Tiểu luận Thiết kế và thi công mạch điều khiển ô tô từ xa
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
MỤC LỤC
Lời Mở Đầu ..................................................................................................................................................1
PHẦN I: TỔNG QUAN ...................................................................................................................................4
1.1.Giới thiệu điều khiển từ xa.................................................................................................................5
1.1.1. Điều khiển từ xa bằng tần số vô tuyến RF..................................................................................
1.1.2. Hoạt động ..................................................................................................................................
1.2.Giới thiệu Kit và các linh kiện sử dụng ...............................................................................................5
1.2.1. Giới thiệu Kit STM32F103 ..........................................................................................................
1.2.1.1. Mạch CPU...............................................................................................................................
1.2.1.2. Các cổng I/O đa dụng.............................................................................................................
1.2.1.3. Khối giao tiếp RS232 qua cổng USART1 .................................................................................
1.2.1.4. Khối giao tiếp với LCD16x2.....................................................................................................
1.2.2. Cảm biến siêu âm SRF05 ............................................................................................................
1.2.3. Cặp thu phát RF PT2262 và PT2272 ...........................................................................................
1.2.3.1. Mã hóa với PT2262 ................................................................................................................
PHẦN II: THIẾT KẾ MẠCH
2.1. Sơ đồ khối......................................................................................................................................6
2.1.1. Chức năng và nhiệm vụ của từng khối.............................................................................6
2.2. Sơ đồ nguyên lý và hoạt động của mạch.......................................................................................6
2.2.1. Sơ đồ nguyên lý................................................................................................................6
2.2.2. Nguyên lý hoạt động của mạch........................................................................................6
2.2.3. Sản phẩm hoàn thiện.......................................................................................................6
PHẦN III: KẾT LUẬN
3.1. Tài liệu tham khảo.........................................................................................................................6
1
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Lời nói đầu
Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của
chúng ta đã và đang ngày một 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
độ chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ đó là những yếu tố rất cần thiết giúp cho
các hoạt động của con người đạt hiệu quả cao hơn.
Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Điện tử đã đáp ứng
được những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực Công – Nông – Lâm – Ngư
nghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết cho hoạt động cuộc sống hằng ngày.
Một trong những ứng dụng quan trọng của công nghệ điện tử là kỹ thuật
điều khiển từ xa, nó góp phần rất lớn trong việc điều khiển các thiết bị khác mà
không cần trực tiếp chạm vào nó.
Xuất phát từ những ứng dụng, cũng như sự hữu ích của việc điều khiển từ xa
trên nhóm em đã quyết định thiết kế và thi công mạch điều khiển oto từ xa sử dụng
sóng RF qua máy tính.
Do thời gian, tài liệu và trình độ còn nhiều hạn chế nên bản báo cáo vẫn
chưa thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong sự chỉ dẫn, góp ý của thầy cô cũng
như tất cả các bạn!
Hà Nội, tháng 4 năm 2015
2
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
PHẦN I: TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu điều khiển từ xa
1.1.1 Điều khiển từ xa bằng tần số vô tuyến RF
Những chiếc điều khiển từ xa đầu tiên trên thế giới được ra đời nhằm mục
đích phục vụ cho chiến tranh. Các loại điều khiển từ xa bằng tần số vô tuyến
xuất hiện vào chiến tranh thế giới thứ I nhằm hướng dẫn các tàu hải quân Đức
đâm vào thuyền của quân Đồng Minh.
Đến chiến tranh thế giới thứ II điều khiển từ xa được sử dụng để kích nổ
những quả Bom, sau chiến tranh công nghệ tuyệt vời giúp chúng ta tiếp tục được
cải tiến để phục vụ đắc lực trong đời sống con người. Và đến nay có thể nói ai
cũng đều đã từng sử dụng điều khiển từ xa để điều khiển một thietes bị nào đó.
Ban đầu, người ta dùng điều khiển từ xa sử dụng tần số vô tuyến RF( Radio
Frequency) và sau đó bắt đầu ứng dụng công nghệ hồng ngoại IR( Infrared
Remote) vào điều khiển từ xa. Hiện nay trong đời sống chúng ta sử dụng cả hai
loại điều khiển từ xa này.
Điều khiển từ xa bằng tần số vô tuyến RF là loại điều khiển từ xa xuất hiện
đầu tiên và đến nay vẫn giữ một vai trò quan trọng, 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 khác như các thiết bị mở cửa gara xe, hệ thống báo hiệu cho các loại
đồ chơi điều khiển từ xa thậm chí kiểm soát vệ tinh và các hệ thống máy tính
xách tay, điện thoại thông minh…
1.1.2 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.
3
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
1.2 Giới thiệu KIT và các linh kiện sử dụng
1.2.1 Giới thiệu KIT STM32F103
STM32F103C8T6 sử dụng lõi ARM Cotex-M3 32-bit, lõi hoạt động ở
tần số 72Mhz, tốc độ cao, bộ nhớ flash lên đến 64 Kbytes và SRAM lên
đến 20 Kbytes, các cổng ngoại vi nâng cao I/O.
Stm32F103 có 5 cổng I/O đa dụng với 80 chân điều khiển. mỗi chân đều có
thể cấu hình như là chức năng GPIO hoặc các chức năng thay thế khác, hoặc mỗi
chân có thể dùng làm ngắt ngoài. Các cổng I/O được đánh dấu theo thứ tự từ A ->
E và mức điện áp tiêu thụ ở 5V. chức năng thay thế giúp cho người dùng sử dụng
các cổng GPIO với các ngoại vi khác. Để thuận tiện cho việc kết nối phần cứng,
một ngoại vi có thể được ánh xạ đến 1 hay nhiều chân của vi xử lý Stm32.
4
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Khối mạch giao tiếp RS233 qua cổng USART1:
Mặc dù các chuẩn trao đổi dữ liệu dạng nối tiếp dần dấn không còn được hỗ
trợ trên máy tính, nhưng chúng vẫn được sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực nhúng
bởi sự tiện ích và tính đơn giản. STM32 có đến 3 khối USART, mỗi khối có khả
năng hoạt động lên đến tốc độ 4.5Mbps. một khối USART nằm trên APB1 với
xung nhịp hoạt động 72Mhz, các khối còn lại nằm trên APB2 hoạt động ở xung
nhịp 36Mhz. Với mạch tích hợp cho phép chia nhỏ tốc độ BAUD chuẩn thành
nhiều tốc độ khác nhau thích hợp với nhiều kiểu trao đổi dữ liệu khác nhau. Mỗi
kênh USART có hai kênh DMA dành ch truyền và trao đổi dũ liệu. khi hỗ trợ giao
tiếp UART hoặc USART cung cấp nhiều chế độ giao tiếp. Có thể trao đổi dữ liệu
theo kiểu chế độ half-duplex trên đường truyền Tx. Khi hỗ trợ giao tiếp có sử dụng
model và giao tiếp có sử dụng điều khiển luồng USART cung cấp thêm các tín
hiệu điều khiển CTS và RTS.
5
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Khối giao tiếp LCD16x2
1.2.2 Cảm biến siêu âm SRF05
Một số loại cảm biến siêu âm:
6
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Cảm biến siêu âm có nhiều loại, tùy theo công dụng như để nhận biết vật
trong khoảng cách gần hay xa, nhận biết các vật có tính chất khác nhau và
trong những điều kiện hoạt động khác nhau mà người ta chế tạo các loại
cảm biến siêu âm cũng khác nhau.
1.2.2.1 cảm biến siêu âm và nguyên tắc TOF( Time Of Flight)
sóng siêu âm được truyền đi trong không khí với vận tốc khoảng 343 m/s.
Nếu một cảm biến phát ra sóng siêu âm và thu về các sóng phản xạ đồng
thời, đo được khoảng thời gian từ lúc phát đi đến lúc thu về thì máy tính có
thể xác định được quãng đường mà sóng đã truyền đi trong không gian.
Quãng đường di chuyển của sóng sẽ bằng 2 lần khoảng cách từ cảm biến đến
chướng ngại vật, theo hướng phát của sóng siêu âm. Hay khoảng cách từ
cảm biến đến chướng ngại vật sẽ được tính theo nguyên lý TOF: d = v.t/2
7
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
SRF05 là một bước phát triển từ SRF04, nó được thiết kế nhằm tawnh
tính linh hoạt, phạm vi ngoài ra còn giảm bớt chi phí. SRF05 hoàn toàn
tương thích SRF04 và khoảng cách được tăng từ 3m lên 4m.
SRF05 cho phép sử dụng một chân duy nhất cho cả kích hoạt và phản
hồi, do đó tiết kiệm giá trị trên chân điều khiển. khi chân chế độ không kết
nối thì SRF05 hoạt động riêng biệt chân kích hoạt và chân hồi tiếp như
SRF04. SRF05 bao gồm một thời gian trễ trước khi xung phản hồi để mang
lại điều khiển chậm hơn chẳng hạn như bộ điều khiển thời gian cơ bản
stamps và picaxe để thực hiện các xung lệnh.
1.2.2.2 Các chế độ của SRF05
- Chế độ 1: Tương ứng SRF04 - tách biệt kích hoạt và phản hồi
Chế độ này sử dụng riêng biệt chân kích hoạt và chân phản hồi, và là chế
độ đơn giản nhất để sử dụng. Tất cả các chương trình làm việc cho
SRF04 sẽ làm việc cho SRF05 ở chế độ này
8
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
- Chế độ 2: Dùng một chân cho cả kích hoạt và phản hồi
Chế độ này sử dụng một chân duy nhất cho cả kích hoạt và hồi tiếp, và
được thiết kế để lưu giá trị trên chân lên bộ điều khiển nhúng. Để sử dụng
chế độ này chân chế độ kết nối vào chân mass. Tín hiệu hồi tiếp sẽ xuất
hiện trên cùng một chân với tín hiệu kích hoạt. SRF05 sẽ không tăng
dòng phản hồi cho đến 700us sau khi kết thúc các tín hiệu kích hoạt.
9
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
- Tính toán khoảng cách
Giản đồ SRF05 thể hiện ở 2 chế độ trên. Chỉ cần cung cấp một xung ngắn
tối thiểu 10us kích hoạt đầu vào để bắt đầu đo khoảng cách. Các SRF05
sẽ cho ra một chu kỳ 8 burst của siêu âm ở 40khz và tăng cao dòng phả
hồi của nó. Sau đó chờ phản hồi, và ngay sau khi phát hiện nó giảm các
10
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
dòng phản hồi lại. Dòng phản hồi là một xung có chiều rộng tỷ lệ với
khoảng cách đến đối tượng. bằng cách đo xung ta hoàn toàn có thể tính
được khoảng cách theo inch/cm hoặc đơn vị đo khác. Nếu không phát
hiện gì thì SRF05 giảm thấp hơn dòng phản hồi của nó sau khoảng 30ms.
SRF05 có thể được kích hoạt nhanh chóng sau mỗi 50ms, hoặc 20 lần
mỗi giây. Nên chờ 50ms trước khi kích hoạt tiếp, ngay cả khi SRF05 phát
hiện một đối tượng gần và xung phản hồi ngắn hơn, điều này để đảm bảo
các siêu âm “beep” đã phai mờ và sẽ không gây ra sai lệch ở các lần đo
kế tiếp.
- Một số đặc điểm khác của cảm biến siêu âm SRF05
Mức độ của sóng âm hồi tiếp phụ thuộc vào cấu tạo của đối tượng và góc
phản xạ của nó:
Một tín hiệu mềm có thể cho ra tín hiệu phản hồi yếu hoặc không có phản
hồi. Một đối tượng ở một góc cân đối thì mới có thể chuyển thành tín
hiệu phản chiếu cho cảm biến nhận.
11
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
1.2.3 Cặp thu phát RF PT2262 và PT2272
Trước khi nghĩ đến việc mở rộng các ứng dụng của sóng điện từ trong
viễn khiển, nghĩa là vùng sóng vô tuyến đẻ điều khiển các thiết bị từ xa,
chúng ta hãy tìm hiểu kỹ hơn về 2 IC chuyên dùng trong điều khiển từ xa
đó là IC PT2262 dùng để tạo mã lệnh và IC PT2272 dùng để giải mã.
Ngày nay người ta chế tạo rất nhiều các cặp IC, một con thì dùng cho bên
phát và một con dùng cho bên nhận.
Trước hết chúng ta hãy tìm hiểu khái quát công dụng của các chân IC
này. PT2262 có sơ đồ chân như hình vẽ sau:
IC PT2262 có nhiều nhóm, nhiều phiên bản, phân nhóm theo các chữ
viết tiếp theo ở bên chữ PT2262, hình vẽ cho thấy có nhóm 18 chân và nhóm
20 chân, theo tên ghi trên các chân của IC chúng ta hiểu công dụng của từng
chân như sau:
Chân cuối của hàng dưới cho nối mass. Và chân cuối cùng của hàng trên
cho nối Vcc, từ 4V đến 15V. Trên chân OSC1 và OSC2 dùng gắn điện trở R
để định tần cho xung nhịp, dùng tạo ra các dãy xung mã lệnh. Tần số xung
nhịp phải lấy tương thích giữa bên phát và bên nhận.
Các chân A0 – A5 dùng nhập mã địa chỉ, trên mỗi chân có thể có 3 trạng
thái, cho nối mass là bit 0, cho nối vào nguồn dương là bit 1 và để trống là
bit F.
Chân A6/D0 – A11/D5 có thể dùng như các chân địa chỉ từ A6- A11,
nhưng khi dùng như chân nhập dữ liệu DATA thì chỉ xác lập theo mức 0 và
mức 1, chỉ có 2 trạng thái.
12
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Chân TE dùng cho xuất nhóm xung mã lệnh, nó có tác dụng ở mức áp
thấp. nghĩa là khi chân này ở mức thấp nó sẽ xuất ra xung mã lệnh trện chân
Dout.
Chân Dout, là chân ngã ra của nhóm tín hiệu mã lệnh, các tín hiệu mã
lệnh đều ở dạng xung, nghĩa là lúc ở mức thấp, lúc ở mức cao.
1.2.3.1 Mã hóa với PT2262
Cơ bản PT2262 sử dụng mỗi bit gồm 3 trạng thái 0,1 và f. mỗi trạng thái sẽ
có một kiểu mã hóa bit code khác nhau. Mỗi bit code mã hóa chứa trong 32
chu kỳ tần số mã hóa của OSC(32a) phụ thuộc vào giá trị của điện trở gắn
trên chân OSC1 và OSC2. Sau khi có xung nhịp có chu kỳ a, bây giờ người
ta tạo ra các xung khác nhau dùng để chỉ trạng thái các bit: đó là bit 0,1 và
bit f
o Bit 0 được thay thế bằng chuỗi 1000 1000
o Bit 1 được thay thế bằng chuỗi 1110 1110
o Bit f được thay thế bằng chuỗi 1000 1110
Sync bit được thay thế bằng chuỗi 10000000|00000000|00000000|00000000
Như vậy chuỗi bit phát đi sẽ được thay thế bằng chuỗi bit mã hóa nó.
Ví dụ: một từ mã code word PT2262 muốn phát là
“11110000|1010|syncBit”( 8 bit địa chỉ| 4 bit dữ liệu| 1 syncBit) sẽ được mã
hóa thành chuỗi 128 bit:
11101110.11101110.11101110.11101110.10001000.10001000.10001000.10
001000|11101110.10001000.11101110.10001000|11101110.00000000.0000
0000.00000000. xung nhịp tạo ra từ mạch dao động:
13
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Xung nhịp bit 0
Xung nhịp bit 1
Xung nhịp bit F
14
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Bit đồng bộ:
Là bit được thêm vào trong một khung truyền để giúp đồng bộ hóa quá trình
mã hóa/giải mã. Độ dài của syncBit là bằng 4 lần độ dài của bit địa chỉ/dữ
liệu tức 128a.
Cách đặt mã lệnh cho PT2262:
15
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Các hàng chân địa chỉ A0…A5 và chân dữ liệu D0…D5 bên IC bên phát và
IC bên thu phải được đặt giống nhau. Nếu cho chân nào nối mass thì chân đó
được định là bit 0, nối lên nguồn thì được định là bit 1 và không nối thì được
định là bit F. chỉ khi mã lệnh của bên phát và bên thu được đặt giống nhau
và tần số xung nhịp phù hợp lúc đó cặp IC này mới hiểu nhau, có tác dụng
dùng trong điều khiển, nếu khác nhau thì bên thu sẽ không nhận ra bên phát
và sẽ không phát lệnh điều khiển VT theo lệnh của bên phát.
1.2.3.2 Giải mã với PT2272
Khi xung mã lệnh phát ra từ IC PT2262, nhóm xung mã lệnh này sẽ được
đưa vào IC PT2272 để giải mã và phát ra các tín hiệu điều khiển thiết bị.
chúng ta hãy tìm hiểu hoạt động bên trong của IC giải mã lệnh PT2272
16
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Cấu trúc PT2272
Từ sơ đồ khối chức năng ta thấy hoạt động của IC PT2272 sẽ như sau: chân
OSC1 và OSC2 dùng gắn thạch anh để định tần cho xung nhịp, xung nhịp
này cần thiết cho hoạt động của IC. Các chân địa chỉ A0..A5 và chân địa
chỉ/dữ liệu A6/D5 đến A11/D0. Trạng thái bit trên các chân này dùng làm
xác lập mã lệnh dùng cho việc dò mã lệnh của bên phát. Chân ngõ vào là
Din mã lệnh, nếu mã lệnh của bên phát đúng với mã lệnh đã xác lập trong
IC, sau khi qua hai tầng khuếch đại đảo, tín hiệu mã lệnh cho vào mạch
computer logic chờ xuất ra, khi mạch dò xung đồng bộ xác nhận tín hiệu vào
là chính xác, nó sẽ xuất lệnh điều khiển trên chân VT.
17
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
PHẦN II: THIẾT KẾ MẠCH
2.1 Sơ đồ khối hệ thống
Máy tính
Khối phát RF
Khối hiển thị
Khối thu RF
Khối
Điều
Khiển
Khối điều
Nguồn
khiển động cơ
18
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Chức năng và nhiệm vụ từng khối:
- Máy tính: cung cấp giao diện giao tiếp với vi điều khiển, đưa ra các tín
hiệu điều khiển xe( tiến, lùi, rẽ trái, rẽ phải)
- Khối phát RF: nhận tín hiệu từ máy tính và truyền tín hiệu điều khiển đến
khối thu RF
- Khối thu RF: nhận tín hiệu điều khiển từ khối phát, đưa tín hiệu và vi
điều khiển để thực hiện quá trình điều khiển xe.
- Khối nguồn: cấp nguồn hoạt động cho tất cả các hoạt động của các khối
- Khối điều khiển: hiển thị thông tin ra khối hiển thị( màn hình LCD16x2)
và điều khiển các động cơ của xe.
2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch
Khi đưa ra tín hiệu điều khiển trên máy tính, tín hiệu sẽ được truyền xuống kit
thông qua giao tiếp USART, Kit sẽ điều khiển bộ phát RF phát ra các tín hiệu
tương ứng nhận được từ máy tính.
Bộ thu RF sẽ nhận tín hiệu, tín hiệu sau đó được truyền đến kit để thực hiện
quá trình điều khiển xe( tiến, lùi, rẽ trái, rẽ phải).
Ở chế độ auto, khi nút auto được ấn, ngắt sẽ xảy ra, xe sẽ thực hiện quá trình
tự động hoạt động. Cảm biến siêu âm SRF05 sẽ thực hiện đo khoảng cách vật cản,
nếu khoảng cách nhỏ hơn ngưỡng cho phép xe sẽ tự động chuyển sang hướng khác
và tiếp tục hoạt động.
2.3 Code chương trình
- hàm cấu hình USART:
19
Nhóm 11 – DTMT
TK ngoại vi & ghép nối
Hàm truyền, nhận dữ liệu qua USART:
20
Tải về để xem bản đầy đủ
22 trang
23700
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Tiểu luận Thiết kế và thi công mạch điều khiển ô tô từ xa", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- tieu_luan_thiet_ke_va_thi_cong_mach_dieu_khien_o_to_tu_xa.docx
