Đang tải... (xem toàn văn)
điều khiển từ xa các thiết bị
Lời nói đầu Thế kỷ 21 là kỷ nguyên huy hoàng của xã hội thông tin và điện tử. Là thời kỳ từng bớc biến những ớc mơ tởng chừng nh chỉ có trong thần thoại của loài ngời trong quá khứ trở thành sự thật. Và công lao không thể phủ nhận đó chính là sự đóng góp vô cùng to lớn của ngành điện tử. Ngành điện tử ngày càng đem lại những phép màu kỳ diệu cho cuộc sống của chúng ta, một cuộc sống tràn ngập trong công nghệ khoa học kỹ thuật hiện đại. Con ngời ngày càng đợc đáp ứng những nhu cầu vật chất và tinh thần một cách đầy quyền năng dới sự phục vụ tận tình và tuyệt đối chung thành của các thiết bị điện tử. Đặc biệt là lĩnh vực kỹ thuật số, và đặc biệt hơn nữa là công nghệ vi mạch thông minh, công nghệ Vi Điều Khiển. Các thiết bị điện tử ngày càng tỏ ra thông minh hơn, biết làm hài lòng chủ nhân hơn. Cuộc sống giờ đây đã không thể đếm nổi các thiết bị điên tử hiện đại ở khắp mọi nơi; Trên thực tế đó, cũng nh trên tinh thần yêu khoa học kỹ thuật và nhất là yêu điện tử, chúng tôi, những ngời sinh viên điện tử của trờng ĐH S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên, cũng mang bên mình rất nhiều hoài bão và những ý tởng mới mẻ. Và hôm nay, chúng tôi tự hỏi mình rằng đã là sinh viên điện tử, tại sao bạn lại không làm cho cuộc sống trong gia đình của bạn trở lên thật hiện đại và tiện nghi hơn, trong khi bạn có đủ khả năng? Và thế là chúng tôi đã nảy ra một ý tởng tuy không còn là mới mẻ nhng rất có ý nghĩa đối với gia đình. Vậy là chúng tôi đã quyết định đến với đề tài: Điều Khiển Từ Xa Các Thiết Bị Điện. Nghĩa là bạn chỉ cần ngồi một chỗ và ra lệnh cho bất kỳ thiết bị nào trong nhà mà bạn muốn; Tuy đã thành công nhng tất nhiên là không thể tránh khỏi thiếu xót và cha thể là tối u. Vậy mong các bạn thông cảm và đóng góp ý kiến cho chúng tôi. Cuối cùng, chúng tôi xin đợc cảm ơn các thầy trong khoa Đ - ĐT đã tận tình giúp đỡ để chúng tôi hoàn thành đề tài này. 1 Phần 1: giới thiệu đề tài ************************** 1. Tên đề tài Thiết kế hệ thống: Điều khiển từ xa các thiết bị điện Điều khiển từ xa là một ứng dụng đã trở nên rất phổ biến trong sinh hoạt gia đình ngày nay. Chẳng hạn nh: TiVi, Antena, Máy Điều hoà, Đầu máy nghe nhạc, Giàn loa Home Theatre không dây, Đồ chơi trẻ em. Sự có mặt của chiếc ĐKTX làm cho cuộc sống trở lên thật hiện đại và tiện lợi. Nếu nh trong nhà bạn có thêm một chiêc ĐKTX cho tất cả các thiết bị điện nữa thì lại càng tuyệt vời. Chúng ta hoàn toàn có thể làm điều đó cho căn nhà của mình một cách dễ dàng. Nghĩa là thay cho việc phải đứng dậy tắt quạt, bật điện, . thì giờ đây chỉ với một chiếc điều khiển từ xa trong tay bạn chỉ cần ngồi một chỗ và nhấn phím là có thể ra lệnh cho bất kỳ thiết bị nào mà bạn muốn. 2. ý tởng - Dùng Rơle từ để đóng ngắt cho các ổ cắm điện 220V, mỗi ổ cắm dùng cho một thiết bị; - Dùng transistor làm việc ở chế độ khoá điện tử để kéo Rơle mỗi khi có bit 1 điều khiển cho bazo của transistor; - Dùng VĐK 89C51 để lập trình nhận mã lệnh từ ĐKTX và xuất ra bit điều khiển cho transistor; - Sử dụng sóng hồng ngoại làm tín hiệu điều khiển từ xa, Dùng Remote TiVi Sony để phát sóng hồng ngoại và đa ra mã lệnh điều khiển; - Dùng cổng P2 của VĐK 89C51 làm 4 đầu ra điều khiển 4 thiết bị ứng với các phím từ 1 4 trên Remost Sony; - Mỗi phím vừa là bật vừa là tắt, sau mỗi lần nhấn thì đảo trạng thái. 2 Phần 2: thiết kế phần cứng ******************************** Chơng 1: Các thành phần mạch điện 1.1. Vi Điều Khiển 89C51 1.1.1 Khái quát chung Vi điều khiển 89C51 bản chất là một hệ Vi xử lý: Hình 1.1. Sơ đồ khối VĐK AT89C51 Đặc tính 89C51 ROM 4K byte RAM 128 byte Bộ định thời 2 Chânvà ra/cổng 32/4 Cổng nối tiếp 1 Các ngắt 6 3 1.1.2. Sơ đồ chân Hình1.2. IC AT89C51 AT89C51 gồm 40 chân, trong đó 32 chân dành cho các cổng vào ra P0, P1, P2, P3, mỗi cổng 8 chân. Các chân còn lại đợc dành cho nguồnVcc, GND, các chân đầu vào và ra của bộ dao động XTAL1 và XTAL2, chân RST chân lệnh chốt địa chỉ ALE , chân cho phép truy cập bộ nhớ ngoài EA , cho phép cất chơng trình PSEN - Chân số 40 là chân nguồn cung cấp +5V cho chíp; - Chân số 20 là GND; - Chân 19 và 18 là XTAL1 và XTAL2, là đầu vào và ra của bộ dao động OSC trong chip. Bên trong 89C51 có một bộ dao động nhng nó cần một khâu tạo tần số dao động chuẩn nh thạch anh 11,0592 MHz; - Chân số 9 là chân RESET, tích cực ở mức cao. Nếu đặt mức cao tới chân này thì bộ vi điều khiển sẽ trở về trạng thái mặc định ban đầu; - Chân 31 là EA , họ 8051 nh 8751, 98C51 hoặc DS5000 đều có ROM trên chíp lu cất chơng trình. Trong các trờng hợp nh vậy thì chân EA đợc nối tới V CC . 4 Đối với các thành viên của họ nh 8031 và 8032 mà không có ROM trên chíp thì mã chơng trình đợc lu cất ở trên bộ nhớ ROM ngoài và chúng đợc nạp cho 8031/32. Do vậy, đối với 8031 thì chân EA phải đợc nối đất để báo rằng mã ch- ơng trình đợc cất ở ngoài. EA có nghĩa là truy cập ngoài (External Access) và nó không đợc để hở; - Chân 29 là PSEN (Program Store Enable), Đây là chân đầu ra cho phép cất chơng trình; - Chân 30 là ALE, Chân cho phép chốt địa chỉ, ALE là chân đầu ra tích cực cao; - Cổng P0 (từ chân 32 đến 39), nó có thể đợc dùng nh cổng đầu ra, để sử dụng các chân của cổng P0 vừa làm đầu ra, vừa làm đầu vào thì mỗi chân phải đợc nối tới một điện trở 10k lên +5V. Điều này là do một thực tế là cổng P0 là một máng mở khác với các cổng P1, P2 và P3. Khái niệm máng mở đợc sử dụng trong các chíp MOS về chừng mực nào đó nó giống nh Cô-lec-tơ hở đối với các chíp TTL. Trong bất kỳ hệ thống nào sử dụng 8751, 89C51 hoặc DS5000 ta thờng nối cổng P0 tới các điện trở kéo. Với những điện trở kéo ngoài đợc nối khi tái lập cổng P0 đợc cấu hình nh một cổng đầu ra; - Cổng P1 (từ chân 1 đến chân 8), nó có thể đợc sử dụng nh đầu vào hoặc đầu ra. So với cổng P0 thì cổng này không cần đến điện trở kéo vì nó đã có các điện trở kéo bên trong. Để biến cổng P1 thành đầu vào thì nó phải đợc lập trình bằng cách ghi 1 đến tất cả các bit của nó; - Cổng P2 (từ chân 21 đến 28). Nó có thể đợc sử dụng nh đầu vào hoặc đầu ra giống nh cổng P1, Để tạo cổng P2 nh đầu vào thì nó phải đợc lập trình bằng cách ghi các số 1 tới tất cả các chân của nó; - Cổng P3 (từ chân 10 đến chân 17). Nó có thể đợc sử dụng nh đầu vào hoặc đầu ra. Mặc dù cổng P3 đợc cấu hình nh một cổng đầu ra khi tái lập, nhng đây không phải là cách nó đợc ứng dụng phổ biến nhất. Cổng P3 có chức năng bổ sung là cung cấp một số tín hiệu quan trọng đặc biệt chẳng hạn nh các ngắt. Bít của cổng P3 Chức năng Chân số 5 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 Nhận dữ liệu (RXD) Phát dữ liệu (TXD) Ngắt 0(INT0) Ngắt 1(INT1) Bộ định thời 0 (TO) Bộ định thời 1(T1) Ghi (WR) Đọc (RD) 10 11 12 13 14 15 16 17 Các bit P3.0 và P3.1 đợc dùng để nhận và phát dữ liệu trong truyền thông nối tiếp. Các bit P3.2 và P3.3 đợc dành cho các ngắt ngoài. Bit P3.4 và P3.5 đợc dùng cho các bộ định thời 0 và 1. Cuối cùng các bit P3.6 và P3.7 đợc cấp cho các tín hiệu ghi và đọc các bộ nhớ ngoài đợc nối tới hệ thống. 1.2. Thiết bị phát sóng hồng ngoại 1.2.1. ánh sáng hồng ngoại Sóng điện từ chính là sự lan truyền của các dao động điện từ trờng trong không gian. Theo lý thuyết Macxoen thì cứ có điện trờng biến thiên thì sẽ sinh ra từ trờng biến thiên ở điểm lân cận và ngợc lại cứ có từ trờng biến thiên thì sẽ sinh ra điện trờng biến thiên ở điêm lân cận tiếp, và đó chính là cách mà sóng điện từ truyền đi trong không gian. Bên trong vật thể phát sáng, năng lợng gây ra sự sáng (nhiệt năng chẳng hạn) làm các electron trên vỏ nguyên tử hấp thụ năng lợng và nhảy lên quỹ đạo dừng cao hơn để rồi sau đó lại nhảy về giải phóng ra năng lợng photon. Cứ nh vậy Electron dao động gây ra vùng điện trờng biến thiên trong không gian và bức xạ ra sóng điện từ hay sinh ra ánh sáng. Do đó ánh sáng có bản chất chính là những bức xạ sóng điện từ sinh ra từ sự dao động của các điện tử bên trong vật phát sáng dới sự tác động của năng lợng gây sáng. Các tế bào quang điện trên võng mạc bên trong mắt ngời có nhiệm vụ chuyển tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện giúp cho bộ não con ngời cảm giác đợc ánh sáng. Nhng vì ánh sáng có bản chất sóng điện từ nên nó có phổ tần, trong khi đôi mắt con ngời tất nhiên là phải có giới hạn làm việc với một dải tần số nhất định. Điều đó khiến chúng ta không thể nhìn thấy mọi ánh sáng, và do đó ánh sáng đợc chia làm 2 loại: 6 - ánh sáng nhìn thấy: gồm các bức xạ có bớc sóng từ 0,37 micromet đến 0,76 micromet hay có tần số đặc chng cho các dải màu đỏ cam vàng lục lam tràm tím : Hình 1.3. Phổ tần thang sóng điện từ - ánh sáng không nhìn thấy: gồm các bức xạ nằm ngoài vùng ánh sáng nhìn thấy, tức là có tần số nhỏ hơn tần số của ánh sáng màu đỏ cho đến 0 Hz nh sóng vô tuyến và hồng ngoại, và lớn hơn tần số của ánh sáng màu tím cho đến vô cùng nh tia tử ngoại, tia Rơnghen, và các tia vũ trụ. Nh vậy ánh sáng hồng ngoại là những bức xạ không nhìn thấy đợc nằm trong dải tần nhỏ hơn tần số của ánh sáng màu đỏ và nằm ngay dới màu đỏ. Do tần số nhỏ nên bớc sóng lớn, nên có khả năng đâm xuyên mạnh hơn, tác động vào da ngời manh hơn, gây ra cảm giác đau mà chúng ta gọi đó là sự nóng do nhiệt độ, do đó tia hồng ngoại cũng chính là tia bức xạ nhiệt. Vì vậy bất kỳ vật nào cũng phát ra ánh sáng hồng ngoại. Và nếu năng lợng gây sáng là nhiệt độ thì vật sáng sẽ phát ra ánh sáng hồng ngoại rất mạnh và ta cảm nhận thấy vật đó rất nóng. Khi đến gần một ngọn lửa, chỉ có mắt mới nhìn thấy ánh sáng nhìn thấy, và chỉ có da mới cảm nhận đợc bức xạ nhiệt hồng ngoại, bởi vì mắt chỉ thu đợc tần số cao và da chỉ thu đợc tần số thấp. 1.2.2 ứng dụng của ánh sáng hồng ngoại trong kỹ thuật điện tử Hồng ngoại thật thú vị, bởi vì nó đợc tạo ra 1 cách dễ dàng và không bị ảnh hởng bởi nhiễu điện từ, do đó nó đợc sử dụng một cách rộng rãi và tiện lợi trong thông tin và điều khiển. Đặc biệt là điều khiển từ xa, và đặc biệt nữa nh TiVi , máy nghe nhạc Tuy nhiên nh đã nói ở trên, tia hồng ngoại cũng chính là tia bức xạ nhiệt. Vì vậy bất kỳ vật nào cũng phát ra ánh sáng hồng ngoại, do đó nó không 7 hoàn hảo, nhiều nguồn sáng khác nhau có thể phát ra hồng ngoại và có thể gây nhiễu đến thông tin này. Vì vậy cần phải có những phơng pháp chống nhiễu thích hợp nh dùng kính lọc và điều chế tín hiệu khi cần truyền đi xa trong không gian giới hạn. Việc sử dụng hồng ngoại trong các thiết bị điều khiển từ xa TV/VCR và nhiều ứng dụng khác cũng một phần là do các Diode phát và thu hồng ngoại rất rẻ và sẵn có trên thị trờng. 1.2.3. Remote TV SONY Nh đã trình bày tại phần ý tởng của thuyết trình này, ở đây việc điều khiển từ xa các thiết bị điện đợc thực hiện bằng sóng hồng ngoại. Và thiết bị đợc chọn để phát sóng hồng ngoại chính là 1 chiếc điều khiển từ xa của hãng Ti Vi SONY luôn. Điều này nhằm thoả mãn nhu cầu tiện lợi và gọn gàng, nếu nh bạn không muốn trong nhà có quá nhiều điều khiển, và việc cầm điều khiển Ti Vi không chỉ điều khiển Ti Vi mà còn điều khiển luôn các thiết bị điện khác trong nhà trở lên thật là tiện lợi; Remote Sony là 1 máy phát tín hiệu hồng ngoại trong phạm vi khoảng 10m để thực hiện việc điều khiển từ xa không dây. Nó có chức năng nhận lệnh của ngời điều khiển thông qua bàn phím, sau đó xuất ra một tổ hợp mã lệnh nhị phân ứng với mỗi phím đợc bấm. Rồi thực hiên mã hoá để chống nhiễu các bit 0 va 1 của mã lệnh đó theo kiểu mã hoá riêng của hãng SONY đã quy định, đó là kiểu mã hoá theo độ rộng xung, cả bit 0 và 1 đều có mức cao và thấp nhng độ rộng xung của bit 1 dài hơn của bit 0. Sau đó điều chế tín hiệu theo phơng pháp điều biên tín hiệu số để ghi thông tin lên sóng ngắn cao tần để chống nhiễu và có năng lợng để truyền đi xa 10m . Và cuối cùng là khuyếch đại công suất vơi năng lợng một chiều 3V để chuyển tín hiệu điện thành tín hiệu ánh sáng hồng ngoại phát đi trong không gian : 8 S¬ ®å khèi chøc n¨ng S¬ ®å nguyªn lý : U p i n - S W 3 R E S E T p i n + p i n - R 1 5 1 0 K C C p i n + p i n - U 1 6S N 5 4 A L S 1 4 8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 3 1 2 1 4 1 5 1 6 4 5 6 7 E 1 A 2 A 1 G N D A 0 0 1 3 2 G S E O V C C S W 1 2 R E S E T R 2 4 1 0 K D E L B B p i n + p i n + R 2 5 1 0 K p i n - C 2 8 3 3 p S W 6 R E S E T 7 S T O P p i n + Y 2 1 2 M p i n - D 3 H O N G N G O A I R 1 9 1 0 K 8 3 A A R 2 7 1 0 K R 2 9 1 0 K S W 9 R E S E T 9 S W 1 5 R E S E T S T A R T p i n - 3 p i n + R 2 3 1 0 K R 2 0 1 0 K p i n - R 2 2 1 0 K C 2 7 3 3 p S W 7 R E S E T R 1 3 B I E N T R O 1 2 3 1 2 3 6 p i n + 2 p i n - p i n - R 2 1 1 0 K S T A R T p i n + p i n - R 2 8 1 0 K S W 1 4 R E S E T D E L 4 p i n + B B 1 S W 1 0 R E S E T C L E A R 5 p i n + p i n - 6 R 2 6 1 0 K 9 p i n + p i n + p i n - S W 4 R E S E T p i n - S W 8 R E S E T U 4 R 1 4 1 0 K 7 S T O P 1 p i n - S W 5 R E S E T S W 1 1 R E S E T p i n + 8 C 2 6 1 0 u p i n + R 1 7 1 0 K C C A A p i n + p i n - S W 1 R E S E T C L E A R p i n + S W 1 3 R E S E T Q 8 C 2 3 8 3 2 3 1 p i n - 8 9 c 2 0 5 1 U 1 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 R e s e t R x d T x d X 2 X 1 P 3 . 2 P 3 . 3 p 3 . 4 P 3 . 5 G N D P 3 . 7 P 1 . 0 P 1 . 1 P 1 . 2 P 1 . 3 P 1 . 4 P 1 . 5 P 1 . 6 P 1 . 7 V C C S W 2 R E S E T 5 R 1 6 1 0 K p i n - R 1 8 1 0 K 1 0 2 R 3 0 1 0 K p i n + p i n - 1 0 H×nh 1.4. S¬ ®å nguyªn lý H×nh d¹ng thùc tÕ cña mét lo¹i Remote SONY : 9 Hình 1.5. Hình dạng một loại Remote SONY Trong phạm vi đề tài này bàn phím sử dụng chỉ gồm cac phím từ 1 đến 4, ứng với sự điều khiển cho 4 thiết bị điện. Nếu nhấn phím 1 thì ổ cắm 220V số 1 sẽ đợc cấp điện và thiết bị số 1 sẽ khởi động. Nếu nhấn thêm lần nữa thì lại cắt điện đi, thiết bị lại đợc tắt đi, và tơng tự nh vậy cho 3 phím còn lại. Bàn phím là hệ thống các tiếp điểm thờng mở. Khi nhấn bất kỳ phím nào thì tiếp điểm đó đóng lại sẽ tạo ra một tổ hợp mã lệnh tơng ứng , mã lệnh tồn tại là số Hexa . Bảng mã của Điều khiển TiVi SONY nh sau : Tên phím Tín hiệu nhị phân Mã lệnh (hexa) 1 00000000 0 2 00000001 1 3 00000010 2 4 00000011 3 5 00000100 4 6 00000101 5 7 00000110 6 8 00000111 7 9 00001000 8 10 00001001 9 PROGRAM + 00010000 10 PROGRAM - 00010001 11 VOLUME + 00010010 12 10