Báo cáo đồ án hệ thống nhúng đề tài hệ thống khóa cửa thông minh

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - - BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG ĐỀ TÀI : HỆ THỐNG KHĨA CỬA THƠNG MINH Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Ngọc Minh Sinh viên thực : Hoàng Thị Thanh-B19DCDT217 Hoa Thị Thanh-B19DCDT Nghiêm Thị Thùy Linh-B19DCDT Kiều Như Ngọc-B19DCDT Hà Nội-2023 Mục lục Danh sách bảng biểu hình ảnh Lời nói đầu CHƯƠNG : HỆ THỐNG KHĨA CỬA THƠNG MINH 1.1 Lịch sử phát triển nhà thông minh 1.2 Hệ thống khóa cửa thơng minh .8 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ 11 2.1 Giải pháp kỹ thuật 11 2.1.1 Nhiệm vụ hệ thống cửa thông minh 11 2.1.2 Thiết kế board mạchChụp lại sau .11 2.1.3 Thiết kế mạch điện 11 2.2 Hệ điều hành FreeRTOS 11 2.2.1 Hệ điều hành FreeRTOS gì? 11 2.2.2 Tại phải sử dụng hệ điều hành FreeRTOS 12 2.3 Giới thiệu số thiết bị dùng hệ thống khóa cửa thơng minh 16 2.3.1 STM32F103C8T6 16 2.3.2 Node MCU 19 2.3.4 KEYPAD 24 2.3.5 Màn hình LCD 20x4 .25 2.3.6 Động servo SG90 .25 2.4 Các chuẩn giao thức sử dụng 26 2.4.1 UART .26 2.4.2 SPI 28 2.4.3 I2C 29 2.4.4 AJAX kit ESP8266 31 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHĨA CỬA THƠNG MINH VÀ MƠ HÌNH 33 3.1 Sơ đồ khối hệ thống khóa cửa thơng minh 33 3.2 Ghép nối khối 34 Phụ lục 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 Danh sách bảng biểu hình ảnh Bảng 2.1: Các thơng số ESP8266 21 Bảng 2.2: Hình ảnh thực tế Esp8266 21 Bảng 2.3: Các thơng số module RFID R305 .22 Bảng 2.4: Các thơng số thẻ RFID S50 13,56 MHz 23 Bảng 2.5: Các thơng số keypad 4x4 24 Bảng 2.6: Các thông số thẻ LCD 20x4 25 Bảng 2.7: Các thơng số động servo SG90 26 Hình 1.1: Hệ thống Echo-IV phát triển Jim Sutherland Hình 1.2: Mơ tả hệ thống mạng lưới sử dụng mạng không dây Hình 2.1: Mơ hình tổng thể hệ thống khóa cửa thơng minh 11 Hình 2.2: Hệ thống sử dụng FreeRTOS 14 Hình 2.3: Trạng thái Task 15 Hình 2.4: Sơ đồ chân Stm 18 Hình 2.5:Hình ảnh thực tế stm32F103C8T6 .18 Hình 2.6: Một số loại esp phổ biến 19 Hình 2.7: Hình ảnh thực tế module RFID RC522 .23 Hình 2.8: Một số hình ảnh thực tế thẻ RFID S50 13,56 MHz .24 Hình 2.9: Hình ảnh thực tế KeyPad 4x4 .24 Hình 2.10: Hình ảnh thực tế LCD 20x4 25 Hình 2.11: Hình ảnh thực tế động servo SG90 26 Hình 2.12: UART Communication 26 Hình 2.13: Sơ đồ chân .28 Hình 2.14: Sơ đồ chân .29 Lời nói đầu Ngày nay, phát triển khoa học cơng nghệ góp phần khơng nhỏ thay đổi phát triển sống người Các thiết bị tự động hóa ngày xâm lấn vào sản xuất chí sống sinh hoạt ngày người Do ngơi nhà thơng minh khơng cịn mơ ước người mà trở thành thực Qua báo chí, phương tiện truyền thơng thấy mơ hình nhà thơng minh đời Các mơ hình nhà thơng minh có nhiều khác biệt, nhằm vào mục tiêu sau:  Tự động hóa hoạt động ngơi nhà  Đảm bảo an ninh, an tồn cho nhà  Đem lại thoải mái cho người sử dụng  Cung cấp dịch vụ giải trí chất lượng cao  Cung cấp khả giám sát điều khiển tử xa  Tăng hiệu suất hệ thống, giảm mức tiêu thụ điện Với kiến thức có, tơi mong muốn thiết kế nhà đáp ứng tất yêu cầu Tuy nhiên thời gian, sức lực kinh phí cịn hạn chế nên đề tài này, tơi tìm hiểu việc đảm bảo an ninh, an tồn cho ngơi nhà mà cụ thể thực thiết kế “hệ thống khóa cửa thơng minh sử dụng kit Stm32f103c8t6 hệ điều hành FreeRTOS” Nội dung đồ án gồm có chương: CHƯƠNG: HỆ THỐNG KHĨA CỬA THƠNG MINH CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHĨA CỬA THƠNG MINH VÀ MƠ HÌNH CHƯƠNG : HỆ THỐNG KHĨA CỬA THƠNG MINH Lịch sử phát triển nhà thông minh Tiền đề cho hệ thống nhà thơng minh thiết bị điều khiển từ xa không dây Được giới thiệu năm 1898 Nikola Tesla, ơng điều khiển mơ hình thu nhỏ thuyền cách gửi sóng radio qua điều khiển từ xa 1.1 Thế kỷ 20 bắt đầu với phát triển bùng nổ thiết bị gia dụng, ví dụ máy hút bụi chạy động (1901) máy hút bụi chạy điện (1907) Hai thập kỷ cách mạng thiết bị gia dụng, xuất tủ lạnh, máy sấy, máy giặt, Tuy nhiên, giá thành đắt đỏ việc sở hữu hàng xa xỉ xuất gia đình giàu có Những năm 1930, ý tưởng tự động hóa nhà khơi gợi lên, phải đến năm 1966, hệ thống tự động hóa nhà mang tên EchoIV phát triển Jim Sutherland Hệ thống giúp chủ nhà lên danh sách mua hàng, điều chỉnh nhiệt độ phòng, bật tắt thiết bị gia dụng Nhưng đáng tiếc hệ thống chưa bán thị trường Hình 1.1: Hệ thống Echo-IV phát triển Jim Sutherland Năm 1969, bếp máy tính Honeywell đời Chức sản phẩm tạo công thức ăn, bếp khơng đạt thành công thương mại giá thành đắt đỏ Bước ngoặt lớn xảy vào năm 1971 vi xử lý đời, khiến cho giá thiết bị điện tử giảm mạnh Điều đồng nghĩa với việc người có khả tiếp cận với cơng nghệ dễ dàng Nhờ có bước phát triển thần kì ấy, khái niệm "nhà thơng minh" lần đưa vào năm 1984 Hội Liên Hiệp Xây dựng Hoa Kỳ Hình 1.2: Mơ tả hệ thống mạng lưới sử dụng mạng không dây Trong suốt thập niên 90, công nghệ dành cho người cao tuổi chủ đề tập trung nghiên cứu, người ta cố gắng kết hợp kỹ thuật đại khoa học tuổi già để tạo công nghệ phục vụ cho người cao tuổi Chính tập trung nghiên cứu đóng góp vào việc phát triển tiện nghi gia đình, thiết bị gia dụng, điện tử điện lạnh Trong khoảng thời gian này, nhu cầu kết nối thiết bị gia dụng bắt đầu xuất Năm 1993, mạng lưới kết nối thiết bị nhà không dây xây dựng Fujieda, mang đến bước phát triển lớn cho hệ thống không dây ngày   Đến cuối thể kỷ 20, thuật ngữ Domotics sáng tạo sử dụng để miêu tả việc sản phẩm đồ gia dụng kết hợp với máy tính robot, tạo thành hệ thống phối hợp để quản lý công việc gia đình Năm 1998, Ngơi nhà Thiên niên kỷ (Integer millennium house) mở cửa trưng bày Căn nhà mẫu minh họa cho việc nhà tích hợp cơng nghệ nào, với hệ thống sưởi ấm, quản lý đất trồng, thiết bị an ninh, chiếu sáng cửa điều khiển tự động Mười năm sau, mạng Internet phát triển mạnh mẽ trở nên phổ biến, người ta bắt đầu vào nghiên cứu để tìm cách kết nối hệ thống điều khiển tự động hóa nhà với mạng Internet Hiroshi Kanma đồng đề xuất việc hệ thống điều khiển thông qua bluetooth vào năm 2003 Năm 2006, hệ thống mạng lưới phức hợp sản phẩm gia dụng giới thiệu Mạng lưới sử dụng bluetooth mạng điện thoại để gửi liệu cho nhà cung cấp truyền dẫn trở nhà người sử dụng Bằng cách thức này, người dùng điểu khiển thiết bị nhà kể bên Khi thiết bị cơng nghệ dần có giá thành rẻ hơn, chúng tích hợp nhiều vào nhà Cùng với phổ biến ấy, ngày có nhiều cơng ty đầu tư vào việc nghiên cứu nâng cấp phát triển công nghệ để chúng hoạt động hiệu có giá thành hấp dẫn với người dùng Hiện nay, cơng nghệ tự động hóa nhà xuất gần khắp nơi, chí đơi cịn chẳng nhận Giờ đây, nhiều người điều khiển ti vi, hệ thống sưởi, chuông báo động, đèn chiếu sáng, cửa vào từ điện thoại thông minh điều khiển Với phát triển vũ bão này, nói bước tiến làm thay đổi công nghệ nhà thông minh, tương lai khơng cịn giới hạn ngồi trí tưởng tượng người 1.2 Hệ thống khóa cửa thơng minh Một nhà “thơng minh” cần phải thông minh từ thềm cửa Một khóa thơng minh dẫn lối vào tiện nghi sống thường ngày người Khóa cửa thơng minh thiết bị điện có tác dụng thực nhiệm vụ mở/khóa khóa cho cửa nhận lệnh từ thiết bị xác thực, sử dụng kết nối khơng dây với khóa mã để thực trình xác nhận Cũng khóa cửa truyền thống, khóa cửa thơng minh bao gồm hai phận ổ khóa chìa khóa Tuy nhiên, chìa khóa khóa thơng minh khơng tồn dạng vật chất, mà nằm ứng dụng điện thoại thông minh, thẻ từ cảm biến sinh trắc học (như vân tay, võng mạc, giọng nói, ) Với loại khóa đơn giản hơn, “chìa khóa” đơn giản đoạn mã số Khóa cửa thường gắn trực tiếp vào ổ khóa thường, bao gồm phận thu phát tín hiệu, thiết bị mở khóa chốt Các hệ thống khóa cửa thơng minh sử dụng phổ biến là:  Khóa vân tay: Hệ thống cho phép vân tay người sử dụng mã hóa thiết bị có bàn tay đặt vào khóa tự động mở ( tính phát triển thêm đề tài )  Khóa mật mã: Là loại khóa dùng mật mã thay cho chìa khóa để mở cửa  Khóa thẻ RFID: RFID viết tắt cụm từ Radio Frequency Identification, công nghệ nhận dạng đối tượng dựa bước sóng vơ tuyến Khơng thực thao tác đóng hay mở cửa, khóa thơng minh cịn cho phép chủ nhân nhà tạo quyền cho bạn bè, người thân hay người khác mở khóa để vào nhà chìa khóa ảo Chiếc chìa khóa ảo gửi qua e-mail, hay tin nhắn SMS Nắm mã khóa tay, người nhận mở cửa nhà vào thời điểm chủ nhà định Khóa cửa thơng minh cịn chấp nhận hay từ chối quyền truy nhập từ xa thông qua ứng dụng điện thoại Một vài khóa cài đặt sẵn wifi để thực hoạt động giám sát thơng báo cho chủ nhà có người vào nhà hay truyền hình ảnh từ camera người vào Ngồi ra, cịn có nhiều chức năng, tiện ích khác nhà sản xuất phát minh ứng dụng vào sản phẩm khóa thơng minh theo cách khác nhau: đèn LED để sử dụng bóng tối, quét mã vân tay, quét võng mạc, tích hợp chng báo động, Khóa cửa thơng minh đem lại nhiều tiện nghi yên tâm cho hộ gia đình nơi cơng sở Việc sử dụng khóa thơng minh giúp tiết kiệm thời gian công sức theo nhiều cách khác nhau:  Một tiện ích dễ thấy tránh việc làm chìa khóa Chìa khóa thường tương đối nhỏ gọn nên dễ bị rơi, Với khóa thơng minh, người dùng cần nhớ mật mã, chí khơng cần phải nhớ mã số sử dụng ổ khóa có nhận dạng vân tay  Với khóa thơng minh, người dùng khơng cần phải thời gian tiền bạc làm thêm chìa khóa Tất cần làm đơn giản chia sẻ mã khóa qua điện thoại hay e-mail  Thao tác nhanh chóng, thuận tiện Người dùng vật lộn với ổ khóa cũ vội vã, hay tìm cách xoay xở phải mang vác nhiều đồ đạc  Do không cần phải tác động vật lý nhiều khóa truyền thống nên ổ khóa thơng minh thường bền  Tự động khóa cửa đóng  Hoạt động với nguồn điện riêng  Một vài loại khóa thơng minh giúp người dùng kiểm sốt, xem hình ảnh lưu trữ liệu người vào, kiểm sốt tình trạng an ninh hộ tòa nhà  Thiết kế sang trọng, đa dạng, phù hợp với nhiều phong cách kiến trúc khác  Dễ dàng thiết lập, cài đặt loại mã khóa phù hợp  Dễ dàng quản lý tòa nhà, trung tâm lớn Ngồi tiện ích trên, khóa thông minh tiềm ẩn rủi ro như:  Với loại khóa dùng mã số, mã khóa dễ bị tiết lộ hay bị phá mã  Chi phí lắp đặt bảo trì tương đối cao  Với hệ thống khóa cửa tịa nhà, trung tâm lớn, khóa vận hành hệ thống máy chủ tự động nên tiềm tàng rủi ro máy chủ bị xâm nhập  Để trì tính an tồn bảo mật, khóa cửa thơng minh cần liên tục bảo trì nâng cấp để chống lại xâm nhập  Mặc dù có rủi ro định, khóa cửa thơng minh chắn sử dụng tương lai Trong năm tiếp theo, việc sử dụng khóa cửa thơng minh khóa vân tay, khóa dùng thẻ, khóa mã số dần thay cách khóa truyền thống tính vượt trội việc đảm bảo giám sát vào mức độ cao cho khu vực cần có kiểm sốt vào chặt chẽ 10 c) Thẻ RFID S50 13,56MHz Thẻ RFID S50 13.56 MHz (thẻ NFC) dùng để đọc/ghi liệu với tốc độ cao Thẻ ứng dụng nhiều lĩnh vực bảo mật, nhà thông minh, chấm công, gửi xe thơng minh, v.v Thẻ tương thích với module RFID RC522 13.56MHz module tương tự Chip: Mifare S50 Bộ nhớ: Kb, 16 phân vùng Tần số hoạt động: 13,56 MHz Khoảng cách đọc: 2,5~10 mm Thời gian đọc: 1~2 ms Độ bền: 100.000 lần Thời gian lưu trữ liệu: 10 năm Kích thước: Tùy loại Bảng 2.4: Các thơng số thẻ RFID S50 13,56 MHz Hình 2.10: Một số hình ảnh thực tế thẻ RFID S50 13,56 MHz 2.3.4 KEYPAD Bàn phím mềm 4×4 keypad có thiết kế nhỏ gọn, dễ kết nối sử dụng, chân 16 phím nối theo ma trận, tín hiệu nhấn phím tín 23 hiệu GND (0VDC) Vcc (5VDC) tùy vào cách quét phím bạn kích vào chân Vi điều khiển, bàn phím cịn tích hợp vị trí để lắp thêm tụ chống dội (chống nhiễu), phù hợp cho ứng dụng điều khiển phím bấm Bàn phím tích hợp nhiều module mạch điện tử kit phát triển, kit học tập giao tiếp vi điều khiển Pic, 8051, AVR, STM,… Hình 2.11: Hình ảnh thực tế KeyPad 4x4 Chân Số nút nhấn 16 Điện áp hoạt động 3.3v – 5v Nhiệt độ hoạt động 0°C – 70°C Bảng 2.5: Các thông số keypad 4x4 2.3.5 Màn hình LCD 20x4 Màn hình LCD 20x4 hình thường sử dụng ứng dụng vừa nhỏ 24 Hình 2.12: Hình ảnh thực tế LCD 20x4 Nguồn: 5V DC Kích thước hình: 98 x 60 x 13.5 mm Loại LCD: 20x4 Giao thức truyền thơng: I2C Bảng 2.6: Các thơng số thẻ LCD 20x4 2.3.6 Động servo SG90 Động RC Servo 9G động phổ biến dùng mô hình điều khiển nhỏ đơn giản cánh tay robot Động có tốc độ phản ứng nhanh, tích hợp sẵn Driver điều khiển động cơ, dễ dàng điều khiển góc quay phương pháp điều độ rộng xung PWM Kích thước: 23x12.2x29 mm Mơ-men xoắn: 1,8 kg/cm (4,8 V DC) Tốc độ hoạt động: 600 0,1 giây Điện áp hoạt động: 4,8V DC (~5V DC) Nhiệt độ hoạt động: 0~55 oC Delay: 10 us 25 Bảng 2.7: Các thơng số động servo SG90 Hình 2.13: Hình ảnh thực tế động servo SG90 2.4 Các chuẩn giao thức sử dụng 2.4.1.UART UART “Universal Asynchronous Receiver / Transmitter”, vi mạch sẵn có vi điều khiển không giống giao thức truyền thông (I2C & SPI) Chức UART truyền liệu nối tiếp Trong UART, giao tiếp hai thiết bị thực theo hai cách giao tiếp liệu nối tiếp giao tiếp liệu song song Hình 2.14: UART Communication Truyền thơng UART: - Trong giao tiếp này, có hai loại UART có sẵn truyền UART nhận UART giao tiếp hai loại thực trực tiếp với Đối với điều này, cần hai cáp để giao tiếp hai UART Luồng liệu từ 26 - hai chân truyền (Tx) nhận (Rx) UARTs Trong UART, việc truyền liệu từ Tx UART sang Rx UART thực khơng đồng (khơng có tín hiệu CLK để đồng hóa bit o / p) Việc truyền liệu UART thực cách sử dụng bus liệu dạng song song thiết bị khác vi điều khiển, nhớ, CPU, v.v Sau nhận liệu song song từ bus, tạo thành gói liệu cách thêm ba bit bắt đầu, dừng lại trung bình Nó đọc bit gói liệu chuyển đổi liệu nhận thành dạng song song để loại bỏ ba bit gói liệu Tóm lại, gói liệu nhận UART chuyển song song phía bus liệu đầu nhận Start-bit Start-bit cịn gọi bit đồng hóa đặt trước liệu thực tế Nói chung, đường truyền liệu không hoạt động điều khiển mức điện áp cao Để bắt đầu truyền liệu, truyền UART kéo đường liệu từ mức điện áp cao (1) xuống mức điện áp thấp (0) UART thu thông báo chuyển đổi từ mức cao sang mức thấp qua đường liệu bắt đầu hiểu liệu thực Nói chung, có start-bit Bit dừng Bit dừng đặt phần cuối gói liệu Thơng thường, bit dài bit thường sử dụng bit Để dừng sóng, UART giữ đường liệu mức điện áp cao Bit chẵn lẻ Bit chẵn lẻ cho phép người nhận đảm bảo liệu liệu thu thập có hay khơng Đây hệ thống kiểm tra lỗi cấp thấp & bit chẵn lẻ có sẵn hai phạm vi Chẵn lẻ – chẵn lẻ Chẵn lẻ – lẻ Trên thực tế, bit không sử dụng rộng rãi nên không bắt buộc Dữ liệu bit khung liệu Các bit liệu bao gồm liệu thực truyền từ người gửi đến người nhận Độ dài khung liệu nằm khoảng & Nếu bit chẵn lẻ khơng sử dụng chiều dài khung liệu dài bit Nói chung, LSB liệu truyền trước tiên sau hữu ích cho việc truyền Ưu nhược điểm UART Những ưu nhược điểm UART bao gồm điều sau đây:  Nó cần hai dây để truyền liệu  Tín hiệu CLK khơng cần thiết  Nó bao gồm bit chẵn lẻ phép kiểm tra lỗi  Sắp xếp gói liệu sửa đổi hai mặt xếp  Kích thước khung liệu tối đa bit  Nó khơng chứa số hệ thống phụ (hoặc) 27 Tốc độ truyền UART phải mức 10% 2.4.2 SPI SPI giao thức giao tiếp phổ biến sử dụng nhiều thiết bị khác Ví dụ, module thẻ SD, module đầu đọc thẻ RFID phát / thu không dây 2,4 GHz sử dụng SPI để giao tiếp với vi điều khiển Lợi ích SPI liệu truyền mà không bị gián đoạn Bất kỳ số lượng bit gửi nhận luồng liên tục Với I2C UART, liệu gửi dạng gói, giới hạn số bit cụ thể Điều kiện bắt đầu dừng xác định điểm bắt đầu kết thúc gói, liệu bị gián đoạn q trình truyền Các thiết bị giao tiếp qua SPI có quan hệ master - slave Master thiết bị điều khiển (thường vi điều khiển), slave (thường cảm biến, hình chip nhớ) nhận lệnh từ master Cấu hình đơn giản SPI hệ thống slave, master nhất, master điều khiển nhiều slave  Hình 2.15: Sơ đồ chân  MOSI (đầu master / đầu vào slave) - đường truyền cho master gửi liệu đến slave  MISO (đầu vào master / đầu slave) - đường cho slave gửi liệu đến master  SCLK (clock) - đường cho tín hiệu xung nhịp  SS / CS (Slave Select / Chip Select) - đường cho master chọn slave để gởi Các bước truyền liệu SPI  Master tín hiệu xung nhịp  Master chuyển chân SS / CS sang trạng thái điện áp thấp, điều kích hoạt slave  Master gửi liệu bit tới slave dọc theo đường MOSI Slave đọc bit nhận  Nếu cần phản hồi, slave trả lại liệu bit cho master dọc theo đường MISO Master đọc bit nhận 28 Ưu nhược điểm SPI Có số ưu nhược điểm sử dụng SPI lựa chọn giao thức giao tiếp khác nhau, bạn nên biết sử dụng SPI theo yêu cầu dự án: Ưu điểm Khơng có bit bắt đầu dừng, liệu truyền liên tục mà không bị gián đoạn  Không có hệ thống định địa slave phức tạp I2C  Tốc độ truyền liệu cao I2C (nhanh gần gấp đôi)  Các đường MISO MOSI riêng biệt, liệu gửi nhận lúc Nhược điểm  Sử dụng bốn dây (I2C UART sử dụng hai)  Không xác nhận liệu nhận thành công (I2C có điều này)  Khơng có hình thức kiểm tra lỗi bit chẵn lẻ UART  Chỉ cho phép master 2.4.3 I2C I2C kết hợp tính tốt SPI UART Với I2C, bạn kết nối nhiều slave với master (như SPI) bạn có nhiều master điều khiển nhiều slave Điều thực hữu ích bạn muốn có nhiều vi điều khiển ghi liệu vào thẻ nhớ hiển thị văn hình LCD Hình 2.16: Sơ đồ chân Giống giao tiếp UART, I2C sử dụng hai dây để truyền liệu thiết bị:  SDA (Serial Data) - đường truyền cho master slave để gửi nhận liệu  SCL (Serial Clock) - đường mang tín hiệu xung nhịp  I2C giao thức truyền thơng nối tiếp, liệu truyền bit dọc theo đường (đường SDA) 29 Giống SPI, I2C đồng bộ, đầu bit đồng hóa với việc lấy mẫu bit tín hiệu xung nhịp chia sẻ master slave Tín hiệu xung nhịp ln điều khiển master Hoạt động I2C Với I2C, liệu truyền tin nhắn Tin nhắn chia thành khung liệu Mỗi tin nhắn có khung địa chứa địa nhị phân địa slave nhiều khung liệu chứa liệu truyền Thông điệp bao gồm điều kiện khởi động điều kiện dừng, bit đọc / ghi bit ACK / NACK khung liệu: Điều kiện khởi động: Đường SDA chuyển từ mức điện áp cao xuống mức điện áp thấp trước đường SCL chuyển từ mức cao xuống mức thấp Điều kiện dừng: Đường SDA chuyển từ mức điện áp thấp sang mức điện áp cao sau đường SCL chuyển từ mức thấp lên mức cao Khung địa chỉ: Một chuỗi 10 bit cho slave để xác định slave master muốn giao tiếp với Bit Đọc / Ghi: Một bit định master gửi liệu đến slave (mức điện áp thấp) hay yêu cầu liệu từ (mức điện áp cao) Bit ACK / NACK: Mỗi khung tin nhắn theo sau bit xác nhận / không xác nhận Nếu khung địa khung liệu nhận thành công, bit ACK trả lại cho thiết bị gửi từ thiết bị nhận Địa chỉ:  I2C đường Slave Select SPI, cần cách khác slave biết liệu gửi đến slave slave khác Nó thực điều cách định địa Khung địa khung sau bit khởi động tin nhắn  Master gửi địa slave mà muốn giao tiếp với slave kết nối với Sau đó, slave so sánh địa gửi từ master với địa Nếu địa phù hợp, gửi lại bit ACK điện áp thấp cho master Nếu địa không khớp, slave khơng làm đường SDA mức cao Bit đọc / ghi: Khung địa bao gồm bit cuối tin nhắn cho slave biết master muốn ghi liệu vào hay nhận liệu từ Nếu master muốn gửi liệu đến slave, bit đọc / ghi mức điện áp thấp Nếu master yêu cầu liệu từ slave, bit mức điện áp cao Khung liệu 30  Sau master phát bit ACK từ slave, khung liệu sẵn sàng gửi  Khung liệu ln có độ dài bit gửi với bit quan trọng trước Mỗi khung liệu sau bit ACK / NACK để xác minh khung nhận thành công Bit ACK phải nhận master slave (tùy thuộc vào gửi liệu) trước khung liệu gửi  Sau tất khung liệu gửi, master gửi điều kiện dừng cho slave để tạm dừng trình truyền Điều kiện dừng chuyển đổi điện áp từ thấp lên cao đường SDA sau chuyển tiếp từ thấp lên cao đường SCL , với đường SCL mức cao Các bước truyền liệu với I2C:  Master gửi điều kiện khởi động đến slave kết nối cách chuyển đường SDA từ mức điện áp cao sang mức điện áp thấp trước chuyển đường SCL từ mức cao xuống mức thấp  Master gửi cho slave địa 10 bit slave mà muốn giao tiếp, với bit đọc / ghi  Mỗi slave so sánh địa gửi từ master với địa Nếu địa trùng khớp, slave trả bit ACK cách kéo dòng SDA xuống thấp cho bit Nếu địa từ master không khớp với địa slave, slave rời khỏi đường SDA cao  Master gửi nhận khung liệu  Sau khung liệu chuyển, thiết bị nhận trả bit ACK khác cho thiết bị gửi để xác nhận nhận thành công khung  Để dừng truyền liệu, master gửi điều kiện dừng đến slave cách chuyển đổi mức cao SCL trước chuyển mức cao SDA 2.4.4 AJAX kit ESP8266 AJAX chữ viết tắt Asynchronous JavaScript and XML Nó kỹ thuật thiết kế web giúp cho ứng dụng web hoạt động bất đồng – xử lý yêu cầu tới server từ phía sau Asynchronous, JavaScript, XML từ AJAX là: Asynchronous, hay nói ngắn Async – bất đồng Bất đồng có nghĩa chương trình xử lý khơng theo hàm, khơng có quy trình, nhảy bỏ qua bước Ích lợi dễ thấy bất đồng chương trình xử lý nhiều cơng việc lúc 31 JavaScript ngơn ngữ lập trình tiếng Trong số nhiều chức khả quản lý nội dung động website hỗ trợ tương tác với người dùng XML dạng ngôn ngữ markup HTML, chữ đầy đủ eXtensible Markup Language Nếu HTML dùng để hiển thị liệu, XML thiết kế để chứa liệu Cách thức hoạt động AJAX  Từ trình duyệt client, ta có kiện để gọi ajax Khi javascript tạo nên đối tượng XMLHttpRequest Và đối tượng gửi request đến server ví dụ: Khi người dùng click vào input chọn skill tìm việc làm người dùng Khi ta lấy thơng tin gửi đến server cần trả việc làm tương ứng phù hợp với người dùng  Khi server nhận HttpRequest từ xử lý request trả response cho web.Server xử lí lấy việc làm javascript chẳng hạn thuộc skill mà người dùng cần trả liệu việc làm  Sau nhận response từ server, Javascript xử lý cập nhật vào trang web cho Hình ảnh thêm sau ESP8266 webserver 32 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHĨA CỬA THƠNG MINH VÀ MƠ HÌNH HÌNH ẢNH NHÀ CỦA MÌNH Hình 3.1 Hình ảnh mơ hình khóa cửa thơng minh 3.1 Sơ đồ khối hệ thống khóa cửa thơng minh Chức khối hệ thống khóa cửa thơng minh:  Khối điều khiển trung tâm: thực điều khiển toàn hệ thống  Khối ESP8266: đọc trạng thái webserver gửi sang khối trung tâm  Khối đọc RFID: đọc liệu từ thẻ RFID gần gửi liệu khối điều khiển trung tâm  Khối hiển thị LCD: hiển thị thông tin theo lệnh từ khối điều khiển trung tâm  Khối báo động: phát âm người dùng nhập mật có hiệu lệnh điều khiển mở cửa  Cơng tắc mở/khóa cửa: thực đóng mở cửa  Khối LEDs: đèn báo hiệu 33 Hình 3.2: Sơ đồ khối hệ thống khóa cửa thơng minh 3.2 Ghép nối khối a, Khối KeyPad keypad kết nối C1C2C3C4R1R2R3R4 GPIO_PA0 = C1 GPIO_PA1 = C2 GPIO_PA1 = C3 GPIO_PA2 = C4 GPIO_PA3 = R1 GPIO_PA4 = R2 GPIO_PA5 = R3 GPIO_PA6 = R4 GPIO_PA07 = R5 b, Khối đọc RFID Module RFID RC522 sử dụng nguồn nuôi 3,3 V DC, giao thức truyền thông SPI Mặc dù sử dụng mức nguồn nuôi 3,3 V DC khác với STM32F103C8T6 V DC sau thử nghiệm thực tế Em nhận thấy kết nối trực tiếp chân tín hiệu module RFID RC 522 stm32f103c8t6 RFID_SDA ↔ GPIO_PB14 34 RFID_SCK ↔ GPIO_PB15 RFID_MOSI ↔ GPIO_PB13 RFID_MISO ↔ GPIO_PB12 RFID_IRQ (không kết nối) RFID_GND ↔ GND RFID_RST ↔ VCC RFID_3,3V ↔ VCC c, Khối hiển thị LCD 20x4 sử dụng nguồn nuôi 3,3 V DC chuẩn giao thức I2C tích hợp sẵn mạch nên ta rút gọn chân vi điều khiển LCD_SDA ↔ GPIO_PB10 LCD_SCL ↔ GPIO_PB11 LCD_VCC ↔ UNO_3,3V (MOSI) LCD_GND ↔ UNO_GND(MISO) d, Khối đóng mở cửa : servo Trong đề tài Em sử dụng động servo SG90 để thực chức mở/khóa khóa cửa Động servo SG 90 sử dụng nguồn nuôi xấp xỉ V DC tích hợp sẵn mạch điều khiển bên nên kết nối trực tiếp với Arduino UNO Tuy nhiên ta phải kết nối với chân điều khiển độ rộng xung Servo ↔ GPIO_PB1 f, Khối LEDs Em sử dụng Led đỏ xanh để hiển thị trạng thái Led nối trực tiếp với chân I/O kit LED_RED ↔ GPIO_PB4 LED_GREEN ↔ GPIO_PB5 g, Khối ESP8266 NodeMCU giao tiếp với Arduino theo chuẩn giao tiếp UART Ở ESP8266 truyền liệu sang cho Arduino xử lí Do nối sau: ESP_Tx ↔ UNO_Rx ESP_GND ↔ UNO_GND 35 Phụ lục CODE 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]Giáo trình mơn học : “Điện tử bản”, “Điện tử cơng suất”, “Lập trình C ứng dụng”, [2]Sách Mastering_the_FreeRTOS_Real_Time_Kernel [3]Datasheet linh kiện sử dụng mạch từ trang web : alldatasheet.com, stm32f103c8t6 , datasheetcatalog.com, datasheets360.com, priceton.com.tw, nxp.com, [4]Một số tài liệu liên quan khác 37