Xemtailieu Tải về Thiết kế mạch điều khiển thiết bị điện bằng sóng rf
HỌC VIÊÊN NÔNG NGHIÊÊP VIÊÊT NAM KHOA CƠ ĐIỆN === === ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN BẰNG SÓNG RF Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện Lớp MSV : Th.S Lại Văn Song : Vũ Đức Lâm : K57TDHA : 573115 Hà Nô Êi – 2016 1 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ............................................................................................................. ............................................................................................................. ............................................................................................................. ............................................................................................................. ............................................................................................................. ............................................................................................................. ............................................................................................................. ............................................................................................................. ............................................................................................................. ............................................................................................................. ............................................................................................................. ............................................................................................................. ............................................................................................................. ............................................................................................................. ............................................................................................................. ............................................................................................................. ............................................................................................................. ............................................................................................................. ............................................................................................................. ............................................................................................................. ............................................................................................................. ............................................................................................................. ............................................................................................................. ............................................................................................................. 2 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan làm đồ án nghiêm túc, chăm chỉ và nỗ lực! 3 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy đã tận tình giúp đỡ trong quá trình chọn đề tài, hướng dẫn định hướng. Do lần đầu làm đồ án thực tế, khả năng còn hạn chế nên không tránh khỏi sai sót. Mong nhận được sự chỉ bảo và góp ý thêm của thầy! 4 PHẦN 1 1.1. DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, HÌNH ẢNH Hình 3.3.1.1: Mô phỏng 3D mặt trước mạch điều khiển......................................10 Hình 3.3.1.2: Mô phỏng 3D mặt sau mạch điều khiển ........................................10 Hình 3.3.1.3: Toàn bộ mô hình.............................................................................11 Hình 3.3.1.4: Thiết kế gắn mạch điều khiển với bảng điện..................................11 Hình 3.3.2.1: Sơ đồ chân PT2262.........................................................................12 Hình 3.3.2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch phát.............................................................13 Hình 3.3.2.3: Sơ đồ nguyên lý mạch thu...............................................................13 Hình 3.3.2.4: Sơ đồ nguồn cấp cho mạch điều khiển............................................14 Hình 3.3.2.5: PIC16F54 DIP18.............................................................................15 Hình 3.3.2.6: Sơ đồ chân PIC16F54.....................................................................15 Hình 3.3.2.7: Thông số PIC16F54........................................................................16 Hình 3.3.2.8: Sơ đồ Relay công suất.....................................................................17 Hình 3.3.2.9: Cấu tạo Relay...................................................................................18 Hình 3.3.2.10: Nguyên lý Relay đóng...................................................................18 Hình 3.3.2.11: Nguyên lý Relay ngắt....................................................................18 Hình 3.3.2.12: Sơ đồ chân PT2272........................................................................19 Hình 3.3.2.13: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển..................................................20 Hình 3.3.2.14: Mạch in trên ARES........................................................................21 Hình 3.3.2.15: Mạch in PDF..................................................................................22 Hình 3.3.2.16: Sơ đồ mạch động lực......................................................................23 Hình 3.3.2.17: Bảng phân công tín hiệu.................................................................24 Hình 3.3.2.18: Lưu đồ, thuật toán mạch điều khiển...............................................26 Hình 3.3.2.19: Phần mềm CCS...............................................................................27 Hình 3.3.2.20: Phần mềm nạp code PICKIT2........................................................28 5 1.2. MỤC LỤC Phần 1: Danh mục...................................................................................................5 Phần 2: Mở đầu.......................................................................................................7 Phần 3: Tổng quan nghiên cứu...............................................................................8 Chương 1: Tổng quan tài liệu.................................................................................8 Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu..................................................9 Chương 3: Kết quả và thảo luận............................................................................10 3.3.1. Mô hình tổng quát.......................................................................................10 3.3.2. Thiết kế phần cứng......................................................................................12 3.3.2.1. Mạch điều khiển.......................................................................................12 3.3.2.2. Mạch động lực..........................................................................................23 3.3.3. Thiết kế phần mềm......................................................................................24 3.3.3.1. Bảng phân công tín hiệu...........................................................................24 3.3.3.2. Lưu đồ, thuật toán.....................................................................................26 3.3.3.3. Chương trình điều khiển...........................................................................27 3.3.4. Chạy thử mô hình........................................................................................31 3.3.5. Thảo luận.....................................................................................................32 3.3.6. Kết luận và đề nghị......................................................................................33 3.3.7. Tài liệu tham khảo........................................................................................33 6 NỘI DUNG ĐỒ ÁN PHẦN 2: MỞ ĐẦU 2.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Một trong những ứng dụng quan trọng của ngành công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển từ xa bằng RF (sóng vô tuyến). Sử dụng RF được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp và các lĩnh vực khác trong cuộc sống với những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế thật cao. Xuất phát từ những ứng dụng đó, em đã thiết kế và lắp ráp một mạch ứng dụng nhỏ trong thu phát RF: Điều khiển bật/tắt 4 thiết bị điện bằng sóng RF. 2.2. MỤC ĐÍCH Thiết kế được mạch. Chế tạo được, thử nghiệm được nó. 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Kế thừa các kết quả từ trước 2.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu tổng quan: Các tài liệu về truyền phát sóng RF (Radio Frequency) - Nghiên cứu đối tượng: Nghiên cứu và mô phỏng được mạch, tiến tới áp dụng vào thực tế 2.5. GIỚI HẠN MÔ HÌNH Chỉ điều khiển độc lập được 4 thiết bị điện. Phạm vi điều khiển trong vòng bán kính 50 – 100m. Có thể truyền được xuyên vật cản. 7 PHẦN 3: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3.1.1. CƠ SỞ CHUNG Truyền dữ liệu số được ứng dụng rất rộng rãi, nhất là trong lĩnh vực điều khiển, thông tin số. Nhiều vi mạch hỗ trợ xử lý tín hiệu không dây được sử dụng như PT9148, PT9149, PT2262, PT2272, HT640, HT648… Con người sẽ không phải trực tiếp bật/tắt thiết bị điện mà sẽ gián tiếp điều khiển qua tay phát sóng RF. 3.1.2. YÊU CẦU THIẾT KẾ Chỉ hoạt động trong phạm vi nhỏ hẹp. Mạch thiết kế có thể sử dụng trực tiếp trong gia đình. 8 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Điều khiển thiết bị điện bằng sóng RF. Dùng vi điều khiển PIC16F54 kết hợp bộ thu phát PT2272/PT2262 để điều khiển sóng RF. 3.2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nắm được hoạt động chung của thiết bị điện trong gia đình. Hiểu được nguyên lý truyền thu- phát sóng RF. Phân loại và hiểu được các khối trong mạch, cũng như trên mô hình. 3.2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp kế thừa Mạch điều khiển sử dụng IC phát PT2262 để mã hóa tín hiệu điều khiển Dữ liệu sau khi được truyền đi bằng Module phát RF 315MHz, tín hiệu thu sẽ được thu bởi khối thu RF. Dữ liệu sẽ được giải mã bằng PT2272 và đưa về vi xử lý. Vi xử lý xử lý tín hiệu đưa về từ PT2272 và điều khiển khối Relay để bật những thiết bị được yêu cầu mở bởi bên phát. - Sử dụng thiết bị, công nghệ đã có sẵn: Đối với mạch điều khiển, dùng tay phát RF có sẵn, mạch thu sóng không có IC PT2272 9 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.3.1. MÔ HÌNH TỔNG QUÁT MÔ PHỎNG 3D MẠCH IN TRÊN ARES Hình 3.3.1.1: Mô phỏng 3D mặt trước mạch điều khiển Hình 3.3.1.2: Mô phỏng 3D mặt sau mạch điều khiển 10 Hình 3.3.1.3: Toàn bộ mô hình Hình 3.3.1.4: Thiết kế gắn mạch điều khiển với bảng điện 11 3.3.2. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 3.3.2.1. MẠCH ĐIỀU KHIỂN 1. MẠCH TAY PHÁT RF 315MHZ Khối phát tín hiệu để cung cấp cho khối thu. Khối phát dùng IC 2262 tạo mã hóa và sử dụng module phát RF 315MHz để truyền đi. Hình 3.3.2.1: Sơ đồ chân PT2262 12 Hình 3.3.2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch phát Hình 3.3.2.3: Sơ đồ nguyên lý mạch thu 13 2. MẠCH NGUỒN Khối nguồn tạo dòng điện và điện áp ổn định, cung cấp an toàn cho cả mạch. Dùng mạch cầu Diode để chỉnh lưu điện áp, ngăn dòng ngược chiều đi qua IC. Ổn áp 78L05 để tạo nguồn 5V cung cấp cho mạch. Mắc thêm 1 đèn LED vào mạch nguồn. Khi cấp điện cho mạch LED sẽ sáng. Hình 3.3.2.4: Sơ đồ nguồn cấp cho mạch điều khiển 14 3. VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F54 Hình 3.3.2.5: PIC16F54 DIP18 PIC16F54 18 chân cắm là vi điều khiển chế tạo theo công nghệ 8 bit CMOS Hình 3.3.2.6: Sơ đồ chân PIC16F54 15 Hình 3.3.2.7: Thông số PIC16F54 Tính năng đặc biệt của Vi điều khiển Power-on Reset (POR) Device reset Timer (DRT) Watchdog Timer (WDT): tự reset lại khi bị tràn bộ nhớ. Làm việc tin cậy, tiết kiệm năng lượng, giá thành rẻ. 16 4. KHỐI RELAY CÔNG SUẤT Khối Relay công suất gồm: Relay 5V, C1815 để khuếch đại dòng qua Relay, Diode 1N4148 dùng để tránh dòng Fuco trong cuộn dây sinh ra trong quá trình hoạt động làm hỏng C1815. Hình 3.3.2.8: Sơ đồ Relay công suất 17 Relay là một công tắc điều khiển từ xa đơn giản, nó dùng một dòng nhỏ để điều khiển một dòng lớn, vì vậy, nó được dùng để bảo vệ công tắc nên cũng được xem là một thiết bị bảo vệ. Kết cấu Relay gồm: một lõi sắt, một cuộn từ, một tiếp điểm. Hình 3.3.2.9: Cấu tạo Relay Relay có 2 mạch: mạch điều khiển, mạch tải. Mạch điều khiển có 1 cuộn dây nhỏ, mạch tải có 1 công tắc. Trường hợp Relay mở: Hình 3.3.2.10: Nguyên lý Relay đóng Dòng điện chạy qua cuộn dây mạch điều khiển (chân số 1 và 3) tạo ra một từ trường nhỏ làm đóng tiếp điểm (chân số 2 và số 4). Trường hợp Relay ngắt: Hình 3.3.2.11: Nguyên lý Relay ngắt Khi dòng ngừng chạy qua mạch điều khiển (chân 1 và 3) Relay bị ngắt. Không còn từ trường, tiếp điểm hở, dòng bị ngăn không chạy qua chân số 2 và 4. 18 5. Mạch điều khiển thiết kế bằng phần mềm Proteus 7.8 Nguyên lý hoạt động của mạch: Mạch PT2272 M4 là bộ giải mã điều khiển từ xa kết hợp với PT2262, sử dụng công nghệ cmos có 8 địa chỉ mã hóa, 4 địa chỉ dữ liệu chính. Vì thế có 38 cách set chân. Có thể sản xuất nhiều mà không bị trùng mã. Kích không nhớ trạng thái, trong thời điểm kích chỉ giữ 1 trạng thái của 4bit, không kích 4bit trở về 0 Hình 3.3.2.12: Sơ đồ chân PT2272 Ở mạch thu set chân (1→8) như thế nào thì ở mạch phát (1→8) cũng set như vậy. Khi cấp nguồn cho mạch hoạt động, chân 10→13 của 2272 ở mức 0, chân RA0, RA1, RA2, RA3 của PIC16F54 mức thấp nên tín hiệu ra ở khối điều khiển bằng 0. Không có dòng kích làm Transistor không dẫn. Ngõ ra chân C (C1815) ở mức cao không có điện áp nên Relay không đóng. 19 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ Hình 3.3.2.13: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH: PIC16F54, PT2272-M4, C1815, 78L05 Module thu sóng 315Mhz loại không có IC Remote 315Mhz 4 nút Diode 1N4007, Diode 1N4148 R 10K, R 4K7, R 1K, R 620k C hóa 220uF-16V, C hóa 47uF-16V, C 104 Relay 12V 5 chân Domino 2C, nút nhấn 2 chân 20 Tải về bản full