Ứng dụng vi điều khiển PIC chế tạo khóa số điện tử

Giới thiệu về đề tài nghiên cứu, ứng dụng trong cuộc sống. Tìm hiểu về vi điều khiển PIC 16F877A Quét phím ma trận. Giao tiếp giữa PIC 16F877A và DS1307 Tìm hiểu về LCD 16x2. Tìm hiểu động cơ điện 1 chiều. Thiết kế Khóa cửa điện tử: + Cấu trúc Khóa cửa điện tử và nguyên lý hoạt động. + Tính chọn linh kiện, lập trình thiết kế. Xây dựng mô hình. Thiết kế 1 khóa điện tử bằng phím số có thể đóng mở hệ thống bằng cách nhập mật khẩu. Nó có thể được ứng dụng làm khóa cho nhiều hệ thống như: khóa hệ thống (không cho phép thay đổi cài đặt của băng chuyền, của máy,...), khóa cửa (khóa cửa ra vào của gia đình, cơ quan, nhà máy...)... Tìm hiểu về vi điều khiển PIC 16F877A, LCD, ma trận phím, IC DS1307… Cải thiện kỹ năng làm việc nhóm. Cải thiện kỹ năng lập trình PIC. Thêm kinh nghiệm trong việc thiết kết và thi công mạch điện tử. 2. Chức năng của hệ thống Đây là một loại khóa cửa điện tử, được dùng để đóngmở 1 hệ thống cửa bằng cách nhập mật khẩu, thông qua việc giao tiếp với bàn phím ma trận 4x4 và màn hình LCD 16x2. Có khả năng đổi mật khẩu và không bị reset mật khẩu khi mất nguồn Kết hợp xem ngày giờ thời gian thực code và mô phỏng trong file đính kèm

GVHD: PHAN HẢI PHONG ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỒ ÁN ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Giáo viên hướng dẫn: PHAN HẢI PHONG Sinh viên thực hiện: Hồ Đức Nhật Trường Trần Thanh Cương Trần Phước Lộc Nguyễn Văn Tuy Ngành: Điện Tử - Viễn Thông; Khóa: 35 Tên đề tài: Ứng dụng vi điều khiển chế tạo “Khóa Cửa Điện Tử” • Nội dung nghiên cứu: - Giới thiệu đề tài nghiên cứu, ứng dụng sống - Tìm hiểu vi điều khiển PIC 16F877A - Quét phím ma trận - Giao tiếp giữa PIC 16F877A DS1307 - Tìm hiểu LCD 16x2 - Tìm hiểu động điện chiều - Thiết kế Khóa cửa điện tử: + Cấu trúc Khóa cửa điện tử nguyên lý hoạt động + Tính chọn linh kiện, lập trình & thiết kế - Xây dựng mô hình Huế, 6/2015 KHÓA CỬA ĐIỆN TỬ GVHD: PHAN HẢI PHONG LỜI NÓI ĐẦU Trong xã hội đại, điện nguồn lượng thiếu đời sống, có mặt hầu hết lĩnh vực xã hội Ngày nay, thế giới, ngành Điện tử – Viễn thông nói chung ngành điện tử tự động nói riêng không ngừng phát triển với tốc độ cao thâm nhập ngày sâu vào tất lĩnh vực đời sống, kinh tế, xã hội Trong đó, lĩnh vực bảo mật mảng lớn cần quan tâm Chính thế, với mục đích làm quen bước đầu với việc thiết kế mạch điện tử nói chung với hệ thống an toàn, bảo mật nói riêng, chúng em chọn đề tài “ Ứng dụng vi điều khiển chế tạo Khóa Cửa Điện Tử” để nghiên cứu thực Trong trình thực đề tài, cố gắng song những hạn chế thời gian, kiến thức kinh nghiệm thực tế nên chúng em không tránh khỏi nhiều thiếu sót Chúng em mong nhận những ý kiến đóng góp thầy để đề tài chúng em hoàn thiện KHÓA CỬA ĐIỆN TỬ GVHD: PHAN HẢI PHONG MỤC LỤC Lời nói đầu I GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI………………………………………………………… mục đích nghiên cứu…………………………………………………………….4 chức hệ thống………………………………………………………….4 cấu trúc hệ thống…………………………………………………….4 II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ……………………………………….5 Một số loại khóa bảo mật thị trường……………………………………… a) Khóa cơ……………………………………………………………………………… b) Khóa vân tay………………………………………………………………………….5 c) Khóa thẻ từ……………………………………………………………………………5 d) Khóa nhận dạng võng mạc………………………………………………………….5 e) Khóa mã số……………………………………………………………………………5 Chỉ tiêu cần đạt thiết kế………………………………………………… a) Phần điện…………………………………………………………………………… b) Phần cơ……………………………………………………………………………… Phương án thiết kế………………………………………………………………6 a) Phần điện…………………………………………………….……………………… b) Phần cơ……………………………………………………………………………… III GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG……………………………………………………………… Cấu trúc hệ thống……………………………………………………………… Nguyên lý hoạt động hệ thống………………………………………………7 IV TÌM HIỂU CÁC KHỐI CỦA HỆ THỐNG……………………………………8 Khối INPUT…………………………………………………………………… Khối DS 1307……………………………………………………………………9 Khối xử lý…………………………………………………………………… 14 a) Chọn vi điều khiển làm bộ xử lý trung tâm…………………………………… 14 b) Tìm hiểu về vi điều khiển PIC 16F877A…………………………………………15 Khối OUTPUT…………………………………………………………………22 a) Hiển thị LCD……………………………………………………………………… 22 b) Mạch báo động…………………………………………………………………… 24 c) Mạch đóng mở cửa…………………………………………………………………24 d) Mạch hiển thị LED………………………………………………………………….25 V TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO……………………………………… 26 Tính chọn linh kiện – thiết kế phần cứng………………………………………26 Sơ đồ nguyên lý sơ đồ mạch in…………………………………………… 28 a) Sơ đồ nguyên lý…………………………………………………………………… 28 b) Sơ đồ mạch in……………………………………………………………………….29 Ưu, nhược điểm mô hình………………………………………………….30 a) Ưu điểm:…………………………………………………………………………….30 b) Nhược điểm…………………………………………………………………………30 Phụ Lục Code lập trình:…………………………………………………………….32 KHÓA CỬA ĐIỆN TỬ GVHD: PHAN HẢI PHONG I GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Mục đích nghiên cứu Thiết kế khóa điện tử phím số đóng mở hệ thống cách nhập mật Nó ứng dụng làm khóa cho nhiều hệ thống như: khóa hệ thống (không cho phép thay đổi cài đặt băng chuyền, máy, ), khóa cửa (khóa cửa vào gia đình, quan, nhà máy ) Tìm hiểu vi điều khiển PIC 16F877A, LCD, ma trận phím, IC DS1307… Cải thiện kỹ làm việc nhóm Cải thiện kỹ lập trình PIC Thêm kinh nghiệm việc thiết kết thi công mạch điện tử Chức của hệ thống Đây loại khóa cửa điện tử, dùng để đóng/mở hệ thống cửa cách nhập mật khẩu, thông qua việc giao tiếp với bàn phím ma trận 4x4 hình LCD 16x2 Có khả đổi mật không bị reset mật nguồn Kết hợp xem ngày thời gian thực Cấu trúc bản của hệ thống KHÓA CỬA ĐIỆN TỬ GVHD: PHAN HẢI PHONG II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ Một số loại khóa bảo mật thị trường a) Khóa cơ: Gồm hai phần ổ khóa chìa khóa, làm kim loại cứng nhiều hình dạng, Khóa mở có chìa khóa với mép khóa đứng với thứ tự chốt nhỏ ổ khóa nhằm nâng chốt nhỏ lên gây tác dụng khóa ổ b) Khóa vân tay Vân tay sử dụng thay thế cho chìa khóa Chỉ cần đặt vân tay vào thiết bị cảm ứng, nếu nhận dạng vân tay người đăng kí sử dụng khóa mở c) Khóa thẻ từ Khóa thẻ từ sử dụng cách cho thẻ từ qua khe đọc thẻ từ Nếu thiết bị đọc thẻ nhận dạng thẻ từ hợp lệ cho mở hệ thống Thẻ từ thẻ nhựa có gắn dải băng từ mặt sau thẻ Dải bang từ có từ tính Dải băng từ dùng để lưu trữ thông tin chủ thẻ d) Khóa nhận dạng võng mạc Ứng dụng chuyển động không giống mắt nhìn vào những vật khác Thông qua camera để nhận dạng những chuyển động đặc trưng để tạo loại khóa nhận dạng qua võng mạc e) Khóa mã số Là loại khóa sử dụng mật mã để đóng/mở hệ thống  Nhận định: Mặc dù thị trường có nhiều loại khóa đại, giá thành những khóa đắt, chưa ứng dụng nhiều vào đời sống sinh hoạt ngày ứng dụng cho hộ gia đình, công trình nhỏ Với ý nghĩ chế tạo chiếc khóa mật mã với giá rẻ tích hợp nhiều tính ứng dụng vào việc làm khóa cửa, khóa hệ thống chúng em quyết định chọn đề tài “Ứng dụng vi điều khiển chế tạo Khóa Cửa Điện Tử” để tìm tòi, nguyên cứu chế tạo KHÓA CỬA ĐIỆN TỬ GVHD: PHAN HẢI PHONG Chỉ tiêu cần đạt thiết kế a) Phần điện: Mạch hoạt động tốt, an toàn, chịu nguồn cung cấp từ 12 - 24 VDC, phù hợp với động đóng mở cửa, đáp ứng tức thời tác vụ điều khiển để đảm bảo làm việc xác an toàn phận tác động cuối b) Phần cơ: Các thiết kế khí phải đảm bảo cho cấu đóng mở cửa hệ thống thực tốt chức theo thiết kế, kết cấu đủ độ cứng vững Phương án thiết kế a) Phần điện: - Sử dụng vi điều khiển PIC 16F877A làm trung tâm điều khiển - Sử dụng IC DS 1307 để định thời gian - Khối đầu vào: bàn phím - Khối hiển thị: hình LCD - Khối chấp hành: điều khiển mô tơ đóng/mở cửa, đèn báo, còi báo động b) Phần cơ: - Sử dụng mô tơ chiều kết hợp hệ thống bánh để đóng/mở cửa KHÓA CỬA ĐIỆN TỬ GVHD: PHAN HẢI PHONG III GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG Cấu trúc hệ thống Sơ đồ khối hệ thống Nguyên lý hoạt động của hệ thống  Hệ thống giao tiếp với người sử dụng thông qua bàn phím điều khiển, LED báo hiệu hình hiển thị LCD  Bàn phím gồm phím số 0-9 phím chức năng: A (hủy), B (xóa), C (điều hướng lên), D (điều hướng xuống), # (xác nhận), * (chọn)  Khi bắt đầu, hình đồng hồ chờ bấm phím * để nhập mã  Sau nhập mã, ấn # :  Nếu mã đúng: cửa mở, đèn vàng tắt  Nếu mã sai: LCD thông báo sai đèn đỏ cảnh báo sáng, nếu mã sai lần liên tiếp có chuông báo động kêu  Có thể thay đổi mật nhiều lần để tăng tính bảo mật  Có thể thay đổi ngày hệ thống  Độ dài mật cho phép số  Trong trình nhập mã, nếu có nhầm lẫn nhập lại nút B KHÓA CỬA ĐIỆN TỬ GVHD: PHAN HẢI PHONG IV TÌM HIỂU CÁC KHỐI CỦA HỆ THỐNG Khối INPUT  Bàn phím: Sơ đồ bàn phím Bàn phím thực tế Bàn phím gồm phím Mỗi phím phận đóng mở khí Các mã bàn phím tạo tạo trực tiếp phép quét hàng quét cột Ở đề tài chứng em thấy với bàn phím có 16 phím đảm bảo số lượng phím cần thiết đảm bảo cân đối thẩm mĩ cho bàn phím, chứng em quyết định sử KHÓA CỬA ĐIỆN TỬ GVHD: PHAN HẢI PHONG dụng sử dụng bàn phím ma trận 4x4 16 phím) Bàn phím gồm phím số 0~9 phím chức năng: A (hủy), B (xóa), C (điều hướng lên), D (điều hướng xuống), # (xác nhận), * (chọn) Bàn phím bổ trí thành hàng cột: • Số đầu từ bàn phím dây phù hợp cho Port điều khiển • Hình dáng đẹp, cân đối Khối DS 1307 DS1307 chip đồng hồ thời gian thực (RTC : Real-time clock), khái niệm thời gian thực dùng với ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà người sử dụng, tình giây, phút, DS1307 sản phẩm Dallas Semiconductor (một công ty thuộc Maxim Integrated Products) Chip có ghi 8-bit chứa thời gian là: giây, phút, giờ, thứ (trong tuần), ngày, tháng, năm Ngoài DS1307 có ghi điều khiển ngõ phụ 56 ghi trống dùng RAM DS1307 xuất gói SOIC DIP có chân Các chân DS1307 mô tả sau:  XI X2: ngõ kết nối với thạch anh 32.768KHZ làm nguồn tạo dao động cho chip  VBAT: cực dương nguồn pin 3V nuôi chip  GND: chân mass chung cho pin 3V Ycc  Ycc: nguồn cho giao diện I2C, thường 5V dùng chung với vi điều khiển Chú ý nếu Vcc không cấp nguồn VBAT cấp DS1307 hoạt động (nhưng không ghi đọc được)  SQW/OUT: ngõ phụ tạo xung vuông (Square Wave / Output Driver), tần số xung tạo lập hình Như chân không liên quan đến chức DS1307 đồng hồ thời gian thực, chứng ta bỏ trống chân nối mạch  SCL SDA đường giao xung nhịp dữ liệu giao diện I2C KHÓA CỬA ĐIỆN TỬ GVHD: PHAN HẢI PHONG Sơ đồ đấu nối Cấu tạo bên DS1307 bao gồm số thành phần mạch nguồn, mạch dao động, mạch điều khiển logic, mạch giao diện I2C, trỏ địa chỉ ghi (hay RAM) Sử dụng DS1307 chủ yếu ghi đọc ghi chip Vì thế có vấn đề cấu trúc ghi cách truy xuất ghi thông qua giao diện I2C Như trình bày, nhớ DS1307 có tất 64 ghi 8-bit đánh địa chỉ từ đến 63 (từ 00H đến 3FH theo hệ Hexa Decimal) Tuy nhiên, thực chất chỉ có ghi đầu dùng cho chức “đồng hồ” (RTC) lại 56 ghi bỏ trống dùng chứa biến tạm RAM nếu muốn Bảy ghi chứa thông tin thời gian đồng hồ bao gồm: giây (SECONDS), phút (MINUETS), (HOURS), thứ (DAY), ngày (DATE), tháng (MONTH) năm (YEAR) Việc ghi giá trị vào ghi tương đương với việc “cài đặt” thời gian khởi động cho RTC Việc đọc giá trị từ ghi đọc thời gian thực mà chip tạo Ví dụ, lúc khởi động chương trình, ghi vào ghi “giây” giá trị 42, sau 12s chứng ta đọc ghi này, thu giá trị 54 Thanh ghi thứ (CONTROL) ghi điều khiển xung ngõ SQW/OUT (chân 6) Tuy nhiên, không dùng chân SQW/OUT nên có thề bỏ qua ghi thứ Tổ chức nhớ DS1307 trình bày hình Vì ghi quan trọng hoạt động DS1307, khảo sát ghi cách chi tiết Trước hết quan sát tổ chức theo bit ghi hình: KHÓA CỬA ĐIỆN TỬ 10 GVHD: PHAN HẢI PHONG if (count_error==2) output_low(red); if (count_error==3) do{ key=keypad(); output_low(speak); delay_ms(100); output_high(speak); delay_ms(100); }while(key!='B'); if (count_error==3) count_error=0; unlock=0; select=0; } if (select==1) { LCD_Cmd(0x01); LCD_Char("-CUA DANG DONG!-"); LCD_Cmd(0xC0); LCD_Char("Doi Mot Ti "); output_high(green); output_low(black); delay_ms(2500); output_high(green); output_high(yellow); output_high(black); output_low(speak); delay_ms(200); output_high(speak); select=4; KHÓA CỬA ĐIỆN TỬ 48 GVHD: PHAN HẢI PHONG } if (select==2) return 2; if (select==3) return 3; if (select==4) return 1; if (select==0) return 0; } KHÓA CỬA ĐIỆN TỬ 49 GVHD: PHAN HẢI PHONG // -// int changepass() { LCD_Cmd(0x01); LCD_Char(" Nhap Password! "); LCD_Position(0xC0); LCD_Char("Pass:"); int array_temp, compare_temp=0,compare_temp1=0,input_counter=0,input_counter1=0, unlock=0, select=0 ; int8 pointer=0xC5,key=0; while(1) { key=keypad(); delay_ms(100); if(key=='B' && input_counter!=0) { input_counter ; pointer ; LCD_Position(pointer); LCD_Char(" "); LCD_Position(pointer); delay_ms(200); } if ( key == '*') { LCD_Cmd(0x01); LCD_Char(" Nhap Password! "); LCD_Position(0xC0); LCD_Char("Pass:"); KHÓA CỬA ĐIỆN TỬ 50 GVHD: PHAN HẢI PHONG input_counter=0; pointer=0xC5; key=16; } if ( key == 'A') select=4; if ( key == '#' || key == 'B' || key == 'D' || key == 'C' || key== 'A') key = 16; while(key != 16) { delay_ms(300); input_key[input_counter]=key; input_counter++; LCD_Position(pointer); LCD_Char("*"); pointer++; if(input_counter==6){ delay_ms(100); do{ key=keypad(); delay_ms(100); }while(key != '#' && key!= 'A'); if (key=='#'){ for(array_temp=0;array_temp[...]... nạp cho vi điều khiển  Hệ thống vi điều khiển có độ ổn định không cao (hay hỏng hơn so với hệ thống sử dụng PLC)  Được ứng dụng cho các hệ thống nhỏ, không yêu cầu độ phức tạp cao KHÓA CỬA ĐIỆN TỬ 14 GVHD: PHAN HẢI PHONG b) Tìm hiểu về vi điều khiển PIC 16F877A  Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16f877A  Một vài thông số về vi điều khiển PIC 16F877A Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC1 6Fxxx... vi điều khiển dùng để tương tác với thế giới bên ngoài Sự tương tác này rất đa dạng và thông qua quá trình tương tác đó, chức năng của vi điều khiển được thể hiện một cách rõ ràng Một cổng xuất nhập của vi điều khiển bao gồm nhiều chân (I/O pin), tùy theo cách bố trí và chức năng của vi điều khiển mà số lượng cổng xuất nhập và số lượng chân trong mỗi cổng có thể khác nhau Bên cạnh đó, do vi điều khiển. .. chỉ 85h): Điều khiển xuất nhập  CMCON (địa chỉ 9Ch): Thanh ghi điều khiển bộ so sánh  CVRCON (địa chỉ 9Dh): Thanh ghi điều khiển bộ so sánh điện áp  ADCON1 (địa chỉ 9Fh): Thanh ghi điều khiển bộ ADC KHÓA CỬA ĐIỆN TỬ 20 GVHD: PHAN HẢI PHONG  PORT B PORT B (RPB) gồm 8 pin I/O Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRIS B Bên cạnh đó một số chân của PORT B còn được sử dụng trong quá... khối p lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang Kết quả là khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối n tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống) Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa Quá trình này... hoạt động mà người sử dụng lựa chọn (ở đây chương trình sử dụng bus dữ liệu 8-bít) b) Mạch báo động Khi người sử dụng nhập mã sai 3 lần thì vi điều khiển sẽ kích cho tín hiệu báo động Tín hiệu này mở transistor điều khiển chuông báo động kêu c) Mạch đóng mở cửa Cửa sẽ được mở khi người dùng nhập đúng mật khẩu Ở mô hình này, chúng em sử dụng động cơ điện 1 chiều để điều khiển quá trình đóng mở... cho vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau PORT B còn liên quan đến ngắt ngoại vi và bộ Timer 0 PORT B còn được tích hợp chức năng điện trở kéo lên được điều khiển bởi chương trình Các thanh ghi SFR liên quan đến PORT B bao gồm:  PORT B (địa chỉ 06h,106h) : chứa giá trị các pin trong PORT B  TRIS B (địa chỉ 86h,186h) : điều khiển xuất nhập  OPTION_REG (địa chỉ 81h,181h) : điều khiển. .. Crystal Display) được sử dụng trong hàu hết các thiết bị điều khiển trong công nghiệp để hiển thị trạng thái của máy móc Do có rất nhiều chủng loại khác nhau, nên LCD được sử dụng rất rộng rãi Tất cả các LCD đều được sản xuất theo các chuẩn chung, tích hợp luôn các module điều khiển (cho LCD) nên vi c sử dụng nó không mấy phức tạp Bộ điều khiển LCD cung cấp một tập lệnh dùng để diều khiển LCD LCD và... được điều khiển bởi thanh ghi TRIS A (địa chỉ 85h) Muốn xác lập chức năng của một chân trong PORT A là input, ta “set” bit điều khiển tương ứng vơi chân đó trong thanh ghi TRIS A và ngược lại, muốn xác lập chức năng của một chân trong PORT A là output, ta “clear” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghi TRISA Thao tác này hoàn toàn tương tư đối với các PORT và các thanh ghi điều khiển. .. lượng 256x8 byte Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:  Timer 0: bộ đệm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit  Timer l: bộ đệm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep  Timer 2: bộ đệm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler  Hai bộ Capture/so sánh/ điều chế độ rộng... thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRIS D PORT D còn là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp PSP (Parallel Slave Port) Các thanh ghi liên quan đến PORT D bao gồm:  Thanh ghi PORT D : chứa giá trị các pin trong PORT D  Thanh ghi TRIS D : điều khiển xuất nhập  Thanh ghi TRIS E PSP : điều khiển xuất nhập PORT E và chuẩn giao tiếp  PORT E PORT E (RPE) gồm 3 chân I/O Thanh ghi điều khiển ... cursor++; KHÓA CỬA ĐIỆN TỬ 46 GVHD: PHAN HẢI PHONG if (cursor>2 && banner==1) { banner=3;cursor=1; } if (cursor>2 && banner==3) cursor=2; } if(key=='C') { delay_ms(100); cursor ; if (cursor