Điều khiển quạt từ xa bằng hồng ngoại

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỀ TÀI: Thiết kế mạch điều khiển từ xa lựa chọn nhiều(4)
Tín hiệu tương tự đầu vào(1) đầu ra

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : Trần ngọc thái
SINH VIÊN THỰC HIỆN

:Mai Đức Khải
Nguyễn Hữu Khải

LỚP

: 112152.2

Trang: 3


Mục lục
Mục lục....................................................................................................4
Lời nói đầu.............................................................................................5
CHƯƠNG I - LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỪ XA............................7
1.1. Giới thiệu hệ thống điều khiển từ xa..................................................7
1.1.2. Một số vấn đề cơ bản trong hệ thống điều khiển từ xa........................................8
1.1.3. Các phương pháp mã hóa trong điều khiển từ xa................................................8
1.1.4. Sơ đồ khối của một hệ thống điều khiển từ xa....................................................9

1.2. Điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại................................................9

1.2.1. Khái niệm về tia hồng ngoại................................................................................9
1.2.2. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại...............................10
1.4.2. Phân tích và so sánh ưu và khuyết điểm............................................................15
1.4.3. Kết luận và chọn phương án chế tạo..................................................................16

CHƯƠNG II – TỔNG QUAN LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG
MẠCH....................................................................................................17
2.1 – IC CMOS pt2248 và pt2249A.........................................................17
2.1.1. Sơ lược về IC CMOS.........................................................................................17
2.1.2. IC CMOS PT2248.............................................................................................18
2.1.3. IC CMOS PT2249A...........................................................................................22

2.2. LED phát hồng ngoại và mắt nhận hồng ngoại PC 1838B.............25
2.2.1. LED phát hồng ngoại.........................................................................................25
2.2.2. Mắt nhận hồng ngoại PC 1838B.......................................................................26

Trang: 4


Lời nói đầu
Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ra đã
và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã
tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như độ chính xác cao, tốc độ nhanh,
gọn nhẹ là những yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao.
Một trong những ứng dụng quan trọng của công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển từ xa.
Điều khiển từ xa là việc điều khiển một mô hình ở một khoảng cách nào đó mà con người
không nhất thiết trực tiếp đến nơi đặt hệ thống.
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 gũi với con người 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 những loại tivi điều khiển từ xa, đầu video, VCD, CD, ... đến quạt bàn tất cả đều
được điều khiển từ xa. Xuất phát từ những ý tưởng trên cùng với những kiến thức đã được
học nên chúng em đã chọn đề tài “Điều khiển quạt từ xa bằng tia hồng ngoại”cùng việc
thiết kế và thi công mạch.
Nội dung của bản thuyết minh đồ án gồm 2 phần:
Phần I – Cơ sở lý thuyết gồm các chương I, II.
Phần II – Thiết kế và chế tạo gồm các chương III.
Do thời gian, trình độ, tài liệu còn hạn chế nên cuốn luận án chắc chắn không thể tránh
được những thiếu sót. Kính mong sự chỉ dẫn và góp ý của thầy cô và tất cả các bạn.
Hưng Yên, tháng 10 năm 2016
Sinh viên thực hiện

Trang: 5


Mai Đức Khải
Nguyễn Hữu Khải

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………

Trang: 6


…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………

CHƯƠNG I - LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỪ XA.
1.1. Giới thiệu hệ thống điều khiển từ xa

1.1.1. 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 tia
hồng ngoại, hệ thống điều khiển từ xa bằng cáp quang dây dẫn.
* Sơ đồ kết cấu của hệ thống điều khiển từ xa bao gồm:
- 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.

Đường truyền

Thiết bị phát

Thiết bị thu

Hình 1.1– Sơ đồ kết cấu của hệ thống điều khiển từ xa.
* Nhiệm vụ cơ bản của hệ thống điều khiển từ xa:
- Phát tín hiệu điều khiển.
- Sản sinh ra xung hoặc hình thành các xung cần thiết.
- Tổ hợp xung thành mã.

Trang: 7


- Ở điểm chấp hành (thiết bị thu) sau khi nhận được mã phải biến đổi 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.
1.1.2. Một số vấn đề cơ bản trong hệ thống điều khiển từ xa.

Do hệ thống điều khiển từ xa có đường truyền dẫn xa nên chúng ta phải nghiên cứu về
kết cấu hệ thống để đảm bảo tín hiệu được truyền đi chính xác và nhanh chóng theo những
yêu cầu cơ bản sau.
* 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 2 phần: phần chất và phần lượng. Về lượng có
cách biến lượng điều khiển và về chất có cách biến chất điều khiển thành từng loại tín hiệu gì
cho phù hợp và những tín hiệu đó cần có những phương pháp nào để hợp thành tin tức, để có
dung lương lớn nhất và tốc độ truyền nhanh nhất.
* Kết cấu hệ thống.
Để đàm bảo các yêu cầu về kết cấu tin tức, hệ thống điều khiển từ xa có các yêu cầu cơ bản
sau:
- Tốc độ làm việc nhanh.
- Thiết bị phải an toàn, tin cậy.
- Kết cấu phải đơn giản.
Hệ thống điều khiển từ xa 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.
1.1.3. 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 phải 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 biến 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 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.

Trang: 8


Dạng sai nhầm cuả 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.
1.1.4. Sơ đồ khối của một hệ thống điều khiển từ xa.

Tín hiệu
điều khiển
Điều chế

Khuếch đại phát

Tín hiệu
sóng mang
Hình 1.2- Sơ đồ khối máy phát
Khuếch đại
thu

Giải điều
chế

Khuếch
đại

Chấp
hành

Hình 1.3 – Sơ đồ khối máy thu.

1.2. Điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại.
1.2.1. Khái niệm về tia hồng ngoại.

Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt
thường, có bước sóng khoảng từ 0.86μm đến 0.98μm. Tia hồng ngoại có vận tốc truyền bằng
vận tốc ánh sáng.
Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu. Nó được ứng dụng rộng rãi
trong công nghiệp. Lượng thông tin có thể đạt 3 mega bit /s... Trong kỹ thuật truyền tin bằng
sợi quang dẫn không cần trạm khuếch đại giữa chừng, người ta có thể truyền 15000 cuộc
điện thoại hay 12 kênh truyền hình qua một sợi tơ với đường kính 0,13mm với khoảng cách

Trang: 9


10km đến 20 km. Lượng thông tin được truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần
so với song điện từ mà người ta vẫn dùng.
Sóng hồng ngoại có những đặc tính quan trọng giống như ánh sáng( sự hội tụ qua thấu
kính, tiêu cự …). Tuy nhiên ánh sáng thường và ánh sáng hồng ngoại khác nhau rất rõ trong
sự xuyên suốt qua vật chất. Có những vật mắt ta thấy “phản chiếu sáng” nhưng với tia hồng
ngoại nó là những vật “phản chiếu tối”. Có những vật chất ta thấy nó dưới một màu xám đục
nhưng với ánh sáng hồng ngoại nó trở nên xuyên suốt. Điều này giải thích vì sao LED hồng
ngoại có hiệu suất cao hơn LED phát ánh sáng nhìn thấy như LED đỏ, vàng, xanh lục, ......

Vì vật liệu bán dẫn “trong suốt” đối với ánh sáng hồng ngoại, tia hồng ngoại không bị yếu đi
khi nó vượt qua các lớp bán dẫn để đi ra ngoài. Trong điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại,
chùm tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng, do đó khi thu phải đúng hướng.
1.2.2. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại.

a) Nguyên lý thu phát hồng ngoại.
Việc thu hoặc phát bức xạ hồng ngoại có thể thực hiện bằng nhiều phương tiện khác
nhau. Nhiều thứ có thể phát tia hồng ngoại như: lò bức xạ, lò điện, đèn, cơ thể người,... Để
có thể truyền tia hồng ngoại tốt, tránh xung nhiễu bắt buộc phải dùng mã phát và nhận ổn
định để xác định xem đó là xung truyền hay nhiễu. Tần số làm việc tốt nhất từ 30 KHz đến
60 KHz, nhưng thường sử dụng khoảng 38 KHz.
Dùng tần số 38 KHz để truyền tín hiệu hồng ngoại thì dễ, nhưng khó thu và giải mã, phải
sử dụng bộ lọc để tín hiệu ngõ ra là xung vuông, nếu ngõ ra có xung nghĩa là đã nhận được
tín hiệu ở ngõ vào.
b) Sơ đồ khối phần phát.
- Khối chọn chức năng và khối mã hóa: Khi người sử dụng bấm vào các phím chức năng
để phát lệnh yêu cầu của mình, mổĩ phím chức năng tương ứng với một số thập phân. Mạch
mã hóa sẽ chuyển đổi thành mã nhị phân tương ứng dưới dạng mã lệnh tín hiệu số gồm các
bít 0 và 1. Số bit trong mã lệnh nhị phân có thể là 4 bit, 8 bit hay 12 bit… tùy theo số lượng
các phím chức năng nhiều hay ít.
- Khối dao động có điều kiện: Khi nhấn 1 phím chức năng thì dồng thời khởi động mạch
dao động tạo xung đồng hồ, tần số xung đồng hồ xác định thời gian chuẩn của mỗi bit.
- Khối chốt dữ liệu và khối chuyển đổi song song ra nối tiếp: Mã nhị phân tại mạch mã hóa
sẽ được chốt để đưa vào mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp. Mạch chuyển đổi dữ
liệu song song ra nối tiếp được điều khiển bởi xung đồng hồ và mạch định thời nhằm đảm
bảo kết thúc đúng lúc việc chuyển đổi đủ số bit của một mã lệnh.

Trang: 10

- Khối điều chế và phát FM: mã lệnh dưới dạng nối tiếp sẽ được đưa qua mạch điều chế và
phát FM để ghép mã lệnh vào sóng mang có tần số 38Khz đến 100Khz, nhờ sóng mang cao
tần tín hiệu được truyền đi xa hơn, nghĩa là tăng cự ly phát.
- Khối thiết bị phát: là một LED hồng ngoại. Khi mã lệnh có giá trị bit = ’1’ thì LED phát
hồng ngoại trong khoảng thời gian T của bit đó . Khi mã lệnh có giá trị bit=’0’ thì LED
không sáng. Do đó bên thu không nhận được tín hiệu xem như bit = ‘0’.

Hình 1.4 – Sơ đồ khối phần phát tia hồng ngoại
c) Sơ đồ khối phần thu.
- Khối thiết bị thu: Tia hồng ngoại từ phần phát được tiếp nhận bởi LED thu hồng ngoại hay
các linh kiện quang khác.
- Khối khuếch đại và Tách sóng: trước tiên khuếch đại tính hiệu nhận rồi đưa qua mạch
tách sóng nhằm triệt tiêu sóng mang và tách lấy dữ liệu cần thiết là mã lệnh.
- Khối chuyển đổi nối tiếp sang song song và Khối giải mã: mã lệnh được đưa vào mạch
chuyển đổi nối tiếp sang song song và đưa tiếp qua khối giải mã ra thành số thập phân tương
ứng dưới dạng một xung kích tại ngõ ra tương ứng để kích mở mạch điều khiển.
- Tần số sóng mang còn được dùng để so pha với tần số dao động bên phần thu giúp cho
mạch thu phát hoạt động đồng bộ, đảm bảo cho mạch tách sóng và mạch chuyển đổi nối tiếp
sang song song hoạt động chính xác.

Trang: 11


Thiết bị
thu

Khuếch
đại và tách
sóng

Chuyển
đổi nối
tiếp sang
song song

Dao động
có điều
kiện

Giải
mã

Mạch điều
khiển

Hình 1.5 – Sơ đồ khối phần thu và giải mã tia hồng ngoại.

1.3. Điều khiển từ xa dùng sóng vô tuyến.
1.3.1. Sơ lược về hệ thống điều khiển từ xa dùng sóng vô tuyến.
Hệ thống vô tuyến là hệ thống truyền tín hiệu từ nơi này sang nơi khác bằng sóng điện
từ. Tín hiệu thông tin được truyến đi từ nơi phát được chuyển thành tín hiệu điện, sau đó
được mã hóa để truyền đi. Tại nơi thu, tín hiệu điện sẽ được giải mã, phục hồi lại thông tin
ban đầu.
Việc điều chế tín hiệu điện trong hệ thống vô tuyến, truyến tín hiệu là quá trình đặt tín
hiệu thông tin vào sóng mang có tần số cao hơn để truyền đi. Tại máy thu tín hiệu sẽ được
loại bỏ thành phần sóng mang, chỉ nhận và giải mã tín hiệu thông tin, đây là quá trình điều
chế.
Hệ thống điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến bao gồm máy phát và máy thu. Máy phát
có nhiệm vụ phát ra lệnh điều khiển truyền ra ngoài môi trường dưới dạng sóng điện từ mang
theo tín hiệu điều khiển. Máy thu thu tín hiệu từ môi trương, xử lý tín hiệu và đưa ra lệnh

điều khiển đến mạch chấp hành. Đặc điểm của hệ thống này là phải dùng Antena để bức xạ
tín hiệu điều khiển đối với máy phát và một Antena khác để thu tín hiệu điều khiển đối với
máy thu.

Trang: 12


1.3.2. Sơ đồ khối máy phát.
ANTENA
Phát lệnh
điều khiển

Mã
hóa

Khuếch
đại cao tần

Dao động
cao tần

Điều
chế

Hình 1.6 – Sơ đồ khối máy phát sóng vô tuyến.
- Khối phát lệnh điều khiển: Dùng các phím để phát lệnh điều khiển theo phương thức ma
trận phím hoặc từng phìm riêng lẻ.
- Khối mã hóa: Biến đổi sóng dao động điện được tạo ra từ bàn phím lệnh thành sóng điện có
tần số đặc trưng cho lệnh điều khiển tương ứng.
- Khối dao động cao tần: Tạo dao động bên trong máy phát, có nhiệm vụ tạo sóng mang để

chuyên chở tín hiệu điều khiển trong không gian.
- Khối điều chế: Phối hợp 2 tín hiệu dao động lại với nhau theo các phương pháp khác nhau,
tùy theo đặc điểm của hệ thống thu-phát như điều chế biên độ (AM), điều chế tần số (FM), ...
- Khối khuếch đại cao tần: Khuếch đại biên độ tín hiệu nhằm tăng cường công suất bức xạ
sóng điện từ.

1.3.3. Sơ đồ khối máy thu.
ANTENA

Khuếch
đại cao
tần

Trộn
tần

Tách
sóng

Dao
động nội

Giải
mã

Mạch điều
khiển

Hình 1.7 – Sơ đồ khối máy thu sóng vô tuyến.

Trang: 13


- Khối khuếch đại cao tần: khuếch đại biên độ tín hiệu cao tần thu được từ Antena để bù lại
năng lượng tiêu hao trong qua trình sóng điện từ lan truyền trong môi trường.
- Khối dao động nội: Là dao động cao tần hình sin biến đổi năng lượng dao động một chiều
thành xoay chiều có tần số yêu cầu. Khối dao động nội là dao động tự kích có tần số ổn định
cao.
- Khối trộn tần: Biến đổi tín hiệu cao tần thành tín hiệu trung tần chung, với tần số này việc
thế kế mạch trở nên dễ dàng hơn cững như mạch sẽ có độ ổn định cao hơn. Khối trộn tần còn
có nhiệm vụ khuếch đại biên độ tín hiệu tín hiệu trung tần chung.
- Khối tách sóng có nhiệm vụ triệu tiêu sóng mang cao tần, phục hồi lại tín hiệu điều khiển.
- Khối giải mã: Nhận biết tín hiệu vừa phát đi để phát ra lệnh tác động đúng thiết bị cần điều
khiển.
Qua thực nghiệm cho thấy, để sóng điện từ bức xạ và lan truyền tốt trong môi trường thì
tần số thích hợp là hơn 100 kHz. Ngoài ra vấn đề phối hợp trở kháng giữa các tầng trong
máy phát, giữa Antena và tầng công suất phát là rất quan trọng trong việc nâng cao khoảng
cách phát tín hiệu.
Vì Antena thu có đặc tính cộng hưởng với tần số phát nên kích thước Antena có quan hệ
chặt chẽ với tần số phát.
Tầm thu-phát của hệ thống còn phụ thuộc vào địa hình, độ cao của Antena và độ nhạy của
thiết bị.

1.4 Phân tích ưu khuyết điểm của hệ thống điều khiển từ xa dùng tia
hồng ngoại và hệ thống điều khiển từ xa dùng sóng vô tuyến.
1.4.1. Ưu và khuyết điểm của từng phương pháp.
a) Phương pháp điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại.
Ưu điểm:
- Không dây dẫn.
- Thiết bị phát và thu tín hiệu( LED phát và quang điện trở, PhotoDiode hay PhotoTransistor,

...) nhỏ, gọn, dễ lắp đặt và có độ tin cậy cao.
- Điện áp cung cấp thấp, có độ tin cậy nhỏ.
- Điều khiển được nhiều thiết bị.
- Tính khả thi cao, linh kiện dễ tìm thấy, giá thành rẻ, dễ thiết kế và chế tạo.
Khuyết điểm:
- Tầm xa hạn chế.

Trang: 14


- Dòng điện cao tức thời.
- Bị nhiễu bởi hồng ngoại do các nguồn xung quanh phát ra, ảnh hưởng tới tầm phát tín hiệu.
-Do đó chỉ dùng trong nhà hoặc nơi có nhiệt độ môi trường ảnh hưởng thấp.
- Tín hiệu chỉ truyền được theo đường thẳng nên gặp hạn chế khi bị vật cản .
b) Phương pháp điều khiển từ xa dùng sóng vô tuyến.
* Ưu điểm:
- Truyền đạt tín hiệu với khoảng cách xa.
- Không bị ảnh hưởng nhiều bởi vật cản.
- Tầm phát rộng, nhiều hướng khác nhau nên có thể điều khiển cùng một lúc với các thiết bị
nhận kênh đồng thời.
* Khuyết điểm:
- Khi phát hay thu đều cần có Antena.
- Làm không gian bị bão hòa, gây nhiễu vô tuyến.
- Hay bị ảnh hưởng bởi nhiễu từ môi trường gây méo, sai tín hiệu làm không điều khiển
được.
- Để tránh ảnh hưởng các tần số phát sóng chuyên nghiệp nên phải tuân thủ theo quy định
của bưu điện . Do đó không thể điều khiển nhiều kênh vì dãy tần nghiệp dư theo quy định
của bưu điện rất hẹp.
- Sóng vô tuyến thường bị nhiễu nên hệ thống mã hóa khá phức tạp.
- Tính khả thi không cao vì nhiều linh kiện khó tìm, giá thành cao, thiết kế và chế tạo có

nhiều khó khăn.
1.4.2. Phân tích và so sánh ưu và khuyết điểm.

* Vấn đề tần số sóng mang:
Khi truyền tín hiệu đi xa cần có sóng mang để chuyên chở tín hiệu. Với phương pháp
dùng sóng vô tuyến sử dụng sóng mang tần số cao nên khó chế tạo; mặt khác, phương pháp
dùng sóng vô tuyến phải tuân thủ quy định của bưu điện.Còn phương pháp dùng sóng hồng
ngoại tần số thấp dễ chế tạo và không cần khung cộng hưởng LC như sóng vô tuyến.
* Vấn đề thu - phát:
Phương pháp dùng sóng vô tuyến yêu cầu sử dụng Antena để phát và thu tín hiệu gây bất
tiện khi sử dụng, khoảng cách điều khiển lại phụ thuộc nhiều vào chiều dài của Antena, điều
kiện môi trường và địa hình. Ngoài ra còn phải lưu ý vấn để phối hợp trở kháng giữa Antena
thu-phát và mạch khuếch đại công suất phát.

Trang: 15


Phương pháp điều khiển từ xa bằng hồng ngoại thì có nhiều ưu điểm hơn như gọn nhẹ,
không cần Antena thu-phát, LED có kích thước nhỏ nên dễ bố trí, giá thành rẻ.
* Vấn đề công suất phát:
Để nâng cao khoảng cách điều khiển của thiết bị thì phải nâng cao công suất phát và độ
nhạy của chúng. Trong trường hợp điều khiển dùng sóng vô tuyến có nhược điểm là khuếch
đại cộng hưởng nằm ở tầng công suất nên khiến mạch phát có kích thước và tiêu hao công
suất lớn.
Với phương pháp điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại thì để tăng khoảng cách phát ta có
thể tăng số lượng LED hay phân cực cho thiết bị thu để nó chạy “mạnh” hơn thì không nên
thực hiện vì khiến việc điều khiển phụ thuộc nhiều hơn vào điều khiên môt trường ngoài.
* Phạm vi ứng dụng:
Tia hồng ngoại được sử dụng nhiều để điều khiển các thiết bị sinh hoạt trong gia đình như
đèn, quạt, ti-vi, ... tuy nhiên không dùng được ngoài nắng. Sóng vô tuyến có phạm vi ứng

dụng lớn hơn tia hồng ngoại.
* Tính khả thi:
Những thiết bị của mạch điều khiển sử dụng tia hồng ngoại đã có như IC PT2248 và
PT2249A (hoặc SZ9148, SZ9149 tương đương), LED phát hồng ngoại, thiết bị thu hồng
ngoại, ... khá dễ tìm và có giá thành rẻ. Những thiết bị của mạch điều khiển sử dụng sóng vô
tuyến cuộn dây làm khung cộng hưởng, ... khá khó tìm và không có thiết bị đo lường cụ thể.
1.4.3. Kết luận và chọn phương án chế tạo.

Sau khi so sánh, phân tích những thuận lợi và khó khăn cơ bản; em thấy phương án chế
tạo mạch điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại cũng có nhiều ứng dụng trong thực tế, lại dễ
chế tạo và phù hợp với trình độ hiện tại của bản thân. Vậy nên trong đề tài này em quyết
định sử dụng kỹ thuật điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại để “thiết kế và chế tạo mạch điều
khiển tốc độ quạt”.

Trang: 16


CHƯƠNG II – TỔNG QUAN LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH.

2.1 – IC CMOS pt2248 và pt2249A.
2.1.1. Sơ lược về IC CMOS.

CMOS (Complementary MOS) có cấu tạo kết hợp cả PMOS và NMOS trong cùng 1
mạch nhờ đó tận dụng được các thế mạnh của cả 2 loại, nói chung là nhanh hơn đồng
thời mất mát năng lượng còn thấp hơn so với khi dùng rời từng loại một . Đầu tiên,
CMOS được nghiên cứu để sử dụng trong lĩnh vực hàng không vũ trụ . Với các đặc
tính như không phụ thuộc vào lưới điện, miễn nhiễu, ... . Ngày nay, CMOS được sử
dụng rộng rãi trong lưới điện công nghiệp, điện từ, y khoa, kỹ thuật xe hơi và cả trong
kỹ thuật máy tính điện tử.
CMOS có các đặc tính quan trọng sau:

- Công suất tiêu tán nhỏ: 25 nW per gate (static).
- Điện áp làm việc từ 3V đến 15V, tối đa 18V.
- CMOS chống nhiễu tốt.
- Khoảng nhiệt độ làm việc:

Thương mại : -40 C đến 85 C.

Quân sự

: -55 C đến 125 C.

- DC fanout > 50.
a) Điện áp.
CMOS có thể hoạt động từ 3V đến 5V. Tuy nhiên với điện áp nhỏ hơn 4,5V thì thời gian
trễ sẽ gia tăng (vận tốc làm việc sẽ chậm lại), tổng trở ra cũng cao hơn và đồng thời tính
chống nhiễu cũng giảm. Với những điện áp lớn hơn 15V cũng có những bất lợi:
- Công suất tiêu tán lúc CMOS hoạt động tăng cao.
- Với những xung nhiễu từ nguồn vượt quá điện áp đánh thủng (20V), tạo ra hiệu ứng
SCR-latch-up và làm hỏng IC nếu dòng không được hạn chế từ bên ngoài.
Điện áp càng cao thì CMOS hoạt động càng nhanh. Thời gian trể gia tăng với nhiệt độ và
tải điện dung.
b) Tính miễn nhiễu.
CMOS chống nhiễu rất tốt. Với điện áp 5V, CMOS vẫn hoạt động bình thường với sự mất
ổn định của điện áp cấp hay điện áp nhiễu đến 1V.
CMOS thường được sử dụng trong các mạch điện của các thiết bị công nghiệp phải
hoạt động trong một môi trường đấy nhiễu và điện từ .

Trang: 17

c) Giao tiếp với TTL.
Với điện áp 5V CMOS có thể giao tiếp thẳng với TTL (là CMOS thúc TTL). Tổng trở về
của CMOS rất lớn, TTL có thể tải vô số cổng CMOS mà không làm mất fanout ở trạng thái
thấp.
d) Điện dung ngõ ra – vào.
Điện dung ngõ ra vào của CMOS từ 1,5 pC đến 5 pC và điện dung ngõ ra từ 3 pC đến 7
pC.
e) Những chú ý cần thiết khi thiết kế với CMOS.
- Tất cả các chân ngõ vào không dùng nên nối đất hoắc với điện áp cấp.
- Những tín hiệu vào thay đổi mức logic quá chậm sẽ làm cho IC CMOS dao động và IC bị
trigger nhiều lần. Điện áp cấp cho IC ổn áp kém và không sạch sẽ dễ đưa đến trường hợp này
vì điện áp ngưỡng của IC phụ thuộc vào điện áp cấp. Với các xung đồng bộ có thời gian lên
chậm IC CMOS cũng thường hiểu sai.
- CMOS cùng loại có đặc trưng kỹ thuật khác nhau.
- Dòng ra của CMOS loại A cho toàn dải nhiệt độ làm việc đủ để thúc cổng LS-TTL.

2.1.2. IC CMOS PT2248.

Hình 2.1– Hình ảnh thực tế của IC CMOS PT2248.
IC CMOS PT2248 là IC dùng để mã hóa và phát tín hiệu hồng ngoại có các đặc tính cơ bản
như sau:
- Được sản xuất theo công nghệ CMOS.
- Tiêu thụ công suất thấp.
- Vùng điện áp hoạt động: 2.2V-5V.

Trang: 18


- Sử dụng được nhiều phím.
- Ít thành phần ngoài.

Ứng dụng:
- Bộ phát hồng ngoại dùng trong các thiết bị điện tử như: Television, Video Cassette Recode.
* Chức năng các chân của IC PT2248.
Chân 1 (Vss): là chân mass được nối với cực âm của nguồn điện.
Chân 2 và 3(X và XT): là hai đầu để nối với thạch anh 455 kHz 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 T1-T3 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, 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.
Bên dưới là hình ảnh về sơ đồ chân và sơ đồ khối chức năng của IC CMOS PT2248.

Trang: 19


Hình 2.2 – Sơ đồ chân và sơ đồ khối chức năng của IC CMOS PT2248.
* Phân tích sơ đồ khối của PT2248.
Bộ tạo dao động và bộ phân tần: Để có thể phát được đi xa, ta cần có xung có tần số 38 kHz
ở nơi nhận, nhưng trên thị trường khó tìm được bộ dao động đúng tần số đó nên ta chọn tần
số của thạch anh là 455Khz cho bộ tạo dao động, tần số sẽ được đưa qua bộ phân tần để chia
nó ra thành 12 lần và đạt được tần số xấp xỉ 38 kHz (chính xác thì là 37,75 kHz ).
Mạch điện phím vào: Có tổng cộng 18 phím được nối tới các chân K1-K6 và 3 chân T1-T3
để tạo ra ma trận bàn phím (6x3).

Hình 3.1.3 – Mạch điện phím vào tiêu chuẩn của IC CMOS PT2248.
Trang: 20

- Phím 1 – 6: là những phím cho ra tín hiệu liên tục khi ấn giữ.
- Phím 7 – 18: là những phím cho ra những tín hiệu không liên tục. Tín hiệu sẽ bị mất ngay
khi nhấn vào cho dù có 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, 1 bit mã liên tục, 2 bit mã
không liên tục và 6 bit mã ngõ vào. Vậy, nó 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 1 diode được nối giữa chân
CODE và chân Tn (n = 1-3); và là “0” khi không nối diode. Vì IC thu PT2249A, chỉ có 2 bit
mã (CODE 2, CODE 3), nên chân T1 của PT2249A sẽ luôn ở mức “1”.

Hình 2.3 – 12 bit mã của của IC CMOS PT2248.
C1,C2,C3 :
mã người dùng
H:
mã tín hiệu liên tục
S1,S2 : mã tín hiệu không liên tục
D1- D6 : mã ngõ vào
Dạng sóng truyền :

Trang: 21


Hình 2.4 – Dạng sóng truyền của IC CMOS PT2248.
Một chuỗi mã gồm 12 bit sẽ có chiều dài 48a. Thời gian của bit “a” phụ thuộc vào tần số dao
động và được tính bởi công thức: a = * 192
Tín hiệu không liên tục:

Hình 2.5 – Tín hiệu không liên tục.

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

Hình 2.6 – Tín hiệu liên tục.
Khi nhấn bất kỳ một phím liên tục, tín hiệu liên tục sẽ lặp lại chu kỳ sau khi truyền 2 từ lệnh
và thời gian dừng cho đến khi phím không được nhấn nữa.

2.1.3. IC CMOS PT2249A.
IC CMOS PT2249A là IC dùng để thu và giải mã tín hiệu hồng ngoại có các đặc tính cơ bản
như sau:
- Tiêu tán công suất thấp.
- Khả năng chống nhiễu rất cao.
- Nhận được đồng thời 5 chức năng từ IC phát PT2249A.
- Cung cấp bộ tạo dao động RC.
Trang: 22


- Bộ lọc số và Bộ kiểm tra mã ngăn ngừa sự tác động từ những nguồn sáng khác nhau như
đèn PL. Do đó không ảnh hưởng đến độ nhạy của mắt thu.
* Chức năng các chân của IC CMOS PT2249A:
Chân 1 (Vss): là chân mass được nối với cực âm của nguồn điện.
Chân 2 (R): là đầu vào tín hiệu thu.
Các chân 3 – 7 (H1 - H5): là đầu ra tín hiệu liên tục. Chỉ cần thu được tín hiệu tương ứng với
đầu ra nào thì đầu ra đó sẽ luôn duy trì ở mức logic “1”.
Các chân 8 – 12 (S5 – S1): là đầu ra 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 với tụ điện và điện trở bên ngoài tạo ra dao động cho mạch.
Chân 16 (Vcc): là chân được nối với cực dương của nguồn cung cấp.

Hình 2.7 – Sơ đồ chân của IC CMOS PT2249A.

* Sơ đồ khối chức năng của IC CMOS PT2249A.

Trang: 23


Hình 2.8 - Sơ đồ khối chức năng của IC CMOS PT2249A.
Giải thích sơ đồ khối:
Sau khi IC phát PT2248 phát tín hiệu (2 chu kỳ) đi, tín hiệu sẽ được mắt thu tiếp nhận rồi
đưa nó đến chân RXin. Chân RXin có nhiệm vụ sẽ chỉnh lại dạng sóng của tín hiệu cho
chuẩn. Sau đó, tín hiệu được đưa tới bộ lọc số. Bộ lọc số có nhiệm vụ lọc lấy các dữ liệu rồi
đưa đến thanh ghi. Dữ liệu đầu tiên được lưu vào thanh ghi 12 bit. Tiếp đến, dữ liệu thứ hai
sẽ được nạp vào thanh ghi. Dữ liệu đầu tiên sẽ được đưa qua bộ đệm ngõ ra nếu mã của nó
khớp với mã của phần phát. Trường hợp mã của dữ liệu không khớp với mã của phần phát
thì quá trình sẽ được lặp lại.

Trang: 24


* Lưu ý về việc phối hợp mã người dùng của IC CMOS PT2248 và IC CMOS
PT2249A.

Chân CODE nối từ tụ điện đến Vss là “1”, trực tiếp nối Vss là “0”.

Hình ảnh thực tế của IC CMOS PT2249A .

Hình 2.9 - Hình ảnh thực tế của IC CMOS PT2249A

2.2. LED phát hồng ngoại và mắt nhận hồng ngoại PC 1838B.
2.2.1. LED phát hồng ngoại.

Khi một điện tử từ dải dẫn điện rớt xuống dải hoá trị thí sẽ phát ra một năng lượng: E=h.f.
Khi phân cực thuận một nối P-N, điện tử tự do từ vùng N xuyên qua vùng P và tái hợp với lỗ
trống (về phương diện năng lượng ta nói các điện tử trong dải dẫn điện – có năng lượng cao
– rơi xuống dải hoá trị - có năng lượng thấp – và kết hợp với lỗ trống), khi tái hợp thì sinh ra
năng lượng.
Trang: 25


Đối với diode Ge, Si thì năng lượng phát ra dưới dạng nhiệt. Nhưng đối với diode cấu tạo
bằng GaAs (Gallium Arsenide) năng lượng phát ra là ánh sáng hồng ngoại (không thấy
được) dùng trong các mạch báo động, điều khiển từ xa… . Với GaAsP (Gallium Arsenide
phosphor) năng lượng phát ra là ánh sáng vàng hay đỏ. Với GaP (Gallium phosphor), năng
lượng ánh sáng phát ra màu vàng hoặc xanh lá cây. Các Led phát ra ánh sáng thấy được dùng
để làm đèn báo, trang trí… Phần ngoài của LED có một thấu kính để tập trung ánh sáng phát
ra ngoài.

Hình 2.10 – Hình dạng thực tế-phân cực và cấu tạo của LED phát hồng ngoại.
Để có ánh sáng liên tục, người ta phân cực thuận LED. Tuỳ theo mức năng lượng giải
phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau sẽ quyết định màu sắc của
LED. Thông thường, LED có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong
khoảng 1,5 – 2,8V tuỳ theo màu sắc phát ra : màu đỏ là từ 1,4V đến 1,8V, vàng là từ 2V đến
2,5V, còn màu xanh lá cây là từ 2V đến 2,8V. Dòng điện qua LED thường chỉ cần khoảng
vài mA.
2.2.2. Mắt nhận hồng ngoại PC 1838B.

Với module mắt thu trên thị trường có 2 loại module mắt thu tín hiều hồng ngoại: Một loại
vỏ sắt và một loại vỏ bằng nhựa.
Theo em được biết dùng loại module vỏ sắt chống nhiễu bên ngoài tốt hơn loại vỏ nhựa. Nên
em dự định sử dụng mắt nhận hồng ngoại vỏ sắt có tên là PC 1838B.

Trang: 26


Hình ảnh thực tế

Cấu tạo chân

Hình 2.11 – Hình ảnh thực tế và cấu tạo chân của PC 1838B.
* Sơ đồ khối của PC 1838B:

Hình 2.12 – Sơ đồ khối của PC 1838B.
Giải thích sơ đồ khối:
Tín hiệu hồng ngoại từ nguồn phát qua bộ truyền đến mạch thu được led hồng ngoại nhận rồi
đưa qua ba tầng khuếch đại. Sau đó tín hiệu này được qua mạch lọc băng thông (Band Pass
Filter) để chọn dãy băng thông thích hợp.ở ngõ ra tín hiệu này được qua mạch khuếch đại
(AGC) để tăng độ khuếch đại nếu cần thiết.xung này được qua mach so sánh và phân tích
truớc khi vào mạch Schmitt Trigger.

Trang: 27