Báo cáo kt thc học phn iot và ứng dụng

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYT 1.1 GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI KHÓA ĐIỆN TỬ THÔNG DỤNGKhóa điện tử là khóa chạy bằng điện và không sử dụng chìa khóa để mở cửa,hầu hết các ổ khóa truyền thống trên

CƠ SỞ LÝ THUYT

GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI KHÓA ĐIỆN TỬ THÔNG DỤNG

Khóa điện tử là loại khóa hoạt động bằng điện và không cần chìa khóa để mở cửa Khác với các ổ khóa truyền thống, thường sử dụng cơ chế chốt và ổ lăn, khóa điện tử mang lại sự tiện lợi và an toàn hơn Trong ổ khóa truyền thống, các chốt và trụ nạp lò xo chỉ được kích hoạt khi chìa khóa đúng được đưa vào, nếu không, khóa sẽ không quay và cửa sẽ không mở.

Khóa điện tử cho gia đình hoạt động tương tự như khóa cửa điện trên ô tô, với một động cơ nhỏ được kích hoạt bằng xung điện Khi bạn nhấn nút trên chìa khóa ô tô, một xung lực được tạo ra để mở khóa cửa, nhưng với khóa điện tử, bạn không cần phải có động lực như trên xe Hơn nữa, khóa điện tử hiện nay cung cấp nhiều tùy chọn phức tạp, bao gồm bộ hẹn giờ để tự động mở hoặc khóa cửa vào những thời điểm cụ thể, cũng như khả năng sử dụng điện thoại thông minh để mở cửa từ xa.

Khóa điện tử vân tay là một thiết bị hiện đại, không sử dụng chìa khóa truyền thống, mà thay vào đó, mở cửa bằng cách quét dấu vân tay Với công nghệ cảm biến tiên tiến, người dùng chỉ cần đặt ngón tay lên cảm biến để truy cập, mang lại sự tiện lợi và an toàn tối đa.

 Đă ]c điểm nhâ ]n dạng: Trên khóa cửa vân tay có phần để kiểm tra vân tay

 Ứng dụng: Khóa cửa vân tay thường được lắp ở các gia đình, có thể lắp trên cửa nhôm, cửa gỗ, cửa kính cường lực, cửa cổng

- Độ bảo mật, an toàn cao Do mỗi người có 1 mã vân tay khác nhau nên không thể bị sao chép hoặc lấy trộm.

- Không cần đem theo thiết bị mở khoá nào khi ra ngoài.

- Một số loại khoá có thể ghi nhận đến 100 dấu vân tay khác nhau.

- Thêm hoặc xóa dấu vân tay dễ dàng

Nếu tay bạn bị thương hoặc ra mồ hôi, hệ thống có thể không nhận diện được vân tay để mở cửa Để khắc phục, hãy lau tay thật khô trước khi mở khóa và cài đặt nhiều dấu vân tay khác nhau để phòng trường hợp một ngón tay bị thương.

- Khóa cửa vân tay có nhiều mẫu mã đa dạng, dễ mua phải hàng nhái, kém chất lượng.

Để sử dụng hệ thống khóa vân tay, bạn cần cài đặt dấu vân tay của mình trước Sau đó, chỉ cần đưa ngón tay đã được lưu vào ổ khóa, cửa sẽ tự động mở.

Hệ thống khoá cửa thẻ từ sử dụng thẻ từ để mở cửa, với mỗi thẻ chứa một chip điện tử lưu trữ mã dữ liệu riêng biệt Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) được áp dụng để nhận dạng đối tượng qua sóng vô tuyến, cho phép đọc thông tin từ chip một cách nhanh chóng và hiệu quả.

 Đă ]c điểm nhâ ]n dạng: Chìa khóa của khóa cửa thẻ từ là một tấm thẻ có hình dáng như thẻ ngân hàng.

 Ứng dụng: Khóa cửa thẻ từ thường được lắp ở các hộ gia đình, khu du lịch, khu nghỉ dưỡng, khách sạn, homestay,…

- Thiết kế tinh tế, hiện đại, dễ sử dụng.

- Mở cửa nhanh chóng, tiện lợi, chỉ mất khoảng 2 đến 3 giây để mở cửa.

- Không yêu cầu mỗi người phải thực hiện cài đặt trước như mở khoá vân tay, chỉ cần có thẻ là có thể mở được cửa.

- Phải luôn đem thẻ theo mỗi khi ra ngoài.

- Có thể bị quên, mất hoặc làm gãy thẻ.

- Trường hợp chỗ nhận diện cảm biến quẹt thẻ bị hỏng, cần phải dùng đến phương pháp dự phòng

Khóa cửa mật mã số :

 Định nghĩa: Khóa cửa mật mã sử dụng mã số để xác nhận quyền mở cửa.

Hệ thống khóa cửa mật mã lưu trữ dữ liệu mật khẩu mà người dùng đã đăng ký, cho phép người dùng tạo mật khẩu dưới dạng chuỗi số, chữ cái, hoặc sự kết hợp giữa số và chữ cái theo ý muốn.

 Đă ]c điểm nhâ ]n dạng: Khóa cửa mật mã sẽ có nút cơ vật lý hoặc nút bấm trên màn hình cảm ứng để nhập mật khẩu.

 Ứng dụng: Khóa cửa mật mã (mã số) thường được lắp đặt và sử dụng ở các gia đình

- Dễ dàng thay đổi mật mã thường xuyên để đảm bảo an toàn.

- Không cần nhớ đem theo thiết bị mở khoá nào khi ra ngoài.

- Có thể cho phép cho người khác vào nhà bằng cách chia sẻ mật mã cho họ

Để mở khóa, người dùng cần nhập chính xác toàn bộ dãy mã số, và một số loại khóa còn yêu cầu thêm dấu * hoặc dấu #, điều này khiến quá trình mở khóa mất thời gian hơn so với việc sử dụng vân tay hoặc thẻ từ.

- Có thể bị nhìn trộm mật mã.

 Cách sử dụng : Bạn nhập đúng mật mã đã cài đặt để mở cửa.

CÔNG NGHỆ RFID VÀ ỨNG DỤNG

RFID, viết tắt của Radio Frequency Identification, là công nghệ nhận dạng đối tượng thông qua sóng vô tuyến Hai thiết bị trong hệ thống RFID hoạt động thu phát sóng ở cùng một tần số, thường là 125KHz hoặc 900MHz.

Thiết bị RFID bao gồm hai thành phần chính: thiết bị đọc và thiết bị phát mã gắn chip Thiết bị đọc được trang bị anten thu phát sóng điện từ, trong khi thiết bị phát mã RFID được gắn vào vật cần nhận dạng Mỗi thiết bị RFID mang một mã số duy nhất, không trùng lặp với nhau, tạo nên đặc điểm nổi bật của hệ thống công nghệ RFID.

Hệ thống RFID hoạt động dựa trên công nghệ không dây, sử dụng sóng radio để truyền tải thông tin mà không cần tiếp xúc vật lý, khác với các phương pháp như mã vạch hay QR Code Điều này cho phép việc truyền dữ liệu diễn ra một cách nhanh chóng và hiệu quả.

RFID có khả năng đọc thông tin qua nhiều môi trường và vật liệu khó khăn như bê tông, tuyết, sương mù, băng đá, và sơn Điều này cho thấy RFID vượt trội hơn so với mã vạch và các công nghệ khác trong việc hoạt động hiệu quả trong các điều kiện thách thức.

- Dải tần số thường được sử dụng khi triển khai hệ thống RFID là 125Khz hoặc 900Mhz

Nguyên lý hoạt động của công nghệ RFID

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 nhận được năng lượng, RFID tag sẽ gửi mã số của mình trở lại thiết bị reader Nhờ đó, RFID reader có khả năng xác định tag nào đang hoạt động trong vùng sóng điện từ Công nghệ RFID được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ quản lý kho đến theo dõi hàng hóa.

- Quản lý hàng tồn kho: Công nghệ RFID được sử dụng để theo dõi hàng tồn kho, giúp giảm thiểu thất thoát và cải thiện hiệu quả quản lý.

Công nghệ RFID đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát truy cập vào các khu vực bảo mật, nâng cao mức độ an ninh thông qua việc sử dụng các loại khóa điện tử.

- Thanh toán: Công nghệ RFID được sử dụng để thanh toán không tiếp xúc, giúp tăng tính tiện lợi và an toàn cho người dùng

- Vận tải: Công nghệ RFID được sử dụng để theo dõi phương tiện vận tải, giúp cải thiện hiệu quả vận tải và giảm thiểu ô nhiễm môi trường

- Sức khỏe: Công nghệ RFID được sử dụng trong các ứng dụng chăm sóc sức khỏe, chẳng hạn như theo dõi bệnh nhân và quản lý thuốc men.

GIỚI THIỆU DỰ ÁN ” KHÓA ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG RFID ”

Trong thời đại công nghệ thông tin phát triển, bảo vệ an ninh cho ngôi nhà, văn phòng và tài sản quan trọng trở thành nhu cầu thiết yếu Khóa cơ truyền thống gặp nhiều bất tiện như dễ mất chìa, dễ sao chép và khó kiểm soát quyền truy cập Vì vậy, nghiên cứu và ứng dụng khóa điện tử thông minh là một giải pháp mới, tiện lợi và an toàn cho việc bảo vệ không gian riêng tư.

Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) là một giải pháp khóa điện tử hiện đại, cho phép nhận diện đối tượng qua tần số vô tuyến mà không cần tiếp xúc vật lý Với khả năng lưu trữ và xử lý dữ liệu lớn, tốc độ truyền thông nhanh, độ bảo mật cao và chi phí thấp, RFID đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như quản lý hàng hóa, quản lý động vật, thu phí quốc lộ và làm thẻ hộ chiếu.

Nhóm nghiên cứu sẽ phát triển một hệ thống khóa cửa điện tử thông minh sử dụng công nghệ RFID, nhằm tạo ra giải pháp tiện lợi và an toàn cho bãi giữ xe Hệ thống này cho phép người dùng truy cập thông qua các thẻ RFID, có khả năng đọc và ghi dữ liệu mà không cần tiếp xúc trực tiếp Các thẻ RFID có thể được gắn vào vật dụng cá nhân như ví, điện thoại, chìa khóa hoặc đeo trên cơ thể như dây đeo và nhẫn Khi thẻ RFID được đưa vào vùng đọc của khóa điện tử, hệ thống sẽ nhận diện thông tin và cấp quyền truy cập cho người dùng.

Người dùng có thể dễ dàng sử dụng các vật dụng gắn thẻ RFID thay vì mang theo chìa khóa cơ, giúp loại bỏ lo lắng về việc mất, quên hoặc bị sao chép chìa khóa.

Nhóm chọn đề tài ứng dụng công nghệ RFID trong an ninh và quản lý nhằm tạo ra sản phẩm có ích cho cộng đồng, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống Đây cũng là cơ hội để nhóm học hỏi và nâng cao kiến thức về công nghệ RFID, xử lý ảnh, cũng như kỹ năng thiết kế, lập trình và thi công mô hình.

LINH KIỆN SỬ DỤNG

GIỚI THIỆU CHUNG

Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ hiện đại, vi xử lý đã trở thành một phần quan trọng trong nhiều thiết bị Các hãng sản xuất nổi tiếng như Intel, Texas Instruments và Garett AiResearch đã tiên phong trong việc phát triển và cung cấp các bộ vi xử lý hoàn chỉnh, góp phần định hình thị trường công nghệ Những sản phẩm của họ hiện đang được bán rộng rãi và được người tiêu dùng tin cậy.

Vi xử lý, hay còn gọi là bộ vi xử lý, là linh kiện điện tử quan trọng trong máy tính, được chế tạo từ các tranzito thu nhỏ tích hợp trên một vi mạch đơn Khối xử lý trung tâm (CPU) là bộ vi xử lý nổi bật nhất, nhưng nhiều thành phần khác trong máy tính, như card màn hình, cũng có bộ vi xử lý riêng Trước khi có vi xử lý, CPU được xây dựng từ các mạch tích hợp nhỏ lẻ, mỗi mạch chỉ chứa khoảng chục tranzito.

Sự tiến hóa của các bộ vi xử lý gắn liền với định luật Moore, dẫn đến hiệu suất ngày càng tăng qua từng năm Vi xử lý chính, hay còn gọi là CPU, đóng vai trò trung tâm trong nhiều thiết bị như máy tính, smartphone và thiết bị nhúng Đặc biệt, trong ngành điện, CPU được sử dụng trong các bộ điều khiển khả trình PLC và vi điều khiển để điều khiển các dây chuyền sản xuất và hệ thống tự động.

CPU, hay bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit), là thành phần chính của máy tính, có nhiệm vụ xử lý các chương trình và dữ liệu Trong hình thức đơn giản, CPU là một con chip với nhiều chân, nhưng phức tạp hơn, nó được lắp ráp trong các mạch với hàng trăm chip khác nhau CPU hoạt động dựa trên một chương trình đã được thiết lập trước và là một mạch tích hợp phức tạp với hàng triệu transistor.

CPU được cấu tạo bởi 3 thành phần chính:

Bộ điều khiển là các vi xử lý có chức năng thông dịch lệnh chương trình và điều khiển hoạt động xử lý, với sự điều tiết chính xác từ xung nhịp đồng hồ hệ thống.

Bộ số học logic đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện lệnh từ đơn vị điều khiển và xử lý tín hiệu Nó thực hiện các phép tính số học cũng như các phép tính logic, giúp đảm bảo hoạt động chính xác của hệ thống.

 Thanh ghi: Thanh ghi này có nhiệm vụ ghi mã lệnh trước khi xử lý và sau đó ghi kết quả đã xử lý.

Với ba bước chính theo một quy trình, bao gồm: tìm nạp, giải mã, thực thi.

Khi nhận lệnh, CPU nhận một chuỗi số từ RAM, thể hiện lệnh cụ thể Mỗi lệnh chỉ là một phần nhỏ trong các thao tác, do đó CPU cần xác định lệnh tiếp theo để thực hiện.

Khi một lệnh được tìm nạp và lưu trữ trong IR, CPU sẽ truyền lệnh tới bộ giải mã lệnh Bộ giải mã lệnh có nhiệm vụ chuyển đổi lệnh thành các tín hiệu, từ đó gửi đến các phần khác của hệ thống để thực hiện hành động tương ứng.

Các lệnh được giải mã sẽ được gửi đến bộ phận tương ứng của CPU để thực thi Kết quả của quá trình này được lưu trữ trong một thanh ghi của CPU, nơi chúng sẽ được tham chiếu bởi các lệnh tiếp theo.

Sử dụng vi xử lý, chúng ta có thể phát triển các dự án điện tử thông minh Trong bài viết này, nhóm đã chọn Arduino UNO để thực hiện dự án của mình.

ARDUINO UNO R3

Arduino Uno R3 (Dip) có 14 chân digital cho phép đọc và xuất tín hiệu, với hai mức điện áp là 0V và 5V Mỗi chân có dòng vào/ra tối đa là 40mA Vi điều khiển ATmega328 tích hợp các điện trở pull-up, nhưng mặc định các điện trở này không được kết nối.

Arduino Uno R3 là bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển Microchip ATmega328, được phát triển bởi Arduino.cc Bảng mạch này có các chân đầu vào/đầu ra Digital và Analog, cho phép giao tiếp với nhiều bảng mạch mở rộng khác nhau Arduino Uno rất phù hợp cho những người mới bắt đầu tìm hiểu về điện tử và lập trình Với nền tảng mở từ Arduino.cc, người dùng có thể nhanh chóng xây dựng các dự án như lập trình Robot, xe tự hành, và điều khiển bật tắt LED.

Vi xử lý có nhiều loại từ 4 bit đến 32 bit, trong đó vi xử lý 4 bit đã không còn phổ biến, trong khi vi xử lý 8 bit vẫn được sử dụng do đáp ứng nhu cầu điều khiển trong công nghiệp Vi xử lý 32 bit và 64 bit thường được áp dụng cho máy tính vì khả năng xử lý khối lượng dữ liệu lớn Các hệ thống điều khiển trong công nghiệp như hệ thống điện ô tô, điều hòa và dây chuyền sản xuất thường sử dụng vi xử lý 8 bit hoặc 16 bit để thực hiện các chức năng điều khiển hiệu quả.

Hai chân Serial 0 (RX) và 1 (TX) trên Arduino Uno được sử dụng để gửi (TX) và nhận (RX) dữ liệu TTL Serial, cho phép giao tiếp với các thiết bị khác Kết nối Bluetooth thường được coi là kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, nên tránh sử dụng hai chân này để tiết kiệm tài nguyên.

Chân PWM (~) 3, 5, 6, 9, 10 và 11 cho phép xuất xung PWM với độ phân giải 8 bit, tương ứng với giá trị từ 0 đến 255, điều chỉnh điện áp ra từ 0V đến 5V Điều này khác biệt so với các chân khác, nơi điện áp chỉ cố định ở mức 0V và 5V, giúp linh hoạt hơn trong việc điều khiển.

Chân giao tiếp SPI bao gồm 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO) và 13 (SCK) Bên cạnh các chức năng thông thường, bốn chân này còn được sử dụng để truyền dữ liệu qua giao thức SPI với các thiết bị khác.

Trên bo mạch Arduino UNO, có một đèn LED màu cam ký hiệu chữ L, được kết nối với chân số 13 Khi nhấn nút Reset, đèn LED này sẽ nhấp nháy để báo hiệu Nếu người dùng sử dụng chân số 13, đèn LED sẽ sáng lên.

Arduino Uno R3 được trang bị 6 chân analog (A0 → A5) với độ phân giải tín hiệu 10 bit, cho phép đọc giá trị điện áp trong khoảng từ 0V đến 5V Board còn có 10 chân AREF để cung cấp điện áp tham chiếu cho các chân analog, cho phép đo điện áp trong khoảng từ 0V đến 2.5V nếu cấp 2.5V vào chân này Đặc biệt, Arduino UNO cũng có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.

THÔNG SỐ KỸ THUẬT ARDUINO UNO R3 :

Connectivity I²C, SPI, UART / USART, USB Peripherals Brown-out Detec t/ Reset, HLVD,

Package / Case 28-SOIC (0.295″, 7.50mm Width)

Other Names Atmega328 bảng 2.1 Thông số kỹ thuật

Bảng mạch được trang bị một LED kết nối với chân D13, cho phép LED sáng khi chân nhận giá trị mức cao (HIGH) và tắt khi ở mức thấp (LOW).

 VIN: Chân này dùng để cấp nguồn ngoài (điện áp cấp từ 7-12VDC).

 5V: Điện áp ra 5V (dòng điện trên mỗi chân này tối đa là 500mA).

 3V3: Điện áp ra 3.3V (dòng điện trên mỗi chân này tối đa là 50mA).

 GND: Là chân mang điện cực âm trên board.

Chân IOREF trên Arduino UNO cho phép người dùng đọc điện áp hoạt động của vi điều khiển, nhưng không được sử dụng để cấp nguồn.

 32 KB bộ nhớ Plash: trong đó bootloader chiếm 0.5KB.

SRAM (Static Random Access Memory) là loại bộ nhớ lưu trữ giá trị của các biến đã khai báo Số lượng biến khai báo càng nhiều thì dung lượng RAM tiêu tốn càng lớn Lưu ý rằng khi nguồn điện bị ngắt, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.

 1 KB cho EEPROM: (Electrically Eraseble Programmable Read Only

Memory): Là nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào đây và không bị mất dữ liệu khi mất nguồn.

CÁC CHÂN ĐU VÀO VÀ ĐU RA

Board Arduino Uno có 14 chân Digital cho phép sử dụng làm đầu vào và đầu ra, sử dụng các hàm pinMode(), digitalWrite() và digitalRead() Mỗi chân cung cấp điện áp 5V và dòng tối đa 20mA, với điện trở kéo lên từ 20-50 ohm Để bảo vệ board mạch, dòng tối đa trên mỗi chân I/O không được vượt quá 40mA Ngoài ra, một số chân Digital còn có chức năng đặc biệt.

 Serial: 0 (RX) và 1 (TX): Được sử dụng để nhận dữ liệu (RX) và truyền dữ liệu (TX) TTL.

 PWM: 3, 5, 6, 9 và 11 Cung cấp đầu ra xung PWM với độ phân giải 8 bit bằng hàm analogWrite ().

 SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Các chân này hỗ trợ giao tiếp SPI bằng thư viện SPI.

 LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân

D13 Khi chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW).

 TWI/I2C: A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.

MODULE RFID-RC522

GIỚI THIỆU THẺ TỪ RFID

Module RFID RC522 NFC 13.56MHz là thiết bị lý tưởng để đọc và ghi dữ liệu cho thẻ NFC tần số 13.56MHz Với thiết kế nhỏ gọn và linh hoạt, module này rất phù hợp cho các ứng dụng đọc – ghi thẻ NFC, đặc biệt khi kết hợp với ARDUINO Công nghệ RFID (Nhận dạng bằng sóng vô tuyến) cho phép nhận dạng tự động và lưu trữ dữ liệu từ xa thông qua thiết bị thẻ RFID và đầu đọc RFID.

THÔNG SỐ KỸ THUẬT THẺ TỪ RFID

 Dòng ở chế độ chờ: 10-13mA

 Dòng ở chế độ nghỉ: