ĐIỀU KHIỂN THIẾT bị từ XA DÙNG VI điều KHIỂN và cảm BIẾN ,CODE Ở TRANG CUỐI

ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ TỪ XA DÙNG PIC VÀ IR1838 HỒNG NGOẠI CODE NẰM Ở TRANG CUỐI

PIC VÀ IR1838 HỒNG NGOẠI

CODE NẰM Ở TRANG CUỐI

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VII

1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGUYÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI VIII

2.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 12.1.1 Các phương pháp mã hóa trong điều khiển từ xa 12.1.2 Sơ đồ của một hệ thống điều khiển từ xa: 22.1.3 Các phương pháp điều chế tín hiệu trong hệ thống điều khiển từ xa: 22.2 ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DÙNG TIA HỒNG NGOẠI 7

2.2.4 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa dùng hồng ngoại: 8

CHƯƠNG 3 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG

4.1.2 Mạch cung cấp xung hoạt động: 16

PHỤ LỤC 23

IR: Infrared – radiation (Tia hồng ngoại)

PIC: Programable – Intelligent – Computer (khả trình máy tính)

PCM: Pulse – code – Modulation (điều chế xung mã)

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu về đề tài

Ngày nay sử dụng các thiết bị từ xa không còn gì là xa lạ với con người nữa, bởikhoa học ngày càng đi lên, xã hội ngày càng phát triển nhằm mục đích vì lợi íchngon người

Việc điều khiển từ xa ngày càng trở nên phổ biến trong nhiều lĩnh vực như trongcông nghiệp, nông nghiệp, thương mại và dịch vụ và hơn thế nữa điều khiển từ xangày nay xuất hiện hầu hết trong mọi nhà dân

Những thiết bị sử dụng điều khiển từ xa thường là TV, máy lạnh,động cơ AC,DCqua đây em nghiên cứu thêm về mô hình thiết kế điều khiển từ xa dùng vi điềukhiển và cảm biến hồng ngoại để điều khiển các thiết bị như đèn, quạt,TV,quạtmáy,máy lạnh

Thiết kế điều khiển từ xa của em sinh ra để làm cho người dùng thuận tiện hơn, tuynhiên nhiều người lại để lạc hay mất nó và mất nhiều thời gian để tìm kiếm nó thay

vì đi đến thiết bị chính và dùng nút điều khiển ở đó

Ưu điểm:

-Gọn nhẹ

-Hữu ích với người ốm yếu hay tàn tật

-Giúp người trình chiếu di chuyển tự do và tương tác với khán giả dễ dàng

Theo như yêu cầu đặt ra thì em sử dụng cảm biến hồng ngoại IR1838 để xử lý, bậttắt các thiết bị từ xa bằng remote hồng ngoại

1.2 Mục đích nguyên cứu.

Điều khiển từ xa các thiết bị như quạt DC,đèn led,motor (5-12v) bằng remote hồngngoại, nhằm phục vụ được nhu cầu cuộc sống cho con người trong thời đại côngnghệ, cách mạng 4.0

Ứng dụng ngôn ngữ C/C++,vi điều khiển và áp dụng kiến thức đã học trong thực tế

1.3 Đối tượng và phạm vi nguyên cứu của đề tài.

1.3.1 Đối tượng nguyên cứu.

Nguyên cứu cảm biến hồng ngoại IR1838

Vi điều khiển PIC 16F877a

Nguyên lý hoạt động của tia hồng ngoại (IR)

Các giải thuật của hệ thống điều khiển từ xa bằng hồng ngoại

Giao tiếp remote hồng ngoại với cảm biến hồng ngoại (IR1838)

Một số thiết bị như: modul L298N, động cơ, LCD, điện trở tụ điện và các linh kiệnliên quan…

1.3.2 Phạm vi nguyên cứu.

Nghiên cứu với quy mô nhỏ, sử dụng trong phạm vi cho gia đình Nghiên cứu trên

có thể thể mở rộng trong công, nông nghiệp.Tuy nhiên, nguyên cứu còn nhiều hạnchế nhất định

1.4 Dự kiến kết quả.

Sau khi hoàn thành đề tài sản phẩm có thể điều khiển tử đèn,motor ở 3 chế độ bằngcảm biến hồng ngoại

c) CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

3.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA

− Điều khiển từ xa tức viễn cách điều khiển tức viễn khiến là thành phần của mộtthiết bị điện tử, thường là TV,đầu đĩa ,máy lạnh… và được sử dụng để điềukhiển chúng từ một khoảng cách ngắn không qua dây dẫn Điều khiển từ xa đãliên tục được phát triển và nâng cấp trong những năm gần đây

− Điều khiển từ xa thường sử dụng tia hồng ngoại giúp người dùng ra lệnh chothiết bị chính thông qua một số nút nhấn để thay đổi các thiết lập khác nhau.Trong thực tế, tất cả các chức năng của đa số các thiết bị điện tử hiện nay đều

có thể được điều chỉnh thông qua điều khiển từ xa, trong khi các nút trên thiết

bị chính chỉ có một số ít các nút chính thiết yếu

− Hầu hết các điều khiển từ xa giao tiếp với các thiết bị của mình thông qua tínhiệu hồng ngoại và một số ít dùng sóng vô tuyến Thông thường tín hiệu từđiều khiển từ xa được mã hóa và yêu cầu thiết bị chính phải cùng thuộc mộtdòng sản phẩm hay thương hiệu cụ thể Nhưng cũng có những điều khiển từ xa

đa năng có thể làm việc được với hầu hết các thiết bị có thương hiệu phổ biến

− Sơ đồ kết cấu của hệ thống điều khiển từ xa gồm:

+ Thiết bị phát: biến đổi lệnh điều khiển thành tín hiệu và phát

+ Đường truyền: đưa tín hiệu điều khiển từ thiết bị phát đến thiết bị thu

+ Thiết bị thu: nhận tín hiệu điều khiển, thông qua quá trình biến đổi, biêndịch để khôi phục lại lệnh điều khiển rồi đưa đến các thiết bị thi hành

Hình 2.1: Sơ đồ kết cấu hệ thống điều khiển từ xa.

− Nhiệm vụ cơ bản của hệ thống điều khiển từ xa:

+ Phát tín hiệu điều khiển

Thiết bị phát Đường truyền Thiết bị thu

+ Sản sinh ra xung hoặc hình thành các xung cần thiết.

+ 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 mãnhận được thành các lệnh điều khiển và đưa đến các thiết bị, đồng thời kiểmtra sự chính xác của mã mới nhận

3.1.1 Các phương pháp mã hóa trong điều khiển từ xa.

Muốn truyền một tín hiệu rời rạc hoặc liên tục đã được rời rạc hóa thường được biếnđổi thông qua phép biến đổi số (nhị phân) và được phát đi ở máy phát

Sự mã hóa tín hiệu điều khiển nhằm tăng tính hữu hiệu của hệ thống điều khiển từ xa,tăng tốc độ truyền và chống nhiễu

Điều khiển từ xa ta thường dùng mã nhị phân bao gồm bít 0 và bít 1

3.1.2 Sơ đồ của một hệ thống điều khiển từ xa:

Sau đây là sơ đồ khối cơ bản của một hệ thống điều khiển từ xa

Hình 2.2: Sơ đồ khối máy phát

Hình 2.3: Sơ đồ khối máy thu

3.1.3 Các phương pháp điều chế tín hiệu trong hệ thống điều khiển từ xa:

Các phương pháp điều chế tín hiệu ở dạng xung như:

◦ Điều chế biên độ xung (PAM) Pulse Amplitude Modulation

◦ Điều chế độ rộng xung (PWM) Pulse Width Modulation

◦ Điều chế vị trí xung (PPM) Pulse Position Modulation

Xung lớn nhất biểu thị cho biên độ dương của tín hiệu mẫu lớn nhất

Giải thích sơ đồ khối

- Khối tín hiệu điều chế : Tạo ra tín hiệu điều chế đưa vào khối dao động đa

hài

- Dao động đa hài một trạng thái bền :Trộn xung với tín hiệu điều chế

- Bộ phát xung : Phát xung với tần số không đổi để thực hiện việc điều chế

tín hiệu đã được điều chế có biên độ tăng giảm thay đổi theo tín hiệu điềuchế

b) Điều chế độ rộng xung (PWM)

Phương pháp điều chế này sẽ tạo ra các xung có biên độ không đổi, nhưng bề rộng của mỗi xung sẽ thay đổi tương ứng với biên độ tức thời của tín hiệu điều chế Trong cách điều chế này, xung có độ rộng lớn nhất biểu thị phần biên độ dương lớn nhất của

tín hiệu điều chế, xung có độ rộng hẹp nhất biểu thị phần biên độ âm nhất của tín hiệu điều chế.

Trong điều chế độ rộng xung, tín hiệu cần được lấy mẫu phải được chuyển đổithành dạng xung có độ rộng xung tỉ lệ với biên độ tín hiệu lấy mẫu Để thực hiện điềuchế độ rộng xung, ta có thể thực hiện theo sơ đồ khối sau:

+ Biên độ và độ rộng không thay đổi theo tín hiệu điều chế

+ Sử dụng ít năng lượng, quá trình phức tạp

d) Điều chế mã xung (PCM-Pulse Code Modulation)

Phương pháp này mang lại độ chính xác và hiệu quả cao trong các phương pháp nêutrên

Trong điều chế mã xung mỗi biên độ của tín hiệu được biến đổi thành số nhị phânlogic 1 (cao) và logic 0 (thấp) Tín hiệu tương tự có phức tạp thì sử dụng PCM nó cóthể số hóa tất cả các dạng dữ liệu tương tự

Tần số lấy mẫu càng cao thì thời gian lấy mẫu càng nhỏ độ chính xác cao Ngược lạinếu sử dụng tần số lấy mẫu thấp, thời gian lấy mẫu càng rộng thì sẽ giảm đi độ chínhxác Thường người ta chỉ sử dụng 10 lần tín hiệu nhỏ nhất

Bộ phát hàm

RAMP

So sánh

3.2 ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DÙNG TIA HỒNG NGOẠI

3.2.1 Khái niệm về tia hồng ngoại

Hình 2.7: Dạng sóng hồng ngoại

Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằngmắt thường, có bước sóng khoảng 0,8µm đến 0,9µm tia hồng ngoại có vận tốc truyềnbằng vận tốc ánh sáng Tuy nhiên như chúng ta biết mặc dù không nhìn thấy tần số âmthanh nhưng chúng ta biết rằng nó tồn tại và có thể nhận biết được chúng từ sự cảmứng nhiệt trên da Khi bạn đưa tay đến gần ngọn lửa hoặc nhưng vật nóng, bạn có thểcảm thấy nhiệt mặc dù bạn không nhìn thấy Bạn nhìn thấy ngọn lửa là vì nó phát ranhiều loại bức xạ, mắt ta có thể nhìn thấy, đồng thời nó cũng phát ra hồng ngoại màchúng ta chỉ có thể cảm nhận qua da

Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu Nó ứng dụng rộng rãitrong công nghiệp Lượng thông tin có thể đạt được 3Mbit/s Trong kỹ thuật truyền tinbằng sợi quang dẫn không cần các trạm khuyết đại giữa chừng, người ta có thể truyềnmột lúc 15000 điện thoại hay 12 kênh truyền hình qua một sợi tơ quang học có đườngkính 0,13mm với khoảng cách 10 – 20km Lượng thông tin được truyền đi với ánhsáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ mà người ta vẫn dùng

Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém Trong điều khiển từ xachùm tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng do đó khi thu phải đúng hướng

3.2.2 Nguồn phát hồng ngoại:

Tất cả mọi vật có nhiệt độ lớn hơn 00 K đều có thể phát ra tia hồng ngoại

3.2.3 Linh kiện thu sóng hồng ngoại:

Người ta có thể dùng quang điện trở, phototransistor, photodiode để thu sóng

hồng ngoại gần Để thu sóng hồng ngoại trung bình và xa phát ra từ cơ thể con người,vật nóng…Cơ thể con người phát ra tia hồng ngoại

3.2.4 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa dùng hồng ngoại:

a) Hệ thống phát

Hình 2.8: Sơ đồ khối hệ thống phát.

Giải thích sơ đồ khối máy phát: Máy phát có nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển, mãhóa 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

bấm (phím điều khiển) Khi một phím được ấn tức là một lệnh đã được tạo ra.Các nút ấn này có thể là một phím bấm, hay một ma trận phím bấm Lệnh điềukhiển được đưa đến bộ mã hóa dưới dạng các bit nhị phân tương ứng với từngphím điều khiển

− 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 mãhóa này có nhiệm vụ biến đổi các lệnh điều khiển thành các bit nhị phân, hiệntượng biến đổi này gọi là mã hóa Có nhiều phương pháp mã hóa khác nhau:

- Điều chế biên độ xung

Trong kỹ thuật điều khiển từ xa bằng hồng ngoại, phương pháp điều chế mã xungđược sử dụng rộng rãi hơn cả, vì phương pháp này tương đối dễ thực hiện.

❖ Khối dao động sóng mang: Khối này có nhiệm vụ tạo ra sóng mang tần số

ổn định, sóng mang này sẽ mang tín hiệu điều khiển khi truyền ra môitrường

❖ Khối điều chế: Khối này có nhiệm vụ kết hợp tín hiệu điều khiển đã mã hóa

sóng mang để đưa đến khối khuếch đại

❖ Khối khuyếch đại: Khuếch đại tín hiệu đủ lớn để LED phát hồng ngoại phát

tín hiệu ra môi trường

❖ Khối LED phát: Biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu hồng ngoại phát ra

môi trường

b) Hệ thống thu

Hình 2.9: Sơ đồ khối hệ thống thu

Giải thích sơ đồ khối máy thu: Chức năng của khối máy thu là thu được tín hiệuđiều khiển từ máy phát, loại bỏ sóng mang, giải mã tín hiệu điều khiển thành các lệnhriêng biệt, từ đó mỗi lệnh sẽ đưa đến khối chấp hành cụ thể

❖ 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 khuyết đại tín hiệu điều khiển lớn lên từ LED

thu hồng ngoại để việc xử lý 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

Khuếchđại Táchsóng Giảimã Chốt

KhuếchđạiMạch chấp

hành

❖ Khối giải mã: Khối này có nhiệm vụ giải mã tín hiệu điều khiển thành các lệnh

điều khiển dưới dạng các bit nhị phân hay các dạng khác để đưa đến khối chấphành cụ thể Do đó nhiệm vụ của khối này là rất quan trọng

❖ Khối chốt: Khối này có nhiệm vụ giữ nguyên trạng thái tác động khi tín hiệu

điều khiển không còn, điều này có nghĩa là khi phát lệnh điều khiển ta chỉ tácđộng vào phím bấm 1 lần, trạng thái mạch chỉ thay đổi khi tác động vào nútthực hiện điều khiển lệnh khác

❖ Khối khuếch đại: Khuếch đại tín hiệu điều khiển đủ lớn để tác động được vào

mạch chấp hành

❖ Khối chấp hành: Có thể là rơle hay một linh kiện nào đó, đây là khối cuối cùng

tác động trực tiếp vào thiết bị thực hiện nhiệm vụ điều khiển mong muốn

d) CHƯƠNG 3 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XA

◦ 3.1 Lưu đồ giải thuật

Hình 3.1:Lưu đồ giải thuật

◦ 3.2 Tính chọn các thiết bị sử dụng trong điều khiển từ xa

❖ Chuẩn hồng ngoại NEC: Ở đây ta sử dụng Remote hồng ngoại 21 phím

phát sóng hồng ngoại với tần số 38 Khz kèm theo dữ liệu được mã hóa.-Bộ điều khiển được sử dụng chuẩn mã hóa NEC

-Giao thức hồng ngoại NEC như sau:

+ Giao thức bao gồm :

Bit start: Mức 1 kéo dài 9ms

Mức 0 kéo dài 4.5ms

+8 bit chứa địa chỉ thiết bị: 0x00

+8 bit đảo của 8 bit địa chỉ thiết bị: OxFF

+8 bit chứa mã lệnh phím bấm

+8 bit đảo của 8 bit mã lệnh

- Bit 0,1 được định nghĩa như sau :

+Bit 0 : mức cao kéo dài 562us

mức thấp kéo dài 562us

+Bit 1 : mức cao kéo dài 562us

mức thấp kéo dài 1.675ms

- Tín hiệu đọc được từ mắt thu hồng ngoại TL1838 sẽ được đưa vào cổng RB0 của VĐK, rồi sau đó ta sử dụng ngắt RB0 (High to Low: Khi cổng RB0 ở trạng thái từ caoxuống thấp thì sẽ xảy ra ngắt) Để nhận diện Bit START, Bit 0, 1

Những bộ giải điều chế có mức logic đảo tại đầu ra khi có một gói hồng ngoại được gửi,đầu ra ở mức tích cực thấp, tương đương với mức logic 1

Để tạo ra tần số 36 KHz khá đơn giản vì vậy trong đề tài này, thay vì chế tạo bộphát như trên, chúng ta sử dụng REMORE 21 phím làm nguồn phát, đây là thiết bị giá

rẻ, được bán rất nhiều trên thị trường Điều quan trọng ở đây là thu và giãi mã được chuổi tín hiệu của nó

Để tránh việc một điều khiển từ xa của nhà sản xuất này có thể điều khiển đượcthiết bị của hảng kia , người ta sử dụng cách mã hóa khác nhau cho cùng một khoảngtần số đó Chúng sử dụng các kiểu tổ hợp bít khác nhau để mã hóa việc truyền dữ liệu

và tránh nhiễu

3.2.1 THIẾT BỊ PHÁT: ĐIỀU KHIỂN

Sử dụng loại mã hóa độ rộng bit, đây là kiểu mã hóa đơn giản cho việc giải mã

Hình 3.3: Xung điều khiển

H ình 3.4: Xung điều khiển remote hồng ngoại 21 phím

Một xung đầu 9ms (gấp 16 lần xung tiếp theo sau)Khoảng trống 4.5ms.

Địa chỉ 8-bit cho thiết bị nhận

Đảo ngược 8-bit của địa chỉ

Mạch thu được thiết kế với một mắt thu hồng ngoại sẵn có trên thị trường Mắt thu này được thiết kế với bộ lọc một dải, chỉ cho phép tần

số sấp sỉ 36KHz đi qua Bình thường đầu ra của mắt thu ở mức cao, khi nhận được tìn hiệu hồng ngoại ở tần số ~36KHz truyền tới, đầu ra của mắt thu sẽ lập tức trở về về mức logic thấp (0V) Khi hết tín hiệu hồng ngoại đầu ra sẽ lập tức trở về mức logic cao (mức 1) Nhờ vào việc

đo thời gian ở mức thấp của đầu ra, chúng ta có thể biết được thời gian phát xung tương đương ở bên phát, từ đó suy ra mã được trưyền đi

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý mắt thu hồng

ii 3.2.3 THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT RƠLE

Rơle là thiết bị dùng để đóng cắt mạch điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làmviệc của mạch động lực

Hình 3.6: Một số loại Rơle

Rơle sử dụng trong mạch là lại Rơle 5 chân-12V Chúng ta có thể phân nó làm 2 phần:

Phần điều khiển là hai chân của cuộn dây Trong hình 3.6 là chân 1 và chân 5

Phần công tắc gồm các chân 5-4 và 5-3 tạo thành hai công tắc đóng mở đồng thời: + Khi không có tín hiệu điện (12V) vào chân 1-2 thì các chân 4-5 nối với nhau + Khi có tín hiệu vào các chân 1-2 thì chân 5-3 sẽ nối với nhau

Hình 3.7: Sơ đồ rơle 5 chân