Tập bài giảng này được viết theo chương trình học phần Điều khiển từ xa đã được phê duyệt. Trong đó chương 1 giới thiệu khái quát về cấu trúc các hệ thống đo và điều khiển từ xa. Chương 2 trình bày hệ thống mã và thiết bị mã và phân tích ưu nhược điểm của từng loại mã. Chương 3 sẽ giới thiệu về các kênh thông tin liên lạc thường sử dụng trong quá trình điều khiển từ xa, đồng thời cũng đưa ra những đánh giá về điểm mạnh và yếu của mỗi loại kênh. Trong chương 4 sẽ trình bày những lý thuyết cơ bản về truyền tin. Chương cuối sẽ đánh giá chất lượng và độ tin cậy của cả hệ thống. Trong các chương cùng với lý thuyết đã đưa vào các ví dụ bài tập có lời giải.
LỜI NÓI ĐẦU Điều khiển từ xa việc điều khiển khoảng cách mà người không thiết trực tiếp đến nơi đặt hệ thống Khoảng cách tùy thuộc vào hệ thống có mức độ phức tạp khác nhau, chẳng hạn để điều khiển từ xa phi thuyền ta cần phải có hệ thống phát thu mạnh, ngược lại, để điều khiển trò chơi điện tử từ xa ta cần hệ thống phát thu yếu Truyền liệu không dây mảng lớn điện tử thơng tin, liệu truyền tương tự số Trong truyền liệu không dây, hiệu truyền sóng điện từ hay sóng Radio, ưu điểm truyền khoảng cách xa, đa hướng, tần số hoạt động cao Trong 30 năm qua, nhà tự động nghành công nghiệp sản xuất thiết bị điện tử dân dụng sử dụng loại thiết bị điều khiển từ xa tia hồng ngoại (IR) Nhưng thiết bị điều khiển IR giải pháp tối ưu Phạm vi điều khiển bị hạn chế, thiết bị điều khiển phải tầm nhìn thẳng, điều có nghĩa điều khiển phải nhằm thẳng vào thiết bị Thiết bị phải đặt bên ngồi, khơng để tủ kín Nếu muốn điều khiển thiết bị sử dụng cơng nghệ IR điều khiển phải phòng đặt thiết bị phạm vi định Ngoài điều khiển từ xa cách sử dụng tần số vơ tuyến (RF) bổ xung thêm tính linh hoạt sở tính có sẵn điều khiển IR Bộ điều khiển từ xa RF điều khiển chiều, tốc độ truyền thông cao không cần phải tầm nhìn, tín hiệu cụ thể truyền qua tường qua tầng nhà Điều khiển từ xa RF điều khiển đặc biệt thích hợp cho thiết bị bên tủ từ phòng khác Hơn nữa, điều khiển từ xa RF sử dụng hình hiển thị tương tác gắn trực tiếp điều khiển, mà ta giám sát ngơi nhà tự động mình, chọn chức giải trí thơng số điều khiển Bộ điều khiển RF cho phép ta sử dụng để điều khiển từ nơi nhà ta mà không cần phải đứng trước thiết bị Và ứng dụng điều khiển từ xa vào robot công nghiệp Robot cơng nghiệp giúp vận chuyển bốc dỡ hàng hóa cách thuận tiện, an toàn, hiệu quả, suất Với điều khiển từ xa RF thay đổi cách tương tác với giới xung quanh cách quan tâm đến môi trường Những đối tượng điều khiển khơng gian, đáy biển sâu hay vùng xa xôi hẻo lánh mặt địa cầu Thế giới phát triển lĩnh vực điều khiển cần phải mở rộng Việc ứng dụng điều khiển từ xa vào thông tin i liên lạc mang lại nhiều thuận lợi cho xã hội lồi người , thơng tin cập nhật nhờ xác nhanh chóng q trình điều khiển từ xa đo lường từ xa Ngồi điều khiển từ xa cịn ứng dụng kỹ thuật đo lường Trước muốn đo độ phóng xạ lị hạt nhân khó khăn phức tạp người nơi an tồn đo độ phóng xạ lò hạt nhân nhờ vào kỹ thuật điều khiển từ xa Như hệ thống điều khiển từ xa hạn chế mức độ phức tạp công việc đảm bảo an toàn cho người Trong sinh hoạt ngày người trò chơi giải trí (robot, xe điều khiển từ xa…) ứng dụng gần gũi với người cải tiến cho phù hợp với việc sử dụng đạt mức tiện lợi Xuất phát từ đặc trưng nhóm tác giả nghiên cứu biên soạn tập giảng điều khiển từ xa nhằm mục đích phục vụ cho q trình học tập nghiên cứu sinh viên Khoa Điện - Điện tử Tập giảng viết theo chương trình học phần Điều khiển từ xa phê duyệt Trong chương giới thiệu khái quát cấu trúc hệ thống đo điều khiển từ xa Chương trình bày hệ thống mã thiết bị mã phân tích ưu nhược điểm loại mã Chương giới thiệu kênh thông tin liên lạc thường sử dụng trình điều khiển từ xa, đồng thời đưa đánh giá điểm mạnh yếu loại kênh Trong chương trình bày lý thuyết truyền tin Chương cuối đánh giá chất lượng độ tin cậy hệ thống Trong chương với lý thuyết đưa vào ví dụ tập có lời giải Cuối chương có tập củng cố lý thuyết Trong trình biên soạn, cố gắng không tránh khỏi sai sót, kính mong giáo q thầy, bạn đọc ii MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU i CHƯƠNG CÁC HỆ THỐNG ĐO ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 1.1 Khái quát chung 1.1.1 Hệ thống đo điều khiển từ xa 1.1.2 Việc chọn phương pháp điều chế 1.1.3 Các đặc tính quan trọng hệ thống đo xa 1.1.4 Tính tốn đặc tính thống kê sai số hệ thống đo xa liên tục tuyến tính (hệ thống dừng tuyến tính) 1.1.5 Lựa chọn tối ưu chu kỳ rời rạc hoá hệ thống đo xa 1.2 Hệ thống đo xa tần số 11 1.2.1 Cấu trúc hệ thống 11 1.2.2 Dạng tín hiệu 12 1.2.3 Các phương án đo tần số phía thu ảnh hưởng chúng việc chọn thơng số tín hiệu 12 1.2.4 Chọn thơng số tín hiệu hệ thống đo xa tần số dùng phương pháp đếm trực tiếp 14 1.2.5 Lựa chọn tối ưu thơng số tín hiệu hệ thống đo xa tần số dùng phương pháp đếm gián tiếp 15 1.2.6 Lựa chọn thông số tín hiệu hệ thống kênh dùng phương pháp đo tần số kiểu lấy trung bình 18 1.2.7 Chọn thơng số tín hiệu HT đo xa tần số dùng cách đo tần số cách đo chu kỳ 19 1.3 Hệ thống đo xa thời gian-xung 22 1.3.1 Sơ đồ khối hệ thống đo xa thời gian-xung 22 1.3.2 Các dạng tín hiệu 23 1.3.3 Chọn thơng số tín hiệu 24 1.3.4 Chọn thơng số tín hiệu điều kiện tối ưu 27 1.4 Hệ thống đo xa mã - xung 29 1.4.1 Cấu trúc hệ thống 29 1.4.2 Các dạng tín hiệu 29 1.4.3 Chọn thơng số tín hiệu 30 1.4.4 Chọn số dãy mã từ điều kiện tối ưu 33 1.5 Hệ thống đo xa thích nghi 34 1.5.1 Đặt vấn đề 34 1.5.2 Các đặc tính việc cắt giảm thông tin 35 Câu hỏi chương 1: 39 CHƯƠNG MÃ VÀ THIẾT BỊ MÃ 40 2.1 Khái niệm chung 40 2.1.1 Yêu cầu mã 40 iii 2.1.2 Phân loại mã 40 2.1.3 Quan hệ khả chống nhiễu mã với khoảng cách mã nhỏ 42 2.1.4 Độ dư mã khả chống nhiễu 43 2.1.5 Phương pháp tốn học biểu diễn mã tuyến tính 44 2.2 Hệ thống loại mã 45 2.2.1 Các mã đặc trưng 45 2.2.2 Các loại mã phát sai 51 2.2.3 Các loại mã phát sai sửa sai 52 2.3 Thiết bị mã hóa dịch mã 75 2.3.1 Thiết bị mã hóa 75 2.3.2 Thiết bị giải mã 78 Câu hỏi chương 2: 79 CHƯƠNG KÊNH LIÊN LẠC 80 3.1 Đường dây không 80 3.2 Đường dây cung cấp điện 82 3.3 Kênh liên lạc radio 83 3.3.2 Các tính chất quang học sóng vơ tuyến 89 3.3.3 Các phương thức truyền lan sóng điện từ 91 3.3.4 Các phương pháp điều chế tín hiệu RF 94 3.3.5 Các đặc trưng sóng điện từ 94 3.3.6 Sơ đồ khối mạch điều khiển từ xa dùng sóng vơ tuyến 98 3.3.7 Sơ đồ khối máy phát: 98 3.3.8 Sơ đồ khối máy thu 99 3.3.9 Mạch phát RF dùng PT 2262 100 3.3.10 Mạch thu RF dùng PT 2272 100 3.4 Kênh liên lạc cáp quang 101 3.5 Kênh truyền tia hồng ngoại 109 3.5.1 Ứng dụng tia hồng ngoại đo nhiệt độ 109 3.5.2 Ứng dụng tia hồng ngoại phát nhiệt 110 3.5.3 Ứng dụng tia hồng ngoại truyền thông 110 3.5.4 Ứng dụng tia hồng ngoại nhìn đêm 110 3.5.5 Nguyên lý thu phát hồng ngoại 111 3.5.6 Ví dụ mạch thu phát hồng ngoại 113 3.6 Nhiễu kênh liên lạc 119 Câu hỏi chương 3: 128 CHƯƠNG CƠ BẢN VỀ LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN 129 4.1 Các đặc trưng 129 4.1.1 Tin tức, thơng báo, tín hiệu 129 4.1.2 Lượng tử hóa 131 4.1.3 Tin tức, đặc trưng, đơn vị đo 133 iv 4.1.4 Entropi – số đo lường không xác định 135 4.1.5 Đặc trưng phương pháp thống kê đo lường tin tức 138 4.2 Truyền tin kênh không nhiễu 138 4.3 Truyền tin kênh có nhiễu 140 4.4 Các phương pháp nâng cao độ xác truyền tin 142 Câu hỏi chương 4: 150 CHƯƠNG ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐO – ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 151 5.1 Độ tin cậy tiêu quan trọng hệ thống đo, điều khiển từ xa 151 5.2 Ý nghĩa độ tin cậy kỹ thuật 151 5.2.1 Định nghĩa độ tin cậy kỹ thuật 152 5.2.2 Đối tượng nhiệm vụ độ tin cậy 152 5.2.3 Quan điểm kinh tế độ tin cậy 153 5.2.4 Những yếu tố ảnh hưởng tới độ tin cậy 155 5.3 Các tiêu để đánh giá độ tin cậy 157 5.3.1 Hỏng hóc, cường độ hỏng hóc 157 5.3.2 Độ tin cậy, thời gian làm việc tin cậy trung bình thời gian làm việc cho phép: 158 5.3.3 Thời gian làm việc tin cậy trung bình 158 5.3.4 Sản phẩm có phục hồi sản phẩm không phục hồi 159 5.3.5 Xác suất làm việc không hỏng 159 5.3.6 Cường độ hỏng 161 5.3.7 Các đặc trưng số tính khơng hỏng 162 5.3.8 Quan hệ cường độ hỏng với quy luật phân phối tuổi thọ 163 5.3.9 Các tiêu độ tin cậy sản phẩm có phục hồi 166 5.3.10 Các tiêu tính lâu bền 173 5.3.11 Các tiêu tính lưu kho vận chuyển 174 5.3.12 Các tiêu kinh tế độ tin cậy 174 5.4 Tính tốn độ tin cậy hệ thống 175 5.4.1 Độ tin cậy sơ đồ nối tiếp 175 5.4.2 Độ tin cậy sơ đồ song song 176 5.4.3 Các biện pháp nâng cao độ tin cậy 176 5.4.4 Thông tin công nghiệp 178 Câu hỏi chương 182 TÀI LIỆU THAM KHẢO 183 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ kết cấu hệ thống điều khiển từ xa Hình 1.2: Sơ đồ khối máy phát hệ thống điều khiển từ xa Hình 1.3: Sơ đồ khối máy thu hệ thống điều khiển từ xa Hình 1.4: Đồ thị lấy mẫu thời gian hệ thống đo xa Hình 1.5: Biểu đồ điều chế hệ thống đo xa tần số 11 Hình 1.6: Biểu đồ điều chế tín hiệu thay đổi theo thời gian 12 Hình 1.7: Sơ đồ khối HT đo xa thời gian-xung 23 Hình 1.8: Sơ đồ khối trình điều chế HT đo xa thời gian-xung 23 Hình 1.9: Tín hiệu điều chế độ rộng xung 24 Hình 1.10: Dạng tín hiệu điều chế 25 Hình 1.11: Dạng tín hiệu kênh khơng nhiễu có nhiễu 25 Hình 1.12: Lấy mẫu tần số hệ thống đo xa thích nghi 35 Hình 1.8: Sơ đồ khối mạch xấp xỉ bậc 37 Hình 1.9: Đặc tuyến mạch xấp xỉ bậc 38 Hình 2.1: Cơ chế chống nhiễu mã 41 Hình 2.2: Quá trình sửa sai mã chống nhiễu 42 Hình 2.3: Sơ đồ đặc trưng mã đường dây 45 Hình 2.4: Dạng sóng mã đặc trưng 47 Hình 2.5: Dạng tín hiệu mã 48 Hình 2.6: So sánh khác biệt mã AMI mã B8ZS 49 Hình 2.7: Mẫu tín hiệu vi phạm( violation) 50 Hình 2.8: Ghép mã Huffman 66 Hình 2.9: Mơ tả bước tạo mã DES 73 Hình 2.10: Biểu diễn q trình thực mã hóa 74 Hình 2.11: Sơ đồ biểu diễn thiết bị biến đổi mã 75 Hình 2.12: Biểu diễn thiết bị biến đổi mã thường thành mã chu kỳ 77 Hình 2.13: Quá trình dịch mã chu kỳ 78 Hình 2.14: Quá trình giải mã 78 Hình 3.1: Sơ đồ truyền tín hiệu điều khiển xa theo đường dây cung cấp 82 Hình 3.2: Các dạng phổ tần 84 Hình 3.2: Mặt sóng cầu từ nguồn đẳng hướng 88 Hình 3.3: Hiện tượng khúc xạ biên giới môi trường 89 Hình 3.4: Phản xạ sóng biên mơi trường 90 Hình 3.5: Nhiễu xạ sóng điện từ 91 Hình 3.6: Sự cộng tuyến tính sóng có pha khác giao thoa sóng 91 Hình 3.7: Các phương thức truyền sóng 92 vi Hình 3.8: Sóng khơng gian chân trời vô tuyến 93 Hình 3.9: Hiện tượng sóng ống .94 Hình 3.10: Thu phát sóng điện từ 95 Hình 3.11: Mạch điện điển hình dùng tạo sóng mang RF, dùng anten cho phát vào không gian, để liên thông với máy thu sóng xung quanh 96 Hình 3.12: Mạch cộng hưởng LC phát sóng điện từ .96 Hình 3.13: Phương thức điều khiển vô tuyến 97 Hình 3.14: Sơ đồ khối mạch điều khiển từ xa dùng sóngvơ tuyến 98 Hình 3.15: Sơ đồ khối máy phát sóng vô tuyến 98 Hình 3.16: Sơ đồ khối máy thu sóng vơ tuyến 99 Hình 3.17: Sơ đồ khối mạch phát vô tuyến kênh với IC mã hóa PT2262 100 Hình 3.18: Sơ đồ mạch thu sóng vơ tuyến kênh với IC giải mã PT2272 100 Hình 3.19 Cấu tạo lớp cab quang 102 Hình 3.20: Các lớp bảo vệ cab quang 103 Hình 3.21: Các lớp Tight-buffer cab quang 103 Hình 3.22: Cấu tạo lõi cab 103 Hình 3.23:Các kiểu truyền dẫn quang 104 Hình 3.24: Phương thức truyền dẫn 104 Hình 3.25: Các loại đầu dây nối cab 105 Hình 3.26: Cấu trúc bên sợi cab 105 Hình 3.27: Bước sóng Wavelength .106 Hình 3.28: Các kiểu đầu nối quang .107 Hình 3.291: Đầu nối ferrule .107 Hình 3.30: Đầu nối FC, SC, ST PC 107 Hình 3.31: Sơ đồ khối chức phần phát .111 Hình 3.32: Sơ đồ khối chức phần thu 112 Hình 3.33: Sơ đồ chân IC phát PT2248 .113 Hình 3.34: Sơ đồ phát PT2248 .114 Hình 3.35: Sơ đồ ma trận phím bấm 114 Hình 3.36: Sơ đồ chân PT2249 .116 Hình 3.37: Sơ đồ khối PT2249 .116 Hình 3.38: Sơ đồ khối Module LED thu tín hiệu hồng ngoại PIC 1018SCL .117 Hình 3.39: LED thu tín hiệu hồng ngoại .117 Hình 3.40.: Sơ đồ Mạch Schmitt Trigger 118 Hình 3.41: Dạng sóng đầu Schmitt Trigger 118 Hình 3.42: Đồ thị biểu diễn độ suy hao .120 Hình 3.43: Nhiễu xuyên kênh hai sóng mang kề 125 vii Hình 4.1: Tín hiệu lượng tử hóa 132 Hình 4.2: Đồ thị Entropi đạt cực đại 137 Hình 4.3: Mơ hình nguồn sai 144 Hình 4.4: Sơ đồ hệ thống thơng tin có kênh ngược định 149 Hình 4.5: Phát sai 149 Hình 5.1: Những yếu tố ảnh hưởng tới độ tin cậy 157 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Quy luật mã hóa 48 Bảng 2.2: Các phần tử dư mã Hamming 56 Bảng 2.3: Biểu diễn phần tử kiểm tra .57 Bảng 2.4: Biểu diễn vị trí giá trị phần tử .58 Bảng 2.5: Biểu diễn đa thức sinh 63 Bảng 5.1: Biểu thức quan hệ hàm f(t), Q(t), R(t), (t) 161 Bảng 5.2: Bảng tíng tốn hàm f(N), Q(N), R(N) vàError! Objects cannot be created from editing field codes.(N) 166 ix ... điều khiển từ xa đo lường từ xa Ngoài điều khiển từ xa ứng dụng kỹ thuật đo lường Trước muốn đo độ phóng xạ lị hạt nhân khó khăn phức tạp người nơi an tồn đo độ phóng xạ lị hạt nhân nhờ vào kỹ. .. vào kỹ thuật điều khiển từ xa Như hệ thống điều khiển từ xa hạn chế mức độ phức tạp công việc đảm bảo an toàn cho người Trong sinh hoạt ngày người trị chơi giải trí (robot, xe điều khiển từ xa? ??)... HỆ THỐNG ĐO – ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 151 5.1 Độ tin cậy tiêu quan trọng hệ thống đo, điều khiển từ xa 151 5.2 Ý nghĩa độ tin cậy kỹ thuật 151 5.2.1 Định nghĩa độ tin cậy kỹ thuật 152