Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
2 Mạch nguyên lý của thiết bị thước thủy thể hiện dạng kỹ thuật số

2 Mạch nguyên lý của thiết bị thước thủy thể hiện dạng kỹ thuật số

Tải bản đầy đủ - 0trang

Hình 4.5: Mạch nguyên lý điều khiển của thiết bị thước thủy thể hiện dạng kỹ thuật số

Chân Vcc và chân GND được kết nối với nguồn 5 V có chức năng cung cấp nguồn

cho vi điều khiển.

25



Chân A2, A3 và chân D2 của vi điều khiển được kết nối với chân SCL, chân SDA,

và chân INT của cảm biến GY-521 MPU6050 có chức năng truyền dữ liệu từ cảm biến vể

vi điều khiển

Chân D4, D5 và D6 của vi điều khiển được kết nối với chân SCLK, RCLK và DIO

của modun LED 7 đoạn có chức năng hiển thị giá tri góc theo phương ngang (Y) do vi

điều khiển truyền đến.

Chân D7, D8 và D9 của vi điều khiển được kết nối với chân SCLK, RCLK và DIO

của modun LED 7 đoạn có chức năng hiển thị giá tri góc theo phương đứng (X) do vi

điều khiển truyền đến.

Chân D10 và D14 của vi điều khiển được kết nối với nút nhấn (BUTTON) có chức

năng dùng để SET lại chương trình sau khi đo xong mặt phẳng và chuẩn bị đo mặt phẳng

tiếp theo.

Chân D3 của vi điều khiển được kết nối với chân 3 của biến trở có chức năng đọc

giá trị thay đổi rồi truyền tín hiệu về vi điều khiển.

Chân D11, D12 và D13 của vi điều khiển được kết nối với chân SCLK, RCLK và

DIO của modun LED 7 đoạn có chức năng hiển thị giá tri góc đo vi điều khiển truyền

đến.

4.2.3 Mạch ổn áp nguồn

Mạch nguồn trong thiết bị thước thủy thể hiện dạng kỹ thuật số này được tích hợp

khối nguồn 5V. Với chức năng chuyển đổi nguồn 9V ra nguồn 5V để cấp cho thiết bị.



26



Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn chuyển đổi 5V DC.

Nguyên lý hoạt động:

Chân Vin của IC LM7805 được nối với tụ không phân cực 104 sẽ loại bỏ tín hiệu

xoay chiều (xung nhiễu). Và tụ phân cực 470uF/25V tác dụng nắn dòng nguồn cho ổn

định hơn.

Còn ở đầu ra chân Vout có LED báo nguồn và tụ chống nhiễu và lọc nguồn.

Tính giá trị của trở được nối với LED báo:

Ta có:



Nên giá trị trở nối với LED báo 5V là: R

Vì trên thị trường khơng có loại điện trở 300 () nên chọn giá trị điện trở lơn hơn gần nhất

là 330 .

Tính tốn chọn nguồn cho thiết bị:

Vì thiết bị được sử dụng liên tục và làm việc trong nhiều địa hình khác nhau nên

đòi hỏi thời gian sử dụng tương đối dài.

Phân tích thành phần sử dụng điện chủ yếu của thiết bị thước thủy thể hiện dạng kỹ

thuật số.

Thiết bị bao gồm có ba mạch modun LED 7 đoạn cần tiêu thụ công suất ~ 156mW

(mỗi LED tiêu thụ là 0.3 mW)

Dung lượng điện của pin được tính theo cơng thức:

AH = (T . P) / (U . Pf)

Trong đó:

AH: Dung lượng điện của pin

T = 100 giờ: Tổng thời gian hoạt động của pin

P = 156 mW

U = 9 V: Hiệu điện thế sử dụng

Pf = 0.8: Hệ số cơng suất của pin (có giá trị 0,7 hoặc 0,8 tuỳ vào từng loại pin)

27



Thế vào công thức ta được:

AH = (100*146)/(9*0.7) = 203 (mAH)

Vậy nguồn điện cần sử dụng để thiết bị có thể hoạt động liên tục trong 6 giờ là 203

(mAH), nhưng do khơng có loại pin đúng giá trị nên chọn pin có hiệu điện thế 9V, dung

lượng điện pin (210 mAH).

4.2.4 Mạch nguyên lý điều khiển cảm biến GY-521 MPU6050 với vi điều khiển



Hình 4.7: Sơ đồ kết nối cảm biến GY-521 MPU6050 và mạch điều khiển

Bảng 4.1: Kết nối dây mạch điều khiển với cảm biến GY-521 MPU6050.

Mạch điều khiển



Cảm biến GY-521 MPU56050



Vcc



Vcc



GND



GND



A3



SCL



A4

D2



SDA

28



INT



Để thuận tiện cho việc thiết kế và viết chương trình điều khiển thiết bị thước thủy

thể hiện dạng kỹ thuật số cần kết nối giữa cảm biến cân bằng GY-521 MP6050 và mạch

điều khiển để đọc và xữ lý số liệu.

Sơ đồ kết nối cảm biến GY-521 MPU6050 và mạch điều khiển thể hiện ở (hình

4.7).Cảm biến GY-521 MPU6050 được kết nối với nguồn 5V thông qua chân 1 và chân 8.

Cảm biến GY-521 chỉ sử dụng chân SCL, chân SDA và chân INT để kết nối với vi

điều khiển để truyền dữ liệu.

Khối cảm biến có chức năng tự động so sánh góc nghiêng so với góc chuẩn có độ

lệch bao nhiêu rồi truyền dữ liệu về cho vi điều khiển để vi điều khiển xử lý và hiển thị

giá trị.

4.2.5 Biến trở



VR1: Biến trở; R1: Điện trở; C1: Tụ điện

Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý biến trở kết nối với mạch điều khiển.

Sơ đồ nguyên lý biến trở kết nối với mạch điều khiển được thể hiện ở (Hình 4.8).

Chân 1 của biến trở được nối với điện trở R1(4,7k) và nối nguồn. Chân 2 của biến trở

được nối với tụ điện C1(0,1uF) và nối mass.

Chân số 3 của biến trở được kết nối vào giữa chân số 2 nối tụ và kết nối với chân

D3 của mạch điều khiển.



29



4.2.6 Mạch hiển thị

Sơ đồ nguyên lý của mạch hiển thị



Hình 4.9: Sơ đồ nguyên lý của khối hiển thị.

Mạch nguyên lý điều khiển mạch hiển thị của thiết bị thước thủy thể hiện dạng kỹ

thuật số được thể hiện ở (Hình 4.9) trong đó sử dụng 4 LED 7 đoạn để thể hiện các giá trị

độ. LED 1 hiển thị giá trị hàng đơn vị , LED 2 hiển thị giá trị hàng chục. LED 3 hiển thị

giá trị hàng trăm, LED 4 hiển thị giá trị chiều của mặt phẳng cần đo. IC 74HC595 có các

chân ra Q0Q7 xuất tín hiệu theo dạng logic 0 và 1 biểu thị cho mức điện áp thấp và cao,

các thanh tương ứng của LED 7 đoạn sẽ sáng khi tín hiệu kích là mức thấp và tắt khi ở

mức cao; vì các LED 7 đoạn ở đây sử dụng là loại anot chung.

Trong mạch sử dụng 2 IC 74HC595, các chân a, b, c, d, e, f, g, của 4 LED 7 đoạn

được nối chung lại với nhau, các điện trở có giá trị 330Ω cũng được mắc nối tiếp để hạn

dòng giúp các thanh của LED 7 đoạn khơng bị cháy. IC 74HC595 đầu tiên đảm nhiệm

việc dịch mã sáng tắt 4 LED 4 đoạn, các chân xuất tín hiệu Q0 Q3 tương ứng với chân

15, 1, 2, 3 của IC với lần lượt các chân dương chung của từng LED 7 đoạn, chân lacth,

clock, data tương ứng là chân 11, 12, 14 của IC kết nối với chân 13, 12, 11 của vi điều

khiển để nhận tín hiệu từ vi điều khiển. IC74HC595 thứ hai là IC sẽ dịch mã 7 đoạn cho

các LED, các chân xuất tín hiệu được kết nối lần lượt là Q0Q7 tương ứng với các chân

15, 1, 2, 3, 4, 5, 6 của IC2 với các chân a, b, c, d, e, f, g đã được nối chung của cả 4 LED

30



7 đoạn. Chân clock, lacth tương ứng với chân 11, 12 của IC kết nối với chân ( 13, 12 ) của

vi điều khiển để nhận tín hiệu từ vi điều khiển và chân data tương ứng với chân 11 của IC

nhận dữ liệu từ chân Q7 tương ứng chân 9 của IC74HC595 đầu tiên truyền đến.

4.3 Phương pháp xác định góc độ

4.3.1 Cách xác định góc nghiêng cảm biến MPU6050

Hai giá trị quan trọng cần đọc từ cảm biến MPU6050 là gia tốc và vận tốc góc.

Theo cách đơn giản từ gia tốc ta tính được góc nghiêng tương ứng và từ vận tốc góc

chúng ta xác định được tốc độ thay đổi của góc nghiêng thậm chí góc nghiêng được tính

từ vận tốc góc theo cơng thức:

Góc nghiêng = giá trị vận tốc góc * thời gian lấu mẫu

Nghĩa là chúng ta có thể tính được góc nghiêng từ cả hai giá trị gia tốc và vận tốc

góc.



Vận tốc góc

Giá trị gia tốc góc

Gia tốc góc



Hình 4.10: Xác định góc nghiêng và vận tốc góc theo gia tốc và vận tốc góc



31



Giá trị gia tốc góc x Thời gian lấy mẫu

Vận tốc góc

Giá trị gia tốc góc

Gia tốc góc



Hình 4.11: Xác định góc nghiêng và gia tốc riêng biệt theo gia tốc

Cách tính góc nghiêng từ gia tốc.

Góc nghiêng tính được từ giá trị gia tốc và góc nghiêng tính được từ giá trị vận tốc

góc thường có sự chênh lệch nhau. Hơn nữa vận tốc góc từ cảm biến là vận tốc tức thời,

tức khơng duy trì và bằng khơng khi cảm biến khơng di chuyển, còn gia tốc là gia tốc

tĩnh, duy trì giá trị khi cảm biến ở một vị trí nào đó.



Hình 4.12: Cách tính góc nghiêng từ gia tốc.

Áp dụng cơng thức:

Trong đó:

: Gia tốc trọng trường

: Gia tốc góc theo phương Y

Ax: Gia tốc góc theo phương X

: Là góc

32



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

2 Mạch nguyên lý của thiết bị thước thủy thể hiện dạng kỹ thuật số

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×