فصل اول
مقدمه:
همان طوری که در قسمت چکیده درباره پروژه صحبت شد اما برای آشنایی با فصا سخت افزاری پروژه به این نتیجه رسیدم که در ابتدا بلوک دیاگرام سخت افزاری پروژه را با هم ببینیم . طبق بلوک دیاگرام نقش برجسته این پروژه را میکرو بر عهده دارداین قطعه درعین - حال که باید پالس ارسالی از سوی سوئیچ شکافدار نوری را بشمارد باید کلید فشار داده شده ورودی را شناسایی کند و همچنین ورودی مبدل دیجیتال به آنالوگ را تامین کند و همچنین وظیفه ارسال اطلا عات را به LCD انجام می دهد به طور کلی قلب تپنده این پروژه میکرو می باشد در ادامه به همه قطعات سخت افزاری پرداخته خواهد شد.
بلوک دیاگرام پروژه:
شکل1-1 بلوک دیاگرام پروژه
(شکل در فایل اصلی موجود است)
فصل دوم
2-1) خلاصه از عملکرد ماشینهای جریان مستقیم
قبل از وارد شدن به بحث موتورهای DC ابتدا خلاصه از عملکرد ماشینهای جریان مستقیم شرح داده می شود .
ماشینهای الکتریکی عمل تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی و برعکس را بر عهده دارند که این تبدیلات انرژی را تبدیل انرژی الکترو مکانیکی گویند .
بطور کلی ماشینهای الکتریکی به دو صورت موتورها و مولدها دسته بندی می شوند که موتور الکتریکی انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی و مولد الکتریکی انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند و همچنین ماشینهای الکتریکی به درصورت DC,AC وجود دارند که هریک موارد کاربردی خاص و اصول عملکرد مخصوص خود را دارند .
2-2) بحث ساختمان ماشینهای الکتریکی
ماشینهای الکتریکی از دو قسمت اصلی تشکیل شده اند:
1) روتور یا قسمت دوار یا متحرک که آزادانه حرکت می کند و بخش درونی ماشین را تشکیل می دهد .
2) استاتور یا قسمت ساکن که بخش بیرونی یا خارجی ماشین را تشکیل می دهد .
هر دو قسمت روتور و استاتور از مواد فرومغناطیس ساخته می شوند استفاده از هسته فرومغناطیس باعث می گردد که چگالی شار بیشتری به وجود آید و لذا اندازه وحجم ماشین کوچکتر می شود به طور کلی دو نوع سیم پیچ در ماشین وجود دارد سیم پیچی که میدان مغناطیسی و شاراصلی را به وجود می آورد و به آن سیم پیچی تحریک یا سیم پیچی میدان گفته می شود و سیم پیچی که در آن ولتاژ القاء می گردد و به آن سیم پیچی آرمیچر گفته می شود.
بحث را درحول و حوش ماشینهای جریان مستقیم محدود می کنم.
کاربرد ماشینهای DC در صنعت تقریبا" زیاد می باشد چون در این پروژه از موتور DC استفاده شده به بعضی کاربردها موتور DC اشاره می شود موتور DC به دلیل امکان کنترل سرعت در صنایع به کار می رود و همچنین در سیستمهای حمل ونقل مانند مترو و تراموای از این موتورها استفاده می شود.
3-2 نحوه ایجاد گشتاور در موتور DC.
همانطوری که می دانید که اگربه سیم حامل جریان در میدان مغناطیسی نیرو وارد گردد و اگر سیم ثابت نباشد به حرکت درخواهد آمد و حال اگر به جای یک سیم از یک کلاف استفاده کنیم و آن را طوری بین قطبهای میدان قرار دهیم که بتواند حول محورش آزادانه دوران نماید با عبور جریان از داخل کلاف به بازوها نیرو دارد شده وکلاف حول محور خود خواهد چرخد.
مقدار گشتاور ایجاد شده دریک کلاف شامل Z هادی از رابطه زیر قابل محاسبه می باشد
T=ZILBRsinα
که طبق رابطه فوق گشتاور ایجاد شده با1- چگالی خطوط 2- جریان کلاف 3- تعداد هادیها کلاف4- طول مؤثر هادی 5- سینوس زاویه بین هادی و جهت قوای میدان رابطه مستقیم دارد.
موتورهای الکتریکی جریان مستقیم با قدرتهای مختلف ساخته می شوند و قدرت آنها از چند میلی وات تا چند صد کیلو وات متغیر می باشد از موتورها با قدرت پایین در مصارف صنعتی مانند ابزار دقیق و ابزارهای پزشکی استفاده می شود.
دلیل توسعه موتورهای مستقیم این است که در ابتدا ولتاژهای متناوب وجود نداشتند اما با پیدایش موتورهای جریان متناوب استفاده از موتورهای جریان مستقیم کاهش یافت اما باز هم موتورهای جریان مستقیم در صنعت استفاده می شود مخصوصا" در مواردی که نیاز به کنترل سرعت دقیق و یا گشتاور راه اندازی زیاد است استفاده می شود اما یکی دیگر از دلایل کاهش استفاده از موتورهای DC هزینه ساخت و نگهداری بالای آنها می باشد.
4-2 )انواع موتورهای DC
موتورهای جریان مستقیم نیز با توجه به نوع قرار گرفتن سیم پیچهای تحریک به دسته های مختلف تقسیم می شوند.
موتور با تحریک مستقل
موتور با تحریک موازی
موتور با تحریک سری
موتور با تحریک مختلط یا کمپوند
با توجه به نوع تحریک موتورهای جریان مستقیم دارای مشخصات متفاوت می باشند که از پارامترهای مهم در موتورهای جریان مستقیم دور موتور و گشتاور آن می باشد در مشخصه گشتاور و دور فقط پارامترها مکانیکی موتور یعنی گشتاور و دور وجود دارد ویژگیهای کاربردی موتورهای DC با استفاده از این مشخصه تعیین می گردد.
موتور DC اغلب در سیستمهای کنترلی که مقدار قابل ملاحظه ای توان در محور لازم دارند بکار می رود .
موتورهای DC میدانهای تحریک مجزای دارند آنها یا با آرمیچر کنترل می شوند و میدان ثابت دارند یا با میدان کنترل می شوند و جریان آرمیچر ثابت دارند در اینجا به بررسی این دو نوع می پردازیم.
1-4-2 ) موتورهای DC کنترل شونده با آرمیچر
سرعت یک موتور DC کنترل شونده با آرمیچر بوسیله ولتاژ ea کنترل می شود ولتاژآرمیچرea نیز به وسیله ی یک تقویت کننده تأمین می گردد معادله ی دیفرانسیل مدار آرمیچر چنین است.
جریان آرمیچر گشتاور نیرویی تولید می کند که برلختی واصطحکاک غلبه می کند ، از این رو
شکل( 1-2 ) موتورdc کنترل شونده با آرمیچر
2-4-2)موتور های dc کنترل شونده با میدان
نمودار طرحوار یک موتور DC کنترل شونده با میدان در شکل زیر نشان داده می شود.
شکل (2- 2 ) موتورdc کنترل شونده بامیدان
سیستم کنترل کننده ، ولتاژ میدان ef است جریان آرمیچر ia ثابت نگه داشته می شود این عمل را می توان با اعمال یک منبع ولتاژ ثابت به آرمیچر و قرار دادن یک مقاومت بسیار بزرگ بطور متوالی با آرمیچر انجام داد اگر افت ولتاژ در این مقاومت در مقایسه با ولتاژ ضد محرک الکتریکی القاء شده بوسیله چرخش سیم پیچهای آرمیچر در میدان مغناطیسی زیاد باشد اثر ولتاژ ضد محرک الکتریکی کم خواهد بود در آن صورت جریان آرمیچر را می توان تقریبا" ثابت در نظر گرفت بازدهی موتور در چنین حالتی الزاما" کم است بعلت وجود ولتاژ ضد محرک الکتریکی در مدار آرمیچر ثابت نگه داشتن جریان آرمیچر بسیار مشکلتر از ثابت نگاه داشتن جریان میدان است . تابع تبدیل سیستم به کمک نمودار بلوکی بالا چنین بدست می آید.
3-4-2) مقایسه عملکرد موتورهای DC کنترل شونده با آرمیچر با موتورهای کنترل شونده با میدان
در موتورهای کنترل شونده با میدان نیاز به منبع جریان ثابت می باشد که فراهم کردن منبع جریان ثابت به مراتب مشکلتر از فراهم کردن منبع ولتاژ ثابت است. عمل کنترل با میدان در مقایسه با عمل کنترل با آرمیچر در موتورهای DC چند عیب دارد.
در موتورهای DC کنترل شونده با آرمیچر ولتاژ ضد محرک الکتریکی مانند یک میراکن عمل می کند در صورتی که در موتور DCکنترل شونده با میدان چنین نیست. میرایی لازم باید بوسیله ی موتور و بار فراهم آید و نیز بعلت بازدهی کم موتور DC کنترل شونده با میدان گرما تولید شده در آرمیچر ممکن است مسئله ساز باشد.
ثابت زمانی موتورهای DC کنترل شونده با میدان از ثابت زمانی موتورهای DC کنترل شونده با آرمیچر متناظر معمولا" بزرگتر می باشد اما در بررسی کار موتورهای DC کنترل شونده با آرمیچر نباید ثابت زمانی تقویت کننده توان آنها را از نظر دور داشت.
5-2) موتور مورداستفاده دراین پروژه
در این پروژه از یک موتور 1.5V-12V-DC استفاده شده است که بصورت چپگر در راستگرد کار می کند rpm این موتور بصورت جدول زیر می باشد.
و مقدار ثابت زمانی موتور بصورت تجربی 0.05 لحاظ می گردد.
(جدول در فایل اصلی موجود است)
جدول (1-1) rpm موتور درولتاژها مختلف
6-2)سوئیچ شکافدار نوری Slotted Optical Switch
برای سنجش سرعت موتور یا تعداد دور موتور باید از وسیله نظیر تاکو ژنراتور استفاده می شد از آنجایی که قیمت این وسایل زیاد بود از یک سنسور نوری شکافدار استفاده گردید این سیستم تقریبا" مانند یک اپتوکوپلر عمل می کند با توجه به شکل زیر سیستم با عبور نور همواره اشباع بوده و در حالت قطع نور به مقدار VCC خود می رسد بدین صورت با قراردادن یک پروانه روی شفت موتور می توانیم با ایجاد پالسهایی روی خروجی موتور تعداد دور آن را تشخیص دهیم.
مشخصات این سیستم به همراه دیگر جزئیات آن در ضمیمه موجود است باید توجه داشت که تعداد پالس نشان داده شده در خروجی ما باید تقسیم بر 2 می شود
شکل 2-3شماتیک یک سوئیچ شکافدار
فصل سوم
1-3 ) مختصری از تاریخچه 8051
قبل از وارد شدن به بحث سخت افزاری میکروAT89C51 ابتدا مختصری از تاریخچه 8051 ارائه می شود.
در سال 1981 شرکت Intel میکرو کنترلری به نام 8051 به بازار عرضه کرد این میکرو کنترلر دارای 128 بایت RAM ، 4k بایت ROM، دو تایمر ، یک پورت سریال و چهار پورت موازی (هریک 8 بیت) بود که همه آنها در یک تراشه جمع شده اند 8051 کلا" دارای 4 (چهار) پورت I/O با عرض 8 بیت دارد اگر چه 8051 می تواند حداکثر 64K حافظه ROM داشته باشد اما بسیاری فقط از 4K بایت آن استفاده می کنند از دیگر اعضاء خانواده 8051 می توان به 8052،8031 اشاره نمود میکرو 8052 عضو دیگری از خانواده 8051 است این کنترلر همه ویژگیها و امکانات 8051 را در خودش دارد وتفاوت آن با 8051 در این است که 8052 دارای 256 بایت RAM ودو تایمر می باشد و همچنین 8052 به جای 4K، دارای 8K حافظه ROM را دارا می باشد میکرو 8031 از دیگر اعضاء خانواده تراشه 8041 می باشد این تراشه فاقد ROM می باشد برای استفاده ازاین تراشه باید یک ROM خارجی به آن اضافه نمود خوبی این کار است که ROM متصل به 8031 می تواند تا 64K بایت برنامه ریزی شود.
با توجه به اینکه 8051 معروفترین عضو خانواده 8051 است ولی نمی توان تراشه ای با شماره 8051 ملاحظه کرد چون 8051 با حافظه متفاوتی همانند UV-EPROM،حافظه سریع ، NV-RAM در دسترس است که هر یک دارای شماره متفاوتی می باشند. نوع ROM سریع بوسیله کمپانی های متعدد از جمله Atmel به بازار آمده است و8051 نوع سریع از شرکت Atmel است که AT89C51خوانده می شود.
AT 89C51 ( 3-2از شرکت Atmel
این تراشه 8051 رایج دارای ROM سریع می باشد این تراشه برای طراحی های سریع مطلوب می باشد.
به خاطر اینکه حافظه سریع می تواند طی چند ثانیه ، در مقایسه 20 دقیقه لازم برای دیگر حافظه ها پاک شود.
به همین دلیل AT89C51 بکار برده می شود تا هنگام پاک کردن تراشه وقتی تلف نشود هنگام استفاده از AT89C51 برای ساخت سیستم های مبتنی بر میکروکنترلربه سوزاننده یا برنامه ریز ROM سریع نیاز داریم . حرف "C" قبل از51 به معنی Cmos است .