Thiết kế, chế tạo hộp điện điều khiển bậttắt từ xa qua sóng RF

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 1.1: Các ứng dụng điều khiển từ xa sử dụng sóng RF 1.2: Đặc điểm sóng RF 1.3: Yêu cầu hộp điện trời ứng dụng 1.3.1: Yêu cầu hộp điện trời 1.3.2: Ứng dụng CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỘP ĐIỆN .7 2.1: Yêu cầu công nghệ 2.2: Sơ đồ khối .7 2.2.1: Khối nguồn .8 2.2.2: Khối phát RF .8 2.2.3: Khối thu 2.3: Mạch nguyên lí 10 2.3.1: Mạch nguồn 10 2.3.2: Mạch phát .11 2.3.3: Mạch thu .12 2.3.4: Mạch công suất .13 2.3.5: Mạch nguyên lí .14 2.4: Nguyên lí hoạt động 14 2.5: Tính tốn linh kiện .16 2.5.1: Nguồn 16 2.5.2: Diode cầu 17 2.5.3: IC ổn áp LM7805 18 2.5.4: Tụ lọc nguồn 19 2.5.5: Module thu RF 315 MHz .20 2.5.6: Module phát RF 315 MHz 21 2.5.7: Transistor NPN C1815 22 2.5.8: Relay .22 2.6: Cách sử dụng số ý sản phẩm .24 2.6.1: Cách sử dụng 24 2.6.2: Một số lưu ý 24 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .25 3.1: Kết luận 25 3.1.1: Kết 25 3.1.2: Hạn chế 25 3.2: Kiến nghị .25 MỤC LỤC HÌNH Ả Hình 1: Các ứng dụng điều khiển từ xa sử dụng sóng RF Y Hình 1: Sơ đồ khối Hình 2: Sơ đồ khối mạch phát tín hiệu .8 Hình 3: Sơ đồ khối mạch thu .9 Hình 4: Mạch nguồn Hình 5: Mạch phát 10 Hình 6: Mạch thu 11 Hình 7: Mạch cơng suất 12 Hình 8: Mạch ngun lí 13 Hình 9: Cầu Diode 16 Hình 10: IC ổn áp LM 7805 .17 Hình 11: Tụ lọc nguồn 18 Hình 12: Module thu 315 Mhz 19 Hình 13: Module Phát RF 315Mhz 20 Hình 14: Transitor C1815 21 Hình 15: Relay Songle SRD 5P 22 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển kinh tế khoa học kĩ thuật đường cơng nghiệp cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước Ngành Cơ Điện Tử nói chung có bước tiến vượt bậc mang lại thành đáng kể Để thúc đẩy kinh tế đất nước ngày phát triển, giàu mạnh phải đào tạo cho hệ trẻ có đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày cao xã hội Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo phải đưa phương tiện dạy học đại vào giảng đường, trường học có trình độ người ngày cao đáp ứng nhu cầu xã hội Trường ĐHSPKT Hưng Yên số trường trú trọng đến việc đại hóa trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu giảng dạy giúp sinh viên có khả thực tế cao Để sinh viên có khả tư làm quen với công việc thiết kế, chế tạo chúng em giao cho thực đồ án: “ Thiết kế, chế tạo hộp điện, điều khiển bật/tắt từ xa qua sóng RF” nhằm củng cố kiến thức trình thực tế Điều khiển từ xa thành phần thiết bị điện tử sử dụng để điều khiển chúng từ khoảng cách không qua dây dẫn Điều khiển từ xa liên tục sử dụng để điều khiển, nâng cấp năm gần có them kết nối bluetooth, cảm biến chuyển động Sau nhận đề tài, nhờ giúp đỡ tận tình thầy Hồng Quốc Tuân với nỗ lực nhóm, tìm tịi, nghiên cứu tài liệu, đến đồ án chúng em mặt hoàn thành Trong trình thực dù cố gắng trình độ cịn hạn chế, kinh nghiệm cịn nên khơng thể tránh khỏi sai sót Chúng mong nhận bảo giúp đỡ đóng góp ý kiến thầy giáo khoa để đồ án chúng em ngày hoàn thiện CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 1.1: Các ứng dụng điều khiển từ xa sử dụng sóng RF - Được sử dụng ứng dụng điều khiển từ xa báo trộm, báo động cửa xe, chuông gọi, hệ thống an ninh - Điều khiển thiết bị điện tử tivi, đầu đĩa, máy điều hòa, quạt - Tắt mở bảng điện, bảng đèn, rèm cửa, camera Hình 1: Các ứng dụng điều khiển từ xa sử dụng sóng RF 1.2: Đặc điểm sóng RF - Sóng vô tuyến kiểu xạ điện từ với bước sóng phổ thơng điện từ dài ánh sáng hồng ngoại - Sóng có tần số từ KHz tới 30 300 GHz Giống sóng điện từ khác, chúng truyền với vận tốc ánh sáng - Sóng vơ tuyến xuất tự nhiên sét đối tượng thiên văn Sóng vơ tuyến người tạo nên dùng cho radar, phát thanh, liên lạc vô tuyến di động cố định hệ thống dẫn đường khác Thông tin vệ tinh, mạng máy tính vơ số ứng dụng khác - Các tần số khác sóng vơ tuyến có đặc tính truyền lan khác khí Trái Đất, sóng dài truyền theo đường cong Trái Đất, sóng ngắn nhờ phản xạ từ tầng điện ly nên truyền xa, bước sóng ngắn bị phản xạ yếu truyền đường nhìn thẳng 1.3: Yêu cầu hộp điện trời ứng dụng 1.3.1: Yêu cầu hộp điện trời - Sử dụng chuẩn cắm an toàn nối đất - Tích hợp chống giật nơi đầu nguồn - Lắp đặt vị trí an toàn: độ cao, tránh vùng ẩm ướt tác nhân nhiệt - Nhiệt độ hoạt động khoảng từ: -10 ~ 70 oC , có rơ le nhiệt để bảo vệ mạch - Tủ thiết kế kín có lỗ thống khí đường lắp đặt cách tường khoảng nhỏ để tránh ẩm 1.3.2: Ứng dụng - Điều khiển công tắc hộp điện để bật tắt thiết bị điện - Tránh cho người sử dụng tiếp xúc trực tiếp với công tắc hộp điện đường dây hộp điện bị hở - Khi xảy cháy nổ nhanh chóng tắt thiết bị điện để giảm thiệt hại cho thiết bị CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỘP ĐIỆN 2.1: Yêu cầu công nghệ - Điện áp sử dụng: 5V - Công suất: 100mW - Tầm hoạt động: 30 – 50m ( lý tưởng ) - Tần số thu: 315Mhz - Tính chống nước: IP65, IP66, IP67 - Mã hóa kênh sử dụng sóng RF - Xây dựng mơ hình đơn giản, gọn nhẹ - Đáp ứng nhu cầu thẩm mĩ, thuận tiện cho người sử dụng bảo đảm tính riêng tư - Điều khiển bật/tắt thiết bị từ xa theo ý muốn người sử dụng 2.2: Sơ đồ khối Hình 1: Sơ đồ khối 2.2.1: Khối nguồn - Khối nguồn tạo dòng điện điện ổn định cung cấp an tồn cho mạch - Cơng suất: P= 18W - Điện áp đầu vào: U= 100 - 140V - Điện áp đầu ra: U= 12V - Dòng điện: I= 1,5A - Tần số: f= 50 – 60Hz 2.2.2: Khối phát RF Hình 2: Sơ đồ khối mạch phát tín hiệu - Khối chọn chức khối mã hóa: cần phát nhấn nút, lúc tín hiệu chuyển đổi thành mã nhị phân tương ứng dạng mã lệnh số gồm bit - Khối chốt liệu khối chuyển đổi: mã nhị phân chốt chuyển đổi song song nối tiếp điều khiển xung dao động nhằm đảm bảo lúc việc chuyển đổi đủ số bit mã lệnh - Khối điều chế phát: mã lệnh dạng nối tiếp điều chế phát - Khối thiết bị phát: gồm hay nhiều led hồng ngoại - Mạch hoạt động sau: Khi nhấn phím điều khiển từ xa sau mã hóa liệu đó, tín hiệu mã hóa chốt liệu chuyển đổi thành dạng sóng RF từ phận chuyển đổi phát thiết bị thu - Sử dụng module phát RF 315 MHz để truyền tín hiệu cho thu dùng IC PT2262 mã hóa 2.2.3: Khối thu Hình 3: Sơ đồ khối mạch thu - Khối thiết bị thu: led thu thiết bị thu hồng ngoại - Khối chuyển đổi khối giải mã: mã lệnh chuyển đổi giải mã thành số thập phân tương đương - Tần số sóng mang dùng để so pha với tần số giao động bên phần thu giúp cho mạch thu phát hoạt động đồng đảm bảo cho hoạt động xác 2.3: Mạch ngun lí 2.3.1: Mạch nguồn Hình 4: Mạch nguồn - Diode: Ngăn dòng ngược chiều - Tụ điện: lọc nhiễu - IC 7805: IC ổn áp điện áp dương 10 2.3.2: Mạch phát Hình 5: Mạch phát - IC Pt 2262: Hai chân 15, 16 nối với điện trở bên để quy định tần số sóng mang Chân 17 đầu tín hiệu điều chế - Điện trở: Bảo vệ mạch - Diode: Ngăn dịng ngược chiều - Nút ấn: đóng/ mở mạch 11 2.3.3: Mạch thu Hình 6: Mạch thu - IC Pt 2272: Khi tác động nút ấn tín hiệu lên mức cao flip flop mức thấp lên mức cao, ngược lại flip flop mức cao lật trạng thái xuống mức thấp - Diode: ngăn cản dòng ngược chiều - IC LM358: tạo xung - Tụ điện: lọc nhiễu - Điện trở: Bảo vệ đèn 12 2.3.4: Mạch cơng suất Hình 7: Mạch cơng suất - TransistorC1815: Khuếch đại dòng qua rơ le - Diode: ngăn cản dòng ngược chiều - Điện trở: Bảo vệ đèn - Relay 5v: công tắc điều khiển đơn giản, dùng dịng nhỏ để đóng ngắt dòng lớn Kết cấu Relay gồm lõi sắt, cuộn từ tiếp điểm 13 2.3.5: Mạch ngun lí Hình 8: Mạch ngun lí 2.4: Nguyên lí hoạt động Mạch PT 2272 -T4 giải mã điều khiển từ xa dùng chung với PT 2262 sử dụng cơng nghệ thu phát sóng RF, Có địa mã hóa ,4 địa liệu Ở mạch thu PT 2272 set chân (chân l> 8) mạch phát PT 2262 (chân l> 8) phải Sau nghiên cứu nguyên lý hoạt động khối mạch điều khiển không dây ta tiến hành nghiên cứu nguyên lý hoạt động toàn mạch Khi cấp nguồn cho mạch hoạt động chân 10 – 13 PT 2272 mức , khơng có dịng kích vào chân B C1815, lúc relay không bật * Khi bật/ tắt thiết bị: Khi ta nhấn A remos chân 14 PT 2272 có tín hiệu, mạch thu nhận tín hiệu truyền qua vào chân 17 PT 2272 làm cho chân 10 PT 2272 giữ mức 1, tín hiệu đưa vào chân B C1815 lúc 14 dòng từ C sang E cấp điện áp cho relay bật làm cho thiết bị cần điều khiển thứ bật Khi ta nhấn A lần chân 10 PT 2272 mức , lúc relay đóng Khi ta nhấn B remos chân 14 PT 2272 có tín hiệu, mạch thu nhận tín hiệu truyền qua vào chân 17 PT 2272 làm cho chân 11 PT 2272 giữ mức 1, tín hiệu đưa vào chân B C1815 lúc dòng từ C sang E cấp điện áp cho relay bật làm cho thiết bị cần điều khiển thứ bật Khi ta nhấn B lần chân 11 PT 2272 mức , lúc relay đóng Khi ta nhấn C remos chân 14 PT 2272 có tín hiệu ,mạch thu nhận tín hiệu truyền qua vào chân 17 PT 2272 làm cho chân 12 PT 2272 giữ mức 1, tín hiệu đưa vào chân B C1815 lúc dòng từ C sang E cấp điện áp cho relay bật làm cho thiết bị cần điều khiển thứ bật Khi ta nhấn C lần chân 12 PT 2272 mức , lúc relay đóng Khi ta nhấn D remos chân 14 PT 2272 có tín hiệu, mạch thu nhận tín hiệu truyền qua vào chân 17 PT 2272 làm cho chân 13 PT 2272 giữ mức 1, tín hiệu đưa vào chân B C1815 lúc dòng từ C sang E cấp điện áp cho relay bật làm cho thiết bị cần điều khiển thứ bật Khi ta nhấn D lần chân 13 PT 2272 mức , lúc relay đóng 2.5: Tính tốn linh kiện 2.5.1: Nguồn * Khái niệm máy biến áp: - Máy biến áp hay máy biến thiết bị điện gồm hai nhiều cuộn dây hay cuộn dây có đầu vào đầu từ trường Cấu tạo máy biến thường hay nhiều cuộn dây đồng cách điện quấn lõi sắt hay sắt từ ferit - Máy biến áp thiết bị có khả biến đổi điện áp xoay chiều * Cấu tạo: 15 - Gồm cuộn dây: cuộn sơ cấp có N1 vịng cuộn thứ cấp có N2 vịng Lõi biến áp gồm nhiều sắt mỏng ghép cách điện với để tránh dịng Fu-cơ tăng cường từ thơng qua mạch - Số vịng dây cuộn phải khác nhau, tùy thuộc nhiệm vụ máy mà N1 > N2 ngược lại - Cuộn sơ cấp nối với mạch điện xoay chiều thứ cấp nối với tải tiêu thụ điện * Nguyên lí làm việc máy biến áp: Máy biến hoạt động tn theo tượng vật lí: + Dịng điện chạy qua dây dẫn tạo từ trường + Sự biến thiên từ thông cuộn dây tạo hiệu điện cảm ứng ( cảm ứng điện) Dòng điện tạo cuộn sơ cấp nối với hiệu điện sơ cấp từ trường biến thiên lõi sắt Từ trường biến thiên tạo mạch điện thứ cấp hiệu điện thứ cấp Như hiệu điện sơ cấp thay đổi hiệu điện thứ cấp thông qua từ trường Sự biến đổi điều chỉnh qua số vòng quấn lõi sắt Khi , , , , , số vòng quấn, hiệu điện thế, dịng điện từ thơng mạch điện sơ cấp thứ cấp ( primary secondary) theo Định luật Faraday ta có: Nếu = Ngồi Như ( máy biến lí tưởng) 2.5.2: Diode cầu * Giới thiệu Diode Cầu Diode linh kiện điện tử cấu tạo từ lớp bán dẫn tiếp xúc Diode có cực Anode Cathode Nó cho dịng điện theo chiều từ Anode sang Cathode ( xác khả cản trở dòng điện theo chiều AK nhỏ, KA lớn) 16 Diode cầu có cấu tạo gồm diode nhỏ có chân Hình 9: Cầu Diode Thơng số kĩ thuật: Nhiệt độ hoạt động: -55 ~ 1500C Loại: Diode bán dẫn Ứng dụng: Diode cầu sử dụng làm chỉnh lưu, hạn chế tín hiệu, điều chỉnh điện áp, cơng tắc Ngồi cịn sử dụng điều biến tín hiệu, trộn tín hiệu, giải điều chế tín hiệu dao động 2.5.3: IC ổn áp LM7805 Với mạch điện không đòi hỏi độ ổn định điện áp cao, sử dụng IC ổn áp thường người thiết kế sử dụng mạch điện đơn giản Họ 78xx họ cho ổn định điện áp đầu dương xx giá trị điện áp đầu 5V, 6V…Và IC 7805 họ IC 78xx với điện áp đầu 5V 7805 gồm có chân: + Vin – chân nguồn đầu vào + GND – chân nối đất + V0 – chân nguồn đầu Thông số kĩ thuật: - Điện áp đầu vào: 10VDC ( max ) - Điện áp đầu ra: 5VDC - Dòng điện cực đại: 1.5A (max) - Dải nhiệt độ hoạt động: -40 ~ 800C 17 - Bảo vệ tải, nhiệt - Bảo vệ SOA bán dẫn đầu Hình 10: IC ổn áp LM 7805 2.5.4: Tụ lọc nguồn Tụ điện linh kiện thụ động cấu tạo hai bán cực kim loại ghép cách khoảng hai tụ dung dịch hay chất điện mơi cách điện có điện dung C Đặc điểm tụ cho dòng điện xoay chiều qua, ngăn cản dịng điện chiều Hình 11: Tụ lọc nguồn 18 Khi tụ nạp điện tụ bắt đầu nạp điện từ điện áp 0V tăng dần đến điện áp UDC theo hàm số mũ thời gian t Điện áp tức thời hai đầu tụ tụ tính theo cơng thức: Khi tụ xả điện điện áp tụ từ trị số VDC giảm dần đến 0V theo hàm số mũ thời gian t Điện áp đầu tụ xả tính theo cơng thức: Trong đó: t : thời gian tự nạp, đơn vị giây (s) e = 2,71828 T= RC Công thức tính điện dung tụ: C: số điện mơi S: diện tích bề mặt tụ D: bề dày chất điện môi 2.5.5: Module thu RF 315 MHz Module thu sử dụng rộng rãi điều khiển từ xa, dùng để thu tín hiệu từ điều khiển thiết bị Có kích thước nhỏ gọn dễ sử dụng 19 Hình 12: Module thu 315 Mhz Thơng số kĩ thuật: - Điện áp sử dụng: 5V - I < 4.5mA - Giải mã PT2272-T4 - Trở dao động: 820K - Tần số thu: 315 Mhz - Anten dài: 23 cm - Chân nguồn: Vcc (+5V), GND - Chân VT ( Valid Transmission ): Chân báo tín hiệu nhận liệu ( Ở trạng thái chờ đầu 0, có tín hiệu lên trở khơng cịn tín hiệu) - Tín hiệu ra: D0, D1, D2, D3 20 2.5.6: Module phát RF 315 MHz Hình 13: Module Phát RF 315Mhz • Pin sử dụng : 12V/23A • Chip Mã Hóa: PT2272 • Kênh truyền tín hiệu: kênh • Cơng suất truyền: 32mW • Trở dao động 4.7M • Dịng tiêu thụ: – 15mA • Điện áp sử dụng: 5V • Cự li phát: 30 -50m (lý tưởng) • Kích thước: 52x27x10mm • Thứ tự chân: o Phát – Thu o A – D0 o B – D1 o C – D2 o D – D3 21 2.5.7: Transistor NPN C1815 - Dòng điện cực đại: Ic = 150mA - Công suất cực đại: Pc = 400mW - Tần số cắt: Ft > 80 MHz Hình 14: Transitor C1815 2.5.8: Relay - Relay songle SRD thiết bị đóng cắt bản, sử dụng nhiều sống thiết bị điện tử Hình 15: Relay Songle SRD 5P - Cấu tạo relay SRD 5P gồm phần: Cuộn hút: Tạo lượng từ trường để hút tiếp điểm phía 22 Tùy vào điện áp làm việc người ta chia Relay DC: 5V, 12V, 24V – AC: 125V, 220V Cặp tiếp điểm: Khi khơng có từ trường ( không cấp điện cho cuộn dây ): Tiếp điểm tiếp xúc với nhờ lực lị xo Tiếp điểm thường đóng Khi có lượng từ trường tiếp điểm bị hút chuyển sang Trong relay có cặp tiếp điểm, cặp tiếp điểm nhiều - Thông số kĩ thuật: Tuổi thọ điện: 100,000h Nhiệt độ môi trường: -25 đến 70 độ C Trọng lượng: 10g Kích thước: 1.8 x 1.5 x1.8 cmm Điện áp đầu vào: 5VDC Dòng định mức: 10A Điện áp đầu tối đa: 250VAC Dòng điện tối đa: 10A Công suất đầu ra: P(max)= U.I =250VAC x 10A = 2500W 2.6: Cách sử dụng số ý sản phẩm 2.6.1: Cách sử dụng - Lắp đặt để mạch thu cố định; Mạch thu remote tránh ẩm ướt chạm chập - Nối tải ( Thiết bị cần tắt, mở ) với 04 Rơle 1,2,3,4 mạch thu ( Trong trường | hợp tải 04 bóng đèn 220VAC đấu sẵn với 04 rơle - Gắn 02 pin tiểu ( Loại 1,5v viên ) để cấp nguồn cho mạch phát ( Remote )- Chú ý gắn pin dung kích cỡ, cực + – theo ký hiệu remote - Cấp điện cho mạch thu: + Cắm điện 220VAC + Bấm phím bấm remote ( A,B,C,D ) để điều khiển ngắt, đóng 04 rơle Lúc 04 relay tương ứng với 04 phím bấm ngắt, đóng Ứng với phím điều khiển cho kênh khác 23 2.6.2: Một số lưu ý - Treo nơi khô - Không ẩm ướt tránh chạm chập thiết bị - Điều khiển thiết bị theo mong muốn - Dùng phổ biến nhiều nơi gia đình, phịng học, quan… 24 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1: Kết luận 3.1.1: Kết - Ứng dụng thành cơng việc sử dụng sóng RF để điều khiển thiết bị từ xa - Thiết kế, chế tạo thành cơng hộp điện - Hồn thành thuyết minh theo thời gian giao 3.1.2: Hạn chế - Khoảng cách điều khiển ngắn - Cơng suất mạch cịn hạn chế - Vì tận dụng hộp có sẵn thị trường nên chưa thực nhỏ gọn - Tính thẩm mỹ chưa cao 3.2: Kiến nghị - Tăng khoảng cách điều khiển cách sử dụng remote có độ phát sóng rộng - Thiết kế, chế tạo lại hộp điện cho nhỏ gọn tăng độ thẩm mĩ - Sau đáp ứng điều kiện yêu cầu sản xuất đại trà, thương mại hóa sản phẩm 25 ... thiết kế, chế tạo chúng em giao cho thực đồ án: “ Thiết kế, chế tạo hộp điện, điều khiển bật/tắt từ xa qua sóng RF? ?? nhằm củng cố kiến thức trình thực tế Điều khiển từ xa thành phần thiết bị điện. .. công việc sử dụng sóng RF để điều khiển thiết bị từ xa - Thiết kế, chế tạo thành công hộp điện - Hoàn thành thuyết minh theo thời gian giao 3.1.2: Hạn chế - Khoảng cách điều khiển cịn ngắn - Cơng... Tắt mở bảng điện, bảng đèn, rèm cửa, camera Hình 1: Các ứng dụng điều khiển từ xa sử dụng sóng RF 1.2: Đặc điểm sóng RF - Sóng vơ tuyến kiểu xạ điện từ với bước sóng phổ thơng điện từ dài ánh