Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
2 Một số linh kiện sử dụng trong đề tài

2 Một số linh kiện sử dụng trong đề tài

Tải bản đầy đủ - 0trang

Encoder được chia làm 2 loại: absolute encoder và incremental encoder.

Absolute encoder là encoder tuyệt đối, nghĩa là tính hiệu ta nhận được chỉ rõ

ràng vị trí của encoder, không cần phải xử lý thêm.

Tuyệt đối encoder là encoder mã hóa gia tăng (encoder tương đối), thường chỉ

có tối đa là 3 vòng lỗ. Nếu encoder có càng nhiều lỗ trên đĩa thì thơng tin nhận được

càng chính xác. Cứ mỗi lần đi qua một lỗ, phải lập trình để thiết bị đo đếm lên 1 đơn

vị, do đó loại này có tên là tuyệt đối encoder (encoder mã hóa gia tăng).

Nguyên lý hoạt động cơ bản của encoder

Nguyên lý cơ bản của encoder là một đĩa tròn xoay quay quanh trục, trên đĩa

có các lỗ (hoặc rãnh). Dùng đèn led chiếu lên mặt đĩa. Khi quay, chỗ không có lỗ

(rãnh) thì đèn khơng thể chiếu xun qua được, chỗ có lỗ (rãnh) thì đèn sẽ chiếu xuyên

qua. Phía mặt bên kia của đĩa được đặt một cảm biến thu. Với các tín hiệu có hoặc

không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay

khơng.

Giả sử trên đĩa có n lỗ, thì mỗi lần cảm biến thu nhận được n lần tín hiệu đèn

led thì có nghĩa là đĩa đã quay được một vòng.

Encoder tương đới

Độ phân giải của encoder là một thông số rất quan trọng. Làm thế nào để biết

đĩa quay được 1/2, 1/4 hay 1/n vòng chứ khơng phải chỉ biết đĩa đã quay được một

vòng.Với một số nhị phân có 2 bit, chúng ta sẽ có 4 trạng thái. Điều đó nghĩa là với

một số nhị phân 2 bit, chúng ta có thể chia đĩa thành 4 phần bằng nhau, và khi quay

chúng ta sẽ xác định được độ chính xác đến ¼ vòng. Tương tự, với một số nhị phân n

bít, ta sẽ xác định được độ chính xác đến 1/2n vòng.

Cách thức để xác định 2n trạng thái của đĩa encoder:

Ở đĩa encoder có 2 vòng đĩa. Ở vòng trong cùng có một rãnh rộng bằng 1/2

đĩa, vòng phía ngoài có 2 rãnh đối diện nhau. Cần 2 led phát để phát xuyên qua 2 vòng

lỗ và 2 cảm biến thu quang.

Giả sử ở vòng lỗ thứ nhất (vòng trong), cảm biến thu đang nằm ở vị trí có lỗ

hở thì tín hiệu nhận được từ mắt thu sẽ là 1. ở vòng lỗ thứ hai, cảm biến thu đang nằm

ở vị trí có lỗ hở thì tín hiệu nhận được sẽ là 1. Kết hợp 2 bit ta được số nhị phân 11,

chúng ta sẽ xác định được đĩa quay đang nằm ở góc phần tư phía trên bên phải.

5



Nếu đĩa quay có 10 vòng lỗ thì ta sẽ quản lí được vị trí chính xác đến 1/2 10

vòng (1/1024 vòng), hay còn gọi là dộ phân giải của encoder là 1024 xung trên vòng

(pulse per revolution – ppr).

Encoder tuyệt đối

Lợi thế của encoder tuyệt đối thể hiễn rõ rệt trong trường hợp góc quay nhỏ

và động cơ khơng quay nhiều vòng. Khi đó việc xử lý encoder tuyệt đối trở nên dễ

dàng cho người dùng. Chỉ cần đọc giá trị là chúng ta có thể biết ngay vị trí góc của



Hình 2.3 : Đĩa Encoder.

trục quay. Tuy nhiên, nếu động cơ quay nhiều vòng thì điều này khơng có lợi, bởi vì

khi đó ta phải xử lý đếm số vòng quay của trục.

Ngoài ra khi thiết kế encoder tuyệt đối, nếu đòi hỏi độ chính xác càng cao thì

cần càng nhiều vòng lỗ, dẫn đến sự giới hạn về kích thước của encoder, bởi vì việc gia

cơng chính xác các lỗ quá nhỏ là không thê thực hiện. Ngoài ra việc bố trí dãy đèn led

và cảm biến thu cũng chiếm một diện tích rất lớn trong trường hợp này.

Tuy nhiên, điều này đã được khắc phục bằng tuyệt đối encoder một cách khá

đơn giản. Vì vậy, tuyệt đối được sử dụng nhiều trong những ứng dụng hiện đại.

Nguyên lý hoạt động của tuyệt đối encoder: tuyệt đối encoder sẽ tăng một đơn

vị khi có một lần lên xuống của cạnh xung, nghĩa là khi led quét qua một lỗ thì

encoder sẽ tăng một đơn vị trong biến đếm.



6



Để đếm được số vòng động cơ đã quay và hạn chế sai số xung tích lũy (trong

trường hợp có rung động không thể kiểm soát có thể gây ra sai số xung đếm được ở

encoder), một lỗ định vị được thêm vào để đếm số vòng quay của encoder (hình dưới)



Hình 2.4: Vong quay Encoder

(Ngn: Giao trình kỹ thuật đo lương, Th.s Trần Kim Ngà)

Đặt hai đèn led lệch nhau ở vòng lỗ hoặc sử dụng 2 vòng lỗ và 2 cảm

biến thu phát để xác định chiều quay của động cơ.



Hình 2.5 : Xac định chiều quay bằng cach sử dụng 2 vong lỗ và 2 bộ cảm biến thu - phat.



7



2.2.2 Mạch vi điêu khiển dùng IC ATMega 328P



ATmega 328 thuộc dòng vi điều khiển AVR, là một vi điều khiển 8-bit được



a



b



a, Mach nguyên lý IC ATMEGA 328.

b, Mach vi điều khiên Arduino Pro Mini sử dụng IC ATMEGA 328

Hình 2. 6: Mach vi điều khiên Arduino

chế tạo bằng công nghệ CMOS tiêu thụ năng lượng thấp, dựa trên việc cải tiến cấu trúc

RISC. Bằng cách tiêu tốn ít năng lượng hơn trong 1 một chu kỳ clock, ATmega 328

đạt được thông lượng xấp xỉ 1 MIPS trên 1 MHz cho phép các nhà thiết kế hệ thống

tối ưu hoá điện năng tiêu thụ trong khi tốc độ xử lý cao hơn.

Nhân AVR tích hợp một cấu trúc phong phú với 32 thanh ghi đa dụng, được

nối trực tiếp với Arithmetic Logic Unit (ALU). Với cấu trúc trên thì hiệu suất mã hoá

8



cao hơn trong khi thông lượng nhanh hơn gấp 10 lần so với cấu trúc của vi điều khiển

con-ventional CISC

Board Arduino Pro Mini 5V 16MHz mặc định sử dụng nguồn 5V và IC

ATmega328 chạy ở xung nhịp 16MHZ. Nhưng trên board có sẵn ngõ vào RAW để cấp

nguồn thông qua mạch điều áp. Nguồn vào cho ngõ RAW có thể từ 3. 3V - 12V (max

12V)

ATmega328

Nguồn vào đề nghị : 6-9V

Dòng tối đa chân 5V : 500mA

Dòng tối đa chân 3.3V : 50mA

Dòng tối đa chân I/O : 40mA

14 chân Digital I/O (6 chân PWM)

8 chân Analog Inputs

32k Flash Memory

16Mhz Clock Speed

Vì sử dụng chung dòng chip ATmega328 nên việc lập trình và thiết kế ứng

dụng hoàn toàn tương tự board Arduino Uno R3.

Khi sử dụng nguồn ngoài chúng ta sẽ cấp nguồn 6V – 9V vào chân “RAW” để

cấp nguồn nuôi cho board, chú ý là chân “RAW” chứ khơng phải là chân “VCC” vì

chân VCC chính là ngõ vào hoặc ra điện áp 5V của mạch, nếu chúng ta cấp nhầm

nguồn > 5V vào chân VCC sẽ gây ra cháy Chip Atmega328-AU trên board.

Arduino Pro Mini là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng

tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một

board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel.

2.2.3 IC 74HC595

74HC595 là IC ghi dịch 8 bit kết hợp chốt dữ liệu, thường được dùng trong

các mạch quét LED 7 đoạn, LED ma trận… nhằm tiết kiệm số chân vi điều khiển, có

thể mở rộng số chân vi điều khiển bằng cách mắc nối tiếp đầu vào thu dữ liệu của các

IC với nhau. 74HC595 đầu ra có 2 mức là 0 và 1 dòng khoảng 35mA, điện áp hoạt

động ≤7V. Cơng śt trung bình 500mW.

Thanh ghi tích lũy có 3 trạng thái ngõ ra. Tín hiệu clock riêng lẽ được tính cho

cả thanh ghi dịch và thanh ghi tích lũy. Thanh ghi dịch có thể được xóa trực tiếp. Tín

hiệu clock của thanh ghi dịch và thanh ghi tích lũy đều được kích ở mức cạnh dương.

Khi ta nối 2 chân này lại với nhau thì trạng thái thanh ghi dịch sẽ luôn là 1 xung clock

ở đầu thanh ghi tích lũy.

9



Bảng 1: Mã 7 đoạn dịch bởi IC 74HC595 cho Led anot chung và katot chung.



Số thập phân



Y

hoạt động

số



chân



Mã 7 đoạn

Anot chung



Katot chung



0



11000000



00111111



1



11111001



00000110



2



10100100



01011011



3



10110000



01001111



4



10011001



01100110



5



10010010



01101101



6



10000011



01111100



7



11111000



00000111



8



10000000



01111111



9

10010000

trọng:

Chân 1 – 7 và chân 15: Ngõ ra song song

Chân 8 : GND

Chân 16 : VCC

Chân 9 : Q7’ Ngõ ra nối tiếp



01101111



Hình 2. 7: Câu tao IC 74HC595

10



nghĩa

của một

quan



Chân 10 : (MR : Master Reset) : Chân reset ,tích cực mức thấp

Chân 11 : (SH_CP : Shift Register Clock Input) : Ngõ vào xung clock dịch nối

tiếp

Chân 12 : (ST_CP: Storage Register Clock Input) Ngõ vào xung clock ra song

song

Chân 13: (OE: Oput Enable): cho phép ngõ ra, tích cực mức thấp

Chân 14: (DS: Data Serial Input): Ngõ vào dữ liệu nối tiếp.

Đặc tính của IC ghi dịch 74HC595:

Điện áp ngõ ra: Vcc= 2 - 6V

Điện áp ngõ ra: Vi,Vo = 0 – 6V.

Điện áp mức [1]ư ngõ vào: VIHMin = 2,4V ( Vcc = 5V).

Điện áp mức [1] ngõ ra: VOH = 5V(Vcc = 5V).

Điện áp mức [0] ngõ vào : VILmax = 1,35V ( Vcc = 5V).

Điện áp mức [0] ngõ ra : VOL = 0,1V ( Vcc = 5V).

Dòng ngõ vào/ra: II, IO = ± 20mA

Tần số đáp ứng tối đa cho SH_CP và ST_CP: fmax = 100MHz

Nhiệt độ cho phép trong khoảng -400 đến 1250C

2.2.4 LED 7 đoạn

Trong LED 7 đoạn bao gồm ít nhất là 7 LED mắc lại với nhau, sao cho nó có thể

hiển thị được các số từ 0 - 9, và 1 vài chữ cái thơng dụng, để phân cách thì người ta

còn dùng thêm 1 LED đơn để hiển thị dấu chấm.

LED 7 đoạn có 2 loại: Anode chung và cathode chung

Loại anode chung: Chân chung được nối Mass, để kích sáng các thanh LED phải

kích các chân còn lại với mức điện áp 1.

Loại cathode chung: Chân chung được nối vào nguồn 5V, để kích sáng các thanh

LED phải kích các chân còn lại với mức 0.

Ứng dụng LED 7 đoạn dùng để hiển thị giao tiếp với người sử dụng nhằm giám

sát, theo dõi quá trình nhất định ví dụ: thời gian, số lượng…

Anode chung

Cathode chung



11



Hình 2. 8: LED 7 đoan.



Bằng cách phối hợp sự sáng tắt LED ở các đoạn tạo thành con số, thường là thể

hiện ở dạng số hệ thập phân.

Giới thiệu modul 4 Led 7 đoạn

Modul 4 led 7 đoạn là mạch tích hợp 4 Led 7 đoạn và 2 IC 74HC595. 2 IC này sẽ

làm nhiệm vụ điều khiển hiển thị và bật tắt của 4 Led 7 đoạn .



Hình 2. 9: Modul 4 Led 7 đoan

Thông số kỹ thuật

Điện áp làm việc: 3.3-5V

Chân chung: Anode

Kích thước modul 42x24x12mm

Kích thước led: 0.36”

Tích hợp IC ghi dịch chuyên dụng 74HC595

4 lổ bắt vít thuận tiện cho việc gá đặt



Hình 2.10 : Mach sơ đô nguyên lý cua modul 4 Led 7 đoan

12



Sơ đồ mạch nguyên lý modul 4 led 7 đoạn được thể hiện trên hình 2.8. 4 Led nối

chung cực âm (Anode chung) nên ta sẽ kích sáng thanh Led (a,b,c,d,e,f,g,dp) ở mức

cao. Tương ứng với mỗi chân a,b,c,d,e,f,g,dp trên mỗi led sẽ được nối chung với nhau

tạo thành những chân chung cho 4 led là a,b,c,d,e,f,g,dp.Các chân chung này được nối

vào IC ghi dịch 74HC595 được tích hợp trên modul. Mỗi chân nguồn của mỗi led sẽ

được nối với IC 74HC595 còn lại trên modul. Modul có 5 chân, 2 chân nguồn (VCC,

GND) và 3 chân điều khiển (DATA,LATCH,CLOCK). Để điều khiển được modul 4

led 7 đoạn này, ta cần cấp nguồn 3.3 ~ 5V vào chân cho modul. Sau đó nối 3 chân điều

khiển của modul vào các chân digital trên Vi điều khiển. Để xuất tín hiệu điều khiển

cho modul, ta thực hiện lệnh xuất nâng cao ( Xuất 8bit dữ liệu đã được mã hóa với mỗi

1 IC 74HC595). Với modul 4 Led 7 đoạn này, ta có thể hiển thị được đến con số hàng

nghìn.

Phương pháp điêu khiển mạch hiển thị

Phương pháp chính để đưa dữ liệu ra Led 7 đoạn: Phương pháp chốt và phương

pháp quét.

Phương pháp quét: dựa vào sự lưu ảnh ở mắt (25 hình / giây), ta cho led chớp

tắt thật nhanh với tần số ≥25 Hz, khi đó mắt sẽ không phát hiện việc chớp tắt liên tục

của Led, xem như Led đang sáng. Nối chân (loại A) chung lên nguồn và điều khiển

sáng tắt nhanh cho hai thanh b,c (các thanh còn lại tắt) Led sẽ hiển thị số 1.

Bằng cách cho luân phiên nhiều led hiển thị làm cho mắt cảm thấy nhiều led 7

đoạn sáng đồng thời, với cách này chỉ cần một bus dữ liệu nối song song cho tất cả các

led (chân a,b,c,d,e,f,g) với mỗi led được điều khiển một tín hiệu khác sao cho tại một

thời điểm chỉ có duy nhất một led bảy đoạn được phép hiển thị. Nếu tăng tần số quét

(giảm thời gian sáng mổi led) thì ta sẽ thấy 4 con led sáng cùng nhau.

Phương pháp chốt: vẫn sử dụng việc truyền bus dữ liệu tới các led như

phương pháp quét, các chân led đều có chân A chung nối sẵn lên nguồn. Mỗi led bảy

đoạn được chốt với IC. Dữ liệu từng LED sẽ truyền lên bus, ứng với dữ liệu của led

nào thì IC chốt của led đó sẽ chốt lại. Sau mỗi lượt dữ liệu xuất đầy đủ trên tất cả led

và các led sẽ sáng liên tục chứ không như phương pháp quét.

2.2.5 Arduino Pro Mini

Arduino Pro Mini là board Arduino rất nhỏ, sử dụng chip ATmega328 SMD.

13



Đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng thực tế đòi hỏi sự gọn gàng.

Board Arduino Pro Mini 5V 16MHz mặc định sử dụng nguồn 5V và IC

ATmega328 chạy ở xung nhịp 16MHZ. Tuy nhiên trên board có sẵn ngõ vào RAW để

cấp nguồn thông qua mạch điều áp. Nguồn vào cho ngõ RAW có thể từ 3.3V - 12V

(max 12V)

+ RAW: cấp nguồn thông qua mạch điều áp

+ Vcc: cấp nguồn 5V hoặc 3.3V (Lưu ý: nguồn > 5.5V sẽ gây hỏng IC)

Vì sử dụng chung dòng chip ATmega328 nên việc lập trình và thiết kế ứng

dụng hoàn toàn tương tự board Arduino Uno R3. Ngoài ra có 1 sự khác biệt nhỏ là

board Arduino Pro Mini có tới 8 cổng analog (thay vì 6 như trên Arduino Uno R3).

Trong đó 2 ngõ analog A6,A7 không thể xuất tín hiệu digital.



2.2.6 Thước quang (GS-503)

Thanh mã hoá khắc vạch mã hoá ánh sáng có thể đi xuyên qua và được quét

lên các đoạn vạch hút màu không cho bất kỳ ánh sáng nào đi qua, các đoạn vạch được

sắp xếp xen kẽ với khoảng trống. Khi thanh mã hoá chuyển động qua lại giữa hai mắt



Hình 2. 11: Board Arduino Pro Mini thực tế

cảm biến, đồng thời sẽ tạo ra các xung vuông truyền đến mạch. Căn cứ vào số xung đó

14



để xác định khoảng dịch chuyển của trục đo, phục vụ trong quá trình đo đạc để xác

định bán kính cong.



Hình 2. 12 : Thươc quang

Bảng 2 : Thông số thước quang GS-503

Mã số



GS-503



Giới hạn tịnh tiến



50 mm



Giá trị nhỏ nhất



10µm



Nguồn



4.5 – 6 VDC



Tín hiệu ra



Bảo quản: vì đây là linh kiện dễ hư hỏng cần bảo quản tốt và hạn chế tối đa

các tác động cơ học khi chế tạo.



15



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

2 Một số linh kiện sử dụng trong đề tài

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×