ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA
SỬ DỤNG SÓNG HỒNG NGOẠI
GVHD : Th.S BÙI TẤN LỢI
SVTH : NGUYỄN KHẮC HẢI
Lớp : 06D3
MSSV : 105103061116
Đà Nẵng, tháng 5 năm 2011

i
Đại học Đà Nẵng Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Trường Đại học Bách Khoa Độc lập -Tự do- Hạnh phúc


NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên: NGUYỄN KHẮC HẢI
Lớp : 06ĐCN
Chuyên ngành: Điện Công nghiệp
1. Đầu đề thiết kế:
Thiết kế chế tạo bộ Điều Khiển Thiết Bị từ xa sử dụng sóng hồng ngoại.
2. Các số liệu ban đầu:
Tìm hiểu và sử dụng REMORE TV SONY làm nguồn phát.
3. Nội dung các phần thuyết minh tính toán:
Tổng quan về Điều Khiển xa; Giới thiệu vi điều khiển PIC16F877A; Tính chọn
các thiết bị sử dụng trong Hệ Thống Điều Khiển Xa; Thiết kế, thi công mạch điện và

TRANG BÌA I
SVTH : NGUYỄN KHẮC HẢI I
MSSV : 105103061116 i
LỜI MỞ ĐẦU
Do yêu cầu về lĩnh vực tự động hóa trong sinh hoạt ngay càng cao. Các thiết bị
sinh hoạt ngày càng hiện đại, do đó việc điều khiển từ xa ngày càng trở nên cần thiết và là
một yêu cầu không thể thiếu trong xã hội hiện nay
Điều khiển từ xa là việc điều khiển một mô hình ở một khoảng cách nào đó mà con
người không cần thiết đến trực tiếp nơi đặt hệ thống. Khoẳng cách đó tùy thuộc vào từng
hệ thống có mức phức tạp khác nhau, chẳng hạn như để điều khiển từ xa một phi thuyền
ta cần phải có hệ thống phát và thu mạnh, ngược lại, để điều khiển một trò chơi điện tử từ
xa ta chỉ cần một hệ thống phát và thu đơn giản công suất nhỏ…Những đối tượng được
điều khiển có thể ở trên không trung, ở dưới đáy biển hay ở một vùng xa xôi nào đó.
Thế giới càng phát triển thì lĩnh vực điều khiển cần được mở rộng hơn. Việc ứng
dụng điều khiển từ xa vào thông tin liên lạc đã mang lại nhiều thuận lợi cho xã hội loài
người, thông tin được cập nhập hơn nhờ sự chính xác và nhanh chóng của quá trình điều
khiển từ xa.
Ngoài ra, điều khiển từ xa còn được ứng dụng trong kỹ thuật đo lường. Trước đây
muốn đo độ phóng xạ của lò hạt nhân thì hết sức khó khăn, phức tạp và nguy hiểm, nhưng
giờ đây con người có thể ở một nơi an toàn cũng có thể đo được độ phóng xạ của lò phản
iv
ứng hạt nhân. Như vậy, hệ thống hệ thống điều khiển từ xa đã hạn chế được mức độ phức
tạp của công việc và đảm bảo an toàn cho con người.
Trong sinh hoạt hằng ngày của con người như những trò chơi giải trí (roboot, xe
điều khiển từ xa….) cho đến các thiết bị gần gũi với con người cũng được cải tiến cho
phù hợp với việc sử dụng và đạt mức tiện lợi nhất có thể được. Điều khiển từ xa đã xâm
nhập vào lĩnh vực này và cho ra những TIVI, đầu máy Video…. Đến các thiết bị như quạt
máy, điều hòa… Xuất phát từ những ý tưởng đó và nhu cầu cuộc sống nên em đã chọn đề
tài điều khiển xa bằng sóng hồng ngoại.
v

lượng có các 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 dẫn nhanh nhất.
b) Về 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.
1.1.2. 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 phép biến đổi thành số
(thường là số nhị phân) rồi mã hóa và được phát đi từ máy phát. 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
chống lại nhiễu ta dùng loại mã tín hiệu và sữa sai.
Mã phát tín hiệu và sữa sai thuộc loại mã đồng đều bao gồm các loại mã: mã phát
hiện sai, mã sữa sai, mã phát hiện và sữa sai.
Dạng sai nhầm của các mã được truyền đi tùy thuộc tính chất của kênh truyền,
chúng 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 nhầm
đó không liên quan nhau.
2
- Sai tương quan: Được gây ra bởi nhiều nhiễu tương quan, chúng hay xẩy

điều chế
Khuyếch
đại
Chấp hành
- Điều chế mã xung (PCM).
Hình
1.4 :
Các
dạng
xung
a) Điều chế biên độ xung (PAM).
Sơ đồ khối
4
Tín hiệu
điều chế
Dao động đa hài
một trạng thái bền
Hình 1.5: Hệ thống điều chế PAM
Điều chế biên độ xung là dạng điều chế đơn giản nhất trong các dạng điều chế xung. Biên
độ của mỗi xung được tạo ra tỉ lệ với biên độ tức thời của tín hiệu điều chế.
Xung lớn nhất biểu thị cho biên độ dương của tín hiệu mẫu lớn nhất
Giải thích sơ đồ khối
-Khối tín hiệu điều chế : Tạo ra tín hiệu điều chế đưa vào khối dao động đa hài
-Dao động đa hài một trạng thái bền :Trộn xung với tín hiệu điều chế
-Bộ phát xung : Phát xung với tần số không đổi để thực hiện việc điều chế tín hiệu
đã được điều chế có biên độ tăng giảm thay đổi theo tín hiệu điều chế
b) Điều chế độ rộng xung (PWM).
Phương pháp điều chế này sẽ tạo ra các xung có biên độ không đổi, nhưng bề rộng
của mỗi xung sẽ thay đổi tương ứng với biên độ tức thời của tín hiệu điều chế. Trong cách
điều chế này, xung có độ rộng lớn nhất biểu thị phần biên độ dương lớn nhất của tín hiệu

Trong phương pháp điều chế mã xung, tần số được quyết định bởi tín hiệu cao nhất
trong quá trình xử lý. Điều này cho thấy rằng nếu như mẫu thử được lấy ở mức lớn hơn
hai lần tần số tín hiệu thì tần số tín hiệu mẫu được phục hồi.
Tuy nhiên trong thực tế thường lấy tín hiệu ở mức độ nhỏ nhất khoảng 10 lần so
với tín hiệu lớn nhất. Vì vậy tần số càng cao thì thời gian lấy mẫu càng nhỏ (mức lấy mẫu
càng nhiều) dẫn đến linh kiện chuyển mạch có tốc độ xử lý cao. Ngược lại nếu sử dụng
tần số lấy mẫu thấp thời gian lấy mẫu càng rộng,nhưng độ chính xác không cao. Thông
thường người ta chỉ sử dụng khoảng 10 lần tín hiệu nhỏ nhất.
Kết Luận :
Điểm thuận lợi của các phương pháp điều biến xung là mặc dù tín hiệu AM rất
yếu, chúng hầu như mất hẳn trong nhiễu ồn xung quanh. Nếu phương pháp điều chế PPM,
PWM, PCM là tín hiệu điều chế bằng cách tách ra khỏi tiếng ồn. Với phương pháp như
vậy, điều chế mã xung PCM sẽ cho kết quả tốt nhất,vì nó chỉ cần quyết định xung nào
hiện diện, xung nào không hiện diện.
6
Các phương pháp điều chế xung như PWM, PPM, PAM phần nào cũng theo kiểu
tương tự. Vì các dạng xung ra sau khi điều chế có sự thay đổi về biên độ, độ rộng xung, vị
trí xung theo tín hiệu lấy mẫu. Đối với phương pháp biến đổi mã xung PCM thì dạng
xung ra là dạng nhị phân chỉ có 2 mức [0] và [1].
Để mã hóa tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, người ta chia trục thời gian ra những
khoảng bằng nhau và biên độ trục ra 2n khảng cho 1 bít. Nếu số mức càng nhiều thì thời
gian càng nhỏ, độ chính xác càng cao. Tại mỗi thời điểm lấy mẫu biên độ được đo, rồi lấy
mức tương ứng với biên độ và chuyển đổi mã nhị phân. Kết quả ở ngỏ ra thu được một
chuổi xung (dạng nhị phân).
1.2. ĐIỀU KHIỂN TỪ XA DÙNG TIA HỒNG NGOẠI
1.2.1. Khái niệm về tia hồng ngoại:
Hình 1.7: Dạng sóng hồng ngoại
Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy được
bằng mắt thường, có bước sóng khoảng 0,8µm đến 0,9µm tia hồng ngoại có vận tốc
truyền bằng vận tốc ánh sáng. Tuy nhiên như chúng ta biết mặc dù không nhìn thấy tần số

(PVDF). Cơ thể con người phát ra tia hồng ngoại với độ dài sóng từ 8ms-10ms.
1.2.4. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển từ xa dùng hồng ngoại:
a) Hệ thống phát.
Hình 1.8: Sơ đồ khối hệ thống phát.
Giải thích sơ đồ khối máy phát: Máy phát có nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển, mã
hóa và phát tín hiệu đến máy thu, lệnh truyền đi đã được điều chế.
8
Phát lệnh
điều khiển
Mã
hóa
Điều
chế
Khuyếch
đại
Dao động tạo
sóng mang
*Khối phát lệnh điều khiển: Khối này có nhiệm vụ tạo ra lệnh điều khiển từ
nút bấm (phím điều khiển). Khi một phím được ấn tức là một lệnh đã được tạo ra. Các nút
ấn này có thể là một phím bấm, hay một ma trận phím bấm. Lệnh điều khiển được đưa
đến bộ mã hóa dưới dạng các bit nhị phân tương ứng với từng phím điều khiển.
* Khối mã hóa: Để truyền các tín hiệu khác nhau đến máy thu mà chúng
không lẫn lộn nhau, ta phải tiến hành mã hóa các tín hiệu (lệnh điều khiển). Khối mã hóa
này có nhiệm vụ biến đổi các lệnh điều khiển thành các bit nhị phân, hiện tượng biến đổi
này gọi là mã hóa. Có nhiều phương pháp mã hóa khác nhau:
- Điều chế biên độ xung.
- Điều chế vị trí xung.
- Điều chế độ rộng xung.
- Điều chế mã xung.
Trong kỹ thuật điều khiển từ xa bằng hồng ngoại, phương pháp điều chế mã xung được sử

* Khối tách sóng mang: Khối này có chức năng triệt tiêu sóng mang, chỉ
giữ lại tín hiệu điều khiển như tín hiệu gửi đi từ máy phát.
* Khối giải mã: Khối này có nhiệm vụ giải mã tín hiệu điều khiển thành các
lệnh điều khiển dưới dạng các bit nhị phân hay các dạng khác để đưa đến khối chấp hành
cụ thể. Do đó nhiệm vụ của khối này là rất quan trọng.
* Khối chốt: Khối này có nhiệm vụ giữ nguyên trạng thái tác động khi tín
hiệu điều khiển không còn, điều này có nghĩa là khi phát lệnh điều khiển ta chỉ tác động
vào phím bấm 1 lần, trạng thái mạch chỉ thay đổi khi tác động vào nút thực hiện điều
khiển lệnh khác.
* Khối khuếch đại: Khuếch đại tín hiệu điều khiển đủ lớn để tác động được
vào mạch chấp hành.
* Khối chấp hành: Có thể là rơle hay một linh kiện nào đó, đây là khối cuối
cùng tác động trực tiếp vào thiết bị thực hiện nhiệm vụ điều khiển mong muốn.
10
Chương 2 :
TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC
2.1.2 PIC là gì
PIC là viết tắt của “Programable Intelligent Computer”, có thể tạm dịch là “máy
tính thông minh khả trình” do hãng Genenral Instrument đặt tên cho vi điều khiển đầu tiên
của họ: PIC1650 được thiết kế để dùng làm các thiết bị ngoại vi cho vi điều khiển
CP1600. Vi điều khiển này sau đó được nghiên cứu phát triển thêm và từ đó hình thành
nên dòng vi điều khiển PIC ngày nay.
2.1.2 Tại sao dùng vi điều khiển PIC
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như 8051, Motorola 68HC,
AVR, ARM, Ngoài họ 8051 được hướng dẫn một cách căn bản ở môi trường đại học,
bản thân người viết đã chọn họ vi điều khiển PIC để mở rộng vốn kiến thức và phát triển
các ứng dụng trên công cụ này vì các nguyên nhân sau:
Họ vi điều khiển này có thể tìm mua dễ dàng tại thị trường Việt Nam.
Giá thành không quá đắt.

đối với vi điều khiển dòng 16F, độ dài lệnh luôn là 14 bit (trong khi dữ liệu được tổ chức
thành từng byte), còn đối với kiến trúc Von-Neuman, độ dài lệnh luôn là bội số của 1 byte
(do dữ liệu được tổ chức thành từng byte).
2.1.4 RISC và CISC
12
CPUCPU
DATA
memory
PROGRAM
MEMORY
PROGRAM DATA
memory
MEMORY
Harvard Von-Neuman
Như đã trình bày ở trên, kiến trúc Havard là khái niệm mới hơn so với kiến trúc
Von-Neuman. Khái niệm này được hình thành nhằm cải tiến tốc độ thực thi của một vi
điều khiển. Qua việc tách rời bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu, bus chương trình và
bus dữ liệu, CPU có thể cùng một lúc truy xuất cả bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu,
giúp tăng tốc độ xử lí của vi điều khiển lên gấp đôi. Đồng thời cấu trúc lệnh không còn
phụ thuộc vào cấu trúc dữ liệu nữa mà có thể linh động điều chỉnh tùy theo khả năng và
tốc độ của từng vi điều khiển. Và để tiếp tục cải tiến tốc độ thực thi lệnh, tập lệnh của họ
vi điều khiển PIC được thiết kế sao cho chiều dài mã lệnh luôn cố định (ví dụ đối với họ
16Fxxxx chiều dài mã lệnh luôn là 14 bit) và cho phép thực thi lệnh trong một chu kì của
xung clock (ngoại trừ một số trường hợp đặc biệt như lệnh nhảy, lệnh gọi chương trình
con … cần hai chu kì xung đồng hồ). Điều này có nghĩa tập lệnh của vi điều khiển thuộc
cấu trúc Havard sẽ ít lệnh hơn, ngắn hơn, đơn giản hơn để đáp ứng yêu cầu mã hóa lệnh
bằng một số lượng bit nhất định.
Vi điều khiển được tổ chức theo kiến trúc Havard còn được gọi là vi điều khiển
RISC (Reduced Instruction Set Computer) hay vi điều khiển có tập lệnh rút gọn. Vi điều
khiểnđược thiết kế theo kiến trúc Von-Neuman còn được gọi là vi điều khiển CISC

triển dành riêng cho PIC như PICBasic, MikroBasic,…
2.2 MỘT VÀI THÔNG SỐ VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A
Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit.
Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock. Tốc độ hoạt động tối đa
cho phép là 20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns. Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ
nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte. Số
PORT I/O là 5 với 33 pin I/O.
14
Hình 2.2: Vi điều khiển PIC16F877A/PIC16F874A và các dạng sơ đồ chân
Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:
- Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit.
- Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm dựa vào
xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep.
- Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler.
- Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rông xung.
- Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C.
15
- Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ.
- Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD,
WR, CS ở bên ngoài.
Các đặc tính Analog:
- 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit.
- Hai bộ so sánh.
- Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:
- Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần.
- Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần.
- Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm.
- Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm.
- Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial Programming)
thông qua 2 chân.

của bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A như sau :
18
Khi vi điều khiển được reset, bộ đếmtrình
sẽ chỉ đến địa chỉ 0000h (Reset vector).
Khi có ngắt xảy ra, bộ đếm chương trình sẽ
chỉđến địa chỉ 0004h (Interrupt vector). Bộ
nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack
và được địa chỉ hóa bởi bộ đếm chương trình.
Bộ nhớ stack sẽ được đề cập cụ thể

trong phần sau
Hình 2.5 : Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A
19
2.2.3 Các cổng xuất nhập của PIC16F877A
Cổng xuất nhập (I/O port) chính là phương tiện mà vi điều khiển dùng để tương tác
với thế giới bên ngoài. Sự tương tác này rất đa dạng và thông qua quá trình tương tác đó,
chức năng của vi điều khiển được thể hiện một cách rõ ràng.
Một cổng xuất nhập của vi điều khiển bao gồm nhiều chân (I/O pin), tùy theo cách
bố trí và chức năng của vi điều khiển mà số lượng cổng xuất nhập và số lượng chân trong
mỗi cổng có thể khác nhau. Bên cạnh đó, do vi điều khiển được tích hợp sẵn bên trong
các đặc tính giao tiếp ngoại vi nên bên cạnh chức năng là cổng xuất nhập thông thường,
một số chân xuất nhập còn có thêm các chức năng khác để thể hiện sự tác động của các
đặc tính ngoại vi nêu trên đối với thế giới bên ngoài. Chức năng của từng chân xuất nhập
trong mỗi cổng hoàn toàn có thể được xác lập và điều khiển được thông qua các thanh ghi
SFR liên quan đến chân xuất nhập đó.
Vi điều khiển PIC16F877A có 5 cổng xuất nhập, bao gồm PORTA, PORTB,
PORTC, PORTD và PORTE. Cấu trúc và chức năng của từng cổng xuất nhập sẽ được đề
cập cụ thể trong phần sau.
a) PORTA
PORTA (RPA) bao gồm 6 I/O pin. Đây là các chân “hai chiều” (bidirectional pin),