- i -
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: Hà Văn Tú Lớp : 48CKCD
Chuyên ngành : Công nghệ Cơ – Điện Tử Mssv: 48132366
Đề tài: Thiết kế, chế tạo hệ thống đèn trang trí điều khiển từ xa
Số trang: 70 Số chương: 4 Số tài liệu tham khảo: 5
Hiện vật: 02 quyển báo cáo, 02 đĩa CD và mô hình đèn trang trí điều khiển từ xa.
NHẬN XÉT
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………

Kết luận………………………………………………………………………...

……………………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………………………. Nha Trang, ngày… tháng … năm…
Cán bộ hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên) - ii -

Điểm phản biện
Bằng số Bằng chữ

Điểm chung
Bằng số Bằng chữ

Nha Trang, ngày … tháng … năm …
CÁN BỘ PHẢN BIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên)
Nha Trang, ngày … tháng … năm …
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ tên) - iii -

LỜI CẢM ƠN

Sau một khoảng thời gian với sự cố gắng
của bản thân và được sự giúp đỡ của mọi
người, đồ án tốt nghiệp “Thiết kế, chế tạo hệ
thống đèn trang trí điều khiển từ xa” của em
đã được hoàn thành đúng thời gian quy định.
Em xin gửi đến các thầy hướng dẫn cùng
toàn thể các quý thầy trong bộ môn Cơ – Điện
tử lời cảm ơn với sự trân trọng và lòng biết ơn
sâu sắc đã hết lòng chỉ bảo và truyền đạt cho
em những kiến thức vô cùng quý báu, làm cơ
sở để em thực hiện tốt đề tài này và đã tạo điều
kiện thuận lợi để cho em hoàn tất khóa học.

1.3. Điều khiển từ xa bằng hồng ngoại ...............................................................10
1.3.1. Máy phát hồng ngoại ............................................................................10
1.3.2. Nguồn phát và bức xạ hồng ngoại.........................................................12
1.3.3. Lý thuyết mã hóa và điều chế tín hiệu hồng ngoại ...............................13
1.3.3.1. Amplitude Modulation, On-Off Keying, OOK: ..............................13
1.3.3.2. FSK, Frequency Shift Keying, Frequency Modulation ...................14
1.3.3.3. Flash, ‘Pulse’ Modulation, Base Band (Điều biến xung, dải tần số
cơ bản)........................................................................................................15
1.3.4. Một số mã IR thường dùng ...................................................................15
1.3.4.1. Pulse Distance Protocol (Định ước độ rộng xung) ..........................15 - v -
1.3.4.2. Pulse Width Protocol (Định ước bề rộng xung) ..............................16
1.3.4.3. Manchester Protocol (RC5): Định ước Manchester ........................17
1.3.4.4. Flash Protocol (Định ước Flash)....................................................18
1 3.5. Một số giải thuật giải mã bức xạ IR ......................................................20
1.3.5.1. Giải thuật giải mã Manchester Protocol (RC5): .............................20
1.3.5.2. Giải thuật giải mã Pulse Width Protocol (SIRC).............................21
1.4. Giới thiệu một số linh kiện thu hồng ngoại..................................................21
1.4.1. Điện trở quang......................................................................................21
1.4.2 Điôt quang.............................................................................................23
1.4.2.1 Điôt quang loại tiếp xúc P-N........................................................... 24
1.2.4.2 Điôt quang PIN ...............................................................................25
1.2.4.3 Điôt quang thác (APD)....................................................................26
1.2.5. Quang transistor(Photo Transistor) ......................................................27
CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..........................29
2.1. Sơ đồ tổng quát của hệ thống ......................................................................30
2.1.1. Bộ phát hồng ngoại...............................................................................30
2.1.2. Bộ thu hồng ngoại ................................................................................33

Hình 1.4: Dải sóng hồng ngoại ................................................................................8
Hình 1.5: Bức sóng tia hồng ngoại...........................................................................9
Hình 1.6: Ảnh chụp bằng hồng ngoại ....................................................................10
Hình 1.7: Cấu tạo của một máy phát hồng ngoại....................................................10
Hinh 1.8: Quang phổ của các nguồn sáng ..............................................................12
Hình 1.9: Sơ đồ phát và thu hồng ngoại của thiết bị LED hồng ngoại và
Photodiode ............................................................................................................12
Hình 1.10: Mã hóa khoảng cách xung....................................................................13
Hình 1.11: Mã hóa bề rộng xung ...........................................................................14
Hình 1.12: Mã hóa vị trí xung................................................................................14
Hình 1.13: Mã hóa Manchester..............................................................................14
Hình 1.14: FSK, Frequency Shift Keying, Frequency Modulation.........................14
Hình 1.15: Flash, ‘Pulse’ Modulation, Base Band..................................................15
Hình 1.16: Pulse Distance Protocol, Bit Encoding.................................................15
Hình 1.17: Pulse Distance Protocol, Data Frame Structure ....................................16
Hình 1.18: Pulse Distance Protocol, Repeat Frame Structure.................................16
Hình 1.19: Pulse Distance Protocol, Full Sequence Structure ................................16
Hình 1.20: Pulse Width Protocol, Bit Encoding..................................................... 17
Hình 1.21: Pulse Width Protocol, Data Frame Structure ........................................17
Hình 1.22: Pulse Width Protocol, Full Sequence Structure ....................................17
Hình 1.23: Định ước RC5, ma bit..........................................................................18
Hình 1.24: Định ước RC5, cấu trúc Frame dữ liệu.................................................18
Hình 1.25: Định ước RC5, cấu trúc dãy đầy đủ......................................................18
Hình 1.26: Flash Protocol, Bit Encoding................................................................19 - viii -
Hình 1.27: Flash Protocol, Data Frame Structure...................................................19
Hình 1.28: Flash Protocol, Full Sequence Structure...............................................19
Hình 1.29: Giải thuật giải mã Manchester Protocol (RC5).....................................20

Hình 2.16: Mạch nguyên lý AVR910 USB...........................................................43
Hình 2.17: a- Cấu tạo của relay điện từ..................................................................47
b- Hình dạng một số rơle điện tử..........................................................47
Hình 2.18: Động cơ dùng để quay tròn ngang........................................................50
Hình 2.19: Động cơ dùng quay dọc .......................................................................51
Hình 2.20: Mô hình thiết kế tổng thê. ....................................................................52
Hình 2.21: Bản vẽ chi tiết các kích thước của hệ thống đèn ( Phương án 1)...........53
Hình 2.22: Mô hình thiết kế tổng thể .....................................................................54
Hình 2.23: Bản vẽ chi tiết các kích thước của hệ thống đèn ( Phương án 2)...........55
Hình 2.24: Mạch nguyên lý khối nguồn.................................................................56
Hình 2.25: Mạch nguyên lý khối vi điều khiển ......................................................57
Hình 2.26: Mạch nguyên lý khối thu hồng ngoại ...................................................58
Hình 2.28: Mạch nguyên lý mạch điều khiển động cơ ...........................................58
Hình 2.29: Mạch in khối điều khiển trung tâm.......................................................59
Hình 2.30: Mạch in khối relay ...............................................................................59
Hình 2.31: Hình dạng tổng thể hệ thống ................................................................60
Hình 2.32: Động cơ quay ngang và đĩa dẫn điện....................................................60
Hình 2.33: Mạch điều khiển trung tâm...................................................................61
Hình 2.34: Mạch rơle.............................................................................................61
Hình 2.35: Giải thuật giải mã tín hiệu sony............................................................62
Hình 2.36: Giải thuật điều khiển mã phím .............................................................63 - 1 -
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của
chúng ta đã và đang một ngày thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của
kỹ 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 đó cũng là những yếu tố rất cần thiết góp phần
cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao.

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP
ĐIỀU KHIỂN TỪ XA - 3 -
Các hệ thống điện tử, hệ thống số mang lại cho con người nhiều ứng dụng
trong lao động sản xuất và giải trí chẳng hạn khi

bạn ở tầng 1 và phát hiện đèn trên
sân thượng vẫn quên chưa tắt, bạn muốn đèn chùm giữa phòng khách tối đi một nửa
để bạn xem phim cho có không khí, hay bạn muốn đèn ngủ trong phòng sẽ tự động
tắt sau 15 phút, một hệ thống điện tử điều khiển từ xa sẽ cho phép bạn làm tất cả
những việc đó chỉ với việc bấm nút điều khiển. Chương này sẽ đề cập đến tổng quát
một hệ thống điều khiển từ xa, ngoài ra chương sẽ nghiên cứu một phương pháp
điều khiển từ xa bằng hồng ngoại. Đây là một phương pháp truyền thông tin đã
được sử dụng rộng rãi.

1.1. Hệ thống điều khiển từ xa
Hệ thống điều khiển từ xa là một trong những hệ thống số, nó mang đầy đủ tính
chất của một hệ thống số, cho phép ta điều khiển các thiết bị từ một khoảng cách.
Khoảng cách này phụ thuộc vào tính chất, độ phức tạp của từng hệ thống, như đối
với hệ thống điều khiển các trạm vũ trụ trong không gian thì cần bộ thu và phát
sóng mạnh, nhưng với các hệ thống điều khiển dân dụng như: tivi, máy tinh,... thì ta


1.1.1. 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 chính xác và
nhanh chóng theo những yêu cầu sau:

1.1.1.1. 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.
1.1.1.2. 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.

1.1.1.3. Các phương pháp mã hóa trong điều khiển từ xa
Trong hệ thống truyền thông tin rời rạc hoặc trong 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… - 5 -
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.

năng
Tạo dao động
chuẩn
Mã
hóa
Chuyển
đổi song
song
sang nối
tiếp
Điều
chế và
phát
FM
Thiết
bị
phát
Chốt
dữ
liệu - 6 -
- Khối chọn phím chức năng và khối mã hóa: Khi người sử dụng bấm vào các
phím chức năng để phát lệnh yêu cầu của mình, mỗi phím chức năng tương ứng với
một số thập phân. Mạch mã hóa sẽ chuyển đổi thành mã nhị phân tương ứng dưới
dạng mã lệnh tín hiệu số gồm các bít 0 và 1. Số bit trong mã lệnh nhị phân có thể là
4 bit hay 8 bit … tùy theo số lượng các phím chức năng nhiều hay ít.
- Khối tạo dao động chuẩn: Khi nhấn 1 phím chức năng thì đồng thời khởi
động mạch dao động tạo xung đồng hồ, tần số xung đồng hồ xác định thời gian


Giải
mã
Chuyển
đổi nối
tiếp sang
song

song
Mạch
điều
khiển - 7 -
- Khối thiết bị thu: Tia hồng ngoại từ phần phát được tiếp nhận bởi LED thu
hồng ngoại hay các linh kiện quang khác.
- Khối khuếch đại và tách sóng: trước tiên, khuếch đại tín hiệu nhận rồi đưa qua
mạch tách sóng nhằm triệt tiêu sóng mang và tách lấy dữ liệu cần thiết là mã lệnh.
- Khối chuyển đổi nối tiếp sang song song và Khối giải mã: mã lệnh được đưa
vào mạch chuyển đổi nối tiếp sang song song và đưa tiếp qua khối giải mã ra thành
số thập phân dưới dạng một xung kích tại ngõ ra tương ứng để kích mở mạch điều
khiển.
- Tần số sóng mang còn được dùng để so pha với tần số dao động bên phần thu
giúp cho mạch thu phát hoạt động đồng bộ, đảm bảo cho mạch tách sóng và mạch
chuyển đổi nối tiếp sang song song hoạt động chính xác.

1.2. Tia hồng ngoại
1.2.1. Lược sử phát triển tia hồng ngoại
Năm 1800, William Hershel đã phát hiện ra sự tồn tại của bức xạ nhiệt ở ngoài

bằng tia hồng ngoại, chùm tia hồng ngoại phát đi hẹp, có hướng, do đó khi thu phải
đúng hướng.
Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu, được ứng dụng rộng
rãi trong công nghiệp. Lượng thông tin có thể đạt 3 mega bit /s. Lượng thông tin
được truyền đi với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ.
Sóng hồng ngoại có những đặc tính quan trọng giống như ánh sáng thu (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. Có những vật chất ta thấy nó dưới một màu
xám đục nhưng với ánh sáng hồng ngoại nó trở nên xuyên suốt. Vì vật liệu bán dẫn - 9 -
“trong suốt” đối với ánh sáng hồng ngoại, tia hồng ngoại không bị yếu đi khi nó
vượt qua các lớp bán dẫn để đi ra ngoài. Hình 1.5: Bức sóng tia hồng ngoại

1.2.3. Ứng dụng tia hồng ngoại
Trên thế giới IR đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, như ứng dụng trong chế
tạo các thiết bị quang điện tử trong đo lường - kiểm tra; các thiết bị chẩn đoán và
điều trị trong y tế; trong các hệ thống truyền thông; các hệ chỉ thị mục tiêu trong
thiên văn, trong điều khiển các thiết bị vũ trụ và trong những năm gần đây, chúng
còn được sử dụng để thăm dò tài nguyên thiên nhiên của trái đất và các hành tinh
khác, để bảo vệ môi trường. Đặc biệt, nó có những ứng dụng rất quan trọng trong
lĩnh vực quân sự. Các ứng dụng quân sự của IR, đòi hỏi các detectors phải có độ
nhậy cao, đáp ứng nhanh, phải mở rộng dải phổ làm việc của detectors và dải truyền
qua của vật liệu quang học. Cuối chiến tranh thế giới lần thứ hai, nhờ ứng dụng IR
người ta đã chế tạo được bom quang - điện tự điều khiển, các hệ thống điều khiển
hỏa lực trên cơ sở biến đổi quang - điện, các thiết bị nhìn đêm cho vũ khí bộ binh,


Quản lý bàn
phím và tạo mã

Khuếch đại
công suất
LED
phát
hồng
ngoại - 11 -

Đây là các kỹ thuật đơn giản, chi phí thấp thường được ứng dụng trong các
thiết bị gia đình.
- Bàn phím: Tác dụng phát ra các yêu cầu khi người sử dụng bấm phím. Mỗi
phím chức năng tương ứng với một số thập phân. Khi nhấn phím chức năng, qua
mạch mã hóa sẽ chuyển đổi thành mã nhị phân tương ứng dưới dạng mã lệnh tín
hiệu số gồm các bit 0 và 1. Số bit trong mã lệnh nhị phân có thể là 4 bit hay 8
bit…tùy theo số lượng các phím chức năng nhiều hay ít.
- Khối tạo dao động chuẩn: Khi nhấn 1 phím chức năng thì đồng thời khởi
động mạch dao động tạo xung đồng hồ, tần số xung đồng hồ xác định thời gian
chuẩn của mỗi bit.
- Quản lý bàn phím và tạo mã: Mã nhị phân ứng với phím chức năng tương
ứng của bàn phím sẽ được chốt, sau đó được chuyển đổi dữ liệu song song ra nối
tiếp. Mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp được điều khiển bởi xung đồng
hồ và mạch định thời nhằm đảm bảo kết thúc đúng lúc việc chuyển đổi đủ số bit của
một mã lệnh, lúc này kết thúc quá trình tạo mã.
- Khối khếch đại: Tại đây mã lệnh sẽ được sẽ được khuếch đại và ghép mã

1.3.3. Lý thuyết mã hóa và điều chế tín hiệu hồng ngoại
Sóng hồng ngoại được dùng trong các ứng dụng điều khiển từ xa được điều chế
để cho phía thu dễ cảm nhận mức tín hiệu phát giữa tín hiệu mong muốn và nhiễu
hồng ngoại từ nhiều nguồn xung quanh. Có nhiều kỹ thuật điều chế và mã hóa được
dùng để phân biệt giữa nhiễu không mong muốn và tín hiệu hồng ngoại.
Ba kỹ thuật điều chế cơ bản thường được dùng:
- Amplitude Modulation, On-Off Keying, OOK (Điều biến biên độ xung,
điều báo đóng mở).
- FSK, Frequency Shift Keying, Frequency Modulation
(Đánh tín hiệu dịch tần số, điều biến dịch tần số, biến điệu tần số FM).
- Flash, ‘Pulse’ Modulation, Base Band (Điều biến xung, dải tần số cơ bản).
1.3.3.1. Amplitude Modulation, On-Off Keying, OOK:
(Điều biến biên độ xung, điều báo đóng mở)
Dùng điều biên AM là một trong các kỹ thuật lâu đời và đơn giản nhất, tia hồng
ngoại được nhóm thành các xung quanh tần số trung tâm (thường là 30-60kHz theo
dãy tần dân dụng). Máy thu điều chỉnh đến một tần số riêng biệt và tất cả các nhiễu
khác nằm ngoài băng thông sẽ không thể đi qua bộ lọc. Các máy thu tích hợp từ
nhiều nhà sản xuất đáp ứng các chức năng này như Infineon, Vishay, Sharp, … Các
linh kiện đơn giản gồm 3 chân tạo ra các tín hiệu giải điều chế ở mức logic, dễ dàng
giao tiếp với các vi xử lý của máy thu. Chúng thường được điều chỉnh ở một tần số
nhất định (30, 33, 36, 38, 40 hay 56kHz).
Các hệ thống điều biên dùng nhiều phương pháp mã hóa khác nhau.
- Pulse Distance Encoding (Mã hóa khoảng cách xung) Hình 1.10: Mã hóa khoảng cách xung
- 14 -

Hình 1.15: Flash, ‘Pulse’ Modulation, Base Band

1.3.4. Một số mã IR thường dùng
1.3.4.1. Pulse Distance Protocol (Định ước độ rộng xung)
Mã hóa khoảng cách xung thường dùng bởi các công ty Nhật (NEC, Sanyo và others).
Kỹ thuật này dùng mã hóa khoảng cách xung và điều chế biên độ. Data Payload gồm 8 bit
địa chỉ và 8 bit lệnh, tất cả được gởi đi 2 lần để đảm bảo độ tin cậy. Lần truyền thứ 2 được
lấy bù, vì vậy tổng chiều dài khung là hằng số. Dữ liệu được bắt đầu bằng chuỗi xung, 9ms
mark và 4. 5ms space để cấu hình cho AGC (automatic gain control) của máy thu. Dữ liệu
được kết thúc bằng xung 560us mark, để hoàn tất bit dữ liệu cuối cùng.
Log. ‘1’ gồm 1 xung 560 µs mark và 1690 µs space.
Log. ‘0’ gồm 1 xung 560 µs mark và 560 µs space
Tần số sóng mang 38 kHz.

Hình 1.16: Pulse Distance Protocol, Bit Encoding
(Định ước khoảng cách xung, mã hóa bit) - 16 -

Hình 1.17: Pulse Distance Protocol, Data Frame Structure
(Định ước khoảng cách xung, cấu trúc Frame dữ liệu) Hình 1.18: Pulse Distance Protocol, Repeat Frame Structure
(Định ước khoảng cách xung, Cấu trúc Frame lặp lại)

Khi một phím được nhấn, một chuỗi bit lệnh được phát ra. Tuy nhiên thời gian
nhấn một nút thường lâu hơn khoảng thời gian của một khung hoặc do nút được
nhấn chìm liên tiếp. Giao thức tiếp tục phát ra các khung lặp sau data frame cho đến