Giải pháp dùng khóa số dựa trên nền tảng của kỹ thuật vi điều khiển
hận xét giáo viên hướng dẫn Thái Nguyên, Ngày Tháng Giáo Viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Năm 20 Nhận xét giáo viên chấm Thái Nguyên, Ngày Tháng Giáo Viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ Bộ môn: KỸ THUẬT MÁY TÍNH Năm 20 ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÔN HỌC Hệ Thống Nhúng Nhóm sinh viên: Vũ Đình Thăng Nguyễn Thế Thịnh Lê Văn Thành Lớp : K43kđt Giáo viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Tuấn Linh Thái Nguyên – 2011 MỞ ĐẦU .6 Chương : Phân Tích Bài Toán Lựa chọn phần mềm : 11 Chương 2: Thiết Kế Và Tính Toán Cho Hệ Thống 12 Sơ đồ khối khóa số 12 Sơ Đồ Đặc Tả Hệ Thống Và Sơ Đồ Call Graph: 13 Phân tích tính toán phần cứng 14 2.3.1 PIC 16F877 14 2.3.2 LCD Hiển Thị 24 Bàn Phím .27 Mạch cầu điều khiển động 28 Động 33 Khối Nguồn 34 Chương 3: Xây dựng lưu đồ thuật toán viết chương trình cho hệ khóa số .34 3.1 lưu đồ giải thuật: .34 3.2 hoạt động sản phẩm 35 3.3 Chương trình quét phím bản: 36 MỞ ĐẦU Với gia đình, qua, xí nghiệp, trường học hay nơi đâu, để bảo vệ tài sản phòng Trên cánh cửa vào trang bị thêm khóa Hiện thị trường có nhiều loại khóa cửa khóa khí, khóa khí gặp vấn đề lớn tính bảo mật khóa không cao, nên dễ dàng bị phá khóa chìa khóa đa Đa số khoá kỹ thuật số có bán thị trường Hàn Quốc sản xuất, chủ yếu loại khoá tay nắm có giá cao Khoá sử dụng phương pháp cài đặt mã số (như khoá số loại va li hay cặp số) để khoá mở người sử dụng cài đặt số Hệ thống số khoá thiết kế phím bấm số điện thoại nên tiện lợi sử dụng Bên cạnh loại có chức khoá mã số, có loại kèm theo chức khoá chìa Chìa loại đặc biệt loại thông thường, làm cạnh, khó làm loại khoá cạnh Khoá kỹ thuật số có loại mở dấu vân Loại khoá đăng ký 25 40 vân tay khác Như bạn lưu lại nhiều vân tay người gia đình vào nhớ khoá Khi cho vân tay có lưu nhớ cửa mở Phần lớn loại không sử dụng chìa Vì để nâng cao yêu cầu tính bảo mật để bảo vệ tài sản, dao diện dễ sử dụng Nhóm nghiên cứu đề giải pháp dùng khóa số dựa tảng kỹ thuật vi điều khiển Chương : Phân Tích Bài Toán 1.1 Tổng quan khóa số: Khóa số nói chung loại khóa để bảo vệ thiết bị, tài sản….mà muốn mở phải tác động đến số mà ta cài đặt trước có loại khóa số thị trường có khóa số khí khóa số điện tử - Khóa số khí : mở khóa hay khóa lại ta phải xoay vòng số khóa cho dãy số hợp với mở khóa - Khóa số điện tử : mở khóa ta phải nhập mật dãy số liên tiếp nhau, nhập dãy số mở khóa Nhìn chung khóa số điện tử có nhiều ký tự, nhiều mã số để cài đặt hơn, độ dài mã số dài Vì tính bảo mật khóa số điện tử cao Bên cạnh đó, thao tác khóa số điện tử thực dễ dàng với phím bấm, vòng xoay khóa số khí Khi thao tác đổi mật dễ dàng thao tác phím bấm Khóa số điện tử tính bảo mật cao, thao tác dễ dàng có tính cảnh báo nhập mật mã nhiều sai số lần quy định Với dao diện người dùng, hiển thị thông báo nhập mật khẩu, cảnh báo, thay đổi mật khiến người dùng dễ sử dụng 1.2 Nguyên lý khóa số điện tử : Nhập mật mã đưa tới khối giao tiếp, hiển thị thông tin tới người dùng (nếu có) Rồi khối điều khiển gửi tín hiệu tới thiết bị chấp hành đóng cắt, điều khiển cho đóng mở cửa mật mã Và đưa thống báo (nếu có) nhập mật mã sai, có báo động nhập mật mã sai số lần quy định Khối giao tiếp hiển thị thông tin Khối điều khiển Thiết bị chấp hành Hình 1.1: sơ đồ khối khóa số 1.3 Các sản phẩm khóa số thị trường Trên thị trường có bán nhiều loại khóa số điện tử Hầu hết loại khóa điện tử có tính nắng đổi mật mã, cảnh báo Nhưng lại tính giao diện người dùng hình LCD khiến người dùng khó sử dụng sản phẩm Thiết bị mà khóa số thị trường điều khiển chủ yếu Roler để đóng, mở chốt cửa Hình 1.2: khóa số thị trường giao diện người dùng Một số loại thị trường có giao diện người dùng qua hình LCD 16x2 để hiển thị thông tin tới người dùng Như dễ sử dụng loại khác Hình 1.3: khóa số trang bị hình LCD giao diện người dùng 1.4 Các yêu cầu khóa số tính sản phẩm: Qua tham khảo sản phẩm khóa số thị trường Yêu cầu sản phẩm khóa số thông thường: - Dạo diện người dung dễ sử dụng - Mật có độ dài đảm bảo tính bảo mật cao - Có thể thay đổi mật - Tính cảnh báo nhập mật sai lần liên tiếp - Động quay để điều khiển cửa hết hành trình dừng lại - Hệ thống phải làm việc điện Các ràng buộc : - Thông thường hệ thống giao diện với người dùng để bên ngoài, nên phải an toàn, tránh tác động ngoại cảnh - Chi phí sản phẩm (không có động cơ) không 500.000vnđ - Chịu tải tải gặp chướng ngại vật thời gian dài 10 2.3.2 LCD Hiển Thị a Hình dáng kích thước: Có nhiều loại LCD với nhiều hình dáng kích thước khác nhau, hình hai loại LCD thông dụng Hình 2.6: Hình dáng LCD Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên lớp vỏ đưa chân giao tiếp cần thiết Các chân đánh số thứ tự đặt tên bên : Hình 2.7: Sơ đồ chân LCD b Chức chân: Chân số Tên Vss Chức Chân nối đất cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân với GND mạch điều khiển 24 Vdd Vee Rs R/w E 7-14 DB0DB7 Chân cấp nguồn cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân với VCC=5V mạch điều khiển Chân dùng để điều chỉnh độ tương phản LCD Chân chọn ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0” (GND) logic “1” (VCC) để chọn ghi + Logic “0”: Bus DB0-DB7 nối với ghi lệnh IR LCD (ở chế độ “ghi” - write) nối với đếm địa LCD (ở chế độ “đọc” - read) + Logic “1”: Bus DB0-DB7 nối với ghi liệu DR bên LCD Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động chế độ ghi, nối với logic “1” để LCD chế độ đọc Chân cho phép (Enable) Sau tín hiệu đặt lên bus DB0-DB7, lệnh chấp nhận có xung cho phép chân E + Ở chế độ ghi: Dữ liệu bus LCD chuyển vào(chấp nhận) ghi bên phát xung (high-to-low transition) tín hiệu chân E + Ở chế độ đọc: Dữ liệu LCD xuất DB0DB7 phát cạnh lên (low-to-high transition) chân E LCD giữ bus đến chân E xuống mức thấp Tám đường bus liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có chế độ sử dụng đường bus : + Chế độ bit : Dữ liệu truyền đường, với bit MSB bit DB7 + Chế độ bit : Dữ liệu truyền đường từ DB4 tới DB7, bit MSB DB7 Bảng 2.1: Chức cán chân LCD 25 c Các ghi Chíp HD44780 có ghi bit quan trọng : Thanh ghi lệnh IR (Instructor Register) ghi liệu DR (Data Register) - Thanh ghi IR : Để điều khiển LCD, người dùng phải “ra lệnh” thông qua tám đường bus DB0-DB7 Mỗi lệnh nhà sản xuất LCD đánh địa rõ ràng Người dùng việc cung cấp địa lệnh cách nạp vào ghi IR Nghĩa là, ta nạp vào ghi IR chuỗi bit, chíp HD44780 tra bảng mã lệnh địa mà IR cung cấp thực lệnh VD : Lệnh “hiển thị hình” có địa lệnh 00001100 (DB7…DB0) Lệnh “hiển thị hình trỏ” có mã lệnh 00001110 - Thanh ghi DR : Thanh ghi DR dùng để chứa liệu bit để ghi vào vùng RAM DDRAM CGRAM (ở chế độ ghi) dùng để chứa liệu từ vùng RAM gởi cho MPU (ở chế độ đọc) Nghĩa là, MPU ghi thông tin vào DR, mạch nội bên chíp tự động ghi thông tin vào DDRAM CGRAM Hoặc thông tin địa ghi vào IR, liệu địa vùng RAM nội HD44780 chuyển DR để truyền cho MPU Bằng cách điều khiển chân RS R/W chuyển qua lại giữ ghi giao tiếp với MPU Bảng sau tóm tắt lại thiết lập hai chân RS R/W theo mục đích giao tiếp RS 0 R/W 1 1 Khi cần Ghi vào ghi RS để lệnh cho ghi Đọc cờ bận DB7 giá trị đếm địa DB0-DB6 Ghi vào ghi DR Đọc liệu từ DR Trong chương trính sử dụng LCD chế độ 4bit Các lệnh sử dụng: lcd_send_byte( BYTE address, BYTE n ) để điều khiển LCD ví dụ lệnh : lcd_send_byte(0,0x01) dùng để xóa hình, lcd_send_byte(0,0x08) để đưa trỏ đầu dòng thứ nhất… lcd_gotoxy(a,b) để đưa trỏ vị trí mong muốn dòng khác LCD Lcd_gotoxy(x,1) đưa trỏ dòng vị trí x, vị trí x từ 1->16 LCD printf(lcd_putc,”…”): in xâu ký tự hình.xâu ký tự có độ dài < 16 ký tự để LCD hiển thị đầy đủ lcd_putc(‘…’) : in ký tự hình 26 Bàn Phím Hình 2.8: Ma Trận 16 Phím Thực chức giao tiếp với vi điều khiển PIC 16F87, dùng để hiển thị nhập password, thay đổi password, mở khóa cửa Sử dụng bàn phím ma trận 16 phím Với phím số từ =>9 phím chức mở cửa, khóa cửa, đổi mật Để kết nối với vi điều khiển ta treo đầu vào ma trận phím với trở treo lên dương nguồn, với giá trị cảu trở treo R8=4.7K Dùng phím bấm có chân giống hình vẽ: Hình 2.9 : nút bấm sử dụng mạch 27 Hình 2.10 : Sơ đồ chân nút bấm dùng làm mạch Ta sử dụng nút bấm thường mở, với chân nối chéo nhau, chân 1-3, 2-4 dùng nhau, nối mạch ta dùng cặp chân Mạch cầu điều khiển động Các dạng cấu tạo mạch cầu H Mạch cầu H cấu tạo dạng chính: Dạng Được cấu tạo transitor (Fet) Cùng kênh N Sơ đồ nguyên lý mạch cấu tạo sau (Chỉ vẽ mạch dùng transitor để họa) Đối với dạng cấu tạo transitor kênh N cần tín hiệu điều khiển kích mở transitor 28 Dạng 2: Được cấu tạo cặp đôi transitor P,N hay FET (Thuận, ngược) Sơ đồ nguyên lý cấu tạo cấu tạo bên :(Tôi dùng transitor họa Đối với thiết kế thấy ổn định điện áp đầu vào nhỏ khoảng 24V) Đối với mạch công suất lớn FET công suất lớn thường ko có kênh P nên ta ko dùng theo cách mà phải dùng theo cách Nguyên tắc hoạt động mạch cầu H Chỉ xét đến nguyên lý hoạt động hoạt động mạch cầu H BJT chọn để ví dụ Fet gần tương đương Ta phân tích dạng mạch cầu H Hai dạng có nguyên lý hoạt động giống khác linh kiện cấu tạo lên cầu H việc đóng mở transitor hay Fet nào? Đối với dạng dùng Fet kênh phải dùng mạch lái công suất lớn điện áp lớn Còn dạng dùng với công suất nhỏ với điện áp đầu vào nhỏ Ta phân tích nguyên lý hoạt động mạch dang sau: Mạch cầu H điều khiển tín hiệu đóng mở van tín hiệu tín hiệu 2( Như hình 2) điều khiển chiều (Có nghĩa đảo chiều dòng điện) Xét chế độ thuận nghịch Như bit điều kiện để đóng mở đê transitor thông là: + Đối với kênh N để mở Ube > mở transitor dòng điện 29 30 + Đới với transitor kênh P để mở Ube =3 MỞ CỬA - ĐỔI PASS END Hình 3.1 lưu đồ giải thuật 3.2 hoạt động sản phẩm Khi muốn mở cửa phải gõ mật với độ dài ký tự Nếu gõ động quay thuận, cửa mở Và gõ sai hình LCD hiển thị chữ nhập sai mật Khi động quay hết hành trình, công tắc hành trình mở xong đóng, LCD thông báo mở xong Nếu nhập mật sai lần liên tiếp hệ thống báo động hoạt động, thông qua chân RB5 Trong mở xong, nhấn khóa động quay cửa khóa lại, động quay nút công tắc hành trình khóa xong mở, công tắc hành trình mở xong đóng lại động ngừng quay, LCD báo mở xong Muốn đổi mật ta nhấn nút đổi mật bàn phím, LCD báo nhập mật cũ, ta phải nhập mật cũ đổi mật khẩu, nhập mật LCD thông báo nhập mật nhập xong nhấn OK, mật đổi Hình 3.2: Sơ đồ tổng thê hệ thống 35 3.3 Chương trình quét phím bản: void quetphim(){ PORTB=0xfe;// RB0=0;RB1=1; RB7=1: kiểm tra hàng bấm if(RB4==0) { chương trình;while(RB4==0) {không làm giữ phím} } if(RB5==0) { chương trình;while(RB4==0) {không làm giữ phím} } if(RB6==0) { chương trình;while(RB4==0) {không làm giữ phím} } if(RB7==0) { chương trình;while(RB4==0) {không làm giữ phím} } PORTB=0xfd;// RB0=1;RB1=0;RB2=1; RB7=1: kiểm tra hàng bấm 36 if(RB4==0) { chương trình;while(RB4==0) {không làm giữ phím} } if(RB5==0) { chương trình;while(RB4==0) {không làm giữ phím} } if(RB6==0) { chương trình;while(RB4==0) {không làm giữ phím} } if(RB7==0) { chương trình;while(RB4==0) {không làm giữ phím} } PORTB=0xfb;// RB0=1;RB1=1;RB2=0;RB3=1; RB7=1: kiểm tra hàng if(RB4==0) { chương trình;while(RB4==0) {không làm giữ phím} } if(RB5==0) { chương trình;while(RB4==0) {không làm giữ phím} } if(RB6==0) { chương trình;while(RB4==0) {không làm giữ phím} } if(RB7==0) { chương trình;while(RB4==0) {không làm giữ phím} } PORTB=0xf7;// RB0=1;RB1=1;RB2=1;RB3=0;RB4=1; RB7=1: hàng if(RB4==0) { chương trình;while(RB4==0) {không làm giữ phím} } if(RB5==0) { chương trình;while(RB4==0) {không làm giữ phím} } if(RB6==0) { chương trình;while(RB4==0) {không làm giữ phím} } if(RB7==0) { chương trình;while(RB4==0) {không làm giữ phím} } } Kết Luận: với hoạt động , từ mô phần mềm hoàn toàn đưa làm mạch thật Với hạn chế mô hình Vì dùng động công suất lớn để kéo cánh cửa vào phải tính toán nhiều Hướng phát triển: đưa sản phẩm vào thực tiễn, sản phẩm kinh doanh mang tính kinh tế Danh mục tài liệu tham khảo: Vi xử lý – Nguyễn Đình Phú Hệ Thống Nhúng - T.ĐHKTCN Thái Nguyên 37 Internet 38 [...]... thể tự lập trình lại được dưới sự điều khiển của phần mềm 14 • Số chân : 40 pins 5 cổng vào ra số RA,RB,RC,RD,RE Hình 2.4: Sơ đồ chân của pic 16F877a b Các công vào ra của PIC 16F877a: Vi c điều khiển các cổng vào ra của pic dựa trên vi c điều khiển các File thanh ghi Vì trong đề tài chỉ sử dụng 3 cổng vào ra là PORTB, PORTC, PORTD nên chúng tôi xin đưa ra đặc điểm của các chân PORTB và thanh ghi TRISB:... nhập mật khẩu, thay đổi mật khẩu, mở cửa, khóa cửa - Hệ thống báo động: cảnh báo khi nhập sai mật khẩu quá 3 lần Thông qua hệ thống chông báo động - Bộ khuếch đại tín hiệu và mạch cầu H :dùng để đưa tín hiệu điều khiển động cơ - Màn hình LCD: có chức năng chính để giao tiếp người dùng với Vi Điều Khiển - Động cơ điều khiển: Dùng để điều khiển đóng mở cửa qua điều khiển từ mạch cầu H Đặc Tả Hệ Thống Và... khối của Khóa số - Khối nguồn: Nhằm nhiệm vụ cung cấp điện áp +5V, ±12V luôn ổn định cho mạch điện và vi điều khiển - Vi điều khiển: xử lý các thông tin, nhận thông tin từ bàn phím , đưa đến điều khiển động cơ và đưa thông tin hiển thị ra LCD thông báo cho người dùng Lưu trữ mật khẩu qua bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ ngay khi mất điện 12 - Bàn phím: thực hiện chức năng nhập các dữ liệu đưa đến vi điều khiển. .. cơ Trong mô phỏng và trong giới hạn của mô hình sản phẩm sử dụng động cơ một chiều 12V để điều khiển đóng mở cửa, hoặc có thể dùng để điều khiển đóng mở chốt, then cài Ta có thể sử dụng role thay cho động cơ để hút hoặc đẩy chốt cửa, tương ứng với mở/ khóa cửa Hình 2.9: Động cơ Thông qua mạch cầu H ta đưa hai tín hiệu điều khiển động cơ từ chân RB6,RB7 của vi điều khiển 33 Khối Nguồn Hình 2.10: Sơ Đồ... thiết bị ngoại vi : • Do trong phần mềm CCS có hỗ chợ file LCD.C mặc định dùng ở cổng PORTD nên ta dùng cổng RD để kết nối với LCD Điều khiển LCD dùng PORTD với thiết lập ban đầu là cổng xuất dữ liệu để điều khiển LCD nên ta thiết lập ban đầu là SET_TRIS_D(0x00) o Các chân từ RD4 => RD7 của PIC nối với các chân dữ liệu D4 => D7 của LCD o Chân RD0 của pic nối với chân cho phép E (enable) của LCD o Chân...Với yêu cầu về tính năng như trên, chúng tôi chọn các thiết bị chính: • Vi điều khiển 16f877 với bộ nhớ eeprom có khả lưu trữ dữ liệu ngay cả khi mất điện • Màn hình LCD 16x2 với mục đích hiển thị thông tin, giao tiếp vi điều khiển với người dùng • Bàn phím 16 phím có các phím số và phím chức năng đưa đầu vào là mật khẩu, các lệnh đóng mơ cửa tới vi điều khiển • Động cơ để kéo cánh cửa đóng... TRISB: Portb (RPB) gồm 8 pin I/O thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISB Bên cạnh đó một số chân của PORTB còn được sử dụng trong quá trình nạp chường trình cho vi điều khiển với các chế độ nào khác nhau PORTB còn liên quan dến ngắt ngoại vi và bộ Timer0 PORTB còn được tích hợp chức năng điện trở kéo lên được điều khiển bởi chương trình Ba chân của PORTB được đa hợp với mạch điện gỡ rối bên... chân RB6,RB7 của vi điều khiển 33 Khối Nguồn Hình 2.10: Sơ Đồ Khối Nguồn Chương 3: Xây dựng lưu đồ thuật toán và vi t chương trình cho hệ khóa số 3.1 lưu đồ giải thuật: Bắt Đầu Khởi Tạo Biến, Mảng, LCD QUÉT PHÍM NHẬP PHÍM 34 KIỂM TRA SỐ LẦN >=3 MỞ CỬA - ĐỔI PASS END Hình 3.1 lưu đồ giải thuật 3.2 hoạt động của sản phẩm Khi muốn mở cửa thì phải gõ đúng mật khẩu với độ dài 8 ký tự Nếu gõ đúng thì động cơ... năng mở cửa, khóa cửa, và đổi mật khẩu Để kết nối với vi điều khiển thì ta treo 8 đầu vào của ma trận phím với trở treo lên dương nguồn, với giá trị cảu trở treo là R8=4.7K Dùng các phím bấm có 4 chân giống như hình vẽ: Hình 2.9 : nút bấm sử dụng trong mạch 27 Hình 2.10 : Sơ đồ chân của nút bấm dùng làm mạch Ta sử dụng nút bấm thường mở, với các chân nối chéo nhau, chân 1-3, 2-4 có thể dùng như nhau,... Như trên hình 2) và điều khiển được 2 chiều (Có nghĩa là đảo chiều dòng điện) Xét từng chế độ thuận và nghịch Như chúng ta đã bit điều kiện để đóng mở đê các transitor thông là: + Đối với kênh N để mở thì Ube > 0 và mở transitor bằng dòng điện 29 30 + Đới với transitor kênh P để mở thì Ube