TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y
SINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o---Tp. HCM, ngày tháng , năm 2019.

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:

Ngô Thị Hồng Vương

Chuyên ngành:

Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông. Mã ngành:

Hệ đào tạo:

Đại học chính quy

Mã hệ:

1

Khóa:

2014


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



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 4.29: 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

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.


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

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

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



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

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

Cấu trúc cơ khí

Động cơ điện một chiều thông Động cơ điện một chiều
thường

không chổi than

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

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

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.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

6


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý và hình ảnh chip STM32F103C8T6.
Thạch anh 8Mhz chân 8-9 tạo xung đòng hồ cho các hoạt động của hệ thống.
Thạch anh 32.768 Khz chân 3-4 tạo xung dung cho đồng hồ thực và Watchdog.
2.2.2. Cấu hình chi tiết của STM32F103C8T6:
ARM 32-bit Cortex M3 với clock max là 72Mhz.
Bộ nhớ:
 64 kbytes bộ nhớ Flash (bộ nhớ lập trình).
 20 kbytes SRAM.
 Clock, reset và quản lý nguồn.
 Điện áp hoạt động 2.0V -> 3.6V.
 Power on reset(POR), Power down reset(PDR) và programmable voltage detector
(PVD).
 Sử dụng thạch anh ngoài từ 4Mhz -> 20Mhz.
 Thạch anh nội dùng dao động RC ở mode 8Mhz hoặc 40khz.
 Sử dụng thạch anh ngoài 32.768khz được sử dụng cho RTC.
 Trong trường hợp điện áp thấp:
 Có các mode: ngủ, ngừng hoạt động hoặc hoạt động ở chế độ chờ.
 Cấp nguồn ở chân Vbat bằng pin để hoạt động bộ RTC và sử dụng lưu trữ data khi
mất nguồn cấp chính.
 2 bộ ADC 12 bit với 9 kênh cho mỗi bộ.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

7

trong UART có một thanh ghi dịch (shift register) đóng vai trò hỗ trợ chuyển đổi dữ liệu
từ dạng nối tiếp sang song song và ngược lại. UART hỗ trợ truyền thông bất đồng bộ
(asynchronous), nghĩa là dữ liệu truyền không phụ thuộc vào tín hiệu xung clock, do đó dữ
liệu được truyền từ bên gửi sang bên nhận mà không cần phải có dây tín hiệu xung clock
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

8


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
nối giữa bộ truyền và nhận. Những chip hiện đại tích hợp bộ UART hỗ trợ cả truyền thông
đồng bộ và bất đồng bộ, chúng được gọi là USART (Universal Synchronous/Asynchronous
Receiver/Transmitter).
a. Các khái niệm liên quan đến giao tiếp qua module UART gồm:
 Tốc độ baud (baud rate): số bit truyền trong 1 giây.
 Frame: là một khung dữ liệu gồm bit bắt đầu (start bit), bit kết thúc (stop bit), các
bit dữ liệu (data bits), bit kiểm lỗi (parity bit).
 Start bit: là bit đầu tiên trong frame được truyền đi, báo hiệu với bên nhận rằng một
frame dữ liệu đang tới.
 Data bits: là dữ liệu cần truyền đi, số bit dữ liệu không bắt buộc phải là 8 bit, LSB
(Least Significant Bit) sẽ được truyền trước.
 Parity bit: bit kiểm tra lỗi của dữ liệu truyền.
 Stop bit: bit chỉ báo gói dữ liệu đã được truyền xong.
b. Giới thiệu chuẩn giao tiếp RS-485.
Khi một mạng cần phải chuyển các khối nhỏ thông tin trên một khoảng cách dài, RS485 thường là chuẩn giao tiếp được lựa chọn. Các nút mạng có thể là máy tính cá nhân, vi
điều khiển, hoặc bất kỳ thiết bị có khả năng truyền thông nối tiếp không đồng bộ, so với
Ethernet và giao diện mạng khác, phần cứng và giao thức yêu cầu của RS-485 đơn giản
hơn và rẻ hơn.
Năm 1983, Hiệp hội công nghiệp điện tử (EIA) đã phê duyệt một tiêu chuẩn truyền cân
bằng mới gọi là RS-485, Đã được chấp nhận rộng rãi và sử dụng trong công nghiệp, y

7V đến +12V.
 Cặp dây xoắn: như chính tên gọi của nó, cặp dây xoắn (Twisted-pair wire) đơn giản
chỉ là cặp dây có chiều dài bằng nhau và được xoắn lại với nhau. Sử dụng cặp dây xoắn sẽ
giảm thiểu được nhiễu, nhất là khi truyền ở khoảng cách xa và với tốc độ cao.
 Trở kháng đặc tính cặp dây xoắn: phụ thuộc vào hình dáng và chất liệu cách điện
của dây mà nó sẽ có một trở kháng đặc tính (Characteristic impedence -Zo), điều này
thường được chỉ rõ bởi nhà sản xuất. Theo như khuyến cáo thì trở kháng đặc tính của đường
dây vào khoảng từ 100 - 120Ω nhưng không phải lúc nào cũng đúng như vậy.
 Điện áp kiểu chung: tín hiệu truyền dẫn gồm hai dây không có dây mass nên chúng
cần được tham chiếu đến một điểm chung, điểm chung lúc này có thể là mass hay bất kì
một mức điện áp cho phép nào đó. Điện áp kiểu chung (Common-mode voltage -VCM) về
mặt toán học được phát biểu như là giá trị trung bình của hai điện áp tín hiệu được tham
chiếu với mass hay một điểm chung.
 Vấn đề nối đất: tín hiệu trên hai dây khi được tham chiếu đến điểm chung là điểm
nối đất thì khi đó nó cần được xem xét kỹ lưỡng. Lúc này bộ nhận sẽ xác định tín hiệu bằng
cách tham chiếu tín hiệu đó với đất của nơi nhận, nếu đất giữa nơi nhận và nơi phát có một
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

10


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
sự chênh lệch điện thế vượt qua ngưỡng cho phép thì tín hiệu thu được sẽ bị sai hoặc phá
hỏng thiết bị. Điều này cho thấy mạng RS-485 gồm hai dây nhưng có tới ba mức điện áp
được xem xét. Do đất là một vật dẫn điện không hoàn hảo nên nó có một điện trở xác định,
gây ra chênh lệch điện thế từ điểm này tới điểm khác, đặc biệt là tại các vùng có nhiều sấm
sét, máy móc tiêu thụ dòng lớn, những bộ chuyển đổi được lắp đặt và có nối đất.
 Chuẩn RS485 cho phép chênh lệch điện thế đất lên tới 7V, lớn hơn 7V là không
được. Như vậy đất là điểm tham chiếu không đáng tin tưởng và một cách tốt hơn cho việc
truyền tín hiệu lúc này là ta đi thêm một dây thứ ba, nó sẽ được nối mass tại nguồn cung

bị truyền nhận tin trên đường dây trong khi đó với chuẩn RS-485 ta có thể nồi 32 thiết bị
thu phát trên hai dây cho phép tạo thành một mạng cục bộ.
2.2.4. Nguồn tổ ong 24V-5A:
Chức năng:
 Biến đổi điện áp từ xoay chiều 220V hoặc 110V thành dòng một chiều 24V cung
cấp cho các thiết bị điện tử.
 Dùng trong mạch ổn áp nhờ dòng, áp ổn định tránh sụt áp ảnh hưởng đến các thiết
bị trong mạch

Hình 2.6: Nguồn tổ ong 24V.
Thông số kỹ thuật:
 Điện áp đầu vào: AC 220V (Chân L và N).
 Điện áp đầu ra: DC 24V 5A (Chân dương V+, Chân Mass-GND: V-).
 VADJ: chiết áp điều chỉnh điện áp đầu ra
 Công suất 120W
 Điện áp ra điều chỉnh: +/-10%.
 Phạm vi điện áp đầu vào: 85 ~ 132VAC / 180 ~ 264VAC.
 Bảo vệ quá tải.
 Bảo vệ quá áp.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

12


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
 Bảo vệ nhiệt độ cao.
 Nhiệt độ hoạt động và độ ẩm: -10 ℃ ~ + 60 ℃, 20% ~ 90% RH.
 Nhiệt độ bảo quản, nhiệt độ: -20 ℃ ~ + 85 ℃, 10% ~ 95RH.
 Kích thước: 199 * 98 * 38mm.
 Trọng lượng: 0.52Kg.

 Bảo vệ cách ly quang học.
Sử dụng IC TB6600HQ/HG, dùng cho các loại động cơ bước: 42/57/86 2pha hoặc 4
dây có dòng tải là 4A/42VDC. Ứng dụng trong làm máy như CNC, Laser hay các máy tự
động khác.

Hình 2.8: Driver điều khiển động cơ bước.
Thông số kĩ thuật:
 Nguồn đầu vào là 9V - 42V.
 Dòng cấp tối đa là 4A.
 Ngõ vào có cách ly quang, tốc độ cao.
 Có tích hợp đo quá dòng quá áp.
 Cân nặng: 200G.
 Kích thước: 96 * 71 * 37mm.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

14