điều khiển và giám sát thiết bị điện từ xa dùng sóng rf

LỜI CẢM ƠNNgười thực hiện đề tài xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử, và nhất là quý Thầy cô thuộc bộ môn Điện Tử Viễn Thông đã giảng dạy và truy

PHIẾU CHẤM ĐỒ ÁN MÔN HỌC

(Dành cho người hướng dẫn)

1.Họ tên sinh viên : ………

MSSV:………

2.Tên đề tài ………

………

3.Người hướng dẫn : ………

4.Những ưu điểm của Đồ án : ………

………

………

……….

………

………

……….

………

………

………

………

5.Những thiếu sót của Đồ án: ………

……….

………

………

……….

………

……….

………

………

6.Đề nghị : Được bảo vệ Bổ sung để được bảo vệ Không được bảo vệ 7.Các câu hỏi sinh viên phải trả lời trước tổ chấm ĐAMH: a) ………

………

………

……… ………

b) ………

………

………

………

c) ………

……….

………

………

………

8.Đánh giá Điểm (Số và chữ):……… ………

………

CHỮ KÝ và HỌ TÊN

LỜI CẢM ƠN

Người thực hiện đề tài xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử, và nhất là quý Thầy cô thuộc bộ môn Điện Tử Viễn Thông đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức chuyên ngành cho người thực hiện đồ

án trong thời gian vừa qua

Đặc biệt người thực hiện xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Tiến Hòa vì sự tận tình hướng dẫn cũng như đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất cho người thực hiện đồ án để có thể thực hiện và hoàn thành tốt đề tài này

Người thực hiện đồ án cũng không quên cảm ơn các bạn trong lớp đã trao đổi, góp ý để người thực hiện hoàn thành đề tài này một cách tốt đẹp và đúng thời gian

Mặc dù đã có nhiều cố gắng và nỗ lực thực hiện, nhưng do kiến thức cũng như khả năng bản thân còn nhiều hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài không thể tránh khỏi những sai phạm, thiếu sót.…Em rRất mong nhận được sự góp ý, chỉ dẫn từ nơi quý thầy cô và các bạn sinh viên

Người thực hiện đề tài

Trương Anh Tuấn

LỜI NÓI ĐẦU

1 Tổng quan nghiên cứu, chế tạo, sản phẩm, phạm vi ứng dụng của sản phẩm sắn có

2 Đề suất ý tưởng thực tế

3 Nhiệm vụ đồ án (mô tả chi tiết, đặc biệt chia thành từng nhóm, hoặc từng khối công việc cũng như cách tiếp cận)

a Tuổi thọ của pin

b Thiết bị đủ nhỏ gọn, có khả năng cầm tay hay không?

6 Đồ án của em được chia thành 5 chương, chương 1 là: chương 2 là: …

Xuất phát từ nhu cầu thực tế qua những ứng dụng tiện ích và hiệu quả mà công nghệ điều khiển từ xa mang lại, người thực hiện đã quyết định chọn đề tài

“Điều khiển và giám sát thiết bị điện từ xa dùng sóng RF” Đề tài tập trung nghiên

cứu và thiết kế mạch có các chức năng như bật, tắt thiết bị từ xa thông qua công nghệ sóng RF, thao tác đóng, ngắt bằng tay qua nút nhấn, đồng thời hiển thị trạng thái thiết bị trên LCD 16x2, …

Tuy đã cố gắng thực hiện đồ án trong sự nghiêm túc và trách nhiệm nhất, nhưng do khả năng nghiên cứu cũng như kiến thức bản thân còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai phạm và thiếu sót Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp tích cực từ quý thầy cô và các bạn

MỤC LỤC

Trang

LIỆT KÊ BẢNG

Bảng 2.1 Phân loại tần số 3

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật module thu RF 5

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật module phát RF 6

Bảng 2.4 Chức năng các chân của Port 3 13

Bảng 2.5 Chức năng chân LCD 16x2 15

Bảng 2.6 Tập lệnh LCD 16x2 16

Bảng 3.1 Danh sách linh kiện sử dụng trong mạch 23

LIỆT KÊ HÌNH Hình 2.1 Cách tạo và xác định tần số sóng RF 4

Hình 2.2 Module thu RF 5

Hình 2.3 Mạch thu RF dùng IC PT2272 giải mã 6

Hình 2.4 Module phát RF 6

Hình 2.5 Mạch phát RF dùng IC PT2262 mã hóa 7

Hình 2.6 Sơ đồ chân IC PT2262 8

Hình 2.7 Sơ đồ chân IC PT2272 9

Hình 2.8 Sơ đồ khối AT89S52 11

Hình 2.9 Sơ đồ các chân AT89S52 12

Hình 2.10 Mạch Reset vi điều khiển 14

Hình 2.11 Mạch kết nối thạch anh cho vi điều khiển 14

Hình 2.12 Hình dạng và sơ đồ chân LCD 16x2 15

Hình 3.1 Sơ đồ khối 17

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý khối chính 19

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý khối chấp hành 20

HÌnh 3.4 Sơ đồ mạch in khối chính 21

Hình 3.5 Sơ đồ mạch in khối chấp hành 22

Hình 3.6 Lưu đồ giải thuật chương trình chính 24

Hình 4.1 Mạch khối chính thực tế khi hoàn thành 25

Hình 4.2 Mạch Relay thực tế 26

Hình 4.3 Sản phẩm đề tài thực tế khi hoạt động 27

Chương 1

GIỚI THIỆU

1.1 Mục tiêu đề tài

Đứng trước những thách thức lớn trong việc tiết kiệm năng lượng điện, vấn đề mang ý nghĩa quốc gia, đồng thời nâng cao sự tiện lợi trong lĩnh vực điều khiển - một trong những nhân tố quyết định sự phát triển của đất nước, người thực hiện đề tài “Điều khiển và giám sát thiết bị điện từ xa dùng sóng RF” với mục đích thực hành một trong những ứng dụng quan trọng của ngành công nghiệp điều khiển thiết bị Để thực hiện được điều đó, người thực hiện đã đưa ra một số mục tiêu :

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của module thu phát RF

- Nghiên cứu hoạt động mã hóa và giải mã của cặp IC PT2262/PT2272

- Ứng dụng thực tế chip vi điều khiển AT89S52 và phần mềm Keil C

- Xây dựng thuật toán điều khiển và giám sát thiết bị điện

- Viết chương trình điều khiển và giám sát thiết bị điện

- Tính toán, thiết kế và thi công mạch điều khiển và giám sát thiết bị điện

1.2 Nhiệm vụ đề tài

Thiết kế và thi công mạch thực hiện các chức năng:

- Điều khiển từ xa: Bật tắt thiết bị từ xa thông qua module thu phát RF

- Điều khiển thủ công: Bật tắt thiết bị bằng tay thông qua nút nhấn được gắn trên board

- Màn hình LCD trên board mạch hiển thị trạng thái hoạt động của thiết bị

1.3 Giới thiệu tổng quan nội dung các chương

Nội dung đề tài được chia thành 4 chương và được sắp xếp như sau:

Chương 1 Giới thiệu: trình bày tổng quan nội dung chính trong đề tài – những vấn đề sẽ được đề cập đến trong toàn bộ bài viết

Chương 2 Cơ sở lý thuyết: chương này sẽ đi sâu về lý thuyết thu, phát sóng vô tuyến, cơ chế mã hóa và giải mã của cặp IC PT2262/PT2272, lý thuyết LCD 16x2, đồng thời trình bày sơ lược về vi điều khiển AT89S52

Chương 1 Giới thiệu

Chương 3 Tính toán và thiết kế hệ thống: đề cập đến những tính toán cụ thể để thiết kế phần cứng cho hệ thống bao gồm các thông tin về sơ đồ khối, chức năng, hoạt động các khối, đồng thời tập trung nghiên cứu lưu đồ giải thuật và viết code phần mềm cho chương trình vi điều khiển.

Chương 4 Kết quả và hướng phát triển: bao gồm kết quả thi công hệ thống, những

ưu, nhược điểm và hướng phát triển của đồ án

Chương 1 Giới thiệu

tuyến Sóng RF (tần số vô tuyến) là sóng điện từ có dải tần số nằm trong khoảng

Tần số cực kỳ thấp ELF Chứa tần số điện mạng xoay chiều, các

tín hiệu đo lường từ xa tần thấp.

300 – 3000 Hz 10^3 km-100 k

m Tần số thoại VF Chứa các tần số kênh thoại tiêu chuẩn.

3 – 30 kHz 100 km-10 km Tần số rất thấp VLF Chứa phần trên của dải nghe được của

tiếng nói Dùng cho hệ thống an ninh, quân sự,

chuyên dụng, thông tin dưới nước (tàu ngầm).

30 – 300 kHz 10 km-1 km Tần số thấp LF Dùng cho dẫn đường hàng hải và hàng

không.

300 kHz - 3 MHz 1 km-100m Tần số trung bình MF Dùng cho phát thanh thương mại sóng

trung (535 – 1605 kHz) Cũng được dùng cho dẫn đường hàng hải và hàng không.

3 - 30 MHz 100m-10m Tần số cao HF Dùng trong thông tin vô tuyến 2 chiều

với mục đích thông tin ở cự ly xa xuyên lục địa, liên lạc hàng hải, hàng không, nghiệp dư, phát thanh quảng bá

30 - 300 MHz 10m-1m Tần số rất cao VHF Dùng cho vô tuyến di động, thông tin

hàng hải và hàng không, phát thanh FM thương mại (88 đến 108 MHz), truyền hình thương mại

(kênh 2 đến 12 tần số từ 54 - 216 MHz).

300 MHz - 3 GHz 1m-10 cm Tần số cực cao UHF Dùng cho các kênh truyền hình thương Chương 2 Cơ sở lý thuyết

mại từ kênh 14 đến kênh 83, các dịch vụ thông tin di động mặt đất, di động tế bào, một số hệ thống radar và dẫn đường, hệ thống vi ba và vệ tinh.

3 – 30 GHz 10 cm-1 cm Tần số siêu cao SHF Dùng cho các kênh truyền hình thương

mại từ kênh 14 đến kênh 83, các dịch vụ thông tin di động mặt đất, di động tế bào, một số hệ thống radar và dẫn đường, hệ thống vi ba và vệ tinh.

30 – 300 GHz 1 cm-1mm Tần số cực kỳ cao EHF Ít sử dụng trong thông tin vô tuyến.

Hình 2.1 Cách tạo và xác định tần số sóng RF

Dùng mạch cộng hưởng LC tạo sóng mang có tần số lớn, sau đó tạo ra các

mã lệnh điều khiển, gắn các mã lệnh điều khiển này vào sóng mang bằng các

phương pháp điều chế rồi phát chúng vào không gian

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

2.1.3 Sơ lược về một vài module và mạch thu phát RF

Trên thị thường có rất nhiều dòng module thu phát có IC giải mã khác nhau

Đề tài này trình bày về cặp IC thu phát giải mã thông dụng là IC PT2262/PT2272

2.1.3.1 Module và mạch thu RF

Hình 2.2 Module thu RF Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật module thu RF

Chiều dài antenna 24 cm (315 MHz), 18 cm (433,92 MHz)

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Kích thước 30 * 14 * 7 mm

Hình 2.3 Mạch thu RF dùng IC PT2272 giải mã 2.1.3.2 Module và mạch phát RF

Hình 2.4 Module phát RF Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật module phát RF

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

PT2262 và PT2272 là sản phẩm của Princeton Technology được phát triển và

ra đời sau dòng mã hóa 12E/D của hãng Holtek

2.2.1 IC PT2262

PT2262 là một IC mã hóa sử dụng trong điều khiển từ xa kết hợp với IC giải mã PT2272 Hai IC này được sản xuất trên công nghệ CMOS Nó mã hóa dữ liệu và địa chỉ dạng song song thành tín hiệu nối tiếp phù hợp cho điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại hoặc sóng vô tuyến dựa trên các phương pháp điều chế IC PT2262 có

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

tối đa 12 chân địa chỉ nên sẽ có 531441 (3^12) mã địa chỉ, do đó giảm đáng kể khả năng trùng lặp mã và giải mã trái phép.

Hình 2.6 Sơ đồ chân IC PT2262

Chức năng các chân IC PT2262

- Trên chân OSC1(15) và OSC2(16) dùng gắn điện trở R để định tần cho xung nhịp, dùng tạo ra các dãy xung mã lệnh Tần số xung nhịp phải lấy tương thích giữa bên phát và bên nhận

- Các chân A0 - A5(1-6) dùng nhập mã địa chỉ, trên mỗi chân có thể có 3 trạng thái, cho nối masse là bit ‘0’, cho nối vào nguồn dương là bit ‘1’ và bỏ trống là bit ‘F’

- Chân A6/D5 - A11/D0 có thể dùng như các chân địa chỉ từ A6 đến A11, nhưng khi dùng như chân nhập dữ liệu thì chỉ xác lập theo mức 0 và mức 1, chỉ có 2 trạng thái ‘0’ hoặc ‘1’

- Chân TE\(14) dùng cho xuất nhóm xung mã lệnh, nó có tác dụng ở mức áp thấp Nghĩa là khi chân này ở mức áp thấp, nó sẽ cho xuất ra xung mã lệnh trên chân Dout

- Chân Dout(17), là chân ngõ ra của nhóm tín hiệu mã lệnh, các tín hiệu mã lệnh đều ở dạng xung, nghĩa là lúc ở mức áp thấp, lúc ở mức áp cao

- Chân VCC(18) nối với nguồn

- Chân Vss(9) nối mass

Như đã đề cập, thường thì các chân từ A0 đến A7 được sử dụng như là các chân

mã hóa Nếu các chân này ở mạch PT2262 được dùng như thế nào thì ở mạch PT2272 cũng được dùng như vậy Khi đó thì các mạch phát và mạch thu sẽ hiểu nhau, còn các mạch phát khác sẽ không nhận ra

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Các chân 10 đến 13 là các chân data khi truyền Như vậy IC này có thể truyền song song 4 bit Chân 15 và 16 dùng để gắn điện trở tạo thành tần số truyền như mong muốn.Giá trị điện trở chân 15 và 16 ở IC PT 2272 nhỏ hơn 10 lần so với PT2262.

Chức năng của các chân:

- Các chân A0 – A7 (1-8) dùng nhập mã địa chỉ, trên mỗi chân có thể có 3 trạng thái, cho nối masse là bit ‘0’, cho nối vào nguồn dương là bit ‘1’ và bỏ trống là bit ‘F’

- Chân Vss (9) nối mass

- Chân D3 – D0 (10-13) có thể dùng như các chân địa chỉ, nhưng khi dùng như chân nhập dữ liệu thì chỉ xác lập theo mức 0 và mức 1

- Chân DIN (14): Tín hiệu nhận được sau khi loại bỏ sóng mang thành tín hiệu điều khiển sẽ được đưa vào chân này

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

- Chân OSC1 (15) và OSC2 (16) dùng gắn điện trở để định tần cho xung nhịp, xung nhịp này cần thiết cho hoạt động của IC.

- Chân VT (17): khi chân này ở mức cao thì tín hiệu nhận được là hợp lệ

- Chân VCC (18) nối với nguồn

Như vậy chân 17 PT 2272 sẽ lên mức 1 khi nhận được dữ liệu đúng Các chân

10 đến 13 sẽ nhận data và thể hiện mức logic tương ứng khi nhận

Những đặc tính của IC:

- Điện năng tiêu thụ thấp

- Khả năng chống nhiễu cao

- Có 12 chân địa chỉ và mỗi chân có tới 3 trạng thái: (0) ,(1),(F)

- Chân dữ liệu: Tối đa 6 chân

- Phạm vi điện áp hoạt động rộng: 4V-15V

- Sử dụng điện trở dao động đơn

- Chốt hoặc xóa đầu ra tức thời

Ứng dụng: Cặp IC PT2262/PT2272 được ứng dụng điều khiển từ xa khá phổ biến

và rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng:

- Hệ thống bảo vệ từ xa: chống trộm, báo động, …

- Điều khiển thiết bị điện từ xa: đèn, quạt, relay, …

- Công nghiệp đồ chơi điều khiển từ xa, …

2.3 Khảo sát vi điều khiển AT89S52

2.3.1 Giới thiệu Vi Điều Khiển AT89S52

AT89S52 là họ IC vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất Các sản phẩm AT89S52 thích hợp cho những ứng dụng điều khiển Việc xử lý trên byte và các toán số học ở cấu trúc dữ liệu nhỏ được thực hiện bằng nhiều chế độ truy xuất dữ liệu nhanh trên RAM nội Tập lệnh cung cấp một bảng tiện dụng của những lệnh số học 8 bit gồm cả lệnh nhân và lệnh chia Nó cung cấp những

hổ trợ mở rộng trên chip dùng cho những biến một bit như là kiểu dữ liệu riêng biệt cho phép quản lý và kiểm tra bit trực tiếp trong hệ thống điều khiển AT89S52 cung cấp những đặc tính chuẩn như: 8 KByte bộ nhớ chỉ đọc có thể xóa và lập trình nhanh (EPROM), 128 Byte RAM, 32 đường I/O,

3TIMER/COUNTER 16 Bit, 5 vectơ ngắt có cấu trúc 2 mức ngắt, một Port nối tiếp bán song công, 1 mạch dao động tạo xung Clock và bộ dao động ON- CHIP.

Các đặc điểm của chip AT89S52 được tóm tắt như sau:

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

 8 KByte bộ nhớ có thể lập trình nhanh, có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi/xoá

 Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz

 3 mức khóa bộ nhớ lập trình

 3 bộ Timer/counter 16 Bit

 128 Byte RAM nội

 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit

 Giao tiếp nối tiếp

Hình 2.8 Sơ đồ khối AT89S52

2.3.2 Mô tả AT89S52

2.3.2.1 Sơ đồ chân AT89S52

Mặc dù các thành viên của họ 8051 (ví dụ 8751, 89S52, 89C51, DS5000) đều có các kiểu đóng vỏ khác nhau, chẳng hạn như hai hàng chân DIP (Dual In-Line Pakage), dạng vỏ dẹt vuông QPF (Quad Flat Pakage) và dạng chip không có chân đỡ LLC (Leadless Chip Carrier) thì chúng đều có 40 chân cho các chức năng khác nhau như vào ra I/O, đọc RD\, ghi WR\, địa chỉ, dữ liệu và ngắt Cần phải lưu ý một số hãng cung cấp một phiên bản 8051 có 20 chân với số cổng vào ra ít hơn cho các ứng dụng yêu cầu thấp hơn Tuy nhiên vì hầu hết các nhà phát triển sử dụng chip đóng vỏ 40 chân với hai hàng chân DIP nên người thực hiện đề tài chỉ tập trung mô tả phiên bản này.

Hình 2.9 Sơ đồ các chân AT89S52

2.3.2.2 Chức năng của các chân AT89S52

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Port 0: Từ chân 32 đến chân 39 (P0.0_P0.7) Port 0 có 2 chức năng: trong

các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường IO, đối với thiết kế lớn có bộ nhớ mở rộng nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu

Port 1: Từ chân 1 đến chân 9 (P1.0 _ P1.7) Port 1 là port IO dùng cho

giao tiếp với thiết bị bên ngoài nếu cần.

Port 2: Từ chân 21 đến chân 28 (P2.0 _P2.7) Port 2 là một port có tác

dụng kép dùng như các đường xuất/nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng.

Port 3: Từ chân 10 đến chân 17 (P3.0 _ P3.7) Port 3 là port có tác dụng

kép.Các chân của port này có nhiều chức năng, có công dụng chuyển đổi có liên hệ đến các đặc tính đặc biệt của 89S52 như ở bảng 3.1:

Bảng 2.4 Chức năng các chân của Port 3

P3.0 RxD Ngõ vào Port nối tiếp

P3.1 TxD Ngõ ra Port nối tiếp

PSEN (Program store enable): PSEN là tín hiệu ngõ ra có tác dụng cho

phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối đến chân OE của Eprom cho phép đọc các byte mã lệnh.PSEN ở mức thấp trong thời gian

Chương 2 Cơ sở lý thuyết