Điều khiển từ xa bằng hồng ngoại (PT2248PT2249)

* Sơ đồ kết cấu của hệ thống điều khiển từ xa bao gồm: - Thiết bị phát: biến đổi lệnh điều khiển thành tin tức tín hiệu và phát đi.. Do yêu cầu về độ chính xác cao trong các tín hiệu điề

Mục lục

Lêi nãi ®Çu 5

CHƯƠNG I - LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 7

1.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 7

1.1.1 Hệ thống điều khiển từ xa 7

1.1.2 Một số vấn đề cơ bản trong hệ thống điều khiển từ xa 7

1.1.3 Các phương pháp mã hóa trong điều khiển từ xa 8

1.1.4 Sơ đồ khối của một hệ thống điều khiển từ xa 8

1.2 ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DÙNG TIA HỒNG NGOẠI 9

1.2.1 Khái niệm về tia hồng ngoại 9

1.2.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại 9

1.3 – ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DÙNG SÓNG VÔ TUYẾN 11

1.3.1 Sơ lược về hệ thống điều khiển từ xa dùng sóng vô tuyến 11

1.3.2 Sơ đồ khối máy phát 12

1.3.3 Sơ đồ khối máy thu 12

1.4 - PHÂN TÍCH ƯU-KHUYẾT ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DÙNG TIA HỒNG NGOẠI VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DÙNG SÓNG VÔ TUYẾN 13

1.4.1 Ưu và khuyết điểm của từng phương pháp 13

1.4.2 Phân tích và so sánh ưu và khuyết điểm 14

1.4.3 Kết luận và chọn phương án chế tạo 15

1.5 MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI 15

1.5.1 Tai nghe hồng ngoại 15

1.5.2 Mạch điện IC điều khiển từ xa mới nhất WG0623A 17

CHƯƠNG II – TỔNG QUAN LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 19

2.1 – IC CMOS PT2248 VÀ PT2249A 19

2.1.1 Sơ lược về IC CMOS 19

2.1.2 IC CMOS PT2248 20

2.1.3 IC CMOS PT2249A 24

2.2 LED phát hồng ngoại và mắt nhận hồng ngoại PC 1838B 27

2.2.1 LED phát hồng ngoại 27

2.2.2 Mắt nhận hồng ngoại PC 1838B 27

2.3 IC 74HC27 và 74HC74 29

2.3.1 IC 74HC27 29

2.3.2 IC 74HC74 31

2.4 Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ một pha 33

2.4.1 Động cơ điện 33

2.4.2 Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ một pha 35

CHƯƠNG III – THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO 39

3.1 Sơ đồ khối 39

3.2 Khối nguồn 39

3.2.1 Khối nguồn I 39

3.2.2 Khối nguồn II 40

3.3 Khối phát 42

3.4 Khối thu 44

3.4 Khối điều khiển 45

3.5 Sơ đồ mạch in 47

Một số linh kiện thay thế 52

Lời kết 53

Tài liệu tham khảo 54

Lêi nãi ®Çu

Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ra đã và đang ngày một 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 độ chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố 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 ửng được các đòi hỏi không ngừng từ các lình vực công-nông-lâm-ngư nghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết trong hoạt động đời sống hằng ngày

Một trong những ứng dụng quan trọng của công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển từ xa Điều khiển từ xa là việc điều khiển một mô hình ở một khoảng cách nào đó mà con người không nhất thiết trực tiếp đến nơi đặt hệ thống Khoảng cách đó tuỳ thuộc vào từng hệ thống

có mức phức tạp khác nhau, chẳng hạn như để điều khiển từ xa một phi thuyền ta cần phải

có hệ thống phát và thu mạnh, ngược laị, để điều khiển một trò chơi điện tử từ xa ta chỉ cần một hệ thống phát và thu yếu hơn

Những đôí tượng được điều khiển có thể ở trên không gian, ở dưới đáy biển sâu hay ở một vùng xa xôi hẻo lánh nào đó trên mặt điạ cầu

Thế giới càng phát triển thì lĩnh vực điều khiển cần phải được mở rộng hơn Việc ứng dụng điều khiển từ xa vào thông tin liên lạc đã mang lại nhiều thuận lợi cho xa hộiloài người, thông tin được cập nhật hơn nhờ sự chính xác và nhanh chóng của quá trình điều khiển từ xa trong đo lường từ xa

Ngoài ra điều khiển từ xa còn được ứng dụng trong kỹ thuật đo lường Trước đây, muốn đo

độ phóng xạ của lò hạt nhân thì hết sức khó khăn và phức tạp nhưng giờ đây con người có thể ở một nơi hết sức an toàn nào đó cũng có thể đo được độ phóng xạ của lò hạt nhân nhờ vào kỹ thuật điều khiển từ xa Như vậy, hệ thống điều khiển từ xa đã hạn chế được mức độ phức tạp của công việc và đảm bảo an tòan cho con người.

Trong sinh hoạt hằng ngày của con người như những trò chơi giải trí (robot, xe điều khiển từ

xa ) cho đến những ứng dụng gần gũi với con người cũng được cải tiến cho phù hợp với việc

sử dụng và đạt mức tiện lợi nhất Điều khiển từ xa đã thâm nhập vào vấn đề này do đó cho ra những loại tivi điều khiển từ xa, đầu video, VCD, CD, đến quạt bàn tất cả đều được điều khiển từ xa Xuất phát từ những ý tưởng trên nên em đã chọn đề tài “điều khiển tốc độ quạt

từ xa”, nhưng vì thời gian quá hạn hẹp, trình độ kỹ thuật cũng như vấn đề tài chính còn nhiều hạn chế nên em chỉ thiết kế và thi công mạch điều khiển từ xa quạt bằng tia hồng ngoại

Nội dung của bản thuyết minh đồ án gồm 2 phần :

Phần I – Cơ sở lý thuyết gồm các chương I, II

Phần II – Thiết kế và chế tạo gồm các chương III

Do thời gian, tài liệu và trình độ còn hạn chế nên cuốn thuyết minh đồ án vẫn còn nhiều thiếu sót Kính mong sự chỉ dẫn và góp ý của tất cả thầy cô và các bạn

Hưng Yên, ngày 18 tháng 09 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Lê Đức Trường

Trần Quang Hải

CHƯƠNG I - LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỪ XA

1.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA

1.1.1 Hệ thống điều khiển từ xa

Hệ thống điều khiển từ xa là một hệ thống cho phép ta điều khiển các thiết bị từ một khoảngcách xa Ví dụ hệ thống điều khiển bằng vô tuyến, hệ thống điều khiển từ xa bằng tia hồngngoại, hệ thống điều khiển từ xa bằng cáp quang dây dẫn

* Sơ đồ kết cấu của hệ thống điều khiển từ xa bao gồm:

- Thiết bị phát: biến đổi lệnh điều khiển thành tin tức tín hiệu và phát đi

- Đường truyền: đưa tín hiệu điều khiển từ thiết bị phát đến thiết bị thu

- Thiết bị thu: nhận tín hiệu điều khiển từ đường truyền, qua quá trình biến đổi, biến dịch đểtái hiện lại lệnh điều khiển rồi đưa đến các thiết bị thi hành

Hình 1.1.1.1 – Sơ đồ kết cấu của hệ thống điều khiển từ xa

* Nhiệm vụ cơ bản của hệ thống điều khiển từ xa :

- Phát tín hiệu điều khiển

- Sản sinh ra xung hoặc hình thành các xung cần thiết

- Tổ hợp xung thành mã

- Ở điểm chấp hành (thiết bị thu) sau khi nhận được mã phải biến đổi mã nhận được thànhcác lệnh điều khiển và đưa đến các thiết bị, đồng thời kiểm tra sự chính xác của mã mới nhận

1.1.2 Một số vấn đề cơ bản trong hệ thống điều khiển từ xa

Do hệ thống điều khiển từ xa có đường truyền dẫn xa nên chúng ta phải nghiên cứu về kếtcấu hệ thống để đảm bảo tín hiệu được truyền đi chính xác và nhanh chóng theo những yêucầu cơ bản sau

* Kết cấu tin tức

Trong hệ thống điều khiển từ xa độ tin cậy truyền dẫn tin tức có quan hệ rất nhiều đến kết cấutin tức Nội dung về kết cấu tin tức có 2 phần : phần chất và phần lượng Về lượng có cáchbiến lượng điều khiển và về chất có cách biến chất điều khiển thành từng loại tín hiệu gì chophù hợp và những tín hiệu đó cần có những phương pháp nào để hợp thành tin tức, để códung lương lớn nhất và tốc độ truyền nhanh nhất

- Tốc độ làm việc nhanh

- Thiết bị phải an toàn, tin cậy

- Kết cấu phải đơn giản

Hệ thống điều khiển từ xa có hiệu quả cao là hệ thống đạt tốc độ điều khiển cực đại đồng thờiđảm bảo độ chính xác trong phạm vi cho phép

1.1.3 Các phương pháp mã hóa trong điều khiển từ xa

Trong hệ thống truyền thông tin rời rạc hoặc truyền thông tin liên tục nhưng đã được rời rạchóa, tin tức thường phải được biến đổi thông qua một phép biến đổi thành số (thường là sốnhị phân) rồi mã hóa và được phát đi từ máy phát Ở máy thu, tín hiệu phải thông qua cácphép biến đổi ngược lại với các phép biến đổi trên: giải mã, liên tục hóa …

Sự mã hóa tín hiệu điều khiển nhằm tăng tính hữu hiệu và độ tin cậy của hệ thống điều khiển

từ xa, nghĩa là tăng tốc độ truyền và khả năng chống nhiễu

Trong điều khiển từ xa ta thường dùng mã nhị phân tương ứng với hệ, gồm có hai phần tử[0] và [1] Do yêu cầu về độ chính xác cao trong các tín hiệu điều khiển được truyền đi đểchống nhiễu ta dùng loại mã phát hiện và sửa sai

Mã phát hiện và sửa sai thuộc loại mã đồng đều bao gồm các loại mã: mã phát hiện sai, mãsửa sai, mã phát hiện và sửa sai

Dạng sai nhầm cuả các mã được truyền đi tùy thuộc tính chất của kênh truyền, chúng có thểphân thành 2 loại :

- Sai độc lập: Trong quá trình truyền, do nhiều tác động, một hoặc nhiều ký hiệu trong các tổhợp mã có thể bị sai nhầm, nhưng những sai nhầm đó không liên quan nhau

- Sai tương quan: Được gây ra bởi nhiều nhiễu tương quan, chúng hay xảy ra trong từngchùm, cụm ký hiệu kế cận nhau Sự lựa chọn của cấu trúc mã chống nhiễu phải dựa trên tínhchất phân bố xác suất sai nhầm trong kênh truyền

Hiện nay lý thuyết mã hóa phát triển rất nhanh, nhiều loại mã phát hiện và sửa sai đượcnghiên cứu như: mã Hamming, mã chu kỳ, mã nhiều cấp

1.1.4 Sơ đồ khối của một hệ thống điều khiển từ xa

Hình 1.1.4.1- Sơ đồ khối máy phát

Khuếchđại

Chấphành

Hình 1.1.4.2 – Sơ đồ khối máy thu

1.2 ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DÙNG TIA HỒNG NGOẠI

1.2.1 Khái niệm về tia hồng ngoại

Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắtthường, có bước sóng khoảng từ 0.86μm đến 0.98μm Tia hồng ngoại có vận tốc truyền bằngm đến 0.98μm đến 0.98μm Tia hồng ngoại có vận tốc truyền bằngm Tia hồng ngoại có vận tốc truyền bằngvận tốc ánh sáng

Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu Nó được ứng dụng rộng rãi trongcông nghiệp Lượng thông tin có thể đạt 3 mega bit /s Trong kỹ thuật truyền tin bằng sợiquang dẫn không cần trạm khuếch đại giữa chừng, người ta có thể truyền 15000 cuộc điệnthoại hay 12 kênh truyền hình qua một sợi tơ với đường kính 0,13mm với khoảng cách 10kmđến 20 km Lượng thông tin được truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so vớisong điện từ mà người ta vẫn dùng

Sóng hồng ngoại có những đặc tính quan trọng giống như ánh sáng ( sự hội tụ qua thấu kính,tiêu cự …) Tuy nhiên ánh sáng thường và ánh sáng hồng ngoại khác nhau rất rõ trong sựxuyên suốt qua vật chất Có những vật mắt ta thấy “phản chiếu sáng” nhưng với tia hồngngoại nó là những vật “phản chiếu tối” Có những vật chất ta thấy nó dưới một màu xám đụcnhưng với ánh sáng hồng ngoại nó trở nên xuyên suốt Điều này giải thích vì sao LED hồngngoại có hiệu suất cao hơn LED phát ánh sáng nhìn thấy như LED đỏ, vàng, xanh lục, Vìvật liệu bán dẫn “trong suốt” đối với ánh sáng hồng ngoại, tia hồng ngoại không bị yếu đi khi

nó vượt qua các lớp bán dẫn để đi ra ngoài Trong điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại,chùm tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng, do đó khi thu phải đúng hướng

1.2.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại

a) Nguyên lý thu phát hồng ngoại

Việc thu hoặc phát bức xạ hồng ngoại có thể thực hiện bằng nhiều phương tiện khác nhau Nhiều thứ có thể phát tia hồng ngoại như: lò bức xạ, lò điện, đèn, cơ thể người, Để có thểtruyền tia hồng ngoại tốt, tránh xung nhiễu bắt buộc phải dùng mã phát và nhận ổn định đểxác định xem đó là xung truyền hay nhiễu Tần số làm việc tốt nhất từ 30 KHz đến 60 KHz,nhưng thường sử dụng khoảng 38 KHz

Dùng tần số 38 KHz để truyền tín hiệu hồng ngoại thì dễ, nhưng khó thu và giải mã, phải sửdụng bộ lọc để tín hiệu ngõ ra là xung vuông, nếu ngõ ra có xung nghĩa là đã nhận được tínhiệu ở ngõ vào

b) Sơ đồ khối phần phát

-Khối chọn chức năng và khối mã hóa: Khi người sử dụng bấm vào các phím chức năng để

phát lệnh yêu cầu của mình, mổĩ phím chức năng tương ứng với một số thập phân Mạch mãhóa sẽ chuyển đổi thành mã nhị phân tương ứng dưới dạng mã lệnh tín hiệu số gồm các bít 0

và 1 Số bit trong mã lệnh nhị phân có thể là 4 bit, 8 bit hay 12 bit… tùy theo số lượng cácphím chức năng nhiều hay ít

-Khối dao động có điều kiện: Khi nhấn 1 phím chức năng thì dồng thời khởi động mạch daođộng tạo xung đồng hồ, tần số xung đồng hồ xác định thời gian chuẩn của mỗi bit

-Khối chốt dữ liệu và khối chuyển đổi song song ra nối tiếp : Mã nhị phân tại mạch mã hóa sẽđược chốt để đưa vào mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp Mạch chuyển đổi dữliệu song song ra nối tiếp được điều khiển bởi xung đồng hồ và mạch định thời nhằm đảmbảo kết thúc đúng lúc việc chuyển đổi đủ số bit của một mã lệnh

-Khối điều chế và phát FM : mã lệnh dưới dạng nối tiếp sẽ được đưa qua mạch điều chế vàphát FM để ghép mã lệnh vào sóng mang có tần số 38Khz đến 100Khz, nhờ sóng mang caotần tín hiệu được truyền đi xa hơn, nghĩa là tăng cự ly phát

-Khối thiết bị phát : là một LED hồng ngoại Khi mã lệnh có giá trị bit = ’1’ thì LED pháthồng ngoại trong khoảng thời gian T của bit đó Khi mã lệnh có giá trị bit=’0’ thì LEDkhông sáng Do đó bên thu không nhận được tín hiệu xem như bit = ‘0’

Hình 1.2.2.1 – Sơ đồ khối phần phát tia hồng ngoại

c) Sơ đồ khối phần thu

- Khối thiết bị thu: Tia hồng ngoại từ phần phát được tiếp nhận bởi LED thu hồng ngoại haycác linh kiện quang khác

- Khối khuếch đại và Tách sóng: trước tiên khuếch đại tính hiệu nhận rồi đưa qua mạch táchsóng nhằm triệt tiêu sóng mang và tách lấy dữ liệu cần thiết là mã lệnh

- Khối chuyển đổi nối tiếp sang song song và Khối giải mã: mã lệnh được đưa vào mạchchuyển đổi nối tiếp sang song song và đưa tiếp qua khối giải mã ra thành số thập phân tươngứng dưới dạng một xung kích tại ngõ ra tương ứng để kích mở mạch điều khiển.

- Tần số sóng mang còn được dùng để so pha với tần số dao động bên phần thu giúp chomạch thu phát hoạt động đồng bộ, đảm bảo cho mạch tách sóng và mạch chuyển đổi nối tiếpsang song song hoạt động chính xác

Hình 1.2.2.2 – Sơ đồ khối phần thu và giải mã tia hồng ngoại

1.3 – ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DÙNG SÓNG VÔ TUYẾN

1.3.1 Sơ lược về hệ thống điều khiển từ xa dùng sóng vô tuyến

Hệ thống vô tuyến là hệ thống truyền tín hiệu từ nơi này sang nơi khác bằng sóng điện từ Tín hiệu thông tin được truyến đi từ nơi phát được chuyển thành tín hiệu điện, sau đó được

mã hóa để truyền đi Tại nơi thu, tín hiệu điện sẽ được giải mã, phục hồi lại thông tin banđầu

Việc điều chế tín hiệu điện trong hệ thống vô tuyến, truyến tín hiệu là quá trình đặt tín hiệuthông tin vào sóng mang có tần số cao hơn để truyền đi Tại máy thu tín hiệu sẽ được loại bỏthành phần sóng mang, chỉ nhận và giải mã tín hiệu thông tin, đây là quá trình điều chế

Hệ thống điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến bao gồm máy phát và máy thu Máy phát cónhiệm vụ phát ra lệnh điều khiển truyền ra ngoài môi trường dưới dạng sóng điện từ mangtheo tín hiệu điều khiển Máy thu thu tín hiệu từ môi trương, xử lý tín hiệu và đưa ra lệnh

điều khiển đến mạch chấp hành Đặc điểm của hệ thống này là phải dùng Antena để bức xạtín hiệu điều khiển đối với máy phát và một Antena khác để thu tín hiệu điều khiển đối vớimáy thu

1.3.2 Sơ đồ khối máy phát

ANTENA

Hình 1.3.2.1 – Sơ đồ khối máy phát sóng vô tuyến

- Khối phát lệnh điều khiển : Dùng các phím để phát lệnh điều khiển theo phương thức matrận phím hoặc từng phìm riêng lẻ

- Khối mã hóa : Biến đổi sóng dao động điện được tạo ra từ bàn phím lệnh thành sóng điện cótần số đặc trưng cho lệnh điều khiển tương ứng

- Khối dao động cao tần : Tạo dao động bên trong máy phát, có nhiệm vụ tạo sóng mang đểchuyên chở tín hiệu điều khiển trong không gian

- Khối điều chế : Phối hợp 2 tín hiệu dao động lại với nhau theo các phương pháp khác nhau,tùy theo đặc điểm của hệ thống thu-phát như điều chế biên độ (AM), điều chế tần số (FM),

- Khối khuếch đại cao tần : Khuếch đại biên độ tín hiệu nhằm tăng cường công suất bức xạsóng điện từ

1.3.3 Sơ đồ khối máy thu

ANTENA

Hình 2.3.2 – Sơ đồ khối máy thu sóng vô tuyến

- Khối khuếch đại cao tần : khuếch đại biên độ tín hiệu cao tần thu được từ Antena để bù lạinăng lượng tiêu hao trong qua trình sóng điện từ lan truyền trong môi trường

Phát lệnh

điều khiển

Mãhóa

Khuếch đạicao tần

Dao độngcao tần

Điềuchế

Khuếch đại cao tần

Trộntần

Táchsóng

Giảimã

Dao độngnội

Mạch điềukhiển

- Khối dao động nội : Là dao động cao tần hình sin biến đổi năng lượng dao động một chiềuthành xoay chiều có tần số yêu cầu Khối dao động nội là dao động tự kích có tần số ổn địnhcao

- Khối trộn tần : biến đổi tín hiệu cao tần thành tín hiệu trung tần chung, với tần số này việcthế kế mạch trở nên dễ dàng hơn cững như mạch sẽ có độ ổn định cao hơn Khối trộn tần còn

có nhiệm vụ khuếch đại biên độ tín hiệu tín hiệu trung tần chung

- Khối tách sóng có nhiệm vụ triệu tiêu sóng mang cao tần, phục hồi lại tín hiệu điều khiển

- Khối giải mã : Nhận biết tín hiệu vừa phát đi để phát ra lệnh tác động đúng thiết bị cần điềukhiển

Qua thực nghiệm cho thấy, để sóng điện từ bức xạ và lan truyền tốt trong môi trường thì tần

số thích hợp là hơn 100 kHz Ngoài ra vấn đề phối hợp trở kháng giữa các tầng trong máyphát, giữa Antena và tầng công suất phát là rất quan trọng trong việc nâng cao khoảng cáchphát tín hiệu

Vì Antena thu có đặc tính cộng hưởng với tần số phát nên kích thước Antena có quan hệ chặtchẽ với tần số phát

Tầm thu-phát của hệ thống còn phụ thuộc vào địa hình, độ cao của Antena và độ nhạy củathiết bị

1.4 - PHÂN TÍCH ƯU-KHUYẾT ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ

XA DÙNG TIA HỒNG NGOẠI VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DÙNG SÓNG VÔ TUYẾN

1.4.1 Ưu và khuyết điểm của từng phương pháp

a) Phương pháp điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại

Ưu điểm :

- Không dây dẫn

- Thiết bị phát và thu tín hiệu (LED phát và quang điện trở, PhotoDiode hayPhotoTransistor, ) nhỏ, gọn, dễ lắp đặt và có độ tin cậy cao

- Điện áp cung cấp thấp, có độ tin cậy nhỏ

- Điều khiển được nhiều thiết bị

- Tính khả thi cao, linh kiện dễ tìm thấy, giá thành rẻ, dễ thiết kế và chế tạo

Khuyết điêm :

- Tầm xa hạn chế

- Dòng điện cao tức thời

- Bị nhiễu bởi hồng ngoại do các nguồn xung quanh phát ra, ảnh hưởng tới tầm phát tín hiệu

Do đó chỉ dùng trong nhà hoặc nơi có nhiệt độ môi trường ảnh hưởng thấp

- Tín hiệu chỉ truyền được theo đường thẳng nên gặp hạn chế khi bị vật cản

b) Phương pháp điều khiển từ xa dùng sóng vô tuyến

* Ưu điểm :

- Truyền đạt tín hiệu với khoảng cách xa

- Không bị ảnh hưởng nhiều bởi vật cản

- Tầm phát rộng, nhiều hướng khác nhau nên có thể điều khiển cùng một lúc với các thiết bị

nhận kênh đồng thời

* Khuyết điểm :

- Khi phát hay thu đều cần có Antena

- Làm không gian bị bão hòa, gây nhiễu vô tuyến

- Hay bị ảnh hưởng bởi nhiễu từ môi trường gây méo, sai tín hiệu làm không điều khiển được

- Để tránh ảnh hưởng các tần số phát sóng chuyên nghiệp nên phải tuân thủ theo quy định củabưu điện Do đó không thể điều khiển nhiều kênh vì dãy tần nghiệp dư theo quy định củabưu điện rất hẹp

- Sóng vô tuyến thường bị nhiễu nên hệ thống mã hóa khá phức tạp

- Tính khả thi không cao vì nhiều linh kiện khó tìm, giá thành cao, thiết kế và chế tạo cónhiều khó khăn

1.4.2 Phân tích và so sánh ưu và khuyết điểm

* Vấn đề tần số sóng mang :

Khi truyền tín hiệu đi xa cần có sóng mang để chuyên chở tín hiệu Với phương pháp dùngsóng vô tuyến sử dụng sóng mang tần số cao nên kho chế tạo; mặt khác, phương pháp dùngsóng vô tuyến phải tuân thủ quy định của bưu điện Còn phương pháp dùng sóng hồng ngoạitần số thấp dễ chế tạo và không cần khung cộng hưởng LC như sóng vô tuyến

* Vấn đề thu-phát :

Phương pháp dùng sóng vô tuyến yêu cầu sử dụng Antena để phát và thu tín hiệu gây bất tiệnkhi sử dụng, khoảng cách điều khiển lại phụ thuộc nhiều vào chiều dài của Antena, điều kiệnmôi trường và địa hình Ngoài ra còn phải lưu ý vấn để phối hợp trở kháng giữa Antena thu-phát và mạch khuếch đại công suất phát

Phương pháp điều khiển từ xa bằng hồng ngoại thì có nhiều ưu điểm hơn như gọn nhẹ, khôngcần Antena thu-phát, LED có kích thước nhỏ nên dễ bố trí, giá thành rẻ

* Vấn đề công suất phát :

Để nâng cao khoảng cách điều khiển của thiết bị thì phải nâng cao công suất phát và độ nhạy của chúng Trong trường hợp điều khiển dùng sóng vô tuyến có nhược điểm là khuếch đạicộng hưởng nằm ở tầng công suất nên khiến mạch phát có kích thước và tiêu hao công suấtlớn

Với phương pháp điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại thì để tăng khoảng cách phát ta có thểtăng số lượng LED hay phân cực cho thiết bị thu để nó chạy “mạnh” hơn thì không nên thựchiện vì khiến việc điều khiển phụ thuộc nhiều hơn vào điều khiên môt trường ngoài

* Phạm vi ứng dụng :

Tia hồng ngoại được sử dụng nhiều để điều khiển các thiết bị sinh hoạt trong gia đình nhưđèn, quạt, ti-vi, tuy nhiên không dùng được ngoài nắng Sóng vô tuyến có phạm vi ứngdụng lớn hơn tia hồng ngoại

* Tính khả thi :

Những thiết bị của mạch điều khiển sử dụng tia hồng ngoại đã có như IC PT2248 vàPT2249A (hoặc SZ9148, SZ9149 tương đương), LED phát hồng ngoại, thiết bị thu hồngngoại, khá dễ tìm và có giá thành rẻ Những thiết bị của mạch điều khiển sử dụng sóng vôtuyến cuộn dây làm khung cộng hưởng, khá khó tìm và không có thiết bị đo lường cụ thể

1.4.3 Kết luận và chọn phương án chế tạo

Sau khi so sánh, phân tích những thuận lợi và khó khăn cơ bản; em thấy phương án chế tạo mạch điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại cũng có nhiều ứng dụng trong thực tế, lại dễ chế tạo và phù hợp với trình độ hiện tại của bản thân Vậy nên trong đề tài này em quyết định sử dụng kỹ thuật điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại để “thiết kế và chế tạo mạch điều khiển tốc độ quạt”

1.5 MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI

1.5.1 Tai nghe hồng ngoại

Hình 1.5.1.1 – Sơ đồ mạch phátD1,D2,D3 : LD271

R1 : 100k Ω , R2 : 80k Ω , R3 : 6,8k Ω

P1 : Biến trở 100k Ω

* Nguyên lý hoạt động của mạch :

Ba LED hồng ngoại được cấp điện với MOSFET T1 Dòng điện này có thể chỉnh được nhờ biến trở P1 Tín hiệu âm thanh đến C1 phần 1 chiều được giữ lại , phần xoay chiều đến cực

ốn của T1 và làm biến điệu dòng điện qua các led hồng ngoại Cường độ ánh sáng hồng

ngoại phát đi do đó bị biến điệu (AM) T2 và R3 hạn chế dòng điện qua mosfet T1 làm hỏng LED khi ở cổng có điện thế quá lớn Dòng điện bị hạn chế nhỏ hơn 100mA Transistor

BS170 có thể làm việc với dòng qua cực máng đến 500mA và có công suất tiêu tán 730mW

Khi D1 nhận tín hiệu từ bộ phát ,sau đó đưa đến tác động cực cổng của T2, tín hiệu được

khuếch đại loại bỏ sóng mang tín hiệu âm tần lấy ra ở chân D của MOSFET T2 nối qua loa (K1)

* Ứng dụng của mạch :

Khi sử dụng tai nghe , radio , casset , tivi … Ta luôn có cảm giác vướng víu dây dẫn , không được tự do đi lại , rất bất tiện Sau đây là mạch ứng dụng thu phát hồng ngoại giúp cho tavừa đi lại tự do trong phòng của mình vừa nghe nhạc , tin tức mà không ảnh hưởng tới ngườikhác

Hình 1.5.1.3 – Hình ảnh thực tế của tai nghe hồng ngoại

1.5.2 Mạch điện IC điều khiển từ xa mới nhất WG0623A

Hiện nay, thiết bị điện trong gia đình càng nhiều, bộ phận điều khiển từ xa (remote) cũngcàng ngày dùng càng phổ biến, con người cần có 1 bộ điều khiển từ xa vạn năng Để giảiquyết điều này có thể dùng vi xử lí tiên tiến của nước ngoài IC-WG0623A chế tạo thành 1 bộđiều khiển xa có thể thay thế cho mọi remote hiện có và nhờ đó điều khiển từ xa tất cả cácthiết bị đang dùng trong gia đình

Hình 1.5.2.1 – Sơ đồ và chức năng các chân của IC WG0623AHiện nay các bộ điều khiển từ xa dùng IC sử dụng trong thiết bị điện gia đình đều có mã điềukhiển từ xa cố định, và đối tượng điều khiển từ xa hình thành từng đôi có quan hệ với nhau.Nhưng đặc điểm của IC-WG0623A là có khả năng học, nó có thể mô phỏng tất cả các mãphát của LED điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại, vì thế có thể sử dụng để thay thế các bộđiều khiển từ xa thông dụng.

Bên trong của WG0623A chế tạo thàn bộ điều khiển từ xa tiên tiến nhất Bộ điều khiển từ xanày vừa thích hợp sử dụng bình thường trong gia đình cũng có thể bán kèm với các sản phẩmnhư : VCD, thiết bị âm hưởng, tivi…

Hình 1.5.2.2 – Một số loại điều khiển từ xa trong thực tế

CHƯƠNG II – TỔNG QUAN LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

2.1 – IC CMOS PT2248 VÀ PT2249A

2.1.1 Sơ lược về IC CMOS

CMOS (Complementary MOS) có cấu tạo kết hợp cả PMOS và NMOS trong cùng 1 mạchnhờ đó tận dụng được các thế mạnh của cả 2 loại, nói chung là nhanh hơn đồng thời mất mátnăng lượng còn thấp hơn so với khi dùng rời từng loại một Đầu tiên, CMOS được nghiêncứu để sử dụng trong lĩnh vực hàng không vũ trụ Với các đặc tính như không phụ thuộc vàolưới điện, miễn nhiễu, Ngày nay, CMOS được sử dụng rộng rãi trong lưới điện côngnghiệp, điện từ, y khoa, kỹ thuật xe hơi và cả trong kỹ thuật máy tính điện tử

CMOS có các đặc tính quan trọng sau :

- Công suất tiêu tán nhỏ : 25 nW per gate (static)

- Điện áp làm việc từ 3V đến 15V, tối đa 18V

- CMOS chống nhiễu tốt

- Khoảng nhiệt độ làm việc : Thương mại : -40 C đến 85 C

Quân sự : -55 C đến 125 C

- DC fanout > 50

a) Điện áp

CMOS có thể hoạt động từ 3V đến 5V Tuy nhiên với điện áp nhỏ hơn 4,5V thì thời gian trễ

sẽ gia tăng (vận tốc làm việc sẽ chậm lại), tổng trở ra cũng cao hơn và đồng thời tính chốngnhiễu cũng giảm Với những điện áp lớn hơn 15V cũng có những bất lợi :

- Công suất tiêu tán lúc CMOS hoạt động tăng cao

- Với những xung nhiễu từ nguồn vượt quá điện áp đánh thủng (20V), tạo ra hiệu ứng latch-up và làm hỏng IC nếu dòng không được hạn chế từ bên ngoài

SCR-Điện áp càng cao thì CMOS hoạt động càng nhanh Thời gian trể gia tăng với nhiệt độ và tảiđiện dung

b) Tính miễn nhiễu

CMOS chống nhiễu rất tốt Với điện áp 5V, CMOS vẫn hoạt động bình thường với sự mất

ổn định của điện áp cấp hay điện áp nhiễu đến 1V

CMOS thường được sử dụng trong các mạch điện của các thiết bị công nghiệp phải hoạt độngtrong một môi trường đấy nhiễu và điện từ

c) Giao tiếp với TTL

Với điện áp 5V CMOS có thể giao tiếp thẳng với TTL (là CMOS thúc TTL) Tổng trở về củaCMOS rất lớn, TTL có thể tải vô số cổng CMOS mà không làm mất fanout ở trạng thái thấp

d) Điện dung ngõ ra – vào

Điện dung ngõ ra vào của CMOS từ 1,5 pC đến 5 pC và điện dung ngõ ra từ 3 pC đến 7 pC

e) Những chú ý cần thiết khi thiết kế với CMOS

- Tất cả các chân ngõ vào không dùng nên nối đất hoắc với điện áp cấp

- Những tín hiệu vào thay đổi mức logic quá chậm sẽ làm cho IC CMOS dao động và IC bịtrigger nhiều lần Điện áp cấp cho IC ổn áp kém và không sạch sẽ dễ đưa đến trường hợp này

vì điện áp ngưỡng của IC phụ thuộc vào điện áp cấp Với các xung đồng bộ có thời gian lênchậm IC CMOS cũng thường hiểu sai

- CMOS cùng loại có đặc trưng kỹ thuật khác nhau

- Dòng ra của CMOS loại A cho toàn dải nhiệt độ làm việc đủ để thúc cổng LS-TTL

2.1.2 IC CMOS PT2248

Hình 2.1.2.1 – Hình ảnh thực tế của IC CMOS PT2248

IC CMOS PT2248 là IC dùng để mã hóa và phát tín hiệu hồng ngoại có các đặc tính cơ bảnnhư sau :

- Được sản xuất theo công nghệ CMOS

- Tiêu thụ công suất thấp

- Vùng điện áp hoạt động: 2.2V-5V

- Sử dụng được nhiều phím

- Ít thành phần ngoài

Ứng dụng:

- Bộ phát hồng ngoại dùng trong các thiết bị điện tử như: Television, Video Cassette Recode

* Chức năng các chân của IC PT2248

Chân 1 (Vss): là chân mass được nối với cực âm của nguồn điện

Chân 2 và 3(X và XT) : là hai đầu để nối với thạch anh 455 kHz bên ngoài cho bộ tạo daođộng bên trong IC

Chân 4 – 9 (K1 - K6): là đầu của tín hiệu bàn phím kiểu ma trận, các chân từ K1 đến K6 kếthợp với các chân 10 đến 12 (T1 – T3) để tạo thành ma trận 18 phím

Chân 13 ( CODE ): là chân mã số dùng để kết hợp với các chân T1-T3 để tạo ra tổ hợp mã hệthống giữa phần phát và phần thu

Chân 14 (TEST): là chân dùng để kiểm tra mã của phần phát, khi không sử dụng có thể bỏtrống

Chân 15 ( TXout): là đầu ra của tín hiệu đã được điều chế FM

Chân 16 ( Vcc): là chân cấp nguồn dương

Bên dưới là hình ảnh về sơ đồ chân và sơ đồ khối chức năng của IC CMOS PT 2248

Hình 2.1.2.2 – Sơ đồ chân và sơ đồ khối chức năng của IC CMOS PT2248

* Phân tích sơ đồ khối của PT2248

Bộ tạo dao động và bộ phân tần: Để có thể phát được đi xa, ta cần có xung có tần số 38 kHz ởnơi nhận, nhưng trên thị trường khó tìm được bộ dao động đúng tần số đó nên ta chọn tần sốcủa thạch anh là 455Khz cho bộ tạo dao động, tần số sẽ được đưa qua bộ phân tần để chia nó

ra thành 12 lần và đạt được tần số xấp xỉ 38 kHz (chính xác thì là 37,75 kHz )

Mạch điện phím vào: Có tổng cộng 18 phím được nối tới các chân K1-K6 và 3 chân T1-T3

để tạo ra ma trận bàn phím (6x3)

Hình 3.1.3 – Mạch điện phím vào tiêu chuẩn của IC CMOS PT2248

- Phím 1 – 6: là những phím cho ra tín hiệu liên tục khi ấn giữ

- Phím 7 – 18: là những phím cho ra những tín hiệu không liên tục Tín hiệu sẽ bị mất ngaykhi nhấn vào cho dù có giữ phím

Mạch hoạt động tín hiệu thời gian - Mạch phát sinh tín hiệu:

- Lệnh truyền: gồm một từ lệnh được tạo bởi 3 bit mã người dùng, 1 bit mã liên tục, 2 bit mãkhông liên tục và 6 bit mã ngõ vào Vậy, nó có 12 bit mã.Trong đó, 3 bit mã người dùng đượctạo như sau: Dữ liệu của 3 bit mã T1, T2, T3 sẽ là “1” nếu 1 diode được nối giữa chân CODE

và chân Tn (n = 1-3); và là “0” khi không nối diode Vì IC thu PT2249A, chỉ có 2 bit mã(CODE 2, CODE 3), nên chân T1 của PT2249A sẽ luôn ở mức “1”

Hình 2.1.2.3 – 12 bit mã của của IC CMOS PT2248 C1,C2,C3 : mã người dùng

Tín hiệu không liên tục :

Hình 2.1.2.5 – Tín hiệu không liên tụcKhi nhấn bất kỳ 1 phím không liên tục, tín hiệu không liên tục chỉ truyền 2 từ lệnh đến ngõ ra

Tín hiệu liên tục :

Hình 2.1.2.6 – Tín hiệu liên tụcKhi nhấn bất kỳ một phím liên tục , tín hiệu liên tục sẽ lặp lại chu kỳ sau khi truyền 2 từ lệnh

và thời gian dừng cho đến khi phím không được nhấn nữa

Các thông tin chi tiết về IC PT2248 có thể xem trong phần Datasheet ở cuối cuốn thuyết minh

2.1.3 IC CMOS PT2249A

IC CMOS PT2249A là IC dùng để thu và giải mã tín hiệu hồng ngoại có các đặc tính cơ bản như sau :

- Tiêu tán công suất thấp

- Khả năng chống nhiễu rất cao

- Nhận được đồng thời 5 chức năng từ IC phát PT2249A

- Cung cấp bộ tạo dao động RC

- Bộ lọc số và Bộ kiểm tra mã ngăn ngừa sự tác động từ những nguồn sáng khác nhau nhưđèn PL Do đó không ảnh hưởng đến độ nhạy của mắt thu

* Chức năng các chân của IC CMOS PT2249A :

Chân 1 (Vss): là chân mass được nối với cực âm của nguồn điện

Chân 2 (R) : là đầu vào tín hiệu thu

Các chân 3 – 7 (H1 - H5) : là đầu ra tín hiệu liên tục Chỉ cần thu được tín hiệu tương ứng vớiđầu ra nào thì đầu ra đó sẽ luôn duy trì ở mức logic “1”

Các chân 8 – 12 (S5 – S1): là đầu ra tín hiệu không liên tục Chỉ cần thu được tín hiệu tươngứng với đầu ra nào thì đầu ra đó sẽ duy trì ở mức logic “1” trong khoảng thời gian là 107ms.Chân 14 và 13 (CODE 2 và CODE 3): để tạo ra các tổ hợp mã hệ thống giữa phần phát vàphần thu Mã số của hai chân này phải giống tổ hợp mã hệ thống của phần phát thì mới thuđược tín hiệu

Chân 15 (OSC): dùng để nối với tụ điện và điện trở bên ngoài tạo ra dao động cho mạch.Chân 16 (Vcc): là chân được nối với cực dương của nguồn cung cấp

Hình 2.1.3.1 – Sơ đồ chân của IC CMOS PT2249A

* Sơ đồ khối chức năng của IC CMOS PT2249A

Hình 2.1.3.2 - Sơ đồ khối chức năng của IC CMOS PT2249AGiải thích sơ đồ khối :

Sau khi IC phát PT2248 phát tín hiệu (2 chu kỳ) đi, tín hiệu sẽ được mắt thu tiếp nhận rồi đưa

nó đến chân RXin Chân RXin có nhiệm vụ sẽ chỉnh lại dạng sóng của tín hiệu cho chuẩn.Sau đó, tín hiệu được đưa tới bộ lọc số Bộ lọc số có nhiệm vụ lọc lấy các dữ liệu rồi đưa đếnthanh ghi Dữ liệu đầu tiên được lưu vào thanh ghi 12 bit Tiếp đến, dữ liệu thứ hai sẽ đượcnạp vào thanh ghi Dữ liệu đầu tiên sẽ được đưa qua bộ đệm ngõ ra nếu mã của nó khớp với

mã của phần phát Trường hợp mã của dữ liệu không khớp với mã của phần phát thì quá trình

sẽ được lặp lại

* Lưu ý về việc phối hợp mã người dùng của IC CMOS PT2248 và IC CMOS PT2249A.

Chân CODE nối từ tụ điện đến V ss là “1”, trực tiếp nối V ss là “0”

Hình ảnh thực tế của IC CMOS PT2249A

Hình 2.1.3.3 - Hình ảnh thực tế của IC CMOS PT2249A

Các thông tin chi tiết về IC PT2249A có thể xem trong phần Datasheet ở cuối cuốn thuyết minh

2.2 LED phát hồng ngoại và mắt nhận hồng ngoại PC 1838B

2.2.1 LED phát hồng ngoại

Khi một điện tử từ dải dẫn điện rớt xuống dải hoá trị thí sẽ phát ra một năng lượng : E=h.f Khi phân cực thuận một nối P-N, điện tử tự do từ vùng N xuyên qua vùng P và tái hợp với lỗtrống (về phương diện năng lượng ta nói các điện tử trong dải dẫn điện – có năng lượng cao –rơi xuống dải hoá trị - có năng lượng thấp – và kết hợp với lỗ trống), khi tái hợp thì sinh ranăng lượng

Đối với diode Ge, Si thì năng lượng phát ra dưới dạng nhiệt Nhưng đối với diode cấu tạobằng GaAs (Gallium Arsenide) năng lượng phát ra là ánh sáng hồng ngoại (không thấy được)dùng trong các mạch báo động, điều khiển từ xa… Với GaAsP (Gallium Arsenidephosphor) năng lượng phát ra là ánh sáng vàng hay đỏ Với GaP (Gallium phosphor), nănglượng ánh sáng phát ra màu vàng hoặc xanh lá cây Các Led phát ra ánh sáng thấy được dùng

để làm đèn báo, trang trí… Phần ngoài của LED có một thấu kính để tập trung ánh sáng phát

ra ngoài

Hình 2.2.1.1 – Hình dạng thực tế-phân cực và cấu tạo của LED phát hồng ngoại

Để có ánh sáng liên tục, người ta phân cực thuận LED Tuỳ theo mức năng lượng giải phóngcao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau sẽ quyết định màu sắc của LED Thông thường, LED có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5– 2,8V tuỳ theo màu sắc phát ra : màu đỏ là từ 1,4V đến 1,8V, vàng là từ 2V đến 2,5V, cònmàu xanh lá cây là từ 2V đến 2,8V Dòng điện qua LED thường chỉ cần khoảng vài mA

Hình ảnh thực tế Cấu tạo chânHình 2.2.2.1 – Hình ảnh thực tế và cấu tạo chân của PC 1838B

* Sơ đồ khối của PC 1838B :

Hình 2.2.2.2 – Sơ đồ khối của PC 1838BGiải thích sơ đồ khối:

Tín hiệu hồng ngoại từ nguồn phát qua bộ truyền đến mạch thu được led hồng ngoại nhận rồiđưa qua ba tầng khuếch đại Sau đó tín hiệu này được qua mạch lọc băng thông (Band PassFilter) để chọn dãy băng thông thích hợp.ở ngõ ra tín hiệu này được qua mạch khuếch đại(AGC) để tăng độ khuếch đại nếu cần thiết.xung này được qua mach so sánh và phân tíchtruớc khi vào mạch Schmitt Trigger

Mạch Schmitt Trigger là mạch so sánh có phản hồi như hình sau:

Hình 2.2.2.3 – Sơ đồ mạch SCHMITT TRIGGER