Điều Khiển Từ xa Bằng Hồng Ngoại

Báo cáo điều khiển từ xa bằng hồng ngoại

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH 3

DANH MỤC CÁC BẢNG 4

LỜI CẢM ƠN 5

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 6

LỜI MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 8

1.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA: 8

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU TRONG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA: 9

1.3 ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DÙNG HỒNG NGOẠI: 10

1.3.1 Khái niệm về tia hồng ngoại: 10

1.3.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa dùng hồng ngoại: 10

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU MỘT VÀI LINH KIỆN CÓ TRONG MẠCH 13

2.1 VI ĐIỀU KHIỂN AT89C52: 13

2.1.1 Tổng quan về AT89C52: 13

2.1.2 Thanh ghi Timer: 17

2.2 RELAY: 17

2.3 MẮC THU HỒNG NGOẠI: 18

2.4.1 Cấu tạo: 18

2.4.2 Nguyên lý: 18

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 19

3.1 CHUẨN GIAO TIẾP CỦA TIVI SONY: 19

3.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ: 20

3.2.1 Sơ đồ nguyên lý: 20

3.2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch: 20

3.3 SƠ ĐỒ MẠCH IN: 21

3.4 MÃ NGUỒN CHƯƠNG TRÌNH: 22

3.4.1 Lưu đồ thuật toán: 22

3.4.1.1 Lưu đồ giải mã tín hiệu: 22

3.4.2 Mã nguồn: 23

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 27

4.1 KẾT QUẢ THI CÔNG: 27

4.2 HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN: 27

4.2.1 Hạn chế: 27

4.2.2 Hướng phát triển: 27

TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển từ xa 8

Hình 1.2 Sơ đồ khối máy phát 9

Hình 1.3 Sơ đồ khối máy thu 9

Hình 2.1 Sơ đồ khối của AT89C52 14

Hình 2.2 Sơ đồ chân của AT89C52 15

Hình 2.3 Các tiếp điểm và hình dáng của relay 5 chân 18

Hình 2.4 Cấu tạo mắc thu hồng ngoại 18

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý 20

Hình 3.2 Sơ đồ mạch in 21

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Chức năng chuyển đổi Port 3 16

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến quýThầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho việchoàn thành đề tài của tôi trong thời gian vừa qua

Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Võ Tuấn vì sự tận tình hướngdẫn cũng như đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất cho tôi để có thể thực hiện và hoànthành tốt đề tài này

Tôi cũng không quên cảm ơn các bạn trong lớp đã trao đổi, góp ý để tôi hoànthành đề tài này một cách tốt nhất và đúng thời gian

Mặc dù đã có nhiều cố gắng và nỗ lực thực hiện, nhưng do thời gian thực hiệncòn hạn chế và những gì đã học, tìm hiểu được cũng có giới hạn nên trong quá trìnhthực hiện đề tài không thể tránh khỏi những sai phạm, thiếu sót Rất mong nhận được

sự góp ý, chỉ dẫn từ nơi quý thầy cô và các bạn sinh viên

Đà Nẵng, tháng 3 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Đặng Thanh Tuấn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Giảng viên hướng dẫn

Xuất phát từ những ứng dụng đó, em đã thiết kế và thi công một mạch ứng dụng

nhỏ trong thu phát hồng ngoại: “Thiết kế bộ điều khiển từ xa cho các thiết bị gia

đình”

Trong đồ án này, tôi sử dụng điều khiển Tivi sony làm bộ điều khiển từ xa cho hệthống điều khiển Trong mạch thu, tôi sử dụng thiết bị cảm biến hồng ngoại để nhậntín hiệu từ remote Tín hiệu nhận được đưa đến 89C52 để xử lý và điều khiển các thiết

bị gia đình

Đề tài chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu nguyên lý thu phát hồng ngoại và sử dụng viđiều khiển 89C52 kết hợp với mắc thu hồng ngoại để thu tín hiệu từ một remote TVSony Tín hiệu ngõ ra của mắc hồng ngoại sẽ được đưa đến vi điều khiển và xử lý theochương trình đã viết sẵn để điều khiển các thiết bi trong gia đình

Thiết bị phát

Đường truyền

Thiết bị thu

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

TỪ XA

1.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA:

Hệ thống điều khiển từ xa là một hệ thống cho phép ta điều khiển các thiết bị từmột khoảng cách xa Ví dụ hệ thống điều khiển từ xa bằng hồng ngoại, hệ thống điều

khiển từ xa bằng vô tuyến, hệ thống điều khiển từ xa bằng cáp quang dây dẫn

Sơ đồ kết cấu của hệ thống điều khiển từ xa bao gồm:

- 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

- Nhận tín hiệu điều khiển từ đường truyền, qua quá trình biến đổi để tái hiện lạilệnh điều khiển rồi đưa đến các thiết bị thi hành

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển từ xa Nhiệm vụ cơ bản của hệ thống điều khiển từ xa:

- Phát tín hiệu điều khiển

- Sản sinh ra xung hoặc hình thành các xung cần thiết

- Tổ hợp xung thành mã

- Phát các tổ hợp mã đến điểm chấp hành

Khuếch

đại thu Giải điều chế Khuếch đại Chấp hành

- Ở điểm chấp hành ( thiết bị thu) sau khi nhận được mã phải biến đổi các mãnhận được thành các lện điều khiển và đưa đến các thiết bị, đồng thời kiểm tra sựchính xác của mã mới nhận

Sơ đồ khối của một hế thống điều khiển từ xa:

Hình 1.2 Sơ đồ khối máy phát

Hình 1.3 Sơ đồ khối máy thu

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU TRONG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA:

Trong kỹ thuật điều khiển từ xa, tín hiệu gốc không thể truyền đi xa được Do đó,

để thực hiện việc truyền tín hiệu điều khiển từ máy phát đến máy thu ta cần phải điềuchế (mã hóa) tín hiệu

Có nhiều phương pháp điều chế tín hiệu Tuy nhiên điều chế tín hiệu dang xung cónhiều ưu điểm hơn

Các phương pháp điều chế tín hiệu ở dạng xung như:

- Điều chế biên độ xung (PAM)

- Điều chế độ rộng xung (PWM)

- Điều chế vị trí xung (PPM)

- Điều chế mã xung (PCM)

1.3 ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DÙNG HỒNG NGOẠI:

1.3.1 Khái niệm về tia hồng ngoại:

Tia hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng trong khoảng từ 400.000nm đến760nm, dài hơn bước sóng ánh sáng khả kiến nhưng ngắn hơn tia bức xạ vi ba Sónghồng 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 sư xuyênsuốt qua vật chất Có những vật chất ta thấy nó một màu xám đục nhưng với ánh sánghồng ngoại nó trở nên xuyên suốt Vì 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 đi rangoài

1.3.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa dùng hồng ngoại:

1.3.2.1 Sơ đồ khối máy phát:

Máy phát có nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển, mã hóa và phát tín hiệu đến máy thu,lệnh truyền đi đã được điều chế

 Khối phát lệnh điều khiển: khối này có nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển từ nútnhấn (phím điều khiển) Các nút nhấn này có thể là một nút (ở mạch điều khiểnđơn giản), hay một ma trận nút (ở mạch điều khiển chức năng) Ma trận đượcphím được bố trí theo cột và hàng 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 sốthập phân.

 Khối mã hóa: để truyền các tín hiệu khác nhau đến máy thu mà chúng khônglẫn lộn nhau, ta phải tiến hành mã hóa các tín hiệu (lệnh điều khiển) Khối mãhóa này có 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 nhịphân có thể là 4 bit hay 8 bit… tùy theo số lượng phím chức năng nhiều hay ít.Hiện tượng biến đổi này gọi là mã hóa Có nhiều phương pháp mã hóa khácnhau: điều chế biên độ xung (PAM), điều chế độ rộng xung (PWM), điều chế vịtrí xung (PPM), điều chế mã xung (PCM) Trong kỹ thuật điều khiển từ xa bằnghồng ngoại, phương pháp điều chế mã xung thường được sử dụng nhiều hơn cả,

ví phương pháp này tương đối đơn giản và dễ thực hiện

 Khối dao động tạo sóng mang: khối này có nhiệ vụ tạo ra sóng mang tần số ổnđịnh, sóng mang này sẽ mang tín hiệu điều khiển khi truyền ra môi trường

 Khối điều chế: khối này có nhiệm vụ kết hợp tính hiệu điều khiển đã mã hóasóng mang để đưa đến khối khuếch đại

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

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

1.3.2.2 Sơ đố khối máy thu:

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

 Led thu: thu tín hiệu hồng ngoại do máy phát truyền tới và biến đổi thành tínhiệu điều khiển

 Khối khuếch đại: có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điều khiển lớn lên từ từ, Ledthu hồng ngoại để quá trình xử lý tín hiệu được dễ dàng

 Khối tách sóng mang: khối này có chức năng triệt tiêu sóng mang, chỉ giữ lạitín hiệu điều khiển như tín hiệu gửi đi từ máy phát

 Khối giải mã: nhiệm vụ của khối này là giải mã tín hiệu điều khiển dưới dạngcác bit nhị phân hay các dạng khác để đưa đến khối chấp hành cụ thể Do dónhiệm vụ của khối này rất quan trọng

 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 mongmuốn

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU MỘT VÀI LINH KIỆN CÓ TRONG

Các đặc điểm của chip AT89C52 được tóm tắt như sau:

 8 KByte bộ nhớ có thể lập trình nhanh, có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi/xoá

 Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz

 3 mức khóa bộ nhớ lập trình

 3 bộ Timer/counter 16 Bit

 128 Byte RAM nội

 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit

 Giao tiếp nối tiếp

 64 KB vùng nhớ mã ngoài

 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại

 4 s cho hoạt động nhân hoặc chia

Hình 2.1 Sơ đồ khối của AT89C52

2.1.2 Mô tả chân AT89C52:

2.1.2.1 Sơ đồ chân AT89C52:

Mặc dù các thành viên của họ

8051(ví dụ 8751, 89S52, 89C51,

DS5000) đều có các kiểu đóng vỏ khác

nhau, chẳng hạn như hai hàng chân

DIP (Dual In-Line Pakage), dạng vỏ

dẹt vuông QPF (Quad Flat Pakage) và

dạng chip không có chân đỡ LLC

(Leadless Chip Carrier) thì chúng đều

có 40 chân cho các chức năng khác

nhau như vào ra I/O, đọc RD , ghi

WR , địa chỉ, dữ liệu và ngắt Cần

phải lưu ý một số hãng cung cấp một

phiên bản 8051 có 20 chân với số cổng

vào ra ít hơn cho các ứng dụng yêu cầu

thấp hơn Tuy nhiên vì hầu hết các nhà phát triển sử dụng chíp đóng vỏ 40 chân vớihai hàng chân DIP nên ta chỉ tập trung mô tả phiên bản này

2.1.2.2 Chức năng của các chân AT89C52:

Port 0: từ chân 32 đến chân 39 (P0.0 _P0.7) Port 0 có 2 chức năng: trong các

thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường IO, đốivới thiết kế lớn có bộ nhớ mở rộng nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu

Port 1: từ chân 1 đến chân 9 (P1.0 - P1.7) Port 1 là port IO dùng cho giao tiếp

với thiết bị bên ngoài nếu cần

Hình 2.2 Sơ đồ chân của AT89C52

Port 2: từ chân 21 đến chân 28 (P2.0 -P2.7) Port 2 là một port có tác dụng kép

dùng như các đường xuất/nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết bịdùng bộ nhớ mở rộng

Port 3: từ chân 10 đến chân 17 (P3.0 - P3.7) Port 3 là port có tác dụng kép Các

chân của port này có nhiều chức năng, có công dụng chuyển đổi có liên hệ đến các đặctính đặc biệt của 89S52 như ở bảng sau:

Bit Tên Chức năng chuyển đổi

Ngõ vào dữ liệu nối tiếp

Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp

Ngõ vào ngắt cứng thứ 0

Ngõ vào ngắt cứng thứ 1

Ngõ vào TIMER/ COUNTER thứ 0

Ngõ vào của TIMER/ COUNTER thứ 1

Tín hiệu ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài

Tín hiệu đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

Bảng 2.1 Chức năng chuyển đổi Port 3

RST (Reset): Khi ngõ vào tín hiệu này đưa lên mức

cao ít nhất 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong

được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ

thống Khi cấp điện mạch phải tự động reset

Các ngõ vào bộ dao động X1, X2:

Bộ tạo dao động được tích hợp bên trong

89C52 Khi sử dụng 89C52, người ta chỉ cần nối

thêm thạch anh và các tụ Tần số thạch anh tùy

thuộc vào mục đích của người sử dụng, giá trị tụ

thường được chọn là 33p

2.1.2 Thanh ghi Timer:

Vi Điều Khiển 89SC2 có 3 timer 16 bit, mỗi timer có bốn cách làm việc Người

ta sử dụng các timer để:

o Định khoảng thời gian.

o Đếm sự kiện.

o Tạo tốc độ baud cho port nối tiếp trong 89C52.

Trong các ứng dụng định khoảng thời gian, người ta lập trình timer ở nhữngkhoảng đều đặn và đặt cờ tràn timer Cờ được dùng để đồng bộ hóa chương trình đểthực hiện một tác động như kiểm tra trạng thái của các ngõ vào hoặc gửi sự kiện ra cácngõ ra Các ứng dụng khác có thể sử dụng việc tạo xung nhịp đều đặn của timer để đothời gian trôi qua giữa hai sự kiện (ví dụ đo độ rộng xung)

Hình 2.3 Các tiếp điểm và hình dáng của relay 5 chân

Giả sử điều kiện phân cực cho IC đã hoàn chỉnh ,khi IC nhận tín hiệu điều khiển

từ diode phát quang, mạch khuếch đại OP-amp của của IC sẽ biến đổi dòng điện thu được từ diode ra điện áp( điện áp này đươc khuếch đại) Tín hiệu điện áp được đưa đếnSmith triger để tạo xung vuông, xung này có nhiệm vụ kích transistor ngõ ra hoạt động, lúc đó ngõ ra ở chân số 2 của IC ở mức thấp, tín hiệu ngõ ra tác động ở mức 0, có thể được dùng đẻ điều khiển gián tiếp một tải nào đó

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH

3.1 CHUẨN GIAO TIẾP CỦA TIVI SONY:

Đặc điểm:

- Khung truyền 12 bits

- Độ dài 5 bit địa chỉ (address) và 7 bit lệnh (command)

- Điều chế độ rộng xung

- Tần số khoảng 40 KHz

- Thời gian truyền 1 bit khoảng 1.2ms(bit 1) hoặc 0.6ms(bit 0)Khung truyền:

Chuẩn truyền dữ liệu này dung độ rộng xung để phân biệt bit 0 và bit 1

Độ rộng xung với bit 1 là 1.2ms, trong khi độ rộng xung với bit 0 là 0.6ms.Sau đây là khung truyền 1 lệnh đến 1 thiêt bị của Remote Sony:

Hình trên thể hiện giao thức truyền SIRC của Sony Với giao thức là bit thấp(LSB) được truyền đầu tiên, bit cao (MSB) được truyền sau cùng của 1 lênh(command) hay 1 địa chỉ thiết bị (address) Với bit start với độ rộng khoảng 2.4ms,khoảng thời gian giữa 2 bit truyền là 0.6ms Giao thức này thường được sử dụng đểđiều chỉnh các bộ nhận hông ngoại Đầu tiên là truyền 7 bit lệnh, tiếp đến là 5 bit địachỉ Trong hình trên, địa chỉ 1 và lệnh 19 đã được truyền.

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý

3.2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch:

Cấp nguồn DC 5V cho mạch, mắt nhận hồng ngoại nhận tín hiệu từ điều khiển

từ xa phát ra từ giải điều chế và đưa tín hiệu đảo ra chân OUT Tín hiệu từ chân OUTđược đưa đến chân P3.3 của vi xử lí để giải mã , mã lệnh 7 bit được hiển thị trên cổngP1 Tín hiệu điều khiển được đưa ra cổng P2

Trong mạch chỉ sử dụng 2 chân P2.0 , P2.1 để điều khiển 2 thiết bị thông qua 2Relay 5V có tác dụng đóng mở cho dòng điện xoay chiều 220V đi qua các thiết bị điện

3.3 SƠ ĐỒ MẠCH IN:

Hình 3.2 Sơ đồ mạch in

3.4.1 Lưu đồ thuật toán:

3.4.1.1 Lưu đồ giải mã tín hiệu:

3.4.1.2 Lưu đồ chương trình:

JC ENG_SINGNAL

SJMP RP2

BIT0:

CJNE A,#00000000B,PHIM2

CPL P2.0

SJMP MAIN

PHIM2:

CJNE A,#1,PHIM3

CPL P2.1

SJMP MAIN

PHIM3:

CJNE A,#4,PHIM6

CPL P2.4

SJMP MAIN

PHIM6:

CJNE A,#5,PHIM7

CPL P2.5

SJMP MAIN

PHIM7:

CJNE A,#6,PHIM8

CPL P2.6

SJMP MAIN

PHIM8:

CJNE A,#7,OTHER

CPL P2.7

JMP MAIN

OTHER:

LJMP MAIN

DELAY:

DJNZ R5,MP1

RET

END

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

4.1 KẾT QUẢ THI CÔNG:

Quá trình tìm hiểu và nghiên cứu để hoàn thành đồ án đã giúp tôi củng cố lại kiếnthức đã được học và mở rộng thêm nhiều kiến thức mới, đồng thời có dịp cọ sát vớithực tế và rút ra được nhiều kinh nghiệm bổ ích Sau nhiều tuần tích cực tìm hiểu và

nỗ lực thực hiện sự và sự hướng dẫn của Thầy Võ Tuấn đã giúp tôi hoàn thiện đề tài

“Thiết kế bộ điều khiển từ xa cho các thiết bị gia đình” thực hiện đề tài đã hoàn thành

đồ án đúng theo yêu cầu và thời gian quy định Dưới đây là những kết quả đã đạt đượccũng như ưu điểm của mạch đồ án:

- Điều khiển đóng, ngắt thiết bị điện từ xa thông qua sóng hồng ngoại

- Board mạch được thiết kế gọn và sắp xếp hợp lý, dễ dàng sử dụng

4.2 HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN:

4.2.1 Hạn chế:

Một số hạn chế còn tồn tại trong mạch:

- Chưa có biện pháp chống nhiễu cụ thể

- Số lượng thiết bị điều khiển còn hạn chế

- Chưa có tính năng báo động khi có sự cố thiết bị điều khiển.

- Mạch hoạt động chưa thực sự ổn định do nhiễu.

4.2.2 Hướng phát triển:

- Xây dựng sản phẩm hoàn thiện hơn cả về phần cứng và phầm mềm

- Mạch có thể kết hợp với bộ định thời gian, và bộ nhớ ngoài để hẹn giờ tắt mởcho các thiết bị khi cần thiết