Mạch điều khiển thiết bị sử dụng sóng RF

Một trong những ứng dụng của điện tử là điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến hay còn gọi là sóng RF.. Sóng vô tuyến được sử dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp và đời sống của con

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2016

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2016

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới

đã này 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 độ chính xác cao, tốc độ nhanh

Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ, đa chức năng Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, các lĩnh vực khác nhau đến các nhu cầu khác nhau của con người trong cuộc sống hang ngày

Một trong những ứng dụng của điện tử là điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến hay còn gọi là sóng RF Sóng vô tuyến được sử dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp và đời sống của con người với những thiết bị được điều khiển rất tinh vi và đạt được hiệu suất, năng suất rất cao

Xuất phát từ những lý do đó, em đã thiết kế và thực hiện một mạch nhỏ

ứng dụng thu phát sóng RF “Mạch điều khiển đèn từ xa sử dụng sóng

RF”

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và hoàn thành đồ án môn học này, em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ của các thầy cô, các anh chị và các bạn Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin chân thành bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới quý thầy cô trong khoa Điện – điện tử cùng các bạn sinh viên trong lớp và khoa đã đóng góp ý kiến và trao đổi kinh nghiệm trong quá trình em thực hiện đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Trí Viễn đã luôn quan tâm và nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đồ án này Trong quá trình thực hiện dề tài không tránh khỏi những sai sót, kính mong quý thầy cô cùng các bạn góp ý và chỉ dẫn để em hoàn thiện hơn trong đồ án môn học đầu tiên này

TP Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 04 năm 2016

Tác giả

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được

sự hướng dẫn khoa học của TS Vũ Trí Viễn Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo

Ngoài ra, trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình Trường đại học Tôn Đức

Thắng không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây

ra trong quá trình thực hiện (nếu có)

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm

Tác giả (ký tên và ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ

-

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc -

LỊCH TRÌNH LÀM ĐỒ ÁN Họ tên sinh viên:

Lớp: MSSV:

Tên đề tài:

GV HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ X DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU XI DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT XII

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG SÓNG RF 1

1.1 SÓNG VÔ TUYẾN (RF) 1

1.2 HOẠT ĐỘNG CỦA SÓNG VÔ TUYẾN 1

1.2.1 Ưu điểm 2

1.2.2 Khuyết điểm 2

1.2.3 Khắc phục khuyết điểm 2

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2

2.1 SƠ ĐỒ KHỐI 2

2.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CHUNG 3

2.3 GIỚI THIỆU KHỐI THU PHÁT TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN 3

2.3.1 Bộ phát tín hiệu điều khiển 4

2.3.2 Bộ thu tín hiệu điều khiển 5

2.4 KHỐI ĐIỀU KHIỂN 7

2.5 CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 7

2.5.1 IC CD4013 7

2.5.2 IC PT2262 9

2.5.3 IC PT2272 12

2.5.4 Relay 13

2.5.5 IC ổn áp 7805 14

2.5.6 Transistor C1815 16

2.5.7 Một số linh kiện khác 16

CHƯƠNG 3 THI CÔNG SẢN PHẨM 17

3.1 MẠCH IN 17

3.2 SẢN PHẨM HOÀN THIỆN 17

CHƯƠNG 4 NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 19

4.1 NHẬN XÉT 19

4.2 KẾT LUẬN 19

4.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 19

TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 PHỤ LỤC A 21

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

HÌNH 2-1: CÁC KHỐI ĐIỀU KHIỂN CHÍNH 2

HÌNH 2-2: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA MẠCH 3

HÌNH 2-3: BỘ PHÁT SÓNG RF THỰC TẾ 4

HÌNH 2-4: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH PHÁT RF 5

HÌNH 2-5: BỘ THU SÓNG TRỰC TIẾP 5

HÌNH 2-6: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH THU RF 6

HÌNH 2-7: KHỐI ĐIỀU KHIỂN 7

HÌNH 2-8: SƠ ĐỒ CHÂN CD4013 8

HÌNH 2-9: SƠ ĐỒ NỐI DÂY CD4013 9

HÌNH 2-10 : SƠ ĐỒ CHÂN PT2262 9

HÌNH 2-11: MẠCH PHÁT RF 10

HÌNH 2-12: LỆNH TRUYỀN 11

HÌNH 2-13: SƠ ĐỒ CHÂN PT2272 12

HÌNH 2-14: MẠCH NHẬN RF 13

HÌNH 2-15: CẤU TẠO RELAY 14

HÌNH 2-16: SƠ ĐỒ CHÂN IC 7805 15

HÌNH 2-17: SƠ ĐỒ MẠCH ỔN ÁP +5V 15

HÌNH 2-18: TRANSISTOR C1815 16

HÌNH 3-1: MẠCH IN 17

HÌNH 3-2 : BOARD HOÀN THIỆN 17

HÌNH 3-3 : SẢN PHẨM HOÀN THIỆN 18

HÌNH 5-4 : CHẠY THỬ 18

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

BẢNG 2-1: BẢNG SỰ THẬT CD4013 8

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

RF: Sóng vô tuyến

VCC: Nguồn dương

GND: Nguồn masse

Trang 1/21

Mạch điều khiển đèn từ xa sử dụng sóng RF SVTH: ĐINH VĂN CHUNG

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG SÓNG RF

1.1 Sóng vô tuyến (RF)

Sóng vô tuyến là một kiểu bức xạ điện từ với bước sóng trong phổ điện từ dài hơn ánh sáng hồng ngoại Sóng vô tuyến có tần số từ 3KHz tới 300Ghz, tương ứng với bước sóng từ 100km tới 1mm Giống như các sóng điện từ khác, chúng truyền với vận tốc ánh sáng

Sóng vô tuyến xuất hiện tự nhiên do sét, hoặc bởi các đối tượng thiên văn Sóng

vô tuyến do con người tạo nên dùng cho radar, phát thanh, liên lạc vô tuyến di đông

và cố định và các hệ thống dẫn đường khác, thông tin vệ tinh và các hệ thống dẫn đường khác

Các tần số khác nhau của sóng vô tuyến có tính truyền lan khác nhau trong khí quyển Trái Đất, sóng dài truyền theo đường cong của Trái Đất, sóng ngắn nhờ phản

xạ từ tầng điện ly nên có thể truyền được rất xa, các bước sóng ngắn hơn bị phản xạ yếu hơn và truyền trên đường nhìn thẳng

1.2 Hoạt động của sóng vô tuyến

Để truyền phát thông tin qua sóng vô tuyến chúng ta cần một module thu và một module phát Tùy thuộc vào từng ứng dụng mà ta lựa chọn tần số cho phù hợp Những module có tần số cao thường truyền xa nhưng lại không xuyên tường được, trong khi đó các loại có tần số thấp lại xuyên tường tốt

Với điều khiển bằng sóng vô tuyến, nó cũng sử dụng nguyên lý tương tự nhu điều khiển bằng tia hồng ngoại nhưng thay vì gửi đi các tín hiệu ánh sáng, nó lạo truyền sóng vô tuyến tương ứng các lệnh nhị phân, Bộ phận thu sóng vô tuyến trên thiết bị được điều khiển nhận tín hiệu và giải mã nó

Trang 2/21

1.2.1 Ưu điểm

- Truyền xa hơn với khoảng cách tối đa có thể lên tới 100m

- Có thể truyền xuyên tường, xuyên kính

Tránh nhiễu sóng và trùng địa chỉ mã hóa bằng cách truyền ở các tần số đặc biệt

và mã hóa kỹ thuật địa chỉ của thiết bị phát và nhận

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.1 Sơ đồ khối

Hình 2-1: Các khối điều khiển chính

KHỐI PHÁT TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN

KHỐI THU TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN

KHỐI ĐIỀU KHIỂN

Trang 3/21

Mạch điều khiển đèn từ xa sử dụng sóng RF SVTH: ĐINH VĂN CHUNG

2.2 Sơ đồ nguyên lý chung

Hình 2-2: Sơ đồ nguyên lý chung của mạch

2.3 Giới thiệu khối thu phát tín hiệu điều khiển

Có rất nhiều loại thu phát sóng RF khác nhau về số kênh điều khiển, IC sử dụng, tần số…Trong đề tài này em sử dụng module thu phát RF 4 kênh 315MHz sử dụng chip PT2272-M4/PT2262

- Dùng 4 diode 1N4148 để cách ly nguồn với các chân 10, 11, 12, 13

- Điện trở 4.7MΩ dùng xác định tần số xung nhịp cho IC PT2262

Hình 2-6: Sơ đồ nguyên lý mạch thu RF

- Các điện trở 470Ω để cấp mức thấp cho một trong các chân D0-D3, qua các nút nhấn

- Dùng 4 diode 1N4148 để cách ly nguồn với các chân 10, 11, 12, 13

- Điện trở 4.7MΩ dùng xác định tần số xung nhịp cho IC PT2272 và nó phải trùng với xung nhịp của mạch phát

Trang 7/21

Mạch điều khiển đèn từ xa sử dụng sóng RF SVTH: ĐINH VĂN CHUNG

2.4 Khối điều khiển

Hình 2-7: Khối điều khiển

2.5 Các linh kiện sử dụng trong mạch

2.5.1 IC CD4013

IC CD4013 là một loại D flip-flops được cấu tạo bên trong là 2 flip-flops loại D với hai trạng thái ổn định Sử dụng đầu vào để thay đổi trạng thái 0 và 1 Mỗi flip-flop có dữ liệu độc lập, set, reset, và các đầu vào clock Thiết lập hoặc cài đặt lại là độc lập xung clock và được thực hiện bởi một cấp độ cao trên các thiết lập đường dây tương ứng

IC CD4013 thường được ứng dụng trong các mạch tự động, thiết bị đầu cuối dữ liệu, thiết bị đo đạc, thiết bị điện tử y tế, hệ thống báo động…

Trong mạch đồ án này em sử dụng hai IC CD4013 để điều khiển 4 relay ngõ ra (mỗi IC điều khiển 2 relay) bật/tắt 4 đèn tương ứng

2.5.1.1 Thông số kỹ thuật

- Điện áp làm việc: 3-18V

Trang 8/21

- Công suất: 500mW

2.5.1.2 Sơ đồ chân

Hình 2-8: Sơ đồ chân CD4013

Ta có chức năng năng của các chân nhƣ trên Hình 2-8:

- Chân set1 và chân set2: Hai chân set

- Chân reset1 và chân reset2: Hai chân reset

2.5.1.3 Bảng sự thật

Bảng 2-1: Bảng sự thật CD4013

Trang 9/21

Mạch điều khiển đèn từ xa sử dụng sóng RF SVTH: ĐINH VĂN CHUNG

2.5.1.4 Cách nối dây trong mạch

Hình 2-9: Sơ đồ nối dây CD4013

Theo cách nối dây nhƣ trên Hình 2-9, khi chƣa có xung clock( chƣa nhấn phím trên mạch phát RF), ngõ ra Q=0, QN=1 và dữ liệu tại D là 1 vì ta nối D với QN Khi có xung CK( Nhấn phím trên mạch phát RF), dữ liệu tại D sẽ đƣợc nạp vào và ngõ ra Q=1, QN=0 Lúc này trạng thái ngõ ra sẽ đƣợc chốt lại và chỉ thay đổi khi có tiếp một xung clock

2.5.2 IC PT2262

2.5.2.1 Sơ đồ chân

Hình 2-10 : Sơ đồ chân PT2262

Trang 10/21

- 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 Ở Việt Nam chỉ có loại PT2262 8 địa chỉ mã hóa và 4 địa chỉ dữ liệu

- PT2262 có nhiều nhóm, nhiều phiên bản, phân nhóm theo cách chữ viết tiếp theo ở bên sau chữ PT2262, chức năng từng chân của IC như trên hình 2-9 như sau :

+ Chân Vcc nối nguồn Vcc và chân Vss nối GND

+ Chân A0-A5 dùng để nhập mã địa chỉ, trên mỗi chân có thể có 3 trạng thái, cho nối GND là 00, cho nối nguồn Vcc là 11 còn bỏ trống là 01

+ Chân A6/D5-A11/D0 có thể dùng như các địa chỉ từ A6-A11, nhưng khi dùng như chân nhập dữ liệu data thì chỉ xác lập theo mức 0 và mức 1

+ Chân Dout là chân ngõ ra của nhóm tín hiệu mã lệnh, nó có tác dụng ở mức

áp thấp, nó sẽ cho xuất ra xung mã lệnh trên chân Dout

+ Chân OSC1 và OSC 2 dùng gắn điện trở R để định tần số cho xung nhịp, dùng tạo ra các dãy xung mã lệnh Tần số xung nhịp phải lấy tương thích giữa bên phát và bên nhận

+ Chân TE dùng cho xuất nhóm xung mã lệnh, nó có tác dụng mức thấp Nghĩa

là khi chân này ở mức thấp, nó sẽ xuất ra xung mã lệnh trên chân Dout

2.5.2.2 Hoạt động

Hình 2-11: Mạch phát RF

Trang 11/21

Mạch điều khiển đèn từ xa sử dụng sóng RF SVTH: ĐINH VĂN CHUNG

- Cách mã hóa PT2262 thực hiện bằng cách nối các chân mã hóa địa chỉ lên nguồn dương(mã hóa + ) và xuống nguồn âm (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 chúng ta có thể truyền được song song 4 bit

16 và được tính bằng: f= R/12 Trong mạch thực tế tôi sử dụng thì chân số 15

và 16 được nói với điện trở 4.7 MΩ do đó tần số sóng mang dao động là

f = 4.7 MΩ /12 =391KHz

- PT2262 có thể làm việc từ 2.5V-15v

Hình 2-12: Lệnh truyền

- PT2272-M4: Kích không nhớ trạng thái, trong thời điểm kích chỉ giữ một

trạng thái 4 bit, không kích 4 bit trở về 0

- PT2272-L4: Kích nhớ trạng thái, trong thời điểm kích chỉ nhớ một trạng thái

4 bit, không kích 4 bit vẫn giữ trạng thái cũ, kích tiếp sẽ lưu trạng thái của 4 bit mới

- PT2272-T4: Kích nhớ trạng thái, 4 bit hoạt động độc lập, trong thời điểm

kích nhớ trạng thái của từng bit, không kích vẫn giữ trạng thái, kích tiếp theo

sẽ chỉ thay đổi của từng bit tác động

Hình 2-13: Sơ đồ chân PT2272

+ Chân Vcc nối nguồn dương và chân Vss nối GND

+ Các hàng chân địa chỉ A0- A5 và chân dữ liệu D0-D5 tương tự như

PT2262 Nếu cho chân nào nối GND thì chân đó được định là 00, nếu cho

Trang 13/21

Mạch điều khiển đèn từ xa sử dụng sóng RF SVTH: ĐINH VĂN CHUNG

nối lên đường nguồn thì được định là 11 và nếu chân đó bỏ trống thì xem như là 01

+ Chân Din là chân ngõ ra của nhóm tín hiệu mã lệnh, nó có tác dụng ở mức áp thấp, nó sẽ cho xuất ra xung mã lệnh trên chân Din

+ Chân OSC1 và OSC 2 dùng gắn điện trở R để định tần số cho xung nhịp, dùng tạo ra các dãy xung mã lệnh Tần số xung nhịp phải lấy tương thích giữa bên phát và bên nhận

+ Chân VT là chân báo tín hiệu Sẽ ở mức cao khi nhận được tín hiệu từ bên phát

Trang 14/21

2.5.4.2 Cấu tạo và hoạt động

Hình 2-15: Cấu tạo Relay

Relay gồm 2 phần:

- Cuộn hút

+ Tạo ra năng lượng từ trường để hút tiếp điểm về phía mình

+ Tùy vào điện áp làm việc người ta chia relay ra DC: 5V, 12v, 24-VAC: 110V,220V

- Các tụ để lọc nguồn và lọc nhiễu, ổn định nguồn ra

- Led để báo nguồn và trở hạn dòng cho led

Trang 17/21

Mạch điều khiển đèn từ xa sử dụng sóng RF SVTH: ĐINH VĂN CHUNG

CHƯƠNG 3 THI CÔNG SẢN PHẨM

Trang 18/21

Hình 3-3 : Sản phẩm hoàn thiện

Hình 5-4 : Chạy thử

Trang 19/21

Mạch điều khiển đèn từ xa sử dụng sóng RF SVTH: ĐINH VĂN CHUNG

CHƯƠNG 4 NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN

4.1 Nhận xét

“Mạch điều khiển đèn từ xa sử dụng sóng RF” cơ bản đáp ứng được yêu cầu

đặt ra của môn học đồ án 1 Mạch hoạt động tương đối ổn định theo đúng thiết kế

và yêu cầu đặt ra là điều khiển 4 bóng đèn từ xa thông qua module RF

Ngoài ra mạch có thể sử dụng để điều khiển các thiết bị khác như: Quạt, máy bơn…

4.2 Kết luận

Đề tài “Mạch điều khiển đèn từ xa sử dụng sóng RF” có tính khả thi và có thể

ứng dụng thực tế trong dân dụng cũng như trong công nghiệp

Từ những thành công bước đầu mong rằng sản phẩm có thể đáp ứng được nhu cầu về thiết bị thông minh thực tế của con người

4.3 Hướng phát triển

Sản phẩm cần nghiên cứu nâng cấp để hoàn thiện và tối ưu hơn:

- Nâng cấp mạch để có khả năng điều khiển nhiều thiết bị hơn trên cùng một board mạch

- Thiết kế tối ưu để mạch nhỏ gọn hơn

Trang 21/21

Mạch điều khiển đèn từ xa sử dụng sóng RF SVTH: ĐINH VĂN CHUNG

PHỤ LỤC A