Đề tài Mạch điều khiển bằng hồng ngoại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO Project 2 Đề tài: Mạch điều khiển bằng hồng ngoại Giảng viên hướng dẫn: Ts. Phạm Nguyễn Thanh Loan Sinh viên thực hiện: Đinh Văn Hiển 20115575 Ninh Quốc Cường 20115471 Nguyễn Thúy Hường 20115562 Nguyễn Xuân Biển 20115461 Hà Nội 06/2014 g MỤC LỤC Lời nói đầu ................................................................. 2 Mô tả đề tài ...................................................... 3 Yêu cầu ............................................................ 3 Nội dung cần tìm hiểu ...................................... 3 Phân tích thiết kế ............................................ 14 Sơ đồ nguyên lý ............................................. 15 Sơ đồ layout ................................................... 16 Hình ảnh sản phẩm thật ................................. 18 Kết Luận..20 Lời nói đầu Với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, cuộc sống con người ngày càng trở nê tiện nghi và hiện đại hơn. Điều đó đem lại cho chúng ta nhiều giải pháp tốt hơn, đa dạng hơn trong việc xử lý những vấn đề tưởng chừng như rất phức tạp gặp phải trong cuộc sống. Việc ứng dụng các thành tựu khoa học kyc thuật hiện đại trong tất cả các lĩnh vực đã và đang rất phổ biến trong toàn thế giới, thay thế dần những phương thức thủ công, lạc hậu và ngày càng được cải tiến hiện đại hơn, hoàn mỹ hơn. Cùng với sự phát triển chung đó, nước ta cũng đang mạnh mẽ tiến hành công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước để theo kịp sự phát triển của các nước trong khu vực và trên thế giới. Trong đó có lĩnh vực điện tử đang ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh kế và đời sống con người. Sự phổ biến của nó đóng góp không nhỏ tới sự phát triển của tất cả các ngành sản xuất, giải trí,trong những năm gần đây đặc biệt trong lĩnh vực cần đến độ chính xác cao trong thiết kế và sản xuất, các dụng cụ hỗ trợ đo hiện đại sẽ đem lại rất nhiều lợi ích cho các ngành công nghiệp như: tiết kiệm chi phí, thời gian, cháy nổ, an toàn,nó đã có sự phát triển mạnh mẽ với nhiều hình thức, phương pháp tiếp cận, chia sẻ thông tin hiện đại và toàn diện hơn. Hồng ngoại ngày nay đã không còn xa lạ với chúng ta. Hồng ngoại được ứng dụng khá phổ biến. Từ các thiết bị gia đình, các mạch chống trộm, cho đến các nhà máy xí nghiệp hay các robot... Công nghệ hồng ngoại này cho phép ta điều khiển các thiết bị, trao đổi dữ liệu trong 1 khoảng cách nhất định hoặc dùng để định vị trong không gian... Mô tả đề tài Đề tài sẽ đi vào tìm hiểu về VĐK MSP430 và thực hiện xử lý tín hiệu thu được từ remote hồng ngoại để điều khiển các thiết bị thông qua relay đóng ngắt, có thể điều khiển được 8 thiết bị ngoại vi. Tìm hiểu các giao tiếp có sẵn trên vi điều khiển MSP430. Dòng vi điều khiển cụ thể là MSP430G2452 Yêu cầu 2.1 Yêu cầu kỹ năng Sau quá trình tìm hiểu và thực hành, cần rút ra các kinh nghiệm cần thiết khi bắt đầu tìm hiểu, khai thác 1 vấn đề. Đó là: Các kỹ năng đọc datasheet 1 cách hiệu quả, liên quan trực tiếp tới các vấn đề của project Lập trình cho dòng VĐK còn khá mới, cần biết tìm tài liệu từ nhiều nguồn Demo trên bo trước khi tiến hành vẽ mạch, làm mạch thật. Do tính đặc trưng của MSP430, và sử dụng 1 số linh kiện mới nên khả năng mô phỏng trên phần mềm Proteus bị hạn chế nhiều, debug chủ yếu ngay trên CCS đi kèm mạch cắm trên bo Hoàn thiện thêm khả năng vẽ mạch trên các phần mềm và làm phần cứng. 2.2 Chỉ tiêu kỹ thuật Sử dụng VĐK MSP430G2452 Sử dụng remote hồng ngoại có sẵn trên thị trường Nội dung cần tìm hiểu Vi điều khiển MSP430 và kit launchpad Một số đặc tính của dòng MSP430 cần quan tâm: Điện áp nguồn: 1.8 – 3.6V Mức tiêu thụ năng lượng cực thấp Chế độ hoạt động: 270 μA tại 1MHz, 2.2 V Chế độ chờ: 0.7 μA Chế độ tắt (RAM vẫn được duy trì): 0.1 μA Thời gian đánh thức từ chế độ Standby nhỏ hơn 1μs Cấu trúc RISC-16 bit, thời gian một chu kỳ lệnh là 62.5 ns Cấu hình các module clock cơ bản Tần số nội lên tới 16 MHz với 4 hiệu chỉnh tần số +- 1% Thạch anh 32 KHz Tần số làm việc lên tới 16 MHz Bộ cộng hưởng Nguồn tạo xung nhịp bên ngoài Điện trở bên ngoài Timer_A 16 bit với 3 thanh ghi hình, 3 thanh ghi so sánh độ rộng 16 bit Timer_B 16 bit với 3 thanh ghi hình, 3 thanh ghi so sánh độ rộng 16 bit Giao diện truyền thông nối tiếp: Hỗ trợ truyền thông nối tiếp nâng cao UART, tự động dò tìm tốc độ Baud Bộ mã hóa và giải mã IrDA (Infrared Data Associatio) Chuẩn giao tiếp đồng bộ SPI Chuẩn giao tiếp I2C Bộ chuyển đổi ADC 10 bit, 200 Kbps với điện áp tham chiếu nội, lấy mẫu và chốt, tự động quét kênh, điều khiển chuyển đổi dữ liệu Trong phạm vi project này, chủ yếu đi vào tìm hiểu các chuẩn giao tiếp thông dụng là SPI và 1-wire giữa VĐK và các khối cảm biến. Một số đặc điểm của MSP430G2452 Nguyên lý của remote hồng ngoại Trước tiên mọi người vào trang này để xem code của tất cả các loại remote :Index of /remotes sau đó rút ra kết luận sau: có 2 loại mã hóa khác nhau được tích hợp trên remote 1, Loại điều chế độ rộng xung Thấp là loại remote có bit 0 và bit 1 khác nhau ở độ rộng xung thấp, điển hình là điều khiển sony: ( us là viết tắt của micro giây) Sony CD player : RM-470 bits 7 (số bit được truyền đi : 7 bít ) Xung thấp(us) Xung cao (us) header 2412 588 ( bít khởi động) one 612 588 ( bít 1) zero 1210 588 ( bít 0) ptrail 1210 khi ấn 1 nút trên điều khiển thì sẽ có 1 xung khởi động được truyền đi với độ dài xung thấp 2412us và xung cao 588us (để đánh thức mcu), tiếp đó là 7 bít dữ liệu ,,bít 1 có 612us xung thấp và 588us xung cao,bít 0 có 1210us xung thấp và 588us xung cao. Cuối cùng là bít stop có 1210us xung thấp và xung cao rất dài, cái này chả cần quan tâm chỉ cần biết cứ xung cao kéo dài hơn 2000us thì là bít stop. nếu giữ nút trên remote thì quá trình truyền mã lệnh cứ lặp lại như thế mãi cho đến khi nhả nút. Bit 0 và bít 1 có phần xung cao bằng nhau (588us) để làm mốc đo phần xung thấp phân biệt giữa bít 0 và 1. Sóng mang ( carrier) của remote có tần số 38Khz hoặc 40Khz, khi sóng mang phát ra tương ứng với xung thấp ta sẽ đo được mức logic 0 trên chân ra của ic nhận quang ( ic này có 3 chân : 1 out, 2 GND, 3 VCC = +5v hoăc +3.3v ) , khi sóng mang không phát ra thì tương ứng với xung cao, ta sẽ đo được mức logic 1 trên chân ra của ic nhận quang. khi không nhận tín hiệu gì thì chân ra của ic nhận quang có mức logic một . Trạng thái này gọi là trạng thái rỗi. 2, Loại điều chế độ rộng xung Cao là loại remote có bit 0 và bit 1 khác nhau ở độ rộng xung Cao, điển hình là điều khiển samsung: ( đây là kiểu mã hóa phổ biến nhất ). Samsung_00025G bits 16 (16 bit dữ liệu) Xung thấp(us) Xung cao (us) header 8985 4387 ( khởi động) one 599 1626 (bit 1 ) zero 599 506 (bit 0 ) ptrail 599 (dừng ) Qua cách mô tả trên ta rút ra điểm riêng sau của các remote: - Số lượng bít dữ liệu được truyền đi khác nhau: có loại 7 bit(sony),loại 8 bít, 12 bít, 16 bít , 18 bít, 32 bít, 42 bít (AIWA). Cùng 1 hãng điện tử ví dụ sony thì số bít cũng có thể khác nhau, điều khiển tivi sony có 7 bit, còn dàn âm thanh sony là 16 bit. Mỗi bít sẽ mã hóa được 2 trạng thái 0 và 1, vậy n bít sẽ mã hóa được 2^n trạng thái khác nhau , có nghĩa là với giao thức (protocol) 7 bít thì có thể có 2^7 = 128 lệnh tương ứng 128 nút trên remote,với giao thức (protocol) 32 bít thì có thể có 2^32 = 4 294 967 296 lệnh tương ứng 4 294 967 296 nút trên remote,với giao thức (protocol) 16 bít thì có thể có 2^16 = 65 536 lệnh tương ứng 65 536 nút trên remote . Tất nhiên nếu sử dụng giao thức có số lượng bít nhiều thì khả năng bị trùng phím với điều khiển khác là rất ít nhưng cũng không cần thiết lắm, trong khi điều này lại làm giảm tuổi thọ pin remote.  - Xung khởi động khác nhau - Phương thức mã hóa khác nhau : điều chế độ rộng xung thấp hoặc cao Giống nhau, dựa vào cái này mà giải mã tất cả các remote: - Mỗi bít khởi động, dừng,0 ,1 đều có phần xung thấp, cao. - Bit khởi động có phần xung thấp bao giờ cũng > 2000us - bit 1 có tổng độ dài xung thấp và cao < 1500us - bit 0 có tổng độ dài xung thấp và cao > 1500us - bit dừng có xung cao > 2000 us - Điều khiển nào có độ dài dữ liệu > 16 bit thì phần dữ liệu đầu tiên là giống nhau, 16 bit còn lại khác nhau ( đây là các bít có nghĩa) - Bít có giá trị cao nhất được truyền đi trước tiên, bít có giá trị thấp truyền sau cùng, ví dụ : Điều khiển tivi samsung bn59-00891a (21 inch CRT) thấp cao start 4604u 4431u bit 0 618u 544u bit 1 618u 1609u bits 32 các bít phát đi đầu tiên | 16 bít cuối cùng | Key 00011111 00011111 01110111 10001000 0 00011111 00011111 11011111 00100000 1 00011111 00011111 01011111 10100000 2 00011111 00011111 10011111 01100000 3 00011111 00011111 11101111 00010000 4 00011111 00011111 01101111 10010000 5 00011111 00011111 10101111 01010000 6 00011111 00011111 11001111 00110000 7 00011111 00011111 01001111 10110000 8 00011111 00011111 10001111 01110000 9 00011111 00011111 11101001 00010110 enter 00011111 00011111 01001011 10110100 exit 00011111 00011111 00000111 11111000 info 00011111 00011111 11110111 00001000 p- 00011111 00011111 10110111 01001000 p+ 00011111 00011111 10100111 01011000 menu 00011111 00011111 00001111 11110000 mute 00011111 00011111 10111111 01000000 power 00011111 00011111 00101111 11010000 vol- 00011111 00011111 00011111 11100000 vol+ Sau khi đã tìm hiểu đc nguyên lý cũng như các tín hiệu bit của các loại remote thì ta bắt đầu thiết lập chế độ học mã lệnh cho vi điều khiển. Led thu hồng ngoại Led thu hồng ngoại sử dụng nguồn 1 chiều 3,3V-5V Chân 1 là cân data, chân 2 là chân GND, chân 3 là chân VCC Chip ULN2803 Hình ảnh Logic Chip ULN 2803 có tác dụng ổn định tín hiệu ngã ra của VĐK. Bộ đệm này giữ ổn định điện áp cho khối chấp hành thực thi lệnh, ở đây là việc đóng ngắt các relay. Khi có bất kỳ 1 phím nào đc nhấn từ remote điều khiển thì sẽ có nhiệm vụ ổn định tín hiệu ngã ra cho đến khi có tác động trở lại từ VĐK. Phân tích thiết kế 4.1 Chức năng từng khối Khối nguồn: Gồm biến áp nguồn xoay chiều 12V-1A thông qua bộ chỉnh lưu để cho ra dòng điện 1 chiều. Điện áp đưa vào vi điều khiển thông qua IC LM1117 để ổn định điện áp xuống 3.3V đưa vào vi điều khiển MSP430G2452. 4.1.2 Khối cảm biến Tia hồng ngoại từ phần phát được thu lại nhờ mắt thu hồng ngoại. 4.1.3 Vi điều khiển Vi điều khiển được sử dụng là MSP430 G2452 và chip ULN2803 để điều khiển trực tiếp các relay ở đẩu ra 4.1.4 Khối hiển thị Các kênh đang được sử dụng sẽ được hiển thị bởi các đèn led. Sơ đồ nguyên lý Sơ đồ layout Sơ đồ đi dây Mặt trên Mặt dưới Hình ảnh sản phẩm KẾT LUẬN Qua quá trình nghiên cứu đề tài: “Điều khiển thiết bị bằng hồng ngoại”. Chúng em thấy nó thật bổ ích, chúng em đã tiếp thu được một vốn kiến thức nhất định. Thiết kế sử dụng hồng ngoại sẽ giúp chúng ta tiết kiệm, và đơn giản hoá so với sử dụng các phương thức khác như: Bluetooth, Wifi,Nhược điểm của hồng ngoại là chưa thể đáp ứng được các ứng dụng đa dạng phức tạp. Đề tài này mặc dù chưa thực sự hoản chỉnh, nhưng đó cũng là kết quả của một quá trình tìm hiểu của chúng em cộng với sự hướng dẫn của cô. Chúng em xin chân thành cảm ơn!