BÀI tập lớn môn THIẾT kế hệ THỐNG NHÚNG đề tài hệ THỐNG KHÓA cửa sử DỤNG mật KHẨU và THẺ từ RFID

PHÂN TÍCH BÀI TOÁN THIẾT KẾ KHÓA CỬA SỬ DỤNG MẬT KHẨU VÀ THẺ TỪ SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN

Các yêu cầu của mô hình khóa cửa mật khẩu và thẻ từ

• Hệ thống cơ hoạt động tốt

• Hệ thống điện tốt, hoạt động đúng theo thiết kế Hệ thống cửa đáp ứng mọi yêu cầu đặt ra.

2.1.1 Yêu cầu về chương trình chung:

Cửa mở khi có người nhập đúng mật mã hoặc quét thẻ từ đã được thiết lập từ trước đó.

Khi nhập mật mã từ bàn phím, vi xử lý sẽ so sánh với chuỗi mật mã đúng.

Khóa điện tử mở chốt trong 5 giây khi nhập đúng mã, với đèn LED xanh sáng báo hiệu mở khóa thành công Nếu nhập sai, khóa vẫn đóng, đèn LED đỏ và còi sẽ báo hiệu lỗi Sau 5 lần nhập sai, cửa sẽ không mở.

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com khóa và chặn nhập trong 300s.

Khi sử dụng thẻ từ để mở cửa, hệ thống quét dữ liệu trên thẻ và so sánh với thông tin đã được cài đặt Nếu thẻ hợp lệ, khóa điện tử sẽ mở trong 5 giây và đèn LED xanh sáng lên để thông báo cửa đã mở thành công Ngược lại, nếu thẻ không đúng, khóa sẽ giữ nguyên trạng thái đóng, đèn LED đỏ và còi báo sẽ kích hoạt để cảnh báo lỗi Đặc biệt, nếu có hơn 10 lần nhập sai, hệ thống sẽ tự động khóa và ngăn chặn mọi thao tác trong vòng 300 giây.

2.1.2 Mục đích của việc thiết kế

Nghiên cứu và chế tạo mô hình khóa cửa này mang lại cho sinh viên những hiểu biết sâu sắc về vi điều khiển, đồng thời giúp họ tiếp cận kiến thức trong các lĩnh vực liên quan như điện tử và điện.

Việc xây dựng một mô hình hoạt động hiệu quả sẽ mang lại cho sinh viên cơ hội học tập và nghiên cứu thực tế, giúp họ tự tin hơn khi bước vào môi trường làm việc thực tế.

Nhiệm vụ và phân tích nhiệm vụ

Bài tập lớn môn học yêu cầu thiết kế mô hình cửa tự động sử dụng STM32F108, nhằm tạo ra một hệ thống khóa cửa an toàn bằng mật khẩu và thẻ từ.

Biết cách đọc và dịch datasheet của các IC đế biết nguyên lí hoạt động và chức năng của chúng.

Lập trình ứng dụng họ Vi điều khiển STM32.

Lập trình tự để làm 1 sản phẩm thực tế là:

Bước đầu tiên trong quá trình thiết kế khóa là khảo sát thị trường để nắm bắt nhu cầu của người sử dụng Điều này bao gồm việc tìm hiểu kiểu dáng khóa mà khách hàng mong muốn, khối lượng phù hợp và cách thức vận hành của sản phẩm.

Bước 2: Nêu các yêu cầu với 1 khóa cửa thông minh mà thị trường đang cần và bắt đầu ý tưởng thiết kế mô hình sản phẩm.

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

Bài tập lớn thiết kế hệ thống nhúng GVHD: Bùi Quốc Bảo

Bước 3: Phân tích ưu nhược điểm của tùng ý tưởng một để chọn ra mô hình cuối cùng.

Bước 4: Bắt tay vào làm sản phẩm thực và lập trình cho chạy thử.

GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ, LINH KIỆN THIẾT KẾ 9

PHẦN CỨNG

KIT Blue Pill sử dụng chip STM32F103c8t6, một trong những dòng chip phổ biến nhất của STM Chip này có đầy đủ các ngoại vi cơ bản, bộ nhớ vừa đủ và giá thành hợp lý, rất thích hợp cho những người mới bắt đầu trong lĩnh vực lập trình và phát triển vi điều khiển.

Hình 1: Sơ đồ các chân của kit Blue Pill

KIT STM32F103C8T6 Blue Pill có các thông số nổi bật như điện áp hoạt động từ 3.3V đến 5V, tích hợp thạch anh ngoại 8MHz, cổng USB để nạp Bootloader hoặc kết nối với các thiết bị ngoại vi, và đèn LED tích hợp vào chân PC13.

Sử dụng chuẩn mạch nạp: SWD cho các loại mạch nạp ST-link, J-link Ý nghĩa các chân STM32F108C3:

Kiểu chân Tên chân Mô tả

– 3,3V 1 Điện áp hoạt động đầu ra

Power – 5V 2 Chân cấp nguồn ở cổng USB hoặc nguồn 5V bên ngoài

Giao tiếp dữ liệu nối tiếp

PA0-PA15, PB0- PB15, PC13-PC15

PA0-PA3, PA6- PA10, PB0-PB1, PB6-PB9

TX1, RX1, TX2, RX2, TX3, RX3

MISO0, MOSI0, SCK0, MISO1, MOSI1, SCK1, CS0

Chân ADC độ phân giải 10, 12-bit

15 chân điều chế độ rộng xung

Chân Bus của mạng CAN CAN0RX

Chân dữ liệu I2C và chân xung nhịp SDA1, SD2 Đèn LED

PC13 Đèn LED chỉ thị tích hợp

3.1.2 IC tạo ổn áp 7805 (IC ổn áp 5v)

Đối với các mạch điện không yêu cầu độ ổn định của điện áp quá cao, việc sử dụng IC ổn áp là lựa chọn phổ biến cho các nhà thiết kế, nhờ vào tính đơn giản của mạch.

Các loại ổn áp thường được sử dụng là IC 78xx, với XX là điện áp cần ổn áp.

Ví dụ 7805 ổn áp 5V, 7812 ổn áp 12V Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau, dưới đây là minh họa cho IC ổn áp 7805:

IC ổn áp 7805 cung cấp ngõ ra ổn định 5V, bất chấp sự thay đổi của điện áp nguồn Mạch này rất hữu ích để bảo vệ các mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V, như các loại IC khác nhau.

IC 7805 giữ ổn định điện áp đầu ra 5V, giúp mạch điện hoạt động ổn định ngay cả khi nguồn điện gặp sự cố đột ngột và điện áp tăng cao.

IC ổn áp 7805 cung cấp đầu ra 5V với dòng điện tối đa 500mA khi đầu vào từ 7V trở lên Mạch ổn áp rất cần thiết cho vi điều khiển (VĐK) vì nguồn điện không ổn định có thể gây ra tình trạng treo, hoạt động không chính xác, reset liên tục hoặc thậm chí làm hỏng chip.

3.1.3 Màn hình LCD 16x2 và module I2C

Hình 3: Màn hình LCD 16x2 và các chân Thông số kỹ thuật LCD 16×2

LCD 16×2 được sử dụng để hiển thị trạng thái hoặc các thông số.

LCD 16×2 có 16 chân trong đó 8 chân dữ liệu (D0 – D7) và 3 chân điều khiển (RS, RW, EN).

5 chân còn lại dùng để cấp nguồn và đèn nền cho LCD 16×2.

Các chân điều khiển giúp ta dễ dàng cấu hình LCD ở chế độ lệnh hoặc chế độ dữ liệu.

Chúng còn giúp ta cấu hình ở chế độ đọc hoặc ghi.

Mô-đun I2C LCD ra đời để giải quyết vấn đề khó khăn trong việc kết nối LCD, khi mà nó chiếm quá nhiều chân trên vi điều khiển Thay vì sử dụng 6 chân vi điều khiển, bạn có thể tiết kiệm không gian và đơn giản hóa quá trình đấu nối.

LCD 16×2 (RS, EN, D7, D6, D5 và D4) thì module IC2 bạn chỉ cần tốn 2 chân

(SCL, SDA) để kết nối.

Module I2C hỗ trợ các loại LCD sử dụng driver HD44780(LCD 16×2, LCD 20×4, …) và tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay.

Thông số kĩ thuật Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC.

Hỗ trợ màn hình: LCD1602,1604,2004 (driver HD44780).

Giao tiếp: I2C. Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2).

Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt

Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD.

3.1.4 Khóa chốt điện từ LY-03 12VDC

Hình 5: Khóa chốt điện từ LY-03 12VDC

Khóa chốt điện từ LY-03 là một thiết bị khóa cửa thông minh, hoạt động bằng Solenoid với điện áp 12VDC, thường được sử dụng cho các loại cửa phòng, tủ và kho Với thiết kế thường đóng, khóa này đảm bảo an toàn và bền bỉ, phù hợp cho nhà thông minh Ngoài ra, khóa có thể tích hợp với các mạch chức năng khác để tạo thành một hệ thống thông minh hoàn chỉnh.

Vật liệu: Thép không gỉ Nguồn điện: 12V DC Dòng điện làm việc: 0.8A Công suất: 9.6W

Yêu cầu nguồn cấp: 12VDC/1A Kích thước: L54 x D38 x H28 Thời gian cấp nguồn: Nhỏ hơn 10s Trọng lượng: 150g

3.1.5 Bàn phím ma trận mềm 3x4

Hình 6: Bàn phím ma trận mềm 3x4

Bàn phím mềm 3×4 keypad có thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng kết nối và sử dụng Với 12 phím được nối theo ma trận, tín hiệu khi nhấn phím sẽ là GND (0VDC) hoặc Vcc (5VDC) tùy thuộc vào cách quét phím qua chân Vi điều khiển Ngoài ra, bàn phím còn tích hợp vị trí để lắp thêm tụ chống dội, mang lại hiệu suất sử dụng ổn định.

Bàn phím chống nhiễu là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng điều khiển bằng phím bấm, được tích hợp trong nhiều module mạch điện tử như kit phát triển và kit học tập Nó hỗ trợ giao tiếp với các vi điều khiển phổ biến như Pic, 8051, AVR, và STM, mang lại hiệu suất ổn định cho các dự án điện tử.

– Kích thước bàn phím 76.9 x 69.2 mm

3.1.6 Mạch RFID RC522 NFC 13.56MHz và thẻ tag

Mạch RFID RC522 NFC 13.56Mhz, sử dụng IC MFRC522 của Phillip, là giải pháp lý tưởng cho việc đọc và ghi dữ liệu cho thẻ NFC tần số 13.56mhz Với thiết kế nhỏ gọn và giá cả phải chăng, mạch RFID RC522 NFC đang trở thành lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng liên quan đến ghi đọc thẻ RFID.

THÔNG SỐ KỸ THUẬT RFID RC522 NFC

Nguồn: 3.3VDC, 13 – 26mA Dòng ở chế độ chờ: 1013mA Dòng ở chế độ nghỉ: 10V) Sau khi đi qua IC ổn áp 7805 sẽ tạo ra nguồn điện áp chuẩn +5V cung cấp cho mạch.

4.2.2 Khối cấp dao động và reset

Hình 17: Khối cấp dao động và khối reset

Khối cấp dao động sử dụng thạch anh 8MHz cấp xung clock cho vi điều khiển

Khối RESET giúp đưa vi điều khiển về trạng thái ban đầu Khi nút Reset được ấn, điện áp +5V từ nguồn sẽ kết nối vào chân Reset của vi điều khiển, dẫn đến việc điện áp tại chân vi điều khiển giảm đột ngột xuống mức thấp.

0, VĐK nhận biết được sự thay đổi này và khởi động lại trạng thái ban đầu cho hệ thống.

Màn hình LCD 16x2 có khả năng hiển thị thông báo, giúp người dùng theo dõi trạng thái đóng mở của khóa cửa, kiểm tra mật khẩu đang nhập và xác nhận tính hợp lệ của thẻ từ.

Với Module LCD I2C, bạn chỉ cần kết nối 2 chân SDA và SCL của MCU với 2 chân tương ứng trên module, giúp hiển thị thông tin trên LCD một cách dễ dàng Điều này tiết kiệm đáng kể số chân kết nối, vì thông thường cần ít nhất 6 chân để giao tiếp với LCD.

Ngoài ra có thể điều chỉnh được độ tương phản bởi biến trở gắn trên module, mà không cần thiết kế thêm phần cứng.

4.2.4 Khối thông báo (gồm 1led xanh, 1 led đỏ và buzzer)

Khối thông báo có chức năng thông báo cho người dùng trạng thái khóa cửa, cụ thể là:

Led xanh sẽ sáng khi mật khẩu hoặc thẻ từ đúng và cửa mở Led đỏ sẽ sáng khi mật khẩu hoặc thẻ từ sai

Buzzer sẽ kêu khi nhập sai mật khẩu hoặc thẻ từ

Người dùng tiến hành nhập vào mật khẩu qua bàn phím để mở cửa Khi cần thiết, cũng có thể nhấn đúng phím tắt để đổi mật khẩu.

4.2.6 Khối RFID Được sử dụng trong trường hợp người dùng quét thẻ tag Khi nhận được tín hiệu từ thẻ, khối sẽ gửi dữ liệu đến vi điều khiển qua giao tiếp SPI Vi điều

Bài tập lớn thiết kế hệ thống nhúng GVHD: Bùi Quốc Bảo khiển khi nhận được data sẽ xử lý thích hợp trong từng trường hợp.

4.2.7 Khối chốt khóa điện từ

Khi mật khẩu hoặc thẻ từ được nhập chính xác, vi điều khiển sẽ kích hoạt một rơ le, hoạt động như một công tắc để điều khiển chốt điện từ, giúp mở hoặc đóng cửa.

4.2.8 Khối điều khiển trung tâm STM32F103

Vi điều khiển STM32F108 là phần tử thu nhập xử lý thông tin và đưa ra các tín hiệu điều khiển thiết bị.

Đặc tả hệ thống

THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH

Lưu đồ thuật toán

Tiêu đề	Hệ Thống Khóa Cửa Sử Dụng Mật Khẩu Và Thẻ Từ RFID
Tác giả	Trần Thị Yến Nhi, Trần Ngọc Phương Linh, Bùi Đình Tiến, Cao Thành Danh
Người hướng dẫn	Giảng viên Hướng Dẫn: Bùi Quốc Bảo
Trường học	Đại Học Quốc Gia Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Thiết Kế Hệ Thống Nhúng
Thể loại	bài tập lớn
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	36
Dung lượng	0,96 MB