điều khiển quang báo bằng hồng ngoại

Đồ án “Điều khiển quang báo bằng hồng ngoại”. 1 Nhận xét của Giáo Viên hướng dẫn: ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ……………………………………………………………… 2 Nhận xét của Giáo Viên phản biện: ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… ……………………………………………………………… 3 Mục lục: Lời nói đầu 7 Chương I: Lý thuyết. 1.1 Hệ thống điều khiển từ xa 8 1.1.1 Giới thiệu 8 1.1.1.1 Một số vấn đề cơ bản trong hệ thống điều khiển từ xa 8 1.1.1.2 Các phương pháp mã hóa trong điều khiển từ xa 9 1.1.1.3 Sơ đồ khối của một hệ thống điều khiền từ xa 9 1.1.2 Các phương pháp điều chế tín hiệu trong hệ thống điều khiển từ xa 10 1.1.2.1 Điều chế biên độ xung (PAM) 10 1.1.2.2 Điều chế độ rộng xung 11 1.1.2.3 Điều chế vị trí xung (PPM) 11 1.1.2.4 Điều chế mã xung 11 1.1.3. Khái niệm về tia hồng ngoại và nguồn hồng ngoại 12 1.1.4 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại 12 1.1.4.1 Máy phát 12 1.1.4.2 Máy thu 14 1.1.5 Cấu tạo chức năng IC 15 1.1.5.1 IC HEF 4013 15 1.1.5.2 IC điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại SZ9418, SZ9150 15 1.2 Hệ thống quang báo 23 1.2.1Vi điều khiển 23 1.2.1.1 Giới thiệu họ vi điều khiển 23 1.2.1.2 Sơ đồ và chức năng các chân 23 1.2.1.3 Tổ chức bộ nhớ 24 1.2.1.4 Phần mềm lập trình vi điều khiển MCS-51 26 1.2.2 LED Matrix 26 1.2.2.1 Hình dạng và cấu tạo của LED 26 1.2.2.2 Nguyên lý hoạt động 27 1.2.3 IC 74LSH595 27 1.2.4 IC ULN2803 28 1.2.5 IC 8255A 29 1.2.6 IC 74LS373 29 1.2.7 C2383 30 4 Chương II: Thiết kế và thi công. 2.1 THIẾT KẾ 32 2.1.1 Mạch nguồn 32 2.1.2 Mạch thu phát hồng ngoại 32 2.1.2.1 Sơ đồ khối mạch thu phát dùng tia hồng ngoại 32 2.1.2.1.1 Sơ đồ khối mạch phát 33 2.1.2.1.2 Sơ đồ khối mạch thu 34 2.1.2.2 Thiết kế mạch phát điều khiển xa bằng tia hồng ngoại 35 2.1.2.3 Thiết kế mạch thu điều khiển xa bằng tia hồng ngoại 36 2.1.3 Thiết kế mạch quang báo 40 2.1.3.1 Sơ đồ khối 40 2.1.3.2 Các mạch sử dụng trong quang báo 41 2.1.3.2.1 Mạch giải mã 41 2.1.3.2.2 Mạch Reset 42 2.1.3.2.3 Mạch Main 42 2.1.3.2.4 Mạch kết nối IC mở rộng Port 8255A 43 2.1.3.2.5 Mạch kết nối Transistor C2383 44 2.1.3.2.6 Mạch phát hồng ngoại 44 2.1.3.2.7 Mạch thu hồng ngoại 45 2.1.3.2.8 Mạch on/off bảng quang báo 45 2.1.3.2.9 Mạch thiết kế kết nối DS1307 và RAM 46 2.2 Thi công 47 2.2.1 Thi công mạch 47 2.2.2 Lắp linh kiện và text mạch 47 2.2.3 Sơ đồ mạch in 47 Chương III: Lập trình vi xử lý. 3.1 Lưu đồ giải thuật 50 3.2 Lập trình vi xử lý 51 T T Ổ Ổ N N G G K K Ế Ế T T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 6 0 0 5 Danh mục hình vẽ, sơ đồ: Hình 1.1: Sơ đồ kết cấu hệ thống điều khiển từ xa 7 Hình 1.2: Sơ đồ khối máy phát 8 Hình 1.3: Sơ đồ khối máy thu 8 Hình 1.4: Hệ thống điều chế PAM 10 Hình 1.5: Biểu đồ biên độ các dạng xung 10 Hình 1.6: Sơ đồ khối hệ thống PWM 11 Hình 1.7: Sơ đồ khối chi tiết máy phát 13 Hình 1.8: Sơ đồ khối chi tiết máy thu 14 Hình 1.9: Sơ đồ chân IC phát 9148 15 Hình 1.10: Sơ đồ phím ma trận 16 Hình 1.11: Bảng mã người dùng 17 Hình 1.12: Bảng trạng thái mã bit truyền hồng ngoại 17 Hình 1.13: Sơ đồ chu kì phát xung hồng ngoại 18 Hình 1.14: Sơ đồ chân IC thu SZ9150 18 Hình 1.15: Sơ đồ mạch tách sóng 19 Hình 1.16 Sơ đồ kết nối chân OSC 19 Hình 1.17 Sơ đồ 12 bit sóng mang 19 Hình 1.18: Bảng mã phối kênh hồng ngoại 20 Hình 1.19 Sơ đồ kết nối mã người dùng IC SZ9150 20 Hình 1.20 Chu kì xung các phím mạch phát 21 Hình 1.21 Xung tín hiệu mỗi chu kì 21 Hình 1.22 Trạng thái ổn định xung tín hiệu 21 Hình 1.23: Bảng mã 9 bit tín hiệu hồng ngoại 22 Hình 1.24: Cấu trúc bộ vi điều khiển 23 Hình 1.25: Sơ đồ chân vi điều khiển 24 Hình 1.26: Tổ chức 128 byte thấp của RAM trong 25 Hình 1.27: Cấu trúc ma trận LED 26 Hình 1.28: Sơ đồ Logic IC 74LSH595 27 Hình 1.29: Sơ đồ nguyên lý hoạt động IC 74LSH595 28 Hình 1.30: Sơ đồ cấu trúc chân IC ULN2803 28 Hình 1.31: Sơ đồ cấu trúc chân IC 74LS373 29 Hình 1.32: Sơ đồ cấu trúc bên trong C2383 30 Hình 1.33: Sơ đồ kết nối Transistor C2383 30 Hình 2.1: Maïch nguoàn DC 5V 32 Hình 2.2: Sơ đồ chân IC 7805 32 Hình 2.3: Sơ đồ chi tiết khối mạch phát 33 Hình 2.4: Sơ đồ chi tiết khối mạch thu 34 Hình 2.5: Sơ đồ mạch dao động hồng ngoại 36 Hình 2.6: Sơ đồ mạch khuếch đại Darlingtor 37 Hình 2.7: Sơ đồ khuếch đại mạch thu 38 Hình 2.8: Sơ đồ mạch chốt 38 Hình 2.9 Sơ đồ mạch đóng ngắt dùng Transistor 39 Hình 2.10: Sơ đồ khối LED ma trận 40 Hình 2.11: Sơ đồ kết nối 74HC595 41 Hình 2.12: Sơ đồ kết nối mạch reset 42 Hình 2.13: Sơ đồ kết nối IC 74HC595 với IC 89C51 42 Hình 2.14: Sơ đồ kết nối IC mở rộng Port 8255A 43 6 Hình 2.15: Sơ đồ kết nối Transistor 44 Hình 2.16: Sơ đồ mạch phát hồng ngoại 44 Hình 2.17: Sơ đồ mạch thu hồng ngoại 45 Hình 2.18: Sơ đồ mạch on/off bảng quang báo 45 Hình 2.19: Sơ đồ mạch kết nối DS1307 và RAM 46 Hình 2.20: Sơ đồ mạch in mạch main 89S52+8255A 47 Hình 2.21: Sơ đồ mạch in mạch 74HC595+ULN2803 48 Hình 2.22: Sơ đồ mạch in mạch Transistor 48 Hình 2.23: Sơ đồ mạch in mạch nguồn 48 Hình 2.24: Sơ đồ mạch in mạch chốt 49 Hình 2.25: Sơ đồ mạch in mạch phát hồng ngoại 49 Hình 2.26: Sơ đồ mạch in mạch thu hồng ngoại 49 7 Lời nói đầu Trong đời sống hiện đại ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao. Quảng cáo là một phần không thể thiếu trong nhịp sống bùng nổ công nghệ thông tin như hiện nay. Ở bất cứ nơi đâu ta cũng bắt gặp những biển quảng cáo từ đơn giản, thủ công cho đến những biển quảng cáo điện tử hiện đại, thẩm mỹ. Đó là những bảng quảng cáo điện tử mà chúng ta gọi là những bảng đèn quang báo. Công nghệ điện tử này còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như những biển báo giao thông, những bảng điểm trên những sàn giao dịch chứng khoán, hay tại các sân bay, siêu thị Những bảng quang báo này góp phần làm cho thành phố chúng ta có được một bộ mặt của một thành phố hiện đại và văn minh. Tác dụng của bảng quang báo là khá to lớn. Chính điều đó đã thôi thúc nhóm em thực hiện được đề tài tìm hiểu về “Điều khiển quang báo bằng hồng ngoại”. Nội dung phần luận án gồm ba phần: Chương I: Lý thuyết. Chương II: Thiết kế và thi công. Chương III: Lập trình vi xử lý. Do thời gian, tài liệu và trình độ còn hạn chế nên đồ án chắc chắn không thể tránh những thiếu sót. Kính mong sự chỉ dẫn và góp ý của tất cả thầy cô và các bạn. 8 C C h h n n g g I I : : L L í í T T H H U U Y Y T T 1.1 H THNG IU KHIN T XA 1.1.1 Gii thiu H thng iu khin t xa l mt h thng cho phộp ta iu khin cỏc thit b t mt khong cỏch xa. Vớ d: H thng iu khin bng vụ tuyn, h thng iu khin t xa bng tia hng ngoi, h thng iu khin t xa bng cỏp quang dõy dn. S kt cu ca h thng iu khin t xa bao gm: - Thit b phỏt: bin i lnh iu khin thnh tin tc tớn hiu v phỏt i. - ng truyn: a tớn hiu iu khin t thit b phỏt n thit b thu. - Thit b thu: nhn tớn hiu iu khin t ng truyn, qua quỏ trỡnh bin i, biờn dch tỏi hin li lnh iu khin ri a n cỏc thit b thi hnh. Nhim v c bn ca h thng iu khin t xa: - Phỏt tớn hiu iu khin. - Sn sinh ra xung hoc hỡnh thnh cỏc xung cn thit. - T hp xung thnh mó. - Phỏt cỏc t hp mó n im chp hnh. - im chp hnh (thit b thu) sau khi nhn c mó phi bin i cỏc mó nhn c thnh cỏc lnh iu khin v a n cỏc thit b, ng thi kim tra s chớnh xỏc ca mó mi nhn. 1.1.1.1 Mt s vn c bn trong h thng iu khin t xa Do h thng iu khin t xa cú nhng ng truyn dn xa nờn ta cn phi nghiờn cu v kt cu h thng m bo tớn hiu c truyn i chớnh xỏc v nhanh chúng theo nhng yờu cu sau: Kt cu tin tc Trong h thng iu khin t xa tin cy truyn dn tin tc cú quan h rt nhiu n kt cu tin tc. Ni dung v kt cu tin tc cú hai phn: v lng v v cht. V lng cú cỏch bin lng iu khin v lng iu khin thnh tng loi xung gỡ cho phự hp, v nhng xung ú cn ỏp dng nhng phng phỏp no hp thnh tin tc, cú dung lng ln nht v tc truyn dn nhanh nht . V kt cu h thng m bo cỏc yờu cu v kt cu tin tc, h thng iu khin t xa cú cỏc yờu cu sau: - Tc lm vic nhanh. - Thit b phi an ton tin cy. - Kt cu phi n gin. H thng iu khin t xa cú hiu qu cao l h thng t tc iu khin cc i ng thi m bo chớnh xỏc trong phm vi cho phộp. Thieỏt bũ phaựt ẹửụứng truyen Thieỏt bũ thu Hỡnh 1.1: S kt cu h thng iu khin t xa. 9 Tín hiệu điều khiển Điều chế Tín hiệu sóng mang Khuếch đại phát 1.1.1.2 Các phương pháp mã hóa trong điều khiển từ xa Trong hệ thống truyền thông tin rời rạc hoặc truyền thông tin liên tục nhưng đã được rời rạc hóa tin tức thường phải được biến đổi thông qua một phép biến đổi thành số (thường là số nhị phân) rồi mã hóa và được phát đi từ máy phát. Ở máy thu, tín hiệu phải thông qua các phép biến đổi ngược lại với các phép biến đổi trên: giải mã, liên tục hóa … Sự mã hóa tín hiệu điều khiển nhằm tăng tính hữu hiệu và độ tin cậy của hệ thống điều khiển từ xa, nghĩa là tăng tốc độ truyền và khả năng chống nhiễu. Trong điều khiển từ xa ta thường dùng mã nhị phân tương ứng với hệ, gồm có hai phần tử [0] và [1]. Do yêu cầu về độ chính xác cao trong các tín hiệu điều khiển được truyền đi để chống nhiễu ta dùng loại mã phát hiện và sửa sai. Mã phát hiện và sửa sai thuộc loại mã đồng đều bao gồm các loại mã: mã phát hiện sai, mã sửa sai, mã phát hiện và sửa sai. Dạng sai nhầm cuả các mã được truyền đi tùy thuộc tính chất của kênh truyền, chúng có thể phân thành 2 loại: - Sai độc lập: Trong quá trình truyền, do nhiều tác động, một hoặc nhiều ký hiệu trong các tổ hợp mã có thể bị sai nhầm, nhưng những sai nhầm đó không liên quan nhau. - Sai tương quan: Được gây ra bởi nhiều nhiễu tương quan, chúng hay xảy ra trong từng chùm, cụm ký hiệu kế cận nhau . Sự lựa chọn của cấu trúc mã chống nhiễu phải dựa trên tính chất phân bố xác suất sai nhầm trong kênh truyền. Hiện nay lý thuyết mã hóa phát triển rất nhanh, nhiều loại mã phát hiện và sửa sai được nghiên cứu như: mã Hamming, mã chu kỳ, mã nhiều cấp. 1.1.1.3 Sơ đồ khối của một hệ thống điều khiền từ xa Hình 1.2: Sơ đồ khối máy phát. Hình 1.3: Sơ đồ khối máy thu. Khuếch đại thu Gi ải điều chế Khuếch đại Chấp hành [...]... điều khiển thiết bị điện từ xa bao gồm 4 phím nhấn không liên tục từ phím 7 đến phím 10 Phím 1: dùng để điều khiển đóng ngắt quang báo Phím 2: dùng để reset Phím 3: dùng để điều khiển chức năng Phím 4: dùng để điều khiển chức năng Phím 5: dùng để điều khiển chức năng Phím 6: dùng để điều khiển chức năng Phím 7: dùng để điều khiển chức năng Phím 8: dùng để điều khiển chức năng Phím 9: dùng để điều khiển. .. về tia hồng ngoại và nguồn hồng ngoại Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường, có bước sóng khoảng 0,8m đến 0.9µm, tia hồng ngoại có vận tốc truyền bằng vận tốc ánh sáng Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu Nó ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp Lượng thông tin có thể đạt được 3Mbit/s… Trong kỹ thuật truyền tin bằng sợi quang dẫn... khác thực hiện điều khiển lệnh khác 35 + Khối khuếch đại: Khuếch đại tín hiệu điều khiển đủ lớn để tác động được vào mạch chấp hành + Khối chấp hành: Có thể là role hay một linh kiện điều khiển nào đó, đây là khối cuối cùng tác động trực tiếp vào thiết bị thực hiện nhiệm vụ điều khiển mong muốn 2.1.2.2 Thiết kế mạch phát điều khiển xa bằng tia hồng ngoại IC sử dụng trong mạch điều khiển có nhiều loại,... suốt” đối với ánh sáng hồng ngoại, tia hồng ngoại không bị yếu đi khi nó phải vượt qua các lớp bán dẫn để đi ra ngoài Đời sống của LED hồng ngoại dài đến 100000 giờ (hơn 11 năm), LED hồng ngoại không phát sáng cho lợi điểm trong các thiết bị kiểm soát vì không gây sự chú ý 13 1.1.4 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại 1.1.4.1 Máy phát Phát lệnh điều khiển Mã hóa Điều chế Khuếch đại... lệnh điều khiển, mã hóa và phát tín hiệu đến máy thu, lệnh truyền đi đã được điều chế + Khối phát lệnh điều khiển: Khối này có nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển từ nút nhấn (phím điều khiển) Khi một phím được ấn tức là một lệnh đã được tạo ra Các nút ấn này có thể là một nút (ở mạch điều khiển đơn giản), hay một ma trận nút (ở mạch điều khiển chức năng) Ma trận phím được bố trí theo cột và hàng Lệnh điều. .. lệnh điều khiển, mã hóa và phát tín hiệu đến máy thu, lệnh truyền đi đã được điều chế + Khối phát lệnh điều khiển: Khối này có nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển từ nút nhấn (phím điều khiển) Khi một phím được ấn tức là một lệnh đã được tạo ra Các nút ấn này có thể là một nút (ở mạch điều khiển đơn giản), hay một ma trận nút (ở mạch điều khiển chức năng) Ma trận phím được bố trí theo cột và hàng Lệnh điều. .. vào Cp : Xung đồng hồ vào SD : Chân đặt CD : Chân xóa 1.1.5.2 IC điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại SZ9418, SZ9150 ICSZ 9418, SZ9150 là những IC thu phát trong hệ thống điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại Trong đó SZ9148 là mạch điện IC phát xạ điều khiển có mã hóa kiểu ma trận Nó và mạch điện IC SZ 9150 có thể hoàn thành bộ điều khiển xa có 18 chức năng, có hơn 75 lệnh có thể phát xa, trong đó... sợi tơ quang với đường kính 0,13 mm với khoảng cách 10Km đến 20 Km Lượng thông tin được truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ mà người ta vẫn dùng Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém Trong điều khiển từ xa chùm tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng do đó khi thu phải đúng hướng Các nguồn sáng nhân tạo thường chứa nhiều sống hồng ngoại Sóng hồng ngoại. .. hiện tượng biến đổi này gọi là mã hóa Có nhiều phương pháp mã hóa khác nhau: Điều chế biên độ xung Điều chế vị trí xung Điều chế độ rộng xung Điều chế mã xung Khối điều chế này có nhiệm vụ kết hợp tín hiệu điều khiển đã mã hóa sóng mang để đưa đến khối khuếch đại Trong kỹ thuật điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại, phương pháp điều chế mã xung thường được sử dụng nhiều hơn cả, vì phương pháp này tương... năng của máy thu là thu được tín hiệu điều khiển từ máy phát, loại bỏ sóng mang, giải mã tín hiệu điều khiển thành các lệnh riêng biệt, từ đó mỗi lệnh sẽ đưa đến khối chấp hành cụ thể + LED thu : Thu tín hiệu hồng ngoại do máy phát truyền tới và biến đồi thành tín hiệu điều khiển + Khối khuếch đại: Có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điều khiển lớn lên từ từ, LED thu hồng ngoại để quá trình xử lý tín hiệu . kế mạch phát điều khiển xa bằng tia hồng ngoại 35 2.1.2.3 Thiết kế mạch thu điều khiển xa bằng tia hồng ngoại 36 2.1.3 Thiết kế mạch quang báo 40 2.1.3.1. 1.1.5.2 IC điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại SZ9418, SZ9150 ICSZ 9418, SZ9150 là những IC thu phát trong hệ thống điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại.