Điều khiển các thiết bị từ xa bằng sóng RF

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT KHOA VẬT LÝ NGÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG  LỜI MỞ ĐẦU BÁO CÁO Ngày công nghệ không dây phát triển mạnh mẽ với thiết bị không dây ngày đại cho phép người sử dụng phát triển nhiều ứng dụng thực tế, lĩnh vự điều khiển từ xa truyền số liệu ĐỒ ÁN HỌC PHẦN Trước thực tế nhóm em chọn đề tài: “ Điều khiển từ xa sử dụng sóng RF ” Nhằm phục vụ cho việc đóng mở thiết bị đặt đằng xa thông qua sóng vô tuyến.Với chức hoạt động mạch cho phép người điều khiển đứng khoảng cách xa (tối đa 100m) điều khiển thiết bị mà không cần đến nơi đặt thiết bị vận hành chúng Tên đề tài: Điều Khiển từ xa sử dụng sóng RF Cơ sở lý thuyết: Hiện có nhiều phương pháp để lựa chọn thiết bị điều khiển từ xa như: sóng hồng ngoại, mạng không dây, mạng điện thoại, sóng RF… Dựa kiến thức học khả vận dụng, nhóm lựa chọn phương pháp điều khiển thiết bị từ qua sóng RF với khả ứng dụng cao, dễ sử dụng nên thiết bị chọn thu phát RF hoạt động qua việc sử dụng tính cặp IC PT2262/PT2272 hoạt động choLộc phép từ 50-100m với tần số hoạt GVHD: Tầm Ths Nguyễn Hữu Lý4 kênh Thông qua đó, dựa ứng dụng động 315Mhz, choKhoa: phép điều Vật khiển Lớp:việc vớiVTK36 mạch động lực để làm điện xoay chiều dân dụng SVTH: Đỗ Thị Ánh MSSV: 1212057 Nguyễn Thiên Namem nângMSSV: Thông qua trình làm đồ án giúp chúng cao kĩ 1210225 làm việc mạch thực tế ,vận dụng lý thuyết học vào trình làm mạch ,áp dụng vào thực nghiệm Mặc dù cố gắng nhiều trình làm đồ án đạt mục tiêu đạt ra,nhưng không tránh khỏi số thiếu sót.Qua nhóm em mong nhận đóng góp ý kiến, bổ sung thầy cô bạn để đề tài hoàn thiện tốt Nội dung báo cáo gồm phần: Phần 1: Tổng quan sóng RF Phần 2: Giới thiệu linh kiện sử dụng mạch Phần 3: Nguyên lý hoạt động mạch Phần 4: Thi công mạch Phần 5: Kết luận hướng phát triển Phần 1: Khái niệm sóng RF: Sóng vô tuyến (RF) dao động lặp lặp lại có khả truyền xa không gian đặc trưng đặc điểm tần số, bước sóng, biên độ… Chúng ta sử dụng sóng điện từ để “giao tiếp” máy phát máy thu Làm tạo sóng RF: Người ta dùng mạch dao động cộng hưởng LC, mạch LC bị kích thích, cuộn dây xuất từ trường tụ điện xuất điện trường, vào trạng thái cộng hưởng, từ trường cuộn dây L điện trường tụ C kết hợp tạo dạng sóng điện từ trường Bây chỉ cần dùng dây anten cho sóng mạch LC phát vào không gian, có tia sóng dùng cho công việc điều khiển vô tuyến Phương thức điều khiển vô tuyến: Điều khiển từ xã sóng vo tuyến thực nhau: Ở bên phát: dùng mạch cộng hưởng LC tạo sóng mang có tần số ổn định dùng làm sóng mang Dùng mạch tạo tín hiệu mã lệnh cho mã lệnh điều chế vào sóng mang cho phát vào không gian Ở bên thu: dùng mạch cộng hưởng LC làm bẩy sóng để bắt thu sóng điện từ có không gian, phát từ bên phát, cho giải mã để lấy tín hiệu mã lệnh có sóng mang, dùng tín hiệu mã lệnh để đóng mở thiết bị Phần 2: Giới thiệu linh kiện sử dụng mạch IC PT2262 PT2272: Là cặp ic sử dụng việc mã hóa, giải mã hay điều khiển với bit mã hóa địa chỉ bit mã hóa liệu PT2262: Sơ đồ chân: PT2262 sử dụng cách mã hóa tối đa 12 bits với mức trạng thái (tức mã hóa +,mã hóa -,mã hóa 0) có 531411 (3 mũ 12) cách mã hóa , PT2262 mã hóa cách nối ngắn mạch chân " địa chỉ " lên dương nguồn (mã hóa +) xuống âm nguồn (mã hóa -) bỏ trống (mã hóa 0) Dữ liệu địa chỉ truyền khung 12 bit gồm bit đầu địa chỉ (A0 >A7 ) bit sau liệu(D0 >D4) ,có thể truyền song song bit liệu Nếu để truyền liệu nên để mặc định cho chân liệu là cách nối thêm điện trở " kéo lên " " đưa xuống GND) để tránh nhiễu Cách tạo lập các xung mã lệnh: Người ta dùng mạch dao động để tạo xung nhịp, tần số xung nhịp tùy thuộc vào trị điện trở gắn chân OSC1 OSC2 Sau có xung nhịp có chu kỳ α, người ta tạo dạng xung khác dùng để chỉ trạng thái bit: bit 0, bit bit F * Bit lúc chân địa chỉ hay chân liệu cho nối masse * Bit lúc chân địa chỉ hay chân liệu cho nối lên nguồn dương * Bit F lúc chân địa chỉ bỏ trống PT2272: Sơ đồ chân: PT2272 IC giải mã PT2262 có địa chỉ giải mã tương ứng + liệu + chân báo hiệu mã VT ( chân 17 ) PT2272-T4: Kích nhớ trạng thái, 4bit hoạt động độc lập, thời điểm kích nhớ trạng thái bit, không kích giữ trạng thái, kích chỉ thay đổi trạng thái bit bị tác động(được dùng mạch) Chức các chân: Tóm lại ta làm mạch RF lấy liệu ngõ pt2262 trả lại liệu cho pt2272 thông qua mạch động lực để điều khiển thiết bị Giữa IC PT 2262 PT2272 phải có đồng chân địa chỉ mã hóa Các chân mã hóa PT2262 ( chân đến chân ),nối chân giải mã PT2272 phải nối tương tự Chân nối dương, chân nối âm, chân bỏ trống v.v chân ( đến )của PT2272 phải làm Khi truyền mã giải mã chân 17 PT2272 có điện áp cao đưa , báo hiệu mã hóa Để tần số bên phát đồng với tần số bên thu ta phải chọn điện trở cho mạch dao động bên phát bên thu Việc xây dựng mạch dao động PT2262 cho phép dao động có độ xác xây dựng cách kết nối điện trở bên chân OSC1 OS2 Đối với PT2272 để giải mã cách xác dạng sóng nhận được, tần số dao động PT2272 phải 2,5 ~ lần so với tần số dao động PT2262 Cụ thể sau: Qua kết thực nghiệm, điện trở định tần cho PT2272 470K điện trở định tần PT 2262 2,2M Tương ứng tần số dao động PT2272 80KHz gấp lần tần số dao động PT2262 20KHz Module Phát RF315MHz : Thông số kĩ thuật: - Điện áp làm việc : DC 3-12V - Tần số hoạt động: 315MHz - Dòng Duy Trì: 0mA - Dòng phát :20-28mA - Truyền khoảng cách: + Khoảng Cách Không Có Anten: 20-30CM + Tùy thuộc vào Anten Và Môi Trường Truyền Khoảng cách từ 50-100M Có thể đạt tới khoảng cách 500M - Công suất đầu ra: 16dBm (40mW) - Tốc độ truyền: giảm hiệu suất Tuy nhiên cần giữ áp vào lớn áp khoảng 2V cho IC hoạt động bình thường.Ví dụ dùng 7805 cần có lối vào 7V MOC3021: Sơ đồ chân : Hình dáng bên MOC3020 Sơ đồ chân MOC3020 Sơ đồ bên MOC3020 14 Opto3021: hay gọi cách ly quang linh kiện tích hợp có cấu tạo gồm led photo diac Được sử dùng để cách ly khối chênh lệch điện hay công suất khối có công suất nhỏ với khối công suất lớn Mục đích: Nếu có cố từ tầng ứng dụng cháy, chập, tăng áp, không làm ảnh hưởng đến tầng điều khiển Các thông số kỹ thuật : Ngõ vào LED: 1.5V, 10mA; Điện áp ngược cực đại 3V, dòng dò 100uA Ngõ DIAC: Khoảng nhiệt độ hoạt động được: -400C đến 1500C Nhiệt độ làm việc tốt nhất: 250C Điện áp điều khiển lối ra: 400 V DC Dòng điện điều khiển lối ra: A t = 250C Công suất tiêu thụ: 330mW t = 250C TRIAC BTA16 : BTA16 TRIAC có dòng điện lối đạt 16 A Thường dùng mạch dẫn điện xoay chiều điều khiển tín hiệu chiều Hình dạng bên BTA16 Các thông số kỹ thuật : 15 Điện áp điều khiển lên đến 600 V Dòng điện điều khiển 16 A t = 800C Dòng điện kích chân G 10mA ÷ 50mA Điện áp kích chân G 1.3 V Công suất chịu đựng chân G 20 W Dòng điện chịu đựng chân G A DC Nhiệt độ làm việc khoảng -400C ÷ 1500C Phần 3: Nguyên lý hoạt động mạch Sơ đồ khối hệ thống: Gồm khối chính: Khối phát, khối thu Khối động lực Ở khối phát: ta nhấm phím lệnh (switch), mã lệnh tạo (từ IC 2262) kết hợp với sóng mang (từ module phát) phương pháp điều chế ASK Tín hiệu tiếp tục khuếch đại cao tần xạ không gian qua anten Ở khối thu: Mạch cộng hưởng LC bắt tín hiệu từ máy phát sau tách lấy tín hiệu mã lệnh chuyển đến mạch chấp hành 16 Chức khối : Khối phát: Sơ đồ mạch: Khi đóng khóa điện SW mạch cấp nguồn Led sáng, lúc IC PT2262 cấp nguồn chân số 18, từ chân số 17 phát xung mã lệnh, ứng với mức volt cao xung mã lệnh mạch dao động RF làm việc phát tín hiệu , tín hiệu xạ vào không gian Vai trò các linh kiện có mạch: 17 Các điện trở 10K dùng đặt chân D0,D1,D2,D3 mức áp thấp Điện trở 2K7 dùng để cấp mức áp cao cho chân D0-D3,qua nút nhấn SW0 đến SW3 diode 1N4007 để chân 10,11,12,13 hoạt động độc lập Khối thu: Sơ đồ mạch: Mạch hoạt động điện áp 5V nên sử dụng khối ổn áp để ổn định cho mạch Khi PT 2272 nhận mã lệnh (từ module thu) tiếp hành giải mã đưa tín hiệu chân liệu (D0-D3) Trích tín hiệu để điều khiển thiết bị Mạch dùng chân D0 để minh họa cho đóng mở thiết bị Khối động lực: Sơ đồ mạch: 18 Khi chân liệu (từ IC giải mã) lên mức áp cao (khi nhấn SW, ON), qua ghép quang điện cấp áp cho cực G TRIAC, TRIAC dẫn điện (nó đóng vai trò công tắc) nên tải cấp điện hoạt động Đến chân liệu xuống mức áp thấp (Khi nhấn SW, OFF), TRIAC ngưng dẫn ngắt điện cho tải Phần 3:Thi công mạch Thiết kế mạch phần mềm proteus 1.Mạch phát: 19 Hình chụp cho thấy đường mạch in đặt board PCB Hình chụp cho thấy cách bố trí linh kiện bảng mạch in bên phát sóng 2.Mạch Thu: 20 3.Mạch động lực: 21 Phần 4:Kết luận hướng phát triển 1.Ưu điểm - Mạch thiết kế đơn giản, tín hiệu thu phát tốt - Truyền khoảng cách xa - Truyền đa hướng,không bị cản môi trường (vách tường,núi đá…) 2.Khuyết điểm - Khả chống nhiễu chưa cao,bị nhiễu sóng thiết bị bên sử dụng tần số khác - Bảo mật chưa tốt, trình mã hóa địa chỉ chưa tối ưu - Chỉ điều khiển thiết bị 3.Hướng phát triển đề tài 22 Có thể thay cặp IC thu phát VĐK để phát triển thêm nhiều tính năng, tăng khả bảo mật: bật tắt thiết bị theo thời gian quy định, phát âm báo hiệu trạng thái hoạt động, mở rộng số lượng thiết bị điều khiển Có thể phát triển nhiều phương thức giao tiếp chẳng hạn: Giao tiếp giọng nói, hình cảm biến hay qua điện thoại 23 [...]... 2.Khuyết điểm - Khả năng chống nhiễu chưa cao ,bị nhiễu sóng bởi các thiết bị bên ngoài sử dụng các tần số khác nhau - Bảo mật chưa tốt, do trong quá trình mã hóa địa chỉ chưa được tối ưu - Chỉ điều khiển được 4 thiết bị 3.Hướng phát triển đề tài 22 Có thể thay thế cặp IC thu phát bằng VĐK để phát triển thêm nhiều tính năng, tăng khả năng bảo mật: bật tắt thiết bị theo thời gian quy định, phát âm thanh... thế điều khiển ở lối ra: 400 V DC Dòng điện có thế điều khiển ở lối ra: 1 A khi t = 250C Công suất tiêu thụ: 330mW khi t = 250C TRIAC BTA16 : BTA16 là 1 TRIAC có dòng điện lối ra đạt 16 A Thường được dùng trong các mạch dẫn điện xoay chiều dưới sự điều khiển của tín hiệu 1 chiều Hình dạng bên ngoài của BTA16 Các thông số kỹ thuật : 15 Điện áp được điều khiển lên đến 600 V Dòng điện được điều khiển. .. động ở điện áp 5V nên sử dụng khối ổn áp để ổn định cho mạch Khi PT 2272 nhận được mã lệnh (từ module thu) sẽ tiếp hành giải mã và đưa tín hiệu ra các chân dữ liệu (D0-D3) Trích tín hiệu này để điều khiển thiết bị Mạch dùng chân D0 để minh họa cho đóng mở 1 thiết bị Khối động lực: Sơ đồ mạch: 18 Khi chân dữ liệu (từ IC giải mã) lên mức áp cao (khi nhấn SW, ON), nó qua bộ ghép quang điện cấp áp cho cực... 3:Thi công mạch Thiết kế mạch trên phần mềm proteus 1.Mạch phát: 19 Hình chụp này cho thấy đường mạch in đặt trên board PCB Hình chụp cho thấy cách bố trí các linh kiện trên bảng mạch in của bên phát sóng 2.Mạch Thu: 20 3.Mạch động lực: 21 Phần 4:Kết luận và hướng phát triển 1.Ưu điểm - Mạch thiết kế đơn giản, tín hiệu thu phát tốt - Truyền ở khoảng cách xa - Truyền được đa hướng,không bị cản bởi môi... hoạt động: Thạch ạnh có nhiệm vụ tạo ra sóng mang có tần số cao và ổn định Khi mã lệnh được tạo ra từ IC PT2262, tín hiệu này sẽ kết hợp với sóng mang bằng phương thức điều chế ASK Sau đó được khuếch đại cao tần bởi khối cao tần và bức xạ ra không gian nhờ anten Module Thu RF3 15MHz : 11 Thông số kĩ thuật: - Điện áp hoạt động: DC5V - Dòng Hoạt Động (mA): 4mA - Điều Chế: AM (OOK) - Nhiệt độ làm việc:... nhấm phím lệnh (switch), mã lệnh được tạo ra (từ IC 2262) kết hợp với sóng mang (từ module phát) bằng phương pháp điều chế ASK Tín hiệu này tiếp tục được khuếch đại cao tần và bức xạ ra không gian qua anten Ở khối thu: Mạch cộng hưởng LC bắt được tín hiệu từ máy phát sau đó được tách lấy tín hiệu mã lệnh và chuyển đến mạch chấp hành 16 Chức năng của từng khối : Khối phát: Sơ đồ mạch: Khi đóng khóa... số 18, từ chân số 17 sẽ phát ra xung mã lệnh, ứng với mức volt cao của xung mã lệnh mạch dao động RF sẽ làm việc và phát ra tín hiệu , tín hiệu này sẽ bức xạ vào không gian Vai trò của các linh kiện có trong mạch: 17 Các điện trở 10K dùng đặt các chân D0,D1,D2,D3 ở mức áp thấp Điện trở 2K7 dùng để cấp mức áp cao cho một trong các chân D0-D3,qua các nút nhấn SW0 đến SW3 4 diode 1N4007 để các chân... bên trong của MOC3020 14 Opto3021: hay còn gọi là cách ly quang là linh kiện tích hợp có cấu tạo gồm 1 led và 1 photo diac Được sử dùng để cách ly giữa các khối chênh lệch nhau về điện hay công suất như khối có công suất nhỏ với khối công suất lớn Mục đích: Nếu có sự cố từ tầng ứng dụng như cháy, chập, tăng áp, thì cũng không làm ảnh hưởng đến tầng điều khiển Các thông số kỹ thuật : Ngõ vào LED: 1.5V,... (dBm):-105dB - Tần số hoạt động (MHz): 315MHz Sơ đồ nguyên lý: 12 Giải thích đơn giản: Khi mạch cộng hưởng dùng làm bẩy sóng bắt được sóng điện từ có tần số bằng với tần số cộng hưởng của mạch, tín hiệu này sẽ cho phách với tín hiệu tự tạo ra trong mạch và như vậy tín hiệu mã lệnh có trong sóng mang sẽ được tách ra sau đó được đưa vào tầng khuếch đại trung gian để tăng độ nhậy cho mạch thu Khi tín hiệu... triển thêm nhiều tính năng, tăng khả năng bảo mật: bật tắt thiết bị theo thời gian quy định, phát âm thanh báo hiệu trạng thái hoạt động, mở rộng số lượng thiết bị điều khiển Có thể phát triển nhiều phương thức giao tiếp hơn chẳng hạn: Giao tiếp bằng giọng nói, màn hình cảm biến hay qua điện thoại 23 ... kiện có mạch: 17 Các điện trở 10 K dùng đặt chân D0,D1,D2,D3 mức áp thấp Điện trở 2K7 dùng để cấp mức áp cao cho chân D0-D3,qua nút nhấn SW0 đến SW3 diode 1N4007 để chân 10 ,11 ,12 ,13 hoạt động độc... RF 315 MHz : 11 Thông số kĩ thuật: - Điện áp hoạt động: DC5V - Dòng Hoạt Động (mA): 4mA - Điều Chế: AM (OOK) - Nhiệt độ làm việc: -10 ℃ ~ 70 ℃ - Độ Nhạy (dBm): -10 5dB - Tần số hoạt động (MHz): 315 MHz... địa chỉ bit mã hóa liệu PT2262: Sơ đồ chân: PT2262 sử dụng cách mã hóa tối đa 12 bits với mức trạng thái (tức mã hóa +,mã hóa -,mã hóa 0) có 5 314 11 (3 mũ 12 ) cách mã hóa , PT2262 mã hóa cách