báo cáo đồ án môn học 1 đề tài khóa cửa sử dụng thẻ từ

Với các ưu điểm vượt trội, hệ thống khóa cửa bằng thẻ từ đang trở thành một lựa chọn được nhiều người tin dùng và sử dụng.. Chẳng hạn, trong trường học, hệ thống khóa cửa bằng thẻ từ có

GIỚI THIỆU YÊU CẦU – GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

GIỚI THIỆU

Ngày nay khi kỹ thuật khoa học ngày càng hiện đại thì con người càng quan tâm đến vấn đề bảo vệ tài sản, an toàn của chính bản thân cũng như người thân xung quanh Cũng như vấn đề an ninh trong các khu vực như nhà ở, văn phòng, khách sạn, trường học, bệnh viện và các cơ sở công cộng khác Với công nghệ thẻ từ, người dùng có thể mở khóa cửa một cách nhanh chóng và an toàn hơn so với việc sử dụng chìa khóa truyền thống Khóa cửa bằng thẻ từ còn giúp người quản lý có thể quản lý dễ dàng các quyền truy cập của từng cá nhân, tạo sự thuận tiện và an toàn cho người dùng Với các ưu điểm vượt trội, hệ thống khóa cửa bằng thẻ từ đang trở thành một lựa chọn được nhiều người tin dùng và sử dụng

Ngoài ra, khóa cửa bằng thẻ từ cũng mang lại nhiều tiện ích cho người dùng Chẳng hạn, trong trường học, hệ thống khóa cửa bằng thẻ từ có thể được sử dụng để quản lý truy cập vào các khu vực riêng tư như phòng máy tính, phòng học đặc biệt, phòng thí nghiệm, giúp ngăn chặn việc trộm cắp, phá hoại Tương tự, trong khách sạn, hệ thống khóa cửa bằng thẻ từ giúp ngăn chặn việc đột nhập và đảm bảo an toàn cho khách hàng Với nhiều ưu điểm và tiện ích như vậy, không có gì ngạc nhiên khi hệ thống khóa cửa bằng thẻ từ đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, nhiều nơi khác nhau trên toàn thế giới.

NGUYỄN ẢNH CAO HUY – NGUYỄN PHƯỚC HIỆP 5

GIỚI HẠN

Về phạm vi ứng dụng: Đề tài chỉ tập trung vào ứng dụng của việc mở khóa cửa bằng thẻ từ, trong khi đó các ứng dụng khác của công nghệ thẻ từ như quản lý thời gian làm việc, kiểm soát ra vào, , sẽ không được đề cập.

Về công nghệ sử dụng: Đề tài tập trung vào sử dụng đầu đọc thẻ từ MFRC-522 để đọc thẻ từ, trong khi đó, trên thị trường hiện nay có nhiều loại đầu đọc và các công nghệ khác nhau để đọc thẻ từ.

Về kỹ năng kỹ thuật: Đề tài yêu cầu người thực hiện phải có kiến thức về lập trình, điện tử cơ bản để có thể hiểu và triển khai các bước thực hiện.

Về môi trường hoạt động: Đề tài có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như điều kiện môi trường, hoặc các yếu tố bên ngoài khác có thể ảnh hưởng đến tính ổn định của hệ thống.

Về an toàn và bảo mật: Để đảm bảo tính an toàn và bảo mật cho hệ thống mở khóa cửa bằng thẻ từ, cần phải đảm bảo tính bảo mật của mã hóa và quản lý thẻ từ Tuy nhiên, việc đảm bảo an toàn và bảo mật cho hệ thống này có thể không được đề cập đầy đủ trong phạm vi đề tài.

THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI

GIỚI THIỆU

Mục tiêu của chương này là giới thiệu về việc thiết kế các thành phần phần cứng của hệ thống, bao gồm các phần như: thẻ RFID, đầu đọc RFID, mạch điều khiển khóa cửa, v.v Chương cũng sẽ đề cập đến việc thiết kế các thành phần phần cứng của hệ thống, bao gồm khối điều khiển khóa cửa, đầu đọc RFID, thẻ RFID, v.v Đặc biệt, chương sẽ giải thích chi tiết về việc kết nối và hoạt động của các thành phần này trong hệ thống khóa cửa

THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI

Từ các yêu cầu của đề tài thiết kế được sơ đồ khối của hệ thống như hình sau:

Hình 2.1 - Sơ đồ khối của hệ thống Chức năng của từng khối:

• Khối nguồn : Cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống.

• Khối đọc: Đọc ID của thẻ từ rồi gửi về khối xử lý để kiểm tra.

• Khối chấp hành : Thực hiện khóa/mở cửa.

• Khối phím bấm : thực hiện các phím bấm để có thể thêm/xóa thẻ.

• Khối xử lý : Nhận dữ liệu từ khối đọc, xử lý dữ liệu và phát tín hiệu điều khiển ra khối chấp hành Nhận dữ liệu từ khối phím bấm và khối đọc để có thể thực hiện thêm/xóa thẻ.

THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

Arduino UNO R3 là một bảng mạch được thiết kế sẵn dựa trên vi điều khiển ATmega328, Mạch thiết ken nhỏ gọn, các chân I/O đầy đủ, có thêm cổng USB và jack cắm nguồn 2.1mm Trong khối này, mạch Arduino có chức năng thực hiện nhận dữ liệu được truyền về từ khối đọc, ma trận phím và điều khiển khối chấp hành.

Thông số kỹ thuật: Điện áp cấp khuyến dùng: 7V ~ 12V DC Điện áp hoạt động: 5V DC

Dòng tối đa cho phép: 500mA

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O: 30mA

Chuẩn giao tiếp: SPI, I2C, UART, USB

Tần số hoạt động: 16MHz

Phần mềm lập trình: Arduino IDE

Arduino UNO R3 đã tích hợp mạch nạp trên board giao tiếp qua cổng USB rất thuận tiện, tiết kiệm được thời gian và chi phí Ngoài ra Arduino còn có chân 5V, chân 3.3V, chân GND giúp việc cấp nguồn cho các thiết bị ngoại vi khác dễ dàng và mạch điện tối giản hơn.

Khảo sát phần cứng Board Arduino UNO R3

Hình 2.3 – Cấu trúc board Arduino

Vi điều khiển trung tâm: Chip ATmega328P-PU dòng 8bit của hãng Atmel sản xuất.

Chip nạp: Sử dụng vi điều khiển trung gian ATmega16U2 có nhiệm vụ chuyển đổi chuẩn giao tiếp USB thành chuẩn giao tiếp UART để nạp chương trình hoặc giao tiếp truyền nhận dữ liệu với máy tính.

Bộ dao động: Sử dụng thạch anh tạo xung clock có tần số 16MHz

Cổng USB: Giao tiếp với máy tính, upload chương trình và cấp nguồn cho Arduino hoạt động.

Jack DC 2.1mm: Cấp nguồn cho arduino với điện áp từ 7V ~ 12V. Điều chỉnh điện áp: IC ổn áp NCP1117 tạo điện áp 5V từ nguồn cung cấp. Nút reset: Thiết lập lại trạng thái vi điều khiển.

Các chân I/O: Xuất hoặc nhập dữ liệu.

Chân 5V: Cấp điện áp 5V đầu ra, dòng tối đa là 500mA.

Chân 3.3V: Cấp điện áp 3.3V đầu ra, dòng tối đa là 50mA.

Hình 2.4 - Sơ đồ nguyên lí Arduino Uno R3

Nguyên lý hoạt động cơ bản của hệ thống RFID: Thiết bị Reader phát ra sóng điện từ ở một tần số nhất định, khi thiết bị thẻ trong vùng hoạt động sẽ cảm nhận được sóng điện từ này và thu nhận năng lượng từ đó phát lại cho thiết bị Reader biểt ID (mã số) của mình Từ đó thiết bị RFID reader nhận biết được tag nào đang trong vùng hoạt động.

Hình 2.5 – Nguyên lí hoạt động của hệ thống RFID

Thẻ RFID là thiết bị có thể lưu trữ và truyền dữ liệu về bộ đọc bằng sóng vô tuyến Trong đó các thẻ thường lưu trữ thông tin về các sản phẩm nào đó hoặc các ID (mã nhận diện) Thẻ RFID gồm chip bán dẫn nhỏ (bộ nhớ của chip có thể chứa từ 96 đến 512 bit dữ liệu, nhiều gấp 64 lần so với mã vạch) và anten được thu nhỏ.

Hình 2.6 – Một vài loại thẻ RFID

Dựa vào các ứng dụng rộng cùng với cách thức sử dụng đơn giản, nhóm quyết định chọn Module RFID RC522 làm thiết bị đọc mã thẻ của khách hàng.

Hình 2.15 – Sơ đồ kết nối dây relay

2.3.4.3 Led RGB Đèn LED RGB được sử dụng với các chức năng sau:

Màu xanh dương: Hoạt động.

Màu xanh lá: Thêm thẻ master.

Màu đỏ: Báo sai thẻ.

Nhấp nháy xanh lá: Đúng thẻ.

Nhấp nháy xanh dương: Thêm thẻ thành công.

Nhấp nháy đỏ: Xoá thẻ thành công.

Thông số kỹ thuật: Điện áp sử dụng: 1.9 - 3.7V DC

Kích thước bóng: đường kính 5mm.

Hình 2.16 : Led RGB 4 Chân Đục Phi 5mm

Căn cứ vào các thông số kỹ thuật cần thiết của các linh kiện Để đảm bảo cấp đủ nguồn cho toàn bộ mạch điện, nhóm tiến hành tính toán thiết kế khối nguồn như sau:

Nguồn cấp cho Arduino, module RC522, Khóa Chốt Điện Từ LY-03:

Căn cứ vào phần thông số kỹ thuật: Điện áp cấp cho Arduino: 12V DC Điện áp cấp cho module RC522: 3.3V Điện áp cấp cho khóa Chốt Điện Từ LY-03: 12V Điện áp cấp cho module Relay điện : 5V

2.3.6 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ HỆ THỐNG

Hình 2.17 – Sơ đồ nguyên lí hệ thống

THI CÔNG MẠCH – VIẾT CHƯƠNG TRÌNH

THI CÔNG

Từ cơ sở lí thuyết và tính toán thiết kế ở chương 2, nhóm đề ra các linh kiện cần thiết để thi công đồ án “ Khóa cửa sử dụng thẻ từ “ như sau:

Bảng 3.1 – Liệt kê linh kiện

Tên linh kiện Tên dòng/giá trị Dạng vỏ

1 Vi điều khiển Arduino Arduino Uno R3 1

2 Bộ reader và thẻ từ RC522 mạch đọc ghi IC RFID 1

4 Led Led RGB 4 Chân Đục Phi 5mm 1

5 Ma trận phím Bàn Phím Ma Trận Mềm 4x4 1

6 Khóa chốt điện từ LY-03 12VDC 1

VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

Hình 3.1 – Lưu đồ chương trình điều khiển

3.2.2 GIỚI THIỀU PHẦN MỀM ARDUINO IDE

Phần mềm lập trình mã nguồn mở miễn phí:

IDE trong Arduino IDE là phần có nghĩa là mã nguồn mở, nghĩa là phần mềm này miễn phí cả về phần tải về lẫn phần bản quyền: Người dùng có quyền sửa đổi, cải tiến, phát triển, nâng cấp theo một số nguyên tắc chung được nhà phát hành cho phép mà không cần xin phép ai, điều mà họ không được phép làm đối với các phần mềm nguồn đóng.

Tuy là phần mềm mã nguồn mở nhưng khả năng bảo mật thông tin của Arduino IDE là vô cùng tuyệt vời, khi phát hiện lỗi nhà phát hành sẽ vá nó và cập nhật rất nhanh khiến thông tin của người dùng không bị mất hoặc rò rỉ ra bên ngoài.

Sử dụng ngôn ngữ lập trình C/C++ thân thiện với các lập trình viên

Arduino IDE sử dụng ngôn ngữ lập trình C/C++ rất phổ biến trong giới lập trình Bất kỳ đoạn code nào của C/C++ thì Arduino IDE đều có thể nhận dạng, giúp các lập trình viên thuận tiện trong việc thiết kế chương trình lập cho các bo mạch Arduino.

Hỗ trợ lập trình tốt cho bo mạch Arduino

Arduino có một module quản lý bo mạch, nơi người dùng có thể chọn bo mạch mà họ muốn làm việc cùng và có thể thay đổi bo mạch thông qua Menu Quá trình sửa đổi lựa chọn cũng liên tục tự động cập nhật để các dữ liệu có sẵn trong bo mạch và dữ liệu sửa đổi đồng nhất với nhau Bên cạnh đó, Arduino IDE cũng giúp bạn tìm ra lỗi từ code mà bạn biết giúp bạn sửa lỗi kịp thời tránh tình trạng bo mạch Arduino làm việc với code lỗi quá lâu dẫn đến hư hỏng hoặc tốc độ xử lý bị giảm sút.

Hình 3.3 - Tương thích với bo mạch Arduino

Thư viện hỗ trợ phong phú

Arduino IDE tích hợp với hơn 700 thư viện, được viết và chia sẻ bởi nhà phát hành Arduino Software và thành viên trong cộng đồng Arduino Mọi người có thể tận dụng chúng cho dự án của riêng mình mà không cần phải bỏ ra bất kỳ chi phí nào.

Hình 3.4 - Thư viện đa dạng Giao diện đơn giản, dễ sử dụng

Arduino IDE có một giao diện đơn giản, dễ sử dụng giúp người dùng thuận tiện hơn trong thao tác Dưới đây là một số tính năng nổi bật chúng ta thường sử dụng:

- Nút kiểm tra chương trình (Verify): giúp dò lỗi phần code định truyền xuống bo mạch Arduino.

Hình 3.5 - Nút kiểm tra lỗi (Verify)

- Nút tải đoạn code vào bo mạch Arduino (Upload): giúp nhập đoạn code vào bo mạch Arduino.

Hình 3.6 - Nút tải code vào bo mạch (Upload)

- Vùng lập trình: người dùng sẽ viết chương trình tại khu vực này.

- Thanh Menu: gồm những thẻ chức năng nằm trên cùng như File, Edit,

Sketch, Tools, Help rất thông dụng có ở hầu hết các chương trình nhập code khác.

/* - Arduino Uno: 1 kB EEPROM storage.*/ const byte rows = 4; //s hang ô const byte columns = 4; //s c t ô ô

//Đ nh nghia cac gia tr tr v i i a ê char keys[rows][columns] = {

}; void findzero(); void ss_epprom(); void themthe_mas(); void layuid(); void nhapnhayled(); void modongcua(); void rsmang( int UID[] ; ) void xoathe(); void themthe(); void saitheled(); byte columnPins [rows] = { 16, , , 17 18 19 } ; //Cach n i chân v i Arduino ô ơ byte rowPins [columns] = { 7, 6, 5, 4 } ;

Keypad keypad = Keypad makeKeymap ( (keys) , rowPins, columnPins, rows, columns);

MFRC522 mfrc522( SS_PIN, RST_PIN ); int UID [ 4]={0, 0 , 0, 0}; int id_moi [ 4];

NGUYỄN ẢNH CAO HUY – NGUYỄN PHƯỚC HIỆP 33 int diachi_last = 4; int diachi_zero = 5; int i = 0; int demco = 0; int demmas = 0; int vitrithe; int kt= 0; void setup() {

SPI begin(); mfrc522 PCD_Init(); pinMode(cuapin, OUTPUT); pinMode(ledpinr, OUTPUT); pinMode(ledping, OUTPUT); pinMode(ledpinb, OUTPUT); digitalWrite(ledpinb, LOW); digitalWrite(ledpinr, HIGH); digitalWrite(ledping, HIGH);

} void loop() { char temp = keypad getKey(); if ((int)keypad getState() == PRESSED) { if (temp != 0) { key = temp;

} if ((int)keypad getState() == RELEASED) { ma += key;

NGUYỄN ẢNH CAO HUY – NGUYỄN PHƯỚC HIỆP 34 if (key == 'A') { ma = ma.substring(0 , ma.length()-1) ;

//Serial.println(ma); if (ma =="*101#") { kt = 1 ; ma ="";

} else if (key == 'B') { if (ma == "")) {

// Exit the function or block when ma is empty

String newma = ma.substring(0, ma.length() - ; 2) ma = newma;

} while (kt != 0) { digitalWrite(ledpinb, HIGH); digitalWrite(ledping, LOW); if ( ! mfrc522 PICC_IsNewCardPresent())

{ return; } if ( ! mfrc522 PICC_ReadCardSerial())

{ return; } layuid(); mfrc522 PICC_HaltA(); mfrc522 PCD_StopCrypto1();

NGUYỄN ẢNH CAO HUY – NGUYỄN PHƯỚC HIỆP 35 themthe_mas(); rsmang(UID); kt = ; 0 digitalWrite(ledping, HIGH); digitalWrite(ledpinb, LOW);

! if ( mfrc522 PICC_IsNewCardPresent()) {return ; }

! if ( mfrc522 PICC_ReadCardSerial()) { return;} layuid(); mfrc522 PICC_HaltA(); mfrc522 PCD_StopCrypto1(); ss_epprom(); if (id_moi [ 0] !=0 && id_moi [ 1] !=0 && id_moi [ 2] !=0 && id_moi [ 3] !=0 ) { if (demmas == 1) { modongcua(); rsmang(id_moi);

} else if (demco == 1) { xoathe(); rsmang(id_moi); demco = ; 0

} else { findzero(); themthe(); rsmang(id_moi);

NGUYỄN ẢNH CAO HUY – NGUYỄN PHƯỚC HIỆP 36 id_moi[i] = UID[i]; demmas = ; 0

} else if (demco == 1){ modongcua(); demco = ; 0

{ if (EEPROM read( ) != 255 && EEPROM read(i+1) != 255 && EEPROM read(i+2) i

}; int n; for (n = 5; n < diachi_last ; n+=4) { if (EEPROM read( ) == 255 && EEPROM read(n+1) == 255 && EEPROM read(n+2) n

== 255 && EEPROM.read(n+3) == 255) //Tìm ô nh có GT 0 đ u tiên ơ ầ

} void ss_epprom() { if (diachi_last != 4 ) { int m = 5; while (m < diachi_last) //ch y t ô 5 đ n ô s d ng cu i ạ ừ ế ử ụ ô

NGUYỄN ẢNH CAO HUY – NGUYỄN PHƯỚC HIỆP 37 m++; if (UID [ 1] == EEPROM read( )) { m m++; if (UID [ 2] == EEPROM read( )) { m m++; if (UID [ 3] == EEPROM read( )) { m demco = 1; demmas = 0; vitrithe = m - ; 3 break;

} if (UID [ 0] == EEPROM read( ) 1 && UID [ 1] == EEPROM read( ) 2 && UID [ 2] ==

EEPROM read ( ) 3 && UID [3] == EEPROM read(4)) //TH m i nh p la MASTER Ẻ ơ ậ

} else demmas = 0; void layuid() { for (byte i = 0; i < mfrc522 uid size; i++) {

} void modongcua() { digitalWrite(cuapin, HIGH);

NGUYỄN ẢNH CAO HUY – NGUYỄN PHƯỚC HIỆP 38 digitalWrite(ledpinb, HIGH); digitalWrite(ledping, LOW); delay( 500 ) ; digitalWrite(ledping, HIGH); delay( 500 ) ; digitalWrite(ledping, LOW); delay( 500 ) ; digitalWrite(ledping, HIGH); delay( 500 ) ; digitalWrite(ledping, LOW); delay( 500 ) ; digitalWrite(ledping, HIGH); digitalWrite(ledpinb, LOW); delay( 2500 ) ; digitalWrite(cuapin, LOW);

} void rsmang( int UID[]){ for( i = 0; i< 4 ; i++)

} digitalWrite(ledping, HIGH); delay( 500 ) ; digitalWrite(ledping, LOW); delay( 500 ) ; digitalWrite(ledping, HIGH); delay( 500 ) ; digitalWrite(ledping, LOW); delay( 500 ) ; digitalWrite(ledping, HIGH);

NGUYỄN ẢNH CAO HUY – NGUYỄN PHƯỚC HIỆP 39 void themthe(){ int diachi_phu = diachi_zero; for(i = 0 ; i < 4; i++){

EEPROM write(diachi_phu , UID[i]); diachi_phu += 1;

} digitalWrite(ledpinb, HIGH); delay( 500 ) ; digitalWrite(ledpinb, LOW); delay( 500 ) ; digitalWrite(ledpinb, HIGH); delay( 500 ) ; digitalWrite(ledpinb, LOW); delay( 500 ) ; digitalWrite(ledpinb, HIGH);

} void xoathe(){ for (int i = vitrithe; i < vitrithe+ ; i++ 4 ) {

} digitalWrite(ledpinb, HIGH); digitalWrite(ledpinr, LOW); delay( 500 ) ; digitalWrite(ledpinr, HIGH); delay( 500 ) ; digitalWrite(ledpinr, LOW); delay( 500 ) ; digitalWrite(ledpinr, HIGH); delay( 500 ) ; digitalWrite(ledpinr, LOW); delay( 500 ) ; digitalWrite(ledpinr, HIGH); digitalWrite(ledpinb, LOW);

NGUYỄN ẢNH CAO HUY – NGUYỄN PHƯỚC HIỆP 40 void saitheled()

{ digitalWrite(ledpinb, HIGH); digitalWrite(ledpinr, LOW); delay( 3000 ) ; digitalWrite(ledpinr, HIGH); digitalWrite(ledpinb, LOW);

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Hình 4.1 – Sản phẩm khóa cửa sử dụng thẻ từ

Mô hình hoạt động ổn định, chính xác, dễ dàng ứng dụng vào thực tế, sau khi hoàn thành đã đạt khoảng 80% như yêu cầu, đạt đầy đủ các chức năng cơ bản:

Mở khóa cửa khi dùng đúng thẻ đã được đăng kí

Thêm thẻ master hoặc xóa bớt thẻ

Có một số hướng phát triển tiềm năng cho đồ án về khóa cửa dùng thẻ từ. Dưới đây là một vài ý tưởng cho sự phát triển của dự án:

Mở rộng tính năng: Bổ sung các tính năng bổ sung để nâng cao sự tiện ích của khóa cửa, ví dụ như tích hợp một hệ thống quản lý truy cập thông minh, cho phép quản lý thẻ từ từ xa và theo dõi lịch sử truy cập.

Tích hợp công nghệ mới: Khám phá và tích hợp các công nghệ mới như nhận dạng khuôn mặt, dấu vân tay, hoặc nhận dạng giọng nói để cải thiện tính bảo mật và tiện ích cho người dùng.

Kết nối mạng và IoT: Xây dựng một hệ thống khóa cửa thông minh kết nối Internet of Things (IoT), cho phép người dùng điều khiển và theo dõi trạng thái cửa từ xa thông qua ứng dụng di động hoặc giao diện web.

Tích hợp hệ thống báo động: Kết hợp khóa cửa với hệ thống báo động nhà để tăng cường an ninh và bảo vệ Khóa có thể gửi cảnh báo hoặc kích hoạt hệ thống báo động trong trường hợp truy cập không hợp lệ hoặc cố gắng xâm nhập.

Tiêu đề	Khóa Cửa Sử Dụng Thẻ Từ
Tác giả	Nguyễn Ảnh Cao Huy, Nguyễn Phước Hiệp
Người hướng dẫn	Th.S Nguyễn Đình Phú
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Điện – Điện Tử
Thể loại	báo cáo đồ án môn học
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	45
Dung lượng	5,23 MB