CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1 do an 1. Lý do chọn đề tài Các sản phẩm điện tử được tạo ra là để đáp ứng nhu cầu của thị trường. Thực tế cho thấy rằng trên thị trường có rất nhiều sản phẩm điện tử được ứng dụng nhiều và đem lại lợi nhuận cao nhưng thường phải nhập bo mạch điều khiển từ nước ngoài về. Việc nhập khẩu bo mạch điều khiển làm cho nguồn sản phẩm bị phụ thuộc rất nhiều vào các công ty nước ngoại và có nhiều vấn đề hạn chế như thuế, phí vận chuyển, khả năng nâng cấp sản phẩm, chi phí sửa chữa… Được biết công ty trách nhiệm hữu hạn Thế Bảo với nhãn hiệu độc quyền KAWASAN đang có dự định muốn thiết kế lại các bo mạch điều khiển trên các sản phẩm của mình tại Việt Nam thay vì phải nhập khẩu, đồng thời được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn là thầy Nguyễn Thanh Bình, nhóm quyết định chọn đề tài: “Thiết kế bo mạch điều khiển cho các sản phẩm nhà thông minh KAWASAN”.
Mục tiêu đề tài - Tìm hiểu nguyên lí hoạt động và chức năng của các sản phẩm nhà thông minh KAWASAN. - Thiết kế lại các bo mạch điều khiển với chức năng tương tự và hoàn toàn có thể thay thế được bo mạch nước ngoài trên sản phẩm. - Thiết kế một số bo mạch điều khiển mới nhằm phát triển sản phẩm mới cho KAWASAN. Giới hạn đề tài - Thiết kế bo mạch nút nhấn cảm ứng chạm.
- Thiết kế bo mạch nút nhấn cảm ứng chạm điều khiển từ xa bằng sóng RF. - Thiết kế bo mạch ổ cắm điều khiển từ xa bằng sóng RF 433MHz. - Thiết kế bo mạch điều khiển quạt. - Thiết kế bo mạch điều khiển 30 nút nhấn cảm ứng.
Cấu trúc đồ án Chương 1 Tổng quan về đề tài Giới thiệu tổng quan về đề tài: - Lý do chọn đề tài. - Mục tiêu và giới hạn đề tài. - Tài liệu tham khảo. - Cấu trúc của đồ án.
Chương 2 Cơ sở lý thuyết Trình bày cơ sở lý thuyết liên quan trong quá trình thiết kế: - Nguyên lý điều khiển từ xa bằng sóng điện từ. 2 do an - Sự khác nhau giữa fix code và learning code trong hệ thống báo động. - Nguyên lý mã hóa của bộ điều khiển dùng IC EV1527. - Nguyên lý giải mã tín hiệu điều khiển.
- Nguyên lý hoạt động của nút nhấn cảm ứng điện dung. Chương 3 Thiết kế - Thiết kế bo mạch điều khiển và tính toán linh kiện phù hợp. Chương 4 Kết quả thực nghiệm - Các bo mạch mẫu được thực hiện. Chương 5 Kết luận và phương hướng phát triển Những kết quả đạt được sau quá trình thực hiện đồ án và phương hướng phát triển của đề tài.
3 do an CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4 do an 2. Nguyên lý điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến Sóng vô tuyến là một kiểu bức xạ điện từ với bước sóng trong phổ điện từ dài hơn ánh sáng hồng ngoại. Sóng vô tuyến có tần số từ 3 kHz tới 300 GHz, tương ứng bước sóng từ 100 km tới 1 mm. Giống như các sóng điện từ khác, chúng truyền với vận tốc ánh sáng.
Sóng vô tuyến xuất hiện tự nhiên do sét, hoặc bởi các đối tượng thiên văn. Sóng vô tuyến do con người tạo nên dùng cho radar, phát thanh, liên lạc vô tuyến di động và cố định và các hệ thống dẫn đường, thông tin vệ tinh, các mạng máy tính và vô số các ứng dụng khác. Các tần số khác nhau của sóng vô tuyến có đặc tính truyền lan khác nhau trong khí quyển Trái Đất; sóng dài truyền theo đường cong của Trái Đất, sóng ngắn nhờ phản xạ từ tầng điện ly nên có thể truyền rất xa, các bước sóng ngắn hơn bị phản xạ yếu hơn và truyền trên đường nhìn thẳng. [5] Để điều khiển thiết bị từ xa bằng sóng vô tuyến, tối thiểu cần có một bộ phát sóng và một bộ thu sóng vô tuyến.
Ở bộ phát: dùng mạch cộng hưởng LC tạo ra sóng vô tuyến có tần số ổn định dùng làm sóng mang. Dùng mạch mã hóa tạo ra tín hiệu mã lệnh và cho mã lệnh điều chế vào sóng mang rồi cho phát vào không gian. Ở bộ thu: dùng mạch cộng hưởng LC làm bẫy sóng để thu sóng điện từ có trong không gian đã được phát ra từ bên phát, cho giải mã để lấy ra tín hiệu mã lệnh có trong sóng điện từ, sau đó dùng tín hiệu mã lệnh để điều khiển các thiết bị.1: Nguyên lý điều khiển thiết bị bằng sóng vô tuyến. Sự khác nhau giữa fix code và learning code trong hệ thống báo động Fix code trong hệ thống báo động có thể hiểu là các thiết bị có một mã địa chỉ cố định, khi muốn thay đổi thiết bị trong hệ thống cần phải biết chính xác địa chỉ của thiết bị.
Trong khi đó, learning code trong hệ thống báo động thì địa chỉ của các thiết bị có thể được thêm vào hệ thống thông qua việc học và nhớ, dễ dàng thêm hoặc sửa chữa. 5 do an Bảng 2.1: Sự khác nhau giữa fix code và learning code trong hệ thống báo động.[9] Fix code Learning code IC mã hóa (điển hình) Chip mã hóa PT2262 EV1527 Bộ giải mã Chip giải mã PT2272 Vi điều khiển Số địa chỉ 6561 địa chỉ 1048576 địa chỉ Bảo mật Bảo mật không cao do ít mã Bảo mật cao hơn do có địa chỉ dễ dẫn đến sự trùng nhiều mã địa chỉ (hơn 1 lặp địa chỉ, có thể gây ra báo triệu mã) làm giảm tỉ lệ động giả. Phương pháp mã hóa Mã hóa thủ công, sử dụng Mã hóa tự động, sao chép công tắc để thiết lập địa chỉ mã cố dịnh hoặc học mã của bộ điều khiển Khả năng tăng thêm Rất khó để thêm các thiết bị Dễ dàng thêm hoặc xóa các thiết bị mới vào hệ thống thiết bị trong hệ thống Giá thành Thấp Trung bình 2. Nguyên lý mã hóa của bộ điều khiển dùng IC EV1527 IC EV1527 là IC mã hóa điển hình trong hệ thống điều khiển từ xa bằng sóng vô tuyến sử dụng dạng learning code.
IC EV1527 sẽ tạo ra mã lệnh bao gồm 24 bit, trong đó gồm 20 bit địa chỉ và 4 bit điều khiển.2: Sơ đồ nguyên lý của bộ điều khiển dùng IC EV1527. [7] 6 do an Mã lệnh được gửi đi sẽ bao gồm tín hiệu bắt đầu, 20 bit địa chỉ và 4 bit điều khiển. Trong đó tín hiệu bắt đầu có độ dài bằng 8 chu kì dữ liệu, mỗi bit mã lệnh có độ dài là 1 chu kỳ dữ liệu.3: Khung truyền tín hiệu mã hóa dùng IC EV1527.1) Trong đó: TL :là thời gian gửi hết 1 mã lệnh (µs) 32: là tổng chu kỳ dữ liệu để cần gửi (32 = 8 + 20 + 4) TD : là chu kỳ dữ liệu (µs). Chu kỳ dữ liệu TD được quyết định bởi điện trở mắc với chân OSC1 và điện áp nguồn.
Các thông số này được đề nghị bởi nhà sản xuất. Nguyên lý giải mã tín hiệu điều khiển Dựa vào dạng sóng trong khung truyền tín hiệu mã hóa dùng IC EV1527, vi điều khiển sẽ giải mã theo phương pháp đo chu kỳ dữ liệu và so sánh. Đầu tiên là chia chu kỳ dữ liệu cho 4, ta được khoảng thời gian t. Nếu gặp tín hiệu mức cao tồn tại trong thời gian t, ngay sau đó là tín hiệu mức thấp tồn tại trong khoảng thời gian 31t thì vi điều khiển sẽ hiểu đó là tín hiệu bắt đầu.
Sau tín hiệu bắt đầu, vi điều khiển sẽ tiếp tục đo chu kỳ dữ liệu và so sánh. Nếu gặp tín hiệu mức cao tồn tại trong khoảng thời gian t và liền ngay sau đó là tín hiệu mức thấp tồn tại trong khoảng thời gian 3t thì vi điều khiển sẽ hiểu đó là dữ liệu mức thấp (bit ‘0’). Nếu gặp tín hiệu mức cao tồn tại trong khoảng thời gian 3t và sau đó là tín hiệu mức thấp tồn tại trong thời gian t thì vi điều khiển sẽ hiểu là dữ liệu mức cao (bit ‘1’). Quá trình này lặp lại cho đến khi hết 24 bit dữ liệu.
Tổng thời gian vi điều khiển giải mã mã lệnh cũng tiêu tốn xấp xỉ khoảng thời gian TL(us). Nguyên lý hoạt động của nút nhấn cảm ứng điện dung [8] Cấu tạo của nút nhấn cảm ứng điện dung: Hình 2.4: Cấu tạo cơ bản của nút nhấn cảm ứng điện dung. Với: Cover Plate là mặt bảo vệ làm bằng kính hoặc nhựa. Printed Circuit Board là bảng mạch.
Copper Sensor Pad là lá đồng làm phím cảm biến. Cp là tụ điện tạo bởi lá đồng làm phím cảm ứng, chân GND của bo mạch và bảng mạch. Ban đầu khi không có người chạm vào, mạch bao gồm một tụ điện CP được tạo ra bởi hai lá đồng và bảng mạch. Nhưng khi có người chạm vào, mạch sẽ có thêm một tụ điện CF mắc song song với một tụ điện CP.
Tụ điện CF này được tạo ra bởi lá đồng làm phím cảm ứng và tay người, với lớp điện môi chính là mặt bảo vệ. Dựa vào hiện tượng nạp xả tụ sẽ biết được có người chạm vào hay không (CVD).5: Nút nhấn cảm ứng điện dung khi có người chạm vào. Khi không có người chạm vào phím, giá trị điện dung thấp, thời gian nạp và xả tụ nhanh.Khi có người chạm vào phím, giá trị điện dung lớn hơn, thời gian nạp xả tụ chậm hơn. 8 do an Hình 2.6: Đồ thị sự khác nhau giữa có nhấn và không nhấn phím cảm ứng theo phương pháp CVD.[6] Trong đó đường màu xanh đậm là điện áp nạp xả của tụ theo thời gian khi không nhấn phím.
Đường màu xanh nhạt là điện áp nạp xả của tụ theo thời gian khi có nhấn phím. 9 do an CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ 10 do an 3. Ổ cắm điều khiển từ xa hai lỗ cố định Ổ cắm điều khiển từ xa hai lỗ cố định có thể điều khiển bật tắt trực tiếp bằng nút nhấn trên ổ cắm hoặc điều khiển từ xa bằng bộ điều khiển. Yêu cầu thiết kế - Yêu cầu 1: Điều khiển từ xa bằng remote RF.
- Yêu cầu 2: Có thể học mã. - Yêu cầu 3: Chịu được các tải phổ biến trong gia đình. - Yêu cầu 4: Sang trọng và hiện đại. Giải pháp thiết kế - Để đáp ứng yêu cầu 1 dùng module thu sóng RF 433MHz.
- Để đáp ứng yêu cầu 2 thì bộ điều khiển từ xa phải dùng loại mã học được (EV1527). - Theo yêu cầu 3 thì relay phải đáp ứng được công suất tải. - Để sản phẩm sang trọng hơn thì mặt nạ sản phẩm dùng kính cường lực. Thiết kế phần cứng Hình 3.