điều khiển từ xa các phím số , chạy hẹn giờ và chạy tự động theo nhiệt độ
Trang 1Điều khiển từ xa
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, con người với những ứng dụng của khoa học kĩ thuật tiên tiến của thế giới, chúng ta đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như độ chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ… là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn
Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau cho đến nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày Một trong những ứng dụng quan trọng của ngành công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển từ xa bằng hồng ngoại Sử dụng hồng ngoại được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp và các lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống với những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế thật cao
Xuất phát từ những ứng dụng đó, chúng em đã thiết kế và thi công một mạch ứng dụng nhỏ trong thu phát hồng ngoại “Bộ điều khiển quạt từ xa bằng hông ngoại”
Đề tài này giúp em hiểu rõ hơn về nguyên lý thu phát và ứng dụng những lý thuyết được học vào thực tế Đồng thời tìm hiểu thêm những điều chưa được học và nâng cao
kỹ năng thực hành cũng như là những ứng dụng của mạch trong thực tế
Bài viết trình bày Hệ thống điều khiển quạt từ xa bao gồm:
Chương 1: Tổng quan đề tài
Chương 2: Thiết kế hệ thống
Chương 3: Thi công hệ thống
Trang 2Điều khiển từ xa
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1
1.1 Lý do chọn đề tài 1
1.2 Mục đích yêu cầu của đề tài 1
1.3 Lựa chọn phương án 2
1.4 Xác định bài toán và giới hạn đề tài 2
1.4.1 Xác định bài toán 2
1.4.2 Giới hạn bài toán 2
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3
2.1: Sơ đồ khối của hệ thống 3
2.2: Sơ đồ nguyên lý và chức năng các khối 3
2.2.1: Remote điều khiển 3
2.2.2: Khối thu hồng ngoại và khối xử lý 4
2.2.2.1: Khối xử lý 5
2.2.2.2: Khối mắt thu và giải mã 6
2.2.3: Khối nguồn 7
CHƯƠNG III:THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 8
3.1 Các linh kiện sử dụng 8
3.1.1 IC ổn áp 7805 8
3.1.2 Mắt phát và nhận hồng ngoại 8
3.1.2.1 Mắt phát 8
3.1.2.2 Mắt nhận 8
3.1.3 Cặp IC thu phát PT2248-PT2249 9
3.1.3.1 Giới thiệu IC phát PT2248 9
3.1.3.2 Giới thiệu IC thu: PT2249 9
3.1.4 PIC 16F877A 10
3.1.5 Các linh kiện phụ khác 11
3.1.5.1 Led 7 đoạn 11
Trang 3Điều khiển từ xa
3.1.5.2 Diode 11
3.1.5.3 Điện trở dùng toàn bộ loại 1/4W 11
3.1.5.4 Transistor 11
3.1.5.5 Relays 11
3.1.5.6 Led đơn 12
3.2 Mô phỏng 12
3.3 Sơ đồ mạch in 12
3.3.1 Sơ đồ mạch phát hồng ngoại 12
3.3.2 Sơ đồ khối thu hồng ngoại và khối xử lý 13
3.4 Sơ đồ lắp ráp 14
3.5 Chương Trình Điều Khiển 14
KẾT LUẬN 15
Trang 4Điều khiển từ xa Chương I: Tổng quan đề tài
CHƯƠNG I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1 Lý do chọn đề tài
Trong xã hội hiện đại ngày nay, cụm từ KỸ THUẬT SỐ không còn xa lạ với chúng ta Nó phổ biến đến mức hầu như gia đình nào cũng sở hữu ít nhất một thiết bị
kỹ thuật số, ví dụ: tivi, đầu video, VCD, CD được điều khiển từ xa Vì thế sự phát triển của chúng ngày càng đa dạng, thông minh hơn phục vụ nhu cầu ngày càng cao của con người
Xuất phát từ những ý tưởng trên nên chúng em đã chọn đề tài điều khiển từ xa các thiết bị gia đình bằng tia hồng ngoại Đó là quạt điện, đặc biệt là quạt treo tường và quạt trần, chúng được điều khiển từ xa nên không giới hạn vị trí điều khiển Thêm vào
đó mạch còn có khả năng hẹn giờ bằng điện tử khắc phục được nhược điểm của bộ hẹn giờ cơ khí là gây ồn và hao mòn cơ khí, có khoảng thời gian điều khiển rộng, được thiết lập hoàn toàn bằng bộ điều khiển từ xa Ngoài ra, với chế độ chạy tự động theo nhiệt độ có thể được sử dụng trong các hệ thống quạt làm mát, trong những nơi độc hại…
1.2 Mục đích yêu cầu của đề tài
Đề tài này sử dụng 1 cặp IC thu(PT2249) phát (PT2248) kết hợp với vi diều khiển PIC16f877a để tạo thành mạch điều khiển các chế độ hoạt động của quạt IC phát(PT2248) có nhiệm vụ kiểm tra phím được nhấn và truyền mã phím dó đi dưới dạng xung thông qua led phát hồng ngoại IC thu(PT2249) có nhiệm vụ kiểm tra tín hiệu nhận được và thay đổi mức logic của ngõ ra theo xung nhận được Tín hiệu ngõ ra của IC thu được đưa đến vi điều khiển và bắt đầu giải mã tín hiệu này theo chương trình được viết sẵn
Vậy ta có thể thấy được mục đích và yêu cầu của đề tài như sau:
Có thể điều khiển thiết bị từ xa thông qua cặp IC thu phát
Có thể cài đặt thời gian, khởi động hoặc dừng thiết bị dừng thiết bị dùng 4 phím
Khi thời gian cài đặt đã hết sẽ tự động ngắt nguồn thiết bị
Có thể cài đặt thiết bị hoạt động theo nhiệt độ
Giá thành sản phẩm không quá đắt
Chạy ổn định, chính xác, nhỏ gọn, dễ sử dụng, sửa chữa
Trang 5Điều khiển từ xa Chương I: Tổng quan đề tài
1.3 Lựa chọn phương án
Với yêu cầu về tính năng như trên, chúng em chọn các thiết bị chính:
- Vi điều khiển 16f877 với bộ nhớ eeprom có khả lưu trữ dữ liệu ngay cả khi mất điện
- Modem Led 7 thanh với mục đích hiển thị thông tin, giao tiếp vi điều khiển với người dùng
- Cặp IC thu(PT2249) phát (PT2248) để tạo mã và giải mã đưa ra tín hiệu điều khiển
- Relays cách li giữa mạch điều khiển với mạch động lực dùng nguồn AC220V
- Bàn phím 5 phím có các phím reset và phím chức năng đưa đầu vào,các lệnh điều khiển tốc độ và chế độ hoạt của quạt tới vi điều khiển
1.4 Xác định bài toán và giới hạn đề tài.
1.4.1 Xác định bài toán
Điểm quan trọng nhất của chương trình điều khiển quạt từ xa là tạo và giải mã tín hiệu hồng ngoại, thiết lập các chế độ điều khiển qua các phím bấm và chế độ tự động chạy theo nhiệt độ Cuối cùng là đưa tín hiệu ra để điều khiển thiết bị quạt điện
Vì vậy bài toán cần quan tâm:
- Tạo và giải mã tín hiệu hồng ngoại
- Thuật toán thiết lập các chế độ hoạt động cho quạt điện
- Hiển thị thông tin ra LED 7 thanh
1.4.2 Giới hạn bài toán
Các ràng buộc :
Thông thường hệ thống giao diện với người dùng phải đơn giản, dễ sử dụng, nhỏ gọn và dễ sửa chữa
Chịu được quá tải khi gặp chướng ngại vật trong thời gian dài
Phạm vi bán kính sử dụng 7 – 10 m
Khả năng xuyên thấu của tia hồng ngoại kém Trong điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại, chùm tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng, do dó phải thu đúng hướng
Trang 6Mắt thu và giải mã
Điều khiển chọn tốc độ
Timer Hiển thị
Điều khiển theo nhiệt độ
Giao tiếp
Remote
điều khiển
IR
Khối thu hồng ngoại và khối xử lý
C HƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.1 Sơ đồ khối của hệ thống
Hình 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển quạt từ xa
Nguyên lý hoạt động:
2.2 Sơ đồ nguyên lý và chức năng các khối
2.2.1 Remote điều khiển.
Trang 7Điều khiển từ xa Chương II: Thiết kế hệ thống
Hình 2.2.2 : Sơ đồ mạch phát hồng ngoại
- Remote điều khiển: Tạo và phát mã ứng với từng nút được nhấn
Dùng IC PT2248 thiết kế mạch phát:
- Chọn mã người dùng C1=C2=C3=1
- Mạch phát cần có 6 nút điều khiển tuần tự,không cần ưu tiên cũng như phát liên tục.Chọn nhóm điều khiển T1, 5 nút đầu tiên của nhóm T1 tương ứng 5 ngõ ra bên thu dùng PT2249
- Remote có thể cầm di động được nên phải dung nguồn pin 3V
- Ngõ ra của PT2248 có dòng tải tối đa -5mA→không đủ để dòng để kéo led phát hồng ngoại Dùng transistor pnp A1015 để nâng dòng,để led phát có thể phát mạnh hơn
2.2.2 Khối thu hồng ngoại và khối xử lý
Hình 2.2.2: sơ đồ nguyên lý khối thu hông ngoại và khối xử lý
Trang 8Điều khiển từ xa Chương II: Thiết kế hệ thống
2.2.2.1 Khối xử lý
Hình 2.2.2.1: Sơ đồ khối xử lý
- Điều khiển chọn tốc độ: khi có 1 số được điều khiển trong các số 1,2,3 thì 2 số còn phải tắt, tránh hiện tượng nóng lên do ngắn mạch dòng điện cảm ứng
- Điều khiển theo nhiệt độ: Tự động chuyển tốc độ quạt theo nhiệt độ
- Timer: Hẹn giờ tắt quạt
- Hiển thị: Hiển thị thời gian của timer thông qua 3 led 7 đoạn nhỏ,hiển thị tốc
độ hiện tại của quạt thông qua 1 led 7 đoạn lớn hơn
- Giao tiếp relays: Cách li giữa mạch điều khiển với mạch động lực dùng nguồn AC220V
Khối xử lý bao gồm vi điều khiển và các thiết bị ngoại vi được điều khiển bởi vi điều khiển bao gồm : IC PIC 16F877A, led 7 thanh, lm35, rơ-le, transistor, điện trở,led
PIC 16f877a là IC xử lý trung tâm, nó tiếp nhận các thiết lập tín hiệu đầu vào để xuất ra tín hiệu tương ứng trong code lập trình
Led 7 thanh : Hiển thị các số, thời gian thiết lập hẹn giờ, nhiệt độ
Led : Hiển thị chế độ tương tác giữa người sử dụng và vi điều khiển
Lm35 : Đóng vai trò cấp điện áp với nhiệt độ tương ứng vào bộ ADC của IC xử
lý trung tâm Từ đó IC sẽ đưa ra led 7 thanh nhiệt độ tương ứng
Điện trở : Hạn dòng cho led
Rơ le : Đóng ngắt các phím số của quạt
Trang 9Điều khiển từ xa Chương II: Thiết kế hệ thống
Transistor : Đóng vai trò như khóa điện tử để đóng mở cho led 7 thanh
2.2.2.2 Khối mắt thu và giải mã
Hình 2.2.3: Sơ đồ nguyên lý mạch thu hồng ngoại
- Chức năng của khối Mắt thu và giải mã: Tách sóng mang và giải mã đưa ra tín
hiệu điều khiển
Khối thu hồng ngoại bao gồm : mắt nhận hồng ngoại IR, transistor, IC PT2249
- Chọn mã người dùng C1=C2=C3=1
- Có 5 ngõ ra HPx
- Ngõ vào tín hiệu được lấy từ IC thu hồng ngoại IC thu hồng ngoại có nhiệm
vụ thu và tách sóng mang
- Ngõ ra của IC bình thường mức 1 khi có tín hiệu sẽ xuống mức 0 Trong khi
đó mức tích cực ngõ vào IC PT2249 tích cực mức cao.Vì vậy tín hiệu từ IC thu đến PT2249 phải qua 1 cổng NOT
- Cổng NOT có thể dùng transistor mắc theo kiểu CE để đỡ tốn IC.Các giá trị điện trở tính toán sao cho transistor dẫn bão hòa
Khi khối phát hồng ngoại phát ra dãy xung hồng ngoại sẽ được mắt nhận tại khối thu hồng ngoại thu về, qua transistor Q2 khuếch đại và đưa vào chân 2 của IC pt2249 để IC giải mã và xuất bít ra chân tương ứng (bit 1)
Chức năng các linh kiện trong khối :
IR : mắt nhận hồng ngoại , nhận tín hiệu hồng ngoại từ bên phát
Điện trở 39k, tụ 102 : tạo dao động cho IC
Transistor Q3 : khóa điện tử để nối chân reset của vi điều khiển xuống đất để reset vi điều khiển
Trang 10Điều khiển từ xa Chương II: Thiết kế hệ thống
Q2 : khuếch đại tín hồng ngoại vào từ IR
IC pt2249 : giải mã tín hiệu vào và xuất bit ra tương ứng
2.2.3 Khối nguồn
Hình 2.2.1: Sơ đồ khối nguồn
- Nhiệm vụ của khối nguồn: Chỉnh lưu điện AC thành DC ổn áp ở 5V làm
nguồn nuôi cho cả hệ thống điều khiển (ngoại trừ remote dùng pin)
Mạch nguồn sử dụng IC 7805 Xuất mức điện áp ổn định 5V – 2A cho vi điều khiển và các thiết bị ngoại vi hoạt động Sử dụng biến áp biến đổi dòng điện xoay chiều từ 220VAC xuống <15V AC Sau đó đi qua 1 cầu điôt để nắn dòng, qua các tụ
để đệm dòng để điện áp đầu ra cấp cho vi điều khiển được ổn định
Chức năng các linh kiện trong khối:
Diode: Để chỉnh lưu dòng AC thành DC
Tụ: Lọc điện áp và lọc nhiễu
Tip 42(Transistor công suất): Khuếch đại dòng
Trở công suất: Tạo chế độ cho mạch khuếch đại
IC 7805: Tạo điện áp 5V
Trang 11Điều khiển từ xa Chương III: Thi công mạch điều khiển
CHƯƠNG III THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3.1 Các linh kiện sử dụng
3.1.1 IC ổn áp 7805.
Sử dụng 7805 dạng TO dòng tối đa chịu được 1A
3.1.2 Mắt phát và nhận hồng ngoại
3.1.2.1 Mắt phát
Để có ánh sáng liên tục, người ta phân cực thuận LED Tuỳ theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau
sẽ quyết định màu sắc của LED Thông thường, LED có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5 – 2,8V tuỳ theo màu sắc phát ra, màu đỏ: 1,4 – 1,8V, vàng: 2 – 2,5V, còn màu xanh lá cây: 2 – 2,8V, và dòng điện qua LED tối đa khoảng vài mA
3.1.2.2 Mắt nhận
Mắt nhận hồng ngoại là một IC tích hợp được dùng để thu và tách sóng hồng ngoại.Bởi vì sóng hồng ngoại truyền đi đã được điều chế với sóng
Trang 12Điều khiển từ xa Chương III: Thi công mạch điều khiển
mang,vì vậy cần có mạch tách sóng để thu được tín hiệu cần thiết cho IC giải mã
3.1.3 Cặp IC thu phát PT2248-PT2249
3.1.3.1 Giới thiệu IC phát PT2248
Chức năng từng chân:
- VSS/VDD tương ứng là GND/VCC
- TXOUT:ngõ ra của mã điều khiển đã được điều chế
- XT:chân kết nối với thạch anh 455KHz
- TEST:
- T(1 3) kết hợp với K(1 6) tạo thành ma trận phím 18 phím nhấn
3.1.3.2 Giới thiệu IC thu: PT2249
Chức năng từng chân:
- VSS/VDD: Tương ứng với GND/VCC
- RxIN: Ngõ vào tín hiệu
Trang 13Điều khiển từ xa Chương III: Thi công mạch điều khiển
- CODE1,CODE2: 2 chân dùng để thiết lập mã người dùng cho tương thích với bên phát
3.1.4 PIC 16F877A
Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC 16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14bit Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kỳ xung clock Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20MHz với một chu kỳ lệnh là 200ns Bộ nhớ chương trình 8Kx14bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O
Các đặc tính ngoại vị bao gồm các khối chức năng sau:
Timer 0: Bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit
Timer 1: Bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep
Timer 2: Bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler
Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rộng xung
Các chuẩn giao tiếp SSP(Synchronous Serial Port), SPI và I2C
Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ
Cổng giao tiếp song song PSP(Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD, WR, CS ở bên ngoài
Các đặc tính Analog:
- 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit
- Hai bộ so sánh
Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:
Trang 14Điều khiển từ xa Chương III: Thi công mạch điều khiển
- Bộ nhớ Flash với khả năng ghi xóa 100.000 lần
- Bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm
- Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mệm
- Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial Programming) thông qua 2 chân
- Watchdog Timer với bộ dao động trong
- Chức năng bảo mật mã chương trình
- Chế độ sleep
- Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau
3.1.5 Các linh kiện phụ khác
3.1.5.1 Led 7 đoạn
Mạch sử dụng 4 led 7 thanh anot chung để hiển thị nhiệt độ , thời gian hẹn giờ và các số của quạt
3.1.5.2 Diode
-Dùng để giải mã led 7 đoạn sử dụng loại 1N4148,mục đích giảm giá thành,ít tốn diện tích
-Dùng bảo vệ: Sử dụng loại 1N4007 có dòng chịu đựng 1A
3.1.5.3 Điện trở dùng toàn bộ loại 1/4W.
3.1.5.4 Transistor
Loại pnp: Dùng để khuếch đại trong mạch phát hồng ngoại
Loại npn: Dùng tạo cổng NOT và khóa điện tử
3.1.5.5 Relays
Trang 15Điều khiển từ xa Chương III: Thi công mạch điều khiển
Vì phải giao tiếp với điện áp cáo 220V và tần số đóng cắt của thiết bị nhỏ nên ta có thể sử dụng relay để giao tiếp giữa vi điều khiển với thiết bị điều khiển Do đó,Relays đóng vai trò như công tắc điện tử
3.1.5.6 Led đơn
Hiển thị chế độ của quạt (hoạt động bình thường , hẹn giờ , hoạt động theo nhiệt độ )
3.2 Mô phỏng
Trang 16Điều khiển từ xa Chương III: Thi công mạch điều khiển
3.3 Sơ đồ mạch in
3.3.1 Sơ đồ mạch phát hồng ngoại
Hình 3.1 : Sơ đồ mạch phát hồng ngoại
3.3.2 Sơ đồ khối thu hồng ngoại và khối xử lý
Trang 17Điều khiển từ xa Chương III: Thi công mạch điều khiển
Hình 3.6 : Sơ đồ mạch chính
3.4 Sơ đồ lắp ráp
3.5 Chương Trình Điều Khiển
Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán
Các câu lệnh sử dụng trong phần mềm
