Mạch điều khiển quạt từ xa có mã hõa

MUC LUC 1 LỜI NÓI ĐẦU 4 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 5 KẾ HOẠCH TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN TỪNG TUẦN 6 PHẦN I : TỔNG QUAN LINH KIỆN 8 1.1. Điện trở 8 1.1.1Khái niệm 8 1.1.2 Phân loại 8 1.2 Tụ điện 9 1.2.1 Khái niệm 9 1.2.1 Phân loại tụ điện 9 1.3 Máy biến áp 9 1.4. Diode 10 1.5 Led thu và Led phát tín hiệu hồng ngoại 10 1.6 IC nguồn ổn áp 11 1.7 Giới thiệu về Transistor 12 1.7.1 Kí hiệu và cấu tạo của transistor. 12 1.7.2. Phân cực cho transistor. 12 1.8 Triac 13 1.9 Các cổng logic cơ bản. 15 1.10 Một số loại IC dùng trong mạch 15 1.10.1 IC phát tín hiệu hồng ngoại PT2248. 15 1.10.2 IC phát tín hiệu hồng ngoại PT2249 20 PHẦN II : THIẾT KẾ MẠCH VÀ THỰC NGHIỆM 2.1 Thiết kế theo sơ đồ khối 21 2.1.1 Thiết kế theo sơ đồ khối phần phát. 21 2.2.2 Thiết kế theo sơ đồ khối phần thu. 22 2.2 Thiết kế mạch nguyên lý 22 2.2.1 Thiết kế phần phát. 22 2.2.2 Thiết kế phần thu 23 2.2.2.1 Thiết kế khối nguồn. 23 2.2.2 .2Thu tín hiệu xử lí mã 24 2.2.3 Khối kiểm tra mã số 25 2.2.4 Khối Chọn Số 26 2.3 Sơ đồ toàn mạch 28 2.3.1 Phần phát 28 2.3.1 Phần thu 29 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 30 PHẦN III: KẾT LUẬN 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32

MUC LUC

DANH LỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây theo sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công cuộc côngnghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đang phát triển mạnh mẽ Trước tình hình đó đã có khánhiều yêu cầu cấp bách và cũng là những thách thức được đặt ra cho giới trí thức.

Để tiếp tục dẫn dắt sự phát triển của đất nước ngày càng giàu mạnh, thì phải đầu tưcho giáo dục, đào tạo thế hệ trẻ có đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của

xã hội Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo, thì phải đưa các phương tiện dạy họchiện đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ con người ngày càngcao đáp ứng được yêu cầu của xã hội Để làm quen với công việc thiết kế, chế tạo

và tìm hiểu các về các loại linh kiện điện tử, chúng em đã được các thầy cô trong

khoa Điện - Điện tử giao cho đồ án môn học “Nghiên cứu, chế tạo mạch điện điều

khiển quạt từ xa có mã hóa” nhằm củng cố về kiến thức trong quá trình thực tế Sau khi nhận được đề tài, với sự hướng dẫn của thầy Hoàng Hải Việt với sự nỗ lực

của bản thân, sự tìm tòi nghiên cứu tài liệu đến nay đồ án của chúng em về mặt

cơ bản đã hoàn thành Trong quá trình thực hiện dù đã có gắng nhưng do thờigian cũng như trình độ vẫn còn hạn chế nên không thể tránh khỏi sai sót Vậy emkính mong sự chỉ bảo giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các thầy để đồ án của em

được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện

GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Ngày nay ngành kỹ thuật điện tử có vai trò rất quan trọng trong cuộc sống của conngười Các hệ thống điện tử ngày nay rất đa dạng và đang thay thế các công việc hàngngày của con người từ những công việc từ đơn giản đến phức tạp như điều khiển tínhiệu đèn giao thông, đo tốc độ động cơ hay các đồng hồ số Các hệ thống này có thể

thiết kế theo hệ thống tương tự hoặc hệ thống số Tuy nhiên trong các hệ thống điện tửthông minh hiện nay người ta thường sử dụng hệ thống số hơn là các hệ thống tương tựbởi một số các ưu điểm vượt trội mà hệ thống số mang lại đó là: độ tin cậy cao, giáthành thấp, dễ dàng thiết kế, lắp đặt và vận hành…Chính vì thấy được những ưu điểmcủa hệ thống mạch số nên trong thực tế mạch số đã được lắp ráp và sử dụng rất nhiềuthấy được tầm quan trong đó của mạch số công với kiến thức về môn điện tử cơ bản vàđặc biệt sau một thời gian học tập và tìm hiểu các tài liệu về kỹ thuật số, cũng như

tham khảo ở ngoài thực tế củng như trên internet chúng em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu, chế tạo mạch điện điều khiển quạt từ xa có mã hóa’’

Về đề tài: “Nghiên cứu, chế tạo mạch điện điều khiển quạt từ xa có mã hóa’’

Không chỉ có ý nghĩa về mặt lý thuyết gúp sinh viên có thể vận dụng linh hoat giữa lýthuyết và thực hành cũng như củng cố thêm cho sinh viên những kiến thức về thựchành mà đề tài này còn được ứng dụng rất rông dải trong cuộc sống đó chính là lý do

mà chúng em chọn đề tài này

KẾ HOẠCH TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN TỪNG TUẦN

thực hiện

- Sắp xếp công việc cho từng tuần (phân chia công việc cho từng thành viên) Cả nhóm

1 Tuần 1

- Tìm kiếm tài liệu liên quan: Linh kiện điện tử, điện tử căn bản, điện tử công suất…

- Tìm hiểu nguyên lý các mạch có liên quan đến

đề tài Chẳng hạn như các mạch thu phát hồng ngoại, mạch điều khiển từ xa và các linh kiện liên quan đến mạch

- Từ đó xây dựng được sơ đồ khối

- Đưa ra nguyên tắc hoạt động của các khối và các linh kiện sẽ sử dụng để thiết kế mạch phù hợp với yêu cầu từng khối

Cả nhóm

4+5

- Thiết kế sơ đồ nguyên lý toàn mạch

- Tính toán thông số rồi tiến hành chạy mô phỏng

Cả nhóm

- Ráp mạch và khảo sát trên bo mạch (nếu gặp

- Đo đạc kiểm tra xem trên board chạy có đạt

- Tiến hành làm sản phẩm (câu dây) Cả nhóm

- Lắp ráp hoàn tất sản phẩm Cả nhóm

5

Tuần 7

- Chuẩn hóa nội dung, làm cuốn thuyết minh Sơn

- Chuẩn bị các dụng cụ để bảo vệ đề tài(tìm chiếu, bản vẽ)

Ký hiệu: R

Biểu thức xác định: I

U

R =

(1.1.) Đơn vị tính:Ω(Ohm)

1.1.2 Phân loại

Các điện trở được chia làm hai loại chính là điện trở cố định và điện trở biến đổi Có 3

loại điện trở thường được chế tạo và sử dụng: điện trở màng than, điện trở màng kim loại, điện trở dây quấn trong đó:

-Điện trở màng than: Than được ép thành một lớp rất mỏng bên ngoài thân gốm hình trụ hoặc bản phẳng

-Điện trở màng kim loại: Một lớp vỏ mỏng kim loại được bay hơi và kết tụ trên thângốm như vật liệu có điện trở

-Điện trở dây quấn: Dây kim loại hoặc hợp kim được uốn quanh một ống sứ và nối vào

mũ bịt đầu ống sứ,chân nối cũng được hàn vào mũ bịt đầu này

Hình 1.1.2 Phương pháp xác định điện trở dựa trên các quy ước

1.2 Tụ điện

1.2.1 Khái niệm

Tụ điện là một loại linh kiện điện tử thụ động dùng để làm phần tử tích trữ và giảiphóng năng lượng trong mạch điện.Thông thường đối với dòng điện một chiều thì tụđiện có trở kháng rất lớn còn với dòng xoay chiều thì trở kháng tụ điện thay đổi tùy theotần số dòng điện

Kí hiệu là C

Biểu thức xác định: Zc =

C f

j 2

1

Π =

Xc j.

1

(1.2.1) Đơn vị tính: Fara (F)

1.2.2 Phân loại tụ điện

Có rất nhiều phương pháp phân loại,nếu phân loại theo tính chất thì có hai loại :

Tụ không phân cực :Gồm các lá kim loại ghép xen kẽ với lớp cách điện mỏng

Tụ phân cực :Có cấu tạo gồm 2 điện cực cách ly nhau nhờ một lớp chất điện phân mỏnglàm điện môi

Đặc điểm tụ điện:

Dùng để tích điện, và xả điện, chỉ cho tín hiệu xoay chiều đi qua, ngăn dòng mộtchiều

Khả năng nạp, xả điện nhiều hay ít phụ thuộc vào điện dung C của tụ

Đơn vị đo điện dung của tụ ở mạch: pF(picro Fara),nF(nano Fara),uF (micro Fara)

1.3 Máy biến áp nguồn

Hình 1.3 Hình ảnh thực tế của máy biến áp nguồn

- Máy biến áp là một thiết bị điện từ loại tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện

từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống

dòng điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không thay đổi

- Nếu một cuộn dây được đặt vào một nguồn điện áp xoay chiều (gọi là cuộn dây sơ cấp), thì sẽ có một từ thông sinh ra với biên độ phụ thuộc vào điện áp sơ cấp vàsố vòng dây quấn sơ cấp

-Từ thông này sẽ móc vòng các cuộn dây quấn khác (dây quấn thứ cấp) và cảm

ứng trong dây quấn thứ cấp có một sức điện động mới, có giá trị phụ thuộc vào số

vòng dây quấn thứ cấp

- Với tỷ số tương ứng giữa số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp chúng ta sẽ có tỷ lệtương ứng giữa điện áp sơ cấp và thứ cấp

Cấu tạo máy biến áp: Máy biến áp có các bộ phận chính như sau:Lõi thép,dây quấn và

vỏ máy

1.4 Diode

Cấu tạo và nguyên tắc làm việc:

Ta thấy rõ mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp trên diode ta theo dõi đường đặc tuyến Vol-Ampe có các vùng như sau :

-Vùng 1 gọi là vùng phân cực thuận,dòng điện IAK phụ thuộc vào điện áp phân cực

thuận UAK.Giá trị dòng IAK rất lớn đó chính là sự chuyển động của các hạt đa số

qua chuyển tiếp P-N

Ứng dụng của vùng 1 để làm các diode chỉnh lưu điện áp,dòng điện…

-Vùng 2 gọi là vùng phân cực ngược.Giá trị của dòng IAK tăng rất nhỏ cho dù

UAK tăng 1 lượng khá lớn.Sở dĩ dòng IAK tăng chậm như vậy là do sự chuyển

động của các hạt thiểu số qua chuyển tiếp P-N

Ứng dụng vùng 2 để làm mạch chỉnh lưu điện áp,mạch ghim áp…

-Vùng 3 gọi là vùng đánh thủng tương ứng khi tăng điện áp phân cực ngược cho diodetới một giá trị ngưỡng nào đó ( UAKng ) mà ở đó diện tích không gian của tiếp P-N có thể

chiếm toàn bộ cả hai vùng bán dẫn P,N.Nếu tăng điện áp phân cực ngược vượt quá giátrị điện áp ngưỡng thì tiếp giáp P-N bị đánh thủng hoàn toàn theo hiệu ứng thác lũ,cấutrúc một tiếp giáp P-N của diode không còn tồn tại

Ứng dụng của vùng 3 để làm các phần tử ổn áp (diode zener)

1.5 Led thu và Led phát tín hiệu hồng ngoại

Khi phân cực thuận một nối P-N, điện tử tự do từ vùng N xuyên qua vùng P và tái hợpvới lỗ trống (về phương diện năng lượng ta nói các điện tử trong dãi dẫn điện – có năng lượng cao – rơi xuống dãi hoá trị - có năng lượng thấp – và kết hợp với lỗ trống), khi tái hợp thì sinh ra năng lượng

-Đối với diod Ge, Si thì năng lượng phát ra dưới dạng nhiệt Để có ánh sáng liên tục, người ta phân cực thuận LED Tuỳ theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau sẽ quyết định màu sắc của LED Thông thường, LED có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5 – 2,8V tuỳtheo màu sắc phát ra và dòng điện qua LED tối đa khoảng vài mA

-LED ánh sáng hồng ngoại

Hình 1.5.1 Led phát và thu hồng ngoại

Led thu, phát hồng ngoại : vật liệu dung để chế tạo các diode phát hồng ngoại làGaAs chúng cho phép phổ bức xạ đạt được trong dải từ xung quanh 900nm đến1040nm ánh sang phát ra từ LED là ánh sang không nhìn thấy tia hồng ngoại được thulại và sử lý sang tín hiệu số bằng TSOP138 ,TSOP1738…các mắt nhận tín hiệu hồngngoại biến đổi năng lương quang thành năng lượng điện cấp tín hiệu cho mạch thu

1.6 IC nguồn ổn áp

Cách đơn giản nhất để tạo ra nguồn +5V là dùng IC nguồn 7805

Nhược điểm lớn nhất của họ 78XX là tỏa nhiệt rất nhiều, điện áp thừa sẽ được cắt bỏchuyển thành nhiệt năng tỏa ra trên IC

Hình 1.6 IC ổn áp 7805

1.7 Transistor

Hinh 1.7.0 Hình dạng transistor thực tế

1.7.1 Kí hiệu và cấu tạo của transistor.

-Cấu tạo: Gồm ba lớp bán dẫn ghép lại với nhau hình thành hai lớp tiếp giáp P-N nằmngược chiều nhau Ba vùng bán dẫn nối ra ba chân gọi là ba cực Cực nối với vùng bándẫn chung gọi là cực gốc, cực này mỏng và có nồng độ tạp chất thấp, hai cự còn lại nốivới vùng bán dẫn ở hai bên là cực phát (E) và cực thu (C), chúng có chung bán dẫnnhưng nồng độ tạp chất là khác nhau nên không thể hoán vị cho nhau Vùng cực E cónồng độ tạp chất rất cao, vùng C có nồng độ tạp chất lớn hơn vùng B nhưng nhỏ hơnvùng E

Hình 1.7.1: Kí hiệu của transistor

1.7.2 Phân cực cho transistor.

-Đó là cung cấp điện áp DC thích hợp giữa các chân B, C, E để đảm bảo cho tiếp giápB-C phân cực nghịch

Dùng để làm các phần tử khuếch đại trong các mạch khuyếch đại công suất

Dùng để làm phần tử điều chỉnh trong các mạch ổn định điện áp, khóa điện tử

1.8 Triac

Triac (viết tắt của TRIode for Alternating Current) là phần tử bán dẫn gồm năm lớpbán dẫn, tạo nên cấu trúc p-n-p-n như ở thyristor theo cả hai chiều giữa các cực T1 vàT2, do đó có thể dẫn dòng theo cả hai chiều giữa T1 và T2 TRIAC có thể coi tươngđương với hai thyristor đấu song song song ngược.để điều khiển Triac ta chỉ cần cấpxung cho chân G của Triac

Đặc tính Volt-Ampere của Triac bao gồm hai đoạn đặc tính ở góc phần tư thứ nhất vàthứ ba (hệ trục Descartes), mỗi đoạn đều giống như đặc tính thuận của một thyristor

Triac có thể điều khiển cho mở dẫn dòng bằng cả xung dương (dòng đi vào cực điều

khiển) lẫn xung âm (dòng đi ra khỏi cực điều khiển) Tuy nhiên xung dòng điều khiển

âm có độ nhạy kém hơn, nghĩa là để mở được TRIAC sẽ cần một dòng điều khiển âmlớn hơn so với dòng điều khiển dương Vì vậy trong thực tế để đảm bảo tính đối xứngcủa dòng điện qua TRIAC thì sử dụng dòng điện dương là tốt hơn cả

Hình 1.8.0 Bảng thông số của Triac

1.9 Các cổng logic cơ bản

1.9.1 Cổng AND.

Dùng để thực hiện phép nhân logic

Kí hiệu: Bảng trạng thái

Đặc tính :

- Được sản xuất theo công nghệ CMOS

A B

Y

0011

0101

0001

01

10

- Bộ phát hồng ngoại dung trong các thiết bị điện tử như:

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

Chân 2 và 3: là hai đầu để nối với thạch anh bên ngoài cho bộ tạo dao động ở 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 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,

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

Hình 1.10.2 Sơ đồ khối chức năng của PT2248

Bộ tạo dao động và bộ phân tần: Để có thể phát được đi xa, ta cần cóxung có tần số38Khz ở nơi nhận nhưng trên thị trường khó tìm được thạcđúng tần số nên ta chọn tần

số của thạch anh là 455Khz cho bộ tạo dao độn đó tần số sẽ được đưa qua bộ phân tần.Mạch điện phím vào: Có tổng cộng 18 phím được nối tới các chân K1-K6 và mạch hoạtđộng thời gian T1 – T3 để tạo ra bàn phím ma trận (6*3)

Hình 1.10.3 Bàn phím ma trận

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

- Phím 7 – 18: là những phím cho ra những tín hiệu không liên tục Tínhiệu sẽ bị mất ngay khi nhấn vào cho dù có 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, 1 bit mã liên tục, 2 bit

mã không liên tục và 6 bit mã ngõ vào Vậy, nó có 12 bit mã.Trong đó, 3 bit mã ngườidùng được tạo như sau:

Dữ liệu của 3 bit mã T1, T2, T3 sẽ là “1” nếu 1 diode được nối giữa

chân CODE và chân Tn (n = 1-3); và là “0” khi không nối diode

Vì IC thu PT2249, chỉ có 2 bit mã (CODE 2, CODE 3), nên chân

1.10.2 IC thu tín hiệu và mã hóa hồng ngoại PT2249

- PT2249 cũng được chế tạo bởi công nghệ CMOS Nó có thể điều khiển tối đa 10 thiếtbị

* Đặc tính :

+ Tiêu tán công suất thấp

+ Khả năng chống nhiễu rất cao

+ Nhận được đồng thời 5 chức năng từ IC phát PT2249

+ Cung cấp bộ tạo dao động RC

+ Bộ lọc số và Bộ kiểm tra mã ngăn ngừa sự tác động từ những nguồn sáng khác nhau như đèn PL Do đó không ảnh hưởng đến độ nhạy của mắt thu

* Sơ đồ chân của PT2249

Hình 1.10.5 Cấu tạo IC Pt2249

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

- Chân 2 (R) : là đầu vào tín hiệu thu

- Các chân 3 – 7 (H1 - H5) : là đầu ra tín hiệu liên tục Chỉ cần thu được tín hiệu tương ứng với đầu ra nào thì đầu ra đó sẽ luôn duy trì ở mức logic “1”

- Các chân 8 – 12 (S5 – S1): là đầu ra tín hiệu không liên tục Chỉ cần thu được tín hiệu tương ứng với đầu ra nào thì đầu ra đó sẽ duy trì ở mức logic “1” trong khoảng thời gian

là 107ms

- Chân 14 và 13 (CODE 2 và CODE 3): để tạo ra các tổ hợp mã hệ thống giữa phần phát

và phần thu Mã số của hai chân này phải giống tổ

hợp mã hệ thống của phần phát thì mới thu được tín hiệu

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

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

Hình 1.10.6 Sơ đồ khối IC Pt 2249

- Giải thích sơ đồ khối :

Sau khi IC phát PT2248 phát tín hiệu (2 chu kỳ) đi, tín hiệu sẽ

được mắt thu tiếp nhận rồi đưa nó đến chân RXin Chân RXin có nhiệm vụ sẽ chỉnh lại dạng sóng của tín hiệu cho chuẩn Sau đó, tín hiệu được đưa tới bộ lọc số Bộ lọc số có nhiệm vụ lọc lấy các dữ liệu rồi đưa đến thanh ghi Dữ liệu đầu tiên được lưu vào thanh ghi 12 bit Tiếp đến, dữ liệu thứ hai sẽ được nạp vào thanh ghi Dữ liệu đầu tiên sẽ được đưa qua bộ đệm ngõ ra nếu mã của nó khớp với mã của phần phát Trường hợp , mã của

dữ liệu không khớp với mã của phần phát thì quá trình sẽ được lặp lại

36-Kết hợp các triger logic, điều khiển đóng cắt 3 đầu ra điện 220VAC.

2.1 Thiết kế theo sơ đồ khối.

2.1.1Thiết kế theo sơ đồ khối phần phát.

Hình 2.1 Sơ đồ khối phát

-Khối nguồn:Dùng nguồn pin DC một chiều 3V

- Khối điều khiển: sẽ xử lý những thông tin từ khối bàn phím gởi đến để đưa ra lệnh

điều khiển thích hợp cho khối phát, phát chuỗi tín hiệu theo dạng xung nhị phân

-Khối dao động: có nhiệm vụ tạo ra tần số xung nhịp cho các khối

điều khiển làm việc

- Khối bàn phím: có nhiệm vụ tạo ra lệnh cho khối điều khiển phát tín hiệu tương ứng

với một thiết bị cần điều khiển thông qua khối phát tín hiệu

- Khối phát: có nhiệm vụ nhận chuoãi tín hiệu từ khối điều khiển dưới dạng điện áp,

sau đó chuyển chuoãi tín hiệu điện này thành ánh sáng hồng ngoại và phát đi qua môi trường không gian đến khối thu (trên máy thu)