LUẬN VĂN ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ QUẠT SẠC ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG SÓNG RF

Cùng với viêc học tập, tìm hiểu ứng dụng các thiết bị điện tử, vi điều khiển ở trường và mục đích nghiên cứu đề tài ứng dụng thực tế em chọn đề tài : THIẾT KẾ QUẠT SẠC ĐIỀU KIỂN TỪ XA BẰ

LỜI CẢM ƠN



Em xin chân thành cám ơn sự chỉ bảo và góp

ý của quý thầy cô trong khoa đã tạo mọi điều

kiện thuận lợi cho em hoàn thành đồ án.

Em xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của Thầy Trần Nguyên Bảo Trân hướng dẫn trong quá trình làm đồ án 2.

Xin cám ơn các bạn sinh viên trong và ngoài khoa đã giúp đỡ nhóm chúng tôi rất nhiều

mặt: như phương tiện, tài liệu, những góp ý chân tình nhất.

Sinh viên thực hiện:

-TRẦN VĂN NGỌC ANH

- MSSV:06029621

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …… 000 ……

Tp.HCM, Ngày ….Tháng… Năm 2009 Giáo Viên Hướng Dẫn SVTH:TRẦN VĂN NGỌC ANH - 2 -

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

…… 000 ……

Tp.HCM, Ngày ….Tháng… Năm 2009 Giáo Viên Phản Biện

LỜI MỞ ĐẦU

-o0o -Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, tự động hoá đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp, quản lý, cung cấp thông tin…, là chìa khóa đi vào công nghệ hiện đại Đối với sinh viên chuyên ngành điện tử tự động , đây là một lĩnh vực mới, hứa hẹn và mở ra nhiều triển vọng Các thiết bị điện tử phục vụ sinh hoạt hằng ngày theo đĩ cũng phát triển mạnh mẽ với độ tích hợp và tính năng ngày càng ưu việt hơn Một thiết bị tinh vi cĩ thể giải phĩng sức lao động và tạo ra hiệu suất lao động cao chưa từng cĩ.

Cùng với viêc học tập, tìm hiểu ứng dụng các thiết bị điện tử, vi điều khiển ở trường và mục đích nghiên cứu đề tài ứng dụng thực tế em chọn đề tài : THIẾT KẾ QUẠT SẠC ĐIỀU KIỂN TỪ XA BẰNG SĨNG RF Đề tài này trước hết phục vụ mục đích học hỏi tìm hiểu ứng dụng của họ vi điều khiển 8051 trong thực tế, đồng thời phục vụ yêu cầu đồ án mơn học với việc thiết kế một mạch điện tử cĩ khả năng sử dụng trong cuộc sống hằng ngày.

Đề tài này nghiên cứu một lĩnh vực thực sự cần thiết trong cuộc sống

là điều khiển quạt từ xa và mất nguồn quạt chạy bằng acquy.Ngồi ra đề tài cũng giúp sinh viên củng cố kiến thức đã học về vi điều khiển, lắp ráp thi cơng mạch, kiểm tra mạch…

NHIỆM VỤ, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU :

Nhiệm Vụ :

Nội dung là thiết kế quạt sạc điều khiển từ

xa bằng sóng RF

Khách quan : Do yêu cầu hồn thành đồ án mơn học.

Chủ quan : Nhu cầu học hỏi, ứng dụng kiến thức đã học vào thực tế và cập nhật kiến thức khoa học kỹ thuật tiên tiến vào hoạt động sinh hoạt hằng ngày Nhiệm vụ thực hiện đề tài này nhằm đạt được các mục đích sau :

Khảo sát, củng cố kiến thức.

Rèn luyện kỹ thuật thiết kế, thi cơng mạch.

Phương Pháp, Phương Tiện Nghiên Cứu Thực Hiện Đề Tài :

Đề tài sử dụng các phương pháp sau đây :

Tham khảo tài liệu : Thu thập tài liệu và kiến thức liên quan đến đề tài.

Phương pháp đàm thoại : Trao đổi và tiếp thu ý kiến của các bạn học.

Tham khảo ý kiến : của các thầy cơ trong lĩnh vực liên quan.

Quan sát thực tế thực hành lắp ráp mạch bằng phương pháp thủ cơng.

PHẦN A

NỘI DUNG



I: KHẢO SÁT VI ĐIỀU KHIỂN AT89C51

Vi xử lý AT89C51 được chế tạo bởi hãng ATMEL,về cơ bản nó có cấu trúc bên trong ,sơ đồ chân cũng như sử dụng tập lệnh tương thích với họ MCS_51 của hãng INTEL

1.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA AT89C51

Các đặc điểm của AT89C51 được tóm tắt như sau :

8 KB EPROM bên trong

128 Byte RAM nội

4 Port xuất /nhập I/O 8 bit

Giao tiếp nối tiếp

64 KB vùng nhớ mã ngoài

64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại

Xử lí Boolean (hoạt động trên bit đơn)

210 vị trí nhớ có thể định vị bit

4 s cho hoạt động nhân hoặc chia

1.2 KHẢO SÁT SƠ ĐỒ CHÂN AT89C51

1.2.1 Sơ đồ chân AT89C51:

1.2.2 Chức năng các chân của AT89C51:

- 89c51 có tất cả 40 chân có chức năng như các

đường xuất nhập Trong đó có 24 chân có tác dụng kép (có nghĩa 1 chân có 2 chức năng), mỗi đường có thể hoạt động như đường xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặclà thành phần của các bus dữ liệu và bus địa chỉ

a Các Port:

 Port 0 :

- Port 0 là port có 2 chức năng ở các chân 32 – 39 của 89c51 Trong các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường IO Đối với các thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ mở rộng, nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu

 Port 1:

- Port 1 là port IO trên các chân 1-8 Các chân đượcký hiệu P1.0, P1.1, P1.2, … có thể dùng cho giao tiếp với cácthiết bị ngoài nếu cần Port 1 không có chức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài

 Port 2:

- Port 2 là 1 port có tác dụng kép trên các chân 21

- 28 được 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:

- Port 3 là port có tác dụng kép trên các chân 10 -

17 Các chân của port này có nhiều chức năng, các công

dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tính đặc biệt của

8951 như ở bảng sau:

RD\

Ngõ vào ngắt cứng thứ 0.Ngõ vào ngắt cứng thứ 1.Ngõ vào của TIMER/COUNTER thứ 0

Ngõ vào của TIMER/COUNTER thứ 1

Tín hiệu ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài

Tín hiệu đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

b Các ngõ tín hiệu điều khiển:

 Ngõ tín hiệu PSEN (Program store enable):

- PSEN là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng thường được nói

đến chân 0E\ (output enable) của Eprom cho phép đọc các byte

mã lệnh

 Ngõ tín hiệu điều khiển ALE (Address Latch Enable ) :

- Khi 89c51 truy xuất bộ nhớ bên ngoài, port 0 có chức năng là bus địa chỉ và bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ Tín hiệu ra ALE ở chân thứ 30dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt

 Ngõ tín hiệu EA\(External Access):

- Tín hiệu vào EA\ ở chân 31 thường được mắc lên mức

1 hoặc mức 0 Nếu ở mức 1, 89c51 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 8 Kbyte Nếu ở mức 0,

8951 sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng Chân EA\ được lấy làm chân cấp nguồn 21V khi lập trình cho Eprom trong89c51

 Ngõ tín hiệu RST (Reset) :

-Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset của 89c51 Khi ngõ vào tín hiệu này đưa lên cao ít nhất là 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thíchhợp để khởi động hệ thống Khi cấp điện mạch tự động Reset

 Các ngõ vào bộ dao động X1, X2:

- Bộ dao động được tích hợp bên trong 89c51, khi sử dụng 89c51 người thiết kế chỉ cần kết nối thêm thạch anh và các tụ như hình vẽ trong sơ đồ Tần số thạch anh thường sử dụng cho 89c51 là 12Mhz.

 Chân 40 (Vcc) được nối lên nguồn 5V

II TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ DC

2 Động cơ DC:

2.1 Cấu tạo:

Động cơ DC là động cơ điện hoạt động với dịng điện một chiều Động cơ điện

DC ứng dụng rộng rãi trong đời sống cũng như cơng nghiệp bởi lý do dễ điều khiển, hiệu

những nơi yêu cầu “momen” mở máy lớn hoặc yêu cầu thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng

Hình 2.1: Động cơ DCMột động cơ DC cĩ 6 phần cơ bản:

1 Phần ứng hay Rotor (Armature)

2 Cổ gĩp (Commutat)

3 Nam châm tạo từ trường hay Stator (field magnet)

4 Chổi than (Brushes)

một góc 900 Khi roto quay được một góc 900 thì lực từ không còn tác dụng là “momen” quay nữa, nhưng do quán tính làm cho roto quay thêm một góc nhỏ nữa Roto liên tục và đúng chiều là do bộ cổ góp điện sẽ làm chuyển mạch dòng điện sau mỗi vị trí ứng với 1/2chu kỳ

Trong các máy điện một chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối ra nhiều phiến góp khác nhau trên cổ góp Nhờ vậy dòng điện và lực quay được liên tục và hầu như không bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của Roto

Hình 2.2: Nguyên lý hoạt động của đông cơ DC

2.3 Các phương pháp điều khiển:

Có nhiều cách để điều khiển tốc độ động cơ DC như bằng phương pháp thay đổi điện áp, thay đổi từ thông hoặc phương pháp điều chỉnh độ rộng xung (PWM) Trong điều khiển quặt thì em chọn phương pháp điều khiển bằng cách thay đổi độ rộng xung Chọn phương pháp này vì chúng dễ thực hiện, mạch cấu tạo đơn giản

V hi

V lo

ba

t

Hình 2.3: Điều khiển động cơ bằng PWM

Khi tỷ lệ thời gian "on" trên thời gian "off" thay đổi sẽ làm thay đổi điện áp trung bình (VAVG) Tỷ lệ phần trăm thời gian "on" trong một chu kỳ chuyển mạch nhân với điện

áp cấp nguồn sẽ cho điện áp trung bình đặt vào động cơ Như vậy với điện áp nguồn cungcấp là 100V, và tỷ lệ thời gian ON là 25% thì điện áp trung bình là 25V VAV thay đổi từ

VL đến VH tùy theo các độ rộng Ton và Toff

Sơ đồ chân PT2272:

SVTH:TRẦN VĂN NGỌC ANH - 12 -

1.Sơ đồ cấu tạo bên trong:

Mạch thực tế:

3.2 Hoạt động của IC PT2272

PT2272 làm nhiệm vụ thu dữ liệu, tốc độ của nó “rùa” ở đây: khi thu được 1

khung truyền, IC giải mã kiểm tra các header / dữ liệu /footer /chốt/ theo định dạng CRC/data/CR C nó sẽ kiểm tra 2 lần chính xác sẽ bật chân 17 VT của PT2272 lên mức cao, nếu đúng tần số (của PT62 và PT72 - đồng bộ) thì chân này sẽ giữ mức cao liên tụcchỉ khi PT62 ngừng phát, nếu không đúng hoặc yếu sẽ nhấp nháy

Cách giải mã như sau: Chân 15 và 16 cũng cần một điện trở để làm dao động giải mã Trong dải hồng ngoại hoặc dưới 100 KHz có thể dùng R rất lớn hoặc không cần Nhưng

từ khoảng 100 KHz dao động trở lên bắt buộc phải dùng R để tạo dao động cho PT2272 Giá trị R của PT2272 sẽ bằng khoảng: Giá trị R của PT2262 chia cho 10 Ví dụ: PT2262 mắc điện trở 4, 7 megaom thì PT2272 sẽ mắc 470k

Giải mã: các chân mã hóa của PT2262 (chân 1 đến chân 8) nối thế nào thì các chân giải

mã của PT2272 cũng phải nối tương tự như vậy Chân nào nối dương, chân nào nối âm, chân nào bỏ trống…thì chân (1 đến 8) của PT2272 hãy làm như thế Khi truyền một mã đúng và giải mã đúng thì chân 17 của PT2272 sẽ có điện áp cao đưa ra báo hiệu là đã đúng mã hóa Bốn chân dữ liệu có thể truyền song song, nối tiếp rất động lập

4 Truyền phát dữ liệu

1- Đưa dữ liệu vào chân data

2- Tích cực chân TE xuống mức thấp (dữ liệu sẽ được truyền đi) (tích cực lên cao - sẽ khóa không truyền dữ liệu) (các con khác tương tự)

3- Nên ngắt TE sau đó thay đổi trạng thái dữ liệu rồi lại tích cực TE để truyền (vì đầu thu

là dạng chốt latch nên nếu thay đổi dữ liệu trong khi vẫn tích cực TE (cho phép truyền) sẽxảy ra hiện tượng mất bít cuối và đầu ra VT lên cao để làm chốt dữ liệu sớm Khi truyền lại lần sau sẽ khó khăn (tốc độ sẽ chậm đi - thậm chí thay đổi dữ liệu đầu ra không phản ứng) (đã test thử với dòng 89, nếu thay đổi dữ liệu liên tục trên data ,các IC khác chưa thử)

VD: giả sử muốn truyền lên PT2272 gồm 3 data: 0001; 0010; 0100:

1- đưa 0001 vào con pt2262 rồi tích cực chân TE chờ khoảng 1/2s, sau đó đưa TElên mức 1

2- đưa 0010 vào pt2262 tích cực chan TE rồi chờ 1/2s, đưa TE lên 1

Để xác định truyền thành công, chân VT lên mức high (đối với đồng bộ thời gian) hoặc xung cao- thấp (đối với không đồng bộ thời gian) Bốn bit chốt “mãi mãi” có nghĩa là chỉ khi bạn đưa 4 bít khác, khác 4 bit trước thì nó thay đổi và giữ nguyên trạng thái của 4 bit sau cùng (trừ khi bạn rút điện phần thu (giải mã) hoặc phát (không dữ liệu - 4 data nối âm)

Mạch thu RF:

3.3.2 Hoạt động:

PT2262 và PT2272 L4 có chân 1 đến chân 8 là mã địa chỉ Chân 1 đến 8 của PT2262 nốinhư thế nào (mỗi chân chỉ chọn 1 trong 3 trạng thái: nối lên dương nguồn, nối xuống âm nguồn hoặc bỏ trống) thì tương ứng bên PT2272 cũng phải nối y như vậy

VD: PT2262 chân 1 đến 8 (quy định (+) nối lên dương nguồn, (-) nối âm nguồn, (0) bỏ trống): (+) (-) (0) (+) (-) (+) (+) (0) thì bên PT2272 cũng nối như vậy: (+) (-) (0) (+) (-) (+) (+) (0)

Đối với loại PT2272 x4 chỉ có 4 đầu ra data và tương ứng PT2262 cần 4 đầu data vào Như vậy ta có tối đa 16 trạng thái tổ hợp tương đương với 16 nút bấm ở PT2262 và 4 đầu

ra tổ hợp ở PT2272(và thông thường ta chỉ sử dụng được 15 phím bấm, tổ hợp 0 0 0 0 là mặc định)

VD: Bên PT2272 có các đầu vào D0, D1, D2, D3

==> Cứ như vậy ta làm được rất nhiều nút

Dưới đây là hình minh họa: với nút số 1 và số 3:

+ Khi bấm nút 1 (SW 1, điện áp đi qua nút bấm, vào đi ốt D1 tạo logic 1 cho chânD3 của PT2262 đồng thời điện áp cũng đi qua D2 cấp nguồn cho mạch RF hoạt động Bên mạch thu và PT2272 nhận được tín hiệu này, chân 17 logic1 Chân D3 của PT2272

có logic 1 (các chân còn lại 000) (nếu nối led vào chân D3 của PT2272 ==> led sáng)

+ Khi bấm nút 3, điện áp qua diode 3, 4, 5 cấp nguồn toàn bộ hệ thống ==> bên PT2272 nối led vào đầu ra data D3 và D2 ==> 2 led cùng sáng

+Khi không bấm nút thì không cấp nguồn nên không tốn năng lượng

Cứ thế cho đến hết 15 nút

Ta có thể “cài” dữ liệu vào PT2262 và lấy dữ liệu ra ở PT2272 mỗi lần truyền được 4 bits Cách làm thì đơn giản như sau (VD: dùng 5 chân I/O của AT89C51 nối với

PT2262):

Chân I/O 1 nối vào D0

Chân I/O 2 nối vào D1

Chân I/O 3 nối vào D2

Chân I/O 4 nối vào D3

(Các chân 10, 11, 12, 13 của PT2262)

Chân I/0 5 nối vào chân TE (chân 14 của PT2262)

==> Hoạt động: I/O 5 = high (để không cho chip PT2262 hoạt động) Đưa data 4 bits vào

4 chân: VD cần truyền dữ liệu 1010: I/O 1 = 1 ; I/O 2 = 0 ; I/O 3 = 1 ; I/O 4 =0 ; rồi truyền I/O 5 = Low (TE mức 0 là PT2262 hoạt động) Quá trình truyền đơn giản chỉ là lặp đi lặp lại các thao tác sau:

+ TE = 1; đưa dữ liệu vào D0, D1, D2, D3 (mỗi chân chỉ 1 bit (1 hoặc 0) thôi chứ không phải cả chuỗi mã nhồi nhét vào đó được)

+ TE= 0; (bắt đầu truyền.)

+ TE=1; kết thúc truyền

+ Đưa 4 bits tiếp theo vào D0 D3

+ Lại TE=0; bắt đầu truyền

+ Lại TE=1; kết thúc truyền

+ Lại đưa 4 bit tiếp theo nữa vào D0 D3

+ Lại truyền

+ Lại kết thúc.

==> Cứ như thế mà thôi

Tốc độ tối đa mà PT2262 và PT2272 đón nhận thật đáng kinh ngạc Nó chỉ đạt 6 xung dữliệu trên 1 giây Như vậy tối đa là truyền được 6x4 = 24 bits/ giây (nếu bộ RF truyền chính xác 100%) Như vậy chỉ cần truyền 1KB dữ liệu = 1024 bytes, 1 byte = 8 bits sẽ mất thời gian: 1024x8/24 = 341, 33333333333333333333 giây, tương đương khoảng hơn

4 Cấu tạo Relay :

- Relay điện là thiết bị điện tự động dùng để điều khiển đóng ngắt chuyển đổi mạch sang acquy

- Công suất tiêu tán : 450mW

4.1 TRANSISTOR CÔNG SUẤT H1061 :

Là transictor công suất đóng ngắt nguồn cho động cơ dùng để điều xung (PWM)

Thứ tự chân nhìn từ mặt trước : chân 1 : Base, chân 2 : collector, chân 3: emitter

4.2 OPTO EL817 :

Điện áp điều khiển : 5VDC

Opto cách ly quang giữa mạch

điều khiển và mạch công suất

Dòng tải cực anode : 50mA

Có hai lo¹i nguån ®iÖn ho¸ häc lµ:

Nguồn sơ cấp:pin chỉ sử dụng một lần do các chất hoạt động khó tái sinh (discharge)

Thứ cấp ắc qui sử dụng đửục nhiều lần Do quá trình hoá học là thuận nghịch ,các chất hoạt động có thể tái sinh lại dạng ban

đầu.Bằng cách nối ắc qui với nguồn điện có chiều dòng điện khác vớichiều dòng điện ắc qui phát ra Khi đó quá trình:

Nguồn điện hoá học nói chung và ắc qui nói riêng ngày càng đợc sử dụng rộng rãi trong mọi ngành kinh tế quốc dân, quốc phòng, công nông nghiệp, các ngành khoa học, giao thông vận tải …Nh để khởi

động động cơ ôtô sử dụng trên các đoàn tàu, máy bay, trong các thiết bị điện tử,đo lờng công nghiệp

1901:Êđitxơn(Mỹ), Iungne(Thuỵ Điển) cùng lúc tạo ra ắc qui kiềm

Êđitxơn tạo ra ắc qui sắt kiềm, đến năm 1903 đợc đa vào sản xuất

Có hai loại ắc qui là ắc qui axít và ắc nqui kiềm

So với ắc qui axít ắc qui kiềm đợc sử dụng phổ biến hơn bơ tuổi thọ lớn từ 800 đến 1000 chu kỳ (hơn so với tuổi thọ của ắc qui axít )

Độ bền chắc, gọn, nhẹ hơn

Làm việc gián đoạn tốt Dùng rồi, để lâu, dùng lại vẫn tốt

Tuy nhiên sức điện động chúng nhỏ hơn:E=1,2V-1,4V so với 2,0V của

ắc qui axít

ắc qui Fe | Ni: xe chạy điện, xe lửa, xe cần trục, đèn mỏ…

ắc qui Cd | Ni: thiết bị liên lạc vô tuyến, đèn xách tay

5.1 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ

Nhiệt độ có ảnh hởng lớn đến ắc qui

Điều kiện to: 20-35oC: chế độ phóng nạp bình thờng

Điều kiện to: 40oC, sau 30 ngày thì ắc qui sẽ tự phóng hết 100% dung lợng

Hiệu suất sử dụng:điều kiện thờng 75% dung lợng

Nếu có điều kiện bảo quản và sử dụng tốt thì ắc qui kiềm có thể sửdụng đợc đến 20-25 năm liền

5.2 CÁC QUY TRèNH NẠP ACQUY

Điện ỏp ắc quy khi đầy: là 13,6 VDC đến 13,7 VDC.

Chế độ nạp : Cú 4 chế độ nạp.

* Nạp "thả nổi" : dũng nạp </= 1/15 dung lượng ắc quy trong 20 h.

Vớ dụ : ắc quy 4 Ah nạp thả nổi với dũng 0,27 A

* Nạp vừa : dũng nạp = 1/7 > 1/8 dung lượng ắc quy trong 8h > 10h.

Vớ dụ : ắc quy 4 Ah nạp vừa với dũng 0,5 A > 0,6 A

* Nạp nhanh : dũng nạp = 1/4 dung lượng ắc - quy trong hơn 4h.

Vớ dụ : ắc quy 4 Ah nạp nhanh với dũng 1 A

* Vừa nạp vừa dựng : dũng nạp = 1/2 dung lượng ắc quy cho đến khi đầy (dưới

10 phỳt) Khi điện ỏp ắc quy xuống cũn 11,8 VDC hay 11,9 VDC thỡ lại nạp