Chapter3 DieuKhienVoTuyen

Chapter3 DieuKhienVoTuyen tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vực ki...

Chương 3:

ĐIỀU KHIỂN VÔ TUYẾN

ĐIỀU KHIỂN HỮU TUYẾN

3.1 Điều khiển bằng hồng ngoại

3.2 Điều khiển bằng sóng siêu âm

3.3 Điều khiển bằng RF

3.4 Điều khiển bằng GSM

3.1 Điều khiển bằng hồng ngoại

 Đặc điểm tia hồng ngoại

• Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường

• có bước sóng khoảng từ 0.86μm đến 0.98μm

• Tia hồng ngoại có vận tốc truyền bằng vận tốc ánh sáng

• Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu

• Tốc độ truyền có thể đạt 3 megabit/s

• Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém

• Chùm tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng, do đó khi thu phải đúng hướng

Đặc điểm tia hồng ngoại (tt)

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

trong sự xuyên suốt qua vật chất Vì vật liệu bán dẫn “trong suốt” đối với ánh sáng hồng ngoại, tia hồng ngoại không bị yếu đi khi nó vượt qua các lớp bán dẫn để đi ra ngoài

Nguyên lý thu phát hồng ngoại

 Việc thu hoặc phát bức xạ hồng ngoại bằng nhiều phương

tiện khác nhau, có thể nhận tia hồng ngoại từ ánh sáng mặt trời

 Nhiều thứ có thể phát tia hồng ngoại như: lò bức xạ, lò điện,

đèn, cơ thể người,…

 Để có thể truyền tia hồng ngoại tốt phải tránh xung nhiễu

bắt buộc phải dùng mã phát và nhận ổn định để xác định xem đó là xung truyền hay nhiễu

 Tần số làm việc tốt nhất từ 30 KHz đến 60 KHz, nhưng

thường sử dụng khoảng 36 KHz

 Dùng tần số 36 KHz để truyền tín hiệu hồng ngoại thì dễ,

nhưng khó thu và giải mã phải sử dụng bộ lọc để tín hiệu ngõ ra là xung vuông, nếu ngõ ra có xung nghĩa là đã nhận được tín hiệu ở ngõ vào

Hệ thống phát hồng ngoại

Hình 3.1: sơ đồ khối hệ thống phát hồng ngoại

Hệ thống phát hồng ngoại (tt)

 Giải thích các khối

• Khối chọn chức năng và mã hoá: Khi người sử dụng bấm vào các phím chức năng để phát lệnh yêu cầu của mình, mỗi phím chức năng tương ứng với một số thập phân

Mạch mã hóa sẽ chuyển đổi thành mã nhị phân tương

ứng dưới dạng mã lệnh tín hiệu số Số bit trong mã lệnh nhị phân có thể là 4 bit hay 8 bit… tùy theo số lượng các phím chức năng nhiều hay ít

• Khối dao động có điều kiện: Khi nhấn 1 phím chức năng thì đồng thời khởi động mạch dao động tạo xung clock, tần số xung clock xác định tốc độ chuẩn của mỗi bit

Hệ thống phát hồng ngoại (tt)

• Khối chốt và chuyển đổi dữ liệu: Mã nhị phân sau khối mã hóa sẽ được chốt để đưa vào mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp Mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp được điều

khiển bởi xung clock và mạch định thời nhằm đảm bảo kết thúc đúng lúc việc chuyển đổi đủ số bit của một mã lệnh

• Khối điều chế: mã lệnh dưới dạng nối tiếp sẽ được đưa qua mạch điều chế và phát FM để ghép mã lệnh vào sóng mang có tần số

38Khz đến 100Khz, nhờ sóng mang cao tần tín hiệu được truyền đi

xa hơn, nghĩa là tăng cự ly phát

• Khối thiết bị phát: là một LED hồng ngoại Khi mã lệnh có giá trị bit = 1 thì LED phát hồng ngoại trong khoảng thời gian T của bit

đó Khi mã lệnh có giá trị bit = 0 thì LED không sáng Do đó bên thu không nhận được tín hiệu xem như bit = 0

Hệ thống thu hồng ngoại

Hình 3.2: sơ đồ khối hệ thống thu hồng ngoại

Hệ thống thu hồng ngoại (tt)

 Giải thích các khối

• Khối thiết bị thu: tia hồng ngoại từ phần phát được tiếp nhận bởi LED thu hồng ngoại hay các linh kiện quang khác

• Khối khuếch đại và tách sóng: khuếch đại tín hiệu nhận rồi

đưa qua mạch tách sóng để loại bỏ sóng mang và tách lấy dữ liệu cần thiết là mã lệnh

• Khối chuyển đổi dữ liệu và giải mã: mã lệnh được đưa vào mạch chuyển đổi nối tiếp sang song song và đưa tiếp qua khối giải mã ra thành số thập phân tương ứng dưới dạng một xung kích tại ngõ ra tương ứng để kích mở mạch điều khiển

• Tần số sóng mang còn được dùng để so pha với tần số dao

động bên phần thu giúp cho mạch thu phát hoạt động đồng

bộ, đảm bảo cho mạch tách sóng và mạch chuyển đổi nối tiếp sang song song hoạt động chính xác

Hệ thống thu hồng ngoại (tt)

Giới thiệu linh kiện chuyên dùng:

 TFDU4101-TR3: bộ thu/phát hồng ngoại

 TSOP1738: bộ thu hồng ngoại 38kHz

 TSAL6200: LED phát hồng ngoại

 PT2248 IC: bộ phát điều khiển từ xa bằng hồng

ngoại

 PT2249 IC: bộ thu điều khiển từ xa bằng hồng ngoại

3.2 Điều khiển bằng sóng siêu âm

 Đặc trưng sóng siêu âm:

• Tần số sóng siêu âm > 20 KHz (trên khoảng tần số tai người

f a

a 0 sin 2 

Đặc trưng sóng siêu âm (tt)

• Khi truyền qua vật liệu năng lượng của chùm siêu âm bị suygiảm theo 2 cách:

o Bị hấp thụ: Năng lượng sóng âm chuyển thành năng lượngnhiệt

o Bị tán xạ

Đại lượng sóng siêu âm

• Bước sóng: quãng đường sóng được truyền trong khoảng thời gian 1 chu kỳ:  v.T=v/f

2

a P Z

P

Đại lượng sóng siêu âm (tt)

• Bước sóng: quãng đường sóng được truyền trong khoảng thời gian 1 chu kỳ:  v.T=v/f

2

a P Z

P

Các loại sóng siêu âm

 Sóng dọc: phần tử dao động song song với phương

truyền sóng

 Sóng ngang hay sóng trượt: phần tử dao động vuông

góc với phương truyền sóng

 Sóng mặt: sóng mặt (Surface waves) lan truyền trên

bề mặt tiếp giáp giữa các pha của vật chất là

rắn-không khí, nước-rắn-không khí, và rắn-lỏng

 Sóng Lamb hay sóng bản mỏng: xuất hiện khi sóng

mặt được truyền vào một vật liệu có chiều dày  3 Vận tốc vLamb phụ thuộc vào vật liệu, chiều dày vật liệu, tần số và dạng của sóng

Giới thiệu linh kiện chuyên dùng siêu âm

Giới thiệu linh kiện siêu âm:

• Ultrasonic_16mm: 40 kHz ultrasonic sensor pair, 12x16 mm

• GP2Y0A21YK0F: 10-80 cm distance measuring, analog output

• GP2Y0A710K0F: 100-550 cm distance measuring, analog output

Điều khiển bằng HM-TRP

Giới thiệu HM-TRP

• HM-TRP là bộ thu phát hiệu năng cao.

• Có kích thước nhỏ.

• Công suất ra và độ nhạy cao.

• Khoảng cách truyền xa, tốc độc truyền cao.

• Tự động thiết lập thay đổi truyền dữ liệu và điều khiển nhận và gửi dữ liệu.

• Giao tiếp UART.

Điều khiển bằng HM-TRP (tt)

 Đặc trưng của HM-TRP

• Chi phí thấp, hiệu năng và độ nhạy cao.

• Điều chế FSK, chế độ bán song công.

• Dải tần hoạt động: 433/470/868/915 MHz.

• Công suất ra lớn nhất: 100 mW (20dBm), có thể điều chỉnh từ 1-20 dBm.

• Dòng điện cho Tx: 100mA@20dBm; 40mA@14dBm.

• Dòng điện cho Rx: 25 mA.

Điều khiển bằng HM-TRP (tt)

Hình 3.5: HM-TRP module

Điều khiển bằng HM-TRP (tt)

Hình 3.6: kết nối giữa MCU và HM-TRP

Điều khiển bằng HM-TRP (tt)

Hình 3.7: HM-TRP mở rộng giao tiếp RS232

Điều khiển bằng HM-TRP (tt)

Hình 3.8: giao diện phần mềm “HP-TRP Config GUI”

Giới thiệu linh kiện chuyên dùng RF

• APC320-433: 433MHz RF Transceiver Module chip Si4463, 2000m

• APC220-43: 1000 Meters 433 MHz RF Transceiver Module

• YET112D-12-GY: 315MHz Fixed Code Channel RF Remote, Gray

12-• nRF24L01+: ultra low power 2.4GHz RF Transceiver IC

3.4 Điều khiển bằng GSM

 Giới thiệu mạng GSM

• GSM (Global System for Mobile

communications): hệ thống thông tin di động

toàn cầu

• Băng tần hoạt động: 850/900/1800/1900 MHz

• Băng tần 900 MHz: uplink có dãi tần 890-915

Mz, downlink có dãi tần 935-960 MHz Chia

các băng tần này thành 124 kênh với độ rộng băng thông 25 MHz, mỗi kênh cách nhau 1 khoảng 200 kHz Khoảng cách song công ( uplink và downlink cho 1 thuê bao) là 45 MHz

Giới thiệu mạng GSM (tt)

 Cấu trúc mạng GSM

Giới thiệu mạng GSM (tt)

Một mạng GSM để cung cấp đầy đủ các dịch vụ cho khách hàng cho nên nó khá phức tạp vì vậy sau đây sẽ chia ra thành các phần như sau được chia theo phân hệ:

 Phân hệ chuyển mạch NSS (Network switching SubSystem)

 Phân hệ vô tuyến RSS = BSS + MS; (Radio

SubSystem)

 Phân hệ vận hành và bảo dưỡng OMS

(Operation and Maintenance SubSystem)

 Một bộ phận quan trọng của mạng GSM là modul nhận dạng

thuê bao, còn được gọi là thẻ SIM SIM là 1 thẻ nhỏ, được gắn vào máy di động, để lưu thông tin thuê bao và danh bạ điện thoại

 Các thông tin trên thẻ SIM vẫn được lưu giữ khi đổi máy điện

thoại Người dùng cũng có thể thay đổi nhà cung cấp khác,

nếu đổi thẻ SIM Một số rất ít nhà cung cấp dịch vụ mạng

ngăn cản điều này bởi việc chỉ cho phép 1 máy dùng 1 SIM hay dùng SIM khác, nhưng do họ sản xuất, được gọi là tình trạng Khóa SIM

 Ở Australia, Bắc Mỹ và Châu Âu, một số nhà khai thác mạng

viễn thông tiến hành khóa máy di động họ bán Lý do là giá của các máy này được những nhà cung cấp đó tài trợ, và họ không muốn người dùng mua máy đó để sử dụng cho hãng khác Người dùng cũng có thể liên hệ với nhà sản xuất để

đăng ký gỡ bỏ khóa máy Số được khóa theo máy di động là

số Nhận dạng máy di động quốc tế IMEI (International

Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp (GPRS)

 Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp (General Packet

Radio Service) là một dịch vụ dữ liệu di động dạng gói dành cho những người dùng GSM Nó cung cấp

dữ liệu ở tốc độ từ 56 đến 114 kbps.

 GPRS có thể được dùng cho những dịch vụ như truy

cập giao thức ứng dụng không dây (WAP), dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS), dịch vụ nhắn tin đa phương tiện (MMS), và với các dịch vụ liên lạc internet như

email và truy cập World Wide Web

SIM900 GSM/GPRS Module