tìm hiểu về ánh sáng hồng ngoại và ứng dụng vào điều khiển cấp nguồn cho các thiết bị điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƯ PHẠM BỘ MÔN SƯ PHẠM VẬT LÝ ---------- Luận văn Tốt nghiệp Ngành SƯ PHẠM VẬT LÝ – TIN HỌC TÌM HIỂU VỀ ÁNH SÁNG HỒNG NGOẠI VÀ ỨNG DỤNG VÀO ĐIỀU KHIỂN CẤP NGUỒN CHO CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN GV hướng dẫn: Vương Tấn Sĩ Sinh viên: Võ Hoàng Duy Lớp: Sư phạm Vật lý – Tin học K36 MSSV: 1100286 Cần Thơ, 2014 Luận văn tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Khi bắt đầu nghiên cứu đề tài “Tìm hiểu về ánh sáng hồng ngoại và ứng dụng vào điều khiển nguồn cho các thiết bị điện” tôi đã biết có những lúc gặp khó khăn về việc tìm tài liệu, những hạn chế về kiến thức, cũng như quá trình thi công thiết kế, nhưng qua quá trình tìm hiểu và thực hiện đề tài với sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của GVHD, sự cố gắng của bản thân cuối cùng tôi cũng hoàn thành xong đề tài “Tìm hiểu về ánh sáng hồng ngoại và ứng dụng vào điều khiển nguồn cho các thiết bị điện”. Đề tài này là vốn kiến thức và những kĩ năng quí báu cho tôi sau khi ra trường, nó có ảnh hưởng rất lớn đến công việc học tập và giảng dạy của tôi sau này. Vì thế tôi vô cùng biết ơn các thầy cô trường Đại học Cần Thơ mà đặc biệt là các thầy cô trong Bộ môn Sư phạm Vật Lý đã tận tình giảng dạy cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trường, tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến quí thầy cô. Đặc biệt với sự giúp đỡ của thầy Vương Tấn Sĩ tôi đã vượt qua những lúc khó khăn để hoàn thành đề tài, tôi xin chân thành cảm ơn thầy, trong suốt thời gian vừa qua đã giúp đỡ và động viên tôi, để tôi hoàn thành đề tài này. Xin chân thành cảm ơn! GVHD: Vương Tấn Sĩ 1 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp MỤC LỤC A. PHẦN MỞ ĐẦU............................................................................................. 7 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ................................................................................ 7 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ......................................................................... 7 3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ...................................................................... 8 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................. 8 5. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH ........................................................................... 8 B. PHẦN NỘI DUNG ......................................................................................... 9 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỒNG NGOẠI ............................................. 9 1. KHÁI NIỆM HỒNG NGOẠI ....................................................................... 9 2. SỰ TÌM RA VÀ MỘT VÀI ỨNG DỤNG TỪ HỒNG NGOẠI. ................... 9 2.1 Sự tìm ra hồng ngoại ............................................................................... 9 2.2 Một vài ứng dụng từ hồng ngoại ............................................................ 10 3. ƯU – NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI ....................................................................................................................... 10 3.1 Ưu điểm ................................................................................................ 10 3.2 Khuyết điểm .......................................................................................... 11 4. SO SÁNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG HỒNG NGOẠI VỚI ĐIỀU KHIỂN BẰNG SÓNG VÔ TUYẾN (RF). ................................................................... 11 CHƯƠNG II: MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI ......... 12 1. GIỚI THIỆU............................................................................................... 12 2. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA ........................................................... 12 2.1 Hệ thống điều khiển từ xa ...................................................................... 12 2.2 Kết cấu tin tức ....................................................................................... 12 2.3 Kết cấu của hệ thống ............................................................................. 13 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA TRONG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA ............ 13 4. ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI .......................................... 14 GVHD: Vương Tấn Sĩ 2 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp 4.1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển từ xa bằng hồng ngoại ................... 14 4.1.1 Sơ đồ khối phát hồng ngoại ............................................................. 14 4.1.2 Sơ đồ khối máy thu ......................................................................... 15 5. GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN ................................................................. 16 5.1 Cặp IC thu và phát tính hiều hồng ngoại BL9148 và BL9149 ................ 16 5.1.1 IC BL9148 ...................................................................................... 16 5.1.2 IC BL9149 ...................................................................................... 20 5.2 Led phát quang – led phát hồng ngoại ................................................... 24 5.3 Bộ thu hồng ngoại ................................................................................. 24 5.4 IC HEF4013 .......................................................................................... 26 5.5 Một số linh kiện khác: ........................................................................... 27 5.5.1 IC KA7805 ...................................................................................... 27 5.5.2 Relay ............................................................................................... 28 5.5.3 Transistor ........................................................................................ 29 6. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ........................................................................ 32 6.1 Mạch phát .............................................................................................. 32 6.2 Mạch thu ............................................................................................... 35 6.3 Sơ đồ mạch in ........................................................................................ 38 CHƯƠNG III: CÁC PHẦN MỀM HỖ TRỢ ................................................. 39 1. PHẦN MỀM HỖ TRỢ VẼ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ..................................... 39 2. PHẦN MỀM HỔ TRỢ VẼ MẠCH IN ....................................................... 47 C. PHẦN TỔNG KẾT ...................................................................................... 54 1. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ............................................................................. 54 2. HẠN CHẾ .................................................................................................. 55 3. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ....................................................... 55 PHỤ LỤC .......................................................................................................... 57 1. CÔNG NGHỆ CMOS ................................................................................. 57 GVHD: Vương Tấn Sĩ 3 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp 1.1 Tổng quan IC LOGIC CMOS ................................................................ 57 1.1.1 Khái niệm: ...................................................................................... 57 1.1.2 Một số đặc tính quan trọng .............................................................. 57 2. MẠCH ĐIỀU KHIỂN MỘT KÊNH ........................................................... 58 3. MẠCH PHÁT VÀ NHẬN TÍN HIỆU ÂM THANH BẰNG HỒNG NGOẠI ....................................................................................................................... 60 4. MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG SÓNG RADIO (RF) ...................... 61 4.1 Giới thiệu mạch RF ............................................................................... 61 4.2 Ưu điểm và nhược điểm so với điều khiển bằng hồng ngoại .................. 62 Ưu điểm ................................................................................................... 62 4.3 Giới thiệu cặp IC PT2262/PT2272 ........................................................ 62 4.4 Sơ đồ nguyên lý mạch phát và mạch thu RF .......................................... 64 4.4.1 Sơ đồ nguyên lý mạch phát RF ........................................................ 64 4.4.2 Sơ đồ nguyên lý mạch thu RF ......................................................... 64 4.4.3 Một vài mạch điều khiển từ xa được thiết kế từ mạch RF ................ 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 67 GVHD: Vương Tấn Sĩ 4 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2014 GV hướng dẫn GVHD: Vương Tấn Sĩ 5 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... ..................................................................................................................................... Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2014 GV phản biện GVHD: Vương Tấn Sĩ 6 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp A. PHẦN MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Với tốc độ phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp hiện đại như công nghệ thông tin, công nghệ truyền thông, cơ khí, động lực trong thời gian qua không thể tách rời với ngành điện tử. Ngành điện tử đóng vai trò rất quan trọng, nó đã xâm nhập vào cuộc sống con người khá sớm từ những thiết bị đơn giản như đèn chiếu sáng, radio,…, đến những máy móc phức tạp và ứng dụng công nghệ cao như hệ thống camera, robot… Tất cả điều được ứng dụng rộng rãi và góp phần hiệu quả vào công việc giải phóng sức lao động của con người đưa con người hướng tới một thế giới công nghệ mới ngày càng hiện đại và tinh vi hơn. Trong sinh hoạt hằng ngày của con người như những trò chơi giải trí (robot, xe điều khiển từ xa…) cho đến những ứng dụng gần gủi với chúng ta cũng được cải tiến cho phù hợp với việc sử dụng và đạt mức tiện lợi nhất. Điều khiển từ xa đã thâm nhập vào vấn đề này do đó cho ra đời những loại tivi điều khiển từ xa, đầu video, VCD, CD,… đến quạt bàn tất cả đều có thể được điều khiển từ xa. Điều khiển từ xa là việc điều khiển mô hình, thiết bị ở một khoảng cách nào đó mà người dùng không nhất thiết phải đến nơi đặt hệ thống. Thế giới ngày càng phát triển việc ứng dụng các thiết bị điều khiển tự động ngày càng được con người sử dụng trong đó có quá trình thu phát bằng hồng ngoại nó có độ chính xác và nhanh chóng trong quá trình điều khiển từ xa. Xuất phát từ những ý tưởng trên nên tôi đã chọn đề tài “Tìm hiểu về ánh sáng hồng ngoại và ứng dụng vào điều khiển nguồn cho các thiết bị điện”. Với kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên có thể quyển luận văn chưa được hoàn chỉnh lắm và còn nhiều thiếu sót. 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Việc sử dụng các thiết bị điều khiển ngày nay trở nên khá phổ biến với tất cả mọi người, đặc biệt là điều khiển bằng hồng ngoại. Vì vậy chúng ta cần nghiên cứu về ánh sáng hồng ngoại, các linh kiện hồng ngoại và nguyên lý hoạt động thu phát hồng ngoại để GVHD: Vương Tấn Sĩ 7 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp hiểu rõ cách thức hoạt động và đồng thời có thể tự thiết kế và thi công một mạch điều khiển từ xa bằng hồng ngoại để phục vụ trong gia đình hay đời sống. Tìm hiểu những phần mềm chuyên dụng để thiết kế mạch lý thuyết và mạch in để có thể thiết kế mạch theo yêu cầu đặt ra. 3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu chính của đề tài là hệ thống điều khiển từ xa bằng hồng ngoại. 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Sưu tầm, tổng hợp những tài liệu có liên quan đến các đối tượng nghiên cứu của đề tài. Tìm kiếm những thông tin về ánh sáng hồng ngoại và các các linh kiện cần thiết cho việc thiết kế và thi công mạch điều khiển. Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của thu phát hồng ngoại, chọn mạch nguyên lý đơn giản và có thể thực hiện được yêu cầu đặt ra để tiến hành vẽ mạch in, lắp ráp các linh kiện, chạy thử nghiệm và khắc phục các lỗi nếu có. Hoàn chỉnh đề tài. 5. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH Nhận đề tài. Viết đề cương nộp cho giáo viên hướng dẫn. Tìm hiểu về nguyên lý thu và phát hồng ngoại. Tìm hiểu về các phần mềm chuyên dụng để thiết kế mạch điện. Tiến hành vẽ mạch và lắp ráp mạch. Hoàn thiện luận văn. Báo cáo luận văn. GVHD: Vương Tấn Sĩ 8 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp B. PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỒNG NGOẠI 1. KHÁI NIỆM HỒNG NGOẠI Tia hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng trong khoảng từ 0.76 m đến 1mm, dài hơn bước sóng ánh sáng khả kiến nhưng ngắn hơn tia bức xạ vi ba. Tên “hồng ngoại” có nghĩa là “dưới mức đỏ”, màu đỏ là màu sắc có bước sóng dài nhất trong ánh sáng thường. Mọi vật có nhiệt độ lớn hơn 0 độ K đều phát ra tia hồng ngoại. Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu. Nó ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Lượng thông tin có thể đạt được 3Mbit/s. Lượng thông tin được truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ mà ta vẫn dùng. Trong kỹ thuật truyền tin bằng sợi quang dẫn không cần các trạm khuếch đại trung gian, người ta có thể truyền một lúc 15000 điện thoại hay 12 kênh truyền hình qua một sợi tơ quang với đường kính 0,13 mm với khoảng cách 10 km đến 20 km. Lượng thông tin truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ mà ta vẫn dùng. Tia hồng ngoại dễ hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém. Trong điều khiển từ xa chùm hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng, do đó khi thu phải đúng hướng. Sóng hồng ngoại có những đặc tính quan trọng giống như sóng ánh sáng (sự hội tụ qua thấu kính, tiêu cự …). Ánh sáng thường và ánh sáng hồng ngoại khác nhau rất rõ trong sự xuyên suốt qua vật chất. Có những vật chất ta thấy chúng dưới một màu xám đục nhưng với ánh sáng hồng ngoại chúng trở nên trong suốt. Vì vậy, vật liệu bán dẫn “trong suốt” đối với ánh sáng hồng ngoại, tia hồng ngoại không bị yếu đi khi vượt qua các lớp bán dẫn để ra ngoài. 2. SỰ TÌM RA VÀ MỘT VÀI ỨNG DỤNG TỪ HỒNG NGOẠI. 2.1 Sự tìm ra hồng ngoại Cuối năm 1799, Herschel bắt đầu nghiên cứu ánh sáng Mặt Trời, ông thường sử dụng một thiết bị lọc màu sắc để tách một phần ánh sáng ra khỏi quang phổ. Ông phát hiện ra bộ lọc đôi lúc nóng hơn những cái khác và ông đặt vấn đề: có lẽ nào một số màu lại có thể mang nhiệt lượng hơn các màu khác? GVHD: Vương Tấn Sĩ 9 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Để kiểm chứng suy đoán này, ông đã chế tạo ra một lăng kính lớn. Trong một căn phòng tối, ông chiếu quang phổ đủ mọi màu qua lăng kính lên một vách tường, sau đó ông tiến hành đo nhiệt độ của mỗi chùm ánh sáng có màu riêng biệt. Kết quả thu được : nhiệt độ tăng dần từ màu tím đến màu đỏ. Trong lúc đó ông đo nhiệt độ ở chỗ tối bên cạnh ánh sáng màu đỏ và cũng là phía ngoài quang phổ. Theo lý thuyết thì nhiệt kế phải giữ nguyên mức nhiệt độ vì nó không đặt trong luồng ánh sáng chiếu thẳng. Nhưng kết quả thì lại thu được ở mức nhiệt độ cao nhất. Vì loại ánh sáng này xuất hiện ở ngoài ánh sáng màu đỏ vì thế nên Herschel đã đặt tên cho nó là tia hồng ngoại. 2.2 Một vài ứng dụng từ hồng ngoại Đo nhiệt độ: việc thu nhận và đo đạc tia hồng ngoại giúp xác định nhiệt độ của những vật ở xa, nếu chúng là nguồn phát ra các tia thu được. Kĩ thuật đo nhiệt bằng hồng ngoại chủ yếu được dùng trong quân sự (tên lửa) và ứng dụng công nghiệp. Kĩ thuật này cũng đang được ứng dụng trên thị trường như: máy ảnh trên xe hơi. Phát nhiệt: tia hồng ngoại dùng trong các phòng tắm hơi hay dùng để làm tan tuyết trên cánh máy bay (do da người và bề mặt cánh máy bay hấp thu tốt năng lượng của tia hồng ngoại). Mặt Trời hay các vật nóng cỡ vài trăm độ (như lò sưởi, bếp) cũng phát ra tia hồng ngoại. Truyền thông, điều khiển: dùng để truyền tải thông tin trong mạng nhỏ. Ví dụ như: từ máy tính sang máy tính, từ điện thoại sang điện thoại,… Ngoài ra, tia hồng ngoại còn được ứng dụng trong lĩnh vực điều khiển từ xa. Ngoài những ứng dụng trong kĩ thuật, tia hồng ngoại còn được ứng dụng trong lĩnh vực y học dùng để chữa trị nhiều chứng bệnh. 3. ƯU – NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI 3.1 Ưu điểm Với phương pháp dùng sóng hồng ngoại sẽ gọn nhẹ hơn do không sử dụng ăng – ten để phát và thu khi lắp đặt sử dụng. Kích thước led nhỏ nên dễ dàng bố trí. Giá thành linh kiện không cao. GVHD: Vương Tấn Sĩ 10 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Để phát được khoảng cách xa hơn chỉ cần tăng số lượng led phát hoặc phân cực cho các led chạy mạnh hơn. Không phải bị ảnh hưởng với các tần số vô tuyến khác. 3.2 Khuyết điểm Tín hiệu truyền tải không xa, dễ bị ảnh hưởng bởi các vật cản. Các nguồn nhiệt xung quanh ta nên gây ảnh hưởng và hạn chế tầm phát. 4. SO SÁNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG HỒNG NGOẠI VỚI ĐIỀU KHIỂN BẰNG SÓNG VÔ TUYẾN (RF). Điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến là loại điều khiển phổ biến trong đời sống hiện nay. Điều khiển bằng RF có thể dùng nhiều cho những vật ở bên ngoài như đồ chơi, điều khiển xe phát tín hiệu , … Các đặc điểm Tầm hoạt động Khả năng bị nhiễu Năng lượng tiêu thụ Thiết bị hỗ trợ Cách thức kết nối Giá thành Góc kết nối Điều khiển bằng hồng ngoại Khoảng cách ngắn (khoảng 1 – 5m). Dễ bị nhiễu do các nguồn nhiệt khác xung quanh. Điều khiển bằng sóng vô tuyến Khoảng cách trung bình (10 – 100m). Dễ bị nhiễu do bên ngoài có nhiều thiết bị khác sử dụng sóng RF có nhiều tầng số khác nhau. Thấp Trung bình. Hơn 150 triệu thiết bị hổ Lắp đặt theo yêu cầu. trợ cùng với phần cứng và phần mềm trên toàn thế giới. Đơn giản. Cần phải có ăn-teng và phải mã hóa đúng tần số. Khoảng $1. Khoảng $5. Tầm hoạt động trong một Có thể kết nối theo nhiều góc hình nón khoảng 30 phương và có thể xuyên độ và không xuyên vật qua vật thể. cản. Bảng 1. So sánh đặc điểm giữa điều khiển bằng hồng ngoại và điều khiển bằng sóng điện từ. GVHD: Vương Tấn Sĩ 11 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp CHƯƠNG II: MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI 1. GIỚI THIỆU Trong sinh hoạt hằng ngày ở gia đình, cũng như ở các nhà máy việc tắt mở một số thiết bị có thể diễn ra liên tục. Do đó, để đơn giản hóa thao tác và tiện lợi cho người sử dụng, thiết bị điều khiển từ xa đã ra đời. Người dùng chỉ cần ở một chỗ mà có thể điều khiển được tất cả các thiết bị trong nhà với một thiết bị nhỏ gọn như remote. Mạch điều khiển thiết bị điện từ xa bằng hồng ngoại là một trong những mạch điều khiển được sử dụng rộng rãi hiện nay. Nó có thể điều khiển các thiết bị một cách tiện lợi như: tắt, mở, điều chỉnh mức độ, … 2. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 2.1 Hệ thống điều khiển từ xa Hệ thống điều khiển từ xa là một hệ thống cho phép ta điều khiển các thiết bị từ một khoảng cách xa. Ví dụ: hệ thống điều khiển bằng vô tuyến, hệ thống điều khiển từ xa bằng cáp quang dây dẫn, hệ thống điều khiển từ xa bằng hồng ngoại. Chúng có những nhiệm vụ cơ bản sau: - Phát tín hiệu điều khiển. - Tạo ra xung hoặc hình thành các xung cần thiết. - Tổ hợp xung thành mã. - Phát các tổ hợp mã đến điểm chấp hành (thiết bị thu). - Ở điểm chấp hành (thiết bị thu) sau khi nhận được mã phải biến đổi các mã nhận được thành các lệnh điều khiển và đưa đến các thiết bị, đồng thời kiểm tra sự chính xác của mã mới nhận. 2.2 Kết cấu tin tức Trong hệ thống điều khiển từ xa độ tin cậy truyền dẫn tin tức có quan hệ rất nhiều đến kết cấu tin tức. Nội dung về kết cấu tin tức có hai phần: về lượng và về chất. Về lượng có các biên lượng điều khiển và lượng điều khiển thành từng loại xung cho phù hợp, và những xung đó cần áp dụng phương pháp nào để hợp thành tin tức, để có dung lượng lớn nhất và có tốc độ truyền dẫn nhanh nhất. GVHD: Vương Tấn Sĩ 12 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Để đảm bảo các yêu cầu về kết cấu tin tức, hệ thống điều khiển từ xa có các yêu cầu sau: - Tốc độ làm việc nhanh. - Thiết bị phải an toàn, tin cậy. - Kết cấu phải đơn giản. - Có hiệu quả cao là hệ thống đạt tốc độ điều khiển cực đại đồng thời đảm bảo độ chính xác trong phạm vi cho phép. 2.3 Kết cấu của hệ thống Do hệ thống điều khiển từ xa có những đường truyền dẫn xa nên chúng ta cần phải nghiên cứu về kết cấu hệ thống để đảm bảo tín hiệu được truyền đi chính xác và nhanh chóng. Đây là sơ đồ kết cấu hệ thống: Thiết bị phát Đường truyền Thiết bị thu Hình 1. Sơ đồ kết cấu hệ thống Chức năng của từng khối: - Thiết bị phát: biến đổi lệnh điều khiển thành tin tức tín hiệu và phát đi. - Đường truyền: đưa tín hiệu điều khiển từ thiết bị phát đến thiết bị thu. - Thiết bị thu: nhận tín hiệu điều khiển từ đường truyền, qua quá trình biến đổi, biên dịch để tái hiện lại lệnh điều khiển rồi đưa đến các thiết bị thi hành. 3. CÁC PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA TRONG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA Trong hệ thống truyền thông tin rời rạc hoặc truyền thông tin liên tục nhưng đã được rời rạc hóa tin tức thường được biến đổi thông qua một phép biến đổi thành số (thường là số nhị phân) rồi mã hóa và được phát đi từ máy phát. Ở máy thu, tín hiệu phải thông qua các phép biến đổi ngược lại với các phép đổi trên: giải mã, liên tục hóa, … GVHD: Vương Tấn Sĩ 13 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Sự mã hóa tín hiệu điều khiển nhằm tăng tính hữu hiệu và độ tin cậy của hệ thống điều khiển từ xa, nghĩa là tăng tốc độ truyền và khả năng chống nhiễu. Trong điều khiển từ xa ta thường dùng mã nhị phân tương ứng với hệ, gồm có hai phần tử [0] và [1]. Do yêu cầu về độ chính xác cao trong các tín hiệu điều khiển được truyền đi để chống nhiễu ta dùng loại mã phát hiện và sửa sai. Mã phát hiện và sửa sai thuộc loại mã đồng đều bao gồm các loại mã: mã phát hiện sai, mã sửa sai, mã phát hiện và sửa sai. Dạng sai nhầm của các mã được truyền đi tùy thuộc tính chất của kênh truyền, chúng có thể phân thành 2 loại: + Sai độc lập: trong quá trình truyền, do nhiều tác động, một hoặc nhiều ký hiệu trong các tổ hợp mã có thể bị sai nhầm, nhưng những sai nhầm đó không liên quan nhau. + Sai tương quan: được gây ra bởi nhiều nhiễu tương quan, chúng hay xảy ra trong từng chùm, cụm ký hiệu kế cận nhau. Sự lựa chọn của cấu trúc mã chống nhiễu phải dựa trên tính chất phân bố xác suất sai nhầm trong kênh truyền. Hiện nay lý thuyết mã hóa phát triển rất nhanh, nhiều loại mã phát hiện và sửa sai được nghiên cứu như: mã hamming, mã chu kỳ, mã nhiều cấp. 4. ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI 4.1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển từ xa bằng hồng ngoại 4.1.1 Sơ đồ khối phát hồng ngoại Phát lệnh điều khiển Mã hóa Điều chế Khuếch đại Dao động tạo sóng mang Led phát Hình 2. Sơ đồ khối phát hồng ngoại. GVHD: Vương Tấn Sĩ 14 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Giải thích sơ đồ: - Máy phát có nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển, mã hóa và phát tín hiệu đến máy thu, lệnh truyền đi đã được điều chế. - Khối phát lệnh điều khiển: khối này có nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển từ nút nhấn (phím điều khiển). Các nút nhấn này có thể là một nút (ở mạch điều khiển đơn giản), hay một ma trận nút (ở mạch điều khiển chức năng). - Ma trận phím được bố trí theo cột và hàng. Khi người sử dụng bấm vào các phím chức năng để phát lệnh yêu cầu của mình, mỗi phím chức năng tương ứng với một số thập phân. - Khối mã hóa: nhiệm vụ chuyển đổi các lệnh điều khiển thành mã nhị phân tương ứng dưới dạng mã lệnh tín hiệu số gồm các bit 0 và 1. Số bit trong mã lệnh nhị phân có thể là 4 bit hay 8 bit… tùy theo số lượng phím chức năng nhiều hay ít. Có nhiều phương pháp mã hóa khác nhau: điều chế biên độ xung (pulse amplitude modulation – PAM), điều chế độ rộng xung (pulse width modulation – PWM), điều chế vị trí xung (pulse position modulation – PPM), điều chế mã xung (pulse code modulation – PCM). Trong kỹ thuật điều khiển từ xa bằng hồng ngoại, phương pháp điều chế mã xung thường được sử dụng nhiều hơn cả, vì phương pháp này tương đối đơn giản và dễ thực hiện. - Khối dao động tạo sóng mang: khối này có nhiệm vụ tạo ra sóng mang có tần số ổn định, sóng mang này sẽ mang tín hiệu điều khiển khi truyền ra môi trường. - Khối điều chế: khối này có nhiệm vụ kết hợp tín hiệu điều khiển đã mã hóa với sóng mang để đưa đến khối khuếch đại. - Khối khuếch đại: khuếch đại tín hiệu đủ lớn để led phát hồng ngoại phát tín hiệu ra môi trường. - Led phát: là một led hồng ngoại, biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu hồng ngoại phát ra môi trường. 4.1.2 Sơ đồ khối máy thu Chức năng của máy thu là thu được tín hiệu điều khiển từ máy phát, loại bỏ sóng mang, giải mã tín hiệu điều khiển thành các lệnh riêng biệt, từ đó mỗi lệnh sẽ đưa đến khối chấp hành cụ thể. GVHD: Vương Tấn Sĩ 15 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Khuếch đại Tách sóng Giải mã LED thu Mạch chấp hành Khuếch đại Hình 3. Sơ đồ khối thu hồng ngoại. Giải thích sơ đồ: - Led thu: thu tín hiệu hồng ngoại do máy phát truyền tới và biến đổi thành tín hiệu điều khiển. - Khối khuếch đại: có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điều khiển lớn lên từ led thu hồng ngoại để quá trình xử lý tín hiệu được dễ dàng. - Khối tách sóng mang: khối này có chức năng triệt tiêu sóng mang, chỉ giữ lại tín hiệu điều khiển như tín hiệu gửi đi từ máy phát - Khối giải mã: nhiệm vụ của khối này là giải mã tín hiệu điều khiển dưới dạng các bit nhị phân hay các dạng khác để đưa đến khối chấp hành cụ thể. Do dó nhiệm vụ của khối này rất quan trọng. - Khối chấp hành: có thể là relay hay một linh kiện điều khiển nào đó, đây là khối cuối cùng tác động trực tiếp vào thiết bị thực hiện nhiệm vụ điều khiển mong muốn. 5. GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN 5.1 Cặp IC thu và phát tính hiều hồng ngoại BL9148 và BL9149 5.1.1 IC BL9148 IC BL9148 là một bộ truyền phát tia hồng ngoại ứng dụng bởi công nghệ CMOS (Complementary-Metal-Oxide-Silicon). BL9148 kết hợp với BL9149 tạo ra 10 chức năng, kết hợp với BL9150 tạo ra 18 chức năng và 75 lệnh có thể phát xạ. Những đặc tính của IC BL9148: - Công suất tiêu thụ thấp. - Vùng điện áp hoạt động: 2.2V-5V. - Sử dụng được nhiều phím. - Ít thành phần ngoài. GVHD: Vương Tấn Sĩ 16 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Hình 4. Sơ đồ chân và hình dạng IC BL9148. Ứng dụng: Dùng trong các remote điều khiển các thiết bị điện như TV, đầu video,…. Chức năng từng chân: - Chân 1: (GND) là chân được nối với cực âm của nguồn điện. - Chân 2 (XT) và 3 (XT): hai đầu để nối với thạch anh bên ngoài cho bộ tạo dao động bên trong IC. - Chân 4-9 (K1-K6): là đầu của tín hiệu bàn phím kiểu ma trận, các chân từ K1 đến K6 kết hợp với các chân 10 đến 12 (T1-T3) để tạo thành ma trận 18 phím. - Chân 13 (CODE): là chân mã số dùng để kết hợp với các chân 10-11 để tạo ra tổ hợp mã hệ thống giữa phần phát và phần thu. - Chân 14 (TEST): là chân dùng để kiểm tra mã của phần phát, bình thường khi không sử dụng có thể bỏ trống. - Chân 15 (TXout): là đầu ra của tín hiệu đã được điều chế FM. - Chân 16 (Vcc): là chân cấp nguồn dương. Bộ tạo dao động và bộ phân tần: để có thể phát đi xa, ta cần có một xung có tần số 38 KHz ở nơi nhận nhưng trên thị trường khó tìm được thạch anh đúng tần số nên ta chọn tần số của thạch anh là 455 KHz cho bộ tạo dao động. Sau đó tần số sẽ được đưa qua bộ phân tần để chia nó ra thành 12 lần. Hình 5. Sơ đồ ghép nối thạch anh để tạo dao động. GVHD: Vương Tấn Sĩ 17 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Hình 6. Sơ đồ khối bên trong IC BL9148. Mạch điện phím vào: có tổng cộng 18 phím được nối tới các chân K1 – K6 và mạch hoạt động thời gian T1 – T3 (chân 10 – 12) để tạo ra bàn phím ma trận (6*3). Hình 7. Sơ đồ kết nối phím. GVHD: Vương Tấn Sĩ 18 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Chức năng các phím: - Phím 1 – 6: những phím cho ra tín hiệu liên tục khi nhấn giữ. - Phím 7 – 18: những phím cho ra những tín hiệu không liên tục (những tín hiệu sẽ bị mất ngay khi nhấn vào cho dù giữ phím). Mạch hoạt động tín hiệu thời gian – Mạch phát sinh tín hiệu: - Lệnh truyền gồm một từ lệnh được tạo bởi 3 bit mã người dùng (C1, C2, C3), 6 bit mã phím vào (D1 – D6) và 1 bit mã liên tục (H) và 2 bit mã không liên tục (S1, S2). Vậy có 12 bit mã, trong đó 3 bit mã người dùng được tạo như sau: + Dữ liệu của 3 bit mã T1, T2, T3 sẽ là “1” nếu một diode được nối giữa chân CODE và chân Tn (n= 1,2,3) và là “0” khi không nối diode. + Vì IC thu BL9149 chỉ có 2 bit mã (CODE 2, CODE 3) nên chân T1 (chân 10) sẽ luôn ở mức “1”. C1 C2 C3 Mã người dùng H S1 S2 Mã liên tục/ không liên tục D1 D2 D3 D4 D5 D6 Mã phím vào Hình 8. Cấu trúc từ một lệnh. - Dạng sóng truyền đi: Hình 9. Dạng sóng truyền đi. Cấu trúc một lệnh được biểu diễn dưới dạng sóng tín hiệu. Mỗi một lệnh chứa 12 bit dữ liệu nối tiếp. Thời gian truyền mỗi bit “a” phụ thuộc vào tần số dao động cấp cho BL9148. t GVHD: Vương Tấn Sĩ 19 1 192 f osc SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Tín hiệu không liên tục: Khi nhấn bất kì 1 phím không liên tục, tín hiệu không liên tục chỉ truyền 2 từ lệnh đến ngõ ra. Hình 10. Dạng sóng mô tả tín hiệu không liên tục. Tín hiệu liên tục: Khi nhấn bất kì một phím liên tục, tín hiệu liên tục sẽ lặp lại chu kì sau khi truyền 2 từ lệnh và thời gian dừng cho đến khi phím không được nhấn nữa. Hình 11. Dạng sóng mô tả tín hiệu liên tục. 5.1.2 IC BL9149 BL9149 cũng được chế tạo bởi công nghệ CMOS. Nó có thể điều khiển tối đa 10 thiết bị. Những đặc tính của IC BL9149: - Tiêu thụ công suất thấp. - Khả năng chống nhiễu rất cao. - Nhận được đồng thời 5 chức năng từ IC phát BL9148. - Cung cấp bộ tạo dao động RC. GVHD: Vương Tấn Sĩ 20 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp - Bộ lọc số và bộ kiểm tra mã ngăn ngữa sự tác động từ những nguồn sáng khác nhau. Do đó không ảnh hưởng đến độ nhạy của mắt thu. Hình 12. Sơ đồ chân và hình dạng của IC BL9149. Chức năng từng chân: - Chân 1 (GND): là chân mass được nối với cực âm của nguồn điện. - Chân 2 (RxIN): là đầu vào tín hiệu thu, tín hiệu sau khi được lọc bỏ sóng mang. - Chân 3-7 (HP1-HP5): là đầu ra tín hiệu liên tục. Chỉ cần thu được tín hiệu tương ứng với đầu ra nào thì đầu ra đó sẽ duy trì ở mức logic “1”. - Chân 8-12 (SP5-SP1): là đầu tín hiệu không liên tục. Chỉ cần thu được tín hiệu tương ứng với đầu ra nào thì đầu ra đó sẽ duy trì ở mức logic “1” trong khoảng thời gian là 107 ms. - Chân 14 và 13 (CODE 2 và CODE 3): để tạo ra các tổ hợp mã hệ thống giữa phần phát và phần thu. Mã số của hai chân này phải giống tổ hợp mã hệ thống của phần phát thì mới thu được tín hiệu. - Chân 15 (OSC): dùng để nối tụ điện và điện trở bên ngoài tạo ra dao động cho mạch. - Chân 16 (Vcc): là chân nối với cực dương của nguồn cung cấp. Tầng số dao động: Thời gian truyền tín hiệu và tần số dao động của xung nội phụ thuộc vào tầng số cấp cho BL9149. Dùng mạch RC làm mạch lọc tuyến tính dao động truyền bởi BL9148. GVHD: Vương Tấn Sĩ 21 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Hình 13. Sơ đồ mạch RC tạo dao động cho IC 9149. Nhận tín hiệu vào: Tín hiệu được nhận từ led thu hồng ngoại và sóng được truyền vào IC. Hình 14. Sơ đồ khối bên trong IC BL9149. Kiểm tra lỗi của tín hiệu: Sau khi IC phát BL9148 phát tín hiệu (2 chu kỳ) đi, tín hiệu sẽ được led thu tiếp nhận rồi đưa nó đến chân RxIN. Tín hiệu truyền đi gồm 2 lệnh giống nhau, lệnh đầu tiên được nhận trước và lưu trữ vào thanh ghi sau đó so sánh với lệnh thứ hai. Nếu 2 lệnh giống nhau thì tín hiệu truyền không lỗi và chuyển sang bộ phận giải mã. Nếu hau tín hiệu khác nhau thì truyền có lỗi. Hệ thống sẽ tự động sữa lỗi và reset lại tại điểm xảy ra lỗi. Khi dữ liệu nhận được thông qua, ngõ ra sẽ chuyển lên mức cao. GVHD: Vương Tấn Sĩ 22 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Giải mã lệnh: Đầu tiên hệ thống sẽ kiểm tra mã hệ thống giữa phần phát và phần thu. Nếu mã tương thích giữa phần phát và thu thì hệ thống sẽ tiến hành giải mã lệnh. Ta có bảng mã lệnh tương ứng giữa phần thu và phần phát: BL9148 BL9149 C1 C2 C3 C2 C3 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 Bảng 2. Bảng mã hệ thống giữa phần thu và phần phát. Vì BL9149 không có chân C1 nên chân C1 của BL9148 mặc nhiên ở mức logic “1” . Qua bảng mã hệ thống, ta thấy rằng tổ hợp mã của các chân C2, C3 của hai IC giống nhau, đó là mã hệ thống. Trong các tổ hợp mã, không có tổ hợp C2 = C3 = 0. Các chân C2 và C3 sẽ ở mức logic “1” nếu đặt 1 tụ giữa chân C n (n=2,3) và mass. Ngược lại các chân C2 và C3 sẽ ở mức logic “0” nếu nối xuống mass. Phím số H bên phát T1 Mã dữ liệu S1 S2 D1 D2 D3 D4 D5 D6 T2 T3 K1 K2 K3 K4 K5 K6 Dạng xung ra Ngõ ra 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 Liên tục HP1 2 1 0 0 0 1 0 0 0 0 Liên tục HP2 3 1 0 0 0 0 1 0 0 0 Liên tục HP3 4 1 0 0 0 0 0 1 0 0 Liên tục HP4 5 1 0 0 0 0 0 0 1 0 Liên tục HP5 7 0 1 0 1 0 0 0 0 0 Không liên tục SP1 8 0 1 0 0 1 0 0 0 0 Không liên tục SP2 9 0 1 0 0 0 1 0 0 0 Không liên tục SP3 10 0 1 0 0 0 0 1 0 0 Không liên tục SP4 11 0 1 0 0 0 0 0 1 0 Không liên tục SP5 Bảng 3. Bảng đối ứng quan hệ phím/ mã giữa IC thu BL9148 và phát BL9149. GVHD: Vương Tấn Sĩ 23 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp 5.2 Led phát quang – led phát hồng ngoại Ở quang trở, quang transistor và quang transistor, năng của của ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn và cung cấp năng lượng cho các điện tử vượt dãi cấm. Ngược lại, khi một điện tử từ dãi dẫn điện rớt xuống dãi hóa trị thì sẽ phát ra một năng lượng E=hf. Khi phân cực thuận một mối nối P-N, điện tử tự do từ vùng N xuyên qua vùng P và kết hợp với các lỗ trống, sinh ra năng lượng. Đối với diode Ge, Si thì năng lượng phát ra dưới dạng nhiệt. Nhưng đối với diode cấu tạo bằng GaAs (Gallaium Arsenide) năng lượng phát ra là ánh sáng hồng ngoại (dùng trong mạch báo động hay điều khiển từ xa, ...). Với GaAsP (Gallaium Arsenide Phosphor) năng lượng phát ra là ánh sáng vàng hay đỏ. Với GaP (Gallaium Phosphor) năng lượng phát ra ánh sáng là màu vàng hoặc màu xanh lá cây. Các led phát ra ánh sáng nhìn thấy được dùng để làm đèn báo, trang trí, ... Phần ngoài của led có một lăng kính để phát ánh sáng phát ra ngoài. Hình 15. Cấu tạo của một đèn led. 5.3 Bộ thu hồng ngoại Bộ thu hồng ngoại là một quang transistor (led thu hồng ngoại). Quang transistor nhận được tín hiệu hồng ngoại kích thích đúng tần số thì quang transistor sẽ có dòng điện ra. GVHD: Vương Tấn Sĩ 24 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Tín hiệu vào Mạch điều khiển Điều chỉnh tự động khuếch đại (AGC) Dãi thông qua Mạch tách sóng Hình 16. Sơ đồ khối bên trong led thu hồng ngoại. Nguyên lý hoạt động: Trong quang transistor có quang diode làm nhiệm vụ cảm ứng quang điện. Khi quang đi nhận được tín hiệu từ led phát, xung tín hiệu sẽ được khuếch đại lên nhiều lần sau đó loại bỏ tín hiệu tín hiệu sóng mang, và giữ lại 12bit của tín hiệu. Tín hiệu đầu ra sẽ đưa vào cực nền của transistor làm cho transistor dẫn, có dòng điện ra ở chân số 1 của quang transistor. Hình 17. Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân của led thu hồng ngoại. Những loại quang transistor cho những tần số sóng mang khác nhau: Type fo Type fo TSOP1830 30KHz TSOP1833 33KHz TSOP1836 36KHz TSOP1837 36.7KHz TSOP1838 38KHz TSOP1840 40KHz TSOP1856 56KHz Bảng 4. Những loại led thu hồng ngoại thông dụng. GVHD: Vương Tấn Sĩ 25 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp 5.4 IC HEF4013 Vi mạch 4013 chứa 2 flip-flop D, nó là vi mạch đa năng, chúng có các chân đặt trực tiếp (S), xóa trực tiếp (R), ngõ vào xung đồng hồ (CLK) và ngõ ra (Q). Hình 18. Sơ đồ chân và hình dáng của IC HEF4013. HEF4013 có 14 chân trong đó: - D (5, 9): dữ liệu vào. - CLK (3, 11): xung đồng hồ vào. - S (6, 8): chân đặt trực tiếp. - R (4, 10): chân xóa trực tiếp. - Q (1, 13): ngõ ra chính. _ - Q (2, 12): ngõ ra bổ sung. - GND, VDD (7, 14): cấp nguồn âm và nguồn dương. Tín hiệu vào Tín hiệu ra _ S R CLK D Q Q H L X X H L L H X X L H H H X X H H Bảng 5. Bảng chân trị. H : cấp giá trị ở mức cao. L : cấp giá trị ở mức thấp. X: giá trị tùy định. GVHD: Vương Tấn Sĩ 26 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Hình 19. Sơ đồ 1 flip-flop của 4013. Mạch chốt dữ liệu hay gọi là 1 flip-flop. Khi chưa có xung vào CLK ngõ ra Q = “0”, Q\ = “1”. Dữ liệu tại D là “1” vì ta nối D với Q\. Khi có xung vào CLK, dữ liệu tại D sẽ được nạp vào và ngõ ra Q = “1”, Q\ = “0”. Lúc này trạng thái ngõ ra được chốt lại và chỉ thay đổi khi có thêm một xung CLK. 5.5 Một số linh kiện khác: 5.5.1 IC KA7805 Đặc tính: - Dòng cực đại có thể duy trì là 1A. - Dòng đỉnh 2.2A. - Công suất tiêu thụ nếu không dùng tản nhiệt: 2W. - Công suất tiêu thụ nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W. - Bảo vệ ngắn mạch. - Bảo vệ quá tải nhiệt. Chính vì thế với những mạch không đòi hỏi tính ổn định của điện áp quá cao người ta hay sử dụng chúng để thiết kế những mạch điện đơn giản. Hình 20. Sơ đồ chân của IC KA7805. GVHD: Vương Tấn Sĩ 27 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Chức năng từng chân : - Chân 1: ngõ vào. - Chân 2: nối với cực âm của nguồn. - Chân 3: ngõ ra. Ngõ ra luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi. Do đó nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thì mạch điện vẫn hoạt động ổn định nhờ vẫn giữ được điện áp ngõ ra 5V không đổi. 5.5.2 Relay Cấu tạo của relay điện từ gồm có: phần cố định, phần nắp chuyển động, cuộn dây kích thích, lò xo, tiếp điểm cố định, tiếp điểm động. Relay hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ, khi có dòng điện chạy qua cuộn dây sẽ sinh lực điện từ hút nắp về phía lõi, khi lực điện từ đủ lớn sẽ thắng được lực hút của lò xo, do đó làm tiếp điểm động của relay hoạt động khi không có dòng điện qua Relay thì tiếp điểm động sẽ không hoạt động.Từ đó người ta còn gọi relay là công tắc điện từ. Nhờ vào đặc tính này mà relay mới ứng dụng rất nhiều trong kỹ thuật. Hình 21. Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế Relay. 1, 2: Hai đầu của nam châm điện, sẽ được nối với nguồn. 3: Ngõ vào. 4: Tiếp điểm thường hở. 5: Tiếp điểm thường đóng. GVHD: Vương Tấn Sĩ 28 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp 5.5.3 Transistor Transistor là một linh kiện bán dẫn thường được sử dụng như một thiết bị khuếch đại hoặc một khóa điện tử. Transistor là khối đơn vị cơ bản xây dựng nên cấu trúc mạch ở máy tính điện tử và tất cả các thiết bị điện tử hiện đại khác. Transistor gồm 3 lớp bán dẫn được ghép với nhau thành 2 mối tiếp giáp P – N, nếu ghép theo thứ tự PNP được gọi là transistor thuận, nếu ghép theo thứ tự NPN được gọi là transistor nghịch. Về cấu tạo transistor tương đương với 2 diode đấu ngược chiều nhau. Hình 22. Cấu tạo của transistor. Mỗi transistor đều có ba cực: - Cực nền ký hiệu là B (Base). - Cực thu ký hiệu là C (Collector). - Cực phát ký hiệu là E (Emitter). Lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp, vùng bán dẫn E và C có nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau được. Nguyên tắc hoạt động của transistor: Loại NPN: Hình 23. Mạch khảo sát về nguyên tắc hoạt động của transistor NPN. GVHD: Vương Tấn Sĩ 29 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Cấp nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó cực dương (+) cấp vào C và cực âm (-) cấp vào E. Cấp nguồn một chiều UBE qua công tắc và điện trở vào 2 cực B và E trong đó cực (+) vào chân B và cực (-) vào chân E. Khi công tắc hở, mặc dù hai cực C và E được cấp điện nhưng vẫn không có dòng điện qua mối CE (lúc này dòng IC = 0). Khi công tắc đóng, mối P – N được phân cực thuận do đó có một dòng điện chạy từ cực (+) của nguồn UBE qua công tắc => qua điện trở hạn dòng ở cực B => qua mối BE về cực (-) tạo thành dòng IB. Khi dòng IB xuất hiện, lập tức có dòng IC chạy qua mối CE làm bóng đèn phát sáng và dòng IC lớn hơn dòng IB nhiều lần. Như vậy, dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo công thức: I c  I B Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE IB là dòng chạy qua mối BE  là hệ số khuếch đại của transistor C1815 là Transistor BJT loại NPN: Hình 24. Kí hiệu và hình dáng của transistor. Điện áp ngưỡng VCB0 Điện áp ngưỡng VCE0 Điện áp ngưỡng VEB0 Dòng điện cực C Dòng điện cực B Điện áp bảo hòa VCE(sat) Điện áp bảo hòa VBE(sat) 60V 50V 5V 150mA 50mA IC=100mA, IB=10mA IC=100mA, IB=10mA Bảng 6. Mức cực đại tuyệt đối của C1815. GVHD: Vương Tấn Sĩ 30 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Loại PNP: Sự hoạt động của transistor PNP hoàn toàn tương tự transistor NPN nhưng cực tính của các nguồn điện UCE và UBE ngược lại. Dòng IC đi từ E sang C, còn dòng IB đi từ E sang B. A1015 là loại transistor BJT loại PNP: Hình 25. Ký hiệu và hình dáng của A1015. Điện áp VCB0 Điện áp VCE0 Điện áp VEB0 Dòng điện cực C Dòng điện cực B Điện áp bảo hòa VCE(sat) Điện áp bảo hòa VBE(sat) -50V -50V -5V -150mA -200mA IC=-100mA, IB=-10mA IC=-100mA, IB=-10mA Bảng 7. Mức cực đại tuyệt đối của A1015. Ứng dụng: Đáp ứng nhanh và chính xác nên các transistor được sử dụng trong nhiều ứng dụng tương tự và số, như khuếch đại, đóng ngắt dòng, điều chỉnh điện áp,điều khiển tín hiệu, và tạo dao động... Transistor cũng thường được kết hợp thành mạch tích hợp (IC) trên một diện tích nhỏ. GVHD: Vương Tấn Sĩ 31 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp 6. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 6.1 Mạch phát Sơ đồ nguyên lý: Hình 26. Sơ đồ nguyên lý mạch phát hồng ngoại. Nguyên lý hoạt động: Khi nhấn phím bất kỳ một trong các phím, mỗi phím tương ứng với một mã phím số thập phân. Mạch mã hóa sẽ chuyển đổi thành mã nhị phân tương ứng dưới dạng mã lệnh tín hiệu số gồm các bit 0 và 1. Dạng xung ra Phím số bên phát H S1 S2 D1 D2 D3 D4 T1 T2 T3 K1 K2 K3 K4 1 1 0 0 1 0 0 0 Liên tục 2 1 0 0 0 1 0 0 Liên tục 3 1 0 0 0 0 1 0 Liên tục 4 1 0 0 0 0 0 1 Liên tục Ngõ ra Bảng 8. Mã tín hiệu và tín hiệu ở ngõ ra khi nhấn 4 phím. GVHD: Vương Tấn Sĩ 32 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Khi ta ấn một phím bất kỳ sẽ làm hai chân K và T nối lại với nhau. Một xung điện áp mức cao sẽ đưa từ chân K tương ứng vào chân T tương ứng. Xung điện áp này đi vào IC sẽ kích hoạt mạch nhận biết phím để xác định vị trí của phím nằm trên ma trận phím. Sau đó dữ liệu của phím sẽ được đưa tới khối phát mã để lấy ra mã tương ứng với vị trí của phím nằm trên ma trận phím. Dữ liệu của phím được lấy ra từ khối đó là dạng dữ liệu nối tiếp với tần số thấp (khoảng 20Hz) không thể truyền đi xa trong không gian nên đòi hỏi dữ liệu này phải được trộn vào sóng mang có tần số cao bằng cách điều chế tín hiệu 12 bit đó với sóng mang cao tần ta được công thức tính f0 = fosc/12 với fosc =455KHz thì f0 = 38KHz. Hình 27. Sơ đồ khối tạo dao động và lọc nhiễu cho mạch phát. Do mạch hoạt động ở tần số cao nên đòi hỏi nguồn điện phải đảm bảo giảm nhiễu tuyệt đối do đó ta phải mắc tụ lọc nguồn để lọc nhiễu. Thường mắc tụ 102 hoặc 103 để lọc nhiễu. Tín hiệu sau khi được điều chế được lấy ra chân 15 (TXout) qua điện trở 10K,và được khuếch đại nhờ hai transistor C1815 và A1015 sau đó đưa đến led hồng ngoại. Để tăng góc phát tín hiệu người ta có thể sử dụng 2 led nối song song với nhau. Do tín hiệu phát ra ở ngõ ra IC phát có dòng nhỏ nên ta phải khuếch đại chúng lên. Dùng 2 transistor ghép Darlington để khuếch đại tín hiệu cấp cho dòng led hồng ngoại phát đi được mạnh hơn. GVHD: Vương Tấn Sĩ 33 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Hình 28. Khối khuếch đại, phát tín hiệu và mạch tương đương. Ta có: I E 3   3  1  I B1 Với: I E 3 : Dòng điện ở cực phát của Q3.  3 , 1 : Hệ số khuếch đại của transistor Q3, Q1. IB1: Dòng diện cực nền của Q1 (dòng diện TXout). Khi mã lệnh có giá trị bit bằng “1” thì led sẽ phát hồng ngoại trong khoảng thời gian t của bit đó. Khi mã lệnh có giá trị bit bằng “0” thì led không hồng ngoại trong khoảng thời gian t của bit đó. Do đó bên thu không nhận được tín hiệu xem như bit “0”. Để biết có tín hiệu phát ra từ IC phát cũng như tiện cho việc kiểm tra mạch ta mắc song song với khối phát tín hiệu một transistor để khuếch đại và một led phát quang như hình 29. Hình 29. Khối báo hiệu và khối phát tín hiệu. GVHD: Vương Tấn Sĩ 34 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Mạch được thiết kế đơn giản với bốn phím ấn để tắt mở 4 thiết bị điện. Khi ta nhấn phím 1 lần đầu sẽ mở thiết bị điện 1 và nhấn lại lần nữa để tắt thiết bị, tương tự cho các phím còn lại. Mạch làm việc với điện áp 3VDC dùng hai pin tiểu để tạo nên. 6.2 Mạch thu Sơ đồ nguyên lý: Hình 30. Sơ đồ nguyên lý mạch thu hồng ngoại. GVHD: Vương Tấn Sĩ 35 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Nguyên lý hoạt động của mạch thu Mạch sử dụng nguồn 5VDC ổn định được cấp trực tiếp vào IC và led thu. Khi nhấn bất kỳ phím nào ở bộ phận phát tương ứng led phát có nhiệm vụ biến dòng điện thành quang phát xạ ra môi trường, led thu nhận tín hiệu đó biến đổi từ quang thành điện, sau đó đưa qua bộ khuếch đại (BJT). Sau khi nhận tín hiệu và giải mã tín hiệu loại bỏ sóng mang 38KHz và giữ lại 12 bit rồi đưa ra chân Vout. Tín hiệu từ chân Vout của led thu được đảo pha bằng mạch đảo pha dùng transistor mắc theo kiểu E chung sau đó mới đưa vào chân RxIN của IC. Ngõ ra BL9149 sẽ được tích lên mức 1 ứng với mỗi phím lệnh bên phần phát. Các linh kiện LC mắc song song một đầu tiếp đất và đầu còn lại nối với chân 15 của IC để tạo nên dao dộng cho mạch nhờ vào dao động đó mà IC mới kiểm tra được tín hiệu tiếp nhận và đồng hồ báo giờ bên trong. Sau khi BL9149 nhận tín hiệu ở RxIN sẽ tiến hành so sánh hai nhóm tín hiệu mà BL9149 phát ra (mỗi nhóm tín hiệu mà BL9148 phát ra l2 bit) sau khi nhận được nhóm tín hiệu thứ nhất lập tức gửi vào bộ nhớ ghi dịch 12 bit rồi sau đó so sánh với từng bit của nhóm tín hiệu thứ hai. Nếu như hai nhóm tín hiệu đó giống nhau thì đầu ra tương ứng sẽ từ mức thấp lên mức cao còn nếu khác nhau thì sẽ gây ra sai sót, lập tức sẽ trở về trạng thái ban đầu trong tín hiệu phát ra của BL9148 có C1, C2, C3 cung cấp tín hiệu mã số người dùng vì vậy đầu tiếp nhận cần phải có tín hiệu mã số tương ứng. Những máy khác nhau có số khác nhau để có sự phân biệt giữa chúng. BL9148 phối hợp giữa người dùng của BL9149 cho ra 3 chọn lựa (bảng 2). Để thu được và giải mã được thì phải thiết kế sao cho mã người dùng của mạch thu và mạch phát phải giống nhau. Từ IC9149 trên mạch thu, khi nhận được tín hiệu tương ứng với phím số 1 trên mạch phát, IC9149 sẽ điều khiển chân số 3 (HP1) lên mức logic 1 đưa vào chân CLK của IC 4013_1 và chân Q sẽ lên mức logic “1” (và giữ nguyên mức logic này cho đến khi chân CLK nhận được 1 tín hiệu logic. Từ chân Q sẽ điều khiển cực B của transistor Q 1 dẫn làm cho led D2 phát sáng và relay đóng sang tiếp điểm thường hở (tiếp điểm 4). GVHD: Vương Tấn Sĩ 36 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Hình 31. Sơ đồ khối chấp hành của mạch thu. Các transistor C1815 có nhiệm vụ phân cực dòng điện để giữ cho relay vẫn đóng khi có ta bấm vào một phím bất kỳ khác để kênh vẫn hoạt động bình thường. Các diode 1N4148 có tác dụng bảo vệ transistor khi ngắt nguồn cho relay. Mạch thu sóng còn có thêm mạch 4 phím bấm được nối ở trên đường đi từ 4 chân ra (3, 4, 5, 6) của BL9149 đến ngõ vào CLK của các IC 4013, dự phòng khi remote điều khiển bị lỗi người dùng có thể điều khiển bằng phím bấm. Mạch có thể sử dụng nguồn điện 12V AC hoặc DC qua mạch diode cầu, tụ lọc nguồn C5 và tụ lọc nhiễu C6 để chuyển thành nguồn một chiều 12VDC cung cấp cho mạch thu. Một phần nguồn 12VDC đi qua IC ổn áp 7805 thành nguồn 5VDC cung cấp cho các IC trên mạch thu và led thu hồng ngoại. Hình 32. Sơ đồ mạch nguồn cung cấp cho mạch thu. GVHD: Vương Tấn Sĩ 37 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp 6.3 Sơ đồ mạch in Mạch phát (remote): Hình 33. Sơ đồ mạch in remote. Mạch thu và mạch nguồn: Hình 33. Sơ đồ mạch in mạch thu hồng ngoại. GVHD: Vương Tấn Sĩ 38 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp CHƯƠNG III: CÁC PHẦN MỀM HỖ TRỢ 1. PHẦN MỀM HỖ TRỢ VẼ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ Hiện nay có rất nhiều phần mềm hỗ trợ việc thiết kế mạch điện tử như Electrics Workbench, Workbench, Proteus, Orcad,… và các phần mềm chuyên dụng khác dùng cho ngành thiết kế, cũng như các tiêu chuẩn và vấn đề về thiết kế mạch in. Tuy nhiên đối với sinh viên ngành Sư phạm lý – tin hay sinh viên các ngành kĩ thuật khác thì nhu cầu để thiết kế một mạch điện dùng vi điều khiển, thao tác đơn giản, giao diện trực quan, phục vụ cho việc học tập thì các phần mềm như Orcad và RealPCB (trong phần mềm Crocodile) đều đáp ứng được nhu cầu đó. Orcad là một công cụ thiết kế mạch điện tử đơn giản và phổ biến. Cũng có rất nhiều phần mềm thiết kế khác, tuy nhiên, tôi chọn sử dụng phần mềm này là vì bộ công cụ này khá là mạnh và giao diện đơn giản, dễ dàng sử dụng đối với sinh viên. Các thư viện linh kiện của Orcad có thể coi là mạnh nhất cho đến hiện nay và được hầu hết các nhà sản xuất linh kiện điện tử đều cung cấp các thư viện cho Orcad. Để vẽ sơ đồ nguyên lý ta dùng giao diện màn hình Capture Cis. Hình 34. Giao diện chính của Orcad Capture. GVHD: Vương Tấn Sĩ 39 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Trong cửa sổ này, chọn File -> New -> Project để tạo sơ đồ nguyên lý mới. Hình 35. Cách tạo một sơ đồ nguyên lý mới. Hoặc click vào nút Create Document trên thanh công cụ. Hộp thoại New Project xuất hiện, tại mục Name nhập tên vào sơ đồ mới (Mỗi một sơ đồ nên lưu vào một thư mục riêng vì trong Orcad một sơ đồ có thể tạo ra rất nhiều file) và đường dẫn đến vị trí lưu sơ đồ nằm trong phần Location. Hình 36. Hộp thoại New Project. GVHD: Vương Tấn Sĩ 40 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Trong hộp thoại New Project nhấp chọn Schematic, chọn Browse để chọn đường dẫn cho project. Nếu muốn tạo thư mục con để chứa các file trong project, nhấp chuột vào Create Dir. Hình 37. Hộp thoại tạo thư mục con để chưa sơ đồ mới. Nhập tên thư mục muốn tạo vào phần Name trong hộp thoại rồi OK để xác nhận. Hình 38. Hộp thoại New Project. GVHD: Vương Tấn Sĩ 41 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Sau đó nhấn OK để hoàn thành. Cửa sổ Orcad Capture dùng để vẽ sơ đồ nguyên lý xuất hiện. Trong cửa sổ này, ta thấy các thanh công cụ dùng để vẽ sơ đồ nguyên lý nằm dọc ở góc phải màn hình làm việc. Hình 39. Màn hình làm việc của Orcad Capture. Các biểu tượng thanh công cụ thường dùng: Select: Hoàn tất một thao tác. Place part: Vào cửa sổ chọn linh kiện. GVHD: Vương Tấn Sĩ 42 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Place wire: Nối dây. Place net alias: Đặt tên cho đường dây nối. Place Bus: Vẽ đường Bus. Place junction: Tạo giao điểm giữa các đường nối. Place power: Nguồn điện. Place ground: Nối mass. Place port: Chọn cổng. Place text: Tạo chữ. Design rules check: Kiểm tra mạch. Create netlist: Tạo tập tin có đuôi .mnl để thiết kế mạch in. Để các thao tác được nhanh chóng hơn chúng ta có thể sử dụng các phím tắt dưới đây: Phím R I P J T F Y Chức năng Xoay linh kiện Phóng to màn hình Lấy linh kiện Tạo điểm nối Thêm văn bản cho bản vẽ Phím W O N B X Lấy các khối nguồn Vẽ khối chữ nhật G ESC Chức năng Nối các đường mạch Thu nhỏ màn hình Đánh nhãn Vẽ đường Bus Đánh đấu chân linh kiện không sử dụng Lấy các nối mass, nối đất Thoát chế độ đang chọn Bảng 9. Các phím tắt và chức năng trong Capture Cis. Để lấy linh kiện, người dùng có thể chọn một trong hai cách sau đây: Trong cửa sổ Orcad Capture, nhấn phím P. Hoặc nhấp vào biểu tượng Place Part trên thanh công cụ. Hộp thoại Place Part xuất hiện: GVHD: Vương Tấn Sĩ 43 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Hình 40. Hộp thoại Place part. Vì trong thư mục Libraries chưa có các mục chứa các linh kiện nên ta nhấp chuột vào nút Add Library để chọn các thư viện chứa các linh kiện ta cần. Sau đó kích vào nút Open. Hình 41. Hộp thoại chứa thư viện linh kiện. GVHD: Vương Tấn Sĩ 44 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Nếu ta biết được tên thư viện và linh kiện ta cần thì gõ tên thư viện vào mục Libraries và tên linh kiện vào mục Part trong cửa sổ Place Part. Chọn xong ta kích chuột vào nút OK để chọn linh kiện. Tại màn làm việc lúc này, tại đầu con trỏ chuột xuất hiện dạng linh kiện ta chọn. Sau đó nhấp chuột vào vị trí cần đặt linh kiện, nhấp vào biểu tượng Select trên thanh công cụ hoặc phím Esc để kết thúc việc lấy linh kiện. Muốn thay đổi giá trị linh kiện ta nhấp đúp vào linh kiện. Khi hộp thoại Edit Properties xuất hiện và hiệu chỉnh những thông số cần thiết. Để sắp xếp linh kiện, nhấp giữ chuột vào linh kiện, lúc này linh kiện đổi màu, sau đó di chuyển linh kiện tới vị trí thích hợp, thả chuột để đặt linh kiện. Có thể xoay linh kiện một góc 90 o hoặc có thể đặt linh kiện đối xứng trục X hay Y bằng cách nhấp chuột trên linh kiện muốn thay đổi, chọn lệnh Rotate hoặc Mirror Horizontally hay Mirror Vertically. Người dùng cũng có thể nhấn phím R để xoay 90 o. Hình 42. Một số lệnh hiệu chỉnh linh kiện. + Rotate: xoay góc 90 độ ngược chiều kim đồng hồ. + Mirror Horizontally: đối xứng theo trục hoành. + Mirror Vertically: đối xứng theo trục tung. + Người dùng cũng có thể cắt (Cut), xóa (Delete), copy (Copy), phóng to (Zoom in), thu nhỏ (Zoom Out) hoặc chuyển đến vị trí khác trên bản vẽ (Go to … ), … GVHD: Vương Tấn Sĩ 45 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Cách nối dây, nối các đường mạch: + Để nối dây, chọn Place -> Wire hoặc nhấp vào biểu tượng Place Wire trên thanh công cụ. + Nhấp chuột trái để bắt đầu nối dây, di chuyển chuột nối từ chân linh kiện này đến chân linh kiện khác. Kết thúc nối dây bằng cách nhấp vào biểu tượng Select hoặc nhấn phím Esc. + Muốn vẽ các đường dây Bus, chọn biểu tượng Place Bus trên thanh công cụ để vẽ. Muốn đặt tên cho đường dây trên mạch điện, chọn biểu tượng Place net Alias trên thanh công cụ và nhập tên đường dây. Để kiểm tra lỗi sơ đồ nguyên lý ta nhấn vào biểu tượng xuất hiện màn hình như sau: Hình 43. Hộp thoại chứa trang sơ đồ mạch. Chọn “Page 1”, sau đó nhấp vào biểu tượng Design rules check , xuất hiện hộp thoại, check vào Scope, Action & Report như bên dưới và nhấp OK để kiểm tra. Nếu có thông báo lỗi, bạn hãy kiểm tra vị trí khoanh tròn nhỏ màu xanh và tiến hành sửa lỗi rồi tiếp tục. GVHD: Vương Tấn Sĩ 46 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Hình 44. Hộp thoại kiểm tra lỗi của mạch. 2. PHẦN MỀM HỔ TRỢ VẼ MẠCH IN Phần mềm Orcad có thể giúp người dùng vẽ mạch in nhanh chóng từ mạch lý thuyết đã vẽ bằng Capture Cis. Tuy nhiên người dùng phải vẽ đúng sơ đồ chân của các linh kiện (đặc biệt là đối với các IC) và mạch lý thuyết không báo lỗi khi kiểm tra. Việc này đòi hỏi phần mềm phải có đầy đủ thư viện các linh kiện mà người dùng cần hoặc việc thiết kế một linh kiện không có sẵn phải chính xác. RealPCB là phần mềm được tích hợp sẵn trong Crocodile 609 trở lên dùng để thiết kế mạch in đơn giản từ mạch lý thuyết vẽ bằng Crocodile hoặc không cần dùng mạch lý thuyết. GVHD: Vương Tấn Sĩ 47 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Vào đường dẫn cài đặt phần mềm Crocodile (ở đây cài mặc định trên ổ đĩa C:\) C:\Program Files\Crocodile Clips\Crocodile Technology 609\real PCB, sau đó tìm RealPCB để khởi động. Đối với win8 khi cài đặt Crocodile từ 609 trờ lên, RealPCB sẽ có sẵn trong giao diện khởi động (giao diện Start). Cửa sổ RealPCB dùng để vẽ sơ đồ nguyên lý xuất hiện. Trong cửa sổ này, các thanh công cụ để vẽ nằm ở bên trái màn hình, và bên phải là thư viện các linh liện. Hình 45. Màn hình làm việc của RealPCB. Các biểu tượng thanh công cụ thường dùng: Select: Hoàn tất 1 thao tác. Add Component: Vào cửa sổ chọn linh kiện (Hoặc có thể chọn thư viện và linh kiện ở bên phải màn hình). Add Pad: Tạo các lỗ để cấm linh kiện. Add Connection: Tạo các đường nối dây. Add track: Vẽ các đường mạch. GVHD: Vương Tấn Sĩ 48 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Add Flying Wire: Làm dấu các đường nối tắt trên mạch. Add SilkScreen Text: Tạo chữ. Add Copper Text: Tạo chữ ngược. Ngoài ra còn có các công cụ như sao chép, cắt, dán, in, … Cách lấy linh kiện: Chọn thư viện ở góc phải màn hình trong ô Component Library, sau đó chọn các linh kiện thích hợp trong ô Components (Do ở đây chúng ta chỉ vẽ mạch in, không vẽ mạch lý thuyết nên có thể chọn những linh kiện có sơ đồ chân thích hợp rồi sau đó có thể đổi tên để dễ dàng quan sát). Hình 46.Hộp thoại Component Library. Linh kiện được lấy bằng cách nhấp giữ chuột vào tên linh kiện và kéo rê vào vùng bản vẽ giữa màn hình, đặt vào vị trí thích hợp, nhấp chuột để đặt linh kiện. Để xoay linh kiện ta nhấn phím R. Muốn thay đổi giá trị linh kiện ta nhấp đúp vào linh kiện. Khi đó hộp thoại Properties - Component xuất hiện. GVHD: Vương Tấn Sĩ 49 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Hình 47. Hộp thoại Properties – Component. Trong thẻ Component: + Component ID: Mã số của linh kiện, nếu cùng một loại linh kiện thì các mã số này sẽ không trùng nhau. + Display Component ID on Silk Screen: Hiện/không hiện mã số linh kiện. + Component Name: Tên linh kiện, có thể trùng nhau. + Display Component Name on Silk Screen: Hiện/không hiện tên linh kiện. + Position: Tọa độ trên mạch in. + Angle: Góc nghiêng của linh kiện. Đối với những linh kiện có những giá trị như điện trở hay tụ điện thì có thể thay đổi giá trị của linh kiện trong thẻ Component Value: Hình 48. Hộp thoại Properties. GVHD: Vương Tấn Sĩ 50 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp + Value: điều chỉnh giá trị của linh kiện. + Display Value on on Silk Screen: Hiện/ không hiện giá trị của linh kiện. Để vẽ các đường mạch, ta nhấp vào biểu tượng Add track -> nhấp vào các chân linh kiện cần kết nối với nhau để nối các đường mạch. Sau khi tiến hành sắp xếp và vẽ các đường mạch cho các linh kiện ta có thể di chuyển các linh kiện để sắp xếp cho tiết kiệm trong gian và thẩm mĩ bằng cách nhấp giữ chuột vào các linh kiện hay đường mạch và kéo rê đến vị trí cần điều chỉnh. Để thay đổi bề rộng của các đường mạch: Nhấp phải vào đường mạch -> chọn Properties hoặc nhấn tổ hợp phím Alt + Enter. Hình 49. Hộp thoại Properties – Track. Trong giao diện này ta chọn mục Custom Track Width và nhập giá trị độ rộng của đường mạch vào. Thông thường thì giá trị này là 1.2 - 1.5 hoặc cũng có thể lớn hơn hay nhỏ hơn tùy vào chức năng và đường đi của mạch điện. Để quan sát việc bố trí các linh kiện đã hợp lý chưa, để việc ráp các linh kiện thực tế thuận lợi hơn, người dùng có thể chọn vào mục Display ở góc trên màn hình làm việc -> chọn Real Life để quan sát, và chọn Standard để trể về màn hình làm việc ban đầu. Hình 50. Tùy chọn hiển thị. GVHD: Vương Tấn Sĩ 51 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Hình 51. Mạch điện ở chế độ thực tế. Để in mạch, người dùng tiến hành như sau nhấp vào biểu tượng Print trên thanh công cụ hoặc nhấn tổ hợp phím Ctrl + P. Giao diện in hiện ra. Hình 52. Hộp thoại Print khi có thể in. Chọn chế độ in là 100%. Nếu mục Fit Plot hiện dấu tích màu xanh thì có thể in được. Nếu Fit Plot hiện dấu X màu đỏ thì do mạch in lớn hơn so với khổ giấy, lúc này người dùng sẽ tiến hành hiệu chỉnh đến khi hiện dấu tích như trên thì có thể in được. GVHD: Vương Tấn Sĩ 52 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Hình 53. Hộp thoại Print khi không thể in. Lưu ý: Để thuận tiện cho việc rửa mạch in sau này ta sử dụng giấy in ảnh để in mạch. GVHD: Vương Tấn Sĩ 53 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp C. PHẦN TỔNG KẾT 1. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Với mong muốn tìm hiểu công nghệ, kĩ thuật, dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Vương Tấn Sĩ, tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài “Tìm hiểu về ánh sáng hồng ngoại và ứng dụng vào mạch điều khiển cấp nguồn cho các thiết bị điện”. Một số kết quả đạt được khi thực hiện đề tài: Tìm hiểu được về ánh sáng hồng ngoại, ứng dụng của hồng ngoại và một số công nghệ điều khiển từ xa khác có tầm ứng dụng rộng rãi hiện nay. Nắm được cách thức hoạt động, các đặc điểm kĩ thuật và khả năng của điều khiển bằng hồng ngoại. Tìm hiểu được các phần mềm hỗ trợ cho việc thiết kế mạch lý thuyết và mạch in. Thiết kế và lắp ráp thành công mạch điều khiển thiết bị điện từ xa bằng hồng ngoại, thử nghiệm thành công, có thể tắt/ mở bốn thiết bị (quạt điện, TV, đầu radio,…) theo yêu cầu, mạch hoạt động ổn định. Mạch có thể điều khiển trong phòng diện tích vừa và nhỏ. Tầm hoạt động tối đa là 5m nếu không có vật cản và không bị ảnh hưởng bởi các nguồn nhiệt cao. Đề tài này là vốn kiến thức và những kĩ năng quí báu cho tôi sau khi ra trường, những kiến thức này có thể áp dụng để tự làm một mạch điện tử sau khi nghiên cứu mạch nguyên lý. Hình ảnh thực tế: Hình 54. Remote điều khiển. GVHD: Vương Tấn Sĩ 54 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Hình 55. Mạch thu hồng ngoại. 2. HẠN CHẾ Đối với mạch điều khiển thiết bị điện từ xa bằng hồng ngoại, do đây là lần đầu tiên thực hiện, nên kinh nghiệm về thi công mạch cũng như kỹ thuật về lắp ráp chưa nhiều. Nên chỉ dừng lại ở mạch điều khiển bằng hồng ngoại, chưa hướng tới lập trình vi điều khiển để mạch có thể hoạt động với nhiều chức năng hơn. Mạch có thể dùng trong những phòng diện tích nhỏ, có nhiệt độ môi trường không cao (do sử dụng hồng ngoại nên tầm thu phát còn hạn chế). 3. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Với những kết quả đạt được và những hạn chế nêu trên, đề tài có thể mở rộng theo các hướng sau: GVHD: Vương Tấn Sĩ 55 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Thay thế điều khiển sóng hồng ngoại bằng điều khiển bằng sóng radio (RF) để tăng tầm hoạt động của mạch điều khiển. Tìm hiểu về lập trình vi điều khiển và tiến hành thiết kế mạch điều khiển từ xa sử dụng vi điều khiển để mạch có thể thực hiện nhiều chức năng hơn như: mạch có chế độ hẹn giờ tự tắt các thiết bị trong hệ thống, bộ hiển thị số bằng LCD,… GVHD: Vương Tấn Sĩ 56 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp PHỤ LỤC 1. CÔNG NGHỆ CMOS 1.1 Tổng quan IC LOGIC CMOS 1.1.1 Khái niệm: CMOS là từ được viết tắt từ Complementary – Metal – Oxide – Silicon. Đầu tiên, CMOS được nghiên cứu để sử dụng trong kỹ thuật hàng không vũ trụ. Với các đặc tính như: không bị lệ thuộc vào lưới điện, miễn nhiễu, ... Ngày nay CMOS được sử dụng rộng rãi trong điện tử công nghiệp, điện tử y khoa, kỹ thuật xe hơi và kỹ thuật máy tính điện tử. 1.1.2 Một số đặc tính quan trọng Điện áp: - CMOS có thể hoạt động từ 3 – 15V. Tuy nhiên với điện áp nhỏ hơn 4.5V thời gian trễ sẽ gia tăng (vận tốc làm việc chậm lại). Tổng trở ra cũng lớn hơn và đồng thời tính chống nhiễu sẽ giảm. Tuy nhiên, với điện áp lớn hơn 15V thì cũng có những bất lợi: - Công suất tiêu tán lúc CMOS hoạt động tăng cao. - Với những xung nhiễu từ nguồn vượt quá điện áp đánh thủng (20V) sẽ phá hỏng IC nếu dòng không được hạn chế từ bên ngoài. Nếu dùng điện áp lớn hơn 15V thì phải có điện trở hạn dòng. Thời gian trễ: Điện áp cao thì CMOS hoạt động càng nhanh. Thời gian trễ gia tăng với nhiệt độ và tải điện dung. Tính miễn nhiễu: CMOS chống nhiễu rất tốt, thường là 45% điện áp: 2.25V với điệp áp 5V; 4.5V với điện áp 10V. Thời gian trễ CMOS đóng vai trò như là một bộ lọc nhiễu. Xung 10ns biến mất sau một chuỗi các cổng CMOS. Vì tính chất đặc biệt này, CMOS được dùng thiết kế các mạch điện của các thiết bị công nghiệp phải hoạt động trong môi trường đầy nhiễu điện và điện từ. Với điện áp cấp +5V, CMOS vẫn làm việc bình thường với sự mất ổn định của điện áp cấp hay điện áp nhiễu đến 1V. GVHD: Vương Tấn Sĩ 57 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp 2. MẠCH ĐIỀU KHIỂN MỘT KÊNH Mạch thu sử dụng IC 567 để giải mã. IC 567 có tính nhận dạng tín hiệu theo tần số, do vậy nó đã được ứng dụng trong các mạch điều khiển bằng hồng ngoại, tần số của tín hiệu hồng ngoại được định trước. Loại mạch điều khiển này sẽ có tính kháng nhiễu rất tốt. Chúng ta biết, xung quanh bộ thu quang (led thu) luôn có nhiều nguồn nhiễu hồng ngoại, nhưng các nguồn nhiễu này sẽ không làm ảnh hưởng đến thiết bị chịu sự điều khiển, do nó không có tần số thích hợp. Nguyên lý làm việc như sau: Mạch phát: Mạch phát tín hiệu dạng tia hồng ngoại dùng hai transistor ráp thành tầng dao động đa hài. Khi bạn nhấn phím SW1, mạch sẽ được cấp điện và dao động. Dòng xung của Q2 sẽ kích thích led phát hồng ngoại D1, từ diode này một chùm tia hồng ngoại sẽ phát ra ngoài. Hình 59. Mạch phát tín hiệu hồng ngoại một phím nhấn. Tần số của mạch phụ thuộc vào trị số của điện trở R1 (22K), R2 (1M  ) và tụ C1 (0.01  F). Mạch làm việc với nguồn pin 9V. GVHD: Vương Tấn Sĩ 58 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Mạch thu: Mạch thi có tầng khuếch đại để tăng độ nhạy và thêm IC 567 để nhận dạng tín hiệu theo tần số. Hình 60. Mạch thu tín hiệu hồng ngoại điều khiển một relay. Khi quang transistor nhận được sự kích thích của chùm sáng hồng ngoại, tín hiệu qua tụ C1 và được khuếch đại với IC LM308, tín hiệu ra trên chân 6 và qua tụ liên lạc C 3 vào chân 3 của IC 567. Ở đây tín hiệu sẽ được nhận dạng theo tần số, nếu tần số của tín hiệu vào ở chân số 3 trùng với tần số của mạch dao động trong IC 567, lúc đó chân số 8 sẽ nối mass, dòng điện ra từ chân số 8 sẽ cấp cho relay, khi đó relay đóng sang vị trí số 4. Người dùng có thể điều chình tần số riêng của mạch dao động bằng cách chỉnh biến trở RV1. Tóm lại, khi người dùng nhấn phím lệnh trên bộ phát, một chùm hồng ngoại có tần số xác định sẽ phát ra từ led hồng ngoại. Lúc này ở quang transistor ở bộ thu sẽ bị kích thích, qua tầng khuếch đại, tín hiệu sẽ vào IC 567 để nhận dạng theo tần số, nếu tần số mạch phát và thu trùng nhau, relay sẽ được cấp dòng và đóng tiếp điểm, ngược lại tiếp điểm sẽ hở. GVHD: Vương Tấn Sĩ 59 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp 3. MẠCH PHÁT VÀ NHẬN TÍN HIỆU ÂM THANH BẰNG HỒNG NGOẠI Trong đời sống hằng ngày việc xem TV hoặc nghe radio trở nên quen thuộc đối với mọi người, nhưng có những lúc người xem cần tránh làm ồn ảnh hưởng đến người khác. Để làm được việc đó mà vẫn không bỏ qua chương trình mà mà mình yêu thích, người dùng có thể sử dụng tai nghe, để tránh những phiền phức về dây nối giữa TV và tai nghe, người dùng có thể chọn lựa sử dụng tai nghe hồng ngoại để nghe TV hoặc radio. Nguyên lý làm việc của tai nghe hồng ngoại: Ở mạch phát: Tín hiệu âm thanh lấy ra từ TV hoặc radio được cách ly thông qua biến áp cách ly X1. Biến áp này cũng có thể khuếch đại tín hiệu đầu vào tùy thuộc vào số vòng dây quấn thứ cấp và sơ cấp của máy biến áp. Tín hiệu âm thanh được khuếch đại ở 2 transistor T1 (BC547) và T2 (BD140) sau đó đưa ra 2 led hồng ngoại để phát tín hiệu. led đỏ để tạo điện thế phân cực cho cực nền của T2. Biển trở VR1 để điều chình tín hiệu âm thanh đầu vào. Hình 61. Sơ đồ nguyên lý mạch phát tín hiệu âm thanh bằng hồng ngoại. GVHD: Vương Tấn Sĩ 60 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Mạch làm việc với nguồn điện 9V hoặc pin 9V. Mạch có thể phát tín hiệu hình nón với khoảng cách tối đa 6m mà không có vật cản. Ở mạch thu: Khi máy phát hoạt động, tín hiệu được truyền vào không gian. Khi đó tại mạch thu, led T3 nhận tín hiệu phát ra từ mạch phát, tín hiệu thu được sẽ được đưa vào T4 và T5 để khuếch đại và lọc nhiễu ở các tụ C2, C3. Tín hiệu sẽ được lọc và khuếch đại một lần nữa ở T6 trước khi đưa đến tai nghe. Biến trở VR2 để điều chỉnh âm lượng ra tai nghe. Mạch hoạt động bằng nguồn 9V. Hình 62. Sơ đồ nguyên lý mạch thu tín hiệu âm thanh bằng hồng ngoại. 4. MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG SÓNG RADIO (RF) 4.1 Giới thiệu mạch RF Tương tự như mạch điều khiển từ xa bằng hồng ngoại, mạch điều khiển từ xa bằng sóng RF sử dụng sóng vô tuyến để điều khiển thực hiện một hay nhiều nhiệm vụ nào đó do người thi công thiết kế. Mạch sử dùng cặp IC PT2262 để tạo dao động cho phần phát và PT2272 để giải mã dao động ở phần thu. GVHD: Vương Tấn Sĩ 61 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Nguyên lý làm việc của mạch Ở bên phát : Dùng mạch cộng hưởng LC tạo ra sóng mang có tần số ổn định. Dùng mạch tạo ra tín hiệu mã lệnh và cho mã lệnh điều chế vào sóng mang rồi cho phát vào không gian. Ở bên thu: Dùng mạch cộng hưởng LC để thu sóng điện từ có trong không gian, nó được phát ra từ bên phát, sau đó giải mã lệnh có trong sóng mang, dùng tín hiệu mã lệnh đó để thi hành. 4.2 Ưu điểm và nhược điểm so với điều khiển bằng hồng ngoại Ưu điểm Do sử dụng sóng vô tuyến tần số cao nên tín hiệu truyền đi xa và ổn định, có thể điều khiển được những thiết bị ở xa (khoảng vài chục mét). Nhược điểm Cần phải có mạch LC cộng hưởng thích hợp ở cả mạch thu và phát nên phải thiết kế tính toán chính xác cao. Chi phí riêng cho phần thu và phát tín hiệu RF cao hơn so với hồng ngoại, cần phải có ăng-ten để phát tín hiệu (mạch hồng ngoại chỉ cần led thu và phát). 4.3 Giới thiệu cặp IC PT2262/PT2272 PT2262 có 2 loại chính: Loại 8 địa chỉ mã hóa và 4 địa chỉ dữ liệu vào. Loại 6 địa chỉ mã hóa và 6 địa chỉ dữ liệu vào. Loại L4 thông dụng ở Việt Nam nên ở đây giới thiệu về loại L4. Hình 63. Sơ đồ chân và hình dạng của PT2262. GVHD: Vương Tấn Sĩ 62 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Chức năng của từng chân: - Chân 1 – 5 (A0-A5): dùng để nhập mã địa chỉ, mỗi chân có thể có ba trạng thái (nối mass là bit 0, nối vào nguồn dương là bit 1 và bỏ trống là bit F). - Chân A6/D5 – A11/D0: Các chân nhập dữ liệu, có hai trạng thái 0 và 1. - Chân 9 (VSS): nối với cực âm của nguồn. - Chân 14 (TE): xuất nhóm mã lệnh ở mức áp thấp. Nghĩa là chân này ở mức áp thấp, sẽ cho xuất xung mã lệnh ở chân 17. - Chân 15-16 (OSC): gắn điện trở để định tần. - Chân 17 (DOUT): ngõ ra của của nhóm xung mã lệnh. - Chân 18 (VCC): Nối với cực dương của nguồn. PT2272 cũng có 2 loại: Loại 8 địa chỉ mã hóa và 4 địa chỉ dữ liệu ra (PT2262-L4). Loại 6 địa chỉ mã hóa và 6 địa chỉ dữ liệu ra (PT2272-L4). Hình 64. Sơ đồ chân và hình dạng của PT2272. Chức năng của từng chân - Chân 1 – 5 (A0-A5): dùng để nhập mã địa chỉ. - Chân A6/D5 – A11/D0: Các chân xuất dữ liệu. - Chân 9 (VSS): nối với cực âm của nguồn. - Chân 14 (DIN): nếu mã lệnh bên phát đúng với mã lệnh đã xác lập ở IC, sẽ cho xuất lệnh điều khiển ở chân 17. - Chân 17 (VT): Khi mã đúng và giải mã đúng thì chân 17 sẽ có điện áp cao đưa ra. - Chân 18 (VCC): Nối với cực dương của nguồn. GVHD: Vương Tấn Sĩ 63 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp 4.4 Sơ đồ nguyên lý mạch phát và mạch thu RF 4.4.1 Sơ đồ nguyên lý mạch phát RF Hình 65. Sơ đồ nguyên lý mạch phát RF. IC nhận lệnh điều khiển từ ma trận phím ở các chân 10-13. IC2262 dùng dao động ngoài, đơn giản chỉ cần lắp thêm một điện trở dao động vào chân 15 và chân 16 của IC vad được tính bằng f=R/12. Ví dụ: nếu mắc điện trở 470K vào giữa chân 15 và 16 thì tín hiệu đầu ra sẽ là 39KHz. Tín hiệu dao động được lấy ra ở chân 17 của IC, chân này thường ở mức 1 khi tín hiệu nghỉ và mức 0 khi tín hiệu hoạt động. 4.4.2 Sơ đồ nguyên lý mạch thu RF Hình 66. Sơ đồ nguyên lý mạch thu RF. GVHD: Vương Tấn Sĩ 64 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp PT2272 là IC giải mã của PT2262 nó cũng có 8 địa chỉ giải mã tương ứng + 4 dữ liệu ra + 1 chân báo hiệu mã đúng VT (chân 17). Cách giải mã như sau: Chân 15 và 16 cũng cần có một điện trở để làm dao động giải mã. Nếu trong dãy hồng ngoại có tần số dưới 100KHz có thể dùng R rất lớn hoặc không cần. Nhưng nếu từ 100KHz trở lên thì bắt buộc phải dùng điện trở để tạo dao động cho PT2272 (giá trị điện trở để tạo dao động của PT2272 bằng 1/10 giá trị điện trở tạo dao động của PT2262). Các chân mã hóa của PT2262 (chân 1 đến chân 8) nối như thế nào thì của PT2272 cũng phải nối tương tự (chân nào nối dương, nối âm hay bỏ trống thì đều phải nối tương tự ở cả 2 IC). Khi truyền một mã đúng và giải mã đúng thì chân 17 của PT2272 sẽ có điện áp cao đưa ra, báo hiệu là đã đúng mã hóa. Ứng dụng của mạch điều khiển từ xa bằng RF: Cũng tương tự như mạch điều khiển từ xa bằng hồng ngoại, mạch điều khiển từ xa bằng RF cũng có thể lắp đặt để điều khiển tắt/mở các thiết bị điện để thực hiện các công việc theo nhu cầu người sử dụng hoặc lắp đặt. 4.4.3 Một vài mạch điều khiển từ xa được thiết kế từ mạch RF Hình 67. Mạch điều khiển từ xa điều khiển bật/tắt 4 thiết bị điện. GVHD: Vương Tấn Sĩ 65 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Hình 68. Mạch điều khiển từ xa 12 kênh. Hình 69. Mạch điều khiển đảo chiều động cơ dành cho cửa kéo. GVHD: Vương Tấn Sĩ 66 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu viết: [1] Trần Quang Vinh và Chử Văn An, Nguyên lý kĩ thuật điện tử, Nhà xuất bản Giáo dục, 2005. [2] Vụ THCN – DẠY NGHỀ, Giáo trình Kĩ thuật mạch điện tử, Nhà xuất bản Giáo dục, 2006. [3] Klaus Beuth; Nguyễn Viết Nguyên (dịch), Linh kiện điện tử, Nhà xuất bản Giáo dục, 2008. [4] Nguyễn Viết Nguyên, Giáo trình linh kiện điện tử và ứng dụng, Nhà xuất bản Giáo dục, 2004. [5] Vương Khánh Hưng, Capture CIS-Vẽ các sơ đồ mạch điện, Trường dạy nghề Điện Tử Thực Hành. [6] Vương Tấn Sĩ, GIÁO TRÌNH CROCODILE PHYSICS, Điện tử tin học Minh Huy – Tài liệu giảng dạy lưu hành nội bộ. Tài liệu Wedsite: [7] http://hoiquandientu.com/read.php?514 [8] http://www.datasheetarchive.com/ [9] http://voer.edu.vn/m/tia-hong-ngoai/5bcd7071 [10] http://www.dcivn.com/sys/index.php/vi/download/Ebooks-Sach-dien-tu/Giao-trinhve-va-thiet-ke-mach-in-ORCAD-9-2-can-ban/ [11] https://sites.google.com/site/xuanthanhdientu1k6/thu-phat-song-rf [12] http://diagramplus.blogspot.com/2013/12/infrared-cordless-headphone.html [13] http://www.xenics.com/en/infrared_technology/infrared_detector_history.asp [14] http://www.thuvientailieu.vn/tai-lieu/de-tai-so-luoc-ve-ly-thuyet-thu-phat-hongngoai-cau-tao-linh-kien-20030/ GVHD: Vương Tấn Sĩ 67 SVTH: Võ Hoàng Duy [...]... hiện nay Nó có thể điều khiển các thiết bị một cách tiện lợi như: tắt, mở, điều chỉnh mức độ, … 2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 2.1 Hệ thống điều khiển từ xa Hệ thống điều khiển từ xa là một hệ thống cho phép ta điều khiển các thiết bị từ một khoảng cách xa Ví dụ: hệ thống điều khiển bằng vô tuyến, hệ thống điều khiển từ xa bằng cáp quang dây dẫn, hệ thống điều khiển từ xa bằng hồng ngoại Chúng có những... cũng như ở các nhà máy việc tắt mở một số thiết bị có thể diễn ra liên tục Do đó, để đơn giản hóa thao tác và tiện lợi cho người sử dụng, thiết bị điều khiển từ xa đã ra đời Người dùng chỉ cần ở một chỗ mà có thể điều khiển được tất cả các thiết bị trong nhà với một thiết bị nhỏ gọn như remote Mạch điều khiển thiết bị điện từ xa bằng hồng ngoại là một trong những mạch điều khiển được sử dụng rộng rãi... thống: Thiết bị phát Đường truyền Thiết bị thu Hình 1 Sơ đồ kết cấu hệ thống Chức năng của từng khối: - Thiết bị phát: biến đổi lệnh điều khiển thành tin tức tín hiệu và phát đi - Đường truyền: đưa tín hiệu điều khiển từ thiết bị phát đến thiết bị thu - Thiết bị thu: nhận tín hiệu điều khiển từ đường truyền, qua quá trình biến đổi, biên dịch để tái hiện lại lệnh điều khiển rồi đưa đến các thiết bị thi... tính, từ điện thoại sang điện thoại,… Ngoài ra, tia hồng ngoại còn được ứng dụng trong lĩnh vực điều khiển từ xa Ngoài những ứng dụng trong kĩ thuật, tia hồng ngoại còn được ứng dụng trong lĩnh vực y học dùng để chữa trị nhiều chứng bệnh 3 ƯU – NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI 3.1 Ưu điểm Với phương pháp dùng sóng hồng ngoại sẽ gọn nhẹ hơn do không sử dụng ăng – ten để phát và thu khi... gây ảnh hưởng và hạn chế tầm phát 4 SO SÁNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG HỒNG NGOẠI VỚI ĐIỀU KHIỂN BẰNG SÓNG VÔ TUYẾN (RF) Điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến là loại điều khiển phổ biến trong đời sống hiện nay Điều khiển bằng RF có thể dùng nhiều cho những vật ở bên ngoài như đồ chơi, điều khiển xe phát tín hiệu , … Các đặc điểm Tầm hoạt động Khả năng bị nhiễu Năng lượng tiêu thụ Thiết bị hỗ trợ Cách thức kết... luồng ánh sáng chiếu thẳng Nhưng kết quả thì lại thu được ở mức nhiệt độ cao nhất Vì loại ánh sáng này xuất hiện ở ngoài ánh sáng màu đỏ vì thế nên Herschel đã đặt tên cho nó là tia hồng ngoại 2.2 Một vài ứng dụng từ hồng ngoại Đo nhiệt độ: việc thu nhận và đo đạc tia hồng ngoại giúp xác định nhiệt độ của những vật ở xa, nếu chúng là nguồn phát ra các tia thu được Kĩ thuật đo nhiệt bằng hồng ngoại. .. nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển, mã hóa và phát tín hiệu đến máy thu, lệnh truyền đi đã được điều chế - Khối phát lệnh điều khiển: khối này có nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển từ nút nhấn (phím điều khiển) Các nút nhấn này có thể là một nút (ở mạch điều khiển đơn giản), hay một ma trận nút (ở mạch điều khiển chức năng) - Ma trận phím được bố trí theo cột và hàng Khi người sử dụng bấm vào các phím chức năng... sau: - Phát tín hiệu điều khiển - Tạo ra xung hoặc hình thành các xung cần thiết - Tổ hợp xung thành mã - Phát các tổ hợp mã đến điểm chấp hành (thiết bị thu) - Ở điểm chấp hành (thiết bị thu) sau khi nhận được mã phải biến đổi các mã nhận được thành các lệnh điều khiển và đưa đến các thiết bị, đồng thời kiểm tra sự chính xác của mã mới nhận 2.2 Kết cấu tin tức Trong hệ thống điều khiển từ xa độ tin... dung về kết cấu tin tức có hai phần: về lượng và về chất Về lượng có các biên lượng điều khiển và lượng điều khiển thành từng loại xung cho phù hợp, và những xung đó cần áp dụng phương pháp nào để hợp thành tin tức, để có dung lượng lớn nhất và có tốc độ truyền dẫn nhanh nhất GVHD: Vương Tấn Sĩ 12 SVTH: Võ Hoàng Duy Luận văn tốt nghiệp Để đảm bảo các yêu cầu về kết cấu tin tức, hệ thống điều khiển. .. (tên lửa) và ứng dụng công nghiệp Kĩ thuật này cũng đang được ứng dụng trên thị trường như: máy ảnh trên xe hơi Phát nhiệt: tia hồng ngoại dùng trong các phòng tắm hơi hay dùng để làm tan tuyết trên cánh máy bay (do da người và bề mặt cánh máy bay hấp thu tốt năng lượng của tia hồng ngoại) Mặt Trời hay các vật nóng cỡ vài trăm độ (như lò sưởi, bếp) cũng phát ra tia hồng ngoại Truyền thông, điều khiển: ... sử dụng có trình thu phát hồng ngoại có độ xác nhanh chóng trình điều khiển từ xa Xuất phát từ ý tưởng nên chọn đề tài Tìm hiểu ánh sáng hồng ngoại ứng dụng vào điều khiển nguồn cho thiết bị điện ... tài Tìm hiểu ánh sáng hồng ngoại ứng dụng vào điều khiển nguồn cho thiết bị điện biết có lúc gặp khó khăn việc tìm tài liệu, hạn chế kiến thức, trình thi công thiết kế, qua trình tìm hiểu thực... Mạch điều khiển thiết bị điện từ xa hồng ngoại mạch điều khiển sử dụng rộng rãi Nó điều khiển thiết bị cách tiện lợi như: tắt, mở, điều chỉnh mức độ, … HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 2.1 Hệ thống điều