Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế chế tạo mạch điều khiển từ xa bằng sóng hồng ngoại
BÁO CÁO ĐAMH1: ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI Phần B: Nội Dung Chính Của Đồ Án Chương 1: Mở Đầu Chương trình bày vắn tắt trình thực đề tài toàn nội dung đề tài Nội dung chương bao gồm phần sau : lý chọn đề tài; mục tiêu đồ án; nội dung thực hiện; giới hạn đồ án phương pháp nghiên cứu 1.1 – Khái Quát Vấn Đề Ngày nay, người với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến giới, ngày thay đổi, văn minh vàh đại Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị với đặc điểm bậc độ xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ,… yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động người đạt hiệu ngày cao Điện tử trở thành ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đáp ứng địi hỏi khơng ngừng ngành, lĩnh vực khác nhu cầu thiết yếu cảu người sống ngày Một ứng dụng quan trọng ngành công nghệ điện tử kỹ thuật điều khiển từ xa hồng ngoại Sử dụng hồng ngoại ứng dụng nhiều công nghiệp lĩnh vực khác sống với thiết bị điều khiển từ xa tinh vi đạt suất, kinh tế thật cao Xuất phát từ ứng dụng đó, em thiết kế thi cơng mạch ứng dụng nhỏ thu phát hồng ngoại: “Bộ điều khiển từ xa hồng ngoại” Đề tài giúp em hiểu rõ nguyên lý thu phát ứng dụng lý thuyết học vào thực tế Đồng thời tìm hiểu thêm điều chưa học nâng cao kỹ thực hành ứng dụng mạch thực tế Vì thời gian thực cịn hạn chế, học tìm hiểu có giới hạn nên đề tài cịn nhiều hạn chế Kính mong nhận dẫn góp ý tận tình cô bạn 1.2 – Mục Tiêu Yêu Cầu Của Đề Tài Đề tài sử dụng cặp IC thu (PT2249) phát (PT2248) kết hợp với vi điều khiển 89S52 để tạo thành mạch điều khiển, định thời IC phát (PT2248) có nhiệm vụ kiểm tra phím nhấn truyền mã phím dạng xung thơng qua led phát hồng ngoại IC thu (PT2249) có nhiệm vụ kiểm tra tín hiệu nhận thay đổi mức logic ngõ theo xung nhận Tín hiệu ngõ IC thu đưa đến vi xử lý bắt đầu giải mã tín hiệu theo chương trình viết sẵn Từ suy mục đích yêu cầu đề tài sau: SVTH: NGUYỄN VĂN ANH VŨ BÁO CÁO ĐAMH1: ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI Có thể điều khiển thiết bị từ xa thơng qua cặp IC thu phát Có thể cài đặt thời gian, khởi động dừng thiết bị phím nhấn Khi thời gian cài cặt hết tự động ngắt nguồn thiết bị Giá thành sản phẩm khơng q đắt Chạy ổn định, xác, nhỏ gọn, dễ sử dụng, sửa chữa 1.3 – Nội Dung Đề Tài Tìm hiểu nguyên lý hoạt động mạch Tính tốn , thiết kế, thi cơng mạch 1.4 – Giới Hạn Đề Tài Nghiên Cứu Đề tài dừng lại việc nghiên cứu nguyên lý thu phát ứng dụng thu phát hồng ngoại để điều khiển thiết bị 1.5 – Phương Pháp Nghiên Cứu Tham khảo tài liệu mạng, sách thư viện SVTH: NGUYỄN VĂN ANH VŨ BÁO CÁO ĐAMH1: ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Liên Quan 2.1 Khái Niệm Về Ánh Ánh Sáng Hồng Ngoại (Tia Hồng Ngoại) Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) ánh sáng khơng thể nhìn thấy mắt thường, có bước sóng từ 0.86µm đến 0.98µm Tia hồng ngoại có vận tốc truyền vận tốc ánh sáng Tia hồng ngoại truyền nhiều kênh tín hiệu Nó ứng dụng rộng rãi cơng nghiệp Lượng thơng tin đạt mega bit/s Lượng thông tin truyền với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ mà người ta dùng Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả xuyên thấu Trong điều khiển từ xa tia hồng ngoại, chùm tia hồng ngoại phát hẹp, có hướng, phải thu hướng Sóng hồng ngoại có đặc tính quan trọng giống ánh sáng (sự hội tụ qua thấu kính, tiêu cự…) Ánh sáng thường ánh sáng hồng ngoại khác rõ xuyên suốt qua vật chất Ánh sáng hồng ngoại không bị yếu vượt qua lớp bán dẫn để 2.2 Nguyên Lý Thu Phát Hồng Ngoại Tia hồng ngoại sử dụng phổ biến khơng bị ảnh hưởng từ trường, sử dụng tốt truyền thơng điều khiển Nhưng có số khuyết điểm, số vật phát hồng ngoại mạnh làm ảnh hưởng đến truyền thông điều khiển quang phổ mặt trời Khó khăn sử dụng hồng ngoại là, REMOTE điều khiển TV/VCR ứng dụng khác linh kiện tốn Việc thu phát xạ hồng ngoại nhiều phương tiện khác nhau, nhận tia hồng ngoại từ ánh sáng mặt trời Nhiều thứ phát tia hồng ngoại như: lị xạ, lò điện, đèn, thể người,… Để truyền tia hồng ngoại tốt phải tránh xung nhiễu, bắt buộc phải dùng mã phát nhận ổn định để xác định xem xung truyền hay nhiễu Tần số làm việc tốt từ 30KHz đến 60KHz, thường sử dụng khoảng 36KHz SVTH: NGUYỄN VĂN ANH VŨ BÁO CÁO ĐAMH1: ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI Dùng tần số 36 KHz để truyền tín hiệu dễ, khó thu giải mã, phải sử dụng lọc để tín hiệu ngõ xung vng, ngõ có xung nghĩa nhận tín hiệu ngõ vào 2.2.1 Phần Phát Sơ đồ khối chức năng: Khối chọn chức khối mã hóa: người sử dụng bấm vào phím chức để phát lệnh u cầu mình, phím chức tương ứng với số thập phân Mạch mã hóa chuyển đổi thành số nhị phân tương ứng dạng mã lệnh tín hiệu số gồm bit Số bit mã lệnh nhị phân hay bit… tùy theo số lượng phím chức nhiều hay Khối dao động có điều kiện: nhấn phím chức đồng thời khởi động mạch giao động tạo xung clock, tần số xung clock xác định thời gian chuẩn bit Khối chốt liệu khối chuyển đổi song song nối tiếp: mã nhị phân mạch mã hóa chốt để đưa vào mạch chuyển đổi liệu song song nối tiếp Mạch chuyển đổi liệu song song nối tiếp điều khiển xung clock mạch định thời nhằm đảm bảo kết thúc lúc việc chuyển đổi đủ số bit mã lệnh Khối điều chế phát FM: mã lệnh dạng nối tiếp đưa qua mạch điều chế phát FM để gép mã lệnh vào sóng mang có tần số từ 38Khz đến 100Khz, nhờ sóng mang cao tần tín hiệu truyền xa hơn, nghĩa tăng cự ly phát Khối thiết bị phát: led hồng ngoại Khi mã lệnh có giá trị bit = „1‟ LED phát hồng ngoại khoảng thời gian T bit Khi mã lệnh có giá trị bit = „0‟ LED khơng sáng Do đó, bên thu khơng nhận tín hiệu xem bit = „0‟ 2.2.2 Phần Thu Sơ đồ chức năng: SVTH: NGUYỄN VĂN ANH VŨ 10 BÁO CÁO ĐAMH1: ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI Khối thiết bị thu: Tia hồng ngoại từ phần phát tiếp nhận LED thu hồng ngoại hay linh kiện thu quang khác Khối khuếch đại tách sóng: trước tiên khuếch đại tín hiệu nhận đưa qua mạch tách sóng nhằm triệt tiêu sóng mang tách lấy liệu cần thiết mã lệnh Khối chuyển đổi nối tiếp sang song song khối giải mã: mã lệnh đưa vào mạch chuyển đổi nối tiếp sang song song đưa tiếp qua khối giải mã thành số thập phân tương ứng dạng xung kích ngõ tương ứng để kích mở mạch điều khiển Tần số sóng mang cịn dùng để so pha với tần số dao động bên phần thu giúp cho mạch thu phát hoạt động đồng bộ, đảm bảo cho mạch tách sóng mạch chuyển đổi nối tiếp sang song song hoạt động xác 2.3 Tổng Quan Về Linh Kiện Chính Sử Dụng Trong Mạch 2.3.1 IC Phát Tín Hiệu Hồng Ngoại PT2248 Đây truyền phát tia hồng ngoại ứng dụng công nghệ CMOS PT2249 kết hợp với PT2248 tạo 10 phím chức Với cách tổ hợp phím vậy, dùng cho nhiều loại thiết bị từ xa Đặc tính: Được sản xuất theo công nghệ CMOS Tiêu thụ công suất thấp Vùng điện áp hoạt động: 2.2V – 5V Sử dụng nhiều phím Ứng dụng: Bộ phát hồng ngoại dùng thiết bị điện tử như: Television, Video Cassette Recode,… SVTH: NGUYỄN VĂN ANH VŨ 11 BÁO CÁO ĐAMH1: ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI Chân (Vss): chân mass nối với cực âm nguồn điện Chân 3: hai đầu để nối với thạch anh bên cho tạo dao động bên IC Chân 4-9 (K1 – K6): đầu bàn phím kiểu ma trận, chân từ K1 đến K6 kết hợp với chân 10 đến 12 (T1 – T3) để tạo thành ma trận 18 phím Chân 13(CODE): chân mã số dùng để kết hợp với chân khác để tạo tổ hợp mã hệ thống phần phát phần thu Chân 14 (TEST): chân dùng để kiểm tra mã phần tử phát, không sử dụng bỏ trống Chân 15 (Txout): đầu tín hiệu điều chế FM Chân 16 (Vcc): chân cấp nguồn dương Bộ tạo dao động phân tần: để phát xa, ta cần có xung có tần số 38Khz nơi nhận, thị trường khó tìm thạch anh tần số nên ta chọn tần số SVTH: NGUYỄN VĂN ANH VŨ 12 BÁO CÁO ĐAMH1: ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI thạch anh 455Khz cho tạo dao động, tần số đưa qua phân tần để chia thành 12 lần Mạch điện phím vào: có tổng cộng 18 phím nối tới chân K1 – K6 chân T1 – T3 để tạo bàn phím ma trận (6x3) Phím – 6: phím cho tín hiệu liên tục ấn giữ Phím – 18: phím cho tín hiệu khơng liên tục Tín hiệu ấn vào cho dù có giữ phím Mạch hoạt động tín hiệu thời gian – Mạch phát sinh tín hiệu: Lệnh truyền: gồm từ lệnh tạo bit mã người dùng, bit mã liên tục, bit mã không liên tục bit mã ngõ vào Vậy, có 12 bit mã Trong đó, bit mã người dùng tạo sau: Dữ liệu bit mã T1, T2, T3 “1” diode nối chân CODE chân Tn (n=1,2,3); “0” không nối diode Vì IC thu PT2249, có bit mã (CODE 2, CODE 3), nên chân T1 PT2248 mức “1” C1, C2, C3: mã người dùng H: mã tín hiệu liên tục S1, S2: mã tín hiệu khơng liên tục D1 – D6: mã tín hiệu ngõ vào Dạng sóng truyền: SVTH: NGUYỄN VĂN ANH VŨ 13 BÁO CÁO ĐAMH1: ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI Thời gian bit “a” phụ thuộc vào tần số dao động tính cơng thức: Tín hiệu khơng liên tục: Khi ấn phím khơng liên tục, tín hiệu khơng liên tục truyền hai từ lệnh đến ngõ Tín hiệu liên tục: Khi nhấn phím liên tục, tín hiệu liên tục lặp lại chu kì s truyền từ lệnh thời gian dừng phím khơng nhấn 2.3.2 IC Thu Và Mã Hóa Tín Hiệu Hồng Ngoại PT2249 PT2249 chế tạo công nghệ CMOS Nó điều khiển tối đa 10 thiết bị Đặc tính: SVTH: NGUYỄN VĂN ANH VŨ 14 BÁO CÁO ĐAMH1: ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI Tiêu tán công suất thấp Khả chống nhiễu cao Nhận đồng thời chức từ IC phát PT2248 Cung cấp tạo dao động RC Bộ lọc số kiểm tra mã ngăn ngừa tác động từ nguồn sáng khác đèn PL Do khơng ảnh hưởng đến độ nhạy mắt thu Sơ đồ chân PT2249: Chân (Vss): chân mass nối với cực âm nguồn điện Chân (R): đầu vào tiếu hiệu thu Chân – (H1 – H5): đầu tín hiệu liên tục Chỉ cần thu tín hiệu tương ứng với đầu đầu ln trì mức “1” Các chân – 12 (S1 – S5): đầu tín hiệu khơng liên tục Chỉ cần thu tín hiệu tương ứng với đầu đầu ln trì mức “1” khoảng thời gian 107ms Chân 14 13 (CODE2 (C2) CODE3 (C3)): để tạo tổ hợp mã hệ thống phần phát phần thu Mã số hai chân phải giống tổ hợp mã hệ thống phần phát thu tín hiệu Chân 15 (OSC): dùng để nối với tụ điện điện trở bên tạo dao động cho mạch Chân 16 (Vcc): chân nối với cực dương nguồn cung cấp Sơ đồ khối IC thu hồng ngoại PT2249: SVTH: NGUYỄN VĂN ANH VŨ 15 BÁO CÁO ĐAMH1: ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI Giải thích sơ đồ khối: sau IC phát PT 2248 phát tín hiệu (2 chu kì) đi, tín hiệu mắt thu(IC thu) tiếp nhận đưa đến chân Rxin Chân Rxin có nhiệm vụ chỉnh lại dạng sóng tín hiệu cho chuẩn Sau đó, tín hiệu đưa đến lọc số Bộ lọc có nhiệm vụ lọc lấy liệu đưa đến ghi Dữ liệu đưa vào ghi 12 bit Tiếp đến, liệu thứ hai nạp vào ghi Dữ liệu đưa qua đệm ngõ mã khớp với mã phần phát Trường hợp, mã liệu khơng khớp với mã phần phát q trình lặp lại 2.3.3 Module Hay LED Thu Tín Hiệu Hồng Ngoại PIC – 1018SCL PIC – 1018SCL IC thu tín hiệu hồng ngoại với đặc điểm sau: Là IC có kích thước nhỏ Phạm vi thu nhận tín hiệu xa (± 45o) Khả chống nhiễu tốt Sơ đồ khối PIC – 1018SCL: SVTH: NGUYỄN VĂN ANH VŨ 16 ... Về Ánh Ánh Sáng Hồng Ngoại (Tia Hồng Ngoại) Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) ánh sáng nhìn thấy mắt thường, có bước sóng từ 0.86µm đến 0.98µm Tia hồng ngoại có vận tốc truyền vận tốc ánh sáng... ĐAMH1: ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI 64KB vùng nhớ liệu ngồi 4µs cho hoạt động nhân chia Sơ đồ khối: SVTH: NGUYỄN VĂN ANH VŨ 20 BÁO CÁO ĐAMH1: ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI - Sơ đồ chân... SVTH: NGUYỄN VĂN ANH VŨ 16 BÁO CÁO ĐAMH1: ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI Giải thích sơ đồ khối: Tín hiệu hồng ngoại từ nguồn phát qua truyền đến mạch thu led hồng ngoại nhận đưa qua ba tầng