Bài tiểu luận: Thiết kế và thi công mạch điều khiển ô tô từ xa sử dụng sóng RF qua máy tính
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.07 MB, 30 trang )
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
MỤC LỤC
Lời Mở Đầu.....................................................................................................................................1
PHẦN I: TỔNG QUAN ...................................................................................................................4
1.1........................................................................................................Giới thiệu điều khiển từ xa
................................................................................................................................................5
1.1.1. Điều khiển từ xa bằng tần số vô tuyến RF................................................................
1.1.2. Hoạt động...................................................................................................................
1.2.....................................................................................Giới thiệu Kit và các linh kiện sử dụng
................................................................................................................................................5
1.2.1. Giới thiệu Kit STM32F103.........................................................................................
1.2.1.1...............................................................................................................Mạch CPU
................................................................................................................................
1.2.1.2.............................................................................................Các cổng I/O đa dụng
................................................................................................................................
1.2.1.3...............................................................Khối giao tiếp RS232 qua cổng USART1
................................................................................................................................
1.2.1.4....................................................................................Khối giao tiếp với LCD16x2
................................................................................................................................
1.2.2. Cảm biến siêu âm SRF05..........................................................................................
1.2.3. Cặp thu phát RF PT2262 và PT2272........................................................................
1.2.3.1.................................................................................................Mã hóa với PT2262
................................................................................................................................
PHẦN II: THIẾT KẾ MẠCH
2.1........................................................................................................................ Sơ đồ khối
.......................................................................................................................................6
2.1.1. Chức năng và nhiệm vụ của từng khối............................................................6
2.2....................................................................... Sơ đồ nguyên lý và hoạt động của mạch
.......................................................................................................................................6
2.2.1. Sơ đồ nguyên lý...............................................................................................6
2.2.2. Nguyên lý hoạt động của mạch.......................................................................6
2.2.3. Sản phẩm hoàn thiện.......................................................................................6
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
PHẦN III: KẾT LUẬN
3.1........................................................................................................... Tài liệu tham khảo
.......................................................................................................................................6
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Lời nói đầu
Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới
của chúng ta 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 đó là những yếu tố rất cần
thiết giúp cho các hoạt động của con người đạt hiệu quả cao hơn.
Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Điện tử đã đáp
ứng được những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực Công – Nông – Lâm –
Ngư nghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết cho hoạt động cuộc sống hằng ngày.
Một trong những ứng dụng quan trọng của công nghệ điện tử là kỹ thuật
điều khiển từ xa, nó góp phần rất lớn trong việc điều khiển các thiết bị khác mà
không cần trực tiếp chạm vào nó.
Xuất phát từ những ứng dụng, cũng như sự hữu ích của việc điều khiển
từ xa trên nhóm em đã quyết định thiết kế và thi công mạch điều khiển oto từ xa
sử dụng sóng RF qua máy tính.
Do thời gian, tài liệu và trình độ còn nhiều hạn chế nên bản báo cáo vẫn
chưa thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong sự chỉ dẫn, góp ý của thầy cô
cũng như tất cả các bạn!
Hà Nội, tháng 4 năm 2015
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
PHẦN I: TỔNG QUAN
1.1
Giới thiệu điều khiển từ xa
1.1.1
Điều khiển từ xa bằng tần số vô tuyến RF
Những chiếc điều khiển từ xa đầu tiên trên thế giới được ra đời nhằm
mục đích phục vụ cho chiến tranh. Các loại điều khiển từ xa bằng tần số vô
tuyến xuất hiện vào chiến tranh thế giới thứ I nhằm hướng dẫn các tàu hải
quân Đức đâm vào thuyền của quân Đồng Minh.
Đến chiến tranh thế giới thứ II điều khiển từ xa được sử dụng để kích nổ
những quả Bom, sau chiến tranh công nghệ tuyệt vời giúp chúng ta tiếp tục
được cải tiến để phục vụ đắc lực trong đời sống con người. Và đến nay có
thể nói ai cũng đều đã từng sử dụng điều khiển từ xa để điều khiển một
thietes bị nào đó.
Ban đầu, người ta dùng điều khiển từ xa sử dụng tần số vô tuyến
RF( Radio Frequency) và sau đó bắt đầu ứng dụng công nghệ hồng ngoại
IR( Infrared Remote) vào điều khiển từ xa. Hiện nay trong đời sống chúng ta
sử dụng cả hai loại điều khiển từ xa này.
Điều khiển từ xa bằng tần số vô tuyến RF là loại điều khiển từ xa xuất
hiện đầu tiên và đến nay vẫn giữ một vai trò quan trọng, phổ biến trong đời
sống. Nếu điều khiển IR chỉ dùng trong nhà thì điều khiển RF lại dùng cho
nhiều vật dụng bên ngoài khác như các thiết bị mở cửa gara xe, hệ thống báo
hiệu cho các loại đồ chơi điều khiển từ xa thậm chí kiểm soát vệ tinh và các
hệ thống máy tính xách tay, điện thoại thông minh…
1.1.2
Hoạt động
Với loại điều khiển này, nó cũng sử dụng nguyên lý tương tự như điều
khiển bằng tia hồng ngoại nhưng thay vì gửi đi các tín hiệu ánh sáng, nó lại
truyền sóng vô tuyến tương ứng với các lệnh nhị phân. Bộ phận thu sóng vô
tuyến trên thiết bị được điều khiển nhận tín hiệu và giải mã nó.
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
1.2
Giới thiệu KIT và các linh kiện sử dụng
1.2.1
Giới thiệu KIT STM32F103
STM32F103C8T6 sử dụng lõi ARM CotexM3 32bit, lõi hoạt động
ở tần số 72Mhz, tốc độ cao, bộ nhớ flash lên đến 64 Kbytes và SRAM
lên đến 20 Kbytes, các cổng ngoại vi nâng cao I/O.
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Stm32F103 có 5 cổng I/O đa dụng với 80 chân điều khiển. mỗi chân đều
có thể cấu hình như là chức năng GPIO hoặc các chức năng thay thế khác, hoặc
mỗi chân có thể dùng làm ngắt ngoài. Các cổng I/O được đánh dấu theo thứ tự
từ A > E và mức điện áp tiêu thụ ở 5V. chức năng thay thế giúp cho người dùng
sử dụng các cổng GPIO với các ngoại vi khác. Để thuận tiện cho việc kết nối
phần cứng, một ngoại vi có thể được ánh xạ đến 1 hay nhiều chân của vi xử lý
Stm32.
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Khối mạch giao tiếp RS233 qua cổng USART1:
Mặc dù các chuẩn trao đổi dữ liệu dạng nối tiếp dần dấn không còn
được hỗ trợ trên máy tính, nhưng chúng vẫn được sử dụng rất nhiều trong lĩnh
vực nhúng bởi sự tiện ích và tính đơn giản. STM32 có đến 3 khối USART, mỗi
khối có khả năng hoạt động lên đến tốc độ 4.5Mbps. một khối USART nằm
trên APB1 với xung nhịp hoạt động 72Mhz, các khối còn lại nằm trên APB2
hoạt động ở xung nhịp 36Mhz. Với mạch tích hợp cho phép chia nhỏ tốc độ
BAUD chuẩn thành nhiều tốc độ khác nhau thích hợp với nhiều kiểu trao đổi dữ
liệu khác nhau. Mỗi kênh USART có hai kênh DMA dành ch truyền và trao đổi
dũ liệu. khi hỗ trợ giao tiếp UART hoặc USART cung cấp nhiều chế độ giao
tiếp. Có thể trao đổi dữ liệu theo kiểu chế độ halfduplex trên đường truyền Tx.
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Khi hỗ trợ giao tiếp có sử dụng model và giao tiếp có sử dụng điều khiển luồng
USART cung cấp thêm các tín hiệu điều khiển CTS và RTS.
Khối giao tiếp LCD16x2
1.2.2
Cảm biến siêu âm SRF05
Một số loại cảm biến siêu âm:
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Cảm biến siêu âm có nhiều loại, tùy theo công dụng như để nhận biết
vật trong khoảng cách gần hay xa, nhận biết các vật có tính chất khác
nhau và trong những điều kiện hoạt động khác nhau mà người ta chế
tạo các loại cảm biến siêu âm cũng khác nhau.
1.2.2.1
cảm biến siêu âm và nguyên tắc TOF( Time Of Flight)
sóng siêu âm được truyền đi trong không khí với vận tốc khoảng 343
m/s. Nếu một cảm biến phát ra sóng siêu âm và thu về các sóng phản xạ
đồng thời, đo được khoảng thời gian từ lúc phát đi đến lúc thu về thì máy
tính có thể xác định được quãng đường mà sóng đã truyền đi trong không
gian. Quãng đường di chuyển của sóng sẽ bằng 2 lần khoảng cách từ cảm
biến đến chướng ngại vật, theo hướng phát của sóng siêu âm. Hay
khoảng cách từ cảm biến đến chướng ngại vật sẽ được tính theo nguyên
lý TOF: d = v.t/2
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
SRF05 là một bước phát triển từ SRF04, nó được thiết kế nhằm
tawnh tính linh hoạt, phạm vi ngoài ra còn giảm bớt chi phí. SRF05 hoàn
toàn tương thích SRF04 và khoảng cách được tăng từ 3m lên 4m.
SRF05 cho phép sử dụng một chân duy nhất cho cả kích hoạt và
phản hồi, do đó tiết kiệm giá trị trên chân điều khiển. khi chân chế độ
không kết nối thì SRF05 hoạt động riêng biệt chân kích hoạt và chân hồi
tiếp như SRF04. SRF05 bao gồm một thời gian trễ trước khi xung phản
hồi để mang lại điều khiển chậm hơn chẳng hạn như bộ điều khiển thời
gian cơ bản stamps và picaxe để thực hiện các xung lệnh.
1.2.2.2
Các chế độ của SRF05
Chế độ 1: Tương ứng SRF04 tách biệt kích hoạt và phản hồi
Chế độ này sử dụng riêng biệt chân kích hoạt và chân phản hồi, và là
chế độ đơn giản nhất để sử dụng. Tất cả các chương trình làm việc
cho SRF04 sẽ làm việc cho SRF05 ở chế độ này
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Chế độ 2: Dùng một chân cho cả kích hoạt và phản hồi
Chế độ này sử dụng một chân duy nhất cho cả kích hoạt và hồi tiếp,
và được thiết kế để lưu giá trị trên chân lên bộ điều khiển nhúng. Để
sử dụng chế độ này chân chế độ kết nối vào chân mass. Tín hiệu hồi
tiếp sẽ xuất hiện trên cùng một chân với tín hiệu kích hoạt. SRF05 sẽ
không tăng dòng phản hồi cho đến 700us sau khi kết thúc các tín hiệu
kích hoạt.
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Tính toán khoảng cách
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Giản đồ SRF05 thể hiện ở 2 chế độ trên. Chỉ cần cung cấp một xung
ngắn tối thiểu 10us kích hoạt đầu vào để bắt đầu đo khoảng cách. Các
SRF05 sẽ cho ra một chu kỳ 8 burst của siêu âm ở 40khz và tăng cao
dòng phả hồi của nó. Sau đó chờ phản hồi, và ngay sau khi phát hiện
nó giảm các dòng phản hồi lại. Dòng phản hồi là một xung có chiều
rộng tỷ lệ với khoảng cách đến đối tượng. bằng cách đo xung ta hoàn
toàn có thể tính được khoảng cách theo inch/cm hoặc đơn vị đo khác.
Nếu không phát hiện gì thì SRF05 giảm thấp hơn dòng phản hồi của
nó sau khoảng 30ms.
SRF05 có thể được kích hoạt nhanh chóng sau mỗi 50ms, hoặc 20 lần
mỗi giây. Nên chờ 50ms trước khi kích hoạt tiếp, ngay cả khi SRF05
phát hiện một đối tượng gần và xung phản hồi ngắn hơn, điều này để
đảm bảo các siêu âm “beep” đã phai mờ và sẽ không gây ra sai lệch ở
các lần đo kế tiếp.
Một số đặc điểm khác của cảm biến siêu âm SRF05
Mức độ của sóng âm hồi tiếp phụ thuộc vào cấu tạo của đối tượng và
góc phản xạ của nó:
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Một tín hiệu mềm có thể cho ra tín hiệu phản hồi yếu hoặc không có
phản hồi. Một đối tượng ở một góc cân đối thì mới có thể chuyển
thành tín hiệu phản chiếu cho cảm biến nhận.
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
1.2.3
Cặp thu phát RF PT2262 và PT2272
Trước khi nghĩ đến việc mở rộng các ứng dụng của sóng điện từ
trong viễn khiển, nghĩa là vùng sóng vô tuyến đẻ điều khiển các thiết bị
từ xa, chúng ta hãy tìm hiểu kỹ hơn về 2 IC chuyên dùng trong điều
khiển từ xa đó là IC PT2262 dùng để tạo mã lệnh và IC PT2272 dùng
để giải mã. Ngày nay người ta chế tạo rất nhiều các cặp IC, một con
thì dùng cho bên phát và một con dùng cho bên nhận.
Trước hết chúng ta hãy tìm hiểu khái quát công dụng của các chân
IC này. PT2262 có sơ đồ chân như hình vẽ sau:
IC PT2262 có nhiều nhóm, nhiều phiên bản, phân nhóm theo các chữ
viết tiếp theo ở bên chữ PT2262, hình vẽ cho thấy có nhóm 18 chân và
nhóm 20 chân, theo tên ghi trên các chân của IC chúng ta hiểu công dụng
của từng chân như sau:
Chân cuối của hàng dưới cho nối mass. Và chân cuối cùng của hàng
trên cho nối Vcc, từ 4V đến 15V. Trên chân OSC1 và OSC2 dùng gắn điện
trở R để định tần cho xung nhịp, dùng tạo ra các dãy xung mã lệnh. Tần
số xung nhịp phải lấy tương thích giữa bên phát và bên nhận.
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Các chân A0 – A5 dùng nhập mã địa chỉ, trên mỗi chân có thể có 3
trạng thái, cho nối mass là bit 0, cho nối vào nguồn dương là bit 1 và để
trống là bit F.
Chân A6/D0 – A11/D5 có thể dùng như các chân địa chỉ từ A6 A11,
nhưng khi dùng như chân nhập dữ liệu DATA thì chỉ xác lập theo mức 0
và mức 1, chỉ có 2 trạng thái.
Chân TE dùng cho xuất nhóm xung mã lệnh, nó có tác dụng ở mức áp
thấp. nghĩa là khi chân này ở mức thấp nó sẽ xuất ra xung mã lệnh trện
chân Dout.
Chân Dout, là chân ngã ra của nhóm tín hiệu mã lệnh, các tín hiệu mã
lệnh đều ở dạng xung, nghĩa là lúc ở mức thấp, lúc ở mức cao.
1.2.3.1
Mã hóa với PT2262
Cơ bản PT2262 sử dụng mỗi bit gồm 3 trạng thái 0,1 và f. mỗi trạng thái
sẽ có một kiểu mã hóa bit code khác nhau. Mỗi bit code mã hóa chứa trong
32 chu kỳ tần số mã hóa của OSC(32a) phụ thuộc vào giá trị của điện trở
gắn trên chân OSC1 và OSC2. Sau khi có xung nhịp có chu kỳ a, bây giờ
người ta tạo ra các xung khác nhau dùng để chỉ trạng thái các bit: đó là bit
0,1 và bit f
o
Bit 0 được thay thế bằng chuỗi 1000 1000
o
Bit 1 được thay thế bằng chuỗi 1110 1110
o
Bit f được thay thế bằng chuỗi 1000 1110
Sync bit được thay thế bằng chuỗi 10000000|00000000|00000000|
00000000
Như vậy chuỗi bit phát đi sẽ được thay thế bằng chuỗi bit mã hóa nó.
Ví dụ: một từ mã code word PT2262 muốn phát là “11110000|1010|
syncBit”( 8 bit địa chỉ| 4 bit dữ liệu| 1 syncBit) sẽ được mã hóa thành
chuỗi 128 bit:
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
11101110.11101110.11101110.11101110.10001000.10001000.10001000.10001000
|11101110.10001000.11101110.10001000|
11101110.00000000.00000000.00000000. xung nhịp tạo ra từ mạch dao
động:
Xung nhịp bit 0
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Xung nhịp bit 1
Xung nhịp bit F
Bit đồng bộ:
Là bit được thêm vào trong một khung truyền để giúp đồng bộ hóa quá
trình mã hóa/giải mã. Độ dài của syncBit là bằng 4 lần độ dài của bit địa
chỉ/dữ liệu tức 128a.
Cách đặt mã lệnh cho PT2262:
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Các hàng chân địa chỉ A0…A5 và chân dữ liệu D0…D5 bên IC bên phát và
IC bên thu phải được đặt giống nhau. Nếu cho chân nào nối mass thì chân
đó được định là bit 0, nối lên nguồn thì được định là bit 1 và không nối thì
được định là bit F. chỉ khi mã lệnh của bên phát và bên thu được đặt giống
nhau và tần số xung nhịp phù hợp lúc đó cặp IC này mới hiểu nhau, có tác
dụng dùng trong điều khiển, nếu khác nhau thì bên thu sẽ không nhận ra
bên phát và sẽ không phát lệnh điều khiển VT theo lệnh của bên phát.
1.2.3.2
Giải mã với PT2272
Khi xung mã lệnh phát ra từ IC PT2262, nhóm xung mã lệnh này sẽ được
đưa vào IC PT2272 để giải mã và phát ra các tín hiệu điều khiển thiết bị.
chúng ta hãy tìm hiểu hoạt động bên trong của IC giải mã lệnh PT2272
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Cấu trúc PT2272
Từ sơ đồ khối chức năng ta thấy hoạt động của IC PT2272 sẽ như sau:
chân OSC1 và OSC2 dùng gắn thạch anh để định tần cho xung nhịp, xung
nhịp này cần thiết cho hoạt động của IC. Các chân địa chỉ A0..A5 và chân
địa chỉ/dữ liệu A6/D5 đến A11/D0. Trạng thái bit trên các chân này dùng
làm xác lập mã lệnh dùng cho việc dò mã lệnh của bên phát. Chân ngõ vào
là Din mã lệnh, nếu mã lệnh của bên phát đúng với mã lệnh đã xác lập
trong IC, sau khi qua hai tầng khuếch đại đảo, tín hiệu mã lệnh cho vào
mạch computer logic chờ xuất ra, khi mạch dò xung đồng bộ xác nhận tín
hiệu vào là chính xác, nó sẽ xuất lệnh điều khiển trên chân VT.
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
PHẦN II: THIẾT KẾ MẠCH
2.1 Sơ đồ khối hệ thống
