Điều khiển và giám sát thiết bị từ xa bằng sóng RF

LỜI CẢM ƠN Người thực hiện đề tài xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử, và nhất là quý Thầy cô thuộc bộ môn Điện Tử Viễn Thông đã giảng dạy và tru

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

-

TP HỒ CHÍ MINH – 01/2013

Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật

TP.HCM

Khoa Điện – Điện Tử

Bộ Môn Điện Tử Viễn

Thông

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

Ngày……tháng …… năm 201…

PHIẾU CHẤM ĐỒ ÁN MÔN HỌC…

(Dành cho người hướng dẫn) 1 Họ tên sinh viên : ………MSSV:………

2 Tên đề tài ………

………

3 Người hướng dẫn : ………

4 Những ưu điểm của Đồ án : ………

………

……….………

……….………

………

5 Những thiếu sót của Đồ án: ………

……….………

……….………

……….………

……….………

6 Đề nghị : Được bảo vệ:  Bổ sung để được bảo vệ: Không được bảo vệ:  7 Các câu hỏi sinh viên phải trả lời trước tổ chấm ĐAMH: a) ………

……… ………

b) ………

………

c) ………

……….………

8 Đánh giá Điểm (Số và chữ):………

CHỮ KÝ và HỌ TÊN

LỜI CẢM ƠN

Người thực hiện đề tài xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử, và nhất là quý Thầy cô thuộc bộ môn Điện Tử Viễn Thông đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức chuyên ngành cho người thực hiện đồ

án trong thời gian vừa qua

Đặc biệt người thực hiện xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Ngô Lâm vì sự tận tình hướng dẫn cũng như đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất cho người thực hiện đồ án để c thể thực hiện và hoàn thành tốt đề tài này

Người thực hiện đồ án cũng không quên cảm ơn các bạn trong lớp đã trao đổi, g p ý để người thực hiện hoàn thành đề tài này một cách tốt đẹp và đúng thời gian

Mặc dù đã c nhiều cố gắng và nỗ lực thực hiện, nhưng do kiến thức cũng như khả năng bản thân còn nhiều hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài không thể tránh khỏi những sai phạm, thiếu s t…Rất mong nhận được sự g p ý, chỉ dẫn từ nơi quý thầy cô và các bạn sinh viên

Người

Lương Văn Giang

LỜI NÓI ĐẦU

Xuất phát từ nhu cầu thực tế qua những ứng dụng tiện ích và hiệu quả mà công nghệ điều khiển từ xa mang lại, người thực hiện đã quyết định chọn đề tài

g ừ xa dù g ó g RF” Đề tài tập trung nghiên

cứu và thiết kế mạch c các chức năng như bật, tắt thiết bị từ xa thông qua công nghệ s ng R , thao tác đ ng, ngắt b ng tay qua nút nhấn, đồng thời hiển thị trạng thái thiết bị trên LCD 16x2, …

Tuy đã cố gắng thực hiện đồ án trong sự nghiêm túc và trách nhiệm nhất, nhưng do khả năng nghiên cứu cũng như kiến thức bản thân còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai phạm và thiếu s t Rất mong nhận được những ý kiến đ ng g p tích cực từ quý thầy cô và các bạn

MỤC LỤC

Trang

Trang bìa

Trang chấm ĐAMH của GVHD

LỜI CẢM ƠN i

LỜI NÓI ĐẦU ii

MỤC LỤC iii

LIỆT KÊ BẢNG iv

LIỆT KÊ HÌNH v

Chương 1 GI I THIỆU 1

1.1 Mục tiêu đề tài 1

1.2 Nhiệm vụ đề tài 1

1.3 Giới thiệu tổng quan nội dung các chương 1

Chương 2 CƠ S L TH Y T 3

2.1 S ng R 3

2.2 Cặp IC PT2262/PT2272 7

2.3 Khảo sát vi điều khiển AT89S52 10

2.4 LCD 16x2 14

Chương 3 TÍNH T ÁN VÀ THI T K HỆ THỐNG 17

3.1 Sơ đồ khối 17

3.2 Chức c khối 17

3.3 Thiết kế các khối 18

3.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 19

3.5 Sơ đồ mạch in 21

3.6 Linh kiện sử dụng trong mạch 23

3.7 Phân tích chương trình cho vi điều khiển 23

Chương 4 K T QUẢ VÀ HƯ NG PHÁT TRIỂN 25

4.1 Kết quả thi công 25

4.2 Kết quả đạt được 28

4.3 Hạn chế và hướng phát triển 28

PHỤ LỤC 29

TÀI LIỆU THAM KHẢO 35

LIỆT KÊ BẢNG Bảng 2.1 Phân loại tần số 3

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật module thu RF 5

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật module phát R 6

Bảng 2.4 Chức năng các chân của Port 3 13

Bảng 2.5 Chức năng chân LCD 16x2 15

Bảng 2.6 Tập lệnh LCD 16x2 16

Bảng 3.1 Danh sách linh kiện sử dụng trong mạch 23

LIỆT KÊ HÌNH

Hình 2.1 Cách tạo và xác định tần số s ng R 4

Hình 2.2 Module thu R 5

Hình 2.3 Mạch thu R dùng IC PT2272 giải mã 6

Hình 2.4 Module phát R 6

Hình 2.5 Mạch phát R dùng IC PT2262 mã h a 7

Hình 2.6 Sơ đồ chân IC PT2262 8

Hình 2.7 Sơ đồ chân IC PT2272 9

Hình 2.8 Sơ đồ khối T89S52 11

Hình 2.9 Sơ đồ các chân T89S52 12

Hình 2.10 Mạch Reset vi điều khiển 14

Hình 2.11 Mạch kết nối thạch anh cho vi điều khiển 14

Hình 2.12 Hình dạng và sơ đồ chân LCD 16x2 15

Hình 3.1 Sơ đồ khối 17

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý khối chính 19

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý khối chấp hành 20

HÌnh 3.4 Sơ đồ mạch in khối chính 21

Hình 3.5 Sơ đồ mạch in khối chấp hành 22

Hình 3.6 Lưu đồ giải thuật chương trình chính 24

Hình 4.1 Mạch khối chính thực tế khi hoàn thành 25

Hình 4.2 Mạch Relay thực tế 26

Hình 4.3 Sản phẩm đề tài thực tế khi hoạt động 27

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của module thu phát R

- Nghiên cứu hoạt động mã h a và giải mã của cặp IC PT2262/PT2272

- Ứng dụng thực tế chip vi điều khiển AT89S52 và phần mềm Keil C

- ây dựng thuật toán điều khiển và giám sát thiết bị điện

- Viết chương trình điều khiển và giám sát thiết bị điện

- Tính toán, thiết kế và thi công mạch điều khiển và giám sát thiết bị điện

1.2 Nhi ề tài

Thiết kế và thi công mạch thực hiện các chức năng:

- Điều khiển từ xa: Bật tắt thiết bị từ xa thông qua module thu phát R

- Điều khiển thủ công: Bật tắt thiết bị b ng tay thông qua nút nhấn được gắn trên board

- Màn hình LCD trên board mạch hiển thị trạng thái hoạt động của thiết bị

1.3 Gi i thi u tổng quan nội dung á hương

Nội dung đề tài được chia thành 4 chương và được sắp xếp như sau:

Chương 1 Giới thiệu: trình bày tổng quan nội dung chính trong đề tài – những vấn

đề s được đề cập đến trong toàn bộ bài viết

Chương 2 Cơ s lý thuyết: chương này s đi sâu về lý thuyết thu, phát s ng vô tuyến, cơ chế mã h a và giải mã của cặp IC PT2262/PT2272, lý thuyết LCD 16x2, đồng thời trình bày sơ lược về vi điều khiển T89S52

Chương 3 Tính toán và thiết kế hệ thống: đề cập đến những tính toán cụ thể để thiết

kế phần cứng cho hệ thống bao gồm các thông tin về sơ đồ khối, chức năng, hoạt động các khối, đồng thời tập trung nghiên cứu lưu đồ giải thuật và viết code phần mềm cho chương trình vi điều khiển

Chương 4 Kết quả và hướng phát triển: bao gồm kết quả thi công hệ thống, những

ưu, nhược điểm và hướng phát triển của đồ án

Chương 2

CƠ S L TH ẾT

2.1 Sóng RF

2.1.1 Khái niệm sóng RF

Những dao động điện từ c tần số hàng chục và hàng trăm Hz bức xạ rất yếu

S ng điện từ của chúng không c khả năng truyền đi xa Trong thông tin vô tuyến, người ta sử dụng những s ng c tần số từ hàng nghìn Hz tr lên, gọi là s ng vô

tuyến S ng R (tần số vô tuyến) là s ng điện từ c dải tần số n m trong khoảng

3 – 30 kHz 100 km-10 km Tần số rất thấp VLF Chứa phần trên của dải nghe được

của tiếng n i Dùng cho hệ thống

an ninh, quân sự, chuyên dụng, thông tin dưới nước (tàu ngầm)

30 – 300 kHz 10 km-1 km Tần số thấp LF Dùng cho dẫn đường hàng hải và

hàng không

300 kHz - 3 MHz 1 km-100m Tần số trung bình MF Dùng cho phát thanh thương mại

s ng trung (535 – 1605 kHz) Cũng được dùng cho dẫn đường hàng hải

và hàng không

3 - 30 MHz 100m-10m Tần số cao HF Dùng trong thông tin vô tuyến 2

chiều với mục đích thông tin cự

ly xa xuyên lục địa, liên lạc hàng hải, hàng không, nghiệp dư, phát thanh quảng bá

30 - 300 MHz 10m-1m Tần số rất cao VHF Dùng cho vô tuyến di động, thông

tin hàng hải và hàng không, phát thanh M thương mại (88 đến

108 MHz), truyền hình thương mại (kênh 2 đến 12 tần số từ 54 -

216 MHz)

300 MHz - 3 GHz 1m-10 cm Tần số cực cao UHF Dùng cho các kênh truyền hình

thương mại từ kênh 14 đến kênh

83, các dịch vụ thông tin di động mặt đất, di động tế bào, một số hệ

thống radar và dẫn đường, hệ thống

vi ba và vệ tinh

3 – 30 GHz 10 cm-1 cm Tần số siêu cao SHF Dùng cho các kênh truyền hình

thương mại từ kênh 14 đến kênh

83, các dịch vụ thông tin di động mặt đất, di động tế bào, một số hệ thống radar và dẫn đường, hệ thống

Hình 2.1 Cách tạo và xác định tần số s ng RF

Dùng mạch cộng hư ng LC tạo s ng mang c tần số lớn, sau đ tạo ra các

mã lệnh điều khiển, gắn các mã lệnh điều khiển này vào s ng mang b ng các

phương pháp điều chế rồi phát chúng vào không gian

2.1.3 Sơ lược về một vài module và mạch thu phát RF

Trên thị thường c rất nhiều dòng module thu phát c IC giải mã khác nhau

Đề tài này trình bày về cặp IC thu phát giải mã thông dụng là IC PT2262/PT2272

2.1.3.1 Module à ạch thu RF

Hình 2.2 Module thu RF Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật module thu RF

Hình 2.3 Mạch thu R dùng IC PT2272 giải mã 2.1.3.2 Module à ạ h phát RF

Hình 2.4 Module phát R Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật module phát R

Hình 2.5 Mạch phát R dùng IC PT2262 mã h a 2.2 Cặp IC PT2262/PT2272

PT2262 và PT2272 là sản phẩm của Princeton Technology được phát triển

và ra đời sau dòng mã h a 12E/D của hãng Holtek

2.2.1 IC PT2262

PT2262 là một IC mã h a sử dụng trong điều khiển từ xa kết hợp với IC giải mã PT2272 Hai IC này được sản xuất trên công nghệ CM S N mã h a dữ liệu và địa chỉ dạng song song thành tín hiệu nối tiếp phù hợp cho điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại hoặc s ng vô tuyến dựa trên các phương pháp điều chế IC PT2262 c tối đa 12 chân địa chỉ nên s c 531441 (3^12) mã địa chỉ, do đ giảm đáng kể khả năng trùng lặp mã và giải mã trái phép

Hình 2.6 Sơ đồ chân IC PT2262

Chức năng các chân IC PT2262

- Trên chân SC1(15) và SC2(16) dùng gắn điện tr R để định tần cho xung nhịp, dùng tạo ra các dãy xung mã lệnh Tần số xung nhịp phải lấy tương thích giữa bên phát và bên nhận

- Các chân 0 - 5(1-6) dùng nhập mã địa chỉ, trên mỗi chân c thể c 3 trạng thái, cho nối masse là bit 0 , cho nối vào nguồn dương là bit 1 và bỏ trống

là bit

- Chân 6/D5 - A11/D0 c thể dùng như các chân địa chỉ từ 6 đến 11, nhưng khi dùng như chân nhập dữ liệu thì chỉ xác lập theo mức 0 và mức 1, chỉ c 2 trạng thái 0 hoặc 1

- Chân TE (14) dùng cho xuất nh m xung mã lệnh, n c tác dụng mức áp thấp Ngh a là khi chân này mức áp thấp, n s cho xuất ra xung mã lệnh trên chân Dout

- Chân Dout(17), là chân ng ra của nh m tín hiệu mã lệnh, các tín hiệu mã lệnh đều dạng xung, ngh a là lúc mức áp thấp, lúc mức áp cao

- Chân VCC(18) nối với nguồn

- Chân Vss(9) nối mass

Như đã đề cập, thường thì các chân từ 0 đến 7 được sử dụng như là các chân

mã h a Nếu các chân này mạch PT2262 được dùng như thế nào thì mạch PT2272 cũng được dùng như vậy Khi đ thì các mạch phát và mạch thu s hiểu nhau, còn các mạch phát khác s không nhận ra

Các chân 10 đến 13 là các chân data khi truyền Như vậy IC này c thể truyền song song 4 bit Chân 15 và 16 dùng để gắn điện tr tạo thành tần số truyền như mong muốn.Giá trị điện tr chân 15 và 16 IC PT 2272 nhỏ hơn 10 lần so với PT2262

Chức năng của các chân:

- Các chân 0 – A7 (1-8) dùng nhập mã địa chỉ, trên mỗi chân c thể c 3 trạng thái, cho nối masse là bit 0 , cho nối vào nguồn dương là bit 1 và bỏ trống là bit

- Chân Vss (9) nối mass

- Chân D3 – D0 (10-13) c thể dùng như các chân địa chỉ, nhưng khi dùng như chân nhập dữ liệu thì chỉ xác lập theo mức 0 và mức 1

- Chân DIN (14): Tín hiệu nhận được sau khi loại bỏ s ng mang thành tín hiệu điều khiển s được đưa vào chân này

- Chân SC1 (15) và SC2 (16) dùng gắn điện tr để định tần cho xung nhịp, xung nhịp này cần thiết cho hoạt động của IC

- Chân VT (17): khi chân này mức cao thì tín hiệu nhận được là hợp lệ

- Chân VCC (18) nối với nguồn

Như vậy chân 17 PT 2272 s lên mức 1 khi nhận được dữ liệu đúng Các chân

10 đến 13 s nhận data và thể hiện mức logic tương ứng khi nhận

Những đặc tính của IC:

- Điện năng tiêu thụ thấp

- Khả năng chống nhiễu cao

- C 12 chân địa chỉ và mỗi chân c tới 3 trạng thái: (0) ,(1),( )

- Chân dữ liệu: Tối đa 6 chân

- Phạm vi điện áp hoạt động rộng: 4V-15V

- Sử dụng điện tr dao động đơn

- Chốt hoặc x a đầu ra tức thời

Ứng dụng: Cặp IC PT2262/PT2272 được ứng dụng điều khiển từ xa khá phổ biến

và rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng:

- Hệ thống bảo vệ từ xa: chống trộm, báo động, …

- Điều khiển thiết bị điện từ xa: đèn, quạt, relay, …

- Công nghiệp đồ chơi điều khiển từ xa, …

2.3 Khảo sát vi điều khiển AT89S52

2.3.1 Giới thiệu i i u Khi n AT89S52

T89S52 là họ IC vi điều khiển do hãng tmel sản xuất Các sản phẩm

T89S52 thích hợp cho những ứng dụng điều khiển Việc xử lý trên byte và các toán số học cấu trúc dữ liệu nhỏ được thực hiện b ng nhiều chế độ truy xuất dữ liệu nhanh trên R M nội Tập lệnh cung cấp một bảng tiện dụng của những lệnh số học 8 bit gồm cả lệnh nhân và lệnh chia N cung cấp những hổ trợ m rộng trên chip dùng cho những biến một bit như là kiểu dữ liệu riêng biệt cho phép quản lý và kiểm tra bit trực tiếp trong hệ thống điều khiển

AT89S52 cung cấp những đặc tính chuẩn như: 8 KByte bộ nhớ chỉ đọc c thể

x a và lập trình nhanh (EPR M), 128 Byte R M, 32 đường I/O,

3TIMER/C NTER 16 Bit, 5 vectơ ngắt c cấu trúc 2 mức ngắt, một Port nối tiếp bán song công, 1 mạch dao động tạo xung Clock và bộ dao động ON-CHIP

Các đặc điểm của chip T89S52 được t m tắt như sau:

 8 KByte bộ nhớ c thể lập trình nhanh, c khả năng tới 1000 chu kỳ ghi/xoá

 Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz

 3 mức kh a bộ nhớ lập trình

 3 bộ Timer/counter 16 Bit

 128 Byte RAM nội

 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit

 Giao tiếp nối tiếp

2 .2.1 Sơ h n AT89S52

Mặc dù các thành viên của họ 8051 (ví dụ 8751, 89S52, 89C51, DS5000) đều c các kiểu đ ng vỏ khác nhau, ch ng hạn như hai hàng chân DIP (Dual In-Line

Pakage), dạng vỏ dẹt vuông P ( uad lat Pakage) và dạng chip không c chân

đ LLC (Leadless Chip Carrier) thì chúng đều c 40 chân cho các chức năng khác nhau như vào ra I/ , đọc RD , ghi R , địa chỉ, dữ liệu và ngắt Cần phải lưu ý một

số hãng cung cấp một phiên bản 8051 c 20 chân với số cổng vào ra ít hơn cho các ứng dụng yêu cầu thấp hơn Tuy nhiên vì hầu hết các nhà phát triển sử dụng chip

đ ng vỏ 40 chân với hai hàng chân DIP nên người thực hiện đề tài chỉ tập trung mô

tả phiên bản này

Hình 2.9 Sơ đồ các chân T89S52

2.3.2.2 Chức năng của các chân AT89S52

Port 0: Từ chân 32 đến chân 39 (P0.0_P0.7) Port 0 c 2 chức năng: trong các

thiết kế c nhỏ không dùng bộ nhớ m rộng n c chức năng như các đường I , đối với thiết kế lớn c bộ nhớ m rộng n được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu

Port 1: Từ chân 1 đến chân 9 (P1.0 _ P1.7) Port 1 là port I dùng cho giao tiếp

với thiết bị bên ngoài nếu cần

Port 2: Từ chân 21 đến chân 28 (P2.0 _P2.7) Port 2 là một port c tác dụng kép

dùng như các đường xuất/nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ m rộng

Port 3: Từ chân 10 đến chân 17 (P3.0 _ P3.7) Port 3 là port c tác dụng kép.Các

chân của port này c nhiều chức năng, c công dụng chuyển đổi c liên hệ đến các

đặc tính đặc biệt của 89S52 như bảng 3.1:

Bảng 2.4 Chức năng các chân của Port 3

Chân Tên Chức năng

P3.0 RxD Ng vào Port nối tiếp

P3.1 TxD Ng ra Port nối tiếp

P3.2 INT0 Ng vào ngắt ngoài 0

P3.3 INT1 Ng vào ngắt ngoài 1

P3.4 T0 Ng vào bên ngoài của bộ định thời 1

P3.5 T1 Ng vào bên ngoài của bộ định thời 0

P3.6 WR Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

P3.7 RD Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

PSEN (Program store enable): PSEN là tín hiệu ng ra c tác dụng cho phép

đọc bộ nhớ chương trình m rộng và thường được nối đến chân E của Eprom cho phép đọc các byte mã lệnh.PSEN mức thấp trong thời gian 89S52 lấy lệnh Các

mã lệnh của chương trình được đọc từ Eprom qua bus dữ liệu, được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong 89S52 để giải mã lệnh Khi 89S52 thi hành chương trình trong ROM nội, PSEN mức cao

ALE (Address Latch Enable): Khi 89S52 truy xuất bộ nhớ bên ngoài, Port 0 c

chức năng là bus địa chỉ vàdữ liệu do đ phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ Tín hiệu ra ALE chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt Tín hiệu chân LE là một xung trong khoảng thời gian port 0 đ ng vai trò là địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoàn toàn

tự động

EA (External Access): Tín hiệu vào E (chân 31) thường được mắc lên mức 1

hoặc mức 0 Nếu mức 1, 89S52 thi hành chương trình từ ROM nội Nếu mức 0, 89S52 thi hành chương trình từ bộ nhớ m rộng Chân E được lấy làm chân cấp nguồn 21V khi lập trình cho Eprom trong 89S52

RST (Reset): Khi ng vào tín hiệu này đưa lênmức cao ít nhất 2 chu kỳ máy, các

thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để kh i động hệ thống Khi cấp điện mạch phải tự động reset

Hình 2.10 Mạch Reset vi điều khiển

C gõ o ộ dao ộng X1, X2: Bộ tạo dao động được tích hợp bên trong

89S52 Khi sử dụng 89S52, người ta chỉ cần nối thêm thạch anh và các tụ Tần số thạch anh tùy thuộc vào mục đích của người sử dụng, giá trị tụ thường được chọn là