Thiết kế bộ thu hồng ngoại (thiết bị phát là bộ điều khiển tivi từ xa của hãng sony) để điều khiển bật tắt các bóng đèn trong gia đình

Thiết kế bộ thu hồng ngoại (thiết bị phát là bộ điều khiển tivi từ xa của hãng sony) để điều khiển bật tắt các bóng đèn trong gia đình

Mục Lục

Lời nói đầu……….2

Chương I.Tổng quan về đề tài………… ………4

I.Khái niệm ánh sáng hồng ngoại………4

II.Nguyên lý thu phát hồng ngoại………4

III.Cấu tạo các linh kiện trong đề tài……… 8

Chương II: Tính toán và thiết kế mạch……….……….20

I.Sơ đồ khối của mạch……….…….……… 20

II Mạch nguyên lý và mạch in

Chương III:Thực hiện mạch ứng dung

Lời Nói Đầu.

Trong giai đoạn hiện nay khoa học công nghệ ngày càng phát triển và được ứngdụng nhiều hơn trong cuộc sống nhằm mang lại sự thuận tiện và hiệu quả nhất.Với

đề tài “Thiết kế bộ thu hồng ngoại (thiết bị phát là bộ điều khiển Tivi từ xa củahãng Sony) để điều khiển bật tắt các bóng đèn trong gia đình.”giúp sinh viên thựchiện có cơ hội được vận dụng các kiến thức đã được học trên giảng đường , đồngthời được tiếp cận với những linh kiện điện tử, có được những kỹ năng sử dụngphần mềm hỗ trợ thuẩn thục hơn cũng như tư duy lập trình và thiết kế mạch điển

tử ứng dụng

Sau đây xin giới thiệu bố cục của bản báo cáo:

Chương I : Tổng quan về đề tài

Trong chương này chủ yếu giới thiệu về nguyên lý thu phát hồng ngoại vàgiới thiệu về cấu trúc phần cứng cũng như tính năng của một số linh kiện cơ bản sửdụng trong đề tài

Chương II : Tính toán và thiết kế mạch

Chương này trình bày mạch nguyên lý và nguyên lý hoạt động cùng các linh kiệnvới các thông số đã được tính toán

Chương III: Thực hiện mạch.

Đưa ra kết quả thực hiện mạch trong thực tế, đánh giá ưu nhược điểm vànhững ứng dụng trong thực tế

Do có phần hạn chế về kinh nghiệm thực tế và kiến thức chuyên sâu nên đồ

án này không thể tránh khỏi những thiếu sót Mong các Thầy cùng các bạn góp ýkiếp nhận xét để chúng em có thể hoàn thiện hơn những kỹ năng cũng như kiếnthức chuyên môn

Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của cácThầy trong khoa Kỹ Thuật Điều Khiển – Trường Kỹ Thuật Quân Sự cũng như sựgiúp đỡ nhiệt thành của các bạn trong lớp

Xin Chân thành cảm ơn!

Chương I: Tổng Quan Về Đề Tài.

I Khái niệm ánh sáng hồng ngoại.

Ánh sáng hồng ngoại là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt

thường, có bước sóng từ 0.86um đến 0.98um Tia hồng ngoại có vận tốc

bằng vận tốc ánh sáng

Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu , nó được sửdụng rộng rãi trong công nghiệp.Lượng thông tin truyền đi với ánh sánghồng ngoại lớn hơn rất nhiều so với sóng điện từ mà ta vẫn dùng có thểlên tới 3 Mega bit/s

Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém Trong điềukhiển từ xa bằng tia hồng ngoại, tia hồng ngoại phát đi hẹp,có hướng do

đó khi thu phải đúng hướng

Sóng hồng ngoại có những đặc tính quan trọng giống như sóng ánhsáng ( sự hội tụ qua thấu kính, tiêu cự ) Ánh sáng thường và ánh sánghồng ngoại khác nhau rất rõ trong sự xuyên thấu qua vật chất

Có những vật ta thấy nó dưới một màu xám đục nhưng với ánh sánghồng ngoại nó trở nên xuyên suốt Vì vật liệu bán dẫn “trong suốt” đốivới anh sáng hồng ngoại , tia hồng ngoại không bị yếu đi khi nó vượt quacác lớp bán dấn để đi ra ngoài

II Nguyên lý thu phát hồng ngoại.

Tia hồng ngoại được ứng dụng trong lĩnh vực điều khiển từ xa khá lâu.Mỗi nhà sản xuất thiết lập một chuẩn giao tiếp khác nhau Ví dụ : RC80của Panasonic, RC5 của Philips, SIRC của SONY Đó là một số chuẩnđơn giản nhất để giải mãi

Để hạn chế các nhiễu từ môi trường xung quanh ảnh hưởng tới các dữliệu mang trong tia hồng ngoại ta sử dụng modul phát Modul này cóchức năng phát ra chùm tia hồng ngoại tập trung với tần số khác nhau tùy

thuộc vào nhà sản xuất, thường thay đổi từ 32kHz đến 56Khz Trong đềtài sử dụng điều khiển SONY để điều khiển bóng đèn trong gia đình thìModul phát là điều khiển hồng ngoại với tần số 40kHz ( ánh sáng hồngngoại truyền đi 40 lần/1s ) Có nghĩa chúng ta cũng cần một IR nhậntương ứng để có thể điều chế ánh sáng hồng ngoại thành tín hiệu TTLcho PIC.

1 Modul phát.

a Sơ đồ khối

b Giải thích

Mã HóaChọn

Chức

Năng

Điều ChếvàPhát

Chốt DữLiệu

Bộ DaoĐộng

Thiết BịPhát

- Khối chọn chức năng và khối mã hóa : Khi người dung bấmvào các phím chức năng để phát lệnh điều khiển, mỗi phímtương ứng với một số thập phân, mạch mã hóa sẽ chuyển đổithành mã nhị phân tương ứng dưới dạng mã lệnh số bao gồmcác bit 0 và 1 Số bit trong mã lệnh nhị phân có thể là 4 bits,

8 bits hoặc nhiều hơn phụ thuộc vào số phím chức năng vàchuẩn giao tiếp của nhà sản xuất

- Khối dao động có điều kiện: Khi nhấn một phím chức năngthì đồng thời khởi động mạch dao động tạo xung đồng hồ,tần số xung đồng hồ xác định thời gian chuẩn của mỗi bit

- Khối chốt dữ liệu: Mã nhị phân tại mạch mã hóa sẽ đượcchốt và chuyển đổi dữ liệu Khối chốt dữ liệu được điềukhiển bởi xung đồng hồ và mạch định thời nhằm đảm bảokết thúc đúng lúc việc chốt đủ số bit của một mã lệnh

- Khối điều chế và phát: Mã lệnh được đóng gói sẽ được đưaqua mạch điều chế và phát để ghép mã lệnh với sóng mang

có tần số từ 32kHz đến 56kHz Nhờ sóng mang cao tần tínhiệu đước truyền đi xa hơn ( tăng khoảng cách phát)

- Khối thiết bị phát: là một LED hồng ngoại Khi mã lệnh cógiá trị bit = 1 thì LED sẽ phát hồng ngoại trong khoảng thờigian T của bit đó Khi mã lệnh có giá trị bit = 0 thì LEDkhông sáng do đó bên thu không nhận được và được coinhư bit 0

2 Modul thu.

a.Sơ đồ khối

6Thiết Bị

Thu

KhuếchĐại

&Tách

-Khối giải mã: Giải mã tín hiệu nhận được thành gói mãnhị phân tương ứng dưới dạng một xung kích tại đầu ra để kích

Có 5 port xuất/ nhập Có 8 kênh chuyển đồi A/D Được bổ sung các port tử song song Có bộ nhớ ghép nối so với PIC 16F873A/PIC 16F874A

- Bảng tóm tắt các đặc điểm của PIC 16F877A

Reset ( và Delay) POR, BOR ( PWRT, OST)

Bộ nhớ chương trình Flash ( 14 – bit

Module A/D 10 bits 8 kênh ngõ vào

Bảng 1-1: Bảng tóm tắt các đăch điểm của PIC 16F877A

b Sơ đồ khối

Hình 1 trình bày sơ đồ khối của PIC 16F877A , sơ đồ khối của PICbao gồm các khối

- Khối ALU - Arithmetic Logic Unit

- Khối bộ nhớ chương trình – Flash program memory

- Khối bộ nhớ chứa dữ liệu EEPROM – Data EPROM

- Khối bộ nhớ file thanh ghi RAM – RAM File Register

- Khối giải mã lệnh và điều khiển – Intruction Decode Control

- Khối thanh ghi đặc biệt

- Khối ngoại vi timer

- Khối giao tiếp nối tiếp

- Khối chuyển đổi tương tự sang số - ADC

- Khối các port xuất nhập

Hình 1: Sơ đồ khối của PIC 16F877A

c Sơ đồ chân và chức năng các chân của PIC16F877A.

Hình 2: Sơ đồ chân của PIC16F877A

- Chức năng của các chân như sau:

- AN2 ngõ vào tương tự của kênh thứ 2

- VREF- : ngõ vào điện áp chuẩn ( thấp) của bộ A/D-CVREF điện áp tham chiếu VREF ngõ ra của bộ so sánh + Chân 5 (RA3/AN3/VREF+):

- RA3 xuất nhập số

- AN3 ngõ vào tương tự kênh thứ 3

- VREF+ ngõ vào điện áp chuẩn cao của bộ A/D + Chân 6 ( RA4/TOCKI/C1OUT):

- RA4 xuất nhập số - mở khi được cấu tạo làm ngõ ra

- TOCKI: ngõ vào xung clock bên ngoài cho timer 0

- C1OUT: ngõ ra cho bộ so sánh 1

+ Chân 7( RA5/AN4/SS/C2OUT):

- RA5 xuất/nhập số

- AN4 ngõ vào tương tự kênh thứ 4

- SS ngõ vào chọn lựa SPI phụ

- C2OUT ngõ ra bộ so sánh 2

+ Chân 8 ( RE0/RD/AN5):

- RE0: xuất nhập số

- RD: điều khiển đọc port song song

- AN5: ngõ vào tương tự 5

+ Chân 9 ( RE1/WR/AN6):

-RE1:xuất/nhập số

-WR: điều khiển ghi port tớ song song

-AN6: ngõ vào tương tự thứ 6

+Chân 10 ( RE2/CS/AN7):

-RE2: xuất/ nhập số

-CS: Chip chọn lựa điều khiển port tớ song song

-AN7: ngõ vào tương tự thứ 7

+ Chân 11,32 ( Vdd) và 12.31(Vss) : các chân nguồn của PIC

+ Chân 13 ( OSC1/CLKI ): là ngõ vào kết nối với dao độngthạch anh hoặc ngõ vào nhận xung clock bên ngoài.

-OSC1: Ngõ vào dao động thạch anh hoặc ngõ vào nguồnxung bên ngoài Ngõ vào có mạch Schitt Trigger nếu sử dụng daođộng RC

-CLKI: ngõ vào nguồn xung bên ngoài

+Chân 14 ( OSC2/CLKO) : ngõ ra dao động thạch anh hoặcngõ ra cấp xung clock

-OSC2: ngõ ra dao động thạch anh, kết nối đến thạch anhhoặc bộ cộng hưởng

-CLKO: ở chế độ RC, ngõ ra của OSC2 bằng ¼ tần sốcủa OSC1 và chình là tốc độ của chu kỳ lệnh

+ Chân 15 ( RC0/T1OCO/T1CKI ):

-RCO: xuất/ nhập số

-T1OCO: ngõ vào bộ dao động timer 1-T1CKI: ngõ vào xung clock bên ngoài timer 1+ Chân 16 ( RC1/T1OSI/CCP2) :

-RC1: xuất/nhập số-T1OSI: ngõ vào bộ dao động timer 1-CCP2: ngõ vào capture 2, ngõ ra compare 2, ngõ raPWM 2

+Chân 17 ( RC2/CCP1) :

-RC2: xuất/ nhập số

-CCP1: ngõ vào capture 1, ngõ ra compare 1, ngõ raPWM1.

+Chân 23 ( RC4/SDI/SDA) :

-RC4: xuất/nhập số

-SDI: dữ liệu vào SPI

-SDA: xuất/nhập dữ liệu I2C

+Chân 24 ( RC5/SDO):

-RC5: xuất/nhập số

-SDO: dữ liệu ra SPI

+Chân 25 ( RC6/TX/CK) :

-RC6: xuất/nhập số-TX: truyền bất đồng USART-CK: xung đồng bộ USART+Chân 26( RC7/RX/DT) :

-RC7: xuất/nhập số-RX: nhận bất đồng USART-DT: dữ liệu đồng bộ USART+Chân 33 ( RB0/INT)

-RB0: xuất nhập số

- INT: ngõ vào nhận tín hiệu ngắt ngoài+Chân 34 (RB1), 35 ( RB2): xuất/nhập số+Chân 36 ( RB3/PGC) :

-RB3: xuất nhập số-PGC: chân cho phép lập trình điện áp thấp+ Chân 37 (RB4), 38 ( RB5) : xuất/nhập số+ Chân 39 ( RB6/PGC) :

-RB6: xuất/nhập số-PGC:mạch gỡ rối và xung clock lập trình ICSP+Chân 40 (RB7/PGD ):

-RB7: xuất/nhập số-PGD: mạch gỡ rối và dữ liệu lập trình ICSP

2 IC thu tín hiệu và mã hóa hồng ngoại PT2249

a Giới thiệu:

-PT 2249 được chế tạo bởi công nghệ CMOS, nó có thể điềukhiển tối đa 10 thiết bị

- Tiêu tán công suất thấp

- Khả năng chống nhiễu cao

- Cung cấp bộ dao động RC

- Bộ lọc và bộ kiểm tra mã ngăn sự tác động từ những nguồnánh sáng khác nhau do đó không ảnh hưởng đến mắt thu

b Sơ đồ chân và chức năng của các chân

- Chân 1 (Vss): là chân mass được nối với cực âm của nguồnđiện

- Chân 2 (R) : là đầu vào tín hiệu thu

- Các chân 3 – 7 (H1 - H5) : là đầu ra tín hiệu liên tục Chỉcần thu được tín hiệu tương ứng với đầu ra nào thì đầu ra đó sẽ

- Các chân 8 – 12 (S5 – S1): là đầu ra tín hiệu không liên tục.Chỉ cần thu được tín hiệu tương ứng với đầu ra nào thì đầu ra

đó sẽ duy trì ở mức logic “1” trong khoảng thời gian là 107ms

- Chân 14 và 13 (CODE 2 và CODE 3): để tạo ra các tổ hợp

mã hệ thống giữa phần phát và phần thu Mã số của hai chân

hợp mã hệ thống của phần phát thì mới thu được tín hiệu

- Chân 15 (OSC): dùng để nối với tụ điện và điện trở bênngoài tạo ra dao động cho mạch

- Chân 16 (Vcc): là chân được nối với cực dương của nguồncung cấp

Hình 3: Sơ đồ chân của IC PT2249

3.LED thu hồng ngoại RPM 7140

Bảng 1-2: Các thông số của RPM 7140

c Sơ đồ khối

-Đầu ra ( Rout) luôn ở mức cao , từ sơ đồ khối có thể thấyđầu ra được treo bởi một điện trở nhằm duy trì mức logiccao khi không có tín hiệu Khi nhận tín hiệu hồng ngoại đầu

ra sẽ ở tích cực mức thấp

Hình 4: Sơ đồ khối của RPM 7140

Chương II: Tính toán và thiết kế mạch

I Sơ đồ khối của mạch.

1 Sơ đồ khối mạch phát.

Hình 5: Sơ đồ khối phát

2 Sơ đồ khối mạch thu.

Hình 6: Sơ đồ khối thu

3.Giải thích

- Khối bàn phím: cĩ nhiệm vụ tạo ra lệnh cho khối điều khiển phát tín

hiệu tương ứng với một thiết bị cần điều khiển thơng qua khối phát tín hiệu

- Khối điều khiển: sẽ xử lý những thơng tin từ khối bàn phím gởi đến

để đưa ra lệnh điều khiển thích hợp cho khối phát, phát chuỗi tín hiệu theodạng

xung nhị phân

- Khối tạo dao động: cĩ nhiệm vụ tạo ra tần số xung nhịp cho các khối

điều khiển làm việc

- Khối phát: cĩ nhiệm vụ nhận chuỗi tín hiệu từ khối điều khiển dưới

dạng điện áp, sau đĩ chuyển chuỗi tín hiệu điện này thành ánh sáng hồngngoại

và phát đi qua mơi trường khơng gian đến khối thư (trên máy thu)

- Khối nhận: cĩ nhiệm vụ nhận tín hiệu (chuỗi ánh sáng hồng ngoại)

từ khối phát gởi đến, chuyển chuỗi tín hiệu này thành tín hiệu điên trở lạinhư

ban đầu, rồi khuếch đại lên sau đó gởi đến khối giải mã

- Khối giải mã: sau khi đã nhận được chuỗi tín hiệu điện từ khối nhận

gởi đến, khối này sẽ giải mã ra bằng cách so sánh với những chuỗi tín hiệu

đã

được quy định sẵn trong khối, và đưa ra lệnh để điều khiển khối chấphành

(thông qua bộ đệm)

- Bộ đệm: có nhiệm vụ là giữ mức điện ổn định cho khối chấp hành

thực thi lệnh, khi có phím nào được nhấn thì tín hiệu ở ngõ ra chi được duytrì

trong một không thời gian nhất định (170 ms đối với phím đơn), cho nênmuốn

tín hiệu được duy trì khi không còn tác động từ bàn phím thì cần phải cókhối

đệm

- Khối chấp hành: chỉ có nhiệm vụ là nhận lệnh từ khối giải mã rồi thi

hành lệnh đó (đóng hoặc ngắt một thiết bị nào đó)

- Khối nguồn: cung cấp điện năng cho các khối trong mạch làm việc

II Mạch nguyên lý và mạch in.

1 Sơ đồ mạch nguyên lý

Hình 7: Sơ đồ mạch nguyên lý

2 Sơ đồ mạch in.

Hình 8: Sơ đồ mạch in.

3 Các linh kiện sử dụng trong mạch

Các linh kiện sử dụng được thống kê dưới bảng 2-1

-Khi mắt thu nhận được tín hiệu hồng ngoại đưa vào chân 2 của PT2249, IC

sẽ giải mã và đưa ra chuỗi bit tương ứng với chuỗi xung mà mạch phát gửi

đi Chuỗi bit này được đưa tới các chân 21,22,,27,28,29,30 của PIC PIC

thực hiện so sánh và xuất tín hiệu kích mở các transistor cho dòng chạy quacác rơ le đóng mở các bóng đèn cần điều khiển.

-Khối nguồn: ổn nguồn cho toàn bộ board mạch

-Khối dao động: tạo xung cho mạch hoạt động đồng bọ với module phát

Chương III: Thực hiện mạch ứng dụng

Ưu điểm của mạch: có thể ứng dụng điều khiển nhiều thiết bị trong thực tế

Hạn chế: Do thực hiện thủ công nên tính ổn định chưa cao, chưa thực hiện điều khiển theo thời gian…

#define BONG1 LATB.F1

#define BONG2 LATB.F2

unsigned counter = 0;

unsigned input_data, bit_count;

//error occurs, reset to Idle state

INTCON2.INTEDG0 = 0; //interrupt on falling edge

TRISC = 0; //portc is output

TRISB = 0; //portb is output

INTCON.INT0IE = 1; //enable RB0 interrupt

INTCON2.INTEDG0 = 0; //interrupt on falling edge

TRISB.F0 = 1; //RB0 = input

ADCON1 = 0x0F; //all digital I/O

T2CON = 2; //timer off, prescaler 1:16

PR2 = 149; //preload timer2 comparator value

TMR2 = 0; //reset value timer2

PIR1.TMR2IF = 0; //clear interrupt flag

PIE1.TMR2IE = 1; //enable timer2 interrupt

IPR1.TMR2IP = 1; //timer2 interrupt high priority

INTCON.PEIE = 1; //enable interrupt

INTCON.GIE = 1; //enable global interrupt

case 0: BONG1 = ~BONG1; break;

case 1: BONG2 = ~BONG2; break;

}

PIE1.TMR2IE = 0; //disable timer2 interrupt

Delay_ms(100);

TMR2 = 0; //reset value timer2

PIE1.TMR2IE = 1; //enable timer2 interrupt

2 Các tài liệu tham khảo

 Giáo trình Ngôn ngữ lập trình C – Nhà Xuất Bản Thống Kê

 Giáo trình Điện Tử Công Suất

 http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/P/I/C/1/

PIC16F877A.shtml