Chương 3. Giao diện hệ thống, thiết bị và hệ thống điều khiển

3.3 Các tín hiệu đầu ra của hệ cơ điện tử

Bộ biến đổi số-tương tự

Lệnh đầu ra của bộ vi điều khiển là một giá trị nhị phân dưới dạng bit, byte (8 bit) hoặc từ (16 bit). Tín hiệu số được biến đổi thành tín hiệu tương tự bằng cách dùng bộ biến đổi số-tương tự (DCA – Digital-to-Analog Converter). Chúng ta hãy xem xét việc biến đổi một giá trị 8 bit thành mức điện áp trong khoảng từ 0 đến 12 V. Bit có trọng số cao nhất của giá trị nhị phân được biến đổi (số thập phân 128) sẽ tạo ra giá trị tương tự bằng một nửa giá trị đầu vào lớn nhất là 6 V. Số tiếp theo sinh ra thêm ¼ tương đương với 3 V, kế đó là thêm 1/8, v.v… Tổng tất cả các giá trị đầu ra đã được cân chỉnh này tương ứng với điện áp tương tự thích hợp. Như đã nêu ở phần trước, giá trị điện áp tối đa của dải là không thể đạt được bởi vì giá trị lớn nhất được sinh ra là 255/256 của

HÌNH 3.7 Đầu ra bước của DAC

HÌNH 3.8 Điều biến độ rộng xung

12V tương đương với 11.953125 V. Độ mịn của tín hiệu phụ thuộc vào số lượng bit DAC chấp nhận và dải đầu ra yêu cầu. Hình 3.7 minh họa hàm bước đã được đơn giản hoá bằng cách dùng đầu vào nhị phân một byte và đầu ra tương tự 12 V.

Đầu ra Cơ cấu chấp hành

Giống như bộ cảm biến, cơ cấu chấp hành đã được giới thiệu lần đầu ở phần trước và sẽ được mô tả chi tiết trong chương tiếp theo của cuốn sách này. Ba cơ cấu chấp hành thông thường được xem xét ở phần này là bộ ngắt mạch, nam châm điện có lõi dài, và động cơ. Bộ ngắt mạch là thiết bị trạng thái đơn giản để điều khiển một hoạt động nào đó như bật, tắt lò sưởi. Các loại ngắt mạch bao gồm các rơ-le và các thiết bị ngắt liền khối như đi-ốt, thryisto, tranzito lưỡng cực, tranzito trường (FET và MOSFET). Bộ ngắt mạch có thể được kết hợp với bộ cảm biến, giúp bật, tắt toàn bộ hoặc một chức năng của bộ cảm biến.

Nam châm điện có lõi dài là thiết bị bao gồm lõi sắt chuyển động được. Lõi sắt này được kích hoạt bởi một dòng điện. Sự chuyển động của nó giúp điều khiển dòng thuỷ lực hoặc khí nén. Thiết bị này được ứng dụng rất nhiều trong các hệ thống phanh, trong công nghiệp chất lỏng. Chương sau sẽ giới thiệu cụ thể hơn về cơ cấu chấp hành loại nam châm điện có lõi dài. Động cơ là loại cơ cấu chấp hành cuối cùng sẽ được tóm tắt ở phần này. Dạng cơ cấu chấp hành này có ba loại chính: dòng điện một chiều (DC), dòng điện xoay chiều (AC), và động cơ bước. Động cơ DC có thể được điều khiển bởi điện áp DC cố định hoặc bởi tín hiệu điều chế độ rộng xung (PWM). Trong tín hiệu điều chế độ rộng xung như thấy ở hình 3.8, điện áp lần lượt được bật, tắt khi thay đổi (điều chế) độ rộng của tín hiệu thời gian bật hoặc chu kỳ làm việc. Nhìn chung động cơ AC rẻ hơn động cơ DC nhưng đòi hỏi điều khiển tần số để điều khiển tốc độ quay. Động cơ bước chuyển động bằng cách quay một số độ nhất định để đáp ứng một xung đầu vào.