Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Tổng quan giải pháp. Chương 3: Phương pháp giải quyết. Chương 4: Quy trình thiết kế. Chương 5: Thi công mạch điều khiển và giám sát thiết bị điện bằng sóng RF.
Chương 6: Đánh giá kết quả, kết luận. 5 Chƣơng 1 GIỚI THIỆU 1. Giới thiệu cơ bản về sóng RF 1. Khái niệm sóng RF Những dao động điện từ có tần số hàng chục và hàng trăm Hz bức xạ rất yếu.
Sóng điện từ của chúng không có khả năng truyền đi xa. Trong thông tin vô tuyến, người ta sử dụng những sóng có tần số từ hàng nghìn Hz trở lên, gọi là sóng vô tuyến. Sóng RF (tần số vô tuyến) là sóng điện từ có dải tần số nằm trong khoảng 3 KHz tới 300 GHz.1 Phân loại tần số Tần số Bƣớc sóng Tên gọi Tên gọi Công dụng Chứa tần số điện mạng 30 – 10^4 km- Tần số cực kỳ ELF xoay chiều, các tín hiệu đo 300 Hz 10^3 km thấp lường từ xa tần thấp. 300 – 10^3 km- Chứa các tần số kênh thoại Tần số thoại VF 3000 Hz 100 km tiêu chuẩn.
6 Chứa phần trên của dải nghe được của tiếng nói. 3– 100 km- Dùng cho hệ thống an ninh, Tần số rất thấp VLF 30 kHz 10 km quân sự, chuyên dụng, thông tin dưới nước (tàu ngầm). 30 – 10 km- Dùng cho dẫn đường hàng Tần số thấp LF 300 kHz 1 km hải và hàng không. Dùng cho phát thanh thương mại sóng trung 300 kHz - 1 km- Tần số trung MF (535 – 1605 kHz).
Cũng 3 MHz 100m bình được dùng cho dẫn đường hàng hải và hàng không. Dùng trong thông tin vô tuyến 2 chiều với mục đích 3- thông tin ở cự ly xa xuyên 100m-10m Tần số cao HF 30 MHz lục địa, liên lạc hàng hải, hàng không, nghiệp dư, phát thanh quảng bá. Dùng cho vô tuyến di động, thông tin hàng hải và hàng không, phát thanh FM 30 - thương mại (88 đến 10m-1m Tần số rất cao VHF 300 MHz 108 MHz), truyền hình thương mại (kênh 2 đến 12 tần số từ 54 - 216 MHz). 7 Dùng cho các kênh truyền hình thương mại từ kênh 14 đến kênh 83, các dịch vụ 300 MHz 1m-10 cm Tần số cực cao UHF thông tin di động mặt đất, - 3 GHz di động tế bào, một số hệ thống radar và dẫn đường, hệ thống vi ba và vệ tinh.
Dùng cho các kênh truyền hình thương mại từ kênh 14 đến kênh 83, các dịch vụ 3– 10 cm- Tần số siêu cao SHF thông tin di động mặt đất, 30 GHz 1 cm di động tế bào, một số hệ thống radar và dẫn đường, hệ thống vi ba và vệ tinh. 30 – Tần số cực kỳ Ít sử dụng trong thông tin 1 cm-1mm EHF 300 GHz cao vô tuyến. Cách tạo ra sóng RF Hình 1.1 Cách tạo và xác định sóng RF (Nguồn Internet) 8 Để có sóng RF dùng trong điều khiển vô tuyến, khởi đầu người ta dùng mạch dao động cộng hưởng LC được kết nối bởi một cuộn dây và một tụ điện. Khi mạch LC bị kích thích, trong cuộn dây sẽ xuất hiện từ trường và trong tụ điện sẽ xuất hiện điện trường.
Khi vào trạng thái cộng hưởng, từ trường trong cuộn dây L và điện trường trong tụ C sẽ kết hợp tạo ra dạng sóng điện từ trường. Dùng dây anten phù hợp cho phát sóng trong mạch LC vào không gian, đến đây sóng RF dùng cho công việc điều khiển vô tuyến đã được tạo ra. Dùng mạch cộng hưởng LC tạo sóng mang có tần số lớn, sau đó tạo ra các mã lệnh điều khiển, gắn các mã lệnh điều khiển này vào sóng mang bằng các phương pháp điều chế rồi phát chúng vào không gian. Để hiểu tại sao và làm thế nào các thiết bị wireless hoạt động được thì việc nắm rõ các kiến thức về trường điện từ, anten và một số thuật ngữ liên quan là rất cần thiết.
Nếu không có những kiến thức cơ bản này, có thể ta sẽ không lắp đặt được chính xác các thiết bị wireless và khó xử lý sự cố.2 Sơ đồ hệ thống truyền nhận dữ liệu không dây (Nguồn Internet) Trong một phiên truyền thông, vì tận cùng bản chất của dữ liệu bao gồm các bit 0 và 1, bên phát dữ liệu cần phải có một cách thức để gửi các bit 0 và 1 cho bên nhận. Một tín hiệu xoay chiều hay một chiều tự nó sẽ không thực hiện được tác vụ này. Tuy nhiên nếu một tín hiệu có thể thay đổi và dao động, dù chỉ một ít, sự thay đổi này giúp phân biệt bit 0 và bit 1. Lúc đó, dữ liệu cần truyền có thể gửi và nhận thành công dựa vào chính sự thay đổi của tín hiệu.
Dạng tín hiệu điều chế này còn được gọi là sóng mang. Có 3 thành phần của dạng sóng có thể thay đổi để tạo ra sóng mang đó là biên độ, tần số và pha. Tất cả các dạng truyền thông dùng sóng vô tuyến đều dùng vài dạng điều chế để truyền dữ liệu. Để mã hóa dữ liệu vào trong 9 một tín hiệu để gửi qua sóng AM/FM, điện thoại di động, truyền hình vệ tinh ta phải thực hiện kiểu điều chế trong sóng vô tuyến đang truyền.
Truyền thông vô tuyến bắt đầu khi các sóng vô tuyến được tạo ra từ một thiết bị phát và gửi đến máy nhận ở một vị trí khác, sóng vô tuyến tương tự như các cơn sóng mà ta gặp ở biển hay hồ. Sóng có 2 thành phần chính biên độ và bước sóng. Biên độ là chiều cao, độ mạnh hoặc công suất của sóng. Nếu ta đúng trước biển khi các cơn sóng đi vào bờ, ta có thể cảm nhận sức mạnh của các cơn sóng lớn so với nhưng cơn sóng nhỏ.
Thiết bị anten cũng thực hiện chức năng tương tự như với sóng vô tuyến. Các sóng lớn tạo ra nhiều tín hiệu trong một anten giúp tín hiệu dễ nhận ra hơn.3 Biên độ và phase của sóng (Nguồn Internet) 1. Bức xạ điện từ Đầu tiên ta xét đến sóng điện từ, bức xạ điện từ bao gồm sóng radio, vi ba, hồng ngoại, ánh sáng khả kiến, tia cực tim, tia X, tia gama. Tất cả chúng truyền đi với vận tốc ánh sáng là c=3*10^8 m/s và tạo ra phổ điện từ.
Sự khác nhau giữa các loại sóng điện từ này phụ thuộc vào bước sóng của mỗi loại và chính bước sóng này liên quan trực tiếp đến năng lượng của sóng. Phase Phase là một thuật ngữ mang tính tương đối. Nó chỉ ra mối quan hệ giữa 2 sóng có cùng tần số. Để xác định pha, bước sóng được chia thành 360 phần, được 10 gọi là độ.
Nếu ta xem thông số này như thời gian bắt đầu thì có một sóng bắt đầu từ điểm 0 độ và sóng khác bắt đầu lúc 90 độ, 2 sóng này được xem là lệch pha 90 độ.4 2 sóng lệch Phase (Nguồn Internet) Trong một môi trường lý tưởng, sóng được tạo ra và truyền từ một máy này và nhận một cách hoàn hảo bên máy kia. Tuy nhiên truyền thông vô tuyến không xảy ra trong môi trường lý tưởng, có nhiều nguồn gây nhiễu và vật cản ảnh hưởng đến sóng khi nó đang di chuyển. Các phương pháp điều chế Điều biên Điều biên thay đổi biên độ còn gọi là độ cao của tín hiệu để mô tả dữ liệu nhị phân. Điều biên dùng kỹ thuật trạng thái hiện hành, trong đó một mức biên độ được dùng để tượng trưng mức 0 và một mức để tượng trưng mức 1.
Chính biên độ của sóng sẽ xác định dữ liệu đang được truyền. Đầu tiên đầu thu sẽ chia tín hiệu nhận được thành nhưng khoảng thời gian được gọi là thời gian lấy mẫu, đầu phát sau đó sẽ kiểm tra sóng để tìm ra biên độ. Tùy thuộc vào biên độ giá trị của sóng, đầu phát sẽ xác định giá trị nhị phân đang được truyền. Nhưng ta cũng biết, các tín hiệu không dây có thể bị nhiễu từ nhiều nguồn.
Khi nhiễu xãy ra nó ảnh hưởng đến biên độ của tín hiệu. Vì vậy khi xảy ra sự thay 11 đổi trong biên độ có thể làm cho thiết bị phát diễn dịch sai giá trị của dữ liệu, kỹ thuật này phải được dùng một cách cẩn thận. Điều tần Điều tần thay đổi tần số tín hiệu để mô tả dữ liệu nhị phân. Điều tần dùng kỹ thuật trạng thái hiện hành, trong đó một mức tần số có thể tượng trưng cho bit 0 và một mức tần số khác tượng trưng cho bit 1, sự thay đổi tần số sẽ xác định dữ liệu đang được truyền.
Bên đầu thu lấy mẫu của tín hiệu, nó sẽ xác định tần số của sóng, tùy thuộc vào giá trị tần số, đầu thu sẽ xác định giá trị nhị phân Điều pha Kỹ thuật này sẽ thay đổi pha của tín hiệu để mô tả dữ liệu nhị phân. Điều pha dùng kỹ thuật thay đổi trạng thái, trong đó một pha để mô tả dữ liệu bit 0 và một pha khác được dùng để mô tả dữ liệu bit 1. Sự thay đổi trạng thái của pha sẽ xác định dữ liệu đang được truyền. Khi thiết bị nhận lấy mẫu tín hiệu, nó sẽ xác định được pha và trạng thái của bit.
Mạch phát sóng RF Tín hiệu đi ra từ vi điều khiển sau đó được lọc nhiễu và tiến hành mã hóa, để có thể truyền đi xa phải kết hợp với sóng có năng lượng cao. Chính vì vậy người ta dùng mạch dao động LC để tạo ra sóng điện từ có tần số ổn định để tạo ra sóng mang đưa tín hiệu đi xa và sau đó qua một mạch khuếch đại cuối cùng sóng mang được phát vào môi trường xung quanh nhờ anten.5 Sơ đồ mạch phát sóng RF (Nguồn Internet) 12 1. Mạch thu sóng RF Hình 1.6 Sơ đồ mạch thu sóng RF (Nguồn Internet) Sóng mang sau khi phát ra từ môi trường xung quanh thì trong không gian cũng tồn tại nhiều loại sóng có tần số khác nhau. Nhờ có mạch dao động mà khi tín hiệu gửi đi từ bộ phat sóng RF có cùng tần số sẽ xảy ra cộng hưởng Làm biên độ và pha có giá trị lớn sau đó được đưa qua 1 mạch lọc để tách sóng và được lọc nhiễu và mã hóa trước khi đưa tín hiệu vào vi điều khiển.
Tổng quát về công nghệ Bluetooth 1. Khái niệm cơ bản về Bluetooth Bluetooh là công nghệ không dây cho phép các thiết bị điện, điện tử giao tiếp với nhau trong khoảng cách ngắn, bằng sóng vô tuyến qua băng tần chung ISM(Industrial, Scientific, Medical) trong dải tần 2.48Ghz, và có khả năng truyền tải giọng nói và dữ liệu. Phạm vi hoạt động của thiết bị bluetooth khoảng 10m.