dktx CHÖÔNG I CHÖÔNG DAÃN NHAÄP Ñieàu khieån töø xa laø vieäc ñieàu khieån moät moâ hình ôû moät khoaûng caùch naøo ñoù maø con ngöôøi khoâng nhaát thieát tröïc tieáp ñeán nôi ñaët heä thoáng Khoaûng[.]
CHƯƠNG I CHƯƠNG DẪN NHẬP Điều khiển từ xa việc điều khiển mô hình khoảng cách mà người không thiết trực tiếp đến nơi đặt hệ thống Khoảng cách tuỳ thuộc vào hệ thống có mức phức tạp khác nhau, chẳng hạn để điều khiển từ xa phi thuyền ta cần phải có hệ thống phát thu mạnh, ngược l, để điều khiển trò chơi điện tử từ xa ta cần hệ thống phát thu yêú hơn… Những đôí tượng điều khiển không gian, đáy biển sâu hay vùng xa xôi hẻo lánh mặt điạ cầu Thế giới phát triển lónh vực điều khiển cần phải mở rộng Việc ứng dụng điều khiển từ xa vào thông tin liên lạc mang lại nhiều thuận lợi cho xa hội loài người, thông tin cập nhật nhờ xác nhanh chóng trình điều khiển từ xa đo lường từ xa Ngoài điều khiển từ xa ứng dụng kỹ thuật đo lường Trước đây, muốn đo độ phóng xạ lò hạt nhân khó khăn phức tạp người nơi an toàn đo độ phóng xạ lò hạt nhân nhờ vào kỹ thuật điều khiển từ xa Như vậy, hệ thống điều khiển từ xa hạn chế mức độ phức tạp công việc đảm bảo an tòan cho người Trong sinh họat ngày người trò chơi giải trí (robot, xe điều khiển từ xa …) ứng dụng gần gũi với người cải tiến cho phù hợp với việc sử dụng đạt mức tiện lợi Điều khiển từ xa thâm nhập vào vấn đề cho loại tivi điều khiển từ xa, đầu video, VCD, CD,… đến quạt bàn tất điều khiển từ xa Xuất phát từ ý tưởng nên em chọn đề tài điều khiển từ xa tia hồng ngoại, thời gian hạn hẹp, trình độ kỹ thuật vấn đề tài nhiều hạn chế nên em thiết kế thi công mạch điều khiển từ xa quạt tia hồng ngoại CHƯƠNG II LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỪ XA I GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA: Hệ thống điều khiển từ xa hệ thống cho phép ta điều khiển thiết bị từ khoảng cách xa Ví dụ hệ thống điều khiển vô tuyến, hệ thống điều khiển từ xa tia hồng ngoại, hệ thống điều khiển từ xa cáp quang dây dẫn ϑ Sơ đồ kết cấu hệ thống điều khiển từ xa bao gồm: - Thiết bị phát: biến đổi lệnh điều khiển thành tin tức 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 từ đường truyền, qua trình biến đổi, biến dịch để tái lại lệnh điều khiển đưa đến thiết bị thi hành thiết bị phát đường truyền ϑ Nhiệm vụ hệ thống điều khiển từ xa: thiết bị thu - Phát tín hiệu điều khiển - Sản sinh xung hình thành xung cần thiết - Tổ hợp xung thành mã - 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 Một số vấn đề hệ thống điều khiển từ xa: Do hệ thống điêù khiển từ xa có đường truyền dẫn xa nên ta cần phải nghiên cứu kết cấu hệ thống để đảm bảo tín hiệu truyền xác nhanh chóng theo yêu cầu sau: 1.1 Kết cấu tin tức: Trong hệ thống điều khiển từ xa độ tin cậy truyền dẫn tin tức có quan hệ nhiều đến kết cấu tin tức Nội dung kết cấu tin tức có hai phần: lượng chất Về lượng có cách biến lượng điều khiển lượng điều khiển thành loại xung cho phù hợp, xung cần áp dụng phương pháp để hợp thành tin tức, để có dung lượng lớn tốc độ truyền dẫn nhanh 1.2 Về kết cấu hệ thống: Để đảm bảo yêu cầu kết cấu tin tức, hệ thống điều khiển từ xa có yêu cầu sau: - Tốc độ làm việc nhanh - Thiết bị phải an tòan tin cậy - Kết cấu phải đơn giản Hệ thống điều khiển từ xa có hiệu cao hệ thống đạt tốc độ điều khiển cực đại đồng thời đảm bảo độ xác phạm vi cho phép Các phương pháp mã hóa điều khiển từ xa: Trong hệ thống truyền thông tin rời rạc truyền thông tin liên tục rời rạc hóa tin tức thường phải biến đổi thông qua phép biến đổi thành số (thường số nhị phân) mã hóa phát từ máy phát Ở máy thu, tín hiệu phải thông qua phép biến đổi ngược lại với phép biến đổi trên: giải mã, liên tục hóa … Sự mã hóa tín hiệu điều khiển nhằm tăng tính hữu hiệu độ tin cậy hệ thốg điều khiển từ xa, nghóa tăng tốc độ truyền khả chống nhiễu Trong điều khiển từ xa ta thường dùng mã nhị phân tương ứng với hệ, gồm có hai phần tử [0] [1] Do yêu cầu độ xác cao tín hiệu điều khiển truyền để chống nhiễu ta dùng loại mã phát sửa sai Mã phát sửa sai thuộc loại mã đồng bao gồm loại mã: mã phát sai, mã sửa sai, mã phát sửa sai Dạng sai nhầm cuả mã truyền tùy thuộc tính chất kênh truyền, chúng phân thành lọai: - Sai độc lập: Trong trình truyền, nhiều tác động, nhiều ký hiệu tổ hợp mã bị sai nhầm, sai nhầm không liên quan - Sai tương quan: Được gây nhiều nhiễu tương quan, chúng hay xảy chùm, cụm ký hiệu kế cận Sự lựa chọn cấu trúc mã chống nhiễu phải dựa tính chất phân bố xác suất sai nhầm kênh truyền Hiện lý thuyết mã hóa phát triển nhanh, nhiều loại mã phát sửa sai nghiên cứu như: mã Hamming, mã chu kỳ, mã nhiều cấp Sơ đồ khối hệ thống điều khiền từ xa: Sơ đồ khối máy phát Tín hiệu điều khiển Tín hiệu sóng mang Điều chế Khuếch đại phát Sơ đồ khối máy thu Khuếch đại thu Giải điều chế Khuếch đại Chấp hành II CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA: Trong kỹ thuật điều khiển từ xa, tín hiệu gốc truyền xa Do đó, để thực việc truyền tín hiệu điều khiển từ máy phát đến máy thu ta cần phải điều chế (mã hóa) tín hiệu Có nhiều phương pháp điều chế tín hiệu Tuy nhiên điều chế tín hiệu dạng xung có nhiều ưu điểm Vì sử dụng linh kiện kỹ thuật số nên ling kiện gọn nhẹ, công suất tiêu tán nhỏ, có tính chống nhiễu cao ϑ Các phương pháp điều chế tín hiệu dạng xung như: - Điều chế biên độ xung (PAM) - Điều chế độ rộng xung (PWM) - Điều chế vị trí xung (PPM) - Điều chế mã xung (PCM) 1.Điều chế biên độ xung (PAM): Sơ đồ khối: Tín hiệu điều chế Dao động đa hài trạng thái bền Bộ phát xung 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 lấy mẫu lớn Tín hiệu điều chế Điều chế biên độ xung (PAM) Điều chế độ rộng xung (PWM) Điều chế vị trí xung (PPM) Điều chế mã xung (PCM) Τ Giải thích sơ đồ khối : ϑ Khối tín hiệu điều chế: Tạo tín hiệu điều chế đưa vào khối dao động đa hài ϑ Dao động đa hài trạng thái bền: Trộn xung với tín hiệu điều chế ϑ 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 Điều chế độ rộng xung: Phương pháp điều chế tạo xung có biên độ không đổi, bề rộng xung thay đổi tương ứng với biên độ tức thời tín hiệu điều chế, cách điều chế này, xung có độ rộng lớn biểu thị phần biên độ dương lớn 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 tỷ 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 Sơ đồ khối hệ thống PWM Trong sơ đồ khối, tín hiệu điều chế đưa đến khối so sánh điện áp với tín hiệu phát từ phát hàm RAMP Điều chế vị trí xung (PPM): Với phương pháp điều chế vị trí xung xung điều chế có biên độ độ rộng xung không thay đổi theo biên độ tín hệu điều chế Hình thức đơn giản điều chế vị trí xung qúa trình điều chế độ rộng xung Điều chế vị trí xung có ưu điểm sử dụng lượng điều chế độ rộng xung có nhược điểm trình giải điều biến máy thu phức tạp dạng điều chế khác Điều chế mã xung: Phương pháp điều chế mã xung xem phương pháp xác hiệu phương pháp điều chế xung Trong điều chế mã xung mẫu biên độ tín hiệu điều chế biến đổi số nhị phân –số nhị phân biểu thị nhóm xung, diện xung biểu thị [1] thiếu xung biểu thị mức [0] Chỉ biểu thị 16 biên độ khác biên độ tín hiệu (mã bit), không xác Độ xác cải thiện cách tăng số bit Mỗi mã n bit biểu thị 2n mức riêng biệt tín hiệu Trong phương pháp điều chế mã xung, tần số thử định tín hiệu cao trình xử lý, điều cho thấy mẫu thử lấy mức lớn lần tần số tín hiệu tần số tín hiệu mẫu phục hôì Tuy nhiên, thực tế thông thường mẫu thử mức độ nhỏ khoảng 10 lần so với tín hiệu lớn Vì vậy, tần số cao thời gian lấy mẫu nhỏ (mức lấy mẫu nhiều) dẫn đến linh kiện chuyển mạch có tốc độ xử lý cao Ngược lại, sử dụng tần số lấy mẫu thấp thời gian lấy mẫu rộng, độ xác không cao Thông thường người ta sử dụng khoảng 10 lần tín hiệu nhỏ ♦ Kết luận: Điểm thuận lợi phương pháp điều biến xung tín hiệu AM yếu, chúng hẳn nhiễu ồn xung quanh, phương pháp điều chế PPM, PWM, PCM tín hiệu điều chế cách tách khỏi tiếng ồn Với phương pháp vậy, điều chế mã xung PCM cho kết tốt nhất, cần định xung diện, xung không diện Các phương pháp điều chế xung PPM, PWM, PAM phần theo kiểu tương tự Vì dạng xung sau điều chế có thay đổi biên độ, độ rộng xung, vị trí xung theo tín hiệu lấy mẫu Đối với phương pháp biến đổi mã xung PCM dạng xung dạng nhị phân có mức [0] [1] Để mã hóa tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, ngươì ta chia trục thời gian khoảng trục biên độ 2n khoảng cho bit, số mức nhiều thời gian nhỏ, độ xác cao T thời điểm lấy mẫu biên độ đo, lấy mức tương ứng với biên độ chuyển đổi dạng nhị phân Kết ngõ ta thu chuỗi xung (dạng nhị phân) III ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DÙNG TIA HỒNG NGOẠI: Khái niệm tia hồng ngoại: nh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) ánh sáng nhìn thấy mắt thường, có bước sóng khoảng 0,8μm đến 0.9µm, tia hồng ngoại có vận tốc truyền vận tốc ánh sáng Tia hồng ngoại truyền nhiều kênh tín hiệu Nó ứng dụng rộng rãi công nghiệp Lượng thông tin đạt 3Mbit/s… Trong kỹ thuật truyền tin sợi quang dẫn không cần trạm khuếch đại chừng, người ta truyền lúc 15000 điện thoại hay 12 kênh truyền hình qua sợi tơ quang với đường kính 0,13 mm với khoảng cách 10Km đến 20 Km 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 Nguồn phát sáng hồng ngoại phổ nó: Các nguồn sáng nhân tạo thường chứa nhiều sống hồng ngọai Hình cho ta quang phổ nguồn phát sáng IRED :Diode hồng ngoại LA : Laser bán dẫn LR : Đèn huỳnh quang Q : Đèn thủy tinh W :Bóng đèn điện với dây tiêm wolfram PT : Phototransistor Phổ mắt người phototransistor(PT) trình bày để so sánh Đèn thủy ngân gần không phát tia hồng ngoại Phổ đèn huỳnh quang bao gồm đặc tính loại khác Phổ transistor rộng Nó không nhạy vùng ánh sánh thấy được, cực đại đỉnh phổ LED hồng ngoại Sóng hồng ngoại có đặc tính quang học giống ánh sánh (sự hội tụ qua thấu kính, tiêu cực…) Ánh sáng sóng hồng ngoại khác rõ xuyên suốt qua vật chất Có vật mắt ta thấy “phản chiếu sáng” tia hồng ngoại vật “phản chiếu tối” Có vật ta thấy màu xám đục với ánh sáng hồng ngoại trở nên suốt Điều giải thích LED hồng ngoại có hiệu suất cao so với LED cho màu xanh cây, màu đỏ… Vì rằng, vật liệu bán dẫn “trong suốt” ánh sáng hồng ngoại, tia hồng ngoại không bị yếu phải vượt qua lớp bán dẫn để Đời sống LED hồng ngoại dài đến 100000 (hơn 11 năm), LED hồng ngoại không phát sáng cho lợi điểm thiết bị kiểm soát không gây ý Linh kiện thu sóng hồng ngoại: Người ta dùng quang điện trở, phototransistor, photodiode để thu sóng hồng ngoại gần Để thu sóng hồng ngoại trung bình xa phát từ thể người, vật nóng … Loại detector với vật liệu Lithiumtitanat hay chất dẻo Polyviny-Lidendifluorid (PVDF) Cơ thể người phát tia hồng ngoại với độ dài sóng từ 8ms đến 10 ms 3.1 QUANG ĐIỆN TRỞ: Cấu tạo: Kết cấu loại quang điện trở trình bày hình bên (1a) Hình 1a Trong vỏ chất dẻo có cửa sổ để ánh sáng chiếu qua, người ta đặt phím thủy tinh 2, có rãi điện cực hình lược Khoảng cách điện cực chứa lớp bán dẫn Các điện cực dẫn điện nối đến chân cấm xuyên qua vỏ Để bảo vệ lớp vỏ khỏi bị ẩm ướt, người ta phủ lên bề mặt lớp sơn suốt Tùy theo loại quang điện trở bề mặt làm việc lớp biến thiên phạm vi từ 0,01 đến 0,04 cm2 Ta lựa chọn quang điện trở theo phổ xạ vật chất Những loại quang điện trở công nghiệp chế tạo Sulfit chì (∅CA) sử dụng để thị nhiệt động tình trạng vật thể nung nóng nhiệt độ tương đối thấp (2000C ÷ 400 0C ) Do đặt tuyến phổ chúng (đường hình 1b) cực đại nằm khu vực gần xạ hồng ngọai (1,8μm đến 2,5µm) IF% 50 Hình 1b λ(μm Đặc tuyến phổ quang điện trở Sulfit chì Đặc tuyến phổ loại Sulfit bil muyt ( ÞC5) thể đường hình 1b gần dải bước sóng với loại Sulfit Catmi (ÞCK) khu vực ánh sáng trông thấy: Nguyên lý làm việc: Sơ đồ nguyên lý Ρ Quá trình làm việc mạch sau: Khi chưa chiếu sáng mặt quang điện trở, dòng điện qua mạch nhỏ gọi dòng điện tối Khi chiếu sáng mặt quang điện trở với chiều dài bước sóng thích hợp, điện trở tinh thể bán dẫn giảm đáng kể Hiện tượng phụ thuộc vào chất bán dẫn sử dụng, độ tạp chất, chiều dài bước sóng Giá trị điện trở phụ thuộc ánh sáng chiếu vào, thay đổi từ MΩ đến Ω Đặc tuyến: a Đặc tuyến Volt- Ampere: Đặc tuyến V-A tăng tuyến tính vơí dòng điện tối dòng điện sáng Dòng điện tối lớn (xem đặc tuyến V-A) Dòng điện sáng dòng qua quang điện trở có ánh sáng chiếu vào Dòng điện tối dòng qua quang điện trở chưa có ánh sáng chiếu vào Từ đặc tuyến V-A ta nhận thấy độ nhạy quang điện trở phụ thuộc điện áp đặt vào Vì thế, người ta thường sử dụng suất độ nhạy k0 để đánh giá quang điện trở I(mA ) 14 12 10 10 15 20 25