Chế tạo khối giao diện thiết bị gia dụng làm việc với mọi loại thiết bị điều khiển từ xa

Chế tạo khối giao diện thiết bị gia dụng làm việc với mọi loại thiết bị điều khiển từ xa Giới thiệu: Các thiết bị gia dụng ngày nay như quạt điện, điều hòa nhiệt độ, tivi, đầu đĩa CD, tủ lạnh, bình đun nước, đèn ngủ, v.v. đều có điều khiển từ xa. Thông thường mỗi thiết bị có một điều khiển từ xa riêng. Cùng một loại thiết bị, nhưng các hãng sản xuất khác nhau có điều khiển từ xa khác nhau, không thể dùng lẫn được. Điều đó dẫn đến tình trạng có rất nhiều thiết bị điều khiển từ xa cùng có mặt trong một gia đình, gây khó khăn cho việc sử dụng chúng. Bài báo này trình bày việc chế tạo thành công khối giao diện thiết bị gia dụng làm việc với mọi loại thiết bị điều khiển từ xa, không phân biệt đó là thiết bị điều khiển từ xa cho thiết bị gì và hãng nào sản xuất. Thí dụ khi khối giao diện thiết bị gia dụng được nối với quạt bàn, có thể dùng thiết bị điều khiển từ xa của tivi hoặc của máy điều hòa nhiệt độ để điều khiển tốc độ quay của quạt. Hình 1: sơ đồ khối Sơ đồ khối của khối giao diện thiết bị gia dụng như sau: Trong đó, khối mắt thu hồng ngoại thu tín hiệu từ thiết bị điều khiển từ xa gửi về cho vi điều khiển. Vi điều khiển giải mã tín hiệu đó và thực hiện chức năng tương ứng thông qua mạch điều khiển công suất. Khối các nút nhấn, bảo đảm cho khối giao diện thiết bị gia dụng làm việc trực tiếp theo chức năng nút nhấn, không cần điều khiển từ xa. Khối cảm biến nhiệt cho phép khối giao diện thiết bị gia dụng tự động điều khiển nhiệt độ theo chương trình lập sẵn. Nguyên tắc làm việc của khối giao diện thiết bị gia dụng. Khối này gồm mạch giải mã và điều khiển. Mạch giải mã có khả năng hiểu được nhiều loại mã điều khiển từ xa khác nhau nhờ chức năng giải mã và lưu lệnh. Nhờ vậy, khi một điều khiển từ xa bất kỳ bị hỏng, ta có thể dùng điều khiển từ xa khác thay thế. Để khối giao diện thiết bị gia dụng có thể hiểu được mã của nhiều loại thiết bị điều khiển từ xa, cần nghiên cứu các quy luật chung của chúng. Sau đây là một số các vấn đề đó. Khung tín hiệu điều khiển từ xa: Có 4 trường như sau: Mã bắt đầu Dữ liệu Mã kết thúc Mã kéo dài Trường mã bắt đầu báo cho bên thu biết có tín hiệu được phát; Trường dữ liệu chia làm hai phần: custom code và key data. Phần custom code phân biệt đối tượng điều khiển. Thí dụ các thiết bị điều khiển từ xa của hãng Sony dùng để điều khiển đầu sony, tivi sony hay đài sony khác nhau ở các brt custom code; Các bít key data là dữ liệu tương ứng với phím Quạt trần Panasonic F-564RZ có điều khiển từ xa nhấn; Trường mã kết thúc nhằm báo cho bên thu biết đã gửi xong một lệnh; Trường mã kéo dài cho bên thu biết nút vừa nhấn nhiện vẫn đang được gửi. Bây giờ xem xét một khung lệnh của thiết bị điều khiển từ xa của hãng Sanyo. Theo khung này ta thấy: Mã bắt đầu, có khoảng kéo dài 9ms ở mức thế cao và 4.5ms ở mức thế thấp, báo cho nơi nhận chuẩn bị nhận tín hiệu được phát. Sau đó đến custom code và là mã địa chỉ. Việc phát custom và cùng nhau làm độ dài phần custom code luôn cố định là 43.9 ms. Tiếp theo là 8 bit mã lệnh key data. Mã dữ liệu: Các loại điều khiển từ xa dùng phương pháp điều chế vị trí xung PPM cho ra dạng xung Mark/Space. Độ rộng phần Space không thay đổi, với điều khiển Sanyo là 0.56ms ở mức cao. Độ rộng phần Mark thay đổi theo tín hiệu điều chế, với điều khiển Sanyo thì TM2=1.6ms ở mức cao nếu là bit 1 và TM1 = 0.56ms ở mức cao nếu là bit 0. Sau đó tín hiệu ở mức cao khoảng 23ms để báo kết thúc 1 lệnh và ở cuối là đoạn mã kéo dài Các loại điều khiển khác, các thông số trên nhận những giá trị khác. Thí dụ khung dữ liệu của điều khiển từ xa hãng Sony có dạng như sau:. -Phần start bit có độ dài 3T, 2600s mức thế thấp, các bit còn lại được quy định mã hóa như sau: 500s mức thế thấp + 700s mức thế cao là bit 0 và 500s mức thế thấp +1300s mức thế cao là bit 1. Bit start gọi là bit B0 và bit cuối là B11. Với 7 bit đầu là bit lệnh, 5 bit cuối là bit địa chỉ. Không có phần mã kéo dài, khi nút được nhấn thì điều khiển phát mã của phím đó đi liên tiếp. Tín hiệu này bị đảo ngược lại tại bên thu, có dạng như sau: 3. Phương pháp giải mã Đặc điểm chung một khung dữ liệu của các loại điều khiển từ xa bằng hồng ngoại gồm 3 phần như đã nói ở trên. Chúng khác nhau ở những điểm sau: Mã bắt đầu khác nhau về độ rộng, thường từ 2.5 ms 1,5 ms và mức thế thấp; khác nhau về số bit, nghĩa là ngoài khoảng thời gian 2.5 ms  1.5 ms ở mức thế thấp, có thể thêm 1 khoảng thời gian 4,5 ms ở mức thế cao. Để nhận biết mã bắt đầu, sử dụng ngắt ngoài của vi điều khiển, lập ngắt mức thế thấp. Trong chương trình con phục vụ ngắt sẽ đo khoảng thời gian tín hiệu ở mức thấp. Nếu thời gian này >9 ms thì kết luận mã bắt đầu hợp lệ và tiếp tục đo khoảng thời gian tín hiệu ở mức cao. Nếu thời gian này nhỏ hơn 1,5 ms thì chứng tỏ mã bắt đầu chỉ có 1 thành phần và thực hiện giải mã gữi liệu. Chúng ta sẽ dùng một biến có nhãn là j để ghi lại đặc điểm này. Để đo các khoảng thời gian nói trên ta sử dụng bộ timer của vi điều khiển. Sau khi truyền hết một khung lệnh tín hiệu sẽ ở mức cao một thời gian nhỏ hơn 30ms rồi lại truyền tiếp mã kéo dài nếu phím bấm vẫn được nhấn. Vì thế sau khi nhận được một khung lệnh ta đo khoảng thời gian ở mức cao, nếu nhỏ hơn 30ms thì tiếp tục giải mã tiếp. Nếu thời gian ở mức cao lớn hơn 30ms thì chứng tỏ phím bấm đã được nhả, ta kết thúc giải mã. Mỗi lần giải mã được một khung lệnh thì ta tăng biến s lên để báo cho chương trình thực hiện lệnh biết là phím vừa được nhấn (tạm gọi là chế độ 2) hay đang được giữ (tạm gọi là chế độ 1). Số bit trong trường dữ liệu là khác nhau với các loại điều khiển khác nhau. Số bit này thường từ 16 bit  42 bit. Để giải mã được nhiều loại điều khiển thì ta sẽ lấy 6 biến có kích thước là 8 bit, có nhãn là a, b, c, d, e, f để lưu trữ các bit của trường dữ liệu phục vụ cho việc lưu mã và tìm mã. Mặc dù cách mã hóa bit trong trường này của các loại điều khiển là khác nhau, nhưng chúng đều có đặc điểm là: Thời gian ở mức cao > thời gian ở mức thấp  bit 1 Thời gian ở mức cao < thời gian ở mức thấp bit 0 Hoặc ngược lại: Thời gian ở mức cao > thời gian ở mức thấp  bit 0 Thời gian ở mức cao < thời gian ỏ mức thấp  bit 1 Hình 6: Lưu đồ thuật toán xác định mã bắt đầu và mã kết thúc. Hình 7 : Lưu đồ thuật toán giải mã giữ liệu Ta không cần qua tâm bit nhận được là 0 hay 1 mà chỉ cần phân biệt sự khác nhau giữa các phím bấm. Như vậy giải mã các bit dữ liệu, cần đo các khoảng thời gian ở mức thấp và mức cao gần nhau, lưu vào các biến có nhãn là k và t. Sau đó lấy trị tuyệt đối của hiệu t-k, nếu hiệu này lớn hơn một số nhất định (khoảng 200us 600us) thì kết luận bit nhận được là bit 1 ngược lại là bit 0. Các bit nhận được sẽ lưu vào biến a. Trong khi đo khoảng thời gian tín hiệu ở mức cao mà khoảng thời gian đó lớn hơn 10ms thì đó là mã kết thúc, chương trình sẽ dừng lại. Mỗi lần xác định được một bit, biến n được tăng lên l để tính số bit đã nhận. Khi nhận được 8 bit, cần thực hiện phép dịch 8 bit 0abcdef và xóa l về 0. Mục đích là để lưu các bit đã nhận được và giải phóng biến a để nó có thể tiếp tục nhận các bit mới. Mã kết thúc có thể nhận biết bằng cách đo khoảng thời gian tín hiệu ở mức cao nếu thời gian này > 10 ms thì đó là mã kết thúc và chương trình giải mã dừng lại. Khi giải mã xong một khung lệnh, mã lệnh được lưu trong các biến a, b, c, d,e ,f và độ dài lệnh trong biến n, công việc tiếp theo là gọi hàm thực thi mã. Trước tiên ta cần biết phím vừa nhận được nhấn hay đang được gửi phải xem xét biến s. Nếu s>1 là phím đang được gửi. Để chặt chẽ hơn phải kiểm tra thêm mã kéo dài. Mã kéo dài có thể đã được nhận trước đó hay có thể =0. Nếu như mã kéo dài hợp lệ thì thực thi lệnh với chế độ là 1 (phím đang được gửi). Nếu s=1 thì chứng tỏ phím vừa được nhấn. Công việc tiếp theo là lưu mã đã nhận được và độ dài vào EEPROM hay tìm mã từ EEPROM. Quyết định làm gì phải dựa vào một nút bấm trên mạch ta có thể biết ta cần làm gì. Nếu nút được nhấn tức là có yêu cầu lưu lệnh, nếu nút không được nhấn thì phải tìm lệnh trong tập lệnh đã lưu trong EEPROM và thực hiện lệnh đó. Hình 8: Lưu đồ thuật toán giải mã bit Hình 9: Lưu đồ thuật toán tra cứu và thực thi mã lệnh Kết luận: Việc thiết kế, chế tạo khối giao diện thiết bị gia dụng thành công và thử nghiệm cho thấy kết quả làm việc tốt giữa bộ điều khiển từ xa loại bất kỳ với các thiết bị thường dùng như quạt, tivi, đầu đĩa, là một kết quả thú vị, có thể ứng dụng rộng rãi.