Điều khiển động cơ servo bằng visual basic 6.0

1.GIỚI THIỆU ENCODER

1.1.  Giới thiệu và phân loại

Encoder là tên gọi chung để chỉ các thiết bị mã hóa. Trong thực tế có rất nhiều loại và hình thức  encoder khác nhau. Thông thường, đối với các chuyển động quay, encoder dùng để quản lý vị trí góc của một điã quay, bánh xe, hay trục động cơ, hoặc bất kì thiết bị quay nào cần xác định góc của nó.

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.

Incremetal 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 thông 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 la incremetal encoder (encoder mã hóa gia tăng).

1.2.  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 không thể chiếu xuyên 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 không.

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.

1.3.  Độ phân giải của encoder

1.3.1.  Absolute encoder

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 không 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:

Hình 1 . Đĩa Encoder.

Ví dụ ở đĩa encoder có 2 vòng đĩa (hình trên). 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.

Nếu đĩa quay có 10 vòng lỗ thì ta sẽ quản lí được vị trí chính xác đến 1/2¹⁰ vòng (1/1024 vòng), hay còn gọi là dộ phân giải của encoder là 1024 xung trên vòng (pulse per revolution – ppr).

1.3.2.  Incremetal encoder

Lợi thế của encoder tuyệt đối thể hiễn rõ rệt trong trường hợp góc quay nhỏ và động cơ không 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 trục quay. Tuy nhiên, nếu động cơ quay nhiều vòng thì điều này không có lợi, bỏi 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 công 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 incremetal encoder một cách khá đơn giản. Vì vậy, incremetal được sử dụng nhiều trong những ứng dụng hiện đại.

Nguyên lý hoạt động của incremetal encoder: incremetal 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.

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 . Vòng quay Encoder với lỗ định vị.

Người ta đặt hai đèn led lệch nhau ở vòng lỗ hoặc sử dụng 2 vòng lỗ và 2 cảm

Hình 3 .Xác định chiều quay bằng cách sử dụng 2 vòng lỗ và 2 bộ cảm biến thu – phát.
biến thu phát để xác định chiều quay của động cơ.

2. CHIP DRIVER LMD18200

2.1. LMD18200

Hình 4 . Sơ đồ chân LMD18200

2.2. Sơ đồ kết nối điều khiển động cơ Servo DC với LMD18200

Hình 5 . Sơ đồ kết nối điều khiển động cơ

3. Phần Visual Basic 6.0 điều khiển động cơ servo

3.1. Giao diện VB

– Giới thiệu

– Giao diện chính

3.2. Code VB

4. Code arduino

Download code visual basic 6.0 và arduino

• Link Mega
• Link Dự phòng

Bài viết các bạn có thể tham khảo:

• Điều khiển động cơ bước bằng visual basic 6.0