Thiết kế mạch điều khiển từ xa qua đường dây thoại

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

KHOA CÔNG NGHỆ

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỪ XA

QUA MẠCH DÂY THOẠI

PHẠM HỒNG PHONG

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - 2010

Thieát keá maïch ñieàu khieån töø xa qua ñöôøng daây thoaïi

PHAÀN MOÄT

Chöông I LYÙ THUYEÁT TOÅNG QUAN

I./ Taàm quan troïng vaø öùng duïng cuûa ñieàu khieån töø xa.

Ñaát nöôùc ta ñang treân ñaø phaùt trieån vaø hoäi nhaäp vôùi neàn kinh teá theá giôùi. Moät

ñaát nöôùc phaùt trieån khoâng theå döïa vaøo moät ngaønh noâng nghieäp, laâm nghieäp, ngö

nghieäp maø caàn phaûi coù moät ngaønh coâng nghieàp phaùt trieån maïnh. Moät neàn coâng

nghieàp phaùt trieån maïnh luoân ñi ñoâi vôùi caùc thieát bò maùy moùc tinh vi hôn, phöùc taïp

hôn. Vôùi neàn coâng nghieäp phaùt trieån nhö theá, ñieàu khieån töø xa ñoùng vai troø quan

troïng trong coâng cuoäc coâng nghieäp hoùa hieän ñaïi hoùa ñaát nöôùc.

Trong coâng nghieäp, taïi caùc loø phaûn öùng, caùc nhaø maùy, hay taïi nhöõng nôi coù

möùc ñoä nguy hieåm cao maø con ngöôøi khoâng theå tieáp caän ñeå ñieàu khieån ñöôïc. Ta

phaûi caàn ñeán boä ñieàu khieån töø xa ñeå ñieàu khieån. Trong coâng cuoäc nghieân cöùu vuõ

truï, ñieàu khieån töø xa ñöôïc söû duïng trong caùc phi thuyeàn khoâng ngöôøi laùi, caùc taøu do

thaùm khoâng gian.

Ñieàu khieån töø xa khoâng nhöõng phuïc vuï cho coâng nghieäp, quaân söï, hay nghieân

cöùu khoa hoïc, maø noù coøn goùp moät phaàn khoâng nhoû vaøo phuïc vuï cho nhu caàu cuoäc

soáng haèng ngaøy cuûa chuùng ta.

Trong coâng cuoäc coâng nghieäp hoùa hieän ñaïi hoaù ñaát nöôùc. Con ngöôøi phaûi lao

ñoäng caän löïc, luoân ôû cô quan, xí nghieäp, hay taïi coâng tröôøng. Neân ít coù thôøi gian ôû

nhaø. Vì vaäy ñieàu khieån töø xa giuùp chuùng ta khoâng caàn phaûi veà nhaø maø cuõng coù theå

ñieàu ñoùng nhaéc caùc thieát bò, hoaëc töï ñoäng baùo cho ta bieát khi ôû nhaø coù söï coá.

II./ Caùc daïng dieàu khieån töø xa.

Döïa vaøo caùc öùng duïng thöïc tieån cuûa ñieàu khieån töø xa ta coù theå chia laøm hai

daïng . Ñieàu khieån töø xa baèng voâ tuyeán vaø ñieàu khieån töø xa baèng höûu tuyeán.

1./ Ñieàu khieån töø xa baèng voâ tuyeán.

Ta coù theå ñieàu khieå töø xa baèng tia saùng hoàng ngoaïi, hay soùng sieâu aâm. Moâi

tröôøng truyeàn laø khoâng khí.Vôùi tia hoàng ngoaïi ta chæ coù theå ñieàu khieån caùc thieát bò

ôû khoaûng caùch gaàn. Vì vaäy noù ñöôïc öùng döïng nhieàu cho caùc thieát bò daân duïng.

2./ Ñieàu khieån töø xa baèng höûu tuyeán.

Vôùi daøng ñieàu khieån naøy ta lôïi duïng vaøo ñöôøng truyeàn cuûa ñieän thoaïiñeå

ñieàu khieån caùc thieát bò töø xa. Coù theå söû duïng daây song haønh, caùp ñoàng truïc, caùp

quang ñeå truyeàn taûi tín hieäu.

a./ Daây song haønh.

Thieát keá maïch ñieàu khieån töø xa qua ñöôøng daây thoaïi

Loaïi daây naøy choáng aåm, choáng ñöôïc nhieåu ñieän töø, Tuy nhieân khi söû duïng

daây naøy ôû taàn soá cao seõ bò suy hao. Söï suy hao naøy phuï thuoäc vaøo chieàu daøi vaø

ñöôøng kính daây daãn. Vôùi ñieän trôû ñaëc tính laø:

R0 =

r

120

ε

ln ⎥

⎦

⎤ ⎢

⎣

⎡

d

2D

b./ Caùp ñoàng truïc.

Caùp ñoàng truïc coù khaû naêng choáng nhieåu cao. Tuy nhieân caùp ñoàng truïc thì khoù

gheùp noái, khi nôi phaùt vaø nôi thu quaù xa seõ gaây maát caân baèngveà masse, laøm sinh ra

doøng ñieän treân löôùi ngoaøi, seõ taùc ñoäng ñeán laøm nhieãu. Vôùi ñieän trôû ñaët tính laø:

R0 =

r

60

ε

ln ⎥

⎦

⎤ ⎢

⎣

⎡

d

D

c./ Caùp quang.

Caùp quang coù baêng thoâng raát roäng ( Töø vaøi chuïc MHz ñeán vaøi GHz ). Caùp

quang cho pheùp truyeàn thoâng tin vôùi toác ñoä cao, ñoä suy hao thaáp, khoâng bò aûnh

höôûng cuûa nhieåu tröôøng ñieän töø, ít thay ñoåi ñaëc tính theo nhieät ñoä, caùch ñieän hoaøn

toaøn giöõa phaàn thu vaø phaàn phaùt.

III./ YÙ töôûng thieát keá vaø nguyeân lyù hoaït ñoäng.

Döïa vaøo ñöôøng truyeàn cuûa maïng ñieän thoaïi, ta thieát keá maïch ñieàu khieån töø

xa qua ñöôøng daây ñieän thoaïi. Heä thoáng naøy thieát keá ñeå ñieàu khieån ñoùng ngaét caùc

thieát bò töø xa vôùi söï giuùp ñôû cuûa vi ñieàu khieån. Heä thoáng ñöôïc thieát keá treân moâ hình

ñoùng ngaét 4 thieát bò vaø phaûn hoài keát quûa baèng gioïng noùi ñöôïc löu tröû trong chip

ISD 2560. Maïch ñieàu khieån töø xa ñöôïc maéc song vôùi ñöôøng daây thoaïi. Khi coù cuoäc

goïi vaøo soá thueâ bao. Sau nhöõng hoài chuoâng nhaát ñònh (Soá laàn ñoå chuoâng do ta ñaëc

). Boä söû lyù trung taâm kích hoaït maïch taïo taûi giaû hoaït ñoäng ñeå keát noái thueâ bao. Sau

khi hai thueâ bao ñaõ keát noái. Maïch ñieàu khieån seõ phaùt ra caâu thoâng baùo: ” Chöông

trình ñieàu khieån töø xa xin chaøo, môøi nhaäp maät maõ “. Khi ñoù ngöôøi ñieàu khieån seõ

nhaäp maät maõ. Neáu nhaäp ñuùng, maïch seõ phaùt ra caâu thoâng baùo: “Môøi nhaäp thieát bò”

Neáu nhaäp sai maïch seõ phaùt ra thoâng baùo: “ Maät maõ nhaäp sai, môøi nhaäp laïi”. Lieân

tieáp nhaäp sai ba laàn thì maïch töï ñoäng thoâng baùo: “ Ñaõ heát laàn nhaäp maät maõ,

chöông trình ñieàu khieån keát thuùc. Taïm bieät” vaø ngaéc taûi giaû, trôû veà traïng thaùi ban

ñaàu chôø chuoâng. Neáu coù ai muoán thaâm nhaäp vaøo heä thoáng maø khoâng nhaäp ñuùng

maät maõ thì heä thoáng seõ thoaùt sau 60 giaây.

Khi nhaäp ñuùng maät maõ, ngöôøi ñieàu khieån coù theå taét hoaëc môû caùc thieát bò. (

Coù theå ñieàu khieån caùc thieát bò cuøng moät luùc). Neáu ngöôøi ñieàu khieån muoán kieåm tra

taát caû caùc traïng thaùi cuûa thieát bò tröôùc khi ñieàu khieån thì nhaán soá 5 ( Soá 5 ñöôïc quy

ñònh laø maõ kieåm tra traïng thaùi taát caû caùc thieát bò ). Sau khi nhaán soá 5 ngöôøi ñieàu

khieån seõ ñöôïc nghe thoâng baùo veà traïng thaùi cuûa thieát bò. Baây giôø ngöôøi ñieàu khieån

coù theå taét hay môû thieát bò. Neáu muoán taét thieát bò thì baám maõ “0” (Maõ “0” ñöôïc quy

Thieát keá maïch ñieàu khieån töø xa qua ñöôøng daây thoaïi

ñònh laø taét thieát bò). Neáu muoán baät thieát bò thì baám maõ “1” (Maõ “1”ñöôïc quy ñònh

laø môû thieát bò). Coøn muoán taét hoaëc môû thieát bò naøo thì tuøy thuoäc vaøo maõ thieát bò.

Trong heä thoáng naøycaùc soá ñöôïc quy ñònh cho caùc thieát bò nhö sau:

• Soá 1 töông öùng cho thieát bò 1

• Soá 2 töông öùng cho thieát bò 2

• Soá 3 töông öùng cho thieát bò 3

• Soá 4 töông öùng cho thieát bò 4

Khi ñieàu khieån song, muoán kieåm tra laïi traïng thaùi caùc thieát bò thì baám laïi maõ

soá 5. Luùc naøy heä thoáng seõ thoâng baùo laïi traïng thaùi caùc thieát bò. Ví duï: Thieát bò 1 taét,

thieát bò 2 taét, thieát bò 3 môû, thieát bò 4 môû.

Sau khi ñieàu khieån song vaø gaùc maùy, luùc ñoù toång ñaøi caáp tín hieäu baytone,

döïa vaøo tín hieäu naøy maïch töï ñoäng ngaéc taûi giaû, trôû veà traïng thaùi ñaàu.

Thieát keá maïch ñieàu khieån töø xa qua ñöôøng daây thoaïi

Chöông II MAÏNG ÑIEÄN THOAÏI

I./ Tìm hieåu veà maïng ñieän thoaïi.

1./ Caùc loaïi toàng ñaøi.

Hieän nay treân maïng vieãn thoâng Vieät Nam coù naêm loaïi toång ñaøi.

• Toång ñaøi cô quan PABX ( Private Auto matic Branch Exchange ).Ñöôïc söû

duïng trong caùc cô quan, khaùch saïn. Thöôøng söû duïng trung keá CO – Line (Centrol

office )

• Toång ñaøi noâng thoân ( Rural Exchange ). Ñöôïc söû duïng ôû caùc xaõ, khu ñoâng

daân cö, coù theå söû duïng taát caû caùc loaïi trung keá.

• Toång ñaøi ñöôøng daøi TE ( Toll Exchange ). Duøng ñeà keát noái caùc toång ñaøi noäi

haït ôû caùc tænhvôùi nhau, chuyeån maïch caùc cuoäc goïi ñöôøng daøi trong nöôùc.

• Toång ñaøi noäi haït LE ( Local Exchange ). Ñöôïc ñaët ôû trung taâm huyeän, tænh.

Söû duïng taát caû caùc loaïi trung keá.

• Toång ñaøi cöûa ngoû quoác teá Gateway Exchange ). Toång ñaøi naøy duøng ñeå choïn

höôùng vaø chuyeån maïch caùc cuoäc vaøo maïng quoác teá ñeå noái caùc quoác gia vôùi nhau.

Coù theå chuyeån taûi quaù gian.

Maïng ñieän thoaïi ôû Baéc Myõ söû duïng naêm möùc ( hoaëc caáp ). Toång ñaøi chính

hay caùc ñaøi chuyeån maïch ( Switching center ). Möùc cao nhaát laø caáp moät, laø trung

taâm mieàn, ñaøi caáp naêm coù möùc thaáp nhaát laø ñaøi cuoái keát noái vôùi thueâ bao.

2./ Chuyeån maïch maïch ( Circuit switching ).

Chuyeån maïch maïch laø kyû thuaät quan troïng cho caû truyeàn thoâng thoaïi vaø döõ

lieäu, hieän nay vaãn coøn ñöôïc aùp duïng trong maïng ñieän thoaïi. Truyeàn thoâng qua

chuyeån maïch maïch laø coù ñöôøng truyeàn thoâng rieâng ñöôïc thieát laäp giöõa hai traïm

muoán trao ñoåi thoâng tin. Ñöôøng daãn naøy laø chuoåi cuûa caùc keát noái giöõ caùc nuùt treân

maïng. Coù ba giai ñoaïn ñeå thieát laäp söï truyeàn thoâng treân chuyeån maïch maïch (hình

2.1 )

a./ Thieát laäp maïch.

Tröôùc khi baát kì moät tín hieäu naøo ñöôïc phaùt ñi, moät maïch noái traïm tôùi traïm

phaûi ñöôïc thieát laäp. Ví duï traïm A göûi moät yeâu caàu tôùi nuùt 4, yeâu caàu noái tôùt traïm E.

Con ñöôøng noái A vôùi nuùt 4 luoân luoân toàn taïi. Nuùt 4 phaûi tìn moät ñöôøng noái tôùi nuùt 6.

Döïa treân thoâng tin taïo tuyeán vaø döïa treân caùc ño löôøn veà giaù caû, nuùt 4 choïn ñöôøng

noái tôùi nuùt 5 laø moät keânh roåi. Nhö vaäy ñeå xaùc ñònh ñöôïc ñöôøng noái töø A qua 4 vaø 5.

Vì coù nhieàu traïm coù theå noái tôùi nuùt 4, neân coù theå xaùc laäp nhieàu ñöôøng töø nhieàu

traïm ñeán nhieàu nuùt. Tieáp tuïc nhö vaäy, nuùt 5 noái tôùt nuùt 6 vaø nuùt 6 noái tôùi E. Ñeå

hoaøn thieän vieäc noái naøy, phaûi kieåm tra xem E coù saün saøng nhaän vieäc noái khoâng.

Thieát keá maïch ñieàu khieån töø xa qua ñöôøng daây thoaïi

b./ Trao ñoåi tín hieäu.

Baây giôø caùc tín hieäu coù theå ñöôïc phaùt töø A qua maïng löôùi tôùi E . Tín hieäu naøy

coù theå laø tín hieäu töông töï, tín hieäu soá, soá lieäu daïng nhò phaân tuyø thuoäc vaøo caáu truùc

cuûa maïng. Trong maïng soá lieân keát (IDN) caû tieáng noùi vaø döõ lieäu ñöôïc truyeàn döôùi

daïng tín hieäu soá nhò phaân. Con ñöôøng laø: Ñöôøng noái A ñeán 4, chuyeån maïch noäi taïi

qua 4, keânh 4-5; chuyeån maïch noäi taïi qua 5 keânh 5-6; chuyeån maïch noäi taïi qua 6,

ñöôøng noái 6-E. Toång quaùt, vieäc noái laø song coâng vaø tín hieäu coù theå ñöôïc truyeàn

theo caû hai höôùng moät caùch ñoàng thôøi.

c.\ Ngaét maïch(keát thuùc maïch).

Sau khi trao ñoåi döõ lieäu ñaõ xong, vieäc noái maïch ñöôïc keát thuùc bôûi haønh ñoäng

cuûa moät trong hai traïm. Caùc nuùt 4,5,6 ñöôïc giaûi phoùng ñeå saün saøng noái caùc cuoäc

goïi khaùc. Löu yù raèng ñuôøng truyeàn thoâng phaûi ñöôïc xaùc laäp tröôùc khi döõ lieäu naøo

baét ñaàu trao ñoåi. Nhö vaäy dung löôïng keânh phaûi ñöôïc daønh rieâng giöõa caùc caëp nuùt

chuyeån maïch vaø trong moãi nuùt cuoäc noái naøy phaûi giöõ trong suoát cuoäc ñaøm thoaïi

hoaëc truyeàn döõ lieäu cho ñeán khi ñöôïc keát thuùc.

3.\ Caùc phöông phaùp taïo tuyeán.

Taïo tuyeán cho maïng chuyeån maïch maïch laø xaùc ñònh ñöôøng ñi töø thueâ bao goïi

ñeán thueâ bao bò goïi qua moät chuoãi chuyeån maïch vaø trung keá.

Coù hai phöông phaùp ñuoäc söû duïng laø taïo tuyeán luaân phieân coù phaân caáp vaø taïo

tuyeán ñoäng khoâng gian caáp.

a./ Taïo tuyeán luaân phieân coù phaân caáp (Alternate Hierarchical Routing).

Caáu truùc phaân caáp goàm 5 lôùp (maïng ôû hoa kyø).

5

2

C

1

7

6

3

4

B

A

D

F

E

Hình 2.1 Maïng chuyeån maïch toång quaùt

Thieát keá maïch ñieàu khieån töø xa qua ñöôøng daây thoaïi

Lôùp 1: Trung taâm mieàn (Regional center).

Lôùp 2: Trung taâm vuøng (sectional center).

Lôùp 3: Trung taâm caáp (Primary center ).

Lôùp 4: Trung taâm ñöôøng daøi (Toll center).

Lôùp 5: Toång ñaøi cuoái , toång ñaøi noäi haït (End office).

Caùc thueâ bao ñöôïc noái tröïc tieáp ñeán caùc toång ñaøi noäi haït. Tröôùc ñaây trong

maïng ñieän thoaïi coâng coäng ngöôøi ta duøng giaûi thuaät taïo tuyeán ñôn giaûn gioïi laø taïo

tuyeán tröïc tieáp (Direct routing) theo quy luaät thieát laäp keát noái sau.

• Neáu caû hao thueâ bao ñöôïc noái vôùi cuøng toång ñaøinoäi haït, thì noù seõ taïo keát

noái (Switching).

• Neáu caû hao thueâ bao ñöôïc noái vôùi cuøng toång ñaøinoäi haït khaùc nhau maø cuøng

trung taâm ñöôøng daøi, thì keát noái seõ ñöôïc thieát laäp giöõa caùc toång ñaøi noäi haït thoâng

qua trung taïm ñöôøng daøi vaø quaù trình seõ ñöôïc tieáp dieãn nhö vaäy cho ñeán khi tìm

thaáy ñieåm chung.

Caáu truùc naøy coù nhieàu nhöôïc ñieåm nhö:

• ÔÛ giôø cao ñieåm, löu löôïn taäp trung töø caáp döôùi leân caáp treân seõ bò ngheõn.

• Chaát löôïng cuûa tín hieäu giaûm neáu nhö soá chuyeån maïch vaø trung keá taêng leân

• Chaát löôïng cuûa tín hieäu giaûm neáu nhö soá chuyeån maïch vaø trung keá taêng leân.

Trung taâm vuøng

Trung taâm mieàn

Trung taâm ñöôøng daøi

Trung taâm caáp

Trung taâm mieàn noäi haït

Hình 2.2 Toå chöùc maïng chuyeån maïch coâng coäng ôû Hoa Kyø