 1.4 Sơ đồ khối nguyên lý của khối cảm biến * Nguyên lý hoạt động : - Nguồn 12V cho vào mạch cảm biến được qua IC ổn áp 7805 để cho ra điện áp 5V. - Optocoupler (PC817) là một phần tử cách ly chúng dùng để giao tiếp điện áp nhỏ với diện áp lớn tránh xảy ra sự quá dòng cho mạch điện được giao tiếp. Chân 1(chân tín hiệu), chân 2(chân mass), chân 3(chân nối 5V), chân 4(chân cấp ra điện áp 5V). - Trong mạch trên ta sử dụng Optocouler (PC817), trong Optocoupler có một phần tử phát quang và một phần tử thu quang đó là diode phát quang và Transistor quang. Khi điện áp đặt vào chân 1 của Optocoupler tức là đầu vào cảm biến có tín hiệu, khi đó diode phát quang được phân cực thuận và phát quang cho Transistor quang nhận được tín hiệu lập tức Transistor quang dẫn điện với điện trở CE phụ thuộc vào cường độ cường độ ánh sáng của diode phát quang mạnh hay yếu vậy nên ta cấp cho diode dẫn bão hoà thì transistor cũng dẫn bão hoà vì vậy điện áp tại đầu Colector là 5V thì đầu ra Emitor cũng sẽ là 5V. Tín hiệu 5V này qua điện trở R3 kích cho Transistor T1 dẫn làm cho Led hiển thị sáng, đồng thời tín hiệu này cũng được đưa ra để cho tín hiệu vào vi xử lý. Tụ C1, C2 có tác dụng lọc nguồn, lọc nhiễu cho mạch và cho tín hiệu vào vi xử lý. - Khi tín hiệu vào là mức cao (không nhận vạch trắng) thì đầu ra vào vi xử lý cũng là mức cao (5V)_lúc đó đèn Led cũng được phát sáng. Và ngược lại (với trường hợp tín hiệu vào là mức thấp). 1.1.1 Mạch cảm biến dùng cách ly bằng Optocoupler cho ROBOT tự động. - ROBOT tự động cần dùng hai cảm biến dò đường và một cảm biến ngắt, do vậy mạch cảm biến cho ROBOT cần ba đầu vào cảm biến. Chính vì vậy mạch cảm biến cho ROBOT tự động dùng ba mạch cảm biến như trên ghép lại là được. * Sơ đồ nguyên lý : Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý của mạch cảm biến * Bảng giá trị linh kiện : Part Value Device Package Library Sheet D1 D2 D3 D4 D5 IC1 OK1 OK2 OK3 OK4 C1 C2 C3 C4 C5 T1 T2 T3 T4 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15 JP1 JP2 JP3 JP4 JP5 1N4007 LED LED LED LED 7805 PC817 PC817 PC817 PC817 1000mF 1mF 1mF 1mF 1mF C828 C828 C828 C828 3,3K 220 1K 1K 10K 3,3K 220 1K 1K 10K 3,3K 220 1K 1K 10K 1N4004 LEDIRL80A LEDIRL80A LEDIRL80A LEDIRL80A 78MXXS PC817 PC817 PC817 PC817 CPOL-EU140CLH-1010 CPOL-EU140CLH-1010 CPOL-EU140CLH-1010 CPOL-EU140CLH-1010 CPOL-EU140CLH-1010 MJE3055 MJE3055 MJE3055 MJE3055 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 PINHD-1X2 PINHD-1X2 PINHD-1X2 PINHD-1X2 PINHD-1X2 DO41-10 IRL80A IRL80A IRL80A IRL80A 78MXXS DIL04 DIL04 DIL04 DIL04 140CLH-1010 140CLH-1010 140CLH-1010 140CLH-1010 140CLH-1010 TO220AV TO220AV TO220AV TO220AV 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 1X02 1X02 1X02 1X02 1X02 diode led led led led v-reg optocoupler optocoupler optocoupler optocoupler rcl rcl rcl rcl rcl transistor-power transistor-power transistor-power transistor-power rcl rcl rcl rcl rcl rcl rcl rcl rcl rcl rcl rcl rcl rcl rcl pinhead pinhead pinhead pinhead pinhead 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 * Sơ đồ bố trí linh kiện: Hình 1.6 Sơ đồ chân linh kiện mạch cảm biến *Sơ đồ board : Hình 1.7 Sơ đồ board mạch cảm biến 1.2 Khối xử lý. - Tín hiệu từ cảm biến, công tắc hành trình được đưa vào vi xử lý để thực hiện các chức năng và các yêu cầu đề ra. Mạch xử lý các tín hiệu này chúng em sử dụng họ vi điều khiển 8051 mà cụ thể ở đây là AT98C51 với độ xử lý cao, có thể thực hiện tôt các tính năng hoạt động của ROBOT. - Để xử lý các tín hiệu nhận được từ cảm biến hay công tắc hành trình và đưa ra những quyết định cho ROBOT cần phải có khối xử lý và điều khiển. Mà ở đây sử dụng vi điều khiển họ 8051, cụ thể là IC AT89C51. IC AT89C51 có dung lượng bộ nhớ, các cổng, bit điều khiển, các thanh ghi, các ngắt và tập lệnh đủ mạnh để thực hiện yêu cầu với ROBOT tự động này. Sau khi đã thống nhất lựa chọn phương án điều khiển chúng em đã tiến hành thiết kế mạch phần cứng cho mạch điều khiển. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển được cho ở sơ đồ nguyên lý dưới. - Các tín hiệu đầu vào và đầu ra của vi điều khiển đều được đưa qua IC đệm 74HC245N. IC 74HC245N là IC phát - thu hai chiều không đảo thuộc quy mô tích hợp. Có khả năng: + Chống nhiễu, chống các xung ngược giúp vi điều khiển làm việc ổn định. + Khuếch đại tín hiệu điều khiển. + Có thể chọn được chiều truyền duy nhất của tín hiệu. - Nguồn ổn định 5V được cấp cho vi điều khiển thông qua IC ổn áp 7805 và các tụ lọc nguồn. Từ yêu cầu cụ thể mà mạch phần cứng được thiết kế với chức năng: + Các cổng P1, P3 là các cổng đầu vào tín hiệu. + Các cổng P0, P2 là các cổng đầu ra tín hiệu. - Việc lựa chọn các chiều truyền này phụ thuộc vào việc đặt chân 1 của IC đệm ở mức cao hay mức thấp. Các tín hiệu vào, ra từ mạch điều khiển được nối ghép với các môdul khác thông qua các jump cắm. Việc thiết kế các mạch dưới dạng các môdul rất thuận lợi trong việc thay thế và di chuyển vì chỉ cần ghép các môdul lại với nhau bằng cáp và dây dẫn. * Sơ đồ chân IC 89C51 : * Chức năng các chân tín hiệu như sau như sau : - P0.0 đến P0.7 là các chân của cổng 0 - P1.0 đến P1.7 là các chân của cổng 1 - P2.0 đến P2.7 là các chân của cổng 2 - P3.0 đến P3.7 là các chân của cổng 3. - RxD(chân 10): Nhận tín hiệu kiểu nối tiếp . - TxD(chân 11):Truyền tín hiệu kiểu nối tiếp. - /INT0(chân 12): Ngắt ngoài 0. - /INT1(chân 13): Ngắt ngoài 1. - T0(chân 14): Chân 0 của bộ Timer/Counter 0. - T1(chân 15): Chân vào 1 của Bộ Timer/Counter 1. - /Wr (chân 16): Ghi dữ liệu vào bộ nhớ ngoài. - /Rd(chân 17): Đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài . - RST(chân 9): Chân vào Reset, tích cực ở mức logic cao trong khoảng 2 chu kỳ máy . - XLAT1(chân 18): Chân vào mạch khuyếch đại dao động. - XLAT2(chân 19): Chân vào mạch khuyếch đại dao động. - /PSEN(chân 29): Chân cho phép đọc bộ nhớ chương trình ngoài(ROM ngoài). - ALE(/PROG)(chân 30): Chân tín hiệu cho phép chốt địa chỉ để truy cập bộ nhớ ngoài, khi On-chip xuất ra byte thấp của địa chỉ . Tín hiệu chốt được kích hoạt ở mức cao, tần số xung chốt =1/6 tần só dao động bộ VĐK. Nó có thể dùng cho các bộ Timer ngồa hoặc cho mục đích tạo xung Clock. Đây cũng là chân nhận xung vào để nạp chương trình cho Flash (hoặc EEPROM) bên trong On-chip khi nó ở mức thấp. - /EA/Vpp(chân 31): Cho phép On-chip truy cập bộ nhớ chương trình ngoài khi /EA=0, nếu /EA =1 thì On-chip sẽ làm việc với bộ nhớ chương trình ngoài , khi /EA=0 được cấp nguồn điện áp 12V (Vpp) thì On-chip đảm nhận chức năng nạp chương trình cho Flash bên trong nó. - Vcc(chân 40): Cung cấp dương nguồn cho On-chip (+5V). - GND(chân 20): Nối mass. * Sơ đồ nguyên lý : Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý mạch vi xử lý. * Giá trị các linh kiện ; Part Value Device Package Library Sheet IC1 AT89C51 AT89C52P DIL40 atmen 1 IC2 7805 78MXXS 78MXXS v-reg 1 IC3 IC4 IC5 IC6 R01 R02 R03 R04 R1 R2 D1 C1 C2 C3 C4 JP1 JP2 JP3 JP4 JP5 Q1 74HC245 74HC245 74HC245 74HC245 4,7K 4,7K 4,7K 4,7K 1K 8,2K 1N4007 1000mF 1000mF 3,3mF 3,3mF 11.0952 74LS245N 74LS245N 74LS245N 74LS245N RN08 RN08 RN08 RN08 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 1N4004 CPOL-EU140CLH-1010 CPOL-EU140CLH-1010 C-EU025-025X050 C-EU025-025X050 PINHD-1X2 PINHD-1X8 PINHD-1X8 PINHD-1X8 PINHD-1X8 XTAL/S DIL20 DIL20 DIL20 DIL20 RN-9 RN-9 RN-9 RN-9 0207/10 0207/10 DO41-10 140CLH-1010 140CLH-1010 C025-025050 C025-025050 1X02 1X08 1X08 1X08 1X08 QS 74xx-eu 74xx-eu 74xx-eu 74xx-eu resistor-net resistor-net resistor-net resistor-net rcl rcl diode rcl rcl rcl rcl pinhead pinhead pinhead pinhead pinhead special 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 * Nguyên lý hoạt động : - Khi nguồn 12V đưa vào mạch vi xử lý qua IC ổn áp 7805 cho ra điện áp +5V_mức điện áp để cho Vi xử lý hoạt động. Đồng thời việc ghép nối các tụ trong mạch nhằm mụch đích lọc nguồn và chống nhiễu. Các chân 18, 19 của IC 89C51 được kết nối với mạch dao động gồm các tụ C1, C2 và thạch anh =>nhằm tạo mạch dao động. - Các đầu vào của mạch vi xử lý được qua cácIC3, IC4 ( IC đệm 74HC245) là IC thu phát hai chiều có tác dụng chống nhiễu và khuyếch đại tín hiệu và qua trở thanh (4,7K) đưa vào các cổng đầu vào P1 và P3. Các tín hiệu đầu vào này qua IC 89C51 các tín hiệu được xuất ra các cổng đầu ra P0 và P2. Các tín hiệu đầu ra này cũng được qua trở thanh và các IC1, IC2(IC đệm 74HC245) nhằm tác dụng chống nhiễu và khuyếch đại tín hiệu. - Các tín hiệu vào ra được giao tiếp qua các jump cắm 8 bit. * Sơ đồ board : Hình 1.9 Sơ đồ board mạch vi xử lý. * Sơ đồ bố trí linh kiện : Hình 1.10 Sơ đồ chân linh kiện mạch vi xử lý. 1.3 Khối khuyếch đại. 1.3.1 Mạch điều khiển đảo chiều động cơ bằng TRansistor. * Sơ đồ nguyên lý: Hình 1.11: Sơ đồ nguyên lý mạch đảo chiều động cơ. đầu vào 1 đầu vào 2 24V 24V 24V 24V 2 1 N24V R1 10k R3 220 R2 4.7k R5 220 R9 220 R4 4.7k R7 220 R6 10k VR 50k T2B C2335 T1B C2383 T3B C2383 T4B C2335 T2A C2335 T1A C2383 T3A C2383 T4A C2335 GND GND động cơ D3 D1 D2 * Mô tả sơ đồ : Sơ đồ trên bao gồm : - Nguồn đầu vào +24DVC, 2 tín hiệu điều khiển động cơ(TH1_quay thuận, TH2_quay nghịch), các đầu ra động cơ. - Các điện trở phân áp, Transistor lưỡng cực C2383, C2335, Biến trở tinh chỉnh VR50K, các diode dùng để chống lại dòng ngựơc và sự phân áp ngựơc. * Bảng giá trị linh kiện. Part Value Device PackKage Library Sheet D1 D2 D3 JP1 JP2 JP3 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 T1A T2A T3A T2A T1B T2B T3B T4B 1N4007 1N4007 1N4007 10K 4,7K 220 4,7K 220 10K 220 220 50K C2383 C2335 C2383 C2335 C2383 C2335 C2383 C2335 1N4004 1N4004 1N4004 PINHD-1X2 PINHD-1X2 PINHD-1X2 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 RJ9W MJE3055 MJE3055 MJE3055 MJE3055 MJE3055 MJE3055 MJE3055 MJE3055 D041-10 D041-10 D041-10 1X02 1X02 1X02 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 RJ9W T0220AV T0220AV T0220AV T0220AV T0220AV T0220AV T0220AV T0220AV Diole Diole Diole Pinhead Pinhead Pinhead rcl rcl rcl rcl rcl rcl rcl rcl pot Transistor-power Transistor-power Transistor-power Transistor-power Transistor-power Transistor-power Transistor-power Transistor-power 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 * Nguyên lý hoạt động: - Mạch điều khiển động cơ sử dụng hai tầng khuyếch đại Dalington để điều khiển động cơ, mỗi tầng được sử dụng cho tại mỗi nửa chu kỳ hoạt động của động cơ (dùng để quay thuận hoặc quay nghịch). Trong đó có sử dụng biến trở tinh chỉnh VR50K để cân chỉnh tốc độ của 2 động cơ (điều chỉnh tốc độ). Quá trình đó thực hiện nhờ sự phân áp trên các Transistor T3A,T4A hoặc T3B,T4B.. =>Các trạng thái hoạt động của động cơ : - Giả sử đầu tiên động cơ quay thuận với “đầu vào1” ở mức cao và “đầu vào 2” ở mức thấp (mức 0). + Đầu vào 2 ở mức thấp thì lúc này T3B và T4B đang dẫn do được phân cực thuận bởi 2 điện trở R4 và R9 điện áp tại chân Emiter của T4B có điện áp UET4B =VCC + “Đầu vào 1” ở mức cao T1A,T2A dẫn làm thế tại cực Bazơ của T3A bằng không nói cách khác T3A và T4A bị phân cực ngược ) UET4A=0 lúc này có sự chênh lệch điện áp tại hai đầu của động cơ làm động cơ quay thuận. + Điều chỉnh được tốc độ của động cơ bằng cách điều chỉnh biển trở tinh chỉnh VR50K. - Với trường hợp quay ngược thì “đầu vào1” ở mức thấp và “đầu vào 2” ở mức cao phân tích tương tự trên. Khi đó động cơ được đảo chiều ngược lại. 1.3.2 Mạch cân chỉnh tốc độ động cơ cho ROBOT tự động. - Mạch điều khiển động cơ cho ROBOT tự động vòng ngoài _COM2 ta chỉ cần ghép hai mạch cân chỉnh tốc độ động cơ như trên lại là được.Việc cân chỉnh tốc độ của hai động cơ này phụ thuộc vào việc điều chỉnh hai biến trở tinh chỉnh VR50K của hai mạch đơn ghép lại, ta có sơ đồ nguyên lý như sau : * Sơ đồ nguyên lý : * Sơ đồ board: Hình 1.6 Sơ đồ board mạch điều khiển động cơ * Sơ đồ bố trí linh kiện : Hình 1.7 Sơ đồ chân linh kiện mạch điều khiến động cơ 1.3.3 Mạch Rơ le điều khiển động cơ. * Sơ đồ nguyên lý: Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý mạch Rơle điều khiển động cơ R2 4.7k T1 C828 Nguồn 24V T2 C2335 R1 220 R3 1k D2 Đầu Ra đ/c GND GND GND GND K1 GND Nguồn 12V S1 D1 D3 TH từ vxl * Bảng giá trị các linh kiện Part Value Device PackKage Library Sheet D1 D2 D3 JP1 JP2 R1 R2 R3 T1 T2 K1 1N4007 1N4007 1N4007 220 4,7K 1K C828 C2335 24DVC 1N4004 1N4004 1N4004 PINHD-1X2 PINHD-1X2 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 MJE3055 MJE3055 G2R2 D041-10 D041-10 D041-10 1X02 1X02 0207/10 0207/10 0207/10 T0220AV T0220AV G2R2 Diole Diole Diole Pinhead Pinhead rlc rlc rlc Transistor-power Transistor-power relay 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 * Nguyên lý hoạt động: - Sơ đồ trên sử dụng Rơle 24V để đóng ngắt cho động cơ hoạt động, trong đó tiếp điểm thì sử dụng nguồn 12DVC cấp điện áp cho động cơ. Khi cấp tín hiệu điều khiển từ vi xử lý ở “mức cao” (mức 1=5V) tín hiệu điện áp được đưa vào cực bazơ của Transistor lưỡng cực T1 (C828) kích cho T1 dẫn, điện áp từ Colector được dẫn xuống Emitor và chảy xuống mass. Khi đó điện áp cực bazơ của T2 (C2335) không được phân áp cho nên T2 phân cực ngược => T2 không dẫn, do đó cuộn hút của Rơle không được cấp điện. Vì vậy tiếp điểm của Rơle được nối mass cho nên đầu ra động cơ điện áp Ura=0V - Với tín hiệu đầu vào là “mức thấp “ thì cực bazơ T1 không được phân áp do vậy T1 không dẫn. Điện áp +24V từ nguồn qua diode D1, và Transistor T2 được phân cực thuận bởi R2, R3 =>T2 dẫn =>cuộn hút rơle có điện =>tiếp điểm thường mở được đóng lại nối với nguồn +12DVC =>cấp điện áp Uđc=12V cho đầu ra động cơ. 1.3.4 Mạch điều khiển đảo chiều động cơ dùng Rơle: * Sơ đồ nguyên lý: Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý mạch đk đảo chiều động cơ dùng Rơle. * Nguyên lý hoạt động : Về nguyên lý hoạt động cũng tương tự như mạch trên. Để đảo chiều cho động cơ bằng mạch Rơle ta chỉ cần đảo chiều tín hiệu. Do tín hiệu vi xử lý vào ban đầu luôn là" mức 1"(mức cao) hai tín hiệu điều khiển của mạch khi ấy cũng nhận "mức cao "khi ấy Transistor T3 và T6 đều dẫn điện áp chân Colector của T3 và T6 dẫn xuống Mass =>do vậy các rơle không đựơc cấp nguồn =>tiếp điểm không đóng ngắt nên đầu ra của động cơ được nối mass =>động cơ ở trạng thái dừng Khi tín hiệu điều khiển 1 ở "mức cao"(5V) tín hiệu điều khiển 2 ở "mức thấp"(0V) Khi đó T3 được phân cực thuận T6 phân cực ngược, Transistor phân cực thuận nên điện áp từ nguồn qua điện trở R12 chảy xuống mass =>rơle K2 không có điện UK2=0 nên tiếp điêm K2 nối mass. Transistor T6 phân cực ngược điện áp qua R3 phân cực thuận cho T5 dẫn =>UK124V nên tiêp điểm K1 nối vào dương nguồn =>Khi đó đầu ra động cơ co sự chênh áp nên động cơ quay theo chiều thuận.(UĐC=12V).Để động cơ quay theo chiều nguợc lại thì ta chỉ cần đảo chiều tín hiệu (TH1 ở "mức 0"_TH2 ở" mức cao"). 1.3.5 Mạch điều khiển động cơ bằng Rơle cho ROBOT tự động - Để có được mạch điều khiển động cơ (động cơ kéo và nâng hạ bóng) bằng Rơle cho ROBOT tự động thì ta chi cần ghép hai mạch Rơle đảo chiều như trên lại là được, ta có sơ đồ nguyên lý và sơ đò board của mạch như sau :. * Sơ đồ nguyên lý: Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ bằng Rơle. * bảng giá trị linh kiện: Part Value Device Package Library Sheet VCC VCC Gnd D1 D2 D3 D4 D5 D6 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 K1 K2 K3 K4 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 +24DVC +12DVC Gnd 1N4007 1N4007 1N4007 1N4007 1N4007 1N4007 C2335 C2383 C2383 C2335 C2335 C2383 C2335 C2383 24DVC 24DVC 24DVC 24DVC 220 220 1K 1K 1K 10K 220 220 1K 10K 10K 10K +24DVC +12DVC Gnd 1N4004 1N4004 1N4004 1N4004 1N4004 1N4004 MJE3055 MJE3055 MJE3055 MJE3055 MJE3055 MJE3055 MJE3055 MJE3055 G2R2 G2R2 G2R2 G2R2 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 R-EU_0207/10 DO41-10 DO41-10 DO41-10 DO41-10 DO41-10 DO41-10 TO220AV TO220AV TO220AV TO220AV TO220AV TO220AV TO220AV TO220AV G2R2 G2R2 G2R2 G2R2 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 0207/10 Supply1 Supply1 Supply1 Diode Diode Diode Diode Diode Diode Transistor_power Transistor_power Transistor_power Transistor_power Transistor_power Transistor_power Transistor_power Transistor_power Relay Relay Relay Relay rlc rlc rlc rlc rlc rlc rlc rlc rlc rlc rlc rlc 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 * Sơ đồ board : * Sơ đồ bố trí linh kiện : 1.4 Khối chấp hành: - Khối chấp hành là các động cơ 1 chiều: * Cấu tạo: - Động cơ điện một chiều gồm có hai phần chính là Rôto và Stato. Stato cố định với cuộn dây có dòng cảm ứng dùng nam châm vĩnh cửu, phần này gọi là phần cảm . Đây chính là phần tạo nên từ thông trong khe hở không khí, Roto với các thanh dẫn khi có dòng điện một chiều chạy qua với dòng từ thông xác định ,Roto sẽ quay ,phần này gọi là phần ứng hay phần quay. - ở phần quay của động cơ điện một chiều có thêm một bộ phận gọi là vành đổi chiều. Trên vành đổi chiều là các chổi điện . * Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều : Khi đăt lên dây quấn kích từ một điện áp uk nào đó thì trong dây quấn kích từ sẽ có dòng điện ik và do đó mạch từ của máy sẽ có từ thông f.Tiếp đó đặt điện áp U lên mạch phần ứng thì trong các thanh dẫn phần ứng sẽ có dòng điện I chạy qua .Tương tác gữa dòng điện phần ứng và từ thông kích từ tạo thành momen điện từ M. Mômen điện từ kéo cho phần ứng quay quanh trục, các thanh dẫn phần ứng quét qua từ thông và trong các thanh dẫn này cảm ứng sức điện động. E = kfw w là tốc độ góc của Roto. k phụ thuộc vào đặc tính