thiết kế mạch điều khiển thiết bị điện bằng sóng rf

Vi xử lý xử lý tín hiệu đưa về từ PT2272 và điều khiển khối Relay để bật những thiết bị được yêu cầu mở bởi bên phát...  Relay là một công tắc điều khiển từ xa đơn giản, nó dùng một dòn

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA CƠ ĐIỆN

======

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN BẰNG SÓNG RF

Giáo viên hướng dẫn : Th.S Lại Văn Song Sinh viên thực hiện : Vũ Đức Lâm

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan làm đồ án nghiêm túc, chăm chỉ và nỗ lực!

PHẦN 1

1.1 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ,

HÌNH ẢNH

Hình 3.3.1.1: Mô phỏng 3D mặt trước mạch điều khiển 10

Hình 3.3.1.2: Mô phỏng 3D mặt sau mạch điều khiển 10

Hình 3.3.1.3: Toàn bộ mô hình 11

Hình 3.3.1.4: Thiết kế gắn mạch điều khiển với bảng điện 11

Hình 3.3.2.1: Sơ đồ chân PT2262 12

Hình 3.3.2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch phát 13

Hình 3.3.2.3: Sơ đồ nguyên lý mạch thu 13

Hình 3.3.2.4: Sơ đồ nguồn cấp cho mạch điều khiển 14

Hình 3.3.2.5: PIC16F54 DIP18 15

Hình 3.3.2.6: Sơ đồ chân PIC16F54 15

Hình 3.3.2.7: Thông số PIC16F54 16

Hình 3.3.2.8: Sơ đồ Relay công suất 17

Hình 3.3.2.9: Cấu tạo Relay 18

Hình 3.3.2.10: Nguyên lý Relay đóng 18

Hình 3.3.2.11: Nguyên lý Relay ngắt 18

Hình 3.3.2.12: Sơ đồ chân PT2272 19

Hình 3.3.2.13: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 20

Hình 3.3.2.14: Mạch in trên ARES 21

Hình 3.3.2.15: Mạch in PDF 22

Hình 3.3.2.16: Sơ đồ mạch động lực 23

Hình 3.3.2.17: Bảng phân công tín hiệu 24

Hình 3.3.2.18: Lưu đồ, thuật toán mạch điều khiển 26

Hình 3.3.2.19: Phần mềm CCS 27

Hình 3.3.2.20: Phần mềm nạp code PICKIT2 28

1.2 MỤC LỤC

Phần 1: Danh mục 5

Phần 2: Mở đầu 7

Phần 3: Tổng quan nghiên cứu 8

Chương 1: Tổng quan tài liệu 8

Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu 9

Chương 3: Kết quả và thảo luận 10

3.3.1 Mô hình tổng quát 10

3.3.2 Thiết kế phần cứng 12

3.3.2.1 Mạch điều khiển 12

3.3.2.2 Mạch động lực 23

3.3.3 Thiết kế phần mềm 24

3.3.3.1 Bảng phân công tín hiệu 24

3.3.3.2 Lưu đồ, thuật toán 26

3.3.3.3 Chương trình điều khiển 27

3.3.4 Chạy thử mô hình 31

3.3.5 Thảo luận 32

3.3.6 Kết luận và đề nghị 33

3.3.7 Tài liệu tham khảo 33

NỘI DUNG ĐỒ ÁN PHẦN 2: MỞ ĐẦU

2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Một trong những ứng dụng quan trọng của ngành công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển từ xa bằng RF (sóng vô tuyến) Sử dụng RF được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp và các lĩnh vực khác trong cuộc sống với những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế thật cao

Xuất phát từ những ứng dụng đó, em đã thiết kế và lắp ráp một mạch ứng dụng nhỏtrong thu phát RF: Điều khiển bật/tắt 4 thiết bị điện bằng sóng RF

2.2 MỤC ĐÍCH

 Thiết kế được mạch

 Chế tạo được, thử nghiệm được nó

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

 Kế thừa các kết quả từ trước

2.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu tổng quan:

 Các tài liệu về truyền phát sóng RF (Radio Frequency)

- Nghiên cứu đối tượng:

 Nghiên cứu và mô phỏng được mạch, tiến tới áp dụng vào thực tế

2.5 GIỚI HẠN MÔ HÌNH

 Chỉ điều khiển độc lập được 4 thiết bị điện

 Phạm vi điều khiển trong vòng bán kính 50 – 100m Có thể truyền được xuyên vật cản

PHẦN 3: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN

CỨU

3.2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

 Điều khiển thiết bị điện bằng sóng RF

 Dùng vi điều khiển PIC16F54 kết hợp bộ thu phát PT2272/PT2262 để điều khiển sóng RF

3.2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

 Nắm được hoạt động chung của thiết bị điện trong gia đình

 Hiểu được nguyên lý truyền thu- phát sóng RF

 Phân loại và hiểu được các khối trong mạch, cũng như trên mô hình

3.2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Phương pháp kế thừa

 Mạch điều khiển sử dụng IC phát PT2262 để mã hóa tín hiệu điều khiển

 Dữ liệu sau khi được truyền đi bằng Module phát RF 315MHz, tín hiệu thu

sẽ được thu bởi khối thu RF

 Dữ liệu sẽ được giải mã bằng PT2272 và đưa về vi xử lý Vi xử lý xử lý tín hiệu đưa về từ PT2272 và điều khiển khối Relay để bật những thiết bị được yêu cầu mở bởi bên phát

- Sử dụng thiết bị, công nghệ đã có sẵn:

 Đối với mạch điều khiển, dùng tay phát RF có sẵn, mạch thu sóng không có

IC PT2272

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.3.1 MÔ HÌNH TỔNG QUÁT

MÔ PHỎNG 3D MẠCH IN TRÊN ARES

Hình 3.3.1.1: Mô phỏng 3D mặt trước mạch điều khiển

Hình 3.3.1.2: Mô phỏng 3D mặt sau mạch điều khiển

Hình 3.3.1.3: Toàn bộ mô hình

Hình 3.3.1.4: Thiết kế gắn mạch điều khiển với bảng điện

3.3.2 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

3.3.2.1 MẠCH ĐIỀU KHIỂN

1 MẠCH TAY PHÁT RF 315MHZ

 Khối phát tín hiệu để cung cấp cho khối thu

 Khối phát dùng IC 2262 tạo mã hóa và sử dụng module phát RF

315MHz để truyền đi

Hình 3.3.2.1: Sơ đồ chân PT2262

Hình 3.3.2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch phát

Hình 3.3.2.3: Sơ đồ nguyên lý mạch thu

2 MẠCH NGUỒN

 Khối nguồn tạo dòng điện và điện áp ổn định, cung cấp an toàn cho cả mạch

 Dùng mạch cầu Diode để chỉnh lưu điện áp, ngăn dòng ngược chiều đi qua IC

 Ổn áp 78L05 để tạo nguồn 5V cung cấp cho mạch

 Mắc thêm 1 đèn LED vào mạch nguồn Khi cấp điện cho mạch LED sẽ sáng

Hình 3.3.2.4: Sơ đồ nguồn cấp cho mạch điều khiển

3 VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F54

Hình 3.3.2.5: PIC16F54 DIP18

 PIC16F54 18 chân cắm là vi điều khiển chế tạo theo công nghệ 8 bit CMOS

Hình 3.3.2.6: Sơ đồ chân PIC16F54

Hình 3.3.2.7: Thông số PIC16F54

 Tính năng đặc biệt của Vi điều khiển

• Power-on Reset (POR)

• Device reset Timer (DRT)

• Watchdog Timer (WDT): tự reset lại khi bị tràn bộ nhớ

 Làm việc tin cậy, tiết kiệm năng lượng, giá thành rẻ

4 KHỐI RELAY CÔNG SUẤT

 Khối Relay công suất gồm: Relay 5V, C1815 để khuếch đại dòng qua Relay, Diode 1N4148 dùng để tránh dòng Fuco trong cuộn dây sinh ra trong quá trình hoạt động làm hỏng C1815

Hình 3.3.2.8: Sơ đồ Relay công suất

 Relay là một công tắc điều khiển từ xa đơn giản, nó dùng một dòng nhỏ để điều khiển một dòng lớn, vì vậy, nó được dùng để bảo vệ công tắc nên cũng được xem là một thiết bị bảo vệ.

 Kết cấu Relay gồm: một lõi sắt, một cuộn từ, một tiếp điểm

Hình 3.3.2.9: Cấu tạo Relay

 Relay có 2 mạch: mạch điều khiển, mạch tải

 Mạch điều khiển có 1 cuộn dây nhỏ, mạch tải có 1 công tắc

5 Mạch điều khiển thiết kế bằng phần mềm Proteus 7.8

 Nguyên lý hoạt động của mạch:

• Mạch PT2272 M4 là bộ giải mã điều khiển từ xa kết hợp với PT2262, sử dụng công nghệ cmos có 8 địa chỉ mã hóa, 4 địa chỉ dữ liệu chính Vì thế có

38 cách set chân Có thể sản xuất nhiều mà không bị trùng mã

• Kích không nhớ trạng thái, trong thời điểm kích chỉ giữ 1 trạng thái của 4bit,không kích 4bit trở về 0

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

Hình 3.3.2.13: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển

 CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH:

MẠCH IN TRÊN ARES

Hình 3.3.2.14: Mạch in trên ARES

MẠCH IN ĐỊNH DẠNG PDF (DÙNG LÀM MẠCH THỦ CÔNG)

Hình 3.3.2.15: Mạch in PDF

 Các bước làm mạch in thủ công:

• In mạch in đã vẽ ra giấy thủ công

• Cắt phip đồng sao cho vừa với bản mạch in

• Dùng bàn là, là nóng đều trong 5 phút để mực bám chặt vào phip đồng

• Dùng bút dạ tô lại đường đồng bị hở

• Ngâm phip đồng trong bột sắt trong 30 phút để lớp đồng ngoài bị ăn mòn hết

• Đánh sạch phip đồng

• Dùng khoan mini khoan các lỗ để cắm chân linh kiện

• Cuối cùng là hàn chân linh kiện bằng thiếc hàn và tay hàn

• Hoàn thành mạch thủ công

3.3.2.2 MẠCH ĐỘNG LỰC

Hình 3.3.2.16: Sơ đồ đấu nối mạch với các thiết bị điện

3.3.3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM

3.3.3.1 BẢNG PHÂN CÔNG TÍN HIỆU

NÚT A Bật/tắt thiết bị 1NÚT B Bật/tắt thiết bị 2NÚT C Bật/tắt thiết bị 3NÚT D Bật/tắt thiết bị 4Hình 3.3.2.17: Bảng phân công tín hiệu

- KHI BẬT THIẾT BỊ:

 Khi ta nhấn A ở Remote, chân 17 của 2272 có tín hiệu, mạch thu sẽ nhận tín hiệu truyền qua vào chân 14 của 2272, làm cho chân 13 lên mức 1 Tín hiệu được đưa vào PIC 16F54, nó sẽ đưa chân RA2 lên mức 1 Chân B (C1815)

có dòng kích ở mức cao làm Transistor dẫn nên đầu ra chân C là mức thấp tạo nguồn cung cấp cho Relay bật, dẫn tới mạch cấp cho thiết bị 1 kín và hoạt động

 Khi nhấn nút B ở Remote, chân 17 của 2272 có tín hiệu, mạch thu sẽ nhận tín hiệu truyền qua vào chân 14 của 2272 làm chân 12 lên mức 1 Tín hiệu được đưa vào PIC 16F54, nó sẽ đưa ngõ ra RA3 lên mức 1 Chân B (C1815)

có dòng kích ở mức cao làm Transistor dẫn nên đầu ra ở chân C là mức thấp,tạo ra nguồn cấp cho Relay bật, dẫn tới thiết bị 2 hoạt động

 Khi nhấn C ở Remote, chân 17 của 2272 có tín hiệu, mạch thu sẽ nhận tín hiệu truyền qua vào chân 14 của 2272 làm chân 11 lên mức 1 Tín hiệu được đưa vào PIC 16F54, nó sẽ đưa ngõ ra RA0 lên mức 1 Chân B (C1815) có dòng kích ở mức cao làm Transistor dẫn nên đầu ra ở chân C là mức thấp, tạo ra nguồn cấp cho Relay bật, dẫn tới thiết bị 3 hoạt động

 Khi nhấn D ở Remote, chân 17 của 2272 có tín hiệu, mạch thu sẽ nhận tín hiệu truyền qua vào chân 14 của 2272 làm chân 10 lên mức 1 Tín hiệu được đưa vào PIC 16F54, nó sẽ đưa ngõ ra RA1 lên mức 1 Chân B (C1815) có dòng kích ở mức cao làm Transistor dẫn nên đầu ra ở chân C là mức thấp, tạo ra nguồn cấp cho Relay bật, dẫn tới thiết bị 4 hoạt động

- KHI TẮT THIẾT BỊ:

 Khi nhấn A ở Remote chân 17 của 2272 có tín hiệu, mạch thu sẽ nhận tín hiệu truyền qua vào chân 14 của 2272, làm cho chân 13 lên mức 1 Ngõ vào của PIC 16F54 đang ở mức logic cao khi nhận thêm một tín hiệu nữa, nó sẽ set ngõ ra RA2 xuống mức thấp Chân B (C1815) không có dòng kích làm Transistor ngưng dẫn nên đầu ra ở chân C là mức cao, không có nguồn cấp, Relay mất điện và trở về vị trí ban đầu, thiết bị 1 tắt

 Khi nhấn B ở Remote chân 17 của 2272 có tín hiệu, mạch thu sẽ nhận tín hiệu truyền qua vào chân 14 của 2272, làm cho chân 12 lên mức 1 Ngõ vào của PIC 16F54 đang ở mức logic cao khi nhận thêm một tín hiệu nữa, nó sẽ set ngõ ra RA3 xuống mức thấp Chân B (C1815) không có dòng kích làm Transistor ngưng dẫn nên đầu ra ở chân C là mức cao, không có nguồn cấp, Relay mất điện và trở về vị trí ban đầu, thiết bị 2 tắt

 Khi nhấn C ở Remote chân 17 của 2272 có tín hiệu, mạch thu sẽ nhận tín hiệu truyền qua vào chân 14 của 2272, làm cho chân 11 lên mức 1 Ngõ vào của PIC 16F54 đang ở mức logic cao khi nhận thêm một tín hiệu nữa, nó sẽ set ngõ ra RA0 xuống mức thấp Chân B (C1815) không có dòng kích làm Transistor ngưng dẫn nên đầu ra ở chân C là mức cao, không có nguồn cấp, Relay mất điện và trở về vị trí ban đầu, thiết bị 3 tắt

 Khi nhấn D ở Remote chân 17 của 2272 có tín hiệu, mạch thu sẽ nhận tín hiệu truyền qua vào chân 14 của 2272, làm cho chân 10 lên mức 1 Ngõ vào của PIC 16F54 đang ở mức logic cao khi nhận thêm một tín hiệu nữa, nó sẽ set ngõ ra RA1 xuống mức thấp Chân B (C1815) không có dòng kích làm Transistor ngưng dẫn nên đầu ra ở chân C là mức cao, không có nguồn cấp, Relay mất điện và trở về vị trí ban đầu, thiết bị 4 tắt

 Ngoài ra, ta cũng có thể thực hiện thao tác bật/tắt qua 4 nút, ở ngay trên mạch

3.3.3.2 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN

LƯU ĐỒ, THUẬT TOÁN CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN

Hình 3.3.2.18: Lưu đồ, thuật toán mạch điều khiển

3.3.3.3 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

- TRÌNH BIÊN DỊCH NGÔN NGỮ C CCS 4.104:

Hình 3.3.2.19: Phần mềm CCS

- MẠCH NẠP CODE PICKIT2:

Hình 3.3.2.20: Phần mềm nạp code PICKIT2

#FUSES WDT // Watch Dog Timer

#FUSES LP //Low power osc < 200 khz

#FUSES PROTECT //Code protected from reading

#FUSES NODEBUG //No Debug mode for ICD

#FUSES RESERVED //Used to set the reserved FUSE bits

3.3.4 CHẠY THỬ MÔ HÌNH

- Đặc điểm:

 Mạch điều khiển chạy ổn định, tay phát ấn dễ dàng

 Thiết bị điện nhận tín hiệu điều khiển ngay lập tức và chạy bình thường

 Vị trí điều khiển mọi nơi trong phạm vi bán kính 50-100m, tùy vật cản

- Nhược điểm:

 Phạm vi truyền sóng không xa

 Tổng thể mạch thiết kế chưa được đẹp mắt

3.3.5 THẢO LUẬN

 Mạch hoạt động tương đối ổn định

 Cần nghiên cứu thêm để cải tiến các cơ cấu cũng như phương pháp điều khiển từ xa: mạng Internet, không dây: Wifi, 3G

3.3.6 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ

3.3.6.1 VỀ NỘI DUNG

 Bước đầu đáp ứng được yêu cầu bài toán đặt ra

 Mạch đã chạy được tương đối ổn định

 Vận dụng được các kiến thức đã học vào đồ án

 Do làm cá nhân nên chưa đáp ứng được khối lượng nội dung lớn hơn

 Phạm vi thu phát sóng ngắn, cần cải thiện thêm

 Hướng phát triển đồ án:

• Thay thế sóng RF bằng điều khiển qua mạng Internet, không dây

• Hoạt động của mô hình sẽ thêm các cơ cấu phức tạp hơn, nhiều chức năng hơn

3.3.6.2 VỀ HÌNH THỨC

 Đã phân bố rõ các bộ phận, chức năng

 Kết cấu mô hình còn sơ sài, hình thức chưa được đẹp mắt

3.3.7 TÀI LIỆU THAM KHẢO

Các trang Web điện tử: