Đang tải... (xem toàn văn)
ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA DÙNG PIC VÀ IR1838 HỒNG NGOẠI CODE NẰM Ở TRANG CUỐI
1/26 ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA DÙNG PIC VÀ IR1838 HỒNG NGOẠI CODE NẰM Ở TRANG CUỐI a) MỤC LỤC 2/26 b) DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IR: Infrared – radiation (Tia hồng ngoại) PIC: Programable – Intelligent – Computer (khả trình máy tính) PCM: Pulse – code – Modulation (điều chế xung mã) 3/26 CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Giới thiệu đề tài Ngày sử dụng thiết bị từ xa không cịn xa lạ với người nữa, khoa học ngày lên, xã hội ngày phát triển nhằm mục đích lợi ích ngon người Việc điều khiển từ xa ngày trở nên phổ biến nhiều lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, thương mại dịch vụ điều khiển từ xa ngày xuất hầu hết nhà dân Những thiết bị sử dụng điều khiển từ xa thường TV, máy lạnh,động AC,DC qua em nghiên cứu thêm mơ hình thiết kế điều khiển từ xa dùng vi điều khiển cảm biến hồng ngoại để điều khiển thiết bị đèn, quạt,TV,quạt máy,máy lạnh Thiết kế điều khiển từ xa em sinh để làm cho người dùng thuận tiện hơn, nhiên nhiều người lại để lạc hay nhiều thời gian để tìm kiếm thay đến thiết bị dùng nút điều khiển Ưu điểm: -Gọn nhẹ -Hữu ích với người ốm yếu hay tàn tật -Giúp người trình chiếu di chuyển tự tương tác với khán giả dễ dàng Theo yêu cầu đặt em sử dụng cảm biến hồng ngoại IR1838 để xử lý, bật tắt thiết bị từ xa remote hồng ngoại 4/26 1.2 Mục đích nguyên cứu Điều khiển từ xa thiết bị quạt DC,đèn led,motor (5-12v) remote hồng ngoại, nhằm phục vụ nhu cầu sống cho người thời đại công nghệ, cách mạng 4.0 Ứng dụng ngôn ngữ C/C++,vi điều khiển áp dụng kiến thức học thực tế 1.3 Đối tượng phạm vi nguyên cứu đề tài 1.3.1 Đối tượng nguyên cứu Nguyên cứu cảm biến hồng ngoại IR1838 Vi điều khiển PIC 16F877a Nguyên lý hoạt động tia hồng ngoại (IR) Các giải thuật hệ thống điều khiển từ xa hồng ngoại Giao tiếp remote hồng ngoại với cảm biến hồng ngoại (IR1838) Một số thiết bị như: modul L298N, động cơ, LCD, điện trở tụ điện linh kiện liên quan… 1.3.2 Phạm vi nguyên cứu Nghiên cứu với quy mô nhỏ, sử dụng phạm vi cho gia đình Nghiên cứu thể mở rộng cơng, nơng nghiệp.Tuy nhiên, ngun cứu cịn nhiều hạn chế định 1.4 Dự kiến kết Sau hồn thành đề tài sản phẩm điều khiển tử đèn,motor chế độ cảm biến hồng ngoại 5/26 c) CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 3.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA − Điều khiển từ xa tức viễn cách điều khiển tức viễn khiến thành phần thiết bị điện tử, thường TV,đầu đĩa ,máy lạnh… sử dụng để điều khiển chúng từ khoảng cách ngắn không qua dây dẫn Điều khiển từ xa liên tục phát triển nâng cấp năm gần − Điều khiển từ xa thường sử dụng tia hồng ngoại giúp người dùng lệnh cho thiết bị thơng qua số nút nhấn để thay đổi thiết lập khác Trong thực tế, tất chức đa số thiết bị điện tử điều chỉnh thông qua điều khiển từ xa, nút thiết bị có số nút thiết yếu − Hầu hết điều khiển từ xa giao tiếp với thiết bị thơng qua tín hiệu hồng ngoại số dùng sóng vơ tuyến Thơng thường tín hiệu từ điều khiển từ xa mã hóa u cầu thiết bị phải thuộc dịng sản phẩm hay thương hiệu cụ thể Nhưng có điều khiển từ xa đa làm việc với hầu hết thiết bị có thương hiệu phổ biến − Sơ đồ kết cấu hệ thống điều khiển từ xa gồm: + Thiết bị phát: biến đổi lệnh điều khiển thành tín hiệu phát + Đường truyền: đưa tín hiệu điều khiển từ thiết bị phát đến thiết bị thu + Thiết bị thu: nhận tín hiệu điều khiển, thơng qua q trình biến đổi, biên dịch để khôi phục lại lệnh điều khiển đưa đến thiết bị thi hành Thiết bị phát Đường truyền Thiết bị thu Hình 2.1: Sơ đồ kết cấu hệ thống điều khiển từ xa − Nhiệm vụ hệ thống điều khiển từ xa: + Phát tín hiệu điều khiển 6/26 + Sản sinh xung hình thành xung cần thiết + Phát tổ hợp mã đến điểm chấp hành + Ở điểm chấp hành (thiết bị thu) sau nhận mã phải biến đổi mã nhận thành lệnh điều khiển đưa đến thiết bị, đồng thời kiểm tra xác mã nhận 3.1.1 Các phương pháp mã hóa điều khiển từ xa Muốn truyền tín hiệu rời rạc liên tục rời rạc hóa thường biến đổi thông qua phép biến đổi số (nhị phân) phát máy phát Sự mã hóa tín hiệu điều khiển nhằm tăng tính hữu hiệu hệ thống điều khiển từ xa, tăng tốc độ truyền chống nhiễu Điều khiển từ xa ta thường dùng mã nhị phân bao gồm bít bít 3.1.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển từ xa: Sau sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa Tín hiệu điều khiển Điều chế Tín hiệu sóng mang Khuếch đại phát Hình 2.2: Sơ đồ khối máy phát Khuếch đại thu Giải điều chế Khuếch đại Chấp hành Hình 2.3: Sơ đồ khối máy thu 3.1.3 Các phương pháp điều chế tín hiệu hệ thống điều khiển từ xa: Các phương pháp điều chế tín hiệu dạng xung như: 7/26 - Điều chế biên độ xung (PAM) Pulse Amplitude Modulation - Điều chế độ rộng xung (PWM) Pulse Width Modulation - Điều chế vị trí xung (PPM) Pulse Position Modulation 8/26 Hình 2.4 : Các dạng xung a) Điều chế biên độ xung (PAM) Sơ đồ khối Tín hiệu điều chế Dao động đa hài trạng thái bền Bộ phát xung Hình 2.5: Hệ thống điều chế PAM Điều chế biên độ xung dạng điều chế đơn giản dạng điều chế xung Biên độ xung tạo tỉ lệ với biên độ tức thời tín hiệu điều chế Xung lớn biểu thị cho biên độ dương tín hiệu mẫu lớn Giải thích sơ đồ khối - Khối tín hiệu điều chế : Tạo tín hiệu điều chế đưa vào khối dao động đa hài - Dao động đa hài trạng thái bền :Trộn xung với tín hiệu điều chế - Bộ phát xung : Phát xung với tần số không đổi để thực việc điều chế tín hiệu điều chế có biên độ tăng giảm thay đổi theo tín hiệu điều chế b) Điều chế độ rộng xung (PWM) Phương pháp điều chế tạo xung có biên độ khơng đổi, bề rộng xung thay đổi tương ứng với biên độ tức thời tín hiệu điều chế Trong cách điều chế này, xung có độ rộng lớn biểu thị phần biên độ dương lớn 9/26 tín hiệu điều chế, xung có độ rộng hẹp biểu thị phần biên độ âm tín hiệu điều chế Trong điều chế độ rộng xung, tín hiệu cần lấy mẫu phải chuyển đổi thành dạng xung có độ rộng xung tỉ lệ với biên độ tín hiệu lấy mẫu Để thực điều chế độ rộng xung, ta thực theo sơ đồ khối sau: Tín hiệu điều chế So sánh Bộ phát hàm RAMP Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống RAMP Trong sơ đồ khối, tín hiệu điều chế đưa đến khối so sánh điện áp với tín hiệu phát từ phát hàm RAMP c) Điều chế vị trí xung (PPM) − Điều chế vị trí xung (PPM): + Biên độ độ rộng khơng thay đổi theo tín hiệu điều chế + Sử dụng lượng, trình phức tạp d) Điều chế mã xung (PCM-Pulse Code Modulation) Phương pháp mang lại độ xác hiệu cao phương pháp nêu Trong điều chế mã xung biên độ tín hiệu biến đổi thành số nhị phân logic (cao) logic (thấp) Tín hiệu tương tự có phức tạp sử dụng PCM số hóa tất dạng liệu tương tự Tần số lấy mẫu cao thời gian lấy mẫu nhỏ độ xác cao Ngược lại sử dụng tần số lấy mẫu thấp, thời gian lấy mẫu rộng giảm độ xác Thường người ta sử dụng 10 lần tín hiệu nhỏ Kết luận: Điều chế mã xung PCM hiệu nhất, PCM định xung diện xung không diện Xung PCM có dạng nhị phân có mức [0] [1] 10/26 3.2 ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DÙNG TIA HỒNG NGOẠI 3.2.1 Khái niệm tia hồng ngoại Hình 2.7: Dạng sóng hồng ngoại Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) ánh sáng khơng thể nhìn thấy mắt thường, có bước sóng khoảng 0,8µm đến 0,9µm tia hồng ngoại có vận tốc truyền vận tốc ánh sáng Tuy nhiên biết khơng nhìn thấy tần số âm biết tồn nhận biết chúng từ cảm ứng nhiệt da Khi bạn đưa tay đến gần lửa vật nóng, bạn cảm thấy nhiệt bạn khơng nhìn thấy Bạn nhìn thấy lửa phát nhiều loại xạ, mắt ta nhìn thấy, đồng thời phát hồng ngoại mà cảm nhận qua da Tia hồng ngoại truyền nhiều kênh tín hiệu Nó ứng dụng rộng rãi cơng nghiệp Lượng thơng tin đạt 3Mbit/s Trong kỹ thuật truyền tin sợi quang dẫn không cần trạm khuyết đại chừng, người ta truyền lúc 15000 điện thoại hay 12 kênh truyền hình qua sợi tơ quang học có đường kính 0,13mm với khoảng cách 10 – 20km Lượng thông tin truyền với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ mà người ta dùng Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả xuyên thấu Trong điều khiển từ xa chùm tia hồng ngoại phát hẹp, có hướng thu phải hướng 3.2.2 Nguồn phát hồng ngoại: Tất vật có nhiệt độ lớn 00 K phát tia hồng ngoại 18/26 Mạch thu thiết kế với mắt thu hồng ngoại sẵn có thị trường Mắt thu thiết kế với lọc dải, cho phép tần số sấp sỉ 36KHz qua Bình thường đầu mắt thu mức cao, nhận tìn hiệu hồng ngoại tần số ~36KHz truyền tới, đầu mắt thu trở về mức logic thấp (0V) Khi hết tín hiệu hồng ngoại đầu trở mức logic cao (mức 1) Nhờ vào việc đo thời gian mức thấp đầu ra, biết thời gian phát xung tương đương bên phát, từ suy mã trưyền Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý mắt thu hồng ngoại Ở mắt thu chân (GND),chân 2(VCC), chân tin hiệu Thông Số Kĩ Thuật: ● Điện áp: - VDC ● Tần số hoạt động: 38KHz ● Tương thích với TTL CMOS ● Độ ổn định cao 19/26 ii 3.2.3 THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT RƠLE Rơle thiết bị dùng để đóng cắt mạch điều khiển, bảo vệ điều khiển làm việc mạch động lực Hình 3.6: Một số loại Rơle Rơle sử dụng mạch lại Rơle chân-12V Chúng ta phân làm phần: Phần điều khiển hai chân cuộn dây Trong hình 3.6 chân chân Phần công tắc gồm chân 5-4 5-3 tạo thành hai cơng tắc đóng mở đồng thời: + Khi khơng có tín hiệu điện (12V) vào chân 1-2 chân 4-5 nối với + Khi có tín hiệu vào chân 1-2 chân 5-3 nối với Hình 3.7: Sơ đồ rơle chân 20/26 e) CHƯƠNG THIẾT KẾ - THI CÔNG MẠCH ĐIỆN VÀ LẮP ĐẶT MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 3.3 MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3.3.1 Mạch nguồn: Mạch nguồn có chức tạo điện áp 5V từ nguồn 12V cung cấp cho mạch điều khiển Hình 4.1: Nguồn 5V Điện áp từ nguồn 12V biến áp đưa vào IC7805 tạo điện áp 5V đầu Hai tụ C1 C2 để lọc nhiễu điện áp vào Để mạch hoạt động ổn định ta phải tạo mạch nguồn thật xác, tránh trường hợp khơng đủ áp cung cấp cho PIC hoạt động 3.3.2 Mạch cung cấp xung hoạt động: Mạch cung cấp xung cho PIC hoạt động Hình 4.2 : Mạch tạo xung dao dộng 21/26 Ở ta dùng thạch anh, tụ C1, C2, tụ có tác dụng tạo xung có giá trị ổn định 3.3.3 Sơ đồ mạch nguyên lý Hình 4.3 Pic 16F877A chân vào 3.4 MẠCH ĐỘNG LỰC Hình 4.4: Mạch xuất tín hiệu điều khiển đến Rơle 22/26 3.5 CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH − PIC16F877A − Transitor C1815 − IC 7805 − Role chân 12V − LCD − I2C − L298N − Diode − Led − Trở tụ điện (10F50V, 100F16V), nút nhấn Domino… 3.6 MẠCH IN Hình 4.5 Sơ đồ mạch in 23/26 3.7 MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ MƠ HÌNH ĐÃ THI CƠNG Hình 4.6: Mạch Đã Thi Cơng 24/26 3.8 THUẬT TỐN Để thu bit mã lệnh ta làm sau: 1) Thiết lập ghi chứa command = 2) Khởi đầu cách chờ tín hiệu xuống – Đây bit START 3) Chờ cho tín hiệu lên - Đây khởi đầu dãy bit 4) Chờ cho tín hiệu xuống 5) Tạo trễ khoảng 900us 6) Đo mức tín hiệu 7) Nếu tín hiệu nhận mức cao bit nhận bit Nếu mức tín hiệu mức thấp bit nhận bit Cộng giá trị command với bít vừa nhận sau dịch phải ghi chứa giá trị command Thực vòng lần để thu bit command 25/26 CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Mạch hoạt động ổn định, sử dụng với thời gian dài Khoảng cách điều khiển từ remote đến thiết bị xa (khoảng 8m) Mạch vừa sử dụng nút nhấn trực tiếp vừa điều khiển từ xa thông qua cảm biến hồng ngoại cách sử dụng Remote nên tiện lợi Hình 4.9 Mạch sản phẩm 4.3 NHỮNG HẠN CHẾ CỦA DỀ TÀI Hạn chế hiểu biết tính tốn thi cơng mạch nên mạch khơng hồn mỹ Mạch cịn cồng kềnh, cần phải sử dụng điện áp 12V cho mạch 4.4 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Tích hợp giải mã nhiều loại điều khiển chíp Người dùng sử dụng nhiều remote khác để điều khiển thiết bị Muốn điều khiển thiết bị cần chỉnh sửa mã phím bấm remote hồng ngoại Muốn điều khiển xa sử dụng điều khiển RF sóng điện thoại f) TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Microchip technology Inc - PIC16F877A datasheet [3] Văn Thế Minh - Kỹ thuật Vi Xử Lý [4] Giao tiếp IR1838 - hocdientu.vn [5] Phạm Hùng Kim Khánh – Tài liệu lập trình hệ thống Điện tử công suất, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2005 ... điều khiển từ xa ngày xuất hầu hết nhà dân Những thiết bị sử dụng điều khiển từ xa thường TV, máy lạnh,động AC,DC qua em nghiên cứu thêm mơ hình thiết kế điều khiển từ xa dùng vi điều khiển cảm. .. biến − Sơ đồ kết cấu hệ thống điều khiển từ xa gồm: + Thiết bị phát: biến đổi lệnh điều khiển thành tín hiệu phát + Đường truyền: đưa tín hiệu điều khiển từ thiết bị phát đến thiết bị thu + Thiết. .. thay đổi thiết lập khác Trong thực tế, tất chức đa số thiết bị điện tử điều chỉnh thông qua điều khiển từ xa, nút thiết bị có số nút thiết yếu − Hầu hết điều khiển từ xa giao tiếp với thiết bị thơng
