Thiết kế, chế tạo hệ thống đèn trang trí điều khiển từ xa

Thiết kế, chế tạo hệ thống đèn trang trí điều khiển từ xa

- i - NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: Hà Văn Tú Lớp : 48CKCD Chuyên ngành : Công nghệ Cơ – Điện Tử Mssv: 48132366 Đề tài: Thiết kế, chế tạo hệ thống đèn trang trí điều khiển từ xa Số trang: 70 Số chương: 4 Số tài liệu tham khảo: 5 Hiện vật: 02 quyển báo cáo, 02 đĩa CD và mô hình đèn trang trí điều khiển từ xa. NHẬN XÉT ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Kết luận……………………………………………………………………… . ………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………. Nha Trang, ngày… tháng … năm… Cán bộ hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) - ii - PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI Họ và tên sinh viên: Hà Văn Tú Lớp : 48CKCD Chuyên ngành : Công nghệ Cơ – Điện Tử Mssv: 48132366 Đề tài: Thiết kế, chế tạo hệ thống đèn trang trí điều khiển từ xa Số trang: 70 Số chương: 4 Số tài liệu tham khảo: 5 Hiện vật: 02 quyển báo cáo, 02 đĩa CD và mô hình đèn trang trí điều khiển từ xa NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Kết luận ……………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Điểm phản biện Bằng số Bằng chữ Điểm chung Bằng số Bằng chữ Nha Trang, ngày … tháng … năm … CÁN BỘ PHẢN BIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) Nha Trang, ngày … tháng … năm … CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký và ghi rõ họ tên) - iii - LỜI CẢM ƠN  Sau một khoảng thời gian với sự cố gắng của bản thân và được sự giúp đỡ của mọi người, đồ án tốt nghiệp “Thiết kế, chế tạo hệ thống đèn trang trí điều khiển từ xa” của em đã được hoàn thành đúng thời gian quy định. Em xin gửi đến các thầy hướng dẫn cùng toàn thể các quý thầy trong bộ môn Cơ – Điện tử lời cảm ơn với sự trân trọng và lòng biết ơn sâu sắc đã hết lòng chỉ bảo và truyền đạt cho em những kiến thức vô cùng quý báu, làm cơ sở để em thực hiện tốt đề tài này và đã tạo điều kiện thuận lợi để cho em hoàn tất khóa học. Nhân dịp này, em cũng xin cảm ơn gia đình và bạn bè những người đã hết lòng giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian qua, để em hoàn thành Đồ án Tốt nghiệp. Nha Trang, năm 2010 - iv - MỤC LỤC Trang Nhận xét của cán bộ hướng dẫn i Phiếu đánh giá chất lượng đề tài ii Lời cảm ơn .iii Mục lục iv Danh sách các hình vii LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 2 1.1. Hệ thống điều khiển từ xa .3 1.1.1. Một số vấn đề cơ bản trong hệ thống điều khiển từ xa 4 1.1.1.1. Kết cấu tin tức 4 1.1.1.2. Về kết cấu hệ thống 4 1.1.1.3. Các phương pháp mã hóa trong điều khiển từ xa 4 1.1.2 Sơ đồ khối của một hệ thống điều khiển từ xa 5 1.2. Tia hồng ngoại 7 1.2.1. Lược sử phát triển tia hồng ngoại 7 1.2.2. Khái niệm về tia hồng ngoại .8 1.2.3. Ứng dụng tia hồng ngoại 9 1.3. Điều khiển từ xa bằng hồng ngoại .10 1.3.1. Máy phát hồng ngoại 10 1.3.2. Nguồn phát và bức xạ hồng ngoại .12 1.3.3. Lý thuyết mã hóa và điều chế tín hiệu hồng ngoại .13 1.3.3.1. Amplitude Modulation, On-Off Keying, OOK: 13 1.3.3.2. FSK, Frequency Shift Keying, Frequency Modulation .14 1.3.3.3. Flash, ‘Pulse’ Modulation, Base Band (Điều biến xung, dải tần số cơ bản) 15 1.3.4. Một số mã IR thường dùng .15 1.3.4.1. Pulse Distance Protocol (Định ước độ rộng xung) 15 - v - 1.3.4.2. Pulse Width Protocol (Định ước bề rộng xung) 16 1.3.4.3. Manchester Protocol (RC5): Định ước Manchester 17 1.3.4.4. Flash Protocol (Định ước Flash) 18 1 3.5. Một số giải thuật giải mã bức xạ IR 20 1.3.5.1. Giải thuật giải mã Manchester Protocol (RC5): .20 1.3.5.2. Giải thuật giải mã Pulse Width Protocol (SIRC) .21 1.4. Giới thiệu một số linh kiện thu hồng ngoại 21 1.4.1. Điện trở quang 21 1.4.2 Điôt quang .23 1.4.2.1 Điôt quang loại tiếp xúc P-N . 24 1.2.4.2 Điôt quang PIN .25 1.2.4.3 Điôt quang thác (APD) 26 1.2.5. Quang transistor(Photo Transistor) 27 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 29 2.1. Sơ đồ tổng quát của hệ thống 30 2.1.1. Bộ phát hồng ngoại .30 2.1.2. Bộ thu hồng ngoại 33 2.2.3. Bộ điều khiển trung tâm 36 2.2.3.1. Giới thiệu .36 2.2.3.2. Công cụ 38 2.2.3.3. Vi điều khiển ATmega 32 43 2.2.4. Thiết bị đóng ngắt điện .47 2.2. Thiết kế và thi công phần cứng 51 2.2.1. Thiết kế và thi công cơ khí 51 2.2.1.1. Yêu cầu thiết kế .51 2.2.1.2. Các phơng án thiết kế .52 2.2.2. Thiết kế và thi công mạch điện .56 2.2.2.1. Mạch nguyên lý 56 2.2.2.2. Mạch in 59 - vi - 2.2.3. Mô hình sản phẩm hoàn thiện .60 2.3. Lưu đồ giải thuật và chương trình điều khiển 62 CHƯƠNG 3 THỬ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ .74 CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 76 4.1. Kết luận 77 4.2. Đề xuất .77 TÀI LIỆU THAM KHẢO .78 - vii - DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Kết cấu chung của hệ thống điều khiển từ xa .3 Hình 1.2: Các thành phần chính của mạch phát .5 Hình 1.3: Các thành phần chính của mạch thu .6 Hình 1.4: Dải sóng hồng ngoại 8 Hình 1.5: Bức sóng tia hồng ngoại .9 Hình 1.6: Ảnh chụp bằng hồng ngoại 10 Hình 1.7: Cấu tạo của một máy phát hồng ngoại 10 Hinh 1.8: Quang phổ của các nguồn sáng 12 Hình 1.9: Sơ đồ phát và thu hồng ngoại của thiết bị LED hồng ngoại và Photodiode 12 Hình 1.10: Mã hóa khoảng cách xung 13 Hình 1.11: Mã hóa bề rộng xung .14 Hình 1.12: Mã hóa vị trí xung 14 Hình 1.13: Mã hóa Manchester 14 Hình 1.14: FSK, Frequency Shift Keying, Frequency Modulation .14 Hình 1.15: Flash, ‘Pulse’ Modulation, Base Band 15 Hình 1.16: Pulse Distance Protocol, Bit Encoding .15 Hình 1.17: Pulse Distance Protocol, Data Frame Structure 16 Hình 1.18: Pulse Distance Protocol, Repeat Frame Structure .16 Hình 1.19: Pulse Distance Protocol, Full Sequence Structure 16 Hình 1.20: Pulse Width Protocol, Bit Encoding . 17 Hình 1.21: Pulse Width Protocol, Data Frame Structure 17 Hình 1.22: Pulse Width Protocol, Full Sequence Structure 17 Hình 1.23: Định ước RC5, ma bit 18 Hình 1.24: Định ước RC5, cấu trúc Frame dữ liệu .18 Hình 1.25: Định ước RC5, cấu trúc dãy đầy đủ 18 Hình 1.26: Flash Protocol, Bit Encoding 19 - viii - Hình 1.27: Flash Protocol, Data Frame Structure .19 Hình 1.28: Flash Protocol, Full Sequence Structure .19 Hình 1.29: Giải thuật giải mã Manchester Protocol (RC5) .20 Hình 1.30: Giải thuật giải mã Pulse Width Protocol (SIRC) 21 Hình 1.31: a- Cấu tạo của điện trở quang .22 b- Ký hiệu của điện trở quang trong sơ đồ mạch 22 Hình 1.32: Mối quan hệ giữa cường độ ánh sáng và giá trị điện trở. 22 Hình 1.33: Ký hiệu của điôt quang 23 Hình 1.34: a- Cấu tạo của điôt quang loại tiếp xúc P-N 24 b- phân bố dải năng lượng của tiếp xúc P-N(b) 24 Hình 1.35: Sơ đồ nguyên lý đấu nối điốt quang .24 Hình 1.36: Đặc tuyến của quang diode. .25 Hình 1.37: Cấu tạo của APD và phân bố điện trường trong điôt APD 26 Hình 1.38: Ký hiệu, cấu tạo và đặc tuyến của quang transistor. .27 Hình 1.39: Một số loại quang bán dẫn khác. 28 Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát của hệ thống .30 Hình 2.2: Các máy phát tín hiệu hồng ngoại khác nhau của Sony 30 Hình 2.3: Mã hóa tín hiệu sony 31 Hình 2.4: Định ước bề rộng xung, giải mã bit 31 Hình 2.5: Định ước bề rộng xung, cấu trúc Frame dữ liệu 32 Hình 2.6: Định ước bề rộng xung, cấu trúc dãy đầy đủ 32 Hình 2.7: Mã hóa dữ liệu nhận 33 Hình 2.8: Sơ đồ khối của PIC 1018SCL 33 Hình 2.9: Mạch Schmitt Trigger 34 Hình 2.10: Đồ thị biểu diễn ngưỡng điện áp của mạch Schmitt Trigger .34 Hình 2.11: Biểu diễn tín hiệu qua PIC – 1018SCL .35 Hình 2.12: Mạch chống nhiễu cho PIC – 1018SCL 35 Hình 2.13: Sơ đồ mạch nạp STK200/300 thu gọn 40 Hình 2.14: Sơ đồ mạch nạp STK200/300 có IC đệm 41 - ix - Hình 2.15: Mạch nạp STK200/300. .42 Hình 2.16: Mạch nguyên lý AVR910 USB .43 Hình 2.17: a- Cấu tạo của relay điện từ 47 b- Hình dạng một số rơle điện tử 47 Hình 2.18: Động cơ dùng để quay tròn ngang 50 Hình 2.19: Động cơ dùng quay dọc .51 Hình 2.20: Mô hình thiết kế tổng thê. 52 Hình 2.21: Bản vẽ chi tiết các kích thước của hệ thống đèn ( Phương án 1) .53 Hình 2.22: Mô hình thiết kế tổng thể .54 Hình 2.23: Bản vẽ chi tiết các kích thước của hệ thống đèn ( Phương án 2) .55 Hình 2.24: Mạch nguyên lý khối nguồn .56 Hình 2.25: Mạch nguyên lý khối vi điều khiển 57 Hình 2.26: Mạch nguyên lý khối thu hồng ngoại .58 Hình 2.28: Mạch nguyên lý mạch điều khiển động cơ .58 Hình 2.29: Mạch in khối điều khiển trung tâm .59 Hình 2.30: Mạch in khối relay .59 Hình 2.31: Hình dạng tổng thể hệ thống 60 Hình 2.32: Động cơ quay ngang và đĩa dẫn điện 60 Hình 2.33: Mạch điều khiển trung tâm .61 Hình 2.34: Mạch rơle .61 Hình 2.35: Giải thuật giải mã tín hiệu sony 62 Hình 2.36: Giải thuật điều khiển mã phím .63 - 1 - LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ta đã và đang một ngày thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ đó cũng là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao. Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực Công – Nông – Lâm – Ngư nghiệp, cho đến các nhu cầu thiết yếu nhất trong hoạt động đời sống hằng ngày. Một trong những ứng dụng rất quan trọng của công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển từ xa. Nó đã góp phần rất lớn trong việc điều khiển các thiết bị từ xa. Để hiểu rõ hơn về kỹ thuật điều khiển từ xa, cùng với kiến thức học tập chuyên ngành Cơ – Điện tử trong suốt khóa học 2006 - 2010, đặc biệt trong cơ hội được thực hiện đề tài tốt nghiệp. Em xin thực hiện để tài “Thiết kế, chế tạo hệ thống đèn quay trang trí điều khiển từ xa”. Đề tài gồm có 4 chương: Chương 1: Tổng quan phương pháp điều khiển từ xa Chương 2: Phương pháp và nội dung nghiên cứu Chương 3: Thử nghiệm và phân tích kết quả Chương 4: Kết luận và đề xuất ơ Sau một thời gian nghiên cứu, thiết kế và thi công và được sự giúp đỡ tận tình của các thầy hướng dẫn, cùng toàn thể thầy trong bộ môn Cơ – Điện tử. Em đã hoàn thành đề tài. Vì thời gian và kiến thức còn có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế. Mong các quý thầy cô và bạn bè góp ý để để tài được hoàn thiện hơn. Sinh viên thực hiện: Hà Văn Tú [...]... PHƯƠNG PHÁP ĐI U KHI N T XA -3- Các h th ng đi n t , h th ng s mang l i cho con ngư i nhi u ng d ng trong lao đ ng s n xu t và gi i trí ch ng h n khi b n t ng 1 và phát hi n đèn trên sân thư ng v n quên chưa t t, b n mu n đèn chùm gi a phòng khách t i đi m t n a đ b n xem phim cho có không khí, hay b n mu n đèn ng trong phòng s t đ ng t t sau 15 phút, m t h th ng đi n t đi u khi n t xa s cho phép b n làm... nh ng vi c đó ch v i vi c b m nút đi u khi n Chương này s đ c p đ n t ng quát m t h th ng đi u khi n t xa, ngoài ra chương s nghiên c u m t phương pháp đi u khi n t xa b ng h ng ngo i Đây là m t phương pháp truy n thông tin đã đư c s d ng r ng rãi 1.1 H th ng đi u khi n t xa H th ng đi u khi n t xa là m t trong nh ng h th ng s , nó mang đ y đ tính ch t c a m t h th ng s , cho phép ta đi u khi n các... xa như h th ng đi u khi n b ng vô tuy n, h th ng đi u khi n t xa b ng h ng ngo i, h th ng đi u khi n b ng cáp quang M i h th ng có nh ng tính ch t, ưu như c đi m khác nhau,khi s d ng tùy thu c đ i tư ng đi u khi n ta s ch n m t h th ng đi u khi n phù h p Sơ đ k t c u chung c a h th ng đi u khi n t xa: Máy phát tín hi u Đư ng truy n Máy thu tín hi u Hình 1.1: K t c u chung c a h th ng đi u khi n t xa. .. u khi n các thi t b thi hành 1.1.1 M t s v n đ cơ b n trong h th ng đi u khi n t xa Do h th ng đi u khi n t xa có nh ng đư ng truy n d n xa nên ta c n ph i nghiên c u v k t c u h th ng đ đ m b o tín hi u đư c truy n đi chính xác và nhanh chóng theo nh ng yêu c u sau: 1.1.1.1 K t c u tin t c Trong h th ng đi u khi n t xa, đ tin c y truy n d n tin t c có quan h r t nhi u đ n k t c u tin t c N i dung... m b o các yêu c u v k t c u tin t c, h th ng đi u khi n t xa có các yêu c u sau: - T c đ làm vi c nhanh - Thi t b ph i an toàn tin c y - K t c u ph i đơn gi n H th ng đi u khi n t xa có hi u qu cao là h th ng đ t t c đ đi u khi n c c đ i, đ ng th i đ m b o đ chính xác trong ph m vi cho phép 1.1.1.3 Các phương pháp mã hóa trong đi u khi n t xa Trong h th ng truy n thông tin r i r c ho c trong truy n... - 12 - 1.3.2 Ngu n phát và b c x h ng ngo i Tia h ng ngo i đư c tao ra t các ngu n sáng nhân t o Hinh 1.8: Quang ph c a các ngu n sáng IRED: Diode h ng ngo i LA: Laser bán d n LR: Đèn huỳnh quang Q: Đèn th y tinh W: Bóng đèn đi n v i dây tiêm wolfram PT: Phototransistor S d ng led h ng ngo i đ phát tín hi u IR (Infrared Ray) Led thông thư ng phát ánh sáng nhìn th y IR LED phát ra b c x mà m t ngư i... bi n đ i ngư c l i v i các phép bi n đ i trên: gi i mã, liên t c hóa… -5- S mã hóa tín hi u đi u khi n nh m tăng tính h u hi u và đ tin c y c a h th ng đi u khi n t xa, nghĩa là tăng t c đ truy n và kh năng ch ng nhi u Trong đi u khi n t xa, ta thư ng dùng mã nh phân tương ng v i h th ng, g m có hai ph n t [0] và [1] Do yêu c u v đ chính xác cao trong các tín hi u đi u khi n đư c truy n đi đ ch ng nhi... (Mã hóa kho ng cách xung) Hình 1.10: Mã hóa kho ng cách xung - 14 - - Pulse Width Encoding ( Mã hóa b r ng xung) Hình 1.11: Mã hóa b r ng xung - Pulse Position Encoding (NRZ) (Mã hóa v trí xung) Hình 1.12: Mã hóa v trí xung - Manchester (Biphase) Encoding (Mã hóa Manchester) Hình 1.13: Mã hóa Manchester 1.3.3.2 FSK, Frequency Shift Keying, Frequency Modulation (Đánh tín hi u d ch t n s , đi u bi n... như ánh sáng thư ng b i m t ngư i thông thư ng do bư c sóng h ng ngo i 0.86µm đ n 0.98µm là quá l n Hình 1.4: D i sóng h ng ngo i Tia h ng ngo i d b h p th , kh năng xuyên th u kém Trong đi u khi n t xa b ng tia h ng ngo i, chùm tia h ng ngo i phát đi h p, có hư ng, do đó khi thu ph i đúng hư ng Tia h ng ngo i có th truy n đi đư c nhi u kênh tín hi u, đư c ng d ng r ng rãi trong công nghi p Lư ng thông... 1.6: nh ch p b ng h ng ngo i Hình 1.6 là nh c a m t chú chó ch p dư i h ng ngo i Nh ng ch có nhi t đ cao phát ra tia h ng ngo i t n s cao hơn, th hi n b ng màu nóng sáng hơn trên hình 1.3 Đi u khi n t xa b ng h ng ngo i 1.3.1 Máy phát h ng ngo i Có r t nhi u lo i máy phát tín hi u h ng ngo i cho các thi t b khác nhau do các hãng s n xu t khác nhau S d ng các tiêu chu n đ nh d ng và đi u ch khác nhau