Thiết kế và thi công mạch điều khiển thiết bị từ xa bằng hồng ngoại

Ngành điện tử đóng vai trò rất quan trọng, nó đã xâm nhập vào cuộc sống con người khá sớm từ những thiết bị đơn giản như đènchiếu sáng, radio,…, đến những máy móc phức tạp và ứng dụng cô

LỜI CẢM ƠN

Khi bắt đầu nghiên cứu đề tài “Mạch điều khiển thiết bị từ xa bằng hồng ngoại” tôi đã biết có những lúc gặp khó khăn về việc tìm tài liệu, gặp những khúc mắc về kiến thức, cũng như quá trình thi công thiết kế, nhưng qua quá trình tìm hiểu và thực hiện đề tài với sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của GVHD,

sự cố gắng của bản thân cuối cùng tôi cũng hoàn thành xong đề tài “Mạch điều khiển thiết bị từ xa bằng hồng ngoại”

Đề tài này là vốn kiến thức và những kĩ năng quí báu cho tôi sau khi ra trường, nó có ảnh hưởng rất lớn đến công việc học tập và giảng dạy của tôi sau này Vì thế tôi vô cùng biết ơn các thầy cô trường Đại học Cần Thơ mà đặc biệt

là các thầy cô trong Bộ môn sư phạm Vật Lý đã tận tình giảng dạy cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trường, tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến quí thầy cô

Đặc biệt với sự giúp đỡ của thầy Vương Tấn Sĩ tôi đã vượt qua những lúc khó khăn để hoàn thành đề tài, tôi xin chân thành cảm ơn thầy, cảm ơn thầy trong suốt thời gian vừa qua đã giúp đỡ và động viên em, để em hoàn thành đề tài này

Xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

A PHẦN MỞ ĐẦU 7

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 7

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 7

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 8

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 8

5 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH 8

B PHẦN NỘI DUNG 9

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỒNG NGOẠI 9

1 KHÁI NIỆM HỒNG NGOẠI 9

2 SỰ TÌM RA VÀ MỘT VÀI ỨNG DỤNG TỪ HỒNG NGOẠI 9

3 ƯU – NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI .10

3.1 Ưu điểm 10

3.2 Khuyết điểm 11

4 SO SÁNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG HỒNG NGOẠI VỚI ĐIỀU KHIỂN BẰNG SÓNG VÔ TUYẾN (RF) 11

CHƯƠNG II: MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI 12

1 GIỚI THIỆU 12

2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 12

2.1 Hệ thống điều khiển từ xa 12

2.2 Kết cấu tin tức 12

2.3 Kết cấu của hệ thống 13

3 CÁC PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA TRONG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 13

4 ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI 14

4.1.2 Sơ đồ khối máy thu 16

5 GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN 17

5.1 Cặp IC thu và phát tính hiều hồng ngoại BL9148 và BL9149 17

5.1.1 IC BL9148 17

5.1.2 IC BL9149 20

5.2 Bộ thu hồng ngoại 23

5.3 IC HEF4013 24

5.4 Một số linh kiện khác: 25

5.4.1 IC KA7805 25

5.4.2 Relay 26

5.4.3 Transistor 26

6 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 28

6.1 Mạch phát 28

6.2 Mạch thu 30

6.3 Sơ đồ mạch in 33

7 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 34

7.1 Kết quả đạt được 34

7.2 Hướng phát triển 35

CHƯƠNG III: CÁC PHẦN MỀM HỖ TRỢ 36

1 Phần mềm hỗ trợ vẽ sơ đồ nguyên lý 36

2 Phần mềm hỗ trợ vẽ mạch in 44

PHỤ LỤC 51

1 MẠCH ĐIỀU KHIỂN MỘT KÊNH 51

2 MẠCH PHÁT VÀ NHẬN TÍN HIỆU ÂM THANH BẰNG HỒNG NGOÀI .53

3 MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG SÓNG RADIO (RF) 54

2.1 Giới thiệu mạch RF 54

2.2 Ưu điểm và nhược điểm so với điều khiển bằng hồng ngoại 55

2.3 Giới thiệu cặp IC PT2262/PT2272 55

2.4 Sơ đồ nguyên lý mạch phát và mạch thu RF 56

2.4.1 Sơ đồ nguyên lý mạch phát RF 56

2.4.2 Sơ đồ nguyên lý mạch thu RF 57

2.4.3 Một vài mạch điều khiển từ xa được thiết kế từ mạch RF 58

PHẦN III: TỔNG KẾT 60

1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 60

2 HẠN CHẾ 60

3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2014

GV hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2014

GV phản biện

A PHẦN MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Với tốc độ phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp hiện đại nhưcông nghệ thông tin, công nghệ truyền thông, cơ khí, động lực trong thời gian quakhông thể tách rời với ngành điện tử Ngành điện tử đóng vai trò rất quan trọng, nó

đã xâm nhập vào cuộc sống con người khá sớm từ những thiết bị đơn giản như đènchiếu sáng, radio,…, đến những máy móc phức tạp và ứng dụng công nghệ cao như

hệ thống camera, robot…tất cả điều được ứng dụng rộng rãi và góp phần hiệu quảvào công việc giải phóng sức lao động của con người đưa con người hướng tới mộtthế giới công nghệ mới ngày càng hiên đại và tinh vi hơn

Trong sinh hoạt hằng ngày của con người như những trò chơi giải trí (robot, xeđiều khiển từ xa…) cho đến những ứng dụng gần gủi với chúng ta cũng được cảitiến cho phù hợp với việc sử dụng và đạt mức tiện lợi nhất Điều khiển từ xa đãthâm nhập vào vấn đề này do đó cho ra đời những loại tivi điều khiển từ xa, đầuvideo, VCD, CD,… đến quạt bàn tất cả điều khiển từ xa Điều khiển từ xa là việcđiều khiển mô hình, thiết bị ở một khoảng cách nào đó mà người không nhất thiếtphải đến nơi đặt hệ thống Thế giới ngày càng phát triển việc ứng dụng các thiết bịđiều khiển tự động ngày càng được con người sử dụng trong đó có quá trình thuphát bằng hồng ngoại nó có độ chính xác và nhanh chóng trong quá trình điềukhiển từ xa

Xuất phát từ những ý tưởng trên nên tôi đã chọn đề tài mạch điều khiển thiết

bị từ xa bằng hồng ngoại Với kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên quyểnluận văn chưa được hoàn thiện cho lắm và còn nhiều thiếu sót

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Việc sử dụng các thiết bị điều khiển ngày nay trở nên khá phổ biến với tất cả mọi người, đặc biệt là điều khiển bằng hồng ngoại Vì vậy chúng ta cần nghiên cứu

về nguyên lý hoạt động để hiểu rõ cách thức hoạt động và đồng thời có thể tự thiết

kế và thi công một mạch điều khiển từ xa bằng hồng ngoại để phục vụ trong gia đình hay đời sống

Tìm hiểu những phần mềm chuyên dụng để thiết kế mạch lý thuyết và mạch in

để có thể thiết kế mạch theo yêu cầu đặt ra

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu chính của đề tài là hệ thống điều khiển từ xa bằng hồng ngoại

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Sưu tầm, tổng hợp những tài liệu có liên quan đến các đối tượng nghiên cứu của đề tài

Tìm kiếm những thông tin về các linh kiện cần thiết cho việc thiết kế và thi công mạch điều khiển

Thiết kế mạch nguyên lý và vẽ mạch in

Tiến hành lắp ráp mạch, chạy thử nghiệm và khắc phục lỗi nếu có

Hoàn chỉnh đề tài

5 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH

Nhận đề tài

Viết đề cương nộp cho giáo viên hướng dẫn

Tìm hiểu về nguyên lý thu và phát hồng ngoại

Tìm hiểu về các phần mềm chuyên dụng để thiết kế mạch điện

Tiến hành vẽ mạch và thi công, lắp ráp mạch

Hoàn thiện luận văn

Báo cáo luận văn

B PHẦN NỘI DUNG

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỒNG NGOẠI

1 KHÁI NIỆM HỒNG NGOẠI

Tia hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng trong khoảng từ 400.000nmđến 760.000nm, dài hơn bước sóng ánh sáng khả kiến nhưng ngắn hơn tia bức xạ vi

ba Tên “hồng ngoại” có nghĩa là “dưới mức đỏ”, màu đỏ là màu sắc có bước sóngdài nhất trong ánh sáng thường Mọi vật có nhiệt độ lớn hơn 0 độ K đều phát ra tiahồng ngoại

Sóng hồng ngoại có những đặc tính quan trọng giống như ánh sáng ( sự hội tụqua thấu kính, tiêu cự… ) Ánh sáng thường và ánh sáng hồng ngoại khác nhau rất

rõ trong sư xuyên suốt qua vật chất Có những vật chất ta thấy nó một màu xám đụcnhưng với ánh sáng hồng ngoại nó trở nên xuyên suốt Vì vật liệu bán dẫn “trongsuốt” đối với ánh sáng hồng ngoại, tia hồng ngoại không bị yếu đi khi vượt qua cáclớp bán dẫn để đi ra ngoài

Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu Nó ứng dụng rộngrãi trong công nghiệp lượng thông tin có thể đạt được 3Mbit/s Lượng thông tinđược truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ mà tavẫn dùng Trong kỹ thuật truyền tin bằng sợi quang dẫn không cần các trạm khuếchđại giữa chừng, người ta có thể truyền một lúc 15000 điện thoại hay 12 kênh truyềnhình qua một sợi tơ quang với đường kính 0,13 mm với khoảng cách 10 Km đến 20

Km Lượng thông tin truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so vớisóng điện từ mà ta vẫn dùng Tia hồng ngoại dễ hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém.Trong điều khiển từ xa chùm hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng do đó khi thu phảiđúng hướng

2 SỰ TÌM RA VÀ MỘT VÀI ỨNG DỤNG TỪ HỒNG NGOẠI.

Cuối năm 1799 Herchel bắt đầu nghiên cứu ánh sáng Mặt trời, ông thường sửdụng một thiết bị lọc màu sắc để tách một phần ánh sáng ra khỏi quang phổ Ông

phát hiện ra bộ lọc đôi lúc nóng hơn những cái khác và ông đặt vấn đề: có lẽ nàomột số màu lại có thể mang nhiệt lượng hơn các màu khác?

Để kiểm chứng suy đoán này, ông đã chế tạo ra một lăng kính lớn Trong mộtcăn phòng tối, ông chiếu quang phổ đủ mọi màu qua lăng kính lên một vách tường,sau đó ông tiến hành đo nhiệt độ của mỗi chùm ánh sáng có màu riêng biệt

Kết quả thu được : nhiệt độ tăng dần từ màu tím đến màu đỏ Trong lúc đó ông

đo nhiệt dộ ở chỗ tối bên cạnh ánh sáng màu đỏ và cũng là phía ngoài quang phổ.Theo lý thuyết thì nhiệt kế phải giữ nguyên mức nhiệt đồ vì nó không đặt trongluồng ánh sáng chiếu thẳng Nhưng kết quả thu được thì lại thu được ở mức nhiệt

Máy dò photon được phát triển để cải thiện độ nhạy và thời gian phản ứng.Máy dò photon được phát triển rộng rãi những năm 1940

Ngoài ra tia hồng ngoại còn được dùng trong lĩnh vực cảm biến (phát hiệnnhiệt, trong các thiết bị điều khiển, dùng để phát nhiệt hoặc dùng để truyền dữliệu)

3 ƯU – NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI 3.1 Ưu điểm

Với phương pháp dùng sóng hồng ngoại sẽ gọn nhẹ hơn do không sử dụng ten để phát và thu khi lắp đặt sử dụng

ăn-Để phát được khoảng cách xa hơn chỉ cần tăng số lượng LED phát hoặc phân cực cho các LED chạy mạnh hơn.

Không phải bị ảnh hưởng với các tần số vô tuyến khác

3.2 Khuyết điểm

Tính hiều truyền tải không xa, dễ bị ảnh hưởng bởi các vật cản

Dễ bị nhiễu hồng ngoại do các nguồn nhiệt xung quanh ta nên gây ảnh hưởng

Tầm hoạt động Khoảng cách ngắn

(khoảng 1 – 5m)

Khoảng cách trung bình(10 – 100m)

Khả năng bị nhiễu Dễ bị nhiễu do các

nguồn nhiệt khác xungquanh

Dễ bị nhiễu do bênngoài có nhiều thiết bịkhác sử dụng sóng RF

có nhiều tầng số khácnhau

Thiết bị hổ trợ Hơn 150 triệu thiết bị

hổ trợ cùng với phầncứng và phần mềm trêntoàn thế giới

Lắp đặt theo yêu cầu

Cách thức kết nối Đơn giản Cần phải có ăn-teng và

phải mã hóa đúng tần số

Góc kết nối Tầm hoạt động trong

một góc hình nónkhoảng 30 độ và khôngxuyên vật cản

Có thể kết nối theonhiều phương và có thểxuyên qua vật thể

CHƯƠNG II: MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI

1 GIỚI THIỆU

Trong sinh hoạt hằng ngày ở gia đình, cũng như ở các nhà máy việc tắt mởmột số thiết bị có thể diễn ra liên tục Do đó, để đơn giản hóa thao tác và tiện lợicho người sử dụng mà thiết bị điều khiển từ xa ra đời Người dùng chỉ cần ở mộtchổ mà có thể điều khiển được tất cả các thiết bị trong nhà với một thiết bị nhỏ gọnnhư remote, …

Mạch điều khiển thiết bị điện từ xa bằng hồng ngoại là một trong những mạchđiều khiển được sử dụng rộng rãi hiện nay Nó có thể điều khiển các thiết bị mộtcách tiện lợi như: tắt, mở, điều chỉnh mức độ,…

2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA

2.1 Hệ thống điều khiển từ xa

Hệ thống điều khiển từ xa là một hệ thống cho phép ta điều khiển các thiết bị

từ một khoảng cách xa Ví dụ hệ thống điều khiển bằng vô tuyến, hệ thống điềukhiển từ xa bằng cáp quang dây dẫn, hệ thống điều khiển từ xa bằng hồng ngoại.Chúng có những nhiệm vụ cơ bản sau:

- Phát tín hiệu điều khiển

- Tạo ra xung hoặc hình thành các xung cần thiết

- Tổ hợp xung thành mã

- Phát các tổ hợp mã đến điểm chấp hành(thiết bị thu)

- Ở điểm chấp hành ( thiết bị thu ) sau khi nhận được mã phải biến đổi các

mã nhận được thành các lệnh điều khiển và đưa đến các thiết bị, đồng thời kiểm tra

sự chính xác của mã mới nhận

2.2 Kết cấu tin tức

Trong hệ thống điều khiển từ xa độ tin cậy truyền dẫn tin tức có quan hệ rất

xung gì cho phù hợp, và những xung đó cần áp dụng phương pháp nào để hợpthành tin tức, để có dung lượng lớn nhất và có tốc đô truyền dẫn nhanh nhất.

Để đảm bảo các yêu cầu về kết cấu tin tức, hệ thống điều khiển từ xa có cácyêu cầu sau:

- Tốc độ làm việc nhanh

- Thiết bị phải an toàn tin cậy

- Kết cấu phải đơn giản

- Có hiệu quả cao là hệ thống đạt tốc độ điều khiển cực đại đồng thời đảmbảo độ chính xác trong phạm vi cho phép

- Thiết bị phát: biến đổi lệnh điều khiển thành tin tức tín hiệu và phát đi

- Đường truyền: đưa tín hiệu điều khiển từ thiết bị phát đến thiết bị thu

- Thiết bị thu: nhận tín hiệu điều khiển từ đường truyền, qua quá trình biếnđổi, biến dịch để tái hiện lại lệnh điều khiển rồi đưa đến các thiết bị thi hành

3 CÁC PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA TRONG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA

Trong hệ thống truyền thông tin rời rạc hoặc truyền thông tin liên tục nhưng đãđược rời rạc hóa tin tức thường được biến đổi thông qua một phép biến đổi thành số( thường là số nhị phân ) rồi mã hóa và được phát đi tứ máy phát Ở máy thu, tín

hiệu phải thông qua các phép biến đổi ngược lại với các phép đổi trên: giải mã, liêntục hóa…

Sự mã hóa tín hiệu điều khiển nhằm tăng tính hữu hiệu và độ tin cậy của hệthống điều khiển từ xa, nghĩa là tăng tốc độ truyền và khả năng chống nhiễu Trongđiều khiển từ xa ta thường dùng mã nhị phân tưng ứng với hệ, gồm có hai phần tử[0] và [1]

Do yêu cầu về độ chính xác cao trong các tín hiệu điều khiển được truyền đi

để chống nhiễu ta dùng loại mã phát hiện và sửa sai Mã phát hiện và sửa sai thuộcloại mã đồng đều bao gồm các loại mã: mã phát hiện sai, mã sửa sai, mã phát hiện

Sai tương quan: được gây ra bởi nhiều nhiễu tương quan, chúng hay xảy ratrong từng chùm, cụm ký hiệu kế cận nhau

Sự lựa chọn của cấu trúc mã chống nhiễu phải dựa trên tính chất phân bố xácsuất sai nhầm trong kênh truyền

Hiện nay lý thuyết mã hóa phát triển rất nhanh, nhiều loại mã phát hiện và sửasai được nghiên cứu như: mã hamming, mã chu kỳ, mã nhiều cấp

4 ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI

4.1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển từ xa bằng hồng ngoại

4.1.1 Sơ đồ khối phát hồng ngoại

Sơ đồ khối phát hồng ngoại

- Ma trận được phím bố trí theo cột và hàng Khi người sử dụng bấm vào cácphím chức năng để phát lệnh yêu cầu của mình, mỗi phím chức năng tương ứng vớimột số thập phân

- Khối mã hóa: nhiệm vụ chuyển đổi các lệnh điều khiển thành mã nhị phân tương ứng dưới dạng mã lệnh tín hiệu số gồm các bit 0 và 1 Số bit trong mã lệnh nhị phân có thể là 4 bit hay 8 bit… tùy theo số lượng phím chức năng nhiều hay ít

Có nhiều phương pháp mã hóa khác nhau: điều chế biên độ xung (PAM), điều chế

độ rộng xung (PWM), điều chế vị trí xung (PPM), điều chế mã xung (PCM) Trong

kỹ thuật điều khiển từ xa bằng hồng ngoại, phương pháp điều chế mã xung thường được sử dụng nhiều hơn cả, vì phương pháp này tương đối đơn giản và dễ thực hiện

- Khối dao động tạo sóng mang: khối này có nhiệm vụ tạo ra sóng mang có tần số ổn định, sóng mang này sẽ mang tín hiệu điều khiển khi truyền ra môi

trường

- Khối điều chế: khối này có nhiệm vụ kết hợp tín hiệu điều khiển đã mã hóa với sóng mang để đưa đến khối khuếch đại.

- Khối khuếch đại: khuếch đại tín hiệu đủ lớn để Led phát hồng ngoại phát tín hiệu ra môi trường

- Led phát: là một Led hồng ngoại, biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu hồng ngoại phát ra môi trường

4.1.2 Sơ đồ khối máy thu

Chức năng của máy thu là thu được tín hiệu điều khiển từ máy phát, loại bỏ sóng mang, giải mã tín hiệu điều khiển thành các lệnh riêng biệt, từ đó mỗi lệnh sẽ đưa đến khối chấp hành cụ thể

Sơ đồ khối thu hồng ngoại

- Khối chấp hành: có thể là relay hay một linh kiện điều khiển nào đó, đây là khối cuối cùng tác động trực tiếp vào thiết bị thực hiện nhiệm vụ điều khiển mong muốn.

5 GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN

5.1 Cặp IC thu và phát tính hiều hồng ngoại BL9148 và BL9149

- Chân 1: (GND) là chân được nối với cực âm của nguồn điện

- Chân 2 (XT) và 3 ( XT ): hai đầu để nối với thạch anh bên ngoài cho bộ tạodao động bên trong IC

- Chân 4-9 (K1-K6): là đầu của tín hiệu bàn phím kiểu ma trận, các chân từ K1 đến K6 kết hợp với các chân 10 đến 12 (T1-T3) để tạo thành ma trận 18 phím

- Chân 13 (CODE):là chân mã số dùng để kết hợp với các chân 10-11 để tạo

ra tổ hợp mã hệ thống giữa phần phát và phần thu

- Chân 14 (TEST): là chân dùng để kiểm tra mã của phần phát, bình thường khi không sử dụng có thể bỏ trống

- Chân 15 (TXout): là đầu ra của tín hiệu đã được điều chế FM

- Chân 16 (Vcc): là chân cấp nguồn dương

Khi cấp cho BL9148 tần số 455KHz thì tần số sóng mang truyền đi là455KHz/12= 38KHz

Sơ đồ khối bên trong IC BL9148

Bộ tạo dao động và bộ phân tần: để có thể phát đi xa, ta cần có một xung cótần số 38 Khz ở nơi nhận nhưng trên thị trường khó tìm được thạch anh đúng tần sốnên ta chọn tần số của thạch anh là 455 Khz cho bộ tạo dao động Sau đó tần số sẽđược đưa qua bộ phân tần để chia nó ra thành 12 lần

Mạch điện phím vào: có tổng cộng 18 phím được nối tới các chân K1-K6 vàmạch hoạt động thời gian T1-T3 (chân 10-12) để tạo ra bàn phím ma trận (6*3)

Sơ đồ kết nối thạch anh để tạo xung và kết nối phímNguyên lý làm việc của IC BL9148: mỗi lần mạch phát ra 2 nhóm số liệu, mỗinhóm số liệu của tín hiệu phát ra là 12 bit, trong đó có 3 bit mã người dùng, 6 bit

mã phím vào và 1 bit mã liên tục hay 2 bit mã không liên tục Ba bit mã được dùngnhư sau: dữ liệu của 3 bit mã T1, T2, T3 sẽ là “1” nếu một diode được nối giữachân CODE và chân Tn (n= 1,2,3) và là “0” khi không nối diode Vì IC thuBL9149 chỉ có 2 bit mã (CODE 2, CODE 3) nên chân T1 (chân 10) sẽ luôn ở mức

Sóng truyền đi:

Cấu trúc sóng truyền đi.

Cấu trúc một lệnh được biểu diễn dưới dạng sóng tín hiệu Mỗi một lệnh chứa

12 bit dữ liệu nối tiếp

Thời gian truyền mỗi bit phụ thuộc vào tần số dao động cấp cho BL9148

- Tiêu tán công suất thấp

- Khả năng chống nhiễu rất cao

- Nhận được đồng thời 5 chức năng từ IC phát BL9148

- Cung cấp bộ tạo dao dộng RC

Sơ đồ chân và hình dạng của IC BL9149Chức năng từng chân:

- Chân 1 (GND): là chân mass được nối với cực âm của nguồn điện

- Chân 2 (RxIN): là đầu vào tín hiệu thu, tín hiệu sau khi được lọc bỏ sóngmang

- Chân 3-7 (HP1-HP5): là đầu ra tín hiệu liên tục Chỉ cần thu được tín hiệutương ứng với đầu ra nào thì đầu ra đó sẽ duy trì ở mức logic “1”

- Chân 8-12 (SP5-SP1): là đầu tín hiệu không liên tục Chỉ cần thu được tínhiệu tương ứng với đầu ra nào thì đầu ra đó sẽ duy trì ở mức logic “1” trong khoảngthời gian là 107 ms

- Chân 14 và 13 (CODE 2 và CODE 3): để tạo ra các tổ hợp mã hệ thốnggiữa phần phát và phần thu Mã số của hai chân này phải giống tổ hợp mã hệ thốngcủa phần phát thì mới thu được tín hiệu

- Chân 15 (OSC): dùng để nối tụ điện và điện trở bên ngoài tạo ra dao độngcho mạch

- Chân 16 (Vcc): là chân nối với cực dương của nguồn cung cấp

Tầng số dao động: Thời gian truyền tín hiệu và tần số dao động của xung nộiphụ thuộc vào tầng số cấp cho BL9149 Dùng mạch RC làm mạch lọc tuyến tínhdao động truyền bởi BL9148

Sơ đồ mạch RC tạo dao động cho IC 9149Nhận tín hiệu vào: Tín hiệu được nhận từ module thu hồng ngoại và sóng đượctruyền vào IC.

Sơ đồ khối bên trong IC BL9149Kiểm tra lỗi của tín hiệu: Sau khi IC phát BL9148 phát tín hiệu (2 chu kỳ) đi,tín hiệu sẽ được mắt thu tiếp nhận rồi đưa nó đến chân RxIN Tín hiệu truyền đigồm 2 lệnh giống nhau, lệnh đầu tiên được nhận trước và lưu trữ vào thanh ghi sau

đó so sánh với lệnh thứ hai Nếu 2 lệnh giống nhau thì tín hiệu truyền không lỗi và

chuyển sang bộ phận giải mã Nếu hau tín hiệu khác nhau thì truyền có lỗi Hệthống sẽ tự động sữa lỗi và reset lại tại điểm xảy ra lỗi.

Giải mã lệnh: Đầu tiên hệ thống sẽ kiểm tra mã hệ thống giữa phần phát vàphần thu Nếu mã tương thích giữa phần pháp và thu thì hệ thống sẽ tiến hành giải

mã lệnh

5.2 Bộ thu hồng ngoại

Bộ thu hồng ngoại là một quang transistor (LED thu hồng ngoại)

Sơ đồ cấu tạo và ký hiệu của bộ thu hồng ngoại

Nguyên lý hoạt động: trong quang transistor có quang diode làm nhiệm vụ

cảm ứng quang điện và transistor làm nhiệm vụ khuếch đại quang diode được sửdụng ở đây là mối nối P-N giữa cực B và cực C trong transistor, khi phân cực chocác chân thì diode B-E được phân cực thuận và diode BC được phân cực ngược vàkhi được chiếu sáng thì dòng điện rỉ IBC sẽ tăng cao hơn bình thường nhiều lần.Dòng điện rỉ sẽ trở thành dòng IB và được transistor khuếch đại Độ khuếch đại củatransistor từ 100-1000 và bộ khuếch đại không tuyến tính theo cường độ ánh sángchiếu vào mối nối Quang điện transistor có tốc độ làm việc chậm do tụ điện kí sinhCCB(tụ kí sinh giữa cực C và cực B).Quang transistor co 1 tần số làm việc cao nhấtchỉ khoảng vài trăm KHz, trong khi tần số làm việc cực đại của quang diode có thểlên vài chục MHz

Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân của LED thu hồng ngoại

- Công suất tiêu tán nếu không dùng tản nhiệt: 2W.

- Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W

- Bảo vệ ngắn mạch

- Bảo vệ quá tải nhiệt

Chính vì thế với những mạch không đòi hỏi tính ổn định của điện áp quá cao người ta hay sử dụng chúng để thiết kế những mạch điện đơn giản

Sơ đồ chân của ICKA7805

- Chân 1: ngõvào

- Chân 2: nốivới cực âm của nguồn

- Chân 3: ngõ ra Ngõ ra luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấpthay đổi Do dó nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thì mạch điệnvẫn hoạt động ổn định nhờ vẫn giữ được điện áp ngõ ra 5V không đổi.

5.4.2 Relay

Cấu tạo của relay điện từ gồm có: phần cố định, phần nắp chuyển động, cuộndây kích thích, lò xo, tiếp điểm cố định, tiếp điểm động Relay hoạt động dựa trênnguyên lý điện từ, khi có dòng điện chạy qua cuộn dây sẽ sinh lực điện từ hút nắp

về phía lõi, khi lực điện từ đủ lớn sẽ thắng được lực hút của lò xo, do đó làm tiếpđiểm động của Relay hoạt động khi không có dòng điện qua Relay thì tiếp điểmđộng sẽ không hoạt động.Từ đó người ta còn gọi Relay là công tắc điện từ Nhờvào đặc tính này mà Relay mới ứng dụng rất nhiều trong kỹ thuật

Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế Relay

5.4.3 Transistor

Transistor là một linh kiện bán dẫn thường được sử dụng như một thiết bịkhuyếch đại hoặc một khóa điện tử Transistor là khối đơn vị cơ bản xây dựng nêncấu trúc mạch ở máy tính điện tử và tất cả các thiết bị điện tử hiện đại khác

Mỗi transistor đều có ba cực:

- Cực nền (base)

- Cực thu (collector)

C1815 là Transistor BJT loại NPN gồm ba miền tạo bởi hai tiếp giáp p–n,trong đó miền giữa là bán dẫn loại p Miền có mật độ tạp chất cao nhất, kí hiệu n+

là miền phát (emitter) Miền có mật độ tạp chất thấp hơn, kí hiệu n, gọi là miềnthu(collecter) Miền giữa có mật độ tạp chất rất thấp, kí hiệu p, gọi là miền gốc(base) Ba chân kim loại gắn với ba miền tương ứng với ba cực emitter (E),

base(B), collecter (C) của transistor

là miền phát (emitter) Miền có mật độ tạp chất thấp hơn, kí hiệu n, gọi là miềnthu(collecter) Miền giữa có mật độ tạp chất rất thấp, kí hiệu p, gọi là miền gốc(base) Ba chân kim loại gắn với ba miền tương ứng với ba cực emitter (E),

base(B), collecter (C) của transistor Những đặc tính về điện áp và dòng diện của

transistor A1015 tương tự như C1815

Ký hiệu và hình dáng của A1015

Đặc tính về dòng diện và điện áp của A1015

Ứng dụng: Đáp ứng nhanh và chính xác nên các transistor được sử dụng trong

nhiều ứng dụng tương tự và số, như khuyếch đại, đóng cắt, điều chỉnh điện áp,điềukhiển tín hiệu, và tạo dao động Transistor cũng thường được kết hợp thành mạchtích hợp (IC) trên một diện tích nhỏ

6 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

6.1 Mạch phát

Sơ đồ nguyên lý:

Sơ đồ nguyên lý mạch phát hồng ngoạiNguyên lý hoạt động:

Khi nhấn phím bất kỳ một trong các phím, mỗi phím tương ứng với một mã phím số thập phân Mạch mã hóa sẽ chuyển đổi thành mã nhị phân tương ứng dưới dạng mã lệnh tín hiệu số gồm các bit 0 và 1

Các số liệu ứng với các phím

Khi ta ấn một phím bất kỳ sẽ làm hai chân K và T nối lại với nhau Một xungđiện áp mức cao sẽ đưa từ chân K tương ứng vào chân T tương ứng Xung điện ápnày đi vào IC sẽ kích hoạt mạch nhận biết phím để xác định vị trí của phím nằmtrên ma trận phím Sau đó dữ liệu của phím sẽ được đưa tới khối phát mã để lấy ra

mã tương ứng với vị trí của phím nằm trên ma trận phím Dữ liệu của phím đượclấy ra từ khối đó là dạng dữ liệu nối tiếp với tần số thấp ( khoảng 20Hz) không thểtruyền đi xa trong không gian nên đòi hỏi dữ liệu này phải được cài vào sóng mang

có tần số cao bằng cách điều chế tín hiệu 12 bit đó với sóng mang cao tần ta đượccông thức tính F0 = Fosc/12với Fosc =455KHz thì F0 = 38KHz

Do mạch hoạt động ở tần số cao nên đòi hỏi nguồn điện phải đảm bảo giảmnhiễu tuyệt đối do đó ta phải mắc tụ lọc nguồn để lọc nhiễu Thường mắc tụ 102 và

103 để lọc nhiễu

Tín hiệu sau khi được điều chế được lấy ra chân 15 (TXout) qua điện trở10K,và được khuếch đại nhờ hai transistor C1815 và A1015 sau đó đưa đến ledhồng ngoại Để tăng góc phát tín hiệu người ta có thể sử dụng 2 led nối song songvới nhau

Khi mã lệnh có giá trị bit bằng “1” thì LED sẽ phát hồng ngoại trong khoảngthời gian t của bit đó Khi mã lệnh có giá trị bit bằng “0” thì LED không hồngngoại trong khoảng thời gian t của bit đó Do đó bên thi không nhận được tín hiệuxem như bit “0”

Mạch được thiết kế đơn giản với bốn phím ấn để tắt mở 4 thiết bị điện Khi

ta nhấn phím 1 lần đầu sẽ mở thiết bị điện 1 và nhấn lại lần nữa để tắt thiết bị,tương tự cho các phím còn lại

Mạch làm việc với điện áp 3V DC dùng hai pin tiểu để tạo nên

6.2 Mạch thu

Sơ đồ nguyên lý mạch thu hồng ngoại

Nguyên lý hoạt động của mạch thu

Mạch sử dụng nguồn 5v DC ổn định được cấp trực tiếp vào IC và led thu.Khi nhấn bất kỳ phím nào ở bộ phận phát tương ứng LED phát có nhiệm vụ biến dòng điện thành quang phát xạ ra môi trường, LED thu nhận tín hiệu đó biến đổi từ quang thành điện, sau đó đưa qua bộ khuếch đại (BJT) Sau khi nhận tín hiệu

và giải mã tín hiệu loại bỏ sóng mang 38KHz và giữ lại 12 bit rồi đưa ra chân Vout.Tín hiệu từ chân Vout của led thu được đảo pha bằng mạch đảo pha dùng transistor mắc theo kiểu E chung sau đó mới đưa vào chân RxIN của IC Ngõ ra BL9149 sẽ được tích lên mức 1 ứng với mỗi phím lệnh bên phần phát

Các linh kiện LC mắc song song một đầu tiếp đất và đầu còn lại nối với chân

15 của IC để tạo nên dao dộng cho mạch nhờ vào dao động đó mà IC mới kiểm tra