Khóa luận tốt nghiệp Sư phạm vật lý: Chế tạo mô hình cửa thông minh đóng mở bằng điện thoại di động

Với nhiều tính năng đa đạng, lượng người sử dụng điện thoại thông minh ngàycàng tăng, chính vì vậy các nhà đầu tư muốn kết hợp sử dụng các tính năng của điện thoại vào việc điều khiển cử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG DAI HỌC SƯ PHAM THÀNH PHO HO CHÍ MINH

KHOA VAT LY

TRAN THANH PHUONG

LUAN VAN TOT NGHIEP DAI HOC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG ĐẠI HỌC SU PHAM THÀNH PHO HO CHÍ MINH

KHOA VAT LY

TRAN THANH PHƯƠNG

CHE TẠO MÔ HÌNH CỬA THONG MINH

LỜI CẢM ƠN

Đường đến thành công bao giờ cũng đây những chông gai, trắc trở và vô vàn

những khó khăn, thử thách Đề hoàn thành được luận văn này, em đã được sự động viên, hỗ trợ từ phía Thay cô, gia đình và bạn bè.

Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thây Nguyễn

Tan Phát Thay là người đã hướng dẫn em làm nghiên cứu khoa học vả trong suốt

thời gian thực hiện khoá luận nảy Thay đã luôn theo sát, tận tinh, chu đáo hướngdẫn đề em hoàn thanh tốt dé tài

Bên cạnh đó, em xin gửi lời tri ân đến Thay Nguyễn Lâm Duy đã ở bên cạnh

động viên, quan tầm, đủ ít hay nhiều thay đã tạo động lực giúp em hoàn thành khoá

luận Thay đã chia sẻ kinh nghiệm và hỗ trợ em Em cũng không quên gửi lời cảm

ơn đến Thay Nguyễn Hoàng Long và Thay Ngo Minh Nhựt, hai Thấy luôn nhiệt

tình giúp đỡ những lúc em gặp trở ngại.

Em xin gửi lời cảm ơn đến các Thay, Cô giảng viên trường Đại học Sư phạm

Thanh phố H6 Chi Minh nói chung và Thay, Cô khoa Vật lý nói riêng — nhữngngười đã trang bị cho em kiến thức bỏ ích giúp em hoàn thành luận văn này

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè — những người đã san

sẻ, giúp đỡ và đóng góp ý kiến trong suốt quá trình em thực hiện luận văn

Em xin chân thành cảm ơn!

TP Ho Chí Minh, ngày 23 tháng 04 năm 2018

Sinh viên

\2 hả/n 7) “Ghamh, để Thu Lor 4

MỤC LỤC

CGHƯỚNGL, €ữS0LÝ THU TT tanaanianoaaaananaooeooooooooooooi 4

1.1 QUA TRÌNH THỰC HIỆN VA CHE TẠO MÔ HINH 4

1.2 KHÁI QUÁT VE MẠCH ARDUTNO c5 c5Sccceccecvrerreesee 5 J2 1 SCI scccnstesseseecesiesscrsaisccssseisnssetesaeanerandecsessadnssesseasescssacseatasisssersaie 5 1.2.2 Cau tao của mach Arduino Nano CH340 22-2 S555 s2 6 1.2.3 Chức năng của mach Arduino Nano CH340 - « <.- 6 nao i5 bộ 1.3.1 Mạch lọc thông thấp - 5c ch tt SE srsrtrkerskrsrrsrsrrsrrres 9 1.3.2 MincnilboltHDHE(ERBiaisisiiiiziiiiiiiiiiiiiiiii12112110116413123021523031243282230272302 9 1.3.3 Mach 10C tan SO ccccccecsesscsscssccesscscarscscsesvevscssveesececaserecaravacacavavee i0 1.3.4 Mach khuếch đại thuật toán OPAMP 5 5-55c s5: 12 1.4 CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ KHÁC -.- 2c 5< cc<ccsccxecrscrssces lầ 1.4.1 Thiết bị hiển thị LCD1602 2222222522 2221122221151121-t2 13 1.4.2 Module chuyên giao tiếp I2C 5-5 scscescesecsee 14 1.4.3 Module đồng hé thời gian thực RTC DS3231 - 14

1.4.4 Mach khuéch đại tín hiỆu ce eeeceeeseeeeeecceeeeeseeseeeeeeeeeeees l6 1.4.5 Mạch điều khiển động cơ DC L298 52-5-5552 sxcvrssrsrcs 17 CHƯƠNG2 KET QUA NGHIÊN CŨU 18

2.1 MO HINH o cecceccecseesceeceessesseesoesseessessesseessesssessessesesesssesseenessuessessaeeneees 18 HH 18

2.1.2 Mach In điện tỬ - s5 - << SH HS HH sec 19 2.2 CÁCH THUC HOAT DONG CUA MO HINH - 20

2.3 TAO TAP TIN ÂM THANH NHAC CHUÔNG - 21

2.4 ĐÁNH GIÁ MÔ HINH, cscescesssessesssesserssessessessseessessesseesarsastsseenessasss 23 CHƯƠNG 3 KET LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 24

3.1 Mô hình điều khiển đóng, mở cửa thông qua cuộc gọi đến 24

3.2 Kiểm tra và quản lí danh sách các lượt mở cửa .- -.+-‹ 24

3.3 Nhược điểm can khắc phục va hướng phát triển của mô hình 24

TÀI LIEU THAM KHẢO 25c 02 1 22110211111 1711102111011 1 eerye 27

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Tóm tắt quá trình thực hiện -2-5- 5525252 seSxcSvcsrzrerrerscrecee 4

Hình 1.2 Mạch Arduino Nano CH340 (a) và sơ đỗ chân (b) s55 5c: 6Hình 1.3 Sơ đồ khối của bộ thí nghiệm 2-52 s<csczscrsrcxcrscrseee §

Hình 1.4 Sơ đồ mạch lọc thông thấp - 5c St cv 11 11211111 xxx 9

Hình 1.5 Sơ đồ mạch lọc Oo 9Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý của mach lọc ứng với tan số 500 Hz 10

Hình 1.7 Đỏ thi biêu điển mỗi quan hệ giữa biên độ tin hiệu dau ra va tan số của

tín hiệu đầu vào ứng với mạch lọc tân số 500 Hz .- 2-52 se ssszsvzscs2 ll

Hình 1:8, 5 cực của OPAMP iccicssessessessssssassessassassaseaseniassessascessassssssessassessasenses 12

Hình 1.9 IC TLO81 (a) và sơ đồ chân của IC TLO81 (b) [16, tr.3] 12Hình 1.10 IC TL084 (a) và sơ đồ chân của IC TL084 (b) [16, tr.3] 13

Hình 1.11 Mat trước và mặt sau LCD 1602.00.00 cecceseeeeeeeseeseeeeeeeceeeeeeeceeeese 13

Hình 1.12 Module chuyền giao tiếp I2C (a) được gắn phía sau LCD (b) 14 Hình 1.13 Module hiện thị thời gian thực RTC DS3231 . lá

Hình 1.14 Sơ đồ nguyên lý của mạch khuếch đại tín hiệu 16Hình 1.15 Mach điều khiển động cơ DC L298 [1 I] -.:.¿5¿ 5555552 17Hình 2.1 Sơ đồ khối chỉ tiết của mô hình - cce<©cxxsrrxesrreeee 18Hình 2.2 Mô hình cửa được thiết kế đến thời điểm hiện tại 18

Hình 2.3 Mach in trước khi han (a) và sau khi hàn các linh kiện điện tử (b} | 9

Hình 2.4 Hiền thị LCD khi đúng cuộc gọi MOG CỬN‹¡ ::ccccccccccccccccococcccccococce 20

Hình 2.5 LCD hién thị yêu cầu nhập mật khẩu dé kiểm tra danh sách 20

Hình 2.6 Hiện thi LCD khi nhập đúng mặt khẩu (a), sai mật khẩu (b) và hiện thi

tên người đã gọi va thời điểm mớ CUA (C) s.« sccsnreerrrssesererrersaarasr.2T

DANH MỤC CÁC BANG

Bảng 1 Các đặc tính nôi bật của Arduino Nano CH340 [13] 6

Bang 2 Các chân kết nỗi module man hình với mạch Arduino 14Bang 3 Thông số kĩ thuật của module RTC DS3231 [17, tr.9] 15

Bảng 4 Bảng liệt ké 15 tập tin nhạc chuông thu được sau khi trộn các tín

HN 76c can õ cac ca an nê 22

MO ĐẦU

1 Giới thiệu chung

Xã hội ngày càng hiện đại, nhu cầu tự động hoá các thiết bị dé phục vụ đời

sông con người ngày càng cao, trong đó cửa tự động là một ví dụ điển hình Hiệnnay, đã có nhiêu mô hình cửa tự động sử dụng các công nghệ khác nhau như cảmbiến vân tay, thé từ, cảm biến hong ngoai, va điện thoại di động là một trong số

đó Với nhiều tính năng đa đạng, lượng người sử dụng điện thoại thông minh ngàycàng tăng, chính vì vậy các nhà đầu tư muốn kết hợp sử dụng các tính năng của

điện thoại vào việc điều khiển cửa tự động Tuy nhién, việc sử dụng các tinh năng

nôi bật của điện thoại di động vào mô hình này vẫn còn rất hạn chế va mới mẽ

[10] Thực tế đã có một số bộ điều khién đóng mở cửa thông qua thiết bị điện thoại

di động Có thé kẻ đến dự án thiết kế cửa tự động của nhóm nghién cứu Indonesia

[3], bộ thí nghiệm của nhóm nghiên cứu này sử dung Bluetooth dé điều khiển, do

đó chỉ điều khiển đóng mở cửa ở khoảng cách gan Tiếp theo là công nghệ sử

dụng giao điện trên điện thoại tương tác với bộ điều khiển thông qua thẻ sim, thiết

bị có khả năng bao động và đóng mờ cửa từ xa [8] Tuy nhiên, bộ điều khién naykhông phân biệt được đối tượng nào đã đóng, mở cửa, do đó vẫn chưa quản lí vàkiểm soát được quyên riêng tư cá nhân [15]

Dựa vào tính năng cài nhạc chuông tuỳ chọn trên điện thoại, mỗi số điện

thoại sẽ được cài đặt một bản nhạc chuông khác nhau Các bản nhạc chuông này

phát ra tín hiệu dao động tuần hoàn Dựa trên ý tưởng các ham tuần hoàn đều được

phân tích đưới dạng chuỗi Fourier [14] nghĩa là được phân tích đưới đạng tông

hợp của các tín hiệu dạng sin Đề biết được trong mỗi bản nhạc chuông gồm những

thành phan hàm sin nào cộng lại, tôi đưa chúng đi qua mạch lọc tan số Khi phân

biệt và nhận dạng được bản nhạc chuông nảy với bản nhạc chuông khác, nghĩa là

fi đã phan biệt được các số điện thoại gọi đến Tín hiệu đầu ra cũa mạch lọc tắn

số được gứi đến các chân Analog cúa Arduino dé phân tích, từ đó điều khiển việc

đóng, mở cửa cũng như lưu lại tên cá nhân và thời điểm mở cửa.

Dé tai này muốn hướng đến mục tiêu ché tạo mô hình cửa thông minh vớinhững tính năng nôi bật như dé sử dung, chi phí thấp, mạch điện tử dé thiết kế vàchế tạo, bảo mật cá nhân do người dùng tự thiết lập Bên cạnh đó, mô hình còn chophép người sử dụng kiểm tra tên cá nhãn vả thời điểm mở cửa thông qua danh sách

các cuộc gọi đến được hiền thị lên màn hình LCD khi có thao tác từ nút nhắn Mô

hình cửa tự động là sản phim của bước dau nghiên cứu, sẽ được triên khai ứngdụng trong mô hình cửa thực tế của gia đình khi được cải tiễn

|

Từ những lý do trên, tôi quyết định thực hiện đẻ tài: “Chế tạo mô hình cửa

thông minh đóng mở bằng điện thoại đi động”

2 Mục tiêu đề tài

- Tạo được các tập tin âm thanh phát ra tín hiệu dao động tuần hoàn (dao

động dạng sin hoặc tông hợp của các dao động dang sin) và thiết kế được các mạchlọc tan số

- Viết được chương trình điều khiển mach Arduino, nhận dạng được các tínhiệu nhạc chuông, từ đó điều khiển việc đóng, mở cửa vả tự động lưu tên cá nhân

nh hy: ee

- Chế tạo được mô hình cửa thông minh đơn giản, để sử dụng và chỉ phí thấp

3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu, tìm hiéu kiến thức về một số loại linh kiện điện tử căn bản.

- Nghiên cứu kiến thức vẻ mạch Arduino Nano CH340: cấu tạo, cách thức

hoạt động ngôn ngữ lập trình cho mạch Arduino.

- Nghién cứu việc tạo ra tập tin âm thanh phát ra tín hiệu dang sin và tông

hợp của các tín hiệu dạng sin.

- Nghiên cứu vé phân tích phô Fourier, từ đó nghiên cứu kiến thức về mach

lọc thông thấp, mach lọc thông cao: nguyên lý hoạt động, công thức tính tân số cắt

fe.

- Nghiên cứu về ngôn ngữ lập trình C va môi trường phát triển tích hợp

Arduino IDE (Integrated Development Environment).

- Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo được mô hình cửa cuốn

phương án điều chỉnh, cải tiễn cho phù hợp

4 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Kiến thức can ban vẻ Điện - Điện tử, mach Arduino,

mạch lọc thông thấp mạch lọc thông cao, thiết kế và chế tạo mô hình cửa.

- Phạm vi nghiên cứu: Mô hình cửa.

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu tai liệu về Điện — Điện tử,mạch Arduino, mạch lọc tần số

- Phương pháp lấy ý kiến chuyên gia: Tham khao và nhận sự hỗ trợ từ giảng

viên hướng dan, bạn bé và mọi người xung quanh dé thiết kế mô hình

- Phương pháp thực nghiệm: Kiểm tra hoạt động của từng bộ phận trên

testboard, vẽ và thiết kế mạch in

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYET

Dựa trên ý tưởng các hàm tuần hoan được phân tích đưới dang chuỗi Fourier

[14], tôi tạo ra các tập tin âm thanh phát ra tín hiệu đao động dang sin hoặc tổng

hợp của các tín hiệu dang sin Các tập tin này được cai đặt làm nhạc chuông điện

thoại và phát ra tín hiệu khi có cuộc gọi đến Dé phân biệt các tín hiệu âm thanhnhạc chuông này, tôi đưa chúng đi qua mạch lọc tần số Tín hiệu đầu ra của mạch

lọc tần số được gửi đến các chân Analog của mạch Arduino dé phân tích, từ đóđiều khiển việc đóng, mé cửa cũng như lưu lại tên cá nhãn và thời điểm mỡ cửa

1.1 QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH

Chương trình điều khiển mach Arduino Nano CH340 được viết bằng ngôn

ngữ C và được nạp cho vi điều khiển thông qua môi trường phát triển tích hợp

Arduino IDE (integrated Development Environment) Chương trình điều khiển

được chỉnh sửa và hoàn thiện dan thông qua việc lắp ráp và chạy thử từng bộ phậntrên test board như mạch lọc tần số, màn hình LCD, module đồng hỗ thời gianthực, mạch điều khiển động cơ DC L298 Đây là bước quan trọng nhất trong quátrình thực hiện đẻ tài này Trên cơ sở từng bộ phận đã được kiêm tra hoạt động ồn

định, mô hình được lắp đặt hoàn chỉnh, sau đó vận hành, đánh giá và hiệu chỉnh

sao cho phù hợp.

1 Nghiên cứu lý thuyết về điện 6 Vận hành, đánh giá va hiệu

tử va lập trình Arduino chỉnh mô hình

2 Lap và kiểm tra hoạt động 5 Kết nối giữa mạch in, mô hình

của các bộ phận trên test board cửa vả nạp chương trình

Hình 1.1 Tém tắt quá trình thực hiện

4

Mô hình gồm có những bộ phận chính là mạch Arduino Nano CH340, mạch

loc tan s6, thiết bị hiển thị LCD1602, module đồng hồ thời gian thực RTC DS3231,mạch điều khién động cơ DC L298 và động cơ DC

1.2 KHÁI QUÁT VE MẠCH ARDUINO

1.2.1 Lịch sử

Arduino là mạch vi xử lí được ding đề lập trình tương tác với các thiết bịphản cứng như cam biến, động co, đèn hoặc các thiết bị khác Arduino chính thức

được giới thiệu vào năm 2005, nó là một công cụ học tập cho sinh viên Viện thiết

kế tương tác Ivrea (Interaction Design Institute Ivrea) tại Haly [7] Giáo sư

Massimo Banzi là một trong những người sáng lập, phát triển Arduino tại thị tran

Ivrea Tên “Arduino” cé nguồn gốc từ tên của Bá tước King Arduin, VỊ vua trị vì

của nước Y từ năm 1002 đến năm 1014 Arduino thu hút được sự quan tâm của

đông đảo tín đồ yêu thích điện tử

Trai qua nhiều giai đoạn cải tiền và phát trién, từ mạch lập trình vi điều khién

dau tiên ATmega8 (Arduino Serial) sử dụng công kết nổi RS-232 thay vì côngUSB như hiện nay cho đến những phiên bản được mở rộng chân cắm và tích hợp

nhiều chức năng như Arduino Extreme (năm 2006), Arduino NG (Nuova

Generazione), Arduino Diecimila (năm 2007), và từ năm 2010 đến nay, Arduino

UNO sử dung chip ATMega§U2 (Serial TTL Converter) thay vì chip FTDI như

các phiên ban trước, các linh kiện đã được thu gọn kích thước tối đa để Arduino

nhỏ gon và phù hợp với người dùng [13] Arduino Nano CH340 có kích thước nhỏ

gọn, đây lả phiên bản thu nhỏ của Arduino Uno R3 với đây đủ các tính năng nhưArduino Uno R3 và tiết kiệm chỉ phí -

1.2.2 Cấu tạo của mạch Arduino Nano CH340

(@) O

D17x (1) HZ4 £0) (30) vin

DURX (2) OŸ® SUN 20) (29) GND

RESET (3) Oš „ v2.8 G ¿O | (28) RESET

Hình 1.2 Mach Arduino Nano CH340 (a) và sơ dé chân (b)

Arduino Nano CH340 có kích thước: 18;Š42 x 43,1§mm,: sử dụng vi điều

khiên ATmega328 thuộc ho 8 bit [12] Arduino Nano CH340 có 14 chân Digital

(từ chân D0 đến chân D13), 8 chan Analog (từ chân A0 đến chan A7) với độ phân

giải 10 bit Chân AREF ding dé đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chânAnalog Đặc biệt, Arduino Nano có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếpI2C/TWI với các thiết bị khác

1.2.3 Chức nang của mach Arduino Nano CH340

Đặc điểm nôi bật của Arduino là KIT phát triển trên nền tảng chip AVR, hỗ

trợ đa chức năng, trên Arduino có sẵn các lỗ cắm, tích hợp sẵn mạch nạp, các công

giao tiếp Đặc biệt so với các vi điều khiển khác như PIC, AVR, ARM

Arduino được hỗ trợ hệ thông thư viện mở, phong phú và mạnh mẽ Arduino dé

học, trình biên dich cho Arduino được viết thông qua ngôn ngữ C nên dé dàng và

thuận tiện cho những người mới bắt đầu Chính vì vậy, mạch Arduino được chọn

Điện ap hoạt động SVDC công USB hoặc 6-9VDC chân Raw

Dién ap vao 7-12V

Bộ nhớ Bộ nhớ Flash của vi điều khiến là 322KB

Bộ nhớ SRAM là 2KB

| | Bộ nhớ EEPROM là IKB |

Chức năng Digital - 14 chan Digital (từ chân DO dén chân D13)

- 6 chan PWM: D3, D5, D6, D9, D10 và D11 cho

phép xuất tin hiệu điện áp nhưng có thé điều chỉnh

- 4 chân giao tiếp SPI: D10 (SS), DI1 (MOSI),

D12 (MISO), DI3 (SCK) Ngoài các chức năng

thông thường, còn có thé ding đề truyền phát dữliệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác

- § chân Analog (từ chân AO đến chân A7) với độ

phân giải 10 bit dùng dé đọc giá trị điện áp trong

Chức năng Analog khoảng từ 0-SV

- 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếpI2C/TWI với các thiết bị khác

- ==f7ong luận văn này, tôi không tập trung vào từng chức năng khác nhau của

mạch Arduino Nano CH340 mà chỉ tập trung vào những chức năng quan trọng

được sử dụng trong mô hình Các chức năng này bao gôm:

- Sứ dụng các chan Analog là AO, Al, A2, A3 đẻ đọc giả trị biên độ tín hiệu

dau ra từ mạch loc tan số

- Sử dụng các chân Digital là D7, D8, D9 đề nhận tín hiệu từ các nút nhắn

- Sử dụng các chân Digital là D10, DI1 kết nối với mạch điều khiển động cơL298, thông qua đó điều khiển động cơ DC mé hoặc đóng cửa

.~ Sử dụng 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) của Arduino dé giao tiếp với thiết

bị hiển thị LCD1602 I2C và module đồng hỗ thời gian thực RTC DS3231

- Sử dụng bộ nhớ EEPROM của mach Arduino để lưu danh sách các lượt gọi

đến mở cửa, đồng thời kiểm tra danh sách tên cá nhân và thời điểm mở cửa bằngcách hiến thị các thông tin này ra màn hình khi có thao tác từ nút nhấn Bộ nhớ

EEPROM của mach Arduino có thê lưu được 85 tên cá nhân, thời diém đã mỡ cửa.

Điều khiên đóng mở cửa

Dé phan biệt và nhận dạng các tập tin âm thanh đã được cải đặt làm nhạc

chuông cho các số điện thoại khác nhau, tôi sử dụng mach lọc tan số.

Mach lọc tan số là những mạch cho những dao động có tần số năm trong một

hay một số khoảng cho phép nhất định di qua và chặn các dao động có tần số namtrong những khoảng còn lại Mach lọc tàn số là một bộ phận rat quan trọng trong

kĩ thuật Phân chia theo dai tan số, có các loại mạch lọc như mach lọc thông thấp

(low-pass filter), mạch lọc thông cao (high-pass filter), mạch lọc thông dải pass filter), mach lọc chặn dải (band-reject filter), mạch lọc pha.

(band-_ Trang đề tài này, mạch lọc tần số gồm haj mạch lọc là mạch lọc thông cao

(high-pass filter) và mạch lọc thông thấp (low-pass filter) ghép nối tiếp với nhau.Mạch lọc này chỉ cho phép những tín hiệu âm thanh có tần số nằm trong mộtkhoảng nhất định đi qua và chặn các tín hiệu có tần số năm trong các khoảng còn

lại Khi phân biệt được các tập tin âm thanh, tôi sử dụng chúng làm nhạc chuông

với mye đích đóng, mở cửa và báo mật.

1.3.1 Mạch lọc thông thắpMạch lọc thông thấp cho phép các tín hiệu đao động có tần số nhỏ hơn tần số

fe đi qua (f < f.) [2, tr.6] Ứng với những tín hiệu có tần số lớn hon tan số fe đều bị

mạch cán trở và tín hiệu đầu ra sẽ nhỏ Tại vị trí ứng với tan số f;, biên độ cúa tín

hiệu đầu ra là lớn nhất Khi tần số f càng lớn, biên độ tín hiệu đầu ra sẽ càng nhỏ

và tiến đần tới 0 Đặc điểm của mạch lọc thông thấp được sử dụng là tín hiệu đầu

vào và tín hiệu đầu ra có cùng dạng tín hiệu

Mạch lọc thông cao ngược lại với mạch lọc thông thấp, mạch lọc này chỉ cho

phép các tín hiệu dao động có tan số lớn hơn tan số cắt f đi qua (f> f.) Những tin

hiệu có tan số nhỏ hơn tân số f; thì biên độ tín hiệu đầu ra sẽ nhỏ hơn biên độ ứng

với tan số ft Khi tan số f càng nhỏ, biên độ tín hiệu dau ra sẽ càng nhỏ va tiến dantới 0 Tín hiệu đầu vao va tín hiệu đầu ra của mạch lọc được sử dụng có cùng dạng

Ay

Tín hiệu nhạc chuông từ điện thoại đi động sau khi khuếch đại được đưa vào

mạch lọc thông cao Tín hiệu đầu ra của mạch lọc thông cao được đưa vao machlọc thông thấp Tín hiệu ra ở mạch lọc thông thấp là tin hiệu cudi cùng được gửiđến các chân Analog của mach Arduino đẻ phân tích và xứ lí

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý của mạch lọc ứng với tan số 500 Hz

Hình I.6 gồm mach lọc thông cao (HIGH PASS 500) và mach lọc thông thấp(LOW PASS 500) Đối với mạch lọc thông cao, giá trị tần số cắt là

~4§3Hz.

1 I

| ee —————

2z-|R,R,CC; 2zx33.10133.101.10.10°.10.10”

Điều này nghĩa là mạch lọc thông cao sẽ cho-các tín hiệu dao động có tan số

lớn hơn 483 Hz đi qua, và chặn các tín hiệu có tan số nhó hơn 483 Hz Tương tự,đối với mạch lọc thông thấp, giá trị tần số cắt là - SO "¬

kết hợp giữa mạch lọc thông cao có giá trị / + 483Hz và mạch lọc thông thấp có

giá trị f = 590HZz, tôi được mạch lọc tan số cho phép các tín hiệu có tần số nằm

trong khoảng từ 483 Hz đến 590 Hz đi qua và tập tin phát ra tín hiệu dao động

dang sin có tan số 500 Hz sẽ đi qua được mạch lọc tần số này

10

Đề lựa chọn các linh kiện điện tử cũng như thiết kế các mạch lọc tan số tiếptheo, cần tiễn hành cho các tin hiệu dao động dang sin ứng với các tần số khác

nhau nhưng biên độ được giữ không đôi đi qua mạch lọc tan số Sau đó xác định

giá trị tan số ma tại đó biên độ giảm đi một nửa so với biên độ cực đại mà mạchlọc cho qua Nghĩa là những tín hiệu dao động đi vào mạch lọc tần số có biên độ

dau ra lớn hơn giá trị biên độ giảm đi một nửa được biểu là “được đi qua” mạch

lọc Ngược lại, những tín hiệu dao động có biên độ đầu ra nhỏ hơn giá trị biên độ

giám đi một nửa được hiệu là “không được qua” mach lọc Từ đó tôi có cơ sở đẻ

thiết kế các mạch lọc tiếp theo sao cho phù hợp

Tiến hành cho các tín hiệu đao động dang sin ứng với các tần số khác nhau

đi qua mạch lọc tần số 500 Hz nhưng biên độ tín hiệu đầu vào không đổi SV, tôi

thu được đỗ thị biéu diễn mỗi quan hệ giữa tần số của tín hiệu đầu vào và biên độtín hiệu đầu ra như hình 1.7

Hình 1.7 Đồ thị biểu điễn mối quan hệ giữa biên độ tín hiệu đầu ra và tần số của

tín hiệu đầu vào ứng với mạch lọc tần số 500 Hz

Tôi thay răng đối với mạch lọc tan số 500 Hz, ứng với giá trị tần số xap xi

1300 Hz thì biên độ tín hiệu giảm di một nửa (chi còn 0,65 V) so với biên độ cực

đại (1,3 V) ma mạch lọc cho qua Đề đảm bảo tính chính xác cho các mạch lọc, tôi

thiết kế mạch lọc tần số tiếp theo có giá trị là 3000 Hz Tiến hành tương tự, tôithiết kế các mạch lọc tân số tiếp theo có giá trị lần lượt là 7000 Hz và 15000 Hz.Như vậy, tôi thiết kế tông cộng 4 mạch lọc tần sé