Đề tài: Thiết kế máy tự động quấn dây cho stator động cơ BLDC

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH i
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 MSSV: 14141377
Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông. Mã ngành: 41
Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1
Khóa: 2014 Lớp: 1414DT1B.
I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY TỰ ĐỘNG QUẤN DÂY CHO
STATOR 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 ii
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 iii
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 iv
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 v
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 nguồn cấp 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 vi
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 vii
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 viii
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 ix
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 x
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 xi
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

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
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.

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.

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
thường
Động cơ điện một chiều
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
cổ góp
dễ bão dưỡng hoặc ít yêu
cầu bão dưỡng.

Phương pháp xác
định vị trí rotor
Tự động xác định bằng chổi than Sử dụng cảm biến vị trí:
phần tử Hall.
Phương pháp đổi
chiều
Đảo chiều điện áp nguồn (thường cấp
cho mạch kích từ)
Sắp xếp lại thứ tự của các
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.

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

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 vị trí 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 THIỆU PHẦN CỨNG
2.2.1. Vi điều khiển STM32F103C8T6
STM32F103C8T6 thuộc họ F1 với lõi là ARM COTEX M3. STM32F103 là Vi điều
khiển 32 bit, tốc độ tối đa là 72Mhz.
Một số ứng dụng chính: dùng cho driver để điều khiển ứng dụng, điều khiển ứng dụng
thông thường, thiết bị cầm tay, máy tính và thiết bị ngoại vi chơi game, GPS cơ bản, các
ứng dụng trong công nghiệp, thiết bị lập trình PLC, biến tần, máy in, máy quét, hệ thống
cảnh báo, thiết bị liên lạc nội bộ…
Sơ đồ nguyên lý và hình ảnh chip STM32F103C8T6.

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.

 Khoảng giá trị chuyển đổi từ 0 – 3.6V.
 Lấy mẫu nhiều kênh hoặc 1 kênh.
 Có cảm biến nhiệt độ nội.
 DMA: bộ chuyển đổi này giúp tăng tốc độ xử lý do không có sự can thiệp quá sâu
của CPU.
 7 kênh DMA.
 Hỗ trợ DMA cho ADC, I2C, SPI, UART.
 7 timer.
 3 timer 16 bit hỗ trợ các mode IC/OC/PWM.
 1 timer 16 bit hỗ trợ để điều khiển động cơ với các mode bảo vệ như ngắt input,
dead-time..
 2 watdog timer dùng để bảo vệ và kiểm tra lỗi.
 1 sysTick timer 24 bit đếm xuống dùng cho các ứng dụng như hàm Delay….
 Hỗ trợ 9 kênh giao tiếp bao gồm:
 2 bộ I2C (SMBus/PMBus).
 3 bộ USART (ISO 7816 interface, LIN, IrDA capability, modem control).
 2 SPIs (18 Mbit/s).
 1 be CAN interface (2.0B Active)
 USB 2.0 full-speed interface
 Kiểm tra lỗi CRC và 96-bit ID.
2.2.3. Giao Tiếp UART:
UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter có nghĩa là truyền
dữ liệu nối tiếp bất đồng bộ. UART là một mạch tích hợp được dùng trong truyền thông
nối tiếp (Serial communication) qua port nối tiếp của máy tính hay thiết bị ngoại vi. UART
lấy từng byte dữ liệu, chuyển dữ liệu từ song song sang nối tiếp và truyền tuần tự từng bit
riêng biệt lên kênh truyền nối tiếp. Tại phía nhận, một khối UART khác sẽ tập hợp những
bit nối tiếp nhận được lại thành các byte dữ liệu. Để làm được những việc như vậy, bên
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

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, RS-
485 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
tế, và dân dụng. Có thể coi chuẩn RS-485 là một phát triển của RS-232 trong việc truyền
dữ liệu nối tiếp. Những bộ chuyển đổi RS-232/RS-485 cho phép người dùng giao tiếp với
bất kỳ thiết bị mà sử dụng liên kết nối tiếp RS-232 thông qua RS-485. Liên kết RS-485
được hình thành cho việc thu nhận dữ liệu ở khoảng cách xa và điều khiển cho những ứng
dụng. Những đặc điểm nổi trội của RS-485 là nó có thể hỗ trợ một mạng lên tới 32 trạm
thu phát trên cùng một đường truyền, tốc độ baud có thể lên tới 115.200 cho một khoảng
cách là 4000feet (1200m).
Với kiểu truyền cân bằng và các dây được xoắn lại với nhau nên khi nhiễu xảy ra ở dây
này thì cũng xảy ra ở dây kia tức là hai dây cùng nhiễu giống nhau. Điều này làm cho điện

áp sai biệt giữa hai dây thay đổi không đáng kể nên tại nơi thu vẫn nhận được tín hiệu đúng
nhờ tính năng đặc biệt của bộ thu đã loại bỏ nhiễu. Liên kết RS-485 được sử dụng rất rộng
rãi trong công nghiệp, nơi mà môi trường nhiễu khá cao và sự tin tưởng vào tính ổn định
của hệ thống là điều quan trọng. Bên cạnh đó khả năng truyền thông qua khoảng cách xa ở
tốc độ cao cũng rất được quan tâm, đặc biệt là tại những nơi mà có nhiều trạm giao tiếp
được trải ra trên diện rộng.
c. Một số vấn đề liên quan đến chuẩn RS-485.
 Truyền dẫn cân bằng: Hệ thống truyền dẫn cân bằng gồm có hai dây tín hiệu A, B
nhưng không có dây mass, sở dĩ được gọi là cân bằng là do tín hiệu trên dây này ngược với
tín hiệu trên dây kia. Nghĩa là dây này đang phát mức cao thì dây kia phải đang phát mức
thấp và ngược lại.
 Mức tín hiệu: với hai dây A, B truyền dẫn cân bằng, tín hiệu mức cao TTL được
quy định khi áp của dây A lớn hơn dây B tối thiểu là 200mV, nếu điện áp VAB mà nằm
trong khoảng -200mV < VAB< 200mV thì tín hiệu lúc này được xem như là rơi vào vùng
bất định. Điện thế của mỗi dây tín hiệu so với mass bên phía thu phải nằm trong khoảng –
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

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
cấp để dùng làm điện áp tham chiếu.
 Điện trở đầu cuối: điện trở đầu cuối (Terminating Resistor) đơn giản là điện trở
được đặt tại hai điểm tận cùng kết thúc của đường truyền. Giá trị của điện trở đầu cuối lí
tưởng là bằng giá trị trở kháng đặc tính của đường dây xoắn, thường thì vào khoảng 100 -
120Ω.
 Nếu điện trở đầu cuối không phù hợp với giá trị trở kháng đặc tính của đường dây
thì nhiễu có thể xảy ra do có sự phản xạ xuất hiện trên đường truyền, nhiễu ở mức độ nhỏ
thì không sao nhưng nếu ở mức độ lớn thì có thể làm tín hiệu bị sai lệch. Sau đây là hình
minh họa dạng tín hiệu thu được khi dùng hai điện trở đầu cuối khác nhau.
 Phân cực đường truyền: khi mạng RS-485 ở trạng thái rảnh thì tất cả các khối thu
đều ở trạng thái lắng nghe đường truyền và tất cả khối phát đều ở trạng thái tổng trở cao
cách li với đường truyền. Lúc này trạng thái của đường truyền được xem là bất định.
 Nếu -200mV ≤ VAB ≤ 200mV thì trạng thái logic tại ngõ ra khối thu sẽ mang giá
trị của bit cuối cùng nhận được. Điều này không đảm bảo vì đường truyền rảnh trong truyền
dữ liệu nối tiếp đòi hỏi phải ở mức cao để khối thu không hiểu nhầm là có dữ liệu xuất hiện
trên đường truyền.
 Để duy trì trạng thái mức cao khi đường truyền rảnh thì việc phân cực đường truyền
(Biasing) phải được thực hiện. Một điện trở R kéo lên nguồn ở đường A và một điện trở R
kéo xuống mass ở đường B sao cho VAB ≥ 200mV sẽ ép đường truyền lên mức cao.
 Để đáp ứng nhu cầu truyền thông công nghiệp, người ta sử dụng chuẩn truyền thông
RS-485 khi cần tăng khoảng cách và tốc độ truyền thông (khoảng cách truyền thông tối đa
1.200m và vận tốc truyền lên đến 10Mbits/s). Nguyên nhân mà RS-485 có thể tăng tốc độ
và khoảng cách truyền thông là do RS-485 sử dụng phương pháp truyền 2 dây vi sai (vì 2

dây có đặc tính giống nhau, tín hiệu truyền đi là hiệu số điện áp giữa 2 dây do đó loại trừ
được nhiễu chung). Mặt khác do chuẩn truyền thông RS-232 không cho phép có hơn 2 thiết
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.

 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.
 Tiêu chuẩn an toàn đáp ứng các yêu cầu của UL1012.
2.2.5. Động cơ bước
Động cơ bước có thể quy định chính xác số góc quay và động cơ bước sẽ phải quay,
thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các
xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của
rotor có khả năng cố định rotor vào các vị trí cần thiết, động cơ bước có thể quay bao nhiêu
độ tùy ý và mỗi lần quay nó sẽ quay được 1 bước, mỗi bước ở đây là bao nhiêu còn phụ
thuộc vào động cơ bước.
Hình 2.7: Động cơ bước.
Về hoạt động: động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo
từng bước nên có độ chính xác rất cao. Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử
đưa các tín hiệu điều khiển vào stator theo thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số góc
quay của rotor tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của
rotor phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi.
 Ưu điểm:
 Có thể điều khiển chính xác góc quay.

 Giá thành thấp.
 Nhược điểm:
 Về cơ bản dòng từ driver tới cuộn dây động cơ không thể tăng hoặc giảm trong lúc
hoạt động. Do đó, nếu bị quá tải động cơ sẽ bị trượt bước gây sai lệch trong điều khiển
2.2.6. Mạch Điều Khiển Động Cơ Bước TB6600
Chức năng:
 Điều khiển động cơ bước.
 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.

Bảng 2.2: Cài đặt cường độ dòng điện.
I(A) SW4 SW5 SW6
0.5 ON ON ON
1.0 ON OFF ON
1.5 ON ON OFF
2.0 ON OFF OFF
2.5 OFF ON ON
2.8 OFF OFF ON
3.0 OFF ON OFF
3.5 OFF OFF OFF
Bảng 2.3: Cài đặt vi bước cho driver.
Vi bước Số xung trên 1
vòng quay
S1 S2 S3
NC NC ON ON ON
1 200 ON ON OFF
2/A 400 ON OFF ON
2/B 400 OFF ON ON
4 800 ON OFF OFF
8 1600 OFF ON OFF
16 3200 OFF OFF ON
32 6400 OFF OFF OFF
2.2.7. Động cơ AC Servo (Megatorque Motor):
a. Tính năng:
 Truyền động trực tiếp: động cơ Megatorque được truyền tải trực tiếp mà không cần
sử dụng bộ giảm tốc cơ học, nên nó đạt được vị trí chính xác cao mà không bị phản ứng

ngược và mất chuyển động. Megatorque Motor là động cơ servo trang bị bộ dò vị trí để tạo
thành điều khiển vòng kín hoàn toàn.
 Độ chính xác cao: động cơ có độ phân giải cao có 819 200 xung / vòng này góp
phần vào độ lặp lại chính xác đặc biệt là ± 1,6 giây.
 Độ tin cậy cao: động cơ Megatorque là một động cơ không chổi than và không sử
dụng nam châm vĩnh cửu trong cấu trúc đơn giản của nó. Nó được trang bị ổ trục chính
xác và cứng, được đóng gói bằng mỡ bôi trơn, do đó mang lại độ tin cậy cao và hoạt động
lâu dài ít cần bảo trì.
Hình 2.9: Cấu tạo động cơ AC Servo.
b. Thông số kỹ thuật:
 Động cơ có phanh.
 Điện áp hoạt động: 110V-220V.
 Dòng tối đa: 6A.
 Nhiệt độ hoạt động: 0~400 C.

Hình 2.10: Sơ đồ mô tả kết nối thiết bị điều khiển Driver và động cơ AC Servo.
Hình 2.11: Hình minh họa các thành phần của bộ Driver.

(1) Đèn LED nguồn.
(2) LED 7 đoạn.
(3) CN1 (9 chân) Đầu nối cáp nối tiếp RS-232C.
(4) CN2 (50 chân) Điều khiển động cơ đầu vào / đầu ra tín hiệu (I / O) kết nối.
(5) CN3 (14 chân).
Đầu nối cáp Resolver Kết nối cáp motor.
(6) CN4 Đầu nối cáp động cơ.
(7) Thiết bị đầu cuối.
(8) (9) Nhãn.
(10) Màn hình.
(11) CN5 Cấp nguồn.
(12) Chỉ số sạc bộ khuếch đại công suất chỉ ra rằng tụ điện của nguồn bộ khuếch đại
điện áp.
c. Thông số kỹ thuật
 Chuẩn kết nối RS232.
 Nguồn cung cấp 220V±10%.
 Khối lượng: 3Kg.
 Điều kiện nhiệt độ làm việc: -20o
~70o
C.
 Chuẩn giao tiếp: không đồng bộ RS-232C, tôc dộ Baud: 9600b.p.s
 Tín hiệu ngõ ra vào I/O.
 Tín hiệu đầu vào: dừng khẩn cấp, bật servo, giới hạn vị trí ban đầu
 Tín hiệu đầu ra: tín hiệu sẵn sàng điều khiển, vị trí phanh…
2.2.8. Bộ lọc nhiễu:
Chức năng:
 Lọc các xung điện áp gây nhiễu các thiết bị, sử dụng cho các bộ nguồn xung, máy
hàn, UPS, Máy dệt, oscilloscopes, máy tính công nghiệp, bộ điều khiển, biến tần, driver
servo, driver step, và các thiết bị khác.

 Bộ lọc nhiễu đồng thời cũng lọc các sóng nhiễu sinh ra từ thiết bị quay ngược vào
hệ thống, sẽ giúp cho các thiết bị xung quanh hoạt động ổn định, chính xác, và tăng tuổi
thọ.
Hình 2.12: Bộ lọc nhiễm điện áp xoay chiều.
Thông số kỹ thuật Bộ lọc nguồn 1 pha:
 Dòng định mức: 10A.
 Điện áp lọc: sử dụng cho điện áp từ 110VAC hoặc 250VAC.
 Tần số hoạt động: 50/60Hz.
 Đấu nối bộ lọc nhiễu: 2 chân (1), (2) cấp nguồn 220V, chân (3), (4) đầu ra cấp nguồn
sau khi đã lọc xung nhiễu cho các thiết bị điện trong mạch.
2.2.9. Xi lanh
Chức năng: chuyển hóa năng lượng khí nén thành động năng cung cấp cho các chuyển
động.
Nguyên lý hoạt động: khi không khí được nén vào xilanh thông qua một đầu piston và
chiếm không gian bên trong xilanh và làm cho piston di chuyển, kéo theo xi lanh trượt đi
theo hướng trục của xilanh. Khi hết hành trình, xilanh lại đẩy khí nén ra ngoài tiếp tục vòng
tuần hoàn nhờ vậy đã sinh ra công, điều khiển thiết bị bên ngoài.

Hình 2.13: Hình ảnh Xi lanh.
2.2.10.Cảm biến hành trình xi lanh D-Z73
Hình 2.14: Cảm biến hành trình D-Z73.
Là loại cảm biến sử dụng chuyên cho các dòng xi lanh khí nén, xi lanh thủy lực của
hãng SMC, Cảm biến được sử dụng để báo hành trình ra vào của xi lanh, hành trình quay
theo góc của xi lanh xoay, dạng cảm biến này là cảm biến từ, nhận tín hiệu nam châm được
tích hợp trong cái xi lanh của SMC.
Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý cảm biến D-Z73.
Thông só kỹ thuật:
 Điện áp hoạt động: 24VDC

 Dãi dòng điện hoạt động: 5-40 mA.
 Trạng thái hiển thị hoạt động: led màu đỏ sáng.
2.2.9 Cảm biến quang EE-SX671
Cảm biến giới hạn dùng để phát hiện giới hạn hành trình của vật chuyển động, các vật
chắn ngang như giấy, kim loại…
Hình 2.16: Cảm biến quang EE-SX671.
 Loại cảm biến có tích hợp sẵn bộ khuếch đại, nút chuyển mạch giữa dark-ON và
light-ON.
 Tần số đáp ứng cao 1Khz.
 Loại cảm biến có đèn báo sự cố.
 Khoảng cách phát hiện: 5 mm (slot width)
 Ngõ ra loại NPN, Dark ON và light-ON.
 Connector: EE-1001, EE-1006, EE-1006A.
 Đối tượng phát hiện: Loại vật đục (chắn sáng) kích thước nhỏ nhất 2 × 0.8 mm min.
 Nguồn cung cấp: 5 to 24 VDC ±10%
Ngõ ra:
 NPN open collector: 5 to 24 VDC, 100 mA max.
 Dark-ON/Light-ON (phát hiện có vật thì kích ngõ ra / không có vật thì kích ngõ ra.
Chọn Light-ON bằng cách nối dây chân 2 với nguồn 24VDC).

Hình 2.17: Sơ đồ nguyên lý cảm biến quang EE-SX67.
Chân (1): Vcc
Chân (2): L
Chân (3): OUTPUT.
Chân (4): GND.
2.2.10 Thiết bị tác động điều khiển
a. MCB (Miniature Circuit Breaker)
Chức năng: đóng vai trò đảm bảo an toàn, đóng ngắt điện áp cung cấp cho toàn bộ hệ
thống.
Hình 2.18: Hình ảnh MCB.

 Dòng định mức: 20A.
 Điện Áp định mức: 400V AC.
 Công suất giới hạn (mức lớn nhất của dòng điện sự cố mà có thể an toàn): 4500A
b. Contactor
Chức năng: điều khiển động cơ, đóng cắt nguồn điện trong Công nghiệp, dân dụng, xây
dựng…
Hình 2.19: Hình ảnh Contactor.
c. Thông số kỹ thuật
 Contactor 3P loại NXC.
 Dòng tiếp điểm: 18A.
 Tiếp điểm phụ: 1NO+1NC.
 Điện áp định mức: 415VAC.
 Điện áp cuộn dây điều khiển AC: 220, 380V ...
 Số pha cực: 3P và 4P.
 Nhiệt độ hoạt động: -5ºC ~ +40ºC.
 Tiêu chuẩn bảo vệ: NXC-06M~38: IP20; NXC-40~100: IP10; NXC-120~630: IP00.

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
3.1. GIỚI THIỆU
Để thiết kế được máy, những người thực hiện đề tài đã phối hợp với Công ty Trách
nhiệm Hữu hạn Trí Việt để lên ý tưởng thiết kế cơ cấu cơ khí vận hành cho máy.
Từ kích thước của lõi sắt, những người thực hiện đã đặt ra các yêu cầu cho cơ cấu chấp
hành như sau:
 Lõi sắt có độ cao 7cm, nên thanh dẫn hướng theo phương thẳng đứng phải có hành
trình chuyển động khoảng 10cm.
 Ống dẫn dây đồng phải không làm trầy lớp cách điện bên ngoài dây đồng.
 Cơ cấu xoay lõi sắt phải xoay được 360 độ.
Hình 3.1: Hình ảnh mô phỏng máy quấn dây.
Từ những ý tưởng về cơ cấu chấp hành, những người thực hiện đã thống nhất phương
án cơ khí, từ đó có cái nhìn sơ lược về các loại động cơ, xilanh để có thể lựa chọn các thiết
bị điều khiển phù hợp nhất cho cơ cấu chấp hành.

3.2. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
Dựa trên cơ cấu chấp hành đã được bàn bạc và thống nhất, những người thực hiện đã
có những tìm hiểu và thiết kế nên một sơ đồ khối như sau:
Vi điều khiển
STM32F103C8T6
Cảm Biến
Giao diện máy
tính
Động cơ AC
Servo
Nút nhấn
Động cơ Bước
Xi lanh
Hình 3.2: Sơ đồ khối của máy tự động quấn dây.

Hình ảnh mô tả kết nối các thiết bị:
Hình 3.3: Hình ảnh mô tả kết nối các thiết bị.
3.2.2. Tính toán và thiết kế mạch
a. Thiết kế khối cảm biến
Do hệ thống có sử dụng động cơ bước để điều khiển chuyển động tịnh tiến và AC Servo
chuyển động quay cần giới hạn hành trình nên nhóm thực hiện đề tài quyết định lựa chọn
cảm biến quang EE-SX 671A với thông số như sau:
Dãi điện áp hoạt động từ 5-24V.
Đối tượng phát hiện: Loại vật đục (chắn sáng) kích thước nhỏ nhất 2 × 0.8 mm.
Đấu nối đơn giản (Chọn Light-ON bằng cách nối dây chân 2 với nguồn 24VDC).
Hình 3.4: Sơ đồ kết nối cảm biến D-Z73.
D-Z73
1
2
INPUT PLC
GND
Nâu
Xanh

Đối với xilanh dòng SMC nên ta chọn cảm biến Là loại cảm biến D-Z73 sử dụng chuyên
cho các dòng xi lanh khí nén, xi lanh thủy lực của hảng SMC với thông số như sau:
Điện áp hoạt động: 24VDC.
Dãi dòng điện hoạt động: 5-40 mA.
EE-SX671 24V
1
4
2
3
LOAD
Hình 3.5: Sơ đồ kết nối cảm biến quang.
Cảm biến được lựa chọn hoàn toàn phù hợp với yêu cầu chức năng và khối điều khiển
sử dụng nguồn 24V hiện tại.
Tóm lại, hệ thống gồm 4 cảm biến:
 2 cảm biến hành trình xi lanh D-Z73 để phát hiện hành trình, giới hạn trong chuyển
động của xilanh.
 2 cảm biến quang EE-SX 671A để giới hạn chuyển động của động cơ bước, và động
cơ AC Servo.
b. Thiết kế khối ngõ ra:
Với yêu cầu thiết kế mạch có thể điều khiển 1 động cơ bước, 1 động cơ AC Servo, 1
van xi lanh. Những người thực hiện đã chọn mạch ngõ ra có 8 kênh để có thể điều khiển
được hết các thiết bị trên máy. Ở đây nhóm chỉ trình bày cách thiết kế 1 kênh ngõ ra, các
kênh còn lại tương tự.

Mạch ngõ ra
OUT1
OUT2
OUT3
OUT4
OUT5
OUT6
OUT7
OUT8O8
O7
O6
O5
O4
O3
O2
O1
Hình 3.6: Sơ đồ khối mạch ngõ ra.
Các chân O1, O2, O3, O4, O5, O6, O7, O8 là các chân tín hiệu nhận từ vi điều khiển,
các chân OUT1, OUT2, OUT3, OUT4, OUT5, OUT6, OUT7, OUT8 là các chân tín hiệu
ngõ ra dùng để điều khiển các thiết bị.
Để có thể cách ly điện áp ở mạch xử lý và điện áp ở mạch ngõ ra. Chọn opto TLP-280
làm linh kiện cách ly.
Hình 3.7: Đồ thị thể hiện mối liên hệ giữa Ic và Vce trên opto TLP-280.
Chế độ hoạt động của TLP281 ở vùng bão hòa, suy ra
𝑉𝐶𝐶 = 3.3𝑉, 𝑉𝐹𝑚𝑎𝑥 = 1.3𝑉, 𝐼 𝐹𝑚𝑖𝑛 = 5𝑚𝐴
Để Opto hoạt động ở chế độ đóng cắt tốt hơn, chọn 𝐼 𝐹 = 6𝑚𝐴.
𝑅 𝑁1𝐴 =
3.3−1.3
0.006
= 333.33Ω (1)

Chọn 𝑅 𝑁1𝐴 = 330Ω.
Chọn MOSFET 50N06 làm linh kiện khuyếch đại tín hiệu ngõ ra. Vì MOSFET 50N06
có công suất hoạt động lên đến 130W.
Để MOSFET 50N06 có thể hoạt động ở chế độ đóng cắt thì 𝑉𝐺𝑆 = 10𝑉.
Với 𝐼 𝐹 = 6𝑚𝐴 chọn 𝐼 𝐶 = 4𝑚𝐴.
𝑅1 =
24−0.2−10
0.004
= 3450Ω. (2)
Chọn 𝑅1 = 3.3𝑘Ω.
Để hạn chế các xung gai làm hại tới MOSFET, dùng DO214AA mắc song song với cặp
chân G và S của MOSFET, DO214AA cắt xung vọt lố quá 12V.
Để chống dòng ngược từ các loại tải cảm có thể làm hư MOSFET, mắc song song Diode
1N4007 để chống dòng ngược.
Mắc cầu chì tự phục hồi 5A để bảo vệ quá dòng cho ngõ ra.
Sơ đồ nguyên lý cho một ngõ ra như sau:
Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý 1 kênh mạch ngõ ra.
c. Thiết kế khối ngõ vào:
Với yêu cầu thiết máy có 4 cảm biến và 2 nút nhấn như đã trình bày trong phần trên.
Những người thực hiện đã chọn mạch ngõ vào có 8 kênh, với 2 kênh dự trữ cho các nâng

cấp máy về sau. Ở đây nhóm chỉ trình bày cách thiết kế 1 kênh ngõ vào, các kênh còn lại
tương tự.
Mạch ngõ vào
I1
I2
I3
I4
I5
I6
I7
I8IN8
IN7
IN6
IN5
IN4
IN3
IN2
IN1
Hình 3.9: Sơ đồ khối mạch ngõ vào.
Các chân IN1, IN2, IN3, IN4, IN5, IN6, IN7, IN8 là các chân nhận tín hiệu từ cảm
biến, các chân I1, I2, I3, I4, I5, I6, I7, I8 là các chân tín hiệu truyền về vi điều khiển.
Để cách ly dòng điện của tín hiệu ngõ vào với khối xử lý, nhóm sử dụng opto
TLP280.
Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý mạch ngõ vào.
TLP hoạt động ở vùng bão hòa, nên:
𝐼 𝐹 = ±5𝑚𝐴, 𝑉𝐹 = 1.15𝑉, 𝑉𝑐𝑐 = 24𝑉
𝑉𝐹 = 1.15𝑉 ⇒ {
𝑉𝑅35 = 1.15𝑉
𝑉𝑅33 = 22.85𝑉
     5 , 1.15V, 0.2F sat F sat C sat
I mA V V V   

33 33
33 3
3535
35
32
35
22.85
1.15
5
R R
RF R
F
V V
R R
VI I I
R
R
R
  
 
 

(3)
Chọn 𝑅35 = 1𝑘Ω ⇒ 𝑅33 = 3.715𝑘Ω.
Chọn 𝑅33 = 3.3𝑘Ω.
d. Thiết kết khối vi xử lý:
Trong đề tài này, những người thực hiện chọn vi xử lý STM32F103C8T6 vì dòng
chip này cho tốc độ hoạt động cao, ổn định, giá thành rẻ.
Mạch sử dụng thạch anh ngoài 8Mhz mắc tại chân 5, 6 theo hướng dẫn của nhà sản
xuất.
Để chip xử lý có thể hoạt động ổ định, cần mắc song song tụ 10uF và 100nF vào các
cập chân nguồn trên chip, cặp tụ sẽ làm nhiệm vụ lọc các tín hiệu nhiễu trên nguồn cung
cấp cho chip để giúp chip hoạt động ổn định hơn.
Mạch cần có một cổng để nạp chương trình, một đèn LED báo trạng thái.
Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý mạch vi điều khiển STM32F103C8T6.

e. Khối nguồn:
Khối nguồn: được sự định hướng của ban giám đốc, nhóm thực hiện đã sử dụng sơ đồ
nguyên lý mạch nguồn cách ly cho thiết kế board PCB. Vì sự tôn trọng tính bản quyền
nghiên cứu của công ty, những người thực hiện đề tài xin phép không trình bày cụ thể ở
nội dung này, thay vào đó nhóm sẽ giải thích các thành phần và chức năng bằng sơ đồ khối.
Bảo vệ
ngõ vào
Nguồn
DC 24V
Lọc nguồn
Cách ly DC-
DC
(24V sang 5V)
Ổn áp Nguồn 3.3v
Hình 3.12: Sơ đồ khối nguồn.
 Khối bảo vệ ngõ vào: có chức năng bảo vệ mạch khỏi các sự cố như: quá điện áp
ngõ vào, ngược chiều nguồn điện, nối đất vỏ thiết bị,…
 Khối lọc nguồn: có chức năng lọc các tín hiệu nhiễu trên nguồn, ổn định điện áp
nguồn ngõ vào.
 Khối cách ly DC-DC: khối có chức năng tạo một dòng điện một chiều cách ly với
nguồn điện một chiều phía trước.
 Khối ổn áp: có chức năng ổn định điện áp một chiều cho ngõ ra là 3.3V cung cấp
cho vi xử lý hoạt động.
3.2.3. Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch:
a. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch bộ điều khiển:

b. Sơ đồ bố trí:
Sơ đồ nối dây các thiết bị trong tủ điện:
ADAPTER
24VDC
DRIVER
AC
SERVO
S1
L
N
K
CB
sensor
driver M2
input
output
L1 L2
M2
V+ v-
Mạch
Điều
khiển
NOISE
FILTER
Hình 3.13: Sơ đồ nối dây các thiết bị trong tủ điện.

Bảng 3.1: Các ngõ vào được sử dụng.
Ngõ vào Địa chỉ Chức năng
Nút nhấn Start I6 Cho phép quấn
Nút nhấn Stop I5 Tạm dừng hệ thống
Cảm biến Xi lanh lên I3 Phát hiện xi lanh có đi lên
Cảm biến Xi lanh xuống I2 Phát hiện xi lanh đi xuống
Cảm biến quang cho động cơ bước I1 Đặt vị trí ban đầu cho động cơ bước
Cảm biến quang cho AC Servo I4 Đặt vị trí ban đầu cho động cơ AC Servo
Bảng 3.2: Các ngõ ra được sử dụng.
Ngõ ra Địa chỉ Chức năng
AC Servo O4 Băm xung động cơ quay tiến.
O5 Băm xung động cơ quay lùi.
Xi lanh O3 Điều khiển ống dẫn dây chuyển động lên xuống.
Động cơ Bước O8 Điều khiển số bước của động cơ.
O7 Điều khiển chiều quay của động cơ.

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG
Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG
4.1. GIỚI THIỆU
Sau quá trình tính toán và thiết kế chọn thiết bị, nhóm thực hịên đề tài tiến hành mô
phỏng, lắp ráp mô hình phần cứng của hệ thống.
4.2. THI CÔNG HỆ THỐNG
4.2.1. Thi công board mạch
Dựa vào sơ đồ nguyên 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.

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 viện chân 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:

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.

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.

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.

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.

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.

Hình 4.10: Lớp dưới của board mạch.
Hình 4.11: Hình mô phỏng mặt trên board mạch khi chưa có linh kiện.

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.

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
1 Tụ 100nF_0603_25VCE
C9, C10,
C12, C15,
C18, C19,
C20, C30,
C31 100nF
2 Tụ 10uF_0603_16VCE
C11, C13,
C14, C16,
C17, C21 10uF
3 Tụ 100nF_0805_50V
C22, C27,
C29, C32 100nF
4 Tụ Nhôm 100uF_D6L8_35VAL C23 100uF

5 Tụ 1nF_1206_2KVCE C24, C25 1nF
8 Tụ Nhôm 22uF_1206_16VTA C33 22uF
9 Tụ 1nF_0603_50V C34, C35 1nF
10 Tụ 1nF_0603_25V
C36, C37,
C38, C39,
C40, C41,
C42, C43 1nF
11 Diode 1N4007
D2, D3,
D6, D7,
D17, D18,
D22, D23 1N4007
12 SMBJ SMBJ12CA_DO214AA
D4, D5,
D8, D9,
D20, D21,
D24, D25 SMBJ12CA
13 LED LED-GREEN_3mm D26 LED-Green
14 SMBJ SMBJ6.8CA_DO214AA
D27, D28,
D29 SMBJ6.8CA
15 Tụ SS34_DO214AC D30, D31 SS34
16 SMBJ SMBJ06CA_DO214AA D32 SMBJ06CA
17 SMBJ
5.0SMDJ28CA_DO214A
B D33 5.0SMDJ28CA
18
DELUS
WB2405P-
8W WB2405P-8W_DCDC DC1 WB2405P-8W
19 Cầu Chì PTC 30V/5A
F1, F2, F3,
F4, F5, F6,
F7, F8
PTC
3V/5A
20 Cầu Chì JK250-120U F9, F10 JK250-120U
21 Cầu Chì PTC1A_1812_30V F11 PTC1A

22 Cầu Chì PTC2A_1812_30V F12 PTC2A
23
Quad
Optocoupler TLP281-4 IC1, IC2 TLP281
24 DC-DC B0505S_DIP_1WR2 IC3 B0505S_DIP_1WR2
25 IC Giao tiếp ADM2483_SOIC16W IC4
ADM2483_SOIC16
W
26Single Optocoupler PC817_SOIC4 IC5, IC6 PC817
27
Quad
Optocoupler TLP280-4 IC7, IC8 TLP28
28
Inductor
Common
Mode 7G09B-150M-R_15uH L1 7G09B
29
Green LED
Array x8 Color LD1, LD2 Led-8
30
MOSFET N-
CH 30V 3A
SOT23-3 SUD50N06
Q1, Q2,
Q3, Q4,
Q5, Q6,
Q7, Q8 SUD50N06
31
N-Channel
MOSFET SI2300_SOT23 Q9 SI2300
32 Điện trở 3k3_0603_5%
R1, R2,
R5, R6,
R9, R10,
R13, R14 3k3
33 Điện trở 4k7_0603_5%
R3, R4,
R7, R8,
R11, R12,
R15, R16,
R20, R22,
R25, R30 4k7
34 Điện trở 330R_0603_5%
R17, R27,
R32 330R
35 Điện trở 10K_0603_5%
R18, R19,
R21, R26 10K

36 Điện trở 1M_1206_5%
R23, R24,
R29 1M
37 Điện trở 10R_0603_5% R28 10R
38 Điện trở 1K_0603_5% R31 1K
39 Điện trở 3k3_1206_5%
R33, R34,
R37, R38,
R41, R42,
R45, R46 3k3
40 Điện trở 1k_0805_5%
R35, R36,
R39, R40,
R43, R44,
R47, R48 1k
41 Điện trở nối 4 330R
RN1, RN2,
RN6, RN8 330R
42 Điện trở nối 4 4K7
RN3, RN4,
RN5, RN7 4K7
43 GDT 3SPC090F_90V SA1 3SPC0
44
STM32
F103C8T6
STM32F103C8T6-
LQFP48 U1 STM32
45 LM1117
AMS1117-3V3_SOT223-
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.

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).

Bảng 4.2: Danh sách các thiết bị.
STT Tên thiết bị điện Điện áp
hoạt động
Dòng điện
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
TB6600
9-24VDC 4A
 Sắp xếp bố trí thiết bị trong tủ điện.

MCB
Bộ lọc
nhiễu
Domino
Contactor
Mạch điều
khiển
Driver
điều
khiển
động cơ
bước
Driver điều
khiển AC
Servo
Nguồn tổ ong 24V
Mángđidâyđiện
Driver điều
khiển AC
Servo
50cm
70cm
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.

Hình 4.18: Tủ điện sau khi đã hoàn thiện.
Sau khi đã hoàn thành lắp ráp tủ tiến hành kiểm tra.

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:

Vị trí
xilanh
Vị trí
mâm
xoay
Vị trí động
cơ bước
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.

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.

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
Val= 1
Val= 2
Val= 3
Val= 4
Bắt Đầu
Quấn
Sữa chữa
Chỉnh
góc
lưu
sai
Đúng
sai
sai
sai
Đúng
Đúng
Đúng
Kết thúc
Hình 4.25: Lưu đồ giải thuật của chương trình chính.

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
Kết thúc
Cho cánh tay Step về vị trí cảm biến
Cho mâm xoay về vị trí cảm biến
Hình 4.26: Lưu đồ trở về vị trí ban đầu.

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
Tách lấy bước dây và số vòng
Kết thúc
Nhận lệnh
Quấn 6 cuộn
Hình 4.27: Lưu đồ chương trình bắt đầu quấn.

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
Kết thúc
i>6
i++
Đúng
Sai
Trở về vị trí ban đầu
Quấn cuộn i
Hình 4.28: Lưu đồ Chương trình con quấn 6 cuộn.

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
Kết thúc
Đặt vị trí
Cách quấn
Móc dây
Hình 4.29: Lưu đồ quấn 1 cuộn.

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
Quân số vòng dây thiếu
Kết thúc
i=>5
i++
Đúng
Sai
Cách Quấn 1 lớp
Hình 4.30: Lưu đồ chương trình CachQuan.

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);

Lưu đồ cách quấn 1 lớp:
I=0
Đảo chiều quấn
J=0
ARM1=ARM1+ Chieu*buoday
MayQuanDay1_Handle
J>a
J++
I++
Kết thúc
I>2
Sai
Đúng
Đúng
Sai
Kết thúc
Hình 4.31: Lưu đồ cách quấn 1 lớp.

Chương trình MayQuanDay1_Handle() có chức năng định vị trí quấn và quấn 1 vòng.
Bắt đầu
Định vị trí quấn.
Kết thúc
Quấn 1 vòng
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.

Bắt đầu
Tách lấy góc mới.
Kết thúc
Nhận lệnh
Quay động cơ sang góc mới
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.

Bắt đầu
Tách lấy góc mới.
Kết thúc
Nhận lệnh
Lưu vào các biến chứa góc quấn.
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.

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

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 FileArduino) và chọn Next để bắt đầu quá trình cài đặt.

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.

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:

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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
Cọc sắt thứ nhất
Ống dẫn dây
Mâm xoay
Hình 4.56: Vị trí các thiết bị trong cơ cấu quấn.

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 Emo để 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

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.

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.
5.1KẾT 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.

Hình 5.1: Khung máy sau khi hoàn thành.

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.

Hình 5.3: Lõi sắt sau khi được quấn hoàn thiện.
5.2ĐÁNH 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.

Đề tài: Thiết kế máy tự động quấn dây cho stator động cơ BLDC

Đề tài: Thiết kế máy tự động quấn dây cho stator động cơ BLDC

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Đề tài: Thiết kế máy tự động quấn dây cho stator động cơ BLDC

Similar to Đề tài: Thiết kế máy tự động quấn dây cho stator động cơ BLDC (20)

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Đề tài: Thiết kế máy tự động quấn dây cho stator động cơ BLDC