NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG CẢNH BÁO TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

Mục tiêu chính của đề tài là chế tạo mô hình cảnh báo tự động sử dụng PIC 16F887 qua điện thoại di động sử dụng sóng RF. Cụ thể: Tìm hiểu về PIC 16F887. Tìm hiểu về tổng đài điện thoại. Tìm hiểu về sóng RF. Tìm hiểu về các linh kiện điện tử sử dụng cho hệ thống. Kết quả đạt được:  Mô hình ngôi nhà.  Thiết kế được board trung tâm điều khiển.  Khối role dùng để đóng ngắt các thiết bị.  Các khối cảm biến ( cảm biến khói, cảm biến chuyển động, cảm biến cắt tia và cảm biến mở cửa ) dùng để giám sát trình trạng của ngôi nhà.  Điện thoại di động dùng để gọi đi khi các cảm biến phát hiện ra tình trạng mất an ninh của ngôi nhà. Hệ thống được điều khiển từ xa bằng remote, hệ thống này cũng có thể điều khiển bằng tay khi người điều khiển đang ở nhà.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG CẢNH BÁO TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

Họ và tên sinh viên: NGÔ HOÀNG THÁI HẬU

VŨ NGỌC HÂN Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ

Niên khóa: 2006 – 2010

Tháng 7/2010

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẢNH BÁO TỰ

ĐỘNG TRONG NHÀ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG

CẢM TẠ

Xin gởi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô trong khoa Cơ Khí Công Nghệ, đã dìu dắt, dậy dỗ chúng em trong suốt bốn năm học Đã tạo điều kiện thuận lợi để chúng

em học tập tốt

Gửi đến cô Nguyễn Lê Tường và thầy Nguyễn Văn Khải lời cảm ơn vô vàn, người

đã theo sát, động viên, hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án

Bên cạnh đó, gia đình là nguồn động viên to lớn về tinh thần, lẫn vật chất giúp em bước trên con đường mà em đã chọn Xin cảm ơn Ba Mẹ và các anh chị đáng mến.Lời sau cùng gửi đến các anh, chị, các bạn trong khoa đã giúp đỡ, cũng như đóng góp ý kiến trong suốt quá trình thực hiện đồ án

Xin chân thành cảm ơn!

 Thiết kế được board trung tâm điều khiển.

 Khối role dùng để đóng ngắt các thiết bị

 Các khối cảm biến ( cảm biến khói, cảm biến chuyển động, cảm biến cắttia và cảm biến mở cửa ) dùng để giám sát trình trạng của ngôi nhà

 Điện thoại di động dùng để gọi đi khi các cảm biến phát hiện ra tình trạngmất an ninh của ngôi nhà

Hệ thống được điều khiển từ xa bằng remote, hệ thống này cũng có thể điều khiểnbằng tay khi người điều khiển đang ở nhà

MỤC LỤC

Trang

Trang tựa i

Cảm tạ ii

Tóm tắt iii

Mục lục iv

Danh sách sác hình viiDanh sách các bảng ix

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2

1.3 Mục đích nghiên cứu của đề tài 2

Chương 2 TỔNG QUAN 3

2.1 Một số hệ thống đã có trên thế giới 3

2.1.1 Hệ thống chống trộm 3

2.1.2 Hệ thống an ninh 4

2.2 Giới hạn của đề tài 5

2.3 Đối tượng nghiên cứu 6

2.4 Lý thuyết về điều khiển từ xa 6

2.4.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển từ xa 6

2.4.1.1 Một số vấn đề cơ bản trong điều khiển từ xa 7

2.4.1.2 Kết cấu tin tức 7

2.4.1.3 Về kết cấu hệ thống 8

2.4.1.4 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển từ xa 8

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

2.4.1.6 Các phương pháp điều chế tín hiệu trong điều khiển từ xa 9

2.4.1.7 Điều chế biên độ xung ( PAM ) 10

2.4.1.8 Điều chế độ rộng xung 11

2.4.1.9 Điều chế vị trí xung (PPM) 12

2.4.1.10 Điều chế mã xung 12

2.4.1.11 Kỹ thuật điều chế tín hiệu bằng xung DTMF 13

2.4.2 Hệ thống điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến 15

2.4.2.1 Sơ lược về hệ thống thu phát vô tuyến 15

2.4.2.2 Khái niệm về hệ thống điều khiển từ xa dùng sóng vô tuyến 15

2.4.2.3 Sơ đồ máy phát 15

2.4.2.4 Sơ đồ khối máy thu 16

2.4.3 Hệ thống dùng tia hồng ngoại 18

2.4.3.1 Khái niệm về tia hồng ngoại 18

2.4.3.2 Nguồn phát sóng hồng ngoại 19

2.4.3.3 Linh kiện thu sóng hồng ngoại 20

2.4.3.4 Sơ đồ khối hệ thống dùng tia hồng ngoại 20

2.4.3.5 Máy thu 25

2.5 Lý thuyết về tổng đài 23

2.5.1 Lý thuyết tổng quát về tổng đài 23

2.5.1.1 Giới thiệu chung 23

2.5.1.2 Phương thức chuyển mạch của tổng đài điện tử 24

2.5.1.3 Các loại tổng đài điện tử hiện có 25

2.5.2 Giới thiệu về tổng đài điện tử nội bộ cơ quan PABX (Private Automatic Branch Exchance) TC – 200, serial 308A của công ty IKE 25

2.5.3 Báo Hiệu Trong Tổng Đài 27

2.5.3.1 Định nghĩa 27

2.5.3.2 Các chức năng của báo hiệu 27

2.5.3.3 Các Hệ Thống Báo Hiệu 28

2.5.3.4 Báo Hiệu Trên Đường Dây Thuê Bao Gọi 28

2.5.3.5 Báo Hiệu Trên Đường Dây Thuê Bao Bị Gọi 29

2.5.3.6 Hệ thống âm hiệu của tổng đài 30

2.6 Giới thiệu về các IC 32

2.6.1 Cặp IC thu phát hồng ngoại 32

2.6.2 Cặp IC giải mã và lập mã 34

2.6.3 Các mạch cảm biến 36

2.6.4 IC thu phát ngữ âm ISD1420 37

2.6.5 IC CD4066 điều khiển bàn phím điện thoại 41

2.7 Vi điều khiển PIC16F887 41

2.7.1 Sơ đồ chân và chức năng các chân của PIC16F887 43

2.7.2 Bộ định thời 48

2.7.3 Khối chuyển đổi tương tự sang số ADC 51

2.7.4 Hoạt động ngắt 52

2.7.5 Chế độ điều chế độ rộng xung (PWM) 54

2.7.6 Chương trình biên dịch và nạp PIC 56

2.8 IC chuyên dụng thu/phát DTMF 56

2.8.1 Sơ đồ chân CM8870 56

2.8.2 Ý nghĩa các chân CM8870 57

2.8.3 Sơ đồ khối bên trong IC MT8870 57

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 61

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu đề tài 61

3.1.1 Tìm hiểu chung 61

3.1.2 Tiến hành thực hiện: 61

3.1.3 Địa điểm tiến hành 61

3.2 Phương pháp nghiên cứu 61

3.2.1 Thu tín hiệu RF tần số 315 Mhz 61

3.2.1.1 IC giải mã PT2272 61

3.2.1.2 Sơ đồ khối, và hình thực tế của khối thu RF 62

3.2.2 Giới thiệu về IC mã hóa PT2262 63

3.2.3 Các cảm biến được sử dụng 63

3.2.3.1 Cảm biến khói 63

3.2.3.2 Cảm biến cắt tia 64

3.2.3.3 Cảm biến chuyển động 65

3.2.3.4 Cảm biến mở cửa 67

3.2.4 Điều khiển bàn phím điện thoại 68

3.2.5 Điều khiển các thiết bị 69

3.2.6 Phát ngữ âm 70

3.2.7 Kỹ thuật thu tone DTMF 74

3.2.7.1 Giới thiệu chung 74

3.2.7.2 Mô tả chức năng 74

3.2.7.3 Cấu hình ngõ vào 74

3.2.7.4 Mạch STEERING 74

3.2.7.5 Khối Dial tone filter 76

3.2.7.6 Khối Dial tone filter 76

3.2.7.7 Khối High group filter và Low group filter 76

3.2.7.8 Khối Digital detection argorethm 76

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 77

4.1 Sơ đồ khối toàn bộ hệ thống 77

4.2 Chức năng và nguyên lý từng khối 77

4.2.1 Khối nguồn 77

4.2.2 Khối thu tone DTMF 77

4.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý 77

4.2.2.2 Nuyên lý hoạt động của mạch 78

4.2.3 Khối thu RF 79

4.2.4 Khối điều khiển thiết bị 79

4.2.4.1 Sơ đồ nguyên lý 79

4.2.4.2 Sơ đồ mạch in và hình thực tế khối relay điều khiển thiết bị 79

4.2.4.3 Nguyên lý hoạt động 80

4.2.5 Khối phát ngữ âm 80

4.2.5.1 Sơ đồ nguyên lý 80

4.2.5.2 Nguyên tắc hoạt động 81

4.2.6 Khối xử lý trung tâm 82

4.2.6.1 Sơ đồ nguyên lý 82

4.2.6.2 Sơ đồ mãch in và hình thực tế 82

4.2.6.3 Nguyên tắc hoạt động 84

4.2.7 Khối điều khiển bàn phím điện thoại 84

4.2.7.1 Sơ đồ nguyên lý 84

4.2.7.2 Hình thực tế khối điện thoại 84

4.2.7.3 Nguyên tắc hoạt động 85

4.2.8 Khối các cảm biến 85

4.2.8.1 Mạch thu phát hồng ngoại (Cảm biến cắt tia) 85

4.2.8.2 Cảm biến cháy 87

4.2.8.3 Cảm biến chuyển động 88

4.2.8.4Cảm biến mở cửa 89

4.3 Lưu đồ thuật toán 91

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 93

5.1 Kết luận 93

5.2 Đề nghị 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

PHỤ LỤC 96

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1: Sơ đồ hoạt động – báo chống trộm 3

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống an ninh 4

Hình 2.3: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa 7

Hình 2.4: Sơ đồ khối máy phát 8

Hình 2.5: Sơ đồ khối máy thu 8

Hình 2.6: Các kiểu điều chế xung 10

Hình 2.7: Hệ thống điều chế PAM 11

Hình 2.8: Sơ đồ khối hê thống PWM 12

Hình 2.9: Bàn phím chuẩn 12 phím DTMF 14

Hình 2.10: Sơ đồ máy phát vô tuyến 16

Hình 2.11: Sơ đồ khối máy thu vô tuyến 17

Hình 2.12: Quang phổ của các nguồn sáng 19

Hình 2.13: Sơ đồ khối máy phát hồng ngoại 20

Hình 2.14: Sơ đồ khối máy thu hồng ngoại 22

Hình 2.15: Sơ đồ các hệ thống báo hiệu 28

Hình 2.16: Dạng sóng tín hiệu chuông 30

Hình 2.17: Sơ đồ chân BL 9148 32

Hình 2.18: Sơ đồ chân BL 9149 33

Hình 2.19: Sơ đồ chân PT2272 35

Hình 2.20: Sơ đồ chân PT2262 36

Hình 2.21: Sơ đồ chân ISD 1420 38

Hình 2.22: Sơ đồ các chân IC CD4066 41

Hình 2.23: Sơ đồ chân PIC 43

Hình 2.24: Cấu trúc của timer 0 49

Hình 2.25: Cấu trúc của TMR1 50

Hình 2.26: Cấu trúc của timer 2 51

Hình 2.27: Sơ đồ khối PWM 54

Hình 2.28: Sơ đồ chân CM8870 56

Hình 2.29: Sơ đồ khối bên trong IC MT8870 58

Hình 3.1: Thực tế mạch thu RF dùng IC PT2272 62

Hình 3.2: Sơ đồ khối cảm biến cháy 63

Hình 3.3: Liên kết linh kiện cảm biến khói 63

Hình 3.4: Sơ đồ tổng quát của cảm biến cắt tia 64

Hình 3.5: Sơ đồ tổng quát của mạch phát hồng ngoại 65

Hình 3.6: Sơ đồ tổng quát của mạch thu hồng ngoại và phát RF 65

Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý cảm biến chuyễn động 65

Hình 3.8: Sơ đồ tổng quát của khối cảm biến chuyển động 66

Hình 3.9: Hình thực tế của khối cảm biến chuyển động 66

Hình 3.10: Hình thực tế của cảm biến chuyển động 67

Hình 3.11: Hình minh họa cảm biến mở cửa 67

Hình 3.12: Hình minh họa 1 trong 4 công tắc của IC CD4066 68

Hình 3.13: Sơ đồ khối điều khiển phím điện thoại 68

Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý Role 69

Hình 3.15: Sơ đồ các chân IC ULN 2803 69

Hình 3.16: Sơ đồ khối điều khiển các thiết bị 70

Hình 3.17: Giản đồ quá trình thu ISD1420 73

Hình 3.18: Giản đồ quá trình phát ISD1420 73

Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống 77

Hình 4.2: Mạch thu phát DTMF 78

Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý mạch relay 79

Hình 4.4: Sơ đồ board mạch relay 79

Hình 4.5: Hình thực tế khối Role đóng ngắt thiết bị 80

Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý khối phát ngữ âm 80

Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm 82

Hình 4.8: Sơ đồ board mạch xử lý trung tâm 83

Hình 4.9: Hình thực tế khối xử lý trung tâm 83

Hình 4.10: Sơ đồ nguyên lý kết nối điện thoại 84

Hình 4.11: Hình thực tế khối điện thoại di động kết nối với IC CD4066 84

Hình 4.12: Nguyên lý mạch thu hồng ngoại 9149 85

Hình 4.13: Sơ đồ board mạch thu hồng ngoại BL9149 85

Hình 4.14: Nguyên lý mạch phát hồng ngoại BL9148 86

Hình 4.15: Sơ đồ board mạch phát hồng ngoại BL9148 86

Hình 4.16: Hình thực tế khối cảm biến cắt tia ( bộ phát và bộ nhận) 87

Hình 4.17: Sơ đồ nguyên lý mạch phát cho cảm biến cháy 87

Hình 4.18: Sơ đồ board mạch phát cho cảm biến cháy 87

Hình 4.19: Hình thực tế khối cảm biến cháy 88

Hình 4.20: Sơ đồ nguyên lý mạch phát cho cảm biến chuyển động 88

Hình 4.21: Board mạch phát cho cảm biến chuyển động 88

Hình 4.22: Hình thực tế khối cảm biến chuyển động 89

Hình 4.23: Sơ đồ nguyên lý mạch phát cho cảm biến mở cửa 89

Hình 4.24: Board mạch phát cho cảm biến mở cửa 89

Hình 4.25: Hình thực tế cảm biến mở cửa 90

Hình 4.26: Hình thực tế remote RF và mạch thu RF 90

Hình 4.27: Lưu đồ giải thuật toàn bộ hệ thống 92

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1: Chức năng của chân PIC 44

Bảng 2.2: Tóm tắt chức năng đa hợp của Port 48

Bảng 2.3: Ý nghĩa các chân của IC CM8870 57

Bảng 2.4: Bảng quan hệ phím số và mã nhị phân tại ngõ ra 58

Bảng 3.1: Bảng giá trị điện trở dao động 62

Bảng 3.2: Bảng các Mode hoạt động của ISD1420 71

Bảng 4.1: Bảng hai nhóm tần số DTMF 78

Bảng 4.2: Các câu ghi âm dùng để phát câu thông báo 81

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài.

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ, vượt bậc của khoa học kỹ thuật, kỹ thuậtđiện tử, vi điện tử cùng với sự bùng nổ của ngành công nghệ thông tin và công nghệviễn thông Đặc biệt, trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của hệ thốngmạng Internet, tin học…, ngành Cơ Điện Tử đã phát triển tạo ra bước ngoặc quantrọng trong hoạt động thực tiễn cũng như trong công nghệ…

Công nghệ luôn ra đời phục vụ cho nhu cầu lợi ích của con người Nhằm hướngtới cuộc sống hoàn thiện và tiện nghi hơn

Tâm trạng người chủ khi đi vắng nhà, họ luôn lo lắng không biết tình trạng hiện tạingôi nhà, cơ quan, kho bãi, xí nghiệp… của họ đang trong tình trạng như thế nào? Có

gì trục trặc không? Làm sao có thể điều khiển, quan sát với một khoảng cách xa nhưhàng Km?

Để trả lời cho những câu hỏi trên, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài: “

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CẢNH BÁO TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ QUA ĐIỆN THOẠI DI ĐỘNG” Hệ thống này là một mô hình nhỏ,

cơ bản khởi đầu cho những mô hình lớn hơn và quy mô hơn Mở rộng ra là những nhàmáy, cơ quan, xí nghiệp… người dùng có thể ở bất cứ nơi đâu, vẫn có thể biết đượctình trạng thiết bị đang hoạt động, và có thể tương tác trực tiếp lại thiết bị

Với đề tài này, nhóm chúng em tiến hành thực hiện đề tài theo hướng: Thiết kế vàthi công hệ thống cảnh báo cảnh báo tự động va điều khiển thiết bị thông qua điệnthoại di động Hệ thống này chia làm hai vùng:

+ Vùng 1(ngoài vùng RF): người dùng có thể nhận được cảnh báo tình trạng từng

vị trÍ ngôi nhà, có thể tương tác lại bằng bàn phím điện thoại

+ Vùng 2(trong vùng RF): người dùng đang ở nhà, nhận trực tiếp cảnh báo qua

hệ thống loa Và tương tác lại với hệ thống qua Remote RF

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu đời sống càng cao, dần đi đến hướng tự độnghóa Tốn ít thời gian, kinh tế mà chất lượng mang lại hiệu quả thiết thực

Mô hình thi công là hệ thống nhỏ mang tính mở đầu cho những ứng dụng thực tế,

sử dụng giao thức truyền không dây Điều này thuận lợi cho việc thi công cũng nhưthay thế, bổ sung…

Ứng dụng cho nhiều môi trường khác nhau Mở ra một hướng đi cho sự tiện nghi

và gần gũi với người dùng ở hiện tại cũng như tương lai

1.3 Mục đích nghiên cứu của đề tài.

An ninh cho ngôi nhà là vấn đề được quan tâm hàng đầu, nhất là khi không cóngười ở nhà để trực tiếp giám sát Do đó, đề tài “ Nghiên cứu thiết và chế tạo hệ thốngcảnh báo tự động trong nhà qua điện thoại di động ” được ra đời vói mục đích giúpngười chủ nhà có thể giám sát, bảo vệ an toàn ngôi nhà của mình cũng như các vậtdụng trong ngôi nhà tại chỗ hoặc từ một khoảng cách xa thông qua việc sử dụng điệnthoại di động

Đề tài sẽ giúp:

+ Phá vỡ được những hạn chế về mặt khoảng cách

+ Có thể điều khiển được bất kỳ nơi nào nếu nơi đó có mạng điện thoại

+ Có thể điều khiển được thiết bị tai chỗ bằng Remote RF, phím nhấn

+ Có thể biết được trạng thái hoạt động của các thiết bị ở xa qua phản hồi bằng

âm thanh

Ngoài ra, đề tài là một cơ hội tốt để người thực hiện tự kiểm tra lại kiến thức củamình, đồng thời có cơ hội để nỗ lực, vận động tìm hiểu, tiếp cận nghiên cứu đượcnhững vấn đề chưa biết, chưa hiểu rõ, nhằm trang bị lại cho bản thân nhiều kiến thức

bổ ích sau này, có thể ứng dụng vào thực tế cuộc sống

- Phát hiện sớm và kịp thời những nguy hiểm xảy ra do cháy, xâm nhập bất hợppháp… để kịp thời hỗ trợ cho công tác PCCC và bảo vệ.

- Có thể yên tâm khi có người già và trẻ em ở nhà

- Có thể vắng nhà một thời gian dài mà không phải lo âu về ngôi nhà và tài sản

 Nhược điểm

- Chi phí lắp đặt, giá thành cao

- Các cảm biến rất nhạy nên nhiều lúc báo sai hoặc gây ra sự ồn ào

- Các cảm biến chưa nhận diện được người hay vật khi nằm trong vùng hoạtđộng của cảm biến

- Dây kết nối giữa các thiết bị rắc rối, phức tạp

- Sẽ bị ngắt kết nối đến chủ nhân của ngôi nhà khi đường dây điện thoại bị cắt

đột nhập tại chỗ như : hú còi, điều khiển hệ thống chiếu sáng, điều khiển hệ thống âmthanh, ghi hình kẻ đột nhập v.v.

- Hệ thống an ninh được hỗ trợ thiết bị kết nối với hệ thống di động GSM Thiết

bị này tự động chuyển kết nối sử dụng mạng di động GSM trong trường hợp đườngdây điện thoại trong nhà bị cắt

- Hệ thống an ninh được tích hợp hệ thống tự động quay số và cảnh báo bằnggiọng nói thông qua hệ thống thoại

- Các cảm biến khi được cài đặt địa chỉ và đặt tên theo khu vực sử dụng sẽ luônđược hệ thống kiểm soát

- Các cảm biến chuyển động cho phép người dùng cài đặt chế độ hoạt động

- Hệ thống an ninh cho phép người dùng thiết lập các chế độ hoạt động khácnhau phù hợp với từng hoàn cảnh cụ thể

- Bộ điều khiển trung tâm cung cấp kết nối với đường dây điện thoại và sóng diđộng GSM

- Người dùng thiết lập chế độ an ninh và kiểm tra trạng thái của từng khu vực từInternet, PDA, Smartphone, màn hình cảm ứng

 Nhược điểm

- Giá thành cao

- Công tác lắp đặt và vận hành phức tạp

- Khi mất điện thì hệ thống mất tác dụng

- Phải sử dụng máy vi tính và hệ thống mạng dẫn đến chi phí tốn kém

2.2 Giới hạn của đề tài.

Đề tài được khảo sát, nghiên cứu với nhiều chức năng, phương thức điều khiển.Tuy nhiên, với thời gian thực hiện, lượng kiến thức và khả năng có hạn, hệ thống cảnhbáo tự động qua điện thoại di động chỉ được thực hiện với các nội dung như sau:+ Dùng vi điều khiển làm bộ phận xử lý trung tâm

+ Hệ thống thực hiện chức năng điều khiển thiết bị tắt mở.

+ Chỉ nghiên cứu nguyên lý làm việc của hệ thống tổng đài, máy điện thoại đểlàm dữ liệu thiết kế

+ Sử dụng IC chuyên dụng ISD 1420 cho việc thông báo trạng thái hoạt động củathiết bị

+ Chưa khắc phục được hiện tượng chồng sóng khi nhiều thiết bị cùng phát mộtlúc, làm cho hệ thống không thể nhận biết được thiết bị nào đang phát tín hiệu tới.+ Chỉ mua những sản phẩm có sẵn trên thị trường, ví du như: Cảm biến cháy,cảm biến người, bộ thu phát dùng cặp IC PT2262 & PT2272, kết hợp lại, điều chế vàset data cho từng cảm biến, tạo ra sản phẩm riêng biệt

+ Hệ thống thực hiện chức năng báo trộm, báo cháy… tất cả đều truyền khôngdây

+ Không tập trung nghiên cứu sâu vào cấu tạo cũng như cách thức hoạt động củatổng đài và máy điện thoại

+ Phương thức điều khiển bằng Remote RF ở đây chỉ sử dụng Remote RF có sẵnngoài thị trường dùng IC phát PT2262, kết hợp set phần cứng theo suy nghĩ riêng.Nhằm tạo ra sản phẩm không trùng lặp

2.3 Đối tượng nghiên cứu.

Lý thuyết điều khiển từ xa, các thông số về tổng đài và kỹ thuật thu Tone DTMF,các nguồn tài liệu trên mạng, các hệ thống cảnh báo tự động có sẵn đã được tiến hànhnghiên cứu và phát triển

2.4 Lý thuyết về điều khiển từ xa.

2.4.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển từ xa.

Hệ thống điều khiển từ xa là một hệ thống cho phép ta điều khiển các thiết bị từmột khoảng cách xa Ví dụ hệ thống điều khiển bằng vô tuyến, hệ thống điều khiển từ

xa bằng tia hồng ngoại, hệ thống điều khiển từ xa hữu tuyến bằng cáp quang dây dẫn

Thiết bị phát Đường truyền Thiết bị thu

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

Hình 2.3: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa.

- 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 để tái hiện lại lệnh điều khiển rồi đưa đến các thiết bị thi hành

 Nhiệm vụ cơ bản của thiết bị điều khiển từ xa

- Phát tín hiệu điều khiển.

- Sản sinh ra xung hoặc hình các xung cần thiết

- Tổng hợp xung thành mã

- Phát các tổ hợp mã đến điểm chấp hành

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

2.4.1.1 Một số vấn đề cơ bản trong điều khiển từ xa.

Do hệ thống điều khiển từ xa có những đường truyền dẫn xa nên ta cần phảinghiên cứu về kết cấu hệ thống để đảm bảo tín hiệu được truyền đi chính xác và nhanhchóng theo yêu cầu sau:

2.4.1.2 Kết cấu tin tức.

Trong hệ thống điều khiển từ xa, độ tin cậy truyền dẫn tin tức có quan hệ rất nhiềuđến kết cấu tin tức Nội dung và kết cấu tin tức có hai phần: Về lượng và về chất Vềlượng có cách biến lượng điều khiển thành từng loại xung gì cho phù hợp, và nhữngxung đó cần áp dụng những phương pháp nào để hợp thành tin tức, để có dung lượnglớn nhất và tốc độ truyền dẫn nhanh nhất

2.4.1.3 Về kết cấu hệ thống.

Để đảm bảo các yêu cầu về kết cấu tin tức, hệ thống điều khiển từ xa có các yêucầu sau:

- 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 cựcđại, đồng thời đảm bảo độ chính xác trong phạm vi cho phép

2.4.1.4 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển từ xa.

Hình 2.4: Sơ đồ khối máy phát.

Hình 2.5: Sơ đồ khối máy thu 2.4.1.5 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 đãđược rời rạc hóa tin tức thường được biến đổi thông qua một phép biến đổi thàng số(thường là số nhị phân) rồi mã hóa và được phát đi từ máy phát Ở máy thu, tín hiệu

Chấp hành

phải thông qua các phép biến đổi ngược lại với các phép biến đổi trên: giải mã, liên tụchóa…

Sự mã hóa tín hiệu điều khiển nhằm tăng tính hữ hiệu và độ tin cậy của hệ thốngđiểu 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 haiphần 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 hiệnsai, mã sửa sai, mã phát hiện và sửa sai

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

+ Sai độc lập: Trong quá trình truyền, do nhiều tác động, một hoặc nhiều ký hiệutrong các tổ hợp mã có thể bị sai nhầm, nhưng những sai nhầm đó không liên quannhau

+ Sai tương quan: Được gây ra bởi nhiều nhiễu tương quan, chúng hay xảy ratrong từng chùm, cụm ký hiệu kế cận nhau

+ Sự lựa chọn của cấu trúc mã chống nhiễu phải dựa trên tính chất phân bố xácsuất sai nhầm trong kênh truyền

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

2.4.1.6 Các phương pháp điều chế tín hiệu trong điều khiển từ xa.

Trong kỹ thuật điều khiển từ xa, tín hiệu không thể truyền đi xa được, đồng thời dễ

bị tín hiệu ngoài môi trường gây nhiễu, làm sai lệch nội dung của tín hiệu gốc Dođó,để thực hiện việc truyền tín hiệu điều khiển từ máy phát đến máy thu ta cần phảiđiều chế ( mã hóa) tín hiệu

Có nhiều phương pháp điều chế tín hiệu Tuy nhiên, điều chế tín hiệu dạng xung

có nhiều ưu điểm hơn Vì ở đây chúng ta sử dụng linh kiện kỹ thuật số nên linh kệngọn nhệ, công suất tiêu tán nhỏ và có tính chống nhiễu cao

 Các phương pháp điều chế tín hiệu ở dạng xung như

+ Điều chế biên độ xung (PAM)

Hình 2.7: Hệ thống điều chế PAM

Điều chế biên độ xung là dạng điều chế đơn giản nhất trong các dạng điều chếxung Biên độ của mỗi xung được tạo ra tỉ lệ với biên độ tức thời của tín hiệu điều chế.Xung lớn nhất biểu thị cho biên độ dương của tín hiệu lấy mẫu lớn nhất

 Giải thích sơ đồ khối

+ Khối tín hiệu điều chế: Tạo ra tín hiệu điều chế đưa vào khối dao động đa hài + Khối dao động đa hài một trạng thái bền: Trộn xung với tín hiệu điều chế + Bộ phát xung: Phát xung với tần số không đổi để thực hiện việc điều chế tín

hiệu đã điều chế có biên độ tăng giảm thay đổi theo tín hiệu điều chế

2.4.1.8 Điều chế độ rộng xung.

Phương pháp điều chế này sẽ tạo ra các xung có biên độ không đổi, nhưng bề rộngcủa mỗi xúng sẽ thay đổi tương ứng với biên độ tức thời của tín hiệu điều chế Trongcách điều chế này, xung có độ rộng lớn nhất biểu thị phần biên độ dương lớn nhất củatín hiệu điều chế Xung có độ rộng hẹp nhất biểu thị phần biên độ âm nhất của tín hiệuđiều chế

Trong điều chế độ rộng xung, tín hiệu cần lấy mẫu phải được chuyển đổi thànhdạng xung có độ rộng xung tỉ lệ với biên độ tín hiệu lấy mẫu Để thực hiện điều chế độrộng xung, ta có thể thực hiện theo sơ đồ khối sau:

hài trạng thái

bền.

Bộ phát xung

Hình 2.8: Sơ đồ khối hê thống PWM.

Trong sơ đồ khối, tín hiệu điều chế được đưa đến khối so sánh điện áp cùng với tínhiệu phát ra từ bộ phát hàm RAMP

2.4.1.9 Điều chế vị trí xung (PPM).

Với phương pháp điều chế vị trí xung thì các các xung được điều chế có biên độ

và độ rộng xung không thay đổi theo biên độ của tín hiệu điều chế

Hình thức đơn giản của điều chế vị trí xung là quá trình điều chế độ rộng xung Điềuchế vị trí xung có ưu điểm là sử dụng ít năng lượng hơn điều chế độ rộng xung nhưng

có nhược điểm là quá trình giải điều biến ở máy thu phức tạp hơn các dạng điều chếkhác

Tín hiệu điều chế

Bộ phát hàm

RAMP

So sánh

Trong phương pháp điều chế mã xung, tần số thử được quyết định bởi tín hiệu caonhất trong quá trình xử lý, điều này cho thấy rằng nếu những mẫu thử được lấy ở mứclớn hơn hai lần tần số tín hiệu thì tần số tín hiệu được phục hồi.

Tuy nhiên, trong thực tế thông thường mẫu thử ở mức độ nhỏ nhất khoảng mườilần so với tín hiệu lớn nhất Vì vậy, tần số càng cao thì thời gian lấy mẫu càng nhỏ(mức lấy mẫu càng ít), dẫn đến linh kiện chuyể mạch có tốc độ xử lý cao Ngược lại,nếu sử dụng tần số lấy mẫu thấp thời gian lấy mẫu càng rộng nhưng độ chính xáckhông cao Thông thường người ta chỉ sử dụng khoảng mười lần tín hiệu nhỏ nhất

2.4.1.11 Kỹ thuật điều chế tín hiệu bằng xung DTMF.

Đây là phương pháp điều chế tín hiệu đặc trưng cho đường truyền tín hiệu thoại,dựa trên dãy tần số tín hiệu của âm thanh

Qua quá trình nghiên cứu, người ta thấy rằng năng lượng tiếng nói con người chỉtập trung lớn nhất trong khoảng tần số từ 500 – 2000 Hz và người ta hoàn toàn nghe

rõ, còn trong khoảng tần số khác năng lượng không đáng kể Song băng tần càng mởrộng thì tiếng nói càng trung thực, chất lượng âm thanh càng cao Đối với điện thoạichủ yếu là yêu cầu nghe rõ, còn mức độ trung thực của tiếng nói chỉ cần đạt đếm mộtmức độ nhất định Mặt khác, trong thông tin điện thoại nếu truyền cả băng tần tiếngnói thì yêu cầu của chất lượng của linh kiện, thiết bị như ống nói, ống nghe, biến áp…phải cao hơn.Đặc biệt với thông tin nhiều kênh, nếu truyền cả băng tần tiếng nói thì sẽghép được ít kênh và thiết bị đầu cuối, các trạm lập phải có yêu cầu kỹ thuật cao hơn.Cho nên băng tần truyền dẫn của điện thoại hiện nay được chọn từ 300 đến 3400 Hz,gọi là băng tần truyền dẫn hiệu dụng của điện thoại

Hệ thống DTMF đang phát triển và đã trở thành phổ biến trong hệ thống điệnthoại hiện đại hiện nay Hệ thống này còn gọi là hệ thống Touch – Tone, hệ thốngđược hình thành vào năm 1960 nhưng mãi đến năm 1970 mới được phát triển rộng rãi

Hệ thống DTMF giờ đây trở thành chuẩn thay thế cho hệ thống xung kiểu cũ

DTMF ( Dual Tone Multi Frequency) là tổng hợp của hai âm thanh Nhưng điểmđặc biệt của hai âm này là không cùng âm Nghĩa là, tần số của hai âm thanh nàykhông có cùng ước số chung với âm thanh kia.

Ví dụ như: 750 và 500 thì có cùng ước số chung là 250 ( 750 = 250 x 3, 500 = 250

x 2 ), vì vậy 750 và 500 là hai thanh cùng âm, không thể kết hợp thành tín hiệuDTMF

Lợi điểm của việc sử dụng tín hiệu DTMF trong điện thoại là chống được nhiễutín hiệu, do đó tổng đài có thể biết chính xác phím nào đã được nhấn Ngoài ra, nó còngiúp cho người sử dụng điện thoại thuận tiện hơn Ngày nay, hầu hết các hệ thống điệnthoại đều sử dụng tín hiệu DTMF Bàn phím chuẩn của loại điện thoại này có dạng matrận chữ nhật gồm có ba cột và bốn hàng, tạo nên tổng cộng là mười hai phím nhấn:mười phím chữ số (0 – 9 ), hai phím đặc biệt là ‘*’ và ‘ # ’ Mỗi một hàng trên bànphím được gán cho một tần số tone thấp, mỗi cột được gán cho tần số tone cao Mỗimột phím sẽ có tín hiệu DTMF riêng mà được tổng hợp bởi hai tần số tương ứng vớihàng và cột mà phím đó đang đứng Những tần số này đã được chọn lựa rất cẩn thận

Hình 2.9: Bàn phím chuẩn 12 phím DTMF

Ngày nay, để tăng khả năng sử dụng của điện thoại người ta phát triển thêm một cộtnữa cho bàn phím điện thoại chuẩn tạo nên bàn phím ma trận 4x4 Tần số DTMF đượcchọn kỹ để ở tổng đài có lẫn với những âm hiệu khác có thể xuất hiện trên đường dây

Bộ thu có những mạch lọc rất tốt chỉ để tiếp nhận các tần số DTMF và có những mạch

đo thời gian để đảm bảo âm hiệu xuất hiện trong thời gian ít nhất là trước khi nhận lại

âm hiệu DTMF

2.4.2 Hệ thống điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến.

2.4.2.1 Sơ lược về hệ thống thu phát 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 truyền đi từ nơi phát và được chuyển thành tín hiệu điện,sau đó được mã hóa để truyền đi Tại nơi thu, hiệu điện sẽ được giải mã , tái tạo lạithông tin ban đầu

Việc điều chế tín hiệu điện trong hệ thống vô tuyến, truyền tín hiệu là quá trình đặt tínhiệu thông tin vào sóng mang có tần số cao hơn để truyền đi Tại máy thu, tín hiệu sẽloại bỏ thành phần sóng mang, chỉ nhận và xử lý tái tạo lại tín hiệu thông tin, đây làquá trình giải mã điều chế

2.4.2.2 Khái niệm về hệ thống điều khiển từ xa dùng sóng vô tuyến.

Hệ thống điều khiển từ xa dùng sóng vô tuyến bao gồm máy phát và máy thu

+ Máy phát có nhiệm vụ phát ra lệnh điều khiển truyền ra môi trường dưới dạngsóng điện từ mang theo tín hiệu tín hiệu điều khiển

+ Máy thu có chức năng thu tin tức từ môi trường, xử lý tin tức và đưa ra lệnhđiều khiển đến mạch chấp hành Đặc điểm của hệ thống này phải dùng Antena để bức

xạ tín hiệu đối với máy phát, dùng Antena để thu tín hiệu đối với máy thu

2.4.2.3 Sơ đồ máy phát.

Hình 2.10: Sơ đồ máy phát vô tuyến.

 Giải thích sơ đồ khối:

+ Khối phát lệnh điều khiển: Dùng các phím để phát lệnh điều khiển theophương thức ma trận phím hay từng phím ấn riêng lẻ

+ Khối mã hóa: Biến đổi sóng dao động điện được tạo ra từ bàn phím lệnh, thànhsóng điện có tần số đặc trưng cho lệch điều khiển tương ứng

+ Khối dao động cao tần: Tạo dao động bên trong máy phát, có nhiệm vụ làmsóng mang để chuyên chở tín hiệu điều khiển trong không gian

+ Khối điều chế: Phối hợp hai 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 ), điều chế pha ( PM )

+ Khối khuếch đại cao tần: Khuếch đại biên độ tín hiệu nhằm tăng cường côngsuất bức xạ sóng điện từ

2.4.2.4 Sơ đồ khối máy thu

Điều chế

Hình 2.11: Sơ đồ khối máy thu vô tuyến.

 Giải thích sơ đồ khối máy thu

+ Khối khuếch đại cao tần: Khuếch đại biên độ tín hiệu cao tần thu được từAntena để bù lại năng lượng của sóng điện từ tiêu hao khi lan truyền trong môi trường

+ Khối dao động nội: Là dao động cao tần hình sin, khối này có chức năng là

biến đổi năng lượng dao động một chiều thành xoay chiều có tần số yêu cầu Khối daođộng nội là dao động tự kích có tần số ổn định cao

+ Khối trộn tần: Biến đổi tín hiệu cao tần thành tín hiệu trung tần chung,với tần

số này thì việc thiết kế mạch cũng như độ ổn định trở nên dễ dàng hơn Khối trộn tần

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

+ Khối tách sóng: Có nhiệm vụ triệt tiêu sóng mang cao tần, phục hồi lại tín hiệu

điều khiển

+ Khối giải mã: Nhận biết tín hiệu vừa phát đi để phát lệnh tác động đến thiết bị

cần điều khiển

+ Khối lệnh điều khiển: gồm các mạch động lực, đóng ngắt nguồn cho thiết bị

hay điều khiển chức năng thiết bị đã đặt trước

Qua thực nghiệm cho thấy, để sóng điện từ có thể bức xạ và lan truyền trong môitrường thì tần sô dao động điện thích hợp là lớn hơn 100 kHz Ngoài ra vấn đề phốihợp trở kháng giữa các tần trong máy phát, giữa Antena và tần công suất phát là rấtquan trọng trong việc nâng cao khoảng cách phát sóng.

Vì Antena thu có đặc tính cộng hưởng với tần số phát nên kích thước Antena cóquan hệ chặt chẽ với bước sóng phát Đối với Antena Sut (Whip Antena ) chiều dàicủa Antena xấp xỉ với 1/4, 1/2, 3/4, 3/2 bước sóng máy phát

Tầm thu – phát của hệ thống còn phụ thuộc vào địa hình, độ cao của Antena và độnhạy của thiết bị

2.4.3 Hệ thống dùng tia hồng ngoại.

2.4.3.1 Khái niệm về tia hồng ngoại.

Ánh sán hồng ngoại ( tia hồng ngoại ), là ánh sáng không nhìn thấy được bằng mắtthường, có bước sóng khoảng 0.8 µm đến 0.9 µm, tia hồng ngoại có vận tốc truyềnbằng vận tốc ánh sáng

Tia hồng ngoại có truyền đi được nhiều kênh tín hiệu Nó ứng dụng rộng rãi trongcông nghiệp Lượng thông tin có thể đạt được 3Mbit/s… Trong kỹ thuật truyền tinbằng sợi quang dẫn không cần các trạm khuếch đại giữa chừng, người ta có truyền mộtlúc 15000 điện thoại hay mười hai kênh truyền hình qua một sợi tơ quang với đườngkính 0.13 mm với khoảng cách 10Km đến 20Km Lượng thông tin được truyền đi vớiánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ mà người ta vẫn dùng.Trong các hệ thống điều khiển từ xa vô tuyến dùng tia hồng ngoại thường chỉ sửdụng với những thiết bị điều khiển ở khoảng cách gần và định hướng Vì tia hồngngoại dễ bị hấp thụ bởi môi trường, dễ bị nhiễu bởi môi trường ánh sáng bên ngoài,khả năng xuyên thấu kém Trong điều khiển từ xa, chùm tia hồng ngoại phát đi hẹp, cóhướng, do đó khi thu phải đúng hướng

2.4.3.2 Nguồn phát sóng hồng ngoại.

Các nguồn sáng nhân tạo thường chứa nhiều sóng hồng ngoại Hình dưới cho taquang phổ của các nguồn phát sáng này

Hình 2.12: Quang phổ của các nguồn sáng.

+ IRED: Diode hồng ngoại.

Sóng hồng ngoại có những đăc tính quang học giống như ánh sáng ( sự hội tụ quathấu kính, tiêu cực…) Ánh sáng và sóng hồng ngoại khác nhau rất rõ trong sự xuyênsuốt qua vật chất

Có những vật mắt ta thấy “ phản chiếu sáng ” nhưng đối với tia hồng ngoại nó lànhững vật “ phản chiếu tối ” Có những vật ta thấy nó dưới một màu xám đục nhưngvới ánh sáng hồng ngoại nó trở nên trong suốt Điều này giải thích tại sao LED hồngngoại có hiệu suất cao hơn so với LED cho màu xanh lá cây, màu đỏ… Vì rằng, vậtbán dẫn “ trong suốt ” đối với ánh sáng hồng ngoại, tia hồng ngoại không bị yếu đi khi

nó phải vượt qua các lớp bán dẫn để đi ra ngoài

Đời sống của LED hồng ngoại dài đến 10000 giờ ( hơn 11 năm ), LED hồng ngoạikhông phát sáng cho lợi điểm trong các thiết bị kiểm soát vì không gây sự chú ý

2.4.3.3 Linh kiện thu sóng hồng ngoại.

Người ta có thể dùng quang điện trở, phototransistor, photodiode để thu sóng hồngngoại gần Để thu sóng hồng ngoại trung bình và xa phát ra từ cơ thể con người, vậtnóng… Loại detector với vật liệu Lithiumtitanat hay tấm chất dẻo Polyviny –Lidendifourid (PVDF) Cơ thể con người phát tia hồng ngoại với độ dài sóng từ 8msđến 10ms

2.4.3.4 Sơ đồ khối hệ thống dùng tia hồng ngoại.

Hình 2.13: Sơ đồ khối máy phát hồng ngoại.

 Giải thích sơ đồ khối máy phát:

Máy phát có nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển, mã hóa và phát tín hiệu đến máy thu,lệnh truyền đi đã được điều chế

+ Khối phát lệnh điều khiển.

Khối này có nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển từ nút nhấn ( phím điều khiển ) Khi mộtphím được ấn, tức là một lệnh đã được tạo ra Các nút ấn này có thể là một nút ( ởmạch điều khiển đơn giản ), hay một ma trận nút ( ở mạch điều khiển chức năng ) Matrận phím được bố trí theo cột và hàng Lệnh điều khiển được đưa đến bộ mã hóa dướidạng các bit nhị phân tương ứng với từng phím điều khiển Ở đề tài này người thựchiện nối một chân cố định vào mạch phát Tượng trưng cho một nút nhấn, để mạchphát một cách liên tục từ khi mở nguồn

+ Khối mã hóa

Để truyền các tín hiệu khác nhau đến máy thu mà chúng không lẫn lộn nhau, ta phảitiến hành mã hóa các tín hiệu ( lệnh điều khiển ) Khối mã hóa này có nhiệm vụ biếnđổi các lệnh điều khiển thành các bit nhị phân, hiện tượng biến đổi này gọi là mã hóa

Có nhiều phương pháp mã hóa khác nhau:

 Điều chế biên độ xung

+ Khối dao động tạo sóng mang.

Khối này có nhiệm vụ tạo ra sóng mang tần số ổn định, sóng mang này sẽ mangtín hiệu điều khiển khi truyền ra môi trường

Khối điều chế

Khối này có nhiệm kết hợp tín hiệu điều khiển đã mã hóa sóng mang để đưa hkhối khuếch đại.

Khối khuếch đại

Khuếch đại tín hiệu đủ lớn để LED phát hồng ngoại phát tín hiệu ra môi trường.LED phát

Biến đổi tín hiệu điện thaafnh tín hiệu hồng ngoại phát ra môi trường

2.4.3.5 Máy thu.

Hình 2.14: Sơ đồ khối máy thu hồng ngoại

 Giải thích sơ đồ khối máy thu

Chức năng của máy thu là thu được tín hiệu điều khiển từ máy phát, loại bỏ sóngmang, giải mã tín hiệu điều khiển thành các lệnh riêng biệt, từ đó mỗi lệnh sẽ đưa đếnkhối chấp hành cụ thể

+ LED thu: thu tín hiệu hồng ngoại do máy phát truyền tới và biến đổi thành tín

hiệu điều khiển

+ Khối khuếch đại: Có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điều khiển lớn lên từ từ,

LED thu hồng ngoại để quá trình xử lý tín hiệu được dễ dàng

+ Khối tách sóng mang: Khối này có chức năng triệt tiêu sóng mang, chỉ giữ lạitín hiệu điều khiển như tín hiệu gửi đi từ máy phát

Khuếch

Mạch chấp hành

Khuếch đại

+ Khối giải mã: Nhiệm vụ của khối này là giải mã tín hiệu điều khiển thành các

lệnh điều khiển dưới dạng các bit nhị phân hay các dạng khác để đưa đến khối chấphành cụ thể Do đó, nhiệm vụ của khối này rất quan trọng

+ Khối chốt: Có nhiệm vụ giữ nguyên trạng thái tác động khi tín hiệu điều khiểnkhông còn, điều này có nghĩa là khi phát lệnh điều khiển ta chỉ tác động vào phím ấnmột lần,trạng thái mạch chỉ thay đổi khi tác động vào nút khác, thực hiện điều khiểnlệnh khác

+ Khối khuếch đại: Khuếch đại tín hiệu điều khiển đủ lớn để tác động vào mạch

chấp hành

+ Khối chấp hành: Có thể là rơle hay một linh kiện điều khiển nào đó, đây làkhối cuối cùng tác động trực tiếp vào thiết bị, thực hiện nhiệm vụ điều khiển mongmuốn

2.5 Lý thuyết về tổng đài.

2.5.1 Lý thuyết tổng quát về tổng đài.

2.5.1.1 Giới thiệu chung

 Định nghĩa về tổng đài

Tổng đài là một hệ thống chuyển mạch có hệ thống kết nối các cuộc liên lạc giữacác thuê bao với nhau, với số lượng thuê bao lớn hay nhỏ tuỳ thuộc vào từng loại tổngđài, từng khu vực

 Chức năng của tổng đài

Tổng đài điện thoại có khả năng:

+ Nhận biết được khi thuê bao nào có nhu cầu xuất phát cuộc gọi

+ Thông báo cho thuê bao biết mình sẵn sàng tiếp nhận các yêu cầu của

thuê bao

+ Xử lí thông tin từ thuê bao chủ gọi để điều khiển kết nối theo yêu cầu

+ Báo cho thuê bao bị gọi biết có người cần muốn liên lạc

+ Giám sát thời gian và tình trạng thuê bao để ghi cước và giải tỏa

+ Giao tiếp được với những tổng đài khác để phối hợp điều khiển

Trong lịch sử phát triển, có nhiều loại tổng đài xuất hiện và được ứng dụng theotừng giai đoạn phát triển của khoa học kỹ thuật như : tổng đài công nhân, tổng đài cơđiện, tổng đài tự động và hiện nay đang sử dụng tổng đài điện tử Do phạm vi nghêincứu của đề tài, ở đây chỉ tập trung tìm hiểu tổng quan về tổng đài điện tử hiện nay

2.5.1.2 Phương thức chuyển mạch của tổng đài điện tử

Tổng đài điện tử có những phương thức chuyển mạch sau:

• Tổng đài điện tử dùng phương thức chuyển mạch không gian (SDM : SpaceDevision Multiplexer)

• Tổng đài điện tử dùng phương thức chuyển mạch thời gian (TDM : TimingDevision Multiplexer) : có hai loại

Phương thức ghép kênh tương tự theo thời gian (Analog TDM) gồm có:

+ Ghép kênh bằng phương thức truyền đạt cộng hưởng

+ Ghép kênh PAM (PAM : Pulse Amplitude Modulation)

Trong kỹ thuật ghép kênh PCM người ta lại chia 2 loại : điều chế Delta và điềuchế PCM

Ngoài ra, đối với tổng đài có dung lượng lớn và rất lớn (dung lượng lên đến cỡvài chục ngàn số) người ta phối hợp cả hai phương thức chuyển mạch SDM và TDMthành T – S – T, T – S, S – T – S …

Ưu điểm của phương thức kết hợp này là tận dụng tối đa số link trống và giảm bớt

số link trông không cần thiết, làm cho kết cấu của toàn tổng đài trở nên đơn giản hơn.bởi vì, phương thức ghép kênh TDM luôn luôn tạo ra khả năng toàn thông, mà thôngthường đối với tổng đài có dung lượng lớn, việc dư link là không cần thiết

Người ta đã tính ra thông thường chỉ có tối đa 10% các thuê bao có yêu cầu cùng 1lúc, nên số link trống chỉ cần đạt 10% tổng số thuê bao là đủ.

Tổng đài điện tử dùng phương thức ghép kênh theo tần số (FDM : FrequenceDevision Multiplexer)

2.5.1.3 Các loại tổng đài điện tử hiện có.

Cùng với sự phát triễn của linh kiện bán dẫn, các thiết bị ngày càng trở nên thôngminh hơn, giá thành ngày càng giảm Nó lần lượt thay thế phần cơ khí còn lại của tổngđài cơ điện Việc thay thế này làm cho tổng đài gọn nhẹ rất nhiều, thời gian kết nốithông thoại nhanh hơn, năng lượng tiêu tán ít hơn Dung lượng tổng đài tăng lên đáng

kể Công tác sửa chữa bảo trì, phát hiện hư hỏng cũng dễ dàng hơn Chính vì vậy tổngđài điện tử hiện nay đã hầu như thay thế hoàn toàn tổng đài nhân công và tổng đài cơđiện trên thế giới

Hiện nay trên mạng viễn thông Việt Nam có 5 loại tổng đài sau :

 Tổng đài cơ quan PABX: được sử dụng trong các cơ quan, khách sạn và thường

sử dụng trung kế CO-Line(central office)

 Tổng đài nông thôn (Rural Exchange): được sử dụng ở các xã, khu dân cưđông, chợ và có thể sử dụng tất cả các loại trung kế

 Tổng đài nội hạt LE (Local Exchange): được đặt ở trung tâm huyện tỉnh và sửdụng tất cả các loại trung kế

 Tổng đài đường dài TE (Toll Exchange): dùng để kết nối các tỗng đài nội hạt ởcác tỉnh với nhau, chuyển mạch các cuộc gọi đường dài trong nước

 Tổng đài cửa ngõ quốc tế (Gateway Exchange): tổng đài này dùng để chọnhướng và chuyển mạch các cuộc gọi vào mạng quốc tế để nối các quốc gia vớinhau, có thể chuyển tải cuộc gọi quá giang

2.5.2 Giới thiệu về tổng đài điện tử nội bộ cơ quan PABX (Private Automatic Branch Exchance) TC – 200, serial 308A của công ty IKE.

Thế hệ tổng đài nội bộ TC-2000 serial A308 cua công Ty IKE là một loại tổng đài điện

tử chuyển mạch hoàn toàn tự động, sử dụng nguồn điện tự cấp 220V_AC Hệ thốnggiao tiếp với bên ngoài bao gồm: 3 line kết nối với tổng đài bưu điện tương ứng với 3địa chỉ thuê bao, đồng thời tổng đài còn có 8 line thông thoại nội bộ hoạt động được ở

cả hai trạng thái có hoặc không liên kết với tổng đài bưu điện Tổng đài nội bộ còn hỗtrợ rất nhiều chức năng như:

Tổng dài cho phép người sử dụng lập trình các chế độ hoạt động của tổng đài theo

ý mình một cách dễ dàng bằng điện thoại bàn có đủ 12 phím chuẩn Khi không kết nốivới mạng điện thoại bưu điện, tổng đài vẫn hoạt động bình thường ở dạng liên lạc nội

bộ giữa 8 line trong hệ thống với nhau tương ứng với các số địa chỉ thuê bao mặc định

từ 801 đến 808 ( người sử dụng có thể lập trình số địa chỉ thuê bao theo ý mình trongphạm vi từ 100 đến 999), tổng đài nội bộ cho phép quá trình hoạt động liên lạc nội bộtheo phương thức hoàn toàn giống như tổng đài bưu điện về các thông số kỹ thuật vàchất lượng thông tin truyền Khoảng cách giới hạn trao đổi thông tin giữa các thuê baohoạt động trong tổng đài nội bộ có thể đạt đến 1000m

Khi kết nối với mạng điện thoại bưu điện ( có thể kết nối đến tối đa 3 số địa chỉthuê bao), một thuê bao bên ngoài yêu cầu được kết nối thông thoại với 1 trong 3 thuêbao bưu điện của tổng đài thì có thể liên lạc với 1 trong 8 line nội bộ bằng cách sau khinhấn số thuê bao bưu điện thì nhấn tiếp số line nội bộ cần kết nối thông thoại Hoặctrong trường hợp này tổng đài có hỗ trợ lập trình cố định việc nhận tín hiệu chuông từcuộc gọi bên ngoài vào là một line nội bộ bất kì trong 8 line từ 801 đến 808 ( mặc định

là 801); đồng thời khi thuê bao bên ngoài có nhu cầu muốn kết nối thông thoại với linenội bộ khác thì tổng đài cho phép chuyển kết nối trực tiếp mà không làm ngắt kết nối( bằng cách ấn phím Flas trên bàn phím điện thoại sau đó nhấn đến số line nội bộ khácần liên kết, lúc đó tổng đài sẽ tự động ngắt kết nối với line nôi bộ cũ)

Bất cứ line nội bộ nào trong 8 line của tổng đài đều có thể kết nối thông thoại vớithuê bao bưu điện bằng cách ấn thêm phím số 0 trước khi ấn số điện thoại của thuê baobên ngoài theo phương pháp bình thường

Việc tính cước của tổng đài bưu điện khi line nội bộ của tổng đài gọi ra bên ngoài

sẽ là 1 trong 3 số thuê bao đã đăng ký ( việc thuê bao nào được tính cước trong cuộcgọi sẽ do người sử dụng lập trình cho tổng đài của mình)

Người sử dụng có thể sử dụng tổng đài nội bộ này để thông thoại với cùng một lúcnhiều line nôi bộ khác trong tổng đài như một cuộc hội nghị gián tiếp qua điện thoạikhi thiết đặt chế độ này ở tổng đài

Tổng đài nội bộ này còn cho phép chức năng ghi âm sẵn một thông tin cố định bằngđiện thoại trong thời lượng 2 phút như một lời chào hoặc một thông tin hướng dẫnđược phát ra mỗi khi có thuê bao bên ngoài gọi đến các line trong tổng đài nội bộ

2.5.3 Báo Hiệu Trong Tổng Đài.

2.5.3.1 Định nghĩa.

Trong mạng viễn thông báo hiệu được coi như là một phương tiện để trao đổithông tin và các lệnh từ điểm này đến điểm khác, các thông tin và các lệnh này liênquan đến quá trình thiết lập, giám sát và giải phóng cuộc gọi

2.5.3.2 Các chức năng của báo hiệu.

Có thể tổng quát các chức năng của báo hiệu như sau: chức năng giám sát, chứcnăng tìm chọn, chức năng khai thác và bảo dưỡng mạng

• Chức năng giám sát: chức năng này được sử dụng để nhận biết sự thay đổi vềtrạng thái của đường dây thuê bao hoặc của trung kế (bao gồm các tín hiệu: nhấc máychiếm, nhấc máy trả lời, trạng thái đường dây bận-rỗi-giải phóng…) Các tín hiệu giámsát có thể ở dạng có dòng (không dòng) hoặc là các mã nhị phân đặc trưng cho từngtrạng thái

• Chức năng tìm chọn: liên quan chặt chẽ đến quá trình xử lý cuộc gọi như: traođổi các thông tin địa chỉ, đặc tính thuê bao Trong quá trình báo hiệu, chức năng tìmchọn phải được thực hiện trong một khoảng thời gian xác định thường được gọi là thờigian trễ quay số (PDD - Post Delay Dialing)

• Chức năng khai thác và bảo dưỡng mạng : phục vụ cho việc khai thác duy trì sựhoạt động của mạng lưới Các tín hiệu báo hiệu thuộc chức năng này gồm:

+ Nhận biết và trao đổi các thông tin về trạng thái tắt nghẽn của mạng

+ Thông báo về trạng thái thiết bị, đường trung kế

+ Cung cấp các thông tin tính cước

+ Cung cấp các thông tin về lỗi trong quá trình truyền thông tin báo hiệu

2.5.3.3 Các Hệ Thống Báo Hiệu.

Quá trình thuê bao được phân thành 2 hướng theo giản đồ sau:

Hình 2.15: Sơ đồ các hệ thống báo hiệu.

2.5.3.4 Báo Hiệu Trên Đường Dây Thuê Bao Gọi.

Trong các mạng điện thoại hiện nay, nguồn tại tổng đài cung cấp đến các thuê baothường là 48VDC

* Yêu cầu cuộc gọi: khi thuê bao rỗi, trỡ kháng đường dây cao, trở kháng đườngdây xuống ngay khi thuê bao nhấc tổ hợp kết quả là dòng điện tăng cao Dòng tăng caonày được tổng đài phát hiện như là một yêu cầu một cuộc gọi mới và sẽ cung cấp đếnthuê bao âm hiệu mời quay số

* Tín hiệu địa chỉ: Sau khi nhận tín hiệu mời quay số, thuê bao sẽ gửi các chữ sốđịa chỉ Các chữ số địa chỉ có thể được phát đi bằng hai cách quay số, quay số ở chế độPulse và quay số ở chế độ Tone.

* Tín hiệu chấm dứt việc lựa chọn: Sau khi nhận đủ địa chỉ, bộ phận địa chỉ đượcngắt ra Sau đó việc kết nối được thiết lập, lúc này tổng đài gởi một trong các tín hiệusau:

- Nếu đường dây gọi bị rỗi, âm hiệu hồi âm chuông đến thuê bao gọi và dòngđiện rung chuông đến thuê bao bị gọi

- Nếu đường dây bị bận hoặc không thể vào được thì âm hiệu bận sẽ đến thuêbao gọi

- Một thông báo đã được ghi sẵn gửi đến số thuê bao gọi để chỉ dẫn cuộc gọi hiệntại bị thất bại, khác với trường hợp thuê bao bị gọi mắc bận

* Tín hiệu trả lời trở về: Ngay khi thuê bao bị gọi nhấc tổ hợp, một tín hiệu đảocực được phát lên thuê bao gọi.Việc này cho phép sử dụng để hoạt động thiếp bị đặcbiệt đã được gắn vào thuê bao gọi (như máy tín cước)

* Tín hiệu giải tỏa: Khi thuê bao gọi giải tỏa có nghĩa lá on hook, tổng trở đườngdây lên cao Tổng đài xác nhận tín hiệu này giải tỏa tất cả các thiếp bị liên quan đếncuộc gọi và xóa các thông tin trong bộ nhớ đang được dùng để kềm giữ cuộc gọi.Thông thường tín hiệu này có trong khoảng thời gian hơn 500ms

2.5.3.5 Báo Hiệu Trên Đường Dây Thuê Bao Bị Gọi

* Tín hiệu rung chuông: Đường dây thuê bao rỗi nhận cuộc gọi đến, tổng đài sẽ

gửi dòng điện rung chuông đến máy bị gọi Dòng điện nà có tần số 20Hz, 25Hz, 50Hzđược ngắt khoảng thích hợp Âm hiệu hồi âm chuông cũng được gửi về thuê bao gọi

* Tín hiệu trả lời: Khi thuê bao bị gọi nhấc tổ hợp nhận cuộc gọi, tổng trở đường

dây xuống thấp, tổng đài phát hiện việc này sẽ cắt dòng điện rung chuông và âm hiệuhồi âm chuông bắt đầu gian đoạn đàm thoại