Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Nhữ Khải Hoàn

SVTH: Nguyễn Diệp Lê Nguyên 1
LỜI NÓI ĐẦU

Khoa học công nghệ ngày một phát triển mạnh mẽ và không ngừng chinh phục
những tầm cao mới. Những tiện ích mà nó mang lại cho con người là vô cùng thiết
thực. Trong đó, hệ vi xử lý điều khiển toàn bộ hoạt động của dây chuyền sản xuất.
Những sản phẩm công nghệ cao ngày càng xuất hiện nhiều hơn bên cạnh con
người trong cuộc sống. Nhà thông minh là một khái niệm tuy đã xuất hiện ở Việt Nam
khá lâu, song nó chỉ thực sự phát triển rầm rộ trong thời gian gần đây. Trong đó, công
nghệ điều khiển từ xa không dây và tự động hóa đóng vai trò quan trọng. Chính vì lý
do này, tôi đã chọn đề tài tốt nghiệp cho mình là: “Nghiên cứu và chế tạo mạch
tự động hóa thiết bị chiếu sáng và điều khiển từ xa một số thiết bị điện trong nhà.”
Trong quá trình hoàn thành đề tài, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của thầy
Nhữ Khải Hoàn và các Thầy Cô trong bộ môn.
Do khả năng có hạn nên trong quá trình thực hiện sẽ không thể tránh khỏi
những thiếu sót, mong quý Thầy Cô và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài được hoàn
thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Diệp Lê Nguyên
………
ĐIỂM: ……………. (Bằng chữ: …………… )
Nha Trang, ngày… tháng……năm 2011
Giáo viên hướng dẫn

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Nhữ Khải Hoàn

SVTH: Nguyễn Diệp Lê Nguyên 3

Th.s Nhữ Khải Hoàn
Nhận xét của giáo viên phản biện 1
Tên đề tài:
Nghiên cứu và chế tạo mạch tự động hóa thiết bị chiếu sáng và điều khiển
từ xa một số thiết bị điện trong nhà.
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Diệp Lê Nguyên
Mã số sinh viên: 4913024035
Khóa 49, chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật Điện – Điện Tử
Nhận xét của giáo viên phản biện 1:
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
…………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
…………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
…………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
…………
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Nhữ Khải Hoàn

SVTH: Nguyễn Diệp Lê Nguyên 5
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………
ĐIỂM: ……………. (Bằng chữ: …………… )
Nha Trang, ngày… tháng……năm 2011
Giáo viên phản biện 2
 Tích hợp để mở rộng điều khiển được nhiều loại chương trình và thiết bị
khác
1.3 Nội dung thực hiện
Để thực hiện được đồ án này cần phải thực hiện một số nội dung sau:
 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu:
o Tìm hiểu về nguyên lý truyền tin không dây và các cảm biến hồng
ngoại, ánh sáng
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Nhữ Khải Hoàn

SVTH: Nguyễn Diệp Lê Nguyên 7
o Tìm hiểu về hệ vi điều khiển và các linh kiện sử dụng trong đồ án.
 Thiết kế sơ đồ khối chức năng tổng quát
 Mô phỏng và hiệu chỉnh các thông số để mạch đạt được độ chinh xác và
ổn định
 Thi công mạch thật, chạy thử và hiệu chỉnh sản phẩm:
o Thi công đồ án, chạy thử và hiệu chỉnh các thông số để mạch đạt
được độ ổn định tốt nhất.
 Kết luận và hướng phát triển của đề tài:
o Thiết kế và lập trình điều khiển các module, đặc biệt là remote
phát với khả năng mở rộng cao.
o Mở rộng ứng dụng cho mạch tự động điều khiển.
1.4 Phương pháp tiếp cận nghiên cứu
Sử dụng kết hợp cả 3 phương pháp: lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm.
Tìm hiểu cơ sở lý thuyết, mạch điện và kinh nghiệm về các vấn đề liên quan
đến đồ án. Tính toán và thiết kế sơ bộ từ đó thử nghiệm thực tế để xác định vấn đề cần
giải quyết.
Thảo luận với giáo viên hướng dẫn và những Thầy Cô có chuyên môn về vấn
đề nghiên cứu trong đồ án để định hướng và có phương pháp thực hiện phù hợp.
Tham khảo các nguồn tài liệu từ các đồ án của khóa trước, diễn đàn điện tử,
sách báo liên quan đến đồ án.


Các nguồn nhiệt (với người và con vật là nguồn thân nhiệt) đều phát ra
tia hồng ngoại, qua kính Fresnel, qua kích lọc lấy tia hồng ngoại, nó được cho
tiêu tụ trên 2 cảm biến hồng ngoại gắn trong đầu dò, và tạo ra điện áp được
khuếch đại với transistor FET. Khi có một vật nóng đi ngang qua, từ 2 cảm biến
này sẽ cho xuất hiện 2 tín hiệu và tín hiệu này sẽ được khuếch đại để có biên độ
đủ cao và đưa vào mạch so áp để tác động vào một thiết bị điều khiển.
Hình 2.2: Nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR
Hình 2.1: Cảm biến
chuyển động
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Nhữ Khải Hoàn

SVTH: Nguyễn Diệp Lê Nguyên 4
Mạch:

Phân tích sơ đồ mạch điện:
Sơ đồ cho thấy, bộ đầu dò PIR có 3 chân theo thứ tự từ trái qua phải,
chân 3 cho nối masse, chân 1 nối vào đường nguồn và chân 2 cho xuất ra tín
hiệu, nguyên do phải phân cực cho đầu PIR là vì bên trong nó có dùng
transistor FET. R2 (100K) là điện trở lấy tín hiệu. Tín hiệu này cho qua 2 tầng
khuếch đại với IC1A và IC2B. Ở đây, người ta dùng mạch hồi tiếp nghịch với
R4 (1M), R3 (10K) và tụ C2 (10uF) để định độ lợi cho tầng khuếch đại này (do
1M/10K = 100, nên độ lợi tầng này lấy khoảng 100), tụ C3 (0.1uF) có tác dụng
ép dãy tần hẹp lại, chỉ cho làm việc ở vùng tần thấp bỏ vùng tần cao (vì tác
nhân nhiệt có quán tính lớn, thường thay đổi rất chậm), tín hiệu lấy ra trên chân
1 cho qua điện trở giảm biên R5 (10K) và tụ liên lạc C4 (10uF) vào tầng khuếch
đại sau trên chân số 6.
Mạch dùng điện trở R6 (1M), diode D1, D2 và điện trở R7 (1M) tạo
thành cầu chia áp, nó lấy áp phân cực cho chân 5 của tầng khuếch đại và tạo
điện áp mẫu (Vref) cấp cho chân 9 (ngả vào đảo) và chân 12 (ngả vào không

Hình 2.4: Hình ảnh thực của cảm biến PIR. Mặt trước và mặt sau
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Nhữ Khải Hoàn

SVTH: Nguyễn Diệp Lê Nguyên 6
2.1.2 Cảm biến ánh sáng bằng quang trở LDR
Hình ảnh [2.5] là các quang trở LDR.
Nguyên lý hoạt động:
Quang trở là một miếng bán dẫn ở điều
kiện bình thường thì không dẫn điện do các
điện tử được liên kết với hạt nhân nên không
di chuyển được. Khi chiếu ánh sáng vào, điện
tử nhận được năng lượng nên sẽ thoát khỏi
sức hút hạt nhân trở thành điện tử tự do nên quang trở có khả năng dẫn điện.
Khả năng dẫn điện của LDR phụ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu vào nó,
khi ánh sáng chiếu vào càng mạnh thì điện trở của nó càng giảm và ngược lại,
khi ánh sáng chiếu vào càng yếu thì điện trở càng tăng và khi trời tối thì điện
trở gần như là vô cùng (hàng M

).
2.1.3 Vi điều khiển 89C2051
Đây là họ vi điều khiển MCS51 với thiết kế
chỉ có 20 chân cho những ứng dụng đơn giản.
IC 89C2051 chỉ có 2 port P1 và P3, hai port
này mang đầy đủ tính chất của hai port P1 và P3 ở

bộ xử lý tín hiệu thu được).
2.2.1 Bộ phát RF
Sơ đồ nguyên lý và hình ảnh bộ
phát RF (Radio Frenquency):
Bộ phát RF trên thị trường đã
được chế tạo sẵn thành dạng module
với việc sử dụng linh kiện dán nên đạt
được kích thước rất nhỏ, phù hợp cho
việc tích hợp vào những mạch chức
năng lớn để hoạt động đạt hiệu quả
cao.

Hình 2.7a: Sơ đồ nguyên lý. Hình 2.7b: Hình ảnh thực tế của mạch phát RF
data
C2
3p
VCC
R7
R
ANTENNA
L2
Y1
315m
L1R6
R
C1
7p
Q1
VCC
data

* f * L với f = 315MHz, và Z
0
= Z
L1

Tính L1:
Chọn trở kháng L1 vào khoảng 100-150

để phối hợp với
antenna, theo công thức trên L = 40-50nH, áp dụng công thức tính toán
theo mục [5] phần tài liệu tham khảo ta có D = 5mm, d = 0.3mm, N = 4.
Nếu càng tăng điện kháng dòng điện sẽ càng giảm.
Trong đó, D là đường kính cuộn dây, d: khoảng cách giữa các
vòng, N: số vòng dây.
Tính C2:
C
2
= )(
))((*)(**2
1
0
F
ZZHzf
antenna



Trong đó, Z
0
= Z

*
1
k
sb
: hệ số san bằng (k
sb
> 1, càng lớn càng
tốt)
m
dm
= 1 (m: số pha);

: tần số góc của tín hiệu cần lọc.
Điều kiện lọc tốt: X
L
>> R (điện trở của cuộn dây).
Thiết kế L
C
= 300nH thỏa mãn yêu cầu lọc, áp dụng công thức
tính toán như với L1 ta có D = 5mm, d = 0,5mm, N = 8.
Tính C1: Chọn C1 có giá trị nhỏ (vào khoảng 1p5), do là tụ pi
Tính R7: Vì Q2 hoạt động như một công tắc, nên ta sẽ chọn chế
độ làm việc bão hòa cho Q2, R7 được tính từ các công thức sau:
I
b
=

Csat
I
Với I

Q3
-
+
U10A
6
5
1
84
C11
L3
L2
R15
C14
C13
R9
R
R16
L1
C12
R16
R22
-
+
U9A
3
2
1
84
R8
C21

Chọn C
17
nhỏ quá thì Z lại lớn và ngược lại, nghĩa là C
17
phụ
thuộc vào Z.
 Mạch khuếch đại RF: đây là mạch khuếch đại có hồi tiếp âm điện
áp (nhằm ổn định), R
10
vừa làm nhiệm vụ định thiên cho Q3 vừa
làm nhiệm vụ hồi tiếp âm về cực B, R
8
và R
9
là tải của bộ khuếch
đại, R
8
điều chỉnh lượng hồi tiếp âm, Q3 được định làm việc ở
chế độ B để nâng cao hiệu suất.
 Mạch tách sóng: đây là mạch khuếch đại cách mắc CC; C
12
ghép
tín hiệu vào, C
14
hồi tiếp âm, R
15
làm nhiệm vụ định thiên kiểu
phân áp cho Q4. (L
3
, C


SVTH: Nguyễn Diệp Lê Nguyên 11
đại thuật toán tín hiệu được khuếch đại lớn lên nhiều lần. Tụ C
586

là tụ ghép tầng và chặn thành phần DC. Bộ khuếch đại thuật toán
dùng nguồn đơn, làm việc tốt nhất khi các đầu vào đảo và không
đảo được định thiên điện áp = ½ V
cc
trên cho đầu đảo. Vì trở
kháng vào của opamp lớn nên R
22
và R
16
được chọn giá trị tương
đối lớn (vào khoảng 22Kohm).
2.2.3 IC mã hóa phát PT2262
Đây là IC thực hiện việc chuyển đổi
dữ liệu vào song song thành dữ liệu để
truyền nối tiếp và thực hiện điều chế
đoạn tín hiệu đó để đưa ra phát sóng RF.
IC này có 2 loại: là loại 18 chân và
loại 20 chân, tất cả đều có 6 bit dữ liệu
vào và 12 bit định địa chỉ với 3 trạng
thái. Nên số lượng địa chỉ có thể lên đến
3
12
.
Tuy nhiên, để phù hợp với IC thu
pt2272 nên ở đây tôi chọn truyền 4 bit

thể hiện trong tên của IC. Ví
dụ: PT2272 M4 là loại có 4 bit
dữ liệu và dữ liệu ra chỉ tồn tại
trong giây lát. Hoặc PT2272
L6 là loại có 6 bit dữ liệu và dữ
liệu ra được chốt lại cho đến
khi nhận được dữ liệu mới.
Do đặc điểm ở thị
trường hiện nay có rất nhiều loại
PT2272 L4, còn lại những loại kia đều rất hiếm (nếu không muốn nói là không
có) nên ta phải lựa chọn IC phát PT2262 và tổ chức cho phù hợp.
2.2.5 Màn hình hiển thị LCD
Giới thiệu LCD:
Chọn LCD 16 cột 2 hàng. Có 2 chế độ làm việc với LCD
 Chế độ 8 bit giao tiếp song song.
 Chế độ 4 bit: ta thường làm cách này để tiết kiệm chân cho
VĐK. Nhược điểm là tốc độ chậm hơn so với chế độ 8 bit
 LCD có 3 chân điều khiển:
o EN: khởi tạo quá trình truyền dữ liệu từ VĐK đến LCD
= 1 cho phép, sau đó kiểm tra trạng thái chân RS và
RW
= 0 cấm
Hình 2.11: Các loại IC giải mã RF pt2272
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Nhữ Khải Hoàn

SVTH: Nguyễn Diệp Lê Nguyên 13
o RS: quy định dữ liệu / lệnh được truyền tới LCD
= 1 dữ liệu (ký tự) đang được viết lên LCD
= 0 lệnh đang được viết lên LCD
o RW: quy định hướng truyền dữ liệu giữa LCD và VĐK

ản điều khiển LCD

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Nhữ Khải Hoàn

SVTH: Nguyễn Diệp Lê Nguyên 14
2.2.6 IC truyền thông máy tính max232
a/. Chuẩn truyền thông RS-232
Ghép nối của chuẩn RS-232
Cổng COM ghép nối với đầu nối DB9:
D9 Tín hiệu Hướng truyền Mô tả
3 TxD DTE  DCE Dữ liệu truyền
2 RxD DCE  DTE Dữ liệu nhận
7 RTS DTE  DCE DTE yêu cầu truyền data
8 CTS DCE  DTE DCE sẵn sàng nhận data
6 DSR DCE  DTE DCE sẵn sàng làm việc
5 GND - Ground: nối đất (0V)
1 DCD DCE  DTE DCE phát hiện sóng mang
4 DTR DTE  DCE DTE sẵn sàng làm việc
9 RI DCE  DTE Báo chuông

b/. Truyền thông giữa 2 máy tính
Ghép nối bằng cáp link COM
COM2 2F6H 3 0000H-0402H
COM3 3E8H 4 0000H-0404H
COM4 2E8H 3 0000H-0406H Vì tín hiệu cổng Com thường ở mức +12V, -12V nên không tương thích
với điện áp TTL nên để giao tiếp với họ vi điều khiển MCS51 với máy tính qua
cổng Com ta phải thông qua một vi mạch biến đổi điện áp cho phù hợp với mức
TTL, ở đây ta chọn vi mạch Max 232 để thực hiện việc tương thích điện áp.
Ở trạng thái tĩnh trên đường dẫn có điện áp -12V, một bít khởi động
(Startbit) sẽ mở đầu cho việc truyền dữ liệu. Tiếp đến là các bít dữ liệu riêng lẻ,
B
ảng 2.
3:

Đ
ịa chỉ ngắt cổng truyền thông nối tiếp

Hình 2.13 Sơ đồ đấu dây giữa 2 DTE
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Nhữ Khải Hoàn

SVTH: Nguyễn Diệp Lê Nguyên 16
trong đó các bít có giá trị thấp sẽ được gửi trước tiên. Con số của các bit dữ liệu
thay đổi giữa 5 và 8. Ở cuối của chuỗi dữ liệu là bit dừng (Stopbit)
Các tốc độ baud là: 300, 600, 1200, 9600 và 19200 baud. Là số bit
truyền trong 1 giây
Khi dữ liệu từ PC được gửi đến họ vi điều khiển MCS51 qua cổng Com
thì dữ liệu này sẽ được đưa vào từng bit (nối tiếp) vào thanh ghi SBUF (thanh
ghi đệm), đến khi thanh ghi đệm đầy thì cờ RI trong thanh ghi điều khiển sẽ tự
động Set lên 1 và lúc này CPU sẽ gọi chương trình con phục vụ ngắt và dữ liệu

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Nhữ Khải Hoàn

SVTH: Nguyễn Diệp Lê Nguyên 17
Thuộc tính Mô tả
CommPort Số thứ tự cổng truyền thông
Input Nhận ký tự từ bộ đệm
Output Xuất ký tự ra cổng nối tiếp
PortOpen Mở / đóng cổng
Settings Xác định các tham số truyền Ở trạng thái mặc định:
MSComm1.Settings = "9600,N,8,1”: tốc độ truyền 9600bps, không
kiểm tra parity, 8 bit dữ liệu và stop =1 bit.

2.2.7 Opto transistor JC817
Là loại transistor quang giúp chúng ta
cách ly được điện áp giữa 1 bên là tín hiệu
điều khiển, 1 bên là thiết bị điều khiển.
Do có sự chênh lệch về mức điện áp
giữa vi điều khiển xuất ra và điện áp tín hiệu
vào cho pt2262 nên ta phải sử dụng opto
transistor để cách ly và chuyển mức điện áp.

2.2.8 Vi điều khiển 89C52
Họ vi điều khiển MCS-51 do Intel sản xuất đầu tiên vào năm 1980 là các
IC thiết kế cho các ứng dụng hướng điều khiển. Các IC này chính là một hệ
thống vi xử lý hoàn chỉnh bao gồm các thành phần của hệ vi xử lý: CPU, bộ
nhớ, các mạch giao tiếp, điều khiển ngắt.
MCS-51 là họ vi điều khiển sử dụng cơ chế CISC (Complex Instruction

 3 bộ Timer / Counter 16 bit
 6 nguồn ngắt
 Giao tiếp nối tiếp điều khiển bằng phần cứng
 64 KB vùng nhớ mã ngoài
 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài
 Cho phép xử lý bit
 210 vị trí nhớ có thể định vị bit
 4 chu kì máy cho hoạt động nhân hoặc chia
 Có các chế độ nghỉ và chế độ giảm nguồn
Cấu trúc chân cổng của AT89C52

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.s Nhữ Khải Hoàn

SVTH: Nguyễn Diệp Lê Nguyên 19
Hình 2.16 Vi điều khiển 89c52

P2 còn đảm nhiệm chức năng truyền phát thông tin về địa chỉ byte cao
khi MCS-51 truy cập bộ nhớ bên ngoài. Khi nạp chương trình và kiểm
tra chương trình trong bộ nhớ chương trình bên trong MCS-51, port P2
làm nhiệm vụ thu nhận bit địa chỉ của byte cao và các tín hiệu điều
khiển.
 Port P3: là cổng xuất nhập thông tin 8 bit song song 2 chiều. Port
P3 còn đảm nhiệm các chức năng khác như sau:
P3.0 RXD Port nhập nối tiếp
P3.1 TXD Port xuất nối tiếp
P3.2 INT0# Ngắt 0 bên ngoài
P3.3 INT1# Ngắt 1 bên ngoài
P3.4 T0 Ngõ vào Timer/Counter 0
P3.5 T1 Ngõ vào Timer/Counter 1
P3.6 WR# Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài
P3.7 RD# Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

 ALE/PROG#:
 ALE chân phát xung cho phép chốt địa chỉ, khi
MCS-51 xuất byte thấp của địa chỉ để truy cập bộ nhớ
ngoài, tín hiệu chốt kích hoạt ở mức cao, tần số xung chốt
(ALE) bằng 1/6 f(OSC).
 PROG# đây còn là chân nhận xung vào để nạp
chương trình cho Flash bên trong MCS-51, tín hiệu xung
này kích hoạt ở mức thấp
 PSEN#: chân này cho phép đọc bộ nhớ chương trình ngoài, khi
MCS-51 làm việc với bộ nhớ chương trình ngoài, chân này phát ra tín
hiệu kích hoạt ở mức thấp và được kích hoạt 2 lần trong mỗi chu kì
máy, chân PSEN# không được kích hoạt khi MCS-51 làm việc với bộ
nhớ chương trình cư trú trong và bộ nhớ dữ liệu cư trú bên ngoài.