đồ án 2a ứng dụng của module thu phát tần số dưới 1ghz trong điều khiển thiết bị điện

Một chiếc điều khiển IR sẽ gồm các bộ phận cơ bản nằm trong một hộp nối cáp kỹ thuật số như sau: Các nút bấm; một bảng mạch tích hợp; các núm tiếp điểm; đi - ốt phát quang đèn LED.. 1.1.

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI

GVHD : ThS TÔN THẤT PHÙNG SVTH : LÊ MINH TÍN 09093121 VĂN CÔNG THẮNG 09075721

LỚP : DHDT5B

NH N T CỦA GI O VI N HƯỚNG N

Điểm số bằng số: _Điểm số bằng chữ: _

TP.HCM, ngày…….tháng……… năm 2012

(GV hướng dẫn ký và ghi rõ họ tên)

NH N XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Điểm số bằng số: _Điểm số bằng chữ: _

TP.HCM, ngày…….tháng……… năm 2012

(GV ký và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

Phần A GIỚI THIỆU 1

Phần B NỘI DUNG 2

Chương 1 Giới thiệu điều khiển từ xa 2

1.1 Điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại (IR) 2

1.1.1 Hoạt động 2

1.1.2 Ưu điểm 3

1.1.3 Khuyết điểm 3

1.1.4 Khắc phục khuyết điểm 4

1.1.5 Ứng dụng trong đời sống 4

1.2 Điều khiển từ xa bằng tần số vô tuyến (RF) 4

1.2.1 Hoạt động 4

1.2.2 Ưu điểm 4

1.2.3 Khuyết điểm 4

1.2.4 Khắc phục khuyết điểm 5

Chương 2 Module thu phát vô tuyến 6

2.1 Khái quát về phương thức truyền sóng vô tuyến 6

2.2 Mạch thu phát có IC giải mã PT2262/2272 6

2.2.1 Tìm hiểu chung 7

2.2.2 Sơ đồ mạch phát dùng IC PT2262 8

2.2.3 Sơ đồ mạch thu dùng IC PT2272 10

2.2.4 Cách tạo lập xung mã lệnh 12

2.2.5 Cách truyền tín hiệu cho mạch thu phát PT2262/2272 14

Chương 3 Thiết kế phần cứng 17

3.1 Vi xử lý PIC 16F877A 22

3.1.1 Sơ đồ khối của PIC 16F877A 24

3.1.2 Tổ chức bộ nhớ 25

3.1.3 Các cổng xuất nhập của PIC 16F877A 29

3.2 Text LCD 32

3.3 Relay YL1303H 34

Chương 4: Thiết kế phần mềm 36

4.1 Lưu đồ thuật toán 36

4.2 Chương trình chính 38

Phần C KẾT LUẬN 40

1 Kết quả thi công 40

2 Nhận xét và hướng phát triển đề tài 41

3 Kết luận 42

Một trong những ứng dụng quan trọng trong công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển từ xa.Nó đã góp phần rất lớn trong việc điều khiển các thiết bị từ xa hay những thiết bị mà con người không thể trực tiếp chạm vào để vận hành điều khiển Truyền dữ liệu số được ứng dụng rất rộng rãi, nhất là trong lĩnh vực điều khiển, thông tin số Nhiều vi mạch hỗ trợ xử lý tín hiệu không dây được sử dụng như PT2248, PT2249, PT9148, PT9149, PT2262, PT2272, HT640, HT648

Xuất phát từ ứng dụng quan trọng trên, chúng e đã thiết kế và thi công mạch điều khiển thiết bị điện trong nhà sử dụng module thu phát RF với cặp IC giải mã PT2262/2272

PHẦN B: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐIỀU KHIỂN TỪ XA

Ít người biết rằng những chiếc điều khiển từ xa đầu tiên trên thế giới được ra đời nhằm mục đích phục vụ cho chiến tranh Các loại điều khiển từ xa bằng tần số

vô tuyến xuất hiện vào Thế chiến I nhằm hướng dẫn các tàu hải quân Đức đâm vào thuyền của quân Đồng Minh

Đến Thế chiến II, điều khiển từ xa dùng để kích nổ những quả bom Sau chiến tranh, công nghệ tuyệt vời của chúng tiếp tục được cải tiến để phục vụ đắc lực trong đời sống con người Và đến nay, có thể nói, gần như ai cũng đã từng sử dụng điều khiển từ xa để điều khiển một thiết bị nào đó

Ban đầu, người ta dùng điều khiển từ xa sử dụng công nghệ tần số vô tuyến

RF (Radio Frequency) và sau đó bắt đầu ứng dụng công nghệ hồng ngoại IR (Infrared Remote) vào điều khiển từ xa Hiện nay trong đời sống, chúng ta sử dụng

cả hai loại điều khiển từ xa này

1.1 Điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại (IR)

Ngày nay, đây là loại điều khiển từ xa có vai trò quan trọng trong hầu hết các thiết bị gia đình Một chiếc điều khiển IR sẽ gồm các bộ phận cơ bản nằm trong một hộp nối cáp kỹ thuật số như sau: Các nút bấm; một bảng mạch tích hợp; các núm tiếp điểm; đi - ốt phát quang (đèn LED)

1.1.1 Hoạt động

Nguyên lý cơ bản của loại điều khiển từ xa này là sử dụng ánh sáng hồng ngoại của quang phổ điện từ mà mắt thường không thấy được để chuyển tín hiệu đến thiết bị cần điều khiển Nó đóng vai trò như một bộ phát tín hiệu, sẽ phát ra các xung ánh sáng hồng ngoại mang một mã số nhị phân cụ thể Khi ta ấn một nút phía

bên ngoài thì sẽ vận hành một chuỗi các hoạt động khiến các thiết bị cần điều khiển sẽ thực hiện lệnh của nút bấm đó

Quy trình này cụ thể như sau: Đầu tiên, khi ta nhấn vào một nút như “bật

thiết bị” chẳng hạn, nó sẽ chạm vào núm tiếp điểm bên dưới và nối kín một mạch

bật tắt thiết bị trên bản mạch Các mạch tích hợp có thể tự dò tìm ra từng mạch cụ thể cho từng nút bấm Tiếp đó các mạch này sẽ gửi tín hiệu đến đèn LED nằm phía trước Từ đây, đèn LED sẽ phát ra một chuỗi các xung ánh sáng chứa các mã nhị

phân (gồm những dãy số 1 và 0) tương ứng với lệnh “bật thiết bị” Mã lệnh này

gồm nhiều mã con như khởi động, bật thiết bị, mã địa chỉ thiết bị và ngừng lại khi

1.1.2 Ƣu điểm

- Rất bền

1.1.3 Khuyết điểm

- Tầm hoạt động chỉ 10m

- Dễ bị nhiễu sóng do ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời, bóng đèn huỳnh quang,hay bức xạ của con người

1.2 Điều khiển từ xa bằng tần số vô tuyến (RF)

Là loại điều khiển từ xa xuất hiện đầu tiên và đến nay vẫn giữ một vai trò quan trọng và phổ biến trong đời sống Nếu điều khiển IR chỉ dùng trong nhà thì điều khiển RF lại dùng cho nhiều vật dụng bên ngoài như các thiết bị mở cửa gara

xe, hệ thống báo hiệu cho xem các loại đồ chơi điện tử từ xa thậm chí kiểm soát vệ tinh và các hệ thống máy tính xách tay và điện thoại thông minh…

1.2.1 Hoạt động

Với loại điều khiển này, nó cũng sử dụng nguyên lý tương tự như điều khiển bằng tia hồng ngoại nhưng thay vì gửi đi các tín hiệu ánh sáng, nó lại truyền sóng vô tuyến tương ứng với các lệnh nhị phân Bộ phận thu sóng vô tuyến trên thiết bị được điều khiển nhận tín hiệu và giải mã nó

1.2.2 Ƣu điểm

- Truyền xa hơn IR với khoảng cách khoảng 30m hoặc có thể lên tới 100m

- Truyền xuyên tường,kính…

1.2.3Khuyết điểm

CHƯƠNG 2: MODULE THU PHÁT VÔ TUYẾN

2.1 Khái quát về phương thức truyền sóng vô tuyến

Khi chúng ta đã biết dùng mạch cộng hưởng LC để tạo ra các tia sóng dùng làm sóng mang để phát vào không gian, bây giờ phải nghĩ đến cách dùng nó để đóng mở các thiết bị đặt ở đàn xa Để làm được điều này, người ta phải nghĩ ra cách tạo ra các nhóm mã lệnh và cho điều chế các mã lệnh này vào nằm trong sóng mang Tóm lại cách điều khiển các thiết bị bằng sóng vô tuyến sẽ được thực hiện như sau:

số ổn định dùng làm sóng mang Dùng mạch tạo ra tín hiệu mã lệnh và cho mã lệnh điều chế vào sóng mang rồi cho phát vào không gian

sóng điện từ có trong không gian, nó đã được phát ra từ bên phát, cho giải

mã để lấy ra tín hiệu mã lệnh có trong sóng mang, dùng tín hiệu mã lệnh

để đóng mở các thiết bị

2.2 Mạch thu phát có IC giải mã PT2262/2272

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

Mã lệnh

Giải

mã

Chấp hành

2.2.1 Tìm hiểu chung

PT2262 có 2 loại chính : loại có 8 địa chỉ mã hóa , 4 địa chỉ dữ liệu và loại

có 6 địa chỉ mã hóa và 6 địa chỉ dữ liệu Mã hóa 12 bit 1 khung A0 - A7, D0 - D3 Các linh kiện PT2262 đưa vào Việt Nam chỉ có loại PT2262 với 8 địa chỉ mã hóa

và 4 địa chỉ dữ liệu

Tương tự với PT2262 có 2 kiểu thì PT2272 cũng có 2 kiểu:

PT2272 - L4

Loại L4 là thông dụng ở Việt Nam và ít có loại L6

PT2262 có 3 mũ 12 mã hóa tức là có thể mã hóa 531441 mã mới có thể trùng lặp lại

Cách mã hóa PT2262 có thể làm được bằng cách nối ngắn mạch các chân

mã hóa địa chỉ lên dương nguồn (mã hóa +) và xuống âm nguồn (mã hóa -) hoặc

có thể bỏ trống (mã hóa 0)

Dữ liệu + mã hóa được truyền trên một khung 12 bit gồm 8 bit đầu là mã hóa (A0 - A7 ) và 4 dữ liệu Bởi vậy bạn có thể truyền được song song 4 bit dữ liệu 0 hoặc 1 Nếu để truyền dữ liệu thì nên để mặc định cho 4 chân dữ liệu này là 0 hoặc

là 1 bằng cách nối thêm điện trở kéo lên hoặc đưa xuống” GND) để tránh nhiễu

2.2.2 Sơ đồ mạch phát dùng IC PT2262

IC PT2262 có nhiều nhóm, nhiều phiên bản, phân nhóm theo cách chữ viết tiếp theo ở bên sau chữ PT2262, có nhóm 18 chân và có nhóm 20 chân, theo tên ghi trên các chân của IC chúng ta hiểu công dụng của từng chân như sau:

với nguồn Vcc, từ 4V đến 15V

dùng tạo ra các dãy xung mã lệnh Tần số xung nhịp phải lấy tương thích giữa bên phát và bên nhận Và được tính bằng : f = R/12 Ví dụ : mắc điện trở 470k vào chân 15 và 16 đầu ra chân 17 sẽ có 470/12 = khoảng 39Khz (nhóm 18 chân)

thái, cho nối masse là bit 0, cho nối vào nguồn dương là bit 1 và bỏ trống là bit F

 Chân A6/D0 - A11/D5 có thể dùng như các chân địa chỉ hoặc chân nhập dữ liệu Data (D0 – D5) Chân dữ liệu chỉ xác lập 2 mức là 0 và 1

Nghĩa là khi chân này ở mức áp thấp, nó sẽ cho xuất ra xung mã lệnh trên chân Dout

đều ở dạng xung Tín hiệu đưa ra gồm: sóng mang dao động < 700KHz + địa chỉ mã hóa + dữ liệu

Mạch dùng 4 nút nhấn để điều khiển 4 chức năng (4 kênh)

Các điện trở 10k dùng đặt ở chân 10,11,12,13 ở mức thấp

Dùng các điện trở 2.7k để cấp mức cao cho một trong các chân D0-D3, qua các nút nhấn SW0-SW3

Dùng 4 diode 1N4148 để cách ly nguồn với các chân 10,11,12,13

Điện trở 4.7M dùng để xác định tần số xung nhịp cho IC PT2262

2.2.3 Sơ đồ mạch thu dung IC PT2272

Chúng ta biết khi xung mã lệnh phát ra từ IC PT2262, nhóm xung mã lệnh này sẽ được đưa vào ic PT2272 để được giải mã và phát ra tín hiệu để điều khiển các thiết bị Chúng ta hãy tìm hiểu hoạt động bên trong của ic giải mã lệnh PT2272 các bạn xem hình sau:

 IC PT2262 cũng có 8 địa chỉ giải mã tương ứng + 4 dữ liệu ra + 1 chân báo hiệu mã đúng VT

dải hồng ngoại hoặc dưới 100KHz có thể dùng R rất lớn hoặc không cần Nhưng từ khoảng 100KHz dao động trở lên thì 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 4.7M thì PT2272 sẽ mắc 470K

giải mã của PT2272 cũng phải nối tương tự như vậy

cho vào mạch computer logic để dò mã lệnh, nếu mã lệnh của bên phát đúng với mã lệnh đã xác lập trong IC, nó sẽ cho qua mạch Output Logic chờ xuất

ra, khi mạch dò xung đồng bộ Sync Detect xác nhận tín hiệu vào là chính xác, nó sẽ cho xuất lệnh điều khiển trên chân VT

áp cao đưa ra, báo hiệu là đã đúng mã hóa

Các hình vẽ trên cho thấy có nhiều phiên bản của cặp IC PT2262 và PT2272 dùng trong điều khiển theo mã lệnh Có loại không có chân Data, có loại có 2 chân Data, 3 chân Data, 4 chân Data, 5 chân Data và 6 chân Data

2.2.4 Cách tạo lập xung mã lệnh

Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu cách tạo lập các xung mã lệnh, qua phần trình bày này sẽ hiểu r hơn sự vận hành của cặp IC PT2262/2272 Bạn xem hình:

Nhìn vào các hình này, người ta dùng một mạch dao động để tạo ra xung nhịp, tần số xung nhịp tùy thuộc vào trị của điện trở gắn trên chân OSC1 và OSC2 Sau khi có xung nhịp có chu kỳ là , bây giờ người ta tạo ra các dạng xung khác nhau dùng để chỉ trạng thái các bit: đó là bit 0, bit 1 và bit F

Hình vẽ cho thấy các hàng chân địa chỉ A0 A11 và chân dữ liệu D0 D11 bên IC phát và bên IC thu là giống nhau Vậy nếu Bạn cho chân nào nối masse thì chân đó được định là bit 0, nếu cho nối lên đường nguồn thì được định là bit 1 và nếu chân đó bỏ trống thì xem như là bit F Chỉ khi mã lệnh của bên phát và bên thu được đặt giống nhau và tần số xung nhịp phù hợp, lúc đó cặp IC này mới hiểu nhau , có tác dụng dùng trong điều khiển, nếu có khác nhau thì bên thu sẽ không nhận ra bên phát và sẽ không phát lệnh điều khiển VT theo lệnh của bên phát

Sau đây là hình vẽ cho thấy cách thức tạo ra dãy xung mã lệnh của cặp IC PT2262/2272:

Hình trên cho chúng ta thấy, tùy theo cách thức chúng ta đặt mã bit trên các chân địa chỉ hay chân dữ liệu, chúng ta sẽ tạo ra một code word tương ứng và khi bên phát cho phát ra nhóm mã lệnh này và bên thu nhận vào nhóm mã lệnh này, qua so sánh trong mạch computer logic nếu thấy trùng mã IC PT2272 sẽ phát lệnh điều khiển trên chân VT

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

Sơ đồ nguyên lí từng khối trong mạch

 Khối nguồn :

 Khối relay

 Khối Thu RF

 Khối phát RF

Sau đây là phần giới thiệu sơ lược về thông tin một số linh kiện sử dụng trong mạch

3.1.Vi xử lí PIC 16F877A

H NH D NG V S Đ CH N

Hình 3.2: Vi điều khiển PIC16F877A/PIC16F874A và các dạng sơ đồ chân

Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài

14 bit Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256 byte Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O

Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:

đếm dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep

I2C

khiển RD, WR, CS ở bên ngoài

Các đặc tính Analog:

Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:

 Chức năng bảo mật mã chương trình

3.1.1 Sơ đồ khối của PIC16F877A

Hình 3.3: Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A

3.1.2 T chức bộ nhớ

Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC16F877A bao gồm bộ nhớ chương

trình (Program memory) và bộ nhớ dữ liệu (Data Memory)

lượng bộ nhớ 8K word (1 word = 14 bit) và được phân thành nhiều trang (từ page0 đến page 3) Như vậy bộ nhớ chương trình có khả năng chứa được 8*1024 = 8192 lệnh (vì một lệnh sau khi mã hóa sẽ có dung lượng 1 word (14 bit)

Khi vi điều khiển được reset, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0000h (Reset vector) Khi có ngắt xảy ra, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0004h (Interrupt vector) Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack và không được địa chỉ hóa bởi bộ đếm chương trình

Đối với PIC16F877A bộ nhớ dữ liệu được chia ra làm 4 bank Mỗi bank có dung lượng 128 byte, bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFG (Special Function Register) nằm ở các vùng địa chỉ thấp và các thanh ghi mục đích chung GPR (General Purpose Register) nằm ở vùng địa chỉ còn lại trong bank Các thanh ghi SFR thường xuyên được sử dụng (ví dụ như thanh ghi STATUS) sẽ được đặt ở tất cà các bank của bộ nhớ dữ liệu giúp thuận tiện trong quá trình truy xuất và làm giảm bớt lệnh của chương trình Sơ đồ cụ thể của bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A như sau:

Hình 3.4: Sơ đồ b nhớ i u I

+ THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT SFR:

điều khiển các khối chức năng được tích hợp bên trong vi điều khiển Có thể phân thanh ghi SFR làm hai lọai: thanh ghi SFR liên quan đến các chức năng bên trong (CPU) và thanh ghi SRF dùng để thiết lập và điều khiển các khối chức năng bên ngoài (ví dụ như ADC, PWM …)

phép toán của khối ALU, trạng thái reset và các bit chọn bank cần truy xuất trong

bộ nhớ dữ liệu

cho phép điều khiển chức năng pull-up của các chân trong PORTB, xác lập các tham số về xung tác động, cạnh tác động của ngắt ngoại vi và bộ đếm Timer0

chứa các bit điều khiển và các bit cờ hiệu khi timer0 bị tràn, ngắt ngoại vi RB0/INT và ngắt interrputon- change tại các chân của PORTB

chức năng ngoại vi