Giáo trình Điện tử ứng dụng trong điều khiển tự động

LS14
1K
10K
1K
10K
LS17
RELAY
3
5
4
1
2
LS9
VCC
U1
TC91498
16
15
14
1
2
13
12
11
10
9
7
6
5
4
3
SP5
VDD
OSC
CODE2
VSS
RXIN
CODE3
SP1
SP2
SP3
SP4
HP5
HP4
HP3
HP2
HP1
D7
LED
10K
10uF
1K
LS5
1K
VDD
J1
9VAC
LS12
C1815
C1815
10K
102
LS2
LS6
RELAY
3
5
4
1
2
10K
LS20
RELAY
3
5
4
1
2
C1815
1K
D9
LED
LS8
C1815
LS4
10K
4013
9
1113
12
1
4
8
7
10
DA
CPAQA
QA V
D
D
S
A
GND
RA
CPB
RB
DB
QB
QB S
B
1K
10K
C1815
1K
D4
LED
10K
10K
47uF
10uF
1K
102
10K
LS3
RELAY
3
5
4
1
2
Hình 12.15. Sơ đồ mạch thu điều khiển thiết bị bằng hồng ngoại 
12.3.1.2. Mạch phát 
Phần phát được thiết kế mạch có thể sử dụng nguồn pin 3V để gọn nhẹ, 
mạch có 10 phín bấm sẽ phát ra 10 tín hiệu xung điều khiển khác nhau để điều 
khiển 10 thiết bị tương ứng trên phần thu, sơ đồ như hình 12.16. 
Y1
455KHz
Q1
A1015
D3 1N4148
J1
3V
+
-
C3
47p
D2 1N4148
SW10SW7
U1
TC9148
8
1
6
1
5
1
4
1 2
1
3
1
2
1
1
1
0
9
76543
K
5
V
D
D
T
X
O
U
T
T
E
S
T
V
S
S
X
T
C
O
D
E
T
3
(S
2
)
T
2
(S
1
)
T
1
(H
)
K
6
K
4
K
3
K
2
K
1
X
T
SW5
R1
10
C8
103
SW9
SW2
C7
103
SW4
R2
10K
C6
103
SW8SW6
C4
103
LED HONG NGOAI
C2
47p
C5
103
Q2
C1815
SW1
C1
47uF
SW3
Hình 12.16. Sơ đồ mạch phát điều khiển thiết bị bằng hồng ngoại 
226 
12.3.2. Chức năng linh kiện 
12.3.2.1. Chức năng các linh kiện trên mạch thu 
- Các linh kiện R, C có nhiệm vụ chung là giảm dòng, lọc và ổn định 
mạch. 
- Mạch thu có một mạch nguồn ổn áp DC 5V nhằm cung cấp nguồn ổn 
áp cho mạch. 
- IC thu hồng ngoại: có nhiệm vụ thu tín hiệu hồng ngoại từ led phát 
hồng ngoại. 
- IC TC9149: có nhiện vụ thu tín hiện hồng ngoại từ IC thu và giải mã 
cho ra tín hiệu tương ứng tần số nhận được. 
- Các IC 4013: Nhận tín hiệu từ các chân ra để kích đóng ngắt cho các 
relay. 
- LS có 10 bộ: để kết nối tải cần điều khiển và nguồn cung cấp cho 
chúng. 
- Các Led đơn: báo trạng thái và vị trí của tải được điều khiển đóng 
12.3.2.2. Chức năng các linh kiện trên mạch phát 
- Q1 và Q2: khuếch đại dòng cho led phát hồng ngoại. 
- Diode D1 và D2: tạo mã cho tần số ra led phát. 
- IC TC9148: nhận tín hiệu từ nút nhấn theo mã hoá từ 2 diode D1 và 
D2 kích hoạt cho led phát ra tần số theo mã tương ứng 
- Các nút nhấn SW (10 nút) nhấn chọn thiết bị đóng ngắt bên mạch thu. 
- Thạch anh 455Khz: thạch anh dao động cho IC TC9148 
- Tụ C2 và C3 tạo dao động cộng hưởng với thạch anh 
12.3.3. Nguyên lý hoạt động mạch 
12.3.3.1. Nguyên lý hoạt động mạch thu 
Nguyên tắc hoạt động mạch thu 
- Mạch được thiết kế sử dụng để điều khiển 10 thiết bị trong gia đình 
bằng bộ thu phát hồng ngoại. 
227 
- Mạch thu: sử dụng IC thu TC9149, mạch sử dụng IC thu sẽ nhận tín 
hiệu từ mạch phát và mã hoá theo tần số để quyết định cho ngõ ra, ngõ 
ra nào được xác định đúng mã tần số sẽ xuất ra ở ngõ ra đó một dạng 
xung trong một khoảng thời gian, các ngõ ra này làm xung kích cho 
bộ chốt DFF, (mạch thu cũng thiết kế tối đa 16 tải). 
12.3.3.2. Nguyên lý hoạt động mạch phát 
Nguyên tắc hoạt động mạch phát: 
- Sử dụng IC phát TC9148, mạch phát sử dụng IC này có chức năng 
phát theo tần số, mạch phát thiết kế 10 phím bấm từ 1 đến 10, mỗi 
phím bấm khi bấm sẽ phát ra tần số riêng mà nó được chia từ mạch 
dao động thạch anh 455KHz (IC TC9148 tối đa thiết kế được 16 phím 
bấm). 
- Nếu mạch phát bấm phím số 1 thì tải thứ nhất ở mạch thu sẽ lật ngược 
trạng thái trước đó, và phím bấm chỉ ảnh hưởng cho một tải duy nhất 
trong mạch thu (ta không sử dụng được Remote khác mã để điều 
khiển mạch). 
12.4. Các bước thực hiện mạch điều khiển 10 thiết bị gia đình 
12.4.1. Hướng dẫn ban đầu 
12.4.1.1. Vật liệu dụng cụ và thiết bị 
a. Vật liệu 
- Linh kiện: điện trở, biến trở, tụ, led đơn, diode, nút nhấn, relay có giá 
trị và số lượng theo như sơ đồ nguyên lý. 
- IC: TC9148, TC9149, CD4013, Led phát hồng ngoại, IC thu hồng 
ngoại 
- Dây dẫn điện: dùng dây cắm test board 
- Các bóng đèn điện 220Vac 
b. Dụng cụ: 
- Máy đo: VOM, máy hiện sóng 
- Bộ dụng cụ sửa chữa điện tử: kềm cắt, mỏ hàn, chì hàn, vít 
c. Thiết bị: 
- Mô hình thực hành điện tử ứng dụng 
228 
- Các thiết bị hỗ trợ khác: máy khoan, máy hàn khò 
12.4.1.2. Cách bố trí mạch 
Mạch được thực hiện trên test board hình 12.17. 
Hình 12.17. Sơ đồ liên kết trên test board. 
- Mạch được bố trí trên 2 test board theo đúng như liên kết, nơi cấp 
nguồn cấp mass theo chỉ dẫn các bài đầu. 
- IC được bố trí trước, các IC bố trí theo trình tự như sơ đồ nguyên lý 
của từng bài và gắn vào đúng rãnh trên test board 
- Sau đó bố trí các cảm biến, tụ, led phía trên và dưới cho phù hợp 
việc nối dây 
- Các phần sử dụng tải nguồn AC phải tách riêng vùng, cảm biến và 
biến trở được đưa ra ngoài để dễ điều chỉnh 
- Tiêu chí đặt ra sao cho khi lắp mạch ít dây nhất, ít chồng chéo dây, đo 
kiểm tra dễ dàng, mạch hoạt động tốt 
12.4.1.3. Cách kết nối mạch 
- Mạch được kết nối đúng theo sơ đồ nguyên lý và sơ đồ bố trí mạch 
của từng mạch 
- Đầu tiên ta kết nối dây nguồn cho các IC: chú ý màu dây, chọn dây 
nguồn có màu sáng hơn dây mass. 
Test 
boad 
1 
Test 
boad 
2 
229 
- Kết nối các dây điều khiển: nên thực hiện theo trình tự từng phần 
giống nhau cho đến hết để tránh nối nhầm 
- Không được kết nối nguồn khi chưa chắc chắn rằng mạch đã hoạt 
động tốt. 
- Kết nối các dây nối còn lại. 
12.4.1.4. Kiểm tra mạch 
- Kiểm tra mạch được kết nối theo đúng như sơ đồ nguyên lý. 
- Kiểm tra các chân điều khiển cho phép, chân RESET và chân kích 
xung đã kết nối đúng chưa. 
- Kiểm tra các chân relay đấu nối có đúng tiếp điểm điều khiển được tải 
hay không. 
- Kiểm tra các dây cấp nguồn cho mạch có đúng cực tính chưa, phải 
đảm bảo tất cả các IC đều được cấp nguồn. 
- Chú ý các chân của mắt thu phải đúng cực tính vì các mắt thu rất dễ 
hư hỏng nếu ta mắc sai chân nguồn 
12.4.1.5. Cách đo mạch 
- Đo theo sơ đồ nguyên lý của từng loại tải và linh kiện. 
- Nếu đo áp phải chọn VOM sang giai đo vôn và đồng hồ đo phải đặt 
song song với đoạn mạch cần đo. 
- Nếu đo dòng thì chọn VOM sang giai đo dòng và đồng hồ đo phải 
mắc nối tiếp với đoạn mạch cần đo 
- Ghi lại các kết quả đo ở ngõ ra của chân điều khiển theo sau: 
 ................................................................................................................... 
 ................................................................................................................... 
 ................................................................................................................... 
 ................................................................................................................... 
 ................................................................................................................... 
12.4.2. Các bước thực hiện 
12.4.2.1. Sơ đồ bố trí mạch 
230 
Từ sơ đồ nguyên lý. Thực hiện bố trí linh kiện theo đúng thứ tự sao 
cho thuận tiện trong việc nối dây, mạch gọn dễ kiểm tra sửa chữa nhất. Đây 
cũng là phần chấm điểm kỹ năng thực hiện mạch của học sinh nên phần 
này không đưa ra cách thực hiện cụ thể mà chỉ gợi ý các bước cũng như 
tiêu chí để đánh giá. 
- Bố trí mạch sao cho ít dây nối nhất. 
- Mạch gọn không chồng chéo dây. 
- Các IC phải đúng chiều để cấp nguồn không bị nhầm. 
- Biến trở phải ở vị trí dễ thao tác điều chỉnh 
- Dễ kiểm tra đo kiểm mạch nhất 
- Thay thế linh kiện dễ dàng nhất khi có sự cố hay hư hỏng 
12.4.2.2. Sơ đồ nối dây 
Nối dây cho mạch được thực hiện khi bố trí linh kiện hoàn tất do đó 
việc bố trí linh kiện cũng rất cần thiết. Nối dây cũng cần theo trình tự các 
bước để tránh sai và thiếu dây, phải chú ý cẩn thận các chân nguồn nhất là 
chân mass cho IC vì thiếu mass IC sẽ hỏng ngay. Các bước nối dây cần 
tuân theo trình tự sau: 
- Nối nguồn cho tất cả IC, chú ý các dây nối cho thông nguồn trên test 
board nếu chọn cả hai bên cấp nguồn. 
- Nối dây cho mạch tạo xung nếu có. 
- Nối dây cho IC điều khiển chính với các linh kiện liên quan. 
- Nối dây cho các mạch tổ hợp điều khiển tải. 
- Nối dây cho tầng đệm ngõ ra nếu có. 
- Nối dây cho tải 
12.4.2.3. Trình tự các bước thực hiện 
Trình tự thực hiện mạch phát: 
- Bước 1: Chuẩn bị các linh kiện và thiết bị cần thiết cho mạch phát 
- Bước 2: Bố trí IC lên test board theo như chuẩn bị 
- Bước 3: Bố trí linh kiện tụ điện trở thạch anh và các nút nhấn (sử dụng 
khoảng 2 đến 3 nút nhấn để kiểm tra) 
231 
- Bước 4: Nối dây kết nối mạch cho R, C, nút nhấn, thạch anh và IC thu 
- Bước 5: Kiểm tra và đo nguội mạch 
Trình tự thực hiện mạch thu 
- Bước 1: Chuẩn bị các linh kiện cho mạch thu 
- Bước 2: Bố trí các IC mạch thu theo như phần chuẩn bị. 
- Bước 3: Bố trí các linh kiện R, C, Diode, transistor, relay vào mạch 
- Bước 4: Nối dây liên kết các chân IC với các linh kiện R, C, Diode 
- Bước 5: Kiểm tra và đo nguội mạch 
- Bước 6: Đo kiểm tra mạch cấp nguồn 
- Bước 7: Đấu các tải vào cho mạch hoạt động 
12.4.3. Đo kiểm tra mạch 
- Đo kiểm tra linh kiện và nguồn trước khi lắp mạch 
- Đo kiểm tra các vị trí bị tác động của led thu phát 
- Đo kiểm tra các linh kiện có liên quan đến điều khiển thu phát, đo 
kiểm tra nhiễu của mạch (nên sử dụng máy hiện sóng để kiểm tra). 
- Đo kiểm tra sự thay đổi điện áp của transistor kéo Relay 
- Đo nóng các mức điện điều khiển của transistor và IC 
- Đo kiểm tra các chân cấp nguồn cho IC 
12.4.4. Cân chỉnh sửa mạch 
12.4.4.1. Mạch phát 
- Dùng máy hiện sóng đo xung ra tại chân của tụ C2 và C3 (chú ý tần số 
dao động là 455kHz). 
- Dùng máy hiện sóng đo xung ra tại chân 15 của IC TC9148 khi nhấn 
trình tự các nút nhấn SW1 đến SW10. 
12.4.4.2. Mạch thu 
- Dùng máy hiện sóng đo xung ra tại chân ra của mắt thu hồng ngoại 
khi nhấn một nút nhấn bên mạch phát. 
232 
- Dùng máy hiện sóng đo xung ra tại chân ra của IC TC9149 khi nhấn 
trình tự các nút nhấn SW1 đến SW10 bên mạch phát. 
- Dùng VOM đo điện áp ra ở các ngõ ra của tất cả các IC CD4013, 
kiểm tra các led sáng có tương ứng khi ấn các nút nhấn bên phần phát 
không 
- Đo kiểm tra các transistor có được kích xung khi ấn các nút nhấn bên 
phần phát không 
- Đo kiểm tra các tiếp điểm của relay có thay đổi trạng thái khi ấn các 
nút nhấn bên phần phát không 
12.4.5. Đánh giá kết quả 
Sinh viên thực hiện xong các mạch ghi lại kết quả đạt được và đánh 
giá khả năng mở rộng và ứng dụng mạch 
 ..................................................................................................................... 
 ..................................................................................................................... 
 ..................................................................................................................... 
 ..................................................................................................................... 
 ..................................................................................................................... 
12.5. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục 
12.5.1. Mạch phát không phát tín hiệu 
Mạch khi kích hoạt mạch phát mạch không hoạt động: thường do 
mạch phát không phát, mạch thu không thu được. Kiểm tra lại mạch theo 
sơ đồ, dùng máy hiện sóng đo các chân ra của IC phát và chân led phát 
12.5.2. Mạch thu không thu tín hiệu 
- Mạch thu không thu tín hiệu: Kiểm tra lại các diode và tụ tạo mã hoạt 
động chưa, dùng máy hiện sóng đo kiểm tra các chân ra của IC thu 
- Khi kích hoạt mạch phát tải không đổi trạng thái: kiểm tra lại các 
mạch chốt. 
- Mạch hoạt động nhưng có nhiều linh kiện bị nóng: đối với IC bị nóng 
thường do thiếu mass hay sử dụng nguồn quá mức qui định. 
- Các transistor hay các relay không hoạt động tốt 
233 
12.5.3. Mạch điều khiển sai thiết bị 
- Tải hoạt động nhưng bị chập chờn: mạch bị nhiễu, đo kiểm tra lại các 
tụ chống nhiễu. 
- Các chân ra của FF điều khiển không đúng thiết bị, kiểm tra lại các 
chân và nối lại cho đúng thứ tự 
12.6. Gia công mạch 
Gia công mạch in là phần học nhằm trau dồi các kỹ năng thực hiện và 
cân chỉnh mạch, học viên cần có kiến thức để thực hiện các mạch ứng dụng 
thực tế. Do đó trong phần gia công mạch in chúng ta cần cho học viên có 
tính tự học để phát huy từng năng lực cá nhân. Mạch in được thực hiện 
trước ở nhà. Giáo viên hướng dẫn cho học viên thực hiện theo các bước 
chung và học viên phải chuẩn bị theo các bước chi tiết theo gợi ý sau: 
12.6.1. Trình tự thực hiện 
- Nghiên cứu sơ đồ nguyên lý cách vẽ sơ đồ nguyên lý và sơ đồ mạch in 
trên máy tính 
- In sơ đồ nguyên lý và mạch in ra giấy 
- Lập dự trù vật tư thiết bị 
- Làm mạch in 
- Hoàn thiện 
12.6.2. Tiêu chuẩn thực hiện mạch in 
- Đọc kỹ sơ đồ nguyên lý. 
- Cách sử dụng phần mềm vẽ mạch in 
- Cách chuyển từ sơ đồ nguyên lý sang sơ đồ mạch in 
- Cách tạo chân linh kiện mới. 
- Cách sắp xếp linh kiện hợp lý, đúng kỹ thuật. 
- Cách in sơ đồ trên máy tính ra giấy 
- Kiểm soát lại từ sơ đồ nguyên lý sang sơ đồ mạch in. 
- Chỉnh sửa các yếu tố chưa đạt. 
- Chọn bảng đồng đúng kích thước 
234 
- Dung dịch ăn mòn. 
- Chất tẩy rửa 
- Chọn số lượng vừa đủ và có tính dự phòng 
- Các vật dụng phụ trợ kèm theo. 
- Vệ sinh lại các board mạch. 
- Ghi chú các ký hiệu cần thiết. 
12.6.3. Kiến thức kỹ năng thực hiện 
12.6.3.1. Kiến thức 
- Các ký hiệu linh kiện điện – điện tử. 
- Phân tích nguyên lý hoạt động 
- Kỹ thuật in 
- Vẽ kỹ thuật 
- Cách sử dụng bàn ủi. 
- Cách sử dụng dung dịch ăn mòn 
- Cách làm bóng mạch in. 
- Cách khoan mạch in 
12.6.3.2. Kỹ năng 
- Kỹ năng phân tích 
- Sử dụng máy tính thành thạo 
- Kỹ năng trình bày trang in và cách bố trí linh kiện 
- Xác định chất lượng vật tư, sử dụng thành thạo dụng cụ thiết bị 
- Sử dụng thành thạo bàn ủi. Điều chỉnh nhiệt độ vừa phải 
- Cách ủi. 
- Cách rửa mạch. 
12.6.4. Các lỗi thường gặp 
235 
Trong quá trình thực hiện gia công mạch in. Thiếu tính cẩn thận sẽ 
gây nguy hiểm cho con người và thiết bị 
- Vẽ mạch in sai so với sơ đồ nguyên lý. 
- Chân các linh kiện không đúng thứ tự và vị trí. 
- Các đường mạch bị đứt. 
- Hàn không tiếp xúc tốt, bị dính các chân linh kiện. 
- Gắn sai linh kiện. 
- Hàn thiếu dây nguồn và mass cấp cho mạch. 
12.7. Câu hỏi và bài tập thảo luận 
(có thể hỏi trực tiếp cả lớp hoặc thảo luận theo từng nhóm) 
1. Hãy cho biết cách phân cực cho led phát hồng ngoại? 
2. Hãy cho biết tần số sóng mang của mạch phát dùng TC9148 là bao 
nhiêu? 
3. Hãy cho biết mã code trên mạch phát hiện đang sử dụng là bao nhiêu? 
4. Hãy cho biết mã code trên mạch thu hiện đang sử dụng là bao nhiêu? 
5. Hãy cho biết vai trò của IC CD4013 trên mạch thu? 
6. Thông thường để giảm nhiễu cho nút nhấn khi nhấn ta khắc phục như 
thế nào? 
7. Hãy cho biết các chân thường đóng và thường mở của relay? 
8. Kể tên các mạch điều khiển thiết bị gia đình ứng dụng kỹ thuật điều 
khiển từ xa mà bạn biết?