(Đồ án tốt nghiệp) Hệ thống Smart key

(Đồ án tốt nghiệp) Hệ thống Smart key(Đồ án tốt nghiệp) Hệ thống Smart key(Đồ án tốt nghiệp) Hệ thống Smart key(Đồ án tốt nghiệp) Hệ thống Smart key(Đồ án tốt nghiệp) Hệ thống Smart key(Đồ án tốt nghiệp) Hệ thống Smart key(Đồ án tốt nghiệp) Hệ thống Smart key(Đồ án tốt nghiệp) Hệ thống Smart key(Đồ án tốt nghiệp) Hệ thống Smart key(Đồ án tốt nghiệp) Hệ thống Smart key(Đồ án tốt nghiệp) Hệ thống Smart key(Đồ án tốt nghiệp) Hệ thống Smart key(Đồ án tốt nghiệp) Hệ thống Smart key(Đồ án tốt nghiệp) Hệ thống Smart key(Đồ án tốt nghiệp) Hệ thống Smart key(Đồ án tốt nghiệp) Hệ thống Smart key(Đồ án tốt nghiệp) Hệ thống Smart key(Đồ án tốt nghiệp) Hệ thống Smart key

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BỘ MƠN ĐIỆN TỬ Ô TÔ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: HỆ THỐNG SMART KEY GVHD: ThS NGUYỄN VĂN THÌNH Sinh viên: ĐÀM HUỲNH PHÚC MSSV: 14145197 NGUYỄN MINH QUANG MSSV: 14145216 TP HỒ CHÍ MINH – 7/2018 LỜI CẢM ƠN Để hồn thành đồ án tốt nghiệp này, khơng có nỗ lực thân chúng tơi, mà cịn giúp đỡ tận tình q thầy khoa khí động lực, kinh nghiệm bạn khóa, ân cần quan tâm người thân Chúng xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Thình, thầy ln theo dõi, hướng dẫn bảo nhiệt tình để chúng tơi thực tốt đồ án tốt nghiệp Xin cảm ơn quý thầy cô Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật nói chung khoa Cơ khí Động lực nói riêng hết lịng dạy dỗ, truyền đạt kinh nghiệm, kiến thức trình học tập rèn luyện để chúng em có ngày hôm Cảm ơn bạn sinh viên lớp chia sẻ thông tin, tài liệu hữu ích… Cảm ơn người thân, đặc biệt cha mẹ ân cần lo lắng giúp đỡ cho chúng tơi có Qua báo cáo chúng tơi mong nhận góp ý, phê bình q thầy bạn sinh viên Một lần xin cảm ơn Tp HCM, ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực đề tài Đàm Huỳnh Phúc Nguyễn Minh Quang Giáo viên hướng dẫn ThS Nguyễn Văn Thình MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH Chương MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài: 1.2 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu: 1.3 Phương pháp nghiên cứu: .1 1.4 Phạm vi ứng dụng: Chương 2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SMART KEY Giới thiệu chung: 2.1.1 Giới thiệu hệ thống Smart Key: .3 2.1.2 Hoạt động hệ thống Smart Key: 2.1.3 RF (Radio Frequency) RFID (Radio Frequency Identification): .4 2.2 Hệ thống smart key: .7 2.2.1 Tính chính: 2.2.2 So sánh phiên Toyota Smart Key: 2.2.3 Tổng quan hệ thống: 2.2.4 Các phận hệ thống: 37 2.2.5 Chức hệ thống Smart Key: 42 Chương THỰC HIỆN MƠ HÌNH .49 3.1 Giới thiệu: .49 3.1.1 Arduino: 49 3.1.2 Giao diện phần mềm Arduino IDE: 49 3.1.3 Các board, linh kiện, thiết bị dùng thi công: 52 3.2 Mạch điện: 63 3.3 Hoạt động: 67 3.4 Kiểm tra hệ thống: 69 Chương KẾT LUẬN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 MỤC LỤC HÌNH Hình 2.1 Cách thức hoạt động hệ thống RFID chủ động Hình 2.2 Một vài loại thẻ từ RFID .6 Hình 2.3 Chức hệ thống Smart Key Hình 2.4 Bảng so sánh phiên bảng Smart Key Toyota Hình 2.5 Sơ đồ vị trí phận hệ thống Smart Key Hình 2.6 Sơ đồ hoạt động tổng thể 36 Hình 2.7 Key fob Toyota Prius 37 Hình 2.8 Certification ECU Toyota Prius 38 Hình 2.9 Tay cầm cửa 39 Hình 2.10 Thiết bị tạo sóng tín hiệu nhận tín hiệu 40 Hình 2.11 Mạch điện điều khiển khóa lái 40 Hình 2.12 Nút Start Stop mạch điện 41 Hình 2.13 Các trạng thái khởi động hiển thị đèn .42 Hình 2.14 Vùng hoạt động xe .42 Hình 2.15 Sơ đồ khối q trình tìm chìa khóa 43 Hình 2.16 Các bước để mở khóa cửa 44 Hình 2.17 Các bước để khóa cửa .44 Hình 2.18 Các bước để mở khoang hành lí .45 Hình 2.19 Các bước khởi động xe .46 Hình 2.20 Khởi động xe key fob hết pin .46 Hình 2.21 Khi bấm nút khởi động .47 Hình 2.22 Chức nhắc nhở tài xế 47 Hình 2.23 Chức tiết kiệm điện cho xe 48 Hình 3.1 Các bảng mạch arduino .49 Hình 3.2 Giao diện phần mềm Arduino IDE .49 Hình 3.3 Thẻ Examples 51 Hình 3.4 Chọn board mạch kết nối với máy tính 51 Hình 3.5 Chọn cổng cho arduino .52 Hình 3.6 Key fob 52 Hình 3.7 Mặt trước mơ hình 53 Hình 3.8 Mặt sau mơ hình 54 Hình 3.9 Board mạch Arduino Mega 2560 55 Hình 3.10 Board mạch Arduino Uno 56 Hình 3.11 Board mạch Arduino Promini 5V V3 .57 Hình 3.12 Mạch Arduino RFID 6300 58 Hình 3.13 Hai mạch truyền nhận tín hiệu RF .59 Hình 3.14 Thẻ key tag 60 Hình 3.15 Cảm biến chạm 60 Hình 3.16 Khóa điện 61 Hình 3.17 Máy khởi động 62 Hình 3.18 Cụm khóa tay lái .62 Hình 3.19 Buzzer .63 Hình 3.20 Mạch điện key fob 64 Hình 3.21 Mạch điện mơ hình 65 Hình 3.22 Hoạt động nút khởi động 68 Hình 3.23 Đặt key tag gần nút khởi động 68 Hình 3.24 Kết nối máy tính với arduino 69 Hình 3.25 Kiểm tra cổng kết nối với arduino 70 Hình 3.26 Làm xuất cửa sổ hiển thị 70 Hình 3.27 Cửa sổ hiển thị 71 Hình 3.28 Khi hệ thống phát chìa khóa 71 Hình 3.29 Dãy mã với chức yêu cầu khóa cửa 72 Hình 3.30 Dãy mã với chức yêu cầu mở khóa cửa 72 Hình 3.31 Dãy mã với chức yêu cầu bật hệ thống chống trộm .73 Hình 3.32 Khi hệ thống quét key tag 73 Hình 3.33 Kết nối arduino với máy tính 74 Hình 3.34 Đảm bảo cổng (port) 74 Hình 3.35 Chọn Serial Monitor thẻ Tools 75 Hình 3.36 Màn hình hiển thị 75 Hình 3.37 Khi hệ thống phát chìa khóa xe .76 Hình 3.38 Bảng kiểm giắc kiểm tra 77 Chương MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài: Thế giới khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển mạnh mẽ, kéo theo cơng nghệ tơ luôn đổi chức đại đáp ứng tốt cho nhu cầu người Và hệ thống smart key số Hệ thống giúp cho người sử dụng xe thuận tiện mà cịn đảm bảo an tồn, hạn chế bị trộm cướp 1.2 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu: Với kiến thức học tập trường hệ thống điện tơ, lập trình arduino, chúng tơi áp dụng kiến thức để nghiên cứu vào vấn đề sau: • Thiết kế mơ hình hệ thống Smart Key • Thực chế tạo mơ hình hệ thống Smart Key tô sử dụng arduino để điều khiển Phạm vi nghiên cứu: Đối với phần lý thuyết, tập trung chủ yếu hệ thống Smart Key hãng Toyota Đối với phần nghiên cứu thực nghiệm, hạn chế mặt kinh nghiệm, thiết kế mơ hình với chức hệ thống bao gồm đóng, mở khóa cửa, khởi động, khóa tay lái, thơng báo cịi đèn 1.3 Phương pháp nghiên cứu: Chúng sử dụng hai phương pháp để nghiên cứu: • Nghiên cứu lý thuyết: dựa kiến thức, nghiên cứu thêm tài liệu hệ thống Smart Key để làm sở cho việc thực mơ hình tìm hiểu thêm cách lập trình với ngơn ngữ Arduino • Nghiên cứu thực nghiệm: vận dụng lý thuyết nghiên cứu, tiến hành thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống Smart Key 1.4 Phạm vi ứng dụng: Đây mơ hình hệ thống Smart Key đơn giản, dừng lại mức dùng để học tập, nghiên cứu giảng dạy Để ứng dụng thực tế, mơ hình cần phải cải tiển thêm Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SMART KEY 2.1 Giới thiệu chung: 2.1.1 Giới thiệu hệ thống Smart Key: Hệ thống chìa khóa thơng minh Smart Key hệ thống cho phép mở cửa, khởi động xe mà không cần phải dùng chìa khóa, hệ thống phổ biến dịng xe mới, nói tiêu chuẩn xe Hệ thống phát triển hãng điện lớn Châu Âu Siemens GA vào năm 1995 giới thiệu MERCEDES-BENZ vào năm 1998 dòng xe s-class w 220 sang trọng, đặt tên Keyless-Go tên gọi sử dụng ngày Các tên gọi khác hệ thống smart key: Acura: Keyless Access System Audi: Advanced Key Aston Martin: Keyless Entry and Push Button Start BMW: Comfort Access or Display Key Bugatti: Keyless Entry Remote Cadillac: Adaptive Remote Start & Keyless Access Fiat Chrysler: Keyless Enter-N-Go Ford: Intelligent Access with Push-button Start General Motors: Passive Entry Passive Start (PEPS) Honda: Smart Entry System Hyundai: Proximity Key and Smart Entry Key Infiniti: Infiniti Intelligent Key with Push-button Ignition Isuzu: Genius Entry Jaguar Cars: Smart Key System Kia Motors: Smart Key System Lexus: Smart Access System Lincoln: Intelligent Access System Mazda: Advanced Keyless Entry & Start System Mercedes-Benz: Keyless-Go integrated into Smart Key 2.1.2 Hoạt động hệ thống Smart Key: Hệ thống Smart Key cho phép người lái giữ điều khiển chìa khóa bỏ túi mở khóa, khóa khởi động xe Chìa khóa xác định thông qua ăng ten thân xe xe máy phát xung radio điều khiển chìa khóa Tùy thuộc vào hệ thống, xe tự động mở khóa bấm cảm biến tay nắm cửa bấm nút điều khiển, việc mở cốp xe tương tự Ở dịng xe Hyundai cịn có chức Welcome system (hệ thống chào đón), lại gần xe khoảng 0,7 – m xe xác định điều khiển vùng phát sóng, gương chiếu hậu tự mở, đèn pha xi nhan nhấp nháy Các phương tiện có hệ thống chìa khóa thơng minh có chìa khóa khí dự phòng trường hợp điều khiển hết pin Về việc khởi động xe, ta cần bấm nút khởi động với điều kiện cần có điều khiển xe, khởi động xe từ xa điều khiển dòng xe Ford đời dòng Explorer Khi rời khỏi xe, xe khóa cách bấm nút tay nắm cửa bấm nút điều khiển chìa khóa cần xa khỏi xe khoảng vài mét Ta xác định vị trí xe phạm vi khoảng 500 m 2.1.3 RF (Radio Frequency) RFID (Radio Frequency Identification): 2.1.3.1 RF (Radio Frequency): Radio Frequency tần số vô tuyến nằm khoảng KHz tới 300 GHz, tương ứng với tần số sóng vơ tuyến sử dụng truyền hình, truyền thanh, điện thoại…  Chân D42 điều khiển rơ le khóa cửa thơng qua transitor NPN, kích hoạt solenoid khóa cửa  Hai chân D43, D44 có nhiệm vụ điều khiển mơ tơ khóa tay lái, với D43 cấp 5V, D44 nối mát điều khiển mơ tơ khóa tay lái lại, để mở tay lái D43 nối mát D44 cấp 5V  Chân D46 điều khiển đèn chào mừng thông qua transitor NPN  Hai chân A0, A1 điều khiển còi cách thay phiên chân cấp 5V chân nối mát 3.3 Hoạt động:  Key fob có nhiệm vụ phát tín hiệu dãy mã lập trình liên tục  Trong mơ hình có hai mạch nhận tín hiệu hoạt động liên tục, khoảng cách bắt tín hiệu hai mạch tạo thành vùng hoạt động mơ hình Vùng qt tính từ mơ hình đến phạm vi bán kính khoảng 20 – 30 cm vùng bên xe, nối tiếp đến phạm vi bán kính khoảng 60 – 80 cm vùng xung quanh xe 3.3.1 Mở cửa xe: Khi cầm key fob vào vùng xung quanh xe, xử lí mơ hình kiểm tra mã key fob Nếu đúng, đèn còi chớp hai lần (hệ thống chào mừng) Sau có hai cách để mở khóa:  Thứ nhất, bấm vào nút mở key fob, key fob gửi tín hiệu đến xử lí mơ hình yêu cầu mở khóa  Thứ hai, chạm vào cảm biến tay cầm cửa (door handle), tín hiệu gửi xử lí thơng báo có hành động mở cửa Bộ xử lí cấp điện cho rơ le kích hoạt solenoid mở khóa cửa 3.3.2 Khởi động: Khi cầm key fob vào vùng bên xe, xử lí mơ hình kiểm tra mã key fob 67 Hình 3.22 Hoạt động nút khởi động Bấm nút khởi động đồng thời đạp phanh, gạt cơng tắt tay số vị trí P N, mã key fob đúng, máy đề kích hoạt, tay lái mở khóa Tùy thuộc vào vị trí tay số phanh, nhấn nút khởi động cho kết hình 3.20 3.3.3 Khởi động key fob hết pin: Dùng key tag đính kèm để khởi động  Bước 1: Đặt key tag sát vào phía bên trái giá để nút khởi động hình 3.21 đến nghe tiếng bíp Hình 3.23 Đặt key tag gần nút khởi động 68  Bước 2: Thực khởi động bình thường Đặt key tag vào vị trí góc bên trái nút khởi động để xử lí qt mã key tag 3.3.4 Khóa cửa: Có hai cách để khóa cửa:  Bấm nút khóa tay cầm cửa  Bấm nút khóa key fob Điều kiện để khóa cửa key fob phải nằm vùng xung quanh xe Nếu key fob nằm vùng bên xe, nhấn nút khóa tay cầm cửa, cịi kêu lên cảnh báo, xử lí khơng cho khóa cửa đóng lại Kiểm tra hệ thống: 3.4 3.4.1 Kiểm tra máy tính: Ta kiểm tra xem tín hiệu đến có đầy đủ khơng, mã tín hiệu chìa khóa gửi đến có khơng cách nối arduino với máy tính thơng qua phần mềm Arduino IDE Chẩn đoán arduino phụ  Bước 1: Ta kết nối arduino với máy tính Hình 3.24 Kết nối máy tính với arduino  Bước 2: Đảm bảo chọn cổng (port) arduino 69 Hình 3.25 Kiểm tra cổng kết nối với arduino  Bước 3: Chọn Serial Monitor thẻ Tools để xuất cửa sổ hiển thị thơng số Hình 3.26 Làm xuất cửa sổ hiển thị Sau cửa sổ hiển thị xuất hiện, ta tiến hành kiểm tra chẩn đốn hệ thống Nhìn vào ta thấy thơng số rfid số lần quét liên tiếp không phát key tag, biến idem số lần quét liên tiếp không nhận mã key fob, biến imo hiển thị mức độ ổn định tín hiệu từ key fob gửi tới 70 Hình 3.27 Cửa sổ hiển thị Như ta thấy, thông số rfid giá trị 16 tăng lên 17 có nghĩa hệ thống chưa nhận tín hiệu dãy mã từ key tag Biến idem giá trị 16 17, biến imo 0, điều cho thấy hồn tồn khơng có chìa khóa phát phạm vi xung quanh xe Hình 3.28 Khi hệ thống phát chìa khóa Ta thấy dãy mã xuất hiện, dãy mã hệ thống so sánh với dãy đăng kí Biến imo tăng lên đến giá trị 13, điều có nghĩa dãy mã đồng thời tín hiệu nhận ổn định 71 Hình 3.29 Dãy mã với chức u cầu khóa cửa Hình 3.30 Dãy mã với chức yêu cầu mở khóa cửa 72 Hình 3.31 Dãy mã với chức yêu cầu bật hệ thống chống trộm Như đăng kí, bốn dãy mã chấp nhận, dãy mã có nhiệm vụ khác Hình 3.32 Khi hệ thống quét key tag Một key tag hệ thống quét, ta thấy biến rfid trở giữ nguyên, tức key tag quét quét chấp nhận 73 Chẩn đoán arduino chính: Thực ba bước làm với arduino phụ Hình 3.33 Kết nối arduino với máy tính Hình 3.34 Đảm bảo cổng (port) 74 Hình 3.35 Chọn Serial Monitor thẻ Tools Hình 3.36 Màn hình hiển thị Nhìn vào ta thấy tất tín hiệu mà arduino nhận Khơng có tín hiệu từ chìa khóa gửi đến (khơng nhận có dãy mã xuất hiện), có nghĩa chìa khóa khơng nằm xe Tay số vị trí P (chân P nhận tín hiệu 5V hay 1), tay lái bị khóa (vị trí chốt khóa vị trí khóa, lockwheeldrive nhận tín hiệu 1), khơng có chìa khóa phát xung quanh xe (chân OUT nhận giá trị 0), hệ thống không quét key tag (chân rfid nhận giá trị 0), phanh không đạp (chân brake nhận giá 75 trị 1), nút đề chưa nhấn (hai chân switch1 switch2 nhận giá trị 0), tương tự với cảm biến chạm nút khóa (hai chân touchsensor lockbutton nhận giá trị 0) Hình 3.37 Khi hệ thống phát chìa khóa xe Dãy mã Qu0Ph0 mà chìa khóa phát đến hiển thị trên Dãy mã kiểm tra với dãy mã đăng kí, sau hệ thống định xem có cho tài xế điều khiển xe không 3.4.2 Kiểm tra đồng hồ VOM: Trên mơ hình có dãy giắc để kiểm tra đồng hồ VOM Chỉnh đồng hồ sang chức đo hiệu điện dòng điện chiều đo cặp giắc 76 Hình 3.38 Bảng kiểm giắc kiểm tra B+ – E Luôn khoảng 11V (nguồn cấp cho xử lí) Vcc – E 5V (nguồn cấp cho thiết bị) SW1 – E 5V (công tắc khởi động nhấn) SW1 – E 5V (công tắc khởi động nhấn) Br – E 5V (phanh chưa đạp) 0V (phanh đạp) N–E 5V (đang tay số N) P–E 5V (đang tay số P) Oth – E 5V (đang tay số khác P N) TS – E 5V (cảm biến chạm phát hành động mở cửa) 77 LB – E 5V (nút khóa cửa tay cầm nhấn) DL – E 11V (solenoid khóa cửa cấp điện) ST – E 11V (máy khởi động cấp điện) LP – E 5V (then khóa tay lái vị trí khóa) UP – E 5V (then khóa tay lái vị trí mở khóa) WL – E 11V (đèn hệ thống chào mừng cấp điện) Bu1/Bu2 – E Xung vng xen kẽ (cịi kích hoạt) SL1 – SL2 5V (mơ tơ khóa tay lái kéo then vị trí khóa) SL2 – SL1 5V (mơ tơ khóa tay lái kéo then vị trí mở khóa) RFID – E 5V (arduino phụ xác nhận mã key tag gửi arduino chính) OUT – E 5V (arduino phụ phát key fob đăng kí vùng xung quanh xe) Lo – E 5V (arduino phụ gửi lệnh khóa cửa từ xa arduino chính) Un – E 5V (arduino phụ gửi lệnh mở khóa cửa từ xa tới arduino chính) An – E 5V (arduino phụ gửi lệnh bật hệ thống chống trộm tới arduino chính) Kiểm tra đồng hồ VOM xác định tín hiệu gửi có khơng, kiểm tra máy tính biết xử lí có nhận tín hiệu khơng Qua khoanh vùng sửa chữa có hư hỏng xảy 78 Chương KẾT LUẬN Trong trình thực đề tài, chúng tơi gặp nhiều khó khăn không lường trước Nhưng nhờ giúp đỡ tận tình thầy Nguyễn Văn Thình, với cố gắng thành viên nhóm, chúng tơi học hỏi nhiều điều, có thêm kinh nghiệm xử lí tình bất ngờ, đặc biệt nắm kiến thức hay hệ thống Smart Key Do kinh nghiệm thực tế cịn thiếu, khơng có điều kiện tiếp xúc với thiết bị tốt nên mơ hình chúng tơi cịn nhiều thiếu sót, mong q thầy bạn thơng cảm góp ý thẳng thắn 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]https://prezi.com/bavw0rh_pjvo/certification-ecu-sends/ [2]https://slideplayer.com/slide/10493652/ 80 S K L 0 ... bảng Smart Key Toyota 2.2.3 Tổng quan hệ thống: 2.2.3.1 Sơ đồ vị trí hệ thống Smart Key: Hình 2.5 Sơ đồ vị trí phận hệ thống Smart Key 2.2.3.2 Mạch điện hệ thống smart key Sơ đồ hệ thống Smart Key. .. chìa khóa khí truyền thống Thẻ RFID thụ động dùng để khởi động xe mà pin key fob cạn 2.2 Hệ thống smart key: Có thể nói hệ thống Smart Key hệ thống bao gồm ba hệ thống con: Smart Entry System,... phải cải tiển thêm Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SMART KEY 2.1 Giới thiệu chung: 2.1.1 Giới thiệu hệ thống Smart Key: Hệ thống chìa khóa thơng minh Smart Key hệ thống cho phép mở cửa, khởi động xe