ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TỪ XA QUẠT BẰNG TIA HỒNG NGOẠI ( Đầy đủ file đính kèm)

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (826.32 KB, 76 trang )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ
--o0o--

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:

ĐIỀU KHIỂN TỪ XA QUẠT BẰNG
TIA HỒNG NGOẠI

Sinh vin thực hiện
Lớp
Cn bộ hướng dẫn

: HUỲNH NGỌC DŨNG
: 95KĐĐ
: NGUYỄN PHƯƠNG QUANG

THÁNG 02/2000
BỘ GIO DỤC V ĐO TẠO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP.HCM

CỘNG HỊA X HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHC

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên : HUỲNH NGỌC DŨNG
Lớp : 95KĐĐ
Ngành : ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
1. Tên đề thi:

ĐIỀU KHIỂN TỪ XA QUẠT BẰNG TIA HỒNG NGOẠI
2. Cc số liệu ban đầu
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
3. Nội dung cc phần thuyết minh tính tốn
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................
4. Cc bản vẽ:
...................................................................................................................................
...................................................................................................................................

:

ĐIỀU KHIỂN TỪ XA QUẠT BẰNG TIA HỒNG NGOẠI
Nội dung luận văn tốt nghiệp:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Nhận xt của cn bộ hướng dẫn :
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Cn bộ hướng dẫn

NGUYỄN PHƯƠNG QUANG

BẢN NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA
CÁN BỘ PHẢN BIỆN
Họ v tn sinh vin

: HUỲNH NGỌC DŨNG

Lớp
Cn bộ phản biện
TN ĐỀ TI

: 95KĐĐ
:
:

ĐIỀU KHIỂN TỪ XA QUẠT BẰNG TIA HỒNG NGOẠI
Nội dung luận văn tốt nghiệp:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Nhận xt của cn bộ phản biện:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Cn bộ phản biện

LƠÌ NĨI ĐẦU
Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tin tiến, thế
giới của chng ta đ v đang một ngy thay đổi, văn minh v hiện đại hơn. Sự
pht triển của kỹ thuật điện tử đ tạo ra hng lọat những thiết bị với cc đặc
điểm nổi bật như sự chính xc cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ l những yếu tố
rất cần thiết gĩp phần cho họat động của con người đạt hiệu quả cao.
Điện tử đang trở thnh một ngnh khoa học đa nhiệm vụ. Điện tử đ
đp ứng được những địi hỏi khơng ngừng từ cc lĩnh vực cơng–nơng-lmngư nghiệp cho đến cc nhu cầu cần thiết trong họat động đời sống hằng

ngy.
Một trong những ứng dụng rất quan trọng của cơng nghệ điện tử
l kỹ thuật điều khiển từ xa. Nĩ đ gĩp phần rất lớn trong việc điều khiển cc
thiết bị từ xa.
Xuất pht từ ứng dụng quan trọng trn, em đ thiết kế v thi cơng
mạch điều khiển từ xa quạt bn bằng tia hồng ngoại.
Nội dung phần luận n gồm hai phần:
Phần I: lý thuyết.
Phần II: thiết kế v thi cơng.
Do thời gian, ti liệu v trình độ cịn hạn chế nn cuốn luận n chắc
chắn khơng thể trnh những thiếu sĩt. Kính mong sự chỉ dẫn v gĩp ý của
tất cả thầy cơ v cc bạn.
Thủ Đức ngy 24/2/2000
Sinh vin thực hiện
Huỳnh Ngọc Dũng

CHƯƠNG I
CHƯƠNG DẪN NHẬP
Điều khiển từ xa l việc điều khiển một mơ hình ở một khoảng cch no đĩ m
con người khơng nhất thiết trực tiếp đến nơi đặt hệ thống. Khoảng cch đĩ tuỳ thuộc
vo từng hệ thống cĩ mức phức tạp khc nhau, chẳng hạn như để điều khiển từ xa một
phi thuyền ta cần phải cĩ hệ thống pht v thu mạnh, ngược laị, để điều khiển một trị
chơi điện tử từ xa ta chỉ cần một hệ thống pht v thu y hơn…
Những đơí tượng được điều khiển cĩ thể ở trn khơng gian, ở dưới đy biển su
hay ở một vng xa xơi hẻo lnh no đĩ trn mặt điạ cầu .
Thế giới cng pht triển thì lĩnh vực điều khiển cần phải được mở rộng hơn.
Việc ứng dụng điều khiển từ xa vo thơng tin lin lạc đ mang lại nhiều thuận lợi cho
xa hộilồi người, thơng tin được cập nhật hơn nhờ sự chính xc v nhanh chĩng của qu
trình điều khiển từ xa trong đo lường từ xa.

Ngồi ra điều khiển từ xa cịn được ứng dụng trong kỹ thuật đo lường. Trước
đy, muốn đo độ phĩng xạ của lị hạt nhn thì hết sức khĩ khăn v phức tạp nhưng giờ đy
con người cĩ thể ở một nơi hết sức an tồn no đĩ cũng cĩ thể đo được độ phĩng xạ của
lị hạt nhn nhờ vo kỹ thuật điều khiển từ xa. Như vậy, hệ thống điều khiển từ xa đ
hạn chế được mức độ phức tạp của cơng việc v đảm bảo an tịan cho con người.
Trong sinh họat hằng ngy của con người như những trị chơi giải trí (robot, xe
điều khiển từ xa …) cho đến những ứng dụng gần gũi với con người cũng được cải
tiến cho ph hợp với việc sử dụng v đạt mức tiện lợi nhất. Điều khiển từ xa đ thm
nhập vo vấn đề ny do đĩ cho ra những loại tivi điều khiển từ xa, đầu video, VCD,
CD,… đến quạt bn tất cả đều được điều khiển từ xa. Xuất pht từ những ý tưởng trn
nn em đ chọn đề ti điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại, nhưng vì thời gian qu hạn
hẹp, trình độ kỹ thuật cũng như vấn đề ti chính cịn nhiều hạn chế nn em chỉ thiết kế
v thi cơng mạch điều khiển từ xa quạt bằng tia hồng ngoại.

CHƯƠNG II

LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỪ XA
I. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA:
Hệ thống điều khiển từ xa l một hệ thống cho php ta điều khiển cc thiết bị từ
một khoảng cch xa. Ví dụ hệ thống điều khiển bằng vơ tuyến, hệ thống điều khiển
từ xa bằng tia hồng ngoại, hệ thống điều khiển từ xa bằng cp quang dy dẫn.
ϑ Sơ đồ kết cấu của hệ thống điều khiển từ xa bao gồm:
- Thiết bị pht: biến đổi lệnh điều khiển thnh tin tức tín hiệu v pht đi.
- Đường truyền: đưa tín hiệu điều khiển từ thiết bị pht đến thiết bị thu.
- Thiết bị thu: nhận tín hiệu điều khiển từ đường truyền, qua qu trình biến đổi,
biến dịch để ti hiện lại lệnh điều khiển rồi đưa đến cc thiết bị thi hnh.
thiết bị
phát

đường
truyền

thiết bị
thu

ϑ Nhiệm vụ cơ bản của hệ thống điều khiển từ xa:
- Pht tín hiệu điều khiển.
- Sản sinh ra xung hoặc hình thnh cc xung cần thiết.
- Tổ hợp xung thnh m.
- Pht cc tổ hợp m đến điểm chấp hnh.
- Ở điểm chấp hnh (thiết bị thu) sau khi nhận được m phải biến đổi cc m nhận
được thnh cc lệnh điều khiển v đưa đến cc thiết bị, đồng thời kiểm tra sự chính
xc của m mới nhận.
1. Một số vấn đề cơ bản trong hệ thống điều khiển từ xa:
Do hệ thống đi khiển từ xa cĩ những đường truyền dẫn xa nn ta cần phải nghin
cứu về kết cấu hệ thống để đảm bảo tín hiệu được truyền đi chính xc v nhanh chĩng
theo những yu cầu sau:
1.1 Kết cấu tin tức:
Trong hệ thống điều khiển từ xa độ tin cậy truyền dẫn tin tức cĩ quan hệ rất
nhiều đến kết cấu tin tức. Nội dung về kết cấu tin tức cĩ hai phần: về lượng v về
chất. Về lượng cĩ cch biến lượng điều khiển v lượng điều khiển thnh từng loại xung
gì cho ph hợp, v những xung đĩ cần p dụng những phương php no để hợp thnh tin
tức, để cĩ dung lượng lớn nhất v tốc độ truyền dẫn nhanh nhất .
1.2 Về kết cấu hệ thống:
Để đảm bảo cc yu cầu về kết cấu tin tức, hệ thống điều khiển từ xa cĩ cc yu
cầu sau:
- Tốc độ lm việc nhanh.
- Thiết bị phải an tịan tin cậy.
- Kết cấu phải đơn giản.

Hệ thống điều khiển từ xa cĩ hiệu quả cao l hệ thống đạt tốc độ điều khiển cực
đại đồng thời đảm bảo độ chính xc trong phạm vi cho php.
2. Cc phương php m hĩa trong điều khiển từ xa:
Trong hệ thống truyền thơng tin rời rạc hoặc truyền thơng tin lin tục nhưng đ
được rời rạc hĩa tin tức thường phải được biến đổi thơng qua một php biến đổi

thnh số (thường l số nhị phn) rồi m hĩa v được pht đi từ my pht. Ở my thu, tín hiệu
phải thơng qua cc php biến đổi ngược lại với cc php biến đổi trn: giải m, lin tục
hĩa …
Sự m hĩa tín hiệu điều khiển nhằm tăng tính hữu hiệu v độ tin cậy của hệ thốg
điều khiển từ xa, nghĩa l tăng tốc độ truyền v khả năng chống nhiễu.
Trong điều khiển từ xa ta thường dng m nhị phn tương ứng với hệ, gồm cĩ hai
phần tử [0] v [1].
Do yu cầu về độ chính xc cao trong cc tín hiệu điều khiển được truyền đi để
chống nhiễu ta dng loại m pht hiện v sửa sai.
M pht hiện v sửa sai thuộc loại m đồng đều bao gồm cc loại m: m pht hiện sai,
m sửa sai, m pht hiện v sửa sai.
Dạng sai nhầm cuả cc m được truyền đi ty thuộc tính chất của knh truyền,
chng cĩ thể phn thnh 2 lọai:
- Sai độc lập: Trong qu trình truyền, do nhiều tc động, một hoặc nhiều ký hiệu
trong cc tổ hợp m cĩ thể bị sai nhầm, nhưng những sai nhầm đĩ khơng lin quan
nhau.
- Sai tương quan: Được gy ra bởi nhiều nhiễu tương quan, chng hay xảy ra
trong từng chm, cụm ký hiệu kế cận nhau .
Sự lựa chọn của cấu trc m chống nhiễu phải dựa trn tính chất phn bố xc suất
sai nhầm trong knh truyền.
Hiện nay lý thuyết m hĩa pht triển rất nhanh, nhiều loại m pht hiện v sửa sai
được nghin cứu như: m Hamming, m chu kỳ, m nhiều cấp.
3. Sơ đồ khối của một hệ thống điều khiền từ xa:

Sơ đồ khối my pht
Tín hiệu
điều khiển

Điều chế

Tín hiệu
sĩng
mang

Khuếch
đại pht

Sơ đồ khối my thu

Khuếch
đại thu

Giải
điều
chế

Khuếch
đại

Chấp
hnh

II. CC PHƯƠNG PHP ĐIỀU CHẾ TÍN HIỆU TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN TỪ XA:

Trong kỹ thuật điều khiển từ xa, tín hiệu gốc khơng thể truyền đi xa được. Do
đĩ, để thực hiện việc truyền tín hiệu điều khiển từ my pht đến my thu ta cần phải
điều chế (m hĩa) tín hiệu.

Cĩ nhiều phương php điều chế tín hiệu. Tuy nhin điều chế tín hiệu dạng xung cĩ
nhiều ưu điểm hơn. Vì ở đy chng ta sử dụng linh kiện kỹ thuật số nn ling kiện gọn
nhẹ, cơng suất tiu tn nhỏ, v cĩ tính chống nhiễu cao.
ϑ Cc phương php điều chế tín hiệu ở dạng xung như:
- Điều chế bin độ xung (PAM).
- Điều chế độ rộng xung (PWM).
- Điều chế vị trí xung (PPM).
- Điều chế m xung (PCM).
1.Điều chế bin độ xung (PAM):
Sơ đồ khối:
Tín hiệu điều
chế

Dao động đa hi một
trạng thi bền
Bộ pht xung
Hệ thống điều chế PAM

Điều chế bin độ xung l dạng điều chế đơn giản nhất trong cc dạng điều chế xung.
Bin độ của mỗi xung được tạo ra tỉ lệ với bin độ tức thời của tín hiệu điều chế.
Xung lớn nhất biểu thị cho bin độ dương của tín hiệu lấy mẫu lớn nhất.

Tín hiệu
điều chế

Điều chế
bin độ
xung (PAM)
Điều chế
độ rộng
xung (PWM)
Điều chế
vị trí
xung (PPM)
Điều chế
m xung
(PCM)

Τ Giải thích sơ đồ khối :
ϑ Khối tín hiệu điều chế: Tạo ra tín hiệu điều chế đưa vo khối dao động đa hi .
ϑ Dao động đa hi một trạng thi bền: Trộn xung với tín hiệu điều chế.
ϑ Bộ pht xung: Pht xung với tần số khơng đổi để thực hiện việc điều chế tín
hiệu đ điều chế cĩ bin độ tăng giảm thay đổi theo tín hiệu điều chế.
2. Điều chế độ rộng xung:
Phương php điều chế ny sẽ tạo ra cc xung cĩ bin độ khơng đổi, nhưng bề
rộng của mỗi xung sẽ thay đổi tương ứng với bin độ tức thời của tín hiệu điều chế,
trong cch điều chế ny, xung cĩ độ rộng lớn nhất biểu thị phần bin độ dương lớn nhất
của tín hiệu điều chế. Xung cĩ độ rộng hẹp nhất biểu thị phần bin độ m nhất của tín
hiệu điều chế.
Trong điều chế độ rộng xung ,tín hiệu cần được lấy mẫu phải được chuyển đổi
thnh dạng xung cĩ độ rộng xung tỷ lệ với bin độ tín hiệu lấy mẫu. Để thực hiện điều
chế độ rộng xung,ta cĩ thể thực hiện theo sơ đồ khối sau:

Tín hiệu điều
chế
So
snh
Bộ pht hm
RAMP
Sơ đồ khối hệ thống PWM
Trong sơ đồ khối, tín hiệu điều chế được đưa đến khối so snh điện p cng với tín
hiệu pht ra từ bộ pht hm RAMP.
3. Điều chế vị trí xung (PPM):
Với phương php điều chế vị trí xung thì cc xung được điều chế cĩ bin độ v độ
rộng xung khơng thay đổi theo bin độ của tín hệu điều chế.
Hình thức đơn giản của điều chế vị trí xung l qa trình điều chế độ rộng xung.
Điều chế vị trí xung cĩ ưu điểm l sử dụng ít năng lượng hơn điều chế độ rộng xung
nhưng cĩ nhược điểm l qu trình giải điều biến ở my thu phức tạp hơn cc dạng điều
chế khc.
4. Điều chế m xung:
Phương php điều chế m xung được xem l phương php chính xc v hiệu quả
nhất trong cc phương php điều chế xung.
Trong điều chế m xung mỗi mẫu bin độ của tín hiệu điều chế được biến đổi
bằng số nhị phn –số nhị phn ny được biểu thị bằng nhĩm xung, sự hiện diện của một
xung biểu thị bằng [1] v sự thiếu đi một xung biểu thị bằng mức [0]. Chỉ cĩ thể biểu
thị trn 16 bin độ khc nhau của bin độ tín hiệu (m 4 bit), vì vậy nĩ khơng được chính
xc. Độ chính xc cĩ thể được cải thiện bằng cch tăng số bit. Mỗi m n bit cĩ thể biểu
thị được 2n mức ring biệt của tín hiệu .
Trong phương php điều chế m xung, tần số thử được quyết định bởi tín hiệu
cao nhất trong qu trình xử lý, điều ny cho thấy rằng nếu những mẫu thử được lấy ở
mức lớn hơn 2 lần tần số tín hiệu thì tần số tín hiệu mẫu được phục hơì.

Tuy nhin, trong thực tế thơng thường mẫu thử ở mức độ nhỏ nhất khoảng 10
lần so với tín hiệu lớn nhất. Vì vậy, tần số cng cao thì thời gian lấy mẫu cng nhỏ
(mức lấy mẫu cng nhiều) dẫn đến linh kiện chuyển mạch cĩ tốc độ xử lý cao. Ngược
lại, nếu sử dụng tần số lấy mẫu thấp thời gian lấy mẫu cng rộng, nhưng độ chính xc
khơng cao. Thơng thường người ta chỉ sử dụng khoảng 10 lần tín hiệu nhỏ nhất.
♦ Kết luận:
Điểm thuận lợi của phương php điều biến xung l mặc d tín hiệu AM rất yếu,
chng hầu như mất hẳn trong nhiễu ồn xung quanh, nếu phương php điều chế PPM,
PWM, PCM l tín hiệu điều chế bằng cch tch ra khỏi tiếng ồn. Với phương php như
vậy, điều chế m xung PCM sẽ cho kết quả tốt nhất, vì nĩ chỉ cần quyết định xung no
hiện diện, xung no khơng hiện diện.
Cc phương php điều chế xung như PPM, PWM, PAM phần no cũng theo
kiểu tương tự. Vì cc dạng xung ra sau khi điều chế cĩ sự thay đổi về bin độ, độ rộng
xung, vị trí xung theo tín hiệu lấy mẫu. Đối với phương php biến đổi m xung PCM
thì dạng xung ra l dạng nhị phn chỉ cĩ 2 mức [0] v [1].
Để m hĩa tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, ngươì ta chia trục thời gian ra
những khoảng bằng nhau v trục bin độ ra 2n khoảng cho 1 bit, nếu số mức cng
nhiều thì thời gian cng nhỏ, độ chính xc cng cao. Taị mỗi thời điểm lấy mẫu bin độ
được đo, rồi lấy mức tương ứng với bin độ v chuyển đổi dạng nhị phn. Kết quả ở ng
ra ta thu được một chuỗi xung (dạng nhị phn).
III. ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DNG TIA HỒNG NGOẠI:
1. Khi niệm về tia hồng ngoại:
Anh sng hồng ngoại (tia hồng ngoại) l nh sng khơng thể nhìn thấy được bằng
mắt thường, cĩ bước sĩng khoảng 0,8µm đến 0.9µm, tia hồng ngoại cĩ vận tốc truyền
bằng vận tốc nh sng.
Tia hồng ngoại cĩ thể truyền đi được nhiều knh tín hiệu. Nĩ ứng dụng rộng ri
trong cơng nghiệp. Lượng thơng tin cĩ thể đạt được 3Mbit/s… Trong kỹ thuật
truyền tin bằng sợi quang dẫn khơng cần cc trạm khuếch đại giữa chừng, người ta cĩ
thể truyền một lc 15000 điện thoại hay 12 knh truyền hình qua một sợi tơ quang với
đường kính 0,13 mm với khoảng cch 10Km đến 20 Km. Lượng thơng tin được

truyền đi với nh sng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sĩng điện từ m người ta
vẫn dng.
Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả năng xuyn thấu km. Trong điều khiển từ xa chm
tia hồng ngoại pht đi hẹp, cĩ hướng do đĩ khi thu phải đng hướng.
2. Nguồn pht sng hồng ngoại v phổ của nĩ:
Cc nguồn sng nhn tạo thường chứa nhiều sống hồng ngọai. Hình dưới cho ta
quang phổ của cc nguồn pht sng ny.

IRED :Diode hồng ngoại.
LA : Laser bn dẫn .
LR : Đn huỳnh quang.
Q : Đn thủy tinh.
W :Bĩng đn điện với dy tim wolfram.
PT : Phototransistor.
Phổ của mắt người v phototransistor(PT) cũng được trình by để so snh. Đn thủy
ngn gần như khơng pht tia hồng ngoại. Phổ của đn huỳnh quang bao gồm cc đặc
tính của cc loại khc. Phổ của transistor kh rộng. Nĩ khơng nhạy trong vng nh snh
thấy được, nhưng nĩ cực đại ở đỉnh phổ của LED hồng ngoại.
Sĩng hồng ngoại cĩ những đặc tính quang học giống như nh snh (sự hội tụ qua
thấu kính, tiu cực…). nh sng v sĩng hồng ngoại khc nhau rất r trong sự xuyn suốt
qua vật chất. Cĩ những vật mắt ta thấy “phản chiếu sng” nhưng đối với tia hồng
ngoại nĩ l những vật “phản chiếu tối”. Cĩ những vật ta thấy nĩ dưới một mu xm đục
nhưng với nh sng hồng ngoại nĩ trở nn trong suốt. Điều ny giải thích tại sao LED
hồng ngoại cĩ hiệu suất cao hơn so với LED cho mu xanh l cy, mu đỏ… Vì rằng,
vật liệu bn dẫn “trong suốt” đối với nh sng hồng ngoại, tia hồng ngoại khơng bị yếu
đi khi nĩ phải vượt qua cc lớp bn dẫn để đi ra ngồi.
Đời sống của LED hồng ngoại di đến 100000 giờ (hơn 11 năm), LED hồng ngoại
khơng pht sng cho lợi điểm trong cc thiết bị kiểm sốt vì khơng gy sự ch ý.
3. Linh kiện thu sĩng hồng ngoại:

Người ta cĩ thể dng quang điện trở, phototransistor, photodiode để thu sĩng
hồng ngoại gần. Để thu sĩng hồng ngoại trung bình v xa pht ra từ cơ thể con người,
vật nĩng … Loại detector với vật liệu Lithiumtitanat hay tấm chất dẻo PolyvinyLidendifluorid (PVDF). Cơ thể con người pht tia hồng ngoại với độ di sĩng từ 8ms
đến 10 ms.
3.1 QUANG ĐIỆN TRỞ:

1. Cấu tạo:
Kết cấu của một trong cc loại quang điện trở được trình by trong hình bn (1a).

Hình 1a
Trong vỏ chất dẻo cĩ cửa sổ để nh sng chiếu qua, người ta đặt phím thủy tinh
2, trn đĩ cĩ ri cc điện cực hình lược. Khoảng cch giữa cc điện cực chứa lớp bn dẫn.

Cc điện cực dẫn điện v được nối đến cc chn cấm xuyn qua vỏ. Để bảo vệ lớp vỏ
khỏi bị ẩm ướt, người ta phủ ln trn bề mặt nĩ một lớp sơn trong suốt. Ty theo loại
quang điện trở bề mặt lm việc của lớp biến thin trong phạm vi từ 0,01 đến 0,04 cm 2
.
Ta lựa chọn quang điện trở theo phổ bức xạ của vật chất. Những loại quang điện
trở trong cơng nghiệp được chế tạo bằng Sulfit chì (∅CA) được sử dụng để chỉ thị
nhiệt động v tình trạng vật thể nung nĩng ở nhiệt độ tương đối thấp (200 0C ÷ 400
0
C ). Do đặt tuyến phổ của chng (đường 1 hình 1b) cịn cực đại nằm trong khu vực
gần bức xạ hồng ngọai (1,8µm đến 2,5µm).
IF%

1

2
50

Hình 1b
Đặc tuyến phổ của quang điện trở Sulfit chì.
0
λ(µm
1 bil muyt2 ( ÞC5) thể
3 hiện ở đường 2 hình 1b gần
Đặc tuyến phổ của loại Sulfit
) vực nh sng trơng thấy:
như cng dải bước sĩng với loại Sulfit Catmi (ÞCK) trong khu
2. Nguyn lý lm việc:

+

-

Sơ đồ nguyn lý
Ρ Qu trình lm việc của mạch như sau:
Khi chưa chiếu sng mặt quang điện trở, dịng điện qua nĩ v mạch ngồi nhỏ nhất
gọi l dịng điện tối.
Khi chiếu sng mặt quang điện trở với chiều di bước sĩng thích hợp, điện trở tinh
thể bn dẫn giảm đng kể. Hiện tượng nay phụ thuộc vo chất bn dẫn được sử dụng, độ
tạp chất, chiều di bước sĩng.
Gi trị điện trở phụ thuộc nh sng chiếu vo, cĩ thể thay đổi từ MΩ
đến Ω
3. Đặc tuyến:
a. Đặc tuyến Volt- Ampere:
Đặc tuyến V-A tăng tuyến tính vơí dịng điện tối cũng như dịng điện sng. Dịng
điện tối kh lớn (xem đặc tuyến V-A).
Dịng điện sng l dịng qua quang điện trở khi cĩ nh sng chiếu vo.

Dịng điện tốiI(mA
l dịng qua quang điện trở khi chưa cĩ nh sng chiếu vo.
) ta nhận thấy độ nhạy của quang điện trở phụ thuộc điện p đặt vo
Từ đặc tuyến V-A
14
nĩ. Vì thế, người ta thường sử dụng suất độ nhạy k0 để đnh gi quang điện trở.
12
10
8
6
4
2
10
15
20
0.02 5

k0 l dịng quang điện trn một đơn vị quang thơng, đối với một Volt điện p đặt vo.
Suất độ nhạy của loại quang điện trở Sulfit chì nằm trong giới hạn từ 400 đến 500
µA/ mV. Loại Sulfit bit muyt bằng 1000 µA/mV. Loại sulfit Catmi nằm trong giới
hạn 2500 -3000 µA/ mV.
Nhờ suất độ nhạy tích phn cao như vậy, cũng như cĩ phổ bức xạ hồng ngoại rộng
(phổ cc bức xạ nhiệt) nn chng được sử dụng phổ biến trong cc bộ chỉ thị v bộ
chuyển đổi nhiệt.

b. Đặc tuyến nh sng:
Quang điện trở cĩ đặc tuyến nh sng khơng tuyến tính. Vì thế, chế độ điện của mạch
sử dụng thường tính
theo đồ thị điểm sng v đặc tuyến V-A

IF(mA)
6
5
4
3
2
1

φc-k1
φc – k2

0 200
500
1000
c.Tiu chuẩn lưạ1500
chọn điệnE(V)
p nguồn cung cấp cho quang điện trở l phải
đảm bảo:
Điện p trn quang điện trở Sulfit chì khi lm việc trong thời gian di thường giới
hạn ở 15V, cịn cơng suất vi chục W.
Độ nhạy tích phn đủ cao cũng như hạn chế cơng suất tỏa ra trong quang điện trở,
vượt qa nĩ sẽ dẫn tới phản ứng khơng thuận nghịch.
Độ nhạy tích phn l cường độ dịng điện pht sinh khi một đơn vị quang thơng
chiếu vo (A/lm).
4. Ứng dụng:
Dựa vo nguyn lý lm việc quang điện trở được ứng dụng vo nhiều lĩnh vực kỹ
thuật sau:
-Phn tử pht hiện.
-Đo độ sng trong quang phổ.
-Lm cảm biến trong rất nhiều hệ thống tự động hĩa.

-Bảo vệ, bo động…
3.2 DIODE QUANG:
1. Cấu tạo:

Diode quang thường được chế tạo bằng gecmani v silic. Hình 2a trình by cấu
tạo của diode quang chế tạo bằng silic (Φ,K-1) dng lm bộ chỉ thị tia ln cận bức xạ
hồng ngoại.

Hình 2a
2. Nguyn lý:
+
P
N

R
t

P
N

R
t

Hình 2b
Hình 2c
Diode quang cĩ thể lm việc trong 2 chế độ:
-Chế độ biến đổi quang điện.
-Chế độ nguồn quang điện.

a. Nguyn lý trong chế độ biến đổi quang điện (hình 2b)
Lớp p được mắc vo cực m của nguồn điện, lớp n mắc với cực dương, phn cực
nghịch nn khi chưa chiếu sng chỉ cĩ dịng điện nhỏ b chạy qua ứng với dịng điện
ngược (cịn gọi l dịng điện tối). Khi cĩ quang thơng dịng điện qua mối nối p-n tăng
ln gọi l dịng điện sng.
Dịng tổng trong mạch gồm cĩ dịng “tối” v dịng “sng”, cng chiếu lớp n gần tiếp thì
dịng sng cng lớn.
b. Nguyn lý lm việc của diode trong chế độ nguồn pht quang điện (pin mặt
trơì) (H2c)
Khi quang thơng, cc điện tích trn mơí nối p-n được giải phĩng taọ ra sức điện
động trn 2 cực của diode, do đĩ, lm xuất hiện dịng điện chảy trong mạch.
Trị số sức điện động xuất hiện trong nguồn pht quang điện phụ thuộc vo loại
nguồn pht v trị số của quang thơng.
3. Vi thơng số của diode quang v pin mặt trời:

IF (%)
100
50
0
0.5 0.7 0.8
Hình 2d
λ(µ m)

1

1.3

- Diode quang cĩ thể lm việc ở 2 chế độ vừa nu, khi dng lm bộ biến đổ quang điện
ta đưa vo nĩ một điện p 20V, cực đaị chọn lọc nằm trong giới hạn 0.8µm ÷ 0,85 µ

m (Hình 2d).
- Giới hạn độ nhạy của nĩ ở trn bước sĩng λ = 1,2µm
- Độ nhạy tích phn k = 4µA/lm
- Đối vơí diode quang chế taọ bằng gecmani, độ nhạy ny cao hơn 20 mA/lm.
4.Ứng dụng của diode quang:
- Đo nh sng.
- Cảm biến quang đo tốc độ.
- Dng trong thin văn theo di cc ngơi sao đo khoảng cch bằng quang.
- Điều khiển tự động trong my chụp hình.
- Diode quang Silic cĩ thể lm việc ở -50 0C ÷ +80 0C.
- Diode quang gecmani cĩ thể lm việc ở – 50 0C ÷ +40 0C.
3.3 TRANSISTOR QUANG:
1.Cấu tạo:
as
E
B
C

N
P
N

+

E

I

Hình 3a
Hình 3a: trình by sơ đồ nguyn lý của transistor quang. Ba lớp n-p-n tạo nn 2 tiếp

gip p-n . Một trong những lớp ngồi cĩ kích thước nhỏ để quang thơng cĩ thể chiếu
vo giữa lớp nền. Lớp nền ny đủ mỏng để đưa lớp hấp thụ lượng tử quang đến gần
tiếp gip p-n.

C
B
E

Mạch tương đương
Ký hiệu
2.Nguyn lý:
Trong transistor quang chỉ cĩ thể lm việc ở chế độ biến đổi quang điện (cĩ điện
p ngồi đặt vo ). Trị số điện p ny khỏang 3V đến 5V.
Xt hình 3a: Mối nối BC được phn cực ngược lm việc như một diode quang. Khi
cĩ quang thơng chiếu vo nĩ tạo ra dịng điện dng để lm tc động transistor, dẫn đến
dịng Ic tăng ln nhiều lần so với dịng diode quang.
Dịng Ic được tính như sau:
Ic = ( Ip + Ib )( hfe + 1)
hfe : độ lợi DC.
Ip : dịng quang điện khi cĩ nh sng chiếu vo mối nối BC.
Ib : dịng cực B khi cĩ phn cực ngồi.
Khi cực B được phn cực bn ngồi. Độ lợi bị thay đổi v trở khng vo của transistor
được tính:
Zin = Rin + hfe
Dịng rị : Iceo = hfe + Icbo
Icbo : dịng rị cực BC
Độ lợi cng cao đp ứng cng nhanh.
3. Đặc tuyến:
Sau đy giới thiệu một đồ thị định tính của quang transistor MRD 300.

IF (%)
100

50

0

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
1
1.2 λ(µ m)
Đặc tuyến phồ của transistor MRD 300.
IF :Dịng khi cĩ nh sng chiếu vo.

4.Ứng dụng:
Do transistor quang cĩ độ nhạy lớn hơn diode quang, nn phạm vi ứng dụng của
nĩ rộng ri hơn.
Ứng dụng trong việc đĩng ngắt mạch, điều khiển tự động trong cơng nghiệp…
1 quang cần độ nhạy cao.
Trong những mạch điện cảm biến
3.4 LED THU:
1.Cấu tạo:
Điện 5V
p qui
định
0.5MΩ

10K

2
3

2.Nguyn lý:
Giả sử cc điều kiện phn cực cho IC đ hồn chỉnh, khi IC nhận tín hiệu điều
khiển từ diode pht quang, mạch khuếch đại Op-Amp của IC sẽ biến đổi dịng điện
thu được từ diode ra điện p (điện p ny được khuếch đại). Tín hiệu điện p được đưa
đến Smith trigger để tạo xung vuơng, xung ny cĩ nhiệm vụ khích transistor ng ra
họat động, lc đĩ ng ra tại chn số 2 của IC ở mức thấp, tín hiệu ng ra tc động ở mức 0,
cĩ thể được dng để điều khiển gin tiếp một tải no đĩ.
Khi ngăn nh sng chiếu vo thì ngược lại transistor khơng họat động dẫn đến chn số
2 ln mức cao .
IV. SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DNG TIA HỒNG
NGOẠI:
1. My pht:
Pht lệnh
điều khiển

M
hĩa

Điều
chế

Dao động tạo
sĩng mang

Khuếch
đại

Sơ đồ khối my pht

Σ Giải thích sơ sồ khối my pht:
My pht cĩ nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển, m hĩa v pht tín hiệu đến my thu,
lệnh truyền đi đ được điều chế.
ϑ Khối pht lệnh điều khiển:
khối ny cĩ nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển từ nt nhấn (phím điều khiển). Khi
một phím được ấn tức l một lệnh đ được tạo ra . Cc nt ấn ny cĩ thể l một nt (ở mạch
điều khiển đơn giản), hay một ma trận nt (ở mạch điều khiển chức năng). Ma trận
phím được bố trí theo cột v hng. Lệnh điều khiển được đưa đến bộ m hĩa dưới dạng
cc bit nhị phn tương ứng với từng phím điều khiển.
ϑ Khối m hĩa:
Để truyền cc tín hiệu khc nhau đến my thu m chng khơng lẫn lộn nhau, ta phải
tiến hnh m hĩa cc tín hiệu (lệnh điều khiển). Khối m hĩa ny cĩ nhiệm vụ biến đổi cc
lệnh điều khiển thnh cc bit nhị phn, hiện tượng biến đổi ny gọi l m hĩa. Cĩ nhiều
phương php m hĩa khc nhau:
; Điều chế bin độ xung.
; Điều chế vị trí xung.
; Điều chế độ rộng xung.
; Điều chế m xung.

Trong kỹ thuật điều khiển từ xa dng tia hồng ngọai, phương php điều chế m xung
thường được sử dụng nhiều hơn cả, vì phương php ny tương đối đơn giản, dễ thực
hiện.
ϑ Khối dao động tạo sĩng mang:
Khối ny cĩ nhiệm vụ tạo ra sĩng mang tần số ổn định, sĩng mang ny sẽ mang tín
hiệu điều khiển khi truyền ra mơi trường.
ϑ Khối điều chế:
Khối ny cĩ nhiệm vụ kết hợp tín hiệu điều khiển đ m hĩa sĩng mang để đưa đến
khối khuếch đại.
ϑ Khối khuếch đại:

Khuếch đại tín hiệu đủ lớn đề LED pht hồng ngoại pht tín hiệu ra mơi trường.
ϑ LED pht:
biến đổi tín hiệu điện thnh tín hiệu hồng ngoại pht ra mơi trường.
2.My thu:
Khuếch
Tch
Giải m
Chốt
đại
sĩng

Khuếch
Mạch chấp
đại
hnh
Sơ đồ khối my thu
Σ Giải thích sơ đồ khối my thu:
Chức năng của my thu l thu được tín hiệu điều khiển từ my pht, loại bỏ sĩng
mang, giải m tín hiệu điều khiển thnh cc lệnh ring biệt, từ đĩ mỗi lệnh sẽ đưa đến
khối chấp hnh cụ thể.
ϑ LED thu :
Thu tín hiệu hồng ngoại do my pht truyền tới v biến đồi thnh tín hiệu điều khiển.
ϑ Khối khuếch đại:
Cĩ nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điều khiển lớn ln từ từ, LED thu hồng ngoại để
qu trình xử lý tín hiệu được dễ dng.
ϑ Khối tch sĩng mang :
Khối ny cĩ chức năng triệt tiu sĩng mang, chỉ giữ lại tín hiệu điều khiển như tín
hiệu gửi đi từ my pht.
ϑ Khối giải m:
Nhiệm vụ của khối ny l giải m tín hiệu điều khiển thnh cc lệnh điều khiển dưới

dạng cc bit nhị phn hay cc dạng khc để đưa đến khối chấp hnh cụ thể. Do đĩ nhiệm
vụ của khối ny rất quan trọng.
ϑ Khối chốt:
Cĩ nhiệm vụ giữ nguyn trạng thi tc động khi tín hiệu điều khiển khơng cịn, điều
ny cĩ nghĩa l khi pht lệnh điều khiển ta chỉ tc động vo phím ấn 1 lần, trạng thi mạch
chỉ thay đổi khi ta chỉ tc động vo nt khc thực hiện điều khiển lệnh khc.
ϑ Khối khuếch đại:
Khuếch đại tín hiệu điều khiển đủ lớn để tc động được vo mạch chấp hnh.
ϑ Khối chấp hnh:

Cĩ thể l role hay một linh kiện điều khiển no đĩ, đy l khối cuối cng tc động trực
tiếp vo thiết bị thực hiện nhiệm vụ điều khiển mong muốn.
V. ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DNG SĨNG VƠ TUYẾN:
Σ Sơ lược về hệ thống thu pht vơ tuyến:
Hệ thống vơ tuyến l hệ thống truyền tín hiệu từ nơi ny sang nơi khc bằng sĩng
điện từ. Tín hiệu thơng tin được truyền đi từ nơi pht được chuyển thnh tín hiệu điện.
Sau đĩ được m hĩa để truyền đi; tại nơi thu, tín hiệu điện sẽ được gii m, ti tạo lại
thơng tin ban đầu.
Việc điều chế tín hiệu điện trong hệ thống vơ tuyến, truyền tín hiệu l qu trình đặt
tín hiệu thơng tin vo sĩng mang cĩ tần số cao hơn để truyền đi, tại my thu tín hiệu sẽ
loại bỏ thnh phần sĩng mang, chỉ nhận v xử lý ti tạo lại tín hiệu thơng tin, đy l qu
trình gii m điều chế.
Σ Khi niệm về hệ thống điều khiển từ xa dng sĩng vơ tuyến:
Hệ thống điều khiển từ xa dng sĩng vơ tuyến bao gồm my pht v my thu.
My pht cĩ nhiệm vụ pht ra lệnh điều khiển truyền ra mơi trường dưới dạng sĩng
điện từ mang theo tin tức điều khiển. My thu thu tin tức từ mơi trường, xử lý tin tức
v đưa ra lệnh điều khiển đến mạch chấp hnh. Đặc điểm của hệ thống ny l phải dng
Antena để bức xạ tín hiệu đối với my pht, dng Antena để thu tín hiệu đối với my
thu.

1.Sơ đồ khối my pht:

Antenna
Pht lệnh
điều khiển

M

hĩa

Khuếch đại
cao tần

Điều
chế
Dao động
Sơ đồ khối my pht
cao tần
Σ Giải thích sơ đồ khối:
ϑ Khối pht lệnh điều khiển: Dng cc phím để pht lệnh điều khiển theo phương
thức ma trận phím hay từng phím ấn ring lẻ.
ϑ Khối m hĩa: Biến đổi sĩng dao động điện được tạo ra từ bn phím lệnh thnh
sĩng điện cĩ tần số đặc trưng cho lệnh điều khiển tương ứng.
ϑ Khối dao động cao tần: Tạo dao động bn trong my pht, cĩ nhiệm vụ lm sĩng
mang để chuyn chở tín hiệu điều khiển trong khơng gian.
ϑ Khối điều chế: Phối hợp 2 tín hiệu dao động lại với nhau theo cc phương php
khc nhau, ty theo đặc điểm của hệ thống thu - pht như điều chế bin độ (AM), điều
chế tần số (FM), điều chế pha (PM).

ϑ Khối khuếch đại cao tần: Khuếch đại bin độ tín hiệu nhằm tăng cường cơng
suất bức xạ sĩng điện từ.

2. Sơ đồ khối my thu:
Khuếch
đại cao
tần

Dao động
nội

Trộn

Tch
sĩng

tần

Thiết
bị

Giải m

Lệnh
điều
khiển

Sơ đồ khối my thu
Σ Giải thích sơ đồ khối my thu:

ϑ Khối khuếch đại cao tần: khuếch đại bin độ tín hiệu cao tần thu được từ Antena
để b lại năng lượng của sĩng điện từ tiu hao khi lan truyền trong mơi trường.
ϑ Khốidao động nội: l dao động cao tần hình sin biến đổi năng lượng dao động
một chiều thnh xoay chiều cĩ tần số yu cầu. Khối dao động nội l dao động tự kích cĩ
tần số ổn định cao.
ϑ Khối trộn tần: biến đổi tín hiệu cao tần thnh tín hiệu trung tần chung, với tần
số ny việc thiết kế mạch cũng như độ ổn định trở nn dễ dng hơn. Khối trộn tần cĩn
cĩ nhiệm vụ khuếch đại bin độ tín hiệu trung tần chung.
ϑ Khối tch sĩng: cĩ nhiệm vụ triệt tiu sĩng mang cao tần, phục hồi lại tín hiệu
điều khiển.
ϑ Khối giải m: nhận biết tín hiệu vừa pht đi để pht ra lệnh tc động đng thiết bị
cần điều khiển.
ϑ Khối lệnh điều khiển: gồm cc mạch động lực, đĩng ngắt nguồn cho thiết bị,
hay điều khiển chức năng thiết bị đ đặt trước.
Qua thực nghiệm cho thấy, để sĩng điện từ cĩ thể bức xạ v lan truyền trong mơi
trường thì tần số dao động điện thích hợp l lớn hơn 100 kHz. Ngồi ra vấn đề phối
hợp trở khng giữa cc tần trong my pht, giữa antena v tần cơng suất pht l rất quan
trọng trong việc nng cao khoảng cch pht sĩng.
Vì Antena thu cĩ đặc tính cộng hưởng với tần số pht nn kích thước antena cĩ
quan hệ chặt chẽ với bước sĩng pht. Đối với antena Sut (whip anten) chiều di của
antena xấp xỉ với ¼ λ , ½ λ, ¾ λ, 3/2 λ, vơí λ l bước sĩng my pht.
Tầm thu-pht của hệ thống cịn phụ thuộc vo địa hình, độ cao của antena v độ
nhạy của thiết bị.
3.Phn knh – điều khiển từ xa bằng vơ tuyến nhiều chức năng:
Σ Phn knh :
Để điều khiển nhiều chức năng của một thiết bị điều khiển từ xa, my thu phải
sử dụng ma trận phím, mỗi phím được điều chế với một tín hiệu ring biệt (được m
hĩa) để khi my thu ti tạo lại tín hiệu v thực hiện việc điều khiển thiết bị đng với chức
năng của phím vừa pht đi. Qu trình đĩ gọi l qu trình phn knh.

ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TỪ XA QUẠT BẰNG TIA HỒNG NGOẠI ( Đầy đủ file đính kèm)

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về