MỤC LỤCLỜI NÓI ĐẦU1Chương 1. TỔNG QUAN VỀ BẢNG MẠCH VI ĐIỀU KHIỂN AVR THỰC HIỆN NHẬN VÀ GIẢI MÃ LỆNH ĐIỀU KHIỂN TỪ TÍN HIỆU HỒNG NGOẠI21.1. Tổng quan về hệ thống thu phát hồng ngoại21.1.1 Khái niệm tia hồng ngoại21.1.2. Nguyên tắc thu phát hồng ngoại21.2. Xây dựng tính năng và chức năng hoạt động của sản phẩm41.2.1. Xây dựng tính năng của sản phẩm41.3. Kết luận chương 14Chương 2. GIẢI PHÁP THỰC HIỆN HỆ THỐNG52.1. Sơ đồ hệ thống52.2. Thiết kế từng khối52.2.1. Khối nguồn52.2.2. Khối Phát hồng ngoại PT224862.2.3. Khối thu hồng ngoại PT224962.2.4. Khối xử lý trung tâm và điều khiển thiết bị72.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống72.3.1. Nguyên lý hoạt động của mạch phát72.3.2. Nguyên lý hoạt động của mạch thu82.4. Sơ đồ giải thuật lập trình cho Atmega 1682.5. Kết luận chương 28Chương 3. KẾT QUẢ THỰC HIỆN SẢN PHẨM93.1. Sơ đồ mạch điện Layout đã thực hiện93.1.1. Sơ đồ nguyên lý93.1.2. Sơ đồ mạch in Layout103.2. Kết quả mô phỏng thiết bị trên phần mềm Proteus103.2.1. Kết quả mô phỏng103.2.2. Phân tích kết quả mô phỏng113.3. Ưu, nhược điểm của mạch thiết kế113.3.1. Ưu điểm113.3.2. Nhược điểm113.4. Hướng ứng dụng và phát triển của đề tài123.4.1. Hướng ứng dụng123.4.2. Hướng phát triển123.5. Kết luận chương 312KẾT LUẬN13TÀI LIỆU THAM KHẢO14 LỜI NÓI ĐẦUNgày nay, hệ thống điều khiển từ xa đóng vai trò rất quan trọng đối với cuộc sống con người. Thực tế mỗi khía cạnh của hoạt động hằng ngày đều bị chi phối bởi một vài loại hệ thống điều khiển. Dễ dàng tìm thấy hệ thống điều khiển máy công cụ, kỹ thuật không gian và hệ thống vũ khí, điểu khiển máy tính, các hệ thống giao thông, hệ thống năng lượng, robot...Trong sinh hoạt hàng ngày của con người như những trò chơi giải trí (robot, xe điều khiển từ xa...) cho đến những ứng dụng gần gũi với con người cũng được cải tiến cho phù hợp với việc sử dụng và đạt mức tiện lợi nhất. Việc điều khiển từ xa đã thâm nhập vào tất cả các lĩnh vực của cuộc sống.Chính vì tầm quan trọng của lĩnh vực Đo Lường Và Điều Khiển Tự Động, nhóm em đã mạnh dạn lựa chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo bảng mạch vi điều khiển AVR thực hiện nhận và giải mã lệnh điều khiển từ tín hiệu hồng ngoại, thực hiện đáp ứng lệnh điều khiển tương ứng”. Chuyên đề của nhóm chúng em gồm các chương sau:Chương 1: Tổng quan về bảng mạch vi điều khiển AVR thực hiện nhận và giải mã lệnh điều khiển từ tín hiệu hồng ngoại. Chương này sẽ khái quát về Hệ thống thu phát hồng ngoại và xây dựng được tính năng và chức năng hoạt động của sản phẩm.Chương 2: Giải pháp thực hiện hệ thống. Chương này sẽ xây dựng sơ đồ khối chức năng của thiết bị. Thiết kế các khối chức năng phù hợp với yêu cầu đặt ra.Chương 3: Kết quả thực hiện sản phẩm. Ở chương này sẽ trình bày kết quả của việc thiết kế sơ đồ nguyên lý, thiết kế sơ đồ mạch in Layout, kết quả mô phỏng sản phẩm, từ đó rút ra ưu, nhược điểm của sản phẩm cũng như hướng phát triển của đề tài.Trong quá trình thực hiện báo cáo này, nhóm chúng em không thể tránh khỏi những hạn chế, thiếu sót, vì vậy rất mong muốn nhận được những lời góp ý từ phía các thầy cô giáo giảng dạy để bài báo cáo cũng như kiến thức của nhóm hoàn thiện hơn.Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn NHÓM SINH VIÊN Chương 1. TỔNG QUAN VỀ BẢNG MẠCH VI ĐIỀU KHIỂN AVR THỰC HIỆN NHẬN VÀ GIẢI MÃ LỆNH ĐIỀU KHIỂN TỪ TÍN HIỆU HỒNG NGOẠI1.1. Tổng quan về hệ thống thu phát hồng ngoại1.1.1 Khái niệm 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. Nó được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Lượng thông tin có thể đạt 3 mega bit s. Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém. Trong điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại, chùm tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng, do đó khi thu phải đúng hướng.1.1.2. Nguyên tắc thu phát hồng ngoại1.1.2.1. Nguyên tắc phát Sơ đồ khối phát Hình 1.1. Sơ đồ khối phát hồng ngoại Giải thích sơ đồ Khối chọn chức năng và khối mã hóa: 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 gồm các bít 0 và 1. Khối dao động có điều kiện: Khi nhấn 1 phím chức năng thì dồng thời khởi động mạch dao động tạo xung đồng hồ, tần số xung đồng hồ xác định thời gian chuẩn của mỗi bit. Khối chốt dữ liệu và khối chuyển đổi song song ra nối tiếp: Mã nhị phân tại mạch 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 đồng hồ và mạch định thời nhằm đảm bảo kết thúc đúng lúc việc chuyển đổi đủ số bit của một mã lệnh . Khối điều chế và phát FM: 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. 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, nghĩa là không phát.1.1.2.2. Nguyên tắc thu Sơ đồ khối thu Hình 1.2. Sơ đồ khối thu hồng ngoại Giải thích sơ đồ 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 : trước tiên khuếch đại tính hiệu nhận rồi đưa qua mạch tách sóng nhằm triệt tiêu sóng mang và tách lấy dữ liệu cần thiết là mã lệnh. Khối chuyển đổi nối tiếp sang song song và Khối 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 xác1.2. Xây dựng tính năng và chức năng hoạt động của sản phẩm 1.2.1. Xây dựng tính năng của sản phẩmTrên cơ sở nghiên cứu các đặc tính kỹ thuật của thiết bị. Nhóm chúng em xây dựng tính năng của sản phẩm như sau: Nguồn cung cấp 9 ÷12V DC. Sử dụng Vi điều khiển ATmega16. Sử dụng hai IC thu phát hồng ngoại là: PT2248 và PT2249. Màn hình LCD 16x2 để hiển thị trạng thái và Relay để điều khiển thiết bị. Thiết kế đầy đủ các mạch của Vi điều khiển: Mạch reset, cổng nạp chip,...1.2.2. Chức năng hoạt động của sản phẩm Sản phẩm sẽ được thiết kế để điều khiển 4 thiết bị qua sóng hồng ngoại ở khoảng cách là 10m. Trạng thái đóng tắt của thiết bị sẽ được hiển thị trên LCD để cho người dùng biết.1.3. Kết luận chương 1Tóm tắt nội dung chương 1:Nội dung chương 1 trình bày: Tổng quan về hệ thống thu phát hồng ngoại gồm: Khái niệm tia hồng ngoại, nguyên tắc thu phát hồng ngoại; Xây dựng tính năng và chức năng hoạt động của sản phẩm. Việc nghiên cứu các đặc điểm trên làm cơ sở để thực hiện nghiên cứu, chế tạo thiết bị trong các chương tiếp theo. Chương 2. GIẢI PHÁP THỰC HIỆN HỆ THỐNG2.1. Sơ đồ hệ thống Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống sản phẩm Phía phát (khối phát): sử dụng IC phát hồng ngoại PT2248 để điều khiển LED hồng ngoại bật, tắt trong những khoảng thời gian nhấn nhã nút Button. Phía thu:+ Khối thu và mã hóa hồng ngoại PT2249: thu tín hiệu hồng ngoại từ khối phát sau đó giải điều chế để cho ra các tín hiệu dạng ‘0’, ‘1’ để cho vào khối điều khiển trung tâm (Microcontroller).+ Khối điều khiển trung tâm (Microcontroller) có chức năng nhận các tín hiệu dạng ‘0’, ‘1’ từ khối PT2249 để làm tín hiêụ đầu vào để điều khiển thiết bị qua Relay và hiển thị trạng thái đóng tắt của thiết bị qua LCD 16x2.2.2. Thiết kế từng khối
Trang 1Từ viết tắt Nghĩa Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt
Division Multiplexing
Ghép kênh theo tần số trực giao
Trang 2DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sơ đồ khối phát hồng ngoại 2
Hình 1.2 Sơ đồ khối thu hồng ngoại 3
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống sản phẩm 5
Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 5
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý khối phát hồng ngoại 6
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý khối thu hồng ngoại 6
Hình 2.4 Khối xử lý trung tâm và điều khiển thiết bị 7
Hình 2.5 Sơ đồ thuật toán lập trình cho ATmega16 8
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý khối phát 9
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn, khối thu PT2249, khối điều khiển trung tâm và điều khiển thiết bị 9
Hình 3.3 Sơ đồ layout khối phát 10
Hình 3.4 Sơ đồ Layout phía thu 10
Hình 3.5 Kết quả mô phỏng 11
Trang 3MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BẢNG MẠCH VI ĐIỀU KHIỂN AVR THỰC HIỆN NHẬN VÀ GIẢI MÃ LỆNH ĐIỀU KHIỂN TỪ TÍN HIỆU HỒNG NGOẠI 2
1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THU PHÁT HỒNG NGOẠI 2
1.1.1 Khái niệm tia hồng ngoại 2
1.1.2 Nguyên tắc thu phát hồng ngoại 2
1.2 XÂY DỰNG TÍNH NĂNG VÀ CHỨC NĂNG HOẠT ĐỘNG CỦA SẢN PHẨM 4
1.2.1 Xây dựng tính năng của sản phẩm 4
1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 4
CHƯƠNG 2 GIẢI PHÁP THỰC HIỆN HỆ THỐNG 5
2.1 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG 5
2.2 THIẾT KẾ TỪNG KHỐI 5
2.2.1 Khối nguồn 5
2.2.2 Khối Phát hồng ngoại PT2248 6
2.2.3 Khối thu hồng ngoại PT2249 6
2.2.4 Khối xử lý trung tâm và điều khiển thiết bị 7
2.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 7
2.3.1 Nguyên lý hoạt động của mạch phát 7
2.3.2 Nguyên lý hoạt động của mạch thu 8
2.4 SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT LẬP TRÌNH CHO ATMEGA 16 8
2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 8
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ THỰC HIỆN SẢN PHẨM 9
3.1 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN LAYOUT ĐÃ THỰC HIỆN 9
3.1.1 Sơ đồ nguyên lý 9
3.1.2 Sơ đồ mạch in Layout 10
3.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG THIẾT BỊ TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS 10
3.2.1 Kết quả mô phỏng 10
3.2.2 Phân tích kết quả mô phỏng 11
3.3 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA MẠCH THIẾT KẾ 11
3.3.1 Ưu điểm 11
3.3.2 Nhược điểm 11
3.4 HƯỚNG ỨNG DỤNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 12
Trang 43.4.1 Hướng ứng dụng 12
3.4.2 Hướng phát triển 12
3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 12
KẾT LUẬN 13
TÀI LIỆU THAM KHẢO 14
Trang 5LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, hệ thống điều khiển từ xa đóng vai trò rất quan trọng đối với cuộc sống con người Thực tế mỗi khía cạnh của hoạt động hằng ngày đều bị chi phối bởi một vài loại hệ thống điều khiển Dễ dàng tìm thấy hệ thống điều khiển máy công cụ,
kỹ thuật không gian và hệ thống vũ khí, điểu khiển máy tính, các hệ thống giao thông,
hệ thống năng lượng, robot
Trong sinh hoạt hàng ngày của con người như những trò chơi giải trí (robot, xe điều khiển từ xa ) cho đến những ứng dụng gần gũi với con người cũng được cải tiến cho phù hợp với việc sử dụng và đạt mức tiện lợi nhất Việc điều khiển từ xa đã thâm nhập vào tất cả các lĩnh vực của cuộc sống
Chính vì tầm quan trọng của lĩnh vực Đo Lường Và Điều Khiển Tự Động, nhóm em đã mạnh dạn lựa chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo bảng mạch vi điều khiển AVR thực hiện nhận và giải mã lệnh điều khiển từ tín hiệu hồng ngoại, thực hiện đáp ứng lệnh điều khiển tương ứng” Chuyên đề của nhóm chúng em gồm các chương sau:
Chương 1: Tổng quan về bảng mạch vi điều khiển AVR thực hiện nhận và giải
mã lệnh điều khiển từ tín hiệu hồng ngoại Chương này sẽ khái quát về Hệ thống thu phát hồng ngoại và xây dựng được tính năng và chức năng hoạt động của sản phẩm
Chương 2: Giải pháp thực hiện hệ thống Chương này sẽ xây dựng sơ đồ khối chức năng của thiết bị Thiết kế các khối chức năng phù hợp với yêu cầu đặt ra
Chương 3: Kết quả thực hiện sản phẩm Ở chương này sẽ trình bày kết quả của việc thiết kế sơ đồ nguyên lý, thiết kế sơ đồ mạch in Layout, kết quả mô phỏng sản phẩm, từ đó rút ra ưu, nhược điểm của sản phẩm cũng như hướng phát triển của đề tài
Trong quá trình thực hiện báo cáo này, nhóm chúng em không thể tránh khỏi những hạn chế, thiếu sót, vì vậy rất mong muốn nhận được những lời góp ý từ phía các thầy cô giáo giảng dạy để bài báo cáo cũng như kiến thức của nhóm hoàn thiện hơn
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!
NHÓM SINH VIÊN
Trang 6Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BẢNG MẠCH VI ĐIỀU KHIỂN AVR THỰC HIỆN NHẬN VÀ GIẢI MÃ LỆNH ĐIỀU KHIỂN TỪ TÍN HIỆU HỒNG NGOẠI
1.1 Tổng quan về hệ thống thu phát hồng ngoại
1.1.1 Khái niệm 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 Nó được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp Lượng thông tin có thể đạt 3 mega bit /s
- Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém Trong điều khiển từ
xa bằng tia hồng ngoại, chùm tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng, do đó khi thu phải đúng hướng
1.1.2 Nguyên tắc thu phát hồng ngoại
1.1.2.1 Nguyên tắc phát
* Sơ đồ khối phát
Hình 1.1 Sơ đồ khối phát hồng ngoại
* Giải thích sơ đồ
- Khối chọn chức năng và khối mã hóa: 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 gồm các bít 0 và 1
- Khối dao động có điều kiện: Khi nhấn 1 phím chức năng thì dồng thời khởi động mạch dao động tạo xung đồng hồ, tần số xung đồng hồ xác định thời gian chuẩn của mỗi bit
Trang 7- Khối chốt dữ liệu và khối chuyển đổi song song ra nối tiếp: Mã nhị phân tại mạch 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 đồng hồ và mạch định thời nhằm đảm bảo kết thúc đúng lúc việc chuyển đổi đủ số bit của một mã lệnh
- Khối điều chế và phát FM: 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
- 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, nghĩa là không phát
1.1.2.2 Nguyên tắc thu
* Sơ đồ khối thu
Hình 1.2 Sơ đồ khối thu hồng ngoại
* Giải thích sơ đồ
- 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 : trước tiên khuếch đại tính hiệu nhận rồi đưa qua mạch tách sóng nhằm triệt tiêu sóng mang và tách lấy dữ liệu cần thiết là mã lệnh
- Khối chuyển đổi nối tiếp sang song song và Khối 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
Trang 81.2 Xây dựng tính năng và chức năng hoạt động của sản phẩm
1.2.1 Xây dựng tính năng của sản phẩm
Trên cơ sở nghiên cứu các đặc tính kỹ thuật của thiết bị Nhóm chúng em xây dựng tính năng của sản phẩm như sau:
- Nguồn cung cấp 9 12V DC
- Sử dụng Vi điều khiển ATmega16
- Sử dụng hai IC thu phát hồng ngoại là: PT2248 và PT2249
- Màn hình LCD 16x2 để hiển thị trạng thái và Relay để điều khiển thiết bị
- Thiết kế đầy đủ các mạch của Vi điều khiển: Mạch reset, cổng nạp chip,
1.2.2 Chức năng hoạt động của sản phẩm
- Sản phẩm sẽ được thiết kế để điều khiển 4 thiết bị qua sóng hồng ngoại ở khoảng cách là 10m
- Trạng thái đóng tắt của thiết bị sẽ được hiển thị trên LCD để cho người dùng biết
1.3 Kết luận chương 1
Tóm tắt nội dung chương 1:
Nội dung chương 1 trình bày: Tổng quan về hệ thống thu phát hồng ngoại gồm: Khái niệm tia hồng ngoại, nguyên tắc thu phát hồng ngoại; Xây dựng tính năng và chức năng hoạt động của sản phẩm Việc nghiên cứu các đặc điểm trên làm cơ sở để thực hiện nghiên cứu, chế tạo thiết bị trong các chương tiếp theo
Trang 9Chương 2 GIẢI PHÁP THỰC HIỆN HỆ THỐNG 2.1 Sơ đồ hệ thống
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống sản phẩm
- Phía phát (khối phát): sử dụng IC phát hồng ngoại PT2248 để điều khiển LED hồng ngoại bật, tắt trong những khoảng thời gian nhấn/ nhã nút Button
- Phía thu:
+ Khối thu và mã hóa hồng ngoại PT2249: thu tín hiệu hồng ngoại từ khối phát sau đó giải điều chế để cho ra các tín hiệu dạng ‘0’, ‘1’ để cho vào khối điều khiển trung tâm (Microcontroller)
+ Khối điều khiển trung tâm (Microcontroller) có chức năng nhận các tín hiệu dạng ‘0’, ‘1’ từ khối PT2249 để làm tín hiêụ đầu vào để điều khiển thiết bị qua Relay
và hiển thị trạng thái đóng tắt của thiết bị qua LCD 16x2
2.2 Thiết kế từng khối
2.2.1 Khối nguồn
Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý Khối nguồn
- JackDC: Connector cấp nguồn 9 12V DC
- Các tụ điện 1000uF, 100uF, tụ 104 đóng vai trò làm phẳng tín hiệu 1 chiều
- IC ổn áp 7805: ổn định điện áp ngõ ra 5VDC khi ngõ vào có điện áp thay đổi trong phạm vi cho phép
Trang 10- Ngoài ra còn có các LED (đi kèm với các điện trở hạn dòng) để thông báo.
2.2.2 Khối Phát hồng ngoại PT2248
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý khối phát hồng ngoại
- Các phím bấm và Diode 1N4148: có nhiệm vụ tạo ra lệnh cho IC PT2248 phát tín hiệu tương ứng tới phía thu để điều khiển thiết bị
- IC PT2248: sẽ xử lý những thông tin từ phím bấm gởi đến để đưa ra lệnh điều khiển thích hợp cho khối phát, phát chuỗi tín hiệu theo dạng xung nhị phân
- Thạch anh, C1, C2: có nhiệm vụ tạo ra tần số xung nhịp cho các khối điều khiển làm việc
- Transistor A1013 có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu ra đủ lớn để cho LED phát hồng ngoại hoạt động
- Pin có chức năng cấp nguồn cho khối phát hoạt động
2.2.3 Khối thu hồng ngoại PT2249
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý khối thu hồng ngoại
- Mắt thu hồng ngoại sẽ nhận tín hiệu hồng ngoại từ phía phát truyền đến
- Transistor C1815 và điện trở R4 có chức năng chuyển chuỗi tín hiệu thu được
từ mắt thu hồng ngoại này thành tín hiệu điên trở lại như ban đầu, rồi khuếch đại lên
Trang 11- IC PT2249: sau khi đã nhận được chuỗi tín hiệu điện từ phía mắt thu hồng ngoại, điện trở R4 và transistor C1815, IC PT2249 sẽ giải mã ra bằng cách so sánh với những chuỗi tín hiệu đã được quy định sẵn trong khối và đưa ra lệnh để điều khiển đến khối xử lý trung tâm để điều khiển thiết bị
2.2.4 Khối xử lý trung tâm và điều khiển thiết bị
Hình 2.4 Khối xử lý trung tâm và điều khiển thiết bị
- Tín hiệu từ đầu ra IC giải mã PT2249 sẽ đi vào PORT B của Atmega 16 để làm tín hiệu điều khiển đầu vao
- Điện trở R5, C7 và S1 được nối vào chân RST để tạo nút Reset cho thiết bị hoạt động
- Thạch anh Y2, C8, C9: có nhiệm vụ tạo ra tần số xung nhịp cho Atmega 16 hoạt động
- LCD 16x02 được sử dụng để thông báo trạng thái hoạt động của thiết bị
- Các linh kiện ở đầu ra PORTC có chức năng kết nối với thiết bị ngoại vi
2.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống
2.3.1 Nguyên lý hoạt động của mạch phát
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 trong IC để lấy ra mã tương ứng với vị trí của 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 đòi hỏi dữ liệu này phải được cài vào sóng mang có tần số cao bằng cách điều chế tín hiệu 12 bit đó với sóng mang cao tần tạo ra tự dao động thạch anh Tín hiệu ra ở chân 15 của PT2248 được mắc vào chân B của transistor A1013 để
Trang 12khuếch đại trước khi cho qua LED hồng ngoại để phát ra ngoài vì tín hiệu ra tại chân
15 ( IC PT2249) rất yếu
2.3.2 Nguyên lý hoạt động của mạch thu
Mắt thu hồng ngoại nhận tín hiệu từ phía phát truyền tới, sau đó biến đổi từ quang thành điện rồi đưa qua bộ khuếch đại, tách sóng loại bỏ sóng mang, rồi đưa tới đầu vào IC PT2249, tín hiệu vào PT2249 được so sánh với những chuỗi tín hiệu đã được quy định sẵn trong IC để đưa ra những tín hiệu điều khiển tương ứng đến
Atmega16 Tại Atmega16, tùy vào lệnh điều khiển đầu vào để điều khiển các thiết bị đóng, ngắt và hiển thị trạng thái LCD
2.4 Sơ đồ giải thuật lập trình cho Atmega 16
Hình 2.5 Sơ đồ thuật toán lập trình cho Atmega16 2.5 Kết luận chương 2
Tóm tắt nội dung chính của Chương 2:
Trên cơ sở lí thuyết chương 1, nội dung chương 2 đề cập tới quy trình thiết kế tính toán và lựa chọn sơ đồ cho các khối chức năng Từ đó xây dưng các khối chức năng đảm bảo theo đúng yêu cầu đề ra
Trang 13Chương 3 KẾT QUẢ THỰC HIỆN SẢN PHẨM 3.1 Sơ đồ mạch điện Layout đã thực hiện
3.1.1 Sơ đồ nguyên lý
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý khối phát
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn, Khối thu PT2249, Khối điều khiển trung tâm
và điều khiển thiết bị
Trang 143.1.2 Sơ đồ mạch in Layout
Hình 3.3 Sơ đồ Layout khối phát
Hình 3.4 Sơ đồ Layout phía thu 3.2 Kết quả mô phỏng thiết bị trên phần mềm Proteus
3.2.1 Kết quả mô phỏng
- Nhóm chúng em mô phỏng mạch điện trên phần mềm Proteus
- Trong báo cáo này, nhóm chúng em xin phép không đề cập đến việc sử dụng phần mềm
Trang 15Hình 3.5 Kết quả mô phỏng
3.2.2 Phân tích kết quả mô phỏng
- Theo kết quả mô phỏng, phần nút nhấn đại diện cho mạch thu phát hồng ngoại PT2248 và PT2249
- Khi thực hiện nhấn nút nhấn thì thiết bị tương ứng đã hoạt động và hiển thị trạng thái hoạt động trên LCD 16x2
3.3 Ưu, nhược điểm của mạch thiết kế
3.3.1 Ưu điểm
Sau một thời gian nghiên cứu và thực hiện báo cáo, chúng em đã đặt được những kết quả như sau:
- Mạch phát thiết kế đúng các yêu cầu đề ra, các chức năng hoạt động tốt
- Mạch sử dụng truyền phát không dây nên phạm vi truyền phát linh hoạt, điện
áp tiêu tán nhỏ
- Mạch phát và mạch thu nhỏ gọn
- Điều khiển được nhiều thiết bị và có thể mở rộng thêm thiết bị
- Mạch thiết kế có độ chính xác, tính ổn định cao
3.3.2 Nhược điểm
Do thời gian và kiến thức còn hạn hẹp nên trong quá trình thực hiện còn những mặt hạn chế như:
- Mạch chỉ thu phát trên trên một đường truyền thẳng nên gặp hạn chế khi gặp vật cản
Trang 16- Nhiễu hồng ngoại do các nguồn nhiệt xung quanh phát ra, nên gây ra ảnh hưởng và hạn chế tầm phát Do đó chỉ dùng trong phòng, kho, hoặc nơi có nhiệt độ môi trường thấp
3.4 Hướng ứng dụng và phát triển của đề tài
3.4.1 Hướng ứng dụng
- Mạch được ứng dụng vào tất cả các lĩnh vực có trong cuộc sống: như điều khiển các thiết bị trong gia đình (Tivi, điều hòa, ), điều khiển các thiết bị trong Quốc phòng, an ninh, cứu hộ, cứu nạn
3.4.2 Hướng phát triển
- Có thể thay thế ATmega 16 bằng các dòng vi điều khiển khác phù hợp với yêu cầu của người sử dụng
- Sử dụng kỹ thuật điều chếu chế đa sóng mang OFDM để khắc phục chống dội phím được một cách tối ưu
- Hiển thị trạng thái điều khiển thiết bị trên LED 7 đoạn, LED ma trận thay cho màn hình LCD
- Tăng công suất phát để việc điều khiển có thể đi xa hơn
- Sử dụng IC ULN2803 để mạch hoạt động tối ưu hơn
- Ứng dụng điện thoại để làm thiết bị phát nhằm giảm chi phí
3.5 Kết luận chương 3
Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết từ chương 1 và mạch thiết kế ở chương 2, nhóm đã thực hiện mô phỏng thiết bị trên Phần mềm Proteus Những kết quả đạt được
ở phần mô phỏng đã giúp nhóm xây dựng mạch in và đưa ra ưu, nhược điểm, hướng ứng dụng và hướng phát triển của đề tài
