MẠCH ĐIỀU KHIỂN QUẠT BẰNG REMOTE TV
Trang 1BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
- -ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1
ĐỀ TÀI : MẠCH ĐIỀU KHIỂN QUẠT BẰNG
REMOTE TV.
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TP.HCM
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
- -ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1
Chủ đề: Mạch điều khiển quạt bằng remote TV.
MỤC LỤC
TP.HCM
Trang 3I.Giới thiệu về sóng IR 2
IV.Sơ đồ nguyên lý và hoạt động các khối 12
LỜI MỞ ĐẦU
Trang 4Ngày nay công nghệ khoa học kĩ thuật rất phát triển, khoa học kỹ thuật đã được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống Đặc biệt là công nghệ điện tử đã và đang được ứng dụng nhiều vào trong công nghiệp và đời sống hàng ngày Trong các nhà máy xí nghiệp
có các mạch đếm sản phẩm, mạch thời gian, mạch hiển thị, các máy chấm công … sử dụng công nghệ kỹ thuật số Trong thời đại kỹ thuật số như hiện nay, không chỉ các hệ thống máy tính mới được trang bị các bộ phận xử lý thông minh mà chúng ta hoàn toàn có thể thực hiện việc thông minh hóa cho các thiệt bị, vật dụng xung quanh chúng ta bằng những mạch điện
tử đơn giản và thông dụng Thật thuận tiện khi chúng ta có thể điều khiển hoạt động của quạt bàn, quạt tường hoặc quạt trần bằng 1 cái remote nhỏ gọn với 1 khoảng cách có thể lên đến hơn 5 mét Và có thể hiển thị con số mà quạt đang hoạt động Áp dụng các kiến thức đã được học về mạch điện tử như điện tử tương tự, điện tử số v.v Nhóm chúng em đã nghiên cứu, thiết kế và hoàn thiện bộ sản phẩm : Mạch điều khiển quạt bằng remote TV Với đề tài này chúng tôi sử dụng các IC NE555, SM0038, 7490, 7447,7442,7404…và nhiều linh kiện khác để tạo thành 1 mạch hoàn chỉnh.Sản phẩm sau khi hoàn thành có thể được lắp ráp trực tiếp vào quạt để hoạt động thay cho bộ công tắc cơ thông thường
Thông qua việc thực hiện đề tài này chúng em học được cách thức, phương pháp làm việc nhóm như thế nào để có hiệu quả, cũng cố những kiến thức đã được học, biết vận dụng những lý thuyết vào thực tế và điều hơn hết là xác định được những điểm khác biệt giữa lý thuyết ( mô phỏng ) và thực tế Thông qua đó học hỏi được thêm nhiều kinh nghiệm về điện, điện tử
Vì thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế nên đề tài không tránh khỏi những thiếu xót, chúng tôi rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của thầy cô giáo và các bạn đọc Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!
NỘI DUNG
I Giới thiệu về sóng IR (Infrared) :
Trang 5• Tia hồng ngoại là một dạng bức xạ năng lượng với tần số thấp hơn tần số mà mắt người có thể nhìn thấy, và thậm chí chúng ta cũng không nghe được.
• Tia hồng ngoại thì không ảnh hưởng tới sức khỏe con người, nó được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển từ xa (nhưng chỉ theo 1 hướng), ngoài ra cũng được sử dụng trong quân sự (nhìn trong ban đêm).
• Tia cực tím thì ảnh hưởng tới con người (có thể gây ung thư da), tuy nhiên nó cũng có tác dụng diệt khuẩn và khử trùng được dùng nhiều trong y học.
• Mắt người không nhìn thấy được tia hồng ngoại lẫn cực tím.
II Tổng quát về mạch :
1.Sơ đồ khối :
2.Các linh kiện được sử dụng :
o Các IC : SM0038,7490,7447,7442,7404,NE555…
o Led 7 đoạn ( Anode chung ).
o Relay JZC-23F (5 chân ,5A/220V, DC 12V).
o Transistor C1815.
o Diode 1N4007.
o Led đơn,điện trở,tụ điện
o Connector (Domino, jack DC)
o Socket (8 chân, 10 chân, 14 chân, 16 chân)
III.Một số linh kiện chính :
1.SM0038 ( thu tín hiệu hồng ngoại) :
Cấu trúc bên trong của SM0038.
Thu tín hiệu hồng ngoại
và tạo xung
Đế
m xung
Giải mã BCD sang
mã thập phân, điều khiển relay
Giải mã BCD sang
mã 7 đoạn, hiễn thị
Tín hiệu
hồng
ngoại
Nguồn nuôi cấp nguồn cho các khối
Hình 1 : Sơ đồ khối của mạch.
Trang 6o PIN là mắt thu hồng ngoại.
o Input là khối lọc tín hiệu thu được.
o AGC (Automatic Gain Control) là khối dò và tự đông điều chỉnh độ lợi của
BandPass
o BandPass khuyếch đại tín hiệu.
o Demodulator giải điều chế để thu lại tín hiệu ban đầu.
o Control Circuit mạch điều khiển nhận tín hiệu từ BandPass và tác động đến các
khối AGC, Demodulator
o Transistor làm việc như 1 Switch và đảo pha tín hiệu thu được.
Một số đặc điểm của SM0038 :
o SM0038 có 3 chân như hình 3
o SM0038 thu tín hiệu hồng ngoại ở tần số f = 38KHz
o SM0038 tích hợp đầu thu hồng ngoại, khuyếch đại tín hiệu và giải điều chế
o Thu tín hiệu hồng ngoại cao tần ,cho ra chuỗi xung đảo pha so với tín hiệu ban đầu
o Tiêu thụ công suất thấp
P1 : GND P2 : VCC P3 : OUT
Hình 3 : Hình dạng bên ngoài của SM0038.
Hình 2 : Cấu trúc bên trong của SM0038.
Trang 7o Khả năng chống nhiễu do ánh sáng xung quanh cao.
o Dữ liệu liên tục được truyền tải và có thể đạt tốc độ 2400bps
o Nguồn cung cấp vào chân số 2 với điện áp khoảng 5V, dòng điện khoảng 5mA
o SM0038 đưa ra tín hiệu với điện áp khoảng 5V đến 6V,dòng điện khoảng 5 mA
o Nhiệt độ có thể chịu được lên đến 100oC
o Công suất tiêu thụ ở nhiệt độ nhỏ hơn 85oC là 50 mW
2.IC555 ( dùng để tạo xung ) :
Một số đặc điểm của IC 555 :
o IC 555 thường được sử dụng với chức năng định giờ (Timing), tạo dao động
o Ứng dụng vào việc tạo dao động, định giờ, điều chế độ rộng xung (PWM), tạo thời gian trễ
o Có thể định giờ từ đơn vị mili giây cho đến đơn vị giờ
o Làm việc ở 2 chế độ, đa hài và đơn hài
o Hoàn toàn có thể thay đổi được chu kỳ dao động (đa hài) và độ rộng xung (đơn hài)
o Nguồn cung cấp có điện áp trong khoảng từ 4,5V đến 18V
o Nguồn cung cấp có dòng trong khoảng từ 3mA đến 6mA khi điện áp nguồn khoảng 5V,có dòng trong khoảng 10mA đến 15mA khi điện áp nguồn nuôi khoảng 15V
o Nhiệt độ có thể chịu đựng trong khoảng -65oC đến 150oC
o Nhiệt độ làm việc ổn định trong khoảng 0oC đến 70oC
o Sụt áp lối ra thấp, giá trị lớn nhất khoảng 0,35V
o Điện áp ngưỡng (threshold) khoảng 0,67xVCC, dòng điện ngưỡng khoảng 0,25μA
o Điện áp mức cao ở lối ra khi VCC bằng 5V khoảng 4V Điện áp mức cao ở lối ra khi VCC bằng 15V khoảng 11V
o Điện áp cấp cho chân reset khoảng 1V và dòng điện khoảng 0,4mA
o Khi VCC bằng 5V thì điện áp đưa và chân trigger khoảng 1,67 V và dòng điện khoảng 0.9μA Khi VCC bằng 15V thì điện áp đưa và chân trigger khoảng 5V và dòng điện khoảng 0,9μA
Cấu trúc bên trong của IC 555.
Hình 4: Hình dạng bên ngoài và sơ đồ chân của IC555.
Trang 8o 2 khối Comp (Compare) dùng để so sánh mức điện áp.
o F/F là 1 FlipFlop RS dùng để thay đổi trạng thái khi nhận được tín hiệu từ 2 khối Comp.
o OutPut State là 1 cửa đảo, nó đảo mức điện áp trước khi đưa ra.
o Vref được giữ ở mức điện áp 1,4V
3 IC 7490 ( đếm xung clock ):
Một số đặc điểm của IC 7490 :
o Là IC đếm thường được dùng trong các mạch số ứng dụng đếm 10 hoặc mạch chia tần số
o IC 7490 có 14 chân sơ đồ các chân thể hiện như trong hình 6
o 7490 bao gồm4 Flip-Flop cung cấp bộ đếm gồm hai Mod đếm độc lập: Modulo 2
và Modulo 5
o IC 7490 là 1 mạch đếm không đồng bộ
o Như hình 6, Flip Flop A thực hiện đếm Modulo 2, Flip Flop B, C, D thực hiện đếm Mod 5
o Nguồn cung cấp với điện áp trong khoảng 4,75V đến 7V
o Điện áp của xung hiệu đưa vào tối thiểu là 2V và tối đa khoảng 5,5V
o Điện áp ngưỡng để xác định mức thấp và mức cao là 0,8V
Hình 5 : Cấu trúc bên trong của IC 555.
S
R
Q Q Q
Hình 6 : Hình dạng bên ngoài và sơ đồ chân của IC 7490.
Trang 9o Dòng điện tối đa khi lối ra ở mức cao khoảng -0,8mA.
o Dòng điện tối đa khi lối ra ở mức thấp khoảng 16mA
o Tần số xung lớn nhất đưa vào chân 14 khoảng 32KHz
o Tần số xung lớn nhất đưa vào chân 1 khoảng 16KHz
o Độ rộng xung nhỏ nhất đưa vào chân 14 khoảng 15ns
o Độ rộng xung nhỏ nhất đưa vào chân 1 khoảng 30ns
o Độ rộng xung nhỏ nhất đưa vào chân reset khoảng 15ns
o Thời gian reset nhỏ nhất khoảng 25ns
o Nhiệt độ có thể chịu đựng khoảng -65oC đến 150oC
o Nhiệt độ làm việc ổn định trong khoảng 0oC đến 70oC
Cấu trúc bên trong của IC 7490 :
Cách cấu hình các chân điều khiển cho IC 7490 làm việc :
Hình 8: Sơ đồ chân của IC 7490.
Hình 7 : Cấu trúc bên trong của IC 7490.
Hình 8: Cách cấu hình các chân điều khiển cho IC 7490 làm việc.
Trang 104 IC 7447 ( dùng để giải mã BCD 8421 sang mã led 7 đoạn ) :
Một số đặc điểm của IC 7447 :
o IC 7447 có 16 chân như hình 9
o Nó dùng để giải mã từ mã BCD 8421 sang mã led 7 đoạn
o Đầu vào có 4 chân tương ứng với ABCD là các bit của mã BCD 8421, đầu ra có 7 chân tương ứng với abcdefg là các bit của mã 7 đoạn
o Lối ra có dạng cực thu để hở
o Nguồn cung cấp có điện áp nằm trong khoảng 4,47V đến 7V
o Nguồn cung cấp có dòng điện tối đa khoảng 13mA
o Điện áp của tín hiệu lối vào nằm trong khoảng 2V đến 7V
o Điện áp ngưỡng để xác định mức thấp và mức cao là 0,8V
o Dòng điện tối đa khi lối ra ở mức cao khoảng -250μA
o Dòng điện tối đa khi lối ra ở mức thấp khoảng 24μA
o Nhiệt độ có thể chịu đựng khoảng -65oC đến 150oC
Cấu trúc bên trong của IC 7447 :
Hình 9 : Hình dạng bên ngoài và sơ đồ chân của IC 7447.
Trang 11 Bảng sự thật để giải mã BCD 8421 sang mã 7 đoạn :
5 IC 7404 ( đảo trạng thái tín hiệu ) :
D C B A a b c d e f g
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1
0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 2
0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 3
0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 4
0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 5
0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 6
0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 7
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8
1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 9
Hình 10 : Cấu trúc bên trong của IC 7447.
Hình 11: Bảng sự thật để giải mã BCD 8421 sang mã 7 đoạn.
Trang 12 Một số đặc điểm của IC 7404.
o Là IC 7404 được dùng trong các mạch số ứng dụng để đảo trạng thái tín hiệu.
o IC 7404 có 14 chân như trên hình 12.
o Cấu tạo bên trong của IC 7404 chứa 6 cổng logic NOT như hình 13.
o Nguồn cung cấp với điện áp trong khoảng 4,75 V đến 5.25 V.
o Điện áp đưa vào ở mức cao là 2 V, điện áp đưa vào mức thấp là 0.8 V.
o Dòng điện lối ra ở mức cao khoảng -0,4 mA.
o Dòng điện lối ra ở mức thấp khoảng 16 mA.
o Nhiệt độ làm việc ổn định trong khoảng 0oC đến 70oC.
o Nhiệt độ có thể chịu đựng khoảng -65oC đến 150oC.
Cấu trúc bên trong của IC 7404:
6 IC 7442 (dùng để giải mã BCD 8421 sang mã thập phân) :
Hình dạng bên ngoài và sơ đồ các chân của IC 7442 :
Hình 12: Hình dạng bên ngoài và sơ đồ chân của IC 7404.
Hình 13: Cấu trúc bên trong của IC 7404.
Trang 13 Cấu trúc bên trong của IC 7442 :
Một số đặc điểm của IC 7442 :
o IC 7442 dùng để giải mã từ BCD 8421 sang mã thập phân.
o IC 7442 có 16 chân như hình 14.
o Các ngõ ra của 7442 tác động ở mức thấp.
Hình 14 : Hình dạng bên ngoài và sơ đồ chân của IC 7442.
Hình 15: Cấu trúc bên trong của IC 7442.
Trang 14o Có 4 ngõ vào nên sẽ có 16 trạng thái logic ngõ ra Ở đây chỉ sử dụng 10 trạng thái logic đầu, 6 trạng thái sau không dùng.
o Công suất tiêu thụ khoảng 140 mW.
o Nguồn cung cấp với điện áp khoảng 4,75V – 7V.
o Dòng điện tối đa khi lối ra ở mức cao khoảng -0,8mA.
o Dòng điện tối đa khi lối ra ở mức thấp khoảng 16mA.
o Điện áp tối đa khi ngõ vào ở mức thấp khoảng 0,8V.
o Điện áp tối thiểu khi ngõ vào ở mức cao khoảng 2V.
o Nhiệt độ làm việc ổn định trong khoảng 0oC đến 70oC.
Bảng sự thật để giải mã BCD 8421 sang mã thập phân :
V Sơ đồ nguyên lý và hoạt động các khối :
1 Sơ đồ nguyên lý :
Hình 16: Bảng sự thật để giải mã BCD 8421 sang mã thập phân.
Khối thu tín hiệu hồng ngoại và tạo xung Khối đếm và giải mã BCD sang mã 7 đoạn, hiển
thị
Trang 152.Hoạt động của mạch :
2.1 Khối thu hồng ngoại và tạo xung.
Hoạt động :
Nếu chúng ta đứng trong 1 phạm vi cách mạch điều khiển khoảng 3 đến 6 mét và nhấn bất kỳ 1 phím nào của remote Khi đó SM0038 sẽ thu được tín hiệu hồng
Hình 17 : Sơ đồ mạch nguyên lý.
Khối giải mã và điều khiển
Hình 18 : Khối thu tín hiệu hồng ngoại và tạo xung.
Trang 16ngoại cao tần (khoảng 38KHz) Ở lối ra của SM0038 sẽ cho 1 chuỗi xung, đó chính
là tín hiệu số mà trước đó remote điều chế thành tín hiệu cao tần để phát đi
Chuỗi xung sẽ được đưa vào chân số 2 của IC 555 ( IC 555 hoạt động ở chế độ đơn hài ) Những xung của chuỗi xung này có vai trò là xung kích cho mạch dao động đơn hài Độ rộng xung ở lối ra của mạch đơn hài (chân số 3) được xác định theo giá trị của điện trở R3 và tụ điện C1 Cụ thể ở đây độ rộng của xung là
τ = 1,1.R3C1 = 1,1.15.103.22.10-6 = 0,37 s Đèn led D6 hiển thị xung được tạo ra bởi mạch dao động đơn hài Điện trở R1, R2 dùng để làm cầu phân áp cho chân số 2 của
IC 555 Transistor C1815 và điện trở R5, R6 có tác dụng như 1 cửa đảo tín hiệu
2.2 Khối đếm xung :
Hoạt động :
Khối đếm xung có nhiệm vụ đếm xung hiệu do khối dao động đơn hài tạo ra
Chúng ta sẽ nối các chân reset của 7490 sao cho 7490 đếm từ 0 đến 3 sau đó reset về 0 tương ứng với 4 số của quạt (số 0, số 1, số 2, số 3) Căn cứ vào hình 8
để nối các chân reset cho hợp lý Ở đây chúng ta sẽ nối chân số 2,3 với chân số
8, chân số 6 nối đất, chân số 7 để trống Như vậy 7490 đếm từ 0 đến 3 sau đó chân số 8 lên cao tưng ứng với số 4 (0100) thì mức cao này dùng để reset về 0
2.3 Giải mã BCD sang mã 7 đoạn, hiển thị.
Hình 19 : Khối đếm xung sử dụng IC 7490.
Trang 17 Hoạt động :
IC 7447 nhận tín hiệu là mã BCD từ IC đếm 7490 và tiến hành giải mã sang
mã 7 đoạn đưa ra led 7 doạn để hiển thị Muốn IC 7447 hoạt động thì chúng ta nối các chân điều khiển (chân 3,4,5) lên nguồn.
2.4 Khối nguồn cung cấp :
Hoạt động :
Nguồn 220 được đưa vào nối chung với chân số 3 của relay và chân số 2 của
domino để tạo nên 3 công tắc để đóng điện 220V Tụ 102 để lọc nhiễu cao tần Nguồn 12V đưa vào để cấp cho relay và được đưa qua LM7805 ổn áp thành điện
áp 5V sau đó cấp cho các linh kiện trong mạch Tụ C4, C5 dung để lọc nhiễu.
2.5 Giải mã BCD sang mã thập phân, điều khiển relay, nguồn nuôi.
Hình 20 : Giải mã BCD sang mã 7 đoạn, hiển thị.
Hình 21 : Khối nguồn cung cấp.
Trang 18 Hoạt động :
IC 7442 có nhiệm vụ nhận mã BCD từ IC 7490 và giải mã sang mã thập phân Đưa qua IC 7404 để đảo trạng thái tín hiệu vì lối ra của IC 7442 tác động ở mức thấp Tín hiệu sẽ được đảo trạng thái sau khi qua IC 7404.Và làm xung kích cho transistor c1815 dẫn để đóng relay làm quạt quay (nếu tín hiệu là mức 1) Khi transistor dẫn sẽ có dòng chảy qua cuộn dây của relay làm cho chân 3 và chân 4 của relay nối với nhau Chúng ta dùng domino để kết nối ra quạt khi relay đóng tức là mình đã đóng công tắc và làm quạt chạy theo số tương ứng Các tụ
102 dùng để khử nhiễu do cuộn dây của quạt tạo ra để tránh ảnh hưởng tới mạch.
VI Sơ đồ Layout : (em sẽ bổ sung sau)
Hình 21 : Giải mã BCD sang mã thập phân, điều khiển relay, nguồn nuôi.