Đồ án tốt nghiệp thiết kế và thi công hệ thống khóa điện tử đa phương án mở

- Thiết kế, tính toán, kết nối board Arduino với ESP8266, các module RFID RC522, module R305, màn hình TFT, khóa điện tử.- Thiết kế, xây d ng phần cứng, thi công mạch, mô hình cho sản ph

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

-

NGÀNH CÔNG NGH K Ệ Ỹ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUY N THÔNG Ề

Đề tài:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG

GVHD: PGS TS Nguy n Thanh Hễ ải SVTH : Đỗ Chí Hữu

MSSV : 17141087 SVTH : Nguy n Tễ ấn Bình MSSV : 17141053

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

-

NGÀNH CÔNG NGH K Ệ Ỹ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUY N THÔNG Ề

Đề tài:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG

GVHD: PGS TS Nguy n Thanh Hễ ải SVTH : Đỗ Chí Hữu

MSSV : 17141087 SVTH : Nguy n Tễ ấn Bình MSSV : 17141053

Tp Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 7 năm 2021

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN T T NGHI P Ố Ệ

Họ và tên sinh viên: Đỗ Chí Hữu MSSV: 17141087

Nguyễn T n Bình ấ MSSV: 17141053

Ngành: Công nghệ k thuỹ ật Điệ ửn t - Truyền thông

Giáo viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Thanh Hải

Ngày nhận đề tài: 22/3/2021 Ngày nộp đề tài: 26/7/2021

1 Tên đề tài: Thiết kế và thi công hệ thống khóa điệ ử đa phương án mởn t

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Trần Vĩnh Sơn, Nguyễn Thành Dương, “Thiết kế và thi công mô hình khóa điện

tử có giám sát t xa s dừ ử ụng GSM và RFID”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2018-2019, HK2

- Dương Quốc Trung, Nguyễn Văn Phong, “Thiết k và thi công tế ủ đựng v t d ng ậ ụcủa gi ng viên b o m t bả ả ậ ằng vân tay”, Đồ án t t nghiố ệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2019-2020, HK1

- Nguyễn Tài Tụ, “Quản lý dữ liệu b nh nhân trong b nh vi n s d ng công ngh ệ ệ ệ ử ụ ệRFID”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2018-2019, HK1

- Trần Th ịLinh Đa, Nguyễn Châu Ngân, “Thiết k và thi công h ế ệ thống điểm danh nhân viên s dử ụng vi điều khiển ARM”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2018-2019, HK1

3 Nội dung th c hiện đề tài:

- Tham khảo tài liệu, đọc và tóm tắt tài liệu đưa ra các hướng đề tài

- Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý

- Thiết kế, tính toán, kết nối board Arduino với ESP8266, các module RFID RC522, module R305, màn hình TFT, khóa điện tử

- Thiết kế, xây d ng phần cứng, thi công mạch, mô hình cho sản phẩm

- Viết chương trình điều khiển cho mô hình

CỘNG HÒA XÃ HỘI CH Ủ NGHĨA VIỆT NAM

Độ ậ –c l p T do H nh phúc – ạ

- Thiết kế giao diện Web và App trên điện thoại

- Chạy thử, kiểm tra, đánh giá, hiệu chỉnh

- Viết báo cáo th c hiện

- Bảo vệ luận văn

4 S ản ph m: Mô hình nhà có 1 c a mô ph ng các chẩ ử ỏ ức năng của hệ thống, điều khiển

mở cửa bằng 4 cách: mật khẩu, th , vẻ ân tay, app Thông tin được lưu trữ trên Google Sheets

PHIẾU NHẬ N XÉT C ỦA GIÁO VIÊN HƯỚ NG DẪN

Họ và tên Sinh viên: Đỗ Chí Hữu MSSV: 17141087

Nguyễn T n Bình ấ MSSV: 17141053

Ngành: Công ngh k thuệ ỹ ật Điệ ửn t - Truyền thông

Tên đề tài: Thiết k và thi công hệ thống khóa điệế n tử đa phương án mở

Họ và tên Giáo viên hướng d n: PGS TS Nguy n Thanh H i ẫ ễ ả

NHẬN XÉT

1 V nề ội dung đề tài & khối lượng th c hiự ện

Thiết k và thi công hế ệ thống khóa điệ ửn t có th m c a b ng 4 cách (nh p m t kh u, ể ở ử ằ ậ ậ ẩvân tay, th , app) và dẻ ễ dàng giám sát điều khi n thông app Blynk và Google Sheet, h ể ệthống có đầy đủ các chức năng cơ bản c a m t h ủ ộ ệ thống khóa điệ ử Sinh viên đã hoàn n tthành t t c các mấ ả ục tiêu đề ra trong đề cương chi tiết, n i dung phù h p v i th c t và ộ ợ ớ ếmang tính ng d ng ứ ụ

2 Ưu điểm

Hệ thống hoạt động ổn định liên t c trong th i gian dài v i nhụ ờ ớ ững phương án khác nhau Thao tác và giao di n trên màn hình cệ ảm ứng TFT đơn giản, tr c quan, d s dễ ử ụng Đềtài có 4 phương án sẽ giúp trách được ách tất khi 1 hay 2 phương án bị lỗi

3 Khuyết điểm

Trong phương án mở khóa bằng touch thì ESP8266 đôi lúc bị mất kết nối tầm vài giây với Server Blynk nên lúc này không th nh n thông báo và g i thông tin lên Google ể ậ ửSheet và ta có th s d ng nhể ử ụ ững phương án còn lại nếu c p thi t ấ ế

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

Đề ngh cho sinh viên bảo vệ ị

5 Đánh giá loại: Khá giỏi

6 Điểm: 9……….(Bằng chữ: Chín)

Tp Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 08 năm 2021

Giáo viên hướng dẫn

PGS TS Nguyễn Thanh Hải

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độ ậ –c l p T do H nh phúc – ạ

PHIẾU NHẬN XÉT C A GIÁO VIÊN PH N BI Ủ Ả ỆN

Họ và tên Sinh viên: Đỗ Chí Hữu MSSV: 17141087

Nguyễn T n Bình ấ MSSV: 17141053

Ngành: Công ngh k thuệ ỹ ật Điệ ửn t - Truyền thông

Tên đề tài: Thiết k và thi công hệ thống khóa điệế n tử đa phương án mở Họ và tên Giáo viên ph n bi n: ả ệ

NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng th c hi n: ệ

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề ngh cho bị ảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Tp H ồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021

Giáo viên phản bi n ệ

CỘNG HÒA XÃ H I CH Ộ Ủ NGHĨA VIỆT NAM

Độ ậ –c l p T do H nh phúc – ạ

LỜI C ẢM ƠN

Nhóm em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Th y Nguy n Thanh Hầ ễ ải đã hướng dẫn

và góp ý tận tình, cũng như chia sẻ nhi u kinh nghiề ệm quý báu để nhóm chúng em có thể hoàn thành tốt đề tài

Nhóm xin g i l i cử ờ ảm ơn chân thành đến các Thầy Cô trong Khoa Điệ – Điện n

Tử đã nhiệt tình trong vi c truyệ ền đạ ốt v n ki n thế ức quý báu giúp đỡ chúng em r t nhiấ ều trong suốt quá trình học tập

Nhóm em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn tạo điều ki n, giúp ệ

đỡvà động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Một lần n a chúng em xin cữ ảm ơn Quý thầy cô Do ki n th c còn h n ch nên ế ứ ạ ếtrong đồ án này chúng em còn nhiều thiếu sót về nội dung và hình thức Nhóm chúng

em hy v ng quý Th y Cô thông c m và tọ ầ ả ận tình đóng góp ý kiến quý báu để chúng em

có thể n hành c i ti n nh ng mô hình v sau sao cho toàn di n nh tiế ả ế ữ ề ệ ất

Xin chân thành cảm ơn !

Người th c hiện đề tài

Đỗ Chí Hữu Nguyễn Tấn Bình

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này do nhóm t th c hi n d a vào m t s tài liệ ộ ố ệu trước đó và không sao chép từ tài liệ hay công trình đã có trước đó.u

Người th c hiện đề tài

Đỗ Chí Hữu Nguyễn Tấn Bình

TÓM T T Ắ

S phát tri n c a khoa h c kể ủ ọ ỹ thuật đã góp phần to l n trong vi c gi i quy t các ớ ệ ả ếnhu cầu đờ ối s ng của con người, đặc bi t là vệ ấn đề an ninh Vi c qu n lý an ninh càng ệ ảđược cải thiện hơn, các công nghệ ảo m b ật ngày càng được nâng cấp và sử d ng rộng ụrãi trong các ứng d ng cụ ủa đời s ng Các bi n pháp b o v truy n thố ệ ả ệ ề ống như dùng ổ khóa cửa không thể đảm bảo về tính an toàn cho nhà c a Vì th nhóm lử ế a chọn th c hiện đềtài “Thiết k và thi công h ế ệ thống khóa điện t ử đa phương án mở” nh m t o s ằ ạ thuận tiện và linh hoạt cho người dùng nhưng vẫn đảm b o tính b o m t và an toàn, góp phả ả ậ ần hạn ch vi c m t mát tài sế ệ ấ ản hơn so với các phương thức bảo m t truy n ậ ề thống

Hệ thống s dử ụng vi điều khi n trung tâm là board Arduino và ESP8266, khóa ểđiện t , c m bi n vân tay R305, module RFID RC522 và màn hình cử ả ế ảm ứng TFT 3.5inch

Vì để nâng cao tính bảo mật để bảo vệ tải sản và giao diện tr c quan dễ sử dụng, đề tài

áp d ng cụ ả 4 phương pháp quẹt th RFID, quét vân tay, nh p m t mã và m t xa b ng ẻ ậ ậ ở ừ ằứng dụng trên điện thoại để có th ể thuận ti n s d ng trong nhiệ ử ụ ều trường hợp khác nhau Thiết k giao diế ện lưu trữ thông tin ra vào c a trên ử ứng dụng điện thoại và Google Sheets

để người dùng có thể dễ dàng theo dõi

Kết qu ả th c hiện nhóm đã nghiên cứu và thi công được h ệ thống khóa điệ ử đa n t phương án mở đáp ứng được các mục tiêu đưa ra ban đầu của đề tài H ệ thống hoạt động tương đối ổn định, có thể mở bằng 4 cách: nhập mật khẩu, quẹt thẻ, quét vân tay và mở thông qua ng dứ ụng trên điện tho i Có th dạ ể ễ dàng giám sát điều khi n b ng ng d ng ể ằ ứ ụBlynk và Google Sheets Hệ thống có đầy đủ các chức năng cơ bản c a m t hủ ộ ệ thống khóa điện tử như: đổi mật khẩu, thêm và xóa thẻ, thêm và xóa vân tay Giao diện điều khiển trên màn hình cảm ứng tr c quan, dễ dàng cho người dùng s dử ụng

MỤC L C Ụ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN T T NGHI P i Ố Ệ

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iii

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv

LỜI CẢM ƠN v

LỜI CAM ĐOAN vi

TÓM TẮT vii

MỤC LỤC viii

DANH MỤC CÁC T Ừ VIẾT TẮT xi

DANH M C BỤ ẢNG BIỂU xii

DANH MỤC HÌNH ẢNH xiii

Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Gi i thi u 1ớ ệ 1.2 Mục tiêu đề ài t 2

1.3 Gi i hớ ạn đề tài 2

1.4 N i dung nghiên c u 2ộ ứ 1.5 B c c 3ố ụ Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 Các mô hình, h ệ thống b o m t 4ả ậ 2.1.1 Mô hình khóa điện tử có giám sát từ xa sử dụng GSM và RFID 4

2.1.2 Tủ đ ng vật dụng của giáo viên bảo mật bằng vân tay 4

2.2 Các hệ thống qu n lý, nh n d ng 5ả ậ ạ 2.2.1 Hệ thống qu n lý d u b nh nhân trong b nh vi n s d ng RFID 5ả ữ liệ ệ ệ ệ ử ụ 2.2.2 Hệ thống điểm danh nhân viên 5

2.3 Gi i thi u v khóa cớ ệ ề ửa điệ ửn t 6

2.4 Gi i thi u ph n c ng 6ớ ệ ầ ứ

2.4.1 Cảm biến vân tay R305 6

2.4.2 Module RFID RC522 7

2.4.3 Vi điều khiển 7

2.4.4 Màn hình cảm ứng TFT 3.5inch 8

2.4.5 Module ESP8266 NodeMCU 8

2.5 Google Sheets 9

2.6 Blynk 9

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 10

3.1 Gi i thi u 10ớ ệ 3.2 Tính toán và thi t k ph n c ng 10ế ế ầ ứ 3.2.1 Thi t kế ế sơ đồ khối hệ thống 10

3.2.2 Tính toán và thiết kế sơ đồ ạch m 11

3.3 Thiết kế ph n m m 23ầ ề Chương 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 32

4.1 Gi i thi u 32ớ ệ 4.2 Thi công ph n c ng 32ầ ứ 4.2.1 Thi công board mạch 32

4.2.2 L p ráp và ki m tra 34ắ ể 4.2.3 Thi công mô hình 37

4.3 Thi công phần mềm 38

4.3.1 Thi t k giao diế ế ện điều khiển trên điện tho i 38ạ 4.3.3 L p trình cho Google Sheets 39ậ Chương 5 KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ 42

5.1 Kết quả th c hiện mô hình 42

5.1.1 Mô hình ph n c ng cầ ứ ủa hệ thống 42

5.1.2 Giao diện điều khi n cể ủa hệ thống 43

5.2 Nhận xét, đánh giá 54

5.3 Tài liệu hướng d n s d ng 57ẫ ử ụ 5.4 D toán chi phí thi công 58

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 61

6.1 Kết luận 61

6.2 Hướng phát triển 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

PHỤ LỤC 63

DANH M C CÁC T Ụ Ừ VIẾT TẮT

EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory

IOT Internet Of Things

LCD Liquid-crystal Display

MCU Microcontroller Unit

MISO Master In Slave Out

MOSI Master Out Slave In

RFID Radio-frequency Identification

SCK Serial Clock

SDA Serial Data

SPI Serial Peripheral Interface

TFT Thin-film Transistor

UART Universal Asynchronous Receiver-Transmitter

WIFI Wireless Fidelity

DANH M C B Ụ ẢNG BI U Ể

Bảng 3.1 Thông s , giá trố ị các linh kiện s d ng 17ử ụBảng 4.1 Danh sách các linh ki n s d ng 32ệ ử ụBảng 5.1 Số liệu th c nghi m quá trình vệ ận hành 4 phương án mở ửa c 54Bảng 5.2 Số liệu th c nghi m quá trình mệ ở b ng vân tay trong nhiằ ều trường hợp 55 Bảng 5.3 Số liệu th c nghi m quá trình thệ c hiện các chức năng của h ệ thống 56Bảng 5.4 Chi phí cho các linh ki n, vệ ật liệu s d ng trong mô hình 58ử ụ

DANH M C HÌNH Ụ ẢNH

Hình 2.1 Khóa cửa điện t [4] 6ử Hình 2.2 Hoạt động c a Blynk Server [6] 9ủ Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống khóa điệ ử đa phương án mở 10 n t Hình 3.2 Sơ đồ kết nối kh i xử lý trung tâm 12 ố Hình 3.3 Sơ đồ kết nối kh i RFID v i khối xử lý trung tâm 13 ố ớ Hình 3.4 Sơ đồ kết nối kh i cảm biến vân tay với kh i xử lý trung tâm 13 ố ố

Hình 3.5 Các chân của Shield TFT 14

Hình 3.6 Sơ đồ kết nối kh i đi u khiển và hiển th v i khố ề ị ớ ối xử lý trung tâm 14

Hình 3.7 Sơ đồ kết nối kh i nút nh n với kh i xử ố ấ ố lý trung tâm 15

Hình 3.8 Sơ đồ kết nối kh i module wifi v i kh i xử lý trung tâm 16 ố ớ ố Hình 3.9 Module relay 1 kênh 16

Hình 3.10 Sơ đồ kết nối kh i chốt khóa với khối xử lý trung tâm 17 ố Hình 3.11 Module chuyển ngu n XH-M350 18ồ Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý kh i ngu n 20ố ồ Hình 3.13 Sơ đồ kết nối kh i ngu n 20 ố ồ Hình 3.14 Sơ đồ kết nối h thống điều khiển 21 ệ Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống 22

Hình 3.16 Lưu đồ chương trình chính 23

Hình 3.17 Lưu đồ chương trình “Kiểm tra trang giao diện” 24

Hình 3.18 Lưu đồ chương trình con “chọn cách m ở khóa” 25

Hình 3.19 Lưu đồ các chương trình con “nhập mật khẩu”, “quẹt thẻ” và “quét vân tay” 26

Hình 3.20 Lưu đồ chương trình con “Mở ửa” 27 c Hình 3.21 Lưu đồ chương trình con các tùy chọn khác 28

Hình 3.22 Lưu đồ chương trình con “Nhập mật khẩu cũ” 29

Hình 3.23 Lưu đồ chương trình cho ESP8266 30

Hình 3.24 Lưu đồ chương trình cập nhật dữ liệu 31

Hình 4.1 Sơ đồ mạch in c a mủ ạch điều khiển 33

Hình 4.2 Sơ đồ mạch in c a mạch ngu n 33 ủ ồ Hình 4.3 Mặt trước board mạch điều khi n 34ể Hình 4.4 Mặt sau board mạch điều khi n 35ể Hình 4.5 Mặt trước board m ch ngu n 35ạ ồ Hình 4.6 Mặt sau board mạch nguồn 36

Hình 4.7 Board m ch hoàn ch nh 36ạ ỉ Hình 4.8.Ván gỗ MDF 37

Hình 4.9.Thông số kích thước mô hình nhà 37

Hình 4.10 Gửi mã Token qua email 38

Hình 4.11 Mã Token được gửi qua email 38

Hình 4.12 Bảng Widget Box 39

Hình 4.13 Giao diện điều khi n 39ể Hình 4.14 Giao diện của bảng tính 40

Hình 4.15 Giao diện c a tùy ch n tri n khai 40ủ ọ ể Hình 4.16 Đường link cần dùng để liên kết với bảng tính 41

Hình 5.1 Mặt trước c a mô hình nhà sau khi hoàn thiủ ện 42

Hình 5.2 Bên trong mô hình nhà 43

Hình 5.3 Giao diện chương trình chọn cách mở khóa 43

Hình 5.4 Giao diện nh p mậ ật khẩu 44

Hình 5.5 Giao diện khi nh p sai mậ ật khẩu 44 Hình 5.6 Giao diện yêu c u quét th 44ầ ẻ

Hình 5.7 Giao diện khi th ẻ không đúng 44

Hình 5.8 Giao diện yêu c u quét vân tay 45ầ Hình 5.9 Giao di n khi vân tay sai 45ệ Hình 5.10 Giao diện thông báo khi m c a 45ở ử Hình 5.11 Giao diện của chế độ tùy ch n 46ọ Hình 5.12 Nhập m t khậ ẩu cũ 46

Hình 5.13 Nhập m t kh u m i 46ậ ẩ ớ Hình 5.14 Giao diện của chế độ tùy ch n thọ ẻ RFID 47

Hình 5.15 Quét thẻ mới lần 1 47

Hình 5.16 Quét thẻ mới lần 2 47

Hình 5.17 Thông báo thẻ đã tồ ạn t i 48

Hình 5.18 Thêm thẻ mới thành công 48

Hình 5.19 Quét thẻ xóa l n 1 48ầ Hình 5.20 Quét thẻ xóa l n 2 48ầ Hình 5.21 Thông báo thẻ chưa lưu 49

Hình 5.22 Xóa thẻ thành công 49

Hình 5.23 Giao di n cệ ủa chế độ tùy ch n vân tay 49ọ Hình 5.24 Quét vân tay mới lần 1 50

Hình 5.25 Quét vân tay mới lần 2 50

Hình 5.26 Thông báo khi trùng với vân tay cũ 50

Hình 5.27 Thông báo thêm vân tay mới thành công 50

Hình 5.28 Quét vân tay muốn xóa 51

Hình 5.29 Xóa vân tay thành công 51

Hình 5.30 Giao diện điều khiển trên app Blynk 51

Hình 5.31 Thông báo mở cửa bằng mật khẩu 52

Hình 5.32 Thông báo mở cửa bằng vân tay 52

Hình 5.33 Thông báo mở cửa bằng th 52ẻ Hình 5.34 Thông báo mở cửa bằng điện tho i 52ạ Hình 5.35 Thông báo mở cửa bằng nút nh n 52ấ Hình 5.36 Thông báo nhập sai mật khẩu 3 l n 53ầ Hình 5.37 Thông báo sai vân tay 3 lần 53

Hình 5.38 Thông báo sai thẻ 3 l n 53ầ Hình 5.39 Thông báo khi đổi mật khẩu cửa 53

Hình 5.40 Giao diện lưu trữ và giám sát trên Google Sheet 54

Hình PL.1 Lưu đồ giải thuật chương trình con tùy chọn thẻ RFID, tùy chọn vân tay 63 Hình PL.2 Lưu đồ chương trình đổi mật khẩu 64

Hình PL.3 Lưu đồ chương trình thêm thẻ mới 65

Hình PL.5 Lưu đồ chương trình con thêm vân tay mới 67

Hình PL.6 Lưu đồ chương trình con xóa vân tay đã lưu 68

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Gi i thi u ớ ệ

S phát tri n c a khoa h c kể ủ ọ ỹ thuật đã góp phần to l n trong vi c gi i quy t các ớ ệ ả ếnhu cầu đờ ối s ng của con người, đặc bi t là vệ ấn đề an ninh Vi c qu n lý an ninh càng ệ ảđược cải thiện hơn, các công nghệ ảo m b ật ngày càng được nâng cấp và sử d ng rộng ụrãi trong các ứng d ng cụ ủa đời s ng Các bi n pháp b o v truy n thố ệ ả ệ ề ống như dùng ổ khóa cửa không thể m b o v đả ả ề tính an toàn cho nhà cửa Vì thế c n có mầ ột thi t bế ị khóa cửa

sử d ng các công nghụ ệ có tính bảo mật cao hơn, giúp bảo vệ tài sản được an toàn hơn Công ngh RFID là công ngh nh n dệ ệ ậ ạng đối tượng b ng sóng vô tuy n, cho phép ằ ếmột thiết b c có thị đọ ể c thông tin ch a trong m t thi t b khác kho ng cách g n mà đọ ứ ộ ế ị ở ả ầkhông c n ph i có sầ ả tiếp xúc v t lý nào Công ngh này cho phép nh n biậ ệ ậ ết các đối tượng từ có thể ứng dụng trong việc quản lý các đối tượng như hàng hóa hay con đóngười Hiện nay, công ngh ệ RFID đã và đang được triển khai ngày càng nhi u trong các ềứng d ng c a cu c sụ ủ ộ ống Như trong đề tài [1] c a Nguyủ ễn Tài T , s d ng board Arduino ụ ử ụUNO v i module ớ RFID RF522 để th c hi n vi c qu n lý b nh nhân, giám sát và truy ệ ệ ả ệxuất các h ồ sơ bệnh án, lịch sử khám b nh nh m thu n ti n và ti t ki m th i gian cho c ệ ằ ậ ệ ế ệ ờ ảbệnh nhân và đội ngũ y bác sĩ Công nghệ RFID còn được ứng dụng trong hệ thống bảo mật như đề tài [2] của Trần Vĩnh Sơn và Nguyễn Thành Dương, đề tài sử dụng board Arduino giao tiếp v i module Sim900A, phím ma trớ ận và module RFID RC522 để có

th thể c hi n việ ệc đóng mở ử c a b ng th RFID và giám sát t xa qua tin nh n, góp phằ ẻ ừ ắ ần hạn ch v n n n trế ấ ạ ộm cắp tài s n ả

Bên c nh vi c b o m t b ng ng d ng công ngh RFID, b o m t b ng vân tay ạ ệ ả ậ ằ ứ ụ ệ ả ậ ằcũng được ứng dụng rộng rãi và phổ biến Quét vân tay là công nghệ bảo mật sử dụng dấu vân tay c a mủ ột người để xác định danh tính của người đó Như chúng ta đều biết mỗi người sẽ sở h u nh ng c u trúc vân tay riêng bi t, hay nói cách khác là d u vân tay ữ ữ ấ ệ ấcủa chúng ta hoàn toàn không gi ng nhau D u vân tay c a mố ấ ủ ột người giống như một thẻ nh n dậ ạng, và đây cũng là nền tảng cốt lõi để sáng t o ra công ngh b o m t vân tay ạ ệ ả ậ

Có khá nhiều đề tài đồ án t t nghi p nghiên c u v các ng d ng s d ng công ngh ố ệ ứ ề ứ ụ ử ụ ệquét vân tay như [3] của Trần Th ịLinh Đa và Nguyễn Châu Ngân, s dử ụng vi điều khi n ểSTM32F103VET6 giao ti p v i module c m bi n vân tay R305, module RFID RC522 ế ớ ả ếnhằm th c hi n việ ệc điểm danh b ng c hai hình th c quét thằ ả ứ ẻ và quét vân tay Hay đềtài [4] của Dương Quốc Trung và Nguyễn Văn Phong, nhằm giúp việc cất gi và b o v ữ ả ệ

đồ của giảng viên tr nên nhanh chóng và an toàn, có thể nhận thông báo về trạng thái ởhộc tủ cá nhân thông qua ng dứ ụng cài đặt trên điện thoại

Qua nh ng tóm tữ ắt trên, nhóm đã đưa ra l a chọn đề tài “Thiết k và thi công h ế ệthống khóa điện tử đa phương án mở” nhằm tạo s thuận tiện và linh hoạt cho người dùng nhưng vẫn đảm b o tính b o mả ả ật và an toàn, góp ph n h n ch vi c m t mát tài sầ ạ ế ệ ấ ản hơn so với các phương thức bảo mật truy n th ng H ề ố ệ thống s dử ụng vi điều khi n trung ểtâm là board Arduino và ESP8266, khóa điện tử, cảm biến vân tay R305, module RFID RC522 và màn hình cảm ứng TFT 3.5inch Vì để nâng cao tính b o mả ật để ả b o v tệ ải sản và giao di n tr c quan d s dệ ễ ử ụng, đề tài áp dụng cả 4 phương pháp quẹt th RFID, ẻquét vân tay, nhập mật mã và m tở ừ xa bằng App trên điện thoại để có thể thu n ti n s ậ ệ ửdụng trong nhiều trường hợp khác nhau

1.2 Mục tiêu đề tài

Thiết k và thi công hế ệ thống khóa điệ ử ử ụng vi điền t s d u khi n arduino làm b x ể ộ ử

lý trung tâm điều khiển đóng mở cửa b ng 4 cách: s d ng th RFID, quét vân tay, b ng ằ ử ụ ẻ ằApp điện thoại hoặc nhập mật mã tr c tiếp trên màn hình cảm ứng TFT Đồng thời theo dõi thông tin ra vào trên máy tính thông qua Google Sheet và trên điện tho i thông qua ạApp

1.3 Giới hạn đề tài

Đề tài có một s gi i hạn sau: ố ớ

- Mô hình th nghi m là 1 c a nhử ệ ử ỏ có kích thước 20cm x 30cm và m ch x lý ch ạ ử ỉđiều khiển 1 cửa

- Hệ thống chỉ lưu trữ thông tin ra vào khi được kết n i ố internet

- Mô hình không áp dụng cho nhà ở th c tế

1.4 N i dung nghiên c u ộ ứ

Đề tài đư c th c hiện gồm có những n i dung chính sau: ợ ộ

- Nội dung 1: Tham khảo tài liệu, đọc và tóm tắt tài liệu đưa ra các hướng đề tài

- Nội dung 2: Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý

- Nội dung 3: Thiết kế, tính toán, kết nối board Arduino với ESP8266, các module RFID RC522, module R305, màn hình TFT, khóa điện tử

- Nội dung 4: Thiết kế, xây d ng phần cứng, thi công mạch.

- Nội dung 5: Viết chương trình điều khiển cho mô hình

- Nội dung 6: Thiết kế giao diện Web và App trên điện thoại

- Nội dung 7: Chạy thử, kiểm tra, đánh giá, hiệu chỉnh

- Nội dung 8: Thiết kế mô hình sản phẩm

- Nội dung 9: Viết báo cáo th c hiện

- Nội dung 10: Bảo vệ luận văn

1.5 B c c ố ụ

Chương 1: Tổng quan

Chương này trình bày đặ ấn đềt v dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông s và b cố ố ục đồ án

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương này trình bày lý thuyế cơ sởt làm tiền đề để th c hiện đồ án, sử dụng các đề tài

đã được nghiên cứu làm cơ sở để tham khảo

Chương 3: Tính toán và thiết kế

Đưa ra sơ đồ khối, tính toán và thiết kế các khối có trong hệ thống, thiết kế các lưu đồgiải thuật

Chương 4: Thi công hệ thống

Chương này trình bày quá trình thi công hệ thống và thiết kế phần mềm

Chương 5: Kết quả - nhận xét – đánh giá

Đưa ra kết quả, hình ảnh mô hình và đánh giá mô hình

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Đưa ra kết luận đề tài sau thời gian th c hiện và hướng phát triển của đề tài

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUY T Ế

2.1 Các mô hình, h ệ thống bảo m t ậ

2.1.1 Mô hình khóa điện tử có giám sát từ xa sử dụng GSM và RFID

Với s xuất hiện và phát tri n m nh m c a công ngh IoT, viể ạ ẽ ủ ệ ệc quản lý căn nhà càng được cải thiện hơn, các thiết bị được kết nối với nhau thông qua wifi, bluetooth, mạng viễn thông và được điều khi n bể ởi người dùng trên các thi t bế ị như smartphone, máy tính b ng b t k ả ở ấ ỳ đâu Mô hình khóa điện tử có giám t xa s d ng GSM và RFID ừ ử ụ

đã đưa ra một giải pháp thay thế những hệ thống bảo mật truyền thống

Mô hình s dử ụng board Arduino Mega 2560 để làm khối điều khi n trung tâm ể

Sử d ng công nghụ ệ thẻ ừ RFID để ở t m lớp đầu tiên kết hợp phím ma trận 4x4 để mởkhóa Giám sát ngôi nhà qua GSM để gửi tin nhắn cảnh báo cho người dùng, phát hiện chuyển động b ng vi c s d ng c m bi n chuyằ ệ ử ụ ả ế ển động PIR Trong đó, ưu điểm chính là

mô hình thông qua 2 l p bớ ảo mật dùng thẻ rồi nhập m t kh u từ phím ma tr n Sử dụng ậ ẩ ậmật kh u riêng bi t cho t ng thẩ ệ ừ ẻ được lưu vào bộ nhớ EEPROM của vi điều khi n nên ểmỗi người có thể có một mật khẩu riêng biệt Ngoài ra mô hình còn giám sát được tình hình của ngôi nhà khi có người quẹt sai ho c xâm nh p vào nhà thông qua tin nh n Tuy ặ ậ ắnhiên, nhược điểm là do s d ng ngu n tr c ti p nên khi ngử ụ ồ ế ắt điện thì mô hình s không ẽhoạt động C m bi n chuyả ế ển động không thể xác định được người hay v t [2] ậ2.1.2 T ủ đựng vật dụng của giáo viên b o m t b ng vân tay ả ậ ằ

Nhận th y vi c gấ ệ ửi đồ ủ c a giảng viên trong trường Đạ ọc ngày nay chưa được i h

đề cao về s thuận tiện cũng như tính bảo mật Đề tài này nhằm mục đích thiết kế và thi công được tủ đ ng vật d ng c a giảng viên vụ ủ ới phương pháp bảo mậ ằt b ng vân tay

Mô hình s dử ụng vi điều khi n trung tâm là module Arduino và module Wifi ểNode MCU ESP8266, c m biả ến vân tay R305, khóa điện t , LCD TFT hi n th thông tin ử ể ị

và các đèn led báo trạng thái Người dùng có th nh n thông báo v ng thái h c t cể ậ ề trạ ộ ủ ủa mình thông qua ứng dụng cài đặt trên điện tho i s d ng h ạ ử ụ ệ điều hành Android H ệ thống này có ưu điểm tủ đ ng chắc chắn và có tính bảo mật cao, có pin d phòng để tủ có thể tiếp t c hoụ ạt động khi b mị ất điện Giao diện điều khi n trên màn hình cể ảm ứng và app đơn giản, d dàng s d ng Bên cễ ử ụ ạnh đó, hệ thống cũng có nhược điểm là app điều khiển

tủ hi n chệ ỉ chạy được trên nền tảng Android, thời gian duy trì hoạt động của tủ khi sử dụng pin chưa cao [4]

2.2 Các h ệ thống quản lý, nh n dậ ạng

2.2.1 H ệ thống qu n lý dả ữ liệu bệnh nhân trong b nh vi n s dệ ệ ử ụng RFID

Công ngh RFID là công ngh nh n dệ ệ ậ ạng đối tượng b ng sóng vô tuy n, cho phép ằ ếnhận biết các đối tượng t ừ đó có thể ứng dụng trong vi c quệ ản lý các đối tượng như hàng hóa hay con người Công nghệ này có nhiều đóng góp thiết th c nhất để phục vụ cuộc sống của con người, một công cụ hỗ trợ đắc l c nhất trong công tác quản lí dữ liệu, bên cạnh đó trong lĩnh v c y t ế cũng được áp dụng trong việc quản lí các thông tin liên quan đến các bệnh nhân

Đề tài này s dử ụng Arduino UNO làm vi điều khi n trung tâm và qu n lý b nh ể ả ệnhân s d ng công ngh RFID D u s ử ụ ệ ữ liệ ẽ được qu n lý trên m t giao di n máy tính cho ả ộ ệphép ngườ ử dụng đọi s c và ch nh s a n i dung bên trong m i thỉ ử ộ ỗ ẻ của mình quản lý bao gồm th i gian, ngày gi b nh nhân ra, vào vi n, và các d ờ ờ ệ ệ ữ liệu liên quan đến hồ sơ bệnh

án Thêm và tra c u thông tin b nh nhân thông qua ph n m m máy tính Qu n lý thông ứ ệ ầ ề ảtin bệnh nhân thông qua database Ưu điểm của đề tài này là h ệ thống hoạt động ổn định, các bộ đọc thẻ đọc được mã th nhanh chóng Có th quẻ ể ản lý được các thông tin liên quan đến các bệnh nhân như thông tin cá nhân, hồ sơ bệnh án và l ch s khám b nh Tuy ị ử ệnhiên, đề tài có nhược điểm là mô hình không thể đáp ứng được nhu cầu khi có một lượng lớn người th c hiện tác vụ quẹt thẻ [1]

2.2.2 H ệ thống điểm danh nhân viên

Nhận th y nhu c u quấ ầ ản lý thường hay có nhi u hình th c xề ứ ảy ra như điểm danh chấm công cho nhân viên, hay điểm danh trong trường hợp đột xuất (trong các cuộc họp), ki m soát khách tham quan công ty nên h ể ệ thống đã áp dụng hai phương pháp quẹt thẻ RFID và quét vân tay để có thể điểm danh trong nhiều trường h p khác nhau ợ

Hệ thống s dử ụng vi điều khi n chính là STM32F103VET6 S d ng công ngh ể ử ụ ệsinh tr c h c vân tay và công nghắ ọ ệ RFID để tiến hành điểm danh nhân viên trong một công ty Việc điểm danh được ti n hành b ng 1 trong 2 hình th c trên M i hình thế ằ ứ ỗ ức điểm danh được lưu trữ trong một file Excel riêng và có ghi nhận về thời gian rõ ràng của m i lỗ ần điểm danh T t c các thông tin c a nhân viên sau khi xấ ả ủ ử lý đều được lưu trữ trong thẻ nhớ SD Đồng thời được đưa lên Server nội b c a công ty thông qua ộ ủmodule wifi ESP8266 để quản lý và truy xuất thời gian vào/ra của nhân viên Trong đó,

ưu điểm là mô hình c a h ủ ệ thống nh g n, có th ỏ ọ ể điểm danh b ng 2 hình th c, hoằ ứ ạt động

ổn định và dễ dàng ứng dụng vào th c tế Có đầy đủ các chức năng cơ bản có thể sẵn sàng qu n lý nhân viên khi có yêu cả ầu Đề tài xây d ng được một hệ thống cơ sở dữ liệu riêng bi t Bên cệ ạnh đó thì nhược điểm là mô hình ch s d ng màn hình 3.2 inch nên ỉ ử ụhạn ch v m t hi n th , gây ra mế ề ặ ể ị ột số khó khăn trong mặt hi n thể ị và điều khiển Giao diện thiết kế chưa được b t m t và giắ ắ ống với một số ả s n phẩm ứng d ng thụ c tế [3] 2.3 Gi i thiớ ệu về khóa cửa điện tử

Khóa cửa điệ ử đang dần t n tr thành thi t bở ế ị phổ ến và được ứ bi ng d ng nhiụ ở ều nơi bởi mỗi cá nhân, gia đình hay tập thể đều có những tài sản, vật dụng quan trọng cần được bảo mật Khóa cửa điệ ử là lon t ại khóa có kích thước, hình dáng giống như khóa cửa thông thường nhưng được tích hợp thêm nhiều tính năng để nâng cao khả năng bảo

vệ cho tài sản như mật kh u s , nh n d ng thẩ ố ậ ạ ẻ RFID, nhận d ng vân tay ạ

Khóa cửa điệ ử thường được làm t n t ừ các vật liệu như nhôm, kẽm, Polyme, nh a ABS (tùy theo nhu c u cầ ủa ngườ ử ụng) và có độ ềi s d b n rất cao Đặc điểm quan tr ng ọnhất c a khóa củ ửa điệ ửn t chính là hệ thống b o m t c a khóa Vả ậ ủ ới công ngh b o mệ ả ật khác nhau như vận hành bằng mã Pin, vân tay, chìa thẻ từ, chìa khóa cơ Khóa cửa điện

tử có hình dạng như được mô tả trong hình 2.1

Hình 2.1 Khóa cửa điện tử [4]

2.4 Gi i thi u phớ ệ ần c ng ứ

2.4.1 C m bi n vân tay R305 ả ế

Công ngh sinh tr c hệ ắ ọc đượ ử ụng trong đề tài [3], [4] đểc s d th c hi n vi c nh n ệ ệ ậdạng vân tay Cụ thể hơn là sử ụ d ng module c m biả ến vân tay R305 để th c hi n việ ệc quét vân tay b o m t tả ậ ủ đ ng v t d ng giáo viên và nh n dậ ụ ậ ạng để điểm danh sinh viên

D a trên cơ sở đó, nhóm l a ch n s dọ ử ụng module R305 để th c hi n vi c nh n d ng ệ ệ ậ ạvân tay để th c hiện việc mở cửa

Module c m bi n vân tay R305 có chả ế ức năng nhận d ng vân tay, s d ng nguạ ử ụ ồn cung c p t 3,6 6V, dòng cung c p 100-150mA Module giao ti p theo ấ ừ – ấ ế chuẩn UART,

có tốc độ baud trong kho ng 9600 115200bpd, tả – ốc độ ặc định là 57600bps Có 2 ch m ế

độ so sánh kiểm tra bao gồm 1:1 và 1:N [3]

từ, thi t bế ị phát mã RFID được gắn với vật cần nhận dạng, mỗi thiết bị RFID chứa một

mã s nhố ất định và không trùng l p nhau ặ Đố ới v i mô hình khóa điệ ửn t có giám sát t ừ

xa s d ng GSM và RFID [2], tác giử ụ ả đã sử ụ d ng công ngh RFID vào vi c nh n d ng ệ ệ ậ ạ

thẻ làm l p b o mớ ả ật để th c hi n việ ệc đóng mở ử c a Từ đó nhóm l a ch n s d ng ọ ử ụmodule RC522 th c hi n việ ệc nhận d ng thạ ẻ RFID để điều khi n m khóa cể ở ửa.Module MFRC522 là module đọc/ghi trong môi trường giao tiếp tại tần số 13.56MHz Module h ỗ trợ đọc các chuẩn ISO/IEC 1443 A/MIFARE và NTAG Module RC522 hoạt động mở ức điện áp 3.3V, kho ng cách s d ng t 0-60mm và giao ti p ả ử ụ ừ ếtheo chuẩn SPI vớ ốc độ ối đa 10Mbps [2]i t t

2.4.3 Vi điều khiển

Hiện nay có r t nhiấ ều đề tài l a ch n s dọ ử ụng vi điều khiển để làm b x lý trung ộ ửtâm cho hệ thống Sau khi tham khảo qua đề tài [3] và [4], cả hai đề tài đều s d ng ử ụboard Arduino Mega 2560 để làm b x lý trung tâm C ộ ử ụ thể trong đề tài [3] tác gi dùng ảboard Arduino để nhận tín hiệu từ module RFID và bàn phím ma trận đ th c hiện việc ể

mở cửa, còn trong đề tài [4] tác gi dùng board Arduino giao ti p v i màn hình cả ế ớ ảm ứng, module c m biả ến vân tay để th c hiện các thao tác điều khiển t V i các yêu c u c a h ủ ớ ầ ủ ệthống, th c hi n m bệ ở ằng 4 phương pháp khác nhau, giao tiếp v i các module ngo i vi, ớ ạnhóm l a chọn s dử ụng Arduino Mega 2560 làm vi điều khi n chính ể

Arduino là m t board m ch vi xộ ạ ử lý dùng để ậ l p trình xây d ng các ng d ng ứ ụtương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Ưu điểm của Arduino là

ngôn ng c c kì d h c (gi ng C/C++), các ngo i vi trên bo mữ ễ ọ ố ạ ạch đều đã được chuẩn hóa, nên không c n bi t nhi u v ầ ế ề ề điệ ử chúng ta cũng có thể ập trình đượn t l c Phần c ng ứbao g m m t board m ch ngu n mồ ộ ạ ồ ở được thi t k trên n n t ng vi x lý AVR Atmel ế ế ề ả ử8bit, ho c ARM Atmel 32-bit ặ

Arduino Mega 2560 là board mạch vi điều khi n s d ng chip x lý Atmega 2560, ể ử ụ ửhoạt động ở điện áp 5V Arduino Mega 2560 có thể được cấp nguồn bằng cổng USB hoặc b ng ngu n ngoài và vi c ch n ngu n cằ ồ ệ ọ ồ ấp được di n ra hoàn toàn tễ động Board

có 54 chân vào/ra và 4 UART Thạch anh dao động 16MHz V bề ộ nhớ Arduino Mega

2560 được trang bị chip Atmega 2560 đã tích hợp sẵn 256KB dung lượng bộ nhớ Flash, 8KB bộ nhớ SRAM và 4KB bộ nhớ EEPROM [2]

2.4.4 Màn hình cảm ứng TFT 3.5inch

Nhóm l a ch n s d ng màn hình cọ ử ụ ảm ứng TFT inch để hi n thể ị và điều khiển

tr c tiếp trên màn hình như đề tài [4] Màn hình được thiết kế dạng shield để có thể g n ắ

tr c ti p lên Mega 2560 m t cách d dàng ế ộ ễ Màn hình có điện áp hoạt động 3.3 5V và –dòng điện làm việc 100-200mA, có kích thước là 3.5 inch và độ phân giải 320x480 Sử dụng IC ILI9486 để điều khiển màn hình, truyền dữ liệu theo chuẩn song song 8-bit Ngoài ra có tích hợp th nh SD giao ti p theo ẻ ớ ế chuẩn SPI [3]

2.4.5 Module ESP8266 NodeMCU

Trong đề tài [1] và [4], tác giả đã sử dụng module ESP8266 NodeMCU kết nối wifi để trao đổi dữ liệu với vi điều khiển và gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu Với yêu cầu của đề tài, nhóm l a ch n s d ng ESP8266 Nodọ ử ụ eMCU để trao đổi thông tin v i Arduino ớMega 2560 và gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu thông qua m ng wifi ạ

Module ESP8266 NodeMCU được phát triển d a trên chip ESP8266EX bên trong, d dàng k t n i v i Wifi Board còn tích h p IC CP2102, giúp d dàng giao ti p ễ ế ố ớ ợ ễ ếvới máy tính thông qua Micro USB Có th s d ng tr c ti p trình biên d ch c a Arduino ể ử ụ ế ị ủ

để lập trình và nạp code, điều này khiến việc sử dụng và lập trình các ứng dụng trên ESP8266 tr nên rở ất đơn giản Một số đặc điểm của chip ESP8266EX như sau: sử ụ d ng 32-bit MCU core Tensilica Tốc độ system clock 80MHz ho c 160MHz Tích h p s n ở ặ ợ ẵ50kb RAM để lưu trữ dữ liệu ứng dụng khi chạy Chip có đầy đủ các ngoại vi chuẩn đểgiao tiếp như 17 GPIO, 1 Slave SDIO, 3 SPI, 1 I2C, 1 I2S, 2 UART, 4 PWM Ngoài ra, còn tích hợp các mạch RF để truy n nh n d u t n s 2.4GHz [4] ề ậ ữ liệ ở ầ ố

2.5 Google Sheets

Google Sheets (Google SpreadSheet) là một chương trình bảng tính được bao gồm như một phần của bộ phần mềm văn phòng d a trên web miễn phí được cung cấp bởi Google trong dịch v Google Drive cụ ủa mình Trong để tài [5] sử dụng bảng tính Google Sheets để lưu trữ các thông tin khám bệnh ở trạm y t Google Sheets là mế ột ứng dụng bảng dữ liệu tương t Microsoft Excel nhưng hoạt động online Bình thường Google Sheets t động giúp chúng ta lưu dữ liệu lên đám mây, tránh mấ ữ liệu, đồt d ng

thời hỗ ợ làm một file dữ ệu nhitr li ở ều nơi khác nhau [5]

2.6 Blynk

Blynk là m t n n t ng cho phép xây d ng các giao diộ ề ả ện để điều khi n và giám sát ểcác d án t xa trên thi t b iOS và Android Blynk hừ ế ị ỗ trợ các n n t ng ph n cề ả ầ ứng như ESP, Arduino, Raspberry Pi để thiết kế và điều khiển thông qua internet Về mặt ưu điểm ứng dụng Blynk cung cấp API & giao diện người dùng cho các thiết bị và phần cứng được hỗ trợ Các ti n ích trên giao di n d s d ng Thao tác kéo th ệ ệ ễ ử ụ ả tr c tiếp trên giao di n d dàng và không c n vi t l nh Vệ ễ ầ ế ệ ề nhược điểm thì ng d ng còn nhi u giứ ụ ề ới hạn và h n ch khi s dạ ế ử ụng gói mi n phí ễ

Blynk Server thu c n n t ng Blynk, ch u trách nhi m x lý d ộ ề ả ị ệ ử ữ liệu giữa điện thoại (hay máy tính b ng) v i ph n c ng Khi mu n s d ng ng dả ớ ầ ứ ố ử ụ ứ ụng Blynk, sau khi đăng

ký tài kho n thì mả ặc định ng dứ ụng Blynk trên điện tho i s k t nạ ẽ ế ối và được ki m soát ểbởi một server chung đó là Blynk Server của chính nhà phát hành tạo ra Sơ đồ mô t ảhoạt động của Blynk Server được thể ể hi n trong hình 2.2

Hình 2.2 Hoạt động c a Blynk Server [6] ủ

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.1 Gi i thi u ớ ệ

Trong chương này, nhóm sẽ n hành tính toán và thitiế ết kế ệ thống khóa điệ ử h n t

có th m khóa 4 cách: nh p mể ở ậ ật khẩu tr c ti p t màn hình cế ừ ảm ứng, quẹt th , quét vân ẻtay và s dử ụng app để ở m Bên cạnh đó, có thể giám sát các thông tin ra vào thông qua app và Google Sheet Quá trình tính toán và thi t k g m có 2 ph n: thi t kế ế ồ ầ ế ế sơ đồ khối

hệ thống và tính toán thiết kế ạ m ch

3.2 Tính toán và thi t k ế ế phần cứng

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

Theo yêu c u cầ ủa đề tài đã đưa ra, nhóm đã thiế ế sơ đồt k kh i cố ủa hệ thống bao gồm các kh i: kh i x lý trung tâm, khố ố ử ối điều khi n và hi n th , kh i c m bi n vân tay, ể ể ị ố ả ếkhối RFID, kh i ch t khóa, kh i nút nh n, kh i nguố ố ố ấ ố ồn, kh i module Wifi, kh i Blynk ố ốServer, kh i App và khố ối Google Sheets Sơ đồ khối của h ệ thống được mô t ả như trong hình 3.1

Hình 3.1 Sơ đồ kh i c a hệ ố ủ thống khóa điệ ử đa phương án mở n tKhối x lý trung tâm là khử ối điều khi n trung tâm cho toàn hể ệ thống, kh i có ốnhiệm v x lý các thông tin nh n t kh i RFID, kh i c m biụ ử ậ ừ ố ố ả ến vân tay và trao đổi thông

tin v i khớ ối module wifi để ử g i tín hi u th c thi t i kh i ch t khóa th c hi n việ ớ ố ố ệ ệc đóng

mở chốt khóa Khối RFID th c hi n nhi m vệ ệ ụ đọc dữ liệ ừ thẻu t RFID Khối c m bi n ả ếvân tay s d ng 1 c m bi n vân tay, có chử ụ ả ế ức năng quét vân tay người dùng Khối điều khiển và hi n thể ị s d ng màn hình cử ụ ảm ứng cho phép người dùng có thể tương tác và điều khiển các chức năng của hệ th ng tr c tiố ếp trên màn hình Khi người dùng mở cửa thì khối xử lý trung tâm s g i tín hiẽ ử ệu điều khiển đến kh i chố ốt khóa để th c hi n việ ệc đóng mở chốt khóa

Khối module wifi th c hi n vi c k t n i mệ ệ ế ố ạng wifi, trao đổ ữ liệi d u với khố ửi x

lý trung tâm, kh i Blynk Server và kh i Google Sheets Khố ố ối Blynk Server lưu trữ và trao đổi thông tin gi a kh i app và kh i module wifi Kh i app Android là ữ ố ố ố ứng d ng trên ụđiện thoại Android, có chức năng điều khiển m cửa và hiển th các thông tin ngày giờ ở ị

mở c a Kh i Google Sheets c p nh t dử ố ậ ậ ữ liệ ừu t khối module wifi, là nơi lưu trữ ấ ả t t c các thông tin ngày gi , các thông báo c a và m t kh u c a Kh i ngu n có chờ ử ậ ẩ ử ố ồ ức năng cấp ngu n cho toàn b hồ ộ ệ thống hoạt động

3.2.2 Tính toán và thiết kế sơ đồ ạch m

a Thiết kế khố ử lý trung tâmi x

Khối x lý trung tâm là ph n quan tr ng nh t c a h ử ầ ọ ấ ủ ệ thống, có chức năng thu thập,

xử lý các tín hiệu điều khi n, truy n nh n dể ề ậ ữ liệ ừu t khối module wifi để ử x lý và hiển

thị để người dùng theo dõi Toàn b hoộ ạt động c a hủ ệ ống được thông qua khối xử lý thtrung tâm này

Bộ x lý trung tâm phử ải đảm b o khả ả năng th c thi mô hình điều khi n các hoể ạt động đóng mở khóa một cách chính xác Nếu chỉ dừng lại ở các yêu cầu như vậy thì có thể s dử ụng các module khác như Arduino Nano, Arduino Uno, ho c ESP8266 nh m tiặ ằ ết kiệm giá thành cũng như tiêu tốn công suất Tuy nhiên, hệ thống này ngoài việc đóng

mở khóa chính xác theo yêu cầu người dùng còn hướng đến vi c s d ng không ch mệ ử ụ ỉ ột

mà nhi u cách thề ức đóng mở khác nhau, k t n i v i nhi u ngoế ố ớ ề ại vi, lưu trữ thông tin trên web và app Android thông qua vi c s d ng k t nệ ử ụ ế ối internet Để đáp ứng các tiêu chí trên, nhóm l a chọn s d ng board Arduino Mega 2560 làm b x lý trung tâm ử ụ ộ ử

Sơ đồ kết nố ủi c a Arduino Mega 2560 với các ngoại vi được thể hiện trong hình 3.2:

- Các chân từ 2 đến chân 13 và chân A0 đến chân A5: giao ti p v i màn hình cế ớ ảm ứng TFT 3.5inch

- Chân 49, 50, 51, 52, 53: giao ti p v i module RFID RC522 ế ớ

- Chân TX1, RX1: giao ti p v i module vân tay R305 ế ớ

- Chân TX2, RX2: giao ti p v i module ESP8266 NodeMCU ế ớ

- Chân 23: giao ti p v i nút nhế ớ ấn để ở ửa m c

- Chân 25: giao ti p v i module Relay và khóa chế ớ ốt điện

Hình 3.2 Sơ đồ kết nối khối xử lý trung tâm

b Thiết k ế khối RFID

Khối RFID s d ng module RC522 có chử ụ ức năng đọc th ẻ RFID để th c hi n việ ệc

mở khóa Module RC522 giao ti p vế ới Arduino Mega theo chuẩn SPI, được k t n i vế ố ới nhau như hình 3.3 Các chân MISO, MOSI, SCK, SDA của module RC522 lần lượt nối với chân 50, 51, 52, 53 của Arduino và sử d ng ngu n 3.3V t Arduino ụ ồ ừ

Hình 3.3 Sơ đồ ết nố k i kh i RFID vố ới kh i xố ử lý trung tâm

c Thiết kế khố ải c m bi n vân tay ế

Khối vân tay s dử ụng module R305 để th c hiện việc quét vân tay và g i tín hiử ệu

đến khối xử lý trung tâm Module R305 giao tiếp v i Arduino Mega theo chuẩn UART, ớđược kết n i vố ới nhau như hình 3.4 Chân TD, RD của module R305 lần lượ ế ố ới t k t n i vchân RX1, TX1 c a Arduino Mega ủ

Hình 3.4 Sơ đồ kết n i khối c m biến vân tay với kh i xử lý trung tâm ố ả ố

d Thiết k ế khối điều khi n và hi n th ể ể ị

Khối điều khiển và hiển thị sử dụng màn hình cảm ứng TFT 3.5inch hiển thị các thông tin c n thi t và có th thao tác tr c ti p trên màn hình cầ ế ể ế ảm ứng để ở khóa cũng mnhư điều khiển các chức năng của hệ thống Màn hình cảm ứng TFT giao tiếp với Arduino Mega theo chu n song song 8-bit ẩ Màn hình có shield để ế k t n i v i board ố ớArduino, shield của màn hình TFT có dạng như hình 3.5, được k t n i v i Arduino Mega ế ố ớtheo sơ đồ như hình 3.6

Hình 3.5 Các chân của Shield TFT

Các chân k t nế ối của màn hình cảm ứng TFT tới vi điều khi n: ể

- SD_SCK, SD_DO, SD_DI, SD_SS, LCD_D1, LCD_D0 lần lượt n i v i các chân ố ớ

13 đến chân 8 của Arduino

- Các chân LCD_D2 đến LCD_D7 lần lượt nối với các chân 2 đến chân 7 của Arduino

- LCD_RD, LCD_WR, LCD_RS, LCD_CS, LCD_RST, F_CS lần lượ ố ớt n i v i các chân A0 đến A5 c a Arduino ủ

- Các chân RST, 3.3V, 5V, GND lần lượt n i t i các chân RST, 3.3V, 5V, GND ố ớcủa Arduino

Hình 3.6 Sơ đồ kết nối kh i điềố u khi n và hiển th vể ị ới kh i xử lý trung tâm ố

e Thiết kế khối nút nh n ấ

Khối nút nh n g m 2 nút nh n, 1 nút có chấ ồ ấ ức năng Reset hệ thống được n i vố ới chân RST của Arduino Mega, 1 nút dùng được n i v i chân 23 cố ớ ủa Arduino để mở khóa cửa t phía bên trong nhà C 2 nút nhừ ả ấn đều s dử ụng điện trở kéo lên, sơ đồ ế ối k t nđược mô tả như trong hình 3.7

Tính toán điện trở kéo cho nút nhấn:

Theo datasheet của vi điều khi n ATmega2560, ta có dòng rò ngõ vào cho mể ức cao I có giá trIH ị là 0,1µA, điện áp ngõ vào th p nh t cho m c cao V có giá tr là ấ ấ ứ IH ị0,3.VCC Vì v y c n tìm giá trậ ầ ị điện trở kéo R để đảm b o cho V không thả IH ấp hơn mức cho phép, ngõ vào ở ng trái m c cao khi không nh n trạ ứ ấ

⇨ l a chọn điện trở kéo có giá trị nhỏ hơn 2.106 Ω

Vậy nhóm l a chọn điện trở kéo lên cho nút nh n R1, R2 có giá trấ ị 10kΩ

Hình 3.7 Sơ đồ kết nối kh i nút nh n vố ấ ới kh i xử ố lý trung tâm

f Thiết kế khối module Wifi

Do Arduino Mega không được hỗ trợ kết nối mạng cũng như giao tiếp mạng Vì vậy c n kh i module wifi thầ ố c hiện nhiệm vụ trao đổi dữ liệu gi a khữ ối xử lý trung tâm với khối Blynk Server và kh i Google Sheets thông qua Internet ố

Nhóm l a ch n s d ng ESP8266 NodeMCU cho kh i module wifi Module ọ ử ụ ốESP8266 NodeMCU s dử ụng điện áp 5V, giao ti p v i Arduino Mega theo chu n UART, ế ớ ẩ

được kết nối với nhau theo sơ đồ như hình 3.8 Chân D5, D6 lần lượt nối với chân RX2, TX2 của Arduino Mega

Hình 3.8 Sơ đồ kết n i khối module wifi với kh i xử lý trung tâm ố ố

g Thiết kế khối ch t khóa ố

Khối ch t khóa s d ng khóa chố ử ụ ốt điện LY-03 để th c hi n việ ệc đóng mở như một ổ khóa, được kích đóng mở bằng điện, s d ng nguử ụ ồn 12V Để đảm b o tính an toàn ảkhi s d ng các thi t bử ụ ế ị điện, ph i cách ly v i mả ớ ạch điều khi n, nhóm l a ch n module ể ọrelay kích 5V, có dạng như hình 3.9, có sẵn trên thị trường để thuận ti n cho vi c cách ệ ệ

ly ngu n riêng c a kh i thi t b ngõ ra v i kh i x lý trung tâm, giúp hồ ủ ố ế ị ớ ố ử ệ thống được ổn định và an toàn hơn

Hình 3.9 Module relay 1 kênh

Khóa chốt điện được k t n i v i Arduino Mega thông qua module relay Khi relay ế ố ớkích, tiếp điểm đóng lại thì mạch thành mạch kín, điện sẽ được c p cho ch t khóa hoấ ố ạt động Chốt khóa và module relay được kết nối với nhau như hình 3.10

Hình 3.10 Sơ đồ kết n i khối chốt khóa với kh i xử lý trung tâm ố ố

Mô tả kết n i cố ủa module Relay với vi điều khi n: ể

- Chân DC+, DC- nối v i nguớ ồn 5V và GND

- Chân IN nối với chân 25 c a Arduino ủ

- Chân COM nối với ngu n 12V ồ

- Chân NO nối với chân dương (+) của khóa chốt điện

- Chân âm (-) c a khoát chủ ốt điện nối xuống GND

h Thiết k ế khối nguồn

Khối nguồn có chức năng cung cấp ngu n cho toàn b h ồ ộ ệ thống, đảm bảo cho hệ thống có th hoể ạt động Để thi t k kh i ngu n, nhóm ti n hành tế ế ố ồ ế ổng hợp và li t kê các ệthông số giá tr ị dòng điện và điện áp c a các thành ph n củ ầ ủa hệ thống trong b ng 3.1 ảBảng 3.1 Thông số, giá trị các linh ki n s d ng ệ ử ụ

STT Tên linh ki n ệ Số lượng Điện áp (V) Dòng điện (mA)

Tổng dòng tiêu th (mA) ụ 1,646

D a theo b ng li t kê, ta có tả ệ ổng dòng điện yêu c u cho toàn mầ ạch là 1,646 (mA), các mức điện áp c n dùng: 3,3V, 5V, 12V V y nhóm l a ch n dùng Adapter 12V-2A ầ ậ ọcung c p cho toàn b hấ ộ ệ thống Trong đó, nguồn 12V s cung c p cho khóa chẽ ấ ốt điện, sau đó dùng mạch giảm áp LM2596 hạ áp xuống nguồn 5V và nguồn 3.3V sẽ sử dụng

tr c tiếp t board Arduino Mega ừ

Vì đặc tính hoạt động của hệ thống khóa cần duy trì nguồn điện, nhóm sử dụng module chuy n ngu n XH-M350, có dể ồ ạng như hình 3.11, để phòng trường h p mợ ất điện xảy ra s t ng chuy n sang ngu n ph p tẽ độ ể ồ ụ để tiế ục hoạt động

Hình 3.11 Module chuyển ngu n XH-M350 ồTiếp theo là l a ch n pin d phòng, nhóm l a ch n 3 viên pin BRC 18650 ọ ọ4200mA 3.7V để cấp nguồn cho toàn hệ thống Thời gian hoạt động của hệ thống khi dùng pin ph ụ thuộc vào công suất của tải và dung lượng của pin, được tính như sau:

t = A.V.ηP (3.2)Trong đó:

- t là thời gian s dử ụng điệ ừn t pin (gi ) ờ

- A là dung lượng c a pin (mA) ủ

- V là điện áp c a pin (V) ủ

- P là công suất tải (mW)

- η là hệ số sử dụng pin (thông thường η = 0.7)