Thiết kế và thi công mạch điều khiển thiết bị từ xa bằng hồng ngoại

Luận văn tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Khi bắt đầu nghiên cứu đề tài “Mạch điều khiển thiết bị từ xa bằng hồng
ngoại” tôi đã biết có những lúc gặp khó khăn về việc tìm tài liệu, gặp những
khúc mắc về kiến thức, cũng như quá trình thi công thiết kế, nhưng qua quá
trình tìm hiểu và thực hiện đề tài với sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của GVHD,
sự cố gắng của bản thân cuối cùng tôi cũng hoàn thành xong đề tài “Mạch điều
khiển thiết bị từ xa bằng hồng ngoại”.
Đề tài này là vốn kiến thức và những kĩ năng quí báu cho tôi sau khi ra
trường, nó có ảnh hưởng rất lớn đến công việc học tập và giảng dạy của tôi sau
này. Vì thế tôi vô cùng biết ơn các thầy cô trường Đại học Cần Thơ mà đặc biệt
là các thầy cô trong Bộ môn sư phạm Vật Lý đã tận tình giảng dạy cho tôi
trong suốt thời gian học tập tại trường, tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất
đến quí thầy cô.
Đặc biệt với sự giúp đỡ của thầy Vương Tấn Sĩ tôi đã vượt qua những lúc
khó khăn để hoàn thành đề tài, tôi xin chân thành cảm ơn thầy, cảm ơn thầy
trong suốt thời gian vừa qua đã giúp đỡ và động viên em, để em hoàn thành đề
tài này.
Xin chân thành cảm ơn!

SVTH: Võ Hoàng Duy

1

GVHD: Vương Tấn Sĩ


Luận văn tốt nghiệp

MỤC LỤC

4.1.1. Sơ đồ khối phát hồng ngoại..................................................................................12
4.1.2. Sơ đồ khối máy thu................................................................................................14

SVTH: Võ Hoàng Duy

2

GVHD: Vương Tấn Sĩ


Luận văn tốt nghiệp
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................

................................................................................................................................
................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2014
GV hướng dẫn

SVTH: Võ Hoàng Duy

3

GVHD: Vương Tấn Sĩ


Luận văn tốt nghiệp
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................

................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2014
GV phản biện

SVTH: Võ Hoàng Duy

4

GVHD: Vương Tấn Sĩ


Luận văn tốt nghiệp

A. PHẦN MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Với tốc độ phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp hiện đại như
công nghệ thông tin, công nghệ truyền thông, cơ khí, động lực trong thời gian qua
không thể tách rời với ngành điện tử. Ngành điện tử đóng vai trò rất quan trọng, nó
đã xâm nhập vào cuộc sống con người khá sớm từ những thiết bị đơn giản như đèn
chiếu sáng, radio,…, đến những máy móc phức tạp và ứng dụng công nghệ cao như
hệ thống camera, robot…tất cả điều được ứng dụng rộng rãi và góp phần hiệu quả
vào công việc giải phóng sức lao động của con người đưa con người hướng tới một
thế giới công nghệ mới ngày càng hiên đại và tinh vi hơn.
Trong sinh hoạt hằng ngày của con người như những trò chơi giải trí (robot, xe
điều khiển từ xa…) cho đến những ứng dụng gần gủi với chúng ta cũng được cải
tiến cho phù hợp với việc sử dụng và đạt mức tiện lợi nhất. Điều khiển từ xa đã
thâm nhập vào vấn đề này do đó cho ra đời những loại tivi điều khiển từ xa, đầu

video, VCD, CD,… đến quạt bàn tất cả điều khiển từ xa. Điều khiển từ xa là việc
điều khiển mô hình, thiết bị ở một khoảng cách nào đó mà người không nhất thiết
phải đến nơi đặt hệ thống. Thế giới ngày càng phát triển việc ứng dụng các thiết bị
điều khiển tự động ngày càng được con người sử dụng trong đó có quá trình thu
phát bằng hồng ngoại nó có độ chính xác và nhanh chóng trong quá trình điều
khiển từ xa.
Xuất phát từ những ý tưởng trên nên tôi đã chọn đề tài mạch điều khiển thiết
bị từ xa bằng hồng ngoại. Với kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên quyển
luận văn chưa được hoàn thiện cho lắm và còn nhiều thiếu sót.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Việc sử dụng các thiết bị điều khiển ngày nay trở nên khá phổ biến với tất cả
mọi người, đặc biệt là điều khiển bằng hồng ngoại. Vì vậy chúng ta cần nghiên cứu
SVTH: Võ Hoàng Duy

5

GVHD: Vương Tấn Sĩ


Luận văn tốt nghiệp
về nguyên lý hoạt động để hiểu rõ cách thức hoạt động và đồng thời có thể tự thiết
kế và thi công một mạch điều khiển từ xa bằng hồng ngoại để phục vụ trong gia
đình hay đời sống.
Tìm hiểu những phần mềm chuyên dụng để thiết kế mạch lý thuyết và mạch in
để có thể thiết kế mạch theo yêu cầu đặt ra.
3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu chính của đề tài là hệ thống điều khiển từ xa bằng hồng
ngoại.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Sưu tầm, tổng hợp những tài liệu có liên quan đến các đối tượng nghiên cứu

của đề tài.
Tìm kiếm những thông tin về các linh kiện cần thiết cho việc thiết kế và thi
công mạch điều khiển.
Thiết kế mạch nguyên lý và vẽ mạch in.
Tiến hành lắp ráp mạch, chạy thử nghiệm và khắc phục lỗi nếu có.
Hoàn chỉnh đề tài.
5. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH
Nhận đề tài.
Viết đề cương nộp cho giáo viên hướng dẫn.
Tìm hiểu về nguyên lý thu và phát hồng ngoại.
Tìm hiểu về các phần mềm chuyên dụng để thiết kế mạch điện.
Tiến hành vẽ mạch và thi công, lắp ráp mạch.
Hoàn thiện luận văn.
Báo cáo luận văn.

SVTH: Võ Hoàng Duy

6

GVHD: Vương Tấn Sĩ


Luận văn tốt nghiệp

B. PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỒNG NGOẠI
1. KHÁI NIỆM HỒNG NGOẠI
Tia hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng trong khoảng từ 400.000nm
đến 760.000nm, dài hơn bước sóng ánh sáng khả kiến nhưng ngắn hơn tia bức xạ vi
ba. Tên “hồng ngoại” có nghĩa là “dưới mức đỏ”, màu đỏ là màu sắc có bước sóng

dài nhất trong ánh sáng thường. Mọi vật có nhiệt độ lớn hơn 0 độ K đều phát ra tia
hồng ngoại.
Sóng hồng ngoại có những đặc tính quan trọng giống như ánh sáng ( sự hội tụ
qua thấu kính, tiêu cự… ). Ánh sáng thường và ánh sáng hồng ngoại khác nhau rất
rõ trong sư xuyên suốt qua vật chất. Có những vật chất ta thấy nó một màu xám đục
nhưng với ánh sáng hồng ngoại nó trở nên xuyên suốt. Vì vật liệu bán dẫn “trong
suốt” đối với ánh sáng hồng ngoại, tia hồng ngoại không bị yếu đi khi vượt qua các
lớp bán dẫn để đi ra ngoài.
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. Lượng thông tin
được truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ mà ta
vẫn dùng. 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 10 Km đến 20
Km. Lượng thông tin truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với
sóng điện từ mà ta vẫn dùng. Tia hồng ngoại dễ hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém.
Trong điều khiển từ xa chùm hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng do đó khi thu phải
đúng hướng.
2. SỰ TÌM RA VÀ MỘT VÀI ỨNG DỤNG TỪ HỒNG NGOẠI.
Cuối năm 1799 Herchel bắt đầu nghiên cứu ánh sáng Mặt trời, ông thường sử
dụng một thiết bị lọc màu sắc để tách một phần ánh sáng ra khỏi quang phổ. Ông
SVTH: Võ Hoàng Duy

7

GVHD: Vương Tấn Sĩ


Luận văn tốt nghiệp
phát hiện ra bộ lọc đôi lúc nóng hơn những cái khác và ông đặt vấn đề: có lẽ nào

một số màu lại có thể mang nhiệt lượng hơn các màu khác?
Để kiểm chứng suy đoán này, ông đã chế tạo ra một lăng kính lớn. Trong một
căn phòng tối, ông chiếu quang phổ đủ mọi màu qua lăng kính lên một vách tường,
sau đó ông tiến hành đo nhiệt độ của mỗi chùm ánh sáng có màu riêng biệt.
Kết quả thu được : nhiệt độ tăng dần từ màu tím đến màu đỏ. Trong lúc đó ông
đo nhiệt dộ ở chỗ tối bên cạnh ánh sáng màu đỏ và cũng là phía ngoài quang phổ.
Theo lý thuyết thì nhiệt kế phải giữ nguyên mức nhiệt đồ vì nó không đặt trong
luồng ánh sáng chiếu thẳng. Nhưng kết quả thu được thì lại thu được ở mức nhiệt
độ cao nhất.
Vì loại ánh sáng này xuất hiện ở ngoài ánh sáng màu đỏ vì thế nên Herschel đã
đặt tên cho nó là tia hồng ngoại.
Máy dò hồng ngoại: được sử dụng để phát hiện và đo mẫu của bức xạ nhiệt mà
tất cả các đối tượng phát ra. Máy dò thường nhạy với tất cả các bước sóng hồng
ngoại và hoạt động ở nhiệt độ phòng. Với những điều kiện khác, máy có độ nhạy
tương đối thấp và phản ứng chậm.
Máy dò photon được phát triển để cải thiện độ nhạy và thời gian phản ứng.
Máy dò photon được phát triển rộng rãi những năm 1940.
Ngoài ra tia hồng ngoại còn được dùng trong lĩnh vực cảm biến (phát hiện
nhiệt, trong các thiết bị điều khiển, dùng để phát nhiệt hoặc dùng để truyền dữ
liệu).
3. ƯU – NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI
3.1. Ưu điểm
Với phương pháp dùng sóng hồng ngoại sẽ gọn nhẹ hơn do không sử dụng ănten để phát và thu khi lắp đặt sử dụng.
Kích thước LED nhỏ nên dễ dàng bố trí.
Giá thành linh kiện không cao.
SVTH: Võ Hoàng Duy

8

GVHD: Vương Tấn Sĩ

Luận văn tốt nghiệp
Để phát được khoảng cách xa hơn chỉ cần tăng số lượng LED phát hoặc phân
cực cho các LED chạy mạnh hơn.
Không phải bị ảnh hưởng với các tần số vô tuyến khác
3.2. Khuyết điểm
Tính hiều truyền tải không xa, dễ bị ảnh hưởng bởi các vật cản.
Dễ bị nhiễu hồng ngoại do các nguồn nhiệt xung quanh ta nên gây ảnh hưởng
và hạn chế tầm phát.
4. SO SÁNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG HỒNG NGOẠI VỚI ĐIỀU KHIỂN
BẰNG SÓNG VÔ TUYẾN (RF).
Điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến là loại điều khiển phổ biến trong đời
sống hiện nay. Điều khiển bằng RF có thể dùng nhiều cho những vật ở bên ngoài
như đồ chơi, điều khiển xe phát tín hiệu , ….
Các đặc điểm
Tầm hoạt động
Khả năng bị nhiễu

Năng lượng tiêu thụ
Thiết bị hổ trợ

Cách thức kết nối
Giá thành
Góc kết nối

SVTH: Võ Hoàng Duy

Hồng ngoại
Khoảng cách ngắn

(khoảng 1 – 5m)
Dễ bị nhiễu do các
nguồn nhiệt khác xung
quanh.

Sóng vô tuyến
Khoảng cách trung bình
(10 – 100m)
Dễ bị nhiễu do bên
ngoài có nhiều thiết bị
khác sử dụng sóng RF
có nhiều tầng số khác
nhau.
Thấp
Trung bình
Hơn 150 triệu thiết bị Lắp đặt theo yêu cầu.
hổ trợ cùng với phần
cứng và phần mềm trên
toàn thế giới.
Đơn giản
Cần phải có ăn-teng và
phải mã hóa đúng tần
số.
Khoảng $1
Khoảng $5
Tầm hoạt động trong Có thể kết nối theo
một góc hình nón nhiều phương và có thể
khoảng 30 độ và không xuyên qua vật thể.
xuyên vật cản.

9

GVHD: Vương Tấn Sĩ


Luận văn tốt nghiệp
CHƯƠNG II: MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI
1. GIỚI THIỆU
Trong sinh hoạt hằng ngày ở gia đình, cũng như ở các nhà máy việc tắt mở
một số thiết bị có thể diễn ra liên tục. Do đó, để đơn giản hóa thao tác và tiện lợi
cho người sử dụng mà thiết bị điều khiển từ xa ra đời. Người dùng chỉ cần ở một
chổ mà có thể điều khiển được tất cả các thiết bị trong nhà với một thiết bị nhỏ gọn
như remote, …
Mạch điều khiển thiết bị điện từ xa bằng hồng ngoại là một trong những mạch
điều khiển được sử dụng rộng rãi hiện nay. Nó có thể điều khiển các thiết bị một
cách tiện lợi như: tắt, mở, điều chỉnh mức độ,…..
2. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA
2.1. Hệ thống điều khiển từ xa
Hệ thống điều khiển từ xa là một hệ thống cho phép ta điều khiển các thiết bị
từ một khoảng cách xa. Ví dụ hệ thống điều khiển bằng vô tuyến, hệ thống điều
khiển từ xa bằng cáp quang dây dẫn, hệ thống điều khiển từ xa bằng hồng ngoại.
Chúng có những nhiệm vụ cơ bản sau:
- Phát tín hiệu điều khiển.
- Tạo ra xung hoặc hình thành các xung cần thiết.
- Tổ hợp xung thành mã.
- Phát các tổ hợp mã đến điểm chấp hành(thiết bị thu).
- Ở điểm chấp hành ( thiết bị thu ) sau khi nhận được mã phải biến đổi các
mã nhận được thành các lệnh điều khiển và đưa đến các thiết bị, đồng thời kiểm tra
sự chính xác của mã mới nhận.
2.2. Kết cấu tin tức

Trong hệ thống điều khiển từ xa độ tin cậy truyền dẫn tin tức có quan hệ rất
nhiều đến kết cấu tin tức. Nội dung về kết cấu tin tức có hai phần: về lượng và về
chất.Về lượng có các biến lượng điều khiển và lượng điều khiển thành từng loại
SVTH: Võ Hoàng Duy

10

GVHD: Vương Tấn Sĩ


Luận văn tốt nghiệp
xung gì cho phù hợp, và những xung đó cần áp dụng phương pháp nào để hợp
thành tin tức, để có dung lượng lớn nhất và có tốc đô truyền dẫn nhanh nhất.
Để đảm bảo các yêu cầu về kết cấu tin tức, hệ thống điều khiển từ xa có các
yêu cầu sau:
- Tốc độ làm việc nhanh.
- Thiết bị phải an toàn tin cậy.
- Kết cấu phải đơn giản.
- Có hiệu quả cao là hệ thống đạt tốc độ điều khiển cực đại đồng thời đảm
bảo độ chính xác trong phạm vi cho phép.
2.3. Kết cấu của hệ thống
Do hệ thống điều khiển từ xa có những đường truyền dẫn xa nên chúng ta cần
phải nghiên cứu về kết cấu hệ thống để đảm bảo tín hiệu được truyền đi chính xác
và nhanh chóng. Đây là sơ đồ kết cấu hệ thống:

Sơ đồ kết cấu hệ thống
Chức năng của từng khối:
- Thiết bị phát: biến đổi lệnh điều khiển thành tin tức tín hiệu và phát đi.
- Đường truyền: đưa tín hiệu điều khiển từ thiết bị phát đến thiết bị thu.
- Thiết bị thu: nhận tín hiệu điều khiển từ đường truyền, qua quá trình biến

đổi, biến dịch để tái hiện lại lệnh điều khiển rồi đưa đến các thiết bị thi hành.
3. CÁC PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA TRONG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA
Trong hệ thống truyền thông tin rời rạc hoặc truyền thông tin liên tục nhưng đã
được rời rạc hóa tin tức thường được biến đổi thông qua một phép biến đổi thành số
( thường là số nhị phân ) rồi mã hóa và được phát đi tứ máy phát. Ở máy thu, tín

SVTH: Võ Hoàng Duy

11

GVHD: Vương Tấn Sĩ


Luận văn tốt nghiệp
hiệu phải thông qua các phép biến đổi ngược lại với các phép đổi trên: giải mã, liên
tục hóa…
Sự mã hóa tín hiệu điều khiển nhằm tăng tính hữu hiệu và độ tin cậy của hệ
thống điều khiển từ xa, nghĩa là tăng tốc độ truyền và khả năng chống nhiễu. Trong
điều khiển từ xa ta thường dùng mã nhị phân tưng ứng với hệ, gồm có hai phần tử
[0] và [1].
Do yêu cầu về độ chính xác cao trong các tín hiệu điều khiển được truyền đi
để chống nhiễu ta dùng loại mã phát hiện và sửa sai. Mã phát hiện và sửa sai thuộc
loại mã đồng đều bao gồm các loại mã: mã phát hiện sai, mã sửa sai, mã phát hiện
và sửa sai.
Dạng sai nhầm của các mã được truyền đi tùy thuộc tính chất của kênh truyền,
chúng có thể phân thành 2 loại:
Sai độc lập: trong quá trình truyền, do nhiều tác động, một hoặc nhiều ký hiệu
trong các tổ hợp mã có thể bị sai nhầm, nhưng những sai nhầm đó không liên quan
nhau.
Sai tương quan: được gây ra bởi nhiều nhiễu tương quan, chúng hay xảy ra

trong từng chùm, cụm ký hiệu kế cận nhau.
Sự lựa chọn của cấu trúc mã chống nhiễu phải dựa trên tính chất phân bố xác
suất sai nhầm trong kênh truyền.
Hiện nay lý thuyết mã hóa phát triển rất nhanh, nhiều loại mã phát hiện và sửa
sai được nghiên cứu như: mã hamming, mã chu kỳ, mã nhiều cấp.
4. ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BẰNG HỒNG NGOẠI
4.1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển từ xa bằng hồng ngoại
4.1.1. Sơ đồ khối phát hồng ngoại

SVTH: Võ Hoàng Duy

12

GVHD: Vương Tấn Sĩ


Luận văn tốt nghiệp

Sơ đồ khối phát hồng ngoại
Giải thích sơ đồ:
- Máy phát có nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển, mã hóa và phát tín hiệu đến
máy thu, lệnh truyền đi đã được điều chế.
- Khối phát lệnh điều khiển: khối này có nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển từ
nút nhấn (phím điều khiển). Các nút nhấn này có thể là một nút (ở mạch điều khiển
đơn giản), hay một ma trận nút (ở mạch điều khiển chức năng).
- Ma trận được phím bố trí theo cột và hàng. 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.
- Khối mã hóa: nhiệm vụ chuyển đổi các lệnh điều khiển thành mã nhị phân
tương ứng dưới dạng mã lệnh tín hiệu số gồm các bit 0 và 1. Số bit trong mã lệnh

nhị phân có thể là 4 bit hay 8 bit… tùy theo số lượng phím chức năng nhiều hay ít.
Có nhiều phương pháp mã hóa khác nhau: điều chế biên độ xung (PAM), điều chế
độ rộng xung (PWM), điều chế vị trí xung (PPM), điều chế mã xung (PCM). Trong
kỹ thuật điều khiển từ xa bằng hồng ngoại, phương pháp điều chế mã xung thường
được sử dụng nhiều hơn cả, vì phương pháp này tương đối đơn giản và dễ thực
hiện.
- Khối dao động tạo sóng mang: khối này có nhiệm vụ tạo ra sóng mang có
tần số ổn định, sóng mang này sẽ mang tín hiệu điều khiển khi truyền ra môi
trường.

SVTH: Võ Hoàng Duy

13

GVHD: Vương Tấn Sĩ


Luận văn tốt nghiệp
- Khối điều chế: khối này có nhiệm vụ kết hợp tín hiệu điều khiển đã mã hóa
với sóng mang để đưa đến khối khuếch đại.
- Khối khuếch đại: khuếch đại tín hiệu đủ lớn để Led phát hồng ngoại phát
tín hiệu ra môi trường.
- Led phát: là một Led hồng ngoại, biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu hồng
ngoại phát ra môi trường.
4.1.2. Sơ đồ khối máy thu
Chức năng của máy thu là thu được tín hiệu điều khiển từ máy phát, loại bỏ
sóng mang, giải mã tín hiệu điều khiển thành các lệnh riêng biệt, từ đó mỗi lệnh sẽ
đưa đến khối chấp hành cụ thể.

Sơ đồ khối thu hồng ngoại

Giải thích sơ đồ:
- Led thu: thu tín hiệu hồng ngoại do máy phát truyền tới và biến đổi thành
tín hiệu điều khiển
- Khối khuếch đại: có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điều khiển lớn lên từ từ,
Led thu hồng ngoại để quá trình xử lý tín hiệu được dễ dàng.
- Khối tách sóng mang: khối này có chức năng triệt tiêu sóng mang, chỉ giữ
lại tín hiệu điều khiển như tín hiệu gửi đi từ máy phát
- Khối giải mã: nhiệm vụ của khối này là giải mã tín hiệu điều khiển dưới
dạng các bit nhị phân hay các dạng khác để đưa đến khối chấp hành cụ thể. Do dó
nhiệm vụ của khối này rất quan trọng.

SVTH: Võ Hoàng Duy

14

GVHD: Vương Tấn Sĩ


Luận văn tốt nghiệp
- Khối chấp hành: có thể là relay hay một linh kiện điều khiển nào đó, đây là
khối cuối cùng tác động trực tiếp vào thiết bị thực hiện nhiệm vụ điều khiển mong
muốn.
5. GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN
5.1 Cặp IC thu và phát tính hiều hồng ngoại BL9148 và BL9149
5.1.1. IC BL9148

Sơ đồ chân và hình dạng IC BL9148
IC BL9148 là một bộ truyền phát tia hồng ngoại ứng dụng bởi công nghệ
CMOS (Compledmentary-Metal-Oxide-Silicon). BL9148 kết hợp với BL9149 tạo
ra 10 chức năng, với BL9150 tạo ra 18 chức năng và 75 lệnh có thể phát xạ.

Những đặc tính của IC BL9148:
- Tiêu thụ công suất thấp.
- Vùng điện áp hoạt động: 2.2V-5V.
- Sử dụng được nhiều phím.
- Ít thành phần ngoài.
Ứng dụng: Dùng trong các remote điều khiển các thiết bị điện như TV, đầu
video,….
Chức năng từng chân:
- Chân 1: (GND) là chân được nối với cực âm của nguồn điện.
- Chân 2 (XT) và 3 ( XT ): hai đầu để nối với thạch anh bên ngoài cho bộ tạo
dao động bên trong IC.
- Chân 4-9 (K1-K6): là đầu của tín hiệu bàn phím kiểu ma trận, các chân từ
K1 đến K6 kết hợp với các chân 10 đến 12 (T1-T3) để tạo thành ma trận 18 phím.

SVTH: Võ Hoàng Duy

15

GVHD: Vương Tấn Sĩ


Luận văn tốt nghiệp
- Chân 13 (CODE):là chân mã số dùng để kết hợp với các chân 10-11 để tạo
ra tổ hợp mã hệ thống giữa phần phát và phần thu.
- Chân 14 (TEST): là chân dùng để kiểm tra mã của phần phát, bình thường
khi không sử dụng có thể bỏ trống.
- Chân 15 (TXout): là đầu ra của tín hiệu đã được điều chế FM.
- Chân 16 (Vcc): là chân cấp nguồn dương.
Khi cấp cho BL9148 tần số 455KHz thì tần số sóng mang truyền đi là
455KHz/12= 38KHz.

Sơ đồ khối bên trong IC BL9148
Bộ tạo dao động và bộ phân tần: để có thể phát đi xa, ta cần có một xung có
tần số 38 Khz ở nơi nhận nhưng trên thị trường khó tìm được thạch anh đúng tần số
nên ta chọn tần số của thạch anh là 455 Khz cho bộ tạo dao động. Sau đó tần số sẽ
được đưa qua bộ phân tần để chia nó ra thành 12 lần.
Mạch điện phím vào: có tổng cộng 18 phím được nối tới các chân K1-K6 và
mạch hoạt động thời gian T1-T3 (chân 10-12) để tạo ra bàn phím ma trận (6*3).

SVTH: Võ Hoàng Duy

16

GVHD: Vương Tấn Sĩ


Luận văn tốt nghiệp

Sơ đồ kết nối thạch anh để tạo xung và kết nối phím
Nguyên lý làm việc của IC BL9148: mỗi lần mạch phát ra 2 nhóm số liệu, mỗi
nhóm số liệu của tín hiệu phát ra là 12 bit, trong đó có 3 bit mã người dùng, 6 bit
mã phím vào và 1 bit mã liên tục hay 2 bit mã không liên tục. Ba bit mã được dùng
như sau: dữ liệu của 3 bit mã T1, T2, T3 sẽ là “1” nếu một diode được nối giữa
chân CODE và chân Tn (n= 1,2,3) và là “0” khi không nối diode. Vì IC thu
BL9149 chỉ có 2 bit mã (CODE 2, CODE 3) nên chân T1 (chân 10) sẽ luôn ở mức
“1”.
C1 C2
C3
Mã người dùng

H
S1 S2
D1 D2 D3 D4 D5
Mã liên tục/
Mã phím vào
không liên tục
Cấu trúc từ một lệnh

D6

Sóng truyền đi:

SVTH: Võ Hoàng Duy

17

GVHD: Vương Tấn Sĩ


Luận văn tốt nghiệp

Cấu trúc sóng truyền đi.
Cấu trúc một lệnh được biểu diễn dưới dạng sóng tín hiệu. Mỗi một lệnh chứa
12 bit dữ liệu nối tiếp.
Thời gian truyền mỗi bit phụ thuộc vào tần số dao động cấp cho BL9148.

t=

1
192

f

5.1.2. IC BL9149
BL9149 cũng được chế tạo bởi công nghệ CMOS. Nó có thể điều khiển tối đa
10 thiết bị.
Những đặc tính của IC BL9149:
- Tiêu tán công suất thấp.
- Khả năng chống nhiễu rất cao.
- Nhận được đồng thời 5 chức năng từ IC phát BL9148.
- Cung cấp bộ tạo dao dộng RC.

SVTH: Võ Hoàng Duy

18

GVHD: Vương Tấn Sĩ


Luận văn tốt nghiệp

Sơ đồ chân và hình dạng của IC BL9149
Chức năng từng chân:
- Chân 1 (GND): là chân mass được nối với cực âm của nguồn điện.
- Chân 2 (RxIN): là đầu vào tín hiệu thu, tín hiệu sau khi được lọc bỏ sóng
mang.
- Chân 3-7 (HP1-HP5): là đầu ra tín hiệu liên tục. Chỉ cần thu được tín hiệu
tương ứng với đầu ra nào thì đầu ra đó sẽ duy trì ở mức logic “1”.
- Chân 8-12 (SP5-SP1): là đầu tín hiệu không liên tục. Chỉ cần thu được tín
hiệu tương ứng với đầu ra nào thì đầu ra đó sẽ duy trì ở mức logic “1” trong khoảng
thời gian là 107 ms.

- Chân 14 và 13 (CODE 2 và CODE 3): để tạo ra các tổ hợp mã hệ thống
giữa phần phát và phần thu. Mã số của hai chân này phải giống tổ hợp mã hệ thống
của phần phát thì mới thu được tín hiệu.
- Chân 15 (OSC): dùng để nối tụ điện và điện trở bên ngoài tạo ra dao động
cho mạch.
- Chân 16 (Vcc): là chân nối với cực dương của nguồn cung cấp.
Tầng số dao động: Thời gian truyền tín hiệu và tần số dao động của xung nội
phụ thuộc vào tầng số cấp cho BL9149. Dùng mạch RC làm mạch lọc tuyến tính
dao động truyền bởi BL9148.

SVTH: Võ Hoàng Duy

19

GVHD: Vương Tấn Sĩ


Luận văn tốt nghiệp

Sơ đồ mạch RC tạo dao động cho IC 9149
Nhận tín hiệu vào: Tín hiệu được nhận từ module thu hồng ngoại và sóng được
truyền vào IC.

Sơ đồ khối bên trong IC BL9149
Kiểm tra lỗi của tín hiệu: Sau khi IC phát BL9148 phát tín hiệu (2 chu kỳ) đi,
tín hiệu sẽ được mắt thu tiếp nhận rồi đưa nó đến chân RxIN. Tín hiệu truyền đi
gồm 2 lệnh giống nhau, lệnh đầu tiên được nhận trước và lưu trữ vào thanh ghi sau
đó so sánh với lệnh thứ hai. Nếu 2 lệnh giống nhau thì tín hiệu truyền không lỗi và

SVTH: Võ Hoàng Duy

20

GVHD: Vương Tấn Sĩ


Luận văn tốt nghiệp
chuyển sang bộ phận giải mã. Nếu hau tín hiệu khác nhau thì truyền có lỗi. Hệ
thống sẽ tự động sữa lỗi và reset lại tại điểm xảy ra lỗi.
Giải mã lệnh: Đầu tiên hệ thống sẽ kiểm tra mã hệ thống giữa phần phát và
phần thu. Nếu mã tương thích giữa phần pháp và thu thì hệ thống sẽ tiến hành giải
mã lệnh.
5.2. Bộ thu hồng ngoại
Bộ thu hồng ngoại là một quang transistor (LED thu hồng ngoại).

Sơ đồ cấu tạo và ký hiệu của bộ thu hồng ngoại
Nguyên lý hoạt động: trong quang transistor có quang diode làm nhiệm vụ
cảm ứng quang điện và transistor làm nhiệm vụ khuếch đại. quang diode được sử
dụng ở đây là mối nối P-N giữa cực B và cực C trong transistor, khi phân cực cho
các chân thì diode B-E được phân cực thuận và diode BC được phân cực ngược và
khi được chiếu sáng thì dòng điện rỉ IBC sẽ tăng cao hơn bình thường nhiều lần.
Dòng điện rỉ sẽ trở thành dòng IB và được transistor khuếch đại. Độ khuếch đại của
transistor từ 100-1000 và bộ khuếch đại không tuyến tính theo cường độ ánh sáng
chiếu vào mối nối. Quang điện transistor có tốc độ làm việc chậm do tụ điện kí sinh
CCB(tụ kí sinh giữa cực C và cực B).Quang transistor co 1 tần số làm việc cao nhất
chỉ khoảng vài trăm KHz, trong khi tần số làm việc cực đại của quang diode có thể
lên vài chục MHz.

SVTH: Võ Hoàng Duy

21

GVHD: Vương Tấn Sĩ


Luận văn tốt nghiệp

Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân của LED thu hồng ngoại
5.3. IC HEF4013
Vi mạch 4013 chứa 2 flip-flop D, nó là vi mạch đa năng, chúng có các chân
đặt trực tiếp (SD), xóa trực tiếp (CD), ngỏ vào xung clock (CP) và ngỏ ra (O,O).
Dữ liệu được chấp nhận khi CP ở mức thấp và được chuyển đến ngõ ra khi có cạnh
dương của xung đồng hồ. Khi 2 chân CD và SD cùng ở mức cao bất chấp dữ liệu
vào và xung đồng hồ như thế nào, cả 2 ngõ ra O và O điều ở mức cao.

Sơ đồ chân và hình dáng của IC HEF4013
HEF4013 có 14 chân trong đó:
- D : dữ liệu vào.
- CP : xung đồng hồ vào.
- SD : chân đặt.
- CD : chân xóa.
- O : ngỏ ra chính.
- Ō : ngỏ ra bổ sung.
SVTH: Võ Hoàng Duy

22

GVHD: Vương Tấn Sĩ

Luận văn tốt nghiệp

Bảng chân trị
H : cấp giá trị ở mức cao.
L : cấp giá trị ở mức thấp.
X: giá trị tùy định.
5.4. Một số linh kiện khác:
5.4.1. IC KA7805
Đặc tính:
- Dòng cực đại có thể duy trì là 1A.
- Dòng đỉnh 2.2A.
- Công suất tiêu tán nếu không dùng tản nhiệt: 2W.
- Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W.
- Bảo vệ ngắn mạch.
- Bảo vệ quá tải nhiệt
Chính vì thế với những mạch không đòi hỏi tính ổn định của điện áp quá
cao người ta hay sử dụng chúng để thiết kế những mạch điện đơn giản.

Sơ đồ chân của IC
KA7805
- Chân 1: ngõ
vào
- Chân 2: nối
với cực âm của nguồn

SVTH: Võ Hoàng Duy

23

GVHD: Vương Tấn Sĩ

Luận văn tốt nghiệp
- Chân 3: ngõ ra. Ngõ ra luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp
thay đổi. Do dó nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thì mạch điện
vẫn hoạt động ổn định nhờ vẫn giữ được điện áp ngõ ra 5V không đổi.
5.4.2. Relay
Cấu tạo của relay điện từ gồm có: phần cố định, phần nắp chuyển động, cuộn
dây kích thích, lò xo, tiếp điểm cố định, tiếp điểm động. Relay hoạt động dựa trên
nguyên lý điện từ, khi có dòng điện chạy qua cuộn dây sẽ sinh lực điện từ hút nắp
về phía lõi, khi lực điện từ đủ lớn sẽ thắng được lực hút của lò xo, do đó làm tiếp
điểm động của Relay hoạt động khi không có dòng điện qua Relay thì tiếp điểm
động sẽ không hoạt động.Từ đó người ta còn gọi Relay là công tắc điện từ. Nhờ
vào đặc tính này mà Relay mới ứng dụng rất nhiều trong kỹ thuật.

Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế Relay
5.4.3. Transistor
Transistor là một linh kiện bán dẫn thường được sử dụng như một thiết bị
khuyếch đại hoặc một khóa điện tử. Transistor là khối đơn vị cơ bản xây dựng nên
cấu trúc mạch ở máy tính điện tử và tất cả các thiết bị điện tử hiện đại khác.
Mỗi transistor đều có ba cực:
- Cực nền (base)
- Cực thu (collector)
- Cực phát (emitter)
Phân loại: NPN và PNP
SVTH: Võ Hoàng Duy

24

GVHD: Vương Tấn Sĩ

Luận văn tốt nghiệp
C1815 là Transistor BJT loại NPN gồm ba miền tạo bởi hai tiếp giáp p–n,
trong đó miền giữa là bán dẫn loại p. Miền có mật độ tạp chất cao nhất, kí hiệu n+
là miền phát (emitter). Miền có mật độ tạp chất thấp hơn, kí hiệu n, gọi là miền
thu(collecter). Miền giữa có mật độ tạp chất rất thấp, kí hiệu p, gọi là miền gốc
(base). Ba chân kim loại gắn với ba miền tương ứng với ba cực emitter (E),
base(B), collecter (C) của transistor.

Kí hiệu và hình dáng của transistor
Điện áp VCB0
60V
Điện áp VCE0
50V
Điện áp VEB0
5V
Dòng điện cực C
150mA
Dòng điện cực B
50mA
Điện áp bảo hòa VCE(sat)
IC=100mA, IB=10mA
Điện áp bảo hòa VBE(sat)
IC=100mA, IB=10mA
Đặc tính về dòng diện và điện áp của C1815
A1015 là loại transistor BJT loại PNP gồm ba miền tạo bởi hai tiếp giáp p–n,
trong đó miền giữa là bán dẫn loại n. Miền có mật độ tạp chất cao nhất, kí hiệu p+
là miền phát (emitter). Miền có mật độ tạp chất thấp hơn, kí hiệu n, gọi là miền
thu(collecter). Miền giữa có mật độ tạp chất rất thấp, kí hiệu p, gọi là miền gốc

(base). Ba chân kim loại gắn với ba miền tương ứng với ba cực emitter (E),
base(B), collecter (C) của transistor. Những đặc tính về điện áp và dòng diện của
transistor A1015 tương tự như C1815.
SVTH: Võ Hoàng Duy

25

GVHD: Vương Tấn Sĩ