ứng dụng sóng vô tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng

Ứng dụng sóng vô tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng - 12 - NỘI DUNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CHƯƠNG I DẪN NHẬP 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ: Mạch điều khiển thiết bị bằng sóng RF là một đề tài không mới, trong các khoá trước đã có người nghiên cứu. Nhưng vì tính thực tiễn của đề tài này nên nó cần được tiếp tục nghiên cứu và hoàn chỉnh để đưa ra giải pháp tối ưu. Trong các khoá trước, đề tài này được thiết kế bằng những IC rời. Theo cách này thì kích thước của mạch lớn, cồng kềnh, không kinh tế. Đồng thời tính chính xác của việc đo đạc cũng còn hạn chế. Trong đề tài này, nhóm sinh viên thực hiện dùng IC rời kết hợp với Modul RF chuyên dụng để tạo ra mạch hoàn chỉnh ứng dụng. Hiện nay xu hướng sử dụng sóng RF để điều khiển thiết bị từ xa rất được ưa chuộng được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống như hệ thống báo động chống trộm , hệ thống điều khiển các thiết bị điện từ xa bằng sóng RF …. 1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI VÀ SỰ CẦN THIẾT PHẢI NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI: Đất nước ta đang trong thời kỳ hội nhập, kinh tế phát triển vượt bậc làm cho đời sống của người dân được nâng cao, theo đó thì nhu cầu về các hệ thống điều khiển không dây trở nên cần thiết ứng dụng điều khiển trong các thiết bị . Ưu điểm của hệ thống này là khắc phục được vật cản như tường nhà , vật dụng …. Xuất phát từ những ý tưởng trên và cùng hòa mình vào hoạt động nghiên cứu khoa học hàng năm của khoa Điện – Điện Tử trường cao đẳng NGUYỄN TẤT THÀNH , chúng em đã tham gia nghiên cứu và chọn đề tài “ỨNG DỤNG SÓNG VÔ TUYẾN ĐỂ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN DÂN DỤNG ” để nghiên cứu và thi công mô hình sản phẩm . Vì tầm quan trọng và tính thực tiễn của đề tài mà nó rất cần được nghiên cứu và phát triển hoàn chỉnh để có thể đưa vào sử dụng. 1.3 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: Ứng dụng sóng vô tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng - 13 - Nhóm sinh viên thực hiện nghiên cứu đề tài này nhằm mục đích: § Kết hợp giữa lý thuyết và thực hành, kiểm nghiệm lại lý thuyết đã học. So sánh giữa lý thuyết với thực hành có vấn đề gì nảy sinh hay không. Nếu có sẽ nghiên cứu tìm cách giải quyết vấn đề. Từ đó, nâng cao kiến thức chuyên môn cho nhóm sinh viên thực hiện. § Để thiết kế được một hệ thống như đã nêu trên thì người thực hiện phải nắm được kiến thức chuyên môn ngành điện tử. Sau đó cần tìm hiểu, nghiên cứu sách vở, các tài liệu của các khoá trước, các tài liệu trong và ngoài nước và các dạng mạch thực tế để thi công sản phẩm. § Rèn luyện khả năng nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu. § Nâng cao tay nghề cho bản thân trong việc thi công mạch điện tử. 1.4 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Với thời gian, kinh phí cũng như khả năng có hạn nên nhóm sinh viên thực hiện chỉ tập trung nghiên cứu các vấn đề sau: § Bộ phát sóng RF để truyền tín hiệu điều khiển § Bộ thu sóng RF để truyền tín hiệu điều khiển đến bộ giải mã điều khiển thiết bị . Ứng dụng sóng vô tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng - 14 - CH Ư ƠNG II CƠ SỞ LÝ LUẬN 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU: § Đề tài nghiên cứu về RF là một lựa chọn có hiệu quả trong việc truyền tín hiệu đi xa trong môi trường có nhiều vật cản. § Đối tượng nghiên cứu là một hệ thống hoàn chỉnh bao gồm phần cứng và thi công mạch . 2.2 DÀN Ý NGHIÊN CỨU: § Tham khảo nguyên lý hoạt động của những sản phẩm tương tự đang có bán trên thị trường. § Cải tạo lại sơ đồ nguyên lý của sản phẩm đang có trên thị trường theo yêu cầu nghiên cứu ban đầu mà nhóm sinh viên thực hiện đã vạch ra. § Khảo sát sơ đồ nguyên lý mới đã thiết kế (khảo sát lý thuyết) § Thiết kế và thi công trên thực tế bằng các linh kiện hiện có trên thị trường. § Cân chỉnh và hoàn thiện sản phẩm sau cùng. 2.3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU: 2.3.1 Phương pháp nghiên cứu: Trong quá trình nghiên cứu, nhóm sinh viên thực hiện chủ yếu dựa vào hai phương pháp chính: § Phương pháp tham khảo tài liệu: Thu thập các tài liệu liên quan đến Truyền số liệu, Kĩ thuật mạch điện tử, thiết kế mạch điện tử, các tạp chí trong và ngoài nước, các tài liệu liên quan đến vi điều khiển, thông tin trên internet và phương pháp nghiên cứu khoa học. Sau đó, nhóm sinh viên vận dụng các kiến thức hiện có để tổng hợp các tài liệu, sau cùng thiết kế ra mạch điện phù hợp với các yêu cầu mà ban đầu nhóm đã đề ra. Ứng dụng sóng vô tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng - 15 - § Phương pháp thực nghiệm: Một mạch điện hay một bộ phận của đề tài không phải thực hiện một lần là thành công mà cần phải tiến hành nhiều lần. Sau mỗi lần như vậy, người thực hiện đều rút ra được những kinh nghiệm cần thiết cho những lần sau. Sau đó người thực hiện sẽ tổng kết những kinh nghiệm lại để đưa ra giải pháp tối ưu. Khi đã có mạch theo tính toán lý thuyết, nhóm sinh viên thực hiện đã thi công mạch thực tế theo đúng sơ đồ nguyên lý đã vạch ra. Do không có các thiết bị đo chuyên dụng thích hợp, nhóm sinh viên thực hiện đã cân chỉnh thủ công từng khối và đo dạng sóng đầu ra của chúng. Sau đó, nhóm đã sử dụng kết quả cân chỉnh này để điều chỉnh lại lý thuyết một cách hợp lý. § Phương pháp quan sát: Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm sinh viên thực hiện sử dụng phương pháp quan sát để các sản phẩm có liên quan đến đề tài có sẵn trên thị trường. Sau đó kết hợp với các phương pháp khác để cho ra sản phẩm của riêng mình. 2.3.2 Phương tiện nghiên cứu: § Các tài liệu liên quan đến kỹ thuật cao tần. § Các dụng cụ đo đạc: VOM, dao động ký, bộ nguồn… § Các dụng cụ, thiết bị điện tử liên quan đến việc thi công mạch điện § Máy vi tính 2.3.3 Lập kế hoạch nghiên cứu: § Từ 01/04/2009 đến 15/04/2009 Tham khảo ý kiến Giáo viên hướng dẫn về hướng thực hiện đề tài và giới hạn của đề tài. § Từ 16/04/2009 đến 30/04/2009 Tìm các tài liệu liên quan đến đề tài sắp thực hiện. § Từ 01/05/2009 đến 21/05/2009 Tham khảo các tài liệu vừa tìm được. Ứng dụng sóng vô tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng - 16 - Tổng hợp các kiến thức hiện có và tài liệu vừa tìm được để thiết kế sơ đồ nguyên lý thích hợp (trên lý thuyết). § Từ 22/05/2009 đến 31/05/2009 Trình Giáo viên hướng dẫn xem sơ đồ nguyên lý vừa thiết kế (thiết kế trên lý thuyết). Chỉnh sửa sơ đồ theo chỉ dẫn của Giáo viên hướng dẫn. § Từ 01/06/2009 đến 15/06/2009 Thi công mạch thực tế và cân chỉnh thông số kĩ thuật. Tham khảo ý kiến chuyên môn của Giáo viên hướng dẫn trong lúc thi công. Hoàn thành mạch và cho chạy thử nghiệm (kiểm tra độ tin cậy của sản phẩm). § Từ 16/06/2009 đến 22/06/2009 Đóng gói sản phẩm cuối cùng. Soạn đồ án tốt nghiệp theo thiết kế (đã qua chỉnh sửa thực nghiệm). Trình Giáo viên hướng dẫn xem xét và cho ý kiến. Ứng dụng sóng vô tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng - 17 - CHƯƠNG III GIỚI THIỆU CÁC IC SỬ DỤNG TRONG MẠCH 3.1 IC MÃ HOÁ PT2262: 3.1.1 Giới thiệu: Đây là IC mã hóa điều khiển từ xa cùng cặp với IC giải mã PT2272 sử dụng công nghệ CMOS. PT2262 mã hóa địa chỉ và dữ liệu từ các chân địa chỉ và dữ liệu thành một chuỗi dạng sóng nối tiếp điều chế các sóng mang ở tần số sóng vô tuyến hay sóng hồng ngoại. IC này có 12 bit địa chỉ, mỗi bit có 3 trạng thái (mức cao, mức thấp và mức thả nổi) tức là có 3 12 (531.441) trạng thái dưới dạng mã hóa địa chỉ. Do đó có nhiều sự lựa chọn mã và không bị trùng nhau về mã hóa trong lập trình quét. Các điểm đặc trưng: § PT2262 sử dụng công nghệ CMOS § Công suất tiêu thụ thấp § Khả năng miễn nhiễu cao § Các chân mã hóa địa chỉ có thể lên đến 12 và ở dạng 3 trạng thái § Các chân dữ liệu có thể lên đến 6 § Tầm điện áp hoạt động rộng: Vcc = 4 ~15 volts § Mạch dao động chỉ sử dụng 1 điện trở § Loại ngõ ra có thể là chốt hoặc nhất thời § Dạng đóng gói có thể là DIP hoặc SO Các ứng dụng § Hệ thống bảo vệ xe hơi § Điều khiển cửa gara § Điều khiển xa quạt Ứng dụng sóng vô tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng - 18 - § Hệ thống tự động hoặc bảo vệ gia đình § Điều khiển từ xa các đồ chơi § Điều khiển từ xa trong công nghiệp * Sơ đồ khối IC PT2262 Sơ đồ khối IC PT2262. * Cấu trúc chân IC PT2262 Cấu trúc chân IC PT2262. Ứng dụng sóng vô tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng - 19 - * Mô tả chức năng các chân PT2262 Tên chân I/O Mô tả chức năng Số chân Loại 18 chân Loại 20 chân A0 ~ A5 I Các chân mã hóa địa chỉ từ 0 ~ 5. Sáu chân 3 trạng thái này được đọc bởi PT2262 để xác định dạng sóng mã hóa bit 0 ~ bit 5. Mỗi chân có thể được thiết lập ở mức ‘0’ ,’1’, hoặc ‘f’( thả nổi). 1 ~ 6 1 ~ 6 A6/D5 ~ A11/D0 I Các chân mã hóa địa chỉ từ 6 ~ 11/ các chân dữ liệu 5 ~ 0. Sáu chân 3 trạng thái này được đọc bởi PT2262 để xác định dạng sóng mã hóa bit 6 ~ bit 11. Khi các chân này được sử dụng như là chân địa chỉ, chúng có thể được thiết lập ở 3 trạng thái là ‘0’, ‘1’, ‘f’(thả nổi). Khi các chân này được sử dụng như là chân dữ liệu, chúng chỉ được thiết lập ở 2 trạng thái là ‘0’,hoặc ‘1’. 7 ~ 8 10 ~ 13 7 ~ 8 12 ~ 15 TE\ I Cho phép phát. Tích cực mức thấp. Sóng mã hóa ngõ ra DOUT sẽ có khi chân này được nối xuống mass. 14 16 OSC1 O Chân dao động Một điện trở sẽ được 15 17 Ứng dụng sóng vô tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng - 20 - thứ nhất nối giữa hai chân này để xác định tần số dao động cở bản của PT2262 OSC2 I Chân dao động thứ hai 16 18 DOUT O Chân ngõ ra dữ liệu. Dạng sóng mã hóa nối tiếp được đưa ra ở chân này. Khi PT 2262 không phát, ngõ ra DOUT ở mức thâp (Vss). 17 19 Vcc - Nguồn cung cấp chân dương 18 20 Vss - Nguồn cung cấp chân âm 9 9 3.1.2 Mô tả chức năng : PT2262 mã hóa địa chỉ và dữ liệu được thiết lập ở các chân A0 ~ A5 và A6/D5 ~ A11/D0 ra một dạng sóng đặc biệt và đưa nó ra chân DOUT khi chân TE\ xuống mức thấp.Dạng sóng này sẽ được đưa đến mạch điều chế RF hoặc mạch điều chế IR để phát đi. Sóng RF hoặc chùm tia hồng ngoại được thu bởi mạch giải điều chế RF hoặc mạch thu IR và phục hồi lại dạng sóng đặc biệt đó. Sau đó PT2272 sẽ được sử dụng để giải mã dạng sóng này và thiết lập các ngõ ra tương ứng. Do vậy hoàn tất chức năng điều khiển từ xa mã hóa và giải mã. 3.1.3. Hoạt động RF: Các bit mã hóa Một bit mã hóa là thành phần cơ bản của dạng sóng mã hóa, và nó có thể là bit AD(Address/Data) hoặc bit SYNC(Synchronous). Dạng sóng bit AD(Adrress/Data) Một bit AD có thể được chọn là bit ‘0’, ‘1’, hoặc ‘f’ tương ứng với mức thấp mức cao hoặc thả nổi. Dạng sóng 1 bit bao gồm 2 chu kỳ xung. Mỗi chu kỳ xung ứng với 16 chu kỳ dao động. Để hiểu chi tiết hơn, hãy xem giản đồ thời gian sau: Ứng dụng sóng vô tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng - 21 - Giản đồ thời gian của bit AD Ở đây: α là chu kỳ dao động cơ bản Dạng sóng của bit SYNC(synchronous) Bit đồng bộ có chiều dài là 4 bit với độ rộng xung là 1/8 bit. Giản đồ thời gian của bit đồng bộ: Chú ý: 1 bit = 32α Giản đồ thời gian của bit SYNC. Từ mã Một nhóm bit mã gộp lại gọi là từ mã. Một từ bao gồm 12 bit AD đi sau 1 bit SYNC. 12 bit AD được xác định bởi các trạng thái tương ứng của các chân A0 ~ A5 và A6/D5 ~ A11/D0 vào thời gian phát. Khi chân dữ liệu được sử dụng thì chân địa chỉ cũng bị giảm theo. Lấy ví dụ: nếu ta dùng 3 chân dữ liệu thì chân địa chỉ lúc này sẽ là 9, dạng sóng phát sẽ là: [...]... của PT2262 3.1.5 Các mạch điện ứng dụng: GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng - 25 - Ứng dụng sóng vơ tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng Mạch phát RF 4 bit dữ liệu băng tần UHFdùng PT2262 Mạch phát RF chỉ có địa chỉ (khơng bit dữ liệu) băng tần UHF GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng - 26 - Ứng dụng sóng vơ tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng * Giá trị tối đa cho phép PT2262: Ký hiệu Điều kiện Thơng số... Tùng - 41 - Ứng dụng sóng vơ tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng CHƯƠNG IV KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ 4.1 GIỚI THIỆU: Khi muốn truyền dữ liệu dùng các đường truyền analog có sẵn, cần phải chuyển đổi các tín hiệu điện có nguồn gốc từ các thiết bị cần truyền thơng tin (DTE) sang các dạng tín hiệu điện phù hợp với đường truyền analog có sẵn Các đường truyền này thường được thiết kế sẵn cho các tín hiệu... bị điện dân dụng VOH = 6Volt Dòng điện IOL ngõ ra Vcc = 5Volt 2 mA 5 mA 9 mA VOH = 3Volt DOUT mức Vcc = 8Volt thấp VOH = 4Volt Vcc = 12Volt VOH = 6Volt Điện áp ngõ VIH Vcc 0.7Vcc Vcc V VIL Vcc 0 0.3Vcc V vào mức cao Điện áp ngõ vào mức thấp Định nghĩa ký hiệu về hình dạng và ứng dụng của IC: PT 2272 – X – XXX GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng - 37 - Ứng dụng sóng vơ tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng. .. đến 15V Điều này có nghĩa là nếu điện áp cung cấp cho PT2272 thấp hơn 5V, bạn cần sử dụng 1 giá trị điện trở dao động thấp hơn cho cả PT2262 và PT2272 GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng - 23 - Ứng dụng sóng vơ tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng 3.1.4 Hoạt động IR – hồng ngoại: Trong loại hoạt động hồng ngoại, các chức năng cũng tương tự như mơ tả ở trên ngoại trừ dạng sóng ngõ ra có tần số sóng mang... by; mặt khác, các bit địa chỉ đươc so sánh với trạng thái các chân địa chỉ GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng - 33 - Ứng dụng sóng vơ tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng 3 Bất cứ khi nào các bit địa chỉ trong một khung phù hợp với trạng thái các chân địa chỉ, các bit dữ liệu sẽ được lưu vào bộ nhớ Cũng vậy, khi IC này thấy có hai lần dữ liệu liên tiếp và đồng nhất có cùng các bit địa chỉ, các ngõ ra dữ... - 39 - Ứng dụng sóng vơ tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng - 3 điện trở 5k ghép nối tiếp từ Vcc xuống mass tạo nên điện thế tham chiếu 2/3 VCC cho mạch so sánh một và 1/3 VCC cho mạch so sánh hai - Flipflop RS và 2 transistor T1 ,T2 là bộ phận chuyển mạch để tạo ra xung ở ngõ ra 3 - Vcc(8): IC 555 hoạt động ở điện áp DC từ 5V –15V Sự định thời thay đổi rất ít theo điện thế cấp điện Vcc... dùng điện trở đơn GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng - 22 - Ứng dụng sóng vơ tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng Mạch dao động được tích hợp bên trong PT2262 cho phép một dao động chính xác được xây dựng bằng cách kết nối một điện trở ngồi giữa hai chân OSC1 và OSC2 Để PT2272 giải mã chính xác sóng thu được, tần số dao động của PT2272 phải bằng 2.5 ~ 8 lần tần số dao động của PT2262 Tần số dao động ứng. .. hoạt động của phương pháp điều chế ASK: Hình4.1: Sơ đồ khối của phương pháp điều chế ASK GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng - 42 - Ứng dụng sóng vơ tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng Bản chất của phương pháp này là biên độ sóng âm đơn tần được chuyển đổi giữa hai mức (có sóng âm-khơng có sóng âm), với tốc độ chuyển đổi được xác định bởi tốc độ bit của tín hiệu nhị phân cần truyền Sóng âm tần phù hợp với... 45 - Ứng dụng sóng vơ tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng việc thay đổi biên độ, FSK đã sử dụng hai sóng mang (tại hai tần số khác nhau) có cùng biên độ và cố định cho số nhị phân “0” và “1” Hình4.4: Dạng sóng của phương pháp điều chế FSK Sự khác biệt giữa hai sóng mang là tần số FSK là sự tổng hợp ngõ ra của hai bộ ASK ở hai tần số khác nhau: § Một thực hiện việc điều chế trên sóng mang... dữ liệu cần điều chế (logic 1) § Một thực hiện việc điều chế trên sóng mang còn lại căn cứ trên mức thấp của tín hiệu dữ liệu cần điều chế (logic 0) 4.3.2 Phương trình tốn học của phương pháp điều chế FSK: Ta có: VFSK(t) = cosω1t Vd(t) + cosω2t Vd’(t) Trong đó: GVHD: Nguyễn Ngọc Tùng - 46 - [4.4] Ứng dụng sóng vơ tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng ω1, ω2 là tần số góc của hai sóng mang (radian/s) . tín hiệu điều khiển § Bộ thu sóng RF để truyền tín hiệu điều khiển đến bộ giải mã điều khiển thiết bị . Ứng dụng sóng vô tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng GVHD:. có thể là DIP hoặc SO Các ứng dụng § Hệ thống bảo vệ xe hơi § Điều khiển cửa gara § Điều khiển xa quạt Ứng dụng sóng vô tuyến để điều khiển các thiết bị điện dân dụng GVHD: Nguyễn Ngọc. vận dụng các kiến thức hiện có để tổng hợp các tài liệu, sau cùng thiết kế ra mạch điện phù hợp với các yêu cầu mà ban đầu nhóm đã đề ra. Ứng dụng sóng vô tuyến để điều khiển các thiết bị điện