Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 75 10 TRUYỀN NHẬN DỮ LIỆU BẰNG HỒNG NGOẠI 10.1 GIỚI THIỆU VỀ HỒNG NGOẠI (IR) 10.1.1 Đònh nghóa Hồng ngoại là ánh sáng không nhìn thấy được có bước sóng dài, bước sóng từ 750 nanometer tới 0.1 milimeter. 10.1.2 Ưu và nhược điểm • Ưu điểm - Tiêu tốn công suất thấp nên thường được dùng trong máy vi tính… - Mạch thu, phát hồng ngoại dễ chế tạo, không đòi hỏi cao về phần cứng do đó giá thành thấp. - Vấn đề đo đạt, kiểm tra tín hiệu dễ dàng hơn so với sóng FM. - Truyền dữ liệu bằng hồng ngoại có tính bảo mật, an toàn cao vì nó chỉ có thể truyền trong phòng kín, dữ liệu không bò “rò” ra ngoài. Do vậy nó thường được dùng trong các hội nghò… - Tín hiệu hồng ngoại không bò gây nhiễu bởi sóng FM,… - Tín hiệu hồng ngoại có dãy băng tần rộng. - Truyền dữ liệu không cần dây, tiện lợi. • Nhược điểm - Do hồng ngoại là ánh sáng nên nó mang các bản chất của sóng ánh sáng như: truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ… nên bộ nhận tín hiệu hồng ngoại phải đặt thẳng với bộ truyền tín hiệu hồng ngoại, hoặc GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 76 bộ truyền và bộ phát phải được đặt trong môi trường có khả năng phản xạ được (như trong phòng…). - Không giống như truyền bằng sóng radio(FM…), bộ nhận cũng như bộ truyền không được để bò che phủ hoặc đặt trong hộp kín (đục). - Có thể bò gây nhiễu bởi các thiết bò có khả năng phát ra các sóng hồng ngoại khác như đèn huỳnh quang… - Khoảng không gian truyền càng lớn thì công suất truyền cũng phải tăng theo → làm tăng giá thành bộ phát. - Hồng ngoại không thể truyền xuyên tường và bò che bởi các vật rắn, khoảng cách truyền ngắn. - Tốc độ truyền thấp hơn so với truyền có dây. 10.2 TRUYỀN TÍN HIỆU HỒNG NGOẠI 10.2.1 Giới thiệu Đây là phương thức truyền dữ liệu không dây. Phương thức này sử dụng năng lượng bức xạ điện từ để truyền dữ liệu trong không gian. Một trong những nguồn năng lượng bức xạ điện từ mà ta thường thấy đó là mặt trời, đèn, TV, … So với sóng radio thì sóng ánh sáng hồng ngoại có bước sóng ngắn nên tần số cao hơn so với sóng radio. 10.2.2 Nguyên lý truyền dữ liệu bằng hồng ngoại Dựa trên tần số thu tốt nhất của mắt thu (B.P.F) mà ta phát dữ liệu trên tần số đó, gọi là tần số mang. Tần số mang 38,4 KHz Hình10.1 Tần số sóng mang của bộ phát Và tùy theo chuẩn đã quy đònh trước mà mức logic 1 có thể là “không phát” hay “phát” (led hồng ngoại sẽ nhấp nháy theo tần số mang). GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 77 10.2.3 Khung truyền dữ liệu 10.2.3.1 Khung truyền 1 byte dữ liệu Dữ liệu được truyền từ cổng nối tiếp RS-232 (PC) xuống AT89C2051, dữ liệu này được chip giải mã và truyền đi lần lượt từng byte. Header 10 bit dữ liệu Bù 1 của 10 bit dữ liệu Stop bit 10.2.3.2 Thời gian của khung truyền 2211us 1084us 1084us 1084us Header Data Stop bit 1084us Hình 10.2 Thời gian của khung truyền 10.2.4 Tạo tần số mang bằng AT89C2051 Do mỗi một chu kỳ máy (CKM) của AT89C2051 có thời gian bằng 12/f Crystal . Trong luận văn này, chúng ta sử dụng thạch anh có tần số là 22,1184 MHz. Suy ra: s54.0 1184,22 12 t CKM µ== Sau đây là chương trình con tạo tần số mang 38,4 KHz với độ dài cũa một bit dữ liệu là 2004 CKM. Pulse: MOV R4,#83 L5: CPL P1.7 MOV R5,#10 DJNZ R5,$ GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 78 DJNZ R4,L5 CLR P1.7 NOP NOP NOP NOP NOP NOP RET Space: MOV R4,#4 L4: MOV R5,#248 DJNZ R5,*+0 DJNZ R4,L4 NOP NOP NOP RET 10.2.5 Sơ đồ nguyên lý mạch phát Xem phần phụ lục trang1. GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 79 10.2.6 Sơ đồ khối của truyền một byte dữ liệu (10 bit) Đ úng Sai For i=0 to 9 If Data.i = then Call Space Else Call Pulse End if Next If Flag = 0 then Stop bit Data = 1024 – data Flag = 1 Flag =0 Truyền Header GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 80 10.3 NHẬN DỮ LIỆU BẰNG HỒNG NGOẠI 10.3.1 Cảm biến thu nhận tín hiệu hồng ngoại Ở trong luận văn này, chúng ta sử dụng cảm biến thu nhận tín hiệu hồng ngoại là GP1U5210. Cảm biến này thường được dùng trong các bộ thu tín hiệu hồng ngoại từ remote ở các TV, VCR, … Hình 10.3 Hình dáng bên ngoài của cảm biến 10.3.1.1 Các đặc tính về cảm biến - Ít bò nhiễu bởi ánh sáng của đèn huỳnh quang hoặc các nguồn sáng hồng ngoại khác có tần số không trùng với tần số của cảm biến (B.P.F). - Ngõ ra của tín hiệu là tích cực mức thấp, theo chuẩn TTL. - Tùy số series của cảm biến mà nó có thể lọc ở các tần số khác nhau (B.P.F – Band Pass Filter). Bảng sau là một vài tần số thông dụng. Bảng 10.1 Các tần số của một số cảm biến Model B.P.F GP1U57X 40 KHz GP1U570X 36 KHz GP1U571X 38 KHz GP1U572X 36.7 KHz GP1U573X 32.75 KHz GP1U577X 56.8 KHz GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 81 Với các cảm biến mà ta không biết được tần số lọc (B.P.F) của nó, thì ta có thể dùng mạch đơn giản sau với chip tạo dao động thông dụng LM555 để tìm ra được tần số lọc của cảm biến: 1K R2 100K U1 LM555 3 4 8 5 2 6 7 OUT RST VCC CV TRG THR DSCHG Q1 2N1070 1nF D1 LED 6-12V 470 R1 470 Hình 10.4 Sơ đồ nguyên lý mạch phát hồng ngoại Ta đặt bộ thu ở một khoảng cách nhất đònh. Sau đó điều chỉnh biến trở R1 (ở đây ta nên dùng biến trở tinh chỉnh để có thể chỉnh được tần số chính xác) để điều chỉnh tần số phát của hồng ngoại LED. Tần số này được tính gần đúng như sau )1R22R(C 44,1 f +× = A1015 10K 220 LED VCC VCC GPU52X 1 2 3 Gnd Vcc Signal Hình 10.5 Sơ đồ nguyên lý mạch thu sóng hồng ngoại Khi thấy đèn bên bộ nhận phát sáng thì ta sẽ thôi không chỉnh biến trở nữa. Dùng đồng hồ đo ta có thể đo được tần số lọc của cảm biến. GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 82 10.3.1.2 Sơ đồ khối bên trong của cảm biến 10.3.2 Xử lý dữ liệu nhận được Tín hiệu nhận được dựa trên chuẩn khung truyền đã qui đònh, mà ta giải mã ngược lại ra dữ liệu. Nhưng có điều cần chú ý là do cảm biến tích cực mức thấp nên dữ liệu bò đảo pha so với dữ liệu được truyền đi. Dữ liệu được xử lý theo sơ đồ khối sau. GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 83 Đ úng Đ úng Sai Sai Kiểm tra Stop bit Gởi data đến AVR AT90S2313 và xuất ra LCD If data+datacpl=1024 then For i=0 to 9 do If bit nhận về là 0 then data.i=1 else data.i=0 end if next For i=0 to 9 do If bit nhận về là 0 then datacpl.i=1 else datacpl.i=0 end if next Chờ Header (Start bit) GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 84 10.4 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT CỦA VIỆC TRUYỀN NHẬN DỮ LIỆU ngoại Mã hóa dữ liệu Xử lý (giải mã) Tín hiệu điều khiển PWM Động cơ RC Servo Chip AVR Bộ nhận tín hiệu hồng ngoại Tính toán Bộ phát hồng PC Tọa đo ä cần đến của tay máy 10.5 KẾT LUẬN Với chương này chúng ta đã hiểu rõ thêm về việc truyền nhận dữ liệu bằng sóng hồng ngoại cũng như việc tạo cho mình một khung truyền dữ liệu bất kỳ phù hợp với yêu cầu. Chương tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu việc giải mã điều khiển một thiết bò nhập khá phổ biến hiện nay là bàn phím AT. GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng . Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 75 10 TRUYỀN NHẬN DỮ LIỆU BẰNG HỒNG NGOẠI 10. 1 GIỚI THIỆU VỀ HỒNG NGOẠI (IR) 10. 1.1 Đònh nghóa Hồng ngoại là ánh sáng không nhìn. 10. 2.5 Sơ đồ nguyên lý mạch phát Xem phần phụ lục trang1. GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 79 10. 2.6 Sơ đồ. Tân-Nguyễn Lê Tùng Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 84 10. 4 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT CỦA VIỆC TRUYỀN NHẬN DỮ LIỆU ngoại Mã hóa dữ liệu Xử lý (giải mã) Tín hiệu điều khiển PWM Động