bao cao đô án nhúng

thiết kế bộ điểu khiển từ xa bằng hồng ngoại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRƯỜNG ĐHKTCN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Nhóm Sinh viên : 1 Nguyễn Thành Luân.

2 Hà Quang Tiến

3 Bùi Đức Thuận

Lớp: 44X Ngành : Đo Lường Điều Khiển Tự Động.

1.Tên đề tài:

Thiết kế mạch giải mã tín hiệu hồng ngoại từ IR Remote.

2 Nội dung thuyết minh tính toán

Xác định yêu cầu

Thông qua phầnThiết kế

Thông qua phầnXây dựng hệ thống Đồng ý cho bảo vệ

TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN

ThS Nguyễn Tuấn Linh

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

ThS Nguyễn Tuấn Anh

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

………

…

………

…

………

…

………

…

Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 2012

Giáo Viên hướng dẫn

(Ký ghi rõ họ tên)

Nhận xét của giáo viên chấm

………

…

………

…

………

…

………

…

Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 2012

Giáo Viên hướng dẫn

(Ký ghi rõ họ tên)

Mục Lục

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 5

1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DÙNG HỒNG NGOẠI: 5

1.2 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CHO HỆ THỐNG: 7

1.3 YÊU CẦU VÀ RÀNG BUỘC CỦA HỆ THỐNG MỚI 7

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 9

2.1 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG THỂ 9

2.2 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG 9

2.3 GIẢN ĐỒ THỜI GIAN HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐKTX DÙNG HỒNG NGOẠI 11

2.4 CÁC MODULE TRONG HỆ THỐNG 11

2.5 SƠ ĐỒ GIẢI MÃ TÍN HIỆU 11

2.6 SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 12

2.7 LỰA CHỌN LINH KIỆN 13

CHƯƠNG 3 : XÂY DỰNG HỆ THỐNG 23

3.1 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 23

3.2 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 26

A- Sản phẩm 30

B- Định hướng phát triển đề tài 30

C - Tài liệu tham khảo 31

Lời nói đầu

Điều khiển từ xa là việc điều khiển một mô hình ở một khoảng cách nào đó màcon người không nhất thiết trực tiếp đến nơi đặt hệ thống Khoảng cách đó tùythuộc vào mức phức tạp khác nhau , Chắng hạn từ mặt đất có thể điều khiển một vệtinh hay tàu vũ trụ thì ta cần phải có hệ thống thu và phát mạnh Ngược lại để điềukhiển các thiết bị trong gia đình hay một trò chơi điện tử từ xa thì chỉ cần một hệthống thu và phát yếu hơn…

Những đối tượng điều khiển có thể ở trên không gian, ở dưới đáy biển sâu hay ởmột vùng xa xôi hẻo lánh nào đó trên địa cầu Việc ứng dụng điều khiển từ xa vàothông tin liên lạc đã mang lại nhiều thuận lợi cho xã hội loài người, thông tin đượccập nhật chính xác và nhanh chóng của quá trình điều khiển từ xa trong đo lường từ

xa Ngoài ra điều khiển từ xa còn được ựng dụng trong đo lường.Trước đây, muốn

đo độ phóng xạ của lò phản ứng hạt nhân thì hết sức khó khăn và phức tạp , nhưnghiện nay thì con người có thể ở nơi an toàn để đo được đo dược độ phóng xạ của lòphản ứng hạt nhân nhờ kỹ thuật điều khiển từ xa Như vậy hệ thống điều khiển từ xa

đã hạn chế mức phức tạp của công việc và đảm bảo an toàn cho con người

Những trò chơi giải trí (ro bot, xe điều khiển từ xa, máy bay….) cho đến nhữngứng dụng gần gũi với con người cũng được cải tiến cho phù hợp với việc sử dụng

và đạt mức tiện lợi nhất Điều khiển từ xa đã thâm nhập vào vấn đề này do đó cho ranhững loại tivi điều khiển từ xa, đầu video, VCD, CD ….đến quạt bàn tất cả dềuđược điều khiển từ xa Nó giúp nhiều cho cuộc sống của chúng ta ngày càng tiệnhơn

Xuất phát từ những ý tưởng trên nhóm chúng em đã chọn đề tài : Thiết kế hệthống điều khiển từ xa thiết bị điện gia đình dùng hồng ngoại Trong quá trìnhnghiên cứu và làm đề tài chúng em sẽ cố gắng tìm hiểu được cấu tạo cũng nhưnguyên lý hoạt động của mạch, và cố gắng đưa ra mạch thật, ứng dụng có hiệu quảtrong thực tế

Nhóm sinh viên thực hiện

1 Trần Xuân Vịnh

2 Nguyễn Văn Hạnh

3 Bùi Đức Thuận

từ xa bằng tia hồng ngoại, hệ thống điều khiển từ xa bằng cáp quang dây dẫn.

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

- Thiết bị phát: biến đổi lệnh điều khiển thành tin tức tín hiệu và phát đi

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

- Thiết bị thu: nhận tín hiệu điều khiển từ đường truyền, qua quá trình biến đổi, biếndịch để tái hiện lại lệnh điều khiển rồi đưa đến các thiết bị thi hành

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

- Phát tín hiệu điều khiển

- Sản sinh ra xung hoặc hình thành các xung cần thiết

- Tổ hợp xung thành mã

- 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 mã nhậnđược thành các lệnh điều khiển và đưa đến các thiết bị, đồng thời kiểm tra sự chínhxác của mã mới nhận

1.1.1 Một số vấn đề cơ bản trong hệ thống điều khiển từ xa:

Do hệ thống điêù khiển từ xa có những đường truyền dẫn xa nên ta cần phải nghiêncứu về kết cấu hệ thống để đảm bảo tín hiệu được truyền đi chính xác và nhanhchóng theo những yêu cầu sau:

a Kết cấu tin tức:

Trong hệ thống điều khiển từ xa độ tin cậy truyền dẫn tin tức có quan hệ rất nhiềuđến kết cấu tin tức Nội dung về kết cấu tin tức có hai phần: về lượng và về chất Vềlượng có cách biến lượng điều khiển và lượng điều khiển thành từng loại xung gìcho phù hợp, và những xung đó cần áp dụng những phương pháp nào để hợp thành

Thiết bị phát

Đường truyền Thiết bị thu

tin tức, để có dung lượng lớn nhất và tốc độ truyền dẫn nhanh nhất

b.Về kết cấu hệ thống:

Để đảm bảo các yêu cầu về kết cấu tin tức, hệ thống DKTX có các yêu cầu sau:

- Tốc độ làm việc nhanh

- Thiết bị phải an tòan tin cậy

- Kết cấu phải đơn giản

Hệ thống điều khiển từ xa có hiệu quả cao là hệ thống đạt tốc độ điều khiển cực đạiđồng thời đảm bảo độ chính xác trong phạm vi cho phép

1.1.2 Các phương pháp mã hóa trong điều khiển từ xa:

Trong hệ thống truyền thông tin rời rạc hoặc truyền thông tin liên tục nhưng đã được rời rạc hóa tin tức thường phải được biến đổi thông qua một phép biến đổi thành số (thường là số nhị phân) rồi mã hóa và được phát đi từ máy phát Ở máy thu, tín hiệu phải thông qua các phép biến đổi ngược lại với các phép biến đổi trên:

giải mã, liên tục hóa …

Sự mã hóa tín hiệu điều khiển nhằm tăng tính hữu hiệu và độ tin cậy của hệ thốgđiều khiển từ xa, nghĩa là tăng tốc độ truyền và khả năng chống nhiễu

Trong điều khiển từ xa ta thường dùng mã nhị phân tương ứng với hệ, gồm có haiphần tử [0] và [1]

Do yêu cầu về độ chính xác cao trong các tín hiệu điều khiển được truyền đi đểchống nhiễu ta dùng loại mã phát hiện và sửa sai

Mã phát hiện và sửa sai thuộc loại mã đồng đều bao gồm các loại mã: mã pháthiện sai, mã sửa sai, mã phát hiện và sửa sai

Dạng sai nhầm cuả các mã được truyền đi tùy thuộc tính chất của kênh truyền,chúng có thể phân thành 2 lọai:

- Sai độc lập: Trong quá trình truyền, do nhiều tác động, một hoặc nhiều ký hiệutrong các tổ hợp mã có thể bị sai nhầm, nhưng những sai nhầm đó không liên quannhau

- Sai tương quan: Được gây ra bởi nhiều nhiễu tương quan, chúng hay xảy ra trongtừng chùm, cụm ký hiệu kế cận nhau

Sự lựa chọn của cấu trúc mã chống nhiễu phải dựa trên tính chất phân bố xác suấtsai nhầm trong kênh truyền

Hiện nay lý thuyết mã hóa phát triển rất nhanh, nhiều loại mã phát hiện và sửa saiđược nghiên cứu như: mã Hamming, mã chu kỳ, mã nhiều cấp

1.2 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CHO HỆ THỐNG:

1.2.1 Phân tích các công nghệ hiện có

- Điều khiển từ xa dùng sóng radio

- Điều khiển từ xa dùng hồng ngoại

- Điều khiển từ xa dùng sóng Bluetooth

- Điều khiển từ xa dùng âm thanh

- Điều khiển từ xa qua điện thoại di động

- Điều khiển từ xa qua mạng máy tính

- Điều khiển từ xa bằng ánh sang nhìn thấy

- Điều khiển bằng hồng ngoại

- Điều khiển tác động đóng , ngắt thiết bị

- Điều khiển được nhiều thiết bị trong gia đình

- Điều khiển từ xa khoảng từ 5m -> 10m

- Làm việc với điện áp lưới 220V/ 50Hz

- Thời gian mở và đóng dưới 1s

- Có bộ hẹn giờ thời gian ngắt thiết bị

- Dùng Rơle từ để đóng ngắt cho các ổ cắm điện 220 V,

- Dùng Remote TiVi Sony để phát sóng hồng ngoại và đưa ra mã lệnh điều khiển

- Bộ phát sử dụng điều khiển có sẵn (điều khiển TV, đầu VIDEO…)

- Bộ phát chuẩn có dải tần số từ 35 -> 38 KHZ

- Chi phí cho bộ điều khiển không quá 200.000 VND

- Kết cấu phải đơn giản

- Thiết bị phải an toàn, tin cậy

1.3.2 Ràng buộc:

* Ràng buộc về hiệu năng :

- Hệ thống làm việc 24/24

- Làm việc ổn định, an toàn

- Nơi đặt có thể điều khiển dễ dàng

- Tránh được nhiễu từ các thiết bị khác

- Có nhiều bộ điều khiển các thiết bị

- Sử dụng các linh kiên đơn giản sẵn có

- Chịu được quá tải, quá điện áp, quá dòng

- Bộ lọc cho bộ thu tránh nhiễu từ các nguồn khác

- Hệ thống nhỏ gọn, dễ lắp đặt và dễ sử dụng

- Điều khiển môi trường : Trong nhà T°C = 18°C > 36°C

* Ràng buộc về quá trình phát triển hệ thống :

- Thời gian hoàn thành hệ thống trước ngày

HIỂN THỊ TRẠNG THÁI

ĐIỀU KHIỂN TRUNG

TÂM

M¹CH §éNG LùC

KHỐI NGUỒN CHUNG

THIẾT BỊ

Sơ đồ khối chức năng của IC chuyên dụng thu sóng hồng ngoại :

* Hình dạng thực tế và sơ đồ chân

2.2.2 Giải mã tín hiệu:

Để led thu được 7 bit mã lệnh ta cần nạp cho thanh ghi A giá trị 00000010B đểsau 7 lần quay trái có cờ nhớ C thì thanh ghi giá trị A chính là mã lệnh điều khiểncủa phím bấm remote

Thuật toán giải mã:

1 Nạp thanh ghi A giá trị 02H

2 Chờ tín hiệu đi xuống bit start

3 Chờ tín hiệu đi lên (khởi đầu của 1 bit)

4 Chờ tín hiệu đi xuống

5 Chờ khoảng 700ms<t<1300ms, chọn t=1000ms=1s

6 Đo tín hiệu: + Nếu ở mức cao bit nhận được là bit 0, đặt C=0 quay phải

A có cờ C, quay lại bước 4

+ Nếu ở múc thấp bit nhận được là bit 1, đặt C=1 quayphải A có cờ C, quay lại bước 3

7 Nếu C=1, giá trị trong thanh A= D6D5D4D3D2D1D00, quay phải A thuđược A=0 D6D5D4D3D2D1D0

- Xuất nội dung thanh ghi A ra port 1 hiển thị bằng các led (đây chính là mã lệnh từremote mà VDK đã giải mã được).

2.3 GIẢN ĐỒ THỜI GIAN HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐKTX DÙNG HỒNG NGOẠI

2.4 CÁC MODULE TRONG HỆ THỐNG.

2.5 SƠ ĐỒ GIẢI MÃ TÍN HIỆU.

2.6 SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG.

Trong mạch sử dụng 4 chân là : P2.0, P2.1, P2.2, P2.3 để điều khiển 4 thiết bịthông qua 4 rơ le (12v) có tác dụng đóng mở cho điện áp xoay chiều 220v đi quacác thiết bị điện Khi các chân ở mức cao (+12v) thì không có dòng đi qua rơ le, rơ

le đóng Khi các chân ở mức thấp (0v) thì có dòng đi qua rơ le, rơ le tác động nên

có điện áp 220 v qua các thiết bị, các thiết bị hoạt động Với các gia đình nhiều thiết

bị ta tiếp tục nối các chân còn lại của Port qua rơ le

2.7 LỰA CHỌN LINH KIỆN.

Bộ định thời 2 Chânvà ra/cổng 32/4 Cổng nối tiếp 1

Các ngắt 6

* Sơ đồ chân :

IC AT89S52

AT89S52 gồm 40 chân, trong đó 32 chân dành cho các cổng vào ra P0, P1, P2,

P3, mỗi cổng 8 chân Các chân còn lại được dành cho nguồnVcc, GND, các chânđầu vào và ra của bộ dao động XTAL1 và XTAL2, chân RST chân

lệnh chốt địa chỉ ALE, chân cho phép truy cập bộ nhớ ngoài EA, cho phép cấtchương trình PSEN

- Chân số 40 là chân nguồn cung cấp +5V cho chíp

- Chân số 20 là GND

- Chân 19 và 18 là XTAL1 và XTAL2, là đầu vào và ra của bộ dao động OSCtrong chip Bên trong 89S52 có một bộ dao động nhưng nó cần một khâu tạo tần sốdao động chuẩn như thạch anh 11,0592 MHz

- Chân số 9 là chân RESET, tích cực ở mức cao Nếu đặt mức cao tới chânnày thì bộ vi điều khiển sẽ trở về trạng thái mặc định ban đầu

- Chân 31 là EA, họ 8051 như 8751, 98C51 hoặc DS5000 đều có ROM trênchíp lưu cất chương trình Trong các trường hợp như vậy thì chân EA được nối tới

VCC Đối với các thành viên của họ như 8031 và 8032 mà không có ROM trên chípthì mã chương trình được lưu cất ở trên bộ nhớ ROM ngoài và chúng được nạp cho8031/32 Do vậy, đối với 8031 thì chân EA phải được nối đất để báo rằng mãchương trình được cất ở ngoài EA có nghĩa là truy cập ngoài (External Access) và

nó không được để hở

- Chân 29 là PSEN(Program Store Enable), Đây là chân đầu ra cho phép cấtchương trình

- Chân 30 là ALE, Chân cho phép chốt địa chỉ , ALE là chân đầu ra tíchcực cao

- Cổng P0 (từ chân 32 đến 39), Nó có thể được dùng như cổng đầu ra, để sửdụng các chân của cổng P0 vừa làm đầu ra, vừa làm đầu vào thì mỗi chân phải đượcnối tới một điện trở 10k lên +5V Điều này là do một thực tế là cổng P0 là mộtmáng mở khác với các cổng P1, P2 và P3 Khái niệm máng mở được sử dụng trongcác chíp MOS về chừng mực nào đó nó giống như Cô-lec-tơ hở đối với các chípTTL Trong bất kỳ hệ thống nào sử dụng 8751, 89C51 hoặc DS5000 ta thường nốicổng P0 tới các điện trở kéo Với những điện trở kéo ngoài được nối khi tái lậpcổng P0 được cấu hình như một cổng đầu ra

- Cổng P1 (từ chân 1 đến chân 8), nó có thể được sử dụng như đầu vào hoặcđầu ra So với cổng P0 thì cổng này không cần đến điện trở kéo vì nó đã có các điệntrở kéo bên trong Để biến cổng P1 thành đầu vào thì nó phải được lập trình bằngcách ghi 1 đến tất cả các bit của nó

- Cổng P2 (từ chân 21 đến 28) Nó có thể được sử dụng như đầu vào hoặc đầu

ra giống như cổng P1, Để tạo cổng P2 như đầu vào thì nó phải được lập trình bằngcách ghi các số 1 tới tất cả các chân của nó

- Cổng P3 (từ chân 10 đến chân 17) Nó có thể được sử dụng như đầu vào hoặcđầu ra Mặc dù cổng P3 được cấu hình như một cổng đầu ra khi tái lập, nhưng đâykhông phải là cách nó được ứng dụng phổ biến nhất Cổng P3 có chức năng bổsung là cung cấp một số tín hiệu quan trọng đặc biệt chẳng hạn như các ngắt

Bít của cổng P3 Chức năng Chân số

Bộ định thời 0 (TO)

Bộ định thời 1(T1)Ghi (WR)

Đọc (RD)

1011121314151617Các bit P3.0 và P3.1 được dùng để nhận và phát dữ liệu trong truyền thôngnối tiếp Các bit P3.2 và P3.3 được dành cho các ngắt ngoài Bit P3.4 và P3.5 được

dùng cho các bộ định thời 0 và 1 Cuối cùng các bit P3.6 và P3.7 được cấp cho cáctín hiệu ghi và đọc các bộ nhớ ngoài được nối tới hệ thống

2.7.2 Mắt thu hồng ngoại.( Sử dụng PIC – 1018SCL)

- PIC – 1018SCL là IC thu tín hiệu hồng ngoại với những ưu điểm sau:

- Giải thích sơ đồ khối:

Tín hiệu hồng ngoại từ nguồn phát qua bộ truyền đến mạch thu được led hồng ngoạinhận rồi đưa qua ba tầng khuếch đại Sau đó tín hiệu này được qua mạch lọc băngthông (Band Pass Filter) để chọn dãy băng thông thích hợp Ở ngõ ra này tín hiệunối qua mạch tự động điều khiển độ khuếch đại (AGC) để tăng độ khuếch đại nếucần thiết Xung này được đưa qua mạch so sánh và phân tích trước khi đưa vàomạch Schmitt Trigger

Mạch Schmitt Trigger là mạch so sánh có phản hồi như hình sau:

Lúc này do Vin so sánh với tín hiệu ngõ vào V+ là điện thế trên mạch phân áp R4– R2, nên theo sự biến thiên giữa hai mức điện áp của Vout, mạch Schimitt Triggercũa có hai ngưỡng so sánh là VH và VL

Qua hình ta nhận thấy, mạch Schmitt Trigger là mạch so sánh Vin theo hai ngưỡng

VH và VL Khi điện áp Vin vượt qua VH thì giá trị Vout là 0V và khi Vin thấp hơn

VL thì Vuot sẽ ở +Vcc (nghĩa là có sự đảo pha)

Nhiệm vụ chủ yếu của mạch Schmitt Trigger là đổi tín hiệu liên tục thành tín hiệu vuông với khả năng chống nhiễu cao

2.7.3 IC ổn áp 7805

Hình sơ đồ cấu tạo và hình dạng thực

- Ổn định nguồn cung cấp 12 V cho hệ thống Rơle

- IC ổn áp 7805 ổn định nguồn cung cấp 5 V cho khối điều khiển là VDK89C51, mắt thu hồng ngoại, và các IC số

- Hệ thống rơle đóng ngắt tiếp điểm 220 V xoay chiều cho các tải trong giađình, cuộn hút được điều khiển bằng điện áp 12 V DC, do nguồn cung cấp 12 V vàcấp mass bởi các tín hiệu điều khiển của vi mạch chuyên dụng cho rơle ULN 2803