Báo cáo Đồ án Điện tử 1 Đề tài bộ thiết bị chống trộm xe máy

b l Trong những năm gần đây, công nghệ truyền nhận dữ liệu không dây đang có những bước phát triển mạnh mẽ, góp công lớn trong việc phát triển các hệ thống định vị, điều khiển, giám sát

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN L C ỰKHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Giáo viên hướng d n : ThS ẫ TRẦN VŨ KIÊN Sinh viên th c hi n : NHÓM 2 ự ệ

Chuyên ngành : K ỸTHUẬT ĐIỆ N T Ử

LỜI M Ở ĐẦ U

Ngày nay, kinh t - xã h i phát tri n m nh m , cùng vế ộ ể ạ ẽ ới đó là nhu cầu đi lạ ủa i cngười dân tăng cao nên số lượng phương tiện giao thông ở Việt Nam hiện nay tăng lên với tốc độ chóng mặt để đáp ứng nhu cầu này Trong đó, xe máy là phương tiện di chuy n ểchủ yếu của đạ ộ phận người b i dân Theo thống kê, đến hết năm 2016, số lượng xe máy tại Vi t Nam là 45 tri u xe, và d ệ ệ ự báo tăng lên 60 triệu xe vào năm 2020 Cùng v i s gia ớ ựtăng của số lượng xe máy thì tình hình tr m cộ ắp xe ngày nay cũng ngày càng phức tạp,

kẻ trộm ngày càng có nhiều mánh khóe để ẻ khóa xe để ấy phương tiện đi b l

Trong những năm gần đây, công nghệ truyền nhận dữ liệu không dây đang có những bước phát triển mạnh mẽ, góp công lớn trong việc phát triển các hệ thống định vị, điều khiển, giám sát t xa, M t trong nh ng công ngh truyừ ộ ữ ệ ền dẫn không dây phát tri n ểmạnh m nh t là sóng RF, ẽ ấ được ứng d ng r ng rãi trong nhiụ ộ ều lĩnh vực bởi tính đơn giản, khả năng đảm bảo an toàn tốt và đặc biệt là giá thành r ẻ

Với mong mu n áp d ng công ngh vào th c ti n, b o v tài số ụ ệ ự ễ ả ệ ản cho người dân, nhóm 2 đã quyết định chọn đề tài “Bộ thi t bế ị chố ng trộm xe máy” để t o ra m t s n ạ ộ ảphẩm có tính ng d ng cao, giúp ích gi m thi u tình tr ng tr m cứ ụ ả ể ạ ộ ắp xe đang rất nan giải, giúp các chủ xe an tâm hơn với chi c xe c a mình N i dung trình bày c a nhóm 2 gế ủ ộ ủ ồm

2 ph n: ầ

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương 2: Thiết kế hệ thống

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trần Vũ Kiên, giảng viên khoa Điện

Tử Viễn Thông - trường Đại Học Điện Lực, người đã trực tiếp gợi ý đề tài, trực tiếp hướng dẫn, ch bỉ ảo và đã tạo mọi điều kiện thuận l i cho chúng em trong suốt quá trình ợhoàn thành đề tài Mặc dù chúng em đã cố g ng hoàn thành báo cáo trong ph m vi và kh ắ ạ ảnăng cho phép nhưng chắc ch n s không tránh kh i thi u sót Chúng em kính mong nhắ ẽ ỏ ế ận được sự ch bảo và các ý kiến nhận xét của thầy ỉ

Hà N ội, ngày 29 tháng 12 năm 2017

NHÓM 2

NHẬN XÉT (Củ a gi ng viên hư ng dả ớ ẫn)

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hà N ội, ngày tháng năm

PHÂN CÔNG NHI M V Ệ Ụ

2 1381510133 Bùi Đức Huy D9KTDT Thành

viên

Làm v h p, vi t báo ỏ ộ ếcáo

3 1481510121 Đỗ Quốc Hoàng D9KTDT Thành

viên

Vẽ m ch test, lạ ập trình, gia công mạch

MỤC L C Ụ

LỜI M Ở ĐẦU ……… ………1

NHẬN XÉT ……… ………2

PHÂN CÔNG NHI M V Ệ Ụ ……… ……… 3

MỤC LỤC ……… ……… 4

DANH MỤ C HÌNH NH Ả ……… ……….5

DANH MỤ C VIẾT T T Ắ ……… 6

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN V Ề ĐỀ TÀI ……… …………7

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ……… ……… …… 7

1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ………… ……… ……….7

1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ……… ……… …… 7

1.4 MỤC TIÊU ĐỒ ÁN ……… ………8

CHƯƠNG II: THIẾT K Ế ĐỀ TÀI ………9

2.1 CHỨC NĂNG BỘ THIẾT BỊ ……….9

2.2 THI T K Ế ẾPHẦ N CỨNG ……… 9

2.2.1 Sơ đồ khối chức năng ………9

2.2.2 Lựa chọn linh ki n ệ ……… 10

2.2.3 Thi t kế ế mạch nguyên lý ……….17

2.2.4 Thi t kế ế mạch in ……… 22

2.2.5 Thiế ế vỏ h p t k ộ ……… ……….23

2.3 THI T K Ế ẾPHẦ N M M Ề ……… 23

2.3.1 Bootloader ………23

2.3.2 Lưu đồ thuật toán ………24

2.3.3 Vi t mã ngu n ế ồ ……… 25

2.4 K T QU Ế Ả VÀ ĐÁNH GIÁ ………27

2.4.1 K t qu ế ả đạt được ……….27

2.4.2 Đánh giá sản phẩm ……… 28

TÀI LI U THAM KHỆ ẢO ………29

DANH MỤ C HÌNH NH Ả

Hình 2.1: Sơ đồ kh i chức năng b thiết bị chống tr m xe máy ố ộ ộ ……… 9

Hình 2.2: Vi điều khiển ATMEGA328P TQFP32 ……… 10

Hình 2.3: Sơ đồ chân ATMEGA328P TQFP32 ……….12

Hình 2.4: Module thu sóng RF 315MHz ……….13

Hình 2.5: Tay phát RF 315MHz ………14

Hình 2.6: Đị nh dạng khung tín hiệu phát của EV1527 ………14

Hình 2.7: Sơ nguyên lý EV1527 đồ ……… 15

Hình 2.8: C m bi ả ến rung HDX-1801 ……… 16

Hình 2.9: Module cảm bi n rung HDX-1801 ế ……….16

Hình 2.10: Relay HF46F ………17

Hình 2.11: Khối nguồn ……… 17

Hình 2.12: Khối cảm bi n rung phát hi n l ế ệ ực tác độ ng ……….… 18

Hình 2.13: Khối phát hi n phá khóa ệ ………19

Hình 2.14: Jump cắm module thu RF ……….….19

Hình 2.15: Khối điều khiển trung tâm ……….20

Hình 2.16: Khối relay ch ấp hành……… 21

Hình 2.17: Sơ đồ nguyên lý toàn m ạch ………22

Hình 2.18: Top layer ……… 22

Hình 2.19: Bottom layer ……….23

Hình 2.20: Vỏ hộp 75 x 55 x 28 ………23

Hình 2.21: Thiết b hoàn ch ị ỉnh ……….28

DANH MỤ C CÁC T VI T T T Ừ Ế Ắ

RF Radio frequency Tần s vô tuyố ến

LAB Laboratory Phòng thí nghiệm, thực hành

Pipeline Stages

Đây là kiến trúc của bộ tập lệnh RISC

SRAM Static Random Memory Bộ nhớ ngẫu nhiên tĩnh

EEPROM Electrically Erasable

Programmable Read-Only Memory

Bộ nhớ chỉ đọc có th l p trình, xóa ể ậbằng tín hiệu điện

ADC Analog to digital convertor Bộ chuyển đổi tương tự - s ốPWM Pulse width modulation Điều ch độ rộng xung ế

ASK Amplitude Shilf Keying Điều ch d ch biên ế ị

AC Alternating current Dòng điện xoay chi u ề

DC Direct current Dòng điện 1 chiều

PCB Printed circuit board Bảng m ch in ạ

IDE Integrated Development

Environment

Môi trường phát triển h p nhất ợI2C Inter-Intergrated Circuit Chuẩn giao tiếp 2 dây được phát

triển b i Phillips ởSPI Serial Peripheral Interface Chuẩn giao ti p ngo i vi nế ạ ối tiếp UART Universal Asynchronous Receiver

– Transmitter

Truyền thông nối tiếp không đồng

bộ

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

tế của người dân Việt Nam để giúp các chủ xe bảo v tài s n c a mình ệ ả ủ

1.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Sau khi tìm hi u thông tin v tài, cùng v i nh ng hi u biể ề đề ớ ữ ể ết s n có và tìm ẵkiếm thông tin liên quan, nhóm 2 xác định các đối tượng cần nghiên c u là: ứ

 Vi điều khiển Atmel ATMEGA328P

 Thông s cố ủa vi điều khiển ATMEGA328P

 Thiết k h ế ệ thống nhúng s dụng vi điều khiển ATMEGA328P ử

 Hệ thống điện trên xe máy: Sơ đồ dây, quy định màu dây c a các hãng ủ

xe

1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Do điều kiện về môi trường nghiên cứu, chúng em không có điều kiện làm việc trong các phòng LAB v i nhi u thi t b h ớ ề ế ị ỗ trợ, do đó phương pháp nghiên cứu chủ yếu là:

 Tham kh o tài liả ệu: Các đề tài liên quan, tìm ki m thông tin trên ếInternet

 Tự thi t kế ế và viết ph n mầ ềm điều khiển theo các yêu cầu đặt ra (dựa vào tình hình th c t c a h ự ế ủ ệ thống điện của xe, hành vi c a k ủ ẻ trộm)

 Thực nghi m tr c tiệ ự ếp: Phát triển để kiểm tra ph n c ng và ph n mầ ứ ầ ềm sau đó điều chỉnh các thông s cho phù h p vố ợ ới điều kiện thực tế

CHƯƠNG 2: THIẾ T KẾ ĐỀ TÀI

Sau khi hoàn thi n, b ệ ộ thiế ị chống tr m xe máy s có các cht b ộ ẽ ức năng sau:

 Khóa IC đề máy bằng remote sau khi rời kh i xe, b ng m i cách, xe ỏ ằ ọkhông th ể khởi động khi chưa mở khóa IC đề

 Tìm xe trong bãi

 Cảnh báo có k ẻ trộm khi xe bị tác động bởi ngoại lực mạnh

 Cảnh báo k ẻ trộm phá khóa xe

2.2.1 Sơ đồ khối chức năng

Thông qua vi c tìm hi u, tham kh o tài li u t ệ ể ả ệ ừ đó thu về được sơ đồ khối mô phỏng khái quát các khối chính trong mạch như sau:

Hình 2.1: Sơ đồ khối ch ức năng bộ thiết bị chống trộm xe máy

M ch c a b thi t b g m 6 kh i, m i quan hạ ủ ộ ế ị ồ ố ố ệ giữa các khối được thể hiện thông qua chiều mũi tên Chức năng năng của từng kh i ố như sau:

 Khối nguồn: H áp t ạ ừ nguồn 12V của c-quy xe thành điện áp 5V để Ắnuôi toàn mạch hoạt động

 Khối điều khiển trung tâm: Thu th p d ậ ữ liệu t cừ ảm bi n, các module ếchức năng, xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển

 Khối thu phát RF 315MHz: Gồm 2 bộ phận là tay phát RF 315MHz (remote c m tay) phát sóng RF và b thu RF 315MHz thu sóng RF t ầ ộ ừtay phát

 Khối phát hi n phá khóa: Phát hiệ ện ổ khóa điện c a xe b k ủ ị ẻ trộm mở

 Khối phát hiện ngoại lực tác động: Phát hiện ngoại lực tác động lên

xe Ví d ụ như xe bị dắt hay b nị gười khác ngồi lên…

 Khối ch p hành: G m 3 relay M t relay chấ ồ ộ ớp đèn xi nhan, một relay bật/tắt còi xe và một relay đóng/ngắt điện cho IC đề của xe

2.2.2 L a ch n linh ki n ự ọ ệ

Các linh kiện được s d ng trong m ch gử ụ ạ ồm có: Vi điều khiển ATMEGA328P, b thu/phát RF 315MHz, module c m biộ ả ến rung HDX-1801, relay HF46F, …

Vi điều khi n ATMEGA328P ể

ATMEGA328P là vi điều khiển thu c dòng AVR do hãng Atmel s n xu t ộ ả ấĐây là mộ vi điềt u khiển CMOS 8 bit, tiêu thụ ít điện năng được phát tri n trên ểnhân AVR v i kiớ ến trúc RISC tăng cường ATMEGA328P thực hiện một lệnh trong một chu k ỳ đồng hồ duy nh t, vì th ấ ế mà thông lượng c a chip có th t gủ ể đạ ần 1MIPS/MHz Điều này cho phép các nhà thiết k hế ệ thống tối ưu hóa thiết bị để tiêu th ụ điện năng ít so vớ ốc đội t xử lý

Hình 2.2: Vi điều khiển ATMEGA328P TQFP32

Thông s kố ỹ thuật:

 Kiến trúc RISC tăng cường

- Thực hi n m t l nh trong m t chu kệ ộ ệ ộ ỳ ng h đồ ồ

- 32 x 8 thanh ghi dùng cho mục đích thông thường

- Hoạt động tĩnh hoàn toàn

- Thông lượng tối đa 20MIPS ở tần số 20MHz

- B ộ nhân đôi chu kỳ tích hợp

 Bộ nhớ

- 32Kbytes b ộ nhớ chương trình

- 1Kbytes EEPROM

- 2Kbytes SRAM nội

- Ghi/xóa 10,000 l n v i Flash, 100,000 v i EEPROM ầ ớ ớ

- D ữ liệu có th ể lưu giữ 20 năm ở 85oC, 100 năm ở25oC

- 8 kênh ADC 10 bit (v i ki u chân TQFP và QFN/MLF) ớ ể

- 6 kênh ADC 10 bit (v i ki u chân PDIP) ớ ể

- H ỗ trợ giao th c SPI, I2C, UART ứ

- B Watchdog timer v i t n sộ ớ ầ ố thạch anh nội

- Tiêu th ụ năng lượng: + Ch ế độ Active: 0.2mA

+ Ch ế độ giảm năng lượng: 0.1uA + Ch ế độ tiết kiệm năng lượng 0.75uA

 Sơ đồ chân (Bộ thiết bị s d ng ki u chân TQFPử ụ ể 32)

Hình 2.3: Sơ đồ chân ATMEGA328P TQFP32

Bộ thu/phát RF 315MHz

Tần s vô tuy ố ến (RF) là d i tả ần số nằm trong kho ng 3 kHz tả ới 300 GHz, tương ứng với tần số của các sóng vô tuyến và các dòng điện xoay chi u mang tín ềhiệu vô tuyến RF thường được xem là dao động điện ch không phứ ải là dao động

cơ khí, dù các hệ thống RF cơ khí vẫn tồn tại

Tính ch t c a sóng RF: Các ấ ủ dòng điệ dao động ở các tần số vô tuyến có các n tính chất đặc bi t khác v i dòng m t chi u hay dòng xoay chi u ệ ớ ộ ề ề dao động ở tần s ốthấp Năng lượng trong một dòng điện RF có th lan truyể ền trong không gian như

các sóng điệ ừn t (sóng vô tuyến); đây là cơ sở của công nghệ vô tuyến Dòng điện

RF không ch y trong lòng dây d n mà ph n l n l i ch y trên bạ ẫ ầ ớ ạ ạ ề mặt của dây dẫn; điều này được gọi là hiệu ứng b mề ặt Vì lý do này, khi cơ thể con người tiếp xúc với các dòng điện RF công suất lớn có thể gây bỏng bề mặt da và còn được gọi

là bỏng RF Dòng điện RF có thể dễ dàng ion hóa không khí, t o ra vùng dạ ẫn điện qua nó Đặc tính này được áp d ng cho các kh i "cao t n" trong hàn h ụ ố ầ ồ quang điện, cách hàn này s dử ụng dòng điện ở t n s ầ ố cao hơn so với phân b công su t s d ng ố ấ ử ụĐặc tính khác là kh ả năng xuất hiện dòng điện qua nơi chứa vật liệu cách điện, như chất li điện môi của một t ụ điện Khi dẫn điện b ng mằ ột dây cáp điện thông thường, dòng điện RF có xu hướng phản xạ không liên tục trong cáp ch ng hẳ ạn như trong các b ộ đấu n i và phố ản x ạ ngược tr l i nguở ạ ồn, gây ra sóng đứng, do đó dòng điện

RF phải được truyền trên một lo i cạ áp đặc biệt gọi là đường dây truy n tề ải

- Phương pháp điều chế tín hiệu: ASK

Module thu RF này có th ể nhận được tín hiệu RF điều ch ASK và giế ải điều chế thành tín hi u sệ ố Vi điều khi n và module giao ti p v i nhau thông qua 1 dây ể ế ớData duy nhất để ấ l y d ữ liệu s ố đã được giải điều ch ế

- Kho ng cách phát: tả ối đa 100 – 150m tùy điều kiện môi trường

- Chip mã hóa EV1527

EV1527 là b mã hóa s d ng công ngh CMOS Chip s dộ ử ụ ệ ử ụng 20 bit để mã hóa a ch , 20 bit này có th cung cđị ỉ ể ấp được m t triộ ệu địa chỉ mã hóa Nghĩa là với một triệu con chip được xuất xưởng thì s không có 2 con chip nào có mã trùng ẽnhau M i chip EV1527 hỗ ỗ trợ 4 nút b m Khi nh n nút trên tay phát thì tín hiấ ấ ệu truyền đi gồm các bit địa chỉ và các bit tương ứng với tr ng thái c a t ng nút b m ạ ủ ừ ấEV1527 cũng là một con chip mã hóa h ỗ trợ việc h c l nh Khung tín hi u mà tay ọ ệ ệphát này truyền đi sẽ có dạng như sau:

Hình 2.6: Đị nh d ng khung tín hi u phát c a EV1527 ạ ệ ủ

Trong đó:

Sơ đồ nguyên lý c a m ch phát s d ng chip EV1527: ủ ạ ử ụ

Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý EV1527

 Cảm biến rung HDX-1801

Cảm bi n rung HDX-ế 1801 được s dử ụng như một công t c rung b i nó có ắ ở

độ nhạy cao, rất nhạy với rung động của môi trường C m biả ến như một công tắc

ở trạng thái thường ngắt (OFF state) Khi có ngoại lực tác động s làm lò xo bên ẽtrong c m biả ến rung lên, làm xu t hiấ ện 1 dòng điện ch y qua c m bi n Kạ ả ế hi độ rung

đủ ớ l n thì sẽ làm cho cảm biến chuy n sang trể ạng thái đóng (ON state) Khi các chấn rung k t thúc thì c m bi n s ế ả ế ẽ trở lại tr ng thái ngạ ắt ban đầu c a nó C m biủ ả ến rung đơn thuần s cho ra tín hiẽ ệu tương tự

Hình 2.8: C m bi n rung HDX-1801 ả ế

 Module c m bi n rung HDX-1801 ả ế

Module c m bi n rung HDX-1801 là m t m ch tích h p các linh ki n cả ế ộ ạ ợ ệ ần thiết khác để xử lý tín hiệu thu được từ c m bi n d ng module thì c m bi n cho ả ế Ở ạ ả ế

ra tín hi u d ng s do tín hiệ ạ ố ệu tương tự ban đầu đã được đưa qua bộ so sánh LM393

để biến thành tín hi u số Ở trạng thái tĩnh, chân đầu ra D0 của module s có mệ ẽ ức logic là 1 Khi có rung động, chân D0 sẽ chuyển sang mức logic 0 Độ nhạy của cảm bi n có th ế ể được điều chỉnh thông qua bi n tr tích h p trên module ế ở ợ

2.2.3 Thi t kế ế mạch nguyên lý

Khối nguồn:

Hình 2.11: Khố i ngu n ồ

Khối ngu n có chồ ức năng hạ áp t 12V cừ ủa ắc-quy xe thành điện áp 5V đểnuôi mạch hoạt động.

Trong khối này có diode D4 để chống ngược, b o v mả ệ ạch trong trường hợp người dùng đấu dây ngược cực T hóa C4 có chụ ức năng giữ cho nguồn điện được

ổn định hơn Tụ g m C5 giúp ch ng nhi u ngu n IC n áp LM7805 có chố ố ễ ồ ổ ức năng

hạ điện áp t 12V xuừ ống 5V, dòng ra tối đa 1.5A Điện trở R4 và đèn LED2 phục

vụ cho chức năng báo nguồn

Khối phát hi n ngo i lệ ạ ực tác động

Hình 2.12: Khố ả i c m bi n rung phát hi n l ế ệ ực tác độ ng

Khối này có chức năng phát hiện ngoại lực tác động vào xe

Cảm biến rung HDX-1801 đượ ử ụng đểc s d phát hiện các rung động Trong khối, IC so sánh LM393 đóng vai trò chuyển tín hiệu tương tự thu được từ cảm biến thành tín hiệu đầu ra dạng số Biến trở VR1 dùng để điều chỉnh điện áp so sánh cho IC LM393, hay ta còn gọi là điều chỉnh độ nhạy cho b so sánh JP1 là ộnơi kết n i c m bi n rung v i b ố ả ế ớ ộ so sánh và JP2 là nơi kết nối kh i này vố ới vi điều khiển

Khối phát hiện phá khóa

Hình 2.13: Khố i phát hi n phá khóa ệ

Khối này có chức năng phát hiện kẻ trộm phá khóa xe

Khối phát hi n phá khóa s dệ ử ụng một mạch phân áp để hỗ trợ việc nh n biậ ết

ổ khóa điện b mị ở Dây điện sau khóa cổ ủa xe sẽ được n i vào JP Khi khóa b ố ổ ị

mở, trên JP sẽ có điện áp 12V, m ch phân áp gạ ồm 2 điện tr R10 và R11 s phân ở ẽchia điện áp này, l y phấ ần điện áp nh ỏ hơn 5V để đưa vào vi điều khi n x lý ể ử

Khối thu/phát RF 315MHz

Hình 2.14: Jump c m module thu RF ắ

Khối thu RF s d ng module thu r i thu tín hi u t tay phát (remote) JP4 ử ụ ờ để ệ ừ

là connecter để cắm module thu lên mạch Điện trở R9 dùng để kéo mức tín hi u, ệ

bù suy hao

Khối điều khi n trung tâm ể