(Đồ án hcmute) thiết kế và thi công thiết bị quản lý cửa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG THIẾT BỊ QUẢN LÝ CỬA GVHD: ThS LÊ MINH SVTH : PHẠM VĂN NHÃ MSSV: 14119161 SVTH : DƯƠNG THÀNH ÐẠT MSSV: 14119141 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2018 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀ O TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG THIẾT BỊ QUẢN LÝ CỬA SVTH: PHẠM VĂN NHÃ MSSV: 14119161 SVTH: DƯƠNG THÀNH ĐẠT MSSV: 14119141 NGÀNH: CNKT MÁY TÍNH GVHD: ThS LÊ MINH Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2018 an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 07 năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phạm Văn Nhã Dương Thành Đạt Ngành: CNKT Máy Tính Giảng viên hướng dẫn: ThS Lê Minh Ngày nhâ ̣n đề tài: 16/3/2018 MSSV: 14119161 MSSV: 14119141 Lớp: 14119CL1 ĐT: Ngày nộp đề tài: 19/7/2018 Tên đề tài: Thiết kế thi công thiết bị quản lý cửa Các số liệu, tài liệu ban đầu: Nội dung thực hiê ̣n đề tài: Sản phẩm: TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Phạm Văn Nhã Dương Thành Đạt Ngành: CNKT Máy Tính Tên đề tài: Thiết kế thi công thiết bị quản lý cửa Họ tên Giáo viên hướng dẫn: ThS.Lê Minh MSSV: 14119161 MSSV: 14191141 NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2018 Giáo viên hướng dẫn iii an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Phạm Văn Nhã MSSV: 14119161 Dương Thành Đạt MSSV: 14119141 Ngành: CNKT Máy Tính Tên đề tài: Thiết kế thi công thiết bị quản lý cửa Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2018 Giáo viên phản biện iv an LỜI CẢM ƠN Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Lê Minh người thầy tận tình dạy bảo, hướng dẫn, phân tích, giúp chúng em hồn thiện đồ án trọn vẹn Cảm ơn thầy cô khoa Điện-Điện tử cung cấp kiến thức tảng sở năm học trường thân yêu Bên cạnh đó, xin gửi lời chúc sức khỏe, thành công tới bạn lớp hỗ trợ nhiều cách trình thực đồ án Xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực đề tài v an TÓM TẮT Cùng với phát triển khơng ngừng xã hội, kéo theo bao hệ lụy mà trộm cắp vấn đề nhứt nhối đáng báo động Tình trạng trộm cắp diễn ngày tinh vi nhắm đến ngơi nhà thường xun vắng chủ Do đó, cần phải có thiết bị khóa thơng để ngăn ngừa bảo vệ ngơi nhà người trước kẻ gian ngày nhiều Mặt khác, khoa học ngày phát triển IoT công nghệ mà giới hướng tới Với mục tiêu vạn vật kết nối thông minh hơn, IoT trở thành xu hướng ngày Nhìn thấy nhu cầu thực tế từ lý trên, nhóm thực định chọn đề tài “Thiết kế thi công thiết bị quản lý cửa” để nghiên cứu thi công Thiết bị giúp người dùng quản lý cửa vào nhà từ xa, hi vọng đề tài mang đến giá trị thiết thực vi an MỤC LỤC Chương 1.TỔNG QUAN 1.1.TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.2.MỤC ĐÍCH VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI .1 1.3.NỘI DUNG THỰC HIỆN 1.4.BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO Chương 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.MỘT SỐ THIẾT BỊ KHÓA CỬA HIỆN NAY .3 2.1.1.Khóa 2.1.2.Khóa điện tử 2.2.INTERNET OF THINGS 2.3.NHỮNG CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU 2.3.1.Chuẩn giao tiếp I2C 2.3.2.Chuẩn giao tiếp UART 2.3.3.Chuẩn giao tiếp SPI 2.3.4.Chuẩn Wifi 2.4.TÌM HIỂU VỀ FIREBASE 2.5.TÌM HIỂU RFID 10 2.6.TÌM HIỂU APP ANDROID 11 2.6.1.Ứng dụng di động 11 2.6.2.App Android 11 2.6.3.Công cụ phát triển app andorid 12 Chương 3.TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG .13 3.1.GIỚI THIỆU .13 3.2.SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI .13 3.2.1.Sơ đồ khối 13 3.2.2.Chức khối 14 3.2.3.Mô tả hoạt động hệ thống 14 3.3.THIẾT KẾ CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG 14 vii an Khối cảm biến 14 3.3.1.1.Cảm biến rung 14 3.3.1.2.Cảm biến HALL 15 Khối ngõ vào .16 3.3.2.1.Đầu đọc RFID 17 3.3.2.2.Bàn phím điều khiển 17 Khối ngõ 18 Khối giao tiếp Wifi 20 Cơ sở liệu 23 Khối xử lý trung tâm 24 Khối ứng dụng di động 26 Khối nguồn 27 3.4.LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 28 3.4.1 Lưu đồ chương trình 28 3.4.2 Lưu đồ khối giao tiếp Wifi 30 3.4.3 Lưu đồ khối xử lý trung tâm 32 3.4.4 Lưu đồ giải thuật khối ứng dụng di động 34 3.5.SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ 51 Chương KẾT QUẢ .54 4.1.Mạch thực tế 54 4.2.Mơ hình .54 4.3.Giao diện ứng dụng di động thực tế 55 4.4.Kết hoạt động hệ thống 56 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHRIỂN 57 5.1.KẾT LUẬN 57 5.2.HƯỚNG PHÁT TRIỂN 57 viii an DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Một số loại khóa .3 Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống IoT Hình 2.3: Bắt đầu kết thúc trình truyền liệu Hình 2.4: Quá trình thay đổi bit liệu Hình 2.5: Bit liệu truyền nhận .6 Hình 2.6: Một gói tin UART Hình 2.7: Kết nối master slave .7 Hình 2.8: Kết nối song song master nhiều slave .8 Hình 2.9: Kết nối Daisy chain master nhiều salve Hình 2.10: Một ứng dụng RFID phổ biến .10 Hình 2.11: Sơ đồ khối hệ thống 13 Hình 3.1: Các loại cảm biến rung 15 Hình 3.2: Cảm biến HALL đặt từ trường vng góc 16 Hình 3.3: Cảm biển HALL thực tế .16 Hình 3.4: Một loại mạch đọc thẻ RFID 17 Hình 3.5: Ma trận phím 4x4 thực tế 18 Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý ma trận phím 4x4 .18 Hình 3.7: Cấu tạo led 19 Hình 3.8: Khóa điện solenoid .19 Hình 3.9: Ảnh module Wifi ESP8266 NodeMCU thực tế 20 Hình 3.10: Sơ đồ chân module Wifi ESP8266 NodeMCU 21 Hình 3.11: Giao diện arduino IDE 22 Hình 3.12: Kit chân ARM STM32F103C8T6 24 Hình 3.13: Giao diện Keil C 25 Hình 3.14: Mạch hạ áp 12VDC xuống 5VDC 27 Hình 3.15: Lưu đồ chương trình 28 Hình 3.16: Lưu đồ thuật tốn khối giao tiếp Wifi 30 Hình 3.17: lưu đồ thuật toán khối xử lý trung tâm 32 ix an Bắt đầu Disable chế độ giọng nói S Enable chế độ giọng nói? Đ S Đóng khóa? Đ Gửi tín hiệu đóng khóa lên Firebase Mở khóa? Đ Gửi tín hiệu đóng khóa lên Firebase S Cập nhật? S S Đ Cập nhật tình trạng cửa từ Firebase Disabl e? Đ Kết thúc Hình 3.25: Lưu đồ giải thuật chương trình chế độ điều khiển giọng nói 45 an Nội dung Disable chế độ giọng nói Giải thích Khi chuyển sang hình chế độ giọng nói, tính bị disable để có an toàn Tránh sơ xuất người dùng đảm bảo tính bảo mật Enable chế độ giọng nói? Khi enable thành cơng, người dùng sử dụng chế độ giọng nói bình thường Đóng khóa? Câu nói đóng khóa cú pháp app gửi tín hiệu đóng khóa lên Firebase Mở khóa? Câu nói mở khóa cú pháp app gửi tín hiệu mở khóa lên Firebase Cập nhật? Tình trạng cửa cập nhật từ Firebase thông báo giọng nói đến người dùng Disable? Để disable chế độ giọng nói Bảng 3.14: Giải thích lưu đồ giải thuật chương trình chế độ điều khiển giọng nói 46 an Bắt đầu S Đổi wifi kết nối hệ thống? Đ Chọn wifi cần kết nối S Đổi password cho điện thoại? Nhập password cho wifi Đ S Đúng SSID password? Change pass word Đ Cấu hình lại wifi kết nối cho hệ thống Kết thúc Hình 3.26: Lưu đồ chương trình cài đặt 47 an Nội dung Đổi wifi kết nối hệ thống Giải thích Nếu chọn tính này, app tiến hành kết nối với hệ thống phần cứng (ESP8266) Người dùng tiến hành chọn wifi (chọn SSID) cho hệ thống cách kết nối điện thoại với wifi nhập password SSID tương ứng Chọn wifi cần kết nối Nhập password cho wifi Nếu SSID password nhập đúng, ESP8266 nhận wifi làm wifi kết nối sau Đổi password cho điện thoại Nếu chọn thay đổi password, chuyển sang chương trình thay đổi password (cho điện thoại) Bảng 3.15: Giải thích lưu đồ chương trình cài đặt 48 an Bắt đầu Nhập pass word Đúng? S Đ Nhập pass word Nhập lại pass word Nhập lại đúng? S Đ Thay đổi password Firebase Kết thúc Hình 3.27: Lưu đồ giải thuật chương trình cài lại password 49 an Nội dung Nhập pass word Giải thích Nhập lại pass word Nếu tiếp tục nhập pass word Nếu sai, thay đổi pass word Nhập pass word cần thay đổi Nhập pass word Nhập lại pass word Nhập lại pass word lần Nếu đúng, tiến hành thay đổi pass word Nếu sai, không thay đổi pass word Thay đổi password Firebase Sau nhập lại password thành công, pass word đưa lên Firebase thay cho password cũ Bảng 3.16: Giải thích lưu đồ chương trình cài lại password Bắt đầu Load thông tin trạng thái cửa từ Firebase Có bất thường? S Đ Báo động Notification MediaPlayer Kết thúc Hình 3.28:Lưu đồ giải thuật chương trình chạy ngầm 50 an Nội dung Load thông tin trạng thái cửa từ Firebase Giải thích Chương trình chạy ngầm đọc giá trị cửa từ Firebase có thay đổi Báo động Notification Nếu phát bất thường (các giá trị cho thấy khóa mở, cửa mở, có MediaPlayer người tiếp cận,…), app phát báo động cho người dùng Bảng 3.17: Giải thích lưu đồ giải thuật chương trình chạy ngầm 3.5 SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ Hình 3.29: Khối xử lý trung tâm 51 an Hình 3.30: khối ngõ Hình 3.31: khối giao tiếp Wifi Hình 3.32: khối cảm biến Hình 3.33: khối nguồn 52 an 53 an Chương KẾT QUẢ 4.1 Mạch thực tế 4.2 Mơ hình Hình ảnh kết mơ hình thực tế sau: Hình 4.1: Hộp đặt phía ngồi cửa Hình 4.2: Hộp đặt phía cửa 54 an Hệ thống gồm hai phần, phần đặt phía ngồi cửa phần cịn lại đặt phía cửa Hộp chứa khối ngõ vào có chức giao tiếp với người dùng muốn mở khóa, hộp chứa khối cịn lại để xử lý thông tin nhận 4.3 Giao diện ứng dụng di động thực tế Hình 4.3: Giao diện hình Login app Giao diện Login gồm list box để chọn User load từ Firebase, edit text để nhập pass word , button để login icon để thông báo kết nối điện thoại với Firebase 55 an Hình 4.1: Giao diện hình app Giao diện hình app gồm khung hiển thị thông báo, icon thông báo menu dẫn đến chức khác đề cập phần 3.3.7 4.4 Kết hoạt động hệ thống  Thiết bị đạt yêu cầu đặt gồm:  Mở khóa thẻ từ, password nhập từ bàn phím nút nhấn thiết bị  Nhận biết có người chạm vào cửa cố ý phá cửa Báo động chuông đèn, đồng thời gửi cảnh báo đến điện thoại người dùng  Dữ liệu lưu trữ Firebase local  App đạt yêu cầu:  Điều khiển thiết bị đóng mở khóa  Xem lịch sử đóng mở khóa điện thoại thẻ  Chỉnh sửa thông tin thẻ điện thoại  Cấu hình lại wifi kết nối cho hệ thống  Điều khiển thiết bị giọng nói 56 an Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHRIỂN 5.1 KẾT LUẬN Hệ thống đạt mục tiêu đề Tuy nhiên số điểm hạn chế sau:  Hệ thống chưa nhỏ gọn  Hệ thống hoạt động xảy cố điện  Hệ thống chưa có tính tức thời Do đó, cần phải cải thiện kích thước, nguồn điện, tốc độ đáp ứng để hệ thống có hiệu 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Để khắc phục thiếu sót hệ thống đáp ứng nhu cầu thực tế, cần có hướng phát triển sau:  Thiết kế lại phần cứng để tiết kiệm diện tích tối đa  Tính tốn sử dụng pin làm nguồn cung cấp cho hệ thống  Xây dựng web an toàn, bảo mật, giao diện tương tác với người dùng, cải tiến chức phân quyền cho người quản lý, người sử dụng  Tối ưu phần mềm để hệ thống đạt độ nhạy cao 57 an TÀI LIỆU THAM KHẢO Đề tài có sử dụng tài liệu tham khảo từ nguồn: Tiếng Việt: [1] Trần Thu Hà (chủ biên), “Giáo trình Điện Tử Cơ Bản” , nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh [2] http://arduino.vn/bai-viet/1226-web-server-voi-arduino-va-esp8266 (arduino.vn) [3] https://esp8266.vn/introduction/esp-module/ (esp8266.vn) [4] https://kienltb.wordpress.com [5] https://www.youtube.com/playlist?list=PLzrVYRai0riTlWPxOEhi12QmvLiw0DCb Tiếng Anh: [6] https://www.w3schools.com/ [7] http://www.st.com/en/microcontrollers/stm32f103c8.html 58 an S an K L 0 ... từ lý trên, nhóm thực định chọn đề tài ? ?Thi? ??t kế thi công thi? ??t bị quản lý cửa? ?? để nghiên cứu thi công Thi? ??t bị giúp người dùng quản lý cửa vào nhà từ xa, hi vọng đề tài mang đến giá trị thi? ??t. .. nhà nói riêng vơ cần thi? ??t Chính vấn đề trên, nhóm định nghiên cứu thực đề tài ? ?Thi? ??t kế thi công thi? ??t bị quản lý cửa? ?? Đề tài áp dụng công nghệ IoT việc quản lý bảo vệ cửa vào gia đình thơng... tránh vị khách không mong muốn lúc nơi 1.2 MỤC ĐÍCH VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI  Mục đích Thi? ??t kế thi cơng thi? ??t bị quản lý cửa với tính năng:  Mở khóa thẻ từ, password nhập từ bàn phím, nút nhấn thi? ??t