1. i
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
TÊN ĐỀ TÀI:
“MÔ HÌNH HỆ THỐNG KHÓA CỬA THÔNG MINH ”
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:Th.s Phan Tròn
SINH VIÊN: LÊ TRUNG PHONG
MÃ SỐ SV: 1753020077
LỚP: ĐV2-K11
Thành phố Hồ Chí Minh – 05/2020
2. 1
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
HỌ VÀ TÊN: LÊ TRUNG PHONG MSSV: 1753020077
LỚP: ĐV2-K11 NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
1. Tên đồ án môn học:
“MÔ HÌNH HỆ THỐNG KHÓA CỬA THÔNG MINH”
2. Nhiệm vụ đồ án môn học:
Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của hệ thống để tạo ra hệ thống khóa
cửa hoàn chỉnh
3. Ngày giao đồ án môn học: 01/03/2020
4. Ngày nộp đồ án môn học: 26/07/2020
5. Họ tên cán bộ hướng dẫn: Th.s Phan Tròn
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 7 năm 2020
Giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
HỌC VIỆN HÀNGKHÔNGVIỆT NAM
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG HK
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
3. 2
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
Phần đánh giá:
Ý thức thực hiện:
Nội dung thực hiện:
Hình thức trình bày:
Tổng hợp kết quả:
Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:
(Quy định về thang điểm và lấy điểm tròn theo quy định của trường )
Tp HCM, ngày…..tháng……năm……
Giáo viên hướng dẫn
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
4. 3
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và làm đề tài tại trường Học viện Hàng Không Việt
Nam với sự giúp đỡ của quý thầy cô và giảng viên hướng dẫn về nhiều phía,
nhất là trong thời gian thực hiện báo cáo đồ án môn học, nên báo cáo đã được
hoàn thành đúng thời gian quy định tôi xin chân thành cám ơn đến:
Tất cả quý thầy cô trong Khoa Điện Tử - Viễn Thông Hàng Không đã
giảng dạy những kiến thức chuyên môn để em dùng làm cơ sở thực hiện
tốt Đồ Án Môn Học.
Đặc biệt, Th.S Phan Tròn – giảng viên hướng dẫn, đã nhiệt tình giúp đỡ,
cho tôi những lời dạy quý báu giúp tôi thực hiện Đồ Án Môn Học.
Tuy nhiên thời gian làm báo cáo có hạn nên bài báo cáo của tôi không thể
không mắc phải những sai sót, tôi rất mong nhận được sự góp ý của các
thầy cô.
Tôi xin chân thành cám ơn!
5. 4
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................... 6
PHẦN I. TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN............................................................... 7
Chương 1. GIỚI THIỆU ................................................................................. 7
1.1. Lý do chọn đề tài ..................................................................................... 7
1.2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................ 7
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................. 7
1.4. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 7
1.5. Kết cấu đề tài........................................................................................... 7
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT..................................................................... 9
2.1. Một số nghiên cứu liên quan đến đề tài ..................................................... 9
2.2. Các khái niệm lý thuyết liên quan đến vấn đề nghiên cứu .......................... 9
2.2.1. Khái niệm RFID.................................................................................... 9
2.2.2. Hệ thống RFID ..................................................................................... 9
2.2.3. Thẻ RFID ........................................................................................... 10
2.2.4. Reader................................................................................................ 14
2.3. Các linh kiện sử dụng trong đề tài........................................................... 17
2.3.1. Arduino Uno....................................................................................... 17
2.3.1.1. Các thông số .................................................................................... 19
2.3.1.2. Nguyên lý hoạt động ........................................................................ 20
2.3.2. Module MFRC 522........................................................................... 22
2.3.2.1. Giới thiệu......................................................................................... 22
2.3.2.2. Kỹ thuật độ nhậy.............................................................................. 22
2.3.2. Động cơ servo..................................................................................... 24
2.3.2.1. Giới thiệu......................................................................................... 24
2.3.2.2. Thông số kỹ thuật............................................................................. 24
PHẦN II. NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ........................................................... 26
Chương 3. TÍNH TOÁN VẦ THIÊT KẾ ....................................................... 26
3.1. Sơ đồ khối............................................................................................. 26
3.2. Lưu đồ thuật toán.................................................................................. 27
6. 5
3.3. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch..................................................................... 28
3.4. Sơ đồ kết nối từng khối .......................................................................... 29
3.4.1 Khối arduino........................................................................................ 29
3.4.3.Khối servo ........................................................................................... 30
Chương 4. THI CÔNG VÀ KẾT QUẢ.......................................................... 31
4.1. Mạch thực tế.......................................................................................... 31
4.2. Kết quả kiểm thử mạch .......................................................................... 32
PHẦN III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................... 33
5.1. Kết luận................................................................................................. 33
5.1.1. Hiệu quả hoạt động của mạch so với mục tiêu đề ra.............................. 33
5.1.2. Ưu điểm ............................................................................................. 33
5.1.3. Nhược điểm........................................................................................ 33
5.2. Kiến nghị............................................................................................... 33
Tài liệu tham khảo........................................................................................ 34
Phụ lục......................................................................................................... 35
7. 6
LỜI NÓI ĐẦU
Việt Nam là một nước đang trên conđường hiện đại hóa, công nghiệp hóa.
Và lĩnh vực đi đầu mở đường chính là lĩnh vực kĩ thuật nói chung và nghành
điện tử nói riêng.
Trong nghành điện tử thì tự động hóa là một trong những yếu tố hàng đầu và
được quan tâm và phát triển bởi các công ty và cá nhân. Tự động hóa có thể giúp
tăng năng suất và chất lượng sản phẩm bằng cách loại bỏ sự can thiệp của con
người hay nó có thể làm cho cuộc sốnghằng ngày của chúng ta trở nên tiện nghi
và dễ dàng hơn.
Vì thế, tôi chọn đề tài “MÔ HÌNH HỆ THỐNG KHÓA CỬA THÔNG MINH”
vì nó ứng dụng tự động hóa để tăng năng suất cho công việc.
8. 7
PHẦN I. TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN
Chương 1. GIỚI THIỆU
1.1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay,đất nước mình ngày càng phát triển, kéo theo đó đời sống và cở sở hạ
tầng của người dân cũng nâng cao. Việc áp dụng công nghệ tự động hóa là rất
cần thiết. Do đó tôi chọn đề tài đóng mở cửa tự động dùng RFID.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu của tôi khi chọn đề tài này là thiết kế một mô hình đóng
mở cửa tự động. Hệ thống sẽ được lập trình bằng vi điều khiển. Qua đó giảm
thiểu những bất tiện hàng ngày.
1.3. Đốitượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu:
- Tìm hiểu về RFID
- Arduino Uno, RFID-MFRC522.
Phạm vi nghiên cứu:
- Dùng phương pháp truyền, lưu và sắp xếp dữ liệu từ Arduino.
1.4. Phương pháp nghiên cứu
Trong thời gian học tập, làm việc tại trường tôi đã tích lũy được những kiến thức
vô cùng hữu ích, đem vào ứng dụng nghiên cứu đề tài.Ngoài ra trong quá trình
làm việc tôi sẽ tham khảo ý kiến của giảng viên hướng dẫn, sách báo,
internet.Từ đó nắm rõ nguyên lý hoạt động của các module trong đề tài.
1.5. Kết cấu đề tài
Đề tài gồm 5 chương:
Chương 1: Giới thiệu sơ lược về đề tài.
Chương 2: Tìm hiểu đưa ra các khái niệm lý thuyết về vấn đề nghiên cứu,
linh kiện sử dụng trong đề tài.
9. 8
Chương 3: Tính toán và thiết kế để chọn thiết bị và linh kiện.
Chương 4: Thi công vầ kết quả đạt được.
Chương 5: Nêu ra ưu nhược điểm của hệ thống và hướng phát triển cho
đề tài
10. 9
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Một số nghiên cứu liên quan đến đề tài
Ứng dụng RFID trong lĩnh vực an ninh
Ứng dụng RFID trong lĩnh vực thư viện
Ứng dụng RFID trong quản lý và bảo quản tài sản
Ứng dụng RFID trong y tế, giáo dục, vui chơi giải trí
2.2. Các kháiniệm lý thuyết liên quan đến vấn đề nghiên cứu
2.2.1. Khái niệm RFID
RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ xác nhận dữ liệu đối
tượng bằng sóng vô tuyến để nhận dạng, theo dõi và lưu thông tin trong một thẻ
(Tag). Reader quét dữ liệu thẻ và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu lưu trữ dữ liệu
của thẻ.
Kỹ thuật RFID có liên quan đến hệ thống không dây cho phép một thiết bị đọc
thông tin được chứa trong một chip không tiếp xúc trực tiếp ở khoảng cách xa
mà không thực hiện bất kỳ giao tiếp vật lý nào hoặc yêu cầu một sự nhìn thấy
giữa hai cái. Nó cho ta phương pháp truyền và nhận dữ liệu từ một điểm đến
điểm khác.
Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay hệ thống RFID bị động làm việc như
sau: một RFID reader truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ qua antenna
của nó đến một con chip không tiếp xúc. Reader nhận thông tin trở lại từ chip và
gửi nó đến máy tính điều khiển đầu đọc và xử lý thông tin tìm được từ con chip.
Các con chip không tiếp xúc, không tích điện, chúng hoạt động bằng cách sử
dụng năng lượng chúng nhận từ tín hiệu được gửi bởi một reader.
Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để
truyền dữ liệu từ các thẻ đến các reader.Thẻ có thể được đính kèm hoặc gắn vào
đối tượng được nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc pallet.
2.2.2. Hệ thống RFID
11. 10
Hệ thống RFID liên hệ rất gần với thẻ thông minh.Cũng như hệ thống thẻ
thông minh, dữ liệu được lưu trữ trên thiết bị mang dữ liệu điện tử là bộ phát
đáp.Tuy nhiên, không giống như thẻ thông minh, năng lượng cung cấp cho thiết
bị mang dữ liệu và cho việc trao đổi dữ liệu giữa nó và đầu đọc/phát tín hiệu
không dựa trên sự tiếp xúc điện mà thay và đó là sử dụng từ tính và trường điện
từ.
Trong một hệ thống RFID cơ bản, đầu tiên, các thẻ sẽ được tuần tự gắn vào
tất cả các danh mục cần theo dõi. Các thẻ RFID này được thiết kế bằng một
bảng vi mạch nhỏ xíu, đôi khi còn được gọi là một mạch tích hợp (IC) và được
kết nối với một ăng-ten. Ứng dụng của hệ thống RFID trên hàng loạt các loại
thẻ trong đời sống như: như thẻ bảo vệ, thẻ nhân viên, nhãn mác, thẻ kiểm soát
hàng hóa, tài sản công nghiệp… Bảng vi mạch này có chứa bộ nhớ để lưu mã
của sản phẩm điện tử (EPC) và các biến thông tin khác để người sử dụng RFID
có thể đọc, theo dõi bất cứ khi nào và bất cứ nơi đâu.
Các thành phần của hệ thống RFID:
Các thành phần chính trong hệ thống RFID là thẻ, reader và cơ sở dữ liệu.
Một hệ thống RFID toàn diện bao gồm bốm thành phần:
- Thẻ RFID (RFID Tag, Transponder - bộ phát đáp) được lập trình điện tử với
thông tin duy nhất.
- Các reader (đầu đọc) hoặc sensor (cái cảm biến) để truy vấn các thẻ.
- Antenna thu, phát sóng vô tuyến.
- Host computer - server, nơi mà máy chủ và hệ thống phần mềm giao diện
với hệ thống được tải. Nó cũng có thể phân phối phần mềm trong các reader
và cảm biến. Cơ sở hạ tầng truyền thông: là thành phần bắt buộc, nó là một
tập gồm cả hai mạng có dây và không dây và các bộ phận kết nối tuần tự
đểkết nối các thành phần đã liệt kê ở trên với nhau để chúng truyền với nhau
hiệu quả.
2.2.3. Thẻ RFID
12. 11
Thẻ RFID (bộ phát đáp - transpoder), thiết bị lưu trữ dữ liệu thực tế của một
hệ thống RFID, thường bao gồm một phần tử kết nối (Coupling element) và một
vi chíp điện tử.
Hình 2.1: Cấu tạo thẻ thụ động
Thẻ gồm có 2 phần chính:
- Chip: lưu trữ một số thứ tự duy nhất hoặc thông tin khác dựa trên loại thẻ:
read-only, read-write, hoặc write-once-read-many.
- Antenna được gắn với vi mạch truyền thông tin từ chip đến reader. Antenna
càng lớn cho biết phạm vi đọc càng xa.
Các thẻ RFID được phân loại dựa trên việc thẻ có chứa một cung cấp nguồn
gắn bên trong hay là được cung cấp bởi thiết bị chuyên dụng:
+ Thụ động (Passive)
+ Tíchcực (Active)
+ Bán tíc cực (Semi-active, còn gọi bán thụ động - semi-passive)
Thẻ thụ động:
Loại thẻ này không có nguồn bên trong (on-board), sử dụng nguồn nhận được
từ reader để tự tiếp sinh lực hoạt động và truyền dữ liệu được lưu trữ trong nó
cho reader. Thẻ thụ động có cấu trúc đơn giản và không có các thành phần động.
Thẻ như thế có một thời gian sống dài và thường có sức chịu đựng với điều kiện
môi trường khắc nghiệt.Đối với loại thẻ này, khi thẻ và reader truyền thông với
nhau thì reader luôn truyền trước rồi mới đến thẻ.Cho nên bắt buộc phải có
reader để thẻ có thể truyền dữ liệu của nó.
13. 12
Thẻ thụ động được đọc ở khoảng cách từ 11cm ở trường gần (ISO 14443), đến
10m ở trường xa (ISO 18000-6), và có thể lên đến 183m khi kết hợp với ma
trận.
Thẻ thụ động nhỏ hơn và cũng rẻ hơn thẻ tích cực hoặc bán tích cực.
Các thẻ thụ động có thể thực thi ở tần số low, high, ultrahigh, hoặc microwave
Thẻ thụ động bao gồm những thành phần chính sau:
+ Vi mạch (microchip).
+ Antenna.
Thẻ tích cực:
Hình 2.2: Cấu tạo thẻ tích cực
Thẻ tíchcực có một nguồn năng lượng bên trong (chẳng hạn một bộ pin, hoặc
có thể là những nguồn năng lượng khác như sử dụng nguồn năng lượng mặt trời)
và điện tử học để thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng.Thẻ tích cực sử dụng
nguồn năng lượng bên trong để truyền dữ liệu cho reader.Nó không cần nguồn
năng lượng từ reader để truyền dữ liệu. Điện tử học bên trong gồm bộ vi mạch,
cảm biến và các cổng vào/ra được cấp nguồn bởi nguồn năng lượng bên trong
nó.
Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và reader, thẻ luôn truyền
trước, rồi mới đến reader.Vì sự hiện diện của reader không cần thiết cho việc
14. 13
truyền dữ liệu nên thẻ tích cực có thể phát dữ liệu của nó cho những vùng lân
cận nó thậm chí trong cả trường hợp reader không có ở nơi đó.
Khoảng cách đọc của thẻ tích cực là 100 feet (xấp xỉ 30,5 m) hoặc hơn nữa khi
máy phát tíchcực của loại thẻ này được dùng đến.
Thẻ tíchcực bao gồm 4 thành phần chính sau:
+ Vi mạch: Kích cỡ và khả năng làm việc vi mạch thường lớn hơn vi mạch
trong thẻ thụ động.
+ Antenna: có thể truyền tín hiệu của thẻ và nhận tín hiệu reader. Đốivới thẻ
bán tíchcực, gồm một hoặc nhiều mảnh kim loại như đồng, tương tự như thẻ thụ
động.
+ Cung cấp nguồn bên trong.
+ Điện tử học bên trong
Thẻ bán tích cực:
Hình 2.3: Cấu tạo thẻ bán tích cực
Thẻ bán tích cực có một nguồn năng lượng bên trong (chẳng hạn là bộ pin) và
điện tử học bên trong để thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng.Nguồn bên trong
cung cấp sinh lực cho thẻ hoạt động.Tuy nhiên trong quá trình truyền dữ liệu,
thẻ bán tích cực sử dụng nguồn từ reader. Thẻ bán tích cực được gọi là thẻ có hỗ
trợ pin (battery-assisted tag).
Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và reader thì reader luôn
truyền trước rồi đến thẻ.Tại sao sử dụng thẻ bán tích cực mà không sử dụng thẻ
15. 14
thụ động?Bởi vì thẻ bán tích cực không sử dụng tín hiệu của reader như thẻ thụ
động, nó tự kích động, nó có thể đọc ở khoảng cách xa hơn thẻ thụ động.Bởi vì
không cần thời gian tiếp sinh lực cho thẻ bán tích cực, thẻ có thể nằm trong
phạm vi đọc của reader ít hơn thời gian đọc quy định (không giống như thẻ thụ
động).Vì vậy nếu đối tượng được gắn thẻ đang di chuyển ở tốc độ cao, dữ liệu
thẻ có thể vẫn được đọc nếu sử dụng thẻ bán tíchcực.Thẻ bán tích cực cũng cho
phép đọc tốt hơn ngay cả khi gắn thẻ bằng những vật liệu chắn tần số vô tuyến
(RF-opaque và RF-absorbent).Sự có mặt của những vật liệu này có thể ngăn
không cho thẻ thụ động hoạt động đúng dẫn đến việc truyền dữ liệu không thành
công.Tuy nhiên, đây không phải là vấn đề khó khăn đối với thẻ bán tích cực.
Phạm vi đọc của thẻ bán tíchcực có thể lên đến 100 feet (xấp xỉ 30,5m) với
điều kiện lý tưởng.
Việc phân loại tiếp theo dựa trên khả năng hỗ trợ ghi chép dữ liệu:
+ Chỉ đọc (RO)
+ Ghi một lần, đọc nhiều lần (WORM)
+ Đọc - Ghi (RW)
2.2.4. Reader
Một reader điển hình chứa một module tần số vô tuyến (máy phát và máy thu)
là một đơn vị điều khiển và là phần tử kết nối đến bộ phát đáp. Ngoài ra các
reader còn được gắn với một giao diện bổ sung (RS232, RS485…) để chúng có
thể chuyển tiếp dữ liệu đọc được đến một hệ thống khác (PC, hệ thống điều
khiển robot…).
Reader RFID được gọi là vật tra hỏi (interrogator), là một thiết bị đọc và ghi
dữ liệu các thẻ RFID tương thích.Hoạt động ghi dữ liệu lên thẻ bằng reader được
gọi là tạo thẻ.Quá trình tạo thẻ và kết hợp thẻ với một đối tượng được gọi là đưa
thẻ vào hoạt động (commissioning the tag).
Reader là hệ thần kinh trung ương của toàn hệ thống, phần cứng RFID thiết
lập việc truyền với thành phần này và điều khiển nó, là thao tác quan trọng nhất
của bất kỳ thực thể nào muốn liên kết với thực thể phần cứng này.
16. 15
Hình 2.4: Sơ đồ khối của reader
Các thành phần chính của reader bao gồm:
- Máy phát (Transmitter)
- Máy thu (Receiver)
- Vi mạch (Microprocessor)
- Bộ nhớ
- Kênh vào/ra đốivới các cảm biến, cơ cấu truyền động đầu từ, bảng tín
hiệu điện báo bên ngoài (mặc dù nói đúng ra đây là những thành phần không bắt
buộc, chúng hầu như luôn được cung cấp với một reader thương mại).
- Mạch điều khiển (có thể nó được đặt ở bên ngoài)
- Giao diện truyền thông
- Nguồn năng lượng
Cơ chế truyền giữa thẻ và reader:
Tùy thuộc vào loại thẻ, việc truyền giữa reader và thẻ có thể theo một trong
những cách sau đây:
+ Modulated backscatter.
+ Kiểu máy phát (transmitter type).
Trước khi nghiên cứu sâu vào loại truyền thông, ta phải hiểu được khái niệm
near field và far field.
Phạm vi giữa antenna của reader và một bước sóng của sóng RF được phát
bởi antenna được gọi là near field. Phạm vi ngoài bước sóng của sóng RF đã
phát từ antenna của reader được gọi là far field. Các hệ thống RFID thụ động
17. 16
hoạt động ở băng tần LF và HF sử dụng việc truyền thông near field trong khi
trong băng tần UHF và sóng vi ba sử dụng far field. Cường độ tín hiệu trong
truyền thông near field yếu đi lập phương khoảng cách từ antenna của reader.
Trong far field, nó giảm đi bình phương khoảng cách từ antenna của reader.
Cho nên truyền thông far field được kết hợp với phạm vi đọc dài hơn truyền
thông near field.
Tiếp theo so sánh việc đọc thẻ và ghi thẻ. Việc ghi thẻ mất nhiều thời gian
hơn việc đọc thẻ trong cùng điều kiện vì hoạt động ghi gồm nhiều bước, bao
gồm việc xác minh ban đầu, xóa dữ liệu còn tồn tại trên thẻ, ghi dữ liệu mới lên
thẻ, và giai đoạn xác minh lần cuối. Thêm nữa là dữ liệu được ghi trên thẻ theo
khối bằng nhiều bước.
Vì vậy việc ghi thẻ có thể mất cả trăm giây mới hoàn thành cùng với việc tăng
kích thước dữ liệu. Ngược lại, có một số thẻ có thể được đọc trong khoảng thời
gian này với cùng reader.Việc ghi thẻ là một quá trình dễ bị ảnh hưởng cần đặt
thẻ gần antenna của reader hơn khoảng cách đọc tương ứng. Việc đặt gần nhằm
cho phép antenna của thẻ có thể nhận được đủ năng lượng từ tín hiệu antenna
của reader để cấp nguồn cho vi mạch của nó giúp nó có thể thực thi các lệnh ghi.
Nhu cầu năng lượng đối với quá trình ghi thường cao hơn quá trình đọc.
Giao diện truyền thông:
Thành phần giao diện truyền thông cung cấp các lệnh truyền đến reader, nó
cho phép tương tác với các thực thể bên ngoài qua mạch điều khiển, để truyền
dữ liệu của nó, nhận lệnh và gửi lại đáp ứng.Thành phần giao diện này cũng có
thể xem là một phần của mạch điều khiển hoặc là phương tiện truyền giữa mạch
điều khiển và các thực thể bên ngoài.Thực thể này có những đặc điểm quan
trọng cần xem nó như một thành phần độc lập.Reader có thể có một giao diện
tuần tự.Giao diện tuần tự là loại giao diện phổ biến nhất nhưng các reader thế hệ
sau sẽ được phát triển giao diện mạng thành một tính năng chuẩn.Các reader
phức tạp có các tính năng như tự phát hiện bằng chương trình ứng dụng, có gắn
18. 17
các Web server cho phép reader nhận lệnh và trình bày kết quả dùng một trình
duyệt Web chuẩn.
2.3.Các linh kiện sử dụng trong đề tài
2.3.1. Arduino Uno
Arduino làmột board mạch vixử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác
với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. 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.
Được giới thiệu vào năm 2005, Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng
mang đến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu
thích, sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng
tương tác với môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành.
Những ví dụ phổ biến cho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các
robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động. Đi cùng với
nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá
nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho
Aduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++.
Hình 2.5: Arduino Uno
19. 18
Hình 2.6: Các cổng vào/ra
Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu.Chúng
chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA.
Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển
ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối).
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:
Chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận
(receive – RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết
bị khác thông qua 2 chân này.
Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM
với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng
hàm analogWrite(). Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được
điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và
5V như những chân khác.
Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngoài
các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu
bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.
LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi
bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối
với chân số 13. Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.
20. 19
Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín
hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với
chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử
dụng các chân analog. Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì
bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V →
2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit.
Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao
tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.
Các chân năng lượng
GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO.
Khi bạn dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì
những chân này phải được nối với nhau.
5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là
500mA.
3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là
50mA.
Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn
nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với
chân GND.
IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có
thể được đo ở chân này. Và dĩ nhiên nó luôn là 5V. Mặc dù vậy bạn
không được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng
của nó không phải là cấp nguồn.
RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương
đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.
2.3.1.1. Các thông số
Thông số Giá trị
Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit
21. 20
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)
EEPROM 1 KB (ATmega328)
Bảng 2.1: Thông số arduino Uno
2.3.1.2. Nguyên lý hoạt động
Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sung
giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác. Một khía cạnh
quan trọng của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người dùng
kết nối với CPU của board với các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi,
được gọi là shield. Vài shield truyền thông với board Arduino trực tiếp thông
qua các chân khách nhau, nhưng nhiều shield được định địa chỉ thông qua serial
bus I²C-nhiều shield có thể được xếp chồng và sử dụng dưới dạng song song.
Arduino chính thức thường sử dụng các dòng chip megaAVR, đặc biệt là
ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, và ATmega2560. Một vài
các bộ vi xử lý khác cũng được sử dụng bởi các mạch Aquino tương thích. Hầu
hết các mạch gồm một bộ điều chỉnh tuyến tính 5V và một thạch anh dao động
22. 21
16 MHz (hoặc bộ cộng hưởng ceramic trong một vài biến thể), mặc dù một vài
thiết kế như LilyPad chạy tại 8 MHz và bỏ qua bộ điều chỉnh điện áp onboard do
hạn chế về kích cỡ thiết bị. Một vi điều khiển Arduino cũng có thể được lập
trình sẵn với một boot loader cho phép đơn giản là upload chương trình vào bộ
nhớ flash on-chip, so với các thiết bị khác thường phải cần một bộ nạp bên
ngoài. Điều này giúp cho việc sử dụng Arduino được trực tiếp hơn bằng cách
cho phép sử dụng 1 máy tính gốc như là một bộ nạp chương trình.
Các board Serial Arduino có chứa một mạch chuyển đổi giữa RS232 sang TTL.
Các board Arduino hiện tại được lập trình thông qua cổng USB, thực hiện thông
qua chip chuyển đổi USB-to-serial như là FTDI FT232.
Board Arduino sẽ đưa ra hầu hết các chân I/O của vi điều khiển để sử dụng cho
những mạch ngoài. Arduino Uno đưa ra 14 chân I/O kỹ thuật số, 6 trong số đó
có thể tạo xung PWM (điều chế độ rộng xung) và 6 chân input a, có thể được sử
dụng như là 6 chân I/O số. Những chân này được thiết kế nằm phía trên mặt
board, thông qua các header cái 0.10-inch (2.5 mm).
Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý của arduino Uno
23. 22
2.3.2. Module MFRC 522
2.3.2.1. Giớithiệu
Module RFID RC522 sử dụng IC MFRC522 của Phillip dùng để đọc và ghi dữ
liệu cho thẻ NFC tần số 13.56mhz.
2.3.2.2. Kỹ thuật độ nhậy
Nguồn: 3.3VDC, 13 - 26mA
Dòng ở chế độ chờ: 10-13mA
Dòng ở chế độ nghỉ
Tần số sóng mang: 13.56MHz
Khoảng cách hoạt động: 0～60mm（mifare1 card）
Giao tiếp: SPI
Tốc độ truyền dữ liệu: tối đa 10Mbit/s
Các loại card RFID hỗ trợ: mifare1 S50, mifare1 S70, mifare UltraLight,
mifare Pro, mifare Desfire
Kích thước: 40mm×60mm
Hình 2.8: Sơ đồ chân của MFRC 522
25. 24
2.3.2. Động cơ servo
2.3.2.1. Giới thiệu
Servo là một dạng động cơ điện đặc biệt.Không giống như động cơ thông
thường cứ cắm điện vào là quay liên tục, servo chỉ quay khi được điều khiển
(bằng xung ppm) với góc quay nằm trong khoảng bất kì từ 0o - 180o.Động cơ
servo được thiết kế những hệ thống hồi tiếp vòng kín.Tín hiệu ra của động cơ
được nối với một mạch điều khiển.Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được
hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động
quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí
mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm
chính xác.Các động cơ servo điều khiển bằng liên lạc vô tuyến được gọi là động
cơ servo RC (radio-controlled).
2.3.2.2. Thông số kỹ thuật
Khối lượng : 9g
Kích thước: 22.2x11.8.32 mm
Momen xoắn: 1.8kg/cm
Tốc độ hoạt động: 60 độ trong 0.1 giây
Điện áp hoạt động: 4.8V(~5V)
Nhiệt độ hoạt động: 0 ºC – 55 ºC
32. 31
Chương 4. THI CÔNG VÀ KẾT QUẢ
4.1. Mạchthực tế
Hình 4.1: Mạch thực tế
33. 32
4.2. Kết quả kiểm thử mạch
- Hệ thống nhận thẻ theo đúng yêu cầu đề ra.
- Mạch chạy ổn định.
34. 33
PHẦN III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Chương 5. Kết luận và kiếnnghị
5.1.Kết luận
5.1.1. Hiệu quả hoạt động của mạch so với mục tiêu đề ra
Mạch hoạt động đúng theo những mục tiều đề ra
5.1.2. Ưu điểm
Hệ thống khá đơn giản, rẻ và ổn định
Hệ thống khóa cửa tự động bằng Arduino và cảm biến RFID là hệ thống
rất gần với thực tế và đã được áp dụng rộng rãi ở nhiều nơi như trường
học, công ty, nhà máy,… Hệ thống này giúp ta tự động hóa 1 phần công
việc, giảm thời gian hao phí và tăng năng suất công việc.
5.1.3. Nhược điểm
Hệ thống còn sử dụng kết nối có dây để giao tiếp với máy tính.
Gây khó khăn trong lắp đặt
5.2. Kiến nghị
Hệ thống khóa cửa thông minh bằng RFID và mật khẩu khá nhỏ gọn tiện
lợi ta có thể áp dụng vào cuộc sống phục vụ cho các yêu cầu điểm danh,
chấm công hoặc bảo mật.
Sau quá trình làm đề tài, em nhận thấy đây là đề tài khá hay và có nhiều
ứng dụng trong đời sống cũng như trong công nghiệp.
Trong thực tế người ta thường sử dụng kết nối không dây để lắp đặt linh
hoạt và dễ dàng hơn.
35. 34
Tài liệu tham khảo
1. Chương trình điều khiển Arduino http://arduino.vn/reference/howto, ngày
31 tháng 5 năm 2020
2. Ths Phạm Quốc Phương(2016) ,Giáotrình Kỹ thuậtvi xử lý,Học viện
hàng không Việt Nam
3. Lê Tiến Thường (2000), Giáo trình mạch điện tử 2, NXB Đại Học Quốc
Gia TPHCM.
4. Giáo trình điện tử cơ bản 1&2, NXB Đai Học Sư Phạm Kĩ Thuật
TPHCM.
5. Giáo trình kĩ thuật số, NXB Đai Học Sư Phạm Kĩ Thuật TPHCM.
