NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN KHÓA CỬA THÔNG MINH TRÊN XE Ô TÔ HIỆN ĐẠI

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - Ngô Gia Thăng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN KHĨA CỬA THƠNG MINH TRÊN XE Ô TÔ HIỆN ĐẠI Cán hướng dẫn: Th.S Trịnh Đắc Phong Sinh viên thực hiện: Ngơ Gia Thăng CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Mã số sinh viên: 2018601017 Hà Nội – 2022 I MỤC LỤC MỤC LỤC I DANH MỤC HÌNH ẢNH IV DANH MỤC BẢNG BIỂU VII CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT VII LỜI NÓI ĐẦU VIII CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHĨA CỬA TRÊN Ơ TƠ 1.1 Khái quát hệ thống khóa cửa .1 1.2 Chức hệ thống khóa cửa 1.3 Phân loại hệ thống khóa cửa 1.3.1 Cấu tạo hệ thống khóa cửa sử dụng motor lắp chung với chấp hành 1.3.2 Nguyên lí hoạt động 1.4 Hệ thống khóa cửa sử dụng chuột cửa 10 1.4.1 Cấu tạo hệ thống khóa cửa sử dụng chuột cửa 10 1.4.2 Nguyên lí hoạt động khóa dùng chuột cửa 13 1.5 Xu hướng hệ thống khóa cửa tơ 14 CHƯƠNG HỆ THỐNG KHĨA CỬA THƠNG MINH TRÊN CÁC XE HIỆN ĐẠI 17 2.1 Hệ thống khóa thông minh smart key .17 2.1.1 Cấu tạo hệ thống smart key 17 2.1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống Smart key .21 2.2 Hệ thống khóa cửa tơ dùng smartphone 23 2.3 Hệ thống khóa cửa tơ dùng vân tay 24 2.4 Hệ thống khóa cửa dùng thẻ từ 25 II 2.4.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động công nghệ RFID 25 2.4.2 Công nghệ RFID ô tô 29 CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM ARDUINO IDE VÀ CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG MƠ HÌNH 32 3.1 Giới thiệu Arduino Uno R3 .32 3.2 Giới thiệu phần mềm Arduino IDE 34 3.3 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình C 36 3.3.1 Lưu đồ thuật toán 36 3.3.2 Cấu trúc điều khiển 37 3.4 Các linh kiện dùng mô hình 44 3.4.1 Module thu phát RF PT2272 L4 44 3.4.2 Module relay 5v .45 3.4.3 Module I2C LCD 1602 46 3.4.4 Module RFID RC 522 47 3.4.5 Cơ cấu chấp hành 49 CHƯƠNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHĨA CỬA Ơ TƠ BẰNG THẺ TỪ VÀ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA ỨNG DỤNG ARDUINO 51 4.1 Nguyên lý hoạt động mô hình .51 4.2 Xây dựng lưu đồ thuật toán hệ thống 51 4.3 Mô hệ thống khóa cửa tơ thẻ từ điều khiển từ xa phần mềm Protues 54 4.3.1 Các thành phần có mạch mơ 54 4.4 Mạch mô khóa cửa tơ điều khiển từ xa phần mềm Protues 59 4.5 Mạch mơ khóa cửa tơ dùng thẻ từ 60 4.6 Xây dựng mơ hình thực tế 62 III KẾT LUẬN 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC .68 IV DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hệ thống khóa cửa điều khiển Hình 1.2 Hệ thống khóa cửa điện Hình 1.3 Khóa cửa điện thoại Hình 1.4 Hệ thống khóa cửa điều khiển từ xa Hình Khóa cửa sử dụng motor lắp chung với chấp hành Hình 1.6 Chuột cửa Hệ thống khóa cửa sử dụng motor lắp chung với chấp hành Hình Cấu tạo hệ thống khóa cửa sử dụng motor lắp chung với chấp hành Hình Ngun lí hoạt động cửa khóa Hình 1.9 Ngun lí hoạt động cửa mở .9 Hình 1.10 Nguyên lí mở khóa cửa người lái Hình 1.11 Ngun lí hoạt động mở khóa cửa người lái hành khách .10 Hình 1.12 Bánh bên chuột cửa .11 Hình 13 Cấu tạo bên chuột cửa 11 Hình 1.14 Chuột cửa cơng tắc xe .12 Hình 1.15 Tay cầm mở cửa 12 Hình 1.16 Ổ khóa ngậm cửa 13 Hình 1.17 Trạng thái mở 13 Hình 1.18 Trạng thái khóa 14 Hình 1.19 Xu hướng phát triển hệ thống mở khóa cửa 15 Hình 1.20 Hệ thống khóa cửa thông minh dùng mật 16 Hình 2.1 Chìa khóa thơng minh hệ thống smart key 17 Hình 2 Hộp điều khiển 18 V Hình Hộp PDM điều khiển việc phân chia nguồn điện 19 Hình 2.4 Hộp nhận tín hiệu RF – tín hiệu điều khiển cửa (Radio frequentcy) 19 Hình 2.5 Các cơng tắc khóa cửa .21 Hình Sơ đồ nguyên lý hệ thống Smart key 21 Hình 2.7 Hoạt động mở cửa hệ thống Smart key 22 Hình 2.8 Khóa cửa tơ smartphone 23 Hình 2.9 Mơ hình hoạt động digital key 24 Hình 2.10 Chạm cảm biến vân tay ô tô 25 Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý hệ thống RFID 26 Hình 2.12 Cấu trúc chung cho hệ thống RFID 27 Hình 2.13 Cơng nghệ thẻ từ mở khóa tơ .29 Hình 2.14 Mở cửa thẻ từ ô tô hoạt động tượng tự mở cửa thẻ từ cửa nhà 30 Hình 3.1 Cấu tạo Arduino Uno R3 32 Hình 3.2 Giao diện phần mềm Arduino IDE 35 Hình 3.3 Code C/C++ phần mềm 35 Hình 3.4 Arduino tương thích với máy tính qua phần mềm Arduino IDE 36 Hình 3.5 Lưu đồ thuật tốn cấu trúc if 38 Hình 3.6 Lưu đồ thuật tốn cấu trúc if else .39 Hình 3.7 Lưu đồ thuật toán cấu trúc for 40 Hình Lưu đồ thuật toán lệnh switch 41 Hình 3.9 Lưu đồ thuật toán lệnh while 42 Hình 3.10 Lưu đồ thuật tốn lệnh … while .43 Hình 3.11 Module thu phát RF PT2272 L4 45 Hình 3.12 Kí hiệu chân module relay 5V 46 VI Hình 3.13 Màn hình LCD Module I2C .47 Hình 3.14 Module RFID RC522 48 Hình 3.15 Bộ chấp hành khóa cửa 50 Hình 4.1 Ngun lý hoạt động mơ hình 51 Hình 4.2 Lưu đồ thuật tốn hệ thống khóa cửa thẻ từ 52 Hình 4.3 Lưu đồ thuật tốn điều khiển hệ thống khóa cửa điều khiển từ xa .53 Hình 4.4 Board Arduino Protues 54 Hình 4.5 Module PCF8574 .56 Hình 4.6 LCD Protues .56 Hình 4.7 Optocoupler protues 57 Hình 4.8 Module RF điều khiển từ xa Protues .58 Hình 4.9 Virtual Terminal .58 Hình 4.10 Sơ đồ mơ mạch điều khiển từ xe Protues 59 Hình 4.11 Chế độ Smart Key OFF 60 Hình 4.12 Chế độ Smart Key On 60 Hình 4.13 Mạch mơ hệ thống khóa cửa thẻ từ RFID .61 Hình 4.14 Kết mơ khóa cửa thẻ từ 61 Hình 4.15 Khi sai mã thẻ 62 Hình 4.16 Mơ hình thực tế 63 Hình 4.17 Kết chạy mơ hình sau nạp Code 63 Hình 4.19 Hệ thống Smart key ON 64 Hình 4.18 Khóa cửa ô tô mở thẻ từ thẻ 64 Hình 4.20 Khi đưa thẻ sai vào mở cửa 65 VII DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Hình dạng ý nghĩa thành phần lưu đồ thuật toán 37 CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT DHCN Đại học công nghiêp GND Ground IDE Integrated development envirnoment LED Light emitting diode GPS Global positioning system PWM Pulse width modulation DC Dòng điện chiều RFID Radio Frequency Identification RF Radio Frequency TX Transmitter RX Receiver MHz Đơn vị đo lường VIII LỜI NÓI ĐẦU Hiện tình trạng trơm cắp tơ nước ta ngày gia tăng, ngày nhiều đường dây trôm cắp ô tô bị triệt phá Tại Việt Nam ta, ô tô không phương tiên lại, vận chuyển hàng hóa mà cịn tài sản có giá trị lớn Các hệ thống khóa cửa tơ phần nhiều khí dễ bị kẻ trộm bẻ khóa Hơn nữa, việc khóa tơ dùng chìa nhiều gây nên bất tiện cho người sử dụng Vì vai trị hệ thống khóa cửa tơ vừa đại, tính bảo mật cao, mà sử dụng với thao tác đơn giản vô quan trọng cấp thiết Trải qua trình học tập taị trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội, kết hợp với kiến thức tìm hiểu thân, em định nghiên cứu hoàn thiện đề tài “ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN KHĨA CỬA THÔNG MINH TRÊN XE Ô TÔ HIỆN ĐẠI ” Nội dung đề tài gồm phần sau đây: Chương 1: Tổng quan hệ thống khóa cửa ô tô Chương 2: Hệ thống khóa cửa thông minh xe đại Chương 3: Giới thiệu phần mềm Arduino IDE linh kiện dùng mơ hình Chương 4: Xây dựng mơ hình khóa cửa ô tô thẻ từ điều khiển từ xa ứng dụng Arduino Đồ án em hoàn thành với cố gắng thân giúp đỡ bảo tận tình giáo viên hướng dẫn Song hạn chế trình độ chun mơn, kinh nghiệm thực tế thân nên khơng thể tránh khỏi sai sót Em mong nhận góp ý, bảo thầy giáo để đồ án em hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, hướng dẫn tận tình thầy Ths.Trịnh Đắc Phong, toàn thể thầy giáo giúp đỡ em trình học tập trường Sinh viên thực Ngô Gia Thăng CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHĨA CỬA TRÊN Ơ TƠ 1.1 Khái qt hệ thống khóa cửa Hệ thống khóa cửa tơ hệ thống phụ ô tô với nhiệm vụ khóa/mở khóa cửa để đảm bảo an toàn cho người sử dụng Cùng với hình thành phát triển ngành cơng nghiệp xe hơi, hệ thống khóa cửa tơ trải qua chặng đường dài từ hệ thống đơn giản điều khiển đến hệ thống phức tạp điều khiển từ xa chí hướng xa ứng dụng di động biến điện thoại thơng minh thành chìa khóa thơng minh [1] Hệ thống khóa cửa tơ gồm loại sau đây: Hệ thống khóa cửa phổ biến mở/khóa cửa chìa khóa bên ngồi xe mở/khóa cửa cách kéo núm phía bên cửa xe Hình 1.1 Hệ thống khóa cửa điều khiển Hệ thống khóa cửa điện sử dụng cơng tắc điều khiển khóa cửa bên xe Hầu hết tất dòng xe có chức này, có số khơng có Nếu khơng có chìa khóa ổ khóa điện, bạn ấn vào cơng tắc mở/đóng khoảng 3-5 giây, tất cửa kính tự động mở đóng lại Nếu bạn giữ ngun nút bấm cửa đóng/mở Hoạt động dừng lại nhả tay 65 Khi thẻ mơ phỏng, chuột cửa kéo lại LCD hiển thị thông báo “ MO CUA” Sau 5s cửa tự động đóng lại Thẻ sai đưa vào mơ hình hệ thống không nhận báo sai thẻ để người dùng biết Hình 4.20 Khi đưa thẻ sai vào mở cửa Khi ta đưa thẻ sai vào hệ thống nhận biết sai thẻ, báo lên hình LCD để biết chuột cửa khơng hoạt động Kết mơ hình chạy thực tế, phù hợp với kết mô mà em thực hiên 66 KẾT LUẬN Sau hoàn thiện chạy thử nghiệm chế độ hoạt động mơ hình ta thấy mơ hình hoạt động ổn định Tính bảo mật tiện lợi việc khóa cửa cao Trong q trình thực mơ hình giúp em nhiều việc tư duy, xây dựng khơi mơ phỏng, tư xây dựng code lập trình hệ thống lại kiến thức học để hồn thiện mơ hình Tuy nhiên việc xây dựng mơ hình dừng lại điều khiển cửa, chưa thể xây dựng mơ hình tổng hợp khóa cửa cửa ô tô, chế độ an tồn khác hệ thống khóa cửa Em tiếp tục nghiên cứu, tìm hiểu hồn thiện đề tài Cuối em chân thành cảm ơn thầy giáo khoa CNKT ôtô Trường ĐHCN Hà Nội, đặc biệt em chân thành cảm ơn thầy giáo ThS Trịnh Đắc Phong, tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hồn thành đồ án 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình Hệ thống điện – điện tử ô tô, Nhà xuất Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM [2] Tài liệu tham khảo website arduino.vn [3] Tài liệu tham khảo website oto-hui.com [4] Nguyễn Văn Hiệp (2014) Giáo trình Cơng nghệ nhận dạng sóng vơ tuyến, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP HCM [5] PGS – TS Đỗ Văn Dũng Giáo trình hệ thống điện thân xe điều khiển tự động ô tô, Nhà xuất khoa học kĩ thuật [6] Ks.Nguyễn Văn Điềm Giáo Trình Mạch Điện Tử Cơ Bản, Nhà xuất khoa học kĩ thuật [7] Nguyễn Viết Nguyên (2009) Giáo Trình Linh Kiện Điện Tử, NXB Giáo Dục [8] THS Nguyễn Long Khánh (2015) Giáo trình hệ thống điện điện tử động ô tô, NXB Giáo Dục [9] Bhuptani Manish, Moradpour Shahram: RFIDField Guide : Deploying Radio Frequency Identification Systems, Prentice Hall PTR, 02/ 2005 [10] Klaus Finkenzeller, (2003) RFID Handbook, Second Edition Giesecke & Devrient DmbH, Munich, Germany [11] Jerry Banks et al, (2007) RFID Applied John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey 68 PHỤ LỤC Code lập tình mơ hệ thống khóa cửa từ xa: Bên truyền: #include char *controller; const int buttonPin1 = 2; int buttonState1 = 0; void setup() { // put your setup code here, to run once: Serial.begin(9600); 69 pinMode(buttonPin1, INPUT); pinMode(5,OUTPUT); vw_set_ptt_inverted(true); // vw_set_tx_pin(12); vw_setup(4000);// speed of data transfer Kbps delay(10);} void loop() { buttonState1 = digitalRead(buttonPin1); Serial.println(controller); if (buttonState1 == HIGH) { controller="1" ; vw_send((uint8_t *)controller, strlen(controller)); vw_wait_tx(); // Wait until the whole message is gone digitalWrite(5,HIGH); } else { controller="0" ; vw_send((uint8_t *)controller, strlen(controller)); vw_wait_tx(); // Wait until the whole message is gone digitalWrite(5,HIGH); } } Bên nhận: 70 #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); #include void setup() { lcd.init(); lcd.backlight(); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("HETHONG SMARTKEY"); vw_set_ptt_inverted(true); // Required for DR3100 vw_set_rx_pin(12); vw_setup(4000); // Bits per sec Serial.begin(9600); pinMode(4, OUTPUT); pinMode(7, OUTPUT); digitalWrite(4,LOW); digitalWrite(7,HIGH); vw_rx_start(); // Start the receiver PLL running } void loop() { uint8_t buf[VW_MAX_MESSAGE_LEN]; uint8_t buflen = VW_MAX_MESSAGE_LEN; Serial.println(); if (vw_get_message(buf, &buflen)) // Non-blocking { 71 if(buf[0]=='1') { lcd.setCursor(2,0); lcd.print("SMARTKEY: ON"); digitalWrite(4,HIGH); delay(500); digitalWrite(4,LOW); delay(600); } else { lcd.setCursor(2,0); lcd.print("SMARTKEY:OFF"); digitalWrite(7,HIGH); delay(500); digitalWrite(7,LOW); delay(600); } } } Code lập trình hệ thống điều khiển mở cửa thẻ từ #include #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); int count = 0; 72 char c; String id; Servo myservo; void setup() { Serial.begin(9600); myservo.attach(9); myservo.write(0); pinMode(13, OUTPUT); Serial.println("Please scan your RFID TAG"); lcd.init(); lcd.backlight(); lcd.setCursor(3, 0); lcd.print("KHOA DIEN"); lcd.setCursor(3, 1); lcd.print("RFID RC522"); delay(2000); lcd.clear(); } void loop() { lcd.setCursor(2, 0); lcd.print("MOI QUET THE "); while(Serial.available()>0) { c = Serial.read(); count++; id += c; 73 if(count == 12) { Serial.print(id); //break; if(id=="AB123456789A") //Define valid tag id here { lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("*** MO CUA ***"); Serial.println("Valid TAG"); digitalWrite(13, HIGH); myservo.write(180); delay(3000); myservo.write(0); } else { lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("*** SAI THE ***"); digitalWrite(13, LOW); Serial.println("Invalid TAG"); myservo.write(0); } } } count = 0; 74 id=""; delay(500); } Code mơ hình thực tế #include #include #define bentrong #define SS_PIN 10 #define RST_PIN #define LED_G // led gắn chân #define BUZZER // coi găn chân #define KHOA // khoa dien #define relay MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN); // Create MFRC522 instance #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2) void setup() { pinMode(A0,INPUT); Serial.begin(9600); // Initiate a serial communication SPI.begin(); // Initiate SPI bus mfrc522.PCD_Init(); // Initiate MFRC522 pinMode(LED_G, OUTPUT); 75 pinMode(BUZZER, OUTPUT); pinMode(KHOA,OUTPUT); pinMode(relay,OUTPUT); pinMode(KHOA,HIGH); pinMode(relay,HIGH); noTone(BUZZER); Serial.println("Dua the vao "); Serial.println(); lcd.init(); lcd.backlight(); lcd.setCursor(3, 0); lcd.print("KHOA DIEN"); lcd.setCursor(3, 1); lcd.print("RFID RC522"); delay(2000); lcd.clear(); } void loop(){ if(digitalRead(A0) == HIGH) { digitalWrite(KHOA,LOW); digitalWrite(relay,HIGH); lcd.setCursor(2,1); lcd.print("SMART KEY:ON ");} else if(digitalRead(A0) == LOW) 76 { digitalWrite(relay,LOW); digitalWrite(KHOA,HIGH); lcd.setCursor(2, 1); lcd.print("SMART KEY:OFF"); } lcd.setCursor(2, 0); lcd.print("MOI QUET THE "); // Look for new cards if ( ! mfrc522.PICC_IsNewCardPresent()) { return; } // Select one of the cards if ( ! mfrc522.PICC_ReadCardSerial()) { return; } //Show UID on serial monitor Serial.print("UID tag :"); String content = ""; byte letter; for (byte i = 0; i < mfrc522.uid.size; i++) { Serial.print(mfrc522.uid.uidByte[i] < 0x10 ? " 0" : " "); Serial.print(mfrc522.uid.uidByte[i], HEX); 77 content.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i] < 0x10 ? " 0" : " ")); content.concat(String(mfrc522.uid.uidByte[i], HEX)); } Serial.println(); Serial.print("Message : "); content.toUpperCase(); if (content.substring(1) == "03 B0 6C 0D" ) // dán ID thẻ vừa đọc từ trước { Serial.println("DUNG THE"); Serial.println(); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("*** MO CUA ***"); right(); digitalWrite(LED_G, HIGH); digitalWrite(KHOA,LOW); digitalWrite(relay,HIGH); delay(5000); digitalWrite(KHOA,HIGH); digitalWrite(relay,LOW); digitalWrite(LED_G, LOW); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print(" } else { "); 78 Serial.println("SAI THE"); Serial.println(); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("*** SAI THE ***"); wrong(); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print(" } delay(100); } void right() { tone(BUZZER, 700); delay(500); noTone(BUZZER); } void wrong() {tone(BUZZER, 300); delay(100); noTone(BUZZER); delay(50); tone(BUZZER, 300); delay(350); noTone(BUZZER); delay(1000); "); 79 } ... thoại thông minh thành chìa khóa thơng minh [1] Hệ thống khóa cửa ô tô gồm loại sau đây: Hệ thống khóa cửa phổ biến mở /khóa cửa chìa khóa bên ngồi xe mở /khóa cửa cách kéo núm phía bên cửa xe Hình. .. điều khiển từ xa gắn chìa khóa để khóa/ mở khóa cửa xe đứng cách xa xe Khi nhận tín hiệu điều khiển cửa nhận tín hiệu phát từ điều khiển từ xa, gửi tín hiệu điều khiển tới điều khiển Bộ điều khiển. .. giữ kính cửa khung cửa, cửa sổ mở, thực thao tác khóa cửa chìa điều khiển từ xa (bộ điều khiển khóa cửa từ xa) thiết lập chức bảo vệ khóa cửa loại bỏ chức mở khóa nhờ công tắc điều khiển cửa [5]