Thiết kế hệ thống báo cháy vô tuyến

Trang 1

Thiết kế hệ thống báo cháy vô tuyến Mục lục

MỤC LỤC CHƯƠNG I:

1.1 Lý dò chọn để tài |

1.2 Ý tưởng thiết kế hệ thống báo cháy vô tuyến

CHƯƠNG II:

MACH CAM BIEN KHOI VA NHIRT

.:2.1 Cảm biến khói

2.1.1 Cảm biến khói sử dụng hiện tượng quang điện

2.1.2 Cảm biến khói sử dụng hiện tượng ion hóa

2.1.3 Cảm biến khói sử dụng qúa trình lấy mẫu không k khí

_2.2 Cảm biến nhiệt Ö Hi an Hee

2.2.1 Cảm biến nhiệt] lọai nhiệt độ cố định

2.2.2 Cảm biến nhiệt dựa vào tỉ lệ bù sessenvessesssemnevasanssece

2.2.3 Cảm biến nhiệt dựa vào tốc độ tăng của nhiệt đồ

2.3 So sánh ưu nhược điểm của các loại cẩm biến

2.4 Thiết kế và thi công cảm biến TH

2.4.1 Cảm biến nhiệt ng sesesseseescesenseseanesess

2.4.1.1 Ý tưởng thiết kế HH

2.4.1.2 Chọn lựa linh kiện

2.4.1.3 Thiết kế mạch cảm biến nhiệt HE 2E

2.4.1.4 Thi công mạch cảm biến nhiệt HE

2.4.2 Cảm biến khói - 3 ttta gas 4512151228020

2.4.2.1 Ý tưởng thiết kế

2.4.2.2 Chọn lựa linh kiện 5"

2.4.2.3 Thiết kế mạch cảm biến k khi

2.4.2.4 Thi công mạch cảm biến khói se

2.4.3 Mach cdm bi€n hoan Chinh .sssusnsmummeummnemeninsnsuissiniuinnnurseececcsese

2.4.3.1 Ý tưởng thiết kế S011 211151501555

2.4.3.2 Chọn lựa linh kiện 5s t8 7 E180 sec

an 22616165542 92 L9 0 09 690535,29/6 950999846 215119992 t2 90299 PSPSPS SILAS US SP Este ees 2905/05, 4%, “S°SS ULE t2 02009 20 09650909 5855944999 07 S9 S9 293,969,

Trang 2

Thiết kế hệ thống báo cháy vô tuyến Mục lục

Tìm hiểu tóm tắt về Vi điều khiển + -s s9 .yedE are

3.3.2 Sơ lược về các chân của vi điểu khiển 89C51

3.3.3 Chức năng của các chân AT89C5 1 ii

3.3.4 Mô tả về bộ nhớ RAM trong chip của 89C51 5:

3.3.5 Hoạt động của bộ định thời TIMER tre

Mach phat DTMF

3.4.1 So dé nguyên lý cũ cia IC MT8888CE

3.4.2 Phát DTME

3.5

3.6 Thiết kế phần mềm nạp vào vi điều khiển §9C51

3.6.1 Lưu đồ giải thuật tổng quát ssteseassenresseensqesecosnennsenssemasneinnennseninecsieneunecainaisneae

3.6.2 Luu dd gidi thuật của chương trình tạo trễ 1s -+-

3.4.3 Burst Mode kh thhhiethhiitirieerre

3.4.4 Giao tiếp với vi xử lý

Thiết kế mạch ghép kênh và xử lý trung tâm -.seeeeerrrre

3.6.3 Lưu đồ giải thuật chương trình khởi động MT8888CE

3.6.4 Lưu đồ giải thuật chương trìng quét các khu vực được giám sát

3.6.5 Lưu đồ giải thuật của chương trình con đo độ rộng xung

Trang 3

Thiết kế hệ thống báo cháy vô tuyến ¬ Mục lục

4.2.3.1 Nguồn gốc của hằm điện áp FM ws ¬ 4

4.2.3.2 Các đồ thị mô tả qúa trình điều chế ĐỐC - e.eessee —``'-

4.2.3.3 'Phân tích các đồ thị trên se _ ngôn rmiminnmsmmdidntre OT

4 2 3.4 Sự khác nhau giữa diéu ché ế pha và điểu chế t tan: SỐ «-ae — ST

4.2.4 Các thuật ngữ kĩ thuật thường dùng trong FM .ee 58

4.2.4.2 Chỉ số điều chế s-sseccesrererrrrrrrrmreereer— ĐỂ

4.2.4.4 Mức thay đổi của sóng mang «-sseecseerererererersrsreree ỐỠ

4.2.4.5 Tỉ lệ phần trăm điều chế - s.eeeereersmimoe DD

4.2.4.6 Định luật Carson «-stesermreirrrrrriirrmmiiiee—

4.3 Sơ đồ khối của một máy phát sóng EM e.zrerr.ererrereeoe— 59

4.3.1 Bộ tiển nhấn not weet 60

4.3.2, Bộ tạo dao động -eeeieeieiriinieimiedAi n se teeesseerese Ol

4.3.4 Khuếch đại đệm S -«5-secerererrrtrtrrrrrrrerererrrrarcure— ỐỔ

4.3.5 Bộ nhân tần e=eeieiiirrrreimrrroa OF

43.6 Khuếch đại lái -eceteseerseererrreerrtesreerimrrrereroee— ÔỂ

4.3.7 Khuếch đại công suất ngõ ra «.«-ecscereeeeererrreeereee e—— Ố

4.3.8.1 Tổng trổ bức xạ -e.ecececeeereeereetrerrrerrerrrrrrrrrrerrrermrerr— ỔỔ

4.3.8.2 Truyền đạt công suất esesererrrerrrrrrrrrrreroee— LỐỔ

4.3.8.3 Sự tác động qua lại .«.e-eeceeeesrerererrrrerrrerererr—— ỐỔ

4.3.8.5 Monopole (đơn cue) hay antenna Marconi _ | 67

SPoPor sr rerseses eles este ee Leste tell 88 USFS LS LEE P LIS LP LPL 2°88 OS OS EERE LLP SILLS LS t2 t9 19 82 69 22404690090056501 93 14 94 7 E2 2242527,

Trang 4

4.4 MOts6 phuong an thiét k& may phat FM ssccssssssmsnsmsnssesssssessssnsmeseenssnsmaenmeneeeneens

4.4.1 Thiết kế 1 : Máy phát FM ứng dung mach PLL

Trang 5

Thiết kế hệ thống báo cháy vô tuyến - Mục lục

MẠCH XỬ LÝ TRUNG TÂM PHÍA THU VÀ MẠCH HIỂN THỊ

6.1 Ý tưởng thiết kế kh tHHnhhHHhưHhhHr ng 00 0 mmrririimrgimrirrrsiiierinitritemieinrieirrrtiiemieiirarririitmaee

6.2 Chọn lựa linh k‡ện

92

¬

wine D4 wee OS 96 98

we 99

100

6.4 Thiét ké phan mém nap vào vi điều khién AT89C51

- 6.4.1 Lưu đồ giải thuật 1-1077 Š5 .)

6.4.2 Lưu đồ giải thuật của chương trình xử lý khi xảy ra cháy .-

6.4.3 Lưu đồ giải thuật của chương trình xử lý khi xy ra sự cố

6.4.4 Chương trình hợp ngữ .enm nen rerenrmiririe

CHUONG VII: =

TONG KET

7.1 Kết quả đạt được -.-.s ccsccrcerrvereorrsrsroerExrs

7.2 Hạn chế của để tài

- 7.3 Hướng khắc phục trước mắt và hướng mở của để tài 2

A Hướng khắc phục trước mắt wcassssnssecussesusnssusaessassesnssusssessasesussssnsseessssusesnssmssuet

118

s22 250535519890 t9 S7 K69 69 6 905,05 96055416893 0 919 93599949012054498%E%8 L9 H95 8904085815540 LÍ bộ bìa 420042454146 sus ts ch ersrer, 2s,

_ GVHD : Th.S Tạ CôngĐứC 7C Stat trân Văn Tuấn

106 .106

107 107

117

Trang 6

Thiết kế hệ thống báo cháy vô tuyến Luận Văn Tốt Nghiệp

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Lý do chọn để tài : |

Bạn đã từng nghe hoặc xem một vụ hỏa hoạn rất lớn xảy ra tại Trung tâm thương

mại Sài Gòn (STC) Thật là khủng khiếp Bạn biết không, khi đó vào một buổi chiểu trời

râm mát Trong một tiết học Anh văn tại tầng bốn bất chợt nhìn ra ngoài cửa số phía Trung tâm thành phố có một đám khói nhỏ bốc lên cao Ban đầu tôi nghĩ nó chỉ là một vụ cháy nhỏ hoặc là người ta đốt thứ gì đấy nhưng càng lúc khói càng bốc lên một cách dữ

dội đến lúc này thì tôi nhận ra rằng đang xảy ra một vụ cháy lớn Khi xem bản tin thời sự

tối cùng ngày tôi biết được đó là một vụ cháy gây thiệt hại lớn về người và tài sản Hằng trăm tỷ đồng trong phút chốc tiêu tan và khoảng 50 người bị chết cháy Nguyên nhân chủ yếu là do sự bất cẩn của con người vàchậm cảnh báo cho mọi người cũng như các đội cứu

hỏa Đó là một trong hàng ngàn vụ cháy lớn nhỏ xẩy ra tại thành phố Hồ Chí Minh Để

hạn chế tối đa sự gây hại của lửa điều quan trọng nhất là chúng ta phải biết cách phòng

cháy tức làhạn chế nguy cơ xảy ra cháy và nhanh chóng phát hiện ra cháy để kịp thời xử

lý Do đó việc trang bị các hệ thống báo cháy là điều vô cùng cần thiết vì một cuộc sống

an toàn cho chính bản thân và cho cộng déng Chẳng hạn tại một tòa nhà cao ốc văn

phòng công ty tại Thành Phố Hồ Chí Minh ta muốn biết tình trạng tại bốn khu vực nhạy cảm trong cao ốc và kiểm soát được chúng thì phải giải quyết như thế nào Câu trả lời là

nếu có một hệ thống báo cháy vô tuyến có kích thước gọn nhẹ và hoạt động có độ ổn định cao thì những vấn để trên sẽ được giải quyết

Với suy nghĩ góp một phần nhỏ bé vào sự an toàn cho xã hội và với vốn kiến thức đã được học cùng sự chỉ bảo tận tình của Thầy Em xin để xuất một đề tài cho luận

văn tốt nghiệp của mình là :

THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÁO ĐỘNG CHÁY VÔ TUYẾN

1.2 Ý tưởng thiết kế hệ thống báo cháy vô tuyến

Ý tưởng ban đầu là thiết kế hệ thống báo động cháy sử dụng trong đó các thiết bị

cảm biến được tích hợp trong bộ thu phát sẽ tổn tại một cách độc lập Khi xảy ra cháy

hay sự cố cảm biến sẽ phát tín hiệu về tại trung tâm tại đây trung tâm sẽ tiếp nhận tín

hiệu, giải mã và phát đưa ra các điều khiển tương ứng như hụ còi, báo chỉ số khu vực xảy

ra cháy hay sự cố Để đảm bảo chắc chắn các cảm biết luôn luôn trong trạng thái sẵn

sàng chúng ta sử dụng phương pháp quét vòng để quét tuần tự các cảm biến, cảm biến

nào nhận được tín hiệu từ trung tâm sẽ phát tín hiệu báo trạng thái của mình, nhờ vậy

chúng ta luôn quản lý được trạng thái của các cảm biến Như vậy hệ thống này rất cơ

động, tùy vào tình hình của người sử dụng mà chúng ta thêm bớt số lượng các cảm biến

cho phù hợp và việc lắp đặt vô cùng dễ dàng Ngoài ra trung tâm xử lý còn được kết

GVHD : Th.S Tạ Công Đức Trang 1 SVTH : Trần Văn Tuấn

Trang 7

nốivới mạng máy tính để giám sát và điểu khiển tòan bộ hệ thống, kết nối với mạng điện

thoại công cộng để có khả năng tự động gọi đến một số điện thoại mà ta cài đặt trước

1.3 Ý tưởng giải quyết vấn để

Tuy nhiên do kiến thức còn rất nhiều hạn chế, chưa có nhiều kinh nghiệm trong thực

tế khi triển khai các vấn để phức tạp nên giải pháp đưa ra trong thực tế đơn giản hơn ý

tưởng ban đầu Em chỉ xin thiết lập một hệ thống các cảm biến, các cảm biến này sẽ

được nối dây tới trung tâm xử lý phía phát Trung tâm xử lý phía phát cũng sử dụng

phương pháp quét vòng để giám sát các khu vực Mỗi khi xảy ra cháy hay bất cứ sự cố

nào chẳng hạn như mất nguồn, đứt dây thì trung tâm xử lý phía phát sẽ nhận biết chính

xác khu vực nào, trạng thái ra sao và chuyển trạng thái và chỉ số của khu vực đó thành

tone DTMF tương ứng để đưa đến phần máy phát truyền đi trong không gian đến trung

tâm xử lý phía thu Tại trung tâm xử lý phía thu tone DTMEF thu lại được giải mã ngược

trở lại thành tín hiệu số để xác định chính xác khu vực nào đang được giám sát và trạng

thái của khu vực đó Nếu xảy ra sự cố hay cháy thì trung tâm phía thu sẽ điểu khiển cói

phát ra cảnh báo phù hợp

Vấn đề ở đây là giải quyết lựa chọn kiểu điều chế đối với đường vô tuyến Chúng ta

có hai sự lựa chọn là điều biên AM và điều tần FM và cuối cùng phương án thực tế là

chọn điều tần FM vì có hai lý do sau : thứ nhất băng thông của EM rộng hơn nhiều so với

băng thông của AM nên âm thanh truyển đi trung thực hơn, ngoài ra tín hiệu FM có tỷ số

nén S/N cao hơn AM vì nhiễu chủ yếu ảnh hưởng đến biên độ sóng mang nhưng trong

EM biên độ không mang thông tin : thứ hai tín hiệu FM hoạt động ở dãi tần cao hơn

nhiều so với AM nên kích thước Anten nhỏ hơn và hiệu suất phát cao hơn

GVHD : Th.S Tạ Công Đức _ Trang 2 SVTH : Trần Văn Tuấn

Trang 8

CHƯƠNG II MẠCH CẢM BIẾN KHÓI VÀ NHIỆT

Khi xảy ra cháy sẽ tạo ra khí dễ bay hơi, chúng ta gọi những khí này là khói Khói bao gồm hydrogen, cacbon và oxygen Đồng thời sinh ra một lượng nhiệt lớn Các chất đốt khác nhau sẽ có nhiệt độ cháy khác nhau do đó tạo ra phổ ánh sáng khác nhau Vì

vậy trong thực tế để phát hiện của lửa người ta thường sử dụng các thiết bị cảm biến

khói và cảm biến nhiệt và trong một số trường hợp cá biệt người ta còn sử dụng cả thiết

bị cảm biến lửa

2.1 Cảm biến khói

Cảm biến khói là thiết bi phát hiện cháy thông dụng, thông thường nó được treo trên '

tường hoặt trên trần và tự động báo cháy khi có sự xuất hiện của khói

Tất cả các cảm biến khói đều gồm hai phần chính là : một cảm biến (sensor) nhạy

với khói và một cái còi báo động để báo cho mọi người biết Cảm biến khói được chia

làm ba loai( chính : cảm biến khói sử dụng hiệt tượng quang điện (Photoelectric Smoke Detector), cảm biến khói sử dụng su ion héa (Ionization Smoke Detector ) va cảm biến

khói sử dụng phương pháp lấy mẫu không khí (Air Sampling Detector)

2.1.1 Cảm biến khói sử dụng hiệt tượng quang điện (Photoelectric Smoke

Dectector)

Có hai kiểu cảm biến khói sử dụng hiện tượng quang điện Trong đó loại thông

dụng nhất là sử dụng một nguồn sáng (ta thường sử dụng là Led) để chiếu một chùm tỉa

sáng xuyên vào bên trong một thanh ngang một ống hình chữ T Một cảm biến quang

được đặt ở đáy thanh dọc của ống chữ T, tức là nó vuông góc với nguồn sáng Ở trạng

thái bình thường tức là không có khói, nguồn sáng sẽ chiếu tia sáng sang phía bên kia

của thanh ngang và không tác động đến cảm biến quang Khi xảy ra cháy, khói sẽ đi vào

ống và nó làm cho các tia sáng bị tỏa ra Trong số các tia sáng bị tổa ra đó sẽ có một

lượng ánh sáng tác động vào cảm biến quang và khi lượng ánh sáng này đủ lớn hay nói

cách khác là khi lượng khói trong ống đủ nhiều thì tín hiệu báo động sẽ được phát ra

Đình thưỡng — @ Ngude sing Khi xảy ca chảy (có khai}

@ Tach sdng ant sing

Trang 9

Loại thứ hai không thông dụng lắm nhưng dễ thực hiện Thay vì sử dụng ống hình

chữ T bây giờ ta thay bằng một ống thẳng Một trong hai đầu ống được đặt một nguồn

sáng còn đầu bên kia đặt cảm biến quang Nguồn sáng sẽ chiếu thẳng vào cảm biến

quang Ở trạng thái bình thường, cảm biến phải có khả năng cảm nhận sự hiện diện của

một nguồn sáng liên tục Tuy nhiên khi xuất hiện khói, nó sẽ đi vào ống, cẩn trở ánh

sáng chiếu lên cảm biến quang và sau đó gây ra tín hiệu báo cháy

Cảm biến khói sử dụng hiện tượng quang điện chỉ hoạt động hiệu qủa trong trường

hợp cháy âm Ì tỏa ra nhiều khói

2.1.2 Cảm biến khói sử dụng hiện tượng ion hóa

Cảm biến khói sử dụng hiện tượng ion hóa sử dụng một khoan ion hóa ( ionnization

chamber) và một nguồn bức xạ ion hóa (ionizing radiption) để phát hiện khói Loại cảm

biến khói này rất thông dụng vì rẻ tiển và hoạt động hiệu qủa hơn vì có thể phát hiện sự

có mặt của một lượng khí nhỏ

Bên trong cảm biến khói ion hóa là một lượng rất nhỏ nguyên tố phóng xạ thường

dùng Americium-241 Nguyên tố phóng xạ Amecium -241 có chu kì bán dẫn là 432 năm

và là một nguồn mạnh phát ra các hạt alpha Nó được sử dụng để ion hóa không khí giữa

hai điện cực của pin trong khoan ion hóa Điều này gây ra một lực hút nhỏ và do đó tạo

ra một đòng điện liên tục cường độ nhỏ Khi sản phẩm của quá trình cháy ( khói, tro bụi

) xâm nhập vào trong khoan ion hóa nó sẽ tác động vào các ion và trung hòa chúng Kết

quả nó làm giảm khả năng dẫn điện của khoan ion hóa và làm cho cường độ của dòng

điện đi qua khoan ion hóa bị tụt xuống Cảm biến khói sẽ cảm nhận sự sụt giảm cường độ

này và kích hoạt tín hiệu cảnh báo

Khlioang ion host

Hình 2.2 : Nguyên tắc hoạt động cảm biến khói sử dụng hiện tudng ion hóa

2.1.3 Cảm biến khói sử dụng qúa trình lấy mẫu không khí

GVED : : Ths Tạ Công Đức Trang 4 SVTH : Trần Văn Tuấn

Trang 10

Cảm biến khói sử dụng quá trình lấy mẫu không khí (Air sampling detector) sử dụng

quạt để hút không khí vào ống lấy mẫu Không khí đi vào khoan cảm ứng sẽ được dò tìm

để phát hiện ra khói bằng cách sử dụng phương pháp dựa vào lượng tử ánh sáng để phản

xạ : một mẩu khói khi xâm nhập vào bên trong khoan nó sẽ làm phản xạ ánh sáng lên

trên một linh kiện thu quang Tùy thuộc vào lượng ánh sáng được phản xạ, thiết bị cảm

ứng sẽ phát tính hiệu cảnh báo Loại cảm biến này sử dụng một bộ lọc ở bên trong để

tránh sự xâm nhập của bụi có thể gây ra cảnh báo sai

Ngõ vacua mau Khong khi <= Miiv bon

2.2.1 Cảm biến nhiệt loại nhiệt độ cố định :

Trong cảm biến nhiệt loại nhiệt độ cố định, cơ cấu cảm ứng có một ngưỡng nhiệt

độ được xác định trước Nếu nhiệt độ đạt đến ngưỡng thì bộ cảm biến sẽ bị kích hoạt

Trong cơ cấu này thường có một bộ phận được làm bởi kim loại dễ nóng chảy, khi nhiệt

độ đạt đến ngưỡng nó sẽ nóng chảy và gây ra ngắt mạch trong mạch đầu tiên

Hình 2.4 : Các bộ phận cảm biến nhiệt với nhiệt độ cố định

2.2.2 Cảm biến nhiệt dựa vào tỷ lệ bù

B905 525854898 29 9 69 35 89/89252.5252589895 t2 LẺ 9k9 9 969440,3545895198 t8 L8 9 7 7 L2 05 18 64 08 9568 09 99 92 bê †602760202/144161814 t8 2 2 92 8037 2028 15004 V4 12 18

GVHD : Th.S Tạ Công Đức ` Trang 5 SVTH : Trần Văn Tuấn

Trang 11

Nó có phần giống như cẩm biến nhiệt loại nhiệt độ cố định Nó cũng cảm nhận

nhiệt độ khi nào nhiệt độ đạt tới ngưỡng đã định trước nhưng thay vì sử dụng nhiệt độ

của một thành phần kim loại dễ nóng chảy thì ở đây ta sử dụng nhiệt độ của không khí

xung quanh khu vực cân theo dõi Phương pháp này thường gồm một ống được bịt kín hai

đầu với hai bộ phận cảm biến, một ống kim loại bao ở ngòai và một cặp thanh lưỡng kim

loại ở bên trong, nó được gắn với hai đầu của ống Trong trường hợp nhiệt độ tăng chậm,

các thanh ngang và vỏ bọc ngòai nở ra đồng thời cho đến khi cả khối đạt đến một nhiệt

độ đặc trưng nào đó và bộ cảm biến được kích hoạt Khi nhiệt độ tăng nhanh vỏ bọc

ngòai sẽ nở ra nhanh hơn các thanh ngang, kéo đến chúng gần nhau hơn làm cho chúng

tiếp xúc với nhau nhanh hơn

Hình 2.5 : Cấu trúc bên trong cẩm biến nhiệt dựa vào tỷ lệ bù

2.2.3 Cảm biến nhiệt dựa vào tốc độ tăng của nhiệt độ

Đúng như tên gọi của nó, phương pháp hoạt động của nó là cảm nhận tốc độ tăng

của nhiệt độ Thông thường chúng hoạt động Ở tốc độ tăng từ 12 tới 15 độ F mỗi phút

Tuy nhiên điều này làm cho chúng quá nhạy với những thay đổi đột ngột của môi trường

dẫn đến cảnh báo sai và phóng điện không mong muốn Do đó cảm biến nhiệt hoạt động

theo phương pháp này không được thông dụng lắm

Hình 2.6 : Nguyên tắc hoạt động của cảm biến dựa vào tốc độ

tăng của nhiệt độ

2.3 So sánh ưu nhược điểm của các loại cảm biến khói và nhiệt

- GVHD : Th.S Tạ Công Đức Trang 6 SVTH : Trần Văn Tuấn

Trang 12

Loại cảm biến Ưu điểm Nhược điểm

Thỉnh thoảng quá nhạy nên gây

Cảm biến khói | Hiệu quả trong cẩm nhận các | ra cảnh báo lầm và nó có chứa

sử dụng phương | đám cháy nhanh, giá thành nguyên tố bức xạvà nó không

pháp ion hóa rẻ và đễ sản xuất hiệu quả trong các đám cháy âm

i

x " cháy âm Ï quả đối với các đám cháy nhanh

pháp quang điện

Dễ xảy ra cảnh báo sai so với

háp lấy mẫu hương pháp họat độn và nó cần được lắp đặt ở vị trí

On không khí phương pháp họat động Í truạn tiện để hoạt động có hiệu quả

Dễ xảy ra cảnh báo sai so với

Để hoạt động có hiệu quả nó

cần được đặt ở vị trí thuận tiện

Có thể cảnh báo sai do sự thay

đổi đột ngột của môi trường

dựa vào tốc độ | Tương đối dễ chế tạo và khá

2.4 — Thiết kế va thi công cảm biến

2.41 Cảm biến nhiệt

2.4.1.1 Ý tưởng thiết kế:

Ý tưởng thiết kế cảm biến nhiệt là dựa trên nguyên tắc hoạt động của cẩm biến

nhiệt độ cố định mà ta đã nói ở trên Ở đây ta sử dụng một linh kiện cẩm biến nhiệt

(temperature sensor) có điện áp hạ trên nó thay đổi tuyến tính theo nhiệt độ xung quanh

Bước tiếp theo chúng ta chọn một ngưỡng nhiệt độ mà ta giả định là xảy ra cháy thường

ta chọn ngưỡng nhiệt độ là 50C, khi nhiệt độ của môi trường xung quanh đạt tới ngưỡng

RA t0, 955,5598 94 9 L4 09 09 1920 29/201252%54 %8 99 09 L9 9 09 0980209452530898 t4 tệ t9 0 4039 949/35 958/5 8/208 %8 94 3 tệ 9 9v b9 E91, 608 5855 14 US EES EP EP ES ESTEE

Trang 13

này thì tương ứng điện áp hạ trên linh kiện cẩm biến đạt tới điện ấp xác định ( điện áp

này tùy thuộc vào đặc tính của linh kiện) Sau đó chúng ta sử dụng mạch so sánh điện áp

để khi đạt tới điện áp tương ứng thì ngõ ra mạch so sánh sẽ ở mức cao để kích hoạt các

tầng làm việc kế tiếp

2.4.1.2 Chọn linh kiện

+ Cảm biến nhiệt :

Khi ta mở trang Wed www.National.com của nhà sản xuat National

Semiconductor chúng ta sẽ tham khảo các linh kiện cảm biến nhiệt và đồng thời tham

khảo mục Data Sheet ta nhận thấy rằng dòng linh kiện LM135, LM235, LM335 là phổ

biến nhất vì nó có độ chính xác cao và giá thành tương đối mềm so với điều kiện tài

chính Trong đó thích hợp nhất là LM135 với khoảng nhiệt độ hoạt động rộng từ -55°C

đến +150”C và có thể chịu đựng được nhiệt độ lên đến 200C Tuy nhiên trên thị trường

Việt Nam phổ biến nhất là loại LM335

LM335 là loại cảm biến nhiệt có độ chính xác cao, dễ chuẩn mức điện áp ra Nó

hoạt động như một Zener hai đầu, LM335 có điện áp trên nó tỈ lệ ngay lập tức với nhiệt

độ tuyệt đối theo hệ số +10V/K với điện trở động nhỏ hơn 1 ohm, linh kiện hoạt động

với dòng điện có cường độ từ 400 micro ampe đến 5 mini Ampe và hầu như không đối

theo suốt quá trình hoạt động Không như các cảm biến khác LM335 có ngõ ra tuyến

tính Với khoảng nhiệt độ hoạt động từ -40°C đến +100°C, LM335 được sử dụng rộng rãi

trong trong lĩnh vực cảm biến nhiệt Đồng thời với trở kháng thấp và ngõ ra tuyến tính

nên sử dụng LM335 rất thuận tiện khi nối với các mạch khác cũng như khi sử dụng để

hiện thị giá trị trực tiếp

+ IC so sánh điện áp (Voltage Comparator)

Tham khảo các tài liệu hướng dẫn sử dụng linh kiện của nhà sản xuất National

Semiconductor và tham khảo danh sách linh kiện so sánh điện áp chúng ta có một loạt

linh kiện như LMI139, LM160, LMI161, Lm193, Trong đó em nhận thấy dòng sản

phẩm LM139 gồm LM139, LM239, LM339 được để cập đến trong tài liệu AN4I là phù

hợp với yêu cầu của chúng ta sử dụng trong để tài đặc biệt là LM 339

LM339 bao gồm bốn mạch so sánh điện áp độc lập có độ chính xác cao với đặc tính

điện áp lệch rất thấp, tối đa là 2mA cho cả bốn mạch Nó được thiết kế để làm việc với

nguồn đơn và có dãi điện áp hoạt động rộng từ 2 đến 36 VCD Có dòng cực máng rất

thấp (0.8 mA) và độc lập với điện áp cung cấp Có tốc độ đáp ứng trung bình và có thể

giao tiếp với họ IC số TTL và CMOS Độ chênh lệch điện áp ngõ vào bằng với điện áp

nguồn cung cấp Khoảng nhiệt độ hoạt động từ 0°C đến + 70C thực chất nó bao gồm 4

OP-AMP độc lập với nhau có thể hoạt động với nguồn đơn, với nguyên tắc hoạt động như

sau:

Trang 14

Thiết kế hệ thống báo cháy vô tuyến " Luận Văn Tốt Nghiệp

2.4.1.3 Thiết kế mạch cảm biến nhiệt

Sau khi tham khảo sơ đồ ứng dụng của từng linh kiện kết hợp với kiến thức đã được

tích lũy, em xin để xuất mạch cảm biến nhiệt có sơ đô nguyên lý sau

Dien tro han dong

=

.+_ Nguyên lý hoạt động : ở điều kiện bình thường điện áp trên LM335 là Vụ bé nên

điện áp tại B là Vp, bé hon dién áp tham chiếu là điện áp trên Diode Zener Vc nên ngõ ra

Vp = 0V Khi xảy ra cháy nhiệt độ môi trường tăng làm Vạ tăng làm Vạẹ tăng, khi VB

tăng vượt qúa giá trị tham chiếu Vc thi Vp =5V và nó kích họat các tầng RLXR3— kế

tiếp Điện trở R1 có tác dụng hạn chế cường độ dòng điện chảy qua LM335, biến trở R6

được sử dụng để chuẩn điện áp trên LM335, biến trở R7 được sử dụng để chia áp nhằm

lấy ra điện áp phù hợp với điện áp tham chiếu ( là điện áp trên D2) Tụ C1 đóng vai trò

lọc gai nhiễu để điện áp đi vào mạch so sánh tương đối phẳng, tuy nhiên trong thực tế vai

trò của tụ C1 không quan trọng lắm nên ta cũng có thể bỏ qua Điện trở R2 đóng vai trò

hạn chế đòng điện chảy qua Diode Zener D2 Điện trở R3 đóng vai trò điện trở kéo cho

ngõ ra nhằm cung cấp đủ năng lượng để chuyển mạch tải ở ngõ ra của LM339

+ Tính toán các giá trị linh kiện :

Ta có điện áp hạ trên LM335 là :

Va=10(mV)xT(K) -

GVHD : Th.S Tạ Công Đức ˆ Trang 9 SVTH : Trần Văn Tuấn

Trang 15

- Như vậy ở nhiệt độ phòng t = 25°C ta có điện áp hạ trên LM335 là :

Va = 10(mV) x (273 + 25)(K) = 2980(mV) = 2.98(V

Theo kiến nghị của nhà sản xuất ta chọn linh kiện chạy qua LM335 là 1mA, như vậy ta

tính được giá trị của điện trở hạn dong R1 1a:

R= d= 2.98) _ 2.02 =——= = 2020

Vậy ta chọn linh kiện trọng thực tế R1 = 2.2 K

Biến trở R6 được sử dụng để chuẩn điện áp trên LM335 là 2.98V khi nhiệt độ môi

trường là 25°C, theo kiến nghị của nhà sản xuất ta chọn R6 = 10 K

Biến trở R7 được sử dụng để điều chỉnh điện áp ra cho phù hợp với điện áp tham

chiếu, ta chọn R7 = 20K

Ta chọn ngưỡng nhiệt độ để cảnh báo cháy là 50°C Khi đó điện áp trên LM335 là

VÀ = 10(mA) x (273 + 50)(K) = 3230(mA) = 3.23 (V)

Như vậy ta chọn điện áp tham chiếu là 3.23 V, tuy nhiên trên thực tế Diode Zener

chỉ có mức điện áp gần nhất là 3V và 3.3V, do đó ta chọn điện áp tham chiếu là 3V tức

là chọn Diode Zener có điện áp Vz = 3V, theo tài liệu kỹ thuật ta có Iz = 15mA nên ta có

thể tính được giá trị điện trở hạn dòng R2 là :

R= SV) -3(V) 15(mA) = =“ 0.015 2 = 133(Q)

Ta chọn R2 = 150 Ohm

Điện trở kéo R3 phải được chọn đủ lớn để tránh công suất tiêu phí quá mức nhưng

phải chọn đủ bé để cung cấp đủ năng lượng để chuyển mạch bất cứ mạch điện tải nào

được mắc ở ngõ ra của LM339 Theo kiến nghị của nhà sản xuất ta chọn R3 = 3.3 K

Đối với tụ C1 có vai trò chủ yếu là triệt nhiễu xung có bể rộng xung hẹp nên ta

8 10K 20K | 10uE

Trang 16

Qua thử nghiệm trong thực tế, do linh kiện Diode Zener D2 có độ ổn định không

cao, điện áp trên Diode Zener lên tới gần 3.2 Vtức trùng với mức ngưỡng mong muốn, do

đó vai trò của biến trở R7 trở nên dư thừa Ta có sơ đổ mạch hoàn chỉnh đã thử nghiệm

Ta muốn biết nhiệt độ khói trong không khí thành điện áp và giám sát sự xuất hiện

của khói thông qua đại lượng này Dựa trên nguyên lý của cảm biến khói hoạt động theo

nguyên lý quang điện mà chúng ta đã nghiên cứu ở trên, ở đây chúng ta sử dụng một

Led, một quang trở và một mạch so sánh điện áp Ta sử dụng Led làm nguồn sáng để

chiếu sáng quang trở, ở điều kiện bình thường điện trở của quang trở sẽ có giá trị bé nên

điện áp trên nó bé hơn điện áp ngưỡng mà ta sử dụng để so sánh Khi xảy ra cháy tức khi

trong môi trường có nhiều khói sẽ làm cẩn trở Led chiếu sáng nên điện trở của quang trở

tăng nên dẫn đến điện áp hạ trên quang trở cũng tăng lên Khi điện áp trên quang trở lớn

hơn điện áp ngưỡng thì ngõ ra được set lên mức cao để kích thích hoạt động của tầng kế

tiếp

Đối với mạch so sánh điện áp, tương tự mạch cảm biến nhiệt ta sử dụng IC LM339

Ta sử dụng quang trở có điện trở dòng tối 1M, bước sóng ánh sáng cực đại mà quang trở

có khả năng hấp thụ là 520nm, hệ số độ dốc của đặc tuyến đáp ứng cường độ của quang

trổ là C = 0.7, sử dụng Led màu xanh lá cây có bước sóng chính là 560nm Ta vẫn sử

dụng Diode Zener 3V để làm điện áp chuẩn

2.4.2.3 Thiết kế mạch cảm biến khói

Ta có sơ đồ nguyên lý của mạch cảm biến khói dựa trên ý tưởng thiết kế đã trình

bày ở trên :

GVHD : Th.S Tạ Công Đức Trang 11 SVTH : Trân Văn Tuấn

Trang 17

Ở trạng thái bình thường đèn Led chiếu sáng quang trở làm cho quang trở có điện

trở bé nên điện áp tại điểm A bé hơn điện áp tại điểm B (là điện áp do Diode Zener tạo ra) nên ngõ ra C ở mức thấp Khi có khói, cường độ ánh sáng chiếu vào quang trở bị

giảm nên điện trở quang trở tăng làm điện áp trên quang trở, khi điện áp trên quang trở lớn hơn điện áp chuẩn thì ngõ ra C sẽ ở mức cao Điện trở R4 được sử dụng để hạn chế dòng điện chảy qua Led, điện trở R1 được sử dụng để chia áp nhằm làm cho điện áp trên

quang trở đạt giá trị mong muốn Các linh kiện khác có vai trò đã được khảo sát ở phần cảm biến nhiệt

+ Tính toán các linh kiện

Các điện trở R2 và R3 đã được tính toán ở trên nên ta không đề cập lại mà chúng ta

chỉ quan tâm đến điện trở R1 và R4 Si

Vì sử dụng Led xanh lá cây nên ta chọn điện áp trên Led là 3V, cường độ dòng điện chảy qua Led là 15mA, ta tính được giátrj của R4 :

~5ƒ =3 2_ iz) l5mA 0.015

Trang 18

R3 3.3K

[7

S LED Quang tro B L”]

3 D2 A LM339

| Hình 2.9 : Sơ đỗ nguyên lý hoàn chỉnh của mạch cảm biến khói

2.4.2.4 Thi công mạch cảm biến khói

Trong thực tế do linh kiện Diode Zener không đảm bảo chính xác 3V do đó để linh

hoạt trong việc lựa chọn ngưỡng để báo cháy chúng ta thay điện trở R1 bằng biến trở R8

có giá trị 10K Do đó mạch thi công trong thực tế là:

Trong thực tế chúng ta sử dụng kết hợp cả hai loại cảm biến nhiệt và cảm biến

khói vào chung một mạch cắm biến để tận dụng ưu thế của chúng Như chúng ta đã thiết

kế ơ' trên khi xảy ra cháy thì điện thế ở ngõ ra của bộ cảm biến nhiệt cũng như cẩm

biến khói sẽ lên mức cao do đó chúng ta sẽ kết hợp chúng vào một cảm biến bằng cách

sử dụng một mạch cộng để cộng hai ngõ ra này lại và mạch cộng chúng ta sử dụng ở đây

là cổng OR Để đảm bảo cho mạch xử lý cháy ở phía sau nhận biết chính xác điện áp ở

mức cao khi xảy ra cháy, chúng ta sử dụng một mạch điện để lưu giữ mức điện áp này và

phương án được chọn là chúng ta sử dung mach flip-flop D Tuy nhiên vấn đề đặt ra ở

đây là làm sao chúng ta biết được mạch cảm biến đang hoạt động nếu không xẩy ra

cháy? Ý tưởng giải quyết vấn để là chúng ta sử dụng mạch phát xung vuông Như vậy khi

xây ra cháy thì ngõ ra luôn ở mức cao còn trong trường hợp bình thường thì ngõ ra làxung

vuông Bằng cách sử dụng mạch đo độ rộng xung ta dễ dàng xác định được trạng thái của

Trang 19

mạch cảm biến Tuy nhiên ngõ ra của mạch cầm biến hoàn chỉnh được lối với IC ghép

kênh 74L,S153 mà ta đã biết đối với IC số họ TTL khi ngõ ra để trống là tương đương nối

lên mức cao Như vậy khi mạch cảm biến bị sự cố như đứt đây, mất nguồn Thì ở mạch

trung tâm cũng nhận được mức cao tức là trùng với mức báo cháy Do đó chúng ta phải

sử dụng phương án khác đó là khi ngõ ra mạch cảm biến ở mức thấp thì như xảy ra cháy,

còn khi mạch trung tâm nhận được mức cao tức là mạch cảm biến đã bị sự cố

Mach dao dong LM555

Hình 2.10 : Sơ đồ khối của mạch cầm biến hoàn chỉnh

Đối với cổng OR, qua tham khảo đặc tính kỹ thuật của linh kiện, chúng ta chọn

IC74LS32 gồm 4 cổng OR Tương tư đối flip flop D ta cũng sử dụng họ IC74LS, nhưng

ta có thêm yêu cau flip-flop D phải có Clear và Set nên chúng ta chọn IC số 74LS74

Đối với mạch tạo xung, yêu cầu đặt ra là độ rộng xung phải có độ chính xác cao, dễ

dàng điểu khiển độ rộng xung Ta chọn IC định thời LM555, sử dụng chế độ đa hài phi

ổn Cấu tạo và chức năng đã được trình bày kỹ trong sách Kỹ Thuật Xung của Tác giả

Nguyễn Tấn Phước cho nên chúng ta không cân nhắc lại Sơ đồ mạch của LM555 được

cho ở bên dưới

Trang 20

'Thiết kế hệ thống báo cháy vô tuyến Luận Văn Tốt Nghiệp

+ Nguyên tắc hoạt động :

Mạch dùng hai điện trở Ra và Rb và tụ C để xác định tần số và chu kỳ tín hiệu ra, chân 5 không được sử dụng nên được nối đất thông qua tụ 0.01 microfara để giảm ảnh hưởng của nhiễu Khi vừa mở điện, tụ C ở điện thế 0V tức dưới mức ngưỡng Vcc/3 Mức thấp này xuất hiện ở ngõ nảy (trigger - chân 2) làm LM555 nầy và ngõ ra nên mức cao (xấp xi Vcc — 1.7V), đồng thời tụ nạp qua hai điện trở Ra, Rb, nhưng khi tụ nạp đến ngưỡng trên 2Vcc/3 thì flip-flop RS đảo trạng thái và ngõ ra xuống thấp (xấp xỉ 0V) Khi điện thế của tụ bằng ngưỡng dưới Vcc/3 flip flop trở lại trạng thái ban đầu và ngõ ra nên mức cao, transistor T2 ngưng và tụ nạp lên về hướng Vcc

Kết qủa là ở ngõ ra có tín hiệu vuông Vì tụ nạp qua hai điện trở Ra, Rb, còn xả chỉ qua Rb nên dạng sóng vuông ra khong đối xứng với thời gian ở mức cao Tc lâu hơn thời

gian ở mức thấp Tt

Tính toán thời gian ở mức cao và mức thấp :

Ta có Tc chính là thời gian tụ C nạp về hướng Vcc qua hai điện trở Ra, Rb với điện

áp ban đầu là Vcc/3 và điện á áp lúc kết thúc là 2Vcc/3 ta suy ra :

Ve(Te) =Vee(1-e == +Ƒc(0)e “s

& Tc =—In(1/2)t =0.693(Ra + Rb)C

Như vậy thời gian ngõ ra ở mức cao là :

| Tc= 0.693 (Ra+Rb)C

Mặt khác ta có Tt là thời gian ngõ ra ở mức thấp chính là thời gian tụ C xả qua điện trở

Rb và transistor T2 xuống đất Với điện áp lúc đầu là Vc(Tc)=2/3 Vcc điện áp sau khi xả

V6i t'=Rb.C = thời gian ngõ ra ở mức ° thấp là :

GVHD : : Th.S Ta Cong Đức Trang 15 SVTH : Trần Văn Tuấn

Trang 21

Tt = 0.693 Rb.C

Chu kì dao động :

T=Tt + Tc = 0.693(Ra+2Rb).C

2.4.3.3 Thiết kế mạch cảm biến hoàn chỉnh

Như ta đã thấy chu kỳ làm việc của LM555 hoạt động ở chế độ đa hài phi ổn là nhỏ

hơn 50% tức là thời gian ngõ ra ở mức cao lớn hơn 50% thời gian của toàn chu kỳ Ta sử

dụng vi điều khiển AT89C51 để đo độ rộng xung ra (nối với ngõ ra ghép kêng của IC số

74LS153) vi điều khiển này sử dụng Timer 16 bit nên chu kì lớn nhất của mạch tạo xung

là 2'”= 65535 s Mặt khác vì điều khiển AT§9C5I chỉ hỗ trợ so sáng không bằng (no equal) và bằng (cqual) nên chúng ta dùng giải thuật như sau : khi bit thứ 16 (MSB) được

bật nên thì ta xem như xảy ra sự cố (tức nhận được mức cao) và khi 8 bit cao cia Timer

bằng 0 (xem như nhận được mức thấp) thì ta xem như cảm biến được bật lên và qua cổng

NOT nó luôn giữ mức không tức là xảy ra cháy trường hợp còn lại xem như cảm biến họat động bình thường (tức nhận được xung vuông ) Như vậy thời gian xung vuông ở

mức cao phải nhỏ hơn 8000H = 32768 ws va 1én hon FFH = 25 s Do đó ta gắn vào sau

ngõ ra của cổng OR một cổng đảo để thời gian ở mức cao nhỏ hơn 50% thời gian của

toàn chu kì Cổng đảo ta sử dụng là IC số 74LS04.Chọn chu kì của xung 1a 60000 ws va

chu kì làm việc là 10% (tức là sau khi sử dụng cổng đảo ta được Xung ra có mức cao

chiếm 10% thời gian toàn chu kì) Từ đó ta có thể tính được giá trị của các linh kiện Ta

Chu kì T=58.5ms, trong đó thời gian ở mức cao là Tc=52.8ms và thời gian ở mức thấp là

Tt=5.68ms Như vậy sau khi gắn cổng đảo vào ngõ ra ta được xung vuông với thời gian ở

mức cao là 5.69ms =5680 „ s, giá trị này phù hợp với yêu câu ban đầu

Trang 22

Thiết kế hệ thống báo cháy vô tuyến | Luận Văn Tốt Nghiệp

+ Nguyên lý hoạt động của mạch cảm biến khói và nhiệt cho ở phía dưới (Hình 2.13)

Nguyên lý của cảm biến nhiệt và cảm biến khói đã được phân tích kĩ ở trên nên ta

không nhắc lại, chúng ta chỉ quan tâm khi xây ra cháy ở ngõ ra của mạch cảm biến sẽ lên mức cao Ngõ ra của mạch cảm biến khói và nhiệt được đưa vào hai chân 1 và 2 của

IC 74LS32 (cổng OR) do đó chỉ cần một trong hai mạch cảm biến lên mức cao thì ngõ ra chân 3 của IC74LS32 lên mức cao tạo ra cạnh lên tác động đến chân vào xung clock

(chân 3 ) của 74LS74 (flip-flop D) nên ngõ ra Q (chân 5) sẽ được đưa lên mức cao và cứ giữ như vậy cho đến khi ta nhấn Reset Lúc đó ngõ ra 6 của 74LS32 sẽ luôn ở mức cao

nên ngõ ra sẽ ở mức thấp sau khi đi qua cổng NOT (74LS04) Ở trạng thái bình thường

hai mạch cảm biến ở mức thấp nên chân 3 của 74LS32 ở mức thấp nên chân Q của

74LS74 ở mức thấp nên ngõ ra 6 của 74LS32 trùng với ngõ ra (chân 7) của IC LM555 tức

là xuất ra xung vuông với mức cao là Tc = 52.8 ms và thời gian ở mức thấp là Tt = 5.68

ms DO đó ở ngõ ra sẽ được xung vuông cùng chu kì với thời gian ở mức cao là 5.68ms (vì

qua cổng NOT)

+ Tính toán giá trị linh kiện :

Chúng ta sẽ tính mạch Reset của IC74LS74 Theo data sheet của nhà sản xuất thì

thời gian chân CL ở mức thấp để Reset mạch tối thiểu là 25ns

Giả sử điện trở đóng của công tắc là Ro = 1 O thì khi nhấn nút thời gian tụ xả là:

Trang 23

Trong chương này chúng ta đã tìm hiểu được ưu khuyết điểm của các loại cảm biến

khó! và nhiệt hiện có mặt trên thị trường Việt Nam Qua đó chúng ta thiết kế mạch cảm

biến khói và nhiệt một cách hoàn chỉnh để phục vụ cho để tài tốt nghiệp Sơ đổ nguyên

GVHD : Th.S Tạ Công Đức _ Trang 18 SVTH : Trần Văn Tuấn

Trang 25

CHƯƠNG II MẠCH GHÉP KÊNH VÀ XỬ LÝ TRUNG TÂM PHÍA PHÁT

Hình 3.1 : Sơ đồ khối mạch ghép kênh và xử lý trung tâm

Ở bốn khu vực nhạy cảm trong tòa nhà cao ốc ta bố trí một bộ cảm biến để giám sát Khối xử lý trung tâm có nhiệmvụ điều khiển khối ghép kênh để lần lượt quét từng vùng đó tùy trạng thái của mỗi vùng mà phát ra tín hiệu phù hợp cho khối tiếp theo Các

trạng thái mà ta có thể giám sát là :

+ Chấy: ngõ ra cảm biến ở mức thấp

+ Sự cố : ví dụ đứt dây tín hiệu, hết pin, Nói tóm lại là thiết bị cảm biến

không hoạt động bình thường và cũng không xảy ra cháy : ngõ ra cảm biến ở trạng thái

trở kháng cao (không nối lên mức cao cũng không nối xuống đất) do đó ở ngõ ra của

'14LS153 sẽ là mức cao (vì ngõ vào để trống ở loại IC số họ TTL xem như nối lên mức

cao)

+ Bình thường : ngõ ra cảm biến là xung vuông với độ rộng xung đã được

xác định chính xác

Chúng ta đánh dấu khu vực giám sát và phân biệt các trạng thái bằng cách sử dụng

Tone DTME Do đó ta có sơ đỗ khối bộ xử lý trung tâm như sau :

Trang 26

Đối với mạch ghép kênh, yêu cầu đặt ra là có thể ghép được 4 kênh, được điều

khiển bằng vi điều khiển do đó ta chọn IC số 74LS153 làm mạch ghép kênh IC 74LS153 gồm hai bộ ghép kênh 4 ngõ vào tốc độ cao, với chân cho phép riêng biệt cho mỗi bộ ghép kênh Ta có sơ đổ logic 74LS153 như sau :

74LS153

Nguyên tắc họat động của 74LS153 : các chân 1 và 15 được sử dụng để cho phép

/cấm cho các bộ ghép kênh Bằng cách đưa mức điện áp thích hợp vào các chân chọn ngõ vào (select input) 2 và 14 chúng ta sẽ chọn được ngõ vào dữ liệu tương ứng Cả hai

bộ ghép kênh cùng sử dụng chung hai chân ngõ vào Để hiểu rõ nguyên tắc hoạt động

của 74LS153 ta tham khảo bản sự thật sau :

Chọn ngõ _ Ngõ vào (A hoặt B) Ngõ ra vào

Trang 27

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều họ vi điểu khiển Tuy nhiên ta chỉ tìm hiểu loại

vi điều khiển nào thông dụng và có mặt trên thị trường Việt Nam, đồng thời phải có nhiều tài liệu để tham khảo Qua khảo sát em nhận thấy rằng họ vi điều khiển MSC-51

nói chung và IC AT89C51 nói riêng rất phổ biến trên thị trường Do đó trong khuôn khổ

dé tài này chúng ta sẽ không nhắc lại mà chỉ giới thiệu sơ lược phần cứng và chỉ đi sâu vào giới thiệu các đặc điểm mà chúng ta sử

3.3.1 Sơ lược về phần cứng AT89C51

Vi điều khiển AT§9C51 trong họ MSC-

4 KB bộ nhớ loại ROM để ghi các chương trình điều khiển

+ l1 bộ xử lý các phép toán logic có thể thao tác trên từng bít

+ 210 bit RAM nội được địa chỉ hóa

+ Bộ nhân / chia 4 bịt

3.3.2 Sơ lược về các chân của vi điều khiển AT89C51

AT82C51 có 40 chân tín hiệu Ngoài các chân nhận nguồn nuôi và các linh kiện tạo dao động, các chân còn lại hoạt động giống như các đường vào ra Tuy nhiên, trong đó có

24 chân có hai công dụng, mỗi đường này có thể hoạt động như đường xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặc như là một đường trong của BUS dữ liệu và BUS địa chỉ Các

cổng vào ra song song thường có cấu trúc cài

U3

dụng

51 có chung một số đặc tính sau :

Có thể quản lý 64 KB bộ nhớ mở rộng cho chương trình và 64KB bộ nhớ mở rộng cho

P0.0/ADO 37_| PO.1/AD1 P0.2/AD2 P0.4/AD4 P0.6/AD6

P1.4

P15 P17

_ P3.0/RXD

P2.0/A8 P2.1⁄A9 ƑẾ P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.8/A14 P2.71A15

P3.2/INTO P3.3/INT1 F25 P3.4/T0 75 P3.5/T1 [-Tö P3.6/WR [747

sã_4G16C2Z32 j Hinh 3.3 So dé logic cia AT89C51

VỀ2 14 tt tổ 12 94 9437622920925 929594 45 08 C9 t2 S9 09 0989/09/00 00456 04 96 t2 99 Sỹ 780 953599,09/5/454848 4 94 93 b9 99 2 39 30 25 5256554848 48

Trang 21 SVTH : Trần Văn Tuấn

Trang 28

3.3.3 Chức năng các chân của AT89C5I

+ Port 0:

Port Ö là Port có hai chức năng ở các chân từ 32 đến 39 của AT89C5I Trong các thiết

kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường ra vào Đối với

các thiết kế mở rộng về bộ nhớ, nó là Bus đa hợp giữa Bus địa chỉ và Bus đữ liệu

+ Port 1:

Port 1 14 Port NO 6 céc chan ti 1 đến 8 Các chân được ký hiệu là P1.0, P1.1, P1.7 Port 1 không có chức năng khác vi vậy nó chỉ dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài

+ Port 2 :

Port 2 là một Port có tác dụng kép ở các chân từ 21 đến 28 được dùng như các đường xuất nhập hoặc là các byte của Bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng

+ Port 3:

Port 3 là một Port có tác dụng kép từ các chân 10 đến 17 Các chân của Port nầy có

nhiều chức năng, ngoài công dụng như các đường vào ra thông thường chúng còn các công dụng như ở bản dưới đây :

P3.0 | RXD Ngõ vào dữ liệu cho cổng nối tiếp P3.1 | TXD Ngõ ra dữ liệu cho cổng nối tiếp P3.2 |INTO\ Nhận tín hiệu yêu cầu ngắt (0) từ bên ngòai P3.3 | INT1\ Nhận tín hiệu yêu cầu ngắt (1) từ bên ngòai

P3.5 T1 Ngõ vào bên ngoài của Timer 1

P3.6 | WR\ | Tín hiệu điểu khiển ghi dữ liệu cho bộ nhớ ngoài

P3.7 RD\ Tin hiéu diéu khién đọc cho bộ nhớ ngoài

Bảng 3.2 : Chức năng của các chân Port 3

+ Ngõ tín hiệu PSEN\ ( Program Store Enable) :

PSEN\ là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở

rộng và thường được nối với chân OE\ ( Out Enable) cia EPROM cho phép đọc các

'PSEN ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh Các mã nhị phân của chương trình được đọc

từ EPROM qua Bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi bén trong IC AT89C51 để giải

mã lệnh Khi thi hành chương trình trong ROM nội ( „C 89C51) thì PSEN\ sẽ ở mức 1

2020202020402 04 t4 t7 672221 49204.1040208 t8 tự 9t ý 90 6P 6940130255909096 9905 0 SẼ 5920 20:69.0046 940144551019 99 09 Đồ 02 07 050056 50011495 9910 tt S90 29 221585601 95.96

Trang 29

.+ Ngõ tín hiệu điều khiển ALE (Address Latch Enable)

Khi 89C51 truy xuất bộ nhớ bên ngoài, Port 0 1A Bus da hợp giữa Bus địa chỉ và Bus

dữ liệu do đó phải tách đường địa chỉ và đường dữ liệu Tín hiệu ra ALE ở chân thứ 30

dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi kết nối với

IC chốt

Tín hiệu ra ở ALE là một xung trong khoảng thời gian Port 0 đóng vai trò địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoàn toàn tự động Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên vi điều khiển và có thể được dùng làm tín hiệu Clock cho các phần tử khác của hệ thống Chân ALE được dùng làm ngõ vào của xung lập trình cho EPROM trong 89C51

+ Ngõ tín hiệu EA\ ( External Access : truy xuất dữ liệu bên ngoài)

Tín hiệu vào EA\ ở chân 31 thường được mắc lên mức một hoặc mức 0 Nếu ở mức 1

thì uC 89C51 thi hành chương trình trong ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 4K Nếu ở

mức 0 thì 89C51 thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng Chân EA\ còn được dùng làm chân cấp nguồn 21V khi lập trình cho EPROM trong §9C51

+ Ngõ tín hiệu RST (Reset)

Ngõ tín hiệu Reset ở chân 9 là ngõ Reset của 89C51 Khi tín hiệu này được đưa lên mức cao (ít nhất là 2 chu kì máy) các thang ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống, khi cấp điện mạch tự động Reset

+ Ngõ vào bộ dao động trên Chip (X, X,)

Bộ tạo dao động được tính hợp bên trong 89C51, khi sử dụng 89C51 người thiết kế

cần ghép nối thêm tụ, thạch anh Tần số thạch anh được sử dụng cho 89C51 là 12Mz

+ Nguồn cho 89C51

89C51 hoạt động với nguồn đơn +5V Vcc được nối vào chân 40 và Vss (GND) được

nối vào chân 20

Khả năng tải Port 0 là LS-TTL của Port 1,2,3 là 4LS- TTL Cấu trúc của Port được xây

dựng từ FET làm cho Port có thể xuất nhập dễ dàng Khi FET tắt thì Port dễ đàng dùng

chức năng xuất Khi FET hoạt động thì Port làm chức năng nhập thì khi đó ngõ nhập mức

cao sẽ làm hỏng Port

+ Mạch dao động

Đối với vi điều khiển 89C51 thi tan số dao động trên Chip có thể lên đến 24Mz, tuy vậy

nguồn dao động được sử dụng đối với AT§9C51 là thạch anh 12Mz Với tần số này, một

chu kì máy sẽ chiếm khoảng thời gian là :

Thụ kì may = L2 Tchụ kì dao động trén chip = 12.1/12Mz = 1 ws

2020200450514 4 94 0 62 62 642720 0.052 9699 98 Về tử 9 S9 00898534515 94604 t4 09 tý bở 59 S4 02 2925.356 052554995 94 09 09 0905 62.9580564646 6905 t4 t3 l9 l9 2919 3505952484898 98

Trang 30

Với chu kì máy Tụ may= 1 s rất thuận tiện cho việc tính toán thời gian ngắt của các

Hình 3.4 : Sơ đồ gắn thạch anh bên ngoài củaAT89C51

| Nguồn dao động được đưa vào các chân 18 và 19 của vi điều khiển Các tụ C1 và C2

có tác động ổn định dao động của thạch anh Giá trị của C1 và C2 được chọn theo kiến nghị của nhà sản xuất :

CI=C2=30pF

+ Mạch Reset

Mạch Reset có tác dụng khởi động hay thiết lập lại trạng thái ban đầu cho vi điều khiển 89C51 dé khi 89C51 Reset lại toàn bộ hệ thống thì chân số 9 (RST) phải được giữ

ở mức cao ít nhất bằng2 chu kì máy, sau đó trở về mức thấp Mạch Reset sẽ thực hiện

chức năng này khi mới bật nguồn hay nhấn công tắc

+C4

10uF

R2 10K

Hình 3.5 : Mạch Reset cho vi điểu khiển AT§9C51 Khi cấp nguồn, SW1 hở mạch, lúc đầu do tính liên tục của điện áp trên tụ C4 nên

ngõ ra RST ở mức cao Sau đó tụ C2 được nạp làm điện áp ngõ ra RST ở mức thấp, vi

điều khiển AT89C51 ở Ở trạng thái khởi động sau khi đã được reset và hoạt động bình

thường

Thời gian ở mức cao của ngõ RST phụ thuộc vào thời điểm nạp của tụ :

t= R,,.C4 = 10KQ.10 uF = 100ms >>2 ys (hai chu ki máy)

GVHD : Th.S Tạ Công Đức Trang 24 SVTH : Tran Van Tuấn

Trang 31

Khi nhấn công tắc SW1, mạch hoạt động ở chế độ xác lập là câu phân áp R1 và R2

đó mới xuống mức thấp, đảm bảo AT89C51 được Reset

3.3.4 Mô tả về bộ nhớ Ram trong chip của 89C51

Bộ nhớ trong AT89C51 bao gồm ROM và RAM RAM trong 89C51 bao gồm nhiễu thành phần : phân lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hóa từng bit, các tập thang ghi và

các thanh ghi có chức năng đặc biệt AT89C51 có cấu trúc bộ nhớ theo kiểu Harvard : có

những vùng nhớ riêng biệt cho chương trìng và dữ liệu Chương trình và đữ liệu có thể

chứa bên trong 89C51, nhưng 89C51 vẫn có thể kết nối với 64KB chương trình và 64KB

đữ liệu

Hai đặc tính cần chú ý khi dùng /C 89C51 là:

+ Các thanh ghi và các Port xuất nhập đã được định vị ( được định vị có nghĩa là xác định ) trong bộ nhớ có thể truy xuất trực tiếp giống như các bộ nhớ địa chỉ khác

- + Ngăn xếp bên trong Ram nội nhỏ hơn so với ROM ngoại như các bộ xử lý khác

RAM bên trong 89C51 được phân chia như sau :

+ Các tập thanh ghi có địa chỉ 00h đến 1FH

+ RAM địa chỉ hóa từng bit có địa chỉ từ 20H đến 2FH

+ RAM da dụng có địa chỉ từ 30H đến 7FH

+ Các thanh ghi có chức năng đặc biệt từ 80H đến FFH

3.3.5 Hoạt động của bộ định thời TIMER

+ Giới thiệu :

Một định nghĩa đơn giản của TIMER là một chuỗi các flip-flop chia đôi tần số nối

tiếp nhau, chúng nhận tín hiệu vào làm nguồn xung nhịp Ngõ ra của tầng cuối làm xung

nhịp cho flip-flop báo tràn của TIMER (flip-flop cd Gid tri nhi phan trong cdc flip-flop

của TIMER có thể xem như số đếm xung nhịp ( hoặt các sự kiện) từ thời điểm khởi động TIMER Ví dụ TIMER l6 bit sẽ đếm từ 0000H đến FFFFh Cờ báo tràn sẽ lên 1 khi số đếm tràn từ FFFFH đến 0000H C 89C51 có hai TIMER 16 bit, mỗi TIMER có 4 cách

làm việc Người ta sử dụng các TIMER để :

Trang 32

Trong các ứng dụng định nghĩa khoảng thời gian, người ta sử dụng lập trình TIMER

ở một khoảng đều đặn và đặt cờ tràn TIMER Cờ được sử dụng để đông bộ hóa chương trình để thực hiện một tác động như kiểm tra trạng thái của các ngõ vào hoặc gởi sự kiện cho các ngõ ra Các ứng dụng khác có thể sử dụng việc tạo xung nhịp diéu đặn của TIMER để đo thời gian trôi qua giữa hai sự kiện (Ví dụ : đo độ rộng xung )

Đếm sự kiện dùng để xác định số lần xảy ra của một sự kiện Một sự kiện là bất cứ

động tác ngoài nào có thể cung cấp một chuyển trạng thái trên một chân của 89C51

A Thanh ghi ché d6 TIMER (TMOD)

Thanh ghi TMOD chứa hai nhóm 4 bịt dùng để đặt chế độ làm việc cho TIMER 0 và

TIMER 1

Bit (mở cổng ), khi = 1 timer chỉ chạy _ khi INTI ở mức cao

Bit chon ché độ counter/timer

=0 định khoảng thời gian

5 MI 1 Bit 1 của chế độ (mode)

Bảng 3.3 : Tóm tắt thanh ghi TMOD

B Thanh ghi diéu khién timer (TCON)

Thanh ghi TCON chứa các bit trạng thái và các bit điều khién cho Timer 0 va Timer 1

Cờ báo tràn Timer 1 Được lập bởi phần

cứng khi xảy ra tràn, được xóa bởi phần mềm hoặc phần cứng khi bộ xử lý chỉ đến

chương trình phục vụ ngắt

Trang 33

Thiết kế hệ thống báo cháy vô tuyến — Luận Văn Tốt Nghiệp

Cờ cho phép ngắt INTI : được lập bởi

phần cứng khi có cạnh xuống ở ngõ vào

cứng khi CPU chỉ đến chương trìng phục

C Chế độ Timer :_

+ Chế độ 1— Chế độ Timer 16 Bit :

+ Hoạt động như Timer 16 bit đây đủ

+ Cờ báo tràn là bit TFx trong TCON có thể đọc hoạt ghỉ bằng phân mêm

+MSB cia giá trị trong thanh ghi tmer là bit 7 của THx và LSB là bit 0 của TLx

Các thanh ghi Timer (TLx/THx) có thể đọc hoặc ghi bất cứ lúc nào bằng phân mêm

+ Nguồn tạo xung nhịp

Có hai nguồn tạo xung nhịp có thể có, được chọn bằng cách ghỉ vào C/T

(counter/timer) trong TMOD khi khởi động Timer Một nguồn tạo xung nhịp dùng cho

định khoảng thời gian, cái còn lại sử dụng cho mục đích đếm sự kiện

+ Dinh khoang thdi gian (interval timing)

2202352100084 11 tệ t6 8 4729202205 00504515 03 9 LỆ tê 9 l9 2 60100 01969595 95 t2 09 bộ S2 St hộ A0 6/466 966596 94 t3 94 S9 99 0 09259 56/166544549 95 t8 19 99 94/8089 255298494546 te

Trang 34

Nếu C/T = 0 hoạt động timer liên tục được chọn và timer được dùng cho việc định khoảng thời gian Lúc đó, timer lấy xung nhịp từ bộ dao động trên chip Bộ chia 12 được

thêm vào để giảm tân số xung nhịp đến giá trị thích hợp cho phân lớn các ứng dụng Như

vậy, thạch anh 12MHz sẽ cho tốc độ xung nhịp timer 1MHz báo tràn timer xảy ra sau

một số ( cố định) xung nhịp, phụ thuộc vào giá trị ban đầu được nạp vào thanh ghi timer

TLx/THx

+ Đếm sự kiện (Event Counting)

Nếu C/T = 1, timer lấy nguồn xung nhịp từ bên ngoài Trong hầu hết các ứng dụng,

nguồn bên ngòai này cung cấp cho timer một xung khi xây ra một sự kiện — timer dùng

đếm sự kiện Số sự kiện được xác định bằng phần mềm bằng cách đọc các thanh ghi

TLx/THx vi gia tri 16 bit trong thanh ghi này tăng thêm một cho mỗi sự kiện Bit 4 của

Port 3 (P3.4) được dùng làm ngõ vào tạo xung bên ngoài cho timer 0 vàtimer 1 và được

gọi là “ T0” Còn Port 3.5 hay “T1” là ngõ vào tạo xung nhịp cho timer 1

Trong các ứng dụng đếm, các thanh ghi timer được tăng tthêm 1 tương ứng với

chuyển từ 1 xuống 0 ở ngõ vào bên ngoài Tx : ngõ vào bên ngoài được lấy mẫu trong

S5P2 của mọi chu kì máy Như vậy, khi ngõ vào cao trong một chu kì và thấp trong một

chu kì kế thì số đếm được tăng thêm một Giá trị mới được xuất hiện trong các thanh ghi

trong S3P1 của chu kì theo ssu chu kì trong đó phát hiện sự chuyển tiếp Do đó, mấy 2

chu kì máy để ghi nhận sự chuyển 1 sang 0, do đó tân số ngoài tối đa là 500KHz (giả sử

hoạt động ở 12MHz)

Phương pháp đơn giản nhất để bắt đầu (cho chạy) và dừng các timer là dùng các bit

điều khiển chạy TRx trong TCON TRx bị xóa sau khi Reset hệ thống Như vậy, các

timer theo mặc nhiên là bị cấm ( bị dừng) TRX được đặt lên 1 bằng phần mềm để cho

Trình biên dịch sẽ thực hiện việc chuyển đổi kí hiệu cần thiết từ “TR0” sang địa chỉ

bit đúng SETB TRO chính xác giống như SETB §CH

Một phương pháp khác để điểu khiển các timer là dùng bit GATE trong TMOD và

ngõ vào bên ngoài INTx Dat GATE = I cho phép timer sẽ được điều khiển bằng INTx

Việc này rất hiệu dụng cho việc đo độ rộng xung như sau : Giả sử INT0 ở mức thấp

nhưng các xung ở mức cao trong khoảng thời gian đó Khởi động timer 0 ở chế độ 2 (chế

d6 timer 16 bit), v6i TLO/THO = 0000H, GATE = 1 va TRO = 1 khi INT0 ở mức cao,

timer dugc mé céng va duge c&p xung nhip 1 MHz (néu vi diéu khién 89C51 hoat dong 6

GVED : Th.S Tạ Công Đức Trang 28 SVTH : Trần Văn Tuấn

Trang 35

Thiết kế hệ thống báo cháy vô tuyến Luận Văn TốtN ghiệp

tân số 12MHz) Khi INT0 xuống thấp, timer bị “ đóng cổng” và thời khoảng của xung

tính bằng micro s là số đếm trong TL0/TH0 (có thể lập trình INTO dé tao ra một ngắt khi

nó xuống thấp) Đây cũng là một nguyên lý chúng ta sử dụng để giám sát hoạt động các

khu vực Hình sau minh hoa Timer 1 hoat động ở chế độ I timer 16 bit Các thanh ghi

timer TL1/THI và cờ báo tràn TE1 trong sơ đồ chỉ các khả năng có thể có của nguồn tạo

xung nhịp và để cho chạy, dừng và điều khiển timer,

+ Khởi động và truy xuất các thanh ghỉ

Thông thường các thanh ghi được khởi động một lần ở đâu chương trình để đặt chế độ

làm việc đúng Sau đó, trong thân chương trình, các timer được đọc và cập nhập theo đồi

hỏi của từng ứng dụng

TMOD là thanh ghi thứ nhất được khởi động vì nó đặt chế độ hoạt động Ví dụ các

lệnh sau khởi động timer 1 như timer 16 bit (chế độ 1) có xung nhịp từ bộ dao động trên

chip cho việc định khoảng thời gian :

MOV TMOD = 00010000B

Nếu cần số đếm ban đầu, các thanh ghi timer TL1/THI cũng phải được khởi động

Nhớ lại các timer đếm lên và đặt cờ báo tràn khi có sự chuyển tiếp FFFFH sang 0000H

một khoảng 100 /s có thể được định thời bằng cách khơi động trị cho TL1/THI là FF9C :

MOV TL1,#9CH |

MOV TH1,#0FFH

rarerersunsunutrururerereunareneitnnr ire areca tre rnreerataraeetateuteuieuarareseraimuneiaueuuiepemeraauun

Trang 36

Rồi timer được cho chạy bằng cách điều khiển bit như sau :

SETB TRI

Cờ báo tràn được tự động đạt lên sau 100/⁄s phần mềm có thể dgi trong 100 us bằng

cách dùng lệnh rẽ nhánh có điều kiện nhhảy đến chính nó trong khi cờ báo tràn chưa

được đặt lên I1 :

CHO: JNB TF1,CHO

Khi Timer báo tràn, cần đừng timer và xóa cờ báo tràn bằng phan mém:

CLR TR1 CLR TF1

3.4 Mạch phát DTMF

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều loại IC phát tone DTME có độ chính xác cao và

dễ dàng sử dụng như 5089 hoặc các IC thu — phat Tone như MT8880, MT8888 Trên thị trường Việt Nam hiện nay các loại thông dụng nhất là MT8§880, MT8888 Ca hai loai

này có cấu trúc phần cứng tương tự nhau, nhưng MT8880 tương thích với dòng vi điều

khiển của Motorola, MT8888 lại tương thích với dòng vi điều khiển 8051 của hãng Intel

Vì chúng ta chọn bộ xử lý trung tâm là con vi điều khiển AT89C51 nên để phát Tone DTMF chúng ta sử dụng IC thu — phat Tone MT8888 Do chúng ta chỉ sử dụng chức năng phát Tone DTME nên chúng ta chỉ khảo sát chức năng phát của nó

3.4.1 Sơ đồ nguyên lý của MT 8888 như sau :

1

2 D—~]IN+ 1 vop boo 3]|!N- Š S/GT Fiạ—H

Hình 3.8 : Sơ đô nguyên lý của MTS888

IN+ Ngõ vào không đảo của Op-Amp IN- Ngõ vào đảo của Op-Amp

Chọn độ lợi Cho phép kết nối tới ngõ ra của mạch

khuếch đại vi sai trước cuối để nối điện trở hồi tiếp

Vref_ | Ngõ ra của điện áp tham chiếu (Vdd/2)

Trang 37

Ngõ vào bộ dao động/ xung đồng hồ của DTME Kết

6 OSC1 | nối với một điện trở 4.7 M tới Vss nếu sử dụng bộ

dao động thạch anh

Ngõ ra của bộ tạo dao động Một thạch anh

3.579545 MHz được kết nối giữa hai chân OSC1 va

7 OSC2 | OSC2 để hoàn chỉnh mạch dao động bên trong

Được để trống nếu OSCI1 được điều khiển bằng bộ

dao động bên ngoài

8 TONE | Ngõ ra từ bộ phát DTMF bên trong

Ngõ vào điều khiển ghi, được kết nối với vi xử lý

Tương thích với mức TTL

10 CS\ Ngõ vào lựa chọn chip Tích cực mức thấp

Ngõ vào điều khiển đọc dữ liệu sang vi xử lý Tương

thích với mức TTL |

Yéu cau ngắt xử lý thoại (cực máng hở) Ở chế độ

ngắt (interrupt mode), ngõ ra này sẽ xuống mức thấp khi một cụm tone DTMEF hợp lệ được truyền đi hoặc được nhận Trong chế độ xử lý thoại (call progress mode), chan nay sẽ xuất ra một tín hiệu xung hình

chữ nhật tương ứng với tín hiệu ở ngõ vào của op-

amp Tín hiệu vào này phải nằm trong giới hạn băng

thông của bộ lọc xử lý thoại

Bus dữ liệu của vi xử lý Trở kháng cao khi CS/=1 hoặc RD/=1.Tương thích với mức TTL

Ngõ ra lái ban đầu Xuất hiện mức logic cao mỗi khi giải thuật số nhận biết được một cặp tone hợp lệ

Trong khoảng thời gian mất tín hiệu sẽ làm cho chân

Est trở về logic thấp

19 Sư/GT | Ngõ vào lái/ Thời gian bảo vệ (ngõ ra)

20 Vdd | Nguồn cung cấp điện dương (chuẩn 5V)

Bộ phát DTME được sử dụng bên trong MT88S§8§CE có khả nang tao ra 16 cap tone

DTMF chuẩn với độ méo thấp và độ chính xác cao Tất cả tân số này đều được lấy từ

dao động thạch anh mắc bên ngoài tần s6 3.579545MHz Dạng sóng sine của từng tone

2202920029613 213 07 9 01 976940202020214204 94 04 L7 99 09 49 69 0421090904605 05 t5 t9 59 89297 64164140230 800695 t4 1996 9E C9900 00800 3062165595 98 98 tt ÁP 2009401216144

Trang 38

được tổng hợp theo phương pháp số sử dụng bộ chia cột và hàng có khả năng lập trình và

bộ biến đổi D/A biến dung Các tone cột và hàng được trộn và lọc để tạo ra tín hiệu

DTME với tổng méo hài thấp và độ chính xác cao Dé phat ra một tone DTMF df liéu

tương ứng với dạng mã được cho ở bên dưới phải được ghi vào thanh ghi dữ liệu phát

cao Như trong bảng trên chỉ ra, các tần số nhóm thấp là 679, 770, 852 và 941Hz

Nhóm tần số cao là 1209, 1336, 1477 va 1633Hz Thông thường, tỉ số biên độ của

nhóm cao so với nhóm thấp là 2đB để bù cho suy hao tân số cao trên đường dài

3.4.3 Burst Mode

Một ứng dụng điện thoại bất kì đều đòi hỏi tín hiệu DTME được tạo ra với một thời

hằng hoặc được quy định bởi ứng dụng đó hoặc hệ thống chuyển mạch hiện có Thời

hằng DTMF chuẩn có thể được tạo ra bằng cách sử dụng Burst Mode Bộ phát có khả

năng tổng hợp các tone có khoảng tắt mở trong thời gian định trước Thời gian này là

5lms và là chuẩn cho bộ quay số tự động và tổng đài Sau khi khoảng tắt/ mở tone đã

được phát đi, một bit tương ứng sẽ được lập trong thanh ghi trạng thái để biểu thị rằng bộ

phát sẽ sẵn sàng cho Data kế tiếp Thời hằng 51ms đóng / mở tone có được khi ta chọn

_ mode DTME 3A A89 sssg 190 1212782 22089 061500523,5,05/0.%09.48 466 48.09 100802925250 529.5%545 935 9969 89 8°, ^^ n0 S51 540999 t9 về TC n5 t13.160 640 69 09 69 9 "1154595949

GVHD : Th.S Tạ Công Đức - Trang 32 SVTH : Trần Văn Tuấn

Trang 39

Tuy nhiên khi CP mode (Call Progress ode) được chọn thì một thời hằng đóng ngắt thứ hai là 102ms sẽ được sử dụng Khoảng thời hằng dài hơn này sẽ hữu ích khi thời gian

xuất hiện tone là 51ms Chú ý rằng khi CP Mode và Burst Mode cùng được chọn thì

MTS8888CE chỉ hoạt động ở chế độ phát mà thôi Trong một ứng dụng nào đó khi ta cần một khoảng thời gian đóng ngắt khác (không theo chuẩn) thì phải dùng vòng lặp phần

mêm hay một bộ định thời bên ngoài và tắt chế độ Burst Mode đi Trong để tài này chúng ta sử dụng chế độ đóng ngắt tone 102ms để phát tone đánh dấu trạng thái nên chúng ta đồng thời chọn CP Mode và Burst Mode

3.4.4 Giao tiếp với vi xử lý :

MT8888 tương thích với giao diện vi xử lý của hãng Intel, nó tương thích với thế hệ nhanh (16 MHz) của MT89C51, không cần chu kì chờ Có tổng cộng 5 thanh ghi chia làm

3 loại : Thanh ghi dữ liệu thu /phát, thanh ghi điều khiển thu/ phát và thanh ghi trạng thái

Có hai thanh ghi dữ liệu : thanh ghi Receive data chứa mã xudt ra cla cap Tone DTMF hợp lệ gần nhất và là thanh ghi chỉ đọc Data đưa vào thanh ghi Transmith Data sẽ quy định cặp Tone nào được phát đi, Data chỉ có thể được vào thanh ghi này

Điều khiển thanh ghi thu/phát Tone được đảm nhận bởi hai thanh ghi Control

Register A va Control Register B (CRA va CRB) có cùng một dia chi Muốn ghi vào

thanh ghi CRB thì trước đó phải có set một bit tương ứng ở CRA Chu kì ghi kế tiếp vào cùng địa chỉ sẽ cho phép truy cập tới CRB Và chu kì ghỉ kế tiếp nữa sẽ trở lại CRA Khi cấp điện mạch điện reset nội sẽ xóa các thanh ghi điểu khiển Tuy vậy, để ngăn ngừa thì

chương trình phần mềm nên có một dòng lệnh để kích khởi các thanh ghi này Giả sử rằng thanh ghi phát rỗng sau khi reset, ta xem qua các bảng dưới để thấy rõ chỉ tiết về

các thanh ghi điều khiển Chân IRQ/CP có thể được lập trình sao cho nó có thể cung cấp tín hiệu yêu cầu ngắt sau khi nhận xung DTMEF hợp lệ hay khi bộ phát đã sẵn sàng cho

data kế tiếp (chỉ trong Burst Mode) Chân IRQ/CP là ngõ ra cực máng hở và vì thế cần

có một điện trở kéo lên

Thanh ghi nhận data chứa mã lệnh xuất của giá trị cuối cùng cặp Tone DTME được giải mã và chỉ là thanh ghi đọc data vào Tín hiệu data vào trong thanh ghi phát sẽ được

định rõ với cặp Tone nào mà được phát sinh ra Data chỉ có thể được viết với thanh ghi

-_ phát

Hai thanh ghi điều khiển CRA và CRB chỉ chiếm chỗ trong một khoảng địa chỉ tương

ứng phép ghi với CRB có thể được thực hiện bằng cách đặt dành riêng bit trong CRA

phép ghi tiếp theo tới địa chỉ tương ứng sẽ được trực tiếp đưa tới CRB và tiếp theo sao

chu kì ghi sẽ được trực tiếp trở lại CRA

Cách truy cập thanh ghi :

Trang 40

0 0 1 | Ghi vào thanh ghi Data phat

0 1 0 Đọc từ thanh ghi Data thu _

1 0 1 Ghi vào thanh ghi điều khiển

Bảng 3.6 : Truy cập các thanh ghi bên trong

Các bit trong thanh ghỉ CRA (Control Register A) :

Bang 3.7 : Vi tri cdc bit trong CRA

Mô tả thanh ghỉ CRA :

Điều khiển ngõ ra tone Mức logic 1 cho phép

b0 TOUT Tone được phát ra Mức logic 0 sẽ tắt ngõ ra

Tone Bit này điều khiển tất cả các chức năng

phát Tone Chọn chế độ DTMEF hay sử lý thoại (Call

Progress) Chon Mode DTMF (mức 0) cho

phép thu và phát tone đồng thời Khi chọn

Mode CP (mức 1) bộ lọc dãi bậc 6 một sóng

hình chữ nhật biểu diễn cho tone thu được sẽ

bl CP/DTME | chọn (thanh ghi CRA, b2 = 1) Để tách được tín

: hiệu CP phải nằm trong băng thông cho phép

Ngoài ra khi cả hai CP mode và burst mode

được chọn, bộ phát sẽ phát tín hiệu DTME với khoảng tắt mở là 102ms, gấp đôi khi ta chọn mode DTME Chú ý rằng tone DTME sẽ không được thu khi mode CP được chọn

Q được tích cực và mode DTME được chọn, chân

IRQ/CP sẽ bị kéo xuống mức 0 khi :

Tiêu đề	Thiết kế hệ thống báo cháy vô tuyến
Tác giả	Trần Văn Tuấn
Người hướng dẫn	Th.S. Tạ Cụng Đức
Trường học	Trường Đại Học Kỹ Thuật
Chuyên ngành	Kỹ thuật điện
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	129
Dung lượng	6,08 MB