Điều khiển xe mô hình bằng sóng RF

Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên cho em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Hà Nội, các thầy cô giáo trong bộ môn Kĩ Thuật Điện Tử đã nhiệt tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý giá trong suốt 4 năm học đại học. Trong quá trình thực hiện đồ án chúng em đã nhận được sự chỉ bảo, hướng dẫn tận tình của các thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử đặc biệt là sự chỉ dẫn và góp ý của thầy Hồ Thành Trung đã nhiệt tình cung cấp thông tin hướng dẫn và giúp đỡ em kiểm tra, khắc phục những thông tin chưa chính xác để em có thể hoàn thành đồ án này. Cuối cùng em xin chúc các thầy cô giáo trong Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Hà Nội và đặc biệt là các thầy cô giáo trong bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử có sức khỏe tốt, công tác và giảng dạy tốt để tiếp tục truyền đạt những kiến thức quý báu cho chúng em. Em xin chân thành cảm ơn! 1 Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC SV: Hồ Đình Duy – Lớp: KTĐT&THCN – K51 2 Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG SV: Hồ Đình Duy – Lớp: KTĐT&THCN – K51 3 Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT. RF Radio Frequency Tần số vô tuyến AM/FM Amplitude modulation/Frequency modulation Điều chế biên độ/Điều chế tần số ASK Amplitude Shift Keying Một dạng của điều chế biên độ FSK Frequency Shift Keying Một dạng của điều chế tần số PSK Phase Shift Keying Một dạng của điều chế pha VĐK Vi điều khiển PAM Pulse amplitude modulation Điều chế biên độ xung PPM pulse position modulation Điều chế vị trí xung PWM pulse width modulation Điều chế độ rộng xung PTM Pulse -time Modulation Điều chế xung thời gian DC Thành phần 1 chiều SV: Hồ Đình Duy – Lớp: KTĐT&THCN – K51 4 Đồ án tốt nghiệp DẪN NHẬP Đặt vấn đề Sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin,…đã và đang đạt được nhiều tiến bộ mới. Không những làm giảm nhẹ sức lao động của con người mà còn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm chính vì thế ngày càng khẳng định được vị trí cũng như vai trò của mình trong các ngành công nghiệp và đang được phổ biến rộng rãi trong các hệ thống công nghiệp nói chung và Việt Nam nói riêng. Không chỉ dừng lại ở đó, sự phát triển của kĩ thuật điện tử còn đem lại nhiều tiện ích phục vụ đời sống hàng ngày cho con người. Để phục vụ tốt hơn nữa đời sống con người trong thời điểm xã hội ngày càng hiện đại và phát triển hiện nay. Thay thế dần con người làm việc ở những nơi nguy hiểm, độc hại những nơi mà con người không thể tới được. Vấn đề đặt ra trước tiên khi xây dựng một hệ thống tự động hóa, điều khiển không còn là nên hay không nên, mà là lựa chọn hệ thống điều khiển, mạng truyền thông nào để điều khiển và giám sát cho phù hợp với yêu cầu và nhiệm vụ thực tế. Truyền dữ liệu không dây là một mảng lớn trong điện tử thông tin, dữ liệu được truyền đi có thể là tương tự cũng có thể là số. Trong truyền dữ liệu không dây, hiệu quả nhất vẫn là truyền bằng sóng điện từ hay sóng Radio, bởi những ưu điểm là truyền ở khoảng cách xa, đa hướng, tần số hoạt động cao. Truyền dữ liệu số được ứng dụng rất rộng rãi, nhất là trong lĩnh vực điều khiển, thông tin số. Nhiều vi mạch hỗ trợ xử lý tín hiệu không dây được sử dụng như PT2248, PT2249, PT9148, PT9149, PT2262, PT2272, HT640, HT648… Vấn đề đặt ra là các vi mạch này truyền dữ liệu chỉ dành cho mục đích riêng là điều khiển thiết bị, thông tin được truyền đi đã được mã hoá sẵn, số bit dữ liệu truyền đi thấp, không phù hợp với nhu cầu truyền dữ liệu hàng loạt và liên tục. Do đó em chọn đề tài “Điều khiển xe mô hình bằng sóng RF ”. Khả năng ứng dụng của đề tài không chỉ dừng lại ở việc điều khiển một ô tô từ xa mà trong tương lai có thể điều khiển các thiết bị chuyển động từ xa: Robot tự hành, các robot nạo vét cống rãnh, robot thám hiểm, dò phá bom mìn, điều khiển và giám sát các đèn tín hiệu giao thông từ xa…điều khiển các thiết bị ở những nơi mà con người không thể trực tiếp tới được, các thiết bị chữa cháy từ xa, điều khiển các thiết bị ở những môi trường hóa chất độc hại, các thiết bị đóng cắt từ xa trong các trạm biến áp trong nhà máy điện… SV: Hồ Đình Duy – Lớp: KTĐT&THCN – K51 5 Đồ án tốt nghiệp Yêu cầu của đề tài – Giới hạn của đề tài Ta thấy mỗi robot đều thực hiện một công việc riêng ứng với nhà thiết kế tạo ra. Ở đây em thiết kế robot với mục tiêu sử dụng sóng RF để điều khiển thay vì dùng dây cáp. Quá trình điều khiển xe tổng quan Không gian điều khiển xe Tuy đề tài không mới với công nghệ hiện nay nhưng đó là đề tài có nhiều ứng dụng trong đời sống cũng như sản xuất và đó cũng là bước khởi đầu để chúng em tiếp cận với kĩ thuật công nghệ ngày nay. Do đó đề tài này chúng em có thể thực hiện đó là: • Tìm hiểu PT2262/PT2272 • Thiết kế xe mô hình điều khiển từ xa bằng sóng RF • Thi công hệ thống SV: Hồ Đình Duy – Lớp: KTĐT&THCN – K51 6 Mạch thu Bộ điều khiển trung tâm Mạch phát Xe mô hình Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG I. TỔNG QUAN 1.1. Sóng vô tuyến 1.1.1 Tìm hiểu về sóng vô tuyến. Sự hình thành sóng điện từ ? Electric Fields(Lĩnh vực điện)Ví dụ: Khi có một dòng điện xoay chiều đang chạy. Lập tức nó sinh ra xung quanh nó một điện trường. Nói chung điện trường là môi trường vật chất đặc biệt bao quanh điện tích. Điện trường tác dụng lực lên tấc cả các hạt mang điện đặt trong nó. Điện trường được sinh từ những vật mang điện hoặc theo chứng minh khoa học thì điện trường được sinh ra TỪ TRƯỜNG. Magnetic Fields( Lĩnh vực từ trường) là một môi trường vật chất đặc biệt sinh ra quanh các điện tích điểm đang chuyển động hoặc là do sự biến thiên của điện trường. Ví dụ: Khi có một dòng điện xoay chiều đang chạy. Chúng ta di chuyển sợi dây của dòng điện đang chạy. Lập tức nó sinh ra một từ trường. Xét về mặt bản chất, điện trường và từ trường là biểu hiện riêng lẻ của một trường thống nhất gọi là điện từ trường. Điện từ trường do một điện tích điểm dao động theo phương thẳng đứng tại O sinh ra sẽ lan truyền trong không gian dưới dạng sóng. Sóng đó người ta gọi đó là sóng điện từ. Hecxo là người đầu tiên phát được sóng điện từ bằng cách tạo ra những xung điện biến thiên rất nhanh giữa hai điểm nối với hai bản của một tụ điện cao thế . Ông nghiên cứu được tính chất sóng điện từ phát ra nó cũng có những tính chất giống như là sóng cơ học. Chúng phản xạ được trên những mặt kim loại. Chúng giao thoa được với nhau…. Ông cũng đo được vận tốc truyền của sóng điện từ là 300.000km/s. Trùng với vận tốc truyền đi của ánh sáng. Và ánh sáng thì người ta cũng gọi nó cũng là một loại sóng điện từ. - Sóng điện từ và thông tin vô tuyến Sóng điện từ được sử dụng rộng rãi trong thông tin vô tuyến truyền thanh và truyền hình, cũng như trong một số lĩnh vực khác như vô tuyến định vị radar , thiên văn vô tuyến , điều khiển bằng vô tuyến… Sóng điện từ được đặc trưng bằng tấn số hoặc bằng bước sóng. Giữa bước sóng đo bằng mét và tần số hertz của sóng điện từ có hệ thức: λ=1/f Những dao động điện từ có tần số hàng chục và hàng trăm Hz bức xạ rất yếu. Sóng điện từ của chúng không có khả năng truyền đi xa. Trong thông tin vô SV: Hồ Đình Duy – Lớp: KTĐT&THCN – K51 7 Đồ án tốt nghiệp tuyến, người ta sử dụng những sóng có tần số từ hàng nghìn héc (Hz) trở lên, gọi là sóng vô tuyến. Các sóng vô tuyến được phân thành các loại như sau: Bảng 1.1.Phân loại sóng vô tuyến. Loại sóng Tần số Bước sóng Sóng dài và cực dài Sóng trung Sóng ngắn Sóng cực ngắn 3-300kHz 0,3-3MHz 3-30MHz 30-3000MHz 100-1km 1000-100m 100-10m 10-0,01m Như đã nói ở trên, sóng càng ngắn (tức là tần số càng cao) thì năng lượng sóng càng lớn. Các sóng dài ít bị nước hấp thụ. Chúng được dùng để thông tin dưới nước, và ít được dùng để thông tin trên mặt đất, vì năng lượng của chúng thấp, không truyền được đi xa. Các sóng trung truyền dọc theo bề mặt của trái đất. Ban ngày chúng bị tầng điện li hấp thụ mạnh, nên không truyền được xa (tầng điện li là tầng khí quyển ở độ cao từ 50km trở lên, chứa rất nhiều hạt tích điện là các electron và các loại ion). Ban đêm, tầng điện li phản xạ các sóng trung nên chúng truyền được xa. Vì vậy ban đêm nghe đài bằng sóng trung rõ hơn ban ngày. Các sóng ngắn có năng lượng lớn hơn sóng trung. Chúng được tầng điện li phản xạ về mặt đất, mặt đất phản xạ lại lần thứ hai tầng điện li phản xạ lần thứ ba v.v…. Vì vậy một đài phát sóng ngắn với công suất lớn có thể truyền sóng đi mọi địa điểm trên mặt đất. Các sóng cực ngắn có năng lượng lớn nhất, không bị tầng điện li hấp thụ hoặc phản xạ, có khả năng truyền đi rất xa theo đường thẳng, và được dùng trong thông tin vũ trụ. Vô tuyến truyền hình dùng các sóng cực ngắn, không truyền được xa trên mặt đất. Muốn truyền hình đi xa, người ta phải làm các đài tiếp sóng trung gian, hoặc dùng vệ tinh nhân tạo để thu sóng của đài phát. - Sự hoạt động của sóng vô tuyến: Các sóng vô tuyến được tạo ra từ một máy phát và gửi đến máy nhận ở một vị trí khác. - Nguyên tắc hoạt động của một máy phát vô tuyến điện: SV: Hồ Đình Duy – Lớp: KTĐT&THCN – K51 8 Đồ án tốt nghiệp Hình 1.1.Sơ đồ khối một thiết bị phát sóng điều biên (AM). Trên hình là sơ đồ nguyên tắc của máy phát vô tuyến điện .Sóng âm đập vào màng rung của micro . Màng rung dao động với tần số f’ và làm phát sinh ra một dao động điện cũng với tần số f’ trong mạch điện của micro. Dao động đó được đưa đến bộ khuếch đại âm tần khi ra khỏi bộ khuếch đại và được đưa vào bộ biến điệu. Đồng thời một máy phát dao động điện cao tần phát ra một dao động điện, dao động đó cũng được đưa đến bộ biến điệu. Dao động ra khỏi bộ biến điệu là dao động đã được biến điệu. Dao động đã được biến điệu được đưa qua bộ khuếch đại cao tần rồi đến anten và anten phát ra một loại sóng điện từ có tần số sóng là f và có biên độ sóng dao động với tần số f. Sóng cao tần đó gọi là sóng mang, tần số f của nó gọi là tần số mang. Nó mang biên độ của tần số f’ do micro gửi vào. Sóng mang được tạo ra là nhờ chúng ta đã thay đổi biên độ hoặc tần số hoặc pha của một tín hiệu điện cần phát ra. Tất cả các dạng truyền thông dùng sóng vô tuyến đều dùng vài dạng điều chế để truyền dữ liệu. Để mã hóa dữ liệu vào trong một dữ liệu truyền qua sóng AM/FM , điện thoại di động, truyền hình vệ tinh ta phải thực hiện một vài kiểu điều chế trong sóng vô tuyến đang truyền. Phương pháp biến điệu biên độ là phương pháp đơn giản nhất. Trong kĩ thuật vô tuyến điện ,ngưởi ta còn sử dụng phương pháp biến điệu tần số và pha nữa. - Các phương thức điều chế : Trong quá trình lưu trữ và truyền gửi, dữ liệu luôn phải được biến đổi, mã hoá để sao cho phù hợp với vật mang, có khả năng truyền tải trên đường truyền, có khả năng bảo vệ, tránh các lỗi có thể xảy ra, khi đó dữ liệu thường mã hoá dưới dạng tín hiệu số hoặc tương tự tuỳ thuộc vào yêu cầu, mục đích của con người sử dụng. SV: Hồ Đình Duy – Lớp: KTĐT&THCN – K51 9 Đồ án tốt nghiệp Tín hiệu tương tự là tín hiệu có biên độ liên tục tức là có thể nhận một giá trị bất kỳ trong một khoảng nào đó. Tín hiệu số là tín hiệu có biên độ rời rạc, tức là chỉ nhận M giá trị trong đó M là một số hữu hạn. + Điều chế ở dữ liệu số: Để dữ liệu có thể được truyền , tín hiệu phải được xử lý sao cho bên máy nhận có cách để phân biệt bit 0 và 1. Phương pháp xử lý tín hiệu sao cho nó tượng trưng cho nhiều mẫu dữ liệu được gọi là điều chế. Phương thức này sẽ biến tín hiệu vào trong sóng mang. Phương thức này mã hóa dữ liệu sao cho có thể truyền. Có ba kiểu điều chế : điều biên( Amplitude Shift Keying – ASK ), điều tần( Frequency Shift Keying- FSK ) và điều pha( Phase Shift Keying –PSK ). + Điều chế ở dữ liệu tương tự: Tín hiệu truyền đi xa, dùng anten để thu, muốn có hiệu quả cao cần có tần số cao, và cho phép với nhiều tần số khác nhau. - Các phương pháp mã hoá: + Điều biên AM (Amplitude Modulation). + Điều tần FM (Frequency Modulation). + Điều pha PM (Phase Modulation). Phương tiện truyền thông không dây được hướng dẫn truyền và tiếp nhận bởi anten. SV: Hồ Đình Duy – Lớp: KTĐT&THCN – K51 10 [...]... cuộn dây (ví dụ, kết hợp giữa hình b và c), hay nghĩa là số lượng cuộn dây được điều khiển luôn luôn thay đổi từ chẵn sang lẻ và ngược lại, thì số vị trí cân bằng của Rotor sẽ tăng lên gấp đôi là 2m, độ lớn của một bước sẽ giảm đi một nửa bằng 2π/m Trường hợp này được gọi là điều khiển không đối xứng, hay điều khiển nửa bước (half step) Nếu số lượng cuộn dây được điều khiển luôn luôn không đổi (một... chẵn cuộn dây hoặc một số lẻ cuộn dây, ví dụ hình b hoặc hình c) thì Rotor có m vị trí cân bằng và được gọi là điều khiển đối xứng, hay điều khiển cả bước (full step) Cách đấu dây động cơ bước: Hình 1.14.Cách đấu dây của động cơ bước Hình vẽ trên cho thấy cách đấu các cuộn dây của motor bước Bạn có thể cho đấu ra 8 dây, 6 dây, 5 dây hay 4 dây 1.3.3 Điều khiển động cơ bước SV: Hồ Đình Duy – Lớp: KTĐT&THCN... KTĐT&THCN – K51 89S52 25 Đồ án tốt nghiệp Hình 1.6.Sơ đồ cổng giao tiếp b) Các thanh ghi của cổng nối tiếp Thanh ghi điều khiển cổng nối tiếp (SCON-Serial Controller) Thanh ghi điều khiển cổng nối tiếp SCON ở địa chỉ 98H chứa bít trạng thái và bit điều khiển cổng nối tiếp Các bit điều khiển đặt chế độ hoạt động cho cổng nối tiếp, các bít trạng thái có thể được kiểm tra bằng phần mềm hoặc có thể được lập trình... được khám phá, từ đó sóng vô tuyến đã được sử dụng để truyền thông tin qua không trung Sóng vô tuyến truyền với vận tốc ánh sáng trong chân không Nếu sóng vô tuyến đập vào vật thể dẫn điện có kích thước bất kỳ, nó sẽ đi chậm lại phụ thuộc vào độ từ thẩm và hằng số điện môi Bước sóng là khoảng cách từ một đỉnh sóng này tới đỉnh sóng kế tiếp, tỉ lệ nghịch với tần số Khoảng cách sóng vô tuyến đi được... Maxwell viết Maxwell nhận thấy các tính chất giống sóng của ánh sáng và tương đồng trong các quan sát về từ trường và điện trường Sau đó ông đề xuất các phương trình mô tả sóng ánh sáng và sóng vô tuyến như sóng điện từ truyền trong không gian Năm 1887, Heinrich Hertz đã chứng minh tính chính xác sóng điện từ của Maxwell bằng cách thử nghiệm tạo ra sóng vô tuyến trong phòng thí nghiệm của mình Ngay... và bus điều khiển AT89S52 có 8k ROM, 256 bytes RAM và một số thanh ghi bộ nhớ…nó giao tiếp với bên ngoài qua 3 cổng song song và một cổng nối tiếp để thu, phát dữ liệu nối tiếp với chế độ lập trình được hai bộ định thời 16 bit của 89S52 còn có 2 ngắt ngoài cho phép nó đáp ứng và xử lý điều kiện bên ngoài theo cách ngắt quãng, rất hiệu quả trong các ứng dụng điều khiển Thông qua các chân điều khiển và... truyền hình Truyền phát: Dùng anten không yêu cầu hình dạng cụ thể, sóng vô tuyến ít bị mất mát tín hiệu do nhạy cảm với môi trường truyền Khoảng cách cực đại giữa các anten được tính theo công thức : D=7,14* sqrt(Kh) Trong đó: D là khoảng cách giữa các anten(Km) h là chiều cao của anten(m) K là hệ số điều chỉnh tính toán khúc xạ xuống mặt đất ,K=4/3 Sóng vô tuyến là một kiểu bức xạ điện từ với bước sóng. .. khiển hoặc là lấy từ nguồn xung từ bên ngoài đưa đến Vi điều khiển AT89S52 có ba bộ định thời 16 bit trong đó có hai bộ Timer 0 và Timer 1 có bốn chế độ hoạt động, Timer 2 có ba chế độ hoạt động Các bộ định thời được dùng để khẳng định thời gian (hẹn giờ), đếm sự kiện xảy ra bên ngoài vi điều khiển hoặc tạo tốc độ Baud cho cổng nối tiếp của vi điều khiển SV: Hồ Đình Duy – Lớp: KTĐT&THCN – K51 21 Đồ án... là một kiểu bức xạ điện từ với bước sóng trong phổ điện từ dài hơn ánh sáng hồng ngoại Sóng vô tuyến có tần số từ 3 kHz tới 300 GHz, tương ứng bước sóng từ 100 km tới 1 mm Giống như các sóng điện từ khác, chúng truyền với vận tốc ánh sáng Sóng vô tuyến xuất hiện tự nhiên do sét, hoặc bởi các đối tượng thiên văn Sóng vô tuyến do con người tạo nên dùng cho radar, phát thanh, liên lạc vô tuyến di động... các ứng dụng khác Các tần số khác nhau của sóng vô tuyến có đặc tính truyền lan khác nhau trong khí quyển Trái Đất; sóng dài truyền theo đường cong của Trái Đất, sóng ngắn nhờ phản xạ từ tầng điện li nên có thể truyền rất xa, các bước sóng ngắn hơn bị phản xạ yếu hơn và truyền trên đường nhìn thẳng SV: Hồ Đình Duy – Lớp: KTĐT&THCN – K51 12 Đồ án tốt nghiệp Sóng vô tuyến lần đầu được dự báo bởi tác phẩm . không gian dư i dạng sóng. Sóng đó ngư i ta g i đó là sóng i n từ. Hecxo là ngư i đầu tiên phát được sóng i n từ bằng cách tạo ra những xung i n biến thiên rất nhanh giữa hai i m n i v i hai bản. Vi i u khiển PAM Pulse amplitude modulation i u chế biên độ xung PPM pulse position modulation i u chế vị trí xung PWM pulse width modulation i u chế độ rộng xung PTM Pulse -time Modulation. tốt nghiệp L I CẢM ƠN L i đầu tiên cho em xin g i l i cảm ơn đến các thầy, cô giáo Trường Đ i Học Giao Thông Vận T i Hà N i, các thầy cô giáo trong bộ môn Kĩ Thuật i n Tử đã nhiệt tình giảng