Đề tài nghiên cứu Thiết kế dò tìm vật

_Thiết kế được thiết bị gồm 2 phần chính : Phần phát và Phần thu._Thông qua thiết kế đồ án , nhóm sinh viên có hiểu biết tốt về vi xử lí , ứng dụng rộng rãi của vi xử lí trong cuộc sống hằng ngày và trong công nghệ , kỹ thuật chuyên môn .

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin,ngành kỹ thuật điều khiển, ngành tự động hóa đã và đang đạt được nhiềutiến bộ mới Tự động hóa không những làm giảm nhẹ sức lao động cho conngười mà còn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao động, cảithiện chất lượng sản phẩm chính vì thế tự động hóa ngày càng khẳng địnhđược vị trí cũng như vai trò của mình trong các ngành công nghiệp và đangđược phổ biến rộng rãi trong các hệ thống công nghiệp trên thế giới nóichung và ở Việt Nam nói riêng

Không chỉ dừng lại ở đó, sự phát triển của tự động hóa còn đem lại nhiềutiện ích phục vụ đời sống hàng ngày cho con người Để phục vụ tốt hơnnữa đời sống con người trong thời điểm xã hội ngày càng hiện đại và pháttriển hiện nay Thay thế dần con người làm việc ở những nơi nguy hiển,độc hại, hay những nơi con ngươi không thể tới được

Trong đó , phổ biến là các bộ vi xử lý có mặt trong rất nhiều thiết bị điện tửhiện đại: từ đầu đĩa CD, máy thu hình, máy ghi hình, dàn âm thanh HiFi,

bộ điều khiển lò sưởi cho đến các thiết bị điều khiển dùng trong côngnghiệp Lĩnh vực ứng dụng của các hệ vi xử lý cũng rất rộng lớn: từ nguyêncứu khoa học, truyền dữ liệu, đến công nghiệp, năng lượng, giao thông và ytế…

Vấn đề đặt ra trước tiên khi xây dựng một hệ thống tự động hóa không còn

là nên hay không nên, mà là lựa chọn hệ thống điều khiển, mạng truyềnthông nào để điều khiển và giám sát cho phù hợp với yêu cầu và nhiệm vụcủa thực tế Một trong những ứng dụng được biết đến rộng rãi nhất là thiết

bị điều khiển từ xa

Điều khiển từ xa ngày càng được ứng dụng rộng rãi không chỉ trong côngnghiệp mà nó còn được ứng dụng cuộc sống hàng ngày của chúng ta, nó đãthâm nhập vào sinh hoạt hàng ngày từ những trò chơi giải trí cho đến

những vật dụng ần gũi với chúng ta như tivi,đầu đĩa,…Các ứng dụng này

đã góp phần giúp cho con người tiện lợi hơn trong việc sử dụng

Đề tài “Thiết kế thiết bị dò tìm vật” không phải là đề tài mới nhưng thông

qua làm bài tập lớn này chúng em có được thêm nhiều kiến thức về môn học

và giúp chúng em có một phương pháp làm việc mới linh hoạt và chủ độnghơn và đặc biệt là phương pháp làm việc theo nhóm

Trong thời gian thực hiện chúng em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình

của Giảng Viên Vũ Thị Quỳnh cùng các thầy cô khác Xong do thời gian

và trình độ còn hạn chế nên đề tài không tránh nhiều thiếu sót mong thầy

cô phê bình góp ý để đề tài được hoàn thiện hơn!

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Tên đề tài nghiên cứu: Thiết kế thiết bị dò tìm vật

1 Mục tiêu của đề tài:

_Trên cơ sở những kiến thức về vi xử lý , nhóm sinh viên nghiên cứu, tínhtoán, so sánh các phương án và đưa ra phương án phù hợp nhất ( về cơ sởvật chất, hiệu quả kinh tế, an toàn, ổn định,…) để giải quyết bài toán

“Thiết kế thiết bị dò tìm vật “.

_Thiết kế được thiết bị gồm 2 phần chính : Phần phát và Phần thu

_Thông qua thiết kế đồ án , nhóm sinh viên có hiểu biết tốt về vi xử lí , ứngdụng rộng rãi của vi xử lí trong cuộc sống hằng ngày và trong công nghệ ,

kỹ thuật chuyên môn

2 Bố cục ĐATN: gồm các chương:

Chương I:

Nội dung - ý tưởng đồ án.

Nhu cầu : Sự phát triển và ứng dụng của sóng siêu âm

Gioi hạn đề tài

Nhược điểm và hạn chế

Sóng RF

Sơ đồ khối và nguyên lý.

CHƯƠNG I: NỘI DUNG - Ý TƯỞNG ĐỒ ÁN

Ngày nay, những thiết bị điều khiển từ xa để điều khiển các thiết bị giađình như ti vi, máy điều hòa, đầu đĩa, các loại đồ chơi ngày càng phổ biến Thế nhưng chúng hoạt động ra sao?

Trong thời đại ngày nay, chúng ta không thể thiếu những thiết bị điều khiển

từ xa để điều khiển các thiết bị gia đình như ti vi, máy điều hòa, đầu đĩa,các loại đồ chơi… vậy điều khiển từ xa có các loại cơ bản nào và chúnghoạt động ra sao để điều khiển được các vật dụng ở đằng xa một cách chínhxác?

Điều khiển từ xa đã có từ thời Chiến tranh thế giới thứ Hai

Ít người biết rằng những chiếc điều khiển từ xa đầu tiên trên thế giới được

ra đời nhằm mục đích phụ vụ cho chiến tranh Các loại điều khiển từ xabằng tần số vô tuyến xuất hiện vào Thế chiến I nhằm hướng dẫn các tàu hảiquân Đức đâm vào thuyền của quân Đồng Minh

Đến Thế chiến II, điều khiển từ xa dùng để kích nổ những quả bom Sauchiến 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 aicũng đã từng sử dụng điều khiển từ xa để điều khiển một thiết bị nào đó

Ô tô có hệ thống khóa điện điều khiển từ xa và hệ thống điều khiển vị trí ghế ngồi.

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 công nghệ này Hiện nay trong đời sống, chúng

ta sử dụng rất nhiều loại điều khiển từ xa

Thiết bị chủ yếu gồm 2 phần : Phần phát và phần thu Để tín hiệu được

SÓNG SIÊU ÂM

Siêu âm là một kĩ thuật trong lĩnh vực điện tử, nó được ứng dụng trongnhiều lĩnh vực như: y học, công nghiệp và dân dụng Trong đó, lĩnh vựcứng dụng siêu âm rộng rãi và quan trọng nhất là kĩ thuật và Y học Sóngsiêu âm có một ưu điểm đặc biệt là không gây những tác động xấu về sinhhọc đối với cơ thể người như tia X quang hay phóng xạ hạt nhân Cùng với

sự phát triển của công nghệ số, các thế hệ của thiết bị siêu âm đã mở rộngkhả năng ứng dụng siêu âm ngày càng cao và đa dạng

Khái niệm chung về sóng siêu âm:

Siêu âm là những âm có tần số lớn hơn 20.000 Hz Tai ta không nghe đượcsiêu âm Một số sinh vật nhận biết được siêu âm như chó , dơi… Vềphương diện vật lý, âm nghe được hay không nghe được (hạ âm , sêu âm)không có gì khác nhau về bản chất, chúng chỉ khác nhau về phương diệnsinh lý: thích hợp hoặc không thích hợp với tai ta

Tốc độ lan truyền của siêu âm phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ môitrường truyền âm, không phụ thuộc vào tần số Tốc độ truyền âm trongkhông khí là rất thấp khoảng 342m/s, trong cơ thể khoảng 1540m/s.Năng lượng siêu âm: là động năng dao động và thế năng đàn hồi của cácphần tử trong môi trường

Nguồn phát siêu âm:

Nguồn siêu âm là một nguồn đặc biệt , thông dụng nhất là dùng hiệu ứng

áp điện và hiện tượng từ giảo

1/ Chuyển đổi áp điện bên ngoài 2 trục:trục kéo và trục nén( X, Y) , còn 1trục nữa là trục Z (trục ngang) 3 trục này vuông góc với nhau trongkhông gian 3 chiều.Nếu cắt tinh thể thạch anh theo chiều vuông góc vớitrục Z và đặt miếng thạch anh vào 2 cực tụ điện phẳng Sau đó nối 2 cực

với nguồn điện áp xoay chiều có tần số lớn thì bản thạch anh sẽ bị co dãnliên tục và phát ra siêu âm có tần số tới 50MHz.

2/ Nguồn siêu âm được tạo ra từ hiện tượng từ giảo:

Một thanh sắt non đặt trong từ trường biến thiên của cuộn dây điện cao tần.Thanh sắt bị co dãn và phát ra siêu âm có tần số khoảng 20.000 Hz

Kỹ thuật hiện nay đã tạo ra được nguồn siêu âm có tần số tới 10^9 Hz.Bước sóng của chúng trong không khí khoảng từ 2 cm đến 5 10^-3 cm.3/ Trong lĩnh vực y học, siêu âm là một kĩ thuật sử dụng sóng âm thanh cótần số cao ( vài MHz ) và khả năng dội ngược của nó Kĩ thuật này thìtương tự như khả năng phản ứng dội âm của dơi, cũng như thiết bị pháthiện tàu ngầm SONAR (sound navigation ranging ) sử dụng dưới

biển Người ta phát và thu sóng siêu âm thông qua tinh thể áp điện

Nguyên lý phát sóng siêu âm:

Khi đưa điện áp xoay chiều có tần số thích hợp (tần số cộng hưởng) vàotinh thể áp điện, nó sẽ co lại và giãn ra để tạo ra sóng siêu âm Ngược lại,khi tinh thể áp điện nhận sóng siêu âm có có tần số thích hợp, nó sẽ co vàgiãn để tạo ra một xung điện xoay chiều, xung điện này

sẽ được khuếch đại đưa đến bộ xử lý tiếp sau đó

Hình ảnh và thông số kỹ thuật của vài cảm biến siêu âm

Cảm biến siêu âm dùng để điều khiển mực chất lỏng,đo khoảng cách độ cao

dây bị đứt,phát hiện xe,phát hiện chiều cao….và nhiều ứng dụng quan trọngkhác trong cuộc sống.

Loại: 1 chân cho trig/echo hoặc 2 chân tương thích SRF04

Đầu vào kích khởi: 1 chân cho trig/echo hoặc 2 chân tương thích SRF04 Xung va đập : Mức tín hiệu TTL dương, bề rộng đối xứng

Kích thước: 43mm x 20mm x 17mm

Tín hiệu tương tự : Biến thiên 40- 700 trong 16 bước

Đầu nối : Bus tiêu chuẩn I2C

Định thời : Tín hiệu về trong toàn thời gian làm việc, quản lí chức năng tự do

Đơn vị- : uS, mm hoặc inches

Kích thước :32mm x 15mm x 10mm

Đường kính tia siêu âm: 15°

Đầu nối: Bus tiêu chuẩn I2C.

Định thời: Tín hiệu liên tục trong toàn thời gian làm việc, quản lí các chức năng tự do.

Đơn vị: uS, mm , inches

Kích thước: 34mm x 20mm x 19mm

ỨNG DỤNG CỦA SÓNG SIÊU ÂM

1.Siêu âm trong y học:

Trong ngành y tế, rada siêu âm giúp các bác sĩ có thể nhìn rõ cấu trúc nộitại của cơ thể, chẩn đoán chính xác khối u, thai nhi- Siêu âm còn được ứngdụng rộng rãi trong kỹ thuật gia công kim loại Sóng siêu âm là sóng cơ

đàn hồi mang năng lượng, có thể làm sạch bề mặt các chi tiết trước khi giacông như mạ, hàn.

Ứng dụng trong siêu âm tim:

Siêu âm trong lòng động mạch vành :

Kỹ thuật siêu âm đầu dò là với một đầu dò siêu nhỏ, đi sâu vào trong lòngđộng mạch vành chẩn đoán và cho kết quả chính xác đến từng mm sẽ làmột lợi thế cho các bác sĩ nhưng quan trọng nhất là người bệnh sẽ được cứuchữa kịp thời và chính xác

2.Siêu âm trong quân sự:

Rada siêu âm (Sona) dùng để phát hiện các mục tiêu dưới nước như thăm

đò đáy biển, phát hiện tàu ngầm, đàn cá.Ưu điểm của siêu âm là ít bị suygiảm trong môi trường nước

Các thiết bị siêu âm trên các tàu hải quân:

Gepard là loại tàu chiến có khả năng tàng hình, săn tàu ngầm và chốnghạm, khả năng săn ngầm là nhờ cảm biến siêu âm (sonar) thả dưới nước thuphát tín hiệu siêu âm và dò tiếng động cơ và chuyển đông của tàu ngầm sau

đó bắn ngư lôi để tiêu diệt tàu ngầm Gepard chở trên nó 1 trực thăng Ka đểsăn ngầm từ xa

Tàu Impeccable : Giàn phát và thu siêu âm trên tàu Impeccable cho phép

nó phát hiện và theo dõi tàu ngầm ở rất xa và chạy rất êm

3.Siêu âm trong cuộc sống hằng ngày:

A,Máy đuổi chuột:

Nhiều thí nghiệm đã xác định hiệu quả siêu âm đối với các loại côn trùnggặm nhấm Đối với các loại gặm nhấm (chuột) , tín hiệu siêu âm được

số trên cũng có tác dụng với cả muỗi, sâu bọ và các loài gặm nhấm khác ởtrong diện tích 225m2 Nếu ta tăng công suất thì có thể đuổi được cả chim.

B,Đo chiều dày bằng siêu âm:

Đo chiều dày bằng siêu âm là kỹ thuật kiểm tra không phá huỷ được sửdụng rộng rãi để đo chiều dày vật liệu từ một bên Thiết bị siêu âm đầutiên, sử dụng nguyên lý thu từ sóng siêu âm, được giới thiệu vào cuối năm

1940 Thiết bị nhỏ, sách tay tiện lợi cho nhiều ứng dụng khác nhau trở nênrộng rãi vào năm 1970 Sau đó chúng được cải tiến ngày càng nhỏ gọn và

dễ sử dụng, được dùng phổ biến

Máy đo chiều dày bằng siêu âm

C,Phương pháp đo độ sâu của đáy sông ,đáy biển , xác định chướng ngại vật:

Vì siêu âm ít bị hấp thụ trong chất lỏng nên ta sử dụng siêu âm đo độ sâumức nước Để xác định độ sâu của luồng đi , dưới các con tầu lớn , người tathường lắp máy phát và máy thu siêu âm Luồng siêu âm được phát ra gặpđáy sông , đáy biển hoặc chượng ngại phản xạ vào máy thu, nếu biết vậntốc truyền siêu âm trong nước ta có thể tính toán được chiều sâu của đáysông , đáy biển hoặc độ sâu chướng ngại

Tính theo công thức: h=vt/2

Trong đó: h là độ sâu nguồn phát tới đáy

v: tốc độ truyền siêu âm.

t: thời gian từ thời điểm phát siêu âm đến thời điểm thu đượcsiêu âm phản xạ

Máy đo lưu lượng chất lỏng bằng siêu âm

Ứng dụng: Dùng để đo chính xác lưu lượng chất lỏng bên trong đường ống.Ứng dụng trong các ngành xử lý nước, thực phẩm, hoá chất, hoá dầu, dược

Kết luận : Từ những tìm hiểu trên , chúng em kết luận sóng siêu âm chỉ

dùng trong môi trường nước , hoặc truyền qua 2 môi trường khác nhau (chủyếu là trong chất lỏng )

Siêu âm chỉ truyền trong môi trường giãn nở (trừ chân không) do sóng siêu

âm là sóng dọc: tức là giao động cùng chiều với chiều lan truyền sóng Sóng âm tạo nên một sức ép làm thay đổi áp lực môi trường

Tốc độ lan truyền của siêu âm phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ môitrường truyền âm, không phụ thuộc vào tần số

Vì thế , trong đề tài này , chúng em không sử dụng sóng siêu âm

Điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại (IR)

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

Nguyên lý cơ bản của loại điều khiển từ xa này là sử dụng ánh sáng hồngngoại của quang phổ điện từ mà mắt thường không thấy được để chuyển tínhiệu 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 độngkhiến các thiết bị cần điều khiển sẽ thực hiện lệnh của nút bấm đó

Sơ đồ bộ điều khiển từ xa

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

âm lượng” chẳng hạn, nó sẽ chạm vào núm tiếp điểm bên dưới và nối kínmột mạch tăng âm lượng trên bản mạch Các mạch tích hợp có thể tự dòtìm 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 chuỗicác xung ánh sáng chứa các mã nhị phân (gồm những dãy số 1 và 0) tươngứng với lệnh “tăng âm lượng” Mã lệnh này gồm nhiều mã con như khởiđộng, tăng âm lượng, mã địa chỉ thiết bị và ngừng lại khi ta thả nút ra.

Về phía bộ phận cần điều khiển, nó sẽ gồm một bộ thu tín hiệu hồng ngoạinằm ở mặt trước để có thể dễ dàng nhận được tín hiệu từ điều khiển từ xa.Sau khi đã xác minh mã địa chỉ này xuất phát đúng từ chiếc điều khiển củamình, chúng sẽ giải mã các xung ánh sáng thành các dữ liệu nhị phân để bộ

vi xử lý của thiết bị có thể hiểu được và thực hiện các lệnh tương ứng.Hiện nay, ta sử dụng thiết bị điều khiển IR cho hầu hết các vật dụng trongnhà như tivi, máy stereo, điều hòa nhiệt độ… Chúng rất bền, tuy nhiên lại

có hạn chế liên quan đến bản chất chỉ truyền theo đường thẳng của ánhsáng Do đó, loại điều khiển IR có tầm hoạt động chỉ có khoảng 10 mét vàcũng không thể truyền qua các bức tường hoặc vòng qua các góc Chúngchỉ hoạt động tốt khi ta trỏ thẳng hay gần vị trí bộ thu của vật dụng cầnđiều khiển

Ngoài ra, nguồn ánh sáng hồng ngoại có ở khắp nơi như ánh sáng mặt trời,bóng đèn huỳnh quang, từ cơ thể con người… nên có thể làm cho điềukhiển IR bị nhiễu sóng Để tránh hiện tượng này, người ta phải cài đặt cho

bộ lọc của các bộ phận thu chỉ thu nhận những bước sóng đặc biệt hoặc tần

số riêng biệt của ánh sáng hồng ngoại phù hợp với nó và chặn ánh sáng ởbước sóng khác để hạn chế sự nhiễu sóng một cách tối đa

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

RF ( Radio frequence ): tần số sóng radio ( sóng vô tuyến) Radio thực

chất là sóng điện từ ( bức xạ điện từ ) Sóng điện từ có tần số từ 3Hz 3GHz, sinh ra do một điện tích điểm dao động Sóng điện từ có đầy đủ cáctính chất như sóng cơ học, nhưng sóng cơ học truyền đi trong những môi

-sự biến dạng của một môi trường đàn hồi nào cả, vì vậy nó truyền được cảtrong chân không Sóng điện từ bản chất là sóng nên nó thừa hưởng các đặctính như giao thoa, cộng hưởng, triệt tiêu, nhiễu, và có thể lan truyền đi

xa trong môi trường nước, chân không, không khí

Điều khiển từ xa bằng tần số vô tuyến (RF) là loại điều khiển từ xa xuấthiện đầu tiên và đến nay vẫn giữ một vai trò quan trọng và phổ biến trongđời sống Nếu điều khiển IR chỉ dùng trong nhà thì điều khiển RF lại dùngcho nhiều vật dụng bên ngoài như các thiết bị mở cửa gara xe, hệ thống báohiệu cho xem các loại đồ chơi điện tử từ xa thậm chí kiểm soát vệ tinh vàcác hệ thống máy tính xách tay và điện thoại thông minh…

Một số điều khiển từ xa

Với loại điều khiển này, nó cũng sử dụng nguyên lý tương tự như điềukhiển bằng tia hồng ngoại nhưng thay vì gửi đi các tín hiệu ánh sáng, nó lạitruyền 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 So vớiloại điều khiển IR, lợi thế lớn nhất của nó chính là phạm vi truyền tải rộng,

có thể sử dụng cách thiết bị cần điều khiển đến hơn 30 mét đồng thời có thểđiều khiển xuyên tường, kính…

Tuy nhiên, nó cũng có hạn chế đó là tín hiệu vô tuyến cũng có mặt khắpnơi trong không gian do hàng trăm loại máy móc thiết bị dùng các tín hiệu

vô tuyến tại các tần số khác nhau Do đó, người ta tránh nhiễu sóng bằngcách truyền ở các tần số đặc biệt và nhúng mã kỹ thuật số địa chỉ của thiết

bị nhận trong các tín hiệu vô tuyến Điều này giúp bộ thu vô tuyến trênthiết bị hồi đáp tín hiệu tương ứng một cách chính xác

Hiện nay, cả hai loại điều khiển này đều được ứng dụng hết sức rộng rãitrong đời sống Người ta còn tích hợp cả hai lại để tạo thành những loạiđiều khiển từ xa vạn năng có thể điều khiển nhiều loại thiết bị cùng lúc haychỉ cần bấm một nút sẽ tự động thực hiện một chuỗi lệnh tuần tự Ngoài ra,con người còn cải tiến các bộ mở rộng nhằm chuyển đổi tín hiệu vô tuyếnthành các xung hồng ngoại nhằm mở rộng phạm vi điều khiển hoạt độngcủa các thiết bị trong gia đình…

Ứng dụng sóng RF và hướng phát triển đề tài :

Sóng RF là sóng chúng em sử dụng để chế tạo mạch , có rất nhiều ứngdụng thú vị của sóng RF mà chúng em chưa tìm hiểu hết được

1,Hệ thống điều khiển từ xa trong tòa nhà:

Gồm 03 bộ điều khiển cầm tay (phòng khách, phòng bố mẹ, phòng trẻ) và

01 đầu thu RF, trong khoảng cách 100m gia chủ có thể điều khiển bất kìmột thiết bị ở bất cứ vị trí nào mà không bị cản trở bởi vách kính, tường, tủgỗ Tính tiện nghi còn được thể hiện ở chỗ chỉ cần nhấn một phím toàn bộcác nhóm đèn chiếu sáng của cảnh “Sinh hoạt” sẽ tắt đi hoặc giảm độ sáng

và chuyển sang cảnh “Xem phim”…Ngoài ra còn có các hệ thống :

Hệ thống điều khiển và giám sát qua màn hình LCD

Hệ thống tự động điều khiển theo thời gian

Hệ thống tự động điều khiển theo độ sáng và chuyển động

Hệ thống báo cháy, khói

Hệ thống an ninh, báo động

2,Bộ điều khiển từ xa:

Từ tầng 7 trong nhà, có thể điều khiển tivi, đầu dvd hoặc bất cứ thiết bị gì

có điều khiển hồng ngoại

Nguyên tắc hoạt động: Bộ phát chuyển tín hiệu hồng ngoại từ điều khiểnthành tín hiệu radio RF phát đi, bộ thu nhận tín hiệu RF và chuyển lại thànhtín hiệu hồng ngoại phát tới Tivi, dvd,

Có thể khóa cửa xe phòng mất cắp dù đang ở văn phòng còn xe thì đang ởnhà, hoặc theo dõi hoạt động và lộ trình của xe nếu như cho ai đómượn.Bên cạnh khả năng điều khiển xe, công nghệ của GM còn cho phépliên tục theo dõi tình trạng của xe trên chiếc điện thoại nhỏ bé của mình,chẳng hạn theo dõi mức xăng, độ mới của dầu, áp suất lốp, mức tiêu haonhiên liệu trung bình của xe

Đấy là 1 trong những ứng dụng giữa dụng công nghệ cao hiện tại đangđược sử dụng rất nhiều trên thế giới

SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÝ :

sẽ nhận được sóng này Khi đó , còi và đèn gắn trên bộ thu sẽ phát âmthanh và phát sáng , nhờ đó ta biết vị trí vật

Các nút

Điều

Khiển

Vi điều khiển Atmega 16

Module phát sóng RF

Module thu sóng RF

Vi điều khiển Atmega 16

Các đầu ra các thiết bị

Phần phát : nút bấm nối với vi điều khiển Khi ấn nút , vi điều khiển gửi tínhiệu đến modul phát , truyền qua anten phát tín hiệu ra xung quanh Đồngthời LCD được nối với vi điều khiển sẽ hiển thị tên của vật cần tìm (vítiền , chìa khóa , điện thoại …).

Phần thu: anten ở bộ thu sau khi nhận tín hiệu sẽ gửi qua modul thu sóng ,đến vi điều khiển , vi điều khiển sẽ kích còi phát tiếng và đèn phát sáng

CHƯƠNG II : CÁC THIẾT BỊ CỦA HỆ THỐNG

PHẦN I : VI ĐIỀU KHIỂN AVR ATMEGA16

1,Giới thiệu AVR

Vi điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chíp, nó thường được

sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử.Vi điều khiển, thực chất, là một

hệ thống bao gồm một vi xử lý có hiệu suất đủ dùng và giá thành thấp(khác với các bộ vi xử lý đa năng dùng trong máy tính) kết hợp với cáckhối ngoại vi như bộ nhớ, các mô đun vào/ra, các mô đun biến đổi số sangtương tự và tương tự sang số, Ở máy tính thì các mô đun thường đượcxây dựng bởi các chíp và mạch ngoài

Vi điều khiển thường được dùng để xây dựng các hệ thống nhúng Nó xuấthiện khá nhiều trong các dụng cụ điện tử, thiết bị điện, máy giặt, lò vi sóng,điện thoại, đầu đọc DVD, thiết bị đa phương tiện, dây chuyền tự động…

VI ĐIỀU KHIỂN AVR

Vi điều khiển AVR (Atmel Norway design) thuộc họ vi điều khiển Atmel,

nó là họ Vi điều khiển khá mới trên thị trường

Đây là họ Vi Điều Khiển được chế tạo theo kiến trúc RISC (ReducedIntruction Set Computer) có cấu trúc khá phức tạp Ngoài các tính năngnhư các họ VĐK khác, nó còn tích hợp nhiều tính năng mới rất tiện lợi chongười thiết kế và lập trình

Sự ra đời của AVR bắt nguồn từ yêu cầu thực tế là hầu hết khi cần lập trìnhcho vi điều khiển, thường dùng những ngôn ngữ bậc cao HLL (Hight LevelLanguage) để lập trình ngay cả với loại chip xử lí 8 bit trong đó ngôn ngữ

C là ngôn ngữ phổ biến nhất Tuy nhiên khi biên dịch thì kích thước đoạn

mã sẽ tăng nhiều so với dùng ngôn ngữ Assembly Hãng Atmel nhận thấyrằng cần phải phát triển một cấu trúc đặc biệt cho ngôn ngữ C để giảmthiểu sự chênh lệch kích thước mã đã nói trên Và kết quả là họ vi điều

thêm vào đó là thực hiện lệnh đúng đơn chu kỳ máy với 32 thanh ghi tíchlũy và đạt tốc độ nhanh hơn các họ vi điều khiển khác từ 4 đến 12 lần

PHÂN LOẠI AVR

• AT90S8535: Không có lệnh nhân hoặc chia trên thanh ghi

• ATMEGA 8, 16, 32 (AVR loại 8 bit, 16 bit, 32 bit): Là loại AVR tốc độcao, tích hợp sẵn ADC 10 bit

• AVR tích hợp sẵn LCD driver : Atmega169,329

• AVR có tích hợp SC (power stage controller): AT90PWM thường dùngtrong các ứng dụng điều khiển động cơ hay chiếu sáng nên còn gọi làlighting AVR

• Attiny11, 12, 15: AVR loại nhỏ

Một số chip AVR thông dụng:

AT90S1200

AT90S2313

AT90S2323 and AT90S2343

AT90S2333 and AT90S4433

AT90S4414 and AT90S8515

AT90S4434 and AT90S8535

Chúng em lựa chọn AVR atmega16 vì các đặc điểm nổi trội :

So với các chip vi điều khiển 8 bits khác, AVR atmega16 có nhiều đặc tínhhơn hẳn, hơn cả trong tính ứng dụng (dễ sử dụng) và đặc biệt là về chứcnăng:

1 Gần như chúng ta không cần mắc thêm bất kỳ linh kiện phụ nào khi

sử dụng , thậm chí không cần nguồn tạo xung clock cho chip (thường

là các khối thạch anh)

2 Thiết bị lập trình (mạch nạp) cho AVR rất đơn giản, có loại mạchnạp chỉ cần vài điện trở là có thể làm được Một số AVR còn hỗ trợlập trình on – chip bằng bootloader không cần mạch nạp…

3 Bên cạnh lập trình bằng ASM, cấu trúc AVR được thiết kế tươngthích C

4 Nguồn tài nguyên về source code, tài liệu, application note…rất lớntrên internet

5 Hầu hết các chip AVR có những tính năng (features) sau:

 Có thể sử dụng xung clock lên đến 16MHz, hoặc sử dụng xungclock nội lên đến 8 MHz (sai số 3%)

 Bộ nhớ chương trình Flash có thể lập trình lại rất nhiều lần vàdung lượng lớn, có SRAM (Ram tĩnh) lớn, và đặc biệt có bộ nhớlưu trữ lập trình được EEPROM

 Bộ nhớ chương trình Flash có thể lập trình lại rất nhiều lần vàdung lượng lớn, có SRAM (Ram tĩnh) lớn, và đặc biệt có bộ nhớlưu trữ lập trình được EEPROM.

 Nhiều ngõ vào ra (I/O PORT) 2 hướng (bi-directional)

 8 bits, 16 bits timer/counter tích hợp PWM

 Các bộ chuyển đối Analog – Digital phân giải 10 bits, nhiều kênh

 Chức năng Analog comparator

 Giao diện nối tiếp USART (tương thích chuẩn nối tiếp RS-232)

 Giao diện nối tiếp Two –Wire –Serial (tương thích chuẩn I2C)Master và Slaver

 Giao diện nối tiếp Serial Peripheral Interface (SPI)

ATmega16

-Dải điện áp : 4.5V-5.5V

-Công suất cao, tiêu thụ năng lượng thấp

-32 thanh ghi đa mục đích 8 bít, 16 MIPS tại tần số đặt 16 MHz.-Bộ nhân 2 chu kỳ On-chip, Power-on Reset và Brown-out Detection

có thể lập trình, bộ dao động RC bên trong có thể lập trình các mức.-5 Mode ngủ (Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down

và Standby), có khả năng Reset khi bật nguồn, khả năng dò lỗiBrown out lập trình được, có nguồn ngắt trong và ngắt

-Cấu trúc RISC tiến với 130 lệnh với chu kỳ thực hiện đơn xung lớnnhất

Các đặc điểm chính:

1- Kiến trúc RISC với hầu hết các lệnh có chiều dài cố định, truy nhập

bộ nhớ nạp – lưu trữ và 32 thanh nghi đa năng

2- Có nhiều bộ phận ngoại vi ngay trên chip, bao gồm: Cổng và/ra số,

bộ biến đổi ADC, bộ nhớ EEFROM, bộ định thời, bộ điều chế độ rộngxung (PWM), …

3- Hầu hết các lệnh đều thực hiện trong một chu kỳ xung nhịp

4- Hoạt động với chu kỳ xung nhịp cao, có thể lên đến 20 MHz tuỳthuộc từng loại chip cụ thể

5- Bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu được tích hợp ngay trên chip.6- Khả năng lập trình được trong hệ thống, có thể lập trình được ngaykhi đang được cấp nguồn trên bản mạch không cần phải nhấc chip ra khỏibản mạch

7- Hỗ trợ cho việc lập trình bằng ngôn ngữ bậc cao – ngôn ngữ C

2, Các Đặc Tính

* Hiệu năng cao, tiêu thụ năng lượng ít

* Kiến trúc RISC

- 131 lệnh mạnh, hầu hết các lênh thực hiện trong một chu kỳ

- 32 Thanh ghi 8-bit đa năng

- Tốc độc thực hiện lên tới 20 triệu lệnh trong 1 giây với tần số 20MHz

- Có 2 bộ nhân, mỗi bộ thực hiện trong thời gian 2 chu kỳ

* Các bộ nhớ chương trình và dữ liệu cố định

- 8 Kb bộ nhớ flash có khả năng tự lập trình trong hệ thống

Có thể thực hiện được 10.000 lần ghi/xoá

- Vùng mã Boot tuỳ chọn với những bit khoá độc lập

Thao tác đọc trong khi nghi thực sự

- 512 bytes EEFROM

Có thể thực hiện 100.000 lần ghi /xoá

- 1Kb SRAM bên trong

- 6 kênh, ADC 10 bit

- Giao điện nối tiếp 2 dây hướng tới byte

- Bộ truyền tin nối tiếp USART khả trình

- Giao diện SPI chủ / tớ

- Watchdog Timer khả trình với bộ tạo dao động bên trong riêng biệt

- Máy so mẫu tương tự bên trong

- Ngắt và đánh thức theo sự thay đổi của các chân

Sơ đồ khối

Hình 1.1 Sơ đồ khối vi điều khiển AVR

Cốt lõi của AVR là sự kết hợp tập lệnh đầy đủ với các thanh ghi đa năng 32bit Tất cả các thanh ghi 32 bit này liên kết trực tiếp với khối xử lý số học

và logic (ALU) cho phép 2 thanh ghi độc lập được truy cập trong một lệnhđơn trong 1 chu kỳ đồng hồ Kết quả là tốc độ nhanh gấp 10 lần các bộ viđiều khiển CISC thường

3, Tổ chức của AVR

AVR có cấu trúc Harvard, trong đó đường truyền cho bộ nhớ dữ liệu(data memory bus) và đường truyền cho bộ nhớ chương trình (programmemory bus) được tách riêng Data memory bus chỉ có 8 bit và được kếtnối với hầu hết các thiết bị ngoại vi, với register file (tập tin thanh ghi)

Trong khi đó program memory bus có độ rộng 16 bits và chỉ phục vụ choinstruction registers ( tập ghi lệnh ) Hình 1 mô tả cấu trúc bộ nhớ củaAVR.

Bộ nhớ chương trình (Program memory): Là bộ nhớ Flash lập trìnhđược, trong các chip AVR cũ (như AT90S1200 hay AT90S2313…) bộ nhớchương trình chỉ gồm 1 phần là Application Flash Section nhưng trong cácchip AVR mới chúng ta có thêm phần Boot Flash setion Thực chất,application section bao gồm 2 phần: phần chứa các instruction (mã lệnhcho hoạt động của chip) và phần chứa các vector ngắt (interrupt vectors).Các vector ngắt nằm ở phần đầu của application section và dài đến baonhiêu tùy thuộc vào loại chip Phần chứa instruction nằm liền sau đó,chương trình viết cho chip phải được load vào phần này

Vì chức năng chính của bộ nhớ chương trình là chứa instruction,chúng ta không có nhiều cơ hội tác động lên bộ nhớ này khi lập trình chochip, vì thế đối với người lập trình AVR, bộ nhớ này “không quá quantrọng” Tất cả các thanh ghi quan trọng cần khảo sát nằm trong bộ nhớ dữliệu của chip

Hình 2 Thanh ghi 8 bits.

Tất cả các chip trong họ AVR đều bao gồm 32 thanh ghi Register File cóđịa chỉ tuyệt đối Mỗi thanh ghi có thể chứa giá trị dương từ 0 đến 255 hoặccác giá trị có dấu từ -128 đến 127 …Các thanh ghi này được đặt tên theothứ tự là R0 đến R31 Chúng được chia thành 2 phần, phần 1 bao gồm cácthanh ghi từ R0 đến R15 và phần 2 là các thanh ghi R16 đến R31 Cácthanh ghi này có các đặc điểm sau:

Được truy cập trực tiếp trong các instruction

Các toán tử, phép toán thực hiện trên các thanh ghi này chỉ cần 1 chu kỳxung clock

Register File được kết nối trực tiếp với bộ xử lí trung tâm – CPU của chip.Chúng là nguồn chứa các số hạng trong các phép toán và cũng là đích chứakết quả trả lại của phép toán

Thanh ghi R0 là thanh ghi duy nhất được sử dụng trong instructionLPM (Load Program Memory) Các thanh ghi R26, R27, R28, R29, R30 vàR31 ngoài chức năng thông thường còn được sử dụng như các con trỏ(Pointer register) trong một số instruction truy xuất gián tiếp

Hình 3 : mô tả các chức năng phụ của các thanh ghi

Tóm lại 32 RF của AVR được xem là 1 phần của CPU, vì thế chúng đượcCPU sử dụng trực tiếp và nhanh chóng, để gọi các thanh ghi này, ta khôngcần gọi địa chỉ mà chỉ cần gọi trực tiếp tên của chúng RF thường được sửdụng như các toán hạng (operand) của các phép toán trong lúc lập trình Phần 2: là phần nằm ngay sau register file, phần này bao gồm 64thanh ghi được gọi là 64 thanh ghi nhập/xuất (64 I/O register) hay còn gọi

là vùng nhớ I/O (I/O Memory) Vùng nhớ I/O là cửa ngõ giao tiếp giữaCPU và thiết bị ngoại vi Tất cả các thanh ghi điều khiển, trạng thái…củathiết bị ngoại vi đều nằm ở đây Nếu muốn truy xuất các thiết bị ngoại vikhác như Timer, chuyển đổi Analog/Digital, giao tiếp USART…đều thựchiện thông qua việc điều khiển các thanh ghi trong vùng nhớ này

Vùng nhớ I/O có thể được truy cập như SRAM hay như các thanh ghi I/

O Các thanh ghi trong vùng I/O không được hiểu theo tên gọi như cácRegister file Tuy nhiên, trong hầu hết các phần mềm lập trình cho AVR,địa chỉ của tất cả các thanh ghi trong vùng I/O đều được định nghĩa trướctrong 1 file Definition, chỉ cần đính kèm file này vào chương trình là có thểtruy xuất các thanh ghi với tên gọi của chúng

Phần 3: RAM tĩnh, nội (internal SRAM), là vùng không gian cho chứacác biến (tạm thời hoặc toàn cục) trong lúc thực thi chương trình, vùng nàytương tự các thanh RAM trong máy tính nhưng có dung lượng khá nhỏ(khoảng vài KB, tùy thuộc vào loại chip)

Phần 4: RAM ngoại (external SRAM), các chip AVR cho phép người

sử dụng gắn thêm các bộ nhớ ngoài để chứa biến, vùng này thực chất chỉtồn tại khi nào người sử dụng gắn thêm bộ nhớ ngoài vào chip

Phần 5: EEPROM (Electrically Ereasable Programmable ROM) là mộtphần quan trọng của các chip AVR mới, vì là ROM nên bộ nhớ này không

bị xóa ngay cả khi không cung cấp nguồn nuôi cho chip, rất thích hợp chocác ứng dụng lưu trữ dữ liệu Như trong hình 1, phần bộ nhớ EEPROMđược tách riêng

4, Sơ Đồ Các Chân

Các chân của port D từ PD0 đến PD5, PD7 là chân I/O Các chân của port D còn được

sử dụng cho các chức năng đặc biệt khác như được liệt kê dưới đây Port D cũng nhận một số tín hiệu điều khiển để lập trình và kiểm tra bộ nhớ Flash.

PD0 RxD Nhận dữ liệu của port nối tiếp

PD3 INT1 Ngõ vào ngắt ngoài 1

Để kích chip từ nguồnxung clock bênngoài, chân XTAL 2 sẽ không kết nốitrong khi chân ATAL 1 được kích như được trình bày ở hình 1.4 Không

có yêu cầu nào về chu kỳ nhiệm vụ (duty cycle) của tín hiệu xung clockbên ngoài vì ngõ vào đến mạch vì ngõ vào đến mạch tạo xung clock bêntrong sẽ đi qua một flipflop làm nhiệm vụ chia 2 tần số, nhưng các đặc tính

về điện áp tối thiểu và tối đa của mức cao và mức thấp phải được xem xét.Lưu ý: C1,C2=30pF10pF đối với các thạch anh ; C1,C2=40pF10pF đốivới các bộ cộng hưởng gốm

Cấu hình kích xung clock bên ngoài

I/O Port :

Các cổng vào ra của AVR đều có tính năng true Read – Modify – Write khi

sử dụng chúng như các cổng vào ra thường Nghĩa là chiều vào/ra của mộtchân có thể thay đổi riêng biệt mà không làm ảnh hưởng tới chiều vào/racủa các chân khác bằng các lệnh SBI và CBI Tương tự với giá trị out ra(khi cấu hình cổng là cổng output) cũng như là việc cho phép hay khôngcho phép trở treo ở các chân Bộ đệm ra có đặc tính lái dòng đối xứng với

cả việc hút và tạo dòng Bộ lái dòng đủ mạnh để điều khiển LED (20 mAtheo như [1]) Các chân có thể chọn điện trở treo một cách độc lập Tất cảcác chân đều có diode bảo vệ Dễ dàng thấy từ hình vẽ dưới các diode này

sẽ bảo vệ các chân khỏi việc điện áp quá lớn từ ngoài ảnh hưởng đến viđiều khiển Khi điện áp lớn hơn Vcc hoặc nhỏ hơn GND nó sẽ bị hạn biên

về giá trị Vcc hoặc GND

Mỗi PORT chiếm 3 địa chỉ trong vùng bộ nhớ vào/ra cho thanh ghi dữ liệuPORT, thanh ghi chiều vào/ra của PORT và PORT INPUT PINS RiêngPORT INPUT PINS là bộ nhớ chỉ đọc Thêm vào đó, bit Pull – Up Disable,PUD chứa trong thanh ghi SFIOR sẽ không cho phép điện trở pull up khiset bit này.

Sơ đồ khối của cổng