Nghiên cứu và thiết kế hệ thống truyền tin không dây ứng dụng trong máy bay điều khiển từ xa

LỜI NÓI ĐẦU
Khoa học kĩ thuật ngày càng đóng vai trò quan trọng thúc đẩy sự
phát triển và tiến bộ của con người. Trong đó, vấn đề điều khiển đo lường
và liên lạc hiện nay không còn chỉ dừng lại ở phạm vi các thiết bị có dây và
điều khiển trực tiếp ở 1 khoảng cách gần mà đã được mở rộng ra một lĩnh
vực không dây, giúp con ngươi khám phá được vũ trụ và thực hiện được
nhiều nhiệm vụ mà bình thường không làm được. Một trong những hướng
phát triển của công nghệ không dây đang rất được quan tâm và nghiên cứu,
chế tạo đó là máy bay không người lái và những ứng dụng của nó trong
nhiều lĩnh vực của đời sống.
Hiện nay ở các nước trên thế giới vấn đề nghiên cứu và chế tạo máy
bay không người lái đang rất được quan tâm và đầu tư mạnh mẽ. Ở một số
nước phát triển mạnh về khoa học kĩ thuật thì vấn đề máy bay không người
lái và ứng dụng nó vào trong các nhiệm vụ thực tế là rất rộng rãi đem lại
nhiều hiệu quả to lớn trên nhiều lĩnh vực nghiên cứu khoa học, quân sự, thu
thập dữ liệu và giám sát.
Ở Việt Nam hiện nay vấn đề nghiên cứu và ứng dụng máy bay
không người lái đang bắt đầu được quan tâm, đã và đang có nhiều nhóm
nghiên cứu của các trường kỹ thuật cũng như các nhà khoa học, viện công
nghệ đã có những đề tài nghiên cứu về việc ứng dụng máy bay không
người lái vào trong đời sống, cũng như bảo vệ tổ quốc. Đặt biệt khi việt
nam có 1 diện tích rừng lớn, địa hình hiểm trở cùng với một diện tích biển
Đông rộng lớn, với việc đang cần phải bảo vệ chủ quyền biển đão thì việc
ứng dụng máy bay mô hình, hay máy bay không người lái đang là vấn đề
rất được quan tâm và chú trọng. Xuất phát từ những yêu cầu và thực tế đó,
nhóm em chọn đề tài: Nghiên cứu và thiết kế hệ thống truyền tin không
1


dây ứng dụng trong máy bay điều khiển từ xa. Đây là một phần ứng
dụng rất nhỏ trong công nghệ, kỹ thuật không dây, trong phạm vi đề tài ứng

dụng để thực hiện công tác nghiên cứu đo lường ở những vùng, khu vực
nguy hiểm, địa hình phức tạp, giám xác các hoạt động như cháy rừng, chủ
quyền biển. Trong một khoảng thời gian ngắn nhóm đã chọn và thực hiện
nhiệm vụ đo nhiệt độ trong vùng bay bằng một cảm biến nhiệt độ được gắn
trên máy bay, nhờ đó nhiệt độ cần đo tại vùng bay sẽ được đo lường truyền
về trung tâm tại mặt đất bằng các thiết bị hiển thị có giao tiếp với máy tính
bằng cách sử dụng modul thu phát sóng RF. Với đề tài này còn có thể phát
triển rộng hơn bằng cách tích hợp nhiều cảm biến hoặc gắn thêm camera để
thực hiện đo lường và nhiều nhiệm vụ hơn.
Để đề tài được hoàn thành đúng thời hạn chúng em xin chân thành
cảm ơn sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của thầy Nguyễn Hoàng Mai,
đồng thời chúng em cũng xin cảm ơn các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ nhóm.
Vì thời gian có hạn nên chắc chắn đề tài còn có nhiều sai sót và hạn chế
mong thầy cô thông cảm, góp ý để đề tài của nhóm được hoàn thiện và
chính xác hơn.

Đà nẵng, ngày

tháng

Sinh viên

2

năm 2013


Mục lục
LỜI NÓI ĐẦU ..............................................................................................1
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..............................................................9

DANH MỤC CÁC HÌNH ..........................................................................10
DANH MỤC CÁC BẢNG .........................................................................14
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SÓNG RF...............................................14
1.1 Giới thiệu cơ bản về sóng RF..................................................14
1.1.1 Bức xạ điện từ.................................................................15
1.1.2 Phase...............................................................................16
1.1.3 Thời gian và pha..............................................................16
1.2 Các phương pháp điều chế.....................................................17
1.2.1 Điều biên.........................................................................18
1.2.2 Điều tần...........................................................................19
1.2.3 Điều pha..........................................................................19
1.3 Cấu tạo nguyên lý và ưu điểm của một mạch thu phát sóng RF
.................................................................................................................19
1.3.1 Mạch phát sóng RF:........................................................19
1.3.2 Mạch thu sóng RF............................................................21
1.3.3 Ưu điểm và hạn chế của mạch thu phát sóng RF............21
1.4 Phương thức truyền sóng trong thông tin vi ba......................22
1.4.1 Phân loại sóng theo bước sóng........................................22
1.4.2 Phân loại sóng theo phương thức truyền lan....................22
3


1.4.3 Đặc điểm của hệ thống VIBA..........................................23
1.4.4 Các mạng VIBA số........................................................24
1.5 GPS.........................................................................................26
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ MODULE TRUYỀN NHẬN RF
NRF24L01

28

2.1 Giới thiệu Module nRF24L01.................................................28
2.1.1 Các đặc điểm của NRF24L01..........................................28
2.1.2 Sơ đồ khối của Module nRF24L01..................................29
2.1.3 Chức năng tổng quát của Module nRF24L01..................29
2.1.4 Đặc điểm hoạt động tiêu biểu..........................................32
2.2 Các ứng dụng trong thực tế của Module nRF24L01 và phương
hướng sử dụng của đề tài.........................................................................33
2.2.1 Các ứng dụng tiêu biểu....................................................33
2.2.2 Phương án của đề tài........................................................33
CHƯƠNG 3. TỔNG QUAN VỀ MÁY BAY MÔ HÌNH VÀ KHÍ ĐỘNG
HỌC CỦA MÁY BAY MÔ HÌNH.............................................................34
3.1 Máy bay, máy bay mô hình....................................................34
3.1.1 Máy bay, cấu tạo và chức năng.......................................34
3.1.2 Máy bay mô hình, cấu tạo và chức năng.........................35
3.1.3 Phân loại máy bay mô hình.............................................37
3.2 Khí động học máy bay mô hình..............................................39
3.2.1 Tại sao máy bay bay được...............................................40
3.2.2 Sự liên quan giữa tốc độ, góc tấn và lực nâng................43
4


3.2.3 Sự liên quan giữa trọng tải cánh và tốc độ......................44
3.2.4 Sự liên quan giữa đường dòng không khí và máy bay....45
3.2.5 Tác dụng của ổn định và các loại cân bằng.....................47
3.2.6 Thăng bằng theo trục ngang.............................................47
3.2.7 Thăng bằng theo trục đứng..............................................49
3.3 Lực kéo của cánh quạt.............................................................51
3.4 Máy bay mô hình thiết kế.......................................................52
CHƯƠNG 4. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MODULE TRUNG TÂM.........54
4.1 Giới thiệu chung vi điều khiển PIC 16F877A........................54

4.1.1 Các dạng sơ đồ chân........................................................54
4.1.2 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A..........................55
4.1.3 Chức năng các chân của PIC16F877A.............................56
4.1.4 Đặc điểm vi điều khiển PIC16F877A ............................58
4.2 Tổ chức bộ nhớ.......................................................................60
4.2.1

Bộ nhớ chương trình....................................................60

4.2.2 Bộ nhớ dữ liệu ...............................................................61
4.2.3 Stack ...............................................................................65
4.3 Các cổng xuất nhập của PIC16F877A...................................66
4.3.1 PortA................................................................................66
4.3.2 PortB...............................................................................67
4.3.3 PortC...............................................................................67
4.3.4 PortD................................................................................67
4.3.5 PortE................................................................................68
5


4.4 Timer 0...................................................................................68
4.5 Timer 1...................................................................................70
4.6 Timer 2...................................................................................72
4.7 ADC .....................................................................................74
4.8 CCP (Capture/Compare/PWM)..............................................76
4.9 Giao tiếp nối tiếp ...................................................................80
4.9.1 USART............................................................................80
4.9.2 MSSP .............................................................................81
4.10 Cổng giao tiếp song song PSP (PARALLEL SLAVE PORT)
.................................................................................................................82

4.11 Chuẩn giao tiếp SPI...............................................................82
4.11.1 Giao tiếp SPI trong pic .................................................83
4.11.2 I2C.................................................................................86
4.11.3 Hoạt động của SPI trong PIC........................................87
4.11.4 Thiết lập chân vào/ra SPI.............................................88
4.11.5 Pic ở model master SPI.................................................89
4.11.6 Pic ở modul slave SPI...................................................89
4.12 Giới thiệu về max232 và cổng com......................................91
4.13 Giới thiệu chung về LCD 16x2.............................................94
4.14 Giới thiệu chung về cảm biến nhiệt độ LM35......................96
CHƯƠNG 5. NỘI DUNG ĐỀ TÀI THIẾT KẾ..........................................98
5.1 Thiết kế bộ phận truyền dữ liệu qua sóng rf...........................98
5.1.1 Sơ đồ khối và nguyên lí làm việc.....................................98
6


5.1.2 Thiết kế phần cứng của hệ thống truyền dự liệu qua sóng
RF........................................................................................................99
5.2 Thiết kế phần cứng cho máy bay mô hình............................101
5.2.1 Motor .............................................................................102
5.2.2 Bộ điều tốc (ESC).........................................................104
5.2.3 Battery............................................................................106
5.2.4 Cánh quạt và transmitterSS............................................107
5.2.5 Động cơ servo................................................................108
5.3 Thiết kế chương trình điều khiển..........................................109
5.3.1 Nhiệm vụ chính của chương trình điều khiển................109
5.3.2 Các module chính của chương trình..............................109
5.4 Thiết kế chương trình và giao diện truyền lên máy tính.......127
5.4.1 Giao diện truyền lên máy tính........................................127
5.4.2 Chương trình truyền lên máy tính..................................127

CHƯƠNG 6. ỨNG DỤNG, HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA
ĐỀ TÀI

132
6.1 Ứng dụng ..............................................................................132
6.1.1 Trong lĩnh vực quân sự: ................................................132
6.2 Kết quả đạt được...................................................................134
6.3 Phạm vi ứng dụng.................................................................137
6.4 Hạn chế của đề tài.................................................................137
6.5 Hướng phát triển của đề tài...................................................138
6.6 Kinh nghiệm và bào học rút ra từ đề tài................................138
7


8


Danh mục các từ viết tắt
RF

Radio Frequency

AM

Amplitude Modulation

FM

Frequency Modulation

WLAN

Wireless Local Area Network

ASK

Amplitude Shift Keying

FSK

Frequency Shift Keying

PSK

Phase Shift Keying

9


Danh mục các hình
Stt

Chú thích

Trang
15

Hình 1.1

Sơ đồ kết cấu hệ thống điều khiển từ xa

Hình 1.2

Biên độ và góc pha của sóng

16

Hình 1.3

Pha của sóng vô tuyến

17

Hình 1.4

Sơ đồ khối mạch phát sóng RF

21

Hình 1.5

Sơ đồ khối mạch thu sóng RF

22

Hình 1.6

Sơ đồ mạng viba số nối nhiều điểm

26

Hình 1.7

Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạng GPS

28

Hình 2.1

Module nRF24L01

29

Hình 2.2

Sơ đồ khối của nRF24L01

30

Hình 2.3

Sơ đồ nguyên lý Module nRF24L01

32

Hình 2.4

Sơ đồ phần cứng

33

Hình 3.1

Cấu tạo của máy bay

35

Hình 3.2

Cấu tạo của máy bay mô hình

37

Hình 3.3

Các loại mô hình máy bay

38

Hình 3.4

Các hình dáng của máy bay mô hình

40

Hình 3.5

Sự cân bằng lực của máy bay

41

Hình 3.6

Cánh máy bay

43

Hình 3.7

Lực cản máy bay

44

Hình 3.8

Ảnh hưởng của không tốc đến đường dòng của

47

máy bay
Hình 3.9

Không ổn định theo trục ngang

49

Hình 3.10

Tác dụng của góc vênh A

50

Hình 3.11

Tác dụng của đuôi đứng

52

Hình 3.12

Đinh vít bắt vào gỗ

53

Hình 3.13

Vị trí đặt động cơ bước và mạch thu

53

Hình 3.14

Phần dưới bụng của máy bay

54

10


Hình 4.1

Vi điều khiển PIC16F877A/PIC16F874A và các

55

dạng sơ đồ chân
Hình 4.2

Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A

56

Hình 4.3

Sơ đồ các chân vi điều khiển PIC16F877A

57

Hình 4.4

Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A

63

Hình 4.5

Sơ đồ khối của Timer0

70

Hình 4.6

Sơ đồ khối của Timer1

72

Hình 4.7

Sơ đồ khối Timer2

74

Hình 4.8

Các cách lưu kết quả chuyển đổi AD

76

Hình 4.9

Sơ đồ khối CCP (Compare mode)

78

Hình 4.10

Hình sơ đồ khối của SPI trong vi điều khiển PIC

84

Hình 4.11

Dạng sóng của SPI slave

92

Hình 4.12

Sơ đồ chân của MAX 232

93

Hình 4.13

Hình ảnh về cổng COM

93

Hình 4.14

Chức năng các chân cổng COM

94

Hình 4.15

Hình ảnh về LCD 16x2

95

Hình 4.16

Hình ảnh cảm biến nhiệt độ LM35

97

Hình 5.1

Mạch đo nhiệt độ đặt trên máy bay

99

Hình 5.2

Sơ đồ khối mạch hiển thị kết quả máy bay đo được

99

Hình 5.3

Sơ đồ khối mạch nguồn cung cấp

100

Hình 5.4

Sơ đồ nguyên lý mạch thu phát

101

Hình 5.5

Bản vẽ thiết kế thân máy bay

102

Hình 5.6

Động cơ Himodel A2212/13 1000kv

103

Hình 5.7

ESC Skywalker-40A

105

Hình 5.8

Pin lipo 1000 20C

106

Hình 5.9

Cánh loại 10x4.7

107

Hình 5.10

Transmitter Tx Flysky FS-C6TB

107

Hình 5.11

Tower pro SG900

108

Hình 5.12

Giao diện visual studio

128

Hình 6.1

Hình ảnh máy bay điều khiển từ xa chụp lại

133

11


Hình 6.2

Một máy bay điều khiển từ xa sắp cất cánh

134

Hình 6.3

Máy bay dùng làm mục tiêu bay của quân đội việt

135

nam
Hình 6.4

Mô hình máy bay sau khi được dán ghép

136

Hình 6.5

Máy bay sau khi được gắn các linh kiện

137

Hình 6.6

Mô hình máy bay đã hoàn tất và đưa đi test

137

Hình 6.7

Máy bay không người lái của không quân Việt

138

Nam

12


Danh mục các bảng
Stt
Bảng 4.1

Chú thích
Tóm tắt đặc điểm của VDK PIC 16F877A

Bảng 4.2

Nguyên lý làm việc CCP

13

Trang
61
77


CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN VỀ SÓNG RF

1.1 Giới thiệu cơ bản về sóng RF
Để hiểu tại sao và làm thế nào các thiết bị wireless hoạt động được
thì việc nắm rõ các kiến thức cơ bản về trường điện từ, anten và một số các
thuật ngữ liên quan là rất cần thiết. Nếu không có những kiến thức cơ bản
này, có thể ta sẽ không lắp đặt được chính xác các thiết bị wireless và khó
xử lý sự cố .
Thiết bị phát

Đường truyền

Thiết bị thu

Hình 1.1: Sơ đồ kết cấu hệ thống điều khiển từ xa
Trong một phiên truyền thông, vì tận cùng bản chất của dữ liệu là
bao gồm các bit 0 và 1, bên phát dữ liệu cần có một cách thức để gửi các
bit 0 và 1 cho bên nhận. Một tín hiệu xoay chiều hay một chiều tự nó sẽ
không thực hiện tác vụ này. Tuy nhiên, nếu một tín hiệu có thay đổi và dao
động, dù chỉ một ít, sự thay đổi này sẽ giúp phân biệt bit 0 và bit 1. Lúc đó,
dữ liệu cần truyền sẽ có thể gửi và nhận thành công dựa vào chính sự thay
đổi của tín hiệu. Dạng tín hiệu đã điều chế này còn được gọi là sóng mang
(carrier signal). Có ba thành phần của dạng sóng có thể thay đổi để tạo ra
sóng mang đó là biên độ, tần số và pha. Tất cả các dạng truyền thông dùng
sóng vô tuyến đều dùng vài dạng điều chế để truyền dữ liệu. Để mã hóa dữ
liệu vào trong một tín hiệu gửi qua sóng AM/FM, điện thoại di động,
truyền hình vệ tinh, ta phải thực hiện một vào kiểu điều chế trong sóng vô
tuyến đang truyền.
Truyền thông vô tuyến bắt đầu khi các sóng vô tuyến được tạo ra từ
một thiết bị phát và gửi đến máy nhận ở một vị trí khác. Sóng vô tuyến
14

tương tự như các cơn sóng mà ta hay gặp ở biển hay hồ. Sóng có hai thành
phần chính: biên độ và bước sóng.
Biên độ là chiều cao, độ mạnh hoặc công suất của sóng. Nếu ta đang
đứng trước biển khi các cơn sóng đi vào bờ, ta có thể cảm nhận sức mạnh
của những con sóng lớn so với những cơn sóng nhỏ. Thiết bị ăngten cũng
thực hiện một chức năng tương tự như với sóng vô tuyến. Các sóng lớn
thường tạo ra nhiều tín hiệu điện trong một ăngten, giúp cho tín hiệu dễ
nhận ra hơn.

Hình 1.2: Biên độ và góc pha của sóng
1.1.1 Bức xạ điện từ
Đầu tiên ta xét đến sóng điện từ. Bức xạ điện từ bao gồm sóng radio,
vi ba, hồng ngoại, ánh sáng khả kiến, tia cực tím, tia X, và tia γ. Tất cả
chúng đều truyền đi với vận tốc ánh sáng là c = 3*10^8 m/s và tạo ra phổ
điện từ. Sự khác nhau giữa các loại sóng điện từ này phụ thuộc vào bước
sóng của mỗi loại và chính các bước sóng này liên quan trực tiếp đến năng
lượng của sóng.
Khi chúng ta cung cấp một dòng điện xoay chiều có tần số cao vào
một dây dẫn thì dây dẫn đó sẽ tạo ra sóng điện từ (radio wave) và truyền ra
không gian theo phương thẳng về mọi hướng. Ví dụ dễ hình dung nhất là
sự phát ánh sáng của mặt trời.
15


Nếu lấy một viên đá thả xuống hồ nước, ta sẽ tạo ra những gợn sóng
nhấp nhô lên xuống và di chuyển dần ra xa, sóng điện từ cũng bức xạ ra
ngoài với hình dáng y hệt như thế và phát năng lượng ra môi trường xung
quanh.

1.1.2 Phase
Pha là một thuật ngữ mang tính tương đối. Nó chỉ ra mối quan hệ
giữa hai sóng có cùng tần số. Để xác định pha, bước sóng được chia thành
360 phần, được gọi là độ. Nếu ta xem thông số này như thời gian bắt đầu
thì nếu có một sóng bắt đầu từ điểm 0 độ và một sóng khác bắt đầu lúc 90
độ, hai sóng này được xem là lệch pha nhau 90 độ.

0

90

180

270

360

Hình 1.3: Pha của sóng vô tuyến
Trong một môi trường lý tưởng, sóng được tạo ra và truyền từ một
máy này và nhận một cách hoàn hảo bên máy kia. Tuy nhiên, truyền thông
vô tuyến không xảy ra trong môi trường lý tưởng, có nhiều nguồn gây
nhiễu và nhiều vật cản ảnh hưởng đến sóng khi nó đang di chuyển.
1.1.3 Thời gian và pha
Giả sử ta có hai đồng hồ đang đứng yên và cả hai cùng chỉnh về 12
giờ. Lúc 12 giờ, bạn khởi động đồng hồ đầu tiên và sau đó một giờ, bạn
khởi động đồng hồ thứ hai. Đồng hồ thứ hai được xem là đi chậm hơn đồng
16


hồ thứ nhất một giờ. Khi thời gian trôi đi, đồng hồ thứ hai cũng vẫn đi sau

đồng hồ thứ nhất 1 giờ. Cả hai đồng hồ cùng duy trì một ngày 24 giờ nhưng
cả hai không đồng bộ với nhau. Các sóng lệch pha nhau thì cũng là hai
sóng xuất phát ở những thời gian khác nhau. Cả hai sóng sẽ hoàn thành chu
kỳ 360 độ nhưng nó sẽ lệch pha với nhau.
1.2

Các phương pháp điều chế
Để dữ liệu có thể được truyền, tín hiệu phải được xử lý sao cho bên

thiết bị thu có cách để phân biệt bit 0 và 1. Phương pháp xử lý tín hiệu sao
cho nó tượng trưng cho nhiều mẫu dữ liệu được gọi là điều chế. Phương
thức này sẽ biến tín hiệu vào trong sóng mang. Phương thức này mã hóa dữ
liệu sao cho nó có thể truyền đi. Có ba kiểu điều chế: điều biên (Amplitude
Shift Keying - ASK), điều tần – (Frequency Shift Keying - FSK), và điều
pha (Phase Shift Keying - PSK).
Ý tưởng cho phần điều chế tín hiệu trong WLAN là để chứa càng
nhiều dữ liệu càng tốt vào trong tín hiệu và để giảm thiểu lượng dữ liệu có
thể bị mất do nhiễu. Khi dữ liệu bị mất, nó phải được truyền lại, và vì vậy
làm tốn đường truyền của mạng không dây.
Có hai kỹ thuật khác nhau được dùng để mô tả dữ liệu:
Trạng thái hiện hành (current state): với kỹ thuật này, giá trị hiện
hành của tín hiệu được dùng để phân biệt giá trị 0 và 1. Kỹ thuật này sẽ gán
một giá trị cụ thể để chỉ ra giá trị nhị phân là 0 hay là 1. Ở một thời điểm cụ
thể, giá trị của tín hiệu sẽ xác định giá trị nhị phân. Ví dụ, ta có thể mô tả
giá trị 0 và 1 bằng một cánh cửa bình thường. Mỗi một phút, ta kiểm tra
xem cửa là đóng hay mở. Nếu cửa là đang mở, nó tượng trưng cho giá trị 0.
Nếu cửa đang đóng, nó tượng trưng cho giá trị 1. Tình trạng hiện thời của
cánh cửa, đóng hay mở, sẽ xác định giá trị 0 hay 1.
17

Chuyển trạng thái (state transition): với kỹ thuật này, sự thay đổi
hay chuyển tín mức tín hiệu sẽ được dùng để phân biệt 0 và 1. Kỹ thuật này
có thể mô tả giá trị 0 bằng cách thay đổi pha của sóng ở một thời điểm cụ
thể, trong khi giá trị 1 sẽ đặc trưng bằng việc giữ nguyên pha. Ở một thời
điểm cụ thể, yếu tố có sự thay đổi hay không có sự thay đổi trong pha của
tín hiệu sẽ được dùng để xác định giá trị nhị phân. Ví dụ cánh cửa bên trên
có thể được dùng lại một lần nữa để minh họa. Cứ mỗi một phút, nếu cánh
cửa đang di chuyển (dù để mở hay để đóng), nó tượng trưng cho giá trị 0.
Nếu cánh cửa đứng yên (dù đang mở hay đóng), nó tượng trưng giá trị 1.
Trong ví dụ này, trạng thái chuyển đổi (di chuyển hay không di chuyển) sẽ
xác định giá trị 0 hay 1.
1.2.1 Điều biên
Điều biên thay đổi biên độ hay còn gọi là độ cao của tín hiệu để mô
tả dữ liệu nhị phân. Điều biên dùng kỹ thuật trạng thái hiện hành, trong đó
một mức biên độ được dùng để tượng trưng mức 0 và một mức được dùng
để tượng trưng mức 1.
Chính biên độ của sóng sẽ xác định dữ liệu đang được truyền. Đầu
tiên đầu thu sẽ chia tín hiệu nhận được ra thành những khoản thời gian
được gọi là thời gian lấy mẫu. Đầu phát sau đó sẽ kiểm tra sóng để tìm ra
biên độ. Tùy thuộc vào giá trị biên độ của sóng, đầu phát sẽ xác định giá trị
nhị phân đang được truyền.
Như ta cũng biết, các tín hiệu không dây thì có thể bị nhiễu từ nhiều
nguồn. Khi nhiễu xảy ra, nó thường ảnh hưởng đến biên độ của tín hiệu. Vì
khi có một sự thay đổi trong biên độ có thể làm cho thiết bị phát diễn dịch
sai giá trị dữ liệu, kỹ thuật này phải được dùng một cách cẩn thận.

18

1.2.2 Điều tần
Điều tần thay đổi tần số tín hiệu để mô tả dữ liệu nhị phân. Điều tần
dùng kỹ thuật trạng thái hiện hành, trong đó một mức tần số có thể tượng
trưng cho bit 0 và một tần số khác tượng trưng cho bit 1. Sự thay đổi tần số
sẽ xác định dữ liệu đang được truyền. Bên đầu thu lấy mẫu của tín hiệu, nó
sẽ xác định tần số của sóng, và tuỳ thuộc vào giá trị tần số, đầu thu sẽ xác
định giá trị nhị phân.
Trong các chuẩn 802.11 ban đầu, kỹ thuật điều tần FSK được dùng.
Khi yêu cầu truyền thông nhanh hơn, kỹ thuật FSK sẽ đòi hỏi nhiều kỹ
thuật đắt hơn để hỗ trợ tốc độ nhanh hơn. Điều này làm cho nó không còn
thực tế.
1.2.3 Điều pha
Kỹ thuật này sẽ thay đổi pha của tín hiệu để mô tả dữ liệu nhị phân.
Điều pha dùng kỹ thuật thay đổi trạng thái, trong đó một pha dùng để mô tả
bit 0 và một pha khác dùng để mô tả mức 1. Sự thay đổi trạng thái của pha
sẽ xác định dữ liệu đang được truyền. Khi thiết bị nhận lấy mẫu tín hiệu, nó
sẽ xác định pha và trạng thái của bit.
Điều pha dùng nhiều trong các chuẩn 802.11. Một cách tiêu biểu,
bên thiết bị nhận sẽ lấy mẫu tín hiệu và so sánh pha của mẫu hiện hành với
pha trước đó và xác định sự khác nhau. Sự khác nhau trong pha (lệch pha)
sẽ được dùng để xác định giá trị bit.
1.3 Cấu tạo nguyên lý và ưu điểm của một mạch thu phát sóng RF
1.3.1 Mạch phát sóng RF:
Nguyên lý làm việc của 1 mạch phát sóng RF:

19


Tín hiệu đi ra từ vi điều khiển sau đó được lọc nhiễu và tiến hành mã
hóa, để có thể truyền đi xa phải kết hợp với sóng có năng lượng cao. Chính

vì vậy người ta đã dùng một mạch dao động LC để tạo ra sóng điện từ có
tần số ổn định để làm sóng mang đưa tín hiệu đi xa và sau đó qua một
mạch khuếch đại, cuối cùng sóng mang được phát vào môi trường xung
quanh nhờ 1 ăngten.

Hình 1.4: Sơ đồ khối mạch phát sóng RF

20


1.3.2 Mạch thu sóng RF

Hình 1.5 Sơ đồ khối mạch thu sóng RF
Sóng mang sau khi được phát ra vào môi trường xung quanh thì
trong không gian cũng tồn tại nhiều sóng có tần số khác nhau. Nhờ có
mạch giao động mà khi tín hiệu gửi đi từ bộ phát sóng RF có cùng tần số sẽ
sảy ra cộng hưởng làm biên độ và pha có giá trị lớn sau đó nó được đưa
qua 1 mạch lọc để tách sóng rồi được lọc nhiễu và mã hóa trước khi đưa tín
hiệu vào vi điều khiển.
1.3.3 Ưu điểm và hạn chế của mạch thu phát sóng RF
Ưu điểm: Truyền sóng với khoảng cách xa, không phụ thuộc vào vật
cản như bộ thu phát sóng hồng ngoại và khắc phục được nhược điểm của
bộ thu phát sóng hồng ngoại là khoảng cách gần.
Nhược điểm: Khó chế tạo các cuộn cảm và lựa chọn giá trị tụ điện
làm mạch dao động cộng hưởng cho bộ phát. Hơn nữa để hiệu chỉnh đúng
tần số giữa bên phát và bên thu là một vấn đề khó và cần nhiều thời gian.
21


1.4

Phương thức truyền sóng trong thông tin vi ba

1.4.1 Phân loại sóng theo bước sóng
Tần số cực kỳ thấp: có giá trị nằm trong phạm vi từ 30 – 300Hz,
chứa cả tần số điện mạng AC, và các tín hiệu đo lường từ xa tần
thấp.
Các tần số tiếng nói: có giá trị nằm trong khoảng từ 300Hz – 30Ghz,
phổ tín hiệu thoại từ 03 – 3,4Khz các tần số rất thấp VLF từ 3Ghz – 30Ghz,
chứa phần trên của dải nghe được của tiếng nói dùng cho các hệ thống an
ninh, quân sự.
Tần số thấp: LF từ 30Khz – 300KHz là sóng dài dành cho thông tin
hàng hải, hàng không.
Tần số trung bình: MF từ 300KHz – 3 Mhz gọi là sóng
trung.
Tần số cao: HF từ 3Mhz – 30MHz là sóng ngắn ứng dụng thông tin
cự li xa xuyên lục địa, phat thanh quảng bá.
Tần số rất cao: VHF, 30MHz – 300Mhz là sóng mét dành cho thông
tin di động, phát thanh FM thương mại.
Tần số cực cao: UHF từ 300MHz – 3Ghz là sóng dm dùng cho hệ
thống rada, hệ thống thông tin vi ba vệ tinh.
Tần số siêu cao: SHF từ 3GHz – 30Ghz là sóng cm dùng cho thông
tin vi ba vệ tinh.
1.4.2 Phân loại sóng theo phương thức truyền lan.
Các sóng bức xạ từ điểm phát có thể đến được các điểm thu theo
những đường khác nhau.
22


Sóng mặt đất là: các sóng truyền lan dọc theo bề mặt trái đất (sóng

bề mặt).
Sóng điện li là: các sóng đi tới các lớp riêng biệt của tầng ion và
phản xạ lại được gọi (sóng trời).
Sóng không gian gồm: sóng trực tiếp và sóng phản xạ từ mặt đất,
sóng phản xạ tầng đối lưu.
Phương thức truyền sóng trong thông tin vi ba là phương thức truyền
thẳng.
Trong thực tế hiện nay thường tính toán tối ưu độ cao anten ứng với
R=50km. Do đó để đảm bảo thông tin 1 cách chắc chắn và tin cậy thì anten
của thiết bị thu và anten của thiết bị phát phải nhìn thấy nhau, do bề mặt
trái đất có độ cong nhất định và địa hình phức tạp nên môi trường truyền
dẫn ảnh hưởng đến thông tin trong tầm nhìn thẳng. Để tăng cự li liên lạc thì
tăng độ cao anten, thiết lập các trạm trung gian có chức năng chuyển tiếp.
Chức năng của trạm chuyển tiếp là: thực hiện chức năng khuếch đại
để bù đắp suy hao trên đường truyền sau đó, nó phát đi đến trạm trung gian
kế tiếp để chuyển tiếp tình trạng trung gian là anten phát và anten thu đặt
gần nhau.
1.4.3 Đặc điểm của hệ thống VIBA
Ưu điểm:
Nhờ các phương thức mã hoá và ghép kênh theo thời gian dùng các
vi mạch tích hợp cỡ lớn nên thông tin xuất phát từ các nguồn khác nhau
như điện thoại, máy tính, facsimile, telex, video... đựợc tổng hợp thành
luồng bit số liệu tốc độ cao để truyền trên cùng một sóng mang vô tuyến.

23


Nhờ sử dụng các bộ lặp tái sinh luồng số liệu nên tránh được nhiễu
tích luỹ trong hệ thống số. Việc tái sinh này có thể được tiến hành ở tốc độ
bit cao nhất của băng tần gốc mà không cần đưa xuống tốc độ bit ban đầu.

Nhờ có tính chống nhiễu tốt, các hệ thống vi ba số có thể hoạt động
tốt với tỉ số sóng mang / nhiễu (C/N)>15dB. Trong khi đó hệ thống vi ba
tương tự yêu cầu (C/N) lớn hơn nhiều (>30dB, theo khuyến nghị của
CCIR). Điều này cho phép sử dụng lại tần số đó bằng ph-ơng pháp phân
cực trực giao, tăng phổ hiệu dụng và dung lượng kênh.
Cùng một dung lượng truyền dẫn, công suất phát cần thiết nhỏ hơn
so với hệ thống tương tự làm giảm chi phí thiết bị, tăng độ tin cậy, tiết kiệm
nguồn. Ngoài ra, công suất phát nhỏ ít gây nhiễu cho các hệ thống khác.
1.4.4

Các mạng VIBA số
Thường các mạng vi ba số được nối cùng với các trạm chuyển mạch

như là một bộ phận của mạng trung kế quốc gia hoặc trung kế riêng, hoặc
là nối các tuyến nhánh xuất phát từ trung tâm thu thập thông tin khác nhau
đến trạm chính. (ứng dụng trong các trung tâm chuyển mạch hoặc tổ chức
các mạng Internet).
Mạng vi ba số điểm nối điểm: Mạng vi ba số điểm nối điểm hiện nay
được sử dụng phổ biến. Trong các mạng đường dài thường dùng cáp sợi
quang còn các mạng quy mô nhỏ hơn như từ tỉnh đến các huyện hoặc các
ngành kinh tế khác người ta thường sử dụng cấu hình vi ba số điểm-điểm
dung lượng trung bình hoặc cao nhằm thoả mãn nhu cầu của các thông tin
và đặc biệt là dịch vụ truyền số liệu. Ngoài ra, trong một số trường hợp vi
ba dung lượng thấp là giải pháp hấp dẫn để cung cấp trung kế cho các
mạng nội hạt, mạng thông tin di động.
Mạng viba số điểm nối nhiều điểm:
24


Hình 1.6: Sơ đồ mạng viba số nối nhiều điểm

Mạng vi ba số này trở thành phổ biến trong một số vùng ngoại ô và
nông thôn. Mạng bao gồm một trạm trung tâm phát thông tin trên một
anten đẳng hướng phục vụ cho một số trạm ngoại vi bao quanh. Nếu các
trạm ngoại vi này nằm trong phạm vi (bán kính) truyền dẫn cho phép thì
không cần dùng các trạm lặp, nếu khoảng cách xa hơn thì sẽ sử dụng các
trạm lặp để đưa tín hiệu đến các trạm ngoại vi. Từ đây, thông tin sẽ được
truyễn đến các thuê bao. Thiết bị vi ba trạm ngoại vi có thể đặt ngoài trời,
trên cột.v.v... mỗi trạm ngoại vi có thể được lắp đặt thiết bị cho nhiều trung
kế. Khi mật độ cao có thể bổ sung thêm thiết bị được thiết kế để hoạt động
trong các băng tần 1,5GHz -1,8GHz và 2,4GHz sử dụng một sóng mang
cho hệ thống hoàn chỉnh.
Hiện nay các hệ thống điểm nối đến đa điểm 19GHz đã được chế tạo
và lắp đặt ở Châu Âu để cung cấp các dịch vụ số liệu (Kbit/s) Internet trong
mạng nội hạt khoảng cách 10Km. Trạm trung tâm phát tốc độ bit khoảng
8,2Mb/s và địa chỉ mỗi trạm lại sử dụng kỹ thuật TDMA.

25