CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Ngày nay việc truyền/nhận dữ liệu không dây thu hút được sự quan tâm lớn lao của những người hoạt động trong lĩnh vực điện tử viễn-thông, các hệ thống thông tin truyền và nhận dữ liệu ở dạng tương tự hoặc số được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và các ngành khoa học kỹ thuật. Trong truyền dữ liệu không dây, hiệu quả nhất vẫn là truyền bằng sóng điện từ hay sóng radio bởi vì những ưu điểm của nó là truyền ở khoảng cách xa, đa hướng, tần số hoạt động cao, băng tần rộng… có rất nhiều vi mạch hỗ trợ xử lý thu/phát tín hiệu không dây như PT9148, PT9149, PT2262, PT2272, HT12A, HT12E, HT12D… những module thu/phát cao tần như TWS434, RWS434… và với những vi điều khiển và AVR mới có tốc độ xử lý nhanh hơn, nhiều tính năng tác dụng hỗ trợ cho việc thiết kế, chế tạo, xây dựng một hệ thống điều khiển không dây hoàn chỉnh phục vụ cho các mục đích khác nhau. Chính từ những thuận lợi đó, mà việc ứng dụng truyền dữ liệu không dây vào điều khiển các thiết bị ở trên thế giới, nhất là những nước có ngành công nghiệp phát triển đã trở thành phổ biến, và không thể thiếu nhất là trong lĩnh vực điều khiển thông tin số và nó luôn phát triển không ngừng với tốc độ rất nhanh, đóng góp không nhỏ vào sự phát triển kinh kế, quốc phòng, an ninh của các quốc gia đó. Ở nước ta hiện nay, theo xu thế phát triển của thế giới việc ứng dụng truyền dữ liệu không dây vào điều khiển các thiết bị cũng đã phát triển nhưng phần nhiều chỉ ở mức khai thác và sử dụng thiết bị được nhập từ nước ngoài về.
Còn ở mức thiết kế, chế tạo ra sản phẩm thì chưa nhiều, còn phụ thuộc nhiều vào nước ngoài, chưa có cơ sở phát triển vững trắc cho lĩnh vực này. Chính vì vậy, để thúc đẩy việc nghiên cứu, ứng dụng rộng rãi hơn lĩnh vực điều khiển không giây thì trước hết các nhà trường, học viện, các trung tâm nghiên cứu và thiết kế, phải thực sự là nơi đi đầu trong việc ứng dụng, khai thác, thiết kế, tạo mới các hệ thống này làm cơ sở tiền đề cho cho sự phát triển các sản phẩm ứng 2 dụng khác sau này. Muốn vậy phải có nhiều đề tài, các công trình nghiên cứu, các buổi hội thảo khoa học về lĩnh vực này hơn nữa. Mặt khác, các trung tâm nghiên cứu, các nhà trường, học viện phải kết hợp chặt chẽ với các công ty, nhà máy sản xuất để đưa những công trình nghiên cứu, những đề tài khoa học trong phòng thí nghiệm ra cuộc sống.
Trước đòi hỏi đó, người làm đề tài đưa ra ý tưởng “Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển thiết bị ngoại vi bằng sóng RF” với sự trình bày khá khái quát về cơ sở lý thuyết liên quan và trình tự thiết kế sẽ là một đề tài rất có ý nghĩa cho việc thúc đẩy thiết kế, chế tạo các hệ thống điều khiển khác sau này. Với ý tưởng đó, trong chương này người thiết kế sẽ trình bày những vấn đề có tính chất định hướng của đề tài như mục đích nghiên cứu, giới hạn đề tài, phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng… Tuy nó là khái quát nhưng từ đó người thiết kế lấy đó làm cơ sở cho việc định hướng thiết kế làm cơ sở cho nghiên cứu các chương tiếp theo.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Hệ thống điều khiển thiết bị bằng sóng RF bao gồm mạch Master và mạch Slave, mạch Master được kết nối với máy tính cho phép người sử dụng có thể điều khiển, thiết lập thời gian và quan sát trạng thái tắt mở của thiết bị thông qua giao diện trên máy tính. Ngoài ra, người dùng còn có thể thao tác điều khiển thông qua màn hình hiển thị. Các thông số điều khiển sẽ được lưu lại khi hệ thống đột ngột mất điện và tiếp tục hoạt động theo các thông số này khi có điện trở lại.
Trên mạch Slave cả hai khối thu và phát RF cho phép người dùng cập nhật thông tin về trạng thái hoạt động tức thời của thiết bị ngoại vi (thiết bị ngoại vi ở đây có thể là các đèn chiếu sáng trong một tòa nhà, hay thệ thống cửa trong nhà kho, hệ thống cửa trong xe ô tô…). Khi người sử dụng thiết lập thời gian hoặc điều khiển trực tiếp thiết bị trên máy tính (thông tin điều khiển này sẽ được truyền từ máy tính xuống mạch Master thông qua khối giao tiếp RS232) hoặc điều khiển thông qua màn hình hiển thị trên mạch Master các thông tin điều khiển này sẽ được lưu trữ vào EPROM, tiếp theo thông tin đó được vi điều khiển đưa vào khối phát RF thông qua bộ mã hóa đến mạch Slave, mạch này nhận thông tin điều khiển từ module thu qua IC giải mã 3 thông tin và thông qua bộ điều khiển trung tâm điều khiển tắt/mở thiết bị tương ứng, sau đó mạch Slave đọc trạng thái của các thiết bị và gửi về mạch Master qua khối phát RF trên mạch Slave. Ở mạch Master cũng có khối thu RF khối này sẽ thu tín hiệu hiển thị trạng thái thiết bị qua mạch giải mã đến vi điều khiển, tại vi điều khiển sẽ đưa ra tín hiệu tương ứng hiển thị trạng thái thiết bị qua khối giao tiếp RS232 hiển thị trên màn hình máy tính. Trạng thái tắt/mở của các thiết bị thường xuyên được mạch Master cập nhật sau đó gửi lên máy tính và màn hình hiển thị cho người dùng quan sát.
Với những nguyên tắc cơ bản của hệ thống như trên, người thiết kế muốn thể hiện với mục đích hệ thống lại một số kiến thức đã học liên quan đến chuyên ngành và nâng cao khả năng tự thiết kế. Mặt khác tạo ra mô hình cho việc tham khảo thiết kế những hệ thống điều khiển thiết bị không dây khác.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Với khoảng thời gian cho phép người thiết kế tập trung vào những phần sau: Mạch Master sẽ phải thiết kế những khối như sau: • Khối giao tiếp máy tính. • Khối mã hóa sẽ mã hóa những dữ liệu từ khối xử lý trung tâm đưa sang. • Khối giải mã tín hiệu sau khi nhận được dữ liệu đã được mã hóa từ khối thu.
• Khối lưu trữ những thông số cài đặt để phòng những trường hợp khi mất nguồn đột ngột (EPROM). • Khối màn hình hiển thị những thông số điều khiển cần thiết để người dùng có thể quan sát dễ dàng. • Khối keypad dùng nhập những thông số điều khiển khi cần thiết mà không cần dùng đến máy tính. 4 • Khối realtime là hệ thống thời gian thực giúp cho việc cài đặt, điều khiển cũng như thiết lập thời gian đúng với thời gian thực tế.
• Bộ xử lý trung tâm ở đây sử dụng chíp vi điều khiển AT89S52 của hãng Atmel có nhiệm vụ nhận lệnh điều khiển từ máy tính sau đó xử lý những thông tin rồi đưa ra những tín hiệu điều khiển thích hợp đến các khối khác trong mạch để tạo ra sự hoạt động nhịp nhàng. Mạch slave sẽ phải thiết kế những khối như sau: • Khối EPROM có nhiệm vụ lưu trữ những thông số cài đặt, tín hiệu điều khiển… để phòng những trường hợp khi mất nguồn đột ngột thì dữ liệu không mất đi và vẫn hoạt động bình thường với những thông số cài đặt ban đầu khi có nguồn trở lại. • Khối mã hóa sẽ mã hóa những dữ liệu từ khối xử lý trung tâm đưa sang sau đó truyền đến Module phát để phát đến mạch Slave. • Khối phát để truyền dữ liệu đã được mã hóa đến mạch Master.
• Khối thu là thu những dữ liệu đã được mã hóa từ mạch master phát ra. • Khối giải mã sau khi nhận được dữ liệu đã được mã hóa từ khối thu sẽ giải mã dữ liệu sau đó đưa đến bộ xử lý trung tâm.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Tài liệu về truyền dữ liệu, tài liệu vi điều khiển, tài liệu về mã hóa và giải mã, tài liệu lập trình cho vi điều khiển AT89S52, tài liệu lập trình Microsoft Visual Basic 1998 để tạo ra các giao diện sử dụng cho điều khiển trên máy tính… Phương pháp thực nghiệm như (gia công, lắp ráp, thí nghiệm, viết phần mềm điều khiển thiết bị).5 ĐIỂM MỚI CỦA ĐỀ TÀI Hệ thống dùng AT89S52 có khả năng xử lý dữ liệu nhanh, có khả năng ứng dụng nhiều. 5 Hệ thống có kết nối với máy tính, có hiển thị trạng thái hệ thống trên máy tính, có thể đặt thời gian tắt/mở cho hệ thống theo yêu cầu. Hệ thống dùng những module thu, phát chuyên dụng nên có kích thước nhỏ nhẹ.6 KỸ THUẬT SỬ DỤNG Phần cứng.
• Trên cơ sở kỹ thuật ghép nối AT89S52 với máy tính, AT89S52 với các module thu, module phát, khối màn hình hiển thị, khối thời gian thực, khối EPROM Phần mềm. • Phần mềm viết giao diện điều khiển vận hành trên máy tính. • Phần mềm viết cho AT89S52 để điều khiển thiết bị. 6 CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ GIAO TIẾP MÁY TÍNH VÀ VI ĐIỀU KHIỂN 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG Sự kết nối giữa máy tính với các hệ thống truyền thông đặc biệt là viễn thông đã tạo ra sự chuyển biến có tính cách mạng trong vấn đề tổ chức khai thác sử dụng các hệ thống viễn thông.
Việc kết nối giữa máy tính với hệ thống truyền thông cho phép chúng ta có thể quản lý, điều khiển, theo dõi hệ thống ở khoảng cách xa mà không cần phải trực tiếp điều khiển tại hệ thống. Sự kết nối giữa máy tính với các hệ thống truyền thông có nhiều phương pháp kết nối và cũng có rất nhiều hệ thống hay thiết bị khác nhau để kết nối, tuy nhiều thiết bị khác nhau nhưng khi kết nối chúng phải tuân theo các tiêu chuẩn kết nối của hiệp hội công nghiệp viễn thông quốc tế đưa ra.