B. ỨNG DỤNG REMOTE ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA
3.6Sơ lược về các linh kiện thu phát hồng ngoại
3.6.1 Ánh sáng hồng ngoại
Ánh sáng hồng ngoại hay cịn gọi là tia hồng ngoại là ánh sáng khơng thể nhìn thấy được bằng mắt thường, cĩ bước sĩng khoảng 0.8µm đến 0.9µm và vận tốc truyền bằng với vận tốc ánh sáng (3.108m/s).
Tia hồng ngoại cĩ thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu do đĩ nĩ được ứng dụng rộng rãi trong cơng nghiệp. Lượng thơng tin truyền đi bằng tia hồng ngoại cĩ thể đạt được 3Mbit/s. Trong kỹ thuật truyền tin bằng sợi quang thì khơng cần các trạm khuếch đại giữa chừng như truyền tin bằng sĩng điện từ (chẳng hạn như đài FM sẽ khơng thể truyền xa nếu như khơng cĩ trạm trung gian ). Dùng sợi quang thì cĩ thể cùng lúc truyền 15000 tín hiệu thoại hay 12 kênh truyền hình chỉ qua một sợi tơ quang với đường kính 0.13mm và khoảng cách truyền tin là 10km đến 20km. Như vậy dễ dàng thấy lượng thơng tin truyền đi của ánh sáng hồng ngoại lớn hơn nhiều lần so với sĩng điện từ mà hiện nay vẫn đang sử dụng.
Tuy nhiên, ánh sáng hồng ngoại cũng cĩ những hạn chế của nĩ đĩ là dễ bị hấp thụ (gây bức xạ nhiệt), khả năng xuyên thấu kém (dễ dàng bị chặn lại bởi vật cản), và chùm tia hồng ngoại phát đi hẹp do đĩ khi thu thì phải chọn đúng hướng.
3.6.2 LED hồng ngoại:
Led hồng ngoại cịn được gọi là nguồn phát sĩng hồng ngoại(Infrared- Emitters). Vật liệu dùng để chế tạo nĩ là GaAs với vùng cấm cĩ độ rộng khoảng 1,4 ev tương ứng với bức xạ khoảng 900nm. Led hồng ngoại cĩ hiệu suất lượng tử cao hơn so với loại Led phát ra ánh sánh trơng thấy được.
Hình 3.8 Cấu tạo của LED hồng ngoại
Hình trên mơ tả cấu trúc của các loại Led hồng ngoại. Bên trong cĩ pha epitaxy lỏng, một lớp tinh thể hồn hoả mọc lên n-GASS với tính chất lưõng tính của tạp chất Silic, lớp chuyển tiếp P-N được hình thành tự động trong quá trình pha epitaxy lỏng. Bằng sự pha tạp với Silic ta cĩ bức xạ với bước sĩng 950 nm. Mặt dưới của Led được chế tạo sao cho như một gương phản chiếu tia hồng ngoạiphát ra từ lớp chuyển tiếp P-N. tính chất lưởng tính của Silic vẫn giữ nguyên khi nĩ được pha tạp trong nguyên vật liệu (GaAs). Trong trường hợp này độ rộng của vùng cấm cĩ thể tạo ra dãy sĩng giữa 850 và 900nm. Do đĩ cĩ thể tạo ra sự điều hưởng sao cho Led hồng ngoại phát ra bước sĩng thích hợp nhất cho điểm cực đại của độ nhạy các phận (Detevter).
n – GASS Si n – GASS
3.6.3 Đầu thu hồng ngoại :
Hình dạng bên ngồi và kích thước của một đầu thu hồng ngoại trên thị trường cĩ dạng như cho trên hình 4.2. Trong luận văn này, ở phía phát tia hồng ngoại, sĩng mang 38KHz đã được sử dụng để điều chế tia hồng ngoại phát ra nhằm cĩ thể truyền đi xa và triệt nhiễu, do đĩ đầu thu hồng ngoại được chọn cũng phải cĩ khả năng lọc được tần số sĩng mang đĩ và trả về tín hiệu nguyên thủy ban đầu.
Hình 3.9:Hình dạng và kích thước của một đầu thu hồng ngoại 3 chân
Cấu tạo bên trong của đầu thu này được thể hiện trên hình 3.9, dựa vào đĩ ta cĩ thể dễ dàng nhận ra nguyên lý hoạt động của nĩ.
Từ hình trên ta thấy khi đầu thu được phân cực hồn chỉnh thì nĩ sẽ hoạt động như sau: Bình thường, khi khơng cĩ tín hiệu hồng ngoại thì transistor tắt, khi đĩ, điện áp ở ngõ ra tại chân số 3 ở mức cao. Khi cĩ tín hiệu hồng ngoại thì diode thu quang sẽ cĩ nhiệm vụ kích khởi khối ngõ vào (Input). Tín hiệu từ khối ngõ vào được đưa đến bộ AGC (Automatic Gain Control)- Mạch tự động điều chỉnh độ khuếch đại được thiết kế ở tầng khuếch đại RF hay IF cho phép tăng hay giảm độ khuếch đại tùy theo tín hiệu thu được là yếu hay mạnh bằng cách thay đổi điện áp phân cực. Tín hiệu sau bộ AGC sẽ được đưa qua một mạch lọc thơng dãi và một mạch giải điều chế nhằm mục đích loại bỏ sĩng mang và khơi phục tín hiệu gốc. Sau đĩ, tín hiệu đã được giải điều chế này sẽ tác động lên cực B của transistor (cĩ tác dụng như một khĩa điện tử) làm cho transistor dẫn bão hịa nên:
VOUT≈VCesat ≈0
Ngõ ra của đầu thu ở mức thấp và cĩ thể dùng nĩ để điều khiển gián tiếp một thiết bị ở phía sau.
3.7 Các cách mã hĩa tín hiệu hồng ngoại thường được sử dụng :
3.7.1 Tín hiệu được mã hĩa bằng độ rộng xung(Pulse-Width-Coded Signal)
Là phương pháp thay đổi độ rộng xung để mã hố thơng tin. Nếu độ rộng xung là ngắn xấp xỉ 550(s ) ứng với mức logic 0. Nếu độ rộng xung dài xấp xỉ 2200 (s ) tương ứng với mức logic 1
Hình 3.11 Thay đổi độ rộng xung để mã hĩa thơng tin
3.7.2 Tín hiệu được mã hĩa bằng độ rộng khoảng khơng ( Space-Coded Signal)
Là phương pháp thay đổi độ rộng khoảng khơng gian giữa 2 xung để mã hố thơng tin. Độ rộng khoảng giữa 2 xung ngắn xấp xỉ 550(s ) tương ứng với mức logic 0, độ rộng dài xấp xỉ 1650(s ) tương ứng với mức logic 1.
3.7.3 Tín hiệu được mã hĩa bằng phép dịch ( Shift-Coded Signal)
Nếu độ rộng khoảng khơng gian ngắn xấp xỉ 550(s ) và độ rộng xung dài xấp xỉ 1100(s) thì tương ứng với mức logic 1
Nếu độ rộng khoảng khơng gian dài và độ rộng xung ngắn thì tương ứng với mức logic 0.
Hình 3.13: Tín hiệu được mã hĩa bằng phép dịch
Phương pháp này được sử dung phổ biến trong các giao thức của các nhà sản xuất.
Mã này sẽ lưu giữ thơng tin như địa chỉ của thiết bị được điều khiển và mã lệnh. Địa chỉ là rất quan trọng, khơng cĩ địa chỉ, tín hiệu hồng ngoại cĩ thể được xử lí bởi một bộ thu khác nằm trong khơng gian đĩ.
Cĩ nhiều giao thức đựơc dùng trong kĩ thuật điều khiển từ xa dùng hồng ngoại. Các cơng ty khác nhau sử dụng các giao thức khác nhau trong sản phẩm của mình. Một giao thức phổ biến cho thơng tin bằng hồng ngoại là mã RC5, giao thức này được phát triển bởi Phillips.
Trong việc lập trình và điều khiển hầu hết các hệ thống điện thanh , tivi, đồ dùng trong nhà …người ta tìm cách truyền đi một số lượng dữ liệu khơng nhiều nhưng thực ít tốn kém .Từ khoảng năm 1975 kĩ thuật hồng ngoại đã thay thế hồn tồn kĩ thuật siêu âm để truyền tin từ xa do các lí do: tốn kém ít cho khoảng cách khá xa và an tồn . (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
0 1 1
Hình 3.12: Thay đổi khoảng khơng để mã hĩa thơng tin
Một bộ phát hồng ngoại ngày nay chỉ cần 1 IC, IRLED, vài linh kiện ngoại vi và các phím bấm. Rất tiếc ngày nay các cơng ty trên thế giới dùng nhiều bảng mã hố khác nhau.
Hoạt động việc điều khiển từ xa dùng hồng ngoại cần phải đảm bảo hồn hảo dù cĩ nhiều nguồn nhiễu khá mạnh như bếp lị, đèn điện …Do vậy để cĩ thể điều khiển qua một khoảng cách khá xa , ánh sáng hồng ngoại thường được biến điệu với tần số từ 38KHz đến 40KHz. Sau đây ta cĩ danh sách các loại mã hố khác nhau của vài cơng ty.
3.8 Cách mã hĩa của các loại REMOTE thơng dụng
3.8.1. Mã RC5
Mã RC5 cĩ 2048 lệnh khác nhau, được chia thành 32 đia chỉ, mỗi nhĩm địa chỉ cĩ 64 lệnh. Mỗi thiết bị cĩ một địa chỉ riêng biệt. Vì vậy, lệnh điều chỉnh âm lượng của TV khơng thể làm cho âm lượng của dàn stereo bị tác động. Mã RC5 phát đi là một từ dữ liệu cĩ độ dài 14 bit và được định nghĩa như sau:
2 bit start cho mạch AGC trong thiết bị nhận hồng ngoại
1 bit nảy (toggle bit ), bit sẽ thay đổi khi một phím được nhấn trên bộ phát 5 bit địa chỉ cho hệ thống chấp hành
Hình 3.14: Mã RC5
Với mã RC5, mỗi bit được tạo nên bởi sự thay đổi của 2 nửa bit khơng bao giờ giống nhau. Vì vậy, một bit luơn là sự chuyển tiếp High/Low hoặc Low/High. Sự thay đổi Low/High là bit 1 và High/Low ta cĩ sự trở về của bit 0. Bit MSB được truyền trước tiên. Ngõ ra của mạch nhận hồng ngoại thì được đảo cực, cĩ nghĩa là: nếu cĩ tín hiệu hồng ngoại thì ngõ ra của mạch nhận sã là 0V.Khoảng thời gian của mỗi bit là 1,788ms, tổng thời gian cho một từ mã RC5 truyền đi là 24,778ms. Khoảng thời gian giữa hai từ mã được truyền là 50 bit cĩ nghĩa là 88,889ms. Để loại bỏ nhiễu, các xung được điều chế ở tần số sĩng mang 36 KHz
3.8.2. Mã Sony
Mã Sony được xây dưng dựa vào lược đồ mã hố tín hiệu Pulse- Width. Từ mã của Sony cĩ độ dài 12 bit, tần số sĩng mang là 40KHz. Từ mã bắt đầu với một header dài 2,4ms hay bằng 4 lần khoảng thời gian T, trong đĩ T = 600µs. Tiếp đến là 7 bit lệnh và 5 bit địa chỉ. Mức logic 1
được tạo thành từ một khoảng trống 600µs (hay 1 T) và một xung 1200µs
( hay 2 T). Mức logic 0 được tạo thành từ một khoảng trống 600µs và một
xung 600µs. Khoảng thời gian giữa 2 mã được truyền khi một phím được
nhấn là 40ms. Bit LSB được truyền đi đầu tiên. Độ dài của một chuỗi bit luơn là 45ms
Hình 3.15: Mã Sony
3.8.3. Mã Daewoo
Mức logic 0 được cấu thành từ 2 phần một xung mức cao cĩ độ rộng 550µs
theo sau bởi một xung mức thấp 450µs, như vậy tổng thời gian của logic 0 là
1ms.
Mức logic 1 được cấu thành từ 2 phần một xung mức cao cĩ độ dài 550µs theo
sau bởi một xung mức thấp rộng khoảng 1450µs, như vậy tổng thời gian mức 1
là 2ms.
Tần số sĩng mang là 38KHz
Từ mã Daewoo bắt đầu bằng một bit start được tổ chức bởi 2 phần, phần đầu là xung mức cao 8 ms, phần sau là xung mức thấp 4ms. Tiếp theo là 7 bit địa chỉ và 7 bit lệnh, giữa phần địa chỉ và lệnh là một tín hiệu 550µs mức cao và 4ms mức
thấp. Kết thúc từ mã là tín hiệu mức cao 550µs.
Hình 3.16: Mã Daewoo
3.8.4. Mã của JVC (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Từ mã của JVC tương tự từ mã của Daewoo, chỉ khác nhau ở thời gian của các xung.
Mức logic 0 : một xung mức cao dài 600µs và một xung mức thấp dài 550ms.
Mức logic 1 : một xung mức cao dài 600µs và một xung mức thấp dài 1600ms.
Tần số sĩng mang là 38KHz
Từ mã Sony bắt đầu bằng một bit start được tổ chức bởi 2 phần, phần đầu là xung mức cao 9,5ms, phần sau là xung mức thấp 4ms. Tiếp theo là 7 bit địa chỉ và 7 bit lệnh, giữa phần địa chỉ và lệnh là một tín hiệu 550µs mức cao và 4ms
mức thấp. Kết thúc từ mã là tín hiệu mức cao 600µs.
Khoảng thời gian giữa 2 từ mã khi phím trên bộ phát được nhấn là 60ms nhưng khác so với Daewoo là bit start chỉ được truyền một lần khi một phím được nhấn.
Hình 3.17: Mã JVC
3.8.5. Mã Panasonic
Mã Panasonic sử dung phương pháp điều chế Pulse-Place. Một xung được truyền cĩ độ dài cố định, sau đĩ là một khoảng ngắt biểu thị cho trạng thái của bit. Mã Panasonic cĩ 2048 lệnh khác nhau. Mã đầy đủ của Panasonic cĩ 22 bit , đầu tiên là một header, tiếp theo là mã custom, rồi mã dữ liệu, tiềp đến là nghịch đảo mã custom, rồi nghịch đảo mã dữ liệu, cuối cùng là một bit stop.
Mã custom dài 5 bit, mã dữ liệu dài 6 bit. Việc truyền đi nghịch đảo của mã custom, mã dữ liệu nhằm mục đích dị lỗi.
Mỗi bit là một xung mức cao cĩ thời gian cố định theo sau bởi một xung mức thấp cĩ thời gian thay đổi, độ dài của xung mức thấp xác định trạng thái của bit là 0 hay là 1.
Hình 3.18: Mã Panasonic
T = 420µs ở Mỹ và Canada
T = 454µsở châu Âu và những nơi khác.
Header cĩ độ dài 8T mức cao và 8T mức thấp. Logic 1: 2T cao và 6T thấp.
Logic 0: 2T cao và 2T thấp.
3.9. Kết luận chương:
Như vậy trong chương này chúng ta đã khảo sát về cách truyền số liệu nối tiếp đồng bộ và bất đồng bộ, cách giao tiếp qua cổng nối tiếp của máy tính theo là chuẩn RS-232C. Và nĩi về việc sử dụng hồng ngoại trong thực tế, đồng thời mơ tả về một số loại mã của các remote thơng dụng.
Cách truyền số liệu đồng bộ nối tiếp theo khối, mỗi khối bao gồm một số tuần tự các ký tự và khơng cần bit start và bit stop mà sẽ đồng bộ theo từng khối cũng như việc kiểm tra. Cịn trong kỹ thuật truyền số liệu nối tiếp bất đồng bộ thì dữ liệu được truyền đi theo từng ký tự. Xung clock từ nơi phát đến nơi thu là độc lập. Mỗi khung ký tự được truyền đi bao gồm các bit dữ liệu cộng với 1 bit start để khởi đầu khung và một đến 2 bit stop để kết thúc khung, cịn cĩ thể thêm bit parity dùng để kiểm tra lỗi. Đây là cơ sở cho việc giao tiếp giữa máy với thiết bị
ngoại vi. Mà cụ thể trong đồ án này là giao tiếp giữa máy tính qua cổng nối tiếp và kit vi điều khiển PIC16F877A.
Chương 4:
THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG PHẦN CỨNG
4.1 Giới thiệu chương
Trên cơ sở lý thuyết đã được giới thiệu trong phần I, chương này sẽ trình bày phần thiết kế, tính tốn hệ thống cho phép đếm sản phẩm và điều khiển băng chuyền được giám sát bằng máy tính và cũng cĩ thể điều khiển bằng bàn phím,và bằng remote. Nội dung thiết kế và tính tốn bao gồm:
- Kit vi diều khiển PIC16F877A
- Mạch đĩng cắt động cơ DC
- Mạch hiển thị số ca trên 1 Led ,số sản phẩm trên 3 Led 7 đoạn và số hộp lên 4 LED 7 đoạn khác
- Bộ thu và phát hồng ngoại
4.2 Sơ đồ khối chức năng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 4.1: Sơ đồ khối chức năng
Vi điều khiển: là khối xử lý và điều khiển trung tâm cĩ nhiệm vụ là đĩng cắt động cơ của băng chuyền, cắt nguồn của cảm biến, hiển thị số ca, số sản phẩm và số hộp, đồng thời truyền dữ liệu lên máy tính.
MAX 232: cĩ nhiệm vụ chuyển đổi điện áp từ mức RS232 (+12V đến- 12V) từ cổng nối tiếp của máy tính sang mức điện áp TTL (0V đến 5V) để đưa đến cổng
Vi điều khiển 16F87 7A Led hiển thị Cảm biến Bàn phím MAX 232 Máy tính
Khối điều khiển động cơ và cảm biến
Khối nguồn cung cấp
nối tiếp của vi điều khiển PIC16F877A và ngược lại, từ mức TTL từ cổng nối tiếp của PIC16F877A sang mức RS232 để gửi đến cổng nối tiếp của máy tính. Máy tính: cĩ nhiệm vụ là ra lệnh đĩng cắt động cơ cũng như cho phép cảm biến hoạt động hay khơng, cho phép hiển thị kết quả lên màn hình để người quản lý cĩ thể cập nhật kết quả bất cứ khi nào bật máy tính lên
Led hiển thị: là để hiển thị số sản phẩm đếm được, số ca hiện tại đang sản xuất, hiển số sản phẩm của ca sản xuất trước, hiển thị số sản phẩm nhập vào cần đếm.
Khối cảm biến: là bộ thu phát hồng ngoại bình thường bên phát với một tần số nhất định cịn bên thu cĩ nhiệm vụ thu tần số phát ra. Khi cĩ một sản phẩm đi qua băng chuyền thì che mất tín hiệu phát ra, nên bên thu khơng thu được tín hiệu tạo ra bên phát. Nên bên thu chuyển mức từ 0 sang 1 và qua 1 tầng khố BJT rồi tín hiệu được đưa đến vi điều khiển để xử lý.
Bàn phím,Remote: cĩ nhiệm vụ là điều khiển động cơ, lưu kết quả của các ca sản xuất, xem kết quả của các ca sản xuất và nhập số sản phẩm cần đếm.
Khối điều khiển động cơ và cảm biến: là xuất tín hiệu từ vi điều khiển để điều