(TIỂU LUẬN) xây DỰNG CSDL và GIAO DIỆN GIÁM sát hệ THỐNG điểm DANH SINH VIÊN sử DỤNG CÔNG NGHỆ RFID

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNTT & TRUYỀN THÔNG KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HĨA ĐỒ ÁN MƠN HỌC ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH Đề tài: XÂY DỰNG CSDL VÀ GIAO DIỆN GIÁM SÁT HỆ THỐNG ĐIỂM DANH SINH VIÊN SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ RFID Sinh viên thực hiện: Trần Văn Tùng Trần Văn Tuấn Lớp: CNTĐH - K17 Giảng viên hướng dẫn: Đặng Văn Ngọc Thái Nguyên, năm 2021 MỤC LỤC Tieu luan Tieu luan CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu chung hệ thống điểm danh sinh viên sử dụng RFID *Những vấn đề quản lý điểm danh học sinh sinh viên (HSSV) hình thức truyền thống:  - Việc quản lý thủ công tốn nhiều thời gian nhân nhà trường giáo viên - Quản lý thủ công giảm số lượng bỏ học gian lận điểm danh - Thiếu giao tiếp , truyền thơng trực tiếp gia đình nhà trường - Vấn đề bỏ học, trốn học, vắng mặt xác định xảy sau thời gian dài.  *Giải pháp điểm danh học sinh sinh viên bằng cơng nghệ RFID giúp q trình quản lý dạy học, quản lý học sinh sinh viên, quản lý diễn biến diện địa điểm, vị trí đối tượng quản lý dễ dàng nhanh chóng xác, giúp nâng cao hiệu quản lý nhà trường học sinh sinh viên mặt công tác đào tạo quản lý người Các kiện vắng mặt, điểm danh, truy xét địa điểm vị trí dễ dàng hiển thị hệ thống cách tức thời xác Mỗi học sinh sinh viên cần đeo tag thẻ RFID, vị trí nhà trường phủ sóng RFID dễ dàng đem lại kết quản lý mong muốn.  Điểm danh học sinh sinh viên, kiểm sốt vị trí học sinh sinh khuôn viên nhà trường công nghệ RFID Quản lý điểm danh HSSV bằng cơng nghệ RFID là hình thức thơng qua giao tiếp sóng radio:   - Mỗi HSSV cấp thẻ RFID chứa mã số, thơng tin HSSV Các thẻ thiết kế dạng thẻ trường học, thẻ HSSV, gắn lên cặp, quần áo vòng đeo cho HSSV - Các đầu đọc RFID Ăng-ten gắn cổng trường nơi quan trọng, đảm bảo phủ sóng tồn khn viên trường cần quản lý HSSV - Thông qua hệ thống phần mềm quản lý giúp Quản sinh phận liên quan biết việc có mặt hay vắng mặt HSSV, biết HSSV trễ hay vị trí HSSV tăng hiệu hoạt động nhà trường giáo dục HSSV Tuy nhiên hệ thống khơng quản lý HSSV rời khỏi trường học Tieu luan *Ứng dụng công nghệ RFID thực tế  Trong hệ thống kiểm soát vào quyền vào cho người lưu trữ người kết nối với số Con số lưu thẻ RFID Nếu hệ thống kiểm sốt vào lấy thơng tin từ đầu đọc thẻ, tìm kiếm sở liệu để kiểm tra xem người có quyền vào hay khơng Nếu có, hệ thống gửi tín hiệu tới cửa khiến mở RFID có thể đùng để nhận diện khách hàng cho trung tâm chăm sóc sức khỏe, động vật hệ thống quản lý sinh vật sống, sinh viên sử dụng tủ đựng đồ để cần giữ tài sản taxi yêu cầu quyền vào khu vực đón khách sân bay Ngồi ra, cơng nghệ RFID cịn ứng dụng vào hệ thống quản lý hàng hóa trực tuyến xử lý nhận dạng đàn gia súc để tự động cho ăn hay vắt sữa tối ưu hóa Tieu luan việc phát giác nguồn nhiệt Kiểm soát phương tiện giao thông sử dụng RFID xe buýt, taxi xe cấp cứu để đảm bảo lưu thông an toàn thuận tiện tới trạm dừng xe buýt, nơi đỗ xe taxi lối ưu tiên Cửa hàng bán lẻ sử dụng RFID để đảm bảo an toàn cho hàng hóa kiểm tra hàng hóa Các phận vận chuyển sử dụng RFID để theo dõi kiện hàng nhà kho suốt trình vận chuyển.  Thẻ RFID, dính lên sản phẩm nào, từ vỏ hộp đồ uống, đế giày, quần bị trục ơtơ Các cơng ty việc sử dụng máy tính để quản lý sản phẩm từ xa RFID thay kỹ thuật mã vạch RFID khơng có khả xác định nguồn gốc sản phẩm mà cho phép nhà cung cấp đại lý bán lẻ biết xác thông tin mặt hàng quầy kho họ Các công ty bán lẻ khơng cịn phải lo kiểm kho, khơng sợ giao nhầm hàng thống kê số lượng, mặt hàng sản phẩm kinh doanh cửa hàng Hơn họ cịn biết xác bên túi khách hàng vào, có Khi RFID gắn vào sản phẩm, tức khắc phát tín hiệu vơ tuyến cho biết sản phẩm nằm chỗ nào, xe đẩy vào kho, kho lạnh hay xe đẩy khách hàng Do thiết bị nối kết mạng vi tính cửa hàng nên nhờ nhân viên bán hàng biết rõ sản phẩm sản xuất nào, nhà máy nào, màu sắc kích cỡ sản phẩm; để bảo quản sản phẩm tốt phải lưu trữ nhiệt độ 1.2 Giới thiệu chuẩn sử dụng đề tài *Chuẩn RS232 Vấn đề giao tiếp PC vi điều khiển quan trọng ứng dụng điều khiển, đo lường Ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 kỹ thuật sử dụng rộng rãi để ghép nối thiết bị ngoại vi với máy tính Nó chuẩn giao tiếp nối tiếp dùng định dạng không đồng bộ, kết nối nhiều thiết bị, chiều dài kết nối lớn cho phép để đảm bảo liệu 12.5 đến 25.4m, tốc độ 20kbit/s tốc độ 115kbit/s với số thiết bị đặc biệt Ý nghĩa chuẩn truyền thông nối tiếp nghĩa thời điểm có bit gửi dọc theo đường truyền Có hai phiên RS232 lưu hành thời gian tương đối dài RS232B RS232C Nhưng phiên RS232B cũ dùng cịn RS232C dùng tồn thường gọi tên ngẵn gọn chuẩn RS232 Các máy tính thường có cổng nối chuẩn RS232C gọi cổng Com Chúng dùng ghép nối cho chuột, moden, thiết bị đo lường Trên main máy tính có loại chân Tieu luan lại 25 chân tùy vào đời máy main máy tính Việc thiết kế giao tiếp với cổng RS232 tương đối dễ dàng, đặc biệt chọn chế độ hoạt động không đồng tốc độ truyền liệu thấp -Ưu điểm giao diện nối tiếp RS232 + Khả chống nhiễu cổng nối tiếp cao + Thiết bị ngoại vi tháo lắp máy tính cấp điện + Các mạch điện đơn giản nhận điện áp nguồn nuôi qua công nối tiếp -Những đặc điểm cần lưu ý chuẩn RS232 + Trong chuẩn RS232 có mức giới hạn (logic 1) +-12V Hiện cố định trở kháng tải phạm vi từ 3000 ôm - 7000 ơm + Mức logic có điện áp nằm khoảng -3V đến -12V, mức logic từ +-3V đến 12V + Tốc độ truyền nhận liệu cực đại 100kbps (ngày lớn hơn) + Các lối vào phải có điện dung nhỏ 2500pF + Trở kháng tải phải lớn 3000Ώ phải nhỏ 7000Ώ + Độ dài cáp nối máy tính thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 không vượt qua 15m + Các giá trị tốc độ truyền liệu chuẩn hay dùng: 9600, 19200, 28800, 38400, 56600, 115200 bps -Các mức điện áp đường truyền RS232 sử dụng phương thức truyền thông khơng đối xứng, tức sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch dây dẫn đất Do từ đời mang vẻ lỗi thời chuẩn TTL, sử dụng mức điện áp tương thích TTL để mơ tả mức logic Ngoài mức điện áp tiêu chuẩn cố định giá trị trở kháng tải đấu vào bus phận trở kháng phát Mức điện áp tiêu chuẩn RS232C (chuẩn thường dùng bây giờ) mô tả sau: + Mức logic 0: +3V , +12V + Mức logic 1: -12V, -3V Tieu luan Các mức điện áp phạm vi từ -3V đến 3V trạng thái chuyển tuyến Chính từ - 3V tới 3V phạm vi không định nghĩa, trường hợp thay đổi giá trị logic từ thấp lên cao từ cao xuống thấp, tín hiệu phải vượt qua quãng độ thời gian ngắn hợp lý Điều dẫn đến việc phải hạn chế điện dung thiết bị tham gia đường truyền Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn Đa số hệ thống hỗ trợ với tốc độ 19,2 kBd -Cổng RS232 PC Hầu hết máy tính cá nhân trang bị cổng Com hay cổng nối tiếp RS232 Số lượng cổng Com lên tới tùy loại main máy tính Khi cổng Com đánh dấu Com 1, Com 2, Com Trên có loại đầu nối sử dụng cho cổng nối tiếp RS232 loại chân (DB9) 25 chân (DB25) Tuy hai loại đầu nối có song song hai loại đầu nối phân biệt cổng đực (DB9) cổng (DB25) -Quá trình truyền liệu Truyền liệu qua cổng nối tiếp RS232 thực không đồng Do nên thời điểm có bit truyền (1 kí tự) Bộ truyền gửi bit bắt đầu (bit start) để thông báo cho nhận biết kí tự gửi đến lần truyền bit Bit bắt đầu mức Tiếp theo bit liệu (bits data) gửi dạng mã ASCII (có thể 5,6,7 hay bit liệu) Sau Parity bit ( Kiểm tra bit chẵn, lẻ hay không) cuối bit dừng - bit stop 1, 1,5 hay bit dừng -Tốc độ Baud Đây tham số đặc trưng RS232 Tham số đặc trưng cho trình truyền liệu qua cổng nối tiếp RS232 tốc độ truyền nhận liệu hay gọi tốc độ bit Tốc độ bit định nghĩa số bit truyền thời gian giây hay số bit truyền thời gian giây Tốc độ bit phải thiết lập bên phát bên nhận phải có tốc độ (Tốc độ vi điều khiển máy tính phải chung tốc độ truyền bit) Ngoài tốc độ bit cịn tham số để mơ tả tốc độ truyền tốc độ Baud Tốc độ Baud liên quan đến tốc độ mà phần tử mã hóa liệu sử dụng để diễn tả bit Tieu luan truyền cịn tốc độ bit phản ánh tốc độ thực tế mà bit truyền.Vì phần tử báo hiệu mã hóa bit nên hai tốc độ bit tốc độ Baud phải đồng Một số tốc độ Baud thường dùng: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 28800, 38400, 56000, 115200,…Trong thiết bị họ thường dùng tốc độ 19200 Khi sử dụng chuẩn nối tiếp RS232 yêu cầu sử dụng chuẩn thời gian chuyển mức logic không vượt 4% thời gian truyền bit Do vậy, tốc độ bit cao thời gian truyền bit nhỏ thời gian chuyển mức logic phải nhỏ Điều làm giới hạn tốc Baud khoảng cách truyền -Bit chẵn lẻ hay Parity bit Đây bit kiểm tra lỗi đường truyền Thực chất trình kiểm tra lỗi truyền liệu bổ xung thêm liệu truyền để tìm sửa số lỗi q trình truyền Do chuẩn RS232 sử dụng kỹ thuật kiểm tra chẵn lẻ Một bit chẵn lẻ bổ sung vào liệu truyền thấy số lượng bit "1" gửi khung truyền chẵn hay lẻ Một Parity bit tìm số lẻ lỗi chả hạn 1, 3, 5, 7, Nếu bit chẵn mắc lỗi Parity bit trùng giá trị với trường hợp không mắc lỗi khơng phát lỗi Do kỹ thuật mã hóa lỗi khơng sử dụng trường hợp có khả vài bit bị mắc lỗi *Chuẩn I2C -I2C giao thức truyền thông nối tiếp đồng phổ biến nay, sử dụng rộng rãi việc kết nối nhiều IC với nhau, hay kết nối IC ngoại vi với tốc độ thấp -Giao tiếp I2C sử dụng dây để kết nối SCL (Serial Clock) SDA (Serial Data) Trong dây SCL có tác dụng để đồng hóa thiết bị truyền liệu, SDA dây liệu truyền qua -Board ESP32-IoT-Uno có điều khiển I2C thiết lập chế độ chủ (master) tớ (slave) Tieu luan *Chuẩn SPI SPI (tiếng Anh: Serial Peripheral Interface, SPI bus — Giao diện Ngoại vi Nối tiếp, bus SPI)[1] là chuẩn truyền thông nối tiếp đồng bộ để truyền liệu ở chế độ song cơng tồn phần (full-duplex), cơng ty Motorola thiết kế nhằm đảm bảo liên hợp vi điều khiển thiết bị ngoại vi cách đơn giản giá rẻ Đơi SPI cịn gọi giao diện bốn dây (four wire) Khác với cổng nối tiếp chuẩn (standard serial port), SPI giao diện đồng bộ, q trình truyền đồng hóa với tín hiệu xung clock, tín hiệu sinh thiết bị master (thiết bị chủ động) Thiết bị ngoại vi bên phía nhận (bị động) làm đồng trình nhận chuỗi bit với tín hiệu xung clock Có thể kết nối số vi mạch vào giao diện ngoại vi nối tiếp vi mạch-thiết bị master Thiết bị master chọn thiết bị động để truyền liệu cách kích hoạt tín hiệu "chọn chip" (chip select) vi mạch bị động Thiết bị ngoại vi không chọn vi xử lý không tham gia vào trình truyền theo giao diện SPI Trong giao diện SPI có sử dụng bốn tín hiệu số:     MOSI (Master Out Slave In) hay SI - cổng bên master, cổng vào bên bị động, dành cho việc truyền liệu từ thiết bị master đến thiết bị slave MISO (Master In Slave Out) hay SO — cổng vào bên master, cổng bên bị động, dành cho việc truyền liệu từ thiết bị slave đến thiết bị master SCLK (Serial Clock) hay SCK — tín hiệu xung clock nối tiếp, dành cho việc truyền tín hiệu dành cho thiết bị slave CS hay SS (Chip Select, Slave Select): chọn vi mạch, chọn thiết bị slave Tieu luan CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỂM DANH SỬ DỤNG RFID 2.1 Chức hệ thống -Điểm danh sinh viên thơng tin sinh viên lên hình LCD hiển thị lên Giao diện, tự động lưu thông tin điểm danh sinh viên vào Cơ sở liệu SQL Server 2.2 Sơ đồ khối hệ thống Máy Tính Reader RFID Tag Vi Điều Khiển LCD Nguồn Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống -Khối Nguồn: dùng để cấp nguồn cho khối hoạt động -Khối Reader RFID: đọc thẻ RFID sinh viên gửi liệu cho Vi điều khiển -Khối Vi điều khiển: xử lý tín hiệu hiển thị liệu LCD Máy tính -Khối thẻ(Tag): Cấp thơng tin qua đọc hệ thống -Khối LCD: Hiển thị thông tin thẻ sau xử lý tín hiệu từ vi điều khiển -Khối Máy Tính: Hiển thị thơng tin lên giao diện C# lưu thông tin thẻ vào CSDL SQL Server 2.3 Lựa Chọn Thiết Bị Tieu luan 2.3.1 Module RFID RC522 Module RFID RC522 sử dụng IC MFRC522 Phillip dùng để đọc ghi liệu cho thẻ NFC tần số 13.56mhz, với mức giá rẻ, thiết kế nhỏ gọn, module lựa chọn hàng đầu cho ứng dụng ghi đọc thẻ RFID Tieu luan Module đọc thẻ RC522 đọc loại thẻ có kết nối không dây NFC, thẻ từ (loại dùng làm thẻ giảm giá, thẻ xe bus, tàu điện ngầm ) Module có thơng số như:  Điện áp ni: 3.3V;  Dịng điện ni :13-26mA  Tần số hoạt động: 13.56MHz  Khoảng cách hoạt động: ~ 60 мм  Cổng giao tiếp: SPI, tốc độ tối đa 10Мbps  Kích thước: 40мм х 60мм  Có khả đọc ghi 1.       SDA(SS): Chân lựa chọn chip giao tiếp SPI( Kích hoạt mức thấp) 2.       SCK: Chân xung chế độ SPI 3.       MOSI(SDI): Master Data Out- Slave In chế độ giao tiếp SPI Tieu luan 4.       MISO(SDO): Master Data In- Slave Out trong chế độ giao tiếp SPI 5.       IRQ: Chân ngắt 6.       GND: Chân mass 7.       RST: Chân reset module 8.       Nguồn 3,3V 2.3.2 Arduino Uno R3 2.3.2.1.Cấu tạo arduino Uno R3 Hình 2.3.1 Cấu tạo arduino Uno R3 Tieu luan 2.3.2.2.Cách thức hoạt động Hình 2.3.2 Sơ đồ chân Atmega328 Digital: Các chân I/O digital (chân số – 13 ) sử dụng làm chân nhập, xuất tín hiệu số thơng qua hàm : pinMode(), digitalWrite(), digitalRead() Điện áp hoạt động 5V, dòng điện qua chân chế độ bình thường 20mA, cấp dòng 40mA phá hỏng vi điều khiển Analog: Uno có chân Input analog (A0 – A5), độ phân giải chân 10 bit (0 – 1023 ) Các chân dùng để đọc tín hiệu điện áp – 5V (mặc định) tương ứng với 1024 giá trị, sử dụng hàm analogRead().  PWM: chân đánh số 3, 5, 6, 9, 10, 11; có chức cấp xung PWM (8 bit) thông qua hàm analogWrite() UART: Atmega328P cho phép truyền liệu thông qua hai chân (RX) chân (TX) Tieu luan 2.3.3 Module ghép nối Module LCD: Hình 2.3.3 Sơ đồ chân LCD - Vss: Chân nối mass (GND) - Vcc: Chân nối nguồn cấp điện (5VDC) - Vee: Là chân điều chỉnh độ tương phản, độ tương phản thay đổi tương ứng với giá trị điện áp cấp vào này, thường mức cài đặt chuẩn 0.4V đến 0.9V - RS: Chân chọn ghi, module có ghi để lựa chọn (thanh ghi lệnh ghi giữ liệu), mức logic cao (mức 1) tín hiệu chọn ghi liệu, mức thấp (mức 0) tín hiệu chọn ghi lệnh Ví dụ chân RS mức cao chân liệu module LCD từ DB0 đến DB7 đồng thời truyền tín hiệu kỹ thuật số (tín hiệu mức logic 1) liệu tương ứng từ chân tín hiệu hiển thị hình LCD Cịn RS mức ta truyền tín hiệu vào chân tín hiệu đồng nghĩa lệnh cho LCD thực thi lệnh (lệnh ghi vào điều khiển LCD, ví dụ lệnh đặt vị trí trỏ, lệnh xố hình, ) - R/W: lựa chọn chế độ đọc ghi, R/W mức cao kích hoạt chế độ đọc, R/W mức thấp kích hoạt chế độ ghi - E: cấp vào chân tín hiệu tích cực cạnh xuống (tín hiệu mức cao chuyển mức thấp) kích hoạt cho phép module LCD hoạt động - Các chân từ DB0 đến DB7: chân tín hiệu ngõ vào LCD - LED+: Chân anode đèn led hiển thị LCD, cấp nguồn vào chân nên mắc kèm theo điện trở để hạn dòng - LED- : Chân cathode đèn led hiển thị LCD Tieu luan Hình 2.3.4 Sơ đồ giao tiếp Arduino với LCD 2.3.4 Còi Buzz chủ động 5V Còi Buzz chủ động 5V có mạch dao động bên nên cần cấp nguồn từ 1.5 – 5V mạch phát âm dài, âm lượng tùy theo điện áp cấp vào, Còi Buzz chủ động với ưu điểm như: giá rẻ, sử dụng đơn giản, ứng dụng rộng rãi kết hợp cho nhiều loại mạch  Thông số kỹ thuật Điện áp: 1.5-5VDC   Dòng tiêu thụ: < 25mA  Tần suất: 2300 ±  500  Kích thước: 12*8.5mm  Cân nặng: 1g Lưu ý : Có cực “+” “-” , đấu cực buzz hoạt động  Khi hàn vào board mạch cần hàn nhanh dứt điểm hàn lâu làm chảy mạch bên Tieu luan 2.4 Sơ đồ mạch nguyên lý Hình 2.4 Sơ đồ mạch nguyên lý 2.5 Nguyên lý hoạt động mạch -Khi đưa thẻ RFID vào vùng hoạt động đầu đọc RFID Sóng vơ tuyến phát từ đầu đọc cung cấp cho thẻ RFID dòng điện đủ nhỏ để kích hoạt mạch điện nằm thẻ giúp gửi lại tín hiệu hồi đáp thực trao đổi liệu theo yêu cầu điều khiển kết nối với đầu đọc RFID -Sau nhận liệu từ thẻ điều khiển đưa yêu cầu điều khiển tuỳ vào ứng dụng cụ thể sau hiển thị liệu lên LCD giao diện máy tính Tieu luan 2.6 Sơ đồ mạch in Hình 2.6 Sơ đồ mạch in 2.7 Lưu đồ thuật toán phần mềm Tieu luan Bắt Đầu Có liệu từ cổng Serialport S Đ Cắt ghép đến TextBox Các TextBox có liệu   Đ Hiển thị liệu lên DatagridView thêm vào CSDL SQL Kết Thúc Tieu luan S 2.8 Tổng quan hệ thống Tieu luan ... TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỂM DANH SỬ DỤNG RFID 2.1 Chức hệ thống -Điểm danh sinh viên thông tin sinh viên lên hình LCD hiển thị lên Giao diện, tự động lưu thông tin điểm danh sinh viên vào Cơ sở liệu... sóng RFID dễ dàng đem lại kết quản lý mong muốn.  Điểm danh học sinh sinh viên, kiểm sốt vị trí học sinh sinh khuôn viên nhà trường công nghệ RFID Quản lý điểm danh HSSV bằng? ?công nghệ RFID? ?là... hệ thống điểm danh sinh viên sử dụng RFID *Những vấn đề quản lý điểm danh học sinh sinh viên (HSSV) hình thức truyền thống:  - Việc quản lý thủ công tốn nhiều thời gian nhân nhà trường giáo viên