(Tiểu luận) đề tài thiết kế chế tạo mạch ir điều khin bằng remote từ xa sử dụng ic4017

KHOA ĐIỆN TỬ BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯ NG ĐẠI HỌC KT-KT CÔNG NGHIỆP B OC OĐ NCƠSƠ Tên đề tài: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH IR ĐIỀU KHI N BẰNG REMOTE TỪ XA SỬ DỤNG IC4017 Giảng viên hướng dẫn: Lớp: Sinh viên Th.S Lê TuBn ĐCt DHDT14A1CL Lê Tiến HCnh Đào Thị Thuỷ HÀ NỘI, 5/2023 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Tính cần thiết đề tài Mục đích cảu đề tài Lời cảm ơn CHƯƠNG 1: T*NG QUAN V M/CH IR ĐI.U KHIỂN BẰNG REMOTE TỪ XA SỬ DỤNG IC4017 1.1 Mạch IR điều khiển remote từ xa sử dụng IC4017 .6 1.2 Ưu nhược điểm 1.2.1 Ưu điểm .6 1.2.2 Nhược điểm 1.3 Tìm hiểu hồng ngoại CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LS THUYUT V M/CH IR ĐI.U KHIỂN BẰNG REMOTE TỪ XA SỬ DỤNG IC4017 2.1 IC CD4017 2.1.1 Sơ đồ chân IC CD4017 chức chân .7 2.1.2 Giải thích hoạt động chân 2.2 TSOP1738 11 2.2.1 Khái niệm TSOP1738 11 2.2.2 Sơ đồ chân TSOP1738 11 2.2.3 Các tính thu tín hiệu IR TSOP1738 12 2.2.4 Thông số kỹ thuật 12 2.2.5 Nguyên lý hoạt động thu tín hiệu IR 13 CHƯƠNG 3: SgN PHhM M/CH THiC TU 15 3.1 Mạch nguyên lý 15 3.1.1 Sơ đồ khối tjng quát (demo) 15 3.1.2 15 Mạch nguyên lý 3.1.3 Tác dụng linh kiênn nguyên lý hoạt đông 15 3.1.3.1 Tác dụng linh kiện 15 3.1.3.2 Nguyên lý hoạt động 16 Mạch layout (PCB) 16 3.2.1 Sơ đồ dây 16 3.2.2 Mạch layout 17 3.2.3 Mô phpng 3D 17 3.2.4 18 3.2 File mạch in 3.3 Hình ảnh thrc tế trình làm sản phsm thrc tế 18 3.4 Môtnsố sr cố cách khtc phục 21 CHƯƠNG 4: KUT LUÂnN Vv ĐwNH GIw 22 4.1 Kết luận 22 4.2 Đánh giá 22 L IMƠĐẦU Tính cần thiết đề tài Mạch điều khiển mạch IR (Infrared) remote từ xa ứng dụng phj biến thiết bị điện tử Việc sử dụng mạch giúp cho việc điều khiển thiết bị điện tử nên dễ dàng hơn, tiện lợi đặc biệt giúp tiết kiệm điện Trong đó, IC4017 linh kiện quan trọng mạch điều khiển mạch IR Với khả xác định tín hiệu từ remote điều khiển thiết bị khác, IC4017 sử dụng rộng rãi ứng dụng điện tử Tuy nhiên, việc áp dụng mạch điều khiển mạch IR remote từ xa sử dụng IC4017 chưa nhiều người biết đến hiểu rõ Vì vậy, đề tài này, nhóm em tìm hiểu cách thiết kế hoạt động mạch điều khiển mạch IR remote từ xa sử dụng IC4017, ứng dụng thrc tế Mục đích cảu đề tài Việc thiết kế chế tạo mạch ir điều khiển remote từ xa sử dụng ic4017, không củng cố kiến thức học môn đồ án môn kỹ thuật nhà trường mà sở để phát triển thêm tr sản xuất mạch có tính thrc dụng, sử dụng cần thiết cho nhà thông minh, phục vụ yêu cầu gia đình ltp đặt cơng ttc điều khiển đèn đồ điện nhà trở nên dễ dàng hơn, người khiếm khuyết thao tác mà vận động nhiều Lời cảm ơn Đầu tiên, chúng em xin dành lời cảm ơn chân thành, sâu stc tới Ths Lê Tuấn Đạt, thầy tận tình bảo, hướng dẫn, định hướng cho chúng em suốt trình học tập thrc hành vừa qua Trong thời gian qua nhóm em cố gtng học tập làm việc nhiệt tình nhằm mang đến thành tốt khơng thể tránh khpi sai sót Chúng em mong nhận sr thơng cảm góp ý chân thành từ thầy bạn, để đề tài chúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG 1: TYNG QUAN VỀ MẠCH IR ĐIỀU KHI N BẰNG REMOTE TỪ XA SỬ DỤNG IC DC4017 1.1.Tìm hiểu mCch điều khiển remote từ xa sử dụng IC DC4017 Mạch điều khiển từ xa sử dụng IC DC4017 mạch thiết kế để điều khiển thiết bị điện tử từ xa, chẳng hạn đèn LED, bóng đèn, quạt, máy tính Bằng cách sử dụng remote điều khiển từ xa, người dùng điều khiển thiết bị mà không cần phải tiếp xúc trrc tiếp với chúng 1.2.Ưu nhược điểm 1.2.1 Ưu điểm Độ tin cậy cao, Dễ sử dụng Chi phí thấp Có thể tùy chỉnh để phù hợp với yêu cầu cụ thể 1.2.2 Nhược điểm Cần có kiến thức lĩnh vrc điện tử kỹ thiết kế mạch PCB Phải cân nhtc đến vấn đề liên quan đến bảo mật an tồn Vì mạch khơng có mã nên điều khiển thiết bị điều khiển ln thiết bị khác 1.3 Tìm hiểu hồng ngoCi Hồng ngoCi gì? Hồng ngoại sr xạ lượng với tần số thấp tần số mtt ta nhìn thấy, khơng thể nhìn thấy Tuy nhiên biết khơng nhìn thấy tần số âm tồn tai ta nghe thấy chúng Ta khơng thể nhìn thấy hay nghe thấy hồng ngoại ta cảm thấy từ sr cảm ứng nhiệt da Khi bạn đưa tay đến ngần lửa vật nóng, bạn xẽ cảm thấy nhiệt dù bạn khơng nhìn thấy Bạn nhìn thấy lửa phát nhiều loại xạ mtt ta nhìn thấy, đồng thời phát hồng ngoại mà ta cảm nhận qua da CHƯƠNG 2: CƠ SƠ Lk THUYẾT VỀ MẠCH IR ĐIỀU KHI N BẰNG REMOTE TỪ XA SỬ DỤNG IC4017 2.1 IC CD4017 2.1.1 Sơ đồ chân IC CD4017 chức chân Hình 1: CD4017 Chức Chân Mô tả chân Khi giá trị số đếm 5, Output có mức logic Khi giá trị số đếm 1, Output có mức logic Khi giá trị số đếm 0, Output có mức logic Khi giá trị số đếm 2, Output có mức logic Khi giá trị số đếm 6, Output có mức logic Khi giá trị số đếm 7, Output có mức logic Khi giá trị số đếm 1, Output GND Output có mức logic Chân nối với mặt đất mạch Khi giá trị số đếm 8, có mức logic Khi giá trị số đếm 4, 10 Output có mức logic Khi giá trị số đếm 9, 11 Output có mức logic 12 out Carry 13 Enable 14 Chân có mức logic 1, số đếm vượt giá trị 10 hữu ích cho việc kết hợp nhiều IC Chân kích hoạt tích crc mức thấp Khi mức cao, mạch khơng nhận tín hiệu xung clock đếm khơng đếm Và ngược lại Là tín hiệu đầu vào xung clock Ở xung cạnh dương xung clock, giá trị đếm tăng thêm Clock 15 Reset 16 Vcc 2.1.2 Giải thích hoCt động chân khởi động lại đếm từ Chân cấp nguồn dương Các chân đến đến 11 chân đầu Các chân thay đji thành mức cao (nối tiếp nhau) trình tr Đối với tín hiệu đồng hồ, chân tăng cao chuỗi Chân kích hoạt / ức chế đồng hồ (chân 13) hay gọi chân Enable Chân kích hoạt để bật CD4017 IC IC bật chân hoạt động mức thấp Để ttt ttt IC, chân phải kết nối với đầu vào cao hoạt động, chân hoạt động mức cao, bp qua tín hiệu xung nhịp Chân đồng hồ (chân 14) Tín hiệu đồng hồ cung cấp đến chân thứ 14 chịu trách nhiệm cho đầu tuần tr Khi xung đồng hồ phát hiện, chân đi, xung đồng hồ tiếp theo, chân lên cao, chuỗi hình thành Điều quan trọng cần nhớ là, khơng kết nối tín hiệu đồng hồ với chân đầu vào này, phải kết nối với nguồn điện áp dương âm Nó khơng bp kết nối theo quy ttc tiêu chusn đầu vào CMOS Chân đầu vào đồng hồ (chân số 14) đáp ứng với tín hiệu điện áp dương đồng hồ dương Chân reset (chân 15) Chân 13 chân Kích hoạt đồng hồ gọi chân Enable, sử dụng để điều khiển đồng hồ Khi mức logic “0”, đồng hồ kích hoạt đếm tăng lần đếm cho xung đồng hồ Nhưng logic “1”, đầu vào đồng hồ bị dừng đếm khơng làm xung đồng hồ đến Chân 16 nguồn cấp dương chân chân tiếp đất gọi hai chân chân cấp nguồn CD4017 Nguồn cung cấp dao động từ volt đến 16 volt Và điện áp nguồn tối đa không vượt 18 volt Chân 14 đầu vào đồng hồ để kích hoạt lần đế Xung đồng hồ phải “sạch” Nếu chúng “nhiễu ồn” đếm tăng hai nhiều lần xung đồng hồ Bộ đếm đếm tín hiệu đồng hồ tích crc (sườn lên xung) Chân 15 chân đặt lại hay gọi Reset Thrc đếm mức logic “0”, tương đương với nối chân xuống GND Khi thrc logic “1”, đếm đặt lại thành “0” Các chân 1-7 9-11 chân đầu giải mã tương đương với số thập phân từ – Hình 2: Sơ đồ hoạt động đếm đơn giản dùng IC CD4017 Trong trình đếm đầu (các chân 1-7 9-11) “Cao” “log gic 1” phần cịn lại trì mức “Thấp” “logic 0” Như hình LED1 nằm đầu dán nhãn “0”, LED nhãn “0” sáng sau sử dụng IC làm đếm số Khi đếm tăng lên đến “9”, có thêm xung clock lặp lại “0” lần Chân 12 Carry out nghĩa chân có mức logic 1, số đếm vượt giá trị 10 hữu ích cho việc kết hợp nhiều IC để tăng khả đếm lên hàng chục hàng trăm, hàng nghìn… 2.2 TSOP1738 2.2.1 Khái niệm TSOP1738 TSOP1738 thu tín hiệu IR với khuếch đại hoạt động chuyển mạch chuyển đji mạch Có đầu vào đầu hoạt động đầu vào tín hiệu IR Chức TSOP1738 chuyển đji tín hiệu IR thành tín hiệu điện Mỗi thu IR có tần số đặc biệt để hoạt động TSOP1738 hoạt động tần số IR 38KHz Trong trường hợp tần số cao thấp hơn, hoạt động với dịng điện bị rò rỉ gặp số lỗi khác khơng hoạt động hồn tồn Sử dụng cơng nghệ bán dẫn silicon, hoạt động cấp độ micro nhạy hiệu với chức Tóm lại, TSOP có kích thước nhp việc sử dụng với vi điều khiển vi xử lý làm trở nên thơng minh an tồn 2.2.2 Sơ đồ chân TSOP1738 TSOP1738 thu tín hiệu IR hoạt động cơng ttc Nó có ba chân kết nối TSOP với thiết bị khác cho giao tiếp liệu khơng dây 10 Hình Sơ đồ chân TSOP1738 GND: Chân nối đất làm điểm mass chung với thiết bị khác, đặc biệt vi điều khiển IC VSS: Là chân đầu vào cấp nguồn để kích hoạt giải mã bên thu IR Nguồn điện phải theo đặc tính kỹ thuật nên cấp chân nguồn Trong trường hợp đầu vào nguồn điện cấp sai chân có giá trị thấp, IC btt đầu nóng lên mà bạn nhận thấy cách chạm vào Cuối cùng, việc đốt nóng làm hpng TSOP Output: Dữ liệu xuất dạng xung Chân đầu giao tiếp với thiết bị chusn logic TTL / CMOS có điện trở nhp Dữ liệu đầu dạng điện áp 2.2.3 Các tính thu tín hiệu IR TSOP1738 Có thu tín hiệu khuếch đại IR package Mức tần số đặc biệt hoạt động với thiết bị cụ thể TSOP1738 có lọc bandpass bên để tránh ánh sáng xung quanh, đặc biệt ánh sáng mặt trời Bộ lọc bên cung cấp tần số PCM cho tín hiệu analog Có thể sử dụng với vi điều khiển, IC vi xử lý chusn TTL / CMOS 11 Có nhiều tính vi mạch có mức tiêu thụ điện thấp việc tiêu thụ điện xảy hoạt động Ở trạng thái ngủ, mức tiêu thụ điện trở nên thấp TSOP1738 có tốc độ truyền 1200bits / s nhận liệu với tốc độ tương tr Đầu hoạt động mức thấp 2.2.4 Thông số kỹ thuật Điện áp hoạt động TSOP từ -0.3 đến 6.0 V dòng điện động 5mA Điện áp dòng điện đầu theo nguồn điện đầu vào Phạm vi nhiệt độ tiếp giáp bên 100 ⁰C Nhiệt độ hoạt động từ -25 đến 85 ⁰C Công suất tiêu thụ 50mW nhiệt độ tối đa 85 ⁰C Trong q trình hàn, IC ln giữ nhiệt độ thấp 260 ⁰C gần chân khơng bị cháy nhiệt độ bên ngồi q trình hàn 2.2.5 Ngun lý hoCt động thu tín hiệu IR Hình ảnh cho trước sơ đồ khối tjng quát thành phần bên TSOP1738 Chi tiết thành phần thảo luận đây: Hình Sơ đồ khối tổng quát TSOP1738 12 AGC: Từ sơ đồ khối thấy rõ thành phần bên việc sử dụng thành phần có lý Bộ thu IR hoạt động trrc tiếp TSOP thành phần khác làm cho trở nên thơng minh an tồn Đầu tiên IR kết nối với AGC (Kiểm soát độ lợi tr động) AGC khuếch đại đầu vào tín hiệu đầu vào khác từ thu IR Sau AGC chuyển đầu tới lọc Bandpass Bộ lọc băng thơng (Bandpass filter): Bộ lọc bandpass có nhiều vai trị TSOP Đầu tiên, chuyển đji tín hiệu analog sang đầu digital, sau chuyển đến giải mã Sr kết hợp AGC lọc bandpass làm tránh ánh sáng xung quanh, đặc biệt ánh sáng mặt trời Thiết bị có bảo vệ ánh sáng mặt trời bên công ty khuyến nghị nên sử dụng khoảng cách ngtn Sr thay đji thời tiết ánh sáng mặt trời đơi ảnh hưởng đến việc truyền tải tín hiệu TSOP Bộ lọc bandpass làm cho vi mạch hoạt động tần số đặc biệt 38KHz Bộ giải mã : Bộ giải mã kết nối với transistor NPN đầu mtc với lọc bandpass đầu Dữ liệu đầu từ lọc bandpass đưa vào giải mã điều khiển transistor NPN sử dụng tín hiệu đầu vào thấp Transistor NPN kết nối trrc tiếp với nguồn với đầu crc collector crc emitter nối mass Mỗi tín hiệu logic thấp ttt transistor NPN nguồn điện đưa tới chân đầu Mạch điều khiển: Mạch điều khiển hoạt động công ttc cho giải mã lọc bandpass Nó tạo tín hiệu đầu lọc bandpass tạo tín hiệu đầu ra, mạch điều khiển tạo tín hiệu đầu thơng báo cho giải mã AGC hồn thành q trình lọc tín hiệu 2.2.6 13 CHƯƠNG 3: S{N PH|M MẠCH TH}C TẾ 3.1 MCch nguyên lý 3.1.1 Sơ đồ khối t~ng quát Cảm Bộ xử lý (IC Remote biếến IR Thiết bị LED Relay điện tử CD4017) 3.1.2 MCch nguyên lý Hình Mạch nguyên lý 3.1.3 Tác dụng linh kiên nguyên lý hoCt đông 3.1.3.1 Tác dụng linh kiện Remote: tín hiệu IR phát từ remote để điều khiển mạch TSOP1738: Nhận tín hiệu hồng ngoại LED: sử dụng để hiển thị trạng thái mạch, ví dụ cho biết mạch hoạt động hay không Transistor: sử dụng để kích hoạt Relay 14 Relay: sử dụng để điều khiển thiết bị điện tử đèn, quạt, máy lạnh, TV, thiết bị khác 3.1.3.2 Nguyên lý hoCt động Tín hiệu sau khuếch đại, qua lọc C1 + R2 để đưa đến chân 14(clk- chân nhận tín hiệu vào) IC 4017 hoạt động sau: nhận tín hiệu chân clk đầu 4017 (chân 2) xuất xung dương, sau lần nhận tín hiệu ngõ có ngõ lên mức dương tuần tr từ 0-9 Đối với mạch chân chân tín hiệu 4017 đưa đến BC547 để điều khiển Relay Còn chân nối đến chân 15 (reset) Ban đầu led ttt chưa bấm remote switch, mạch tín hiệu Sau bấm mạch nhận tín hiệu chân C BC557 chân lên mức dương làm cho transistor BC547 dẫn, dẫn tới relay đóng thiết bị hoạt động Sau chân clk nhận thêm, ngõ chân chuyển lên chân 4, lúc chân nối reset nên 4017 reset làm led ttt 3.2 MCch layout (PCB) 3.2.1 Sơ đồ dây Hình Sơ đồ dâ 15 3.2.2 MCch layout Hình Mạch layout 3.2.3 Mơ ph‚ng 3D Hình Mơ 3D 16 3.2.4 File mCch in Hình 10 Mạch in 3.3 Hình ảnh th„c tế trình làm sản ph…m th„c tế Test bo trắng - Tiến hành làm mCch 17 Bước 1: Cắt phíp đồng mCch in Bước 2: Ăn mòn 18 Bước 3: T…y mCch aceton khoan lỗ Bước 4: Hàn mCch - Sản ph…m sau hàn 19