55
Board mạch Arduino Mega 2560
Hình 3.9 Board mạch Arduino Mega 2560
Thông số kỹ thuật
Vi điều khiển chính ATmega2560
Điện áp hoạt động 5V
Điện áp vào 7-12V (khuyến nghị 7-9V) Điện áp vào giới hạn 6-20V
Số chân Digital 54 (15 chân PWM) Số chân vào Analog 16
Dòng DC trên mỗi chân 40mA Dòng DC trên chân 3.3V 50mA
Bộ nhớ Flash 256 KB (8 KB dùng cho bootloader)
SRAM 8 KB
EEPROM 4 KB
Tần số xung clock 16 MHz
CHỨC NĂNG: vai trị là bộ xử lí chính, điều khiển các rơ le, đèn, cịi, nhận tất cả các tín hiệu từ các cảm biến, cơng tắc, tín hiệu từ board mạch arduino phu.
56
Arduino Uno R3 - ATmega328
Hình 3.10 Board mạch Arduino Uno
Thông số kỹ thuật
Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit
Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng tiêu thụ khoảng 30mA
Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit) Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328)
57
CHỨC NĂNG: Là bộ xử lí phụ, có nhiệm vụ qt mã ID của thẻ RFID và nhận tính hiệu, xác minh key fob trong phạm vi xung quanh xe.
ARDUINO NANO
Hình 3.11 Board mạch Arduino Nano 14 cổng vào/ra số đầu vào RX, TX, D2 ~ D13.
8 cổng đầu vào analog A0 ~ A7.
1 TTL cấp cổng nối tiếp cổng thu phát RX/TX. 6 cổng PWM, D3, D5, D6, D9, D10, D11. Sử dụng vi điều khiển Atmel Atmega328P-AU. Hỗ trợ nối tiếp tải về.
Hỗ trợ nguồn điện bên ngoài 3.3V ~ 10V DC. Hỗ trợ sử dụng pin 9V.
Tần số xung clock 16MHz.
58
ARDUINO RFID RDM6300
Hình 3.12 Mạch Arduino RFID 6300
Mạch thu phát RFID RDM630 125kHz UART là module được sử dụng khá phổ
biến trong việc đọc các thẻ RFID sử dụng với board Arduino khác thông qua giao thức UART thông dụng và đơn giản,với thông số baud rate cố định là: 9600, N, 8, 1. Mã RFID trả ra sẽ là mã ASCII gồm 10 chữ số nên các bạn nhớ lưu ý chọn bảng mã này để thấy được mã thẻ chính xác.
Thơng số kỹ thuật:
Tần số: 125 Khz Baud rate: 9600
Mức tín hiệu giao tiếp:TTL Điện áp hoạt động :DC 5V Dòng tiêu thụ: <50mA
Khoảng cách nhận thẻ: <20-50mm Nhiệt độ hoạt động :-10 đến +70oC Kích thước : 38.5mm x 19mm x 9 mm Kích thước anten : 46mm x 32mm x 3mm
59
MX-05V-433MHz
Hình 3.13 Hai mạch truyền và nhận tín hiệu RF Mạch nhận: Mạch nhận: Model: MX-05V Điện áp làm việc: DC5V Dòng tĩnh: 4mA Tần số nhận: 433.92MHz Độ nhạy nhận: -105DB Kích thước: 30*14*7mm
Ăng ten ngoài: dây đơn 32cm, xoắn ốc Mạch truyền:
Mẫu: MX-FS-03V
Phạm vi truyền: tối đa 200 m (điện áp khác nhau, kết quả khác nhau) Điện áp làm việc: 3.5-12V Kích thước: 19 * 19mm Công việc: AM Tốc độ truyền: 4Kb/S Công suất phát: 10mW Tần số phát: 433MHz
60
Ăng ten ngoài: dây lõi đa nhân hoặc đơn lõi 25cm Pin trái → phải: (DATA, VCC, GND)
CHỨC NĂNG: Mạch truyền được gắn vào key fob, có nhiệm vụ phát mã ID. Mạch nhận được gắn với arduino chính và phụ, bắt tín hiệu từ key fob và gửi về cho arduino dãy mã nhận được.
KEY TAG EM4100
Hình 3.14 Thẻ key tag Model: thẻ EM5400 IC thứ 2 Model: thẻ EM5400 IC thứ 2
Chất liệu: ABS
Kích thước: 40,5 * 32 * 4,2 mm
Thơng số kỹ thuật:
Màu sắc: xanh dương, vàng, xanh lục, đỏ, Tần suất hoạt động: 125KHZ
Tốc độ truyền thông: 106Kboud Khoảng cách đọc: 2.5-10cm Đọc và ghi thời gian: 1-2MS Nhiệt độ làm việc: -20 ℃ - 85 ℃
CHỨC NĂNG: Được dùng để khởi động động cơ khi key fob hết pin.
CẢM ỨNG MỘT CHẠM ĐIỆN DUNG TTP223B MINI
61
Thông số kỹ thuật:
IC chính: TTP223B
Điện áp làm việc: 3 ~ 5VDC Dòng điện tiêu thụ: 0.025mA
Cảm ứng xuyên qua các phi kim như kính, nhựa, acrylic, ... CHỨC NĂNG: Mở khóa cửa.
CHỐT KHĨA ĐIỆN SOLENOID LOCK LY-03
Hình 3.16 Khóa điện
Thông số kỹ thuật:
Điện áp sử dụng: 12 VDC. Dòng điện tiêu thụ: 0.8A. Công suất tiêu thụ: 9.6W. Sử dụng Solenoid từ. Tốc độ phản ứng: < 1s.
Thời gian kích liên tục: < 10s. CHỨC NĂNG: Chốt khóa cửa.
62
MÁY KHỞI ĐỘNG (STARTER)
Hình 3.17 Máy khởi động
Thông số kĩ thuật:
Điện áp sử dụng: 12 VDC. CHỨC NĂNG: Khởi động xe.
CỤM KHĨA TAY LÁI
Hình 3.18 Cụm khóa tay lái
Thông số kĩ thuật:
Điện áp cấp: 5 VDC.
63 BUZZER Hình 3.19 Buzzer Thơng số kĩ thuật: Điện áp sử dụng: 1.5 – 20 VDC. Tần số: 2300 – 3300 Hz. Độ lớn: 96 dB.
CHỨC NĂNG: Thông báo cho tài xế.
3.2 Mạch điện:
Mơ hình hệ thống Smart Key gồm hai phần: Key fob.
64
Hình 3.20 Mạch điện của key fob Arduino Pro Mini V3 làm bộ xử lí. Arduino Pro Mini V3 làm bộ xử lí.
Chân D12 sẽ gửi tín hiệu điều khiển mạch truyền MX-FS-03V phát các dãy mã. Các chân D7, D8, D9 lần lượt nhận tín hiệu trạng thái các cơng tắc yêu cầu khóa
cửa, mở khóa cửa, bật hệ thống chống trơm.
65
66 Bộ xử lí phụ:
Arduino Uno sẽ là bộ xử lí phụ, nhận trách nhiệm xác nhận vị trí key fob ở xung quanh xe và đọc mã ID của key tag rồi gửi cho bộ xử lí chính.
Chân D2 sẽ nhận tín hiệu từ ARDUINO RFID RDM6300.
Chân D12 sẽ nhận tín hiệu dãy mã từ mạch nhận MX - 05V.
Các chân D3, D4, D5, D6 lần lượt có nhiệm vụ gửi tín hiệu đến bộ xử lí chính thơng báo: phát hiện key fob, nhận được lệnh yêu cầu khóa cửa từ xa, nhận được lệnh mở khóa cử từ xa, nhận được lệnh yêu cầu bật hệ thống chống trộm.
Bộ xử lí chính:
Arduino Mega 2560 sẽ là bộ xử lí chính.
Chân D12 sẽ nhận tín hiệu dãy mã từ mạch nhận MX - 05V xác nhận sự hiện diện của key fob trong xe.
Các chân D22, D23, D24 lần lượt có nhiệm vụ nhận tín hiệu xác định vị trí tay số: P, N, các tay số còn lại.
Các chân D26, D27, D28, D29 lần lượt có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ bộ xử lí phụ thơng báo: phát hiện key fob, nhận được lệnh yêu cầu khóa cửa từ xa, nhận được lệnh mở khóa cử từ xa, nhận được lệnh yêu cầu bật hệ thống chống trộm.
Hai chân D30, D31 nối hai chân số 2, 4 của công tắc khởi động thông qua hai con transitor PNP, xác nhận trạng thái được nhấn của nút.
Chân D32 nối với chân số 1 của nút khởi động, bật tắt đèn LED thông báo nút đang ở trạng thái ACC
Chân D33 nối với chân số 5 của nút khởi động, bật tắt đèn LED thông báo nút đang ở trạng thái IG - ON.
Chân D35 điều khiển rơ le khởi động thơng qua một con transitor NPN, kích hoạt máy đề.
Chân D36 nhận tín hiệu trạng thái được nhấn của phanh. Chân D37 nhận tín hiệu trạng thái của cảm biến chạm.
Chân D38 nhận tín hiệu trạng thái của cơng tắc khóa cửa trên tay cầm. Chân D39 nhận tín hiệu xác nhận mã ID của key tag từ bộ xử lí phụ.
Các chân D40, D41 nhận tín hiệu xác nhận vị trí của then khóa tay lái, lần lượt là vị trí khóa, vị trí mở khóa.
67
Chân D42 điều khiển rơ le khóa cửa thơng qua một con transitor NPN, kích hoạt solenoid khóa cửa.
Hai chân D43, D44 có nhiệm vụ điều khiển mơ tơ khóa tay lái, với D43 cấp 5V, D44 nối mát sẽ điều khiển mơ tơ khóa tay lái lại, để mở tay lái thì D43 nối mát và D44 cấp 5V.
Chân D46 điều khiển đèn chào mừng thông qua một con transitor NPN.
Hai chân A0, A1 điều khiển còi bằng cách thay phiên nhau một chân cấp 5V và một chân nối mát.
3.3 Hoạt động:
Key fob có nhiệm vụ phát tín hiệu dãy mã đã được lập trình liên tục.
Trong mơ hình có hai mạch nhận tín hiệu hoạt động liên tục, khoảng cách bắt được tín hiệu của hai mạch tạo thành vùng hoạt động của mơ hình. Vùng qt tính từ giữa mơ hình đến phạm vi bán kính khoảng 20 – 30 cm sẽ là vùng bên trong xe, nối tiếp đến phạm vi bán kính khoảng 60 – 80 cm sẽ là vùng xung quanh xe.
3.3.1 Mở cửa xe:
Khi cầm key fob vào vùng xung quanh xe, bộ xử lí của mơ hình sẽ kiểm tra mã của key fob. Nếu đúng, đèn và còi sẽ chớp hai lần (hệ thống chào mừng).
Sau đó có hai cách để mở khóa:
Thứ nhất, bấm vào nút mở trên key fob, key fob sẽ gửi tín hiệu đến bộ xử lí mơ hình u cầu mở khóa.
Thứ hai, chạm vào cảm biến trên tay cầm cửa (door handle), tín hiệu sẽ được gửi về bộ xử lí thơng báo có hành động mở cửa.
Bộ xử lí sẽ cấp điện cho rơ le kích hoạt solenoid mở khóa cửa.
3.3.2 Khởi động:
Khi cầm key fob vào vùng bên trong xe, bộ xử lí của mơ hình sẽ kiểm tra mã của key fob.
68
Hình 3.22 Hoạt động của nút khởi động
Bấm nút khởi động đồng thời đạp phanh, gạt cơng tắt tay số về vị trí P hoặc N, nếu mã của key fob đúng, máy đề sẽ được kích hoạt, tay lái cũng sẽ được mở khóa.
Tùy thuộc vào vị trí tay số và phanh, khi nhấn nút khởi động sẽ cho ra các kết quả như hình 3.20.
3.3.3 Khởi động khi key fob hết pin:
Dùng key tag đính kèm để khởi động.
Bước 1: Đặt key tag sát vào phía dưới bên trái của giá để nút khởi động như hình 3.21 đến khi nghe tiếng bíp.
69
Bước 2: Thực hiện khởi động như bình thường.
Đặt key tag vào vị trí góc dưới bên trái của nút khởi động để bộ xử lí quét mã của key tag.
3.3.4 Khóa cửa:
Có hai cách để khóa cửa:
Bấm nút khóa trên tay cầm cửa. Bấm nút khóa trên key fob.
Điều kiện để khóa cửa là key fob phải nằm trong vùng xung quanh xe. Nếu key fob vẫn còn nằm trong vùng bên trong xe, khi nhấn nút khóa trên tay cầm cửa, cịi sẽ kêu lên cảnh báo, bộ xử lí khơng cho khóa cửa đóng lại.
3.4 Kiểm tra hệ thống:
3.4.1 Kiểm tra bằng máy tính:
Ta có thể kiểm tra xem các tín hiệu đến có đầy đủ khơng, mã tín hiệu chìa khóa gửi đến có đúng khơng bằng cách nối từng arduino với máy tính và thơng qua phần mềm Arduino IDE.
Chẩn đoán arduino phụ
Bước 1: Ta kết nối arduino với máy tính.
Hình 3.24 Kết nối máy tính với arduino Bước 2: Đảm bảo đã chọn đúng cổng (port) của arduino. Bước 2: Đảm bảo đã chọn đúng cổng (port) của arduino.
70
Hình 3.25 Kiểm tra cổng kết nối với arduino
Bước 3: Chọn Serial Monitor trong thẻ Tools để xuất hiện cửa sổ hiển thị thơng số.
Hình 3.26 Làm xuất hiện cửa sổ hiển thị
Sau khi cửa sổ hiển thị xuất hiện, ta có thể tiến hành kiểm tra và chẩn đốn hệ thống. Nhìn vào ta có thể thấy các thơng số như rfid là số lần quét liên tiếp không phát hiện ra key tag, biến idem là số lần quét liên tiếp không nhận được mã của key fob, biến imo là hiển thị mức độ ổn định của tín hiệu từ key fob gửi tới.
71
Hình 3.27 Cửa sổ hiển thị
Như ta có thể thấy, hiện tại thơng số rfid đang ở giá trị 16 rồi tăng lên 17 có nghĩa là hệ thống chưa nhận được tín hiệu dãy mã đúng từ bất kì một key tag nào. Biến idem đang ở giá trị 16 rồi 17, biến imo bằng 0, điều đó cho thấy hồn tồn khơng có chìa khóa nào được phát hiện trong phạm vi xung quanh xe.
Hình 3.28 Khi hệ thống phát hiện ra chìa khóa
Ta có thể thấy một dãy mã xuất hiện, dãy mã này sẽ được hệ thống so sánh với dãy đã đăng kí.
Biến imo đã tăng lên đến giá trị 13, điều đó có nghĩa là dãy mã đã đúng đồng thời tín hiệu nhận được đã ổn định.
72
Hình 3.29 Dãy mã với chức năng u cầu khóa cửa
73
Hình 3.31 Dãy mã với chức năng yêu cầu bật hệ thống chống trộm
Như đã đăng kí, cả bốn dãy mã đều được chấp nhận, mỗi dãy mã có một nhiệm vụ khác nhau.
Hình 3.32 Khi hệ thống quét được key tag
Một key tag đã được hệ thống quét, như ta có thể thấy biến rfid đã trở về 0 và giữ nguyên, tức key tag quét đã quét được chấp nhận.
74
Chẩn đốn arduino chính:
Thực hiện ba bước như đã làm với arduino phụ.
Hình 3.33 Kết nối arduino với máy tính
75
Hình 3.35 Chọn Serial Monitor trong thẻ Tools
Hình 3.36 Màn hình hiển thị
Nhìn vào đây ta có thể thấy tất cả các tín hiệu mà arduino chính nhận được. Khơng có tín hiệu từ chìa khóa gửi đến (khơng nhận có dãy mã nào xuất hiện), có nghĩa là chìa khóa khơng nằm trong xe. Tay số đang ở vị trí P (chân P nhận tín hiệu 5V hay 1), tay lái đang bị khóa (vị trí chốt khóa đang ở vị trí khóa, lockwheeldrive nhận tín hiệu 1), khơng có chìa khóa được phát hiện xung quanh xe (chân OUT nhận giá trị 0), hệ thống không quét được key tag (chân rfid nhận giá trị 0), phanh không được đạp (chân brake nhận giá
76
trị 1), nút đề chưa được nhấn (hai chân switch1 và switch2 nhận giá trị 0), tương tự với cảm biến chạm và nút khóa (hai chân touchsensor và lockbutton nhận giá trị 0).
Hình 3.37 Khi hệ thống phát hiện chìa khóa trong xe
Dãy mã Qu0Ph0 mà chìa khóa phát đến sẽ hiển thị trên màn hình như trên . Dãy mã này sẽ được kiểm tra với dãy mã đã đăng kí, sau đó hệ thống mới quyết định xem có cho tài xế điều khiển xe không.
3.4.2 Kiểm tra bằng đồng hồ VOM:
Trên mơ hình có một dãy các giắc để có thể kiểm tra bằng đồng hồ VOM. Chỉnh đồng hồ sang chức năng đo hiệu điện thế dòng điện một chiều và đo từng cặp giắc.
77
Hình 3.38 Bảng kiểm giắc kiểm tra
B+ – E Luôn luôn khoảng 11V (nguồn cấp cho bộ xử lí) Vcc – E 5V (nguồn cấp cho các thiết bị)
SW1 – E 5V (công tắc khởi động được nhấn) SW1 – E 5V (công tắc khởi động được nhấn) Br – E 5V (phanh chưa được đạp)
0V (phanh được đạp) N – E 5V (đang ở tay số N) P – E 5V (đang ở tay số P)
Oth – E 5V (đang ở tay số khác ngoài P và N)
78
LB – E 5V (nút khóa cửa trên tay cầm được nhấn) DL – E 11V (solenoid khóa cửa được cấp điện) ST – E 11V (máy khởi động được cấp điện) LP – E 5V (then khóa tay lái đang ở vị trí khóa) UP – E 5V (then khóa tay lái đang ở vị trí mở khóa) WL – E 1 11V (đèn hệ thống chào mừng được cấp điện) Bu1/Bu2 – E Xung vuông xen kẽ nhau (cịi được kích hoạt) SL1 – SL2 5V (mơ tơ khóa tay lái đang kéo then về vị trí khóa) SL2 – SL1 5V (mơ tơ khóa tay lái đang kéo then về vị trí mở khóa)
RFID – E 5V (arduino phụ xác nhận mã key tag và gửi về arduino chính) OUT – E 5V (arduino phụ phát hiện key fob đã đăng kí trong vùng xung
quanh xe)
Lo – E 5V (arduino phụ gửi lệnh khóa cửa từ xa về arduino chính) Un – E 5V (arduino phụ gửi lệnh mở khóa cửa từ xa tới arduino chính) An – E 5V (arduino phụ gửi lệnh bật hệ thống chống trộm tới arduino
chính)
Kiểm tra bằng đồng hồ VOM có thể xác định được tín hiệu gửi đi có đúng khơng, kiểm tra bằng máy tính có thể biết được bộ xử lí có nhận được tín hiệu khơng. Qua đó có thể khoanh vùng sửa chữa nếu có hư hỏng xảy ra.
79
Chương 4 KẾT LUẬN
Trong q trình thực hiện đề tài, chúng tơi gặp rất nhiều khó khăn khơng lường trước được. Nhưng nhờ sự giúp đỡ tận tình của thầy Nguyễn Văn Thình, cùng với sự cố gắng của các thành viên trong nhóm, chúng tơi đã học hỏi được nhiều điều, có thêm kinh nghiệm xử lí các tình huống bất ngờ, đặc biệt là nắm được những kiến thức hay về hệ thống Smart Key.
Do kinh nghiệm thực tế còn thiếu, khơng có điều kiện tiếp xúc với những thiết