Điều khiển các thiết bị từ xa bằng sóng RF

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT
KHOA VẬT LÝ
NGÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

LỜI MỞ ĐẦU

BÁO CÁO
Ngày nay công nghệ không dây đang phát triển rất mạnh mẽ cùng với các
thiết bị không dây ngày càng hiện đại cho phép người sử dụng có thể phát triển
nhiều ứng dụng thực tế, nhất là trong lĩnh vự điều khiển từ xa và truyền số liệu.

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1

Trước thực tế trên nhóm em đã chọn đề tài: “ Điều khiển từ xa sử dụng sóng
RF ” .Nhằm phục vụ cho việc đóng mở các thiết bị đặt ở đằng xa thông qua sóng
vô tuyến.Với chức năng hoạt động của mạch cho phép người điều khiển đứng ở
khoảng cách xa (tối đa 100m) điều khiển thiết bị mà không cần đến nơi đặt thiết bị
mới có thể vận hành chúng.

Tên đề tài:

Điều Khiển từ xa sử dụng sóng RF

Cơ sở lý thuyết: Hiện nay có nhiều phương pháp để lựa chọn thiết bị điều
khiển từ xa như: sóng hồng ngoại, mạng không dây, mạng điện thoại, sóng RF…
Dựa trên những kiến thức đã học và khả năng vận dụng, nhóm đã lựa chọn phương
pháp điều khiển thiết bị từ ra qua sóng RF với khả năng ứng dụng cao, dễ sử dụng
nên thiết bị được chọn là bộ thu phát RF hoạt động qua việc sử dụng tính năng
của cặp IC PT2262/PT2272.
hoạt động
choLộc

phép từ 50-100m với tần số hoạt
GVHD: Tầm
Ths. Nguyễn
Hữu
Lý4 kênh. Thông qua đó, dựa trên ứng dụng của
động 315Mhz, choKhoa:
phép điều Vật
khiển
Lớp:việc vớiVTK36
mạch động lực để làm
điện xoay chiều dân dụng.
SVTH:
Đỗ Thị Ánh
MSSV: 1212057
Nguyễn
Thiên
Namem nângMSSV:
Thông qua quá trình làm
đồ án giúp
chúng
cao kĩ 1210225
năng làm việc
trên mạch thực tế ,vận dụng lý thuyết đã được học vào quá trình làm mạch ,áp
dụng vào thực nghiệm.
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều trong quá trình làm đồ án và đạt được mục tiêu
đã đạt ra,nhưng không tránh khỏi một số thiếu sót.Qua đó nhóm em mong nhận
được sự đóng góp ý kiến, bổ sung của thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện
tốt hơn.
Nội dung bài báo cáo gồm 5 phần:
1

Phần 1: Tổng quan về sóng RF
Phần 2: Giới thiệu linh kiện sử dụng trong mạch
Phần 3: Nguyên lý hoạt động của mạch
Phần 4: Thi công mạch
Phần 5: Kết luận và hướng phát triển.

Phần 1: Khái niệm sóng RF:

Sóng vô tuyến (RF) là các dao động lặp đi lặp lại và có khả năng truyền đi
xa trong không gian và đặc trưng bởi các đặc điểm tần số, bước sóng, biên độ…
Chúng ta có thể sử dụng sóng điện từ để “giao tiếp” giữa máy phát và máy thu
Làm sao tạo ra sóng RF:
Người ta dùng mạch dao động cộng hưởng LC, khi mạch LC bị kích thích,
trong cuộn dây sẽ xuất hiện từ trường và trong tụ điện sẽ xuất hiện điện trường, khi
vào trạng thái cộng hưởng, từ trường trong cuộn dây L và điện trường trong tụ C sẽ
kết hợp tạo ra dạng sóng điện từ trường. Bây giờ chỉ cần dùng dây anten cho sóng
trong mạch LC phát vào không gian, chúng ta đã có tia sóng dùng cho công việc
điều khiển vô tuyến.
2


Phương thức điều khiển vô tuyến:
Điều khiển từ xã bằng sóng vo tuyến được thực hiện như nhau:
Ở bên phát: dùng mạch cộng hưởng LC tạo ra sóng mang có tần số ổn định
dùng làm sóng mang. Dùng mạch tạo ra tín hiệu mã lệnh và cho mã lệnh điều chế
vào sóng mang rồi cho phát vào không gian.
Ở bên thu: dùng mạch cộng hưởng LC làm bẩy sóng để bắt thu sóng điện từ
có trong không gian, nó đã được phát ra từ bên phát, cho giải mã để lấy ra tín hiệu

mã lệnh có trong sóng mang, dùng tín hiệu mã lệnh để đóng mở các thiết bị.

3


Phần 2: Giới thiệu linh kiện được sử dụng trong mạch
IC PT2262 và PT2272:
Là 1 cặp ic được sử dụng trong việc mã hóa, giải mã hay điều khiển với 8 bit
mã hóa địa chỉ và 4 bit mã hóa dữ liệu.
PT2262:
Sơ đồ chân:

PT2262 sử dụng cách mã hóa tối đa 12 bits với 3 mức trạng thái (tức là mã
hóa +,mã hóa -,mã hóa 0) như vậy nó có 531411 (3 mũ 12) cách mã hóa , PT2262
có thể được mã hóa bằng cách nối ngắn mạch các chân " địa chỉ " lên dương nguồn
(mã hóa +) và xuống âm nguồn (mã hóa -) hoặc có thể bỏ trống (mã hóa 0)
Dữ liệu và địa chỉ được truyền trên một khung 12 bit gồm 8 bit đầu là địa chỉ
(A0-->A7 ) và 4 bit sau là dữ liệu(D0-->D4) ,có thể truyền được song song 4 bit dữ
liệu. Nếu để truyền dữ liệu thì nên để mặc định cho 4 chân dữ liệu này là 0 hoặc là
1 bằng cách nối thêm điện trở " kéo lên " hoặc " đưa xuống GND) để tránh nhiễu.

4


Cách tạo lập các xung mã lệnh:

5


Người ta dùng một mạch dao động để tạo ra xung nhịp, tần số xung nhịp tùy

thuộc vào trị của điện trở gắn trên chân OSC1 và OSC2. Sau khi có xung nhịp có
chu kỳ là α, bây giờ người ta tạo ra các dạng xung khác nhau dùng để chỉ trạng thái
các bit: đó là bit 0, bit 1 và bit F.
* Bit 0 là lúc các chân địa chỉ hay các chân dữ liệu cho nối masse.
* Bit 1 là lúc các chân địa chỉ hay các chân dữ liệu cho nối lên nguồn dương
* Bit F là lúc các chân địa chỉ này bỏ trống.

6


PT2272:
Sơ đồ chân:

PT2272 là IC giải mã của PT2262 nó cũng có 8 địa chỉ giải mã tương ứng +
4 dữ liệu ra + 1 chân báo hiệu mã đúng VT ( chân 17 )
PT2272-T4: Kích nhớ trạng thái, 4bit hoạt động độc lập, trong thời điểm
kích nhớ trạng thái của từng bit, không kích vẫn giữ trạng thái, kích tiếp theo sẽ chỉ
thay đổi trạng thái của bit bị tác động(được dùng trong mạch).
Chức năng các chân:
7


Tóm lại ta có thể làm mạch RF rồi lấy dữ liệu ở ngõ ra pt2262 và trả lại dữ
liệu cho pt2272 rồi thông qua mạch động lực để điều khiển thiết bị.
Giữa IC PT 2262 và PT2272 phải có sự đồng bộ các chân địa chỉ mã hóa.
Các chân mã hóa của PT2262 ( chân 1 đến chân 8 ),nối thế nào thì các chân giải
mã của PT2272 cũng phải nối tương tự như vậy. Chân nào nối dương, chân nào nối
âm, chân nào bỏ trống ...v.v thì chân ( 1 đến 8 )của PT2272 phải làm như thế . Khi
truyền một mã đúng và giải mã đúng thì chân 17 của PT2272 sẽ có điện áp cao đưa
ra , báo hiệu là đã đúng mã hóa.

Để tần số bên phát đồng bộ với tần số bên thu ta phải chọn điện trở cho
mạch dao động bên phát và bên thu.
Việc xây dựng trong mạch dao động của PT2262 cho phép một bộ dao động
có độ chính xác sẽ được xây dựng bằng cách kết nối một điện trở bên ngoài giữa
chân OSC1 và OS2 . Đối với PT2272 để giải mã một cách chính xác các dạng sóng
8


nhận được, tần số dao động của PT2272 phải là 2,5 ~ 8 lần so với tần số dao động
của PT2262 . Cụ thể như sau:

Qua kết quả thực nghiệm, điện trở định tần cho PT2272 là 470K và điện trở
định tần của PT 2262 là 2,2M. Tương ứng tần số dao động của PT2272 là 80KHz
gấp 4 lần tần số dao động của PT2262 là 20KHz.

9


Module Phát RF315MHz :

Thông số kĩ thuật:
- Điện áp làm việc : DC 3-12V
- Tần số hoạt động: 315MHz
- Dòng Duy Trì: 0mA
- Dòng khi phát :20-28mA
- Truyền khoảng cách:
+ Khoảng Cách Không Có Anten: 20-30CM
+ Tùy thuộc vào Anten Và Môi Trường Truyền. Khoảng cách từ 50-100M.
Có thể đạt tới khoảng cách 500M
- Công suất đầu ra: 16dBm (40mW)

- Tốc độ truyền: <10Kbps
- Điều chế: OOK
- Nhiệt độ làm việc: -10 ℃ ~ 70 ℃
Thứ Tự Chân:
1 DATA: Dữ liệu vào
2 VCC : Nguồn Cung Cấp
3 GND : Mass

10


Nguyên lý hoạt động:
Thạch ạnh có nhiệm vụ tạo ra sóng mang có tần số cao và ổn định. Khi mã
lệnh được tạo ra từ IC PT2262, tín hiệu này sẽ kết hợp với sóng mang bằng
phương thức điều chế ASK. Sau đó được khuếch đại cao tần bởi khối cao tần và
bức xạ ra không gian nhờ anten.

Module Thu RF315MHz :

11


Thông số kĩ thuật:
- Điện áp hoạt động: DC5V
- Dòng Hoạt Động (mA): 4mA
- Điều Chế: AM (OOK)
- Nhiệt độ làm việc: -10 ℃ ~ 70 ℃
- Độ Nhạy (dBm):-105dB
- Tần số hoạt động (MHz): 315MHz
Sơ đồ nguyên lý:

12


Giải thích đơn giản: Khi mạch cộng hưởng dùng làm bẩy sóng bắt được
sóng điện từ có tần số bằng với tần số cộng hưởng của mạch, tín hiệu này sẽ cho
phách với tín hiệu tự tạo ra trong mạch và như vậy tín hiệu mã lệnh có trong sóng
mang sẽ được tách ra. sau đó được đưa vào tầng khuếch đại trung gian để tăng độ
nhậy cho mạch thu. Khi tín hiệu mã lệnh đã đủ mạnh, người ta đưa tín hiệu này ra
chân DATA.
IC 7805

13


IC 7805: là IC ổn áp 5V
-Dòng cực đại có thể duy trì 1A.
-Dòng đỉnh 2.2A.
-Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W
-Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W
Nếu đặt Ui quá cao làm công suất tiêu tán trên IC lớn —> giảm hiệu suất
Tuy nhiên cần giữ áp vào lớn hơn áp ra khoảng 2V cho IC hoạt động bình
thường.Ví dụ dùng 7805 thì cần có lối vào ít nhất là 7V.

MOC3021:
Sơ đồ chân :

Hình dáng bên ngoài của MOC3020

Sơ đồ chân của MOC3020

Sơ đồ bên trong của MOC3020

14


Opto3021: hay còn gọi là cách ly quang là linh kiện tích hợp có cấu tạo gồm 1 led
và 1 photo diac. Được sử dùng để cách ly giữa các khối chênh lệch nhau về điện
hay công suất như khối có công suất nhỏ với khối công suất lớn.
Mục đích: Nếu có sự cố từ tầng ứng dụng như cháy, chập, tăng áp,...thì cũng không
làm ảnh hưởng đến tầng điều khiển.
Các thông số kỹ thuật :
Ngõ vào LED: 1.5V, 10mA; Điện áp ngược cực đại 3V, dòng dò 100uA.
Ngõ ra DIAC:
Khoảng nhiệt độ hoạt động được:
-400C đến 1500C
Nhiệt độ làm việc tốt nhất:
250C
Điện áp có thế điều khiển ở lối ra:
400 V DC
Dòng điện có thế điều khiển ở lối ra: 1 A khi t = 250C
Công suất tiêu thụ:
330mW khi t = 250C

TRIAC BTA16 :
BTA16 là 1 TRIAC có dòng điện lối ra đạt 16 A. Thường được dùng trong
các mạch dẫn điện xoay chiều dưới sự điều khiển của tín hiệu 1 chiều.

Hình dạng bên ngoài của BTA16

Các thông số kỹ thuật :

15


Điện áp được điều khiển lên đến 600 V
Dòng điện được điều khiển 16 A khi t = 800C
Dòng điện kích ở chân G 10mA ÷ 50mA
Điện áp kích ở chân G 1.3 V
Công suất chịu đựng ở chân G 20 W
Dòng điện chịu đựng ở chân G 4 A DC
Nhiệt độ làm việc trong khoảng -400C ÷ 1500C
Phần 3: Nguyên lý hoạt động của mạch
Sơ đồ khối của hệ thống:

Gồm 3 khối chính: Khối phát, khối thu và Khối động lực Ở khối phát: khi ta
nhấm phím lệnh (switch), mã lệnh được tạo ra (từ IC 2262) kết hợp với sóng mang
(từ module phát) bằng phương pháp điều chế ASK. Tín hiệu này tiếp tục được
khuếch đại cao tần và bức xạ ra không gian qua anten Ở khối thu: Mạch cộng
hưởng LC bắt được tín hiệu từ máy phát sau đó được tách lấy tín hiệu mã lệnh và
chuyển đến mạch chấp hành

16


Chức năng của từng khối :
Khối phát:
Sơ đồ mạch:

Khi đóng khóa điện SW mạch sẽ được cấp nguồn. Led sẽ sáng, lúc này IC

PT2262 được cấp nguồn trên chân số 18, từ chân số 17 sẽ phát ra xung mã lệnh,
ứng với mức volt cao của xung mã lệnh mạch dao động RF sẽ làm việc và phát ra
tín hiệu , tín hiệu này sẽ bức xạ vào không gian.
Vai trò của các linh kiện có trong mạch:
17


Các điện trở 10K dùng đặt các chân D0,D1,D2,D3 ở mức áp thấp.
Điện trở 2K7 dùng để cấp mức áp cao cho một trong các chân D0-D3,qua các nút
nhấn SW0 đến SW3
4 diode 1N4007 để các chân 10,11,12,13 hoạt động độc lập.
Khối thu:
Sơ đồ mạch:

Mạch hoạt động ở điện áp 5V nên sử dụng khối ổn áp để ổn định cho mạch. Khi
PT 2272 nhận được mã lệnh (từ module thu) sẽ tiếp hành giải mã và đưa tín hiệu ra
các chân dữ liệu (D0-D3). Trích tín hiệu này để điều khiển thiết bị.
Mạch dùng chân D0 để minh họa cho đóng mở 1 thiết bị.
Khối động lực:
Sơ đồ mạch:

18


Khi chân dữ liệu (từ IC giải mã) lên mức áp cao (khi nhấn SW, ON), nó qua
bộ ghép quang điện cấp áp cho cực G của TRIAC, TRIAC dẫn điện (nó đóng vai
trò như 1 công tắc) nên tải sẽ được cấp điện và hoạt động. Đến khi chân dữ liệu
xuống mức áp thấp (Khi nhấn SW, OFF), TRIAC ngưng dẫn và ngắt điện cho tải

Phần 3:Thi công mạch

Thiết kế mạch trên phần mềm proteus
1.Mạch phát:

19


Hình chụp này cho thấy đường mạch in đặt trên board PCB.

Hình chụp cho thấy cách bố trí các linh kiện trên bảng mạch in của bên phát
sóng.
2.Mạch Thu:
20


3.Mạch động lực:

21


Phần 4:Kết luận và hướng phát triển
1.Ưu điểm
- Mạch thiết kế đơn giản, tín hiệu thu phát tốt
- Truyền ở khoảng cách xa
- Truyền được đa hướng,không bị cản bởi môi trường (vách tường,núi đá…).
2.Khuyết điểm
- Khả năng chống nhiễu chưa cao,bị nhiễu sóng bởi các thiết bị bên ngoài sử
dụng các tần số khác nhau.
- Bảo mật chưa tốt, do trong quá trình mã hóa địa chỉ chưa được tối ưu.
- Chỉ điều khiển được 4 thiết bị
3.Hướng phát triển đề tài

22


Có thể thay thế cặp IC thu phát bằng VĐK để phát triển thêm nhiều tính
năng, tăng khả năng bảo mật: bật tắt thiết bị theo thời gian quy định, phát âm thanh
báo hiệu trạng thái hoạt động, mở rộng số lượng thiết bị điều khiển
Có thể phát triển nhiều phương thức giao tiếp hơn chẳng hạn: Giao tiếp bằng
giọng nói, màn hình cảm biến hay qua điện thoại.

23