Bài tập lớn viết Đặc tả hệ thống của một hệ thống nhúng

Mật mã sẽ được vi điều khiển lưu trữ để xác minh cho những lần sử dụng sau.. - Vi điều khiển sẽ xác minh tính hợp lệ của thông tin xác thực.. Vi điều khiển sẽ xác minh tính hợp lệ của th

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ -

BÀI TẬP LỚN VIẾT ĐẶC TẢ HỆ THỐNG CỦA MỘT HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD: ThS Nguyễn Trung Hiếu

Lớp: L03

Thành phố Hồ Chí Minh 1/1/2024

Phần 1: Product requirement

1. Name: Smart door lock

2. Purpose:

+ Tối ưu hóa khả năng bảo vệ, tăng cường khu vực, nơi ở

+ Giải quyết các mặt hạn chế của những ổ khóa thông thường hay

những cách đóng, khóa thông thường

+ Tiện lợi, dễ sử dụng, hiện đại, phù hợp với thị trường.

3. Input/Output:

+ Input: bàn phím số và cảm biến IR.

+ Output: Ổ khóa, màn hình số.

4. User case:

+ Dùng cho các công ty, xí nghiệp, nhà máy, nhà kho để tăng tính

tiện lợi, giảm thiểu rủi ro, dễ kiểm tra số lượng người tiếp cận và

an ninh

5. Function:

+ Chức năng reset

+ Chức năng thiết lập chế độ tự động hoặc thủ công

+ Cảnh báo dấu hiệu đột nhập khi nhập sai mật khẩu nhiều lần

6. Performance: Xấp xỉ 90% kì vọng

7. Manufacturing costs:

+ Keypad: 55.000VNĐ

+ STM32F103C8T6: 60.000VNĐ

+ LCD (16x2) + I2C: 16.000VNĐ

+ Lock: 120.000VNĐ

+ Buzzer: 3.000VNĐ

+ RFID-RC522: 28.000VNĐ

+ Mạch tăng áp: 17.000VNĐ

Tổng giá thành: 299.000VNĐ

8. Power: Sử dụng pin

9. Physical size/weight:

+ Ổ khóa dài 10cm, đường kính 1cm.

+ Hệ thống lắp đặt kì vọng dài 20-25cm, rộng 10-12cm, dày

khoảng 5cm, khối lượng xấp xỉ 1kg

10. Installation:

+ Là thiết bị cố định

+ Đo đạc kính thước của khóa cửa phải phù hợp với thiết bị sao

cho ổ khóa vừa với lỗ trống khóa của cửa

+ Tiến hành lắp đặt các phần than, then khóa, lỗ khóa, chốt khóa

theo hướng dẫn

+ Lắp đặt nguồn(pin) vào ổ khóa và tiến hành khởi động

Phần 2: Engineering specification

Nguyên lý hoạt động:

- Cảm biến khoảng cách xác nhận cửa đã khóa và thiết lập cài đặt bảo mật lần đầu tiên

Xác nhận cửa đã khóa thay đổi mật khẩu theo ý muốn Mật mã sẽ được vi điều khiển lưu trữ để xác minh cho những lần sử dụng sau

- Người dùng nhập mật mã để xác thực

Người dùng nhập mật mã vào bàn phím số để xác thực Mật mã sẽ được vi điều khiển đọc và lưu trữ

- Vi điều khiển sẽ xác minh tính hợp lệ của thông tin xác thực

Vi điều khiển sẽ xác minh tính hợp lệ của thông tin xác thực bằng cách so sánh với dữ liệu đã được lưu trữ trong vi điều khiển Nếu thông tin xác thực hợp lệ, vi điều khiển sẽ tiếp tục bước tiếp theo Nếu thông tin xác thực không hợp lệ, vi điều khiển sẽ phát ra cảnh báo

- Nếu thông tin xác thực hợp lệ, vi điều khiển sẽ điều khiển cơ chế khóa cửa để mở cửa

Vi điều khiển sẽ điều khiển cơ chế khóa cửa để mở cửa Cơ chế khóa cửa có thể là chốt cơ, chốt điện hoặc chốt từ

Nhưng phần mềm sử dụng:

Protues:

Altium:

SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG

Phần 3: Hardware Specification

thuật Chú thích

Keypad

 Module bàn phím

ma trận 4x4 loại phím mềm

 Độ dài cáp:

88mm

 Nhiệt độ hoạt

động 0 ~ 700C

 Đầu nối ra 8 chân

 Kích thước bàn

phím 77 x 69 mm

4x4 Keypad

Bàn phím ma trận nhựa cứng 4x4 keypad – Hshop.vn

LCD

Hardware

 Điện áp hoạt động

là 5 V

 Kích thước: 80 x

36 x 12.5 mm Chữ đen, nền xanh

LCD1602

https://hshop.vn/ products/mach- chuyen-giao-tiep- lcd1602-lcd1604-lcd2004-sang-i2c

RF

Transmitter

And

Receiver

 Tần số: 433.92

MHZ

 Điện áp hoạt động:

3-12 vdc

 Mức dữ liệu: 8

kbps

RM0336

https:// www.robomart.co m/433mhz-rf- transmitter-and-receiver

STM32F103

C8T6

 Điện áp hoạt động:

3V3; 5V

 Tích hợp sẵn thạch

anh 8Mhz

 Tích hợp sẵn

thạnh anh 32Khz cho các ứng dụng RTC

 Ra chân đầy đủ tất

cả các GPIO và giao tiếp: CAN, I2C, SPI, UART, USB,

 Tích hợp Led

trạng thái nguồn, Led PC13, Nút Reset

 Kích thước: 53.34

x 15.24mm

Blue Pill ARM Cortex-M3

https://hshop.vn/ products/kit-ra- chon-stm32f103c8t6

Buzzer  Điện áp hoạt động:

3.5V - 5.5V

 Dòng điện tiêu

thụ: <25mA

 Tần số cộng

hưởng: 2300Hz ± 500Hz

 Biên độ âm thanh:

>80 dB

 Kích thước :

Còi Buzzer 5VDC

https://hshop.vn/ products/coi-buzzer-5vdc

Đường kính 12mm, cao 9,7mm

RFID NFC

13.56MHz

RC522

 Điện áp hoạt động:

3.3VDC

 Dòng điện:

13~26mA

 Tần số hoạt

động:13.56Mhz

 Khoảng cách hoạt

động: 0~60mm (mifare1 car）

 Chuẩn giao tiếp:

SPI

 Tốc độ truyền dữ

liệu: tối đa 10Mbit/s

 Kích thước: 40mm

× 60mm

RFID-RC522

https://hshop.vn/ products/mach- rfid-rc522-nfc-13-56mhz

Electroman

etic lock

 Nguồn điện:

12VDC

 Dòng điện làm

việc: 200mA

 Yêu cầu nguồn

cấp: 12VDC/1A

 Kích thước:

L54xD23xH28

 Khối lượng:

0.14kg

B0474 lock

https:// salezone.vn/ store/shopee/ product/b0474- khoa-chot-cua- dien-tu-thuong- dong-12vdc-pad-i.22190208.10882 86197.html

Mạch Tăng

Áp  Tần số: 400Khz Dòng không tải:

18mA

 Điện áp đầu vào từ

3.5V đến 32V

 Điện áp đầu ra từ 5

V đến 35V

 Công suất tối đa:

10W

XL6009 https://hshop.vn/

products/mach- tang-op-dc-xl6009

 Dòng đáp ứng 4A,

có hiệu suất làm việc 94%

 Kích thước:

43x21x14mm

Phần 4: Test Specification

Kiểm tra RFID nhận diễn thẻ từ : Module nhận tín hiệu từ thẻ từ, kiểm tra so sánh

Kiểm tra khả năng hiển thị dữ liệu thông số trên LCD: Màn hình LCD hiện thị đúng và đạt yêu cầu khi nhập dữ liệu từ bàn phím hay các chức năng có liên quan

Kiểm tra khả năng nhận dữ liệu từ bàn phím: Bàn phím ổn định về mặt vật lý và liên kết được với chương trình

Kiểm tra quá trình vận hành của ổ khóa và chuông báo động: Chuông báo cần kêu khi nhập mật khẩu đúng/sai theo như đã được lập trình

Phần 5: Embedded System Design Issues

1 Constraints:

No Constraints

1 Giá thành thấp (<1.000.000 VNĐ)

2 Tuổi thọ cao (2-3 năm)

3 Tiêu thụ năng lượng thấp ( sử dụng được trong vòng

1-2 tháng)

4 Khối lượng thấp (<2.5kg)

5 Thời gian phản hồi tác vụ nhanh (<0.3s)

2 Functions:

- Giao diện cụ thể, dễ thao tác, cần có sách hướng dẫn chi tiết

- Tích hợp nhiều hơn một cách đóng/ mở khóa

- Cần thông báo và gửi dữ liệu cần thiết cho người dùng

- Cần có chuông báo động trong trường hợp có kẻ đột nhập

- Thiết kế cấu trúc và mạch để dễ dàng trong việc lắp đặt cũng như bảo quản tốt nguồn pin cung cấp

3 Real-time system

Hệ thống được xếp vào loại soft real-time, thời gian trễ cho phép 100ms

4 Concurrent systems

- Các tác vụ đồng thời (trong thời gian trễ cho phép) bao gồm: + Nhập dữ liệu đưa vào từ keypad

+ Thông báo lên màn hình LCD

+ Lưu trữ và xử lí dữ liệu, trả lại tín hiệu tương ứng

5 Reactive systems

+ Run forever

+ Hệ thống tương tác với sự kiện thuộc loại periodic (có chu kì) vì

do thiết bị hoạt động dựa trên tương tác đóng mở, khóa hay nói cách khách do người sử dụng định sẵn

Phần 6: Thiết kế

I Phần cứng:

+ Sơ đồ nguyên lý:

Thông số mạch:

 STM32F103C8T6:

 Điện áp hoạt động: 3V3; 5V

 Tích hợp sẵn thạch anh 8Mhz

 Tích hợp sẵn thạnh anh 32Khz cho các ứng dụng RTC

 Tích hợp Led trạng thái nguồn, Led PC13, Nút Reset

 Mà hình LCD_I2C:

+ Điện áp hoạt động: 5VDC

 Bàn phím ma trận:



+ Điện áp hoạt động: 5VDC

 RFID NFC 13.56MHz RC522:

+ Điện áp hoạt động: 3.3VDC + Dòng điện:13~26mA

II.Phần mềm:

+ Lưu đồ giải thuật

+ Giải thích

+ Khởi động LCD và RFID Khóa cửa.

+ Đợi RFID nhận được tín hiệu từ thẻ Khi nhận được tín hiệu từ thẻ

thì qua mục tiếp theo

+ Hệ thống sẽ lưu lại uid từ thẻ, kiểm tra với uid master được cài đặt

từ trước Nếu uid nhận được từ thẻ khác với uid master, thì hệ thống hiển thị lên màn hình LCD “Wrong Card!” Nếu đúng thì qua mục tiếp theo

+ Lúc này, hệ thống sẽ hiện thị lên màn hình LCD “Input Password:”

Để mở khóa thì ta cần nhập đúng mật khẩu từ bàn phím Mật khẩu được cài đặt từ trước và chỉ bao gồm là số từ 0 đến 9 Độ dài tối đa của mật khẩu có thể lên đến 15 kí tự Khi nhập mật khẩu từ bàn phím, ta có thể nhập tối đa là 15 kí tự, các kí tự này sẽ hiện thị lên màn hình LCD là dấu “*”, khi nhập quá 15 kí tự thì hệ thống sẽ

hiện thị lên màn hình LCD “Too Long!” và có tiếng loa cảnh báo trong 2 giây Muốn xác nhận mật khẩu thì ta cần bấm nút “*” Muốn đặt lại những kí tự đã nhập thì bấm nút “#” Khi đã xác nhận mật khẩu, hệ thống sẽ kiểm tra với mật khẩu đã cài đặt trước Nếu sai thì có tiếng chuông cảnh báo trong 3 giây và lặp lại mục 4 Nếu đúng thì sang mục tiếp theo

+ Mở khóa cửa, sau 5 giây thì khóa cửa lại và trở lại mục 2.