1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Thiết kế và thi công mô hình khóa điện tử có giám sát từ xa sử dụng GSM và RFID

74 83 1

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 74
Dung lượng 2,32 MB

Nội dung

- Thiết kế, tính toán, thi công mạch giao tiếp cảm biến chuyển động với Arduino.. - Thiết kế, tính toán, thi công mạch giao tiếp cảm biến chuyển động với Arduino.. Trong đó có nhà thông

Trang 1

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH o0o

Tp HCM, ngày 05 tháng 07 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Nguyễn Thành Dương MSSV: 14141051

Trần Vỉnh Sơn MSSV: 14141266 Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 141

I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH KHÓA ĐIỆN TỬ CÓ GIÁM SÁT TỪ XA SỬ DỤNG GSM VÀ RFID

II NHIỆM VỤ

1 Các số liệu ban đầu:

- Pham Minh Tuan, ebook :Internet Of Things(IoT): cho người mới bắt đầu,

2017 (https://iotmakervn.github.io/iot-starter-book/)

- Nguyễn Ngọc Lực, “Thiết kế , thi công mô hình hệ thông điều khiển điện và

giám sát nhà” , đồ án tốt nghiệp , trường ĐHSPKT Tp HCM, 2018

- Phạm Hưng Thịnh, “Thiết kế, thi công hệ thống điều khiển và giám sát thiết bị nhà có hỗ trờ Google Assistant”, đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT TpHCM, 2018

- Hướng dẫn sử dụng Module sim900-MLAB

Trang 2

2 Nội dung thực hiện:

- Tìm hiểu Arduino, module sim900, module RFID, cảm biến chuyển động,

phím ma trận 4x4

- Thiết kế, tính toán, thi công mạch giao tiếp module sim với Arduino

- Thiết kế, tính toán, thi công mạch giao tiếp cảm biến chuyển động với

Arduino

- Thiết kế, tính toán, thi công mạch giao tiếp cảm biến chuyển động với

Arduino

- Thiết kế, tính toán, thi công mạch giao tiếp module RFID với Arduino

- Viết chương trình điều khiển mô hình

- Thiết kế nguồn cung cấp cho mô hình

- Chạy thử nghiệm mô hình

- Viết báo cáo

- Báo cáo cáo đề tài tốt nghiệp

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/02/2019

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/07/2019

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Nguyễn Thanh Hải

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – YSINH

Trang 3

Tuần 1 (18/02 - 24/02) Gặp gỡ GVHD và trao đổi về đề tài tốt nghiệp

Tuần 2 (25/02 - 03/03) Tìm hiểu các đề tài nghiên cứu có liên quan

Tuần 3 (04/03 - 10/03) Gặp và báo cáo với GVHD về đề tài sẽ thực hiện

Tìm hiểu về các linh kiện sẽ sử dụng

Tuần 4 (11/03 - 17/03) Tìm hiểu về giao tiếp giữa module Sim với Arduino

Vẽ sơ đồ khối và nội dung từng khối

Tuần 7 (01/04 - 07/04) Tìm hiểu giao tiếp Arduino và phím ma trận

Viết code cho phím ma trận và Arduino

Trang 4

Tuần 8 (08/04 - 14/04)

Báo cáo tiến độ cho GVHD

Viết báo cáo thiết kế khối mở khóa dùng phím ma trận

Tuần 9 (15/04 - 21/04)

Tìm hiểu và giao tiếp giữa RFID và Arduino Hoàn thành giao tiếp phím ma trận và viết code RFID

Viết báo cáo

Tuần 10 (22/04

-28/04)

Báo cáo tiến độ cho GVHD

Gửi tài liệu, hình ảnh, báo cáo tiến độ 50%

Viết code cho RFID , ma trận phím và Arduino

Báo cáo tiến độ với GVHD

Chỉnh sửa báo cáo

Tuần 14,15,16 (20/05

– 09/06)

Kiểm tra và chỉnh sửa toàn mạch

Đi dây, hoàn thành mô hình

Viết nhận xét đánh giá Hoàn thành báo cáo

GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên)

Trang 5

Chúng em xin cam đoan đề tài này do chúng em thực hiện dựa trên tài liệu trước đó và không sao chép tài liệu hay công trình trước đó

Tp HCM, ngày 05 tháng 07 năm 2019

Người thực hiện đề tài

Trần Vỉnh Sơn Nguyễn Thành Dương

Trang 6

Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, chúng em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ từ Thầy/Cô người thân và bạn bè Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc tới Thầy PGS.TS Nguyễn Thanh Hải đã hướng dẫn và góp ý tận tình, cũng như chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu, tạo điều kiện tốt nhất để chúng

em hoàn thành tốt đề tài

Chúng em cũng xin cảm ơn các Thầy, Cô khoa Điện Điện tử đã tạo điều kiện tốt nhất để chúng em hoàn thành tốt đề tài Và xin cảm ơn tất cả bạn bè, người thân

đã ủng hộ và giúp đỡ nhiệt tình cho chúng em

Sau cùng, dù có nhiều cố gắng và sự giúp đỡ của mọi người nhưng do thời gian thực hiện chỉ 15 tuần, kinh nghiệm còn hạn chế nên chúng em không tránh được những thiếu sót Chúng em mong quý Thầy /Cô, người thân, bạn bè cảm thông

và chân thành góp ý để chúng em hoàn thiện tốt đề tài hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Tp HCM, ngày 05 tháng 07 năm 2019

Người thực hiện đề tài

Trần Vỉnh Sơn Nguyễn Thành Dương

Trang 7

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii

LỜI CAM ĐOAN v

LỜI CẢM ƠN vi

MỤC LỤC vii

LIỆT KÊ HÌNH ẢNH ix

LIỆT KÊ BẢNG x

TÓM TẮT xi

Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU 2

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2

1.4 GIỚI HẠN 2

1.5 BỐ CỤC 3

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 GIỚI THIỆU VỀ IOTS (INTERNET OF THINGS) 4

2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 4

2.2.1 Module cảm biến chuyển động PIR HC – SR501 4

2.2.2 Phím ma trận 4x4 6

2.2.3 Module Sim900a 7

2.2.4 Vi điều khiển 8

2.2.5 Công nghệ RFID 9

2.3 GIAO TIẾP I2C 13

2.4 CHUẨN TRUYỀN THÔNG UART 13

2.5 GIAO TIẾP SPI 14

2.6 PHẦN MỀM ARDUINO IDE 15

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 16

3.1 GIỚI THIỆU 16

Trang 8

Chương 4 THI CÔNG MÔ HÌNH 30

4.1 GIỚI THIỆU 30

4.2 THI CÔNG MÔ HÌNH 30

4.2.1 Danh sách linh kiện 30

4.2.2 Lắp ráp mô hình 31

4.3 LẬP TRÌNH CHO MÔ HÌNH 34

4.3.1 Lưu đồ chương trình 34

Chương 5 KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 40

5.1 GIỚI THIỆU 40

5.2 KẾT QUẢ 40

5.1.1 Kết quả đạt được 40

5.1.2 Kết quả thực nghiệm 40

5.3 NHẬN XÉT 45

5.3.1 Ưu điểm 45

5.3.2 Hạn chế 46

5.4 ĐÁNH GIÁ 46

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 47

6.1 KẾT LUẬN 47

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

PHỤ LỤC 49

Trang 9

Hình 2.1 Hình dạng của cảm biến PIR HC-SR501 5

Hình 2.2 Hình ảnh nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR 5

Hình 2.3 Hình ảnh sơ đồ chân của cảm biến PIR 6

Hình 2.4 Hình ảnh sơ đồ kết nối của phím ma trận 4x4 7

Hình 2.5 Hình ảnh phim ma trận 4x4 7

Hình 2.6 Hình ảnh Module SIM900A 7

Hình 2.7 Hình ảnh Arduino Mega 9

Hình 2.8 Hình ảnh Module RFID RC522 10

Hình 2.9 Hình ảnh LCD 16x2 11

Hình 2.10 Mạch chuyển giao tiếp LCD 16x2 13

Hình 2.11 Hình ảnh kết nối giữa Master và Slave 15

Hình 2.12 Logo phần mềm IDE 15

Hình 2.13 Hình ảnh giao diện phần mềm IDE 16

Hình 3.1 Sơ đồ khối của mô hình 17

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý của khối điều khiển arduino 19

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý của khối giám sát 20

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến 20

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý khối báo động 21

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý khối động cơ và nút nhấn 22

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý khối mở khóa 23

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý mạch mở khóa dùng RFID 24

Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý mạch mở khóa dùng ma trận phím 25

Hình 3.10 Sơ đồ nối dây ma trận phím 4x4 25

Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị 26

Hình 3.12 Hình ảnh module hạ áp LM2596 27

Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý mô hình khóa thông minh 28

Hình 4.1 Hình ảnh mạch xử lý trung tâm 31

Hình 4.2 Hình ảnh mạch giám sát module sim 31

Hình 4.4 Hình ảnh mạch báo động 32

Hình 4.5 Hình ảnh mô hình hoàn thiện 33

Hình 4.6 Lưu đồ chương trình tổng quát toàn bộ hoạt động 34

Hình 4.7 Lưu đồ chương trình chính 35

Hình 4.8 Lưu đồ chương trình con thêm thẻ, xóa thẻ và đổi pass 36

Hình 4.9 Lưu đồ chương trình kiểm tra ngắt của nút nhấn và cánh báo PIR 37

Hình 5.1 Hình ảnh màn hình LCD trạng thái chờ quẹt thẻ 41

Hình 5.2 Hình ảnh LCD khi quẹt thẻ sai 41

Trang 10

Hình 5.5 Hình ảnh màn hình LCD ở trạng thái quản lý 43 Hình 5.6 Hình ảnh LCD khi ở chế độ thêm thẻ 43 Hình 5.7 Hình ảnh LCD khi chọn chế độ xóa thẻ 44 Hình 5.8 Hình ảnh LCD yêu cầu nhập mật khẩu cũ khi chọn chế độ đổi mật khẩu 44 Hình 5.9 Hình ảnh tin nhắn cảnh báo khi PIR phát hiện có người lạ xâm nhập 45

LIỆT KÊ BẢNG Bảng 4.1 Danh sách linh kiện sử dụng……… 30

Trang 11

Ngày nay trước sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là thành công của cuộc cách mạng kỹ thuật 4.0 làm cho thế giới của chúng ta ngày càng thay đổi, cuộc sống trở nên văn minh và hiện đại hơn

Cùng với sự phát triển đó thì các tệ nạn xảy ra ngày càng tinh vi và khó diều

tra được Trong đó, tệ nạn trộm cấp cũng là vấn đề đáng lo ngại vì thế,” Thiết kế và

thi công mô hình khóa điện tử có giám sát từ xa sử dụng GSM và RFID” đã đưa

ra một giải pháp thay thế những hệ thống bảo mật truyền thống

Mô hình sử dụng board Arduino Mega 2560 để làm khối điều khiển trung tâm

Sử dụng công nghệ thẻ từ RFID để mở lớp đầu tiên kết hợp phím ma trận 4x4 để mở khóa Giám sát ngôi nhà qua GSM để gửi tin nhắn cảnh báo cho người dùng Mô hình phát hiện chuyển động bằng việc sử dụng cảm biến chuyển động PIR

Trang 12

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học và công nghệ đã làm cho cuộc sống của con người được tốt hơn và hoàn thiện hơn Các thiết bị điều khiển thông minh và tự động cũng được phát triển Trong đó có nhà thông mình với các thiết bị trong nhà hoạt động một cách tự động hoặc bán tự động và việc giám sát điều khiển trở nên thuận lợi, an toàn và an ninh hơn nhờ được điều khiển từ xa.Với

sự xuất hiện và phát triển mạnh mẽ của công nghệ IoT [1], việc quản lý căn nhà càng được cải thiện hơn, các thiết bị được kết nối với nhau thông qua wifi, bluetooth, mạng viễn thông và được điều khiển bởi người dùng trên các thiết bị như smart phone, máy tính bảng ở bất kỳ đâu

Hiện nay có rất nhiều đề tài nghiên cứu về nhà thông minh như đồ án tốt nghiệp của Nguyễn Ngọc Lực về đề tài “Thiết kế, thi công mô hình hệ thông điều khiển điện và giám sát nhà” dùng board Arduino Mega 2560 làm bộ điều khiển trung tâm kết hợp module ESP8266 Node MCU và module sim900A thông qua App Android và Web server để điều khiển và giám sát các thiết bị trong nhà như đo nhiệt

độ, độ ẩm, báo động rò rỉ khí ga, khi có người đột nhập thì báo động và gửi tin nhắn đến người sử dụng, hệ thống còn nhận biết khi mất điện thì tự động chuyển sang nguồn dự phòng (acquy) và gửi tin nhắn cho người sử dụng [2] Tác giả Phạm Hưng Thịnh với đề tài “ Thiết kế, thi công hệ thống điều khiển và giám sát thiết bị nhà có

hỗ trờ Google Assistant” Hệ thống này sử dụng board Arduino, module wifi ESP8266 Node MCU, cảm biến nhiệt độ, khí gas, chuyển động Người dùng có thể giám sát bằng smartphone hệ đều hành android truy cập Web bất kỳ nơi nào có wifi hoặc internet Có thể giám sát hệ thống từ xa, hiển thị nhiệt độ, báo động khi rò rỉ khí gas hoặc có trộm đột nhập [3]

Bên cạnh sự phát triển của đời sống con người thì các tệ nạn xã hội xảy ra ngày càng nhiều với hình thức ngày càng tinh vi hơn, trong đó có nạn trộm cắp tài sản Các biện pháp bảo bệ truyền thống không thể đáp ứng yêu cầu bảo vệ an toàn cho tài

Trang 13

sản Vì thế, yêu cầu có một thiết bị thông minh hơn giúp bảo vệ tài sản được an toàn hơn

Từ các thực tiễn trên, nhóm em quyết định lựa chọn đề tài “Thiết kế và thi

công mô hình khóa điện tử có giám sát từ xa sử dụng GSM và RFID” để góp

phần hạn chế tối đa mất mát tài sản Hệ thống sử dụng bộ điều khiển trung tâm là board Arduino giao tiếp với module sim900A [4], phím ma trận 4x4 [5], cảm biến

chuyển động HC-SR501 [6], module RFID RC522 [7]

1.2 MỤC TIÊU

Thiết kế và thi công mô hình điều khiển và giám sát khóa chống trộm thông minh Có thể giám sát từ xa qua mạng viễn thông (tin nhắn) và điều khiển trực tiếp

từ ma trận phím 4x4, thẻ RFID

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Tìm hiểu Arduino, module sim900, module RFID, cảm biến chuyển động,

phím ma trận 4x4

- Thiết kế, tính toán, thi công mạch giao tiếp module sim với Arduino

- Thiết kế, tính toán, thi công mạch giao tiếp cảm biến chuyển động với

Arduino

- Thiết kế, tính toán, thi công mạch giao tiếp cảm biến chuyển động với

Arduino

- Thiết kế, tính toán, thi công mạch giao tiếp module RFID với Arduino

- Viết chương trình điều khiển mô hình

- Thiết kế nguồn cung cấp cho mô hình

- Chạy thử nghiệm mô hình

- Viết báo cáo

- Báo cáo cáo đề tài tốt nghiệp

1.4 GIỚI HẠN

- Mô hình không áp dụng cho nhà ở thực tế

Trang 14

- Mô hình sử dụng mạng viễn thông (SMS) để giám sát Trên thực tế thì có thể

sử dụng nhiều loại sóng để giám sát như: bluetooth, wifi

- Mô hình dùng cảm biến chuyển động HC-SR501, khoảng cách phát hiện tối đa 5m

- Dùng chuông buzzer cảnh báo khi có người đột nhập

1.5 BỐ CỤC

Chương 1: Tổng quan

Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương này trình bày khái quát về công nghệ IOT, giới thiệu các module, linh kiện sử dụng cho thiết kế mô hình (Arduino, module RFID, module Sim900, cảm biến chuyển động PIR, ma trận phím), kiến thức cơ bản và các phần mềm liên quan

để hỗ trợ cho lập trình điều khiển mô hình

Chương 3: Tính toán và thiết kế

Đưa ra sơ đồ khối, tính toán và thiết kế khối nguồn, khối điều khiển trung tâm, khối cảm biến, khối báo động, khối động cơ và nút nhấn, khối mở khóa, khối giám sát, khối hiển thị

Chương 4: Thi công hệ thống

Thiết kế lưu đồ giải thuật, viết chương trình, thi công mô hình

Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá

Đưa ra kết quả, hình ảnh mô hình, nhận xét ưu - nhược điểm và đánh giá về

mô hình

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Đưa ra Kết luận đề tài sau thời gian thực hiện, và hướng phát triển của mô hình

Trang 15

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 GIỚI THIỆU VỀ IOTS (INTERNET OF THINGS)

Internet of Things (IoTs) là mạng lưới mọi thứ đều được kết nối với Internet hay là các thiết bị kết nối với nhau trong một mạng Internet duy nhất Trong đó, các thiết bị, đồ vật có khả năng kết nối, thu thập, trao đổi thông tin, dữ liệu với nhau qua mạng bằng smartphone, máy tính bảng, máy tính nhờ được nhúng với các vi mạch điện tử, cảm biến, phần mềm Ứng dụng của IoTs rất đa dạng, trong nhiều lĩnh vực khác nhau:

- Trong đời sống: Giám sát thông minh, nhà thông minh, vận chuyển tự động, quản lý điện năng, cung cấp nước, bảo vệ thông minh, quản lý môi trường

- Trong y tế: Theo dõi sức khỏe như nhịp tim, huyết áp, phát hiện các tế bào ung thư, chế tạo các bộ phận nhân tạo trong cơ thể

- Trong công nghiệp: Giám sát sản xuất bằng các cảm biến và dây chuyền tự động, thu thập dự liệu của máy móc quản lý, điều khiển qua web hay ứng dụng điện thoại

2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG

2.2.1 Module cảm biến chuyển động PIR HC – SR501

Cảm biến chuyển động HC-SR501 là cảm biến có khả năng nhận biết được một vật di chuyển thông qua các tia hồng ngoại phát ra từ vật thể trong vùng mà cảm biến hoạt động Module cảm biến có thể điều chỉnh được độ nhạy nhờ 2 biến trở là

Sx biến trở điều chỉnh độ nhạy của cảm biến, Tx biến trở điều chỉnh thời gian đóng của cảm biến, giúp cho cảm biến hoạt động phù hợp với những yêu cầu của người dùng

Trang 16

Hình 2.1 Hình dạng của cảm biến PIR HC-SR501

Hình 2.2 Hình ảnh nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR

Các cảm biến PIR luôn có 2 sensor như hình 2.2 Chắn trước mắt sensor là

một lăng kính (thường làm bằng plastic), chế tạo theo kiểu lăng kính fresnel Lăng kính fresnel này có tác dụng chặn lại và phân thành nhiều vùng (zone) cho phép tia hồng ngoại đi vào mắt sensor 2 đơn vị của mắt sensor có tác dụng phân thành 2 điện cực Một cái là điện cực dương (+) và cái kia là âm (-) Khi 2 đơn vị này được tuần tự kích hoạt (cái này xong rồi mới đến cái kia) thì sẽ sinh ra một xung điện, xung điện này kích hoạt sensor

Trang 17

Hình 2.3 Hình ảnh sơ đồ chân của cảm biến PIR

Trang 18

Hình 2.4 Hình ảnh sơ đồ kết nối của phím ma trận 4x4

Hình 2.5 Hình ảnh phim ma trận 4x4

2.2.3 Module Sim900a

SIM900A là module được thiết kế dưới dạng module chipset, nhỏ gọn, giá thành thấp, hoạt động ổn định Module SIM900A có các tính năng cơ bản của chiếc điện thoại như gọi, nhắn tin, truy cập GPRS

Hình 2.6 Hình ảnh Module SIM900A

Điện áp hoạt động 4.5 – 5V , dòng kích tối thiểu 1A

Giao diện: TTL

Trang 19

Chức năng các chân:

- VCC: Chân cấp nguồn (3-5VDC)

- DTR: Chân đầu cuối dữ liệu

- TX: Chân truyền dữ liệu trong điều khiển UART

- RX: Chân nhận dữ liệu trong điều khiển UART

- Speaker: Chân xuất dữ liệu âm thanh

- Microphone: Chân kết nối với mic

- Chân Reset: Reset module sim

- Chân GND: Chân nối mass

2.2.4 Vi điều khiển

2.2.4.1 Giới thiệu về Arduino

Arduino là một board mạch vi xử lý dùng để lập trình xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Ưu điểm của Arduino

là ngôn ngữ cực kì dễ học (giống C/C++), các ngoại vi trên bo mạch đều đã được chuẩn hóa, nên không cần biết nhiều về điện tử chúng ta cũng có thể lập trình được

Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit Những Model hiện tại được trang bị gồm

1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau

2.2.4.2 Arduino Mega

Trang 20

Hình 2.7 Hình ảnh Arduino Mega

Thông số kỹ thuật:

- Chip xử lý: ATmega2560

- Điện áp hoạt động: 5V

- Điện áp đầu vào (giới hạn): 6-20V

- Điện áp đầu vào (khuyến khích): 7-12V

- Số chân Digital I/O: 54(với 15 chân PWM)

- Số chân Analog (input) : 16

- Dòng sử dụng I/O Pin : 20mA

2.2.5.1 Giới thiệu về RFID

Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến Công nghệ này cho phép nhận biết các đối tượng thông qua hệ thống thu phát sóng radio, từ đó có thể giám sát, quản lý từng đối tượng

Trang 21

Một thiết bị hay một hệ thống RFID được cấu tạo bởi hai thành phần chính là thiết bị đọc (reader) và thiết bị phát mã RFID có gắn chip Thiết bị đọc được gắn anten để thu- phát sóng điện từ, thiết bị phát mã RFID được gắn với vật cần nhận dạng, mỗi thiết bị RFID chứa một mã số nhất định và không trùng lặp nhau.

Trang 22

nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ

- Chân 1: (Vss) Chân nối đất cho LCD

- Chân 2: VDD Là chân cấp nguồn cho LCD

- Chân 3: VEE là chân điều chỉnh độ tương phản của LCD

- Chân 4: RS Là chân chọn thanh ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi

Trang 23

+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ ghi) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ đọc)

+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD

- Chân 5: R/W là chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD

+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp

- Chân 7 - 14: DB0 - DB7 - Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này:

+ Chế độ 8 bit: Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7 + Chế độ 4 bit: Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7

- Chân 15: Nguồn dương cho đèn nền

- Chân 16: GND cho đèn nền

Trang 24

2.3 GIAO TIẾP I2C

Hình 2.10 Mạch chuyển giao tiếp LCD 16x2

Bằng việc sử dụng giao tiếp I2C, việc điều khiển trực tiếp màn hình được chuyển sang cho IC xử lý nằm trên mạch Chỉ cần việc gửi mã lệnh cùng nội dung hiển thị, do vậy giúp vi điều khiển có nhiều thời gian xử lý các tiến trình phức tạp khác

Ưu điểm của việc sử dụng giao tiếp I2C

- Giao tiếp I2C chỉ sử dụng duy nhất 2 dây tín hiệu: SDA và SCL giúp tiết kiệm chân trên vi điều khiển

- Tốc độ truyền dữ liệu lên đến 400Kbps

- Dữ liệu truyền nhận đảm bảo tính toàn vẹn vì sử dụng cơ chế phản hồi (ACK) trên mỗi byte dữ liệu

- Có khả năng kết nối nhiều thiết bị với nhau: trên mạch có sẵn các mối hàn

A0, A1, A2 để thay đổi địa chỉ của module

- Địa chỉ mặc định: 0x27, có thể mắc vào I2C bus tối đa 8 module

2.4 CHUẨN TRUYỀN THÔNG UART

UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) là kiểu truyền nhận nối tiếp không đồng bộ UART không hẵn là một chuẩn truyền nhận, nó chỉ được coi như là một phần cứng Để tạo thành một chuẩn giao tiếp cần sử dụng với bộ chuyển đổi mức điện áp để tạo thành một chuẩn giao tiếp, UART thường dùng mức logic

Trang 25

5V – 0V UART được dùng trong máy tính công nghiệp, truyền thông, vi điều khiển, hay một số các thiết bị truyền tin khác

Một số thông số:

- Baud rate (tốc độ Baud): Khi truyền nhận không đồng bộ để hai module hiểu được nhau thì cần quy định một khoảng thời gian cho 1 bit truyền nhận, nghĩa là trước khi truyền thì tốc độ phải được cài đặt đầu tiên Theo định nghĩa thì tốc độ baud là số bit truyền trong một giây

- Frame (khung truyền): Do kiểu truyền thông nối tiếp này rất dễ mất dữ liệu nên ngoài tốc độ, khung truyền cũng được cài đặt từ ban đầu để tránh bớt sự mất mát

dữ liệu này Khung truyền quy định số bit trong mỗi lần truyền, các bit báo như Start, Stop, các bit kiểm tra như parity và số bit trong một data

- Bit Start : Là bit bắt đầu trong khung truyền bit này nhằm mục đích báo cho thiết bị nhận biết quá trình truyền bắt đầu Trên AVR bit Start có trọng thái là 0

- Data: Dữ liệu cần truyền Data không nhất thiết phải 8 bit Có thể là 5, 6, 7, 8,

9 Trong UART bit LSB được truyền đi trước, bit MSB được truyền đi sau Parity bit: Là bit kiểm tra dữ liệu đúng không Có 2 loại parity: chẵn (even parity), lẻ (old parity) Parity chẵn là bit parity thêm vào để số 1 trong data + parity = chẵn Parity

lẻ là bit parity thêm vào để số số 1 trong data + parity = lẻ Bit Parity là không bắt buộc nên có thể dùng hoặc không

- Stop: Là bit báo cáo kết thúc khung truyền, thường là mức 5V và có thể có 1 hoặc 2 Stop

2.5 GIAO TIẾP SPI

Giao tiếp ngoại vi nối tiếp hoặc SPI (Serial Peripheral Interface) là chuẩn đồng

bộ truyền nối tiếp song công (Full-duplex) cung cấp một giao diện đơn giản với chi phí thấp giữa vi điều kiển và các ngoại vi Giao tiếp SPI thường sử dụng giao tiếp EEPROM, RTC, ADC, DAC, LCD, RFID, các cảm biến như nhiệt độ áp suất

Bus của SPI gồm 4 tín hiệu hoặc chân:

Trang 26

- Master – out/Slave- in(MOSI): Truyền dữ liệu từ thiết bị Chủ (Master) đến thiết bị Tớ (Slave)

- Master – in/Slave – out (MISO): Truyền dữ liệu từ thiết bị Tớ (Slave) sang thiết bị chủ(Master)

- Serial Clock (SCK): Xung giữ nhịp giao tiếp SPI

- Chip Select (CS) hay Slave Select(SS): Chọn Chip

Một Master có thể kết nối với nhiều Slave nhưng tại một thời điểm chỉ có duy nhất một Slave hoạt động (truyền nhận dữ liệu)

Hình 2.11 Hình ảnh kết nối giữa Master và Slave

Ứng dụng của SPI: Giao thức SPI thường được tích hợp trong một số thiết bị như :

-Bộ chuyển ADC, DAC

-Các bộ nhớ EEPROM, SD card, Flash

-Các loại cảm biến như nhiệt độ, áp suất

2.6 PHẦN MỀM ARDUINO IDE

Để lập trình được cho các board Arduino, cần phải có một công cụ gọi là Intergrated Development Environment (IDE)

Hình 2.12 Logo phần mềm IDE

Trang 27

Hình 2.13 Hình ảnh giao diện phần mềm IDE

Chương trình Arduino được viết bằng C hoặc C++ Arduino IDE đi kèm với một thư viện phần mềm được gọi là "Wiring" Người sử dụng chỉ cần định nghĩa hai hàm để thực hiện một chương trình:

- Setup() : hàm chạy một lần duy nhất vào lúc bắt đầu của một chương trình dùng để khởi tạo các thiết lập

- Loop() : hàm được gọi lặp lại liên tục cho đến khi bo mạch được tắt đi

Arduino IDE được phát triển và có thể chạy trên Windows, MAC OS X và Linux

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH

Trang 28

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối mô hình

Khối nguồn

Khối điều khiển trung tâm

Khối động cơ Khối cảm biến

Khối mở khóa

Khối giám sát

Khối báo động

Khối hiển thị Khối nút nhấn

Hình 3.1 Sơ đồ khối của mô hình

Chức năng từng khối:

Khối điều khiển trung tâm( Arduino)

- Đọc và xử lý tín hiệu từ cảm biến chuyển động

- Giao tiếp với module Sim900 để giám sát, việc đóng mở khóa

- Giao tiếp LCD để hiển thị thông tin

- Nhận tín hiệu từ phím ma trận để mở khóa

- Kích hoạt buzzer báo động

Khối giám sát (GSM – Global System for Mobile communications)

Module Sim900 có chức năng gửi tin nhắn đến số được cài đặt để cập nhật

trạng thái hiện tại của khóa

Khối cảm biến

Trang 29

Sử dụng cảm biến chuyển động PIR HC-SR501 Arduino nhận tín hiệu từ cảm biến và tiến hành xử lý

Khối báo động

Sử dụng còi báo động và đèn tín hiệu Khi có tín hiệu từ cảm biến arduino kích hoạt còi và đèn để báo động

Khối động cơ và nút nhấn

Sử dụng động cơ servo để khóa và mở khóa Arduino trực tiếp điều khiển động

cơ khi có tín hiệu từ phím ma trận và module sim Có 1 nút nhấn khóa và mở cửa bên trong

3.2.2 Thiết kế chi tiết

3.2.2.1 Khối điều khiển trung tâm (Arduino)

Khối điều khiển trung tâm sử dụng board arduino mega 2560 để điều khiển, board có 54 chân digital I/O, 16 chân Analog, 4 cặp UART (Rx,Tx), thạch anh dao động 16Mhz, 1 nút Reset Cấp nguồn 5VDC cho Arduino bằng Adapter vào Vin và

chân GND Sơ đồ nguyên lý kết nối của khối điều khiển trung tâm như hình 3.2:

- Module sim900A: Tx và Rx của Module sim900A kết nối với chân 17 và 16 (UART 2 – RX, TX) của Arduino Mega 2560

- Module cảm biến chuyển động PIR: chân OUT của cảm biến nối với chân 2 của Arduino

- Nút nhấn khóa – mở cửa: nối với chân 18 của Arduino

Trang 30

- Chuông báo động Buzzer nối với chân A12 của arduino

- Đèn led báo động nối với chân A13 của Arduino

- Module hiển thị LCD I2C chân SCL, SDA nối với chân SCL, SDA của Arduino

- Động cơ Servo để khóa - mở cửa nối với chân 3 của Arduino

- Module RFID : SDA, SCK, MOSI, MISO lần lượt nối với chân 53, 52, 51, 50 của Arduino

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý của khối điều khiển arduino

3.2.2.2 Khối giám sát

Khối giám sát dùng module sim900A với mục đích là giám sát và cảnh báo thông qua việc gửi tin nhắn và gọi điện Chân cấp nguồn Vcc của Module được cấp trực tiếp nguồn 5VDC từ khối nguồn Chân Tx và Rx của Module lần lượt nối với chân 17 và 16 của Arduino

Sơ đồ nối dây của module sim900A với Arduino như hình 3.3 sau:

Trang 31

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý của khối giám sát

3.2.2.3 Khối cảm biến

Khối cảm biến dùng cảm biến chuyển động PIR (Passive infrared sensor) SR501 để phát hiện vật thể chuyển động phát ra bức xạ hồng ngoại (con người, động vật, vật tỏa nhiệt), cảm biến điều chỉnh được độ nhạy cũng như khoảng cách phát hiện vật chân PIR của cảm biến kết nối với chân 2 của Arduino Sơ đồ nguyên lý

HC-của cảm biến PIR với Arduino như hình 3.4:

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến

Trang 32

3.2.2.4 Khối báo động

Khối báo động dùng chuông Buzzer và đèn led để báo hiệu khi có tín hiệu từ cảm biến PIR Chuông buzzer kết nối với chân A12 và đèn led kết nối với chân A13

của Arduino Sơ đồ nguyên lý của khối báo động như hình 3.5:

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý khối báo động

Do các tín hiệu cảnh báo

Nguồn ra từ chân Arduino: 5V

Dòng ra định mức led đỏ: 10mA – 15mA

R = =

= 330Ω - 500Ω Chọn trở hạn dòng cho led đỏ là 330Ω

Dòng với trở 330Ω là

I = = 15mA

=> Led vẫn sáng bình thường

3.2.2.5 Khối động cơ và nút nhấn

Khối động cơ và nút nhấn là khối dùng để khóa (chốt) cửa:

- Khối động cơ: sử dụng 1 động cơ servo SG90 để mô phỏng khóa (chốt) cửa tự động khi có tín hiệu khóa từ khối điều khiển trung tâm Arduino Mega 2560 Động

Trang 33

cơ được kết nối với chân số 3 của Arduino làm chân điều khiển, nhận nguồn nuôi 5V từ ngoài

- Khối nút nhấn: sử dụng 1 nút nhấn button đặt ở bên trong nhà để điều khiển khóa/mở chốt cửa khi đang ở bên trong nhà Nút nhấn có thêm 1 điện trở để chống dội và được kết nối với chân 18 của Arduino 1Sơ đồ nguyên lý khối động cơ và nút

nhấn như hình 3.6:

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý khối động cơ và nút nhấn

3.2.2.6 Khối mở khóa

Khối mở khóa gồm 2 phần thực hiện tuần tự với nhau: mở khóa bằng thẻ từ

RFID rồi mới mở bằng phím ma trận 4x4 Sơ đồ nguyên lý khối mở khóa như hình 3.7:

Trang 34

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý khối mở khóa

- Mở khóa bằng thẻ từ RFID: sử dụng module RFID-RC522 để làm bộ phận mở khóa đầu tiên Các chân SDA, SCK, MOSI, MISO lần lượt kết nối với các chân 53,

52, 51, 50 của Arduino Module nhận nguồn nuôi 3.3V từ nguồn 3.3V của

arduino.Sơ đồ nguyên lý mạch mở khóa dùng RFID như hình 3.8:

Trang 35

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý mạch mở khóa dùng RFID

- Mở khóa dùng phím ma trận 4x4: Sử dụng phím ma trận gồm 16 nút nhấn, có chức năng nhập mật khẩu để điều khiển mở khóa cửa sau khi mở lớp đầu tiên bằng RFID Ma trận phím có 8 chân (C1, C2, C3, C4, R1, R2, R3, R4) lần lượt kết nối với chân 12 đến 5 của Arduino Sơ đồ nguyên lý mạch mở khóa dùng ma trận phím 4x4

như hình 3.9 sau:

Trang 36

Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý mạch mở khóa dùng ma trận phím

Hình 3.10 Sơ đồ nối dây ma trận phím 4x4

3.2.2.7 Khối hiển thị

Khối sử dụng LCD để hiển thị các thông tin, thông báo, mật khẩu dưới dạng ẩn (*) LCD kết hợp module I2C thông qua chuẩn giao tiếp I2C rút ngắn được số chân còn 2 chân SDA, SCL Hai chân SDA và SCL kết nối với chân SDA và SCL của

Arduino Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị như hình 3.11:

Trang 37

Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị

3.2.2.8 Khối nguồn

Khối nguồn sử dụng adapter cung cấp nguồn nuôi mạch hoạt động

Tính toán dòng của mô hình:

- Dòng tiêu thụ của cảm biến chuyển động PIR ở 5V là : ≤ 50 uA

- Dòng tiêu thụ của module Sim900A ở 5V là : 200mA, dòng kích tối thiểu 1A

- Dòng tiêu thụ của module RFID ở 3.3V là : 26mA

- Dòng tiêu thụ của Arduino Mega 2560 ở 9V là: 300mA

Board Arduino Mega2560 cấp dòng tổng tại chân 5V là 500mA, 3.3V xấp xỉ 50mA

- Dòng tiêu thụ của chuông buzzer ở 5V là : <25mA

- Dòng tiêu thụ của led đỏ báo động ở 5V là 15mA

 Buzzer và led kết nối trực tiếp với Arduino nên dòng tiêu thụ tính trên board:

= 25 + 15 = 40(mA)

Ngày đăng: 23/03/2020, 16:02

Nguồn tham khảo

Tài liệu tham khảo Loại Chi tiết
[1] Pham Minh Tuan, ebook :Internet Of Things(IoT): cho người mới bắt đầu, 2017 (https://iotmakervn.github.io/iot-starter-book/) Sách, tạp chí
Tiêu đề: Internet Of Things(IoT): cho người mới bắt đầu
[2]Nguyễn Ngọc Lực, “Thiết kế , thi công mô hình hệ thông điều khiển điện và giám sát nhà” , đồ án tốt nghiệp , trường ĐHSPKT Tp HCM, 2018 Sách, tạp chí
Tiêu đề: “Thiết kế , thi công mô hình hệ thông điều khiển điện và giám sát nhà”
[3] Phạm Hưng Thịnh, “Thiết kế, thi công hệ thống điều khiển và giám sát thiết bị nhà có hỗ trờ Google Assistant”, đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT TpHCM, 2018 Sách, tạp chí
Tiêu đề: “Thiết kế, thi công hệ thống điều khiển và giám sát thiết bị nhà có hỗ trờ Google Assistant”
[5]Nguyen Dinh Phu, Truong Ngoc Anh, giáo trình vi xử lý , Xuất bản ĐH Quốc Gia, Tp.HCM, 2013 Sách, tạp chí
Tiêu đề: giáo trình vi xử lý
[4]Hướng dẫn sử dụng Module sim900-MLAB (http://mlab.vn/huong-dan-su-dung-module-sim900.html) Link
[6] Hướng dẫn sử dụng Module cảm biến chuyển động HC - SR501-MLAB (http://mlab.vn/18496-huong-dan-su-dung-module-cam-bien-chuyen-dong-hc-sr501.html) Link
[7] Lập trình và sử dụng module đọc thẻ RFID-RC522 – Arduino.vn (http://arduino.vn/bai-viet/833-lap-trinh-va-su-dung-modul-doc-rfid-rc522) Link

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w