ỨNG DỤNG NFC TRONG điều KHIỂN THIẾT bị

II-P-1.47 ỨNG DỤNG NFC TRONG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ Trần Văn Trường, Huỳnh Văn Tuấn ĐạiHọc Khoa HọcTựNhiên, ĐHQG HCM Email: tranvantruongpnp@gmail.com TÓM TẮT NFC Near Field Communicati

II-P-1.47

ỨNG DỤNG NFC TRONG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ

Trần Văn Trường, Huỳnh Văn Tuấn

ĐạiHọc Khoa HọcTựNhiên, ĐHQG HCM

Email: tranvantruongpnp@gmail.com

TÓM TẮT

NFC (Near Field Communication) là công nghệ giao tiếp không dây tầm ngắn sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ để kết nối hai thiết bị Trong bài báo này, chúng tôi xây dựng hệ thống dựa trên board mạch Arduino để điều khiển các thiết bị thông qua điện thoại có chức năng NFC Tiếp theo, chúng tôi thiết kế ra bộ điều khiển cửa cuốn có tích hợp công nghệ NFC tương thích với các cửa cuốn

có trên thị trường Thiết bị chúng tôi tạo ra đã tận dụng được những ưu điểm của công nghệ NFC, hệ thống hoạt động hiệu quả và có khả năng áp dụng vào thực tế Từ những kết quả đạt được, chúng tôi

sẽ tiếp tục phát triển đề tài để ứng dụng vào ngôi nhà thông minh

Từ khóa:NFC, Arduino, smarthome

GIỚI THIỆU

NFC [2, 3, 5, 6] là công nghệ giao tiếp tầm ngắn sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ để thực hiện kết nối giữa hai thiết bị khi đặt chúng gần nhau NFC được phát triển dựa trên nguyên lý nhận dạng bằng tín hiệu tần số

vô tuyến RFID (Radio Frequency Identification) [8, 10], hoạt động ở dải băng tần 13.56 MHz và có tốc độ truyền dữ liệu tối đa 424 Kbps

Hình 34 Logo công nghệ NFC

Ứng dụng điển hình của công nghệ NFC là chức năng NFC trên các điện thoại thông minh Người dùng điện thoại di động sử dụng chức năng NFC trên điện thoại để trao đổi danh bạ, các tập tin đa phương tiện,

check-in mạng xã hội hoặc truy cập thông tcheck-in nhanh từ smart poster [2]

Ở Việt Nam, các thẻ RFID công nghệ 13.56 Mhz (cùng công nghệ với NFC) đã được ứng dụng làm thẻ giữ

xe trong trường học , siêu thị, công sở, … tuy nhiên, những đặc điểm nổi bật của công nghệ NFC vẫn chưa thực

sự được khai thác ở những ứng dụng như vậy Với mong muốn nắm bắt công nghệ có nhiều tiềm năng này, chúng tôi đã chọn công nghệ NFC làm lĩnh vực nghiên cứu trong đề tài nghiên cứu khoa học này

MÔ HÌNH HỆ THỐNG

Mô hình cơ bản của hệ thống điều khiển bằng NFC bao gồm vi điều khiển, các thiết bị và bộ phận thu nhận tín hiệu NFC Sơ đồ mô hình được miêu tả như trên hình 2 Theo mô hình, người sử dụng dùng thiết bị di động

có tích hợp công nghệ NFC để ra lệnh, lệnh sẽ được anten NFC trên điện thoại phát tín hiệu đến bộ phận thu tín hiệu NFC của hệ thống, một vi điều khiển sẽ nhận thông tin từ bộ phận thu tín hiệu NFC và xử lý thông tin thành những mệnh lệnh để điều khiển thiết bị

Nhờ khoảng cách tác dụng ngắn cỡ 4 -10 cm của NFC nên người dùng có thể biết chính xác là đang điều khiển thiết bị nào Trong trường hợp sử dụng Wifi, sóng Wifi phủ khắp ngôi nhà nên hệ thống không thể biết được người sử dụng đang ở phòng nào, người sử dụng sẽ phải tìm nút bật đèn phòng ngủ Với một ngôi nhà có nhiều thiết bị thì sẽ có hàng chục nút lệnh, việc điều khiển nhầm xảy ra là chuyện đương nhiên Ưu điểm trên giúp cho việc trải nghiệm của người dùng tốt hơn, tất cả những gì người dùng cần làm là chạm thiết bị vào anten NFC, hệ thống sẽ làm mọi việc còn lại

Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM

Dựa vào những đặc tả của mô hình hệ thống ở trên, chúng tôi tiến hành thực hiện hai công việc: thiết lập kết nối NFC giữa thiết bị di động và hệ thống, xử lý thông tin nhận được từ người dùng và điều khiển các thiết

bị

Hình 35 Mô hình hệ thống điều khiển thiết bị dựa trên công nghệ NFC TRIỂN KHAI HỆ THỐNG

Dựa trên mô hình đề xuất, nhóm tác giả sử dụng board mạch Arduino làm vi điều khiển trung tâm của hệ thống, board mạch mở rộng PN532 NFC Shield để tiếp nhận tín hiệu NFC, điện thoại Android và mạch relay 4 kênh để điều khiển các thiết bị

Hình 36 Các thiết bị phần cứng sử dụng để triển khai hệ thống

Về mặt phần mềm, nhóm tác giả tổ chức phần mềm theo từng lớp, lớp trên dưới sẽ là thư viện của lớp trên Việc tổ chức phần mềm này sẽ giúp cho việc tổ chức, quản lý, duy trì và nâng cấp mã nguồn dễ dàng hơn Ngoài

ra, việc tổ chức thành lớp sẽ giúp cho việc chuyển đổi sang vi điều khiển khác dễ dàng hơn, lập trình viên chỉ cần sửa đổi các thư viện lớp dưới dưới cùng Các lớp tổ chức phần mềm được mô tả ở hình 4

Hình 37 Cách tổ chức các khối phần mềm

Nhóm tác giả sử dụng nền tảng Arduino nên các thư viện giao tiếp với các khối ngoại vi được hỗ trợ rất đầy đủ, nhờ vậy mà quá trình phát triển phần mềm được rút ngắn, nhóm tác giả chỉ tập trung vào việc thiết kế ứng dụng

Để vi điều khiển có thể nhận được tín hiệu NFC, như đã trình bày ở những phần mô hình hệ thống, nhóm tác giả phải lập trình để vi điều khiển có thể giao tiếp với module NFC PN532 Việc giao tiếp giữa vi điều khiển

và module PN532 được thực hiện qua giao thức SPI, sự kết nối giữa 2 board được miêu tả như trên hình 5

Hình 5 Sơ đồ kết nối giữa Arduino và shield NFC dùng giao thức SPI

Về mặt truyền dữ liệu, các thiết bị NFC trao đỗi dữ liệu với nhau theo từng gói tin NDEF (NFC Data Exchange Format), từng gói tin NDEF sẽ được chuyển đi bằng giao thức SNEP (Simple NDEF Exchange Protocol) Giao thức SNEP trong tiêu chuẩn kỹ thuật của NFC là giao thức hoạt động theo phương thức yêu cầu

và phản hồi (Request/Response), theo đó, SNEP Client sẽ gửi yêu cầu đến SNEP server và server sẽ gửi lại thông tin trả lời cho SNEP Client

Trong mô hình, SNEP Server chính là hệ thống và SNEP Client là thiết bị android của ngưuời dùng, SNEP server luôn polling để chờ nhận gói tin NDEF từ thiết bị android Nội dung của gói tin SNEP chính là mệnh lệnh

mà người dùng muốnđiều khiểncác thiết bị Khi SNEP server nhận được gói tin SNEP do người dùng chuyển

Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM

Hình 6 Mô hình giao tiếp SNEP

Hình 7 Quá trình chờ nhận gói tin SNEP

Sau khi các module đã hoàn thành, nhóm tác giả thực hiện thiết kế ứng dụng điều khiển cửa cuốn trên thiết

bị Android Ứng dụng trên Android có giao diện điều khiển là các nút lệnh để điểu khiển cửa tự động Khi người dùng nhấn một nút nhấn, giao diện ứng dụng sẽ chuyển đến giao diện giao tiếp NFC, lúc này người dùng cần chạm điện thoại vào anten của hệ thống để hệ thống nhận được gói tin NDEF từ thiết bị android Sau khi nhận được gói tin, hệ thống sẽ thực hiện phân giải và xác thực người dùng, từ đó sẽ điều khiển cửa đóng hoặc mở

Hình 8 Giao diện ứng dụng điều khiển cửa bằng NFC KẾT LUẬN

Sau hơn một năm thực hiện, nhóm tác giả đã lập trình thành công giao tiếp NFC giữa điện thoại Android

và board Arduino thông board mở rộng PN532 NFC shield Ngoài ra, nhóm tác giả đã ứng dụng thành quả nghiên cứu để tạo ra bộ điều khiển cửa cuốn sử dụng công nghệ NFC tương thích với các loại cửa cuốn trên thị trường Chúng tôi đạt được những kết luận sau:

 Thiết kế thành công mô hình hệ thống điều khiển thiết bị bằng công nghệ NFC có tính tiện dụng, tính bảo mật cao và dễ mở rộng

 Triển khai thành công mô hình đã thiết kế lên board mạch Arduino và điện thoại Android bằng việc kế thừa các thư viện NFC của Adafruit industries, Seeed studio và các hàm API của Android

 Thiết kế thành công bộ điều khiển cửa cuốn sử dụng công nghệ NFC có khả năng tương thích với các hệ thống cửa cuốn có trên thị trường Bộ điều khiển mới có những chức năng cơ bản nhất của bộ điều khiển cửa cuốn, ngoài ra, tính bảo mật được nâng cao so với các bộ điều khiển có trên thị trường

APPLICATION OF NEAR FIELD COMMUNICATION IN CONTROLLING EQUIPMENT

Trần Văn Trường, Huỳnh Văn Tuấn

University of Science, VNU-HCM

Email: tranvantruongpnp@gmail.com

ABSTRACT

NFC (Near Field Communication) is a short-range wireless technology using electomagnetic induction to connect two devices In this paper, we built a system based on the Arduino board to control equipment via NFC method Next, we design a NFC-based roller shutter door controller which

is compatible with the door in the market The door controller applied NFC with its merits, the controller also have ability to apply to the real market As the result, we continue developing our research to apply NFC in smarthouse

Keyword: NFC, Arduino, smarthome

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Boxall, J (2013) Arduino Workshop – A Hands-On Introduction with 65 Projects San Francisco, CA,

USA: No Starch Press

[2] Coskun, V., Ok, K., & Ozdenizci, B (2013) Professional NFC Application Development for Android

Chichester, UK: Wiley/Wrox Press

Báo cáo toàn văn Kỷ yếu hội nghị khoa học lần IX Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM

[4] Felker, D., & Dobbs, J (2012) Android application development for dummies.Hoboken, NJ, USA:

Wiley Publishing

[5] Liebenau, J., Elaluf-Calderwood, S., Karrberg, P., & Hosein, G (2011) Near Field Communications;

Privacy, Regulation & Business Models London: LSE/Nokia research collaboration

[6] Lin, J., & Shahnasser, H (2013) NFC Application Interface for Smart Phones and Appliances The

Third International Conference on Digital Information Processing and Communications, (pp 337-340)

Dubai, UAE

[7] Meier, R (2012) Professional Android 4 Application Development Indianapolis, IN, USA:

Wiley/Wrox Press

[8] O'Connor, M C (2008) RFID Is Key to Car Clubs' Success RFID Journal

[9] Simon, M (2014) Programming Arduino next steps : going further with sketches New York:

McGraw-Hill

[10] Walton, C (1983) Patent No US 4384288 A USA