Hệ thống điều khiển thiết bị ngoại vi bằng sóng RF - Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện tử

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

MỤC LỤC

1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu chung

1.2. Mục đích nghiên cứu

1.3. Giới hạn đề tài

1.4. Phương pháp nghiên cứu

1.5. Điểm mới của đề tài

1.6. Kỹ thuật sử dụng

2. CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIAO TIẾP MÁY TÍNH, VI ĐIỀU KHIỂN

2.1. Giới thiệu chung

2.2. Cơ sở lý thuyết về giao tiếp máy tính

2.2.1. Giao tiếp nối tiếp

2.2.1.1. Tiêu chuẩn giao tiếp nối tiếp

2.2.1.2. Phương thức kết nối giữa DTE và DCE

2.2.1.3. Phương pháp kết nối

2.2.1.4. Đặc tính kỹ thuật của chuẩn RS232

2.2.2. Giao tiếp song song

2.2.2.1. Cấu trúc cổng song song

2.2.2.2. Ưu nhược điểm và chức năng các chân

2.3. Cơ sở lý thuyết về vi điều khiển AT89S52

2.3.1. Giới thiệu chung

2.3.2. Tổ chức bộ nhớ

2.3.3. Sơ đồ khối vi điều khiển AT89S52

3. CHƯƠNG III: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRUYỀN DỮ LIỆU

3.1. Giới thiệu chung

3.2. Tổng quan về hệ thống truyền số liệu

3.2.1. Sơ đồ khối hệ thống

3.2.2. Chức năng của các khối

3.2.3. Các tham số cơ bản

3.3. Dung lượng kênh truyền

3.4. Đường truyền dẫn tín hiệu

3.4.1. Môi trường truyền vô tuyến

3.5. Lý thuyết về mã hóa và giải mã

3.5.1. Khái niệm mã hóa, giải mã

3.6. Lý thuyết về điều chế, giải điều chế trong truyền số liệu

3.6.1. Khái quát về điều chế và giải điều chế khóa dịch pha

3.6.2. Điều chế và giải điều chế BPSK

3.6.2.1. Điều chế BPSK (Binary Phase Shift Keying)

3.6.2.2. Giải điều chế BPSK

3.6.3. Điều chế và giải điều chế M-ary PSK

3.6.3.1. Điều chế M-ary PSK

3.6.3.2. Biểu diễn hình học tín hiệu M-ary PSK

3.6.3.3. Mật độ phổ công suất Pc, Po

3.6.3.4. Giải điều chế M-ary PSK

3.6.4. Điều chế và giải điều chế dịch biên ASK

3.6.4.1. ASK kết hợp

3.6.4.2. ASK không kết hợp

3.6.5. Điều chế và giải điều chế dịch tần FSK

3.6.5.1. Điều chế BFSK

3.6.5.2. Phổ của BFSK

3.6.5.3. Giải điều chế BFSK

4. CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG

4.1. Cấu trúc và nguyên lý làm việc hệ thống

4.2. Thiết kế chi tiết các mạch chức năng

4.2.1. Thiết kế khối giao tiếp máy tính

4.2.2. Thiết kế bộ điều khiển trung tâm

4.2.3. Thiết kế khối nguồn cấp cho hệ thống

4.2.4. Thiết kế khối phát RF TWS-434

4.2.5. Thiết kế Module thu RF RWS-434N

4.2.6. Thiết kế khối thời gian thực Realtime DS1307

4.2.7. Thiết kế khối EPROM 24C04

4.2.8. Thiết kế khối mô phỏng thiết bị ngoại vi

5. CHƯƠNG V: PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

5.1. Giới thiệu chung

5.2. Chương trình điều khiển hệ thống

5.2.1. Chương trình điều khiển hệ thống từ máy tính (PC)

5.2.2. Chương trình điều khiển hệ thống ở chế độ bằng tay (Manual)

5.2.3. Lưu đồ giải thuật của chương trình viết cho vi điều khiển

5.2.3.1. Lưu đồ giải thuật viết cho vi điều khiển mạch Slave

5.2.3.2. Lưu đồ giải thuật viết cho vi điều khiển mạch Master

5.2.4. Lưu đồ giải thuật điều khiển trên máy tính

5.3. Kết cấu bo mạch và kết quả thực nghiệm

5.3.1. Kết cấu các bo mạch

5.3.2. Kết quả chế tạo và vận hành hệ thống

6. CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

6.1. Kết luận

6.2. Hướng phát triển của đề tài

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan

Hệ thống điều khiển thiết bị ngoại vi bằng sóng RF là một ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử. Hệ thống điều khiển này cho phép người dùng điều khiển các thiết bị từ xa thông qua sóng radio, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả trong việc quản lý thiết bị. Việc sử dụng sóng RF trong điều khiển thiết bị không chỉ giúp giảm thiểu dây dẫn mà còn mở rộng khả năng điều khiển trong các không gian lớn. Luận văn này tập trung vào việc thiết kế và chế tạo một hệ thống điều khiển thiết bị ngoại vi, nhằm nâng cao khả năng tự thiết kế và ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực này.

1.1 Mục đích nghiên cứu

Mục đích chính của nghiên cứu là phát triển một mô hình hệ thống điều khiển thiết bị ngoại vi sử dụng sóng RF. Hệ thống này bao gồm mạch Master và mạch Slave, cho phép người dùng điều khiển thiết bị từ xa thông qua giao diện máy tính. Hệ thống không chỉ giúp người dùng dễ dàng quan sát và điều chỉnh trạng thái thiết bị mà còn lưu trữ thông tin điều khiển để đảm bảo hoạt động liên tục ngay cả khi mất điện. Việc thiết kế này không chỉ mang lại giá trị thực tiễn mà còn là cơ sở cho các nghiên cứu và phát triển trong tương lai.

1.2 Giới hạn đề tài

Đề tài này tập trung vào việc thiết kế các khối chức năng của mạch Master và mạch Slave. Mạch Master sẽ bao gồm các khối giao tiếp máy tính, mã hóa, giải mã, lưu trữ thông số và hiển thị. Mạch Slave sẽ bao gồm các khối thu, phát và giải mã tín hiệu. Việc thiết kế sẽ được thực hiện trên nền tảng vi điều khiển AT89S52, với mục tiêu tạo ra một hệ thống điều khiển hoàn chỉnh và hiệu quả. Giới hạn nghiên cứu sẽ không bao gồm các ứng dụng mở rộng khác ngoài hệ thống điều khiển thiết bị ngoại vi.

II. Cơ sở lý thuyết

Cơ sở lý thuyết về giao tiếp máy tính và vi điều khiển là nền tảng quan trọng cho việc thiết kế hệ thống. Giao tiếp máy tính thông qua các chuẩn như RS232 cho phép kết nối giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi. Việc hiểu rõ về các phương thức giao tiếp này là cần thiết để đảm bảo tính tương thích và hiệu quả trong việc truyền tải dữ liệu. Hệ thống sử dụng vi điều khiển AT89S52, một chip có khả năng xử lý nhanh và linh hoạt, giúp thực hiện các lệnh điều khiển một cách hiệu quả.

2.1 Giao tiếp nối tiếp

Giao tiếp nối tiếp là phương thức truyền dữ liệu giữa các thiết bị thông qua một đường truyền duy nhất. Chuẩn RS232 là một trong những tiêu chuẩn phổ biến nhất trong giao tiếp nối tiếp, cho phép truyền tải dữ liệu ở tốc độ cao và khoảng cách xa. Việc sử dụng chuẩn này trong hệ thống điều khiển thiết bị ngoại vi giúp đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy trong việc truyền tải thông tin. Các khối chức năng trong mạch Master sẽ được thiết kế để tương thích với chuẩn RS232, từ đó tạo ra một hệ thống điều khiển hiệu quả.

2.2 Vi điều khiển AT89S52

Vi điều khiển AT89S52 là một trong những lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng điều khiển nhờ vào khả năng xử lý nhanh và tính linh hoạt. Chip này có khả năng lưu trữ và xử lý dữ liệu, cho phép thực hiện các lệnh điều khiển một cách hiệu quả. Hệ thống sẽ sử dụng AT89S52 để điều khiển các khối chức năng khác nhau, từ việc nhận lệnh từ máy tính đến việc điều khiển thiết bị ngoại vi. Việc nắm vững kiến thức về vi điều khiển là rất quan trọng để thiết kế một hệ thống điều khiển hoàn chỉnh.

III. Thiết kế phần cứng

Thiết kế phần cứng của hệ thống điều khiển thiết bị ngoại vi bao gồm việc xây dựng các khối chức năng cần thiết cho mạch Master và mạch Slave. Mạch Master sẽ bao gồm các khối giao tiếp máy tính, mã hóa, giải mã, lưu trữ thông số và hiển thị. Mạch Slave sẽ bao gồm các khối thu, phát và giải mã tín hiệu. Việc thiết kế này không chỉ đảm bảo tính hiệu quả trong việc điều khiển thiết bị mà còn giúp tối ưu hóa kích thước và trọng lượng của hệ thống. Các linh kiện được lựa chọn phải đảm bảo tính tương thích và hiệu suất cao.

3.1 Khối giao tiếp máy tính

Khối giao tiếp máy tính là phần quan trọng trong mạch Master, cho phép người dùng tương tác với hệ thống thông qua giao diện trên máy tính. Khối này sẽ sử dụng chuẩn RS232 để truyền tải dữ liệu giữa máy tính và vi điều khiển. Việc thiết kế khối giao tiếp này cần đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy trong việc truyền tải thông tin. Các thông số điều khiển sẽ được gửi từ máy tính đến mạch Master và ngược lại, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và điều chỉnh trạng thái thiết bị.

3.2 Khối phát và thu RF

Khối phát và thu RF là phần không thể thiếu trong hệ thống điều khiển thiết bị ngoại vi. Khối phát sẽ mã hóa và truyền tải tín hiệu điều khiển đến mạch Slave, trong khi khối thu sẽ nhận tín hiệu từ mạch Slave và giải mã để đưa về mạch Master. Việc thiết kế các khối này cần đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy trong việc truyền tải thông tin. Các module RF được sử dụng trong hệ thống cần có khả năng hoạt động ổn định trong các điều kiện khác nhau, từ đó đảm bảo hiệu quả trong việc điều khiển thiết bị.

IV. Phần mềm điều khiển

Phần mềm điều khiển là một phần quan trọng trong hệ thống, cho phép người dùng tương tác và điều khiển thiết bị thông qua giao diện máy tính. Phần mềm này sẽ được phát triển trên nền tảng Microsoft Visual Basic, giúp tạo ra các giao diện thân thiện và dễ sử dụng. Người dùng có thể thiết lập thời gian tắt/mở cho thiết bị, theo dõi trạng thái hoạt động và thực hiện các lệnh điều khiển một cách dễ dàng. Việc phát triển phần mềm cần đảm bảo tính ổn định và khả năng tương thích với các khối phần cứng trong hệ thống.

4.1 Giao diện người dùng

Giao diện người dùng là phần đầu tiên mà người dùng tiếp xúc khi sử dụng hệ thống. Giao diện này cần được thiết kế đơn giản, dễ hiểu và thân thiện với người sử dụng. Các thông tin cần thiết như trạng thái thiết bị, thời gian tắt/mở và các lệnh điều khiển sẽ được hiển thị rõ ràng. Việc thiết kế giao diện này không chỉ giúp người dùng dễ dàng thao tác mà còn tạo ra trải nghiệm tốt khi sử dụng hệ thống.

4.2 Lưu trữ và xử lý dữ liệu

Phần mềm điều khiển cũng cần có khả năng lưu trữ và xử lý dữ liệu một cách hiệu quả. Các thông số điều khiển sẽ được lưu trữ trong EPROM để đảm bảo không bị mất khi mất điện. Việc xử lý dữ liệu cần được thực hiện nhanh chóng và chính xác, từ đó đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả. Các thuật toán xử lý dữ liệu cần được tối ưu hóa để giảm thiểu thời gian phản hồi và tăng cường hiệu suất của hệ thống.

Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển thiết bị ngoại vi sử dụng sóng RF