Tìm Hiểu Về Ánh Sáng Hồng Ngoại Và Ứng Dụng Vào Điều Khiển Cấp Nguồn Cho Các Thiết Bị Điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƯ PHẠM
BỘ MÔN SƯ PHẠM VẬT LÝ

----------

Luận văn Tốt nghiệp
Ngành SƯ PHẠM VẬT
LÝ – TIN HỌC

TÌM HIỂU VỀ ÁNH SÁNG HỒNG NGOẠI VÀ
ỨNG DỤNG VÀO ĐIỀU KHIỂN CẤP NGUỒN
CHO CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN

GV hướng dẫn:
Vương Tấn Sĩ

Sinh viên: Võ Hoàng Duy
Lớp: Sư phạm Vật lý – Tin học K36
MSSV: 1100286

Cần Thơ, 2014


Luận văn tốt nghiệp
LỜI CẢM ƠN
Khi bắt đầu nghiên cứu đề tài “Tìm hiểu về ánh sáng hồng ngoại và ứng dụng
vào điều khiển nguồn cho các thiết bị điện” tôi đã biết có những lúc gặp khó khăn về
việc tìm tài liệu, những hạn chế 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 “Tìm

hiểu về ánh sáng hồng ngoại và ứng dụng vào điều khiển nguồn cho các thiết bị
điện”.
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, trong suốt thời gian vừa
qua đã giúp đỡ và động viên tôi, để tôi hoàn thành đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn!

GVHD: Vương Tấn Sĩ

1

SVTH: Võ Hoàng Duy


Luận văn tốt nghiệp

MỤC LỤC
4.1.1 Sơ đồ khối phát hồng ngoại...................................................................................12
4.1.2 Sơ đồ khối máy thu.................................................................................................13

GVHD: Vương Tấn Sĩ

2

SVTH: Võ Hoàng Duy

Luận văn tốt nghiệp
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2014
GV hướng dẫn

GVHD: Vương Tấn Sĩ

3

SVTH: Võ Hoàng Duy


Luận văn tốt nghiệp
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2014
GV phản biện

GVHD: Vương Tấn Sĩ

4

SVTH: Võ Hoàng Duy


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
hiện 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 đều có thể được điều khiển từ xa. Điều khiển từ xa là việc điều khiển mô hình,
thiết bị ở một khoảng cách nào đó mà người dùng 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 “Tìm hiểu về ánh sáng hồng
ngoại và ứng dụng vào điều khiển nguồn cho các thiết bị điện”. Với kiến thức và kinh
nghiệm còn hạn chế nên có thể quyển luận văn chưa được hoàn chỉnh 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 về ánh
sáng hồng ngoại, các linh kiện hồng ngoại và nguyên lý hoạt động thu phát hồng ngoại để

GVHD: Vương Tấn Sĩ

5

SVTH: Võ Hoàng Duy


Luận văn tốt nghiệp
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 ánh sáng hồng ngoại và các các linh kiện cần thiết cho
việc thiết kế và thi công mạch điều khiển.
Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của thu phát hồng ngoại, chọn mạch nguyên lý đơn
giản và có thể thực hiện được yêu cầu đặt ra để tiến hành vẽ mạch in, lắp ráp các linh
kiện, chạy thử nghiệm và khắc phục các 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 lắp ráp mạch.
Hoàn thiện luận văn.
Báo cáo luận văn.

GVHD: Vương Tấn Sĩ

6

SVTH: Võ Hoàng Duy


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 0.76 µm đến 1mm,
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.
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 trung gian, 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.
Sóng hồng ngoại có những đặc tính quan trọng giống như sóng ánh sáng (sự hội tụ
qua thấu kính, tiêu cự …). Ánh sáng thường và ánh sáng hồng ngoại khác nhau rất rõ
trong sự xuyên suốt qua vật chất.
Có những vật chất ta thấy chúng dưới một màu xám đục nhưng với ánh sáng hồng
ngoại chúng trở nên trong suốt. Vì vậy, 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 ra ngoài.
2. SỰ TÌM RA VÀ MỘT VÀI ỨNG DỤNG TỪ HỒNG NGOẠI.
2.1 Sự tìm ra hồng ngoại
Cuối năm 1799, Herschel 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 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?

GVHD: Vương Tấn Sĩ

7

SVTH: Võ Hoàng Duy


Luận văn tốt nghiệp
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 độ 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 độ vì nó không đặt trong luồng ánh sáng

chiếu thẳng. Nhưng kết quả 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.
2.2 Một vài ứng dụng từ hồng ngoại
Đo nhiệt độ: việc thu nhận và đo đạc tia hồng ngoại giúp xác định nhiệt độ của
những vật ở xa, nếu chúng là nguồn phát ra các tia thu được. Kĩ thuật đo nhiệt bằng hồng
ngoại chủ yếu được dùng trong quân sự (tên lửa) và ứng dụng công nghiệp. Kĩ thuật này
cũng đang được ứng dụng trên thị trường như: máy ảnh trên xe hơi.
Phát nhiệt: tia hồng ngoại dùng trong các phòng tắm hơi hay dùng để làm tan tuyết
trên cánh máy bay (do da người và bề mặt cánh máy bay hấp thu tốt năng lượng của tia
hồng ngoại). Mặt Trời hay các vật nóng cỡ vài trăm độ (như lò sưởi, bếp) cũng phát ra tia
hồng ngoại.
Truyền thông, điều khiển: dùng để truyền tải thông tin trong mạng nhỏ. Ví dụ như:
từ máy tính sang máy tính, từ điện thoại sang điện thoại,… Ngoài ra, tia hồng ngoại còn
được ứng dụng trong lĩnh vực điều khiển từ xa.
Ngoài những ứng dụng trong kĩ thuật, tia hồng ngoại còn được ứng dụng trong lĩnh
vực y học dùng để chữa trị nhiều chứng bệnh.
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 ăng – ten
để phát và thu khi lắp đặt sử dụng.
Kích thước led nhỏ nên dễ dàng bố trí.
Giá thành linh kiện không cao.

GVHD: Vương Tấn Sĩ

8

SVTH: Võ Hoàng Duy

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
Tín hiệu truyền tải không xa, dễ bị ảnh hưởng bởi các vật cản.
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 hỗ trợ
Cách thức kết nối
Giá thành
Góc kết nối

Điều khiển bằng
hồng ngoại
Khoảng
cách
ngắn
(khoảng 1 – 5m).
Dễ bị nhiễu do các nguồn
nhiệt khác xung quanh.

Điều khiển bằng
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 hổ Lắp đặt theo yêu cầu.
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 một Có thể kết nối theo nhiều
góc hình nón khoảng 30 phương và có thể xuyên
độ và không xuyên vật qua vật thể.
cản.

Bảng 1. So sánh đặc điểm giữa điều khiển bằng hồng ngoại và điều khiển
bằng sóng điện từ.

GVHD: Vương Tấn Sĩ

9

SVTH: Võ Hoàng Duy


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, thiết bị điều khiển từ xa đã ra đời. Người dùng chỉ cần ở một chỗ 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 biên lượng điều khiển và lượng điều khiển thành từng loại xung 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 độ truyền dẫn nhanh nhất.

GVHD: Vương Tấn Sĩ

10

SVTH: Võ Hoàng Duy


Luận văn tốt nghiệp
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:

Thiết bị phát

Đường truyền

Thiết bị thu

Hình 1. 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,
biên 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 từ máy phát. Ở máy thu, tín hiệu phải thông qua
các phép biến đổi ngược lại với các phép đổi trên: giải mã, liên tục hóa, …

GVHD: Vương Tấn Sĩ

11

SVTH: Võ Hoàng Duy


Luận văn tốt nghiệp
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 tương 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
Phát lệnh
điều khiển

Mã hóa

Điều chế

Khuếch đại

Dao động tạo
sóng mang

Led phát

Hình 2. Sơ đồ khối phát hồng ngoại.

GVHD: Vương Tấn Sĩ

12

SVTH: Võ Hoàng Duy


Luận văn tốt nghiệp

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 phím được 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 (pulse amplitude modulation – PAM),
điều chế độ rộng xung (pulse width modulation – PWM), điều chế vị trí xung (pulse
position modulation – PPM), điều chế mã xung (pulse code modulation – 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.
- 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

GVHD: Vương Tấn Sĩ

13

SVTH: Võ Hoàng Duy


Luận văn tốt nghiệp
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.
Khuếch đại

Tách sóng

Giải mã

LED thu

Mạch
chấp hành

Khuếch đại

Hình 3. 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 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.
- 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
IC BL9148 là một bộ truyền phát tia hồng ngoại ứng dụng bởi công nghệ CMOS
(Complementary-Metal-Oxide-Silicon). BL9148 kết hợp với BL9149 tạo ra 10 chức
năng, kết hợp với BL9150 tạo ra 18 chức năng và 75 lệnh có thể phát xạ.
Những đặc tính của IC BL9148:
- Công suất tiêu thụ thấp.

GVHD: Vương Tấn Sĩ

14

SVTH: Võ Hoàng Duy


Luận văn tốt nghiệp
- Vùng điện áp hoạt động: 2.2V-5V.
- Sử dụng được nhiều phím.
- Ít thành phần ngoài.

Hình 4. Sơ đồ chân và hình dạng IC BL9148.
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.
- 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.
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.

GVHD: Vương Tấn Sĩ

15

SVTH: Võ Hoàng Duy


Luận văn tốt nghiệp

Hình 5. Sơ đồ ghép nối thạch anh để tạo dao động.

Hình 6. Sơ đồ khối bên trong IC BL9148.
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).

GVHD: Vương Tấn Sĩ

16

SVTH: Võ Hoàng Duy


Luận văn tốt nghiệp

Hình 7. Sơ đồ kết nối phím.
Chức năng các phím:
- Phím 1 – 6: những phím cho ra tín hiệu liên tục khi nhấn giữ.
- Phím 7 – 18: những phím cho ra những tín hiệu không liên tục (những tín hiệu sẽ
bị mất ngay khi nhấn vào cho dù giữ phím).
Mạch hoạt động tín hiệu thời gian – Mạch phát sinh tín hiệu:
- Lệnh truyền gồm một từ lệnh được tạo bởi 3 bit mã người dùng (C1, C2, C3), 6
bit mã phím vào (D1 – D6) và 1 bit mã liên tục (H) và 2 bit mã không liên tục (S1, S2).
Vậy có 12 bit mã, trong đó 3 bit mã người dùng được tạo 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
Mã liên tục/
không liên tục

D1 D2 D3 D4 D5 D6
Mã phím vào

Hình 8. Cấu trúc từ một lệnh.

GVHD: Vương Tấn Sĩ

17

SVTH: Võ Hoàng Duy


Luận văn tốt nghiệp
- Dạng sóng truyền đi:

Hình 9. Dạng 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 “a” phụ thuộc vào tần số dao động cấp cho BL9148.

t=

1
192
f osc

Tín hiệu không liên tục: Khi nhấn bất kì 1 phím không liên tục, tín hiệu không liên
tục chỉ truyền 2 từ lệnh đến ngõ ra.

Hình 10. Dạng sóng mô tả tín hiệu không liên tục.
Tín hiệu liên tục: Khi nhấn bất kì một phím liên tục, tín hiệu liên tục sẽ lặp lại chu kì
sau khi truyền 2 từ lệnh và thời gian dừng cho đến khi phím không được nhấn nữa.

GVHD: Vương Tấn Sĩ

18

SVTH: Võ Hoàng Duy


Luận văn tốt nghiệp

Hình 11. Dạng sóng mô tả tín hiệu liên tục.
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 thụ 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 động RC.
- Bộ lọc số và bộ kiểm tra mã ngăn ngữa sự tác động từ những nguồn sáng khác
nhau. Do đó không ảnh hưởng đến độ nhạy của mắt thu.

Hình 12. Sơ đồ chân và hình dạng của IC BL9149.
Chức năng từng chân:

GVHD: Vương Tấn Sĩ

19

SVTH: Võ Hoàng Duy


Luận văn tốt nghiệp
- 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.

Hình 13. Sơ đồ mạch RC tạo dao động cho IC 9149.
Nhận tín hiệu vào: Tín hiệu được nhận từ led thu hồng ngoại và sóng được truyền
vào IC.

GVHD: Vương Tấn Sĩ

20

SVTH: Võ Hoàng Duy


Luận văn tốt nghiệp

Hình 14. 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 led 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 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. Khi dữ liệu nhận được thông qua, ngõ ra sẽ chuyển lên mức cao.
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 phát và thu thì hệ thống sẽ tiến hành giải mã lệnh. Ta có
bảng mã lệnh tương ứng giữa phần thu và phần phát:
BL9148

BL9149

C1
1

C2
1

C3

0

C2
1

C3
0

1

0

1

0

1

1

1

1

1

1

GVHD: Vương Tấn Sĩ

21

SVTH: Võ Hoàng Duy


Luận văn tốt nghiệp
Bảng 2. Bảng mã hệ thống giữa phần thu và phần phát.
Vì BL9149 không có chân C1 nên chân C1 của BL9148 mặc nhiên ở mức logic “1” .
Qua bảng mã hệ thống, ta thấy rằng tổ hợp mã của các chân C2, C3 của hai IC giống
nhau, đó là mã hệ thống. Trong các tổ hợp mã, không có tổ hợp C2 = C3 = 0.
Các chân C2 và C3 sẽ ở mức logic “1” nếu đặt 1 tụ giữa chân C n (n=2,3) và mass.
Ngược lại các chân C2 và C3 sẽ ở mức logic “0” nếu nối xuống mass.
Phím
số
H
bên
T1
phát
1
1
2
1
3
1
4
1
5
1
7
0

8
0
9
0
10
0
11
0

S1

Mã dữ liệu
S2 D1 D2 D3 D4 D5 D6

T2

T3 K1 K2 K3 K4 K5 K6

0
0
0
0
0
1
1
1
1
1

0

0
0
0
0
0
0
0
0
0

1
0
0
0
0
1
0
0
0
0

0
1
0
0
0
0
1
0
0

0

0
0
1
0
0
0
0
1
0
0

0
0
0
1
0
0
0
0
1
0

0
0
0
0
1
0

0
0
0
1

0
0
0
0
0
0
0
0
0
0

Dạng xung ra

Ngõ ra

Liên tục
Liên tục
Liên tục
Liên tục
Liên tục
Không liên tục
Không liên tục
Không liên tục
Không liên tục
Không liên tục

HP1
HP2
HP3
HP4
HP5
SP1
SP2
SP3
SP4
SP5

Bảng 3. Bảng đối ứng quan hệ phím/ mã giữa IC thu BL9148 và phát BL9149.
5.2 Led phát quang – led phát hồng ngoại
Ở quang trở, quang transistor và quang transistor, năng của của ánh sáng chiếu vào
chất bán dẫn và cung cấp năng lượng cho các điện tử vượt dãi cấm. Ngược lại, khi một
điện tử từ dãi dẫn điện rớt xuống dãi hóa trị thì sẽ phát ra một năng lượng E=hf.
Khi phân cực thuận một mối nối P-N, điện tử tự do từ vùng N xuyên qua vùng P và
kết hợp với các lỗ trống, sinh ra năng lượng.
Đối với diode Ge, Si thì năng lượng phát ra dưới dạng nhiệt. Nhưng đối với diode
cấu tạo bằng GaAs (Gallaium Arsenide) năng lượng phát ra là ánh sáng hồng ngoại
(dùng trong mạch báo động hay điều khiển từ xa, ...). Với GaAsP (Gallaium Arsenide
Phosphor) năng lượng phát ra là ánh sáng vàng hay đỏ. Với GaP (Gallaium Phosphor)
năng lượng phát ra ánh sáng là màu vàng hoặc màu xanh lá cây. Các led phát ra ánh sáng

GVHD: Vương Tấn Sĩ

22

SVTH: Võ Hoàng Duy

Luận văn tốt nghiệp
nhìn thấy được dùng để làm đèn báo, trang trí, ... Phần ngoài của led có một lăng kính để
phát ánh sáng phát ra ngoài.

Hình 15. Cấu tạo của một đèn led.
5.3 Bộ thu hồng ngoại
Bộ thu hồng ngoại là một quang transistor (led thu hồng ngoại). Quang transistor
nhận được tín hiệu hồng ngoại kích thích đúng tần số thì quang transistor sẽ có dòng điện
ra.
Tín hiệu
vào

Mạch điều khiển

Điều chỉnh
tự động
khuếch đại
(AGC)

Dãi
thông qua

Mạch
tách sóng

Hình 16. Sơ đồ khối bên trong led thu hồng ngoại.
Nguyên lý hoạt động: Trong quang transistor có quang diode làm nhiệm vụ cảm
ứng quang điện. Khi quang đi nhận được tín hiệu từ led phát, xung tín hiệu sẽ được

GVHD: Vương Tấn Sĩ

23

SVTH: Võ Hoàng Duy


Luận văn tốt nghiệp
khuếch đại lên nhiều lần sau đó loại bỏ tín hiệu tín hiệu sóng mang, và giữ lại 12bit của
tín hiệu. Tín hiệu đầu ra sẽ đưa vào cực nền của transistor làm cho transistor dẫn, có dòng
điện ra ở chân số 1 của quang transistor.

Hình 17. Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân của led thu hồng ngoại.
Những loại quang transistor cho những tần số sóng mang khác nhau:
Type
TSOP1830
TSOP1836
TSOP1838
TSOP1856

fo
30KHz
36KHz
38KHz
56KHz

Type
TSOP1833
TSOP1837

TSOP1840

fo
33KHz
36.7KHz
40KHz

Bảng 4. Những loại led thu hồng ngoại thông dụng.
5.4 IC HEF4013
Vi mạch 4013 chứa 2 flip-flop D, nó là vi mạch đa năng, chúng có các chân đặt trực
tiếp (S), xóa trực tiếp (R), ngõ vào xung đồng hồ (CLK) và ngõ ra (Q).

Hình 18. Sơ đồ chân và hình dáng của IC HEF4013.

GVHD: Vương Tấn Sĩ

24

SVTH: Võ Hoàng Duy