Điều khiển các thiết bị từ xa bằng sóng RF

Trước thực tế trên nhóm em đã chọn đề tài: “ Điều khiển từ xa sử dụng sóng RF ” .Nhằm phục vụ cho việc đóng mở các thiết bị đặt ở đằng xa thông qua sóng vô tuyến.Với chức năng hoạt động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT

KHOA VẬT LÝ NGÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay công nghệ không dây đang phát triển rất mạnh mẽ cùng với các thiết bị không dây ngày càng hiện đại cho phép người sử dụng có thể phát triển nhiều ứng dụng thực tế, nhất là trong lĩnh vự điều khiển từ xa và truyền số liệu

Trước thực tế trên nhóm em đã chọn đề tài: “ Điều khiển từ xa sử dụng sóng

RF ” Nhằm phục vụ cho việc đóng mở các thiết bị đặt ở đằng xa thông qua sóng

vô tuyến.Với chức năng hoạt động của mạch cho phép người điều khiển đứng ở khoảng cách xa (tối đa 100m) điều khiển thiết bị mà không cần đến nơi đặt thiết bị mới có thể vận hành chúng

Cơ sở lý thuyết: Hiện nay có nhiều phương pháp để lựa chọn thiết bị điềukhiển từ xa như: sóng hồng ngoại, mạng không dây, mạng điện thoại, sóng RF…Dựa trên những kiến thức đã học và khả năng vận dụng, nhóm đã lựa chọn phươngpháp điều khiển thiết bị từ ra qua sóng RF với khả năng ứng dụng cao, dễ sử dụngnên thiết bị được chọn là bộ thu phát RF hoạt động qua việc sử dụng tính năngcủa cặp IC PT2262/PT2272 Tầm hoạt động cho phép từ 50-100m với tần số hoạtđộng 315Mhz, cho phép điều khiển 4 kênh Thông qua đó, dựa trên ứng dụng củamạch động lực để làm việc với điện xoay chiều dân dụng

Thông qua quá trình làm đồ án giúp chúng em nâng cao kĩ năng làm việc trên mạch thực tế ,vận dụng lý thuyết đã được học vào quá trình làm mạch ,áp dụng vào thực nghiệm

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều trong quá trình làm đồ án và đạt được mục tiêu

đã đạt ra,nhưng không tránh khỏi một số thiếu sót.Qua đó nhóm em mong nhận được sự đóng góp ý kiến, bổ sung của thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiệntốt hơn

Nội dung bài báo cáo gồm 5 phần:

Phần 1: Tổng quan về sóng RF

Phần 2: Giới thiệu linh kiện sử dụng trong mạch

Phần 3: Nguyên lý hoạt động của mạch

Phần 4: Thi công mạch

Phần 5: Kết luận và hướng phát triển

Phần 1: Khái niệm sóng RF:

Sóng vô tuyến (RF) là các dao động lặp đi lặp lại và có khả năng truyền đi

xa trong không gian và đặc trưng bởi các đặc điểm tần số, bước sóng, biên độ… Chúng ta có thể sử dụng sóng điện từ để “giao tiếp” giữa máy phát và máy thu

Làm sao tạo ra sóng RF:

Người ta dùng mạch dao động cộng hưởng LC, khi mạch LC bị kích thích, trong cuộn dây sẽ xuất hiện từ trường và trong tụ điện sẽ xuất hiện điện trường, khivào trạng thái cộng hưởng, từ trường trong cuộn dây L và điện trường trong tụ C sẽkết hợp tạo ra dạng sóng điện từ trường Bây giờ chỉ cần dùng dây anten cho sóng trong mạch LC phát vào không gian, chúng ta đã có tia sóng dùng cho công việc điều khiển vô tuyến

Phương thức điều khiển vô tuyến:

Điều khiển từ xã bằng sóng vo tuyến được thực hiện như nhau:

Ở bên phát: dùng mạch cộng hưởng LC tạo ra sóng mang có tần số ổn định dùng làm sóng mang 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 làm bẩy sóng để bắt thu sóng điện từ

có trong không gian, nó đã được phát ra từ bên phát, cho giải mã để lấy ra tín hiệu

mã lệnh có trong sóng mang, dùng tín hiệu mã lệnh để đóng mở các thiết bị

Phần 2: Giới thiệu linh kiện được sử dụng trong mạch

IC PT2262 và PT2272:

Là 1 cặp ic được sử dụng trong việc mã hóa, giải mã hay điều khiển với 8 bit

mã hóa địa chỉ và 4 bit mã hóa dữ liệu

1 bằng cách nối thêm điện trở " kéo lên " hoặc " đưa xuống GND) để tránh nhiễu

Cách tạo lập các xung mã lệnh:

Người ta dùng một mạch dao động để tạo ra xung nhịp, tần số xung nhịp tùy thuộc vào trị của điện trở gắn trên chân OSC1 và OSC2 Sau khi có xung nhịp có chu kỳ là α, bây giờ người ta tạo ra các dạng xung khác nhau dùng để chỉ trạng tháicác bit: đó là bit 0, bit 1 và bit F.

* Bit 0 là lúc các chân địa chỉ hay các chân dữ liệu cho nối masse

* Bit 1 là lúc các chân địa chỉ hay các chân dữ liệu cho nối lên nguồn dương

* Bit F là lúc các chân địa chỉ này bỏ trống

Sơ đồ chân:

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 )

PT2272-T4: Kích nhớ trạng thái, 4bit hoạt động độc lập, trong thời điểm kích nhớ trạng thái của từng bit, không kích vẫn giữ trạng thái, kích tiếp theo sẽ chỉthay đổi trạng thái của bit bị tác động(được dùng trong mạch)

Chức năng các chân:

Tóm lại ta có thể làm mạch RF rồi lấy dữ liệu ở ngõ ra pt2262 và trả lại dữ liệu cho pt2272 rồi thông qua mạch động lực để điều khiển thiết bị

Giữa IC PT 2262 và PT2272 phải có sự đồng bộ các chân địa chỉ mã hóa Các chân mã hóa của PT2262 ( chân 1 đến chân 8 ),nối thế nào thì các chân giải

mã của PT2272 cũng phải nối tương tự như vậy Chân nào nối dương, chân nào nối

âm, chân nào bỏ trống v.v thì chân ( 1 đến 8 )của PT2272 phải làm như thế 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

Để tần số bên phát đồng bộ với tần số bên thu ta phải chọn điện trở cho mạch dao động bên phát và bên thu

Việc xây dựng trong mạch dao động của PT2262 cho phép một bộ dao động

có độ chính xác sẽ được xây dựng bằng cách kết nối một điện trở bên ngoài giữa chân OSC1 và OS2 Đối với PT2272 để giải mã một cách chính xác các dạng sóng

nhận được, tần số dao động của PT2272 phải là 2,5 ~ 8 lần so với tần số dao động của PT2262 Cụ thể như sau:

Qua kết quả thực nghiệm, điện trở định tần cho PT2272 là 470K và điện trở định tần của PT 2262 là 2,2M Tương ứng tần số dao động của PT2272 là 80KHz gấp 4 lần tần số dao động của PT2262 là 20KHz

+ Khoảng Cách Không Có Anten: 20-30CM

+ Tùy thuộc vào Anten Và Môi Trường Truyền Khoảng cách từ 50-100M

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 mã lệnh đã đủ mạnh, người ta đưa tín hiệu này ra chân DATA.

IC 7805

IC 7805: là IC ổn áp 5V

-Dòng cực đại có thể duy trì 1A

-Dòng đỉnh 2.2A

-Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W

-Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W

Nếu đặt Ui quá cao làm công suất tiêu tán trên IC lớn —> giảm hiệu suất

Tuy nhiên cần giữ áp vào lớn hơn áp ra khoảng 2V cho IC hoạt động bình

thường.Ví dụ dùng 7805 thì cần có lối vào ít nhất là 7V

MOC3021:

Sơ đồ chân :

Hình dáng bên ngoài của MOC3020

Sơ đồ chân của MOC3020

Sơ đồ bên trong của MOC3020

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 khônglàm 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 ra DIAC:

Khoảng nhiệt độ hoạt động được: -400C đến 1500C

Nhiệt độ làm việc tốt nhất: 250C

Điện áp có 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

Các thông số kỹ thuật :

Hình dạng bên ngoài của BTA16

Điện áp được điều khiển lên đến 600 V

Dòng điện được điều khiển 16 A khi t = 800C

Dòng điện kích ở chân G 10mA ÷ 50mA

Điện áp kích ở chân G 1.3 V

Công suất chịu đựng ở chân G 20 W

Dòng điện chịu đựng ở chân G 4 A DC

Nhiệt độ làm việc trong khoảng -400C ÷ 1500C

Phần 3: Nguyên lý hoạt động của mạch

Sơ đồ khối của hệ thống:

Gồm 3 khối chính: Khối phát, khối thu và Khối động lực Ở khối phát: khi ta 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

Chức năng của từng khối :

Khối phát:

Sơ đồ mạch:

Khi đóng khóa điện SW mạch sẽ được cấp nguồn Led sẽ sáng, lúc này IC PT2262 được cấp nguồn trên chân 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:

Mạch hoạt 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 racác 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:

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 G của TRIAC, TRIAC dẫn điện (nó đóng vai trò như 1 công tắc) nên tải sẽ được cấp điện và hoạt động Đến khi chân dữ liệu xuống mức áp thấp (Khi nhấn SW, OFF), TRIAC ngưng dẫn và ngắt điện cho tải

Phần 3:Thi công mạch

Thiết kế mạch trên phần mềm proteus

1.Mạch phát:

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:

3.Mạch động lực:

Phần 4:Kết luận và hướng phát triển

- 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

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 thanhbáo 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 bằnggiọng nói, màn hình cảm biến hay qua điện thoại