[Đồ án] Thiết Kế, Chế Tạo Hệ Thống Điều Khiển Từ Xa Các Thiết Bị Điện Trong Gia Đình

Thiết Kế, Chế Tạo Hệ Thống Điều Khiển Từ Xa Các Thiết Bị Điện Trong Gia Đình

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

MÔN : ĐỒ ÁN MẠCH ANALOG

Đề tài: ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG TIA HỒNG NGOẠI

Giáo viên hướng dẫn: Th.S NGUYỄN ĐỨC THIỆN

Họ và tên sinh viên : NGUYỄN MINH CƯỜNG

TRẦN VĂN VƯƠNG

• Trong cuộc sống hằng ngày, chúng ta thường tiếp xúc với nhiều thiết bị điều khiển từ xa như: TiVi, đầu video, VCD…Nhưng đó chỉ là điều khiển một thành phần riêng lẻ Trong tương lai con người hướng đến việc điều khiển tất cả các thiết bị chỉ dùng một bộ điều khiển để phục vụ cho cuộc sống tiện lợi hơn.

• Trong phạm vi gia đình, việc điều khiển tất

cả các thiết bị điện trong nhà bằng điều khiển từ

xa đã và đang phát triển Con người có thể điều khiển được các thiết bị điện ở mội nơi trong nhà chỉ bằng một bộ điều khiển Vì vậy, đến với buổi

thuyết trình hôm nay em xin trình bày đề tài “ Thiết Kế, Chế Tạo Hệ Thống Điều Khiển Từ

Xa Các Thiết Bị Điện Trong Gia Đình”

Các Thuật Ngữ, Từ Viết Tắt Trong Đồ Án

IC PT2248 sử dụng công nghệ CMOS qui mô lón để chế tạo là một loại linh kiện

phát xa mã hóa tia hồng ngoại rất thông dụng, phạm vi điện áp nguồn là 2,2V~5,5V Vì

sử dụng công nghệ CMOS để chế tạo nên công suất tiêu hao cực thấp, dòng trạng thái

tĩnh chỉ 10µ A, nó có thể sử dụng nhiều tổ hợp bàn phím, linh kiện bên ngoài rất ít, mã số

của nó thích hợp với nhiều qui mô khác, chỉ cần nối ngoài linh kiện LC hoặc bộ giao

động gốm gây là có thể gây ra giao động

Hình 1.1 S ơ đồ chân PT2248 đồ chân PT2248 chân PT2248

* Chức năng của các chân dẫn :

IC PT2248 sử dụng 16 chân vỏ nhựa kiểu cắm thẳng hàng

 Chân 1 :chân mass được nối với cực âm của nguồn điện

 Chân 2 và chân 3 :là hai đầu nối với thạch anh bên ngoài cho bộ tạo dao động

ở bên trong IC

 Chân 4 – 9 (K1-K6) :là đầu của yins hiệu bàn phím kiểu ma trận, các chân từK1 đến K6 kết hợp với các chân 10 đến 12 (T1-T3) để tạo thành ma trận 18phím

 Chân 13 (CODE) : là chân mã số dung để kết hợp với các chân T1-T2 đểtạo ra tổ hợp mã hệ thống giữa phần phát và phần thu

 Chân 14 (TEST) :là chân dùng để kiểm tra mã của phần phát, bình thươngkhông sử dụng có thể bỏ trống

 Chân 15 (TXout) : là đầu ra của tín hiệu đã được điều chế FM

 Chân 16 (Vcc) : là chân cấp nguồn dương

* Sơ đồ khối :

Hình 1.2 Sơ đồ khối của IC PT2248

Bên trong IC PT2248 do bộ phận dao động, bộ phận tần, bộ giải mã, mạch điệnđầu vào của bàn phím, bộ phận phát mã số… tạo thành

38kHz Chỉ khi có thao tác nhấn phím mới có thể tạo ra dao động, vì thế đảm bảocông suất của nó tiêu hao thấp Nó có thể thông qua các chân K1 đến K6 và đầu ra thứ

tự thời gian chân T1 đến T6 để tạo ra bàn phím 6x3 theo kiểu ma trận Tại T1 sáuphím được sắp xếp có thể tùy chọn để tạo thành 6x3 trạng thái tín hiệu liên tục đượctrình bày ở hình dưới :

Hình 1.3 Sơ đồ của bàn phím điều khiển.

- Hai hàng phím ở T2 và T3 chỉ có thể sử dụng phím đơn, hơn nữa, mỗi khi ấn vàophím một lần chỉ có thể phát xạ một nhóm mạch xung điều khiển xa Nếu như cácphím ở cùng hang đồng thời đươc ấn xuống thì thứ tự đươc ưu tiên làK1>K2>K3>K4>K5>K6 Không có nhiều phím chức năng trên cùng một đương

K, nếu như đồng thời nhấn phím trên cùng một đường ngang thứ tự ưu tiên của nó

là T1>T2>T3

- Lệnh phát ra của nó do mã 12 bit tạo thành, trong đó C1-C3 (code)là mã số ngườidùng, có thể dùng để xác định các mô thức các mô thức khác nhau,tổ hợp C2, C3phối hợp với mạch IC thu PT2249 Mỗi loại tổ hợp có 3 trạng thái đó là 01, 10 11

mà khồng dùng trạng thái 00

1.1.2 Mạch điện IC thu hồng ngoại PT2249.

IC PT2249 này cũng đượ c chế tạo bằng công nghệ CMOS, nó đi cặp với IC phátPT2248 để tạo thanh bộ IC thu – Phát trong điều khiển xa băng tia hồng ngoại

* Sơ đồ chân: Hình 1.4 Sơ đồ chân của IC PT 2249

* Chức năng các chân :

- Chân 1 (Vss) : là chân mass được nối với cực âm của nguồn điện

- Chân 2 (Rxin) : là đầu vào tín hiệu thu

- Các chân 3 – 7 (HP1 – HP5): là đầu ra tín hiệu liên tục Chỉ cần thu được tínhiệu tương ứng với đầu ra nào thì đầu ra đó luôn duy trì ở mức logic “1”

- Các chân 8 – 12 (SP5 –SP1): là đâu ra tín hiệu không lien tục Chỉ cần thuđược tín hiệu tương ứng với đầu ra nào thì đầu ra đó sẽ duy trì ở mức logic “1” trongkhoản thơi gian là 107ms

- Chân 14 và 13 (CODE 2 và CODE 3): để tạo ra các tổ hợp mã hệ thống giữaphần phát và phần thu Mã số của 2 chân này phải giống tổ hợp mã hệ thống của phầnphát thì mới thu được tín hiệu

- Chân 15 (OSC) : dung để nối với tụ điện và điện trở bên ngoaiftaoj ra dao độngcho mạch

- Chân 16 (Vcc) :là chân được nối với cực dương của nguồn cung cấp

* Sơ đồ khối bên trong :

Hình 1.5 Sơ đồ cấu tạo bên trong của IC

- Do trong tín hiệu phát ra của IC phát có C1, C2 và C3 cung cấp tìn hiệu mã số chongười dung, vì vậy đầu tiếp nhận phải có tín hiệu mã số tương ứng

- IC PT2248 phối hợp với mã người dung của IC PT2249 là :

ries C

1.2 Giới thiệu về IC 4013.

IC 4013 là một loại D flip-flops dược cấu tạo bên trong lad 2 flip-flops loại D vớihai trạng thái ổn định.Sử dụng đầu vào kích để thay đổi trạng thái 0 và 1

a) Cấu tạo và sơ đồ các chân :

Hình 1.6 Sơ đồ chân của IC 4013

b) Chức năng của các chân :

- Loại flip-flops D có 4 ngõ vào

 Chân nhận dữ liệu D: Đây là một trong hai kết nối tới một logic LOW điện áp, 0, hoặc một điện áp cao, logic 1

 Chân Clock: Đây là ngõ vào của xung Clock

 Chân đầu vào SET: đầu vào SET thường được tổ chức LOW

 Chân đầu vào RESET: đầu vào RESET thường được tổ chức LOW

1.3.1 Điện trở -tụ điện

1.3.1.1 Điện trở

a) Khái niệm.

- Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu có một vật dẫn điệntốt thì điện trở nhỏ và ngược lại vật cách điện có điện trở cực lớn.

- Điện trở của dây dẫn là sự phụ thuộc vào chất liệu và tiết diện của dây dẫnđược tính theo công thức:

R = Trong đó: R là điện trở Đơn vị là Ω

là điện trở suất

L là chiều dài dây dẫn

S là tiết diện của dây dẫn

b) Điện trở trong thực tế và trong các mạch điện tử.

* Hình dáng và ký hiệu: Trong thực tế điện trở là một loại linh kiện điện tử

không phân cực, nó là một linh kiện quan trọng trong các mạch điện tử, chúng được làm

từ hợp chất của cacbon và kim loại và được pha theo tỷ lệ mà tạo ra các con điện trở cóđiện dung khác nhau

Lục 6 0.25%

Bàng 1.3 màu sắc điện trở theo quy ước quốc tế

Chú ý: điện trở là linh kiện không phân cực nên khi mắc vào mạch điện ta không

cần để ý đến đầu âm dương làm gì (đầu nào cũng như đầu nào)

1.3.1.2 Tụ điện.

Tụ điện là một linh kiện thụ động và được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện

tử, được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu mạch truyền tín hiệu, mạch daođộng…

a) Khái niệm.

Tụ điện là linh kiện dung để cản trở và phóng nạp khi cần thiết và được đặc trưng bởi dung kháng phụ thuộc vào tần số điện áp

Ký hiệu của tụ điện trong sơ đồ nguyên lý là:

Tụ không phân cực là tụ có hai cực như nhau và giá trị thường nhỏ (pF)

Tụ phân cực là tụ có hai cực tính âm và dương không thể dũng lẫn lộn nhauđược Có giá trị lớn hơn so với tụ không phân cực

b) Cấu tạo.

Cấu tạo của tụ điện

Hình 1.9 Cấu tạo của Diode.

- Ở hình là mối tiếp xúc P – N và cũng chính là cấu tạo của Diode bán dẫn

Hình 2.0 Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn.

1.3.2.2 LED Phát Hồng Ngoại:

Hình 2.1 Led Hồng Ngoại.

LED viết tắc của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang, là các diode

có khả năng phát ra ánh sang hay tin hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống như điốt, LEDđược cấu tạo từ một khối bán dẫn loại Pgheets với một khối bán đẫn loại N

* Tính chất

Ánh sang hồng ngoại ( tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy được bắngmắt thường.Có bước sóng trong khoảng 0,8m đến 0.9µm, tia hồng ngoại cũng có thểtruyền bằng vận tốc ánh sang

Tia hồng ngoại cũng có thể truyền đươc nhiều kênh tín hiệu và được dùng rộng rãitrông công nghiệp

Tín hiệu truyền đi của led hồng ngoại có thể đạt được 3Mbit/s… Tia hồng ngoại cóthể truyền xuyên qua được các vất có mật độ điện tử ít

LED thường có điên thế phân cực thuận lợi hơn điốt thong thường, trong khoảng1,5V đến 3V.Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao Do đó LED rất dễ bị

hư hỏng do điện thế ngược lại gây ra

1.3.3 Mắt nhận hồng ngoại KSM-603LM Hình 2.2 Mắt nhận

hồng ngoại KSM- 603LM.

ngoại Một loại vỏ sắt và 1 loại vỏ bằng nhựa.Trong mach

này em sử dụng mắt nhận hồng ngoại loại vỏ sắt có tên là

KSM-603LM Dùng loại module này chống được nhiễu bên

ngoài và thu được tín hiệu xung quanh nó Các xác định chân

* Sơ đồ cấu tạo bên trong.

* Sơ đồ cấu tạo bên trong.

Hình 2.3 Sơ đồ khối của KSM-603LM.

1.3.4 Giớ thiệu về Relay :

1.3.4.1Rơle điện từ:

a) Các bộ phận chính của rơle.

Cơ cấu tiếp thu (khối tiếp thu )

Có nhiệm vu tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và

biến đổi thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu

cần thiết cung cấp cho khối trung gian

Cơ cấu khối trung gian (khối trung gian)

khối tiếp thu và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết

cho rơle tác động

Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành)

Làm nhiệm vụ phát tín hiệu điều khiển

Ví dụ: các khối trong cơ cấu rơle điện từ : Hình 2.4 Rơley điện từ

Cơ cấu tiếp thu ở đây là cuộn dây

Cơ cấu trung gian là mạch từ nam châm điện

Cơ cấu chấp hành là hệ thống tiếp điểm

Hình 2.5 Sơ đồ khối của Rơley

b) Phân loại role :

* Phân loại theo cơ chế làm việc gồm các nhóm

 Rơle điện cơ (rowle điện từ, rơle từ điện, rowle điện từ phân cực, rowle cảm ứng,

Hình 2.6 Rơley điện từ

* Phân loại theo nguyên lý tác động của cơ cấu chấp hành :

 Rơle có tiếp điểm : loại này tác động bằng cách dóng mở các tiếp điểm

 Rơle không tiếp điểm (rơle tĩnh) :loại này tác động bằng cách thay đổi đột ngộtcác thông số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch điều khiển như : điện cảm,điện dung,điện trở,…

* Phân loại theo cơ cấu mắc :

 Rơle sơ cấp : loại này được mắc trực tiếp vào mạch điện bảo vệ

 Rơle thứ cấp : loại này mắc qua mạch thông qua biến áp đo lường hay biến dòngđiện

Sự làm việc của rơle dự trên hiện tượng cảm ứng điện từ, có nghĩ là rơle biến đổidòng điện thành từ trường thong qua cuộn dây, từ trường lại tạo thành các lực cơ họcthông qua một lực hút Vậy khi có dòng điện I đi vào cuộn dây của nam châm điện thì

sẽ chiệu một lực hút F có nghĩa là :i>Itb (dòng điện tác động) thì lực F hút nắp và khilực F tăng thì khe hở giảm Làm đống tiếp điểm.Vậy lúc này sẽ có dòng điện chạy quatiếp diểm.Và nếu như không cấp nguồn nũa thi cuộn dây sẽ không còn lực điện từnữa.thi lúc này nắp 3 sẽ thả ra.Và lúc này tiếp điêm sẽ mở ra

Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng IC ổn

áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản Các loại ổn áp thườngđược sử dụng là IC 78xx, với xx là điện áp cần ổn áp Ví dụ 7805 ổn áp 5V, 7812 ổn áp12V Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau, dưới đây là minh họa cho IC ổn áp

7805

Hình 2.7 IC

7805

Sơ đồ phía dưới IC 7805 có 3 chân:

Chân số 1 :là chân INPUT .

Chân số 2 :là chân GND

Chân số 3 :là chân OUTPUT.

Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi

 Và một số linh kiện khác…Như :

1.1 Tai nghe hồng ngoại:

Trong nền phát triển của khoa học và kỹ thuât, khi ta sử dụng các thiết bị tainghe tivi, radio, casset…Khi ta sử dụng có dây thì chúng ta cảm thấy vướng gâycảm giác khó chiệu.Vì vậy chúng ta mong muốn có một thiết bị tai nghe có thể thaythế được giây để cảm thấy dễ chiệu và không bị vướn với day nhợ.Vì thế sau đây là

sơ đồ của thiết bị k dây

nay được mắt tới biến trở P1 Tín hiệu âm thanh đến C1 rồi phần một chiều sẽ đượcgiữ lai, còn phần xoay chiều xẽ được qua T1 lam cho điều khiển qua các led hồngngoại Và sau đó led hồng ngoại sẽ phát ra tín hiệu âm thanh đi, khi đó dòng tiêu thụkhoảng 100mA Công suất tiêu thụ 730mW.

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý mạch thu

Trong mach thu ta có thể sử dụng diode BPW41W hay BP140, có điện trở khoảng560Ω Ta có thể dùng tai nghe co trở kháng khoảng 600Ω,

Khi D1 nhận tín hiệu hồng ngoại thì sẽ được dưa qua tụ C2 rồi đưa qua chân Dcủa MOSFET T2 nối qua loa (K1)

Đây là một thiết bi tự động đống mở nước khi có người đưa tay vào vòi nươc.Khi đó sẽ làm che đi mắt nhận hồng ngoại làm cho mạch hoạt động và sẽ điều khiển mởnước Và khi ta lấy tay ra thi sẽ không che mắt nhận hồng ngoại nữa và vòi nước sẽ đốnglai

 Sơ đồ nguyên lý của mạch thu:

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch thu

IC 55 sẽ xuất ra ở mức cao hay mức 1 khi đó sẽ điều khiển cho Rơley đóng lại vàđồng thời đóng vòi nước lại lun, khi đó sẽ co nước chảy

 Điện áp cung cấp cho mạch phát là: 3V – 5V

 Công suất tiêu thụ là: 0,25 nW per gate (static)

 Điện áp cấp cho mạch thu là : 5V – 6,6V

 Điện áp cấp cho relay là 12V

2.1.1 Sơ đồ khối của mạch:

Hình 3.2 Sơ đồ khối

Sơ đồ khối có 3 khối chính + Khối nguồn

+ Khối phát hồng ngoại

+ Khối thu hồng ngoại

+ Khối mạch điều khiển

2.1.2 Nguyên lý hoạt động từng khối.

Có chức năng nhận tín hiệu từ mạch phát và cung cấp tín hiệu đầu vào(cung cấp tín hiệu vào chân 9 và chân 5 của IC 4013) dùng để chốt tín hiệu để điềukhiển cho BJT C2383 để đống mở các Rơley

+ Khối mạch điều khiển.

Có chức năng điều khiển cho sự đống ngắt các Relay

2.2 Tính Toán :

2.2.1Các linh kiện sử dụng trong mạch :

Các thông số kỹ thuật và Chức năng của IC PT 2248 :

 PT2248 là một máy phát hồng ngoại điều khiển từ xa sử dụng công nghệ CMOS Được sản xuất từ hang PHILIP Gồm 16 chân

 Công suất tiêu thụ thấp

 Phạm vi hoạt động rộng của thế cung cấp cho phép hoạt động điện áp thấp (VCC = 2,2 ~ 5,0 V)

 Là một loại linh kiện phát xa mã hóa tia hồng ngoại rất thông dụng, hoạt động nhờ bộ giao đông bằng thạch anh với tần số 455khz từ bên ngoài

 Phát ra mã 12 bit từ ma trận bàn phím 6x2, dùng để xác định các mô thứccác mô thức khác nhau cùng với ic nhận tín hiệu hồng ngoai PT 2249 để

Các thông số kỹ thật và chức năng của IC PT 2249 :

 IC PT 2249 là một Ic chuyên dung để nhận hồng ngoại Gắn liền với Icnày là Ic chuyên phat hồng ngoại PT 2248

 Là Ic được gói trong 16 chân Và có khả năng kiểm soát được 10 chứcnăng, Đồng thời cùng loại với ic thu hồng ngoại la PT 2250, được tíchhợp trong 24 chân và có khả năng kiểm soát được 18 chức năng

 Phạm vi hoạt động rộng của thế cung cấp cho phép hoạt động điện áp thấp (VCC = 2,2 ~ 5,0 V)

 Tiêu tán công suất thấp

 Khả năng chống nhiễu cao

 Nhận được đồng thời 5 chức năng của IC phát PT 2248

 Bộ lọc số và bộ kiểm tra mã ngăn ngừa sự tác động từ những nguồn sáng khác nhau như đèn PL Do đó không ảnh hưởng đến mắt thu.+ Tiêu tán công suất thấp.

Với J2 là bộ phận cấp 2 nguồn để nuôi cho mạch hoạt động.

 Nguồn cấp 12V cho mạch hoạt động

 Nguồn cấp 3,8V để cấp nguồn cho việc điều khiển bằng tay

a) Nguyên lý hoạt động mạch phát hồng ngoại :

Từ nguyên lý của IC PT2248 có thể biết mỗi lần mạch phát ra 2 nhóm

số liệu, mỗi nhóm số liệu của tín hiệu phát ra là 12 bit, trong đó có 3 bit mã ngườidùng, 6 bit mã phím vào và 3 mã liên tục hay không liên tục Khi ta nhấn phím 1 thìtại phím đó lên mức cao “1” Chẳng hạn, như nhấn phím số 1 thì chân 4 (K1) lênmức cao và lúc này mạch điện bàn phím nạp vào là 100000 hay mã số của số liệuphát ra D1-D5 là 100000 tương ứng như kết nối ở sơ đồ nguyên lý các phím kết nốivới T1 cũng lên mức cao, các phím còn lại vẫn ở mức thấp.Tín hiệu ở mức cao này điqua chân 15 của IC PT2248 kích mở chân B của BJT A1015 đồng thời nguồn 3Vcấp vào chân E cùa BJT làm cho BJT này dẫn khi đó sẽ cấp nguồn cho led hồngngoại làm cho led phat ra tín hiệu hồng ngoại

b) Sơ đồ mạch nguyên lý :

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý mạch phát hồng ngoại.

c) Sơ đồ mạch in :