đồ án thiết kế chế tạo và điều khiển tay máy, chương 10 docx

Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 75

10
TRUYỀN NHẬN DỮ LIỆU
BẰNG HỒNG NGOẠI

10.1 GIỚI THIỆU VỀ HỒNG NGOẠI (IR)
10.1.1 Đònh nghóa
Hồng ngoại là ánh sáng không nhìn thấy được có bước sóng dài, bước sóng
từ 750 nanometer tới 0.1 milimeter.
10.1.2 Ưu và nhược điểm
• Ưu điểm
- Tiêu tốn công suất thấp nên thường được dùng trong máy vi tính…
- Mạch thu, phát hồng ngoại dễ chế tạo, không đòi hỏi cao về phần
cứng do đó giá thành thấp.
- Vấn đề đo đạt, kiểm tra tín hiệu dễ dàng hơn so với sóng FM.
- Truyền dữ liệu bằng hồng ngoại có tính bảo mật, an toàn cao vì nó
chỉ có thể truyền trong phòng kín, dữ liệu không bò “rò” ra ngoài.
Do vậy nó thường được dùng trong các hội nghò…
- Tín hiệu hồng ngoại không bò gây nhiễu bởi sóng FM,…
- Tín hiệu hồng ngoại có dãy băng tần rộng.
- Truyền dữ liệu không cần dây, tiện lợi.
• Nhược điểm
- Do hồng ngoại là ánh sáng nên nó mang các bản chất của sóng ánh
sáng như: truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ… nên bộ nhận tín hiệu
hồng ngoại phải đặt thẳng với bộ truyền tín hiệu hồng ngoại, hoặc
GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng

Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 76

bộ truyền và bộ phát phải được đặt trong môi trường có khả năng

phản xạ được (như trong phòng…).
- Không giống như truyền bằng sóng radio(FM…), bộ nhận cũng như
bộ truyền không được để bò che phủ hoặc đặt trong hộp kín (đục).
- Có thể bò gây nhiễu bởi các thiết bò có khả năng phát ra các sóng
hồng ngoại khác như đèn huỳnh quang…
- Khoảng không gian truyền càng lớn thì công suất truyền cũng phải
tăng theo → làm tăng giá thành bộ phát.
- Hồng ngoại không thể truyền xuyên tường và bò che bởi các vật
rắn, khoảng cách truyền ngắn.
- Tốc độ truyền thấp hơn so với truyền có dây.
10.2 TRUYỀN TÍN HIỆU HỒNG NGOẠI
10.2.1 Giới thiệu
Đây là phương thức truyền dữ liệu không dây. Phương thức này sử dụng
năng lượng bức xạ điện từ để truyền dữ liệu trong không gian. Một trong những
nguồn năng lượng bức xạ điện từ mà ta thường thấy đó là mặt trời, đèn, TV, …
So với sóng radio thì sóng ánh sáng hồng ngoại có bước sóng ngắn nên tần
số cao hơn so với sóng radio.

10.2.2 Nguyên lý truyền dữ liệu bằng hồng ngoại
Dựa trên tần số thu tốt nhất của mắt thu (B.P.F) mà ta phát dữ liệu trên tần
số đó, gọi là tần số mang.

Tần số mang 38,4 KHz

Hình10.1 Tần số sóng mang của bộ phát
Và tùy theo chuẩn đã quy đònh trước mà mức logic 1 có thể là “không
phát” hay “phát” (led hồng ngoại sẽ nhấp nháy theo tần số mang).
GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng

Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 77

10.2.3 Khung truyền dữ liệu
10.2.3.1 Khung truyền 1 byte dữ liệu
Dữ liệu được truyền từ cổng nối tiếp RS-232 (PC) xuống AT89C2051, dữ
liệu này được chip giải mã và truyền đi lần lượt từng byte.

Header 10 bit dữ liệu Bù 1 của 10 bit dữ liệu Stop bit

10.2.3.2 Thời gian của khung truyền

2211us 1084us
1084us 1084us
Header Data
Stop bit
1084us

Hình 10.2 Thời gian của khung truyền

10.2.4 Tạo tần số mang bằng AT89C2051
Do mỗi một chu kỳ máy (CKM) của AT89C2051 có thời gian bằng
12/f
Crystal
. Trong luận văn này, chúng ta sử dụng thạch anh có tần số là 22,1184
MHz.
Suy ra:
s54.0
1184,22
12
t

CKM
µ==
Sau đây là chương trình con tạo tần số mang 38,4 KHz với độ dài cũa một
bit dữ liệu là 2004 CKM.
Pulse:
MOV R4,#83
L5:
CPL P1.7
MOV R5,#10
DJNZ R5,$
GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng

Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 78

DJNZ R4,L5
CLR P1.7
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
RET

Space:
MOV R4,#4
L4:
MOV R5,#248
DJNZ R5,*+0
DJNZ R4,L4

NOP
NOP
NOP
RET
10.2.5 Sơ đồ nguyên lý mạch phát
Xem phần phụ lục trang1.

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng

Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 79

10.2.6 Sơ đồ khối của truyền một byte dữ liệu (10 bit)

Đ
úng
Sai
For i=0 to 9
If Data.i = then
Call Space
Else
Call Pulse
End if
Next
If Flag = 0 then
Stop bit
Data = 1024
–
data
Flag = 1
Flag =0

Truyền Header








GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng

Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 80

10.3 NHẬN DỮ LIỆU BẰNG HỒNG NGOẠI
10.3.1 Cảm biến thu nhận tín hiệu hồng ngoại
Ở trong luận văn này, chúng ta sử dụng cảm biến thu nhận tín hiệu hồng
ngoại là GP1U5210. Cảm biến này thường được dùng trong các bộ thu tín hiệu
hồng ngoại từ remote ở các TV, VCR, …


Hình 10.3 Hình dáng bên ngoài của cảm biến
10.3.1.1 Các đặc tính về cảm biến
- Ít bò nhiễu bởi ánh sáng của đèn huỳnh quang hoặc các nguồn sáng
hồng ngoại khác có tần số không trùng với tần số của cảm biến
(B.P.F).
- Ngõ ra của tín hiệu là tích cực mức thấp, theo chuẩn TTL.
- Tùy số series của cảm biến mà nó có thể lọc ở các tần số khác
nhau (B.P.F – Band Pass Filter). Bảng sau là một vài tần số thông
dụng.
Bảng 10.1 Các tần số của một số cảm biến

Model B.P.F
GP1U57X 40 KHz
GP1U570X 36 KHz
GP1U571X 38 KHz
GP1U572X 36.7 KHz
GP1U573X 32.75 KHz
GP1U577X 56.8 KHz
GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng

Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 81

Với các cảm biến mà ta không biết được tần số lọc (B.P.F) của nó, thì ta
có thể dùng mạch đơn giản sau với chip tạo dao động thông dụng LM555 để tìm
ra được tần số lọc của cảm biến:
1K
R2
100K
U1
LM555
3
4
8
5
2
6
7
OUT
RST
VCC
CV

TRG
THR
DSCHG
Q1
2N1070
1nF
D1
LED
6-12V
470
R1
470

Hình 10.4 Sơ đồ nguyên lý mạch phát hồng ngoại
Ta đặt bộ thu ở một khoảng cách nhất đònh. Sau đó điều chỉnh biến trở R1
(ở đây ta nên dùng biến trở tinh chỉnh để có thể chỉnh được tần số chính xác) để
điều chỉnh tần số phát của hồng ngoại LED. Tần số này được tính gần đúng như
sau
)1R22R(C
44,1
f
+×
=

A1015
10K
220
LED
VCC
VCC

GPU52X
1
2
3
Gnd
Vcc
Signal

Hình 10.5 Sơ đồ nguyên lý mạch thu sóng hồng ngoại
Khi thấy đèn bên bộ nhận phát sáng thì ta sẽ thôi không chỉnh biến trở
nữa. Dùng đồng hồ đo ta có thể đo được tần số lọc của cảm biến.


GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng

Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 82

10.3.1.2 Sơ đồ khối bên trong của cảm biến


10.3.2 Xử lý dữ liệu nhận được
Tín hiệu nhận được dựa trên chuẩn khung truyền đã qui đònh, mà ta giải mã
ngược lại ra dữ liệu. Nhưng có điều cần chú ý là do cảm biến tích cực mức thấp
nên dữ liệu bò đảo pha so với dữ liệu được truyền đi. Dữ liệu được xử lý theo sơ
đồ khối sau.
GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng

Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 83

Đ
úng
Đ
úng
Sai
Sai
Kiểm tra Stop bit
Gởi data đến AVR AT90S2313 và xuất ra LCD
If data+datacpl=1024 then
For i=0 to 9 do
If bit nhận về là 0 then
data.i=1
else
data.i=0
end if
next

For i=0 to 9 do
If bit nhận về là 0 then
datacpl.i=1
else
datacpl.i=0
end if
next
Chờ Header (Start bit)

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng

Thiết kế, chế tạo và điều khiển tay máy Trang 84

10.4 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT CỦA VIỆC TRUYỀN NHẬN DỮ LIỆU

ngoại
Mã hóa dữ liệu
Xử lý (giải mã)
Tín hiệu điều khiển PWM
Động cơ RC Servo
Chip AVR
Bộ nhận tín hiệu
hồng ngoại
Tính toán
Bộ phát hồng
PC
Tọa đo
ä
cần đến
của tay máy
10.5 KẾT LUẬN
Với chương này chúng ta đã hiểu rõ thêm về việc truyền nhận dữ liệu bằng
sóng hồng ngoại cũng như việc tạo cho mình một khung truyền dữ liệu bất kỳ
phù hợp với yêu cầu. Chương tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu việc giải mã điều
khiển một thiết bò nhập khá phổ biến hiện nay là bàn phím AT.
GVHD: TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH: Nguyễn Nhật Tân-Nguyễn Lê Tùng