302629

III.Thiết kế và phân tích ngun lý từng khối
1.Khối điều khiển
Để điều khiển chuyển động của động cơ theo ý muốn cần phải có
trình dịch chính xác với chuyển động của động cơ, và một nguồn dòng
phù hợp đảm bảo cho động cơ hoạt động. Có rất nhiều cách làm phục
vụ mục đích này. Với việc điều khiển động cơ chỉ cần dòng qua cuộn
dây cỡ 500 mA, có thể dùng dãy IC loại dãy Darlington cơllêctơ hở :
+ULN2003, ULN2803
+DS2003( national semiconductor 2003) ,MC1413(motorola).
Tuy nhiên những cách làm trên chỉ sử dụng cho những động cơ nhỏ,
trên thực tế chúng tơi dùng IC opto coupler và IC tip 122 có cấu tạo
dùng mạch mắc theo kiểu Darlington .
a.Một số đăc tính kĩ thuật của tip 122

BCE
Với dòng vào cực bazơ có thể đạt khoảng 120 mA , dòng I
c
khoảng 5
đến 8 ampe.
Mạch được mắc theo sơ đồ
Nhưng trên thực tế ta măc tip 122 với opto coupler để dòng vào cực
bazơ nhỏ hơn 120 mA thì ta sẽ mắc đầu vào với 1 điện trở R= 10k.
b.1 số đặc tính kĩ thuật của opto coupler
Khi điều khiển động cơ chuyển động trên mặt đất ta phải dùng một
động cơ có cơng suất lớn với mức điện áp là 12V. Mặt khác tín hiệu ra
là một là 5V, điều đó phải kích áp và dòng qua động cơ. Có rất nhiều
cách khác nhau, và một trong những cách hay chính là dùng opto
coupler như một khố chuyển từ 5V sang 12V và đưa trực tiếp nguồn
dòng từ nguồn sang động cơ.Với cấu tạo:
Tuy nhiên cấu tạo của opto coupler(p51) trên thị trường Việt Nam chỉ
có 4 chân 1, 2, 4, 5 mà khơng có các chân còn lại vì khơng cần thiết.
IC ULN2003 cho dòng vào cuộn dây I<500 mA.
b. Thiết kế mạch tạo chuyển động dùng ULN2003 :
Nối hai IC ULN2003 với :
+ Đầu vào các chân từ 1-4 của 2 IC lần lượt với đầu ra tương ứng 4 bit
thấp và cao của 89C51.
+ Đầu ra nối với các chân A, B, C, D của 2 động cơ bước.
Sơ đồ nối chân cụ thể giống như hình vẽ tổng quan của mạch điều khiển
động cơ sẽ nói tới sau.
c. Giới thiệu sơ lược về IC 89C51
-IC điều khiển 89C51tương thích với họ MSC51 có đặc điểm sau :
+ 4K Bytes Flash rom
+ 128 Bytes Ram
+ 4 port 8 bit
+ 2 bộ định thời 16 bit
+ Có port nối tiếp
+ Có thể mở rộng bộ nhớ chương trình ngồi 64 K Byte
+ Bộ xử lý bit
- Cấu trúc bên trong của 89C51:
TXD
*
RXD
*


T
1
*
T
2
*
P
0
P
1
P
2
P
3


INT\
*
1
INT\
*
0

TIMER2
TIMER1
PORT nối tiếp

EA\ RST PSEN ALE


Các thanh
ghi khác
128 byte
Ram
Rom
4K-8051
OK-8031
Timer1
Timer2
Điều khiển
ngắt
Điều khiển
bus
CPU
Port nối
tiếp
Các port
I\O
Tạo dao
động
- Sơ đồ chân của 89C51 :
2.Khối cơ học
a. Động cơ bước
- Cấu trúc bên trong động cơ bước
18
19
12MHz
40
29
30
31
9
17
16
15
14
13
12
11
10
RD\
WR\
T1
T0
INT1
INT0
TXD
RXD
A15
A14
A13
A12
A11
A10
A9
A8
28
27
26
25
24
23
22
21
8
7
6
5
4
3
2
1
32
33
34
35
36
37
38
39
Po.7
Po.6
Po.5
Po.4
Po.3
Po.2
Po.1
Po.0
AD7
AD6
AD5
AD4
AD3
AD2
AD1
AD0
P1.7
P1.6
P1.5
P1.4
P1.3
P1.2
P1.1
P1.0
P2.7
P2.6
P2.5
P2.4
P2.3
P2.2
P2.1
P2.0
PSEN\
ALE
EA\
RET
Vcc
20
Vss
30p
30p
XTAL1
XTAL2
-Phương pháp điều khiển động cơ bước
Các cuộn dây được cấp dòng theo vòng. Mỗi khi vòng dây được cấp thì
động cơ được gọi là quay 1 bước
Hoạt động của từng cuộn dây trong động cơ bước.
A
B
C
D
A',B',C',D'
A
A'
t
B
B'
t
C
C'
tD
D'
t
Các cuộn dây ABCD được nạp theo chu trình :
“ABCD”= “1001”  “1100”  “0110”  “0011”.
Lúc đó động cơ sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ được 1 vòng .
Muốn động cơ quay thuận chiều kim đồng hồ thì ta chỉ việc thay đổi
ngược lại chu trình nạp trên .
Tuy nhiên, chúng em xin sử dụng động cơ bước trên thị trường với các
bước khác trong sách:
“ABCD”= “1001”, “1110”, “0110”, “0001”. Với các cuộn dây B,C ln
cùng mức điện áp.
b.Các thành phần cơ học khác
Bao gồm các bánh xe :
+ 2 bánh xe điều khiển chuyển động, được tạo trục thích hợp gắn liền
với trục quay của 2 động cơ bước.
+ 1 bánh xe con gắn liền với thân rơbơt có thể quay mọi hướng xung
quanh trục gắn liền đó.
IV. Sơ đồ mạch và hoạt động của rơbơt
1.Sơ đồ mạch
2.Hoạt động của rơbơt
a.Hoạt động về mặt định tính
+Chuyển động tịnh tiến:
Khi nguồn 5V cung cấp vào tồn mạch và động cơ, tín hiệu thay đổi
liên tục sẽ được xuất ra ở cổng P0 đưa vào đầu vào của 4 chân đầu của
ULN2003, tín hiệu ra được đưa lần lượt ra 2 động cơ làm cho 2 động cơ
chạy cùng lúc với vận tốc như nhau, điều đó sẽ gây ra chuyển động tịnh
tiến của rơbơt.
+Chuyển động quay:
Sau khi đi đươc qng đường, chúng ta muốn động cơ chuyển hướng.
Để thực hiện được ta sẽ thơi khơng xuất tín hiệu ở 4 bít đầu, hay sau,
tuỳ theo hướng quay. Lúc đó một động cơ sẽ khơng còn tín hiệu vào và
sẽ khơng quay. Lúc này do sức nặng của bánh đủ làm cho động cơ là
một trục quay để bánh còn lại quay quanh chúng. Điều đó cũng dẫn đến
chuyển động quay của rơbơt.
Giải pháp trên rất hiệu quả nhưng chúng cũng có thể thực hiện chuyển
động quay của rơbơt bằng cách cho 2 động cơ chuyển động ngược chiều
nhau, dẫn đến chuyển động quay như ý muốn.
b.Hoạt động của động cơ về mặt định lượng
Tuỳ thuộc vào chương trình chạy cho trễ( delay) bao nhiêu thì tốc độ
động cơ sẽ thay đổi bấy nhiêu. Tốc độ v của động cơ tỷ nghịch với hàm
trễ .
Giả sử ở với một hàm delay nào đó tốc độ động cơ là v
o
(khi tính cả lực
ma sát), muốn chuyển thành tốc độ v
1
trong giới hạn cho phép thì ta chỉ
cần tăng hoặc giảm tỉ lệ nghịch hàm delay với tốc độ động cơ.
Theo tính tốn thực tế thì rơbốt có thể chạy được với hàm delay có độ
trễ là AF.AF đến 5f.5f.
V.Thiết kế mạch chạy theo đường đi tuỳ ý
1.Đặt vấn đề
Khi có mạch điều khiển động cơ như trên, chúng em lại muốn phát triển
thêm về việc điều khiển rơbốt.Rơbốt chuyển động theo một đường đi
nhất định của người lập trình thì khơng thể linh hoat trong mọi tình
huống.Vì vậy, chúng em muốn điều khiển rơbơt theo đường đi vạch ra
trên mặt đất, cụ thể ở đây là dải đen sẽ tiếp tục khai thác ở ngay sau.
2. Thiết kế mạch
Trên nhưng kinh kiện đã có sẵn trong cuộc sống, bằng tìm tòi nhóm đã
quyết định dùng một linh kiện đơn giản đó chính la quang trở. Băng sự
phụ thuộc của điện trở vào quang nhóm đã thiết kế ra mạch để ngăt
ngồi vi điều khiển đồng thời chuyển những chương trình chạy phù hợp
của động cơ ứng với các ngắt đó hay nói cách khác là xử lý cho đúng
những vấn đề trên đường đi của rơbốt.
2.1 Sơ đồ mạch
2.2 Ghép nối và hoạt động của mạch trên đường đi
a.Ghép nối:
Các chân 2,3 của mạch trên được nối với các chân ngắt của động cơ,
cụ thể là chân 2 được nối với chân 12, chân 3 nối với chân 13 của 89C51.
b.Hoạt động của mạch
Cơ sở: khi chiếu một nguồn sáng vào quang trở các mức điện trở sẽ
thay đổi. Vì vây dựa vào các mức điện trở thay đổi ta co thể mắc 1 chân
quang trở với âm nguồn và một chân qua trở (r) như hình vẽ.
Khi cấp nguồn 5v cho mạch do quang trở nối tiếp với R nên ta có thể
tinh được áp chân lên quan trở băng cơng thức
V
qt
= 5.R
qt
/(Rt+ R)
Để cho mức điện áp trên giữa khi cảm nhận màu đen và màu trắng là
lớn và điện áp ở mức 0 phải nhỏ hơn một khá nhiều, đồng thời điện áp ở
mức 1 khơng q bé ta sẽ tính được R
Trên thực tế chúng ta đo được mức điện áp trên quang trở ở mức màu
trắng là 4k và mức màu đen là 40k. Chúng ta tính tốn và chon trở
R=70k.
Tín hiệu này được khuyếch đại bởi tranzitor C828 như hình vẽ. Lúc đó
ta có mạch đầu ra ở cực C của tranzitor đạt mức 0 và 1 như u cầu.
Một tín hiệu được qua cổng not đưa sang chân 12, còn lại thì đưa sang
chân 13 để thực hiện chương trình ngăt như lập trinh.

Xem chi tiết: 302629