Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ điều khiển không dây cho cầu trục (telecrane)2

II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:2.1 TỔNG QUAN VỀ SÓNG RF: Trong một phiên truyền thông, vì tận cùng bản chất của dữ liệu là bao gồm các bit 0 và 1, bên phát dữ liệu cần có một cách thức để gửi cá

II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:

2.1 TỔNG QUAN VỀ SÓNG RF:

Trong một phiên truyền thông, vì tận cùng bản chất của dữ liệu là bao gồm các bit 0 và 1, bên phát dữ liệu cần có một cách thức để gửi các bit 0 và 1 để gửi cho bên nhận Một tín hiệu xoay chiều hay một chiều tự nó sẽ không thực hiện tác

vụ này Tuy nhiên, nếu một tín hiệu có thay đổi và dao động, dù chỉ một ít, sự thay đổi này sẽ giúp phân biệt bit 0 và bit 1 Lúc đó, dữ liệu cần truyền sẽ có thể gửi và nhận thành công dựa vào chính sự thay đổi của tín hiệu Dạng tín hiệu đã điều chế này còn được gọi là sóng mang (carrier signal) Có ba thành phần của dạng sóng có thể thay đổi để tạo ra sóng mang, đó là biên độ, tần số và pha Tất cả các dạng truyền thông dùng sóng vô tuyến đều dùng vài dạng điều chế để truyền dữ liệu Để

mã hóa dữ liệu vào trong một tín hiệu gửi qua sóng AM/FM, điện thoại di động, truyền hình vệ tinh, ta phải thực hiện một vài kiểu điều chế trong sóng vô tuyến đang truyền

2.1.1 Biên độ và bước sóng:

Truyền thông vô tuyến bắt đầu khi các sóng vô tuyến được tạo ra từ một máy phát và gửi đến máy nhận ở một vị trí khác Sóng vô tuyến tương tự như các cơn sóng mà ta hay gặp ở biển, hồ, sông, suối Sóng có hai thành phần chính: biên độ và bước sóng

- Biên độ là chiều cao, độ mạnh hoặc công suất của sóng

- Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm tương tự trên hai đỉnh sóng liên tiếp

- Biên độ và tần số cả hai đều là các thuộc tính của sóng

Hình 2.1: Dạng sóng điện từ

2.1.2 Bức xạ điện từ:

Đầu tiên ta xét đến sóng điện từ Bức xạ điện từ bao gồm sóng radio, vi ba, hồng ngoại, ánh sáng khả kiến, tia cực tím, tia X, và tia gamma Tất cả chúng đều truyền đi với vận tốc ánh sáng là c = 3x108 m/s và tạo ra phổ điện từ Sự khác nhau giữa các loại sóng điện từ này phụ thuộc vào bước sóng của mỗi thứ và chính cái gọi là bước sóng này liên quan trực tiếp đến năng lượng của sóng (bước sóng càng nhỏ thì năng lượng càng cao)

2.1.3 Pha:

Pha là một thuật ngữ mang tính tương đối Nó chỉ ra mối quan hệ giữa hai sóng có cùng tần số Để xác định pha, bước sóng được chia thành 360 phần, được gọi là độ

2.1.4 Các phương thức điều chế:

Để dữ liệu có thể được truyền, tín hiệu phải được xử lý sao cho bên máy nhận có cách để phân biệt bit 0 và 1 Phương pháp xử lý tín hiệu sao cho nó tượng trưng cho nhiều mẫu dữ liệu được gọi là điều chế Phương thức này sẽ biến tín hiệu vào trong sóng mang Phương thức này mã hóa dữ liệu sao cho nó có thể truyền

Có ba kiểu điều chế: điều biên, điều tần và điều pha

2.2 MÃ HÓA BIT:

Mã hóa bit là quá trình chuyển đổi dãy bit (1- 0) sang một tín hiệu thích hợp

để có thể truyền dẫn trong môi trường vật lý Việc chuyển đổi này chính là sử dụng một tham số thông tin thích hợp để mã hóa dãy bit cần truyền tải Các tham số thông tin có thể được chứa đựng trong biên độ, tần số, pha hoặc sườn xung, v.v

Sự thích hợp ở đây phải được đánh giá dựa theo các yêu cầu kỹ thuật như khả năng chống nhiểu cũng như gây nhiểu, khả năng đồng bộ hóa và triệt tiêu dòng một chiều

2.2.1 Các phương pháp mã hóa tín hiệu:

Việc tạo mã để có tín hiệu trên các hệ thống số có thể thực hiện một cách đơn giản là gán một giá trị điện thế cho một trạng thái logic và một giá trị khác cho mức logic còn lại Tuy nhiên để sử dụng mã một cách có hiệu quả, việc tạo mã phải dựa vào một số tính chất sau.(Phổ tần của tín hiệu, sự đồng bộ, khả năng dò sai, tính miễn nhiễu và giao thoa, mức độ phức tạp và giá thành của hệ thống)

2.2.2 Các dạng mã phổ biến:

Dưới đây giới thiệu một số dạng mã thông dụng và được sử dụng cho các mục đích khác nhau tùy vào các yêu cầu cụ thể về các tính chất nói trên hình 2.1

Hình 2.2: Một số dạng mã thông dụng

2.2.3 Giới thiệu về mã Manchester:

Mã hóa Manchester là một phương pháp mã hóa các bit dữ liệu sử dụng trong việc truyền các tín hiệu dạng số Đây là phương pháp mã hóa các bit dữ liệu 1,0 thành các chuổi tín hiệu có mức tín hiệu thay đổi liên tục dù dãy bit dữ liệu là 1 hoặc 0 liên tiếp Do đó, ưu điểm của mã hóa Manchester là dễ dàng tạo sự tự đồng

bộ giữa bên phát và bên nhận

Trong lĩnh vực truyền thông điều khiển sử dụng vi điều khiển, mã Manchester dễ thực hiện để lập trình cùng với khả năng phát hiện lỗi khi phát hiện

có vi phạm mã

Đây là phương pháp sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực truyền thông vô tuyến,

hữu tuyến, Ethernet,…

2.2.4 Mạch phát RF:

Thường dùng là loại module phát OOK(On/Off keyring) và ASK(Điều biên)

để chuyển các tín hiệu dạng số1-0 thành trạng thái có hoặc không có tín hiệu ở phần mạch thu

2.2.5 Mạch thu RF:

Sử dụng để thu lại các tín hiệu từ mạch phát, biến các trạng thái phát hay không phát thành dạng số 1 hoặc 0

Nguyên tắc khi mạch thu rảnh không nhận dữ liệu từ mạch phát thì mạch vẫn

có thể thu các tín hiệu nhiễu môi trường làm cho output của nó có những tín hiệu 1,

0 không xác định Hoặc trong quá trình phát có 1 chuỗi dài bit 1 hoặc 0 liên tục

Hình 2.3: Mạch thu phát vô tuyến

2.3 LỰA CHỌN IC THU PHÁT CHO BỘ ĐIỀU KHIỂN:

Bộ điều khiển từ xa sử dụng cặp ic PT2262 và PT2272 do có rất nhiều hữu ích trong công việc mã hóa , giải mã hay điều khiển

Hình 2.4: Cặp IC thu phát 2262-2272 PT2262 và PT2272 là sản phẩm của Princeton Technology được phát triển

và ra đời sau dòng mã hóa 12E/D của hãng Holtek PT2262 có 2 loại chính : loại có

8 địa chỉ mã hóa , 4 địa chỉ dữ liệu và loại có 6 địa chỉ mã hóa và 6 địa chỉ dữ liệu

Mã hóa 12 bit 1 khung A0 >A7, D0 >D3 Tương tự với PT2262 có 2 kiểu thì PT2272 cũng có 2 kiểu:

 PT2272 có 8 địa chỉ giải mã và 4 dữ liệu đầu ra thường được kí hiệu:

PT2272 - L4

 PT2272 có 6 địa chỉ giải mã và 6 giữ liệu ra: kí hiệu PT2272 - L6

PT2262 có " 3 mũ 12 " mã hóa tức là có thể mã hóa 531441 mã mới có thể trùng lặp lại So với HT12E ra đời trước nó thì nó trội hơn hẳn về cái khoản mật mã này ( HT12E chỉ có 2 mũ 12 mã hóa ) Cách mã hóa PT2262 có thể làm được bằng cách nối ngắn mạch các chân "mã hóa địa chỉ " lên dương nguồn (mã hóa +) và xuống

âm nguồn (mã hóa -) hoặc có thể bỏ trống (mã hóa 0) Dữ liệu mã hóa được truyền

trên một khung 12 bit gồm 8 bit đầu là mã hóa (A0 >A7 ) và 4 dữ liệu Bởi vậy ta

có thể truyền được song song 4 bit dữ liệu 0 hoặc 1

Nếu để truyền dữ liệu thì nên để mặc định cho 4 chân dữ liệu này là 0 hoặc là 1 bằng cách nối thêm điện trở " kéo lên" hoặc "đưa xuống GND” để tránh nhiễu

Hoạt động của PT2262 như sau: PT2262 sẽ mã hoá các địa chỉ hay dữ liệu từ các chân A0~A5 và A6/D5~A1/D0 thành tín hiệu đặc biệt và xuất ra ở ngõ Dout khi chân TE được đặt ở mức thấp Tín hiệu này sẽ được cấp vào bộ điều chế của module phát hồng ngoại hay vô tuyến để phát đi xa Một khung truyền bao gồm các tín hiệu thành phần như sau :

Hình 2.5: Dạng sóng của bit địa chỉ và dữ liệu

Hình 2.6: Dạng song của bit Syn (bit đồng bộ)

PT2262 dùng dao động ngoài: đơn giản là chỉ cần lắp thêm 1 điện trở dao

động vào chân 15 và chân 16 của PT2262

+ Tín hiệu encoder được đưa ra ở chân 17 của PT2262, chân này thường ở mức

1 khi tín hiệu nghỉ và mức 0 khi tín hiệu hoạt động Tín hiệu đưa ra gồm : sóng mang dao động < 700KHz + địa chỉ mã hóa + dữ liệu

+ Tần số Sóng mang dao động được quyết định bởi R chân 15 và 16 và được tính bằng : f = R/12 Ví dụ : mắc điện trở 470k vào chân 15 và 16 đầu ra chân 17 sẽ

có 470/12 = khoảng 39Khz

PT2262 có điện áp rộng : Có thể làm việc được từ 2,5V đến 15 V

PT2272 là con giải mã của PT2262 nó cũng có 8 địa chỉ giải mã tương ứng +

4 dữ liệu ra + 1 chân báo hiệu mã đúng VT ( chân 17 )

Cách giải mã như sau : Chân 15 và 16 cũng cần một điện trở để làm dao động

giải mã Trong dải hồng ngoại hoặc dưới 100KHz có thể dùng R rất lớn hoặc không cần Nhưng từ khoảng 100KHz dao động trở lên - thì bắt buộc phải dùng R

để tạo dao động cho PT2272.

Giá trị R của PT2272 sẽ bằng khoảng : ( Giá trị R của PT2262) chia cho 10 -> ví dụ : PT2262 mắc điện trở 4,7 megaom thì PT2272 sẽ mắc 470k

Hình 2.7: Mạch phát dùng PT2262

Hình 2.8: Mạch thu dùng PT2272

2.4 THIẾT KẾ, THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA:

2.4.1 Phần phát:

- Số lượng nút điều khiển: 7 nút gồm:

+ 6 nút di chuyển cho cầu trục: tới – lui, trái – phải, nâng – hạ + 1 nút công tắc On/Off

- Đèn báo trạng thái pin:

+ Xanh: pin còn đủ điện áp

+ Đỏ: pin yếu

- Nguồn sử dụng: 6VDC ( 4 pin 3A)

- Tần số hoạt động: 433Mhz

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lí phần phát

Hình 2.9: Mạch phần phát và vỏ hộp 2.4.2 Phần thu:

- Số lượng relay tác động: 6 relay gồm 6 hướng di chuyển cho cầu trục: tới – lui, trái – phải, nâng – hạ

- Đèn báo trạng thái làm việc:

+ Đèn báo sóng: sang khi nhận tín hiệu từ bộ phát

+ Đèn báo tác động: sáng khi relay tương ứng đóng

- Nguồn sử dụng: 220/380V

- Tần số hoạt động: 433Mhz

Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lí phần thu

Hình 2.11: Bo mạch phần thu và vỏ hộp

Hình 2.12: Bộ điều khiển từ xa hoàn chỉnh

Một số hình ảnh lắp ráp và thử nghiệm tại công ty cầu trục CMC: