Điều khiển đèn từ xa sử dụng sóng RF
Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG * * * ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài : Điều khiển đèn từ xa sử dụng sóng RF Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Tiến Dũng Lớp: ĐTVT – K55 Page Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng Hà nội Tháng - 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : …………………………………… Số hiệu sinh viên : …………… Khóa : ………… Khoa : Điện tử - Viễn thông Ngành : ………………………… Đầu đề đồ án : ………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Các số liệu liệu ban đầu : ………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Nội dung phần thuyết minh tính toán : ………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Các vẽ , đồ thị : ………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Họ tên giảng viên hướng dẫn : ………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Page Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng Ngày giao nhiệm vụ đồ án : ………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Ngày hoàn thành đồ án : ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Ngày Chủ nhiệm môn tháng năm Giảng viên hướng dẫn Sinh viên hoàn thành nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm Cán phản biện Page Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: …………………………………Số hiệu sinh viên…………… Ngành :…………………………………………… Khóa: ……………………… Giảng viên hướng dẫn : …………………………………………………………… Cán phản biện : ………………………………………………………………… Nội dung thiết kế tốt nghiệp : ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Page Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Nhận xét cán phản biện : ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Ngày tháng năm Cán phản biện Page Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng LỜI NÓI ĐẦU Ngày với ứng dụng khoa học kĩ thuật tiên tiến,thế giới ngày thay đổi,văn minh hiên đại hơn.Sự phát triển kĩ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị với đặc điểm bật xác cao,tốc độ nhanh,gọn nhẹ yếu tố cần thiết cho hoạt động người đạt hiệu cao Điện tử trở thành ngành công nghiệp đa nhiệm vụ.Điện tử đáp ứng đòi hỏi không ngừng từ lĩnh vực công nông lâm ngư nghiệp nhu cầu thiết bị đời sống hàng ngày Một ứng dụng quan trọng công nghệ điện tử kỹ thuật điều khiển từ xa.Nó góp phần lớn việc điều khiển thiết bị từ xa hay thiết bị mà người trực tiếp chạm vào để vận hành điều khiển Từ ứng dụng quan trọng trên,em thiết kế thi công mạch điều khiển thiết bị điện nhà sử dụng module thu phát sóng vô tuyến Xuất phát từ nhu cầu thực tế qua ứng dụng tiện ích hiệu mà công nghệ điều khiển từ xa mang lại, em định chọn đề tài “ Điều khiển đèn từ xa sử dụng sóng RF ” Tuy cố gắng thực đồ án cách nghiêm túc cố gắng, khả nghiên cứu kiến thức thân hạn chế nên tránh khỏi sai phạm thiếu sót Em mong có góp ý từ thâỳ cô bạn để đồ án em hoàn thiện giúp chúng em hiểu biết trình học tập Em xin chân thành cảm ơn! Page Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG I Dẫn nhập Đặt vấn đề Đứng trước những thách thức lớn việc tiết kiệm lượng điện, vấn đề mang ý nghĩa quốc gia, đồng thời nâng cao tiện lợi lĩnh vực điều khiển, em thực đề tài “Điều khiển đèn từ xa sử dụng sóng RF ” với mục đích thực hành ứng dụng quan trọng ngành công nghiệp điều khiển thiết bị Page Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng Dựa phương pháp nghiên cứu phân tích đặc tính chức linh kiện điện tử bản, IC áp dụng kiến thức học với hướng dẫn giáo viên hướng dẫn để thiết kế nên mạch điều khiển không dây hoạt động tốt với yêu cầu đề Đề tài tập trung nghiên cứu thiết kế mạch với chức bật tắt thiết bị , cụ thể bật tắt hệ thống đèn, điều chỉnh độ sáng tối đèn thông qua công nghệ sóng RF, công nghệ thu phát tín hiệu từ xa Ưu điểm mạch điều khiển không dây chạy xác,ổn định, nhỏ gọn, dễ lắp đặt sửa chửa, dễ sử dụng, giá thành rẻ sản xuất nhiều sử dụng rộng rãi phù hợp tầng lớp Đặc biệt điều khiển qua vật cản như: tường nhà, bàn, ghế … Bán kính điều khiển ổn định khoảng 50 - 100 mét Mục tiêu đề tài Mục đích mạch điều khiển remote điều khiển thiết bị bật tắt cách độc lập với mà không cần phải đến bật công tắc remote nhỏ gọn tiện lợi cho người sử dụng, sử dụng cách xác, hiệu nhiều thời gian, sức lực Để thực hiện được điều đó, người thực hiện đã đưa một số mục tiêu : - II Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của module thu phát RF Nghiên cứu hoạt động mã hóa giải mã cặp IC PT2262/PT2272 Ứng dụng thực tế chip vi điều khiển AT89S52 và phần mềm Keil C Xây dựng thuật toán điều khiển Viết chương trình điều khiển Tính toán, thiết kế thi công mạch điều khiển giám sát Giới thiệu sóng RF ( radio frequency) Khái niệm sóng RF (sóng vô tuyến) Những dao động điện từ có tần số hàng chục hàng trăm Hz xạ yếu Sóng điện từ chúng khả truyền xa Trong thông tin vô tuyến, người ta sử dụng sóng có tần số từ hàng nghìn Hz trở lên, gọi sóng vô tuyến Sóng RF (tần số vô tuyến) sóng điện từ có dải tần số nằm khoảng KHz tới 300 GHz Bảng 2.1 Phân loại tần số Page Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng Tần số Bước sóng Tên gọi Tên gọi Công dụng 30 – 300 Hz 10^4 km-10^3 km Tần số thấp ELF Chứa tần số điện mạng xoay chiều, tín hiệu đo lường từ xa tần thấp 300 – 3000 Hz 10^3 km-100 km Tần số thoại VF Chứa tần số kênh thoại tiêu chuẩn – 30 kHz 100 km-10 km Tần số thấp VLF Chứa phần dải nghe tiếng nói Dùng cho hệ thống an ninh, quân sự, chuyên dụng, thông tin nước (tàu ngầm) 30 – 300 kHz 10 km-1 km Tần số thấp LF Dùng cho dẫn đường hàng hải hàng không 300 kHz - MHz km-100m Tần số trung bình MF Dùng cho phát thương mại sóng trung (535 – 1605 kHz) Cũng dùng cho dẫn đường hàng hải hàng không - 30 MHz 100m-10m Tần số cao HF Dùng thông tin vô tuyến chiều với mục đích thông tin cự ly xa xuyên lục địa, liên lạc hàng hải, hàng không, nghiệp dư, phát quảng bá 30 - 300 MHz 10m-1m Tần số cao VHF Dùng cho vô tuyến di động, thông tin hàng hải hàng không, phát FM thương mại (88 đến 108 MHz), truyền hình thương mại (kênh đến 12 tần số từ 54 - 216 MHz) 300 MHz - GHz 1m-10 cm Tần số cực cao UHF Dùng cho kênh truyền hình thương mại từ kênh 14 đến kênh 83, dịch vụ thông tin di động mặt đất, di động tế bào, số hệ thống radar dẫn đường, hệ thống vi ba vệ tinh – 30 GHz 10 cm-1 cm Tần số siêu cao SHF Dùng cho kênh truyền hình thương mại từ kênh 14 đến kênh 83, dịch vụ thông tin di động mặt đất, di động tế bào, số hệ thống radar dẫn đường, hệ thống vi ba vệ tinh 30 – 300 GHz cm-1mm Tần số cao EHF Ít sử dụng thông tin vô tuyến Điều khiển từ xa tần số vô tuyến (RF) Là loại điều khiển từ xa xuất đến giữ vai trò quan trọng phổ biến đời sống So với điều khiển tia hồng ngoại (IR) dùng nhà điều khiển RF lại dùng cho nhiều vật dụng bên thiết bị mở cửa gara xe, hệ thống báo hiệu cho xem loại đồ chơi điện tử từ xa chí kiểm soát vệ tinh hệ thống máy tính xách tay điện thoại thông minh… Page Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng * Ưu điểm Truyền xa IR với khoảng cách khoảng 30m lên tới 100m -Truyền xuyên tường,kính… * Khuyết điểm -Bị nhiễu sóng bên có nhiều thiết bị máy móc sử dụng tần số khác Có thể khắc phục cách: tránh nhiễu sóng cách truyền tần số đặc biệt nhúng mã kỹ thuật số địa thiết bị nhận tín hiệu vô tuyến Điều giúp thu vô tuyến thiết bị hồi đáp tín hiệu tương ứng cách xác Cách tạo sóng RF Để có sóng RF dùng điều khiển vô tuyến, khởi đầu người ta dùng mạch dao động cộng hưởng LC được kết nối bởi một cuộn dây và một tụ điện Khi mạch LC bị kích thích, cuộn dây sẽ xuất hiện từ trường và tụ điện sẽ xuất hiện điện trường Khi vào trạng thái cộng hưởng, từ trường cuộn dây L và điện trường tụ C sẽ kết hợp tạo dạng sóng điện từ trường Dùng dây anten phù hợp cho phát sóng mạch LC vào không gian, đến sóng RF dùng cho công việc điều khiển vô tuyến tạo Hình 2.1 Cách tạo xác định tần số sóng RF Dùng mạch cộng hưởng LC tạo sóng mang có tần số lớn, sau tạo mã lệnh điều khiển, gắn mã lệnh điều khiển vào sóng mang phương pháp điều chế phát chúng vào không gian Page 10 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng - Chân VT (17): chân mức cao tín hiệu nhận hợp lệ (chân báo hiệu mã đúng, lúc có điện áp cao đưa ra) - Chân VCC (18) nối với nguồn Như chân 17 PT 2272 lên mức nhận liệu Các chân 10 đến 13 nhận data thể mức logic tương ứng nhận c Cách tạo lập các xung mã lệnh sự vận hành của cặp ic PT2262/2272 Sử dụng một mạch dao động để tạo xung nhịp, tần số xung nhịp tùy thuộc vào trị của điện trở gắn chân OSC1 và OSC2 Sau có xung nhịp có chu kỳ là α, bây giờ Page 31 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng người ta tạo các dạng xung khác dùng để chỉ trạng thái các bit: đó là bit 0, bit và bit F * Bit là lúc các chân địa chỉ hay các chân dữ liệu cho nối masse * Bit 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 Ngoài người ta còn tạo xung đồng bộ và dung xung này để xác định vị trí chính xác của các bit đặt dãy xung các mã lệnh Cách đặt mã lệnh cho cặp IC thu phát Page 32 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng Ta thấy các hàng chân địa chỉ A0 A5 và chân dữ liệu D0 D5 bên IC phát và bên IC thu là giống Vậy nếu Bạn cho chân nào nối masse thì chân đó được định là bit 0, nếu cho nối lên đường nguồn thì được định là bit và nếu chân đó bỏ trống thì xem là bit F Chỉ mã lệnh của bên phát và bên thu được đặt giống và tần số xung nhịp phù hợp, lúc đó cặp IC này mới "hiểu nhau", có tác dụng dùng điều khiển, nếu Page 33 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng có khác thì bên thu sẽ không nhận bên phát và sẽ không phát lệnh điều khiển VT theo lệnh của bên phát LCD 16x2 (16 hàng cột) LCD từ viết tắt Liquid Crystal Display (màn hình tinh thể lỏng) LCD thiết bị ngoại vi dung để giao tiếp với người dùng Có nhiều loại hình LCD với kích cỡ khác nhau, ví dụ LCD 16x1 (16 cột hàng), LCD 16x2 (16 cột hàng), LCD 20x2 (20 cột hàng)… Trong đồ án em sử dụng loại LCD 16x2- loại bán phổ biến thị trường Giống LED thanh, LCD thiết bị ngoại vi dung để giao tiếp với người dung , so với Led LCD có ưu điểm hiển thị tất cá kí tự bảng mã ASCII , Led hiển thị số kí tự nhiên giá thành LCD cao Page 34 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng Hình dạng sơ đồ chân LCD 16x2 (16 hàng cột) Bảng: Chức chân LCD 16x2 Chân Kí hiệu I/O Chức VSS - Nguồn (GND) VCC - Nguồn (+5V) VEE - Chỉnh độ tương phản RS I 0=nhập lệnh 1= nhập liệu RW I 0=ghi liệu 1= đọc liệu E I/O Tín hiệu cho phép D0 I/O Bus liệu D1 I/O Bus liệu D2 I/O Bus liệu 10 D3 I/O Bus liệu 11 D4 I/O Bus liệu 12 D5 I/O Bus liệu 13 D6 I/O Bus liệu 14 D7 I/O Bus liệu 15 A - Nguồn đèn LCD (GND) 16 K - Nguồn đèn LCD (+5V) Page 35 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng Các chân Vcc, Vss Vee Chân Vcc cấp dương nguồn 5V, chân Vss nối đất, chân Vee dung để điều khiển độ tương phản hình LCD RS ( Register select) Khi mức thấp, thị truyền đến LCD xoá hình, vị trí trỏ….Khi mức cao, kí tự truyền đến LCD R/W (Read/Write) Dùng để xác định hướng liệu truyền LCD vi điều khiển Khi mức thấp liệu ghi đến LCD mức cao, liệu đọc từ LCD Nếu cần ghi liệu lên LCD nối chân xuống GND để tiết kiệm chân E (Enable) Cho phép ta truy cập/xuất đến LCD thông qua chân RS R/W Khi chân E mức cao (1) LCD kiểm tra trạng thái chân RS R/W vàđáp ứng cho phù hợp Khi liệu cấp đến chân liệu xung mức cao xuống thấp phải áp đến chân để LCD chốt liệu chân liêu Xung phải rộng tối thiểu 450ns Còn chân E mức thấp (0), LCD bị vô hiệu hoá bỏ qua tín hiệu chân RS R/W Các chân D0 - D7 : Đây chân liệu bít, dung để gửi thông tin lên LCD đọc nội dung ghi LCD Các kí tự truyền theo mã tương ứng bảng mã ASCII Cũng có mã lệnh mà gửi đến LCD để xoá hình đưa trỏ đầu dòng nhấp nháy trỏ.LCD có chế độ giao tiếp, chế độ bit (chỉ dùng chân D4 đến D7 để truyền liệu) chế độ bit (dung chân liệu từ D0 đến D7),ở chế độ bit, truyền byte, truyền nửa cao byte trước, sau truyền nửa thấp byte Trước truyền kí tự hình LCD ta cần thiết lập cho LCD chọn chế độ bit 8bit, dòng hay dòng ,bật/tắt trỏ Bảng Tập lệnh LCD 16x2 Mã (HEX) Lệnh ghi LCD 16x2 Page 36 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng Xóa hình hiển thị Trở đầu dòng Giảm trỏ (dịch trỏ sang trái) Tăng trỏ (dịch trỏ sang phải) Dịch hiển thị sang phải Dịch hiển thị sang trái Tắt trỏ, tắt hiển thị A Tắt hiển thị, bật trỏ C Bật hiển thị, tắt trỏ E Bật hiển thị, nhấp nháy trỏ F Tắt trỏ, nhấp nháy trỏ 10 Dịch vị trí trỏ sang trái 14 Dịch vị trí trỏ sang phải 18 Dịch toàn hiển thị sang trái 1C Dịch toàn hiển thị sang phải 80 Ép trỏ đầu dòng thứ C0 Ép trỏ đầu dòng thứ hai 38 Hai dòng ma trận 5x7 Để đọc ghi lệnh,ta phảiđặt RS=0 R/W=1 xung cao xuống thấp cho bít E Sau khiđọc ghi lệnh,nếu bit D7 (cờ bận ) mức cao LCD bận,không có thông tin hay lệnh xuất đến Khi D7=0 gửi lệnh hay liệu đến LCD Chúng ta nên kiểm tra bit cờ bận trước ghi thông tin lên LCD Page 37 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng Bảng liệu LCD Có thể di chuyển trỏ đến vị trí hình LCD cách nạp vào giá trị tương ứng bảng sau gửi yêu cầu đến LCD Phân khe thời gian LCD Page 38 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng Sơ đồ kết nối với vi điều khiển Page 39 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng IC đệm 74LS245 Page 40 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng CHƯƠNG THIẾT KẾ SẢN PHẨM Sơ đồ mạch tổng quát Khối thu Page 41 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng Sơ đồ nguyên lý Page 42 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng Khối điều khiển Khối hiển thị khối nguồn Page 43 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng Khối mạch công suất Sơ đồ mạch in Page 44 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: PGS TS Nguyễn Tiến Dũng Page 45