điều khiển thiết bị từ xa bằng sóng RF

28 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, điện tử công suất, vi điều khiển, truyền động điện đã và đang đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình công nghiệp hoá đất nước... Các hệ thốngtruyền động

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Ngày Tháng Năm 2016

Giáo viên hướng dẫn

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 1

DANH MỤC HÌNH ẢNH 4

LỜI NÓI ĐẦU 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 6

1.1 Mục tiêu đề tài 6

1.2 Nhiệm vụ đề tài 6

1.3 Giới thiệu tổng quan nội dung các chương 6

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

2.1 Điện trở 8

2.1.1 Khái niệm, ký hiệu, cấu tạo 8

2.2: Tụ điện 9

2.2.1 Khái niệm 9

2.2.2 Cấu tạo 10

2.3 Khái niệm về Rơle 10

2.3.1 Nguyên tắc hoạt động 10

2.4 Sóng RF 11

2.4.1 Khái niệm sóng RF 11

2.4.2 Cách tạo ra sóng RF 13

2.4.3 Sơ lược về một vài module và mạch thu phát RF 13

2.4.3.1 Module và mạch thu RF 14

2.4.3.2 Module và mạch phát RF 15

2.5 Cặp IC PT2262/PT2272 16

2.5.1 IC PT2262 16

2.5.2 IC PT2272 18

2.6 Khảo sát vi điều khiển AT89S52 19

2.6.1 Giới thiệu vi điều khiển AT89S52 19

2.6.2 Sơ đồ chân AT89S52 20

2.6.2.1 Chức năng các chân của AT89S52 21

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 24

3.1 Sơ đồ khối 24

3.2 Chức năng các khối 24

3.3 Sơ đồ nguyên lý 25

3.4 Sơ đồ mạch in 26

3.5 Sản phẩm 27

3.6 Nguyên lý hoạt động 28

CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN 29

4.1 kết quả đạt được 29

4.2 Hướng phát triển 29

TÀI LIỆU THAM KHẢO 31

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Hình dạng của điện trở 9

Hình 2.2: Ký hiệu của điện trở 9

Hình 2.3 Ảnh của Rơle 11

Hình 2.4: Cách tạo và xác định tần số sóng RF 14

Hình 2.5: Module thu RF 15

Hình 2.6: Mạch thu RF dùng IC PT2272 giải mã 16

Hình 2.7: Module phát RF 16

Hình 2.8: Mạch phát RF dùng IC PT2262 mã hóa 17

Hình 2.9: Sơ đồ chân IC PT2262 18

Hình 2.10: Sơ đồ chân IC PT2272 19

Hình 2.11: Sơ đồ khối AT89S52 21

Hình 2.12: Sơ đồ các chân AT89S52 22

Hình 3.1: Sơ đồ khối 25

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý của mạch 26

Hình 3.3: Sơ đồ mạch in của hệ thống 27

Hình 3.4 Ảnh sản phẩm 28

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, điện tử công suất, vi điều khiển, truyền động điện đã và đang đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình công nghiệp hoá đất nước Sự ứng

dụng trong các hệ thống truyền động điện là rất lớn bởi sự nhỏ gọn của các phần

tử bán dẫn và việc dễ dàng tự động hoá cho các quá trình sản xuất Các hệ thốngtruyền động điều khiển bởi điện tử công suất đem lại hiệu suất cao Kích thước,diện tích lắp đặt giảm đi rất nhiều so với các hệ truyền động thông thường như:khuếch đại từ, máy phát - động cơ

Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó và sau khi đã học các môn học : Điện tử côngsuất, Truyền động điện, Vi điều khiển , Lập trình C và máy điện chúng em đãđược giao thực hiện đề tài:

“Điều khiển thiết bị điện từ xa dùng sóng RF”

Với sự hướng dẫn của thầy Đào Văn Đã, chúng em đã tiến hành nghiên cứu vàthiết kế đề tài Để tài tập trung nghiên cứu và thiết kế mạch có các chức năngnhư bật, tắt thiết bị từ xa thông qua công nghệ sóng RF, thao tác đóng, ngắt bằngtay qua nút nhấn

Tuy đã cố gắng thực hiện đồ án trong sự nghiêm túc và trách nhiệm nhất, nhưng

do khả năng nghiên cứu cũng như kiến thức bản thân còn nhiều hạn chế nênkhông thể tránh khỏi những sai phạm và thiếu sót Rất mong nhận được những ýkiến đóng góp tích cực từ quý thầy cô và các bạn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện

Bùi Xuân Đạt

Nguyễn Hồng Phường

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Mục tiêu đề tài

Đứng trước những thách thức lớn trong việc tiết kiệm năng lượng điện,vấn đề mang ý nghĩa quốc gia, đồng thời nâng cao sự tiện lợi trong lĩnh vựcđiều khiển - một trong những nhân tố quyết định sự phát triển của đất nước,người thực hiện đề tài “Điều khiển thiết bị điện từ xa dùng sóng RF” với mụcđích thực hành một trong những ứng dụng quan trọng của ngành công nghiệpđiều khiển thiết bị Để thực hiện được điều đó, người thực hiện đã đưa ra một

số mục tiêu :

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của module thu phát RF

- Nghiên cứu hoạt động mã hóa và giải mã của cặp IC PT2262/PT2272

- Ứng dụng thực tế chip vi điều khiển AT89S52 và phần mềm Keil C

- Xây dựng thuật toán điều khiển và giám sát thiết bị điện

- Viết chương trình điều khiển và giám sát thiết bị điện

- Tính toán, thiết kế và thi công mạch điều khiển và giám sát thiết bị điện

1.2 Nhiệm vụ đề tài

Thiết kế và thi công mạch thực hiện các chức năng:

- Điều khiển từ xa: Bật tắt thiết bị từ xa thông qua module thu phát RF

- Điều khiển thủ công: Bật tắt thiết bị bằng tay thông qua nút nhấn đượcgắn trên board

1.3 Giới thiệu tổng quan nội dung các chương

Nội dung đề tài được chia thành 4 chương và được sắp xếp như sau:

Chương 1 Giới thiệu: trình bày tổng quan nội dung chính trong đề tài – nhữngvấn đề sẽ được đề cập đến trong toàn bộ bài viết

Chương 2 Cơ sở lý thuyết: chương này sẽ đi sâu về lý thuyết thu, phát sóng vôtuyến, cơ chế mã hóa và giải mã của cặp IC PT2262/PT2272, đồng thời trìnhbày sơ lược về vi điều khiển AT89S52

Chương 3 Tính toán và thiết kế hệ thống: đề cập đến những tính toán cụ thể đểthiết kế phần cứng cho hệ thống bao gồm các thông tin về sơ đồ khối, chứcnăng, hoạt động các khối, đồng thời tập trung nghiên cứu lưu đồ giải thuật vàviết code phần mềm cho chương trình vi điều khiển

Chương 4 Kết quả và hướng phát triển: bao gồm kết quả thi công hệ thống,những ưu, nhược điểm và hướng phát triển của đồ án

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

- Điện trở công suất: là các điện trở có công suất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W.

- Điện trở sứ, điện trở nhiệt: Là cách gọi khác của các điện trở công suất, điệntrở này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng tỏa nhiệt

- Điện trở dây cuốn: Loại điện trở này dùng dây điện trở quấn trên than lớp cáchđiện thường bằng sứ hoặc nhựa tổng hợp để tạo ra điện trở có giá trị nhỏ và chịuđược

suất tiêu tán lớn Thường được sử dụng trong các mạch cung cấp điện của cácthiết bị điện

- Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sửdụng rất rộng rãi trong các mạchđiện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyềntín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động.

2.2.2 Cấu tạo.

- Cẩu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi.

- Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điệnmôi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi nàynhư tụ giấy, tụ gốm, tụ hoá.

2.3 Khái niệm về Rơle

- Rơle là một công tắc chuyển đổi hoạt động bằng điện Nói là một công tắc vì rơle có 2 trạng thái ON và OFF Rơle ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào códòng điện chạy qua rơle hay không

Hình bên là kí hiệu của rơle trong kỹ thuật Còn về ý nghĩa kí hiệu thì phần tiếp theo sẽ giải thích

Hình 2.3 Ảnh của Rơle

2.3.1 Nguyên tắc hoạt động

Khi có dòng điện chạy qua rơle, dòng điện này sẽ chạy qua cuộn dây bên trong

và tạo ra một từ trường hút Từ trường hút này tác động lên một đòn bẩy bên trong làm đóng hoặc mở các tiếp điểm điện và như thế sẽ làm thay đổi trạng tháicủa rơle Số tiếp điểm điện bị thay đổi có thể là một hoặc nhiều, tùy vào thiết kế.Rơle có 2 mạch độc lập nhau hoạt động Một mạch là để điều khiển cuộn dây của rơle: Cho dòng chạy qua cuộn dây hay không, hay có nghĩa là điều khiển rơ

le ở trạng thái ON hay OFF Một mạch điều khiển dòng điện ta cần kiểm soát cóqua được rơle hay không dựa vào trạng thái ON hay OFF của rơle

2.4 Sóng RF

2.4.1 Khái niệm sóng RF

Những dao động điện từ có tần số hàng chục và hàng trăm Hz bức xạ rất yếu.Sóng điện từ của chúng không có khả năng truyền đi xa Trong thông tin vôtuyến, người ta sử dụng những sóng có tần số từ hàng nghìn Hz trở lên, gọi làsóng vô tuyến.Sóng RF (tần số vô tuyến) là sóng điện từ có dải tần số nằm trongkhoảng 3 KHz tới 300 GHz

Bảng 2.1: Phân loại tần số

ELF Chứa tần số điện

mạng xoay chiều, cáctín hiệu đo lường từ

Tần số thoại VF Chứa các tần số kênh

thoại tiêu chuẩn

3 – 30 kHz 100

km-10 km

Tần số rấtthấp

VLF Chứa phần trên của

dải nghe được củatiếng nói Dùng cho

hệ thống an ninh,

chuyên dụng, thôngtin dưới nước (tàungầm)

300 kHz

10 km-1 km

Tần số thấp LF Dùng cho dẫn đường

hàng hải và hàngkhông

300 kHz

-3 MHz

1 100m

km-Tần số trungbình

MF Dùng cho phát thanh

thương mại sóngtrung (535 –

1605 kHz) Cũngđược dùng cho dẫnđường hàng hải vàhàng không

3 - 30 MHz

100m-10m

Tần số cao HF Dùng trong thông tin

vô tuyến 2 chiều vớimục đích thông tin ở

cự ly xa xuyên lụcđịa, liên lạc hàng hải,hàng không, nghiệp

dư, phát thanh quảngbá

300 MHz động, thông tin hàng

hải và hàng không,phát thanh FMthương mại (88 đến

108 MHz), truyềnhình thương mại(kênh 2 đến 12 tần số

hệ thống vi ba và vệtinh

3 – 30 GHz 10 cm-1 c

m

Tần số siêucao

SHF Dùng cho các kênh

truyền hình thươngmại từ kênh 14 đếnkênh 83, các dịch vụthông tin di động mặtđất, di động tế bào,một số hệ thốngradar và dẫn đường,

hệ thống vi ba và vệtinh

300 GHz

1 1mm

cm-Tần số cực kỳcao

L và điện trường trong tụ C sẽ kết hợp tạo ra dạng sóng điện từ trường Dùngdây anten phù hợp cho phát sóng trong mạch LC vào không gian, đến đây sóng

RF dùng cho công việc điều khiển vô tuyến đã được tạo ra

Hình 2.4: Cách tạo và xác định tần số sóng RFDùng mạch cộng hưởng LC tạo sóng mang có tần số lớn, sau đó tạo ra các mãlệnh điều khiển, gắn các mã lệnh điều khiển này vào sóng mang bằng cácphương pháp điều chế rồi phát chúng vào không gian

2.4.3 Sơ lược về một vài module và mạch thu phát RF

Trên thị thường có rất nhiều dòng module thuphát có IC giải mã khác nhau Đềtài này trình bày về cặp IC thu phát giải mã thông dụng là IC PT2262/PT2272

Hình 2.5: Module thu RF

2.4.3.1 Module và mạch thu RF

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật module thu RF

Hình 2.6: Mạch thu RF dùng IC PT2272 giải mã

2.4.3.2 Module và mạch phát RF

Hình 2.7: Module phát RF

Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật module phát RF

Hình 2.9: Sơ đồ chân IC PT2262

Chức năng các chân IC PT2262:

- Trên chân OSC1(15) và OSC2(16) dùng gắn điện trở R để định tần choxung nhịp, dùng tạo ra các dãy xung mã lệnh Tần số xung nhịp phải lấytương thích giữa bên phát và bên nhận

- Các chân A0 - A5(1-6) dùng nhập mã địa chỉ, trên mỗi chân có thể có 3trạng thái, cho nối masse là bit ‘0’, cho nối vào nguồn dương là bit ‘1’ và

bỏ trống là bit ‘F’

- Chân A6/D5 - A11/D0 có thể dùng như các chân địa chỉ từ A6 đến A11,nhưng khi dùng như chân nhập dữ liệu thì chỉ xác lập theo mức 0 và mức

1, chỉ có 2 trạng thái ‘0’ hoặc ‘1’

- Chân TE\(14) dùng cho xuất nhóm xung mã lệnh, nó có tác dụng ở mức

áp thấp Nghĩa là khi chân này ở mức áp thấp, nó sẽ cho xuất ra xung mãlệnh trên chân Dout

- Chân Dout(17), là chân ngõ ra của nhóm tín hiệu mã lệnh, các tín hiệu mãlệnh đều ở dạng xung, nghĩa là lúc ở mức áp thấp, lúc ở mức áp cao

- Chân VCC(18) nối với nguồn

- Chân Vss(9) nối mass

Như đã đề cập, thường thì các chân từ A0 đến A7 được sử dụng như là cácchân mã hóa Nếu các chân này ở mạch PT2262 được dùng như thế nào thì ởmạch PT2272 cũng được dùng như vậy Khi đó thì các mạch phát và mạch thusẽ hiểu nhau, còn các mạch phát khác sẽ không nhận ra

Các chân 10 đến 13 là các chân data khi truyền Như vậy IC này có thểtruyền song song 4 bit Chân 15 và 16 dùng để gắn điện trở tạo thành tần số

truyền như mong muốn.Giá trị điện trở chân 15 và 16 ở IC PT 2272 nhỏ hơn 10lần so với PT2262.

Chức năng của các chân:

- Các chân A0 – A7 (1-8) dùng nhập mã địa chỉ, trên mỗi chân có thể có 3trạng thái, cho nối masse là bit ‘0’, cho nối vào nguồn dương là bit ‘1’ và

bỏ trống là bit ‘F’

- Chân Vss (9) nối mass

- Chân D3 – D0 (10-13) có thể dùng như các chân địa chỉ, nhưng khi dùngnhư chân nhập dữ liệu thì chỉ xác lập theo mức 0 và mức 1

- Chân DIN (14): Tín hiệu nhận được sau khi loại bỏ sóng mang thành tínhiệu điều khiển sẽ được đưa vào chân này

- Chân OSC1 (15) và OSC2 (16) dùng gắn điện trở để định tần cho xungnhịp, xung nhịp này cần thiết cho hoạt động của IC

- Chân VT (17): khi chân này ở mức cao thì tín hiệu nhận được là hợp lệ

- Chân VCC (18) nối với nguồn

Như vậy chân 17 PT 2272 sẽ lên mức 1 khi nhận được dữ liệu đúng Cácchân 10 đến 13 sẽ nhận data và thể hiện mức logic tương ứng khi nhận

Những đặc tính của IC:

- Điện năng tiêu thụ thấp

- Khả năng chống nhiễu cao

- Có 12 chân địa chỉ và mỗi chân có tới 3 trạng thái: (0) ,(1),(F)

- Chân dữ liệu: Tối đa 6 chân

- Phạm vi điện áp hoạt động rộng: 4V-15V

- Sử dụng điện trở dao động đơn

- Chốt hoặc xóa đầu ra tức thời

Ứng dụng: Cặp IC PT2262/PT2272 được ứng dụng điều khiển từ xa khá phổbiến và rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng:

- Hệ thống bảo vệ từ xa: chống trộm, báo động,…

- Điều khiển thiết bị điện từ xa: đèn, quạt, relay, …

- Công nghiệp đồ chơi điều khiển từ xa, …

2.6 Khảo sát vi điều khiển AT89S52

2.6.1 Giới thiệu vi điều khiển AT89S52

AT89S52 là một hệ vi tính 8 bit đơn chíp CMOS có hiệu suất cao,công suấtnguồn tiêu thụ thấp và có 4Kbyte bộ nhớ ROM Flash xoá được lập trình được.Chip này được sản xuất dựa vào công nghệ bộ nhớ không mất nội dung có độtích hợp cao của Atmel Chip AT89S52 cũng tương thích với tập lệnh và cácchân ra của chuẩn công nghiệp MCS-52 Flash trên chip này cho phép bộ nhớchương trình được lập trình lại trên hệ thống hoặc bằng bộ lập trình bộ nhớkhông mất nội dung qui ước Bằng cách kết hợp một CPU linh hoạt 8 bit vớiFlash trên một chip đơn thể, Atmel 89S52 là một hệ vi tính 8 bit đơn chip mạnhcho ta một giải pháp có hiệu quả về chi phí và rất linh hoạt đối với các ứng dụngđiều khiển AT89S52 có các đặc trưng sau: 4Kbyte Flash, 128 byte Ram, 32đường xuất nhập, hai bộ định thời / đếm 16 bit, một cấu trúc ngắt 2 mức ưu tiên

và 5 nguyên nhân ngắt, một port nối tiếp song công, mạch dao động và tạo xungclock trên chip Ngoài ra AT89S52 được thiết kế với logic tĩnh cho hoạt đông cótần số giảm xuống 0 và hỗ trợ hai chế độ tiết kiệm năng lượng được lựa chọnbằng phần mềm Chế độ nghĩ dừng CPU trong khi vẫn cho phép RAM, các bộđịnh thời / đếm, port nối tiếp và hệ thống ngắt tiếp tục hoạt động Chế độ nguồngiảm duy trì nội dung của RAM nhưng không cho mạch dao động cung cấpxung clock nhằm vô hiệu hoá các hoạt động khác của chip cho đến khi có resetcứng tiếp theo

Các đặc điểm của 89S52 được tóm tắt như sau:

 4 KB bộ nhớ có thể lập trình lại nhanh, có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi xoá Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz 2

 3 mức khóa bộ nhớ lập trình

 2 bộ Timer/counter 16 Bit

 128 Byte RAM nội

 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit

 64 KB vùng nhớ mã ngoài

 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại

 Xử lý Boolean (hoạt động trên bit đơn)

 210 vị trí nhớ có thể định vị bit

 4 s cho hoạt động nhân hoặc chia

Hình 2.11: Sơ đồ khối AT89S52

2.6.2 Sơ đồ chân AT89S52

Mặc dù các thành viên của họ 8051 (ví dụ 8751, 89S52, 89C51, DS5000) đều

có các kiểu đóng vỏ khác nhau, chẳng hạn như hai hàng chân DIP (Dual In-LinePakage), dạng vỏ dẹt vuông QPF (Quad Flat Pakage) và dạng chip không cóchân đỡ LLC (Leadless Chip Carrier) thì chúng đều có 40 chân cho các chứcnăng khác nhau như vào ra I/O, đọc RD\, ghi WR\, địa chỉ, dữ liệu và ngắt Cầnphải lưu ý một số hãng cung cấp một phiên bản 8051 có 20 chân với số cổngvào ra ít hơn cho các ứng dụng yêu cầu thấp hơn Tuy nhiên vì hầu hết các nhà