Tìm Hiểu Về Ánh Sáng Hồng Ngoại Và Ứng Dụng Vào Điều Khiển Cấp Nguồn Cho Các Thiết Bị Điện

LỜI CẢM ƠNKhi bắt đầu nghiên cứu đề tài “Tìm hiểu về ánh sáng hồng ngoại và ứng dụngvào điều khiển nguồn cho các thiết bị điện” tôi đã biết có những lúc gặp khó khăn vềviệc tìm tài liệu,

CHO CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN

MSSV: 1100286

LỜI CẢM ƠN

Khi bắt đầu nghiên cứu đề tài “Tìm hiểu về ánh sáng hồng ngoại và ứng dụngvào điều khiển nguồn cho các thiết bị điện” tôi đã biết có những lúc gặp khó khăn vềviệc tìm tài liệu, những hạn chế 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 tìnhcủa GVHD, sự cố gắng của bản thân cuối cùng tôi cũng hoàn thành xong đề tài “Tìmhiểu về ánh sáng hồng ngoại và ứng dụng vào điều khiển nguồn cho các thiết bịđiện”

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 thếtôi vô cùng biết ơn các thầy cô trường Đại học Cần Thơ mà đặc biệt là các thầy côtrong Bộ môn Sư phạm Vật Lý đã tận tình giảng dạy cho tôi trong suốt thời gian họctập 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 khókhăn để hoàn thành đề tài, tôi xin chân thành cảm ơn thầy, trong suốt thời gian vừaqua đã giúp đỡ và động viên tôi, để tôi hoàn thành đề tài này

Xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

4.1.1 S đ kh i phát h ng ngo iơ ồ ố ồ ạ 124.1.2 S đ kh i máy thuơ ồ ố 13

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 như côngnghệ thông tin, công nghệ truyền thông, cơ khí, động lực trong thời gian qua không thểtách rời với ngành điện tử Ngành điện tử đóng vai trò rất quan trọng, nó đã xâm nhập vàocuộc sống con người khá sớm từ những thiết bị đơn giản như đèn chiếu 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 quả vào công việc giải phóng sứclao động của con người đưa con người hướng tới một thế giới công nghệ mới ngày cànghiện đại và tinh vi hơn

Trong sinh hoạt hằng ngày của con người như những trò chơi giải trí (robot, xe điềukhiển từ xa…) cho đến những ứng dụng gần gủi với chúng ta cũng được cải tiến cho phùhợp với việc sử dụng và đạt mức tiện lợi nhất Điều khiển từ xa đã thâm nhập vào vấn đềnày do đó cho ra đời những loại tivi điều khiển từ xa, đầu video, VCD, CD,… đến quạtbàn tất cả đều có thể được điều khiển từ xa Điều khiển từ xa là việc điều khiển mô hình,thiết bị ở một khoảng cách nào đó mà người dùng không nhất thiết phải đến nơi đặt hệthống Thế giới ngày càng phát triển việc ứng dụng các thiết bị điều khiển tự động ngàycàng được con người sử dụng trong đó có quá trình thu phát bằng hồng ngoại nó có độchính xác và nhanh chóng trong quá trình điều khiển từ xa

Xuất phát từ những ý tưởng trên nên tôi đã chọn đề tài “Tìm hiểu về ánh sáng hồngngoại và ứng dụng vào điều khiển nguồn cho các thiết bị điện” Với kiến thức và kinhnghiệm còn hạn chế nên có thể quyển luận văn chưa được hoàn chỉnh lắm và còn nhiềuthiếu sót

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Việc sử dụng các thiết bị điều khiển ngày nay trở nên khá phổ biến với tất cả mọingười, đặc biệt là điều khiển bằng hồng ngoại Vì vậy chúng ta cần nghiên cứu về ánhsáng hồng ngoại, các linh kiện hồng ngoại và nguyên lý hoạt động thu phát hồng ngoại để

hiểu rõ cách thức hoạt động và đồng thời có thể tự thiết kế và thi công một mạch điềukhiển 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 cóthể 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 đềtài

Tìm kiếm những thông tin về ánh sáng hồng ngoại và các các linh kiện cần thiết choviệc thiết kế và thi công mạch điều khiển

Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của thu phát hồng ngoại, chọn mạch nguyên lý đơngiản và có thể thực hiện được yêu cầu đặt ra để tiến hành vẽ mạch in, lắp ráp các linhkiện, chạy thử nghiệm và khắc phục các 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 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 0.76µm đến 1mm,

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 sóng dài nhất trong ánh sángthường Mọi vật có nhiệt độ lớn hơn 0 độ K đều phát ra tia hồng ngoại

Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu Nó ứng dụng rộng rãitrong công nghiệp Lượng thông tin có thể đạt được 3Mbit/s Lượng thông tin được truyền

đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ mà ta vẫn dùng Trong

kỹ thuật truyền tin bằng sợi quang dẫn không cần các trạm khuếch đại trung gian, người

ta có thể truyền một lúc 15000 điện thoại hay 12 kênh truyền hình qua một sợi tơ quangvới đường kính 0,13 mm với khoảng cách 10 km đến 20 km Lượng thông tin truyền đivới ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ mà ta vẫn dùng

Tia hồng ngoại dễ hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém Trong điều khiển từ xa chùmhồng ngoại phát đi hẹp, có hướng, do đó khi thu phải đúng hướng

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

Có những vật chất ta thấy chúng dưới một màu xám đục nhưng với ánh sáng hồngngoại chúng trở nên trong suốt Vì vậy, vật liệu bán dẫn “trong suốt” đối với ánh sánghồng ngoại, tia hồng ngoại không bị yếu đi khi vượt qua các lớp bán dẫn để ra ngoài

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

2.1 Sự tìm ra hồng ngoại

Cuối năm 1799, Herschel 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 pháthiện ra bộ lọc đôi lúc nóng hơn những cái khác và ông đặt vấn đề: có lẽ nào một số màulại 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 một cănphòng tối, ông chiếu quang phổ đủ mọi màu qua lăng kính lên một vách tường, sau đóông 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 đonhiệt độ ở chỗ tối bên cạnh ánh sáng màu đỏ và cũng là phía ngoài quang phổ Theo lýthuyết thì nhiệt kế phải giữ nguyên mức nhiệt độ vì nó không đặt trong luồng ánh sángchiếu thẳng Nhưng kết quả thì lại thu được ở mức nhiệt độ cao nhất

Vì loại ánh sáng này xuất hiện ở ngoài ánh sáng màu đỏ vì thế nên Herschel đã đặttên cho nó là tia hồng ngoại

2.2 Một vài ứng dụng từ hồng ngoại

Đo nhiệt độ: việc thu nhận và đo đạc tia hồng ngoại giúp xác định nhiệt độ củanhững vật ở xa, nếu chúng là nguồn phát ra các tia thu được Kĩ thuật đo nhiệt bằng hồngngoại chủ yếu được dùng trong quân sự (tên lửa) và ứng dụng công nghiệp Kĩ thuật nàycũng đang được ứng dụng trên thị trường như: máy ảnh trên xe hơi

Phát nhiệt: tia hồng ngoại dùng trong các phòng tắm hơi hay dùng để làm tan tuyếttrên cánh máy bay (do da người và bề mặt cánh máy bay hấp thu tốt năng lượng của tiahồng ngoại) Mặt Trời hay các vật nóng cỡ vài trăm độ (như lò sưởi, bếp) cũng phát ra tiahồng ngoại

Truyền thông, điều khiển: dùng để truyền tải thông tin trong mạng nhỏ Ví dụ như:

từ máy tính sang máy tính, từ điện thoại sang điện thoại,… Ngoài ra, tia hồng ngoại cònđược ứng dụng trong lĩnh vực điều khiển từ xa

Ngoài những ứng dụng trong kĩ thuật, tia hồng ngoại còn được ứng dụng trong lĩnhvực y học dùng để chữa trị nhiều chứng bệnh

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

3.1 Ưu điểm

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

Tín hiệu truyền tải không xa, dễ bị ảnh hưởng bởi các vật cản

Các nguồn nhiệt xung quanh ta nên gây ảnh hưởng và hạn chế tầm phát

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

Điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến là loại điều khiển phổ biến trong đời sống hiệnnay Điều khiển bằng RF có thể dùng nhiều cho những vật ở bên ngoài như đồ chơi, điềukhiển xe phát tín hiệu , …

Các đặc điểm Điều khiển bằng hồng ngoại Điều khiển bằng sóng vô tuyến

Tầm hoạt động Khoảng cách ngắn

(khoảng 1 – 5m)

Khoảng cách trung bình(10 – 100m)

Khả năng bị nhiễu

Dễ bị nhiễu do các nguồnnhiệt khác xung quanh Dễ bị nhiễu do bên ngoàicó nhiều thiết bị khác sử

dụng sóng RF có nhiềutầng số khác nhau

Năng lượng tiêu thụ Thấp Trung bình

Thiết bị hỗ trợ

Hơn 150 triệu thiết bị hổtrợ cùng với phần cứng vàphần mềm trên toàn thếgiới

Lắp đặt theo yêu cầu

Cách thức kết nối Đơn giản. Cần phải có ăn-teng vàphải mã hóa đúng tần số.

Góc kết nối

Tầm hoạt động trong mộtgóc hình nón khoảng 30

độ và không xuyên vậtcản

Có thể kết nối theo nhiềuphương và có thể xuyênqua vật thể

Bảng 1 So sánh đặc điểm giữa điều khiển bằng hồng ngoại và điều khiển

bằng sóng điện từ

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 mở một sốthiết bị có thể diễn ra liên tục Do đó, để đơn giản hóa thao tác và tiện lợi cho người sửdụng, thiết bị điều khiển từ xa đã ra đời Người dùng chỉ cần ở một chỗ mà có thể điềukhiển được tất cả các thiết bị trong nhà với một thiết bị nhỏ gọn như remote

Mạch điều khiển thiết bị điện từ xa bằng hồng ngoại là một trong những mạch điềukhiển được sử dụng rộng rãi hiện nay Nó có thể điều khiển các thiết bị một cách tiện lợinhư: 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 mộtkhoảng cách xa Ví dụ: hệ thống điều khiển bằng vô tuyến, hệ thống điều khiển từ xabằng 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 nhậnđược thành các lệnh điều khiển và đưa đến các thiết bị, đồng thời kiểm tra sự chính xáccủa 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 nhiều

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

- 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 đảm bảo độchính xác trong phạm vi cho phép

2.3 Kết cấu của hệ thống

Do hệ thống điều khiển từ xa có những đường truyền dẫn xa nên chúng ta cần phảinghiên cứu về kết cấu hệ thống để đảm bảo tín hiệu được truyền đi chính xác và nhanhchóng Đây là sơ đồ kết cấu hệ thống:

Hình 1 Sơ đồ kết cấu hệ thốngChức năng của từng khối:

- 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 biến đổi,biên 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 đã đượcrời 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 từ máy phát Ở máy thu, tín hiệu phải thông quacác phép biến đổi ngược lại với các phép đổi trên: giải mã, liên tục hóa, …

Đường truyền Thiết bị thuThiết bị phát

Sự mã hóa tín hiệu điều khiển nhằm tăng tính hữu hiệu và độ tin cậy của hệ thốngđiều khiển từ xa, nghĩa là tăng tốc độ truyền và khả năng chống nhiễu Trong điều khiển

từ xa ta thường dùng mã nhị phân tương 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 đểchống nhiễu ta dùng loại mã phát hiện và sửa sai Mã phát hiện và sửa sai thuộc loại mãđồng đều bao gồm các loại mã: mã phát hiện sai, mã sửa sai, mã phát hiện và sửa sai.Dạng sai nhầm của các mã được truyền đi tùy thuộc tính chất của kênh truyền, chúng

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

Phát lệnh

- Ma trận phím được bố trí theo cột và hàng Khi người sử dụng bấm vào các phímchức năng để phát lệnh yêu cầu của mình, mỗi phím chức năng tương ứng với một số thậpphân.

- Khối mã hóa: nhiệm vụ chuyển đổi các lệnh điều khiển thành mã nhị phân tươngứng dưới dạng mã lệnh tín hiệu số gồm các bit 0 và 1 Số bit trong mã lệnh nhị phân cóthể là 4 bit hay 8 bit… tùy theo số lượng phím chức năng nhiều hay ít Có nhiều phươngpháp mã hóa khác nhau: điều chế biên độ xung (pulse amplitude modulation – PAM),điều chế độ rộng xung (pulse width modulation – PWM), điều chế vị trí xung (pulseposition modulation – PPM), điều chế mã xung (pulse code modulation – 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 vớisóng mang để đưa đến khối khuếch đại

- Khối khuếch đại: khuếch đại tín hiệu đủ lớn để led phát hồng ngoại phát tín hiệu

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

Hình 3 Sơ đồ khối thu hồng ngoại

- Khối chấp hành: có thể là relay hay một linh kiện điều khiển nào đó, đây là khốicuối 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

5.1.1 IC BL9148

IC BL9148 là một bộ truyền phát tia hồng ngoại ứng dụng bởi công nghệ CMOS

Khuếch đại

Mạch chấp hànhLED thu

- 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 tạo dao động bên trong IC

- Chân 4-9 (K1-K6): là đầu của tín hiệu bàn phím kiểu ma trận, các chân từ K1 đếnK6 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

Bộ tạo dao động và bộ phân tần: để có thể phát đi xa, ta cần có một xung có tần số

38 KHz ở nơi nhận nhưng trên thị trường khó tìm được thạch anh đúng tần số nên ta chọntần số của thạch anh là 455 KHz cho bộ tạo dao động Sau đó tần số sẽ được đưa qua bộphân tần để chia nó ra thành 12 lần

Hình 5 Sơ đồ ghép nối thạch anh để tạo dao động.

Hình 6 Sơ đồ khối bên trong IC BL9148

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

Hình 7 Sơ đồ kết nối phím.

Chức năng các phím:

- Phím 1 – 6: những phím cho ra tín hiệu liên tục khi nhấn giữ

- Phím 7 – 18: những phím cho ra những tín hiệu không liên tục (những tín hiệu sẽ

bị mất ngay khi nhấn vào cho dù giữ phím)

Mạch hoạt động tín hiệu thời gian – Mạch phát sinh tín hiệu:

- Lệnh truyền gồm một từ lệnh được tạo bởi 3 bit mã người dùng (C1, C2, C3), 6bit mã phím vào (D1 – D6) và 1 bit mã liên tục (H) và 2 bit mã không liên tục (S1, S2).Vậy có 12 bit mã, trong đó 3 bit mã người dùng được tạo như sau:

+ Dữ liệu của 3 bit mã T1, T2, T3 sẽ là “1” nếu một diode được nối giữa chânCODE và chân Tn (n= 1,2,3) và là “0” khi không nối diode

+ Vì IC thu BL9149 chỉ có 2 bit mã (CODE 2, CODE 3) nên chân T1 (chân 10)

Hình 10 Dạng sóng mô tả tín hiệu không liên tục.

Tín hiệu liên tục: Khi nhấn bất kì một phím liên tục, tín hiệu liên tục sẽ lặp lại chu kìsau khi truyền 2 từ lệnh và thời gian dừng cho đến khi phím không được nhấn nữa

Hình 11 Dạng sóng mô tả tín hiệu liên tục.

5.1.2 IC BL9149

BL9149 cũng được chế tạo bởi công nghệ CMOS Nó có thể điều khiển tối đa 10thiết bị

Những đặc tính của IC BL9149:

- Tiêu thụ 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 động RC

- Bộ lọc số và bộ kiểm tra mã ngăn ngữa sự tác động từ những nguồn sáng khác nhau Do đó không ảnh hưởng đến độ nhạy của mắt thu

Hình 12 Sơ đồ chân và hình dạng của IC BL9149

Chức 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 sóng mang

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

là 107 ms

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

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

- 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 nội phụthuộc vào tầng số cấp cho BL9149 Dùng mạch RC làm mạch lọc tuyến tính dao độngtruyền bởi BL9148

Hình 13 Sơ đồ mạch RC tạo dao động cho IC 9149

Nhận tín hiệu vào: Tín hiệu được nhận từ led thu hồng ngoại và sóng được truyền vào IC

Hình 14 Sơ đồ khối bên trong IC BL9149.

Kiểm tra lỗi của tín hiệu: Sau khi IC phát BL9148 phát tín hiệu (2 chu kỳ) đi, tínhiệu sẽ được led thu tiếp nhận rồi đưa nó đến chân RxIN Tín hiệu truyền đi gồm 2 lệnhgiống nhau, lệnh đầu tiên được nhận trước và lưu trữ vào thanh ghi sau đó so sánh vớilệnh thứ hai Nếu 2 lệnh giống nhau thì tín hiệu truyền không lỗi và chuyển sang bộ phậngiải mã Nếu hau tín hiệu khác nhau thì truyền có lỗi Hệ thống sẽ tự động sữa lỗi và resetlại tại điểm xảy ra lỗi Khi dữ liệu nhận được thông qua, ngõ ra sẽ chuyển lên mức cao.Giải mã lệnh: Đầu tiên hệ thống sẽ kiểm tra mã hệ thống giữa phần phát và phần thu.Nếu mã tương thích giữa phần phát và thu thì hệ thống sẽ tiến hành giải mã lệnh Ta cóbảng mã lệnh tương ứng giữa phần thu và phần phát:

Bảng 2 Bảng mã hệ thống giữa phần thu và phần phát.

Vì BL9149 không có chân C1 nên chân C1 của BL9148 mặc nhiên ở mức logic “1” Qua bảng mã hệ thống, ta thấy rằng tổ hợp mã của các chân C2, C3 của hai IC giốngnhau, đó là mã hệ thống Trong các tổ hợp mã, không có tổ hợp C2 = C3 = 0

Các chân C2 và C3 sẽ ở mức logic “1” nếu đặt 1 tụ giữa chân Cn (n=2,3) và mass.Ngược lại các chân C2 và C3 sẽ ở mức logic “0” nếu nối xuống mass

Bảng 3 Bảng đối ứng quan hệ phím/ mã giữa IC thu BL9148 và phát BL9149.

5.2 Led phát quang – led phát hồng ngoại

Ở quang trở, quang transistor và quang transistor, năng của của ánh sáng chiếu vàochất bán dẫn và cung cấp năng lượng cho các điện tử vượt dãi cấm Ngược lại, khi mộtđiện tử từ dãi dẫn điện rớt xuống dãi hóa trị thì sẽ phát ra một năng lượng E=hf

Khi phân cực thuận một mối nối P-N, điện tử tự do từ vùng N xuyên qua vùng P và kết hợp với các lỗ trống, sinh ra năng lượng

Đối với diode Ge, Si thì năng lượng phát ra dưới dạng nhiệt Nhưng đối với diode

nhìn thấy được dùng để làm đèn báo, trang trí, Phần ngoài của led có một lăng kính đểphát ánh sáng phát ra ngoài

Hình 15 Cấu tạo của một đèn led

5.3 Bộ thu hồng ngoại

Bộ thu hồng ngoại là một quang transistor (led thu hồng ngoại) Quang transistornhận được tín hiệu hồng ngoại kích thích đúng tần số thì quang transistor sẽ có dòng điệnra

Hình 16 Sơ đồ khối bên trong led thu hồng ngoại

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

ứng quang điện Khi quang đi nhận được tín hiệu từ led phát, xung tín hiệu sẽ được

Dãithông qua tách sóngMạch

khuếch đại lên nhiều lần sau đó loại bỏ tín hiệu tín hiệu sóng mang, và giữ lại 12bit củatín hiệu Tín hiệu đầu ra sẽ đưa vào cực nền của transistor làm cho transistor dẫn, có dòngđiện ra ở chân số 1 của quang transistor

Hình 17 Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân của led thu hồng ngoại

Những loại quang transistor cho những tần số sóng mang khác nhau:

5.4 IC HEF4013

Vi mạch 4013 chứa 2 flip-flop D, nó là vi mạch đa năng, chúng có các chân đặt trựctiếp (S), xóa trực tiếp (R), ngõ vào xung đồng hồ (CLK) và ngõ ra (Q)

HEF4013 có 14 chân trong đó:

- GND, VDD (7, 14): cấp nguồn âm và nguồn dương

Tín hiệu vào Tín hiệu ra

Hình 19 Sơ đồ 1 flip-flop của 4013

Mạch chốt dữ liệu hay gọi là 1 flip-flop Khi chưa có xung vào CLK ngõ ra Q =

“0”, Q\ = “1” Dữ liệu tại D là “1” vì ta nối D với Q\ Khi có xung vào CLK, dữ liệu tại D

sẽ được nạp vào và ngõ ra Q = “1”, Q\ = “0” Lúc này trạng thái ngõ ra được chốt lại vàchỉ thay đổi khi có thêm một xung CLK

5.5 Một số linh kiện khác:

5.5.1 IC KA7805

Đặc tính:

- Dòng cực đại có thể duy trì là 1A.

- Dòng đỉnh 2.2A

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

- Công suất tiêu thụ 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

Hình 20 Sơ đồ chân của IC KA7805

Chức năng từng chân :

- Chân 1: ngõ vào

- Chân 2: nối với cực âm của nguồn

- Chân 3: ngõ ra Ngõ ra luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thayđổi Do đó nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thì mạch điện vẫn hoạtđộng ổn định nhờ vẫn giữ được điện áp ngõ ra 5V không đổi

5.5.2 Relay

Cấu tạo của relay điện từ gồm có: phần cố định, phần nắp chuyển động, cuộn dâykích thích, lò xo, tiếp điểm cố định, tiếp điểm động Relay hoạt động dựa trên nguyên lý

đó người ta còn gọi relay là công tắc điện từ Nhờ vào đặc tính này mà relay mới ứngdụng rất nhiều trong kỹ thuật.

Hình 21 Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế Relay

1, 2: Hai đầu của nam châm điện, sẽ được nối với nguồn

3: Ngõ vào

4: Tiếp điểm thường hở

5: Tiếp điểm thường đóng

5.5.3 Transistor

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

Transistor gồm 3 lớp bán dẫn được ghép với nhau thành 2 mối tiếp giáp P – N, nếughép theo thứ tự PNP được gọi là transistor thuận, nếu ghép theo thứ tự NPN được gọi làtransistor nghịch Về cấu tạo transistor tương đương với 2 diode đấu ngược chiều nhau

Hình 22 Cấu tạo của transistor.

Mỗi transistor đều có ba cực:

- Cực nền ký hiệu là B (Base)

- Cực thu ký hiệu là C (Collector)

- Cực phát ký hiệu là E (Emitter)

Lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp, vùng bán dẫn E và C có nồng

độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau được

Nguyên tắc hoạt động của transistor:

Loại NPN:

Hình 23 Mạch khảo sát về nguyên tắc hoạt động của transistor NPN

Cấp nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó cực dương (+) cấp vào C

và cực âm (-) cấp vào E Cấp nguồn một chiều UBE qua công tắc và điện trở vào 2 cực B

và E trong đó cực (+) vào chân B và cực (-) vào chân E

Khi công tắc hở, mặc dù hai cực C và E được cấp điện nhưng vẫn không có dòngđiện qua mối CE (lúc này dòng IC = 0)

Khi công tắc đóng, mối P – N được phân cực thuận do đó có một dòng điện chạy

từ cực (+) của nguồn UBE qua công tắc => qua điện trở hạn dòng ở cực B => qua mối

BE về cực (-) tạo thành dòng IB

Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE

IB là dòng chạy qua mối BE

β là hệ số khuếch đại của transistor

C1815 là Transistor BJT loại NPN:

Hình 24 Kí hiệu và hình dáng của transistor

Điện áp ngưỡng VCB0 60VĐiện áp ngưỡng VCE0 50VĐiện áp ngưỡng VEB0 5V

Hình 25 Ký hiệu và hình dáng của A1015.

Bảng 7 Mức cực đại tuyệt đối 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 khuếch đại, đóng ngắt dòng, điều chỉnh điện áp,điềukhiển tín hiệu, và tạo dao động Transistor cũng thường được kết hợp thành mạch tíchhợp (IC) trên một diện tích nhỏ

6 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

6.1 Mạch phát

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 26 Sơ đồ nguyên lý mạch phát hồng ngoại.

Nguyên 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

Phímsốbênphát

Dạng xung ra

Ngõ ra

H S1 S2 D1 D2 D3 D4T1 T2 T3 K1 K2 K3 K4

Bảng 8 Mã tín hiệu và tín hiệu ở ngõ ra khi nhấn 4 phím.

Khi ta ấn một phím bất kỳ sẽ làm hai chân K và T nối lại với nhau Một xung điện

áp mức cao sẽ đưa từ chân K tương ứng vào chân T tương ứng Xung điện áp này đi vào

IC sẽ kích hoạt mạch nhận biết phím để xác định vị trí của phím nằm trên ma trận phím.Sau đó dữ liệu của phím sẽ được đưa tới khối phát mã để lấy ra mã tương ứng với vị trícủa phím nằm trên ma trận phím Dữ liệu của phím được lấy ra từ khối đó là dạng dữ liệu

nối tiếp với tần số thấp (khoảng 20Hz) không thể truyền đi xa trong không gian nên đòihỏi dữ liệu này phải được trộn vào sóng mang có tần số cao bằng cách điều chế tín hiệu

12 bit đó với sóng mang cao tần ta được công thức tính f0 = fosc/12 với fosc =455KHz thì f0

= 38KHz

Hình 27 Sơ đồ khối tạo dao động và lọc nhiễu cho mạch phát

Do mạch hoạt động ở tần số cao nên đòi hỏi nguồn điện phải đảm bảo giảm nhiễutuyệt đối do đó ta phải mắc tụ lọc nguồn để lọc nhiễu Thường mắc tụ 102 hoặc 103 đểlọc nhiễu

Tín hiệu sau khi được điều chế được lấy ra chân 15 (TXout) qua điện trở 10K,vàđược khuếch đại nhờ hai transistor C1815 và A1015 sau đó đưa đến led hồng ngoại Đểtăng góc phát tín hiệu người ta có thể sử dụng 2 led nối song song với nhau Do tín hiệuphát ra ở ngõ ra IC phát có dòng nhỏ nên ta phải khuếch đại chúng lên Dùng 2 transistorghép Darlington để khuếch đại tín hiệu cấp cho dòng led hồng ngoại phát đi được mạnhhơn