Thiết kế bộ thu hồng ngoại (thiết bị phát là bộ điều khiển tivi từ xa của hãng sony) để điều khiển bật tắt các bóng đèn trong gia đình

Thiết kế bộ thu hồng ngoại (thiết bị phát là bộ điều khiển tivi từ xa của hãng sony) để điều khiển bật tắt các bóng đèn trong gia đình

Mục Lục Lời nói đầu…………………………………………………………………….2 Chương I.Tổng quan đề tài………… ……………………………………4 I.Khái niệm ánh sáng hồng ngoại…………………………………4 II.Nguyên lý thu phát hồng ngoại…………………………………4 III.Cấu tạo linh kiện đề tài…………………………… Chương II: Tính toán thiết kế mạch……………………….……………….20 I.Sơ đồ khối mạch…………………….…….…………… 20 II Mạch nguyên lý mạch in Chương III:Thực mạch ứng dung Lời Nói Đầu Trong giai đoạn khoa học công nghệ ngày phát triển ứng dụng nhiều sống nhằm mang lại thuận tiện hiệu nhất.Với đề tài “Thiết kế thu hồng ngoại (thiết bị phát điều khiển Tivi từ xa hãng Sony) để điều khiển bật tắt bóng đèn gia đình.”giúp sinh viên thực có hội vận dụng kiến thức học giảng đường , đồng thời tiếp cận với linh kiện điện tử, có kỹ sử dụng phần mềm hỗ trợ thuẩn thục tư lập trình thiết kế mạch điển tử ứng dụng Sau xin giới thiệu bố cục báo cáo: Chương I : Tổng quan đề tài Trong chương chủ yếu giới thiệu nguyên lý thu phát hồng ngoại giới thiệu cấu trúc phần cứng tính số linh kiện sử dụng đề tài Chương II : Tính toán thiết kế mạch Chương trình bày mạch nguyên lý nguyên lý hoạt động linh kiện với thông số tính toán Chương III: Thực mạch Đưa kết thực mạch thực tế, đánh giá ưu nhược điểm ứng dụng thực tế Do có phần hạn chế kinh nghiệm thực tế kiến thức chuyên sâu nên đồ án tránh khỏi thiếu sót Mong Thầy bạn góp ý kiếp nhận xét để chúng em hoàn thiện kỹ kiến thức chuyên môn Cuối chúng em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình Thầy khoa Kỹ Thuật Điều Khiển – Trường Kỹ Thuật Quân Sự giúp đỡ nhiệt thành bạn lớp Xin Chân thành cảm ơn! Chương I: Tổng Quan Về Đề Tài I Khái niệm ánh sáng hồng ngoại Ánh sáng hồng ngoại ánh sáng nhìn thấy mắt thường, có bước sóng từ 0.86um đến 0.98um Tia hồng ngoại có vận tốc vận tốc ánh sáng Tia hồng ngoại truyền nhiều kênh tín hiệu , sử dụng rộng rãi công nghiệp.Lượng thông tin truyền với ánh sáng hồng ngoại lớn nhiều so với sóng điện từ mà ta dùng lên tới Mega bit/s Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả xuyên thấu Trong điều khiển từ xa tia hồng ngoại, tia hồng ngoại phát hẹp,có hướng thu phải hướng Sóng hồng ngoại có đặc tính quan trọng giống sóng ánh sáng ( hội tụ qua thấu kính, tiêu cự ) Ánh sáng thường ánh sáng hồng ngoại khác rõ xuyên thấu qua vật chất Có vật ta thấy màu xám đục với ánh sáng hồng ngoại trở nên xuyên suốt Vì vật liệu bán dẫn “trong suốt” anh sáng hồng ngoại , tia hồng ngoại không bị yếu vượt qua lớp bán dấn để II Nguyên lý thu phát hồng ngoại Tia hồng ngoại ứng dụng lĩnh vực điều khiển từ xa lâu Mỗi nhà sản xuất thiết lập chuẩn giao tiếp khác Ví dụ : RC80 Panasonic, RC5 Philips, SIRC SONY Đó số chuẩn đơn giản để giải Để hạn chế nhiễu từ môi trường xung quanh ảnh hưởng tới liệu mang tia hồng ngoại ta sử dụng modul phát Modul có chức phát chùm tia hồng ngoại tập trung với tần số khác tùy thuộc vào nhà sản xuất, thường thay đổi từ 32kHz đến 56Khz Trong đề tài sử dụng điều khiển SONY để điều khiển bóng đèn gia đình Modul phát điều khiển hồng ngoại với tần số 40kHz ( ánh sáng hồng ngoại truyền 40 lần/1s ) Có nghĩa cần IR nhận tương ứng để điều chế ánh sáng hồng ngoại thành tín hiệu TTL cho PIC Modul phát a Sơ đồ khối Thiết Bị Phát Chọn Chức Năng Mã Hóa Chốt Dữ Liệu Điều Chế Phát Bộ Dao Động b Giải thích - Khối chọn chức khối mã hóa : Khi người dung bấm vào phím chức để phát lệnh điều khiển, phím - - - - tương ứng với số thập phân, mạch mã hóa chuyển đổi thành mã nhị phân tương ứng dạng mã lệnh số bao gồm bit Số bit mã lệnh nhị phân bits, bits nhiều phụ thuộc vào số phím chức chuẩn giao tiếp nhà sản xuất Khối dao động có điều kiện: Khi nhấn phím chức đồng thời khởi động mạch dao động tạo xung đồng hồ, tần số xung đồng hồ xác định thời gian chuẩn bit Khối chốt liệu: Mã nhị phân mạch mã hóa chốt chuyển đổi liệu Khối chốt liệu điều khiển xung đồng hồ mạch định thời nhằm đảm bảo kết thúc lúc việc chốt đủ số bit mã lệnh Khối điều chế phát: Mã lệnh đóng gói đưa qua mạch điều chế phát để ghép mã lệnh với sóng mang có tần số từ 32kHz đến 56kHz Nhờ sóng mang cao tần tín hiệu đước truyền xa ( tăng khoảng cách phát) Khối thiết bị phát: LED hồng ngoại Khi mã lệnh có giá trị bit = LED phát hồng ngoại khoảng thời gian T bit Khi mã lệnh có giá trị bit = LED không sáng bên thu không nhận coi bit Modul thu a.Sơ đồ khối Thiết Bị Thu Khuếch Đại &Tách Sóng Dao động có điều kiện Giải Mã Mạch Điều Khiển b Giải thích: -Khối thiết bị thu: Tia hồng ngoại từ modul phát tiếp nhận LED thu hồng ngoại - Khối khuếch đại tách sóng: Khuếch đại tín hiệu nhận đưa qua mạch tách sóng nhằm triệt tiêu sóng mang tách lấy liệu cần thiết mã lệnh -Khối giải mã: Giải mã tín hiệu nhận thành gói mã nhị phân tương ứng dạng xung kích đầu để kích mở mạch điều khiển Tần số sóng mang dùng để so pha với tần số dạo động bên phần thu giúp cho mạch thu phát hoạt động đồng bộ, đảm bảo cho mạch chốt mạch giải mã hoạt động xác III Cấu tạo linh kiện sử dụng đề tài Tổng quan PIC16F877A a Giới thiệu: - PIC16F877A có 40 chân với cấu trúc sau: Có port xuất/ nhập Có kênh chuyển đồi A/D Được bổ sung port tử song song Có nhớ ghép nối so với PIC 16F873A/PIC 16F874A - Bảng tóm tắt đặc điểm PIC 16F877A Đặc Điểm PIC16F877A Tần số hoạt động DC – 20 Mhz Reset ( Delay) POR, BOR ( PWRT, OST) Bộ nhớ chương trình Flash ( 14 – bit 8K word) Bộ nhớ liệu (byte) 368 Bộ nhớ liệu EEPROM ( byte) 256 Các nguồn ngắt 15 Các port xuất nhập Các port A B C D E Timer Các module Capture/Compare/PWM Giao tiếp nối tiếp MSSP, USART Giao tiếp song song PSP Module A/D 10 bits kênh ngõ vào Bộ so sánh tương tự Tập lệnh 35 lệnh Số chân 40 chân PDIP 44 chân PLCC 44 chân TQFP 44 chân QFN Bảng 1-1: Bảng tóm tắt đăch điểm PIC 16F877A b Sơ đồ khối Hình trình bày sơ đồ khối PIC 16F877A , sơ đồ khối PIC bao gồm khối - Khối ALU - Arithmetic Logic Unit - Khối nhớ chương trình – Flash program memory - Khối nhớ chứa liệu EEPROM – Data EPROM - Khối nhớ file ghi RAM – RAM File Register - Khối giải mã lệnh điều khiển – Intruction Decode Control - Khối ghi đặc biệt - Khối ngoại vi timer - Khối giao tiếp nối tiếp - Khối chuyển đổi tương tự sang số - ADC - Khối port xuất nhập Hình 1: Sơ đồ khối PIC 16F877A c Sơ đồ chân chức chân PIC16F877A Hình 2: Sơ đồ chân PIC16F877A - Chức chân sau: 10 Hình 3: Sơ đồ chân IC PT2249 3.LED thu hồng ngoại RPM 7140 a Giới thiệu - Là thiết bị thu hồng ngoại kích cỡ nhỏ, có dòng tiêu thụ thấp - Tần số hoạt động : 40 kHz -Bảng thông số RPM 7140 17 Bảng 1-2: Các thông số RPM 7140 c Sơ đồ khối -Đầu ( Rout) mức cao , từ sơ đồ khối thấy đầu treo điện trở nhằm trì mức logic cao tín hiệu Khi nhận tín hiệu hồng ngoại đầu tích cực mức thấp Hình 4: Sơ đồ khối RPM 7140 18 Chương II: Tính toán thiết kế mạch I Sơ đồ khối mạch Sơ đồ khối mạch phát Hình 5: Sơ đồ khối phát Sơ đồ khối mạch thu 19 Hình 6: Sơ đồ khối thu 3.Giải thích - Khối bàn phím: có nhiệm vụ tạo lệnh cho khối điều khiển phát tín hiệu tương ứng với thiết bị cần điều khiển thông qua khối phát tín hiệu - Khối điều khiển: xử lý thông tin từ khối bàn phím gởi đến để đưa lệnh điều khiển thích hợp cho khối phát, phát chuoãi tín hiệu theo dạng xung nhị phân - Khối tạo dao động: có nhiệm vụ tạo tần số xung nhịp cho khối điều khiển làm việc - Khối phát: có nhiệm vụ nhận chuoãi tín hiệu từ khối điều khiển dạng điện áp, sau chuyển chuoãi tín hiệu điện thành ánh saùng hồng ngoại phát qua môi trường không gian đến khối thư (trên máy thu) - Khối nhận: có nhiệm vụ nhận tín hiệu (chuỗi ánh sáng hoàng ngoại) 20 từ khối phát gởi đến, chuyển chuỗi tín hiệu thành tín hiệu điên trở lại ban đầu, khuếch đại lên sau gởi đến khối giải mã - Khối giải mã: sau nhận chuỗi tín hiệu điện từ khối nhận gởi đến, khối giải mã cách so sánh với chuỗi tín hiệu quy định sẵn khối, đưa lệnh để điều khiển khối chấp hành (thông qua đệm) - Bộ đệm: có nhiệm vụ giữ mức điện ổn định cho khối chấp hành thực thi lệnh, có phím nhấn tín hiệu ngõ chi trì không thời gian định (170 ms phím đơn), muốn tín hiệu trì không tác động từ bàn phím cần phải có khối đệm - Khối chấp hành: có nhiệm vụ nhận lệnh từ khối giải mã thi hành lệnh (đóng ngắt thiết bị đó) - Khối nguồn: cung cấp điện cho khối mạch làm việc II Mạch nguyên lý mạch in Sơ đồ mạch nguyên lý 21 Hình 7: Sơ đồ mạch nguyên lý 22 Sơ đồ mạch in Hình 8: Sơ đồ mạch in 23 Các linh kiện sử dụng mạch Các linh kiện sử dụng thống kê bảng 2-1 Số lượng 1 2 2 1 1 1 Ký hiệu BR1 C1 C2,C4 C3,C5 C6 C44,C55 D1,D3 D2,D4,D5 J1 J2,J3,J4,J5 J33 PT2249 Q1,Q2,Q3 R2 R3 R6,R8,R9 RESET RL1,RL2 U1 U2 X1 Loại linh kiện 2W005G 10n 100n 100u 10u 33p 1N4007 LED-BLUE Mắt thu hồng ngoại TBLOCK-I2 CONN-DIL10 BC141 2k2 39k 330r TEXTELL-KBE-12V PIC16F877A 7805 CRYSTAL Bảng 2-1: Bảng thống kê linh kiện sử dụng mạch Giải thích -Khi mắt thu nhận tín hiệu hồng ngoại đưa vào chân PT2249, IC giải mã đưa chuỗi bit tương ứng với chuỗi xung mà mạch phát gửi Chuỗi bit đưa tới chân 21,22,,27,28,29,30 PIC PIC 24 thực so sánh xuất tín hiệu kích mở transistor cho dòng chạy qua rơ le đóng mở bóng đèn cần điều khiển -Khối nguồn: ổn nguồn cho toàn board mạch -Khối dao động: tạo xung cho mạch hoạt động đồng bọ với module phát Chương III: Thực mạch ứng dụng I II Mô tả -Board mạch có rơ le điều khiển bóng đèn, Led hiển thị trình nhận tín hiệu đóng cắt rowle -Nguồn nuôi mạch 5v Ứng dụng -Dùng điều khiển tắt mở bóng đèn, quạt, máy bơm nước, cánh cửa… -Có thể mở rộng điều khiển thiết bị khác có công suất lớn công nghiệp III Hình ảnh mạch thực tế NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN Ưu điểm mạch: ứng dụng điều khiển nhiều thiết bị thực tế Hạn chế: Do thực thủ công nên tính ổn định chưa cao, chưa thực điều khiển theo thời gian… 25 PHỤ LỤC Code chương trình điều khiển bóng đèn /* * Chuong trinh: Dieu khien hong ngoai * Thuc hien: Nhom 16 * Test configuration: MCU: PIC16F877A Dev.Board: Oscillator: HS, 16.0000 MHz Ext Modules: SW: mikroC PRO V1.65 * NOTES: */ #define BONG1 LATB.F1 #define BONG2 LATB.F2 unsigned counter = 0; unsigned input_data, bit_count; enum { Idle, 26 Start_bit, Capture_bit }; char Current_state = Idle; char got_data = 0; char Command_code, Device_code; void interrupt(){ if(INTCON.INT0IF){ switch (Current_state){ case Idle: INTCON2.INTEDG0 = 1; counter = 0; Current_state = Start_bit; break; //found the rising edge, check lenght for 2.4ms case Start_bit: //correct signal, move on to next state if(counter == 4) { counter = 0; bit_count = 0; input_data = 0; Current_state = Capture_bit; } else { //fault signal, reset to Idle Current_state = Idle; } break; case Capture_bit: //check plus length for or 27 if(counter == 2){ input_data >>= 1; // add to received data bit_count++; }else { if(counter == 3){ input_data >>= 1; input_data |= 0x8000; //add to received data bit_count++; } else { //error occurs, reset to Idle state INTCON2.INTEDG0 = 0; //interrupt on falling edge Current_state = Idle; } } //compleat 12 bit if(bit_count >= 12){ got_data = 1; input_data >>= 4; INTCON2.INTEDG0 = 0; //interrupt on falling edge Current_state = Idle; } counter = 0; break; default: Current_state = Idle; } INTCON.INT0IF = 0; //clear interrupt flag } if(PIR1.TMR2IF){ counter++; if(counter > 5) { Current_state = Idle; 28 counter = 0; INTCON2.INTEDG0 = 0; } PIR1.TMR2IF = 0; //interrupt on falling edge //clear interrupt flag } } //***************************************************************** ************* // MAIN MAIN MAIN MAIN //***************************************************************** ************* void main() { TRISC = 0; //portc is output TRISB = 0; //portb is output //***************************************************************** ************* // RB0 interrupt set up //***************************************************************** ************* INTCON.INT0IE = 1; //enable RB0 interrupt INTCON2.INTEDG0 = 0; //interrupt on falling edge TRISB.F0 = 1; //RB0 = input ADCON1 = 0x0F; //all digital I/O //***************************************************************** ************* // Timer2 interrupt set up, interrupt every 600us //***************************************************************** ************* T2CON = 2; //timer off, prescaler 1:16 PR2 = 149; //preload timer2 comparator value 29 TMR2 = 0; //reset value timer2 PIR1.TMR2IF = 0; //clear interrupt flag PIE1.TMR2IE = 1; //enable timer2 interrupt IPR1.TMR2IP = 1; //timer2 interrupt high priority //***************************************************************** ************* // Global interrupt enable //***************************************************************** ************* INTCON.PEIE = 1; //enable interrupt INTCON.GIE = 1; //enable global interrupt T2CON.TMR2ON = 1; //timer2 is on while(1){ if(got_data){ Command_code = input_data & 0x7F; Device_code = input_data >> 7; got_data = 0; if(Device_code == 1){ switch (Command_code){ case 0: BONG1 = ~BONG1; break; case 1: BONG2 = ~BONG2; break; } PIE1.TMR2IE = 0; //disable timer2 interrupt Delay_ms(100); TMR2 = 0; //reset value timer2 PIE1.TMR2IE = 1; //enable timer2 interrupt } } } 30 } Các tài liệu tham khảo  Giáo trình Ngôn ngữ lập trình C – Nhà Xuất Bản Thống Kê  Giáo trình Điện Tử Công Suất  http://www.pic_examples.byethost3.com/SIRC.html  http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/P/I/C/1/PIC16F877A.sh tml 31 [...]... các bóng đèn, quạt, máy bơm nước, cánh cửa… -Có thể mở rộng điều khiển các thiết bị khác có công suất lớn hơn trong công nghiệp III Hình ảnh mạch thực tế NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN Ưu điểm của mạch: có thể ứng dụng điều khiển nhiều thiết bị trong thực tế Hạn chế: Do thực hiện thủ công nên tính ổn định chưa cao, chưa thực hiện điều khiển theo thời gian… 25 PHỤ LỤC 1 Code chương trình điều khiển bóng đèn /*... Tính toán và thiết kế mạch I Sơ đồ khối của mạch 1 Sơ đồ khối mạch phát Hình 5: Sơ đồ khối phát 2 Sơ đồ khối mạch thu 19 Hình 6: Sơ đồ khối thu 3.Giải thích - Khối bàn phím: có nhiệm vụ tạo ra lệnh cho khối điều khiển phát tín hiệu tương ứng với một thiết bị cần điều khiển thông qua khối phát tín hiệu - Khối điều khiển: sẽ xử lý những thông tin từ khối bàn phím gởi đến để đưa ra lệnh điều khiển thích... mở các transistor cho dòng chạy qua các rơ le đóng mở các bóng đèn cần điều khiển -Khối nguồn: ổn nguồn cho toàn bộ board mạch -Khối dao động: tạo xung cho mạch hoạt động đồng bọ với module phát Chương III: Thực hiện mạch ứng dụng I II Mô tả -Board mạch có 2 rơ le điều khiển bóng đèn, các Led hiển thị quá trình nhận tín hiệu và đóng cắt các rowle -Nguồn nuôi mạch 5v Ứng dụng -Dùng điều khiển tắt mở các. .. 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 với tụ điện và điện trở bên ngoài tạo ra dao động cho mạch - Chân 16 (Vcc): là chân được nối với cực dương của nguồn cung cấp 16 Hình 3: Sơ đồ chân của IC PT2249 3.LED thu hồng ngoại RPM 7140 a Giới thiệu - Là một thiết. .. ICSP 2 IC thu tín hiệu và mã hóa hồng ngoại PT2249 15 a Giới thiệu: -PT 2249 được chế tạo bởi công nghệ CMOS, nó có thể điều khiển tối đa 10 thiết bị - Tiêu tán công suất thấp - Khả năng chống nhiễu cao - Cung cấp bộ dao động RC - Bộ lọc và bộ kiểm tra mã ngăn sự tác động từ những nguồn ánh sáng khác nhau do đó không ảnh hưởng đến mắt thu b Sơ đồ chân và chức năng của các chân - Chân 1 (Vss): là chân... khiển thích hợp cho khối phát, phát chuoãi tín hiệu theo dạng xung nhị phân - Khối tạo dao động: có nhiệm vụ tạo ra tần số xung nhịp cho các khối điều khiển làm việc - Khối phát: có nhiệm vụ nhận chuoãi tín hiệu từ khối điều khiển dưới dạng điện áp, sau đó chuyển chuoãi tín hiệu điện này thành ánh saùng hồng ngoại và phát đi qua môi trường không gian đến khối thư (trên máy thu) - Khối nhận: có nhiệm... 1N4007 LED-BLUE Mắt thu hồng ngoại TBLOCK-I2 CONN-DIL10 BC141 2k2 39k 330r TEXTELL-KBE-12V PIC16F877A 7805 CRYSTAL Bảng 2-1: Bảng thống kê các linh kiện sử dụng trong mạch 4 Giải thích -Khi mắt thu nhận được tín hiệu hồng ngoại đưa vào chân 2 của PT2249, IC sẽ giải mã và đưa ra chuỗi bit tương ứng với chuỗi xung mà mạch phát gửi đi Chuỗi bit này được đưa tới các chân 21,22,,27,28,29,30 của PIC PIC 24 thực... cực âm của nguồn điện - Chân 2 (R) : là đầu vào tín hiệu thu - Các chân 3 – 7 (H1 - H5) : là đầu ra tín hiệu liên tục Chỉ cần thu được tín hiệu tương ứng với đầu ra nào thì đầu ra đó sẽ luôn duy trì ở mức logic “1” - Các chân 8 – 12 (S5 – S1): là đầu ra 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 107ms... thiết bị thu hồng ngoại kích cỡ nhỏ, có dòng tiêu thụ thấp - Tần số hoạt động : 40 kHz -Bảng các thông số cơ bản của RPM 7140 17 Bảng 1-2: Các thông số của RPM 7140 c Sơ đồ khối -Đầu ra ( Rout) luôn ở mức cao , từ sơ đồ khối có thể thấy đầu ra được treo bởi một điện trở nhằm duy trì mức logic cao khi không có tín hiệu Khi nhận tín hiệu hồng ngoại đầu ra sẽ ở tích cực mức thấp Hình 4: Sơ đồ khối của RPM... hoàng ngoại) 20 từ khối phát gởi đến, chuyển chuỗi tín hiệu này thành tín hiệu điên trở lại như ban đầu, rồi khuếch đại lên sau đó gởi đến khối giải mã - Khối giải mã: sau khi đã nhận được chuỗi tín hiệu điện từ khối nhận gởi đến, khối này sẽ giải mã ra bằng cách so sánh với những chuỗi tín hiệu đã được quy định sẵn trong khối, và đưa ra lệnh để điều khiển khối chấp hành (thông qua bộ đệm) - Bộ đệm: ... Trong giai đoạn khoa học công nghệ ngày phát triển ứng dụng nhiều sống nhằm mang lại thu n tiện hiệu nhất.Với đề tài Thiết kế thu hồng ngoại (thiết bị phát điều khiển Tivi từ xa hãng Sony) để. .. SONY để điều khiển bóng đèn gia đình Modul phát điều khiển hồng ngoại với tần số 40kHz ( ánh sáng hồng ngoại truyền 40 lần/1s ) Có nghĩa cần IR nhận tương ứng để điều chế ánh sáng hồng ngoại. .. sáng hồng ngoại lớn nhiều so với sóng điện từ mà ta dùng lên tới Mega bit/s Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả xuyên thấu Trong điều khiển từ xa tia hồng ngoại, tia hồng ngoại phát hẹp,có hướng thu