Đang tải... (xem toàn văn)
Mục đích nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu và thiết kế cửa thông minh điều khiển bằng thẻ từ RFID nhằm tìm hiểu thị trường cửa tự động và báo động để hoàn thành sản phẩm mở cửa tự động. Mời các bạn cùng tham khảo!
NG O O N NG N N Ệ H NGH I H N ỆN TỬ VIỄN THƠNG TĨM TẮT Ồ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG Ề NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ CỬA THÔNG MINH ỀU KHIỂN BẰNG THẺ TỪ RFID SVTH : Lê Văn ịa Lớp : CCVT15A Niên khóa : 2015 - 2018 CBHD : TS Nguyễn Vũ nh Quang Nẵng , tháng năm 2018 -1PHẦN MỞ ẦU Lý chọn đề tài Ngày tự động hóa bảo mật ngày ứng dụng nhiều đặc biệt cơng nghệ tự động hóa nhận dạng trở nên phổ biến đời sống củng công nghiệp iều thúc nhà thiết kế, chế tạo sản phẩm đáp ứng tiện nghi, thơng minh Một số cần kể tới cửa thông minh ới nước phát triển sử dụng rộng rãi phổ biến, cịn nước phát triển có iệt Nam có xu hướng tìm cho tiện nghi thơng minh ì em chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế cửa thông minh điều khiển thẻ từ RFID” ới mục đích góp phần nhỏ vào việc giới thiệu công nghệ FID tới người thiết kế mơ hình thưc tế công nghệ FID Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu - Mục tiêu: Nghiên cứu thiết kế cửa thông minh điều khiển thẻ từ FID - Nhiệm vụ nghiên cứu: tìm hiểu thị trường cửa tự động báo động để hoàn thành sản phẩm mở cửa tự động ối tƣợng phạm vi nghiên cứu - ối tượng: + ìm hiểu cơng nghệ FID + ìm hiểu mơ hình cửa thơng minh + ác thành phần hệ thống điều khiển mô hình - Phạm vi nghiên cứu: + Nghiên cứu lý thuyết công nghệ FID + Nghiên cứu lý thuyết thẻ FID -2+ Nghiên cứu lý thuyết đọc FID + hiết kế thi công module FID giao tiếp giữ vi điều khiển với máy tính Phƣơng pháp nghiên cứu - Kết hợp nghiên cứu lý thuyết mô hình thực tế để làm rõ nội dung đề tài ụ thể sau: + hu thập, phân tích tài liệu thông tin liên quan đến đề tài + ận dụng kiến thức học điện tử truyền thơng + ìm hiểu qua tài liệu internet sách báo nhu cầu đời sống xã hội + Sử dụng phần mềm chuyên dụng (arduino IDE) để thực viết code nạp code + ìm hiểu đồ án có đề tài liên quan + Sử dụng phần mềm vẽ mô lập trình Dự kiến kết - Hồn thành sản phẩm lý thuyết trình bày hoạt động - ác kết trình thực hiện, đánh giá chất lượng hệ thống Ý nghĩa khoa học thực tiễn - ề tài giúp người nghiên cứu có kiến thức tảng cơng nghệ FID - lý thuyết kết nghiên cứu, người nghiên cứu phát triển ý tưởng để xây dựng mơ hình cửa thơng minh thực tế có tính ứng dụng cao -3bằng thẻ từ tiễn ề tài “nghiên cứu thiết kế cửa thông minh điều khiển FID” mang tính thực tế dễ dàng áp dụng vào thực -4LỜ NÓ ẦU Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật ặc biệt lĩnh vực tự động hóa tạo nên động lực thúc đẩy phát triển ngành công nghiệp khác nhằm phục vụ đáp ứng nhu cầu người sống on người với trợ giúp máy móc, cơng cụ thông minh trực tiếp làm việc, hay công việc mà người làm với khả minh mà việc điều khiển chúng hay chúng làm việc hoàn toàn tự động mang lại lợi ích to lớn, giảm nhẹ tối ưu hóa cơng việc Với tiến đáp ứng nhu cầu người sống đại nói chung phát triển khoa học kỹ thuật nói riêng ối với sinh viên điện tử viễn thông việc nghiên cứu, tìm hiểu đặc tính cơng nghệ nhận dạng đối tượng sóng vơ tuyến RFID có ý nghĩa thực tế quan trọng Nó khơng trang bị cho kỹ làm việc lĩnh vực điều khiển tự động, điện tử mà giúp theo kịp với phát triển khoa học kĩ thuật ngày tốt nghiệp trường Sau em xin tìm hiểu cơng nghệ nhận dạng sóng vơ tuyến FID thiết kế ứng dụng thực tế “Nghiên cứu thiết kế cửa thông minh điều khiển thẻ từ FID” ây sở để thiết kế hệ thống tự động hóa đơn giản, phức tạp ứng dụng rộng rãi khoa học đời sống Nội dung báo cáo gồm chương giới thiệu sơ lược sau đây: - hương 1: quan công nghệ RFID - hương 2: Phân tích khối module mạch - hương 3: Xây dựng mơ hình thực tế -5Do kiến thức cịn hạn chế, cộng với thời gian tích lũy chưa nhiều nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót số nội dung chưa chi tiết, mong thầy giáo góp ý thơng cảm -6ƢƠN 1: ỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID 1.1 CÔNG NGHỆ RFID VÀ QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN 1.1.1 Giới thiệu công nghệ RFID Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) cho phép thiết bị đọc thông tin chứa chip không cần tiếp xúc trực tiếp khoảng cách xa, không thực giao tiếp vật lý hai vật khơng nhìn thấy Cơng nghệ cho ta phương pháp truyền, nhận liệu từ điểm đến điểm khác Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thơng khơng dây dải tần sóng vơ tuyến để truyền liệu từ tag (thẻ) đến reader (bộ đọc) Tag đính kèm gắn vào đối tượng nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp giá kê (pallet) Reader scan liệu tag gửi thông tin đến sở liệu có lưu trữ liệu tag Ví dụ: tag đặt kính chắn gió xe để hệ thống thu phí đường nhanh chóng nhận dạng thu tiền tuyến đường 1.1.2 Lịch sử trình phát triển - Năm 1897: Guglielmo Marconi phát sóng radio, tạo tảng để phát triển RFID - Năm 1937: phòng thử nghiệm nghiên cứu Naval U.S phát triển hệ thống xác định Friend – or – Foe (IFF) cho phép đối tượng thuộc quân ta với quân địch - Trong suốt thập niên 50: chủ yếu dùng quân đội, phòng LAB nghiên cứu, doanh nghiệp lớn thiết bị có giá cao kích thước lớn -71.2 THÀNH PHẦN CỦA MỘT HỆ THỐNG RFID Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống RFID Một hệ thống RFID tập hợp thành phần mà thực thi giải pháp RFID Một hệ thống RFID bao gồm thành phần sau: - Thẻ (Tags) - ầu đọc (Reader) - Ăngten ( ntena) - Mạch điều khiển (Controller) - Cảm biến (sensor), cấu chấp hành (actuator) bảng tín hiệu điện báo (annunciator) - Máy chủ hệ thống phần mềm - sở hạ tầng truyền thông 1.2.1 Thẻ RFID (Tag) Thẻ RFID thiết bị lưu trữ truyền liệu đến Reader môi trường khơng tiếp xúc sóng vơ tuyến Thẻ RFID mang liệu vật, sản phẩm (item) gắn lên sản phẩm Mỗi Tag có phận lưu trữ liệu bên cách giao tiếp với liệu -81.2.1.1 Dung lượng thẻ RFID Dung lượng thông tin thẻ RFID lưu trữ phụ thuộc nhà cung cấp loại ứng dụng, thơng thường mạng thông tin không lớn 2Kb- đủ để lưu trữ liệu đối tượng nằm diện cần quản lý ác cơng ty đáng nỗ lực tìm kiếm sử dụng thẻ đơn giản 96 bit số thứ tự riêng, chip đơn giản, dễ chế tạo rẻ, thuận tiện cho ứng dụng cần đóng gói 1.2.1.2 Các thành phần thẻ RFID - Antenna - Vi mạch (CPU) Hình 1.2 Sơ đồ khối chip CPU thẻ RFID - Bộ điều khiển nguồn - Bộ điều chế / giải điều chế - ơn vị Logic - Bộ nhớ 1.2.1.3 Hình dạng kích thước thẻ Thẻ RFID có nhiều kiến trúc định dạng khác chẳng hạn loại nhãn, loại card, loại đồng xu, loại hình que v.v , phụ thuộc ứng dụng môi trường mà thẻ loại sử dụng, nhỏ que ngắn mỏng tờ giấy Sự tiến kỹ thuật cho phép kích thước vi mạch nhỏ đến -9mức nhỏ hạt cát uy nhiên kích thước thẻ khơng xác định kích thước vi mạch mà chiều dài antenna Hình 1.3 Một số hình dạng thẻ RFID 1.2.1.4 Tần số hoạt động Bảng 1.1 Khoảng tần số RFID Tên Khoảng tần số LF 30300 kHz HF 300 MHz UHF Vi sóng (microware) 300 Mhz-3 Ghz > Ghz Tần số ISM < 135 kHz 6.78 Mhz, 13.56 Mhz, 27.125 Mhz, 40.680 Mhz 433.920 Mhz, 869 Mhz, 915 Mhz 2.45 Ghz, 5.8 Ghz, 24.125 Ghz -102 1.4.1 Khoảng đọc thẻ Bảng 1.2 Khoảng đọc tần số Khoảng cánh đọc Tần số Các ứng dụng lớn Tag thụ động Xác định thú nuôi LF 50cm HF 3m Cổng vào tòa nhà UHF 9m Hộp kệ > 10m Phân loại xe Vi sóng (microware) item đọc khoảng cách gần 1.4.2 Phân loại thẻ Thẻ gồm có phần chính: Chip Antenna * Phân loại thẻ RFID dựa nguồn cung cấp cho thẻ - Passive tag (tag thụ động): Hình 1.4 Thẻ thụ động -11- Active tag (tag tích cực): Hình 1.5 Thẻ tích cực - Thẻ bán tích cực (Semi-active, cịn gọi bán thụ động semi-passive) * Phân loại thẻ RFID dựa khả hỗ trợ ghi chép liệu Thẻ read only (RO) Thẻ write once, read many (WORM) Thẻ read write (RW) 1.4.3 Lựa chọn thẻ phụ thuộc vào yếu tố sau Dải đọc yêu cầu Chất liệu đóng gói Hệ số kích thước Chấp nhận chuẩn Chi phí -121.2.2 Đầu đọc (READER) Hình 1.6 Vai trị đầu đọc RFID theo nguyên lí chủ tớ 1.2.2.1 Các thành phần vật lý Reader RFID Hình 1.7 Các thành phần Reader - Máy phát (Transmitter) - Máy thu (Receiver) -Vi mạch (Microprocessor) - Bộ nhớ - ênh v o/ra cảm biến, cấu truyền động đầu từ, bảng tín hiệu điện báo bên ngồi - Mạch điều khiển (có thể đƣợc đặt bên ngồi) - Mạch truyền thơng - Nguồn lƣợng 1.2.2.2 Phân loại READER * Phân loại theo giao diện Reader -13Serial Reader (Reader nối tiếp) Network Reader (Reader hệ thống) * Phân loại dựa tính chuyển động Reader: - Cố định chỗ (stationary) - Cầm tay (hand-held) 1.2.3 Phương thức làm việc RFID Hình 1.8 Hoạt động tag reader RFID 1.2.4 Các ứng dụng RFID FID ứng dụng lĩnh vực: - Bảo mật, an ninh: + iều khiển truy nhập: Khóa thiết bị cố định + Quy trình quản lý + Chống trộm: việc kinh doanh mua bán + RFID việc xử phạt - Giám sát: + Dây chuyền cung cấp: điều khiển cung cấp nhà kho -14+ Người súc vật: vận động viên, trẻ em, bệnh nhân, gia súc, thú kiểng + Tài sản: hành lý máy bay, thiết bị, hàng hóa - Hệ thống tốn điện tử: + Lưu thơng: hệ thống thu phí tự động Fastrak, EZ-pass + Vé: vào cổng cơng viên, nhà hát,… + Thẻ tín dụng 1.2.5 Ưu, nhược điểm hệ thống RFID * Ƣu điểm: * Nhược điểm: 1.3 Kết luận chƣơng Ở chương này, tìm hiểu nguyên lý hoạt động công nghệ RFID, phân loại loại thẻ đầu đọc Biết ưu nhược điểm hệ thống RFID ứng dụng -15ƢƠN 2: P ÂN Í Á MODULE RON MẠCH 2.1 Yêu cầu đề tài Dùng thiết bị RFID làm thẻ nhận diện mở cửa iểm thuận lợi thẻ khóa khó bị dập ép dể dàng hủy bỏ bị đánh cắp thất lạc người dùng cần xóa bỏ thẻ từ sở liệu truy nhập tạo báo động thẻ sử dụng 2.2 Giải pháp thiết kế 2.2.1 Sơ đồ khối ể thực thiết kế chế tạo hệ thống đóng mở cửa tự động sử dụng công nghệ FID em đưa sơ đồ thiết kế sau: Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống đóng mở cửa tự động dùng thẻ từ 2.2.2 Phân tích chức khối - Khối cấp nguồn - Khối RFID CAR - Khối điều khiển - Khối hiển thị liệu - Khối MỞ/ĐÓNG 2.2.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống Khi muốn mở cửa ta quét thẻ RFID -16Khi quét thẻ, thiết bị FID reader phát sóng điện từ tần số định, thiết bị RFID tag (thẻ RFID) vùng hoạt động cảm nhận sóng điện từ thu nhận lượng từ phát lại cho thiết bị RFID Reader biết mã số Từ thiết bị RFID reader nhận biết tag vùng hoạt động Thiết bị RFID reader gửi liệu vi xử lý: - Nếu thẻ cho phép mở cửa - Nếu thẻ tầm quét, sai, hỏng cho phép quét lại 2.3 Lựa chọn linh kiện 2.3.1 Khối điều khiển 2.3.1.1 Giới thiệu chung Arduino 2.3.1.2 Bo mạch Arduino Uno R3 Hình 2.2 Arduino UNO R3 Bảng 2.1 Đặc điểm kỹ thuật Arduino Uno R3 i điều khiển Atmega328 (họ 8bit) iện áp hoạt động 5V – DC (chỉ cấp qua cổng USB) Tần số hoạt động 16 MHz Dòng tiêu thụ 30mA -17iện áp vào khuyên dùng iện áp vào giới hạn 7-12V – DC 6-20V – DC Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM) Số chân Analog (độ phân giải 10bit) Dòng tối đa chân I/O 30 mA Dòng tối đa (5 ) 500 mA Dòng tối đa (3.3 ) 50 mA Bộ nhớ flash 32 KB (Atmega328) với 0.5KB dùng bootloader SRAM KB (Atmega328) EEPROM KB (Atmega328) 2.3.2 Module RFID RC522 Module RFID RC522 sử dụng IC MFRC522 Phillip dùng để đọc ghi liệu cho thẻ NFC tần số 13.56mhz, với mức giá rẻ thiết kế nhỏ gọn, module lựa chọn hàng đầu cho ứng dụng ghi đọc thẻ RFID -182.3.2.1 Đặc điểm module RFID-RC522 Hình 2.3 Module RFID-RC522 - iện áp hoạt động: DC 3.3V 13-26mA - Dòng tiêu thụ chế độ Stand by: 3.3V; 10-13mA - Sleep-mode: < 80uA - Tải tối đa: 30m - Tần số hoạt động: 13.56Mhz - Khoảng cách đọc: – 60mm - Giao thức truyền thông: SPI - Tốc độ liệu tối đa: 10Mbit / s - Kích thước: 40 x 60 mm - Nhiệt độ hoạt động: -20 đến 80 ° C - ộ ẩm hoạt động: 5% -95% - Tốc độ cao SPI: 10Mbit / s - Hỗ trợ ISO / IEC 14443A /MIFARE - Phụ kiện: móc khóa thẻ -192.3.2.2 Chân kết nối RC522 Hình 2.4 Chân kết nối RC522 Chân kết nối module RFIF RC522: 1: SDA (CS) - Chân lựa chọn chip giao tiếp SPI (kích hoạt mức thấp) 2: SCK- Chân xung chế độ SPI 3: MOSI (SDI) - Master Data Out - Slave In chế độ giao tiếp SPI 4: MISO (SDO) - Master Data In - Slave Out chế độ giao tiếp SPI 5: IRQ – Chân ngắt 6: GND – Chân mass 7: RST – Chân reset module 8: 3V3 -202.3.3 Động servo Hình 2.5 Động servo 2.3.3.1 Giới thiệu động servo Servo dạng động điện đặc biệt Không giống động thông thường cắm điện vào quay liên tục, servo quay điều khiển (bằng xung PPM) với góc quay nằm khoảng từ 0o - 180o Mỗi loại servo có kích thước, khối lượng cấu tạo khác Có loại nặng 9g (chủ yếu dùng máy bay mơ mình), có loại sở hữu momen lực bá đạo (vài chục Newton/m), có loại khỏe nhơng sắc chắn, 2.3.3.2 Nguyên lý hoạt động servo Xung PPM (Pulse Position Modulation) sử dụng để điều khiển servo ần số thơng thường có giá trị khoảng 50Hz (20 mili giây) hời gian xung mức cao từ 1ms đến 2ms -21- Hình 2.6 Thời gian xung mức cao quy định góc quay RC servo ới thời gian 1ms mức cao, góc quay servo 0, 1.5ms góc quay 90 2ms góc quay 180 ác góc khác từ 0-180 xác định khoảng thời gian 2ms 2.3.4 LED (Light Emitting Diode) 2.3.5 Còi báo động 2.3.6 Cảm biến ánh sáng 2.3.7 Nguồn Adapter 12V2A 2.4 Kết luận chƣơng hương đưa yêu cầu giải pháp thiết kế mạch đóng mở cửa tự động RFID Từ có sở để lựa chọn linh kiện cần dùng trình làm đồ án -22ƢƠN 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC TẾ 3.1 Thiết kế phần cứng Sơ đồ nguyên lý Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý 3.2 Mô phần mềm 3.2.1 Mô phần mềm Fritzing Hình 3.2 Mơ -233.2.2 Giao tiếp module RC522 với Arduino UNO R3 Bảng 3.1 Sơ đồ nối chân module RC522 với Arduino Module RC522 Module Arduino UNO R3 RST SS 10 MOSI 11 MISO 12 SCK 13 GND GND 3.3V 3.3V 3.2 Kết - ã hồn thành xong: + Cửa đóng mở cho quét thẻ + èn sáng trời tối tắt trời sáng 3.3 Mơ hình thực tế Hình 3.3 Mơ hình thực tế -24KẾT LUẬN V ƢỚNG PHÁT TRIỂN Trong kỹ thuật RFID, ứng dụng có thách thức khác Việc truyền tin tăng lên ngày giới ngày Nhu cầu thu nhận lưu trữ thêm thông tin đòi hỏi tốc độ khả lưu trữ cao Do địi hỏi phát triền chip có độ nhạy, tầm đọc lớn khả lưu trữ lớn Bên cạnh cơng nghệ FID trở lên phổ biến giá thành cao nên hướng phát triển thẻ đơn giản, đảm bảo yêu cầu giá thành hợp lý hướng nghiên cứu đáng quan tâm - Những vấn đề làm được: + Tìm hiểu tổng quan cơng nghệ RFID + Thiết kế chế tạo mơ hình đóng mở cửa tự động sử dụng công nghệ RFI + Dùng cảm biến ánh sáng để tắt mở đèn - Những tồn đề tài: + hưa làm mạch đếm số người vào cửa + Khoảng cách giao tiếp thẻ cịn hạn chế + hưa tích hợp mở khóa mật Trong thời gian tới có hội em phát triển thêm vấn đề chưa làm nói khắc phục tồn đề tài, hy vọng ứng dụng cơng nghệ RFID việc thiết kế khóa bảo mật, ứng dụng rộng rãi đời sống hàng ngày không đơn mơ hình ... thơng minh ì em chọn đề tài ? ?Nghiên cứu thiết kế cửa thông minh điều khiển thẻ từ RFID? ?? ới mục đích góp phần nhỏ vào việc giới thiệu công nghệ FID tới người thiết kế mơ hình thưc tế cơng nghệ. .. tiêu nhiệm vụ nghiên cứu - Mục tiêu: Nghiên cứu thiết kế cửa thông minh điều khiển thẻ từ FID - Nhiệm vụ nghiên cứu: tìm hiểu thị trường cửa tự động báo động để hoàn thành sản phẩm mở cửa tự động... công nghệ FID - lý thuyết kết nghiên cứu, người nghiên cứu phát triển ý tưởng để xây dựng mơ hình cửa thơng minh thực tế có tính ứng dụng cao - 3bằng thẻ từ tiễn ề tài ? ?nghiên cứu thiết kế cửa