ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN BẰNG SÓNG RF

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

PHẠM SỸ TÀI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN BẰNG SĨNG RF

HẢI PHỊNG - 2015


BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

PHẠM SỸ TÀI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN BẰNG SĨNG RF

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THƠNG;

MÃ SỐ: D52027

CHUN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn: Th.s Nguyễn Đình Thạch

HẢI PHỊNG - 2015


Lời cảm ơn
Qua 5 năm học tập và rèn luyện tại trường đại học Hàng Hải, được sự chỉ
bảo và giảng dạy của quý thầy cô trong khoa Điện-Điện Tử nói chung và trong
bộ mơn Điện Tử Viễn Thơng nói riêng.Các thầy cô đã truyền đạt cho em những
kiến thức về lý thuyết cũng như thực hành trong suốt quá trình học tập tại
trường.Những kiến thức đó đã giúp đỡ em thực hiện đồ án tốt nghiệp của mình.
Với lịng biết ơn sâu sắc nhất em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận
tình của thầy Nguyễn Đình Thạch ,đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp
của mình. Do kiến thức cịn hạn hẹp nên khơng tránh khỏi những thiếu sót trong
cách hiểu, lỗi trình bày. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý
thầy cô và các bạn sinh viên để đồ án tốt nghiệp đạt được kết quả tốt hơn. Em
xin chân thành cảm ơn.

i


Lời cam đoan
Em xin cam đoan đây là đồ án của riêng em và được sự hướng dẫn của
Ths. Nguyễn Đình Thạch. Các nội dung trình bày trong đề tài này là trung thực
và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. Những số liệu trong các
bảng biểu và các hình ảnh phục vụ cho đồ án được lấy từ các ngn rõ ràng và
có trích dẫn.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm
về nội dung đồ án của mình, đến những vi phạm bản quyền trong quá trình thực
hiện.

ii


Mục lục
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ............... 2
1.1. Giới thiệu về hệ thống điều khiển từ xa .................................................. 2
1.1.1. Khái niệm về điều khiển từ xa ........................................................ 2
1.1.2. Một số vấn đề cơ bản trong hệ thống điều khiển từ xa .................. 4
1.1.3. Các phƣơng pháp mã hóa trong hệ thống điều khiển từ xa .......... 4
1.1.4. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển từ xa ....................................... 5
1.2. Các phƣơng pháp điều chế tín hiệu trong hệ thống điều khiển từ xa ... 6
1.2.1. Điều chế tƣơng tự ............................................................................ 6
1.2.2. Điều chế số ....................................................................................... 6
1.2.3. Điều chế xung ................................................................................... 7
1.3. Điều khiển từ xa bằng sóng vơ tuyến ...................................................... 8
1.3.1. Tìm hiểu về sóng vô tuyến ............................................................... 8
1.3.2. Điều khiển từ xa sử dụng sóng vơ tuyến ....................................... 17
CHƢƠNG 2. CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỐ ........................................... 22
2.1. Điều chế ASK ......................................................................................... 22
2.1.1. Nguyên lý điều chế ......................................................................... 23
2.1.2. Biểu thức toán học ......................................................................... 23
2.1.3. Giải điều chế .................................................................................. 24
2.1.4. Sơ đồ khối truyền nhận tín hiệu sử dụng điều chế ASK .............. 25
2.2. Điều chế khóa dịch tần (FSK) ................................................................ 26
2.2.2 Biểu thức toán học của FSK .......................................................... 27
2.2.3 Giải điều chế .................................................................................. 28
2.3. Điều chế khóa dịch pha (PSK) ............................................................... 29
2.3.1. Biểu thức tổng quát của tín hiệu điều chế PSK ............................ 29
2.3.2. Điều chế 2-PSK .............................................................................. 30

2.3.3. Giải điều chế PSK .......................................................................... 32
CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN CHIẾU SÁNG33
3.1. Các linh kiện sử dụng trong mạch ........................................................ 33

iii


3.1.1. Giới thiệu về module thu phát RF ................................................ 33
3.1.2. PIC 16F716..................................................................................... 34
3.1.3. Các thành phần khác ..................................................................... 49
3.2. Thiết kế mạch điện ................................................................................. 50
3.2.1. Mạch phát ...................................................................................... 51
3.2.2. Mạch thu ........................................................................................ 53
3.3. Xây dựng phần mềm .............................................................................. 58
3.3.1. Thuật toán thu và giải mã ............................................................. 58
KẾT LUẬN ...................................................................................................... 64

iv


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống ........................................................................ 11
Hình 1.2: Sơ đồ máy phát ............................................................................... 6
Hình 1.3: Sơ đồ máy thu ................................................................................ 6
Hình 1.4: Sơ đồ điều chế tương tự .................................................................. 6
Hình 1.5: Sơ đồ điều chế số ............................................................................. 7
Hình 1.6: Sơ đồ điều chế xung ....................................................................... 8
Hình 1.7: Mật độ cơng suất bức xạ trên một đơn vị diện tích.......................... 13
Hình 1.8: Sơ đồ khối máy phát ....................................................................... 17
Hình 1.9: Sơ đồ khối máy thu ......................................................................... 18

Hình 1.10: Sơ đồ máy phát nhiều kênh ........................................................... 20
Hình 1.11: Sơ đồ máy thu nhiều kênh............................................................. 20
Hình 2.1: Nguyên lý điều chế ......................................................................... 23
Hình 2.2: Dạng sóng....................................................................................... 23
Hình 2.3: Sơ đồ giải điều chế ASK ................................................................. 24
Hình 2.4: Sơ đồ khối ...................................................................................... 25
Hình 2.5: Dạng sóng của phương pháp điều chế FSK..................................... 26
Hình 2.6: Phổ tần của phương pháp điều chế FSK.......................................... 28
Hình 2.7: Sơ đồ khối bộ giải điều chế FSk ..................................................... 28
Hình 2.8: Sơ đồ giải điều chế FSK Coherente ................................................ 29
Hình 2.9: Mơ hình điều chế ............................................................................ 30
Hình 2.10: Sơ đồ dạng sóng tín hiệu ............................................................... 31
Hình 2.11: Sơ đồ dạng sóng 4PSK ................................................................. 31
Hình 2.12: Sơ đồ bộ giải điều chế PSK .......................................................... 32
Hình 3.1: Module thu RF................................................................................. 33
Hình 3.2: Module phát RF ............................................................................... 34
Hình 3.3: Sơ đồ khối PIC ................................................................................ 35
Hình 3.4: Hình dáng bên ngoài PIC16F716 ..................................................... 36

v


Hình 3.5: Mạch tạo xung dùng thạch anh ........................................................ 37
Hình 3.6: Thanh ghi trạng thái ......................................................................... 38
Hình 3.7: Cấu trúc PORTB và TRISB ............................................................. 39
Hình 3.8: Cấu trúc PORTA và TRISA ............................................................ 40
Hình 3.9: Tổ chức bộ nhớ PIC16F716 ............................................................. 42
Hình 3.10: Cấu trúc ngắt ................................................................................. 43
Hình 3.11: Thanh ghi điều khiển ngắt.............................................................. 44
Hình 3.12: Thanh ghi Option ........................................................................... 46

Hình 3.13: Thanh ghi EECON1 ....................................................................... 48
Hình 3.14: Sơ đồ chân ULN2803 .................................................................... 50
Hình 3.15: Sơ đồi khối mạch thu phát ............................................................. 50
Hình 3.16: Sơ đồ nguyên lý mạch phát ............................................................ 51
Hình 3.17: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn mạch phát ......................................... 51
Hình 3.18: Sơ đồ mạch in bên phát .................................................................. 52
Hình 3.29: Mạch phát sau khi hồn thiện ........................................................ 52
Hình 3.20: Sơ đồ nguyên lý mạch thu.............................................................. 53
Hình 3.21: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn mạch thu ........................................... 54
Hình 3.22: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển mạch thu .................................... 54
Hình 3.23: Sơ đồ nguyên lý khối khuếch đại rơle ............................................ 55
Hình 3.24: Sơ đồ điều khiển rơle kết hợp dùng cơng tắc ................................. 57
Hình 3.25: Sơ đồ mạch in bên thu ................................................................... 57
Hình 3.26: Mạch thu sau khi hồn thiện .......................................................... 58
Hình 3.27: Sơ đồ mã hóa số/số ........................................................................ 58
Hình 3.28: Mã hóa đơn cực ............................................................................. 59
Hình 3.29: Mã hóa Biphase ............................................................................. 59

vi


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật nói chung và
điện tử nói riêng đã tạo ra nhiều ứng dụng hữu ích phục vụ cuộc sống con người.
Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của kỹ thuật vi điện tử là điều khiển
từ xa ứng dụng trong nghành viễn thông, ra đa, vệ tinh…và trong cả cuộc sống
hàng ngày.
. Xuất phát từ những ứng dụng đó, em đã tìm hiểu thiết kế và lắp ráp : “ Bộ
điều khiển từ xa bằng RF ”. Mạch sử dụng IC phát 16F716 để mã hóa tín hiệu
điều khiển. Dữ liệu sau khi mã hóa sẽ được truyền đi bằng modul phát RF

433Mhz , tín hiệu sẽ được thu bởi khối thu RF, dữ liệu sẽ được giải mã bằng
16F716 và đưa về điều khiển khối Relay để bật những thiết bị được yêu cầu của
bên phát. Nội dung đồ án gồm 3 chương:
Chương 1: Giới thiệu về các hệ thống điều khiển từ xa
Chương 2: Các phương pháp điều chế số
Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị điện
Đề tài này giúp em hiểu rõ hơn về nguyên lý thu phát và ứng dụng những
lý thuyết vào thực tế.Đồng thời hiểu thêm những điều chưa được học và nâng
cao kỹ năng về mạch trong thực tế.

1


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
1.1.
1.1.1.

Giới thiệu về hệ thống điều khiển từ xa
Khái niệm về điều khiển từ xa
Hệ thống điều khiển từ xa là hệ thống cho phép chúng ta điều khiển các

thiết bị khác từ một khoảng cách xa.
Sơ đồ 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: truyền dẫn tín hiệu điều khiển từ thiết bị phát đến thiết
bị thu.
 Thiết bị thu: nhận tín hiệu điều khiển, qua q trình biến đổi, mã hóa để
tái hiện lại lệnh điều khiển rồi đưa đến các thiết bị thực thi.

Hình 1.1:Sơ đồ khối hệ thống

- Nhiệm vụ cơ bản của các 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.
 Phát các tổ hợp mã đến điểm chấp hành.
 Tại điểm chấp hành (thiết bị thu)sau khi thu được mã phải biến đổi các
mã nhận được thành các lệnh điều khiển, đồng thời kiểm tra sự chính xác của
mã mới nhận.
Dựa vào các ứng dụng thực tế của điều khiển từ xa có thể chia làm hai
dạng: Điều khiển từ xa bằng vô tuyến và điều khiển từ xa bằng hữu tuyến.

2


1.1.1.1. Điều khiển từ xa bằng vô tuyến
Hệ thống vô tuyến là một hệ thống truyền tín hiệu từ nơi này tới nơi khác
bằng sóng điện từ. Thơng tin được truyền đi từ nơi phát được chuyển thành tín
hiệu điện. Sau đó được mã hóa để truyền đi qua kênh truyền; tại nơi thu tín hiệu
điện được giải mã, tái tạo lại thơng tin ban đầu.
Điều chế tín hiệu điện trong hệ thống vơ tuyến là q trình gắn thơng tin
vào sóng mang có tần số cao hơn để truyền đi, tại máy thu tín hiệu sẽ loại bỏ
thành phần sóng mang, chỉ nhận xử lý và tái tạo lại thơng tin, đây là q trình
giải mã điều chế.
Ta có thể điều khiển từ xa bằng ánh sáng hồng ngoại, hay sóng siêu âm,
sóng vơ tuyến. Mơi trường truyền là khơng gian tự do. Với tia hồng ngoại, ta chỉ
có thể điều khiển ở khoảng cách gần. Vì vậy, nó được ứng dụng nhiều trong các
thiết bị dân dụng.
1.1.1.2. Điều khiển từ xa bằng hữu tuyến
Với điều khiển dạng này ta tận dụng vào đường truyền của điện thoại để
điều khiển các thiết bị . Có thể dùng dây song hành, cáp đồng trục, cáp quang để

truyền tín hiệu.
- Dây song hành
Loại dây này chống được nhiễu điện từ, chống ẩm tốt. Tuy nhiên khi sử
dụng ở tần số cao sẽ bị suy hao. Sự suy hao phụ thuộc nhiều vào chiều dài và
đường kính dây dẫn. Với đặc tính điện trở là:
=

+ ln [ ]

- Cáp đồng trục
Cáp đồng trục có khả năng chống nhiễu cao. Tuy nhiên cáp đồng trục kết
nối phức tạp, khi khoảng cách thu phát quá xa sẽ gây mất cân bằng về mass, sản
sinh ra dịng điện trên lưới ngồi, sẽ tác động làm nhiễu. Với điện trở đặc tính là:
=

+ ln [ ]

- Cáp quang
3


Băng thông cáp quang rất rộng (Từ vài chục MHz đến vài GHz). Cáp
quang cho phép truyền thông tin với tốc độ cao, độ suy hao thấp, không bị ảnh
hưởng từ nhiễu trường điện từ, ít thay đổi đặc tính tuyền theo nhiệt độ, cách điện
hoàn toàn giữa phần phát và phần thu.
1.1.2.

Một số vấn đề cơ bản trong hệ thống điều khiển từ xa
Do hệ thống điều khiển từ xa truyền dẫn tín hiệu ở khoảng cách xa nên ta

cần phải thiết kế về kết cấu hệ thống để tín hiệu truyền đi đảm bảo chính xác và
nhanh chóng theo những yêu cầu sau.
1.1.2.1.

Kết cấu tin tức

Độ tin cậy truyền dẫn tin tức trong hệ thống điều khiển từ xa có quan hệ
rất nhiều đến kết cấu tin tức. Nội dung về kết cấu tin tức chia làm hai phần: về
chất và về lượng. Về lượng: có nhiều cách để biến đổi lượng điều khiển lượng đi
và điều khiển thành loại xung cho phù hợp và những xung đó cần sử dụng
những phương pháp nào để tái tạo lại tin tức, để đạt được dung lượng lớn và tốc
độ truyền dẫn nhanh nhất.
1.1.2.2.

Về kết cấu hệ thống

- 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 chóng.
 Thiết bị phải an tồn và tin cậy.
 Kết cấu đơn giản.
- Hệ thống điều khiển từ xa đạt hiệu quả cao là hệ thống có tốc độ điều
khiển cực đại đồng thời phải đảm bảo độ chính xác trong phạm vi cho phép.
1.1.3. Các phƣơng pháp mã hóa trong hệ thống điều khiển từ xa
Trong các hệ thống truyền tin rời rạc hoặc truyền tin liên tục nhưng tín
hiệu đã được rời rạc hóa thì tin tức thường phải được biến đổi thơng qua một
phép biến đổi thành tín hiệu số (thường là số nhị phân) và được mã hóa phát đi
từ mạch phát. Ở máy thu tín hiệu được tái tạo thơng qua các phép biến đổi
ngược lại với các phép biến đổi ở phần phát: giải mã, liên tục hóa…
4

- Mã hóa tín hiệu điều khiển nhằm tăng tính hiệu quả và độ tin cậy của
hệ thống điều khiển từ xa, nghĩa làcải thiện tốc độ truyền và tăng khả năng
chống nhiễu.
- Trong điều khiển từ xa ta thường sử dụng mã nhị phân tương ứng với
hệ gồm hai phần tử bit [0] và bit [1].
- Để đảm bảo yêu cầu về độ chính xác cao trong 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 lại mã đồng đều bao gồm các loại mã:
mã phát hiện và sửa sai, mã phát hiện sai, mã sửa sai.
- Sự sai khác của các mã được truyền đi tùy thuộc tính chất của kênh
truyền, có thể phân thành hai loại:
 Sai khác độc lập: Trong quá trình truyền, do nhiều tác động, một hoặc
nhiều ký tự trong tổ hợp mã có thể bị sai, nhưng những lỗi sai đó khơng liên
quan nhau.
 Sai khác tương quan: Được gây ra bởi nhiễu tương quan, chúng hay xảy
ra trong từng cụm ký tự kế cận nhau trong khung tin được truyền.
- Lựa chọn của cấu trúc mã chống nhiễu, sửa sai phải dựa trên tính chất
phân bố xác suất sai khác trong kênh truyền.
- Hiện nay, 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 hệ thống điều khiển từ xa
-

Sơ đồ máy phát:

Hình 1.2:Sơ đồ máy phát

5

- Sơ đồ máy thu:

Hình 1.3:

Sơ đồ máy thu

1.2.Các phƣơng pháp điều chế tín hiệu trong hệ thống điều khiển từ xa
1.2.1. Điều chế tƣơng tự
- Điều chế AM (Amplitude modulation) - Điều chế biên độ
- Điều chế FM (Frequency modulation) - Điều chế tần số

Hình 1.4:Tín hiệu điều chế tương tự
1.2.2. Điều chế số
- ASK (Amplitude-shift keying) - Điều chế khóa dịch biên độ
- FSK (Frequence-shift keying)

- Điều chế khóa dịch tần

- PSK (Phase-shift keying)

- Điều chế khóa dịch pha

6


Hình 1.5:Tín hiệu điều chế số
1.2.3. Điều chế xung
- PAM (Pulse-amplitude modulation) -Điều chế biên độ xung

- PWM (Pulse-width modulation)

-Điều chế độ rộng xung

- PPM (Pulse-position modulation)

-Điều chế vị trí xung

- PCM (Pulse-code modulation)

-Điều chế xung mã

7


Hình 1.6:Tín hiệu điều chế xung
1.3. Điều khiển từ xa bằng sóng vơ tuyến
1.3.1.

Tìm hiểu về sóng vơ tuyến

1.3.1.1. Khái niệm về sóng vơ tuyến
Sóng vơ tuyến RF là một loại bức xạ điện từ có bước sóng trong quang
phổ điện từ cao hơn ánh sáng hồng ngoại. Sóng vơ tuyến có tần số từ khoảng 30
Hz đến 300GHz và được chia thành các băng tần LF, HF, VHF, UHF và băng
tần cao dùng trong thông tin vệ tinh. Theo phương thức truyền lan có hai loại
sóng vơ tuyến là sóng dọc và sóng ngang. Sóng dọc là loại sóng lan truyền theo

8

phương chuyển động của nó, cịn sóng ngang là sóng có vector cường độ điện
trường và từ trường vng góc với nhau và vng góc với phương truyền sóng.
Sóng vơ tuyến truyền lan trong không gian với vận tốc 3.108 m/s.
Nếu gọi c là vận tốc truyền sóng, f là tần số (Hz) và λ là bước sóng của
bức xạ, ta có:
f = c/λ.
Trong thơng tin vơ tuyến thì bước sóng λ thường tính bằng mét (m) hay
centimet (cm).
Sóng vơ tuyến truyền lan trong không gian ở các dải tần số khác nhau sẽ
truyền theo các phương thức khác nhau, có nghĩa là đường đi khác nhau dẫn đến
đường dẫn đến điểm khảo sát cũng khác nhau.
1.3.1.2. Phân dải sóng vơ tuyến
Theo phân loại trước đây, những sóng điện từ nằm trong dải tần số có giới
hạn dưới là f = 103Hz (tương ứng với bước sóng λ = 300Km) và có giới hạn trên
f = 1012Hz (tương ứng với bước sóng λ = 0,3mm) đều gọi là sóng vơ tuyến. Có
các dải sóng chính :
 Dải sóng cực dài λ > 10km (f < 30 KHz)
 Dải sóng dài 10km >λ > 1km ( 30KHz  Dải sóng trung 1km> λ > 100m ( 300 KHz < f < 3 MHz)
 Dải sóng ngắn 100m > λ > 10m ( 3MHz < f < 30 MHz)
 Dải sóng cực ngắn 10m > λ > 1mm ( 30MHz < f < 300 GHz)
- Dải sóng cực dài và dải sóng dài: Là dải sóng truyền lan chủ yếu là sóng
bề mặt – sóng đất. Có bước sóng λ lớn nên có khả năng nhiễu xạ qua các chướng
ngại vật kích thước lớn vì vậy thường được sử dụng trong thơng tin hàng khơng
và hàng hải (ngày nay ít sử dụng).
- Dải sóng trung: truyền lan được cả trên bề mặt và cả tầng điện li (sóng
trời). Sóng tầng điện li chỉ truyền lan được vào ban đêm, ban ngày tầng điện li bị
hấp thụ. Dải sóng trung hiện nay chỉ khai thác ở phát thong tin AM quảng bá.

9


- Dải sóng ngắn: Do mặt đất là mơi trường bán dẫn nên có hệ số suy hao
α=


2

lớn, phương thức truyền lan chủ yếu là truyền sóng tầng điện li

(sóng trời). Nhờ có phương thức truyền lan sóng tầng điện li nên có khả năng
truyền lan được khoảng cách xa khi công suất máy phát nhỏ. Trong lĩnh vực
viễn thông hiện nay, sóng ngắn được sử dụng trong hệ thống thơng tin dự phịng
của quốc gia (cáp quang – viba – sóng ngắn).
- Dải sóng cực ngắn: truyền lan theo đường thẳng (anten phát và thu nhìn
thấy nhau). Tín hiệu thu ổn định, có độ tin cậy cao, cự li thơng tin gần, muốn
truyền cần bố trí nhiều trạm thu phát. Ngày nay, hầu hết các lĩnh vực thông tin
đều nằm ở dải sóng cực ngắn (như phát thanh FM, truyền hình, hệ thống rađa vi
ba, di động….)
Ngày ngay chúng ta cịn sử dụng những sóng ngắn nằm ngồi dải tần số
phân theo băng sóng , các dải sóng đó được gọi trực tiếp tên theo bước sóng hay
tần số của nó.
Ví dụ : Dải sóng µm ; nm (10-6 →10-9)
Dải cực ngắn có tên gọi khác là dải siêu cao (viba)
Với sự phát triển mạnh của khoa học, công nghệ, đặc biệt là trong một số
lĩnh vực công nghệ mới đã sử dụng những dải sóng điện từ có tần số vượt quá
giới hạn của dải tần đã nêu ở trên.Vì vậy giới hạn của dải tần vơ tuyến điện cũng
cần được mở rộng hơn
Ngày nay, sóng vơ tuyến điện là những sóng điện từ có giới hạn dưới của

dải tần số xuống tới 3.10-3 Hz (sóng mili) ứng với bước sóng 1011 m và gới hạn
trên lên tới 1016 Hz ứng với bước sóng 3.10-8 (sóng ánh sáng).
Mỗi băng sóng đều có đặc điểm truyền lan riêng. Nhưng giữa hai băng
sóng kề cận nhau thì đặc tính truyền lan của chúng thường không rõ rệt. Trong
môi trường đồng nhất, sóng truyền lan với vận tốc khơng đổi.

10


Bảng 1.1: Bảng phân băng tần số vô tuyến
Ký
hiệu

Giới hạn tần số

Tần số cực kỳ
thấp

ULF

30→ 300Hz

Tần số cực thấp

ELF

300Hz →3KHz

Thông tin dưới nước và trong
lịng đất

Tần số rất thấp

VLF

3KHz →30KHz

Vơ tuyến đạo hang, thông tin
di động trên biển

Tần số thấp

LF

30 →300KHz

Vô tuyến đạo hang, thông tin
di động trên không

Tần số trung
bình

MF

300→ 3000KHz

Phát thanh, thơng tin hàng
hải, vơ tuyến đạo hàng

Tần số cao

HF

3MHz→ 30MHz

Phát thanh sóng ngắn, thơng
tin di động , thông tin quốc tế

VHF

30 →300MHz

Tên băng tần

Tần số rất cao

Tần số cực cao

Tần số siêu cao

Tần số vô cùng
cao

Dưới milimet

UHF

SHF

EHF

Lĩnh vực ứng dụng
Nghiên cứu trong phịng thí
nghiệm

Truyền hình và phát thanh
sóng FM

Truyền hình , thơng tin di
300 →3000MHz động, các loại thông tin cố
định
3→ 30GHz

30 →300GHz

Thông tin vệ tinh, ra đa, viễn
thông công cộng, vô tuyến
thiên văn
Vô tuyến thiên văn, ra đa
sóng milimet, thơng tin vệ
tinh nghiên cứu và thí
nghiệm

Sub
Nghiên cứu và thí nghiệm
300 →3000GHz
milimet

Sự phân loại theo tần số là thích hợp cho việc nghiên cứu về sóng. Để
thuận tiện cho việc phân định băng sóng sử dụng cho các lĩnh vực hoạt động

khác nhau, người ta chia 5 băng sóng trên thành 11 tần số khác nhau, lấy khoảng

11


từ 30 ÷ 300 GHz, tên các băng tần, phạm vi tần số và lĩnh vực cụ thể được thể
hiện ở bảng (1.1) trên.
1.3.1.3. Ngun lý truyền sóng
Để tìm hiểu nguyên lý truyền sóng chúng ta phải khảo sát về sự lan truyền
của sóng điện từ ở dải tần số vô tuyến điện trong không gian tự do. Chúng ta có
thể thiết lập các nên các kênh thơng tin vơ tuyến với các cự ly thông tin rất lớn,
không chỉ trên mặt đất mà cịn trong khoảng khơng vũ trụ. Mỗi hệ thống thơng
tin gồm có các thiết bị thu phát đặt ở các trạm đầu cuối, tin tức truyền đi nhờ
sóng mang tần số cao trong một kênh truyền hay nói cách khác việc thực hiện
truyền thơng tin phải có mơi trường truyền sóng. Do đó, mơi trường truyền sóng
chính là một bộ phận của kênh thơng tin.
Chất lượng một kênh thông tin vô tuyến phụ thuộc rất nhiều vào mơi
trường truyền sóng và khả năng đáp ứng của thiết bị đầu cuối.Vì vậy chúng ta
phải lựa chọn thiết bị sao cho phù hợp về công suất phát, tần số làm việc cũng
phải phù hợp phương thức truyền sóng để việc truyền tin mới có hiệu quả.
Sóng vơ tuyến được lan truyên trong các môi trường tự do như lớp khí
quyển, mặt đất… sẽ bị những tác động của mơi trường lên đặc tính truyền. Thứ
nhất là làm giảm biên độ của sóng, Thứ hai là làm méo dạng tín hiệu (nếu là tín
hiệu tương tự) và gây lỗi bit , lỗi symbol đối với tín hiệu dạng số. Do đó, khi
nghiên cứu về sóng vơ tuyến ta sẽ tập trung vào hai nhiệm vụ cụ thể như sau:
 Xác định cường độ trường ở đểm thu khi có các thông số của máy
phát và xác định điều kiện để có thể thu được cường độ trường là lớn nhất.
 Xác định các tác động gây méo tín hiệu hoặc gây lỗi trong q trình
truyền sóng, tìm giải pháp để sửa lỗi và làm giảm thiểu các lỗi đó.
Trong q trình truyền lan sóng vơ tuyến bị giảm năng lượng là do sự

giảm yếu cường độ trường do bị sự phân tán khi bức xạ và truyền lan, do sự hấp
thụ của mơi trường, giảm yếu do sóng bị nhiễu xạ bởi các vật thể gặp phải trên
đường truyền lan, sự khuếch tán các vật thể trong môi trường truyền….

12


Sự suy giảm cường độ trường trong quá trình truyền lan của sóng vơ
tuyến là điều tất yếu, khơng thể tránh khỏi. Để giải quyết , chúng ta phải tìm ra
phương thức truyền sóng tốt nhất (tín hiệu ít bị ảnh hưởng, đảm bảo sự trung
thực và biên độ của tín hiệu ở phía thu).
1.3.1.4. Cơng thức truyền sóng lý tƣởng
Giả sử, có một khơng gian tự do đồng nhất rộng vơ hạn, trong khoảng
khơng gian đó đặt một nguồn bức xạ đẳng hướng ( là một anten chuẩn có thể
bức xạ năng lượng sóng điện từ về mọi phía là như nhau ).
Gọi P là công suất của nguồn phát (đơn vị W)
Bài tốn đặt ra là phải tìm được giá trị cường độ trường ở một điểm thu M
cách nguồn một khoảng là r (đơn vị m).
Từ M chúng ta vẽ một mặt cầu, tâm là nguồn phát (anten), với bán kính r
Với mật độ cơng suất bức xạ (trên một đơn vị diện tích S=

(W/

)

Hình 1.7:Mật độ cơng suất bức xạ trên một đơn vị diện tích
Nếu biểu diễn cường độ bằng vol/met (V/m), từ trường bằng ampe/met
(A/m) thì ta có:
S = Eh .Hh (W/m)
Eh và Hh là hai giá trị hiệu dụng của cường độ điện trường và từ trường.

Các đại lượng này quan hệ nhau thơng qua hệ thức :
H = E/ Zo (A/m)
Trong đó Zo là trở kháng sóng của mơi trường.
Với mơi trường là khơng khí thì :

13


Zo =


Khi sóng được lan truyền trong khơng gian tự do :

Eh = 173.
Với

o
=120п (Ω)
o

P( Kw).D(l )
r ( Km)

[mV/m]

P : công suất máy phát (Kw)
D : hệ số định hướng của anten (lần)
r : khoảng cách từ anten đến điểm xác định E (Km)
Emax = Eh . 2



Khi tính đến ảnh hưởng của mặt đất :
Eh = 245.

P( Kw).D(l )
[mV/m]
r ( Km)

;

Emax = Eh .

2

1.3.1.5. Các phƣơng thức truyền sóng
Trong mơi trường đồng nhất, sóng sẽ truyền lan theo đường thẳng với vận
tốc khơng đổi. Khi sóng truyền lan sát mặt đất, do tính bán dẫn của mặt đất sẽ
gây phản xạ sóng, làm biến dạng cấu trúc, sóng bị hấp thụ trên bề mặt, ngồi ra,
do trái đất có dạng hình cầu, sóng truyền lan trên đó sẽ bị nhiễu xạ.
Nhưng hiện tượng nhiễu xạ chỉ xảy ra một cách rõ rệt khi kích thước của
vật cản có thể so sánh tương ứng với bước sóng. Vì vậy, ở dải sóng cực dài hoặc
sóng dài có bước sóng lớn( hàng trăm hoặc hàng nghìn mét) thì mới phát sinh
hiện tượng này.
Tuy vậy, cần chú ý sự nhiễu xạ của sóng chỉ có thể xảy ra trên một phần
bề mặt cong của trái đất và cần có những điều kiện thuận lợi nhất thì sóng nhiễu
xạ cũng khơng thể truyền vượt quá cự ly 300 - 400 km.
Phương thức truyền sóng được chia làm các loại sau :


Sóng đất

Khi sóng truyền lan sát mặt đất, sóng thường bị nhiễu xạ do cấu trúc bán
dẫn của mặt đất, một mặt gây phản xạ sóng, mặt khác nó lại hấp thụ sóng, gây

14


biến dạng cấu trúc của sóng, mặt khác bề mặt trái đất có cấu trúc địa lý gồ ghề,
nhiều chướng, ngại vật cản cho sự truyền lan của sóng.
Sóng đất thường bị hiện tượng nhiễu xạ, do vậy sóng truyền theo đường
thẳng hoặc bị phản xạ từ mặt đất, hoặc bị uốn cong đi theo độ cong mặt


Sóng tầng đối lƣu

Tầng đối lưu là tầng khí quyển thấp,độ cao khoảng 10 đến 15km được
tính từ bề mặt trái đất. Là một mơi trường khơng đồng nhất, tính khơng đồng
nhất của tầng đối lưu có nhiều dạng. Một dạng lại gây ra sự thay đổi quĩ đạo của
tia sóng khi truyền. Một dạng khác là gây ra sự khuếch tán sóng và những sóng
khuếch tán đó có thể lan truyền ra không gian 1000km kể từ mặt đất.
Hiện tượng khuếch tán chỉ biểu hiện rõ ở những sóng ngắn hơn 10m.
Sự uốn cong quĩ đạo sóng do tầng đối lưu biểu hiện ở những sóng có
bước sóng dài hơn.
Trong một số trường hợp, khi có điều kiện khí tượng thích hợp thì tầng
đối lưu lại truyền sóng theo dạng “ ống sóng” khi đó nó cho phép những sóng có
bước sóng ngắn hơn (λ = 3m)có thể truyền lan xa tới những cự ly từ 800 đến
1000km.


Sóng tầng điện ly

Tầng điện ly có độ cao từ 60 đến 600km bao quanh trái đất. Do là lớp khí
quyển ngồi cùng nên chịu ảnh hưởng trực tiếp của bức xạ mặt trời, của các hạt
vũ trụ và từ các tác động khác làm cho khí quyển tầng điện li bị ion hóa, tạo nên
một số lượng lớn điện tử tự do ( khoảng 102 →106 điện tử /cm3). Tầng điện ly có
thể xem là mơi trường bán dẫn và sóng vơ tuyến có thể phản xạ trên đó.
Từ các nghiên cứu và đo đạc cho thấy tầng điện ly chỉ có thể phản xạ
được những bước sóng dài hơn 10m, với những bước sóng ngắn hơn thì tầng
điện ly được xem như một mơi trường “trong suốt”. Sóng được phản xạ một hay
nhiều vì vậy có thể truyền lan với cự ly rất xa. Ngồi ra, tầng điện ly có khả
năng khuếch tán các sóng khi truyền tới. Vì vậy, những sóng có tần số rất cao

15


mặc dù không phản xạ được trên tầng điện ly, nhưng do được khuếch tán ở các
lớp ion hóa sóng vẫn có thể truyền lan tới những cự ly rất xa.


Sóng vũ trụ.

Là những sóng vơ tuyến truyền lan giữa các trạm mặt đất và các vệ tinh
bay quanh trái đất, hoặc các con tàu du hành trong khoảng không vũ trụ, là
những sóng khơng bị tầng điện ly cản trở. Trong q trình truyền, sóng vũ trụ
chỉ bị hấp thụ bởi các vật cản như các đám mây, mưa. Tần số sóng càng cao sự
suy hao càng lớn, hay kích thước các đám mưa càng lớn dẫn tới sự suy hao càng
nhiều.
1.3.1.6. Các nhân tố ảnh hƣớng đến sự truyền lan sóng vơ tuyến
 Suy hao khi truyền lan trong khơng gian tự do

Khoảng khơng mà các sóng truyền lan trong đó bị suy hao được gọi là
khoảng khơng tự do. Độ suy hao của sóng vơ tuyến phát đi từ anten phát đến
anten thu tỷ lệ thuận với khoảng cách giữa hai anten và tỷ lệ nghịch với độ dài
bước sóng. được tính theo cơng thức sau:
=20 log(

) [dB]

Trong đó d(m), (m) là khoảng cách truyền sóng và độ dài bước sóng.
 Ảnh hưởng của pha đinh và mưa
Pha đinh là sự thăng giáng cường độ tín hiệu sóng mang cao tần thu được
do sự thay đổi của khí quyển và sự phản xạ từ mặt đất, bề mặt nước hoặc các vật
thể có kích thước lớn trong đường truyền sóng
Thực tế những ảnh hưởng do pha đinh nhiều tia và mưa ảnh hưởng chủ
yếu đối với các sóng vơ tuyến tầm nhìn thẳng trên mặt đất, làm việc trong giải
tần GHz.
 Sự can nhiễu của sóng vơ tuyến
Thông thường nhiễu xảy ra không chỉ do các yếu tố tự nhiên bên ngồi
mơi trường truyền, bên cạnh đó nhiễu cịn được gây ra bởi các sóng điện từ
khác. Sóng can nhiễu có thể trùng hoặc khơng trùng tần số với sóng thơng tin.

16


Sóng can nhiễu sẽ thâm nhập vào trong sóng thơng tin gây ra méo dạng tín hiệu
đối với dạng song analog, gây ra mất bit, lỗi bit, lỗi symbol đối với dạng tín hiệu
số. Vì thế, để tránh can nhiễu giữa hai hay nhiều dải sóng khác nhau thì giữa các
băng tần cần phải có những khoảng ngăn cách giữa cá băng tần khác nhau.
1.3.2.

Điều khiển từ xa sử dụng sóng vơ tuyến

1.3.2.1. Ngun lý hoạt động của điều khiên từ xa dùng sóng vơ tuyến
 Một hệ thống điều khiển từ xa sử dụng sóng vơ tuyến bao gồm máy
phát, máy thu và kênh truyền dẫn là không gian tự do. Máy phát có nhiệm vụ
phát tín hiệu điều khiển dưới dạng sóng điện từ mang theo tin tức điều khiển.
Máy thu có nhiệm vụ thu tin tức từ mơi trường dưới dạng sóng điện từ mang
theo tin tức điều khiển. Sau đó máy thu xử lý tin tức và đưa ra lệnh điều khiển
đến mạch chấp hành thực hiện yêu cầu. Hệ thống này dùng anten để bức xạ tín
hiệu ở phần máy phát, dùng anten thu tín hiệu đối với máy thu.
- Máy phát: Máy phát có nhiêm vụ tạo ra lệnh điều khiển, mã hóa và
phát tín hiệu đến máy thu, lệnh điều khiển truyền đi đã được điều chế

Hình 1.8:Sơ đồ khối máy phát
+ Khối phát lệnh điều khiển: dùng các phím bấm để phát lệnh điều khiển
theo phương thức ma trận phím hay từng phím ấn riêng lẻ, ngồi ra có thể sử
dụng hệ thống các cảm biến…
17