Thiết kế và chế tạo mô hình cửa tự động

i

LỜI CẢM ƠN

Sau một khoảng thời gian với sự cố gắng của bản thân và được sự giúp đỡ
của mọi người, đồ án tốt nghiệp “Thiết kế và chế tạo mô hình cửa tự động ” của
em đã được hoàn thành .
Em xin gửi đến các thầy hướng dẫn cùng toàn thể các quý thầy trong bộ môn
Cơ – Điện tử lời cảm ơn với sự trân trọng và lòng biết ơn sâu sắc đã hết lòng chỉ
bảo và truyền đạt cho em những kiến thức vô cùng quý báu, làm cơ sở để em thực
hiện tốt đề tài này và đã tạo điều kiện thuận lợi để cho em hoàn tất khóa học.
Nhân dịp này, em cũng xin cảm ơn gia đình và bạn bè những người đã hết
lòng giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian qua, để em
hoàn thành đồ án tốt nghiệp.

Sinh viên thực hiện
Đinh Hoàng Thiện


ii

MỤC LỤC


iv

DANH SÁCH CÁC HÌNH


1

LỜI NÓI ĐẦU
Công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đang diễn ra
theo sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật. Trước tình hình đó đã có khá nhiều
yêu cầu cấp bách và cũng có những thách thức đặt ra cho giới trí thức .
Cơ điện tử là một lĩnh vực mới mà ở nước ta đang nghiên cứu và
từng bước phát triển để ứng dụng vào quá trình sản xuất góp phần năng
cao năng suất lao động, đây là nghành có sự hội tụ và đúc kết của ba chuyên
nghành là cơ khí, tin học và điện tử mà sản phẩm cuối cùng của nó là một hệ thống
tự động hóa góp phần ải phóng sức lao động của con người.
Sau thời gian học tập và nghiên cứu cùng với sự nỗ lực của em đã
hoàn thành nhiệm vụ thiết kế mô hình cổng tự động. Em xin chân thành cảm
ơn thầy trong bộ môn cơ điện tử đã giúp đỡ tận tình, và đặc biệt cảm ơn
sự hướng dẫn tận tình của thầy TRẦN TÙNG DƯƠNG và thầy TRẦN VĂN
HÙNG. Mô hình không tránh khỏi những thiếu xót, chúng em mong được sự
chỉ bảo của các thầy để sản phẩm hoàn thiện hơn và có thể ứng dụng vào
thực tế .
Em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên thực hiện
Đinh Hoàng Thiện


2

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CỔNG TỰ ĐỘNG VÀ
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN


3

1.1. Giới thiệu
Hiện nay tự động hóa được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực và ngành nghề,
tại nhiều cơ quan và xí nghiệp vì lý do an ninh nên đã đầu tư tiền xây hàng rào và
cổng cơ quan. Vì độ an toàn nên những chiếc cổng này thường rất nặng nên việc
vận hành thường mất rất nhiều sức lực của nhân viên bảo vệ và cũng mất khá nhiều
thời gian.
Trong xã hội văn minh hiện đại, cửa là một phần không thể thiếu trong từng
công trình kiến trúc. Tuy nhiên loại cửa bình thường (cửa không tự động) mà chúng
ta hay dùng hiện nay lại có những nhược điểm gây phiền toái cho người sử dụng đó
là: Cửa thường chỉ đóng mở khi có tác động của con người vào nó. Vì vậy mà dùng
cửa thường chỉ tốn thời gian và gây cảm giác ngại cho người sử dụng.
Việc thiết kế ra một loại cửa tiện ích hơn, đa năng hơn, phục vụ tốt hơn cho
đời sống con người trong thời điểm xã hội ngày càng hiện đại và phát triển hiện nay
là tất yếu và vô cùng cần thiết. Vì vậy cần thiết kế ra một loại cửa tự động khắc
phục tốt những nhược điểm của cửa thường .
Mục đích của việc thiết kế cửa tự động là để tạo ra một loại cửa vừa duy trì
được những đặc tính cần có của cửa, vừa khắc phục những nhược điểm lớn của loại
cửa thường .
Do đó, sử dụng cửa tự động, người dùng hoàn toàn không phải tác dụng trực
tiếp lên cánh cửa vẫn tự động đóng mở theo ý muốn của mình. Với tính năng này,
cửa tự động mang lại những thuận lợi lớn cho người sử dụng :
 Thứ nhất, cửa tự động sẽ đem lại cảm giác thỏa mái cho người sử
dụng, loại bỏ hoàn toàn cảm giác ngại, khó chịu như dùng cửa
thường.
 Thứ hai, sử dụng cửa tự động sẽ giúp người dùng nó để tốn thời gian
để đóng mở cửa tức là tiết kiệm thời gian dù rất nhỏ nhưng cũng có
thể rất cần thiết trong nhịp sống cộng nghiệp hiện đại ngày nay.
 Đặc biệt , ở những nơi công cộng, công sở, cửa tự động ngày càng
phát huy ưu điểm. Đó là vì cửa tự động sẽ giúp cho lưu thông qua cửa
nhanh chóng dễ dàng, cũng như sẽ giảm những va chạm khi nhiều

người sử dụng chung một cánh cửa.


4

Chính vì những ưu điểm nổi bật của cửa tự động mà chúng ta càng phải phát
triển ứng dụng nó rộng rãi hơn, đồng thời nguyên cứu cải tiến và nâng cao chất
lượng hoạt động của cửa tự động đẻ nó ngày càng hiện đại hơn, tiện ích hơn .
Để nguyên cứu một cách chính xác và cụ thể của cửa tự động, cần thiết phải chế tạo
ra mô hình cửa đóng mở, mô tả hoạt động, hình sáng của cửa tự động. từ mô hình
này ta có thể quan sát và tìm hiểu hoạt động của cửa tự động, cũng như lường trước
những khó khăn có thể gặp phải khi chế tạo cửa tự động trên thực tế. Cũng từ mô
hình có thể thấy ưu nhược điểm của thiết kế mà từ đó khắc phuc những hạn chế
phát huy thế mạnh thiết kế cánh cửa ưu việt hơn, hoàn thiện hơn cho con người.
Hiện nay có nhiều loại cửa tự động: cửa kéo, cửa cuốn, cửa đẩy, cửa trượt.
1.1.1. Cửa cuốn

Hình 1.2. Loại cửa cuốn
Loại cửa này có ưu điểm là gọn nhẹ tiện dụng và dễ sử dụng , lại chỉ cần động
cơ công suất nhỏ loại cửa này thường dùng cho gara ô tô. Nó có tính kinh tế khá cao
vì không mấy khó khăn khi làm loại cửa này. Nhưng có nhược điểm là cửa này
không chắc chắn .

1.1.2. Cửa kéo


5

Hình 1.2. Loại cửa kéo
Loại cửa này nhìn rất lạ , với kết cấu đơn giản một động cơ được gắn cố

định với trần nhà. Cửa đươc kéo bằng đoạn dây. Ưu điểm của loại này là đơn giản
nhưng hiệu quả, so với loại cửa cuốn thì cánh cửa chắc chắn hơn nhiều. Có lẽ nhược
điểm của loại này là động cơ gắn vào trần nhà cần phải găn đủ chắc để chịu được
sức nặng của cánh cửa.
1.1.3. Cửa trượt

Hình 1.3. Loại cửa trượt
Loại cửa này có đặc điểm là có một rãnh trược cố định cho phép cánh cửa có
thể trượt qua trượt lại. Loại cửa này thường được sử dụng trong nhà hàng, khách
sạn, cơ quan hay sân bay, nhà ga…
Loại cửa này có ưu điểm là kết cấu nhẹ nhàng, tạo ra một cảm giác thoáng
đạt, thoải mái và lịch sự rất thích hợp cho những nơi cộng cộng, cơ quan…


6

Nhược điểm của loại cửa này là không hề chắc chắn, nhẹ nhàng nhưng
không có nghĩa là gọn gàng mà ngược lại có khi lạ rất cồng kềnh.
1.2 . Giới thiệu một số loại của tự động thường gặp trong thực tế
Cửa tự động ( Auto Door ): Trong thực tế chúng ta có thể bắt gặp một số
dạng sau :
1.2.1. Loại cửa trượt tự động một cánh ( single Auto door )
Mở về bên phải hoặc bên trái. Loại này rail thường dài 2m hoặc hơn một
chút. Khẩu độ mở rộng nhất là 1 mét, thường lắp đặt trong những phòng làm việc có
diện tích hẹp.
1.2.2. Loại cửa trượt tự động 2 cánh (bi-parting sliding Auto door)
Loại cửa này dùng 2 cánh đóng mở về hai phía ngược chiều nhau. Khẩu độ
rộng từ 2 tới 3 mét thường dùng cho các văn phòng làm việc lớn như phòng trưng
bày sản phẩm, sảnh nhà hàng, bệnh viện, ngân hàng, phòng họp, trung tâm hội nghị
và nhiều công trình khác nữa..

Hình 1.4. Cửa trượt tự động 2 cánh
1.2.3. Loại cửa trượt tự động 4 cánh ( Folder sliding Auto door )
Còn gọi là cửa trượt xếp, các cánh cửa khi mở sẽ xếp chồng nhau giúp tiết
kiệm không gian và tăng khẩu độ mở đến lớn hơn 4 mét. Loại cửa trượt tự động này


7

thường lắp đặt ở những nơi có lưu lượng người qua lại lớn như nhà ga xe điện, ga
tàu hỏa, ga hàng không ...

Hình 1.5. Cửa trượt tự động 4 cánh
1.2.4. Loại cửa trượt cong và cửa xoay vòng
Loại cửa này chiếm nhiều không gian và ít được sử dụng.

Hình 1.6. Cửa trượt tự động xoay vòng
Kích thước cửa trượt tự động ( Auto Door ) được sử dụng thường có chiều
ngang từ 600mm-1500mm 1 cánh cửa tương ứng với các loại rail cửa như sau:


Rail cửa 3m2 : Chiều ngang cánh cửa 600-800, tải trong tuong ứng

60kgx2
 Rail 4m2 : Chiều ngang cánh 800 -1100, tải trọng tương ứng 80kgx2.


8

 Rail 5m2 : Chiều ngang cánh 1100 -1300mm, tải trọng tương ứng

100kgx2.
 Rail 6m4-150kg: Chiều ngang cánh 1400 - 1600mm, tải trong tương
ứng120kgX2.
Chiều cao cửa tự động tối đa không vượt quá 2600mm. Thông thường ta có thể
tính nhanh như sau: 1 mét vuông kính loại dày 10mm nặng 25kg, loại dày 12mm
nặng 30kg. Cửa trượt tự động loại mở 2 cánh với các thông số về kỹ thuật và tính
thẩm mỹ như khe hở giữa cánh cửa trượt và cánh cố định là 10mm, khe hở giữa sàn
và cánh trượt từ 10-15m, chiều cao cửa trượt tự động thông thường từ 20002400mm, chiều ngang cửa thường từ 1/3 - 1/2 chiều cao.
Kính dùng cho cửa trượt tự động có thể là kính cường lực, kính dán hoặc kính
thường. Thông thường để an toàn cho người sử dụng chúng ta được khuyến cáo nên
dùng kính cường lực có độ dày tối thiếu 10mm.
Kích thước của kính phụ thuộc yêu cầu thiết kế, thi công của chủ công trình,
nhu cầu sử dụng hay do đặc thù của mặt bằng. Chiều cao quy chuẩn là 2200mm.
Ứng với bề ngang mỗi cánh cửa có các khoảng kích thước là dưới 800mm(L1),
từ 800 đến 1000mm(L2), trên 1000 đến 1200mm(L3), trên 1200 -1500mm(L4).
Mặc định kính làm cường lực là kính trắng (trong) không màu, không hoa văn.
Tùy theo yêu cầu của khách hàng có thể phun cát làm nhám 1 phần diện tích để tạo
chữ hoặc hình, có thể phun sơn hay làm kính màu. Kính được coi là chuẩn mực hiện
nay là của Công ty Liên doanh Kính nổi Việt Nhật- VFG. Ngoài ra trên thị trường
còn có nhiều loại kính được nhập khẩu từ Indonexia, Trung Quốc, Nhật,
Anh...Trọng lượng của kính trắng tiêu chuẩn được tính theo công thức: 2,5(kg/mm
x m2) x A(độ dày mm)x B( diện tích kính tính theo m2).
Ví dụ 1 tấm kính cường lực (hoặc kính thường) có độ dày 10mm, kích thước
1000x2000(mm) có trọng lượng là 2,5x10x2=50(kg).
Việc tính trọng lượng có ý nghĩa rất quan trọng trong việc lựa chọn loại cửa
có chiều dài rail phù hợp, công suất motor cũng như khả năng chịu tải của bánh xe.
1.3. Thành phần cấu tạo của hệ cửa trượt tự động (Auto Door)
 Hệ rail trượt và bánh xe dẫn hướng.
 Cụm motor kéo hộp số truyền động.

9

 Bộ cấp nguồn và ổn định điện áp chống sốc điện.
 Bộ điều khiển trung tâm.
 Cảm biến bức xạ di động.
 Cảm biến an toàn.
 Hệ thống khóa điện.
 Bộ nguồn dự phòng mất điện.
 Kính cường lực.
 Các linh kiện khác.
1.3.1. Thông số kỹ thuật
+ Hệ rail trượt được được sơn với công nghệ phủ ion hóa dương cực tạo lớp
bề mặt chống mài mòn cao, chịu lưc ma sát mạnh.
+ Cụm bánh xe đẫn hướng với thiết bị chống nảy loại bỏ hoàn toàn sự cố
cửa trượt khỏi rail.
+ Thông số motor: Hầu hết các loại cửa trượt tự động đều sử dụng motor
DC 24V không chổi quét, tốc độ 3000 vòng/ phút. Hộp số dạng trục vít bánh vít
hollow-shaft. Ưu điểm loại motor này không cần bảo dưỡng định kỳ chổi than như
các loại motor DC khác, thiết kế nhỏ gọn mà đạt được momen xoắn tại trục lớn.
+ Thông số Bộ điều khiển trung tâm: Cửa tự động dùng họ vi điều khiển 8
bit kiến trúc RISC nâng cao làm tăng tốc độ xử lý tín hiệu và chống nhiễu tốt giúp
cửa hoạt động ổn định tuyệt đối.
+ Thông số cảm biến bức xạ di động: Độ nhạy cao có thể điều chỉnh. Giảm
thiểu can nhiễu và không phát hiện vật chuyển động dưới 10kgs (chó mèo...) tránh
cho cửa tự động vận hành không như mong đợi.
1.3.2. Công năng sử dụng
+ Độ bền của vật liệu: 5 năm và hơn thế nữa
+ Một số tính năng khác: Cửa trượt tự động (Auto Door) có thể kết hợp với
hệ access control, khóa vân tay, thẻ không tiếp xúc, hoặc hệ báo cháy, báo động an

ninh của tòa nhà...
1.3.3. Thứ tự quy trình lắp dựng
+ Gia cố đà sắt hoặc khung nhôm để treo bộ điều khiển: Chọn đà hay khung
nhôm có khả năng chịu lực phù hợp với dộ dài rail và tải trong cánh. Phần gia cố


10

này phải làm thật chắc chắn vì nếu không khi vận hành cửa sẽ rung tần số cao gây
tiềng ồn khó chịu.
+ Gắn hệ rail trượt lên đà sắt: công đoạn này cần phải làm cẩn thận và chính
xác về cao độ cũng như độ thẳng của rail trượt. Bất kỳ vị trí nào bị vênh, nghiêng
hay cao thấp khác nhau đều gây tác hại nghiêm trọng cho độ bền của cửa tự động .
+ Lắp hệ thống motor, controller, puly...: Motor và puly phải được cố định
thật chắc vì khi khởi động xung lực mạnh có thể làm trượt motor hay puly gây nguy
hiểm có thể rớt cửa ra ngoài. Dây đai truyền động không được gắn quá căng sẽ gây
tiếng rít, làm mau mòn dây đai và gây hiện tượng bó hộp số. Đường dây điện nguồn
và tín hiệu điều khiển phải cố định và gọn gàng tránh tiếp xúc với rail và dây đai sẽ
gây chập điện và đứt dây tín hiệu.
+ Lắp kính vào bánh xe trượt: Kính phải được lắp thật cân đối nếu không sẽ
gây hiện tượng mòn rail về một phía và phá hủy bánh xe.
+ Lắp cửa vào ray: Thao tác nhịp nhàng cân đối tránh làm trầy xước rail vì ta
biết rail cửa bền là nhờ lớp sơn chống mài mòn cao đó.
+ Điều chỉnh tốc độ: Kiểm tra vật cản trên rail và trên đường trượt của kính.
Bật công tắc nguồn điện chính, điều chỉnh tốc độ và các tính năng cho phù hợp từng
loại độ dài rail. Tốc độ đóng không nên nhanh quá sẽ tạo cảm giác e sợ cho người
qua lại.
+ Hoàn thiện: Lắp nắp che bảo vệ cho cửa tự động- Auto Door, dọn dẹp vệ
sinh toàn bộ hệ cửa trượt tự động và môi trường xung quanh. Chờ cho cửa trượt tự
động hoạt động trong vòng 30 phút. Nếu không có trở ngại hay điều chỉnh gì nữa

thì coi như đã kết thúc quá trình lắp dựng.
1.4. Nhiệm vụ và phân tích nhiệm vụ
Nhiệm vụ của đồ án là thiết kế mô hình cổng tự động dùng ATmega32
để làm cổng tự động ta cần biết :


Biết cách đọc và dịch datasheet của các IC để biết nguyên lí

hoạt động và chức năng của chúng.


Lập trình ứng dụng họ Vi điều khiển ATmega32.



Lập trình tự để làm 1 sản phẩm thực tế là :


11



Bước 1: Đi khảo sát thị trường, thăm dò nhu cầu của người sử

dụng như muốn thiết kế cổng theo kiểu dáng nào, khối lượng cổng bao nhiêu, vận
hành như thế nào


Bước 2: Nêu các yêu cầu với 1 cổng tự động mà thị trường

đang cần và bắt đầu ý tưởng thiết kế mô hình sản phẩm .


Bước 3: Phân tích ưu nhược điểm của từng ý tưởng 1 để chọn

ra mô hình cuối cùng .


Bước 4: Bắt tay vào làm sản phẩm thực và lập trình cho chạy



Hiểu hơn về cấu tạo cũng như hoạt động các khối chức năng

thử .
của vi điều khiển như điều khiển động cơ và tốc độ động cơ…..và các khối
chức năng khác


Rèn luyện tư duy lập trình cho vi điều khiển .


12

CHƯƠNG 2
PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGUYÊN CỨU


13

2.1. Phương pháp nguyên cứu
2.1.1. Sơ đồ tổng quát của hệ thống

Khối phím

Khối phát
hồng ngoại

Khối thu
hồng ngoại

Khối hiển thị

Khối MCU
Melga32
Khối công
suất

Hình 2.1. Sơ đồ tổng quát của hệ thống
Hệ thống hoạt động theo chương trình đã nạp trên ROM, qua sự điều khiển
của MCU Melga32. Mắt thu hồng ngoại đặt nơi có thể hứng được tia hồng ngoại
của remote tivi truyền tới tốt nhất. Mắt thu hồng nhận tín hiệu từ Remote truyền tới
rồi đưa vào vi điều khiển để giải mã rồi truyền tín hiệu ra các chân điều khiển.
Dựa vào chương trình đã nap trong VĐK và tín hiệu mà nó nhận được, mà
MCU cho các thiết bị ngoại vi hoạt động: Điều khiển led hoạt đông theo chương
trình định sẵn, điều khiển các thiết bị.
2.1.2. Phương pháp nguyên cứu
 Phương pháp nghiên cứu dựa trên lý thuyết phải phù hợp với thực tế.
nghĩa là hệ thống phải được thiết kế đơn giản trong việc lắp đặt, dễ dàng trong việc
phát triển hệ thống, có tính ổn định trong thu thập dữ liệu và mang lại hiệu quả kinh

tế khi sử dụng. Thay thế sức người bằng máy móc, tiết kiệm thời gian. Người sử
dụng dễ dàng vận hành, bảo trì. Gía thành hợp lý. Đảm bảo an toàn khi sử
dụng, ít bị ảnh hưởng do thời tiết.
Dựa vào những nguyên cứu ta nên tìm hiểu về những vấn đề sau:
 Tìm hiểu về các phương pháp thiết kế mô hình lựa chọn phương pháp
tối ưu nhất để dễ dàng cho việc thiết kế mô hình.
 Thiết kế mạch bằng chương trình orcad.


14

 Thử nghiệm và sửa chữa mạch để hoàn thiện đề tài.
 Lắp ráp mạch hoàn chỉnh.
2.2. Nội dung nguyên cứu
Trước khi đi vào tìm hiểu các phương án ta đi vào tìm hiểu các linh kiện, thiết bị
quan trọng để sau này dễ dàng lắp ghép.
2.2.1. Khái niệm về tia hồng ngoại
Anh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng
mắt thường, có bước sóng khoảng 0,8µm đến 0.9µm, 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 ứng dụng rộng rãi
trong công nghiệp. Lượng thông tin có thể đạt được 3Mbit/s… Trong kỹ thuật
truyền tin bằng sợi quang dẫn không cần các trạm khuếch đại giữa chừng, người ta
có thể truyền một lúc 15000 điện thoại hay 12 kênh truyền hình qua một sợi tơ
quang với đường kính 0,13 mm với khoảng cách 10Km đến 20 Km. Lượng thông
tin được truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ
mà người ta vẫn dùng.
Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém. Trong điều khiển từ xa
chùm tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng do đó khi thu phải đúng hướng.
Các nguồn sáng nhân tạo thường chứa nhiều sống hồng ngọai. Hình dưới cho ta

quang phổ của các nguồn phát sáng này.

Hình 2.2. Nguồn phát sáng hồng ngoại và phổ của nó


15

IRED :Diode hồng ngoại.
LA : Laser bán dẫn .
LR : Đèn huỳnh quang.
Q : Đèn thủy tinh.
W :Bóng đèn điện với dây tiêm wolfram.
PT : Phototransistor.

.

Phổ của mắt người và phototransistor(PT) cũng được trình bày để so sánh. Đèn
thủq ngân gần như không phát tia hồng ngoại. Phổ của đèn huỳnh quang bao gồm
các đặc tính của các loại khác. Phổ của transistor khá rộng. Nó không nhạy trong
vùng ánh sánh thấy được, nhưng nó cực đại ở đỉnh phổ của LED hồng ngoại.
Sóng hồng ngoại có những đặc tính quang học giống như ánh sánh (sự hội tụ qua
thấu kính, tiêu cực…). Ánh sáng và sóng hồng ngoại khác nhau rất rõ trong sự
xuyên suốt qua vật chất. Có những vật mắt ta thấy “phản chiếu sáng” nhưng đối với
tia hồng ngoại nó là những vật “phản chiếu tối”. Có những vật ta thấy nó dưới một
màu xám đục nhưng với ánh sáng hồng ngoại nó trở nên trong suốt. Điều này giải
thích tại sao LED hồng ngoại có hiệu suất cao hơn so với LED cho màu xanh lá
cây, màu đỏ… Vì rằng, vật liệu bán dẫn “trong suốt” đối với ánh sáng hồng ngoại,
tia hồng ngoại không bị yếu đi khi nó phải vượt qua các lớp bán dẫn để đi ra ngoài.
Đời sống của LED hồng ngoại dài đến 100000 giờ (hơn 11 năm), LED hồng
ngoại không phát sáng cho lợi điểm trong các thiết bị kiểm soát vì không gây sự

chú ý.
2.2.1.1. Bộ phát hồng ngoại
Bộ phát hồng ngoại trong hệ thống em sử dụng là một remote tivi của hãng
sony. Đây là thiết bị phát hồng ngoại nhỏ gọn, đặc biệt có nhiều nút mã tín hiệu và
dễ sử dụng.
* Giải mã tín hiệu remote tivi sony
Các máy phát tín hiệu sóng hồng ngoại khác nhau tùy thuộc vào thiết bị điều
khiển và do các hãng sản xuất khác nhau.


16

Hình 2.3. Các máy phát tín hiệu hồng ngoại khác nhau của Sony
Sony sử dụng mã theo tiêu chuẩn IR. Sử dụng giao thức chế độ rộng
xung,hoặc là SIRC. Dùng mã hóa độ rộng xung và điêu chế biên độ. Data payload
gồm 7 bits lệnh và 5 bits địa chỉ.
Dữ liệu được khởi đầu bằng chuỗi xung 2.4ms mark và 0.6ms space để cấu
hình cho AGC của máy thu.
Tín hiệu sóng mang từ LED hồng ngoại của remote Sony phát ra có tần số
khoảng từ 36 Khz đến 38 Khz.
Sóng mang này chuyên chở tín hiệu dữ liệu mã hóa có dạng như sau:

Hình 2.4. Mã hóa tín hiệu sony
- Bit 0 được mã hóa bằng một xung ở mức thấp 600 μs và chuyển trạng thái
sang mức cao 600 μs.
- Bit 1 được mã hóa bằng một xung ở mức thấp 600 μs và chuyển trạng
tháng
sang mức cao 1200 μs.

17

Hình 2.5. Định ước bề rộng xung, giải mã bit.

Hình 2.6. Định ước bề rộng xung, cấu trúc Frame dữ liệu

Hình 2.7. Định ước bề rộng xung, cấu trúc dãy đầy đủ
Xung Start sẽ được phát đi trước và có dạng là một tín hiệu mức cao trong
khoảng thời gian 2400 μs, tiếp theo là các bit dữ liệu. Tổng cộng có 12 bits dữ liệu
và kết thúc bằng một xung Stop ở mức thấp trong thời gian 2400 μs. Tiếp theo, tín
hiệu sẽ được duy trì ở mức thấp trong khoảng thời gian 20 ms và xung Start thứ 2 sẽ
được phát đi để báo hiệu cho sự tiếp tục của một khung dữ liệu thứ 2. Khung dữ
liệu này hoàn toàn giống với khung dữ liệu trước đó. Và cứ như thế tiếp tục cho đến
khi nào phím remote nhả ra thì thôi.
Mục đích của chúng ta là phải lấy 12 bits dữ liệu mà remote phát đi. Mỗi
phím bấm của remote sẽ cho giá trị 12 bit dữ liệu khác nhau. Dùng chương trình vi
điều khiển để phân tích 12 bits dữ liệu này thì chúng ta sẽ điều khiển tắt mở những
thiết bị điện từ xa một cách dễ dàng.


18

Khi dạng LED thu nhận mã dữ liệu từ LED phát gửi. Mã hóa dữ liệu có :

Hình 2.8. Mã hóa dữ liệu nhận

Hình 2.9. Mã số các phím remote sony.


19

2.2.1.2. Bộ thu hồng ngoại
Khi REMOTE phát tín hiệu hồng ngoại để thu được tín hiệu này ta dùng các
thiết bị thu hồng ngoại.
LED thu tín hiệu hồng ngoại PIC 1080SCL
PIC – 1018SCL là IC thu tín hiệu hồng ngoại với những ưu điểm sau:
- Là IC có kích thước nhỏ
- Phạm vi thu nhận tín hiệu xa ( +,- 45 độ)
- Khả năng chống nhiễu tốt.
a. Sơ đồ khối của PIC 1018SCL

Hình 2.10. Sơ đồ khối của PIC 1018SCL
b. Nguyên lý hoạt động
Tín hiệu hồng ngoại từ nguồn phát qua bộ truyền đến mạch thu được LED
hồng ngoại nhận rồi đưa qua ba tầng khuếch đại. Sau đó tín hiệu này được qua
mạch lọc băng thông (Band Pass Filter) để chọn dãy băng thông thích hợp. Ở ngõ ra
tín hiệu này được qua mạch khuếch đại (AGC) để tăng độ khuếch đại nếu cần thiết.
Xung này được qua mạch so sánh và phân tích truớc khi vào mạch Schmitt
Trigger.
Mạch Schmitt Trigger là mạch so sánh có phản hồi như hình sau:

Hình 2.11. Mạch Schmitt Trigger.


20

Lúc này do Vin so sánh với tín hiệu ngõ vào V+ là điện thế trên mạch phân
áp R4 – R2, nên theo sự biến thiên giữa hai mức điện áp của Vout, mạch Schimitt
Trigger cũa có hai ngưỡng so sánh là VH và VL.

Hình 2.12. Đồ thị biểu diễn ngưỡng điện áp của mạch Schmitt Trigger
Qua hình ta nhận thấy, mạch Schmitt Trigger là mạch so sánh Vin theo hai
ngưỡng H V và L V. Khi điện áp Vin vượt qua H V thì giaù trị Vout là 0V và khi
Vin thấp hơn L V thì Vout sẽ ở +Vcc (nghĩa là có sự đảo pha). Nhiệm vụ chủ yếu
của mạch Schmitt Trigger là đổi tín hiệu liên tục thành tín hiệu vuông với khả năng
chống nhiễu cao. Tín hiệu ngõ ra của mạch Schmitt Trigger qua mạch đảo sẽ cho tín
hiệu ở ngõ của PIC – 1018SCL là tín hiệu đảo.

Hình 2.13. Biểu diễn tín hiệu qua PIC – 1018SCL
Nếu có hiện tượng nhiễu thì hãy mắc thêm trở kháng 100 Ohm hoặc tụ
khoảng 100 mF.

Hình 2.14. Mạch chống nhiễu cho PIC – 1018SCL
c. Thông số kỹ thuật
- Nguồn cung cấp 2.5 - 5V , thuờng chọn 5V.


21

- Dòng tiêu thụ cực đại ngõ vào =0, Ic=1.5mA.
- Tần số dao động F0 =37.9KhZ.
- Tín hiệu ngõ ra là tín hiệu đảo.
- Mức cao ngõ ra VOH=VCC-0.5v.
- Mức thấp ngõ ra VOL=0.2v.
- Độ rộng xung = 60us.
- Hoạt động ở nhiệt độ từ -10->+60.
2.2.3. Khối điều khiển trung tâm (MCU )
2.2.3.1. Giới thiệu
Trong những thập niên cuối thế kỉ XX, từ sự ra đời của công nghệ bán dẫn,
kĩ thuật điện tử đã có sự phát triển vượt bậc. Các thiết bị điện tử sau đó đã được

tích hợp với mật độ cao và rất cao trong các diện tích nhỏ, nhờ vậy các thiết bị điện
tử nhỏ hơn và nhiều chức năng hơn. Các thiết bị điện tử ngày càng nhiều chức năng
trong khi giá thành ngày càng rẻ hơn, chính vì vậy điện tử có mặt khắp mọi nơi.
Bước đột phá mới trong công nghệ điện tử, đó là cho ra đời bộ vi xử lý đầu
tiên của công ty Intel. Đột phá ở chỗ: "Chức năng của kết cấu logic có thể thay đổi
bằng chương trình ngoài chứ không phát triển theo hướng tạo một cấu trúc phần
cứng chỉ thực hiện theo một số chức năng nhất định như trước đây.
Tuy bộ vi xử lý có khả năng vượt bậc so với các hệ thống khác về khả năng
tính toán, xử lý…, và thay đổi chương trình linh hoạt theo mục đích người dùng,
đặc biệt hiệu quả đối với các bài toán và hệ thống lớn. Tuy nhiên đối với các ứng
dụng nhỏ, tầm tính toán không đòi hỏi khả năng tính toán lớn thì việc ứng dụng vi
xử lý cần cân nhắc. Bởi vì hệ thống dù lớn hay nhỏ, nếu dùng vi xử lý thì cũng đòi
hỏi các khối mạch điện giao tiếp phức tạp như nhau. Các khối này bao gồm bộ nhớ
để chứa dữ liệu và chương trình thực hiện, các mạch điện giao tiếp ngoại vi để xuất
nhập và điều khiển trở lại, các khối này, cùng liên kết với vi xử lý thì mới thực hiện
được công việc. Để kết nối các khối này đòi hỏi người thiết kế phải hiểu biết tinh
tường về các thành phần vi xử lý, bộ nhớ, các thiết bị ngoại vi. Hệ thống được tạo ra
khá phức tạp, chiếm nhiều không gian, mạch in phức tạp và vấn đề chính là trình độ
người thiết kế.


22

Kết quả là giá thành sản phẩm cuối cùng rất cao, không phù hợp để áp dụng
cho các hệ thống nhỏ. Với một số nhược điểm trên, nên các nhà chế tạo tích hợp
một ít bộ nhớ và một số mạch giao tiếp ngoại vi cùng với vi xử lý vào một IC duy
nhất được gọi là Microcontroller-Vi điều khiển. Vi điều khiển có khả năng tương tự
như khả năng của vi xử lý nhưng cấu trúc phần cứng dành cho người dùng đơn
giản hơn. Vi điều khiển ra đời mang lại sự tiện lợi đối với người dùng, họ không
cần nắm vững một khối lượng kiến thức quá lớn như người dùng vi xử lý kết cấu

mạch điện dành cho người dùng cũng trở nên đơn giản hơn nhiều và có khả năng
giao tiếp trực tiếp với các thiết bị bên ngoài. Vi điều khiển tuy được xây dựng với
phần cứng dành cho người sử dụng đơn giản hơn, nhưng thay vào lợi điểm này là
khả năng xử lý bị giới hạn (tốc độ xử lý chậm hơn và khả năng tính toán ít hơn,
dung lượng chương trình bị giới hạn). Thay vào đó, vi điều khiển có giá thành rẻ
hơn nhiều so với vi xử lý, việc sử dụng đơn giản, thích hợp cho các ứng dụng có
chức năng đơn giản, không đòi hỏi tính toán phức tạp. Chẳng hạn như trong các dây
chuyền tự động loại nhỏ, các robot có chức năng đơn giản, trong máy giặt, ôtô v. v..
.
AVR là một họ vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất. AVR là chip vi điều
khiển 8bits với cấu trúc tập lệnh đơn giản hóa-RISC (Reduced Instruction Set
Computer), một kiểu cấu trúc đang thể hiện ưu thế trong các bộ xử lí.
Hầu hết các chip AVR có những tính năng (features) sau:
- Có thể sử dụng xung clock lên đến 16MHz, hoặc sử dụng xung clock nội
lên đến 8MHz (sai số 3%).
- Bộ nhớ chương trình Flash có thể lập trình lại rất nhiều lần và dung lượng
lớn, có SRAM (Ram tĩnh) lớn, và đặc biệt có bộ nhớ lưu trữ lập trình được
EEPROM.
- Bộ nhớ chương trình Flash có thể lập trình lại rất nhiều lần và dung lượng
lớn, có SRAM (Ram tĩnh) lớn, và đặc biệt có bộ nhớ lưu trữ lập trình được
EEPROM.
- Nhiều ngõ vào ra (I/O PORT) 2 hướng (bi-directional).
- 8 bits, 16 bits timer/counter tích hợp PWM.
- Các bộ chuyển đổi Analog – Digital, phân giải 10 bits, nhiều kênh;