LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với những ứng dụng của khoa học kĩ thuật trên tiên tiến, thế giới
chúng ta đã và đang ngày một thay đổi,văn minh và hiên đại hơn. Sự phát triển của
kĩ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự
chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết cho hoạt động
của con người đạt hiệu quả cao.
Điện tử đang trở thành một ngành công nghiệp đa nhiệm vụ. Điện tử đã đáp
ứng những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực công nông lâm ngư nghiệp cho đến
các nhu cầu thiết bị trong đời sống hàng ngày
Một trong những ứng dụng quan trọng trong công nghệ điện tử là kỹ thuật
điều khiển từ xa. Nó đã góp phần rất lớn trong việc điều khiển các thiết bị từ xa hay
những thiết bị mà con người không thể trực tiếp chạm vào để vận hành điều khiển.
Xuất phát từ ứng dụng quan trọng trên, nhóm đã thiết kế và thi công mạch
điều khiển thiết bị điện trong nhà sử dụng module thu phát sóng vô tuyến trên tần
số ISM nRF24L01.
Để tìm hiểu ứng dụng này, nhóm xin thực hiện đề tài gồm 3 phần sau:
 Phần 1: Giới thiệu đề tài.
 Phần 2: Lý thuyết tổng quan
 Phần 3: Giới thiệu linh kiện sử dụng.
 Phần 3: Thiết kế và thi công mạch chức năng.
 Phần 4: Kết luận và đánh giá kết quả.

1


PHẦN 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Tên đề tài: Thiết kế thi công hệ thống không dây điều khiển thiết bị trong nhà
trên tần số ISM.
Yêu cầu đề tài:
 Thiết kế thi công phần cứng.

quan trọng và phổ biến trong đời sống. Nếu điều khiển IR chỉ dùng trong nhà thì
điều khiển RF lại dùng cho nhiều vật dụng bên ngoài như các thiết bị mở cửa
gara xe, hệ thống báo hiệu cho xem các loại đồ chơi điện tử từ xa thậm chí kiểm
soát vệ tinh và các hệ thống máy tính xách tay và điện thoại thông minh…
a. Hoạt động
Với loại điều khiển này, nó cũng sử dụng nguyên lý tương tự như điều
khiển bằng tia hồng ngoại nhưng thay vì gửi đi các tín hiệu ánh sáng, nó lại
truyền sóng vô tuyến tương ứng với các lệnh nhị phân. Bộ phận thu sóng vô
tuyến trên thiết bị được điều khiển nhận tín hiệu và giải mã nó.
b. Ưu điểm
 Truyền xa hơn IR với khoảng cách khoảng 30m hoặc có thể lên tới
100m.
 Truyền xuyên tường,kính…
c. Khuyết điểm
3


 Bị nhiễu sóng do bên ngoài có rất nhiều các thiết bị máy móc sử dụng
các tần số khác nhau.

Nhận thấy ưu điểm lớn của sóng vô tuyến RF nhóm đã quyết định chọn sóng RF
cho đề tài này.
Lý do:
 Điều khiển thiết bị sử dụng sóng RF hoạt động trên băng tần ISM là phương
pháp sử dụng phổ biến nhất hiện nay bởi vì tần số ISM là các băng tần miễn
phí được sử dụng do đó tiết kiệm chi phí.
 Sóng RF truyền xa và truyền được trong không gian có vật cản.
 Tốc độ truyền nhanh và có thể mở rộng số lượng thiết bị điều khiển.
 Có thể điều khiển theo theo kiểu muiltihop ( điều khiển bắt cầu).


Toàn bộ hệ thống trên hoạt động ở băng tần ISM 2.4GHz và sử dụng module
nRF24L01+ để truyền và nhận thông tin ( Chi tiết về module nRF24L01 được đề
cập ở phần sau).

6


PHẦN 2. LÝ THUYẾT TỔNG QUAN

2.1. Tổng quan về sóng vô tuyến RF.
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 khác. 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.

Hình 2.1. Phổ tần số sóng vô tuyến và ứng dụng
Phổ này kéo dài từ các tần số dưới âm thanh (subsonic - vài Hz) đến các
tia vũ trụ (10E22 Hz) và được chia tiếp thành các đoạn nhỏ gọi là các băng tần.
7


Toàn bộ dải tần số vô tuyến (RF) lại được chia ra thành các băng nhỏ hơn, có tên
và kí hiệu như bảng sau theo Ủy ban tư vấn về Thông tin vô tuyến quốc tế CCIR

động, thông tin hàng hải và hàng không, phát thanh FM thương mại (88 đến
9


108 MHz), truyền hình thương mại (kênh 2 đến 12 với tần số từ 54 MHz đến
216 MHz).
 Các tần số cực cao (UHF - UltraHigh Frequencies). Có giá trị nằm trong
phạm vi 300 MHz ÷ 3 GHz (còn gọi là sóng đề xi mét), dùng cho các kênh
truyền hình thương mại 14 ÷ 83, các dịch vụ thông tin di động mặt đất, các
hệ thống điện thoại tế bào, một số hệ thống rada và dẫn đường, các hệ thống
vi ba và thông tin vệ tinh.
 Các tần số siêu cao (SHF - SuperHigh Frequencies). Có giá trị nằm trong
phạm vi 3 ÷ 30 GHz (còn gọi là sóng cen ti mét), chủ yếu dùng cho vi ba và
thông tin vệ tinh.
 Các tần số cực kì cao (EHF - Extremely High Frequencies). Có giá trị nằm
trong phạm vi 30 ÷ 300 GHz (còn gọi là sóng mi li mét), ít sử dụng cho
thông tin vô tuyến.
 Các tần số hồng ngoại. Có giá trị nằm trong phạm vi 0,3 THz ÷ 300 THz, nói
chung không gọi là sóng vô tuyến. Sử dụng trong hệ thống dẫn đường tìm
nhiệt, chụp ảnh điện tử và thiên văn học.
 Các ánh sáng nhìn thấy. Có giá trị nằm trong phạm vi 0,3 PHz ÷ 3 PHz, dùng
trong hệ thống sợi quang.
 Các tia cực tím, tia X, tia gamma và tia vũ trụ. Rất ít sử dụng cho thông tin.

2.2. Các băng tần ISM (Industrial Scientific Medical ).
Đối với mạng cục bộ vô tuyến, FCC quy định về:
10




802.11,802.11b và 802.11g và được xem là băng tần được sử dụng khá phổ biến.
FCC định nghĩa ra băng tần ISM 2.4 GHz là dãy tần số từ 2.4000GHz đến
2.5000GHz (hay2.4500 GHz ± 50 MHz). Các thiết bị wireless LAN thực sự chỉ sử
dụng dãy tần số từ 2.4000 GHz đến 2.4835 GHz . Lý do chính cho sự giới hạn này
là do FCC chỉ định nghĩa ra công suất cho phép các thiết bị wireless hoạt động
trong dãy trên trong băng tần ISM 2.4GHz mà thôi.
Băng tần ISM 5.8 GHz
Băng tần này còn được gọi là băng tần ISM 5 GHz. Băng tần ISM 5.8 GHz có
dãy tần số từ 5.725 GHz đến 5.875 GHz và tạo ra băng thông 150 MHz.Băng tần
ISM 5.8 GHz không được chỉ định để sử dụng cho các thiết bị wireless LAN. Nó
chồng chập lên một tần số “license-free” khác đó là tần số Upper UNII 5GHz được
sử dụng cho wireless.
2.3. Các băng tần ISM tại việt nam.
Điều kiện về tần số và các giới hạn phát xạ đối với thiết bị vô tuyến điện cự
ly ngắn được sử dụng có điều kiện được quy định bởi BỘ THÔNG TIN VÀ
TRUYỀN THÔNG được liệt kê theo bảng sau.

12


13


14


15


Bảng 2.3 Điều kiện về tần số và các giới hạn phát xạ đối với thiết bị vô tuyến điện








biến xung;
Chế độ tiết kiệm năng lượng (Sleep Mode);
Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP (In-Circuit Serial Programing);
Nguồn dao động lập trình được tạo bằng công nghệ CMOS;
1 bộ biến đổi tương tự - số (ADC) 10 bit, 8 ngõ vào;
2 bộ so sánh tương tự (Comparator);
1 bộ định thời giám sát (WDT – Watch Dog Timer);
35 tập lệnh có độ dài 14 bit;
Tần số hoạt động tối đa là 29 MHz;
1 cổng nối tiếp (Serial Port);
15 nguồn ngắt (Interrupt).
17


18


o
Sơ đồ chân PIC 16F877A

Hình 3.1 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC 16F877A
19


 Các chân IO chạy được cả 3.3 lẫn 5V.
Giao tiếp.
 4 pin SPI.
 Tốc độ tối đa 8Mbps.
 3-32 bytes trên 1 khung truyền nhận
Ứng dụng:
21


 Thiết bị ngoại vi không dây.
 Mouse, keyboard, remote.
 Tai nghe không dây.
 Tay cầm game.
 Ngôi nhà thông minh.
Sơ đồ khối cấu trúc nRF24l01

Hình 3.4 sơ đồ khối cấu trúc nRF24L01

22


Sơ đồ chân:

Hình 3.5. Sơ đồ chân nRF24L01
Chức năng của các chân:

Hình 3.6. chức năng của các chân nRF24L01
23




R/W

Không sử dụng

R/W

0: cho phép ngắt RX sảy ra trên
chân IRQ
1: không cho phép

MASK_TX_DS

5

0

R/W

Cho phép ngắt TX

MASK_MAX_RT

4

0

R/W

Cho phép ngắt MAX


R/W

1: POWER UP, 0:POWER
DOWN

PRIM_RX

0

0

R/W

RX/TX control -1: PRX, 0: PTX

EN_RXADDR

Cho phép địa chỉ nhận

Reserved

7:6

00

Không sử dụng

ERX_P5



05

ERX_P2

2

1

R/W

Cho phép nhận dữ liệu luồng 2

ERX_P1

1

1

R/W

Cho phép nhận dữ liệu luồng 1

ERX_P0

0

1

R/W

Reserved

7:5

000

R/W

Không sử dụng

PLL_LOCK

4

0

R/W

Khóa tín hiệu PLL chỉ sử dụng
trong thử nghiệm

RF_DR

3

1

R/W

“0”: 1 M data rate

7

0

Không sử dụng

RX_DR

6

0

“0” có dữ liệu mới được nhận

TX_DS

5

0

“0” có dữ liệu mới được truyền

MAX_RT

4

0

RX_P_NO