THIẾT KẾ MÔ HÌNH CỬA THÔNG MINH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RFID

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP .*** ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hà Nội – 6/2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP .*** ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ MƠ HÌNH CỬA THƠNG MINH ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ RFID Trưởng môn : PGS.TS Trần Trọng Minh Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Quang Địch Sinh viên thực : Nguyễn Xuân Cường-20146110 Lớp : CN - ĐK&TĐH - K59 Giáo viên duyệt : Hà Nội – 6/2018 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp: Thiết kế cửa thông minh ứng dụng công nghệ RFID em tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Quang Địch Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án em sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép em xin chịu hồn tồn trách nhiệm Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2018 Sinh viên thực Nguyễn Xuân Cường MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ .i DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU ii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iii LỜI NÓI ĐẦU Chương GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.Tính cấp thiết đề tài .2 1.2.Mục tiêu đề tài .2 1.3 Sơ lược hệ thống nhận dạng tự động .3 1.3.1 Hệ thống mã vạch (Barcode System) 1.3.2 Nhận dạng công nghệ sinh trắc học (Biomatric) .3 1.3.3 Nhận dạng ký tự quang học (Optical Character Recognition) 1.3.4.Thẻ thông minh (Smart Card) .5 1.3.5.Hệ thống RFID (Radio Frequency Identification Detection) Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.Giới thiệu sơ lược công nghệ RFID 2.2.Cấu trúc hệ thống RFID .8 2.2.1.RFID Tag(thẻ RFID) 2.2.2 Reader (đầu đọc RFID) 13 2.2.3 Máy chủ(Computer Sever) .17 2.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống RFID 17 2.4 Ưu nhược điểm công nghệ RFID 17 2.4.1 Ưu điểm 17 2.4.2 Nhược điểm .18 2.5 Ứng dụng công nghệ RFID thực tế 18 Chương 20 TÌM HIỂU THIẾT KẾ MƠ HÌNH 20 3.1 Phân tích tốn 20 3.1.1 Mục đích việc nghiên cứu thiết kế mơ hình .20 3.1.2 Các u cầu mơ hình 20 3.1.3.Nguyên lý hoạt động hệ thống cửa .20 3.2 Các thành phần module sử dụng BOARD mạch điều khiển 21 3.2.1 IC ATmega 328 21 3.2.2 Khối hiển thị LCD 20x4 24 3.2.3 Module giao tiếp I2C(Inter-Intergrated Circuit) .25 3.2.5 Động điện chiều 28 3.2.6 Module mở rộng PCF8574 .31 3.2.7 Bàn phím ma trận 4x4 32 3.2.8 Cơng tắc hành trình 33 3.2.9 Module thu hồng ngoại 34 3.2.10 Khối nguồn 35 3.2.11 Khóa điện .36 3.2.12 Còi chip 38 Chương 40 XÂY DỰNG MƠ HÌNH 40 4.1 Thiết kế phần cứng 40 4.1.1 Sơ đồ mạch nguyên lý 40 4.1.2 Sơ đồ mạch in 40 4.2.Thiết kế phần mềm 41 4.2.1.Phầm mềm mô mạch 41 4.2.2.Phần mềm lập trình 41 4.2.3.Lưu đồ thuật toán 42 4.3.Một số hình ảnh sản phẩm .43 4.4.Các kết đạt .44 KẾT LUẬN 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO .46 PHỤ LỤC 47 Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Barcode Hình 1.2 Nhận dạng sinh trắc học dấu vân tay .4 Hình 1.3.Nhận dạng biển số xe Hình 1.4.Các loại thẻ thơng minh .6 Hinh 2.1 Các thành phần hệ thống RFID Hinh 2.2.Cấu tạo thẻ RFID .10 Hinh 2.3.Các loại thẻ RFID 11 Hinh 2.4.Đầu đọc RFID 13 Hinh 2.5.Các thành phần Reader điển hình 15 Hinh 2.6.Ứng dụng công nghệ RFID .19 Hình 3.1.Sơ đồ chân IC ATmega 328 22 Hình 3.2.Màn hình LCD 20x4 24 Hình 3.3.Bus I2C thiết bị ngoại vi .25 Hình 3.4.Truyền nhận liệu chủ/tớ 26 Hình 3.5.Module I2C 27 Hình 3.6.Sơ đồ chân module RFID RC522 27 Hình 3.7.Sơ đồ chân L298 .29 Hình 3.8.Mạch nguyên lý module điều khiển động DC 30 Hình 3.9 Động giảm tốc 31 Hình 3.10.Sơ đồ chân PCF8574 .31 Hình 3.11.Mạch nguyên lý module mở rộng mở rộng I/O PCF8574 .32 Hình 3.12.Sơ đồ nguyên lý module bàn phím 4x4 32 Hình 3.13.Cơng tắc hành trình nút nhấn dạng lăn 33 Hình 3.14.Mạch ngun lý cơng tắc hành trình 34 Hình 3.15.Mạch nguyên lý thu hồng ngoại 34 i Danh mục hình vẽ Hình 3.16.Mạch nguồn 5V .36 Hình 3.17.Mạch nguồn 12V 36 Hình 3.18.Mạch nguồn 3V3 36 Hình 3.19.Khóa điện 12VDC 37 Hình 3.20.Mạch ngun lý khóa điện 38 Hình 3.21.Cịi chip 39 i Danh mục bảng số liệu DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 2.1.Tần số hoạt động khoảng đọc thẻ RFID .11 Bảng 3.1.Một số thông số IC ATmega 328 23 Bảng 3.2.Sơ đồ chân LCD 20x4 .24 ii Danh mục từ viết tắt DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT RFID Radio Frequency Identification Detection Nhận dạng tần số sóng vơ tuyến OCR Optical Character Recognition Nhận dạng ký tự quang học LCD Liquid crystal display Màn hình hiển thị I2C Inter-Intergrated Circuit Chuẩn giao tiếp nối tiếp dây DC Direct Current Điện chiều AC Alternating Current Điện xoay chiều AIDC Automatic Identification and Data Capture Tự động nhận dang thu thập liệu SNMP Simple Network Management Protocol Giao thức quản lý mạng đơn giản ADC Analog-to-digital converter Mạch biến đổi tương tự số SPI Serial Peripheral Interface Giao diện ngoại vi nối tiếp USART Universal Synchronous & Asynchronous Bộ truyền nhận nối tiếp đồng serial Reveiver and Transmitter không đồng iii Danh mục từ viết tắt iii Chương 4:XÂY DỰNG MƠ HÌNH 4.3.Một số hình ảnh sản phẩm HÌnh 4.4.Board mạch điều khiển HÌnh 4.5.Mơ hình cửa hồn thiện 42 Chương 4:XÂY DỰNG MƠ HÌNH 4.4.Các kết đạt  Học hỏi thực hành nhiều hơn,ý thức tự giác nghiên cứu tìm hiểu tài liệu  Ứng dụng kiến thức học, kỹ vào thực tế  Hoàn thành nhiệm vụ,yêu cầu giao  Rút kinh nghiệm, học cho thân 43 Kết luận KẾT LUẬN Đồ án giúp mang lại rõ nét nhìn cơng nghệ cửa đóng mở tự động, giúp hiểu rõ cấu tạo bên trong, thiết bị, linh kiện cấu thành, nguyên lý hoạt động cửa đóng mở tự động Nó khơng dừng việc xây dựng lý thuyết tìm hiểu cơng nghệ cửa đóng mở tự động mà cịn thiết kế mơ hình có khả hoạt động cửa thật với thiết kế mở, người dùng viết chương trình điều khiển, ghép nối phần mơ hình,giữa mơ hình với mơ-đun Tuy nhiên, đồ án “Thiết kế mơ hình cửa thơng minh ứng dụng công nghệ RFID” không sâu vào việc chế tạo cửa thật nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót Hơn mơ hình dừng lại việc tìm hiểu thiết kế lý thuyết chưa thể hiểu hết sai sót trình chế tạo Được hướng dẫn chia sẻ thầy giáo giúp cho em có nhìn sâu sắc từ bước đến nội dung phức tạp để hồn thành tốt đồ án, từ rút kinh nghiệm cho thân để áp dụng vào thực tế Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2018 Sinh viên thực Nguyễn Xuân Cường 44 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đỗ Xuân Thụ, Kỹ thuật điện tử, Nhà xuất giáo dục, 2005 [2] Phan Đức Phơ, Nguyễn Đức Chiến, Giáo trình cảm biến, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2000 [3] Nguyễn Trinh Đường, Lê Hải Sâm, Lương Ngọc Hải, Nguyễn Quốc Cường, Điện tử tương tự, Nhà xuất giáo dục, 2008 [4] http://congngherfid.blogspot.com/ [5] http://arduino.vn/ [6] http://ungdungarduino.com/ 45 Phụ lục PHỤ LỤC  Chương trình code điều khiển cửa /* * MOSI: Pin 11 / ICSP-4 * MISO: Pin 12 / ICSP-1 * SCK: Pin 13 / ISCP-3 * SS: Pin 10 * RST: Pin */ #include #include #include #include #include #include #define SEN // Đầu tín hiệu led thu hồng ngoại #define K // Đầu tín hiệu điều khiển khóa điện #define A // Đầu tín hiệu điều khiển còi chip #define IN1 // Đầu nối với ICL298 điều khiển động #define IN2 // Đầu nối với ICL298 điều khiển động #define SW1 // Đầu vào tín hiệu từ cơng tắc hành trình #define SW2 // Đầu vào tín hiệu từ cơng tắc hành trình #define RST_PIN // Chân kết nối với module RFID #define SS_PIN 10 // Chân kết nối với module RFID 46 Phụ lục RFID rfid(SS_PIN, RST_PIN); // Khai báo kết nối RFID với vi điều khiển unsigned char read_card[5]; // Mảng đọc mã card unsigned char card[5] = {243, 142, 183, 39, 237}; // Mã card phù hợp để mở cửa LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 4); PCF8574 PCF_20(0x20); // Khai báo địa PCF8574 const byte rows = 4; // Khai báo số hàng bàn phím const byte columns = 4; // Khai báo số cột bàn phím int holdDelay = 500; // Trễ 500ms - xác định phím nhấn char key = 0; // Định nghĩa giá trị bàn phím char keys[rows][columns] = { {'1', '2', '3', 'A'}, {'4', '5', '6', 'B'}, {'7', '8', '9', 'C'}, {'*', '0', '#', 'D'}, }; byte rowPins[rows] = {6, 7, 8, 9}; // Khai báo chân kết nối với hàng byte columnPins[columns] = {2, 3, 4, 5}; // Khai báo chân kết nối với cột 47 Phụ lục // Cài đặt thư viện keypad Keypad keypad = Keypad(makeKeymap(keys), rowPins, columnPins, rows, columns); char STR[4] = {'3', '9', '9', '6'}; // Đặt mật char str[4] = {' ', ' ', ' ', ' '}; int count = 0; // Khởi tạo biến đếm int c = 0, s = 0; // Khởi tạo biến đếm long start; // giá trị đếm bắt đầu cửa hết hành trình long duration; // Khoảng thời gian cửa mở hết hành trình void setup() { // put your setup code here, to run once: Serial.begin(9600); pinMode(K, OUTPUT); pinMode(A, OUTPUT); pinMode(IN1, OUTPUT); pinMode(IN2, OUTPUT); pinMode(SEN, INPUT); pinMode(SW1, INPUT); pinMode(SW2, INPUT); SPI.begin(); // Bắt đầu giao tiếp SPI rfid.init(); // Khởi động module RFID lcd.init(); // Khởi động hình LCD lcd.backlight(); // Bật đèn LCD 48 Phụ lục lcd.clear(); // Xóa hình LCD lcd.setCursor(1, 0); // Đưa trỏ đến vị trí cột hàng lcd.print("Enter Password"); // In hình LCD lcd.setCursor(6, 1); lcd.print("****"); lcd.setCursor(2, 2); lcd.print("OR Card"); } void RFID(){ unsigned char i; if(rfid.isCard()){ if(rfid.readCardSerial()){ // Nếu có thẻ for(i=0; i