Đề tài Mạch điều khiển thiết bị từ xa bằng hồng ngoại

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Thành Phố Hồ Chí Minh, Ngày 31 Tháng 12 Năm 2011 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……. 000 …… ..................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... Tp.HCM, Ngày 31 Tháng 12 Năm 2011 Giáo Viên Hướng Dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ……. 000 …… ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................................................................... Tp.HCM, Ngày 31 Tháng 12 Năm 2011 Giáo Viên Phản Biện LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình thực hiện đồ án “ Mạch Điều Khiển Thiết Bị Từ Xa Bằng Hồng Ngoại ”, chúng em đã nhận được rất nhiều ý kiến đóng góp cũng như sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của quý thầy cô và các bạn cùng lớp. Chúng em xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám Hiệu Trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ Tp.Hồ Chí Minh, cùng các thầy cô Khoa Công Nghệ Cơ - Điện Tử, đặc biệt là thầy Phạm Hùng Kim Khánh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp chúng em hoàn thành xong đồ án này. Do kiến thức còn hạn hẹp nên trong quá trình thực hiện đồ án chúng em không thể tránh khỏi những sai xót, mong quý thầy cô trong hội đồng bảo vệ bỏ qua và có những góp ý để chúng em có thể hoàn thiện đồ án của mình được tốt hơn nữa. Chúng em xin chân thành cảm ơn. LỜI MỞ ĐẦU Với tốc độ phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp hiện đại như công nghệ thông tin, công nghệ truyền thông, cơ khí, động lực trong thời gian qua không thể tách rời với ngành điện tử. Ngành điện tử đóng vai trò rất quan trọng, nó đã xâm nhập vào cuộc sống con người khá sớm từ những thiết bị đơn giản như đèn chiếu sáng, radio,…, đến những máy móc phức tạp và ứng dụng công nghệ cao như hệ thống camera, robot…tất cả điều được ứng dụng rộng rãi và góp phần hiệu quả vào công việc giải phóng sức lao động của con người đưa con người hướng tới một thế giới công nghệ mới ngày càng hiên đại và tinh vi hơn. Trong sinh hoạt hằng ngày của con người như những trò chơi giải trí (robot, xe điều khiển từ xa…) cho đến những ứng dụng gần gủi với chúng ta cũng được cải tiến cho phù hợp với việc sử dụng và đạt mức tiện lợi nhất. Điều khiển từ xa đã thâm nhập vào vấn đề này do đó cho ra đời những loại tivi điều khiển từ xa, đầu video, VCD, CD,… đến quạt bàn tất cả điều khiển từ xa. Điều khiển từ xa là việc điều khiển mô hình, thiết bị ở một khoảng cách nào đó mà người không nhất thiết phải đến nơi đặt hệ thống. Thế giới ngày càng phát triển việc ứng dụng các thiết bị điều khiển tự động ngày càng được con người sử dụng trong đó có quá trình thu phát bằng hồng ngoại nó có độ chính xác và nhanh chóng trong quá trình điều khiển từ xa. Xuất phát từ những ý tưởng trên nên chúng em đã chọn đề tài mạch điều khiển thiết bị từ xa bằng hồng ngoại. Trong thời gian ngắn với kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên quyển đồ án chưa được hoàn thiện cho lắm và còn nhiều thiếu sót. Kính mong sự chỉ dẫn và góp ý của tất cả thầy cô cùng tất cả các bạn . MỤC LỤC Lời mở đầu Chương I : Lý Thuyết Tổng Quan 1 Một số khái niệm liên quan .........................................................................1 1.1 Tia hồng ngoại (Ánh sáng hồng ngoại) .................................................. 1 1.2 Hệ thống điều khiển từ xa ...................................................................... 1 1.2.1 Nhiệm vụ cơ bản của hệ thống điều khiển từ xa .......................... 1 1.2.2 Kết cấu tin tức .............................................................................. 2 1.2.3 Kết cấu hệ thống ........................................................................... 2 1.2.4 Các phương pháp mã hóa trong hệ thống điều khiển từ xa .......... 3 1.3 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển từ xa bằng hồng ngoại .................. 4 1.3.1 Sơ đồ khối máy phát ..................................................................... 4 1.3.2 Sơ đồ khối máy thu ...................................................................... 5 2 Giới thiệu linh kiện điển hình trong mạch .................................................... 6 2.1 Mạch phát ............................................................................................... 6 2.1.1 IC BL9148 .................................................................................... 6 2.1.2 Led phát hồng ngoại ..................................................................... 8 2.2 Mạch thu ................................................................................................. 9 2.2.1 IC BL9149 .................................................................................... 9 2.2.2 Bộ thu hồng ngoại ........................................................................ 11 2.2.3 IC HEF4013 ................................................................................. 11 2.2.4 IC KA7805 ................................................................................... 12 2.2.5 Relay ............................................................................................. 14 2.2.6 Transistor C1815 .......................................................................... 15 Chương II : Thi Công Mô Hình 1 Sơ đồ nguyên lý.......................................................................................16 1.1 Mạch phát .............................................................................................. 16 1.2 Mạch thu ................................................................................................. 17 2 Giải thích sơ đồ nguyên lý ............................................................................ 17 2.1 Nguyên lý hoạt động của mạch phát ...................................................... 17 2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch thu ........................................................ 19 3 Sơ đồ mạch in................................................................................................ 22 3.1 Mạch phát ............................................................................................... 21 3.2 Mạch thu ................................................................................................. 21 4 Kết quả đo được ............................................................................................ 22 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO CHƯƠNG I : LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM LIÊN QUAN 1.1 Tia hồng ngoại (ánh sáng hồng ngoại) Tia hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng trong khoảng từ 400.000nm đến 760.000nm, dài hơn bước sóng ánh sáng khả kiến nhưng ngắn hơn tia bức xạ vi ba. Tên “hồng ngoại” có nghĩa là “dưới mức đỏ”, màu đỏ là màu sắc có bước sóng dài nhất trong ánh sáng thường. Mọi vật có nhiệt độ lớn hơn 0 độ K đều phát ra tia hồng ngoại. Sóng hồng ngoại có những đặc tính quan trọng giống như ánh sáng ( sự hội tụ qua thấu kính, tiêu cự… ). Ánh sáng thường và ánh sáng hồng ngoại khác nhau rất rõ trong sư xuyên suốt qua vật chất. Có những vật chất ta thấy nó một màu xám đục nhưng với ánh sáng hồng ngoại nó trở nên xuyên suốt. Vì vật liệu bán dẫn “trong suốt” đối với ánh sáng hồng ngoại, tia hồng ngoại không bị yếu đi khi vượt qua các lớp bán dẫn để đi ra ngoài. Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu. Nó ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. lượng thông tin có thể đạt được 3Mbit/s. Lượng thông tin được truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ mà ta vẫn dùng. Trong kỹ thuật truyền tin bằng sợi quang dẫn không cần các trạm khuếch đại giữa chừng, người ta có thể truyền một lúc 15000 điện thoại hay 12 kênh truyền hình qua một sợi tơ quang với đường kín 0,13 mm với khoảng cách 10 Km đến 20 Km. Lượng thông tin truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ mà ta vẫn dùng. Tia hồng ngoại dễ hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém. Trong điều khiển từ xa chùm hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng do đó khi thu phải đúng hướng. 1.2 Hệ thống điều khiền từ xa 1.2.1 Nhiệm vụ cơ bản của hệ thống diều khiển từ xa Hệ thống điều khiển từ xa là một hệ thống cho phép ta điều khiển các thiết bị từ một khoảng cách xa. Ví dụ hệ thống điều khiển bằng vô tuyến, hệ thống điều khiển từ xa bằng cáp quang dây dẫn, hệ thống điều khiển từ xa bằng hồng ngoại. Do đó chúng có những nhiệm vụ cơ bản sau: - Phát tín hiệu điều khiển. - Sản sinh ra xung hoặc hình thành các xung cần thiết. - Tổ hợp xung thành mã. - Phát các tổ hợp mã đến điểm chấp hành. - Ở điểm chấp hành ( thiết bị thu ) sau khi nhận được mã phải biến đổi các mã nhận được thành các lệnh điều khiển và đưa đến các thiết bị, đồng thời kiểm tra sự chính xác của mã mới nhận. 1.2.2 Kết cấu tin tức Trong hệ thống điều khiển từ xa độ tin cậy truyền dẫn tin tức có quan hệ rất nhiều đến kết cấu tin tức. Nội dung về kết cấu tin tức có hai phần: về lượng và về chất.Về lượng có các biến lượng điều khiển và lượng điều khiển thành từng loại xung gì cho phù hợp, và những xung đó cần áp dụng phương pháp nào để hợp thành tin tức, để có dung lượng lớn nhất và có tốc đô truyền dẫn nhanh nhất. Để đảm bảo các yêu cầu về kết cấu tin tức, hệ thống điều khiển từ xa có các yêu cầu sau: - Tốc độ làm việc nhanh. - Thiết bị phải an toàn tin cậy. - Kết cấu phải đơn giản. Hệ thống điều khiển từ xa có hiệu quả cao là hệ thống đạt tốc độ điều khiển cực đại đồng thời đảm bảo độ chính xác trong phạm vi cho phép. 1.2.3 Kết cấu hệ thống Do hệ thống điều khiển từ xa có những đường truyền dẫn xa nên chúng ta cần phải nghiên cứu về kết cấu hệ thống để đảm bảo tín hiệu được truyền đi chính xác và nhanh chóng. Đây là sơ đồ kết cấu hệ thống: Sơ đồ kết cấu hệ thống - Thiết bị phát: biến đổi lệnh điều khiển thành tin tức tín hiệu và phát đi. - Đường truyền: đưa tín hiệu điều khiển từ thiết bị phát đến thiết bị thu. - Thiết bị thu: nhận tín hiệu điều khiển từ đường truyền, qua quá trình biến đổi, biến dịch để tái hiện lại lệnh điều khiển rồi đưa đến các thiết bị thi hành. 1.2.4 Các phương pháp mã hóa trong điều khiển từ xa Trong hệ thống truyền thông tin rời rạc hoặc truyền thông tin liên tục nhưng đã được rời rạc hóa tin tức thường được biến đổi thông qua một phép biến đổi thành số ( thường là số nhị phân ) rồi mã hóa và được phát đi tứ máy phát. Ở máy thu, tín hiệu phải thông qua các phép biến đổi ngược lại với các phép đổi trên: giải mã, liên tục hóa… Sự mã hóa tín hiệu điều khiển nhằm tăng tính hữu hiệu và độ tin cậy của hệ thống điều khiển từ xa, nghĩa là tăng tốc độ truyền và khả năng chống nhiễu. Trong điều khiển từ xa ta thường dùng mã nhị phân tưng ứng với hệ, gồm có hai phần tử [0] và [1]. Do yêu cầu về độ chính xác cao trong các tín hiệu điều khiển được truyền đi để chống nhiễu ta dùng loại mã phát hiện và sửa sai. Mã phát hiện và sửa sai thuộc loại mã đồng đều bao gồm các loại mã: mã phát hiện sai, mã sửa sai, mã phát hiện và sửa sai. Dạng sai nhầm của các mã được truyền đi tùy thuộc tính chất của kênh truyền, chúng có thể phân thành 2 loại: ¥ Sai độc lập: trong quá trình truyền, do nhiều tác động, một hoặc nhiều ký hiệu trong các tổ hợp mã có thể bị sai nhầm, nhưng những sai nhầm đó không liên quan nhau. ¥ Sai tương quan: được gây ra bởi nhiều nhiễu tương quan, chúng hay xảy ra trong từng chùm, cụm ký hiệu kế cận nhau. Sự lựa chọn của cấu trúc mã chống nhiễu phải dựa trên tính chất phân bố xác suất sai nhầm trong kênh truyền. Hiện nay lý thuyết mã hóa phát triển rất nhanh, nhiều loại mã phát hiện và sủa sai được nghiên cứu như: mã hamming, mã chu kỳ, mã nhiều cấp. 1.3 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển từ xa bằng hồng ngoại 1.3.1 Sơ đồ khối máy phát Sơ đồ khối máy phát Máy phát có nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển, mã hóa và phát tín hiệu đến máy thu, lệnh truyền đi đã được điều chế. ¥ Khối phát lệnh điều khiển: khối này có nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển từ nút nhấn (phím điều khiển). Các nút nhấn này có thể là một nút (ở mạch điều khiển đơn giản), hay một ma trận nút (ở mạch điều khiển chức năng). Ma trận được phím bố trí theo cột và hàng. Khi người sử dụng bấm vào các phím chức năng để phát lệnh yêu cầu của mình, mỗi phím chức năng tương ứng với một số thập phân. ¥ Khối mã hóa: để truyền các tín hiệu khác nhau đến máy thu mà chúng không lẫn lộn nhau, ta phải tiến hành mã hóa các tín hiệu (lệnh điều khiển). Khối mã hóa này có nhiệm vụ chuyển đổi các lệnh điều khiển thành mã nhị phân tương ứng dưới dạng mã lệnh tín hiệu số gồm các bit 0 và 1. Số bit trong mã lệnh nhị phân có thể là 4 bit hay 8 bit… tùy theo số lượng phím chức năng nhiều hay ít. Hiện tượng biến đổi này gọi là mã hóa. Có nhiều phương pháp mã hóa khác nhau: điều chế biên độ xung (PAM), điều chế độ rộng xung (PWM), điều chế vị trí xung (PPM), điều chế mã xung (PCM). Trong kỹ thuật điều khiển từ xa bằng hồng ngoại, phương pháp điều chế mã xung thường được sử dụng nhiều hơn cả, vì phương pháp này tương đối đơn giản và dễ thực hiện. ¥ Khối dao động tạo sóng mang: khối này có nhiệ vụ tạo ra sóng mang tần số ổn định, sóng mang này sẽ mang tín hiệu điều khiển khi truyền ra môi trường. ¥ Khối điều chế: khối này có nhiệm vụ kết hợp tính hiệu điều khiển đã mã hóa sóng mang để đưa đến khối khuếch đại. ¥ Khối khuếch đại: khuếch đại tín hiệu đủ lớn để Led phát hồng ngoại phát tín hiệu ra môi trường. ¥ Led phát: là một Led hồng ngoại, biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu hồng ngoại phát ra môi trường. 1.3.2 Sơ đồ khối máy thu Chức năng của máy thu là thu được tín hiệu điều khiển từ máy phát, loại bỏ sóng mang, giải mã tín hiệu điều khiển thành các lệnh riêng biệt, từ đó mỗi lệnh sẽ đưa đến khối chấp hành cụ thể. Sơ đồ khối máy thu ¥ Led thu: thu tín hiệu hồng ngoại do máy phát truyền tới và biến đổi thành tín hiệu điều khiển ¥ Khối khuếch đại: có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điều khiển lớn lên từ từ, Led thu hồng ngoại để quá trình xử lý tín hiệu được dễ dàng. ¥ Khối tách sóng mang: khối này có chức năng triệt tiêu sóng mang, chỉ giữ lại tín hiệu điều khiển như tín hiệu gửi đi từ máy phát ¥ Khối giải mã: nhiệm vụ của khối này là giải mã tín hiệu điều khiển dưới dạng các bit nhị phân hay các dạng khác để đưa đến khối chấp hành cụ thể. Do dó nhiệm vụ của khối này rất quan trọng. ¥ Khối chấp hành: có thể là relay hay một linh kiện điều khiển nào đó, đây là khối cuối cùng tác động trực tiếp vào thiết bị thực hiện nhiệm vụ điều khiển mong muốn. 2 GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN ĐIỂN HÌNH TRONG MẠCH 2.1 Mạch phát 2.1.1 IC BL9148 2.1.1.1 Đặc tính Đây là một bộ truyền phát tia hồng ngoại ứng dụng bởi công nghệ CMOS (Compledmentary-Metal-Oxide-Silicon). BL9148 kết hợp với BL9149 tạo ra 10 chức năng, với BL9150 tạo ra 18 chức năng và 75 lệnh có thể phát xạ. Có những đặc tính: - Tiêu thụ công suất thấp. - Vùng điện áp hoạt động: 2.2V-5V. - Sử dụng được nhiều phím. - Ít thành phần ngoài. 2.1.1.2 Sơ đồ và chức năng của từng chân Hình dáng và sơ đồ chân của IC BL9148 ¥ Chân 1: (GND) là chân được nối với cực âm của nguồn điện. ¥ Chân 2 (XT) và 3 ( XT ): hai đầu để nối với thạch anh bên ngoài cho bộ tạo dao động bên trong IC. ¥ Chân 4-9 (K1-K6): là đầu của tín hiệu bàn phím kiểu ma trận, các chân từ K1 đến K6 kết hợp với các chân 10 đến 12 (T1-T3) để tạo thành ma trận 18 phím. ¥ Chân 13 (CODE):là chân mã số dùng để kết hợp với các chân 10-11 để tạo ra tổ hợp mã hệ thống giữa phần phát và phần thu. ¥ Chân 14 (TEST): là chân dùng để kiểm tra mã của phần phát, bình thường khi không sử dụng có thể bỏ trống. ¥ Chân 15 (TXout): là đầu ra của tín hiệu đã được điều chế FM. ¥ Chân 16 (Vcc): là chân cấp nguồn dương. 2.1.1.3 Sơ đồ khối bên trong Bên trong IC BL9148 do bộ dao động, bộ phân tần, bộ giãi mã, mạch đầu vào của bàn phím, bộ phát mã số… tạo thành. Sơ đồ khối bên trong của IC BL9148 ¥ Bộ tạo dao động và bộ phân tần: để có thể phát đi xa, ta cần có một xung có tần số 38 Khz ở nơi nhận nhưng trên thị trường khó tìm được thạch anh đúng tần số nên ta chọn tần số của thạch anh là 455 Khz cho bộ tạo dao động. Sau đó tần số sẽ được đưa qua bộ phân tần để chia nó ra thành 12 lần. ¥ Mạch điện phím vào: có tổng cộng 18 phím được nối tới các chân K1-K6 và mạch hoạt động thời gian T1-T3 (chân 10-12) để tạo ra bàn phím ma trận (6*3). ¥ Mạch phát sinh tín hiệu bit và mạch phát sinh tín hiệu chiông: - Lệnh truyền: gồm một lệnh được tạo bởi 3 bit mã người dùng, 1 bit mã liên tục, 2 bit mã không liên tục và 6 bit mã ngõ vào. - Vậy nó có 12 bit mã. Trong đó, 3 bit mã được dùng như sau: dữ liệu của 3 bit mã T1, T2, T3 sẽ là “1” nếu một diode được nối giữa chân CODE và chân Tn (n= 1-3) và là “0” khi không nối diode. Vì IC thu BL9149 chỉ có 2 bit mã (CODE 2, CODE 3) nên chân T1 (chân 10) sẽ luôn ở mức “1”. 2.1.2 Led phát hồng ngoại Led phát hồng ngoại được viết tắt là IR Red (Infra Red Led), hay còn gọi là nguồn phát tia hồng ngoại (Infra Red Emitters), giống như led bình thường (led phát quang- light emitting diode) và phát ra ánh sáng hồng ngoại. Nó được chế tạo bằng chất Arsenic-Galium (GaAs). Led hồng ngoại có đời sống khoảng 100.000 giờ (khoàng 11 năm), với các đặc trưng kỹ thuật như: - Điện áp thuận:Vf = 1,1 V ÷ 5V - Dòng điện thuận: If = vài chục mA ÷ vài trăm mA - Công suất cực đại: PMax = vài trăm mW Ký hiệu và hình dáng của led phát hồng ngoại Nguyên lý làm việc: để có ánh sáng phát ra liên tục, người ta phân cực thuận led hồng ngoại. tùy theo vật liệu cấu tạo, điện thế thêm của led thay đổi từ 1 đến 2.5V và dòng điện qua nó tôi đa khoảng vài mA. Khi chuyển tiếp P-N phân cực thường có hiện tượng phun hạt dẫn ở mức cao (lỗ trống P++ phun sang N++, điện tử từ N++ phun sang P++) và kèm theo đó là hiện tượng tái hợp bức xạ để sinh ra năng lượng là ánh sáng sáng hồng ngoại (không thấy được bằng mắt thường). Hiện tượng bức xạ là hiện tượng giải phóng ra các proton khi có tái hợp trực tiếp giữa điện tử và lỗ trống. 2.2 Mạch thu 2.2.1 IC BL9149 2.2.1.1 Đặc tính BL9149 cũng được chế tạo bởi công nghệ CMOS. Nó có thể điều khiển tối đa 10 thiết bị. Do đó chúng có đặc tính: - Tiêu tán công suất thấp - Khả năng chống nhiễu rất cao - Nhận được đồng thời 5 chức năng từ IC phát BL9148 - Cung cấp bộ tạo dao dộng RC - Bộ lọc số và bộ kiểm tra mã ngăn ngừa sự tác động từ những nguồn sáng khác nhau như đèn PL.Do đó không ảnh hưởng đến độ nhạy của mắt thuong 2.2.1.2 Sơ đồ và chức năng của từng chân Hình dáng và sơ đồ chân của IC BL9149 ¥ Chân 1 (GND): là chân mass được nối với cực âm của nguồn điện. ¥ Chân 2 (RxIN): là đầu vào tín hiệu thu, tín hiệu sau khi được lọc bỏ sóng mang. ¥ Chân 3-7 (HP1-HP5): là đầu ra tính hiệu liên tục. Chỉ cần thu được tín hiệu tương ứng với đầu ra nào thì đầu ra đó sẽ duy trì ở mức logic “1”. ¥ Chân 8-12 (SP5-SP1): là đầu tín hiệu không liên tục. Chỉ cần thu được tín hiệu tương ứng với đầu ra nào thì đầu ra đó sẽ duy trì ở mức logic “1” trong khoảng thời gian là 107 ms. ¥ Chân 14 và 13 (CODE 2 và CODE 3): để tạo ra các tổ hợp mã hệ thống giữa phần phát và phần thu. Mã số của hai chân này phải giống tổ hợp mã hệ thống của phần phát thì mới thu được tín hiệu. ¥ Chân 15 (OSC): dùng để nối tụ điện và điện trở bên ngoài tạo ra dao động cho mạch. ¥ Chân 16 (Vcc): là chân nối với cực dương của nguồn cung cấp. 2.2.1.3 Sơ đồ khối bên trong Sơ đồ khối bên trong của IC BL9149 Sau khi IC phát BL9148 phát tín hiệu (2 chu kỳ) đi, tín hiệu sẽ được mắt thu tiếp nhận rồi đưa nó đến chân RxIN. Chân RxIN có nhiệm vụ sẽ chỉnh lại dạng sóng của tín hiệu cho chuẩn. Sau đó, tín hiệu được đưa tới bộ lọc số. Bộ Lọc số có nhiệm vụ lọc lấy các dữ liệu rồi đưa đến thanh ghi. Dữ liệu đầu tiên sẽ được đưa qua bộ đệm ngõ ra nếu mã của nó khớp với mã của phần phát. Trường hợp mã của dữ liệu không khớp với mã của phần phát thì quá trình sẽ được lặp đi lặp lại. Khi các dữ liệu nhận được thông qua ngõ ra sẽ chuyển từ mức thấp lên mức cao. 2.2.2 Bộ thu hồng ngoại Sơ đồ cấu tạo và ký hiệu của bộ thu hồng ngoại Cấu tạo bán dẫn của quang transistor coi như gồm có một quang diode và một quang transistor. Nguyên lý hoạt động: trong quang transistor có quang diode làm nhiệm vụ cảm ứng quang điện và transistor làm nhiệm vụ khuếch đại. quang diode được sử dụng ở đây là mối nối P-N giữa cực B và cực C trong transistor, khi phân cực cho các chân thì diode B-E được phân cực thuận và diode BC được phân cực ngược và khi được chiếu sáng thì dòng điện rỉ IBC sẽ tăng cao hơn bình thường nhiều lần. Dòng điện rỉ sẽ trở thành dòng IB và được transistor khuếch đại. độ khuếch đại của transistor từ 100-1000 và bộ khuếch đại không tuyến tính theo cường độ ánh sáng chiếu vào mối nối. Quang điện transistor có tốc độ làm việc chậm do tụ điện kí sinh CCB(tụ kí sinh giữa cực C và cực B).Quang transistor co 1 tần số làm việc cao nhất chỉ khoảng vài trăm KHz, trong khi tần số làm việc cực đại của quang diode có thể lên vài chục MHz. 2.2.2 IC HEF4013 2.2.2.1 Đặc tính Vi mạch 4013 chứa 2 flip-flop D, nó là vi mạch đa năng, chúng có các chân đặt trực tiếp (SD), xóa trực tiếp (CD), ngỏ vào xung clock (CP) và ngỏ ra (O,O). Dữliệu được chấp nhận khi CP ở mức thấp và được chuyển đến ngõ ra khi có cạnh dương của xung đồng hồ. Khi 2 chân CD và SD cùng ở mức cao bất chấp dữ liệu vào và xung đồng hồ như thế nào, cả 2 ngõ ra O và O điều ở mức cao. 2.2.2.2 Sơ đồ và chức năng của từng chân Sơ đồ chân và hình dáng của IC HEF4013 HEF4013 có 14 chân trong đó: D : dữ liệu vào. CP : xung đồng hồ vào. SD : chân đặt. CD : chân xóa. O : ngỏ ra chính. Ō : ngỏ ra bổ sung. Bảng chân trị H : cấp giá trị ở mức cao. L : cấp giá trị ở mức thấp. X: giá trị tùy định. 2.2.3 IC KA7805 2.2.3.1 Đặc tính - Dòng cực đại có thể duy trì là 1A. - Dòng đỉnh 2.2A. - Công suất tiêu tán nếu không dùng tản nhiệt: 2W. - Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W. - Bảo vệ ngắn mạch. - Bảo vệ quá tải nhiệt Chính vì thế với những mạch không đòi hỏi tính ổn định của điện áp quá cao người ta hay sử dụng chúng để thiết kế những mạch điện đơn giản. 2.2.3.2 Sơ đồ và chức năng của từng chân Sơ đồ chân của IC KA7805 - Chân 1: ngõ vào - Chân 2: nối với cực âm của nguồn - Chân 3: ngõ ra. Ngõ ra luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi. Do dó nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thì mạch điện vẫn hoạt động ổn định nhờ vẫn giữ được điện áp ngõ ra 5V không đổi. 2.2.4 Relay Cấu tạo của relay điện từ gồm có: phần cố định, phần nắp chuyển động, cuộn dây kích thích, lò xo, tiếp điểm cố định, tiếp điểm động. Relay hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ, khi có dòng điện chạy qua cuộn dây sẽ sinh lực điện từ hút nắp về phía lõi, khi lực điện từ đủ lớn sẽ thắng được lực hút của lò xo, do đó làm tiếp điểm động của Relay hoạt động khi không có dòng điện qua Relay thì tiếp điểm động sẽ không hoạt động.Từ đó người ta còn gọi Relay là công tắc điện từ. Nhờ vào đặc tính này mà Relay mới ứng dụng rất nhiều trong kỹ thuật. Các tiếp điểm và hình dáng của relay 5 chân 2.2.5 Transistor C1815 Transistor là một linh kiện bán dẫn thường được sử dụng như một thiết bị khuyếch đại hoặc một khóa điện tử. Transistor là khối đơn vị cơ bản xây dựng nên cấu trúc mạch ở máy tính điện tử và tất cả các thiết bị điện tử hiện đại khác. Mỗi transistor đều có ba cực: 1. Cực nền (base) 2. Cực thu (collector) 3. Cực phát (emitter) Phân loại: NPN và PNP C1815 là Transistor BJT loại NPN gồm ba miền tạo bởi hai tiếp giáp p–n, trong đó miền giữa là bán dẫn loại p. Miền có mật độ tạp chất cao nhất, kí hiệu n+ là miền phát (emitter). Miền có mật độ tạp chất thấp hơn, kí hiệu n, gọi là miền thu(collecter). Miền giữa có mật độ tạp chất rất thấp, kí hiệu p, gọi là miền gốc (base). Ba chân kim loại gắn với ba miền tương ứng với ba cực emitter (E), base(B), collecter (C) của transistor. Kí hiệu và hình dáng của transistor C1815 Ứng dụng: Đáp ứng nhanh và chính xác nên các transistor được sử dụng trong nhiều ứng dụng tương tự và số, như khuyếch đại, đóng cắt, điều chỉnh điện áp,điều khiển tín hiệu, và tạo dao động... Transistor cũng thường được kết hợp thành mạch tích hợp (IC) trên một diện tích nhỏ. CHƯƠNG 2 : THI CÔNG MÔ HÌNH 1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ Mạch phát 1.2 Mạch thu 2 GIẢI THÍCH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 2.1 Nguyên lý hoạt động của mạch phát Từ nguyên lý làm việc của IC BL9148 ta biết mỗi lần mạch phát ra 2 nhóm số liệu, mỗi nhóm số liệu của tín hiệu phát ra là 12 bit, trong đó có 3 bit mã người dùng (C1, C2, C3), 6 bit mã phím vào (D1 đến D6) và 3 bit mã liên tục hay không liên tục (H, S1, S2). Khi ta nhấn bất kỳ một trong các phím có thứ tự từ 7 đến 12 thì tại phím đó lên mức cao [1], các phím còn lại vẫn ở mức thấp. Chẳng hạn như nhấn phím số 9 thì chân 6 (K3) lên mức cao và lúc này mạch điện bàn phím nạp vào là 001000 hay mã số của số liệu phát ra D1 ~ D6 là 001000 tương ứng như kết nối ở sơ đồ nguyên lý các phím kết nối với T2 (ứng với S1) cũng lên mức cao, đây là các phím không liên tục còn T1 và T3 (ứng với H và S2) vẫn ở mức thấp, vậy mã phát sinh tín hiệu liên tục và không liên tục bây giờ là 010, hơn nữa như sơ đồ kết nối T1 nối qua chân code qua diode D3. Do đó , tạo ra mã người dùng C1, C2, C3 tương ứng là 110. Và 3 mã người dùng, mã liên tục, mã không liên tục, và mã số liệu được kết hợp với nhau qua cổng OR đưa đến mạch đồng bộ tín hiệu ra kết hợp với sóng mang đưa ra chân (15) TXout đến bộ khuếch đại darlington dùng 2 transistor NPN và PNP qua diode phát bức xạ ra môi trường. Như vậy nhóm lệnh phát tương ứng khi nhấn phím 9 là: 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 Dạng sóng mô tả Khi IC BL9148 kết hợp với một bộ dao động biên ngoài (là mạch LC hoặc thạch anh) dao động với tần số 455 KHz, thì tần số phát xạ ngỏ ra của mạch là 38 KHz. Và chúng chỉ tạo ra dao động và phím ấn nhờ vậy mà làm cho mạch tiêu hao công suất rất bé. Lệnh phát do mã 12 bit tạo thành Trong đó C1 C2 C3 là mã số người dùng được tạo ra nhờ 3 diode D1 D2 D3, được nối từ T1 T2 T3 với chân code. H S1 S2 là mã số phát xạ liên tục tương ứng với các chân T1 T2 T3. Từ D1 đến D6 là mã số của số liệu phát ra. Như vậy ứng với các phím trên thì ta thấy từ SW1 đến SW5 là các phím phát ra các tín hiệu liên tục, còn lại từ SW6 đến SW10 là các phím không liên tục. Tín hiệu sau khi được điều chế được lấy ra chân 15 (TXout) qua điện trở 10 K,và được khuếch đại nhờ hai transistor C1815 và A1015 sau đó đưa đến led hồng ngoại. Để tăng góc phát tín hiệu người ta có thể sử dụng 2 led nối song song với nhau. Mạch làm việc với điện áp 3V DC dùng hai pin tiểu để tạo nên. Các số liệu ứng với các phím Khi ta ấn một phím bất kỳ sẽ làm hai chân K và T nối lại với nhau. Một xung điện áp mức cao sẽ đưa từ chân K tương ứng vào chân T tương ứng. Xung điện áp này đi vào IC sẽ kích hoạt mạch nhận biết phím để xác định vị trí của phím nằm trên ma trận phím. Sau đó dữ liệu của phím sẽ được đưa tới khối phát mã để lấy ra mã tương ứng với vị trí của phím nằm trên ma trận phím. Dữ liệu của phím được lấy ra từ khối đó là dạng dữ liệu nối tiếp với tần số thấp (khoảng20Hz) không thể truyền đi xa trong không gian nên đòi hỏi dữ liệu này phải được cài vào sóng mang có tần số cao bằng cách điều chế tín hiệu 12 bit đó với sóng mang cao tần ta được công thức tính F0 = Fosc/12với Fosc =455KHz thì F0 = 38KHz. Do mạch hoạt động ở tần số cao nên đòi hỏi nguồn điện phải đảm bảo giảm nhiễu tuyệt đối do đó ta phải mắc tụ lọc nguồn để lọc nhiễu. Thường mắc tụ 102 và 103 để lọc nhiễu. Chân 15 của BL9148 được mắc vào chân B của transistor Ạ1015 để khuếch đại trước khi cho qua led hồng ngoại để phát ra ngoài vì tín hiệu ra tại chân 15( IC BL9148) rất yếu không thể hoặc có đi chăng nữa thì tín hiệu ra cũng không thể truyền đi xa được. Tín hiệu lại một lần nữa lại được khuếch đại thông qua transistor C1815 và cuối cùng thì cho tín hiệu được phát ra ngoài thông qua led hồng ngoại để phát tín hiệu ra ngoài. 2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch thu Khi nhấn bất kỳ phím nào ở bộ phận phát tương ứng led phát có nhiệm vụ biến dòng điện thành quang phát xạ ra môi trường, led thu nhận tín hiệu đó biến đổi từ quang thành điện, sau đó đưa qua bộ khuếch đại, tách sóng loại bỏ sóng mang, rồi đưa tới đầu vào mạch điện IC BL9149 (chân 2 RIN), đầu tiên IC tiến hình đối với tín hiệu đầu vào, sau đó xử lý ở các bộ phận dao động, bộ đếm số cộng, bộ nhớ dịch hàng đầu vào, bộ nhớ dịch hàng kiểm tra số liệu ghi, mạch xung đầu vào, kiểm tra mã, đo kiểm tra sai sót cuối cùng là mạch hãm xung đầu vào để đếm các ngõ ra liên tục và không liên tục. Mạch sử dụng nguồn 5v DC ổn định được cấp trực tiếp vào IC và led thu. Led thu có 3 chân: [1] là chân mass, [2] chân hiệu ngõ ra, [3] chân nguồn có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ mạch phát, khuếch đại chúng sau đó được tách sóng loại bỏ sóng mang 38 KHz và giữ lại tín hiệu 12 bit rồi đưa ra chân Vout. Tín hiệu từ chân Vout của led thu được đảo pha bằng mạch đảo pha dùng transistor mắc theo kiểu E chung sau đó mới đưa vào chân RxIN của IC. Các linh kiện LC mắc song song một đầu tiếp đất và đầu còn lại nối với chân 15 của IC để tạo nên dao dộng cho mạch nhờ vào dao động đó mà IC mới kiểm tra được tín hiệu tiếp nhận và đồng hồ báo giờ bên trong. Sau khi BL9149 nhận tín hiệu ở Rxin nó tiến hành so sánh hai nhóm tín hiệu mà BL9149 phá ra (mỗi nhóm tín hiệu mà BL9148 phát ra l2 bit) sau khi nhận được nhóm tín hiệu thứ nhất lập tức gửi vào bộ nhớ ghi dịch 12 bit rồi sau đó so sánh với từng bit của nhóm tín hiệu thứ hai, nếu như hai nhóm tín hiệu đó giống nhau thì đầu ra tương ứng sẽ từ mức thấp lên mức cao còn nếu khác nhau thì sẽ gây ra sai sót, lập tức sẽ trở về trạng thái ban đầu trong tín hiệu phát ra của BL9148 có C1 C2 C3 cung cấp tín hiệu mã số người dùng vì vậy đầu tiếp nhận cần phải có tín hiệu mã số tương ứng, máy khác nhau có số khác nhau để có sự phân biệt giữa chúng.Bl9148 phối hợp giữa người dùng cửa BL9149 cho ra 3 chọn lựa (bảng trình bày dưới) C1 C2 C3 1 0 1 1 1 0 1 1 1 Để thu được và giải mã được thì phải thiết kế sao cho mã người dùng của mạch thu và mạch phát phải giống nhau. Với các chân 13, 14 nếu như chúng ta nối với tụ và nối với đất thì đại diện là (1) còn nếu chúng ta được nối trực tiếp với đất thì được đại diện là (0). Tương ứng với nó chân 14 là (C1), chân 13 là (C2). Còn lại C3 của chân BL9149 được đặt ở mức 1 tùy theo thiết kế của từng người mà chúng ta sẻ chọn 3 sự lựa chọn riêng (không có trường hợp C1 , C2 của BL9149 đồng thời ở mức (00)). Đối với BL9148 thì các diode được nối với các chân T1 T2 T3 với các chân Code thì chúng ta sử dụng chọn lựa thứ 3 đó là C1 C2 C3 (111). Như vậy chúng ta sẽ nối chân 13, 14 với tụ xuống đất. 3 SƠ ĐỒ MẠCH IN 3.1 Mạch phát 3.2 Mạch thu 4 KẾT QUẢ ĐO ĐƯỢC Ta tiến hành thử mạch thu: Ấn công tắc tương ứng lần lượt ở mạch phát tín hiệu.dùng VOM đo điện áp tại các chân ra của IC xử lý. Nếu điện áp lên cao khoảng 3.5V và các led báo sáng là mạch thu đã hoạt động tốt. Nếu điện áp tại các chân ngõ ra chỉ khoảng 0.5V đến 1.2V là nguồn cung cấp cho mạch có vấn đề cần kiểm tra lại mạch. Có thể do nguồn cung cấp bị chạm hay do diode bị hỏng. Mạch thu đã hoạt động tốt các led báo đã sáng khi ấn công tắc nhưng không thể kéo tải được vì khi buông tay không kích công tắc nữa thì mạch sẽ quay về trạng thái cũ. Nghĩa là điện áp tại các chân ngõ ra của IC xử lý về trạng thái 0V. Điện áp tại các chân của IC BL9149 Ta tiến hành thử mạch thu: dùng VOM thang đo Vôn vặn ở 0.5V đo điện áp tại chân Anôt của ngõ ra và dùng tay kích vào công tắc. Nếu thấy kim vọt lên nhấp nháy khoảng 0.5V đến 0.7V thì mạch đã hoạt động tốt Điện áp tại các chân của IC BL9148 Đo kiểm tra dạng sóng ra tại chân 15 (BL9148) khi ấn các công tắc khác nhau. Tín hiệu ra tại chân 15 khi ấn các công tắc khác nhau là dạng sóng vuông hỗn hợp gồm nhiều sóng vuông đan xen nhau, tùy chúng ta ấn công tắc nào mà dạng sóng ra sẽ có bao nhiêu xung vuông đặc trưng riêng cho từng kênh riêng biệt. KẾT LUẬN Sau một thời gian nghiên cứu và thực hiện đồ án, chúng em đã đạt được những kết quả như sau: - Áp cung cấp thấp, công suất tiêu tán nhỏ - Mạch phát và mạch thu nhỏ gọn - Điều khiển được nhiều thiết bị - Mạch thiết kế có độ chính xác, tính ổn định cao Do thời gian và kiến thức còn hạn hẹp nên trong quá trình thực hiện còn những mặt hạn chế như: - Tầm xa bị giới hạn - Dòng điện cao tức thời. - Nhiễu hồng ngoại do các nguồn nhiệt xung quanh phát ra, nên gây ra ảnh hưởng và hạn chế tầm phát. Do đó chỉ dùng trong phòng, kho, hoặc nơi có nhiệt độ môi trường thấp. Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật và đất nước ta chuyển mình sang nền sản xuất công nghiệp. Vì vậy để đáp ứng với nhu cầu thực tế thì chúng ta cần phải nghiên cứu thêm để có thể ứng dụng mạch điều khiển từ xa bằng hồng ngoại vào nhiều mô hình khác lớn hơn, ưu việt hơn như điều khiển từ xa đóng mở cửa tự động, điều khiển TV, cassette… Mở rộng tầm thu, mở rộng khoảng cách điều khiển để có thể điều khiển nhạy các hệ thống. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Điện Tử Ứng Dụng Trong Công Nghiệp, Nguyễn Tấn Phước, nhà xuất bản Thành Phố Hồ Chí Minh, 2001. 2. Giáo Trình Cơ Sở Viễn Thông, Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM, tập thể tác giả, lưu hành nội bộ, 2009. 3. Giáo Trình Kỹ Thuật Số, Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM, tập thể tác giả, lưu hành nội bộ, 2009. 4. Tài liệu từ các Website - www.alldatasheet.com - www.ant7.com - www.diendandientu.com.vn 5. Giáo trình kỹ thuật số của Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM,tập thể tác giả lưu hành nội bộ năm 2005. 6.Giáo trình kỹ thuật xung của Nguyễn Tấn Phước nhà xuất bản Thành Phố Hồ Chí Minh năm 2002.