Đồ Án Hệ Thống Nhúng: đề tài khoá số

Mục Lục LỜI MỞ ĐẦU 3 CHƯƠNG 1 : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 4 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ: 4 1.2. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG KHÓA SỐ. 4 1.3. CÁC GIẢI PHÁP VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH BÀI TOÁN 6 1.3.1. Phân Tích Và Lựa Chọn Phương Án 6 1.3.2. Xác Định Bài Toán Và Giới Hạn Của Đề Tài 7 CHƯƠNG 2 :THIẾT KẾ HỆ THỐNG 8 2.1. SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG THỂ CỦA HỆ THỐNG 8 2.2. SƠ ĐỒ CALL GRAPH 8 2.3. SƠ ĐỒ ĐẶC TẢ CỦA HỆ THỐNG 9 2.4. CÁC MODUL TRONG HỆ THỐNG 9 2.4.1 Khối Điều Khiển Trung Tâm 10 2.4.2 Khối Hiển Thị 12 2.4.3 Khối Bàn Phím 13 2.4.4. Khối Khuếch Đại, Động Cơ Và Báo Động 13 2.4.5 Khối Nguồn 14 2.5. LỰA CHỌN LINH KIỆN 15 2.5.1. KHỐI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877a 15 2.5.2. KHỐI HIỂN THỊ 23 2.5.3. Bàn Phím 26 2.5.4. Khối Mạch Cầu H Khuếch Đại Tín Hiệu 27 2.4.4. Động cơ 31 2.4.6. Khối Nguồn 31 2.6. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH 32 2.7. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH 32 2.8. SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 33 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG 34 3.1. CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM 34 3.2. CHƯƠNG TRÌNH QUÉT PHÍM CƠ BẢN 34 3.3. CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH: 35 3.4. CHƯƠNG TRÌNH KIỂM TRA 37 3.5. CHƯƠNG TRÌNH BÁO ĐỘNG 38 ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 40 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng ta đã và đang một ngày thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả. Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ.Nó đã đáp ứng được những nhu cầu cần thiết trong hoạt động đời sống hằng ngày.Một trong những nhu cầu đó là vấn đề bảo mật . Mỗi một cá nhân, một gia đình, hay một cơ quan đều có các vấn đề cần được bảo mật. Và để bảo mật được thì phải có một hệ thống bảo mật. Trước nhu cầu đó khóa số bằng điện tử là một giải pháp dùng để bảo mật rất hiệu quả và tiện lợi. Ngoài ra do nhu cầu ứng dụng lý thuyết đã học ở trường vào trong cuộc sống nên chúng em đã chọn đề tài “khoá số” để làm đồ án môn học. Sau một thời gian học tập và rèn luyện, với sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo Nguyễn Tuấn Linh cùng sự trợ giúp của các bạn trong nhóm và các tài liệu có liên quan,chúng em đã hoàn thành xong đề tài. Đồ án đã hoàn thành xong, nhưng không thể tránh nhiều thiếu sót mong thầy cô giáo thông cảm và chỉ bảo thêm để đề tài có thể ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô

Trang 1

Trường ĐHKTCN Thái Nguyên - Đồ án môn học: Hệ Thống Nhúng

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 20

Giáo Viên hướng dẫn

(Ký ghi rõ họ tên)

Trang 2

Nhận xét của giáo viên chấm

Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 20

Giáo Viên hướng dẫn

Trang 3

LỜI MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 4

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ: 4

1.2 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG KHÓA SỐ 4

1.3 CÁC GIẢI PHÁP VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH BÀI TOÁN 6

1.3.1 Phân Tích Và Lựa Chọn Phương Án 6

1.3.2 Xác Định Bài Toán Và Giới Hạn Của Đề Tài 7

CHƯƠNG 2 :THIẾT KẾ HỆ THỐNG 8

2.1 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG THỂ CỦA HỆ THỐNG 8

2.2 SƠ ĐỒ CALL GRAPH 8

2.3 SƠ ĐỒ ĐẶC TẢ CỦA HỆ THỐNG 9

Trang 4

2.4 CÁC MODUL TRONG HỆ THỐNG 9

2.4.1 Khối Điều Khiển Trung Tâm 10

2.4.2 Khối Hiển Thị 12

2.4.3 Khối Bàn Phím 13

2.4.4 Khối Khuếch Đại, Động Cơ Và Báo Động 13

2.4.5 Khối Nguồn 14

2.5 LỰA CHỌN LINH KIỆN 15

Trang 5

2.5.4 Khối Mạch Cầu H Khuếch Đại Tín Hiệu 27

2.4.4 Động cơ 31

2.4.6 Khối Nguồn 31

2.6 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH 32

2.7 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH 32

2.8 SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 33

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG 34

3.1 CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM 34

3.2 CHƯƠNG TRÌNH QUÉT PHÍM CƠ BẢN 34

3.3 CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH: 35

3.4 CHƯƠNG TRÌNH KIỂM TRA 37

Trang 6

3.5 CHƯƠNG TRÌNH BÁO ĐỘNG 38

ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 40

HƯỚNG PHÁT TRIỂN 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

Trang 7

Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ.Nó đã đáp ứng đượcnhững nhu cầu cần thiết trong hoạt động đời sống hằng ngày.Một trong những nhucầu đó là vấn đề bảo mật Mỗi một cá nhân, một gia đình, hay một cơ quan đều cócác vấn đề cần được bảo mật Và để bảo mật được thì phải có một hệ thống bảo mật.Trước nhu cầu đó khóa số bằng điện tử là một giải pháp dùng để bảo mật rất hiệu quả

và tiện lợi

Trang 8

Ngoài ra do nhu cầu ứng dụng lý thuyết đã học ở trường vào trong cuộc sống

nên chúng em đã chọn đề tài “khoá số” để làm đồ án môn học.

Sau một thời gian học tập và rèn luyện, với sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo

Nguyễn Tuấn Linh cùng sự trợ giúp của các bạn trong nhóm và các tài liệu có liên

quan,chúng em đã hoàn thành xong đề tài

Đồ án đã hoàn thành xong, nhưng không thể tránh nhiều thiếu sót mong thầy côgiáo thông cảm và chỉ bảo thêm để đề tài có thể ứng dụng rộng rãi trong thực tế

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô!

Trang 9

CHƯƠNG 1 : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ:

Với mỗi gia đình, cơ qua, xí nghiệp, trường học hay bất cứ nơi đâu, để bảo vệtài sản trong phòng Trên mỗi cánh cửa ra vào được trang bị thêm chiếc khóa Hiệnnay trên thị trường có rất nhiều loại khóa cửa nhưng hầu như đều là khóa cơ khí, cáckhóa cơ khí này gặp vấn đề lớn đó là tính bảo mật của các khóa này không cao, nên dễdàng bị phá khóa bởi các chìa khóa đa năng

Trang 10

Khóa số nói chung là loại khóa để bảo vệ thiết bị, tài sản….mà khi muốn mở rathì phải tác động đến số mà ta cài đặt trước có 2 loại khóa số cơ bản hiện nay trên thịtrường có đó là khóa số cơ khí và khóa số điện tử

- Khóa số cơ khí : khi mở khóa hay khóa lại thì ta phải xoay các vòng số trênkhóa sao cho một dãy các số nào đó cùng hợp với nhau thì mở được khóa

- Khóa số điện tử : khi mở khóa thì ta phải nhập đúng mật khẩu là một dãycác số liên tiếp nhau, nếu nhập đúng các dãy số đó thì mở được khóa

Nhìn chung thì khóa số điện tử sẽ có nhiều ký tự, nhiều mã số để cài đặt hơn,cũng như độ dài của mã số sẽ dài hơn Vì vậy tính bảo mật của khóa số điện tử cũngcao hơn Bên cạnh đó, thao tác trên khóa số điện tử cũng thực hiện dễ dàng hơn với

Trang 11

người dùng, hiển thị các thông báo về nhập mật khẩu, cảnh báo, thay đổi mật khẩukhiến người dùng dễ sử dụng hơn

1.2 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG KHÓA SỐ.

Trên thị trường hiện nay có bán rất nhiều loại khóa số điện tử Hầu hết các loạikhóa điện tử đó đều có tính nắng đổi mật mã, cảnh báo Nhưng lại không có tính nănggiao diện người dùng bằng màn hình LCD khiến người dùng khó sử dụng các sảnphẩm đó Thiết bị mà bộ khóa số trên thị trường điều khiển chủ yếu là Roler để đóng,

Trang 12

khoá bằng chìa Chìa của loại này cũng đặc biệt hơn các loại thông thường, nó đượclàm 4 cạnh, khó làm giả như các loại khoá 2 cạnh

Khoá kỹ thuật số còn có loại mở bằng dấu vân Loại khoá này có thể đăng kýđược 25 hoặc 40 vân tay khác nhau Như vậy bạn có thể lưu lại rất nhiều vân tay củamọi người trong gia đình vào bộ nhớ của khoá Khi cho đúng các vân tay có lưu trong

bộ nhớ thì cửa sẽ được mở Phần lớn loại này không sử dụng chìa nữa

Trang 13

Trang 14

Hình 1.2: khóa số trên thị trường không có giao diện người dùng

Một số loại trên thị trường đã có giao diện người dùng qua những màn hìnhLCD 16x2 để hiển thị thông tin tới người dùng Như vậy thì dễ sử dụng hơn các loạikhác

Trang 15

Hình 1.3: khóa số đã trang bị màn hình LCD giao diện người dùng.

Trang 16

1.3 CÁC GIẢI PHÁP VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH BÀI TOÁN

1.3.1 Phân Tích Và Lựa Chọn Phương Án

a Yêu cầu của hệ thống:

Qua tham khảo các sản phẩm khóa số trên thị trường thì yêu cầu của một bộsản phẩm khóa số thông thường:

- Dạo diện người dung dễ sử dụng

- Mật khẩu có độ dài đảm bảo tính bảo mật cao

- Có thể thay đổi được mật khẩu

- Tính năng cảnh báo khi nhập mật khẩu sai 3 lần liên tiếp

Trang 17

b Lựa chọn phương án

Với yêu cầu về tính năng như trên, chúng em chọn các thiết bị chính:

- Vi điều khiển 16f877 với bộ nhớ eeprom có khả lưu trữ dữ liệu ngay cả khimất điện

- Màn hình LCD 16x2 với mục đích hiển thị thông tin, giao tiếp vi điều khiểnvới người dùng

- Bàn phím 16 phím có các phím số và phím chức năng đưa đầu vào là mậtkhẩu, các lệnh đóng mơ cửa tới vi điều khiển

- Động cơ để kéo cánh cửa đóng và mở Với đề tài này có yêu cầu sản phẩm

mô phỏng thực tế, chúng tôi chọn động cơ một chiều công suất nhỏ

- Nguồn dự trữ khi mất điện là nguồn acquy

Trang 18

1.3.2 Xác Định Bài Toán Và Giới Hạn Của Đề Tài

a Xác Định Bài Toán

Điểm quan trọng nhất của chương trình khóa số là thuật toán quét phím, sau đó làlưu và thay đổi mật mã trên eeprom Còn một số phần khác là hiển thị thông tin raLCD thì có các lệnh hỗ chợ nên không phức tạp cuối cùng là đưa tín hiệu ra để điềukhiển thiết bị là khóa cửa

Vì vậy bài toán chính là ta cần quan tâm là :

- Thuật toán quét phím

- Quá trình lưu mật mã trong eeprom và thay đổi eeprom

Trang 19

- Thông thường hệ thống giao diện với người dùng để ở bên ngoài, nên phải

an toàn, tránh được những tác động của ngoại cảnh

- Chi phí của bộ sản phẩm (không có động cơ) không quá 500.000vnđ

- Chịu được quá tải tải khi gặp chướng ngại vật trong thời gian dài

- Áp dụng để điều khiển động cơ có công suất nhỏ

CHƯƠNG 2 :THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.1 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG THỂ CỦA HỆ THỐNG

Khối giao tiếp và

hiển thị thông tin

Khối điều khiển Thiết bị chấp

hành

Trang 20

Hình 1.1: sơ đồ khối khóa số cơ bản.

Khối giao tiếp và hiển thị thông tin : dùng để đưa tín hiệu, thông số tới khối điềukhiển

Khối điều khiển tiếp nhận các thông tin, và xử lý các thông tin đó Xuất tín hiệu

để điều khiển các thiết bị khác

Thiết bị chấp hành ở đây có thể là động cơ, có thể là rơle để điều khiển thiết bịchính là cửa hoặc khóa

2.2 SƠ ĐỒ CALL GRAPH

Controller software

Giao Tiếp

LCD

Chương Trình Báo Động

Trang 21

Hình 2.3 : sơ đồ Call graph giữa phần cứng và phần mềm

Trang 22

Mở Cửa

Báo Động

Nhập Mật

Mã Cũ

Trang 23

Hình 2.2: sơ đồ đặc tả của hệ thống

2.4 CÁC MODUL TRONG HỆ THỐNG

23

Vi Điều Khiển PIC 16F877a

Báo Động

Bàn Phím Ma Trận 4x4 Khối Nguồn

Màn Hình Hiển Thị LCD

Trang 24

Hình 2.4 : Sơ đồ khối các Modul trong hệ thống

2.4.1 Khối Điều Khiển Trung Tâm

Trang 25

Trang 26

Hình 6: Khối vi điều khiển

Khối vi điều khiển sử dụng vi điều khiển Pic16F877A, nó đóng vai trò hết sứcquan trọng trong hệ thống để điều khiển hệ thống khóa số Khối VĐK bao gồm mạchtạo dao động thạch anh, mạch Reset để reset hệ thống lại trạng thái ban đầu Các châncủa VĐK sẽ được kết nối với các khối khác như động cơ, bàn phím, khối hiển thị.Lưu trữ mật khẩu qua bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ ngay khi mất điện Toàn bộ dữliệu mà ta thiết kế để điều khiển hệ thống khóa số đều được chứa trong bộ nhớ củaVĐK

Trang 27

2.4.2 Khối Hiển Thị

Khối hiển thị chính là màn hình hiển thị LCD 16x2

Trang 28

Trang 29

Trang 30

Nguyên lý hoạt động của việc quét phím chính là cho các cột bằng 1 và lần lượtcác chân nối vơi hàng mức 0 Rồi kiểm tra xem có cột nào bằng 0 hay không, nếu cộtnào bằng 0 trong thời điểm một hàng bằng 0 thì phát hiện ra phím đó được bấm

2.4.4 Khối Khuếch Đại, Động Cơ Và Báo Động

Hệ thống báo động: cảnh báo khi nhập sai mật khẩu quá 3 lần Thông qua hệ thống chông báo động

Trang 31

Hình 2.5 : chuông báo động

Bộ khuếch đại tín hiệu và mạch cầu H :dùng để đưa tín hiệu điều khiển động cơ

Trang 32

Hình 2.6 : mạch cầu H khuếch đại tín hiệu

Trang 33

2.4.5 Khối Nguồn

Cung cấp nguồn nuôi cho vi điều khiển hoạt động theo yêu cầu đề tài ở đây tatạo ra nguồn 5v cấp cho vi điều khiển

Trang 34

Hình 10: Khối nguồn cung cấp

2.5 LỰA CHỌN LINH KIỆN

2.5.1 KHỐI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877a

a Đặc điểm pic 16f877a:

 Công nghệ CMOS có đặc tính : công suất thấp, công nghệ bộ nhớFlash/EEPROM tốc độ cao Điện áp hoạt động từ 2V đến 5,5V

và tiêu tốn năng nượng thấp phù hợp với nhiệt độ làm việc trongcông nghiệp và trong thương mại

Tốc độ hoạt động :

Trang 35

o Bộ nhớ dữ liệu EEPROM cho phép xóa và ghi 1.000.000lần

o Bộ nhớ EEPROM có thể lưu giữ dữ liệu hơn 40 năm và cóthể tự lập trình lại được dưới sự điều khiển của phần mềm

 Số chân : 40 pins 5 cổng vào ra số RA,RB,RC,RD,RE

Trang 36

Trang 37

b Các công vào ra của PIC 16F877a:

Việc điều khiển các cổng vào ra của pic dựa trên việc điều khiển các File thanhghi Vì trong đề tài chỉ sử dụng 3 cổng vào ra là PORTB, PORTC, PORTD nên chúngtôi xin đưa ra đặc điểm của các chân

 PORTB và thanh ghi TRISB:

Portb (RPB) gồm 8 pin I/O thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng làTRISB Bên cạnh đó một số chân của PORTB còn được sử dụng trong quá trình nạpchường trình cho vi điều khiển với các chế độ nào khác nhau PORTB còn liên quandến ngắt ngoại vi và bộ Timer0 PORTB còn được tích hợp chức năng điện trở kéolên được điều khiển bởi chương trình

Ba chân của PORTB được đa hợp với mạch điện gỡ rối bên trong và chức nănglập trình điện áp thấp RB3/PGM, RB6/PGC và RB7PGD

Mỗi chân của PORTB có điện trở kéo lên Bit điều khiển RBPU(OPTION_REG<7>) =0 thì có thể mở tất cả các điện trở kéo lên khi portb được thiết

Trang 38

lập là ngõ ra thì sẽ tự động ngắt chức năng điện trở kéo lên , cũng tương tự khi CPU

bị reset lúc mới cấp điện

Bốn chân của portb RB4:RB7 có cấu chúc ngắt thay đổi, chỉ có những chânđược thiết lập ở cấu hình là ngõ vào thì mới có chức năng ngắt các chân ngõ vào là(RB4:RB7) được so sánh với giá trị cũ đã được chốt trong lần đọc trước của portb.Các ngõ ra không trùng nhau của các chân RB4:RB7 được OR lại với nhau để tao rangắt ở PORTB với bít cờ báo ngắt RBIF<INTCON<0>>

Ngắt này có thể kích hoạt vi điều khiển trở lại trạng thái hoạt động khi nó đang

ở chế độ SLEEP Trong chương trình phục vụ ngắt thì người dùng có thể xóa ngắtbằng các cách khác nhau:

Trang 39

Điều kiện không tương thích sẽ tiếp tục làm cờ báo ngắt RBIF bằng 1 Khi đọcPORTB sẽ chấm dứt điều kiện không tương thích và cho phép xóa bít cờ báo ngắtRBIF

Cấu trúc ngắt thay đổi dùng để thoát khỏi chế độ nghỉ khi có nhấn phím và cáchoạt động mà PORTB chỉ được dùng cho cấu trúc thay đổi ngắt

 PORTC và thanh ghi TRISC:

PORTC là port 2 chiều 8 bít Thanh ghi định hướng là TRISC Khi bitTRISC=1 thì portc là nhập, khi TRISC=0 thì portc là xuất

Portc được đa hợp với vài chức năng ngoại vi Các chân của portc có mạchđệm Schmit Trigger ở ngõ vào Khi khối I2C được cho phép thì các chân PORTC(3,4) có thể được định cấu hình ở các mức I2C hoặc mức SMBUS bằng cách sử dụngbít CKE (SSPSTAT<6>)

Khi cho phép chức năng ngoại vi, nên chú ý đến các bít TRIS cho mỗi châncủa PORTC Một vài thiết bị ngoại vi ghi lên bít TRIS để làm một chân như là 1 ngõ

ra, trong khi đó các thiết bị ngoại vi ghi lên bít TRIS để làm như một chân ngõ vào

Trang 40

Khi ghi đè bít TRIS thì không ảnh hưởng đến các thiets bị đã cho phép, các kệnh đọc– hiệu chỉnh – ghi (BSF,BCF,XORWF) với TRISC là đích đến phải tránh dùng.Người sử dụng tham chiếu tới phần thiết bị ngoại vi tướng ứng để thiếp lập cho đúngbít TRIS

 PORTD và thanh ghi TRISD:

PORTD là port 8 bít với ngõ vào có mạch Schmitt Trigger Mỗi chân có thểđược cấu hình độc lập là ngõ vào hoặc ngõ ra PORTD có thể định cấu hình như làport của vi sử lũ 8 bít bằng cách thiết lập bít điều khiển PSPMODE(TRISE<4>).Trong mode này thì các bộ đến ngõ vào dạng TTL PORTD và TRISD không được

Định dạng
Số trang	97
Dung lượng	1,72 MB