TỔNG QUAN
Trong bối cảnh xã hội phát triển nhanh chóng, khoa học và kỹ thuật cũng có những bước tiến đáng kể, với nhiều phát minh phục vụ cho con người nhằm nâng cao chất lượng cuộc sống Những ví dụ tiêu biểu bao gồm robot thông minh, nhà thông minh, trang trại thông minh và thành phố thông minh Bài viết này sẽ tập trung vào nghiên cứu và thiết kế hệ thống khóa thông minh, một phần quan trọng trong công nghệ nhà ở thông minh dành cho các căn hộ chung cư, giúp bảo vệ con người và tài sản trong ngôi nhà.
Nghiên cứu phát triển hệ thống khóa thông minh nhằm tăng cường an ninh và khắc phục nhược điểm của khóa truyền thống đang thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học Khóa đã xuất hiện cách đây 4000 năm, nhưng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, khóa truyền thống đã được cải tiến, chẳng hạn như việc sử dụng mật khẩu để mở khóa Mặc dù phương pháp này mang lại độ an toàn cao hơn và giảm thiểu rủi ro khi chủ nhà quên hoặc mất chìa khóa, nhưng vẫn tồn tại nguy cơ bị theo dõi bởi kẻ trộm.
Công nghệ nhận dạng bằng sóng vô tuyến RFID đã được áp dụng vào hệ thống khóa để khắc phục nhược điểm của các phương pháp truyền thống Mật khẩu được tích hợp trên thẻ RFID, cho phép người dùng mở khóa bằng cách đưa thẻ gần đầu đọc, giúp loại bỏ nguy cơ bị theo dõi Trong một số trường hợp, việc mở khóa cần thực hiện tự động nhưng vẫn đảm bảo an toàn, và một số nghiên cứu đã áp dụng công nghệ Bluetooth để thực hiện điều này.
Hệ thống khóa thông minh tự động kết nối với điện thoại của người dùng qua Bluetooth để nhận diện và xác minh thông tin, mở cửa khi tương thích Tuy nhiên, phạm vi hoạt động của Bluetooth hạn chế, khiến người dùng không thể mở khóa từ xa Mặc dù những cải tiến này mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số hạn chế như khả năng quên mật khẩu, mất thiết bị điều khiển và sự xuất hiện của "khách không quen biết".
7 đình Bên cạnh đó, một số tính năng mới được thêm vào để hệ thống khóa trở nên hoàn thiện hơn
Khóa cửa thông minh cho phép người dùng quản lý quyền truy cập từ xa qua ứng dụng điện thoại Nhiều mẫu khóa được tích hợp sẵn wifi, giúp giám sát hiệu quả bằng cách thông báo cho chủ nhà khi có người ra vào và truyền hình ảnh từ camera về hoạt động trong nhà.
Các nhà sản xuất khóa thông minh đã phát triển nhiều tính năng và tiện ích đa dạng, bao gồm đèn LED cho ánh sáng trong bóng tối, quét mã vân tay, quét võng mạc, và tích hợp chuông báo động để nâng cao tính bảo mật và tiện lợi cho người dùng.
Khóa cửa thông minh mang lại sự tiện lợi và an tâm cho các hộ gia đình và văn phòng, giúp tiết kiệm thời gian và công sức một cách hiệu quả.
Khóa thông minh giúp người dùng tránh được tình trạng mất chìa khóa, một vấn đề phổ biến do kích thước nhỏ gọn của chìa khóa truyền thống Với khóa thông minh, người dùng chỉ cần nhớ mật mã hoặc có thể sử dụng tính năng nhận dạng vân tay mà không cần ghi nhớ mã số.
Khóa thông minh giúp người dùng tiết kiệm thời gian và chi phí bằng cách loại bỏ nhu cầu sao chép chìa khóa Chỉ cần chia sẻ mã khóa qua điện thoại hoặc email, việc truy cập trở nên dễ dàng và tiện lợi hơn bao giờ hết.
Thao tác mở khóa nhanh chóng và thuận tiện giúp người dùng không phải vật lộn với ổ khóa cũ khi đang vội vã hoặc khi mang vác nhiều đồ đạc.
- Do không cần phải tác động vật lý nhiều như khóa truyền thống nên ổ khóa thông minh tường bền hơn
- Tự động khóa khi cửa đóng
- Hoạt động với nguồn điện riêng
Một số loại khóa thông minh cho phép người dùng kiểm soát và theo dõi hình ảnh, cũng như lưu trữ dữ liệu về người ra vào, từ đó nâng cao khả năng bảo vệ an ninh cho căn hộ và tòa nhà.
- Thiết kế sang trọng, đa dạng, phù hợp với nhiều phong cách kiến trúc khác nhau
- Dễ dàng thiết lập, cài đặt loại mã khóa phù hợp
- Dễ dàng quản lý đối với những tòa nhà, trung tâm lớn Ngoài những tiện ích trên, khóa thông minh cũng tiềm ẩn những rủi ro như:
- Với những loại khóa dùng mã số, mã khóa có thể dễ bị tiết lộ hay bị phá mã
- Chi phí lắp đặt và bảo trì tương đối cao
Các hệ thống khóa cửa tại các tòa nhà và trung tâm lớn có thể gặp rủi ro do vận hành trên máy chủ tự động, dẫn đến nguy cơ bị xâm nhập.
- Để duy trì tính an toàn và bảo mật, khóa cửa thông minh cần liên tục được bảo trì và nâng cấp để chống lại xâm nhập
Khóa cửa thông minh, mặc dù có một số rủi ro, sẽ tiếp tục được ưa chuộng trong tương lai Trong những năm tới, các loại khóa như khóa vân tay, khóa thẻ và khóa mã số sẽ dần thay thế khóa truyền thống nhờ vào khả năng giám sát ra vào vượt trội, đảm bảo an ninh cho những khu vực cần kiểm soát ra vào chặt chẽ.
Mục tiêu của đề tài là thiết kế và thi công hệ thống khóa mở bằng thẻ RFID, kết hợp với việc phát triển ứng dụng di động để quản lý và điều khiển hệ thống từ xa Ứng dụng di động sẽ có các tính năng như mở khóa từ xa, lưu nhật ký ra vào, cấp quyền cho thành viên, thêm hoặc sửa quyền truy cập Việc ứng dụng công nghệ này mang đến trải nghiệm thông minh, hiện đại và tiện lợi nhất cho người dùng.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giới thiệu về mạng máy tính
Mạng máy tính ngày nay được xem là phức tạp và khó triển khai, đặc biệt với sự phát triển của công nghệ IoT, khi mà hàng triệu thiết bị như máy lạnh, quạt và nhiều thiết bị khác được kết nối qua Internet Sự phức tạp này càng gia tăng, với ước tính hiện có khoảng 13 tỷ thiết bị IoT đang hoạt động trên mạng, và con số này dự kiến sẽ tiếp tục tăng trong tương lai.
30 tỷ trong ba năm tới
Mạng IoT phức tạp tạo cơ hội cho sinh viên tìm hiểu và nắm bắt công nghệ này Vì vậy, việc cung cấp môi trường học tập và công cụ thực hành là rất cần thiết, giúp sinh viên mô phỏng, xây dựng và quản lý hệ thống, từ đó hiểu rõ hơn về triết lý của các mạng.
Các công cụ mô phỏng mạng cho phép kiểm tra hoạt động của mạng trước khi triển khai thực tế Một số công cụ phổ biến bao gồm NS-2, TOSSIM, OMNeT++, J-Sim, Avrora và Cisco Packet Tracer.
Trình theo dõi gói của Cisco là phần mềm mạnh mẽ do Cisco phát triển, cho phép mô phỏng mạng, đặc biệt là mạng không dây Nó cung cấp một môi trường ảo nơi thiết bị hoạt động như trong thực tế, điều này rất quan trọng cho người dùng, đặc biệt là sinh viên Nhờ vào trình theo dõi gói, sinh viên có thể giám sát và tương tác với các thiết bị không dây và IoT trong môi trường ảo trước khi áp dụng kiến thức vào thực tế.
Làm việc với các công cụ mô phỏng giúp hiểu rõ cách mạng hoạt động, mang lại lợi thế về thời gian và vật liệu, đồng thời giảm chi phí trong giáo dục Báo cáo này được cấu trúc thành bốn phần: phần mở đầu, phần thứ hai tập trung vào các công cụ mô phỏng theo dõi gói tin Cisco, phần ba thảo luận về triển khai nhà thông minh với trình theo dõi gói Cisco, và phần cuối cùng là kết luận cùng với nghiên cứu trong tương lai.
Định nghĩa IOT
IoT, hay Internet of Things, là khái niệm về các đối tượng có khả năng đọc được, nhận biết, định vị và xác định địa chỉ thông qua các thiết bị cảm biến thông tin.
Internet of Things (IoT) là công nghệ tiên tiến cho phép các đối tượng vật lý có số nhận dạng duy nhất, như xe cộ, điện thoại thông minh, thiết bị gia dụng và nhiều hơn nữa, truyền dữ liệu qua mạng mà không cần sự can thiệp của con người IoT hứa hẹn sẽ tạo ra sự thay đổi lớn trong cuộc sống, giúp chúng ta thực hiện nhiệm vụ và công việc hiệu quả hơn.
Ứng dụng IOT vào nhà thông minh và an ninh
Cuộc sống luôn đầy những điều mới mẻ, kích thích sự tò mò và đặt ra nhiều câu hỏi Những thắc mắc này không chỉ thú vị mà còn có thể dẫn đến những ý tưởng vĩ đại, mở ra những khám phá bất ngờ.
Công nghệ IoT đã hiện thực hóa giấc mơ về một cuộc sống gắn liền với các thiết bị điện tử, giúp con người tương tác và hỗ trợ lẫn nhau, tạo ra một cuộc sống hiện đại và tiện nghi Sự xuất hiện của nhà thông minh đã trở thành minh chứng rõ ràng cho sự phát triển của IoT, đặc biệt là tại Việt Nam, nơi mà khái niệm smart home ngày càng trở nên phổ biến Đây là thành công lớn của công nghệ IoT, tạo ra một làn sóng công nghệ mới và thu hút sự quan tâm cao từ người tiêu dùng trên Internet.
Ngôi nhà thông minh mang đến cho bạn khả năng điều khiển mọi thứ theo ý muốn từ xa, biến những điều chỉ có trong phim thành hiện thực ngay trong không gian sống của bạn Với hệ thống quản lý thông minh hoạt động 24/24, bạn không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn yên tâm về mức độ an toàn tuyệt đối Cuộc sống hiện đại và sang trọng mà bạn tạo ra sẽ khiến bạn cảm thấy tự hào và hãnh diện.
Khóa cửa thông minh
Khóa cửa thông minh, hay còn gọi là khóa cửa kỹ thuật số, là một loại khóa điện tử sử dụng công nghệ tiên tiến, cho phép người dùng mở cửa một cách dễ dàng mà không cần sử dụng chìa khóa.
Thiết bị này sở hữu nhiều tính năng bảo mật tiên tiến như mở khóa bằng vân tay, thẻ từ và điện thoại Đặc biệt, khả năng theo dõi qua ứng dụng điện thoại giúp bạn dễ dàng quản lý hoạt động trong ngôi nhà của mình.
Khóa thông minh mang lại nhiều ưu điểm vượt trội, giúp người dùng yên tâm khi ra ngoài, đặc biệt trong các chuyến du lịch hay công tác xa, đảm bảo an toàn cho gia đình Với khóa thông minh, bạn không còn lo lắng về việc quên chìa khóa hay mất chìa, mà có thể thiết lập mọi thứ dễ dàng chỉ qua điện thoại Hơn nữa, khóa cửa thông minh còn nâng cao tính thẩm mỹ và hiện đại cho ngôi nhà của bạn.
Công nghệ nhận dạng sóng vô tuyến
RFID, hay công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến, cho phép xác định và giám sát các đối tượng thông qua hệ thống thu phát sóng radio Một trong những ưu điểm nổi bật của RFID là khả năng nhận diện đối tượng ở khoảng cách xa, từ vài mét đến hàng chục mét trong không gian ba chiều, vượt trội hơn so với các công nghệ khác.
Trong những năm 1940, công nghệ radar đã được áp dụng để phân biệt máy bay địch và máy bay thân thiện trong Thế chiến II, đánh dấu lần đầu tiên sử dụng công nghệ RFID Năm 1948, nhà khoa học Harry Stockman phát minh ra RFID, ghi nhận đóng góp quan trọng này Đến năm 1963, nhà phát minh RF Harrington đã phát triển các ý tưởng mới về RFID, bao gồm phân tán dữ liệu và thông tin Năm 1977, tấm giấy phép truyền RFID đầu tiên ra đời, và đến năm 2000, hơn 1000 bằng sáng chế liên quan đến công nghệ RFID đã được đăng ký Thị trường RFID dự kiến sẽ đạt giá trị 26 tỷ USD vào năm 2015, so với mức 1,95 tỷ USD vào năm 2005, cho thấy sự tăng trưởng đáng kể lên đến 24 tỷ USD.
Hệ thống RFID sử dụng công nghệ không dây để truyền tải thông tin qua sóng radio với các tần số 125Khz hoặc 900Mhz, cho phép truyền dữ liệu mà không cần tiếp xúc vật lý Thông tin có thể được đọc xuyên qua nhiều vật liệu và điều kiện môi trường khắc nghiệt như bê tông, tuyết, sương mù, băng đá và sơn RFID được phân loại theo băng tần số hoạt động, bao gồm tần số thấp (LF), tần số cao (HF) và tần số siêu cao (UHF) Hệ thống này mang lại nhiều lợi ích trong việc quản lý và theo dõi hàng hóa.
Giảm chi phí thông tin nhờ vào thẻ RFID cho phép lưu trữ một lượng lớn dữ liệu điện tử gắn vào các vật phẩm Thông tin này có thể dễ dàng thay đổi và cập nhật ngay tại điểm sử dụng Trong khi đó, mã vạch và hệ thống trao đổi dữ liệu điện tử EDI (Electronic Data Interchange) gặp nhiều hạn chế, như mã vạch cần được quét liên tục và không thể thay đổi sau khi in, dễ bị bám bụi và trầy xước.
Thiết bị RFID reader phát ra sóng điện từ ở tần số cụ thể, cho phép các RFID tag trong vùng hoạt động cảm nhận và thu nhận năng lượng từ sóng này Khi đó, các tag sẽ phát lại mã số của mình, giúp RFID reader xác định tag nào đang hoạt động trong vùng sóng điện từ.
Hình1.1: Nguyên lý hoạt động RFID
Các tần số thường được sử dụng của Rfid:
- Tần số thấp: 125kHz -134,2kHz
- Tần số cực cao: 860MHz - 960MHz
- Tần số siêu cao: 2,45 Ghz
RFID được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, công nghiệp và giáo dục Trong nông nghiệp, thẻ RFID giúp nhận dạng và theo dõi vật nuôi, giảm thiểu tình trạng thất lạc Trong công nghiệp, chúng được sử dụng để xác định thông tin mã số series, nguồn gốc sản phẩm và kiểm soát hàng hóa nhập xuất Tại các thư viện, thẻ RFID gắn với sách giúp rút ngắn thời gian tìm kiếm và kiểm kê, đồng thời hạn chế tình trạng mất sách.
Công nghệ RFID có khả năng lưu trữ thông tin bệnh nhân trong y khoa, đặc biệt hữu ích cho bệnh nhân tâm thần Bên cạnh đó, RFID là yếu tố quan trọng trong hệ thống kiểm soát ra vào hiện đại, cho phép kiểm soát cửa ra vào trực tuyến hoặc không trực tuyến, hiển thị thông tin người sử dụng và quản lý quyền truy cập Vì vậy, khóa cửa từ đã trở thành thiết bị phổ biến tại nhiều công trình, đặc biệt là ở những nơi có nhu cầu cao như khách sạn Một số ưu điểm nổi bật của công nghệ RFID bao gồm tính tiện lợi và khả năng bảo mật cao.
- Giúp quản lý và giám sát đối tượng đơn giản hơn
- Khả năng đọc ghi dữ liệu nhiều lần
Thẻ RFID hoạt động hiệu quả ngay cả trong những điều kiện môi trường khó khăn Việc triển khai hệ thống RFID trong ngành công nghiệp không chỉ tự động hóa quy trình sản xuất mà còn nâng cao năng suất lao động một cách đáng kể.
RFID mang lại nhiều lợi ích như tăng sự thỏa mãn khách hàng và cải thiện lợi nhuận Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm nổi bật, công nghệ này vẫn tồn tại một số nhược điểm cần được khắc phục.
- Chi phí triển khai cao
- Khả năng kiểm soát thiết bị còn hạn chế.
Quản lý qua app thông minh
Hệ thống quản lý qua ứng dụng điện thoại đang trở nên phổ biến và được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Một ví dụ tiêu biểu là hệ thống quản lý nhà thông minh, cho phép người dùng điều khiển các thiết bị như đèn, quạt và điều hòa từ xa một cách dễ dàng thông qua giao diện ứng dụng.
Hình 2: Giao diện app quản lý nhà thông minh
Trong nông nghiệp hiện đại, thông tin về nhiệt độ không khí, độ ẩm đất và hình ảnh vườn rau được cập nhật liên tục trên ứng dụng di động Người dùng có thể dễ dàng theo dõi các thông số này và điều khiển thiết bị chăm sóc vườn rau từ xa, ngay cả khi đang ở cơ quan hoặc bất kỳ đâu thông qua điện thoại thông minh.
Trong lĩnh vực giáo dục, việc quản lý thông tin học sinh qua website mang lại nhiều lợi ích cho phụ huynh, giúp họ dễ dàng theo dõi tình trạng của con mà không cần đến trường Đối với hệ thống chấm công nhân viên, thông tin về họ tên và thời gian điểm danh được cập nhật nhanh chóng trên website, giúp công ty tiết kiệm chi phí và đánh giá hiệu quả làm việc của nhân viên chính xác hơn Những hệ thống này cho thấy tầm quan trọng của việc quản lý thông tin qua ứng dụng.
15 mobile không bị giới hạn về mặt địa lý, hỗ trợ con người rất nhiều trong cuộc sống bận
Các hệ thống an ninh
Quản lý trật tự công cộng và an toàn giao thông qua hệ thống camera là rất cần thiết trong thời đại hiện nay Các camera được lắp đặt trên nhiều tuyến đường nhằm ghi lại hành vi gây rối trật tự và trộm cướp, hỗ trợ xác minh danh tính đối tượng vi phạm Hệ thống này còn giúp giám sát giao thông, phát hiện và xử lý nhanh chóng các lỗi vi phạm, cũng như phát hiện sự cố giao thông để hỗ trợ kịp thời, từ đó tiết kiệm thời gian cho lực lượng cảnh sát giao thông và giảm chi phí cho Nhà nước.
An ninh trường học, đặc biệt tại các trường mầm non, đang trở thành mối quan tâm hàng đầu Việc lắp đặt hệ thống camera an ninh không chỉ giúp quản lý cơ sở vật chất mà còn giám sát hoạt động giảng dạy của giáo viên, từ đó góp phần giảm thiểu tình trạng bạo hành trẻ em trong thời gian qua.
Trong các sân bay yêu cầu an ninh cao, hệ thống camera không chỉ ghi lại hình ảnh mà còn tích hợp công nghệ nhận diện và phân tích khuôn mặt, giúp phát hiện tội phạm trong môi trường đông người Công nghệ này hỗ trợ ngăn chặn kịp thời các hành vi vi phạm, nâng cao mức độ an toàn cho hành khách.
Hệ thống báo động xâm nhập là giải pháp an ninh hiệu quả cho những khu vực có nguy cơ mất cắp cao Nó sử dụng nhiều cảm biến để theo dõi tất cả các cửa ra vào và sẽ phát ra âm thanh báo động khi phát hiện sự xâm nhập trái phép.
Hình 3.1: Hệ thống báo động
Khóa cửa thông minh là một trong những hệ thống an ninh phổ biến và quan trọng hiện nay, nhờ vào tính tiện nghi và bảo mật cao Trên thị trường, có nhiều loại khóa với đa dạng tính năng và mức giá khác nhau, trong đó khóa ứng dụng RFID được sử dụng rộng rãi, đặc biệt trong lĩnh vực nhà hàng và khách sạn, nhờ vào sự tiện lợi và tính thẩm mỹ cao.
Hình 3.2: Khóa RFID trong khách sạn
THIẾT KẾ Ổ KHÓA CỬA THÔNG MINH
Yêu cầu hệ thống
Hệ thống khóa thông minh cho căn hộ và chung cư được thiết kế để nâng cao an ninh cho người sử dụng Nó tích hợp nhiều tính năng hiện đại nhằm đảm bảo an toàn tối ưu cho không gian sống.
- Mở khóa từ bên ngoài cửa hoặc quét thẻ RFID Ngoài ra, khóa cửa có thể được mở từ xa thông qua giao diện app mobile
- Cấp quyền cho người dùng, được phép ra vào hay không
Nhật ký mở khóa được tự động lưu trữ trong cơ sở dữ liệu, cho phép người dùng quản lý và theo dõi thông tin dễ dàng thông qua ứng dụng quản lý trên điện thoại di động.
- Khi thẻ rfid không trùng khớp và khóa cửa khi tab thẻ sai quá số lần qui định Gửi thông báo tới admin qua điện thoại di động.
Sơ đồ khối hệ thống
Hình 4: Sơ đồ khối khóa cửa
Khối cảm biến RFID sẽ đọc và xử lý dữ liệu hình ảnh vân tay, sau đó gửi kết quả về khối điều khiển trung tâm Khối điều khiển trung tâm nhận được kết quả và kết nối với cơ sở dữ liệu để kiểm tra tính hợp lệ Nếu kết quả tồn tại, nhật ký sẽ được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu và hiển thị trên ứng dụng di động, đồng thời kích hoạt cơ chế mở khóa Ngược lại, nếu kết quả không tồn tại, quá trình mở khóa sẽ không được thực hiện.
Khi người dùng mở khóa, nếu 18 quả không trùng khớp, khóa sẽ không mở và một thông báo sẽ được gửi đến admin qua ứng dụng di động Hệ thống sẽ hiển thị thông tin về người mở khóa và trạng thái của khóa Khối đọc thẻ RFID sẽ quét dữ liệu trên thẻ và gửi về khối điều khiển trung tâm, nơi kết quả sẽ được so sánh với mã thẻ đã lưu trong cơ sở dữ liệu để thực hiện mở khóa Sau đó, khối điều khiển trung tâm sẽ kích hoạt chốt khóa cửa Đồng thời, khối cảm biến từ sẽ kiểm tra trạng thái cửa, xác định xem cửa đang đóng hay mở, và khi cửa đang đóng, hệ thống sẽ tự động khóa sau 2 phút.
Thiết bị dùng trong hệ thống
ESP8266 là một hệ thống trên chip (SoC) do công ty Espressif của Trung Quốc phát triển, tích hợp bộ vi điều khiển Tensilica L106 32-bit (MCU) và bộ thu phát Wi-Fi.
ESP8266 là một chip mạnh mẽ với 11 chân GPIO (chân đầu vào/đầu ra đa dụng) và một đầu vào analog, cho phép lập trình giống như Arduino hoặc các vi điều khiển khác Mặc dù chip có tổng cộng 17 chân GPIO, nhưng 6 chân (từ 6 đến 11) được sử dụng để giao tiếp với chip nhớ flash trên bo mạch Với khả năng kết nối Wi-Fi, ESP8266 có thể kết nối với mạng Wi-Fi, truy cập Internet, lưu trữ máy chủ web và cho phép điện thoại thông minh kết nối dễ dàng Điều này đã làm cho ESP8266 trở thành một trong những thiết bị IoT phổ biến nhất hiện nay.
Có nhiều module khác nhau của nó, các module độc lập như dòng ESP - ## của
AI Thinker và các bộ phát triển như NodeMCU DevKit hay WeMos D1 đều là những lựa chọn phổ biến Mỗi loại bo mạch sẽ có sự khác biệt về chân cắm, ăng-ten Wi-Fi và dung lượng bộ nhớ flash, ảnh hưởng đến khả năng và ứng dụng của chúng.
ESP8266 là một module Wifi có thể hoạt động độc lập hoặc kết nối với bất kỳ bộ vi điều khiển nào qua giao tiếp UART Nó hỗ trợ firmware AT tiêu chuẩn, giúp dễ dàng tích hợp Wifi vào các dự án Ngoài ra, người dùng cũng có thể lập trình ESP8266 với một chương trình cơ sở mới thông qua SDK được cung cấp, mở rộng khả năng sử dụng của module này.
Chân GPIO của ESP8266 hỗ trợ cả IO Analog và Digital, bao gồm các giao thức như PWM, SPI, I2C Chip ESP8266 rất đa dạng trong ứng dụng IoT, với nhiều chức năng hữu ích cho các dự án kết nối.
Kết nối mạng: Ăng-ten Wi-Fi của module cho phép các thiết bị nhúng kết nối với bộ định tuyến và truyền dữ liệu
Xử lý dữ liệu là quá trình quan trọng bao gồm việc tiếp nhận và xử lý đầu vào từ các cảm biến analog và kỹ thuật số Qua đó, nó cho phép thực hiện các tính toán phức tạp hơn bằng cách sử dụng hệ điều hành thời gian thực (RTOS) hoặc các bộ công cụ phát triển phần mềm (SDK) không cần hệ điều hành.
Kết nối P2P: Tạo giao tiếp trực tiếp giữa các ESP và các thiết bị khác bằng kết nối IoT P2P
ESP8266 chỉ là tên của con chip Về cơ bản, có ba định dạng mà bạn có thể mua:
Chip ESP8266: Đây là chip cơ bản do Espressif sản xuất, không được che chắn và cần được hàn vào một module
Module ESP8266 là các module được thiết kế để gắn trực tiếp lên bề mặt chứa chip, cho phép tích hợp dễ dàng vào các vi điều khiển (MCU) Những module này được sản xuất bởi các công ty như Espressif, Ai-Thinker và một số nhà sản xuất khác.
Bo phát triển ESP8266 là các bo mạch hoàn chỉnh dành cho IoT, đã được cài đặt sẵn các module, hỗ trợ các nhà phát triển và nhà sản xuất trong việc tạo nguyên mẫu thiết kế trước khi tiến hành sản xuất Các bo phát triển này được sản xuất bởi nhiều nhà sản xuất khác nhau, với các thông số kỹ thuật đa dạng Khi đánh giá các tùy chọn bo phát triển IoT của ESP8266, một số thông số cốt lõi cần lưu ý bao gồm hiệu suất, khả năng kết nối và tính năng mở rộng.
Module RFID RC522 sử dụng IC MF RC522 của Philips để đọc và ghi dữ liệu cho thẻ NFC tần số 13,56 MHz Dưới đây là bảng thông số kỹ thuật chính của module RFID RC522.
Dòng ở chế độ chờ: 10-13 mA
Dòng ở chế độ nghỉ: < 80 uA
Tần số sóng mang: 13,56 MHz
Khoảng cách hoạt động: 0~60 mm (mifare card)
Giao thức truyền thông: SPI
Tốc độ truyền dữ liệu: < 10 Mbit/s
Các loại card hỗ trợ:
Mifare 1 S50, Mifare 1 S70, Mifare Ultra Light, Mifare Pro, Mifare Desfire
Thẻ RFID S50 13.56 MHz (thẻ NFC) cho phép đọc và ghi dữ liệu với tốc độ cao, được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như bảo mật, nhà thông minh, chấm công và gửi xe thông minh Thẻ này tương thích với module RFID RC522 13.56MHz cùng các module tương tự, mang lại hiệu quả và tiện lợi trong việc quản lý và xử lý thông tin.
Bộ nhớ: 8 Kb, 16 phân vùng
Tần số hoạt động: 13,56 MHz
Thời gian lưu trữ dữ liệu: 10 năm
Kích thước: Tùy từng loại
Màn hình LCD 128x64 GPHONE là màn hình thường được sử dụng trong các ứng dụng vừa và nhỏ hiện nay
Kích thước đường bao: 60x90,5x10 mm
Kích thước màn hình: 70x47 mm
Loại LCD: GPHONE Độ phân giải: 128x64
Giao thức truyền thông: SPI
3.3.5 Chốt khoá điện tử LY-01
Khóa chốt điện từ LY-01 hoạt động như một ổ khóa cửa thông minh, sử dụng Solenoid để điều khiển đóng mở bằng điện Sản phẩm này rất phổ biến trong các ứng dụng nhà thông minh, cũng như cho tủ, cửa phòng và cửa kho Với điện áp 12VDC, khóa này thuộc loại thường đóng (cửa đóng) và được biết đến với chất lượng tốt cùng độ bền cao Khóa có khả năng tích hợp với các mạch chức năng khác, tạo thành một hệ thống thông minh hoàn chỉnh.
Hình 4.6: Chốt khóa điện tử LY-01
- Vật liệu: Thép không gỉ
Nguồn adapter 12V 5A, hay còn gọi là bộ nguồn một chiều 12volt, được thiết kế để chuyển đổi điện áp từ nguồn xoay chiều 110/220VAC thành nguồn một chiều 12VDC Thiết bị này thường được sử dụng để cấp nguồn cho các thiết bị như camera, hdd box, hdd docking và nhiều thiết bị điện tử khác.
- Điện áp đầu vào: AC100-240V 50 / 60HZ
- Đầu cắm AC: chuẩn Hoa Kỳ
- Điện áp đầu ra: DC12V
- Dòng đầu ra tối đa: 5A
- Jack cắm DC: 5.5*2.5mm (tương thích 5.5 * 2.1mm)
Thiết kế phần mềm
3.4.1 Giai đoạn 1: Lưu đồ giải thuật
Khi lựa chọn chế độ quét thẻ RFID, màn hình sẽ hiển thị thông báo yêu cầu người dùng quét thẻ Người dùng cần đưa thẻ gần đầu đọc RFID để đọc dữ liệu; nếu dữ liệu không khớp, màn hình sẽ hiển thị thông báo "Invalid Card" và quay trở lại chương trình trước đó.
Nếu mã thẻ trùng khớp với cơ sở dữ liệu, hệ thống sẽ xác định loại thẻ là “admin” hay thẻ thông thường Nếu là thẻ admin, chương trình con sẽ thực thi thêm vân tay; nếu là thẻ thông thường, hệ thống sẽ gửi tín hiệu mở cửa và cập nhật thông tin người mở cửa vào cơ sở dữ liệu để ghi nhật ký.
Hình 5: Lưu đồ đọc thẻ RFID
Cơ sở dữ liệu mã thẻ được quản lý và lưu trữ qua ứng dụng, cho phép người dùng kiểm tra thẻ một cách dễ dàng Quá trình này truy xuất dữ liệu trực tiếp từ cơ sở dữ liệu, giúp người dùng có khả năng thêm, xóa hoặc gia hạn thời gian sử dụng thẻ một cách thuận tiện.
Chương trình mở cửa thẻ trực tiếp trên ứng dụng hoạt động bằng cách nhận tín hiệu từ các chương trình quét vân tay và đọc thẻ RFID Khi tín hiệu "cho phép" được nhận, chương trình sẽ điều khiển động cơ servo quay 90 độ để mở chốt khóa cửa Ngược lại, nếu tín hiệu là "không cho phép", động cơ sẽ giữ nguyên ở góc 0 độ, giữ chốt khóa cửa đóng Đồng thời, nếu cửa đang đóng và người dùng nhấn nút mở khóa từ bên trong, chương trình sẽ lập tức điều khiển servo mở cửa mà không cần kiểm tra tín hiệu từ chương trình con.
Hình 5.1: Lưu đồ điều khiển chốt khóa
Hệ thống mở cửa thông qua ứng dụng cho phép người dùng điều khiển từ xa, tương tự như khi nhấn nút mở khóa bên trong nhà Khi nhận được tín hiệu từ ứng dụng, chương trình sẽ ngay lập tức điều khiển servo để mở cửa, mang lại sự tiện lợi và linh hoạt cho người sử dụng.
Quá trình lưu nhật ký vào cơ sở dữ liệu của hệ thống được thực hiện theo quy trình cụ thể Hệ thống sẽ kiểm tra kết nối mạng Internet theo sơ đồ dưới đây; nếu kết nối thành công, quá trình sẽ tiếp tục diễn ra.
Nhật ký sẽ được cập nhật trực tiếp trên cơ sở dữ liệu khi có kết nối Internet Ngược lại, nếu không có kết nối, nhật ký sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ của hệ thống.
Hình 5.2: Lưu đồ lưu vào nhật ký
3.4.2 Giai đoạn 2: Thiết kế giao diện app quản lý
Hệ thống khóa thông minh yêu cầu một công cụ để lưu trữ và quản lý thông tin người dùng, đặc biệt là thông tin liên quan đến thẻ RFID như họ tên và mã thẻ, nhằm phục vụ cho các tính năng như ghi lại nhật ký mở cửa Để đáp ứng nhu cầu này, một ứng dụng di động với giao diện đơn giản đã được thiết kế, cho phép người dùng dễ dàng quản lý thông tin và điều khiển hệ thống khóa Ứng dụng được phát triển bằng ba ngôn ngữ chính và bao gồm hai phần: giao diện đăng nhập với các chức năng như đăng ký tài khoản, quên mật khẩu và đăng nhập, cùng với giao diện quản lý cho phép điều khiển từ xa hệ thống khóa, hiển thị nhật ký mở cửa, hình ảnh từ camera, thông tin người dùng và các thông báo cần thiết Thêm vào đó, người dùng có thể dễ dàng thêm hoặc xóa thông tin trực tiếp trong giao diện quản lý và cập nhật nhanh chóng.
Download file cài đặt tại chỉ https://developer.android.com/studio và chọn phiên bản phù hợp với hệ điều hành của máy tính bạn đang sử dụng
Hình 6.2: Hướng dẫn cài đặt android studio
Bấm “Next” ở các bước Ở phần chọn đường dẫn, bạn hãy chọn đường dẫn cần lưu cài đặt của Androi
Studio Bạn nên để mặc định Tiếp tục ấn Next
Hình 6.1: Hướng dẫn cài đặt android studio
Chọn đường dẫn để lưu cài đặt Và tiếp tục bấm “next”
Hình 6.5: Hướng dẫn cài đặt android studio Hình 6.3: Hướng dẫn cài đặt android studio
Hình 6.4: Hướng dẫn cài đặt android studio
Hình 6.6: Thiết kế lập trình từng phần theo chức năng hệ thống
Hình 6.7: Thiết kế cho user
Hình 6.8: Thiết kế cho phần tổng quan admin
3.4.3 Giai đoạn 3: Lập trình nhúng cho phần cứng
Cài đặt Arduino IDE để lập trình ESP8266
Sau khi down bản mới nhất của Arduino IDE, các bạn tiến hành cài đặt như bình thường và mở chương trình
Hình 7: Cài đặt Arduino IDE
To install the library and enable code loading functionality for the IDE, follow these steps: Navigate to File → Preferences, and in the Additional Board Manager URLs textbox, add the following link: http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json.
Click OK để chấp nhận
Hình 7.1: Cài đặt Arduino IDE
Tiếp theo vào Tool→Board→Boards Manager
Hình 7.2: Cài đặt Arduino IDE đợi một lát để chương trình tìm kiếm Ta kéo xuống và click vào ESP8266 by
ESP8266 Community, click vào Install Chờ phần mềm tự động download và cài đặt
Hình 7.3: Cài đặt Arduino IDE
Để lập trình cho ESP8266, hãy chọn Board phù hợp bằng cách kết nối module USB-to-UART vào máy tính Sau đó, vào Tool → Board và chọn Generic ESP8266 Module, đồng thời chọn cổng COM tương ứng với module USB-to-UART.
Hình 7.4: Cài đặt Arduino IDE
Hình 7.5: Tiến hành lập trình cho esp8266
3.4.4 Thiết kế datebase và gia công phần cứng theo lưu đồ
KẾT QUẢ THỰC TẾ
Mô hình đạt được
Hình 8: Mặt trước mô hình
Mặt trước của thiết bị được trang bị cửa ra vào cùng với màn hình LCD và công nghệ RFID, cho phép người dùng dễ dàng ra vào và nhận thông tin về trạng thái thành công hoặc thất bại qua màn hình LCD.
Hình 8.1: Mặt sau mô hình
Mặt sau là mặt kĩ thuật gồm: chốt khóa điện tử, khối nguồn, esp8266 để xử lí hệ thống.
App quản lý đạt được
Hình 9: Giao diện đăng nhập
Giao diện này cho phép user hoặc admin đăng nhập
Hình 9.1: Giao diện người dùng
Khác với giao diện admin, người dùng chỉ được cấp quyền để mở hoặc đóng một trong
2 cánh cửa của hệ thống
Quản trị viên có quyền thêm và xóa thành viên, cấp quyền truy cập cho các thành viên, cũng như quản lý hoạt động mở và đóng cửa của hệ thống Bên cạnh đó, họ còn có khả năng theo dõi lịch sử ra vào của hệ thống một cách chi tiết.
Hình 9.3: Tổng quan 2 cửa của admin
Hình 9.4: Lịch sử ra vào
Hình 9: Thông báo khi nhập sai thẻ quá 3 lần
ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Đánh giá
Sau khi nghiên cứu và thực hiện đề tài “Thiết kế ổ khóa thông minh”, hệ thống đã đáp ứng các yêu cầu về xử lý, kiểm tra và nhận dạng vân tay cũng như mã thẻ RFID Chúng tôi đã xây dựng ứng dụng di động với giao diện đơn giản, thân thiện và tương thích với cả máy tính và điện thoại, cung cấp đầy đủ tính năng quản lý thông tin và điều khiển hệ thống khóa Hệ thống sử dụng động cơ servo để điều khiển chốt khóa, cho phép mở khóa ngay cả khi mất điện, tiện lợi hơn so với khóa chốt điện Đề tài thiết kế ba hình thức mở khóa: quét thẻ RFID, mở khóa từ xa và nhận dạng vân tay, giúp người dùng dễ dàng cấp quyền truy cập cho người khác thông qua việc quản lý thông tin thẻ RFID trên điện thoại Việc tích hợp ba phương thức mở khóa đảm bảo tính liên tục và bảo mật cho người dùng, ngay cả khi mất thẻ RFID hoặc không thể mở khóa trực tiếp.
Hướng phát triển
Một số giải pháp được đưa ra để phát triển đề tài như sau:
- Tích hợp nhỏ gọn bộ phận thiết kế để phù hợp với nhiều loại cửa
- Tăng cường tính an ninh thông qua việc thêm các cảnh báo khi có tác động mạnh vào khóa, cảnh báo cháy, thông báo qua mail hoặc tin nhắn
- Kết hợp các hình thức mở khóa khác như nhận diện khuôn mặt 3D, mật khẩu sử dụng một lần OTP để tạo nên hệ thống bảo mật nhiều lớp