Đồ án Thiết kế và thi công máy tự động quấn dây cho stator động cơ BLDC

OR ĐỘNG CƠ BLDC. II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: Tìm hiểu các tài liệu về động cơ BLDC ................................................................................ ................................................................................................................................................ 2. Nội dung thực hiện:  Nội dung 1: nghiên cứu, tìm hiểu về cơ cấu của stator động cơ điện một chiều không chổi than (BLDC)  Nội dung 2: Nghiên cứu, tìm hiểu về vi điều khiển STM32F4103, cách kết nối, giao tiếp với máy tính, đọc tín hiệu, xuất xung.  Nội dung 3: Tìm hiểu về các linh kiện, thiết bị sử dụng trong mô hình điều khiển: driver AC servo, Step motor, cảm biến sợi quang, motor quay.  Nội dung 4: Nghiên cứu giải thuật, viết chương trình điều khiển.  Nội dung 5: Dựa trên những nghiên cứu tìm hiểu về các linh kiện, thiết bị điện cũng như cơ cấu của động cơ điện, tiến hành tính toán thiết kế và thi công mô hình (tủ điện, cơ khí)  Nội dung 6: Viết báo cáo thực hiện đồ án.  Nội dung 7: Bảo vệ đề tài tốt nghiệp. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S Nguyễn Thanh Bình. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH i LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do chúng tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Những người thực hiện đề tài. Ngô Thị Hồng Vương BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ii LỜI CẢM ƠN Nhóm thực hiện xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Thanh Bình_Giảng viên bộ môn Vi Xử Lý đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để chúng em hoàn thành tốt đề tài. Nhóm thực hiện gửi lời chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử đã tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài. Nhóm thực hiện gửi lời cảm ơn chân thành đến Công ty Trách nhiệm Hữu hạn Avant Garde Việt Nam và Công ty Trách nhiệm Hữu hạn Trí Việt đã hỗ trợ, tạo điều kiện cho nhóm em thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn! Những người thực hiện đề tài Ngô Thị Hồng Vương BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iii DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1: Stator động cơ BLDC .......................................................................................... 4 Hình 2.2: Rotor có nam châm gắn trên bề mặt ................................................................... 5 Hình 2.3: Rotor có nam châm ẩn bên trong lõi ................................................................... 5 Hình 2.4: Các loại rotor của động cơ BLDC....................................................................... 6 Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý và hình ảnh chip STM32F103C8T6 ........................................ 7 Hình 2.6: Nguồn tổ ong 24V ............................................................................................. 12 Hình 2.7: Động cơ bước .................................................................................................... 13 Hình 2.8: Driver điều khiển động cơ bước ....................................................................... 14 Hình 2.9: Cấu tạo động cơ AC Servo ................................................................................ 16 Hình 2.10: Sơ đồ mô tả kết nối thiết bị điều khiển Driver và động cơ AC Servo ............ 17 Hình 2.11: Hình minh họa các thành phần của bộ Driver ................................................. 17 Hình 2.12: Bộ lọc nhiểm điện áp xoay chiều .................................................................... 19 Hình 2.13: Hình ảnh Xi lanh ............................................................................................. 20 Hình 2.14: Cảm biến hành trình D-Z73 ............................................................................ 20 Hình 2.15: Sơ đồ mạch điều khiển .................................................................................... 20 Hình 2.16: Cảm biến quang EE-SX671 ............................................................................ 21 Hình 2.17: Sơ đồ nguyên lý cảm biến quang EE-SX671 .................................................. 22 Hình 2.18: Hình ảnh MCB ................................................................................................ 22 Hình 2.19: Hình ảnh Contactor ......................................................................................... 23 Hình 3.1: Hình ảnh mô phỏng máy quấn dây ................................................................... 24 Hình 3.2: Sơ đồ khối của máy tự động quấn dây. ............................................................. 25 Hình 3.3: Hình ảnh mô tả kết nối các thiết bị. .................................................................. 26 Hình 3.4: Sơ đồ kết nối cảm biến D-Z73 .......................................................................... 26 Hình 3.5: Sơ đồ kết nối cảm biến quang ........................................................................... 27 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iv Hình 3.6: Sơ đồ khối mạch ngõ ra .................................................................................... 28 Hình 3.7: Đồ thị thể hiện mối liên hệ giữa Ic và Vce trên opto TLP-280. ....................... 28 Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý 1 kênh mạch ngõ ra ................................................................ 29 Hình 3.9: Sơ đồ khối mạch ngõ vào. ................................................................................. 30 Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý mạch ngõ vào ....................................................................... 30 Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý mạch vi xử lý ....................................................................... 31 Hình 3.12: Sơ đồ khối mạch nguồn ................................................................................... 32 Hình 3.13: Sơ đồ nối dây các thiết bị trong tủ điện. .......................................................... 33 Hình 4.1: Tạo một dự án mới ............................................................................................ 35 Hình 4.2: Đặt tên dự án và chọn nơi lưu dự án ................................................................. 36 Hình 4.3: Thanh công cụ Libraries và nút Libraries ......................................................... 37 Hình 4.4: Cửa sổ “Available Libraries” ............................................................................ 38 Hình 4.5: Board PCB ban đầu ........................................................................................... 39 Hình 4.6: Chuyển sơ đồ nguyên lý sang sơ đồ PCB ......................................................... 39 Hình 4.7: Cửa số “Engineering Change Order”. ............................................................... 40 Hình 4.8: Các linh kiện chưa được sắp xếp. ..................................................................... 40 Hình 4.9: Lớp trên board mạch ......................................................................................... 41 Hình 4.10: Lớp dưới của board mạch ............................................................................... 42 Hình 4.11: Hình mô phỏng mặt trên board mạch khi chưa có linh kiện ........................... 42 Hình 4.12: Hình mô phỏng mặt dưới board mạch khi chưa có linh kiện. ........................ 43 Hình 4.13: Hình mô phỏng 3D mặt trên của board ........................................................... 43 Hình 4.14: Hình mô phỏng 3D mặt dưới của board.......................................................... 44 Hình 4.15: Kiểm tra nguồncấp vào cho mạch điều khiển ................................................ 48 Hình 4.16: Kiểm tra nguồn 3.3v cấp cho vi xử lý ............................................................. 48 Hình 4.17: Sơ đồ bố trí các thiết bị trong tủ điện .............................................................. 50 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH v Hình 4.18: Tủ điện sau khi đã hoàn thiện ......................................................................... 51 Hình 4.19: Kiểm tra điện áp ngõ ra của MCB bằng VOM ............................................... 52 Hình 4.20: Vị trí các thiết bị trong cơ cấu quấn ................................................................ 53 Hình 4.21: Vị trí cảm biến quang ...................................................................................... 53 Hình 4.22: Vị trí cảm biến hành trình trên xilanh. ........................................................... 53 Hình 4.23: Phía trong hộp nhựa ........................................................................................ 54 Hình 4.24: Nắp hộp nhựa .................................................................................................. 54 Hình 4.25: Lưu đồ giải thuật của chương trình chính ....................................................... 55 Hình 4.26: Lưu đồ trở về vị trí ban đầu. ........................................................................... 56 Hình 4.27: Lưu đồ chương trình bắt đầu quấn. ................................................................. 57 Hình 4.28: Lưu đồ Chương trình con quấn 6 cuộn. .......................................................... 58 Hình 4.29: Lưu đồ quấn 1 cuộn......................................................................................... 59 Hình 4.30: Lưu đồ chương trình CachQuan...................................................................... 60 Hình 4.31: Lưu đồ cách quấn 1 lớp. .................................................................................. 62 Hình 4.32: Lưu đồ chương trình MayQuanDay1_Handle(). ............................................ 63 Hình 4.33: Lưu đồ chương trình con chỉnh góc quấn. ...................................................... 64 Hình 4.34: Lưu đồ chương trình lưu góc. .......................................................................... 65 Hình 4.35: Màn hình Download Arduino IDE.................................................................. 66 Hình 4.36: Mở chương trình cài đặt. ................................................................................. 66 Hình 4.37: Màn hình cài đặt “License Agreemen” ........................................................... 67 Hình 4.38: Màn hình cài đặt “Installation Options”. ........................................................ 67 Hình 4.39: Màn hình chờ cài đặt. ...................................................................................... 68 Hình 4.40: Màn hình cài đặt driver. .................................................................................. 68 Hình 4.41: Màn hình cài đặt hoàn thành. .......................................................................... 69 Hình 4.42: Tạo một project mới. ....................................................................................... 69 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH vi Hình 4.43: Màn hình viết code. ......................................................................................... 70 Hình 4.44: Biên dịch code ................................................................................................. 71 Hình 4.45: Kết nối với cổng COM3 .................................................................................. 71 Hình 4.46: Màn hình biên dịch thành công. ...................................................................... 72 Hình 4.47: Giao diện phần mềm Microsoft Vitual Studio. ............................................... 72 Hình 4.48: Cách tạo một dự án mới. ................................................................................. 73 Hình 4.49: Chọn môi trường soạn thảo phần mềm. .......................................................... 73 Hình 4.50: Giao diện soạn thảo phần mềm. ...................................................................... 74 Hình 4.51: Thanh công cụ Toolbox. ................................................................................. 74 Hình 4.52: Thanh công cụ Properties. ............................................................................... 75 Hình 4.53: Giao diện sau khi thiết kế. ............................................................................... 76 Hình 4.54: Lập trình hoạt động tại cửa sổ “Form1.cs”. ................................................... 76 Hình 4.55: Vị trí đặt lõi sắt trong mâm xoay. ................................................................... 77 Hình 4.56: Vị trí các thiết bị trong cơ cấu quấn ................................................................ 77 Hình 4.57: Vị trí MCB trong tủ điện ................................................................................. 78 Hình 4.58: Các nút nhấn dùng để điều khiển máy ............................................................ 78 Hình 4.59: Cuộn dây đã quấn hoàn thiện .......................................................................... 79 Hình 5.1: Khung máy sau khi hoàn thành ......................................................................... 81 Hình 5.2: Bàn làm việc của máy ....................................................................................... 82 Hình 5.3: Lõi sắt sau khi được quấn hoàn thiện. .............................................................. 83 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH vii DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1: So sánh động cơ BLDC với động cơ điện một chiều thông thường. .................. 3 Bảng 2.2: Cài đặt cường độ dòng điện. ............................................................................. 15 Bảng 2.3: Cài đặt vi bước cho driver................................................................................. 15 Bảng 3.1: Các ngõ vào được sử dụng. ............................................................................... 34 Bảng 3.2: Các ngõ ra được sử dụng. ................................................................................. 34 Bảng 4.1: Danh sách các linh kiện. ................................................................................... 44 Bảng 4.2: Danh sách các thiết bị. ...................................................................................... 49 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BLDC: Brushless Direct Current. UART: Universal Asynchronous Receiver – Transmitter. USART: Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter. MCB: Miniature Circuit Breaker. LSB: Least Significant Bit. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ix MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................................ i Chương 1. TỔNG QUAN ................................................................................................ 1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ......................................................................................................... 1 1.2. MỤC TIÊU ............................................................................................................. 1 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................................................................................. 1 1.4. GIỚI HẠN .............................................................................................................. 2 1.5. BỐ CỤC .................................................................................................................. 2 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................... 3 2.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ BLDC (BRUSHLESS DIRECT CURRENT) . 3 2.2. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ................................................................................. 6 2.2.1. Vi điều khiển STM32F103C8T6 ........................................................................... 6 2.2.2. Cấu hình chi tiết của STM32F103C8T6: ............................................................. 7 2.2.3. Giao Tiếp UART: ................................................................................................... 8 a. Các khái niệm liên quan đến giao tiếp qua module UART gồm: ...................... 9 b. Giới thiệu chuẩn giao tiếp RS-485. ....................................................................... 9 c. Một số vấn đề liên quan đến chuẩn RS-485. ...................................................... 10 2.2.4. Nguồn tổ ong 24V-5A: ......................................................................................... 12 2.2.5. Động cơ bước ........................................................................................................ 13 2.2.6. Mạch Điều Khiển Động Cơ Bước TB6600 ......................................................... 14 2.2.7. Động cơ AC Servo (Megatorque Motor): .......................................................... 15 a. Tính năng: ............................................................................................................. 15 b. Thông số kỹ thuật: ............................................................................................... 16 c. Thông số kỹ thuật ................................................................................................. 18 2.2.8. Bộ lọc nhiễu: ......................................................................................................... 18 2.2.9. Xi lanh ................................................................................................................... 19 2.2.10. Cảm biến hành trình xi lanh D-Z73 ............................................................ 20 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .................................................................... 24 3.1. GIỚI THIỆU ........................................................................................................ 24 3.2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ....................................................... 25 3.2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ............................................................................... 25 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH x 3.2.2. Tính toán và thiết kế mạch .................................................................................. 26 a. Thiết kế khối cảm biến ........................................................................................ 26 b. Thiết kế khối ngõ ra: ............................................................................................ 27 c. Thiết kế khối ngõ vào: ......................................................................................... 29 d. Thiết kết khối vi xử lý: ......................................................................................... 31 e. Khối nguồn: .......................................................................................................... 32 3.2.3. Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch: ......................................................................... 32 a. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch bộ điều khiển: ........................................................ 32 b. Sơ đồ bố trí: .......................................................................................................... 33 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ............................................................................ 35 4.1. GIỚI THIỆU ........................................................................................................ 35 4.2. THI CÔNG HỆ THỐNG..................................................................................... 35 4.2.1. Thi công board mạch ........................................................................................... 35 4.2.2. Lắp ráp và kiểm tra ............................................................................................. 47 4.2.3. Lắp ráp tủ điện ..................................................................................................... 48 4.2.4. Lắp ráp cảm biến ................................................................................................. 52 4.3. ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ........................................................... 54 4.3.1. Đóng gói bộ điều khiển ........................................................................................ 54 4.4. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ................................................................................... 55 4.4.1. Lưu đồ giải thuật .................................................................................................. 55 4.4.2. Phần mềm lập trình cho vi điều khiển ............................................................... 65 4.5. Phần mềm viết giao diện: .................................................................................... 72 4.6. VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC .............................. 76 Chương 5: KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ....................................................... 80 5.1 KẾT QUẢ THỰC HIỆN ..................................................................................... 80 5.2 ĐÁNH GIÁ NHẬN XÉT ..................................................................................... 83 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN............................................. 84 6.1 KẾT LUẬN ........................................................................................................... 84 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ...................................................................................... 84 Phụ Lục ........................................................................................................................... 86 Tài liệu tham khảo ....................................................................................................... 102 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH xi CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Các thành tựu đạt được ở nữa đầu thế kỷ XX trong lĩnh vực tự động hóa đã cho phép chế tạo ra nhiều loại máy tự động, liên kết giữa phần cứng và mềm góp phần thúc đẩy, phát triển và ứng dụng linh hoạt tự động hóa vào quy trình sản xuất công nghiệp. Từ thực tế quá trình thực tập và làm việc tại Công ty Trách nhiệm Hữu hạn Avant Garde Việt Nam, nhóm thực hiện đề tài đã được tiếp xúc, làm việc và nhận ra tầm quan trọng của tự động hóa trong sản xuất công nghiệp. Nhóm thực hiện đề tài đã nhận thấy một số công đoạn nhất định vẫn phụ thuộc vào lao động thủ công, cụ thể trong sản xuất stator động cơ điện một chiều không chổi than (BLDC). Với cấu tạo gồm lõi sắt và các cuộn dây đồng quấn quanh các cặp cực, việc quấn dây đồng cho động cơ BLDC phức tạp hơn so với cách quấn dây động cơ xoay chiều thông thường. Chính vì lý do đó, nên quá trình sản xuất động cơ BLDC tại Công ty Trách Nhiệm Hữu Hạn Avant Garde Việt Nam còn nhiều công đoạn phải làm bằng phương pháp thủ công, dẫn đến năng suất còn thấp, chất lượng sản phẩm chưa cao. Nhằm khắc phục những hạn chế của việc quấn stator bằng tay như lỗi sản phẩm và tốn nhiều nhân công, nhóm thực hiện đã quyết định chọn đề tài: “Thiết kế và thi công máy tự động quấn dây cho stator động cơ BLDC”. Đề tài này cũng là cơ hội để nhóm thực hiện có thể áp dụng những kiến thức đã được học ở trường vào nhìn nhận và giải quyết các vấn đề còn tồn tại trong quá trình sản xuất thực tế. 1.2. MỤC TIÊU Thiết kế và thi công máy tự động quấn dây cho stator động cơ BLDC. Máy vận hành hoạt động ổn định quấn được sản phẩm hoàn thiện. 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  NỘI DUNG 1: nghiên cứu, tìm hiểu về cơ cấu của stator động cơ điện một chiều không chổi than (BLDC).  NỘI DUNG 2: Nghiên cứu, tìm hiểu về vi điều khiển STM32F4103, cách kết nối, giao tiếp với máy tính đọc tín hiệu, xuất xung. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN  NỘI DUNG 3: Tìm hiểu về các linh kiện, thiết bị sử dụng trong mô hình điều khiển: driver AC servo, động cơ bước.  NỘI DUNG 4: Nghiên cứu giải thuật, viết chương trình điều khiển.  NỘI DUNG 5: Dựa trên những nghiên cứu tìm hiểu về các linh kiện, thiết bị điện cũng như cơ cấu của động cơ điện, tiến hành tính toán thiết kế và thi công mô hình (tủ điện, cơ khí).  NỘI DUNG 6: Viết báo cáo thực hiện đồ án.  NỘI DUNG 7: Bảo vệ đề tài tốt nghiệp. 1.4. GIỚI HẠN Mô hình máy quấn dây tự động cho stator động cơ BLDC giới hạn quấn dây cho những động cơ BLDC có công suất từ 40W đến 60W và dự kiến năng suất quấn là 3 stator/1h. 1.5. BỐ CỤC  Chương 1: Tổng Quan Chương này trình bày về lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.  Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Chương này trình bày các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề mà đề tài sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài.  Chương 3: Thiết Kế và Tính Tóan Chương này giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài và các tính toán, thiết kế. Chương gồm những phần như: thiết kế sơ đồ khối hệ thống, sơ đồ nguyên lý toàn mạch, tính toán thiết kế mạch.  Chương 4: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Tính toán, thiết kế lắp ráp phần cơ khí, điện, viết chương trình điều khiển cho mô hình máy quấn dây tự động.  Chương 5: Kết Luận và Hướng Phát Triển Chương này trình bày về những kết quả mà đồ án đạt được, những hạn chế, từ đó rút ra kết luận và hướng phát triển để giải quyết các vấn đề tồn đọng để đồ án hoàn thiện hơn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ BLDC (BRUSHLESS DIRECT CURRENT) Động cơ một chiều không cổ góp (BLDC) từ lâu đã được ứng dụng rộng rãi trong các hệ truyền động công suất nhỏ (vài W đến vài chục W) như trong các ổ đĩa quang, quạt làm mát trong máy tính cá nhân, thiết bị văn phòng (máy in, scan). Trong các ứng dụng đó, mạch điều khiển được thiết kế rất đơn giản và có độ tin cậy cao. Mặc dù được gọi là động cơ một chiều nhưng thực chất động cơ BLDC thuộc loại động cơ xoay chiều đồng bộ sử dụng nam châm vĩnh cửu. Nhưng có một lý do của tên gọi “động cơ một chiều không cổ góp” là nó được tạo ra nhằm loại bỏ những nhược điểm của động cơ một chiều trong khi vẫn giữ được đặc tính mômen/tốc độ tuyến tính và những ưu điểm trong điều khiển của động cơ một chiều. Cụ thể là động cơ một chiều thông thường có hiệu suất cao và đặc tính của chúng thích hợp với các truyền động servo. Tuy nhiên có hạn chế là trong cấu tại của chúng cần có cổ góp và chổi than, những thành phần này dễ bị mòn và yêu cầu bảo trì, bão dưỡng thường xuyên [1]. So sánh BLDC với động cơ một chiều thông thường: Mặc dù đặc tính tĩnh của động cơ BLDC và động cơ điện một chiều thông thường giống nhau, nhưng trên thực tế chúng có những khác biệt đáng kể, ở động cơ điện một chiều sự biến đổi chiều dòng điện nhờ vào hoạt động của cố góp và chổi than, nhưng với dộng cơ một chiều không chổi than, đổi chiều được thực hiện bằng cách sử dụng bán dẫn. Bảng dưới đây so sánh một số đặc tính cơ bản của hai loại động cơ. Bảng 2.1: So sánh động cơ BLDC với động cơ điện một chiều thông thường. Nội dung Động cơ điện một chiều thông Động cơ điện một chiều thường không chổi than Cấu trúc cơ khí Mạch kích từ nằm trên stator Mạch kích từ nằm trên roto Bảo dưỡng cần bão dưỡng thường xuyên do có dễ bão dưỡng hoặc ít yêu cổ góp cầu bão dưỡng. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Phương pháp xác Tự động xác định bằng chổi than Sử dụng cảm biến vị trí: định vị trí rotor phần tử Hall. Phương pháp đổi Đảo chiều điện áp nguồn (thường cấp Sắp xếp lại thứ tự của các chiều cho mạch kích từ) tín hiệu logic Cấu tạo động cơ BLDC Stator: bao gồm lõi sắt (các lá thép kỹ thuật điện ghép với nhau) và các cuộn dây quấn. Các lá thép và các cuộn dây được đặt trong các khe cắt phía trong của stator. Các bối dây được đặt trong khe và được nối liền nhau để tạo nên 1 cuộn dây, mỗi cuộn dây được phân bố trên chu vi của stator theo trình tự thích hợp để tạo nên một số chẵn các cực. Cách bố trí và số rảnh trên stator của động cơ khác nhau thì cho ra số cực của động cơ khác nhau. Hình 2.1: Stator động cơ BLDC. Rotor của động cơ BLDC gồm có phần lõi bằng thép và các nam châm vĩnh cửu được gắn trên đó theo các cách khác nhau. Về cơ bản có hai phương pháp gắn các nam châm vĩnh cửu trên lõi rotor: Rotor có nam châm gắn trên bề mặt lõi: Các nam châm vĩnh cửu được gắn trên bề mặt lõi rotor. Kết cấu này đơn giản trong chế tạo nhưng không chắc chắn nên thường được sử dụng trong phạm vi tốc độ trung bình và thấp. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.2: Rotor có nam châm gắn trên bề mặt. Rotor có nam châm ẩn bên trong lõi: Trong lõi rotor có các khe dọc trục và các thanh nam châm vĩnh cửu được chèn vào các khe này. Kết cấu này khó khăn trong chế tạo và lắp ráp, đặc biệt là khi công suất lớn, nhưng chắc chắn và được sử dụng trong các ứng dụng tốc độ cao. Hình 2.3: Rotor có nam châm ẩn bên trong lõi. Trong động cơ BLDC, các nam châm vĩnh cửu trên rotor tạo ra từ trường hướng tâm và phân bố đều dọc theo khe hở không khí giữa stato và rotor. Vật liệu làm nam châm thông thường là ferit, mặc dù giá thành rẻ nhưng mật độ từ trường thấp. Các loại nam châm được sản xuất từ các hợp kim đất hiếm có mật độ từ trường BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT cao hơn, kích thước và trọng lượng thấp. Điều này đặc biệt có ích đối với các động cơ công suất lớn. Hình 2.4: Các loại rotor của động cơ BLDC. Hall sensor: do đặc thù sức phản điện động có dạng hình thang nên cấu hình điều khiển thông thường của BLDC cần có cảm biến xác định vịtrí của từ trường rotor so với các pha của cuộn dây stator. Để làm được điều đó người ta dùng cảm biến hiệu ứng Hall, gọi tắt là Hall sensor. 2.2. GIỚI ... lý mạch đã tính toán và nghiên cứu, nhóm thực hiện đã thiết kế board mạch bằng phần mềm Altium Designer. Giới thiệu phần mềm Altium: Để tạo một dự án mới, ta chọn thanh công cụ File => sau đó chọn New => Project Hình 4.1: Tạo một dự án mới. Cửa sổ “New Project” được mở ra, tại cửa sổ này ta có thể đặt tên cho dự án, nơi lưu trữ dự án. Sau khi đặt tên và chọn nơi lưu, chọn “OK” để tạo dự án. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 35 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.2: Đặt tên dự án và chọn nơi lưu dự án. Sau khi tạo dự án, cửa sổ vẽ mạch nguyên lý sẽ được hiển thị. Lúc này, để có thể vẽ được sơ đồ nguyên lý cũng như sơ đồ sắp xếp linh kiện, nhóm thực hiện cần phải có thư viện cho sơ đồ nguyên lý, cũng như thư việnchân kết nối linh kiện để có thể thiết kết PCB. Để thêm thư viện vào dự án, tại thanh công cụ libraries chọn nút libraries: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 36 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.3: Thanh công cụ libraries và nút libraries. Cửa sổ “Available Libraries” được mở ra, chọn nút “Add Library” để thêm thư viện. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 37 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.4: Cửa sổ “Available Libraries”. Sau khi thêm thư viện, nhóm tác giả đã vẽ sơ đồ nguyên lý đã tính toán ở chương 3. Sơ đồ phân bố linh kiện: Sau khi hoàn thành sơ đồ nguyên lý, nhóm thực hiện việc thiết kế board PCB. Để có một sản phẩm hoàn chỉnh, nhóm thực hiện đề tài đã tìm hiểu về mẫu mã vỏ hộp, từ đó nhóm có thể thiết kế board với kích thước sao cho phù hợp với vỏ hộp, nhưng vẫn phải đảm bảo chức năng, bố trí ngõ vào, ngõ ra, chân cấp nguồn, sao cho tiện lợi nhất cho người sử dụng. Board mạch có kích thước dài là 99,5 mm và rộng là 83 mm. Nhóm nghiên cứu đã vẽ ra khung kích thước cho board. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 38 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.5: Board PCB ban đầu. Trong phần thiết kế PCB, để có các kết nối linh kiện như sơ đồ nguyên lý, nhóm cần cập nhật các kết nối chân từ sơ đồ nguyên lý sang bảng vẽ PCB. Trong thanh công tụ Design, chọn “Update PCB document.” Hình 4.6: Chuyển sơ đồ nguyên lý sang sơ đồ PCB. Cửa sổ “Engineering Change Order” hiện ra, lần lượt chọn các nút “Validate Changer”, sau đó chọn nút “Execute Changer”, và cuối cùng chọn “Close” để tạo các linh kiện trong PCB. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 39 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.7: Cửa sổ “Engineering Change Order”. Lúc này ta sẽ nhận được các linh kiện trong phần thiết kế PCB. Các linh kiện này được sắp xếp một cách tự do, nhóm thực hiện đề tài đã sắp xếp các linh kiện trên sao cho hợp lý và vừa vặn với kích thước board đã định trước. Hình 4.8: Các linh kiện chưa được sắp xếp. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 40 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Sau nhiều lần sắp xếp, tiếp thu ý kiến đánh giá từ giáo viên hướng dẫn và các kỹ sư đi trước, nhóm thực hiện đã có cho mình một board PCB như sau: Hình 4.9: Lớp trên board mạch. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 41 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.10: Lớp dưới của board mạch. Hình 4.11: Hình mô phỏng mặt trên board mạch khi chưa có linh kiện. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 42 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.12: Hình mô phỏng mặt dưới board mạch khi chưa có linh kiện. Hình 4.13: Hình mô phỏng 3D mặt trên của board. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 43 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.14: Hình mô phỏng 3D mặt dưới của board. Từ phần mềm thiết kế trên, nhóm có thể xuất được bảng danh sách linh kiện để có thể gia công board. Bảng 4.1: Danh sách các linh kiện. STT Loại Tên Vị trí Giá trị C9, C10, C12, C15, C18, C19, C20, C30, 1 Tụ 100nF_0603_25VCE C31 100nF C11, C13, C14, C16, 2 Tụ 10uF_0603_16VCE C17, C21 10uF C22, C27, 3 Tụ 100nF_0805_50V C29, C32 100nF 4 Tụ Nhôm 100uF_D6L8_35VAL C23 100uF BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 44 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 5 Tụ 1nF_1206_2KVCE C24, C25 1nF 6 Tụ Nhôm 220uF_D6L8_35VAL C26 220uF 7 Tụ Nhôm 470uF_D6L8_16VAL C28 470uF 8 Tụ Nhôm 22uF_1206_16VTA C33 22uF 9 Tụ 1nF_0603_50V C34, C35 1nF C36, C37, C38, C39, C40, C41, 10 Tụ 1nF_0603_25V C42, C43 1nF D2, D3, D6, D7, D17, D18, 11 Diode 1N4007 D22, D23 1N4007 D4, D5, D8, D9, D20, D21, 12 SMBJ SMBJ12CA_DO214AA D24, D25 SMBJ12CA 13 LED LED-GREEN_3mm D26 LED-Green D27, D28, 14 SMBJ SMBJ6.8CA_DO214AA D29 SMBJ6.8CA 15 Tụ SS34_DO214AC D30, D31 SS34 16 SMBJ SMBJ06CA_DO214AA D32 SMBJ06CA 5.0SMDJ28CA_DO214A 17 SMBJ B D33 5.0SMDJ28CA DELUS WB2405P- 18 8W WB2405P-8W_DCDC DC1 WB2405P-8W F1, F2, F3, F4, F5, F6, PTC 19 Cầu Chì PTC 30V/5A F7, F8 3V/5A 20 Cầu Chì JK250-120U F9, F10 JK250-120U 21 Cầu Chì PTC1A_1812_30V F11 PTC1A BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 45 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 22 Cầu Chì PTC2A_1812_30V F12 PTC2A Quad 23 Optocoupler TLP281-4 IC1, IC2 TLP281 24 DC-DC B0505S_DIP_1WR2 IC3 B0505S_DIP_1WR2 ADM2483_SOIC16 25 IC Giao tiếp ADM2483_SOIC16W IC4 W Single26 Optocoupler PC817_SOIC4 IC5, IC6 PC817 Quad 27 Optocoupler TLP280-4 IC7, IC8 TLP28 Inductor Common 28 Mode 7G09B-150M-R_15uH L1 7G09B Green LED 29 Array x8 Color LD1, LD2 Led-8 Q1, Q2, MOSFET N- Q3, Q4, CH 30V 3A Q5, Q6, 30 SOT23-3 SUD50N06 Q7, Q8 SUD50N06 N-Channel 31 MOSFET SI2300_SOT23 Q9 SI2300 R1, R2, R5, R6, R9, R10, 32 Điện trở 3k3_0603_5% R13, R14 3k3 R3, R4, R7, R8, R11, R12, R15, R16, R20, R22, 33 Điện trở 4k7_0603_5% R25, R30 4k7 R17, R27, 34 Điện trở 330R_0603_5% R32 330R R18, R19, 35 Điện trở 10K_0603_5% R21, R26 10K BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 46 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG R23, R24, 36 Điện trở 1M_1206_5% R29 1M 37 Điện trở 10R_0603_5% R28 10R 38 Điện trở 1K_0603_5% R31 1K R33, R34, R37, R38, R41, R42, 39 Điện trở 3k3_1206_5% R45, R46 3k3 R35, R36, R39, R40, R43, R44, 40 Điện trở 1k_0805_5% R47, R48 1k RN1, RN2, 41 Điện trở nối 4 330R RN6, RN8 330R RN3, RN4, 42 Điện trở nối 4 4K7 RN5, RN7 4K7 43 GDT 3SPC090F_90V SA1 3SPC0 STM32 STM32F103C8T6- 44 F103C8T6 LQFP48 U1 STM32 AMS1117-3V3_SOT223- 45 LM1117 4 U2 AMS11 46 Thạch Anh 8MHz_3213_3P Y1 8MHz 4.2.2. Lắp ráp và kiểm tra Kiểm tra board mạch chính: Tiến hành kiểm tra nguồn cấp cho board mạch 24V DC. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 47 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.15: Kiểm tra nguồn cấp vào cho mạch điều khiển. Hình 4.16: Kiểm tra nguồn 3.3v cấp cho vi xử lý. 4.2.3. Lắp ráp tủ điện Quy trình lắp tủ điện:  Lên danh sách các thiết bị có trong tủ điện (phần tính toán thông số đã nêu rõ ở chương 3: tính toán và thiết kế). BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 48 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Bảng 4.2: Danh sách các thiết bị. STT Tên thiết bị điện Điện áp Dòng điện hoạt động hoạt động 1 MCB (Miniature Circuit Breaker) 220VAC 20A 2 Contactor 220VAC 18A 3 Bộ lọc nhiễu điện áp 250VAC 10A 4 Nguồn tổ ong 24VDC 5A 5 ESA driver 220VAC 10A 6 Driver điều khiển động cơ bước 9-24VDC 4A TB6600  Sắp xếp bố trí thiết bị trong tủ điện. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 49 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 50cm Bộ lọc Domino MCB nhiễu Driver Mạch điều điều Contactor khiển khiển động cơ bước Máng đi dây điện đi Máng dây cm 70 Driver điều Driver điều khiển AC khiển AC Nguồn tổ ong 24V Servo Servo Hình 4.17: Sơ đồ bố trí các thiết bị trong tủ điện.  Đấu dây dẫn (dấu nối dây động lực trước dây tín hiệu sau), hạn chế tối đa việc đi dây đan xen quá nhiều gây rối và khó khăn trong việc kiểm tra sau này, sử dụng các máng, xương cá để đi dây được gọn, phân chia các đường dây tín hiệu và động lực riêng đảm bảo an toàn và dễ sửa chữa. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 50 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.18: Tủ điện sau khi đã hoàn thiện. Sau khi đã hoàn thành lắp ráp tủ tiến hành kiểm tra. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 51 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.19: Kiểm tra điện áp ngõ ra của MCB bằng VOM. 4.2.4. Lắp ráp cảm biến Sau khi nhận được cơ cấu cơ khí từ bộ phận cơ khí, nhóm đã lắp tủ điện và cảm biến lên cơ cấu cơ khí. Bố trí các thiết bị trong cơ cấu quấn: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 52 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Vị trí động cơ bước Vị trí xilanh Vị trí mâm xoay Hình 4.20: Vị trí các thiết bị trong cơ cấu quấn. Cảm biến quang Cảm biến quang Hình 4.21: Vị trí cảm biến quang. Cảm biến hành trình Hình 4.22: Vị trí cảm biến hành trình trên xilanh. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 53 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 4.3. ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 4.3.1. Đóng gói bộ điều khiển Bộ điều khiển được đóng gói trong hộp nhựa nó nắp đậy với kích thước 10,5x 8cm, các phần lỗ trên nắp được tự khoét để nhìn thấy được đèn báo hoạt động các ngõ ra, vào của mạch điều khiển. Hình 4.23: Phía trong hộp nhựa. Hình 4.24: Nắp hộp nhựa. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 54 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 4.4. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 4.4.1. Lưu đồ giải thuật Chương trình chính sẽ nhận tín hiệu điều khiển được gửi đến từ máy tính, với mỗi tín hiệu điều khiển khác nhau, chương trình chính sẽ gọi các chương trình con tương ứng thực hiện nhiệm vụ. Lưu đồ giải thuật chương trình chính: Bắt đầu Trờ về vị trí ban đầu Đọc Val Đúng Bắt Đầu Val= 1 Quấn sai Đúng Val= 2 Sữa chữa sai Đúng Chỉnh Val= 3 góc sai Đúng Val= 4 lưu sai Kết thúc Hình 4.25: Lưu đồ giải thuật của chương trình chính. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 55 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Chương trình con trở về vị trí ban đầu có nhiệm vụ đưa các các động cơ, xi lanh quay về vị trí cảm biến đã xác định trước. Bắt đầu Xi lanh đẩy lên Cho cánh tay Step về vị trí cảm biến Cho mâm xoay về vị trí cảm biến Kết thúc Hình 4.26: Lưu đồ trở về vị trí ban đầu. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 56 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Chương trình con bắt đầu quấn: chương trình con bắt đầu quấn sẽ nhận 2 thông số là bước dây, và số vòng quấn dây, sau khi nhận được 2 thông số trên, chương trình bắt đầu quấn sẽ gọi chương con quấn 6 cuộn dây. Bắt đầu Nhận lệnh Tách lấy bước dây và số vòng Quấn 6 cuộn Kết thúc Hình 4.27: Lưu đồ chương trình bắt đầu quấn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 57 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Chương trình con quấn 6 cuộn dây có chức năng điều khiển máy quấn lần lượt các cuộn dây trên lõi sắt. Việc quấn các cuộn dây được lặp lại 6 lần cho 6 cuộn dây, giữa mỗi lần quấn 1 cuộn dây cần có hành động móc dây qua các đinh móc dây được đặt cố định quanh lõi sắt. Lưu đồ chương trình con quấn 6 cuộn. Bắt đầu i=0 Quấn cuộn i i++ Sai i>6 Đúng Trở về vị trí ban đầu Kết thúc Hình 4.28: Lưu đồ Chương trình con quấn 6 cuộn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 58 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Để quấn được 1 cuộn, ta cần biết vị trí của cuộn dây trên máy, trong đề tài này nhóm đã đặt vị có định vị trí các cuộn dây. Sau khi quấn xong một cuộn, máy phải móc dây đồng sang các móc dữ dây. Lưu đồ chương trình quấn 1 cuộn: Bắt đầu Đặt vị trí Cách quấn Móc dây Kết thúc Hình 4.29: Lưu đồ quấn 1 cuộn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 59 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Trong một cuộn dây, nhóm thực hiện đã quấn lần lượt 5 lớp dây, lớp dây thứ 1 đạt 100% kích thước chiều dài của cuộn, lớp dây thứ 2, thứ 3 có số vòng dây ít hơn để tránh dây bị tuộc khỏi cuộn. Chương trình con cách quấn mang nhiệm vụ tính toán số vòng quấn trong 1 lớp dây. Lưu đồ chương trình cách quấn như sau: Bắt đầu Tính a,b,c,d,e,f Chạy đến vị trí đầu tiên i=0 Cách Quấn 1 lớp i++ Sai i=>5 Đúng Quân số vòng dây thiếu Kết thúc Hình 4.30: Lưu đồ chương trình CachQuan. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 60 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Với a, b, c, d, e lần lượt là số vòng quấn của các lớp dây, f là số vòng dây còn thiếu so với yêu cầu của người cài đặt. Công thức tính a, b, c, d, e, f:  a = (8.5*1)/Buocday;  b = (8.5*0.75)/Buocday;  c = (8.5*0.6)/Buocday;  d = (8.5*0.4)/Buocday;  e = (8.5*0.25)/Buocday;  f = Sovong - 2*(a +b +c +d +e); BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 61 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Lưu đồ cách quấn 1 lớp: Kết thúc I=0 Đảo chiều quấn J=0 ARM1=ARM1+ Chieu*buoday MayQuanDay1_Handle J++ Sai J>a Đúng I++ Sai I>2 Đúng Kết thúc Hình 4.31: Lưu đồ cách quấn 1 lớp. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 62 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Chương trình MayQuanDay1_Handle() có chức năng định vị trí quấn và quấn 1 vòng. Bắt đầu Định vị trí quấn. Quấn 1 vòng Kết thúc Hình 4.32: Lưu đồ chương trình MayQuanDay1_Handle(). Chương trình con chỉnh góc có nhiệm vụ nhận các góc quấn dây mới từ giao diện điều khiển và điều khiển cơ cấu quấn đến vị trí mới để người vận hành có thể thay đổi góc quấn dây một cách chính xác. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 63 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Bắt đầu Nhận lệnh Tách lấy góc mới. Quay động cơ sang góc mới Kết thúc Hình 4.33: Lưu đồ chương trình con chỉnh góc quấn. Chương trình “Lưu” có chức năng nhận các góc ban đầu từ giao diện và gán lại cho các phần mềm hoạt động. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 64 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Bắt đầu Nhận lệnh Tách lấy góc mới. Lưu vào các biến chứa góc quấn. Kết thúc Hình 4.34: Lưu đồ chương trình lưu góc. 4.4.2. Phần mềm lập trình cho vi điều khiển Giới thiệu phần mềm lập trình. Phần mềm lập trình: Arduino IDE. Để viết được chương trình cho Arduino, ta cần một công cụ lập trình đó là Arduino IDE. Bước 1: Download Arduino IDE Đầu tiên các bạn vào trang chủ của Arduino: https://www.arduino.cc/ và chọn mục Sofware. Đây là nơi Arduino lưu trữ cũng như cập nhật các phiên bản IDE của Arduino. Chúng ta tiến hành Download, chọn Windows Installer. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 65 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.35: Màn hình Download Arduino IDE. Sau đó, màn hình sẽ hiển thị một trang mơi cho phép tải xuống, chọn “JUST DOWNLOAD”, và bắt đầu tải xuống. Bước 2: Cài đặt Arduino IDE Click chuột phải vào file Arduino-windows vừa tải về và chọn Run as administrator. Hình 4.36: Mở chương trình cài đặt. Cửa số Arduino Setup: License Agreement xuất hiện, các bạn chọn I Agree để tiếp tục BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 66 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.37: Màn hình cài đặt “License Agreement”. Ngay sau đó, cửa sổ Arduino Setup: Installation Options xuất hiện. Tại đây các bạn chú ý đánh dấu tích vào ô Install Usb Driver để cài đặt cả Usb driver cho Arduino và chọn Next để tiếp tục. Hình 4.38: Màn hình cài đặt “Installation Options”. Cửa sổ Arduino Setup: Installation Folder xuất hiện, các bạn chọn nơi lưu file cài đặt (mặc định là C:\Program File\Arduino) và chọn Next để bắt đầu quá trình cài đặt. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 67 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.39: Màn hình chờ cài đặt. Khi có yêu cầu xác nhận cài đặt driver tại cửa sổ Windows Security, chọn Instal Hình 4.40: Màn hình cài đặt driver. Chờ quá trình cài đặt hoàn tất, chọn Close để thoát. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 68 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.41 Màn hình cài đặt hoàn thành. Cách tạo project, viết và biên dịch chương trình. Sau khi mở phàn mềm lên chọn file-> new. Hình 4.42: Tạo một project mới. Màn hình để viết code sẽ hiện ra như sau: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 69 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.43: Màn hình viết code. Những lệnh trong setup sẽ được chạy khi chương trình của bạn khởi động. Sau khi setup chạy xong, những lệnh trong loop được chạy. Chúng sẽ lặp đi lặp lại liên tục cho tới khi nào bạn ngắt nguồn của board Arduino mới thôi. Sauk hi hoàn thành chương trình, tiến hành biên dịch và nạp code, click vào kì hiệu trên hình và chờ biên dịch. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 70 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.44: Biên dịch code. Nạp chương trình vào Board Arduino Vào menu Tools -> Board -> chọn Arduino Uno Vào menu Tools -> Serial Port -> Chọn cổng Arduino đang kết nối với máy tính. Ở máy tính của nhóm hiện là COM3. Hình 4.45: Kết nối với cổng COM3. Bấm tổ hợp phím Ctrl + U để tải chương trình lên mạch Arduino Uno R3. Bạn sẽ thấy IDE xác nhận đã lập trình thành công như hình dưới. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 71 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.46: Màn hình biên dịch thành công. 4.5. Phần mềm viết giao diện: Những người thực hiện đã chọn phần mềm Microsoft Visual Studio sử dụng để soạn thảo giao diện điều khiển. Hình 4.47: Giao diện phần mềm Microsoft Vitual Studio. Để tạo một dự án mới, có thể chọn thanh công cụ File => New => Project BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 72 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.48: Cách tạo một dự án mới. Trong cửa sổ New Project, có rất nhiều sự lựa chọn về môi trường hoạt động cho phần mềm ta muốn soạn thảo. Nhóm thực hiện đề tài chọn môi trường Window làm môi trường hoạt động giao diện điều khiển. Ta thực hiện chọn Visual C#=> Windows Desktop => Windows Forms App => Lựa chọn nơi lưu project và sau đó chọn Ok. Hình 4.49: Chọn môi trường soạn thảo phần mềm. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 73 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Sau khi tạo dự án, phần mềm sẽ hiển thị cửa sổ “Form1.cs”. Đây là cửa sổ để thiết kế giao diện điều khiển. Hình 4.50: Giao diện soạn thảo phần mềm. Để tạo các công cụ cho giao diện điều khiển, ta có thể tìm các công cụ trong thanh Toolbox. Trong giao diện điều khiển này, nhóm thực hiện sử dụng các công cụ Button, NumericUpDown, RadioButton, Label, Timer, SerialPort, Hình 4.51: Thanh công cụ Toolbox. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 74 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Một công cụ có các thuộc tính về màu sắc, kiểu chữ, kích thước, Để thay đổi các thuộc tính này ta có thể vào thanh công cụ properties, và chọn một đối tượng cần thay đổi thuộc tính. Hình 4.52: Thanh công cụ Properties. Sau khi thiết kế các chức năng điều khiển như mong muốn, nhóm thực hiện đề tài thiết kế được giao diện như hình. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 75 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 4.53: Giao diện sau khi thiết kế. Để giao diện có thể hoạt động đúng như ý muốn, ta cần lập trình hoạt động của một đối tượng bằng cách nhấp đúp vào đối tượng. Hình 4.54: Lập trình hoạt động tại cửa sổ “Form1.cs”. 4.6. VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC Hướng dẫn sử dụng máy tự động quấn dây cho stator động cơ BLDC. Bước 1: Đặt lõi sắt vào vị trí để quấn trên mâm xoay. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 76 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Vị trí đặt lõi sắt Hình 4.55: Vị trí đặt lõi sắt trong mâm xoay. Bước 2: Xỏ các sợi đồng từ các cuộn đồng qua ống dẫn dây và cố định một đầu dây vào vị trí cọc sắt đầu tiên trên mâm xoay Ống dẫn dây Cọc sắt thứ nhất Mâm xoay Hình 4.56: Vị trí các thiết bị trong cơ cấu quấn. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 77 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG Bước 3: cấp nguồn cho hệ thống, hệ thống sử dụng nguồn là 220V AC, khi cấp nguồn và mở MCB và nút nhấn (1) thì đèn báo hiệu có điện sáng lên. Hình 4.57: Vị trí MCB trong tủ điện. Bước 4: chọn chế độ vận hành, có hai chế độ vận hành bằng tay và vận hành hoặc thông qua giao diện trên máy tính. Nút nhấn start Nút nhấn pause Nút nhấn Emo Hình 4.58: Các nút nhấn dùng để điều khiển máy. Sau khi đã lắp lõi sắp vào vị trí để quấn, nhấn nút Emođể mở máy, nhấn Start cho phép máy bắt đầu hoạt động, mân xoay sẽ đưa lõi sắt về vị trí ban đầu để chuẩn bị cho quấn dây BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 78 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG khi lõi sắt đã nằm đúng vị trí căn chỉnh ban đầu máy bắt đầu quấn bằng chuyển động của xi lanh đưa ống dẫn dây lên/xuống các khe sắt tạo ra các vòng dây quấn quanh các khe của lõi sắt. Khi đã quấn đủ số vòng dây cho mỗi cuộn, mâm xoay sẽ tự động xoay chuyển vị trí lõi sắt cùng với sự xe dịch tự động của cơ cấu xi lanh để đưa sợi đồng móc vào 1 trục cố định trên mâm xoay và căn chỉnh lại vị trí ban đầu cho cuộn kế tiếp và tiến hành quấn. Cuộn dây đã quấn hoàn thiện Hình 4.59: Cuộn dây đã quấn hoàn thiện. Tiếp tục cho đến khi quấn xong đủ số cuộn trên lõi sắt. Trong trường hợp xảy ra sự cố khi quấn có thể dừng hệ thống bằng nút Emo. Bước 5: Sau khi quấn đủ số cuộn dây cho lõi sắt, cơ cấu quấn sẽ dừng lại, người vận hành lấy lõi sắt ra và nhấn Start, tự động dịch chuyển về vị trí ban đầu, kết thúc quá trình quấn dây. Nhấn Emo để tắt máy. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 79 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Chương 5: KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Trong quá trình nghiên cứu đề tài, nhóm thực hiện đã đi từ việc quan sát thực tế quy trình quấn dây cho động cơ BLDC để lên các ý tưởng về cơ cấu cơ khí cho máy, tính toán thiết kế mạch điều khiển sử dụng vi điều khiển STM32F103C8T6, viết chương trình điều khiển, lắp ráp và đã hoàn thiện được máy. Mặc dù nhóm đã thực hiện được mục tiêu đã đặt ra ban đầu là hoàn thiện được máy và máy quấn được sản phẩm đạt yêu cầu. Tuy nhiên mục tiêu về mặt thời gian như đã đặt ra là quấn được 3 lõi sắt trong 1h (trung bình 20 phút quấn được một lõi sắt) nhóm vẫn chưa đáp ứng được, nguyên nhân là do trên thực tế để bắt đầu quá trình quấn dây, phải cần cố định và căn chỉnh vị trí cho lõi sắt. Theo như quá trình vận hành, nhóm đo được thời gian này là khoảng 5 phút, thời gian máy hoạt động quấn một lõi sắt mất khoảng 20 phút, vậy nên tổng thời gian để hoành thành được một lõi sắt sẽ khoảng 25 phút. 5.1 KẾT QUẢ THỰC HIỆN Khung máy sau khi hoàn thành có kích thước:  Chiều dài: 85cm.  Chiều rộng: 45cm.  Chiều cao: 145cm.  Chiều cao từ sàn đến bàn làm việc của máy: 86cm. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 80 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.1: Khung máy sau khi hoàn thành. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 81 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.2: Bàn làm việc của máy. Kết quả sản phẩm: lõi sắt được quấn đều 6 cuộn dây, mỗi cuộn 50 vòng dây đồng có tiết diện 0,45mm. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 82 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.3: Lõi sắt sau khi được quấn hoàn thiện. 5.2 ĐÁNH GIÁ NHẬN XÉT Nhìn chung máy đã có thể quấn được stator đạt yêu cầu cho động cơ, máy đã giúp công ty nâng cao năng suất so với việc sử dụng phương pháp quấn thủ công. Tuy nhiên, với tốc độ này còn rất chậm đối với sản xuất quy mô lớn, nhóm nhận thức được rằng mình cần phải cải tiến máy để có thể đạt năng suất tốt hơn trong các phiên bản sau. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 83 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Từ quá trình nghiên cứu và thi công đề tài “Thiết kế và thi công máy tự động quấn dây cho stator động cơ BLDC” nhóm đã thực được những mục tiêu đã đặt ra như sau:  Nghiên cứu, hiểu được cơ cấu của stator động cơ điện một chiều không chổi than (BLDC).  Tìm hiểu và điều khiển được vi xử lý STM32F103C8T6, kiến thức cơ bản về gia công và thiết kế.  Tìm hiểu và biết thêm về thống điện khí – nén, nhận biết sử dụng được van, xi lanh khí và một số loại cảm biến, điều khiển được động cơ bước và động cơ AC Servo (Megatorque Motor). Bên cạnh đó, trong quá trình thi công và vận hành nhóm thực hiện đề tài đã rút ra được những ưu điểm và nhược điểm của máy:  Ưu điểm:  Máy đạt công suất 3 lõi sắt trên 1 giờ làm việc (chưa tính thời gian gắn lõi sắt vào vị trí để quấn), tăng năng suất gấp 6 lần so với việc sử dụng phương pháp quấn thủ công (quấn bằng tay).  Bằng việc hỗ trợ nhập các thông số quấn dây từ giao diện điều khiển, việc thay đổi thông số quấn cho các loại động cơ có công suất khác nhau trở nên dễ dàng, tiện lợi.  Nhược điểm:  Cơ cấu cơ khí còn nhiều hạn chế, chưa thể quấn được các loại dây đồng có đường kính lớn hơn 0.7mm.  Chưa thể gập nhiều dây đồng để quấn cùng lúc.  Trục dẫn dây đồng còn rung lắc, dẫn đến hiện tượng kẹt dây.  Chưa có bộ phận kiểm soát độ căng dây đồng, nên chưa thể kiểm soát được các trường hợp đứt dây, giãn dây. 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Với những kinh nghiệm và kết quả đã thu thập được trong việc chế tạo mẫu máy đầu tiên, nhóm thực hiện đề tài mong muốn phát triển mẫu máy tiếp theo sẽ có những cải tiến BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 84 CHƯƠNG 6. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ về cơ cấu tốt hơn nhằm năng cao năng suất máy tạo ra những sản phẩm có chất lượng tốt hơn. Để có thể đạt được mục tiêu đó, nhóm thực hiện đề tài có những đề xuất hướng cải tiến với những nội dung như sau:  Cải tiến bộ phận cố định lõi sắt để có thể giảm thời gian kẹp lõi sắt lên máy.  Cải tiến bộ phận dẫn dây để tránh đùn hay đứt dây đồng.  Thay đổi cơ cấu lên xuống từ xilanh thành động cơ Servo để có tốc độ cao hơn.  Phát triển giao diện, kết nối internet nhằm dễ dàng hơn trong việc quản lý các dữ liệu thông tin về sản suất. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 85 PHỤ LỤC Phụ Lục Code chương trình chính: #include #include #include #include #define Motor1_HomeSensor_Actived() (digitalRead(PB2) == 0) #define Motor1_GoHome_Timeout 30000 #define Motor2_HomeSensor_Actived() (digitalRead(PA3) == 0) #define Motor2_GoHome_Timeout 30000 #define Cylinder_Up() digitalWrite(PB12, HIGH) #define Cylinder_Down() digitalWrite(PB12, LOW) #define Cylinder_SensorUP_Actived() (digitalRead(PB0) == 0) #define Cylinder_SensorDOWN_Actived() (digitalRead(PB1) == 0) #define Start_Actived() (digitalRead(PA1) == 0) //I6 #define Stop_Actived() (digitalRead(PA2) == 0) //I5 #define Cylinder_UP_Timeout 10000 #define Cylinder_DOWN_Timeout 10000 /////////////////////// /*-----( Khai báo hằng số và pin )-----*/ #define SSerialTxControl PA8 //Serial Transmit pin //////////////////////// typedef enum ERROR_CODE { NO_ERR = 0, ERR_MOTOR1_GoHomeTimeOut = 1, ERR_Cylinder_UPTimeout = 2, ERR_Cylinder_DOWNTimeout = 4, ERR_MOTOR2_GoHomeTimeOut = 8, }ERROR_CODE; ///////////////////// uint32_t global_Error = 0; void setError(uint32_t errorFlag) { global_Error |= errorFlag; } void clearError(uint32_t errorFlag) { global_Error &= ~errorFlag; } /////////////////////////////// void stepper2_Forward(void) { digitalWrite(PB13, HIGH); delayMicroseconds(120); digitalWrite(PB13, LOW); } void stepper2_Backward(void) { digitalWrite(PB14, HIGH); delayMicroseconds(120); digitalWrite(PB14, LOW); } // Define some steppers and the pins the will use AccelStepper stepper2(stepper2_Forward, stepper2_Backward); //RotateTable AccelStepper stepper1(1, PB10, PB11); //In-Out Arm BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 86 PHỤ LỤC uint32_t GetTickCount(void) { return millis(); } //motor1: in-out cylinder typedef enum MOTOR1STATE { MT1_Idle = 0, MT1_GoHome, MT1_Running, MT1_Error, }MOTOR1STATE; MOTOR1STATE Motor1MainState = MT1_Idle, lst_Motor1MainState = MT1_Running; ///////////////////////////////////////////////////////// //In-Out Arm void SetMotor1MainState(uint8_t st) { lst_Motor1MainState = Motor1MainState; Motor1MainState = (MOTOR1STATE)st; } ///////////////////////////////////////////////////////// //motor2: rotating table typedef enum MOTOR2STATE { MT2_Idle = 0, MT2_GoHome, MT2_Running, MT2_Error, }MOTOR2STATE; MOTOR2STATE Motor2MainState = MT2_Idle, lst_Motor2MainState = MT2_Running; void SetMotor2MainState(uint8_t st) { lst_Motor2MainState = Motor2MainState; Motor2MainState = (MOTOR2STATE)st; } // up/down cylinder typedef enum CYLINDERSTATE { CL_Idle = 0, CL_Up, CL_Down, CL_Error, }CYLINDERSTATE; CYLINDERSTATE CylinderMainState = CL_Idle, lst_CylinderMainState = CL_Up; void SetCylinderMainState(uint8_t st) { lst_CylinderMainState = CylinderMainState; CylinderMainState = (CYLINDERSTATE)st; } void Cylinder_Handle(void) { static uint32_t lst_tick_ms; switch(CylinderMainState) { case CL_Idle: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 87 PHỤ LỤC if(lst_CylinderMainState != CylinderMainState) { SetCylinderMainState(CylinderMainState); lst_tick_ms = GetTickCount(); } break; case CL_Up: if(lst_CylinderMainState != CylinderMainState) { SetCylinderMainState(CylinderMainState); lst_tick_ms = GetTickCount(); Cylinder_Up(); } if(Cylinder_SensorUP_Actived()) { SetCylinderMainState(CL_Idle); } if(GetTickCount() - lst_tick_ms > Cylinder_UP_Timeout) { setError(ERR_Cylinder_UPTimeout); SetCylinderMainState(CL_Error); } break; case CL_Down: if(lst_CylinderMainState != CylinderMainState) { SetCylinderMainState(CylinderMainState); lst_tick_ms = GetTickCount(); Cylinder_Down(); } if(Cylinder_SensorDOWN_Actived()) { SetCylinderMainState(CL_Idle); } if(GetTickCount() - lst_tick_ms > Cylinder_DOWN_Timeout) { setError(ERR_Cylinder_DOWNTimeout); SetCylinderMainState(CL_Error); } break; case CL_Error: break; } } void MachineHoming(void) { // 1 In-Out Arm // 2 RotateTable //Dung Arm SetMotor1MainState(MT1_Idle); //Dùng Cylanh SetCylinderMainState(CL_Up); //cho cylanh len cao de tranh ket may while(CylinderMainState != CL_Idle) { Cylinder_Handle(); } //Cho arm ve home SetM