Khóa luận: Nghiên cứu và thiết kế mạch điều khiển bật tắt đèn từ xa

Tài liệu nghiên cứu Hướng dẫn thiết kế mạch bật tắt đèn từ xa chi tiết góp phần nâng cao kiến thức chuyên ngành và ứng dụng hỗ trợ đào tạo hiệu quả

• Tác giả: Nguyễn Hữu Trung
• Người hướng dẫn: Ths. Lê Minh Đức
• Trường học: Đại Học Lâm Nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển bật/tắt đèn từ xa
• Loại tài liệu: Khóa Luận Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khám Phá Mạch Điều Khiển Bật Tắt Đèn Từ Xa Trong Smarthome

Sự phát triển của công nghệ đã biến nhà thông minh (smarthome) từ một khái niệm xa xỉ trở thành một phần thiết yếu của cuộc sống hiện đại. Trọng tâm của hệ sinh thái này là khả năng điều khiển thiết bị điện một cách linh hoạt và tiện lợi. Mạch điều khiển bật tắt đèn từ xa là một trong những ứng dụng cơ bản nhưng quan trọng nhất, đặt nền móng cho các hệ thống tự động hóa phức tạp hơn. Nghiên cứu này tập trung vào việc thiết kế và chế tạo một mạch điện tử hoàn chỉnh, cho phép người dùng bật/tắt đèn từ một khoảng cách nhất định mà không cần tương tác vật lý. Thay vì sử dụng các phương pháp thủ công, hệ thống ứng dụng công nghệ điều khiển từ xa dựa trên tia hồng ngoại, một giải pháp phổ biến, chi phí thấp và ổn định. Đề tài không chỉ dừng lại ở việc tạo ra một sản phẩm hoạt động mà còn đi sâu vào phân tích cơ sở lý thuyết, lựa chọn linh kiện tối ưu và xây dựng quy trình lập trình vi điều khiển một cách bài bản. Đây là một đồ án điện tử điển hình, kết hợp kiến thức về phần cứng và phần mềm để giải quyết một bài toán thực tiễn, hướng tới việc nâng cao chất lượng sống và tiết kiệm năng lượng.

1.1. Lịch sử và tầm quan trọng của công nghệ điều khiển từ xa

Công nghệ điều khiển từ xa không phải là một phát minh mới. Theo tài liệu nghiên cứu, nó đã xuất hiện từ Thế chiến thứ nhất với mục đích quân sự, sử dụng tần số vô tuyến (RF). Tuy nhiên, phải đến sau chiến tranh, ứng dụng này mới được phát triển để phục vụ đời sống dân sự. Công nghệ hồng ngoại (Infrared) sau đó đã trở thành một bước tiến vượt bậc, mang lại sự tiện lợi và hiện đại hơn. Quy trình hoạt động dựa trên việc phát đi một tia sáng không nhìn thấy, gọi là "tia hồng ngoại", mang theo các mã lệnh đã được mã hóa. Ngày nay, từ tivi, điều hòa đến các thiết bị chiếu sáng, công nghệ này đã trở nên phổ biến, giúp con người điều khiển mọi thứ dễ dàng mà không cần di chuyển. Tầm quan trọng của nó trong bối cảnh Internet of Things (IoT) và smarthome ngày càng được khẳng định, là tiền đề cho các hệ thống điều khiển phức tạp hơn qua Wifi hoặc Bluetooth.

1.2. Vai trò của mạch điện tử trong xu hướng tự động hóa nhà ở

Xu hướng tự động hóa trong nhà ở hiện đại đặt ra yêu cầu cao về sự thông minh và linh hoạt của các thiết bị điện. Mạch điện tử đóng vai trò là "bộ não" điều khiển toàn bộ hệ thống. Một mạch điều khiển bật tắt đèn từ xa không chỉ đơn thuần là một công tắc thông minh, mà nó còn là một module có thể tích hợp vào một mạng lưới lớn hơn. Ví dụ, nó có thể kết nối với các cảm biến ánh sáng để tự động bật đèn khi trời tối, hoặc tích hợp vào một mạch hẹn giờ để lập lịch chiếu sáng. Nghiên cứu và thiết kế các mạch như vậy giúp nâng cao kỹ năng thực hành, từ việc vẽ sơ đồ nguyên lý, thiết kế mạch in PCB, đến lập trình vi điều khiển. Sự thành công của các dự án này góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp nhà thông minh tại Việt Nam, mang đến những giải pháp tiện nghi và tiết kiệm năng lượng cho người dùng.

II. Thách Thức Khi Thiết Kế Mạch Điều Khiển Đèn Điện Từ Xa

Việc thiết kế một mạch điều khiển bật tắt đèn từ xa hiệu quả không chỉ đơn giản là lắp ráp các linh kiện. Các nhà thiết kế phải đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật và thực tiễn. Một trong những vấn đề lớn nhất là nhiễu tín hiệu. Môi trường xung quanh chứa nhiều nguồn phát hồng ngoại khác như ánh sáng mặt trời hoặc các remote khác, có thể làm sai lệch tín hiệu điều khiển. Do đó, việc mã hóa và giải mã tín hiệu một cách chính xác là cực kỳ quan trọng. Thêm vào đó, việc lựa chọn linh kiện cũng là một bài toán cân bằng giữa hiệu suất, chi phí và độ tin cậy. Ví dụ, việc chọn giữa các loại vi điều khiển khác nhau như PIC, Arduino, hay ESP32 sẽ ảnh hưởng đến khả năng mở rộng và phương pháp lập trình của toàn hệ thống. Ngoài ra, việc thiết kế mạch in PCB cần được tối ưu hóa để giảm kích thước, chống nhiễu và đảm bảo an toàn khi làm việc với nguồn điện cao áp bật tắt đèn 220V. Cuối cùng, độ ổn định và khoảng cách điều khiển cũng là những yếu tố cần được kiểm tra kỹ lưỡng trong thực tế.

2.1. Phân tích nhược điểm của các giải pháp công tắc thông minh

Thị trường hiện có nhiều sản phẩm công tắc thông minh, tuy nhiên không phải giải pháp nào cũng tối ưu. Một số sản phẩm sử dụng IC chuyên dụng, tuy dễ triển khai nhưng lại thiếu tính linh hoạt và khả năng tùy biến, không hỗ trợ các giao tiếp nâng cao như USB hay CAN. Một số khác sử dụng sóng RF, mặc dù có khả năng xuyên tường tốt hơn hồng ngoại nhưng lại có thể gây nhiễu cho các thiết bị khác và tiềm ẩn lo ngại về ảnh hưởng sức khỏe. Nghiên cứu của Nguyễn Hữu Trung (2017) chỉ ra rằng việc sử dụng vi điều khiển PIC kết hợp với sóng hồng ngoại là một lựa chọn cân bằng. Giải pháp này cho phép tùy biến thuật toán điều khiển, dễ dàng mở rộng tính năng và đặc biệt an toàn, không gây nhiễu điện từ như sóng vô tuyến.

2.2. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi cho mạch điều khiển từ xa

Để một mạch điều khiển bật tắt đèn từ xa hoạt động hiệu quả, nó cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt. Thứ nhất, độ tin cậy: Mạch phải nhận và thực thi lệnh một cách chính xác, không bị ảnh hưởng bởi nhiễu từ môi trường. Điều này đòi hỏi một thuật toán mã hóa và giải mã tín hiệu hồng ngoại ổn định. Thứ hai, an toàn điện: Khi làm việc với điện áp 220V, mạch cần có các thành phần bảo vệ như cầu chì và cách ly quang (Opto PC817, MOC3041) giữa khối điều khiển hạ áp và khối công suất cao áp để tránh rủi ro chập cháy. Thứ ba, tính tiện dụng: Khoảng cách điều khiển phải đủ xa để sử dụng thoải mái trong phòng (thường là trên 5 mét). Cuối cùng, khả năng mở rộng: Thiết kế nên cho phép kết nối với các hệ thống khác, ví dụ như điều khiển qua điện thoại thông qua module Wifi hoặc Bluetooth trong tương lai.

III. Hướng Dẫn Cơ Sở Lý Thuyết Điều Khiển Đèn Từ Xa Hồng Ngoại

Để xây dựng thành công mạch điều khiển bật tắt đèn từ xa, việc nắm vững cơ sở lý thuyết là điều kiện tiên quyết. Nền tảng của hệ thống này là công nghệ truyền tín hiệu bằng tia hồng ngoại (IR). Tia hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng dài hơn ánh sáng nhìn thấy, giúp nó trở thành một kênh truyền thông tin vô hình và hiệu quả. Một hệ thống điều khiển hồng ngoại cơ bản bao gồm hai khối chính: khối phát và khối thu. Khối phát, thường là một chiếc remote, có nhiệm vụ chuyển đổi lệnh từ người dùng (như nhấn nút) thành một chuỗi xung số. Chuỗi xung này sau đó điều chế một sóng mang hồng ngoại, thường có tần số từ 36KHz đến 38KHz, và phát ra ngoài không gian thông qua một LED phát hồng ngoại. Tại khối thu, một mắt thu hồng ngoại chuyên dụng sẽ nhận tín hiệu, lọc bỏ sóng mang để lấy lại chuỗi xung số ban đầu. Sau đó, vi điều khiển sẽ giải mã chuỗi xung này để xác định lệnh và điều khiển thiết bị tương ứng, ví dụ như đóng/mở một relay để bật hoặc tắt đèn.

3.1. Nguyên lý hoạt động của module thu phát tín hiệu hồng ngoại

Hoạt động của module thu phát hồng ngoại là cốt lõi của hệ thống. Bên phát, khi một phím được nhấn, vi điều khiển (ví dụ PIC18F26K22) sẽ tạo ra một mã nhị phân duy nhất cho phím đó. Mã này được đưa vào khối điều chế để "trộn" với một sóng mang tần số cao (ví dụ 38KHz). Việc này giúp tín hiệu đi xa hơn và chống nhiễu tốt hơn. Tín hiệu đã điều chế sẽ điều khiển một LED hồng ngoại phát ra chuỗi xung ánh sáng. Bên thu, mắt thu hồng ngoại (như GP1U5-21Y) là một linh kiện tích hợp sẵn bộ lọc và bộ khuếch đại. Nó chỉ nhạy với tín hiệu hồng ngoại có tần số sóng mang tương ứng. Sau khi nhận và tách sóng, nó xuất ra một tín hiệu số sạch, tái tạo lại mã nhị phân ban đầu. Tín hiệu này sau đó được đưa vào chân ngắt của vi điều khiển để xử lý.

3.2. Lựa chọn vi điều khiển PIC Arduino ESP8266 ESP32

Việc lựa chọn vi điều khiển là quyết định quan trọng, ảnh hưởng đến toàn bộ dự án. Arduino (thường dùng ATmega328) rất phổ biến cho người mới bắt đầu nhờ cộng đồng lớn và thư viện phong phú. ESP8266 và ESP32 là những lựa chọn tuyệt vời cho các dự án IoT vì chúng tích hợp sẵn Wifi và Bluetooth, lý tưởng cho việc điều khiển qua điện thoại. Trong khi đó, dòng PIC của Microchip, cụ thể là PIC18F26K22 được sử dụng trong đề tài gốc, là một lựa chọn mạnh mẽ trong môi trường công nghiệp và các ứng dụng đòi hỏi độ ổn định cao. Nó có nhiều ngoại vi, kiến trúc tối ưu và công cụ lập trình chuyên nghiệp như MPLAB. Lựa chọn PIC cho thấy sự tập trung vào hiệu suất và độ tin cậy của mạch điện tử ở cấp độ chuyên sâu.

IV. Phương Pháp Thiết Kế Mạch Điều Khiển Đèn 220V Chi Tiết

Quá trình thiết kế mạch điều khiển bật tắt đèn từ xa là sự kết hợp giữa lý thuyết và kỹ năng thực hành. Nó bao gồm nhiều giai đoạn, từ lên ý tưởng, lựa chọn linh kiện, vẽ sơ đồ, thiết kế mạch in cho đến lập trình và gỡ lỗi. Bước đầu tiên là xây dựng sơ đồ nguyên lý chi tiết cho cả khối phát và khối thu. Sơ đồ này phải thể hiện rõ sự kết nối giữa các linh kiện chính như vi điều khiển, khối nguồn, mắt thu hồng ngoại, relay và các linh kiện phụ trợ. Dựa trên sơ đồ nguyên lý, bước tiếp theo là thiết kế mạch in PCB bằng các phần mềm chuyên dụng như Altium. Giai đoạn này đòi hỏi sự cẩn thận trong việc đi dây để tối ưu hóa không gian, giảm thiểu nhiễu và đảm bảo khoảng cách an toàn cho các đường điện áp cao. Song song với thiết kế phần cứng, phần mềm điều khiển cũng cần được phát triển. Việc lập trình vi điều khiển bao gồm viết mã để đọc tín hiệu từ mắt thu, giải mã, và xuất tín hiệu điều khiển relay để bật tắt đèn 220V.

4.1. Xây dựng sơ đồ nguyên lý cho khối phát và khối thu

Khối phát có cấu trúc đơn giản, bao gồm một vi điều khiển, các nút nhấn, một LED phát hồng ngoại và nguồn pin. Sơ đồ nguyên lý sẽ cho thấy các nút nhấn được kết nối với các chân I/O của vi điều khiển. Khi có tín hiệu, vi điều khiển sẽ xuất chuỗi xung điều chế ra một chân khác để điều khiển LED phát. Khối thu phức tạp hơn. Sơ đồ của nó bao gồm: khối nguồn hạ áp từ 220V AC xuống 5V DC; mắt thu hồng ngoại nhận tín hiệu; vi điều khiển xử lý tín hiệu; và khối chấp hành gồm Opto và Triac/Relay để cách ly và đóng cắt tải 220V. Sơ đồ phải thể hiện rõ sự cách ly an toàn giữa phần điều khiển (5V) và phần công suất (220V) để bảo vệ vi điều khiển và người dùng.

4.2. Thiết kế mạch in PCB và mô phỏng hoạt động với Proteus

Sau khi có sơ đồ nguyên lý, việc thiết kế mạch in PCB là bước hiện thực hóa mạch điện. Sử dụng phần mềm Altium, các linh kiện được sắp xếp một cách hợp lý trên bo mạch. Các đường mạch công suất (dẫn điện 220V) phải được thiết kế to, rộng và có khoảng cách an toàn với các đường tín hiệu. Các linh kiện nhạy cảm như vi điều khiển cần được đặt xa khối nguồn và khối công suất để tránh nhiễu. Trước khi gia công PCB, việc mô phỏng Proteus là một bước hữu ích. Proteus cho phép kiểm tra logic hoạt động của thuật toán và sự tương tác giữa các linh kiện trong môi trường ảo, giúp phát hiện sớm các sai sót trong thiết kế và giảm thiểu chi phí sửa chữa sau này.

4.3. Lập trình vi điều khiển PIC với phần mềm MPLAB và MCC

Phần mềm là linh hồn của mạch điều khiển bật tắt đèn từ xa. Đối với vi điều khiển PIC, môi trường phát triển tích hợp (IDE) MPLAB X của Microchip là công cụ tiêu chuẩn. Việc lập trình vi điều khiển bắt đầu bằng việc cấu hình các chân, các bộ định thời (timer) và các ngắt (interrupt). Công cụ MCC (MPLAB Code Configurator) là một trình cắm giúp tự động tạo mã nguồn khởi tạo cho các ngoại vi, giúp tiết kiệm thời gian và giảm thiểu lỗi. Thuật toán chính sẽ nằm trong một vòng lặp vô tận, liên tục kiểm tra tín hiệu từ mắt thu hồng ngoại. Khi một tín hiệu hợp lệ được phát hiện và giải mã thành công, chương trình sẽ thay đổi trạng thái của chân I/O điều khiển relay, qua đó hoàn thành việc bật hoặc tắt đèn.

V. Quy Trình Chế Tạo Và Thử Nghiệm Mạch Bật Tắt Đèn Từ Xa

Từ bản thiết kế trên lý thuyết, quy trình chế tạo và thử nghiệm là bước quyết định để tạo ra một sản phẩm thực tế. Giai đoạn này đòi hỏi sự tỉ mỉ và tuân thủ nghiêm ngặt các quy tắc an toàn, đặc biệt khi làm việc với nguồn điện 220V. Quá trình bắt đầu bằng việc chuẩn bị đầy đủ linh kiện đã được lựa chọn và một bo mạch in PCB đã được gia công. Việc hàn linh kiện lên mạch phải được thực hiện cẩn thận, đúng thứ tự và đúng cực tính, đặc biệt là với các IC, diode và tụ điện. Sau khi lắp ráp xong, bước kiểm tra nguội là bắt buộc để đảm bảo không có mối hàn nào bị chập hoặc hở mạch. Tiếp theo, mạch được cấp nguồn và nạp chương trình điều khiển. Cuối cùng, giai đoạn vận hành thử nghiệm sẽ kiểm tra toàn diện các chức năng của mạch điều khiển bật tắt đèn từ xa, từ khả năng nhận tín hiệu, độ ổn định khi hoạt động liên tục, đến khoảng cách điều khiển thực tế và khả năng đóng cắt tải một cách an toàn.

5.1. Các bước thi công hàn lắp linh kiện điện tử lên mạch PCB

Thi công mạch bắt đầu bằng việc kiểm tra bo mạch in PCB trần để đảm bảo không có lỗi đứt hoặc chập đường mạch. Tiếp theo, các linh kiện được hàn theo nguyên tắc: hàn các linh kiện có chiều cao thấp trước (điện trở, tụ dán), sau đó đến các linh kiện cao hơn (IC, chân cắm, tụ hóa). Điều này giúp thao tác dễ dàng hơn. Cần đặc biệt chú ý đến hướng của các linh kiện có cực tính như Diode, LED, tụ hóa và vi điều khiển. Sử dụng mỏ hàn có nhiệt độ phù hợp và thiếc hàn chất lượng tốt để tạo ra các mối hàn bóng, đẹp và chắc chắn. Sau khi hàn xong, mạch cần được vệ sinh bằng dung dịch chuyên dụng để loại bỏ nhựa thông thừa, tránh gây ăn mòn hoặc rò rỉ điện về sau.

5.2. Vận hành và kiểm tra chức năng đóng cắt đèn điện 220V

Đây là bước quan trọng nhất và tiềm ẩn nhiều rủi ro. Trước khi kết nối với tải 220V, cần kiểm tra lại toàn bộ mạch ở chế độ không tải. Cấp nguồn 5V cho khối điều khiển và kiểm tra xem vi điều khiển có hoạt động không, LED báo nguồn có sáng không. Sau đó, dùng remote phát tín hiệu và đo điện áp ở chân điều khiển relay hoặc Triac để xem có sự thay đổi trạng thái hay không. Khi mọi thứ đã ổn, tiến hành kết nối tải là một bóng đèn 220V. Thực hiện thao tác bật/tắt nhiều lần từ remote để kiểm tra độ nhạy và độ ổn định của mạch. Đồng thời, quan sát xem có hiện tượng linh kiện bị quá nhiệt hay không. Kết quả thử nghiệm trong đề tài gốc cho thấy mạch hoạt động ổn định, có thể bật tắt đèn 220V từ khoảng cách dưới 5 mét, đáp ứng tốt nhu cầu sử dụng trong gia đình.

VI. Tương Lai Của Mạch Điều Khiển Đèn Và Hướng Phát Triển IoT

Đề tài nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển bật tắt đèn từ xa sử dụng hồng ngoại đã giải quyết thành công mục tiêu đặt ra, tạo ra một sản phẩm hoạt động ổn định và có tính ứng dụng cao trong gia đình. Tuy nhiên, công nghệ không ngừng phát triển, và luôn có những hướng đi mới để cải tiến và nâng cấp sản phẩm. Mặc dù mạch hiện tại đã đáp ứng nhu cầu cơ bản, nó vẫn còn một số hạn chế như khoảng cách điều khiển bị giới hạn và phụ thuộc vào việc không có vật cản. Hướng phát triển trong tương lai là tích hợp các công nghệ truyền thông không dây tiên tiến hơn như Wifi hoặc Bluetooth, cho phép điều khiển qua điện thoại thông minh từ bất cứ đâu có kết nối Internet. Điều này sẽ biến chiếc công tắc đơn giản thành một thiết bị thực sự trong hệ sinh thái Internet of Things (IoT), mở ra nhiều kịch bản sử dụng thông minh và tự động hóa hơn.

6.1. Đánh giá kết quả nghiên cứu và những hạn chế của đề tài

Qua quá trình thực hiện, đề tài đã đạt được những kết quả đáng ghi nhận. Phần cứng được thi công hoàn chỉnh, đáp ứng yêu cầu thu phát tín hiệu ổn định. Mạch chạy tốt, ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu bên ngoài và có khoảng cách điều khiển phù hợp cho không gian gia đình. Tuy nhiên, theo chính tác giả, sản phẩm vẫn còn một số hạn chế. Thiết kế mạch còn khá cồng kềnh, chưa được tối ưu về kích thước. Cự ly điều khiển hiệu quả vẫn còn ngắn (dưới 5m). Đặc biệt, mạch chưa có khả năng điều khiển cường độ sáng của đèn (dimming). Đây là những điểm cần được cải thiện trong các phiên bản phát triển tiếp theo để sản phẩm trở nên cạnh tranh hơn trên thị trường.

6.2. Tiềm năng tích hợp Wifi Bluetooth và điều khiển qua điện thoại

Hướng phát triển hấp dẫn nhất cho mạch điều khiển bật tắt đèn từ xa là tích hợp vào hệ sinh thái Internet of Things (IoT). Bằng cách thay thế vi điều khiển PIC bằng các dòng như ESP8266 hoặc ESP32, mạch có thể dễ dàng kết nối với mạng Wifi gia đình. Khi đó, người dùng có thể điều khiển qua điện thoại thông minh thông qua một ứng dụng di động. Khả năng này không chỉ phá bỏ giới hạn về khoảng cách của hồng ngoại mà còn cho phép thiết lập các kịch bản phức tạp: hẹn giờ bật/tắt, điều khiển bằng giọng nói qua trợ lý ảo, hoặc phối hợp với các cảm biến khác trong nhà thông minh. Đây chính là tương lai của công tắc thông minh, biến nó thành một nút mạng thông minh, góp phần xây dựng một ngôi nhà kết nối và tự động hoàn toàn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu của khóa luận 1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới Điều khiển từ xa được phát minh từ thời Chiến tranh thế giới thứ 2 với mục đích phục vụ chính cho chiến tranh. Điều này vốn từ trước đến nay rất ít người biết tới. Nhưng các loại điều khiển từ xa bằng tần số vô tuyến lại xuất hiện từ Thế chiến thứ nhất cũng nhằm phục vụ cho chiến tranh, giúp hướng dẫn các tàu hải quân Đức đâm vào thuyền của quân Đồng Minh. Sang Thế chiến thứ 2, điều khiển từ xa lại sử dụng nhằm mục đích kích nổ bom.

Sau chiến tranh, phát minh tuyệt vời này vẫn được tiếp tục được quan tâm và phát triển nhằm phục vụ cho nhu cầu cuộc sống con người. Cho đến nay, hầu hết các thiết bị điện tử đều cần thiết có điều khiển từ xa và gần như ai cũng đã đều sử dụng hàng ngày. Điều khiển từ xa được lập trình dựa trên công nghệ tần số vô tuyến điện (radio frequency) , sau đó được cải tiến trên nền tảng ứng dụng công nghệ hồng ngoại (Infrared Remote). Nếu bạn có 1 chiếc điều khiển điều hòa cũ của Funiki, hãy nhìn vào phía đỉnh của chiếc điều hòa, bạn thấy có 1 cái bóng đèn be bé ở phía trên đỉnh điều hòa dùng để phát ra tia hồng ngoại.Quy trình hoạt động của điều khiển từ xa là việc sử dụng một tia sáng mà mắt thường không nhìn thấy gọi là "tia hồng ngoại" hoặc số ít sử dụng sóng vô tuyến, điều khiển từ xa giúp con người "ra lệnh" cho thiết bị cụ thể thông qua việc nhấn nút để tạo thiết lập điều khiển.

Khi được thiết lập đồng nghĩa tín hiệu điều khiển từ xa được mã hóa, và "yêu cầu" thiết bị thực hiện việc nào đó cụ thể phục vụ mục đích cho con người.Hiện nay, điều khiển từ xa đều được sử dụng công nghệ hồng ngoại , số ít sử dụng công nghệ tần số vô tuyến do công nghệ hồng ngoại đem lại tiện ích và hiện đại hơn rất nhiều. Điều khiển từ xa không chi đơn thuần được hiểu theo nghĩa của một hành động nhất định, nó không chỉ được phát triển dựa trên các thiết bị điện tử mà còn được phát triển trên những nền tảng phần mềm thông minh phần mềm điều khiển từ xa. Và nó cũng đã được rất nhiều nhà phát minh trên thế giới ứng dụng vào để điều khiển các thiết bị trong các ngôi nhà để tạo ra những ngôi nhà thông mình có thể điều khiển các thiết bị như: đèn, quạt, điều hòa, tivi,…. Và nhiều thiết bị khác nữa nhằm nâng cao chất lượng cuộc sống cho con người.2 Tình hình nghiên cứu trong nước Cùng với sự phát triển và hội nhập của thế giới Việt Nam ta cũng có rất nhiều nhà phát minh đã ứng dụng điều khiển từ xa dùng để điều khiển các thiết bị không chỉ là các thiết bị trong nhà mà còn cả các thiết bị trong công nghiệp bằng những bộ vi xử lý khác nhau.2 Lý do chọn đề tài Trong cuộc sống hiện đại ngày nay, điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại có hầu hết trong các thiết bị ở gia đình, để điều khiển các thiết bị gia đình như: tivi, quạt, điều hòa, đầu đĩa v.

Thay vì phải điều khiển bằng phương pháp thủ công như trước để bật/tắt những thiết bị đó, chúng ta có thể điều khiển để bật/tắt chúng từ xa theo ý muốn mà không phải mất nhiều công sức. Điều này rất có ý nghĩa khi ta mỏi mệt, không tiện đi lại hay đang cần tập trung vào một công việc khác. Đó là ứng dụng về điều khiển từ xa, một ừng dụng rất thú vị và tiện ích trong cuộc sống bận rộn ngày nay. Xuất phát từ thực tế và những ứng dụng mà nó có thể đạt được em đã chọn Nghiện cứu, thiết kế mạch điều khiển bật/tắt đèn từ xa làm đề tài.

Đồng thời tìm hiểu thêm những điều chưa được học và nâng cao kỹ năng thực hành cũng như là những ứng dụng của mạch trong thực tế cuộc sống. Hiện tại trên thị trường cũng đã có sản phẩm bật/tắt đèn từ xa nhưng là sử dụng IC hoặc là sử dụng sóng điện tử nhưng em thấy có một vài nhược điểm nên em đã quyết định sử dụng PIC và sóng hồng ngoại một vài nhược điểm đó là: Sóng điện tử ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe con người IC không hỗ trợ giao tiếp USB, CAN, LIN, IRDA 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu, thiết kế được mạch điều khiển bật/tắt đèn từ xa 1.4 Đối tƣợng nghiên cứu Mạch điều khiển bật/tắt đèn từ xa 1.5 Phạm vi nghiên cứu Mạch điều khiển bật/tắt đèn từ xa cho hệ thống chiếu sáng trong nhà 1.6 Phƣơng pháp nghiên cứu Thực nghiệm khoa học Phân tích và tổng hợp lý thuyết 2 1.7 Nội dung đề tài khóa luận Để thực hiện được mục tiêu đã nêu thì đề tài phải giải quyết được các nội dung sau: - Cơ sở lý thuyết của việc điều khiển từ xa thiết bị điện nói chung và đèn điện trong nhà nói riêng - Xây dựng các phương án điều khiển. Từ đó lựa chọn phương án điều khiển phù hợp với điều kiện cụ thể (kinh phí, quy mô.) - Thiết kế, mô phỏng mạch điều khiển - Chế tạo mạch điều khiển - Lắp ráp và vận hành thử nghiệm bộ điều khiển từ xa bật/tắt đèn. 3 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA VIỆC ĐIỀU KHIỂN TỪ XA 2.1 Giới thiệu về ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) a)Khái niệm Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường, có bước sóng từ 0,86µm đến 0,98µm.

Tia hồng ngoại có vận tốc truyền bằng vận tốc ánh sáng. Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu. Nó được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Lượng thông tin có thể đạt 3 Mb/s.

Lượng thông tin được truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhều lần so với sóng điện từ mà người ta vẫn dùng. Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém. Trong điều khiển từ xa bằng toa hồng ngoại, chùm tia hồng ngoại đi hẹp, có hướng, do đó phải thu đúng hướng. Sóng hồng ngoại có những đặc tính quan trọng giống như ánh sáng (sự hội tụ qua thấu kính, tiêu cự.

Ánh sáng thường và ánh sáng hồng ngoại khác nhau rất rõ trong sự xuyên suốt qua vật chất. Ánh sáng hồng ngoại không bị yếu đi khi vượt qua các lớp bán dẫn để đi ra ngoài b)Nguồn phát tia hồng ngoại + Các nguồn dùng phát ra tia hồng ngoại như : Mặt Trời là một nguồn phát tia hồng ngoại mạnh, cơ thể con người có nhiệt độ bình thường là 37°c nên là một nguồn phát ra tia hồng ngoại với bước sóng khoảng 9 µm. Các vật có nhiệt độ lớn hơn 0 độ K đều có phát ra tia hông ngoại. Đèn dây tóc, bếp gas, lò sưởi là những nguồn phát ra tia hồng ngoại khá mạnh.

+ Bước sóng của các nguồn hồng ngoại.1 Bước sóng của các nguồn hồng ngoại IRED: Diode hồng ngoại, LA: Laser bán dẫn, LR: Đèn huynh quang, Q: Đèn thủy tinh, w: Bóng đèn điện sợi, PT: Phototransistor Sóng hồng ngoại có những đặc tính quan trọng giống như ánh sáng (sự hội tụ qua thấu kính, tiêu cực. Ánh sáng và sóng hồng ngoại khác nhau rất rõ trong sự xuyên suốt qua vật chất, có những vật mắt ta thấy sự phản chiếu sáng nhưng đối với tia hồng ngoại là những vật phản chiếu tối. Vật liệu bán dẫn trong suốt đối với ánh sáng hồng ngoại, tia hống ngoại không bị yếu đi khi khi nó xuyên qua các lớp bán dẫn để ra ngoài. c) Đặc điểm - Có tác dụng nhiệt mạnh.

- Có tác dụng lên phim ảnh. - Có thể gây ra các phản ứng hóa học (ví dụ như tạo ra các phản ứng hóa học trên phim hồng ngoại) - Có thể biến điệu như sóng điện từ cao tần. d) Ứng dụng - Dùng để sưởi ấm, sấy. - Dùng để chụp ảnh hay quay phim ban đêm.

- Dùng để truyền tín hiệu điều khiển trong các bộ điều khiển từ xa (remote) 2.2 Tổng quan và ứng dụng về điều khiển từ xa a) Khái niệm Điều khiển từ xa là việc điều khiển thiết bị hoặc hệ thống ở khoảng cách xa mà không cần phải điều chỉnh trực tiếp trên thiết bị hoặc hệ thống đó. Khoảng cách đó tùy thuộc vào từng hệ thống có mức độ phức tạp khác nhau, phụ thuộc vào mục đích thiết kế hệ thống. 5 Hệ thống điều khiển từ xa là hệ thống cho phép ta điều khiển các thiết bị từ khoảng cách xa. Ví dụ như hệ thống điều khiển bằng vô tuyến, hệ thống điều khiển từ xa bằng hồng ngoại, hệ thống điều khiển từ xa bằng mạng internet.

Cấu trúc chung bao gồm: Hình 2.2 Cấu trúc chung hệ thống điều khiển từ xa Thiết bị phát: Biến đổi lệnh điều khiển thành tín hiệu tương tự và truyền đi. Đường truyền: Đưa tín hiệu từ bên phát sang bên thu. Thiết bị thu: Nhận tín hiệu và chuyển đến cơ cấu chấp hành. Cơ cấu chấp hành: Thực hiện công việc điều khiển.

b) Ứng dụng Trong cuộc sống hiện đại hàng ngày, điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các thiết bị gia đình, để điều khiển các thiết bị điện, điện tử như: ti vi, quạt, máy điều hòa, đầu đĩa, các thiết bị chiếu sáng vv… Hình 2.3 Ứng dụng điều khiển các thiết bị dân dụng Thay vì phải di chuyển đến nơi đặt thiết bị để bật hay tắt những thiết bị đó, chúng ta chỉ việc ở tại vị trí bất kỳ với chiếc điều khiển từ xa trong tay, ta có thể tắt mở 6 những dụng cụ theo ý muốn. Với các thiết bị điều khiển từ xa, ta có thể làm được rất nhiều việc mà không phải mất nhiều công sức, điều này càng có ý nghĩa khi ta mỏi mệt, không tiện đi lại hay đang cần tập trung hết mức vào một công việc nào đó, cũng đơn giản là bạn muốn có cảm giác thực sự làm chủ những thiết bị phục vụ cuộc sống của mình.3 Hoạt động của hệ thống điều khiển từ xa dùng tia hồng ngoại Tia hồng ngoại được sử dụng rất phổ biến và không bị ảnh hưởng bởi từ trường, vì thế nó được sử dụng tốt trong truyền thông và điều khiển. Nhưng nó vẫn có một số khuyết điểm, một số vật phát hồng ngoại mạnh làm ảnh hưởng đến truyền thông và điều khiển như quang phổ mặt trời. Khó khăn khi sử dụng hồng ngoại là, giá thành cao, việc thay thế linh kiện tốn kém.