NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MODEM ĐIỀU KHIỂN
THIẾT BỊ ĐIỆN THÔNG QUA MẠNG LƯỚI
ĐIỆN DÂN DỤNG

KS. VÕ ĐỨC DŨNG
Học viên cao học lớp KTĐT K13
PGS. TS. LÊ HÙNG LÂN
Bộ môn Điều khiển học
Khoa Điện - Điện tử
Trường Đại học Giao thông Vận tải
Tóm tắt: Mục tiêu của bài báo là nghiên cứu chế tạo MODEM điều khiển thiết bị điện
thông qua mạng lưới điện dân dụng. Sản phẩm sau khi chế tạo được sử dụng để điều khiển các
thiết bị điện trong gia đình, trong các căn hộ cao cấp, nhà hàng, khách sạn, các công ty, xí
nghiệp … Công nghệ truyền thông tin trên đường dây điện lực (PLC) sử dụng lưới điện hạ thế
để truyền thông tin. Khi phát lệnh điều khiển MODEM MASTER từ phím nhấn hoặc
REMOTE, các tín hiệu thông tin được điều chế có tần số từ 1-2Mhz sẽ được truyền đi song
song với tín hiệu điện trên lưới điện hạ thế, các tín hiệu này sẽ đi đến các MODEM SLAVE để
giải điều chế và điều khiển thiết bị điện tương ứng với lệnh đã phát, đồng thời phát lệnh báo
phản hồi trở lại MODEM MASTER.
ĐT
Summary: The aim of this paper is to highlight the research and manufacturing of a
MODEM to control electrical devices using a low voltage system. The product is used to
control electrical devices of low voltage in houses, modern apartments, restaurants, offices…
When commands are transmited from buttons on a MASTER MODEM or a remote control,
signals are modulated at a frequency of 1-2Mhz and then transmitted to a SLAVE MODEM in
the low voltage system. These signals received from the SLAVE MODEM are demodulated to
control electrical devices. After that, a feedback signal from the SLAVE MODEM is

Thực tế đường dây điện lực là một môi trường truyền thông rất nhạy cảm, các đặc tính của
kênh thay đổi theo thời gian tuỳ thuộc vào tải và vị trí, mọi hệ thống truyền thông luôn cố gắng
để đạt được phối hợp trở kháng tốt. Một số trở kháng không phối hợp khác có thể xuất hiện trên
đường dây điện lực (ví dụ do các hộp cáp không phối hợp trở kháng với cáp), và vì vậy suy
giảm tín hiệu càng lớn hơn. Một tham số quan trọng để đánh giá hiệu năng của hệ thống truyền
thông đó là SNR (công suất thu được /công suất nhiễu). Cho đến nay các đặc tính cụ thể của
kênh vẫn là những vấn đề được nghiên cứu nhằm đưa ra các giải pháp xử lý hiệu quả.
ĐT
Trên cơ sở tham khảo công nghệ truyền tín hiệu trên đường dây điện lực trong và ngoài
nước cho thấy khi truyền tín hiệu trên đường dây điện lực, đường dây giống như một anten lớn
nhận các nhiễu và phát xạ tín hiệu và khi tín hiệu được truyền từ máy phát đến máy thu, công
suất tín hiệu sẽ bị suy hao, nếu suy hao quá lớn thì công suất thu sẽ rất nhỏ và máy thu không
tách ra được. Những giải pháp khắc phục được đưa ra như là sử dụng các bộ lọc chặn tín hiệu
truyền thông hay sử dụng các bộ lặp đặt tại các hộp cáp để tăng chiều dài truyền thông.
Hiện tại công nghệ truyền dữ liệu trên đường dây điện lực PLC (Power Line
Communication) đang được ứng dụng rộng rãi tại nhiều nước trên thế giới và ở nhiều lĩnh vực
khác nhau như: Hệ thống giám sát và điều khiển, SCADA, Hệ thống đo đếm điện năng từ xa,
Dịch vụ internet trên PLC, Home Automation,
2.1.1. Sơ đồ khối MODEM Master và MODEM Slave
Để thiết kế, chế tạo mạch điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện dân dụng trước
tiên phải đưa ra được sơ đồ khối cho MODEM Master và MODEM Slave. Để từ đó sẽ phân
tích, thiết kế, tính toán và lựa chọn những linh kiện cho từng khối [1-7,11]. - Sơ đồ khối MODEM Master

ĐT

Mạch giao tiếp
MÔI TRƯỜNG TRUYỀN (MẠNG LƯỚI ĐIỆN 220V/50Hz)
Biến áp cách ly
Sửa dạng xung &
phối hợp trở kháng
Khuếch đại tín hiệu
& tách sóng mang
Mạch giao tiếp
Giải mã 1
Giao
tiếp
với
PC
Khối điều khiển 1
Phím nhấn Khối hồng ngoại
Dao
động
tạo
sóng
mang
Hiển thị báo hiệu
Hình 1. Sơ đồ khối chi tiết MODEM 1
Mạch giao tiếp
Biến áp cách ly
Sửa dạng xung &
phối hợp trở kháng
Giao tiếp với thiết bị điện
Biến áp cách ly
Mạch giao tiếp
Khuếch đại công suất

gõ vào phím
nhấn
Khối nhận hồng ngoại
Khối điều chế
ĐT - Hình thức điều chế tín hiệu
Yêu cầu: hình thức điều chế này có khả năng mang thông tin đi xa và thích hợp với môi
trường truyền (có khả năng giải điều chế ở đầu thu).
Phương án thực hiện: có nhiều phương pháp điều chế như điều chế pha PM, điều chế AM,
điều chế FM, điều chế xung, điều mã xung…
Người nghiên cứu chọn phương pháp điều chế ASK (Amplitude Shift Keying) là thích hợp
và đơn giản nhất. Vì tín hiệu cần điều chế là tín hiệu số chỉ có hai mức điện áp ứng với mức
logic_0 là 0V và logic_1 là 5V. Do môi trường truyền là dây dẫn song song (mạng lưới điện dân

Tốc độ truyền được sử dụng X = 1200 bps, số bit địa chỉ = 8 bit, số bit dữ liệu = 4 bit, 1 bit
đồng bộ (do ta dùng PT2262/PT2272 L4).
Sau khi tín hiệu qua mạch khuếch đại, chúng cần phải được loại bỏ sóng mang để tái tạo lại
tín hiệu thông tin ban đầu.
- Thiết kế mạch giải điều chế tín hiệu
Nguyên lí hoạt động: khi ngõ vào là tín hiệu xoay chiều với tần số là f = 1 MHz thì ngõ ra
lên mức 1. Khi ngõ vào không có tín hiệu thì ngõ ra ở mức 0 tương ứng với điện áp là 0 V.
Hình 7. Sơ đồ nguyên lý mạch tách sóng mang ĐT
Quá trình tách sóng:
Ban đầu V
C
= 0; nên trong 0,5T dương của V
i
, diode dẫn, tụ C nạp. Khi V
i
tăng tụ C tiếp
tục nạp và V
C

p
. Lúc đó V
c
sẽ dao động giữa hai
giá trị xác lập là V
Cmin
và V
Cmax
, và điện áp trung bình trên tụ là:
2
VV
V
maxCminC
C
+
=
. Nếu ta chọn T
P
lớn hơn rất nhiều so với chu kì tín hiệu thì V
Cmax
≈ V
Cmin
và có thể coi V
C
là
hằng số. Lúc đó điện áp ra của mạch tách sóng là điện áp một chiều.


mã cho IC U2.6, p3.2 điều khiển khối công suất phát, p3.3 điều khiển việc tạo mã cho IC U1.1,
p3.4 điều khiển việc tạo mã cho IC U1.2. 2.1.3. Thiết kế phần mềm
66H=0?
cpl 66H
clr p1.6
setb p1.6
setb p3.3
setb p3.3
67H=0?
cpl 67H
clr p1.7
setb p1.7
setb p3.3
setb p3.3

S
Đ
S
Đ
Đ
S
Đ
S
so sánh #0BFh
so sánh #07Fh
BEGIN
AÅP0

S
Đ
S
Đ
Đ
S
Đ
S
Đ
S
Đ
S
so sánh #0FEh
so sánh #0FDh
so sánh #0FBh
so sánh #0F7h
Xóa p1, p3.3, p3.4, p3.5, Xóa các ô nhớ 60h,
61h, 62h, 63h, 64h, 65h, 66h, 67h
64H=0?
cpl 64H

clr p1.4
setb p1.4
setb p3.3
setb p3.3
65H=0?
cpl 65H

clr p1.5
setb p1.5

S
A Å P1
p2, p0 Å A
setb p3.3
Đ

so sánh #0e2h

so sánh #0e1h
delay 1ms
Delay 1ms
Setb p3.2
Delay 1s
clr p3.3, p3.2
A Å P1
p2, p0 Å A
setb p3.4
Đ
delay 1ms
Delay 1ms
Setb p3.2
Delay 1s
clr p3.4, p3.3
S
Hình 10. Lưu đồ điều khiển MODEM 2
ĐT
Vào đầu chương trình sẽ khởi tạo các giá trị ban đầu. Trước hết xóa port 0, port 2, port 3 để
reset các tải ở trạng thái tắt. Sau đó kiểm tra tín hiệu đã được nhận vào chưa ở port 3. Nếu tín
hiệu được nhận về thì dữ liệu được xuất ra điều khiển các tải ở port 0 và điều khiển báo phản
hồi trở lại ở port 2 & port 3.

III. KẾT LUẬN
Từ kết quả thực nghiệm cho thấy các MODEM hoạt động ổn định. Người sử dụng có thể
điều khiển trực tiếp trên MODEM bằng nút nhấn hoặc có thể điều khiển trực tiếp từ REMOTE.
Phần mềm điều khiển hoạt động chính xác theo những yêu cầu điều khiển thiết bị điện và
có báo phản hồi lại các thiết bị đã điều khiển.
Một điều lý thú nằm trong ý đồ thiết kế đã đạt được đó là MODEM Master và MODEM
Slave có thể điều khiển thiết bị điện một cách độc lập với lưới điện 220Vac. Thành công này sẽ
giải quyết được vấn đề điều khiển đóng, ngắt thiết bị điện 3 pha, và có thể điều khiển thiết bị
điện cho những nơi có dòng tải lớn do sử dụng cùng một lúc nhiều thiết bị.
Sản phẩm nghiên cứu của đề tài có thể sản suất thương mại. Thiết bị này có thể được trang
bị lắp đặt cho những ngôi nhà cao tần, chung cư, khách sạn, công ty, xí nghiệp tùy theo yêu
cầu và vị trí lắp đặt các thiết bị điện. Sau khi được lắp đặt nó sẽ mang lại sự sang trọng và tiện
lợi cho người quản lý. Giá thành của sản phẩm sau khi lắp đặt sẽ giảm đi rất nhiều so với việc
lắp đặt sử dụng các cầu dao, công tắc, trong một số công trình như hiện nay.
Tài liệu tham khảo
[1]. KS. Ngô Anh Ba. Tính toán và ứng dụng mạch lọc tích cực. Nxb Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 1995.
[2]. PTS. Phạm Hồng Liên. Giáo trình điện tử thông tin, Nxb Khoa học và kỹ thuật, Tp. Hồ Chí Minh, 1998.
[3]. Tống Văn On. Vi mạch và mạch tạo sóng. Nxb Giáo dục, Tp. Hồ Chí Minh, 2000.
[4]. PGS.TS. Nguyễn Hữu Phương. Mạch số. Nxb Thống kê, Tp. Hồ Chí Minh, 2000.
[5]. Nguyễn Hồng Sơn. Kỹ thuật truyền số liệu, Nxb Lao động – Xã hội, Tp. Hồ Chí Minh, 2002.
[6]. ROBERT BOYLESTAD, LOUIS NASHELSKY, Electronic device and circuit theory, Prentice-Hall,
Inc, 803 pages, 1987.
[7]. I.SCOTT MACKENZIE, The 8051 microcontroller, Prentice Hall Inc, New Jersey, 1995.
[8]. Power Line Communications Technology Update, Echelon Corporation, May 2003.
[9]. The need of European Standard for Power Line Communication in Home Appliance, June 2002,
Trialog, France.
[10]. Compatibility between radio communications services and power line communication systems. A
position paper prepared by the RSGB EMC commitee for the PLC workshop in Brussel, 5 Mar 2001.
[11]. C.J. SAVANT, Jr., Electronic design Circuits and Systems, The Benjamin/Cumings Publishing
Company, Inc♦