(Đồ án hcmute) nghiên cứu và thiết kế hệ thống smartkey

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SMARTKEY GVHD: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN SVTH: PHẠM HỮU VINH MSSV: 16141094 SVTH: TRẦN THANH QUANG MSSV: 16141361 SKL 0 TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 08/2020 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀ NH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀ O TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SMARTKEY SVTH: Khóa: Ngành: GVHD: PHẠM HỮU VINH - 16141094 TRẦN THANH QUANG - 16141361 2016-2020 Công nghệ kỹ thuật Điện tử, Truyền thông PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN TP HỒ CHÍ MINH – 8/2020 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀ NH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀ O TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SMARTKEY SVTH: Khóa: Ngành: GVHD: PHẠM HỮU VINH - 16141094 TRẦN THANH QUANG - 16141361 2016-2020 Công nghệ kỹ thuật Điện tử, Truyền thơng PGS.TS PHẠM HỒNGLIÊN TP HỒ CHÍ MINH – 8/2020 ii an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2020 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: MSSV:  Phạm Hữu Vinh  Trần Thanh Quang  16141094  16141361 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện tử, Truyền thông Lớp: 16141CLVTA ĐT: Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN Ngày nhâ ̣n đề tài: 17/02/2020  0356777851  0583150263 Ngày nộp đề tài: 15/08/2020 Tên đề tài: Nghiên Cứu Và Thiết Kế Hệ Thống Smartkey Các kiến thức liên quan: Kiến thức lập trình android, sử dụng board arduino nano kèm cảm biến rung WS-420, mạch thu RF, module GPS NEO 6M, module SIM800AC V2, còi chip để xây dựng lên hệ thống smartkey iii an Nội dung thực hiê ̣n đề tài: • Tìm hiểu hệ thống smartkey xe máy hãng Honda • Tìm hiểu Node MCU ESP8266 • Tìm hiểu module cho hệ thống như: Module cảm biến rung, module GPS, module SIM, module RF • Thiết kế mơ hình thiết bị • Thiết kế mạch nhận liệu từ cảm biến rung • Thiết kế mạch nhận tín hiệu GPS • Thiết kế mạch sử dụng module SIM nhắn tin nhận tin nhắn đến điện thoại • Thiết kế mạch nhận tín hiệu RF • Thi cơng, lắp ráp thiết bị • Viết chương trình chạy thử nghiệm mạch đo thiết bị • Hồn thiện thiết bị tnhận xét kết • Viết báo cáo GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TRƯỞNG NGÀNH Phạm Hồng Liên Báo cáo đạt yêu cầu khóa luận tốt nghiệp kỹ sư, phép bảo vệ khóa văn tốt nghiệp iv an v an LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, nhóm chúng tơi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh tạo môi trường học tập tốt điều kiện thuận lợi để thực đề tài Trong suốt trình học tập hồn thành đề tài, nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình Thầy, Cơ, gia đình bạn bè Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Phạm Hồng Liên, giảng viên Bộ môn Kỹ Thuật Máy Tính - Viễn Thơng Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh, tận tình trực tiếp hướng dẫn, bảo động viên nhóm suốt q trình thực khóa luận Nhóm chúng tơi xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh nói chung Thầy, Cơ Bộ mơn Kỹ Thuật Máy Tính - Viễn Thơng nói riêng tận tình dạy dỗ, truyền đạt kiến thức sở chuyên ngành, để có tảng kiến thức hồn thành đề tài Nhóm xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên suốt trình học tập hồn thành khóa luận tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn! vi an Tóm Tắt Ngày trước phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, đặc biệt thành công công nghiệp 4.0 làm cho giới ngày thay đổi, sống trở nên văn minh đại Cùng với phát triển khơng ngừng tệ nạn xã hệ xảy ngày tinh vi khó điều tra Trong đó, vấn nạn trộm cắp nước ta ngày nhiều vấn đề đáng lo ngại Vì “Mơ hình nghiên cứu thiết kế hệ thống smartkey cho xe máy” đưa giải pháp cho bảo vệ tài sản thay ổ khóa truyền thống Mơ hình sử dụng board arduino nano kèm cảm biến rung WS-420, mạch thu RF, module GPS NEO 6M, module SIM800AC V2, còi chip để xây dựng lên hệ thống smartkey vii an DANH MỤC HÌNH HÌNH 1.1: BIỂU ĐỒ XE MÁY BÁN RA Ở VIỆT NAM CỦA THƯƠNG HIỆU LỚN HÌNH 1: CẤU TẠO HỆ THỐNG KHĨA THƠNG MINH TRÊN XE HONDA HÌNH 2: ARDUINO NANO 10 HÌNH 3: CÁC CỔNG VÀO RA TRÊN ARDUINO NANO 12 HÌNH : CẢM BIẾN RUNG WS-420 13 HÌNH 5: MẠCH PHÁT RF PT2262 15 HÌNH 6: MẠCH THU RF PT2272 16 HÌNH 7: MODULE GPS THỰC TẾ 17 HÌNH 8: SƠ ĐỒ KẾT NỐI GPS NEO-6M VỚI ARDUINO 18 HÌNH 9: MODULE SIM800AC V2 THỰC TẾ 18 HÌNH 10: SƠ ĐỒ KẾT NỐI SIM 800AC V2 VỚI ARDUINO 20 HÌNH 11: CỊI CHIP 20 HÌNH 12: MODULE LM2596 THỰC TẾ 21 HÌNH 13: HƯỚNG ĐI DÒNG ĐIỆN TRONG LM2596 22 HÌNH 14: LED 22 HÌNH 15: GIAO DIỆN CHÍNH ARDUINO IDE 23 HÌNH : SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 25 HÌNH 2: SƠ ĐỒ KHỐI GPS 26 HÌNH 3: SƠ ĐỒ KHỐI CẢM BIẾN RUNG 27 HÌNH : SƠ ĐỒ KHỐI MODULE SIM 27 HÌNH 5: SƠ ĐỒ KHỐI THU RF 28 HÌNH 6: SƠ ĐỒ KHỐI KHÓA 28 HÌNH 7: SƠ ĐỒ KHỐI LOA VÀ ĐÈN 29 HÌNH 8: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN 29 HÌNH 9: SƠ ĐỒ NUYÊN LÝ KHỐI HẠ ÁP 5V 30 HÌNH 10: SƠ ĐỒ NGUN LÝ TỒN MẠCH 31 HÌNH 1: SƠ ĐỒ MẠCH IN 2D 32 HÌNH 2: SƠ ĐỒ MẠCH IN 3D 33 viii an HÌNH : IN MẠCH LÊN PHÍM ĐỒNG VÀ TẨY BẰNG DUNG DỊCH MUỐI ĂN MÒN 34 HÌNH 4 : HÀN LINH KIỆN LÊN MẠCH 34 HÌNH 5: TẤM FOMEC LÀM MƠ HÌNH 35 HÌNH 6: SẢN PHẨM SAU ĐÓNG GÓI 35 HÌNH 7: LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN TỔNG QUÁT 36 HÌNH 8: LƯU ĐỒ THUẬT TỐN KHI PHÁT HIỆN TRỘM 37 HÌNH 9: LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN ĐỊNH VỊ XE 38 HÌNH 10: THUẬT TỐN TRÊN ĐIÊN THOẠI 39 HÌNH 11: ANDROID STUDIO 40 HÌNH 12: GIAO DIỆN TRÊN ỨNG DỤNG 41 HÌNH 13: GIAO DIỆN BÊN TRONG CỦA ỨNG DỤNG 41 HÌNH 14: KẾT QUẢ ĐỊNH VỊ……………………………………………… 44 DANH MỤC BẢNG BẢNG 2.1: THÔNG SỐ CỦA ARDUINO NANO [4] BẢNG 2.2: BẢNG SƠ ĐỒ CHÂN BẢNG 2.3: BẢNG KẾT NỐI CẢM BIẾN VỚI ARDUINO TRONG MẠCH BẢNG 4.1: BẢNG LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH BẢNG 5.1: KẾT QUẢ THỰC HIỆN SAU NĂM LẦN ix an Hình 2: Sơ đồ mạch in 3D Bảng 4.1: Bảng linh kiện sử dụng mạch STT 10 11 Tên linh kiện Arduino Nano Module nguồn LM2596 Cảm biến rung WS-420 Module GPS Module SIM800AC Module thu RF Còi Đèn nháy Jack DC Led Trở 33 an Giá trị 5V 5V 5V 12V 5V `12V 12V 3.3V 10k 4.1.2 Lắp rạp mạch kiểm tra Hình 4.3 : In mạch lên phím đồng tẩy dung dịch muối ăn mịn Hình 4.4 : Hàn linh kiện lên mạch Sau mạch hàn xong, tiến hành lắp thiết bị kiểm thử sơ kết nối mạch 34 an 4.2 ĐĨNG GĨI MƠ HÌNH Mơ hình chúng tơi lựa chọn làm fomec vì: • Giá thành rẻ, dễ tìm kiếm • Dễ dàng thi cơng giao keo Hình 5: Tấm fomec làm mơ hình Hình 6: Sản phẩm sau đóng gói Sau đóng gói sản phẩm hồn thiện, chúng tơi bắt tay vào lập trình cho hệ thống 35 an 4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 4.3.1 Lưu đồ giải thuật Hình 4.7: Lưu đồ thuật tốn tổng qt 36 an Hình 8: Lưu đồ thuật toán phát trộm 37 an Hình 9: Lưu đồ thuật tốn định vị xe 38 an 4.3.2 Viết chương trình cho hệ thống Phần viết chương trình cho hệ thống smartkey nhóm chúng tơi để vào phần Source Code, để dễ dàng quang sát 4.4 THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỆN THOẠI 4.4.1 Lưu đồ giải thuật app điện thoại Hình 4.10: Thuật tốn điên thoại Sau khởi động app tìm xe, người sử dụng nhập số điện thoại hệ thống xe bấm nút tìm xe Sau nút bấm nhấn, điện thoại tự động gửi tin nhắn có nội dung “Location” xuống hệ thống chuyển trạng thái đợi tin nhắn phản hồi Sau nhận dc tin nhắn phản hồi, hệ thống giải mã tin nhắn để lấy thông tin kinh độ, vĩ độ cập nhật thơng tin vị trí lên đồ 4.4.2 Thiết kế app 39 an 4.4.2.1 Giới thiệu phần mềm Android Studio Để thiết kế ứng dụng cho hệ thống dùng phần mềm Android Studio, đồng thời tham khảo Giáo Trình Lập Trình Android Cơ Bản [7] trường đại học sư phạm kỹ thuật vài thông tin phần mềm Tháng năm 2013, Google công bố Android Studio, môi trường phát triển ng dụng tích hợp (IDE) dành riêng cho Android, mã nguồn mở, dựa IDE Java IntelliJ hãng JetBrains (đối thủ với Eclipse Netbeans, vốn quen thuộc với dân lập trình Java) Android Studio chạy Windows, Mac Linux, nhằm thay cho Eclipse Android Development Tool (ADT) vốn sử dụng làm IDE năm trước Hình 4.11: Android Studio Một số tính bật: • Bộ cơng cụ build ứng dụng dựa Gradle (thay Maven) • Chức dị sửa lỗi nhanh, hướng Android • Cơng cụ chỉnh sửa hình dạng kéo thả tiện lợi • Các wizard tích hợp nhằm giúp lập trình viên tạo ứng dụng từ mẫu có sẵn • Tích hợp Google Cloud Platform, dễ dàng tích hợp với Google Cloud Messaging App Engine Google 40 an 4.4.2.2 Thiết kế giao diện a Giao Diện ứng dụng : Hình 4.12: Giao diện ứng dụng b Giao diện bên ứng dụng: Hình 4.13: Giao diện bên ứng dụng 41 an 4.5 KẾT QUẢ SAU KHI THỰC HIỆN Sau kết mà nhúng thực gửi số điện thoại ứng dụng tìm vị trí xe máy Hình 4.14: Kết định vị 4.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG Tổng kết chương thấy hệ thống thiết kế hoàn thành yêu cầu đặt ban đầu, nhiên hệ thống triển khai thực tế lại gặp vấn đề phản hồi thấp hệ thống tiến hành mở tắt khóa xe khơng rà phần thu xe khó mở được, tiến thi cơng nhóm dùng hai tín hiệu RF dẫn đến trùng tần số gây nên khó khăn việc mở tắt khóa xe, chúng tơi tiến đến khắc phục cách thêm relay đóng ngắt tín hiệu RF2 để kiểm tra tín hiệu RF2 hai giây lần tránh bị trùng tần số thực tín hiệu RF1 cịn lại chứng chống trộm hoạt động nhạy cụ thể người dùng sơ ý chạm vào xe làm xe hú cịi sáng đèn Đều phiền tói cho người xung quanh cải nên nghĩ việc không đáng trách mà cần thiết cho hệ thống 42 an CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 KẾT QUẢ THI CÔNG VÀ ĐÁNH GIÁ  Ở khoảng cách 1m Bảng 5.1: Kết sau lần với khoảng cách 1m STT Tìm Xe Đạt Đạt Đạt Đạt Bật Xe Đạt Đạt Đạt Đạt Tắt Xe Đạt Đạt Đạt Đạt Báo Rung Đạt Đạt Đạt Đạt Xác suất Đạt 100% Đạt 100% Đạt 100% Đạt 100% Định Vị Đạt Đạt Đạt Không bắt Đạt 80%  Ở khoảng cách 5m Bảng 5.2: Kết sau lần với khoảng cách 5m STT Tìm Xe Đạt Bật Xe Đạt Tắt Xe Đạt Báo Rung Đạt Đạt Không Đạt Không Đạt Không Đạt Xác suất Đạt Đạt Đạt 100% Đạt Đạt Đạt 80% Đạt Đạt Đạt 80% Đạt Đạt Đạt 80% Định Vị Không bắt Không bắt Đạt Đạt Đạt 60%  Ở khoảng cách 10m Bảng 5.3: Kết sau lần với khoảng cách 10m STT Tìm Xe Đạt Bật Xe Đạt Tắt Xe Đạt Báo Rung Đạt Đạt Đạt Không Đạt Đạt Không Đạt Không Đạt Không Đạt Đạt Đạt Đạt Đạt Không Đạt Xác suất Đạt 100% Đạt 80% Đạt 60% Đạt 60% 43 an Định Vị Không bắt Đạt Không bắt Không bắt Đạt 40% Nhận xét: Mơ hình hồn thành u cầu đề Tuy nhiên tính ổn định chưa tốt GPS tùy vào thời điểm thời tiết để bắt GPS 5.2 KẾT LUẬN 5.2.1 Đánh giá theo tiêu chí đề Sản phẩm làm đạt mục tiêu ban đầu chức chống trộm, định vị xe, tìm kiếm xe bãi xe, tắt máy xe từ xa, với trường hợp xe, hiển thị vị trí xe đồ Sản phẩm có tính an toàn cao dễ sử dụng với vài thao tác đơn giản, độ tin cậy cao, chi phí thấp phù hợp, dễ ứng dụng thực tế nghiên cứu thiết kế hệ thống smartkey sau 5.2.2 Ưu nhược điểm sản phẩm  Ưu điểm sản phẩm thiết kế:  Sản phẩm có tính thực tế cao, triển khai áp dụng đời sống  Dễ dàng thao tác, sử dụng  Khả chống trộm với tính an tồn cao  Có thể tìm kiếm xe bãi điều khiện trời tối, bãi gửi xe lớn  Chi phí thiết kế thấp so với sản phẩm smartkey khác thị trường  Nhược điểm hệ thống thiết kế:  Sản phẩm thiết kế thơ, chưa có tính thẩm mỹ cao áp dụng vào thực tế  Sản phẩm chưa tính trường hợp xe hết bình xe dùng giửa đường nguy hiểm bận tâm  Chưa tính rõ cơng suất sản phẩm áp dụng thực tế xe máy hao bình xe  Nếu gặp kẻ trộm chuyên nghiệp sản phẩm dễ dàng bị bẻ khóa đồng thời kẻ trộm có thiết bị phá sóng coi xe 5.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Để khắc phục chuyện sản phẩm smartkey hết pin chừng chạy chúng tơi đưa phương án nhắc nhở người sử dụng thường xuyên kiểm tra bình xe, xe máy đề xe khơng khởi động pin smartkey 44 an gần hết– phương án mà chúng tơi tìm kiếm đồng thời làm tốt tính lượng lượng cịn lại bình gửi vể ứng dụng xe Còn đối kẻ trộm chuyên nghiệp dùng thiết bị phá sóng xe để tránh bị phát GPS chúng tơi khuyên người dùng đặt hệ thống chống trộng phần xe Vì bình thường sau trộm lấy xe máy nghĩ hệ thống smartkey đặt gần ổ khóa chúng cắt dây điện gần hệ thống ổ khóa xe cịn trường hộp chúng tháo bình xe nói băng trộm có tính nghiệp vụ cao Ngồi trường hợp người dùng khơng bật tính hiệu Internet để gửi tin nhắn định vị dùng ứng dụng tìm xe, chúng tơi xin đề xuất làm thêm phần gủi tin nhắn bật tắt xe thông qua module sim, phần làm cho kẻ xấu không di chuyển xa Đồng thời cần gửi tin nhắn đến số điên thoại hệ thống, hệ thống trả tin nhắn tọa độ, dùng tọa độ để tìm kiếm xe khoanh vùng tìm kiếm 45 an TÀI LIỆU THAM KHẢO Web tham khảo [1] Vietnam Association of Motorcycle Manufacturers [Online] http://vamm.org.vn/ [2] Vnexpress [ Online] https://vnexpress.net/ [3] Honda Việt Nam [Online] https://www.honda.com.vn/ [4] Arduino [Online] http://arduino.vn/ Sách tham khảo [5] Tác giả: Phạm Minh Tuấn, Arduino cho người bắt đầu, TP.HCM, Việt Nam: iot maker Việt Nam https://iotmaker.vn/ [6] ThS Nguyễn Đình Phú, Giáo trình Vi Điều Khiển PIC 16F887, TP HCM, Việt Nam: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật [7] Ths Nguyễn Văn Hiệp, Giáo Trình Lập Trình Android Cơ Bản, TP.HCM Việt Nam: NXB Đại Học Quốc Gia 2015 46 an S an K L 0 ... 23 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 24 an CHƯƠNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 25 3.1 GIỚI THIỆU 25 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 25 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ... RF • Thiết kế mơ hình thiết bị • Thiết kế mạch nhận liệu từ cảm biến rung • Thiết kế mạch nhận tín hiệu GPS • Thiết kế mạch sử dụng module SIM nhắn tin nhận tin nhắn đến điện thoại • Thiết kế mạch... thiện thiết bị • Sử dụng nghiên cứu thử nghiệm • Chỉ dẫn đảm bảo an toàn với người sử dụng 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU • Tìm hiểu hệ thống smartkey xe máy hãng Honda • Tìm hiểu tính hệ thống smartkey