LỜI MỞ ĐẦUNgày này việc sử dụng điều khiển các thiết bị từ xa bằng tia hồng ngoại đã trở nên quen thuộc trong hầu hết cái gia đình dân dụng.. Vì là bức xạ ánh sáng không thể nhìn thấy đư
TỔNG QUAN VỀ TIA HỒNG NGOẠI VÀ CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI
Cơ sở lý thuyết về tia hồng ngoại
1.1.1 Khái niệm về tia hồng ngoại
Tia hồng ngoại (IR) là bức xạ nhiệt không nhìn thấy được, nhưng con người cảm nhận được bằng nhiệt Mặt trời và lửa là hai nguồn phát ra tia hồng ngoại rõ ràng nhất, tuy nhiên mọi vật thể trong vũ trụ đều phát ra một lượng IR nhất định.
Tia hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng từ 700 nm đến 1 mm, dài hơn ánh sáng nhìn thấy nhưng ngắn hơn sóng vi ba.
Trong đó, tia hồng ngoại có tần số 300 GHz – 300 MHz, năng lượng của photon dao động ở khoảng 1.24 meV – 1.7 eV.
1.1.2 Đặc điểm của tia hồng ngoại
Tia hồng ngoại, bản chất là sóng điện từ, tuân theo định luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ và giao thoa như ánh sáng nhìn thấy Đặc trưng nổi bật của tia hồng ngoại là tác dụng nhiệt, vì thế nó còn được gọi là "tia nhiệt".
Tia hồng ngoại, bức xạ không nhìn thấy bằng mắt thường, được cảm nhận dưới dạng nhiệt hoặc quan sát bằng thiết bị chuyên dụng như kính nhìn đêm hay máy ảnh hồng ngoại Những thiết bị này cho phép phát hiện sóng hồng ngoại từ các vật thể nóng như người và động vật.
Hình ảnh thang sóng điện từ minh họa thứ tự các loại sóng điện từ, được sắp xếp theo bước sóng tăng dần (tần số giảm dần), dẫn đến năng lượng giảm dần.
Hình TỔNG QUAN VỀ TIA HỒNG NGOẠI VÀ CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI.1
Thanh đo sóng điện từ
Bước sóng tia UV ngắn hơn bước sóng ánh sáng tím.
Bước sóng tia hồng ngoại dài hơn bước sóng của ánh sáng đỏ.
1.1.3 Ứng dụng của tia hồng ngoại trong thực tế a) Dùng trong các thiết bị điện gia đình.
Sử dụng trong các bộ điều khiển từ xa như điều khiển tivi, điều hòa, điều khiển đèn, dàn âm thanh,
Dùng làm bếp điện, lò nướng vi sóng sử dụng bức xạ hồng ngoại để dẫn nhiệt.
Đèn cảm ứng: nhận tín hiệu hồng ngoài từ thân nhiệt của con người để hoạt động bật/ tắt đèn.
Dùng trong phòng tắm hơi làm máy sưởi ẩm.
Ứng dụng của tia hồng ngoại trong hệ thống lọc nước,sưởi ấm, sấy khô b) Thiết bị nhìn ban đêm
Công nghệ tia hồng ngoại ứng dụng rộng rãi trong thiết bị nhìn đêm (camera, ống nhòm, đèn pha) cho phép quan sát trong điều kiện thiếu sáng, phục vụ cả mục đích quân sự và dân dụng Cảm biến hồng ngoại là thành phần cốt lõi của các thiết bị này.
Cảm biến hồng ngoại ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, dễ thấy nhất là hệ thống cửa kính tự động tại sân bay, trung tâm thương mại và nhà hàng, giúp phát hiện người và tự động đóng/mở cửa Ứng dụng này cũng được mở rộng trong y tế.
Ánh sáng hồng ngoại, khác với tia cực tím gây hại cho tế bào, kích thích tái tạo và sửa chữa tế bào, cải thiện lưu thông máu, thúc đẩy lành mô và giảm đau.
Ánh sáng hồng ngoại trong y học là liệu pháp cải tiến điều trị hiệu quả các bệnh đau cấp và mãn tính như đau lưng, viêm khớp, chấn thương, căng cơ, đau cổ, bệnh thần kinh tiểu đường, viêm khớp dạng thấp, đau khớp thái dương hàm, viêm gân, vết thương, đau thần kinh tọa và vết mổ.
Tia hồng ngoại, với bước sóng ánh sáng đặc biệt, tác động vào vùng tổn thương, kích thích tái tạo mô, giảm đau và viêm Ánh sáng này thâm nhập sâu dưới da, hỗ trợ quá trình sửa chữa mô bị thương.
Tia hồng ngoại an toàn và hiệu quả, không gây tác dụng phụ, thậm chí được sử dụng cho trẻ sơ sinh trong chăm sóc đặc biệt.
Tổng quan về cảm biến hồng ngoại
1.2.1 Khái niệm về cảm biến hồng ngoại
Cảm biến hồng ngoại (Infrared Sensor - IR Sensor) là thiết bị điện tử phát/thu bức xạ hồng ngoại, vượt quá bước sóng ánh sáng khả kiến Vật thể trên 5 độ C đều phát ra bức xạ này Ứng dụng chủ yếu là nhận diện chuyển động, nên thường được gọi là cảm biến chuyển động Một loại phổ biến là cảm biến chủ động (AIR).
Cảm biến chủ động, như cảm biến áp điện bằng gốm, chuyển đổi năng lượng cơ học (ví dụ: áp suất) trực tiếp thành tín hiệu điện mà không cần nguồn điện ngoài.
Cảm biến hồng ngoại hoạt động dựa trên nguyên lý phát và thu ánh sáng hồng ngoại từ đèn LED Khi vật thể tiếp cận, ánh sáng phản xạ trở lại máy thu, cho phép phát hiện sự hiện diện của vật thể Ứng dụng điển hình là trong hệ thống tránh chướng ngại vật của robot Ngược lại, cảm biến PIR (thụ động) hoạt động theo cơ chế khác.
Cảm biến bị động hoạt động dựa trên nguồn năng lượng bên ngoài để chuyển đổi tín hiệu vật lý thành tín hiệu điện Ví dụ, photodiode sử dụng sự thay đổi điện trở của tiếp giáp bán dẫn p-n phân cực ngược khi tiếp xúc với ánh sáng.
Cảm biến hồng ngoại thụ động chỉ phát hiện bức xạ hồng ngoại từ vật thể (người, động vật, nguồn nhiệt) chứ không tự phát ra tia hồng ngoại Thiết bị chuyển tín hiệu nhiệt thành báo động Ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng của cảm biến hồng ngoại sẽ được trình bày tiếp theo.
Cảm biến hồng ngoại ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như an ninh (thiết bị chống trộm, camera giám sát), tự động hóa (bật tắt đèn, đóng mở cửa), y tế, quân sự, thiên văn và nghệ thuật Ưu điểm nổi bật của cảm biến này sẽ được trình bày tiếp theo.
1 Cảm biến hồng ngoại có độ nhạy cao trong xác định vật thể phát ra bức xạ hồng ngoại trong không gian.
2 Thiết kế cảm biến cho phép xác định khoảng cách chính xác của vật thể phát bức xạ hồng ngoại.
3 Thiết kế và cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ.
Hạn chế của cảm biến hồng ngoại:
1 Cảm biến hồng ngoại phụ thuộc nhiều vào điều kiện nhiệt độ môi trường. Với những môi trường có nhiệt độ cao, cảm biến sẽ hoạt động kém hiệu quả.
2 Góc và phạm vi quét cảm biến hồng ngoại hạn chế, nhiều góc chết.
3 Độ nhạy cao nên dễ nhầm lẫn khi phát hiện ra chuyển động.
Tổng quan về thiết bị điều khiển bằng tia hồng ngoại
1.3.1 Thiết bị điểu khiển từ xa IR Remote a) Cấu tạo
Cấu tạo của một điều khiển từ xa (IR remote) thường bao gồm các thành phần chính sau:
Thường là một vi xử lý hoặc vi mạch giúp điều khiển các chức năng của remote.
Gồm các nút bấm cho phép người dùng tương tác, như bật/tắt, điều chỉnh âm lượng, chọn kênh, v.v.
3 Cảm biến hồng ngoại (IR LED)
Phát ra tín hiệu hồng ngoại khi người dùng nhấn nút Tín hiệu này được mã hóa thành một chuỗi để thiết bị nhận biết.
Thường sử dụng pin (AA, AAA hoặc pin lithium) để cung cấp năng lượng cho remote.
5 Mạch thu phát hồng ngoại
Bao gồm một IR receiver ở thiết bị nhận (như TV hoặc đầu DVD) để tiếp nhận tín hiệu từ remote.
Chất liệu nhựa, bảo vệ các linh kiện bên trong và tạo cảm giác cầm nắm cho người dùng. b) Nguyên lý hoạt động
Điều khiển từ xa hồng ngoại hoạt động bằng cách truyền tín hiệu hồng ngoại mã hóa từ remote đến thiết bị Nút bấm kích hoạt diode phát ra xung ánh sáng hồng ngoại chứa các lệnh nhị phân Thiết bị nhận giải mã tín hiệu này để thực hiện các chức năng như tăng giảm âm lượng, chuyển kênh hay bật/tắt.
Tín hiệu hồng ngoại, loại ánh sáng không nhìn thấy được, truyền tải thông tin chính xác cao nhưng đòi hỏi điều khiển phải hướng thẳng vào bộ thu Khả năng xuyên vật cản kém và phạm vi hoạt động giới hạn dưới 10 mét.
1.3.2 Thiết bị nhận tín hiệu IR Receiver a) Cấu tạo
IR receiver (bộ thu hồng ngoại) thường bao gồm các thành phần chính sau:
- Diode hồng ngoại (Photodiode hoặc Phototransistor): Nhận tín hiệu hồng ngoại từ điều khiển từ xa.
- Bộ khuếch đại (Amplifier): Tăng cường tín hiệu nhận được để dễ dàng xử lý.
- Mạch giải mã (Demodulator): Phân tích tín hiệu và loại bỏ tần số không mong muốn.
Điều khiển từ xa sử dụng tín hiệu hồng ngoại (khoảng 38kHz) được thu nhận và khuếch đại trước khi giải mã Mạch giải mã loại bỏ tần số mang, giữ lại lệnh điều khiển để gửi đến mạch vi điều khiển (hoặc mạch logic) thực hiện các chức năng như bật/tắt, điều chỉnh âm lượng.
Hình TỔNG QUAN VỀ TIA HỒNG NGOẠI VÀ CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI.2
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của IR Receiver
Kết luận
Chương 1 đã trình bày và cung cấp cơ sở lý thuyết về tia hồng ngoại, đặc tính, ứng dụng thực tế, và các loại cảm biến cùng thiết bị liên quan đến tia hồng ngoại Là cơ sở quan trọng để hiểu rõ hơn về các ứng dụng của hồng ngoại trong đời sống Từ những nội dung trình bày trên, nhóm đã xác định bài toán đặt ra là thiết kế, chế tạo thiết bị điều khiển đèn led bằng điều khiển hồng ngoại.
Điều khiển 4 đèn LED bằng remote hồng ngoại (IR) với hệ thống dựa trên Arduino UNO, sử dụng bộ thu IR TSOP1738 và các linh kiện hỗ trợ (transistor, rơ le, diode).
Linh kiện Thông số kỹ thuật Chức năng
Vi điều khiển ATmega328P. Điện áp hoạt động 5V
Số chân In/Out 14 digital (6 PWM)
Bộ nhớ 32 KB flash. Điều khiển toàn bộ hệ thống, xử lý tín hiệu IR và điều khiển rơ le.
IR TSOP1738 Tần số hoạt động 38kHz
Dải nhiệt độ: -25°C - +70°C Điện áp hoạt động: 2.7V - 5.5V
Nhận và giải mã tín hiệu IR từ remote điều khiển. Điện trở 1 KΩ
Giá trị 1 KΩ Điện trở cố định
Phân áp và bảo vệ transistor
Loại NPN Điện áp cực thu/cực bệ 40V Dòng cực thu 800mA
Tần số chuyển đổi 300 MHz
Chuyển mạch điều khiển rơ le từ tín hiệu Arduino
Diode chỉnh lưu Điện áp ngược tối đa 1000V Dòng liên tục 1A
Bảo vệ transistor khỏi điện áp ngược khi relay tắt
Z) (x4) Điện áp cuộn dây 12V DC Điện áp tiếp điểm 250V AC / 30V DC
Dòng tiếp điểm 10A Điều khiển nguồn cung cấp cho đèn LED
Remote TV Công nghệ: Điều khiển hồng ngoại
(IR) Phạm vi hoạt động lên đến 5m
Gửi tín hiệu điều khiển bật/tắt các đèn LED
Kích thước: 830 lỗ 165x55x10mm Chất liệu: Nhựa ABS
Lắp ráp và thử nghiệm mạch điện không cần hàn
12V DC Điện áp 12V DC Cung cấp nguồn cho rơ le và đèn LED
Công suất 36W Bảng TỔNG QUAN VỀ TIA HỒNG NGOẠI VÀ CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI.1
Thông số kỹ thuật của sản phẩm
THIẾT KẾ VÀ TÍCH HỢP THIẾT BỊ IR RECEIVER VÀ THIẾT BỊ IR REMOTE TRÊN ARDUINO
Bài toán phân tích thiết kế
Điều khiển không dây cho phép người dùng điều khiển thiết bị từ xa (5-10m) bằng tín hiệu hồng ngoại, thực hiện các lệnh như bật/tắt, điều chỉnh cường độ, chế độ hoạt động Hệ thống phản hồi nhanh, ổn định, tiết kiệm năng lượng và không bị nhiễu bởi yếu tố ngoại vi Điều khiển phát tín hiệu hồng ngoại mã hóa, bộ thu nhận tín hiệu, gửi dữ liệu cho Arduino xử lý và thực hiện lệnh.
Cơ sở và quan điểm thiết kế
Hệ thống điều khiển không dây tầm ngắn này sử dụng ánh sáng hồng ngoại, được xử lý bởi Arduino cho phép tùy chỉnh linh hoạt các hành động Tiêu thụ năng lượng thấp, chi phí thấp, dễ tích hợp, an toàn và ổn định, lý tưởng cho các dự án DIY và tự động hóa nhà cửa.
Hệ thống điều khiển từ xa IR với Arduino nổi bật nhờ thiết kế đơn giản, giá thành thấp, dễ lập trình và ứng dụng linh hoạt trong các dự án tự động hóa.
Phân tích, thiết kế sơ đồ khối tổng quan của thiết bị
Hệ thống điều khiển hồng ngoại (IR) sử dụng Arduino UNO gồm các khối chính: thu nhận tín hiệu IR, xử lý tín hiệu bằng Arduino UNO, và điều khiển tải Arduino UNO phân tích tín hiệu IR nhận được để điều khiển các thiết bị ngoại vi.
Hệ thống được chia thành các khối chính như sau:
Hình THIẾT KẾ VÀ TÍCH HỢP THIẾT BỊ IR RECEIVER VÀ THIẾT BỊ IR
REMOTE TRÊN ARDUINO.3 Sơ đồ khối tổng quan của thiết bị a) Khối thu tín hiệu IR
Đây là khối sử dụng cảm biến IR để thu tín hiệu hồng ngoại từ một thiết bị điều khiển từ xa (remote IR).
Khối thu nhận tín hiệu hồng ngoại từ remote, chuyển đổi thành tín hiệu điện và truyền đến Arduino UNO Vi xử lý Arduino thực hiện các chức năng điều khiển.
Arduino UNO là trung tâm xử lý của hệ thống, nhận tín hiệu từ khối thu IR.
Arduino sẽ giải mã tín hiệu hồng ngoại nhận được từ IR Remote và phân tích mã lệnh. c) Khối điểu khiển tải
Đây là khối thực hiện các lệnh mà Arduino gửi tới Khối này có thể là các thiết bị điện như đèn, quạt, động cơ, hoặc các tải khác.
Khối điều khiển, dựa trên tín hiệu từ Arduino, sẽ bật/tắt, điều chỉnh tốc độ hoặc thay đổi trạng thái của thiết bị Các linh kiện phụ trợ cũng đóng vai trò quan trọng trong hệ thống.
Khối này bao gồm các linh kiện phụ như điện trở, tụ điện, các module hỗ trợ để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.
Hệ thống này tích hợp mạch cấp nguồn, mạch bảo vệ và các thành phần hỗ trợ, đảm bảo quá trình giao tiếp và điều khiển hoạt động trơn tru.
Hệ thống gồm khối thu tín hiệu IR, Arduino, khối điều khiển tải và linh kiện phụ trợ Arduino giải mã tín hiệu IR từ remote và điều khiển tải, đảm bảo hoạt động ổn định.
Phân tích phần cứng của thiết bị
Phân tích Ưu điểm Nhược điểm Lí do chọn
Vi điều khiển chính: Arduino UNO R3 Số chân Arduino UNO
Arduino UNO R3 sử dụng Atmega328P là vi điều khiển 8-bit với bộ nhớ flash
32KB, SRAM 2KB và EEPROM 1KB. rất phổ biến, có cộng đồng người dùng rộng rãi, hỗ trợ từ thư viện phần mềm đến tài liệu hướng dẫn.
Digital và Analog khá ít so với các phiên bản Arduino khác như Mega (với
R3 là lựa chọn tốt nhất cho những ai mới bắt đầu với dự án DIY vì nó có sẵn nhiều tài liệu hướng dẫn và module hỗ trợ.
Atmega16u2 điều khiển giao tiếp USB, giúp nạp chương trình qua cổng USB dễ dàng hơn so với phiên bản cũ
Arduino IDE thân thiện với người mới bắt đầu lập trình nhúng, hỗ trợ kết nối đa dạng module cảm biến, màn hình và động cơ.
So với các vi điều khiển 32- bit hoặc MCU hiện đại hơn (như ESP32), tốc độ xử lý và khả năng lưu trữ dữ liệu bị giới hạn.
Hệ thống hoạt động ổn định, ít lỗi và dễ dàng tìm thấy giải pháp khi gặp phải vấn đề kỹ thuật nhờ cộng đồng hỗ trợ lớn.
Chân kết nối: Có 14 chân Digital I/O (6 chân PWM), 6 chân
Analog Input, và chân nguồn.
Tương thích với rất nhiều shield Arduino khác (Ethernet, GSM, Motor Shield, …), cho phép mở rộng tính năng mà không cần thiết kế
Arduino UNO R3 có giá thành phải chăng nhưng vẫn đáp ứng tốt nhiều dự án điện tử, từ đơn giản đến mức độ trung bình, so với các vi điều khiển phức tạp hơn.
Bảng THIẾT KẾ VÀ TÍCH HỢP THIẾT BỊ IR RECEIVER VÀ THIẾT BỊ IR
REMOTE TRÊN ARDUINO.2 Phân tích Arduino 2.4.2 TSOP 1738 IR Remote Control Receiver
Phân tích Ưu điểm Nhược điểm Lí do chọn
TSOP 1738 chuyên dụng để nhận tín hiệu từ điều khiển từ xa
Nó hoạt động ở tần số
38kHz, thường được sử dụng trong các thiết bị gia dụng như
TV, điều hòa, và các thiết bị điều khiển từ xa khác.
Có thể nhận tín hiệu từ khoảng cách xa, giúp tăng cường hiệu quả trong môi trường không gian lớn.
Chỉ hoạt động tốt ở tần số khoảng 38kHz, có thể không tương thích với một số điều khiển từ xa khác sử dụng tần số khác.
Sản phẩm đã được kiểm nghiệm và sử dụng rộng rãi, đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy cao trong ứng dụng thực tế.
OUT: Xuất tín hiệu số đã giải mã đến vi điều khiển (ví dụ Arduino).
Thiết kế lọc nhiễu mạnh, hoạt động ổn định ngay cả trong điều kiện ánh sáng mạnh, đảm bảo tín hiệu chính xác.
Mặc dù có khả năng khử nhiễu tốt, nhưng nếu ánh sáng hồng ngoại mạnh (như ánh sáng mặt trời) vẫn có thể gây nhiễu tín hiệu.
Dễ dàng tích hợp vào các dự án Arduino, có sẵn thư viện hỗ trợ trong môi trường lập trình.
Bảng THIẾT KẾ VÀ TÍCH HỢP THIẾT BỊ IR RECEIVER VÀ THIẾT BỊ IR
REMOTE TRÊN ARDUINO.3 Phân tích cảm biến hồng ngoại TSOP 1738 2.4.3 2N2222 NPN Transistor
Phân tích Ưu điểm Nhược điểm
Lý do Ứng dụng Được sử dụng trong các mạch điện để khuếch đại dòng điện hoặc điều khiển các tải như relay,
Có thể chịu dòng tối đa lên tới 800mA, phù hợp với nhiều ứng dụng yêu cầu công suất cao.
Mặc dù có khả năng chịu tải lớn, nhưng không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu công suất rất cao.
Là một trong những loại transistor phổ biến nhất, rất dễ dàng tìm thấy và thay thế.
Mô-đun relay thường được dùng trong mạch điều khiển Arduino để kích hoạt relay, từ đó điều khiển thiết bị điện áp cao an toàn và hiệu quả.
Cho phép hoạt động hiệu quả trong các ứng dụng yêu cầu tốc độ chuyển mạch cao.
2N2222 có giá thành thấp, dễ dàng tìm kiếm trên thị
Hiệu suất có thể giảm khi nhiệt độ môi trường tăng cao,
Phù hợp cho nhiều loại mạch khác nhau, từ mạch đơn trường cần chú ý trong thiết kế mạch. giản đến phức tạp.
Tính năng và thông số kỹ thuật đơn giản giúp người dùng dễ dàng tích hợp vào mạch.
Bảng THIẾT KẾ VÀ TÍCH HỢP THIẾT BỊ IR RECEIVER VÀ THIẾT BỊ IR
REMOTE TRÊN ARDUINO.4 Phân tích Transistor NPN
Phân tích Ưu điểm Nhược điểm Lý do Ứng dụng
Diode 1N4007 là diode chỉnh lưu, cho phép dòng điện đi qua một chiều và ngăn dòng điện ngược, bảo vệ mạch điện.
Khả năng chịu điện áp cao:
Chịu được điện áp ngược lên đến
1000V, phù hợp cho nhiều ứng dụng.
Diode 1N4007 có tốc độ chuyển mạch chậm hơn so với các diode công suất cao khác, hạn chế ứng dụng trong các hệ thống yêu cầu tốc độ cao Độ tin cậy của linh kiện này cần được xem xét kỹ lưỡng.
1N4007 là một trong những loại diode phổ biến nhất và được ưa chuộng trong các ứng dụng điện tử nhờ tính ổn định và độ tin
Diode 1N4007 thường được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu, bảo vệ ngược cho nguồn điện và các ứng dụng khác liên quan đến điện áp cao.
Diode bảo vệ transistor và các linh kiện điện tử khỏi dòng điện ngược, đảm bảo hoạt động ổn định và đáp ứng yêu cầu tốc độ cao trong các mạch điều khiển.
Dòng tối đa lớn: Có thể xử lý dòng điện tối đa lên đến 1A, thích hợp cho các mạch điện cần xử lý dòng lớn.
Nhiệt độ làm việc: Có giới hạn nhiệt độ hoạt động, nếu vượt quá giới hạn này có thể dẫn đến hỏng hóc.
Chi phí hợp lý: Giá thành thấp, dễ dàng tìm thấy trên thị trường.
Thiết kế đơn giản, dễ dàng tích hợp vào các mạch điện mà không cần điều chỉnh phức tạp.
Bảng THIẾT KẾ VÀ TÍCH HỢP THIẾT BỊ IR RECEIVER VÀ THIẾT BỊ IR
REMOTE TRÊN ARDUINO.5 Phân tích diode 1N4007
Phân tích Ưu điểm Nhược điểm
Công tắc điện từ 3FF-S-Z, với điện áp cuộn dây 12V, lý tưởng cho việc điều khiển tải điện áp cao hoặc dòng lớn từ mạch điều khiển.
Khả năng chịu tải lớn:
Có thể đóng ngắt tải lên tới 10A, phù hợp với nhiều ứng dụng như động cơ và đèn điện.
Công nghệ này, dù kích thước có thể lớn hơn các giải pháp điều khiển điện tử khác, vẫn đảm bảo hiệu quả và dễ dàng tích hợp, đặc biệt phù hợp cho điều khiển thiết bị điện áp cao.
Rơle là thiết bị quan trọng trong tự động hóa, nhà thông minh và nhiều thiết bị điện khác, đảm bảo điều khiển tải nặng an toàn và hiệu quả.
Cách ly điện: Cung cấp cách ly giữa mạch điều khiển (thấp áp) và tải (cao áp), bảo vệ các linh kiện nhạy cảm như vi điều khiển.
Tốc độ chuyển mạch chậm hơn so với các thiết bị bán dẫn, không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ cao.
Rơ le JQC-3FF-S-Z có giá cả hợp lý, phù hợp với nhiều dự án DIY và công nghiệp, đồng thời nổi bật với độ bền cao.
Thiết kế cho phép hoạt động ổn định trong thời gian dài với tuổi thọ đóng ngắt cao.
Bảng THIẾT KẾ VÀ TÍCH HỢP THIẾT BỊ IR RECEIVER VÀ THIẾT BỊ IR
REMOTE TRÊN ARDUINO.6 Phân tích relay 12V 2.4.6 Thiết kế mạch phần cứng của dự án
Thiết kế phần cứng của thiết bị điều khiển thiết bị đèn LED sử dụng remote
Hệ thống IR này tích hợp Arduino và các linh kiện đơn giản để thu nhận tín hiệu hồng ngoại và điều khiển thiết bị qua relay Thành phần chính bao gồm Arduino và relay.
Hình THIẾT KẾ VÀ TÍCH HỢP THIẾT BỊ IR RECEIVER VÀ THIẾT BỊ IR
REMOTE TRÊN ARDUINO.4 Thiết kế phần cứng của dự án a) Khối thu tín hiệu IR
Cảm biến hồng ngoại TSOP1738 (38kHz) chuyển đổi tín hiệu IR từ remote thành tín hiệu số cho Arduino Cảm biến có 3 chân: GND, VCC, và OUT; chân OUT nối với chân digital 11 của Arduino để nhận tín hiệu.
Arduino UNO là bộ điều khiển trung tâm, giải mã tín hiệu từ TSOP 1738 để điều khiển thiết bị ngoại vi qua relay Khối điều khiển đèn LED sử dụng các chân I/O của Arduino.
Relay 12V đóng vai trò công tắc điện từ, điều khiển thiết bị điện áp cao (quạt, đèn) bằng tín hiệu từ Arduino Cuộn dây và mạch điều khiển của relay cần điện áp 12V để hoạt động.
Transistor 2N2222 khuếch đại dòng từ Arduino để kích hoạt relay, khắc phục hạn chế dòng xuất của Arduino không đủ mạnh cho relay Thiết bị này hoạt động như một công tắc điều khiển relay.
Phân tích, thiết kế phần mềm nhúng cho thiết kế
2.5.1 Phân tích, thiết kế lưu đồ thuật toán
Phần mềm nhúng của thiết bị điều khiển đèn LED bằng điều khiển hồng ngoại và biên dịch bằng phần mềm Adruino IDE, thực hiện các chức năng:
- Nhận tín hiệu IR bằng cách sử dụng chân số 11 digital của arduino từ remote TV.
- Điều khiển tất cả các LED thông qua các chân OUTPUT (INT 1, INT 2, INT
3, INT4) được nối với các chân digital tương ứng ( 2, 3, 4, 5) của arduino.
- Thực hiện các tác lệnh bao gồm bật/tắt cùng lúc 4 LED hoặc điều khiển riêng lẻ từng đèn LED.
- In ra danh sách lệnh từ tín hiệu IR được nhận ứng với mỗi hàm điểu khiển LED.
- Hiện thị mã lệnh IR không hiện thị được.
Lưu đồ thuật toán của phần mềm được chỉ ra trong hình 2.3
Hình THIẾT KẾ VÀ TÍCH HỢP THIẾT BỊ IR RECEIVER VÀ THIẾT BỊ IR
REMOTE TRÊN ARDUINO.5 Sơ đồ thuật toán của dự án
2.5.2 Thực thi viết phần mềm nhúng
Bài viết hướng dẫn giải mã tín hiệu hồng ngoại từ điều khiển từ xa sử dụng module TSOP1738, Arduino UNO và thư viện IRremote Mã nguồn được viết và biên dịch trên Arduino IDE Thư viện IRremote hỗ trợ giải mã dữ liệu từng phím bấm.
#include int RECV_PIN = 11;
IRrecv irrecv(RECV_PIN); decode_results results; void setup() {
Serial.begin(9600); irrecv.enableIRIn();} void loop() { if (irrecv.decode(&results)) {
Serial.println(results.value, HEX); irrecv.resume(); } delay(500);}
Bài viết hướng dẫn giải mã các phím và lập trình hệ thống nhà thông minh tự động hóa, sử dụng phím Nguồn và các phím số từ 1 đến… để điều khiển.
Mạch điều khiển 4 LED sử dụng 4 phím số tương ứng với từng LED, cho phép bật/tắt riêng biệt từng đèn Phím Nguồn điều khiển bật/tắt toàn bộ 4 LED cùng lúc.
Bài viết này trình bày cơ chế hoạt động của hệ thống: Nhấn phím tương ứng với giá trị đã mã hoá sẽ bật tải, nhấn lại sẽ tắt tải Quá trình này lặp lại với tất cả các phím.
// Chân nhận tín hiệu IR const int RECV_PIN = 11;
IRrecv irrecv(RECV_PIN); decode_results results;
// Định nghĩa các chân OUTPUT cho LED
// Cấu trúc để lưu trữ mã IR và chức năng tương ứng struct IRCommand { unsigned long code; void (*function)(); };
// Các hàm để xử lý chức năng void togglePower() { static bool powerState = false; powerState = !powerState; digitalWrite(IN1, powerState); digitalWrite(IN2, powerState); digitalWrite(IN3, powerState); digitalWrite(IN4, powerState);
Serial.println("Power toggled - All LEDs toggled"); } void togglePhim1() { static bool phim1State = false; phim1State = !phim1State; digitalWrite(IN1, phim1State);
Serial.println("Phim 1 toggled - LED 1 toggled"); } void togglePhim2() { static bool phim2State = false; phim2State = !phim2State; digitalWrite(IN2, phim2State);
Serial.println("Phim 2 toggled - LED 2 toggled"); } void togglePhim3() { static bool phim3State = false; phim3State = !phim3State; digitalWrite(IN3, phim3State);
Serial.println("Phim 3 toggled - LED 3 toggled"); } void togglePhim4() { static bool phim4State = false; phim4State = !phim4State; digitalWrite(IN4, phim4State);
Serial.println("Phim 4 toggled - LED 4 toggled"); }
// Bảng các lệnh IR và hàm tương ứng
{0xE0E010EF, togglePhim4}, }; const int numCommands = sizeof(commands) / sizeof(commands[0]); void setup() {
Serial.begin(9600); // Khởi động Serial Monitor với tốc độ 9600 baud pinMode(IN1, OUTPUT); pinMode(IN2, OUTPUT); pinMode(IN3, OUTPUT); pinMode(IN4, OUTPUT);
Enable the IR receiver using `irrecv.enableIRIn();` Optionally, blink an LED on pin 13 using `irrecv.blink13(true)` to indicate IR signal reception In the main loop, decode received signals using `irrecv.decode(&results)` and retrieve the IR code with `results.value`.
Serial.print("Received IR code: 0x");
This Arduino code snippet reads an infrared (IR) code, converts it to hexadecimal (HEX), and then compares it against a list of known commands If a match is found, the corresponding function is executed If no match is found, no action is taken A short delay prevents repeated readings.
Serial.println("Unrecognized IR code"); } irrecv.resume(); // Sẵn sàng nhận tín hiệu IR tiếp theo}}
CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN
Chế tạo
Sau quá trình nghiên cứ, thiết kế ở chương 2, ta sẽ tiến hành chế tạo, lắp đặt hoàn thành sản phẩm.
Ta sẽ chuẩn bị hai tấm Breadboard dùng để thiết kế và thực nghiệm.
Bài viết hướng dẫn chế tạo và thử nghiệm thiết bị điều khiển LED bằng điều khiển hồng ngoại, sử dụng breadboard MB-102 830 lỗ (165x55x10mm) Quá trình lắp đặt bao gồm đặt linh kiện lên breadboard và nối dây giữa các linh kiện.
Hình CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LED BẰNG ĐIỂU KHIỂN HỒNG NGOẠI.7 Mô hình sản phẩm hoàn chỉnh
Thử nghiệm và đánh giá
Hoàn thành sản phẩm, tiến hành cấp nguồn và nạp mã chương trình để thử nghiệm điều khiển đèn LED bằng remote TV.
Bài viết trình bày kết quả thử nghiệm gửi tín hiệu điều khiển từ xa TV đến cảm biến hồng ngoại, sau đó giải mã tín hiệu này qua chân số 11 của Arduino.
Hình CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LED BẰNG ĐIỂU KHIỂN HỒNG NGOẠI.8 Điểu khiển 4 LED cùng phát sáng.
Hình CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LED BẰNG ĐIỂU KHIỂN HỒNG NGOẠI.9 Điều khiển 4 LED cùng tắt.
Hình CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LED BẰNG ĐIỂU KHIỂN HỒNG NGOẠI.10 Điều khiển LED 1 bật.
Hình CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LED BẰNG ĐIỂU KHIỂN HỒNG NGOẠI.11 Điều khiển LED 2 bật.
Hình CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LED BẰNG ĐIỂU KHIỂN HỒNG NGOẠI.12 Điều khiển LED 3 bật
Hình CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LED BẰNG ĐIỂU KHIỂN HỒNG NGOẠI.13 Điều khiển LED 4 bật.
Chương III đã trình bày được quá trình chế tạo thiết bị điều khiển LED bằng tia hồng ngoại và lắp đặt mạch điểu khiển để hoàn thành sản phẩm. Quá trình chạy thực nghiệm cũng đã được tiến hành với nhiều nút lệnh khác nhau từ điểu khiển tất cả các đèn hay điểu khiển riêng lẻ từng đèn Kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu quả điểu khiển hệ thống là có thể thực hiện nhiều tác lệnh khác Sau những kết quả thu được ở phần thử nghiệm, ta thấy khả năng xử lý tín hiệu từ remote cũng như điều khiển LED khá ổn định, có thể điều khiển cùng lúc tất cả các LED hoặc điểu khiển từng LED riêng biệt