CHƯƠNG 1 SƠ LƯỢC VỀ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA Giới thiệu về điều khiển từ xa: 1.1 Khái niệm: Điều khiển từ xa là việc điều khiển một mô hình ở một khoảng cách nào đó mà con người không nhất thiết trực tiếp đến nơi đặt hệ thống, khoảng cách đó tùy thuộc vào từng hệ thống có mức phức tạp khác nhau. Hệ thống điều khiển từ xa là một hệ thống cho phép ta điều khiển các thiết bị từ một khoảng cách xa. Ví dụ như hệ thống điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại, hệ thống điều khiển từ xa bằng vô tuyến….2 Sơ đồ kết cấu của hệ thống điều khiển từ xa Thiết bị Đường Thiết phát truyền bị thu - Thiết bị phát: biến đổi lệnh điều khiển thành tín hiệu rồi phát đi. - Đường truyền : đưa tín hiệu điều khiển từ thiết bị phát lên thiết bị thu.
- Thiết bị thu: nhận tín hiệu điều khiển từ đường truyền, biến đổi và biên dịch để tái hiện lại lệnh điều khiển rồi đưa đến các thiết bị thi hành.3 Nhiệm vụ cơ bản của hệ thống điều khiển từ xa: - Phát tín hiệu điều khiển. - Sản sinh ra xung hoặc hình thành các xung cần thiết. - Tổ hợp xung thành mã. - Phát các tổ hợp mã đến điểm chấp hành.
- Ở điểm chấp hành ( thiết bị thu) sau khi nhận được mã phải biến đổi các mã nhận được thành các lệnh điều khiển và đưa đến các thiết bị, đồng thời kiểm tra sự chính xác của mã mới nhận. SVTH: Lê Thành Trí GVHD: Th.S Nguyễn Quang Chung Đồ án tốt nghiệp Trang 3 1.4 Một số vấn đề cơ bản trong hệ thống điều khiển từ xa: Do hệ thống điều khiển từ xa có những đường truyền dẫn xa nên ta cần phải nghiên cứu về kết cấu hệ thống để đảm bảo tín hiệu được truyền đi phải nhanh chóng và chính xác theo những yêu cầu sau: a. Kết cấu tin tức: Trong hệ thống điều khiển từ xa độ tin cậy truyền dẫn tin tức có quan hệ rất nhiều đến kết cấu tin tức. Nội dung về kết cấu tin tức có hai phần: về lượng và về chất.
Về lượng có cách biến lượng điều khiển và lượng điều khiển thành từng loại xung gì cho phù hợp, và những xung đó cần áp dụng những phương pháp nào để hợp thành tin tức, để có dung lượng lớn nhất và tốc độ truyền nhanh nhất. Kết cấu hệ thống: Để đảm bảo các yêu cầu về kết cấu tin tức, hệ thống điều khiển từ xa có các yêu cầu sau: - Tốc độ làm việc nhanh. - Thiết bị phải an toàn, tin cậy. - Kết cấu phải đơn giản.
Hệ thống điều khiển từ xa có hiệu quả cao là hệ thống đạt tốc độ điều khiển cực đại đồng thời đảm bảo độ chính xác trong phạm vi cho phép.5 Các phương pháp mã hóa trong điều khiển từ xa: Trong hệ thống truyền thông tin rời rạc hoặc truyền thông tin liên tục nhưng đã được rời rạc hóa, tin tức thường phải được biến đổi thông qua một loại phép biến đổi thành số( thường là số nhị phân) rồi mã hóa và được phát đi từ máy. Ở máy thu, tín hiệu phải thông qua các phép biến đổi ngược lại với các phép biến đổi trên: giải mã, liên tục hóa…. Sự mã hóa tín hiệu điều khiển nhằm tăng tính hữu hiệu và độ tin cậy của hệ thống điều khiển từ xa, nghĩa là tăng tốc độ truyền và khả năng chống nhiễu. Trong điều khiển từ xa, ta thường dùng mã nhị phân tương ứng với hệ, gồm có 2 phần tử [0] và [1].
Do yêu cầu về độ chính xác cao trong các tín hiệu điều khiển được truyền đi để SVTH: Lê Thành Trí GVHD: Th.S Nguyễn Quang Chung Đồ án tốt nghiệp Trang 4 chống nhiễu ta dùng loại mã phát hiện và sửa sai. Mã phát hiện và sửa sai thuộc loại mã đồng đều bao gồm các loại mã: mã phát hiện sai, mã sửa sai, mã phát hiện và sửa sai. Dạng sai có thể phân thành 2 loại: - Sai độc lập: trong quá trình truyền, do nhiều tác động, một hoặc nhiều ký hiệu trong các tổ hợp mã có thể bị sai nhầm, nhưng những sai lầm đó không liên quan nhau. - Sai tương quan: được gây ra bởi nhiều nhiễu tương quan, chúng hay xảy ra trong từng chùm, cụm ký hiệu kế cận nhau.
Sự lựa chọn của cấu trúc mã chống nhiễu phải dựa trên tính chất phân bố xác suất sai nhầm trong kênh truyền. Hiện nay, lý thuyết mã hóa phát triển rất nhanh, nhiều loại mã phát hiện và sửa sai được nghiên cứu như: mã Hamming, mã chu kỳ, mã nhiều cấp.6 Sơ đồ khối của một hệ thống điều khiển từ xa a. Sơ đồ khối máy phát Tín hiệu điều khiển Điều chế Khuếch đại tín hiệu phát Tín hiệu sóng mang b. Sơ đồ khối máy thu Khuếch Giải điều Khuếch Chấp đại thu chế đại hành SVTH: Lê Thành Trí GVHD: Th.S Nguyễn Quang Chung Đồ án tốt nghiệp Trang 5 Điều khiển từ xa dùng sóng vô tuyến: 1.1 Khái niệm: Là hệ thống truyền tín hiệu từ nơi này đến nơi khác bằng sóng điện từ.
Tín hiệu thông tin được truyền đi từ nơi phát được chuyển thành tín hiệu điện, sau đó được mã hóa để truyền đi, tại nơi thu, tín hiệu sẽ được giải mã tái tạo lại thông tin ban đầu.2 Sơ đồ khối máy phát: Antenna Phát lệnh điều Mã Khuyếch khiển hóa đại cao tần Dao động cao Điều tần chế Khối phát lệnh điều khiển: dùng các phím để phát lệnh điều khiển theo phương thức ma trận phím hay các phím riêng lẻ. Khối mã hóa: biến đổi sóng dao động điện được tạo ra từ bàn phím lệnh thành sóng điện có tần số đặc trưng cho lệnh điều khiển tương ứng. Khối dao động cao tần: tạo dao động bên trong máy phát, có nhiệm vụ làm sóng mang để chuyên chở tín hiệu điều khiển trong không gian. Khối điều chế: phối hợp 2 tín hiệu dao động lại với nhau.
Khối khuếch đại cao tần: khuếch đại biên độ tín hiệu nhằm tăng cường công suất bức xạ sóng điện từ. SVTH: Lê Thành Trí GVHD: Th.S Nguyễn Quang Chung Đồ án tốt nghiệp Trang 6 1.3 Sơ đồ khối máy thu antena Khuếch Trộn Tách Giải đại cao tần tần sóng mã Dao động Thiết Lệnh điều nội bị khiển Khối khuếch đại cao tần: khuếch đại biên độ tín hiệu cao tần thu được từ antena để bù lại năng lượng của sóng điện từ tiêu hao khi lan truyền trong môi trường. Khối dao động nội: là dao động cao tần hình sin, biến đổi năng lượng dao động môt chiều thành xoay chiều có tần số theo yêu cầu. Khối dao động nội là dao động tự kích có tần số ổn định cao.
Khối trộn tần: biến đổi tín hiệu cao tần thành tín hiệu trung tần, với tần số này việc thiết kế mạch cũng như độ ổn định trở nên dễ dàng hơn. Khối trộn tần còn có nhiệm vụ khuếch đại biên độ tín hiệu trung tần chung. Khối tách sóng: có nhiệm vụ triệt tiêu sóng mang cao tần, phục hồi lại tín hiệu điều khiển. Khối giải mã: nhận biết tín hiệu vừa phát đi để phát ra lệnh tác động đúng thiết bị cần điều khiển.
Khối lệnh điều khiển: gồm các mạch động lực, đóng ngắt nguồn cho thiết bị, hay điều chỉnh chức năng thiết bị đã được đặt trước. SVTH: Lê Thành Trí GVHD: Th.S Nguyễn Quang Chung Đồ án tốt nghiệp Trang 7 Điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại: 1.1 Khái niệm tia hồng ngoại: Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường, có bước sóng khoảng 0.9µm, tia hồng ngoại có vận tốc truyền bằng vận tốc ánh sáng. Mọi vật có nhiệt độ lớn hơn 0oK đều phát ra tia hồng ngoại. 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, vì vật liệu bán dẫn “ trong suốt “ đối với ánh sáng hồng ngoại, tia hồng ngoại không bị yếu đi khi vượt qua các lớp bán dẫn để đi ra ngoài. Có những vật mắt ta thấy “ phản chiếu sáng”, nhưng đối với tia hồng ngoại đó là những vật “phản chiếu tối”. Có những vật ta thấy nó dưới màu xám đục nhưng với ánh sáng hồng ngoại nó trở nên trong suốt. Điều này giải thích tại sao Led hồng ngoại có hiệu suất cao hơn Led cho màu xanh, màu đỏ….và giải thích rằng vật liệu bán dẫn “trong suốt” với Led hồng ngoại.
Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu. Nó ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, lượng thông tin có thể đạt được 3Mbit/s. Lượng thông tin truyền đi bằng ánh sáng hồng ngoại lớn rất nhiều lần so với sóng điện từ. Trong kỹ thuật truyền tin bằng sợi quang dẫn không cần các trạm khuếch đại giữa chừng, người ta có thể truyền một lúc 15000 điện thoại hay 12 kênh truyền hình qua một sợi tơ quang với đường kín 0.13mm với khoảng cách 10km đến 20km.
Tia hồng ngoại dễ hấp thụ, khả năng xuyên thấu kém,. Trong điều khiển từ xa chùm tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng do đó khi thu phải đúng hướng. Đời sống của Led hồng ngoại dài đến 100000 giờ ( hơn 11 năm), Led hồng ngoại không phát sáng cho lợi điểm trong các thiết bị kiểm soát vì vậy không gây ra sự chú ý. Nguồn phát sóng hồng ngoại và phổ của nó: Các nguồn sáng nhân tạo thường chứa nhiều sóng hồng ngoại.
Hình đưới đây cho ta quang phổ của các nguồn phát sáng này. SVTH: Lê Thành Trí GVHD: Th.S Nguyễn Quang Chung Đồ án tốt nghiệp Trang 8 Trong đó: IRED: diode hồng ngoại. Q: đèn thủy tinh. LA: laser bán dẫn.
W: bòng đèn điện với dây tiêm vonfram. LR: đèn huỳnh quang. PT: photo transistor. Phổ của mắt người và photo transistor( PT) cũng được trình bày để so sánh.
Đèn thủy tinh gần như không phát tia hồng ngoại. Phổ của đèn huỳnh quang bao gồm các đặc tính của các loại phổ khác. Phổ của transistor khá rộng. Nó không nhạy trong vùng ánh sáng thấy được, nhưng nó cực đại ở đỉnh phổ của led hồng ngoại.
Linh kiện thu sóng hồng ngoại: Người ta có thể dùng quang điện trở, phototransistor, photodiode để thu sóng hồng ngoại gần. Để thu sóng hồng ngoại trung bình và xa phát ra từ cơ thể con người, vật nóng….Loại detector với vật liệu Lithiumtitanat hay tấm chất dẻo Polyviny- Lidendifluorit(PVDF). Cơ thể con người phát ra tia hồng ngoại với độ dài sóng từ 8ms đến 10ms. - Quang điện trở: + Đặc tuyến ánh sáng: SVTH: Lê Thành Trí GVHD: Th.