đây là đồ án chuyên ngành về việc thiết kế 1 hệ thống nhà thông minh điều khiển qua app sử dụng RFID

1. i
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
________________________________
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH ĐIỀU KHIỂN QUA APP
GVHD : ThS. Vũ Việt Hưng
SVTH : Phạm Thu Thuỷ - 2020602700
Vũ Đức Trường - 2020600876
Chu Văn Triểu - 2020608018
Phạm Hoàng Tiến Đạt - 2021603106
Phạm Duy Hùng - 2020601268
Nhóm : 9
Hà Nội – Năm 2023

2. ii
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA: ĐIỆN TỬ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC
HỌC PHẦN ĐỒ ÁN CƠ SỞ NGÀNH MMT& TTDL
I. Thông tin chung
1. Mã lớp học phần: 20231FE6094001 Khóa:15
2. Tên nhóm: Nhóm: 09
3. Họ và tên thành viên trong nhóm:
Phạm Hoàng Tiến Đạt Mã SV: 2021603106
Phạm Duy Hùng Mã SV: 2020601268
Phạm Thu Thủy Mã SV: 2020602700
Chu Văn Triểu Mã SV: 2020608018
Vũ Đức Trường Mã SV: 2020600876
II. Nội dung học tập
Tên đề tài: Áp dụng IOT để điều khiển thiết bị trong nhà bằng smartphone
1. Hoạt động của sinh viên
TT Nội dung cần thực hiện CĐR
1
Áp dụng giao tiếp bằng văn bản và bằng đồ họa trong môi trường
kỹ thuật để trình bày báo cáo đồ án L1
2 Áp dụng giao tiếp bằng văn bản và bằng đồ họa trong môi trường
phi kỹ thuật để trình bày báo cáo đồ án.
L2
3 Thuyết trình nội dung của đồ án L3
4 Lựa chọn và sử dụng tài liệu tham khảo phù hợp với nội dung
đồ án
L4
5 Thiết kế sản phẩm trong lĩnh vực mạng máy tính và truyền thông
dữ liệu
L5
6 Khả năng thành lập nhóm làm việc L6

3. iii
7 Khả năng triển khai hiệu quả kế hoạch làm việc nhóm và đóng
góp vào công việc nhóm
L7
8 Khả năng điều phối nhóm làm việc hiệu quả với vai trò người
đứng đầu
L8
2. Sản phẩm nghiên cứu
TT Tên sản phẩm Yêu cầu Số lượng
1 Slide thuyết trình Theo đề tài đồ án 01
2 Mô hình/Mô phỏng Theo đề tài đồ án 01
3 Quyển báo cáo
Trình bày theo yêu cầu
của GVHD
01
4
Hướng dẫn sử dụng sản phẩm đồ
án.
01
III. Nhiệm vụ học tập
- Hoàn thành nội dung của đồ án theo đúng quy định (từ ngày 11/09/2023 đến
ngày 23/11/2023)
- Thực hiện thành lập nhóm, triển khai kế hoạch làm việc nhóm và đóng góp vào
công việc nhóm, điều phối nhóm làm việc với vai trò người đứng đầu.
- Thiết kế hệ thống điện tử đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của sinh viên thông qua sản
phẩm của đồ án.
- Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo đề tài được giao trước giảng viên và các sinh
viên khác.
IV.Học liệu thực hiện Đồ án
1. Tài liệu học tập: …………………………………………………….......
2. Phương tiện, nguyên liệu thực hiện Đồ án (nếu có): ………………………
Hà Nội, ngày tháng năm 2023
Trưởng bộ môn
(Ký và ghi rõ họ tên)
Tống Văn Luyên
Giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
Vũ Việt Hưng

4. iv
MỤC LỤC
MỤC LỤC ..........................................................................................................................................iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH..............................................................................................................iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU............................................................................................................iv
LỜI NÓI ĐẦU...................................................................................................................................1
Lí do chọn đề tài.......................................................................................................1
Nội dung nghiên cứu đề tài: .....................................................................................2
Mục đích, ý nghĩa của đề tài.....................................................................................2
Đối tượng nghiên cứu...............................................................................................2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI..................................................................................3
1.1. Tổng quan về nhà thông minh. [1] ....................................................................3
1.2. Các thành phần của hệ thống nhà thông minh. [1]............................................4
1.2.1. Hệ thống quản lý chiếu sáng. ....................................................................................4
1.2.2. Hệ thống kiểm soát vào ra.........................................................................................4
1.2.3. Hệ thống quan sát, thông tin liên lạc. ........................................................................5
1.2.4. Hệ thống giải trí đa phương tiện................................................................................5
1.2.5. Hệ thống điều hòa không khí, kiểm soát môi trường. ...............................................5
1.2.6. Hệ thống các công tắc điều khiển trạng thái..............................................................5
1.2.7. Hệ thống mạng, xử lý trung tâm và sự kết hợp hoạt động. .......................................6
1.3. Một số loại khóa cửa trên thị trường hiện nay. [6]............................................6
1.3.1. Khóa cửa bằng vân tay. .............................................................................................6
1.3.2. Khóa cửa bằng thẻ từ.................................................................................................7
1.4. Khái niệm về IOT và cơ sở kỹ thuật của IOT. [4].............................................7
1.4.1. Khái niệm. .................................................................................................................7
1.4.2. Cở sở kỹ thuật của IOT. [4].......................................................................................8
1.5. Tổng quan về hệ thống IOT hiện nay................................................................9
1.6. Giới thiệu công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) .........................14
1.7. Tổng kết chương................................................................................................16
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG......................................................................................17

5. ii
2.1. Thiết kế hệ thống...............................................................................................17
2.1.1. Yêu cầu hệ thống.......................................................................................................17
2.1.2. Sơ đồ khối của hệ thống. ...........................................................................................17
2.2. Sơ đồ nguyên lý.................................................................................................17
2.3. Khối điều khiển trung tâm.................................................................................19
2.3.1. Module thẻ từ RFID RC522......................................................................................24
2.4. Khối chấp hành..................................................................................................26
2.4.1. Servo SG90................................................................................................................26
2.4.2. Relay 5V....................................................................................................................27
2.5. Khối nguồn. .......................................................................................................28
2.6. Khối truyền thông..............................................................................................30
2.7. Các chuẩn giao tiếp sử dụng..............................................................................31
2.8. Phần mềm vẽ mạch in Altium Designer. [13]...................................................32
2.9. Sơ đồ mạch in....................................................................................................33
2.10. Lưu đồ thuật toán.............................................................................................34
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ..............................................35
3.1. Kết quả thực nghiệm..........................................................................................35
3.2. Hướng dẫn sử dụng. ..........................................................................................35
3.3. Kết quả đạt được................................................................................................35
3.4. Kết luận..............................................................................................................36
3.5. Hướng phát triển................................................................................................36
3.6. Tổng kết chương................................................................................................37
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................................38
PHỤ LỤC............................................................................................................................................39

6. iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Khóa cửa bằng vân tay. [6]........................................................................7
Hình 1.2 Khóa cửa bằng thẻ từ. [6] ..........................................................................7
Hình 1.3. Mô hình giám sát cây trồng ứng dụng IOT ..............................................11
Hình 1.4. Thống kê dự đoán IoT tới năm 2021........................................................13
Hình 1.5. Mô phỏng hệ thống nhận dạng sử dụng công nghệ RFID........................14
Hình 2.1. Sơ đồ khối của hệ thống. ..........................................................................17
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý........................................................................................18
Hình 2.3. Khối điều khiển trung tâm........................................................................19
Hình 2.4. Kit phát triển ESP32. [10] ........................................................................20
Hình 2.5. Sơ đồ chân của Module DOIT ESP32 DevKit V1.[10] ...........................20
Hình 2.6. Cấu hình của Module DOIT ESP32 DevKit V1. [10]..............................22
Hình 2.9. Đầu đọc RFID-RC522..............................................................................24
Hình 2.10. Khối hiển thị.
Error! Bookmark not defined.
Hình 2.13. Servo.......................................................................................................26
Hình 2.14. Servo SG90............................................................................................26
Hình 2.15. Sơ đồ nối dây Arduino và servo. ............................................................27
Hình 2.16. Relay 5V.................................................................................................27
Hình 2.17. Nguồn 9V. ..............................................................................................28
Hình 2.18. Module hạ áp LM2956. [16] ..................................................................29
Hình 2.19. Sơ đồ chân module LM2956. [16] .........................................................29
Hình 2.20. Khối truyền thông...................................................................................30
Hình 2.21. Module bluetooth HC05.........................................................................31
Hình 2.22. Phần mềm altium. [13] ...........................................................................32
Hình 2.23. Sơ đồ mạch in.........................................................................................33
Hình 2.24. Lưu đồ thuật toán....................................................................................34

7. iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Sơ đồ chân SPI của ESP32.......................................................................21
Bảng 2.2. Bảng thông tin về CPU. [10]....................................................................22
Bảng 2.5. Bảng thông số kỹ thuật DHT11.[5]..........................................................24
Bảng 2.1. Thông số của module LM2956. [16] .......................................................30
Bảng 3.1.Bảng đánh giá mức độ hoàn thành công việc. ..........................................35

8. 1
LỜI NÓI ĐẦU.
Lí do chọn đề tài.
Trong thời đại cộng nghệ ngày nay, việc truyền nhận thông tin, giao tiếp giữa các
thiết bị điện tử ngày càng phổ biến và chiếm một ưu tiên lớn để phát triển. Cách
đây một vài năm mọi người đã nói về Internet of Things sẽ thay đổi thế giới như
thế nào. Nhưng tầm nhìn về việc kết nối hàng tỷ thiết bị có những thử thách nhất
định đặc biệt là ở phương thức truyền dẫn.
Không chỉ máy tính, sự phát triển chóng mặt của các thiết bị di động cầm tay cũng
tác động không nhỏ đến đời sống của con người. Những chiếc PDA nhỏ gọn,
thông minh không chỉ giúp mọi người liên lạc với nhau dễ dàng hơn, mà nó còn
cung cấp rất nhiều những tính năng hữu ích khác như các ứng dụng văn phòng,
giải trí, khả năng kết nối mạng để tìm hiểu thông tin. Với những tính năng mạnh
mẽ ấy cộng với giá thành vừa phải đã khiếp các thiết bị này trở nên rất phổ biến
và như vật bất ly thân của rất nhiều người.
Kinh tế phát triển, đời sống được nâng cao, nhu cầu của con người về một cuộc
sống thoải mái, an toàn, tiện nghi là điều tất yếu. Chính vì vậy, ý tưởng về nhà
thông minh (SmartHomes, SmartHouses, hay Home Automation...) đã ra đời như
là ý tưởng về một ngôi nhà thân thiện với các thiết bị vận hành một cách tự động
theo ý muốn hay trang thái của chủ nhân.
Ý tưởng trên là một ý tưởng thực sự khả thi và đem lại nhiều lợi ích cho con người
và nó đã được rất nhiều các nhà khoa học, các tổ chức trong và ngoài nước quan
tâm phát triển. Nhà thông minh là một ý tưởng tương đối rộng, nó có thể bảo gồm
từ những thiết bị điều khiển đơn giản như điều khiển ti vi bằng điều khiển từ xa
cho đến những điều khiển tự động bằng cảm ứng như thay đổi ánh sáng, nhiệt độ
phòng tùy theo sở thích của chủ nhân hay thay đổi đề phù hợp với các điều kiện
thời tiết thay đổi để tạo sự dễ chịu nhất cho chủ nhân... Cũng vì sự đa dạng ấy nên
cũng đã có rất nhiều những kĩ thuật khác nhau đã từng được áp dụng trong các
giải pháp về nhà thông minh như điều khiển ánh sáng và khí hậu, điều khiển đóng
mở cửa, những hệ thống an ninh và giám sát, điều khiển hệ thống âm thanh giải
trí trong gia đính hay các hệ thống tự động chăm sóc vườn cây... Và các thành

9. 2
phần để triển khai những kĩ thuật này có một số loại như sau: các thiết bị điều
khiển bằng phần cứng (hardware controller), các phần mềm điều khiển (software
controller), các thiết bị cảm ứng (sensors). Việc kết nối các thành phần này cũng
sử dụng rất nhiều loại môi trương truyền dân đa dạng như: có dây (cáp quang, cáp
mạng, đường dây điện...) hay không dây (các loại sóng radio bao gồm wi-fi,
GPRS, bluetooth, ...; tín hiệu hồng ngoại...).
Dựa trên các tiêu chí đó em chọn đề tài “ Thiết kế mô hình nhà thông minh điều
khiển qua app ”.
Nội dung nghiên cứu đề tài:
- Nghiên cứu tài liệu về rfid.
- Tìm hiểu về vi điều khiển trọng tâm là ESP32 phần cứng và lập trình, viết
chương trình cho ESP32.
- Thiết kế và tính toán thiết kế mạch phần cứng cho thiết bị.
- Thi công phần cứng, thử nghiệm và hiệu chỉnh phần cứng.
- Đánh giá các thông số của mô phỏng so với thực tế.
- Viết báo cáo.
Mục đích, ý nghĩa của đề tài
- Thiết kế khóa cửa bằng vân tay đảm bảo an toàn giảm nguy cơ bị kẻ gian đột
nhập.
- Có thể giúp mở rộng đề tài như: điều khiển các thiết bị bằng cảm biến vân tay
hay mật khẩu nhằm tránh hư hỏng thiết bị. Hoặc có thể làm hệ thống điểm danh
bằng vân tay để biết được giờ vào - ra của mỗi sinh viên giúp cho giảng viên giảm
thiểu thời gian điểm danh.
Đối tượng nghiên cứu.
- Đối tượng cần nghiên cứu là thiết kế mô hình cửa mở bằng thẻ rfid sử dụng
ESP32 dùng trong các căn hộ hay trong các siêu thị nhà hàng công ty.

10. 3
CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.
1.1.Tổng quan về nhà thông minh. [1]
Nhà thông minh là ngôi nhà được trang bị các hệ thống tự động thông minh cùng
với cách bố trí hợp lý, các hệ thống này có khả năng tự điều phối các hoạt động
trong ngôi nhà theo thói quen sinh hoạt và nhu cầu cá nhân của gia chủ. Chúng ta
cũng có thể hiểu ngôi nhà thông minh là một hệ thống chỉnh thể mà trong đó, tất
cả các thiết bị điện tử gia dụng đều được liên kết với thiết bị điều khiển trung tâm
và có thế phối hợp với nhau để cùng thực hiện một chức năng. Các thiết bị này có
thể tự đưa ra cách xử lý tình huống được lập trình trước, hoặc là được điều khiển
và giám sát từ xa.
Giải pháp nhà thông minh sẽ biến những món đồ điện tử bình thường trong ngôi
nhà trở nên thông minh và gần gũi với người dùng hơn, chúng được kiểm soát
thông qua các thiết bị truyền thông như điều khiển từ xa, điện thoại di động…
ngôi nhà thông minh đơn giản nhất có thể được hình dung bao gồm một mạng
điều khiển liên kết một số lượng cố định các thiết bị điện, điện tử gia dụng trong
ngôi nhà và chúng được điều khiển thông qua một chiếc điều khiển từ xa. Chỉ với
kết nối đơn giản như trên cũng đủ để hài lòng một số lượng lớn các cá nhân có
nhu cầu nhà thông minh ở mức trung bình.
Vậy liệu nhà thông minh có làm thay đổi các thói quen vốn đã rất gắn bó từ trước
đến nay với hầu hết mọi người?
Chúng ta đều biết phần lớn căn hộ từ trung bình đến cao cấp đều sử dụng các loại
điều khiển từ xa để điều khiển máy lạnh, ti vi…còn lại phần lớn các thiết bị khác
như hệ thống đèn, bình nước nóng lạnh…phải điều khiển bằng tay. Những việc
như vậy đôi lúc sẽ đem lại sự bất tiện, khi mà chúng ta mong muốn có một sự tiện
nghi và thoải mái hơn, vừa có thể tận hưởng nằm trên giường coi ti vi vừa có thể
kiểm soát được hệ thống các thiết bị trong nhà chỉ với một chiếc smartphone hay
máy tính bảng.

11. 4
1.2.Các thành phần của hệ thống nhà thông minh. [1]
Mô hình mô phỏng ngôi nhà trong thực tế và sự phân bố khá hợp lý các hệ thống
đi kèm.
Việc bố trí rất quan trọng, những thiết bị không sử dụng nên sắp xếp vào chỗ hợp
lý tránh gây bất tiện trong sinh hoạt. Vì vậy, khi thiết kế ngôi nhà thông minh cần
quan tâm đến sự thay đổi mềm dẻo trong cách thức lắp đặt và cấu hình sử dụng.
1.2.1. Hệ thống quản lý chiếu sáng.
Các thiết bị chiếu sáng như bóng đèn sợi đốt, đèn neon, đèn ngủ, trang trí…được
sử dụng rất nhiều. Vì vậy nếu phối hợp chiếu sáng không hợp lý sẽ dẫn tới bị “ô
nhiễm” ánh sáng. Ngoài ra, việc chiếu sáng như vậy còn gây lãng phí điện, giảm
tuổi thọ thiết bị. Bên cạnh đó số lượng đèn dùng để chiếu sáng là khá lớn, gia chủ
sẽ gặp những bất tiện nhỏ trong việc bật tắt, điều chỉnh độ sáng cho phù hợp.
Hệ thống chiếu sáng sẽ được tích hợp chung với các hệ thống khác hoặc sẽ được
tách riêng ra để điều khiển độc lập. Các giải pháp đều nhằm tối ưu hóa hệ thống
và giúp gia chủ điều khiển dễ dàng hơn. Các giải pháp kết hợp sẽ được tính đến
để tự động hóa tới mức tối đa.
1.2.2. Hệ thống kiểm soát vào ra.
Khi gia chủ đi vắng, việc kiểm soát các hệ thống vào ra trong ngôi nhà là rất quan
trọng, giúp đề phòng trộm v.v… Ngôi nhà thông minh cung cấp hệ thống kiểm
soát vào ra cho phép chủ nhà quản lý và cấp quyền “đăng nhập” cho các thành
viên trong gia đình và người thân.
Hệ thống cửa ra vào ở các phòng sẽ được lắp đặt các khóa vân tay hoặc khóa phím
v.v… nhằm nhận dạng người trong nhà hoặc khách để cấp quyền “đăng nhập”.
Ngoài ra, còn có thể dùng hệ thống nhận diện khuôn mặt hay giọng nói tùy vào
phòng riêng của mỗi người.
Mỗi khi có sự kiện mới, hệ thống kiểm soát ra vào này cũng sẽ kích hoạt các hệ
thống khác để lưu giữ các thay đổi do người dùng tạo ra.

12. 5
1.2.3. Hệ thống quan sát, thông tin liên lạc.
Một ngôi nhà bình thường sẽ có từ 4 đến 5 phòng kín, và do vậy sẽ có một vài vấn
đề khó khăn khi giao tiếp từ phòng này sang phòng khác. Một hệ thống thông tin
liên lạc nội bộ có thể giúp giải quyết vấn đề này.
Hệ thống liên lạc nội bộ đơn giản có thể là các điện thoại cố định hoặc điện thoại
mẹ bồng con. Ngoài chức năng liên lạc trong nhà, hệ thống này cần được kết nối
với mạng điện thoại để tiện cho việc giao tiếp và công việc hơn, để làm việc này
cần đến một bộ chuyển kênh.
Hệ thống quan sát sẽ giúp việc kiểm soát an ninh, người vào/ra ngôi nhà…giúp
cho gia chủ nhận diện khách nhanh chóng thông qua camera.
1.2.4. Hệ thống giải trí đa phương tiện.
Ngôi nhà là nơi sinh hoạt của một gia đình có thể gồm nhiều thế hệ và mỗi thế hệ
lại có nhu cầu giải trí khác nhau. Do đó, một hệ thống giải trí đa phương tiện sẽ
cung cấp cho các thành viên những hoạt động giải trí phù hợp…
1.2.5. Hệ thống điều hòa không khí, kiểm soát môi trường.
Thông thường thì một ngôi nhà cần có những không gian xanh, nó không chỉ giúp
các thành viên trong gia đình thư giãn mà còn giúp điều hòa không khí. Việc xây
dựng và duy trì màu xanh trong ngôi nhà là cần thiết, do đó hệ thống điều hòa
không khí và kiểm soát môi trường sẽ giúp ích rất nhiều trong việc chăm sóc cây
như độ ẩm cần thiết, hay là ánh sáng phù hợp…
1.2.6. Hệ thống các công tắc điều khiển trạng thái.
Hệ thống các công tắc và bảng hiển thị sẽ cung cấp thông tin cũng như nhận lệnh
điều khiển từ gia chủ. Đảm bảo sự tương tác hai chiều giữa các thành viên và hệ
thống tự động. Hệ thống bao gồm: các điều khiển từ xa, các công tắc gắn tường,
các bảng điều khiển tương tác HMI, điện thoại thông minh…

13. 6
1.2.7. Hệ thống mạng, xử lý trung tâm và sự kết hợp hoạt động.
Ngôi nhà thông minh được đánh giá cao và khác hẳn những ngôi nhà bình
thường là do nó được trang bị một hệ thống mạng điều khiển và toàn bộ các thay
đổi và điều khiển tự động trong ngôi nhà được xử lý đồng nhất thông qua hệ thống
mạng và xử lý trung tâm. Nó có vai trò quan trọng, làm nhiệm vụ liên kết các hệ
thống khác trong ngôi nhà lại với nhau, điều phối của hệ thống chấp hành một
cách nhịp nhàng theo các điều kiện tác động được lập trình từ trước. Chúng ta gọi
đó là các hoạt cảnh – hay là các điều kiện môi trường trong ngôi nhà. Một vài sự
kết hợp tiêu biểu:
 Hệ thống chiếu sáng với Hệ thống xử lý trung tâm có thể được lập trình theo
thói quen của người sử dụng. Các thiết bị chiếu sáng sẽ hoạt động theo chu trình
thời gian đặt trước.
 Hệ thống chiếu sáng kết hợp với hệ thống cảm biến cung cấp khả năng tự động
điều khiển ánh sáng như: đèn tự động tắt khi không có người trong phòng, một số
khu vực tự sáng đèn khi qua 18h…
 Hệ thống cảnh báo kết hợp với hệ thống chiếu sáng: khi có vấn đề xảy ra như
cháy nổ, phát hiện ăn trộm…các bóng đèn sẽ chớp sáng liên tục, đồng thời sẽ có
tiếng còi báo hiệu.
1.3.Một số loại khóa cửa trên thị trường hiện nay. [6]
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại khóa cửa, rất đa dạng về mẫu mã và
chủng loại đáp ứng các nhu cầu khác nhau của khách hàng.
1.3.1. Khóa cửa bằng vân tay.
Loại khóa cửa thông minh nhất hiện nay có thể kể đến là khóa cửa vân tay. Mỗi
người chúng ta đều có vân tay khác nhau. Chính vì thế dùng vân tay để xác nhận giúp
cho việc mở khóa đảm bảo an toàn tuyệt đối. Vì không có vân tay không thể vào nhà
nên đây là loại khóa cửa thông minh phổ biến được nhiều gia đình lựa chọn.
Khóa vân tay hay cũng gọi là khóa cửa bằng vân tay là loại khóa dùng vân tay
thay cho chìa khóa để mở cửa.
Tùy theo loại khóa, thông thường khóa vân tay có dung lượng từ 100-300 vân

14. 7
tay.
Hình 1.1 Khóa cửa bằng vân tay. [6]
1.3.2. Khóa cửa bằng thẻ từ.
Khóa từ có tên gọi là Nopass với ổ khóa bằng kim loại (có lớp từ tính bên trong),
chìa khóa là một loại thẻ có hình dạng như thẻ tín dụng và được làm bằng chất liệu đặc
biệt, trong thẻ có chứa ngầm các phần tử nhiễm từ nhưng không nhìn thấy. Khi mở,
đóng cửa bạn chỉ cần đút thẻ từ vào khe của ổ khóa.
Ưu điểm của khóa là hoàn toàn không dùng điện, pin hay ắc quy. Về cấu tạo khóa
có cấu trúc lớp từ gắn ngầm bờn trong ổ khóa. Mỗi cấu trúc đó là một tổ hợp hình học
của 28 trong 41 lực từ.
Hình 1.2 Khóa cửa bằng thẻ từ. [6]
1.4.Khái niệm về IOT và cơ sở kỹ thuật của IOT. [4]
1.4.1. Khái niệm.
Internet of Things (IoT) là thuật ngữ dùng để chỉ các đối tượng có thể được nhận
biết cũng như sự tồn tại của chúng trong một kiến trúc mang tính kết nối. Đây là
một viễn cảnh trong đó mọi vật, mọi con vật hoặc con người được cung cấp các
định danh và khả năng tự động truyền tải dữ liệu qua một mạng lưới mà không
cần sự tương tác giữa con người với con ngườii hoặc con người với máy tính. IoT
tiến hoá từ sự hội tụ của các công nghệ không dây, hệ thống vi cơ điện tử (MEMS)

15. 8
và Internet. Cụm từ này được đưa ra bởi Kevin Ashton vào năm 1999. Ông là một
nhà khoa học đã sáng lập ra Trung tâm Auto-ID ở đại học MIT.
1.4.2. Cở sở kỹ thuật của IOT. [4]
1.4.2.1.Giao thức chính.
Trong IoT, các thiết bị phải giao tiếp được với nhau (D2D). Dữ liệu sau đó phải
được thu thập và gửi tới máy chủ (D2S). Máy chủ cũng có để chia sẻ dữ liệu với
nhau(S2S), có thể cung cấp lại cho các thiết bị, để phân tích các chương trình,
hoặc cho người dùng. Các giao thức có thể dùng trong IoT là:
- MQTT: một giao thức cho việc thu thập dữ liệu và giao tiếp cho các máy chủ
(D2S).
MQTT (Message Queue Telemetry Transport), mục tiêu thu thập dữ liệu và giao
tiếp D2S. Mục đích là đo đạc từ xa, hoặc giám sát từ xa, thu thập dữ liệu từ nhiều
thiết bị và vận chuyển dữ liệu đó đến máy trạm với ít xung đột nhất. MQTT nhắm
đến các mạng lớn của các thiết bị nhỏ mà cần phải được theo dõi hoặc kiểm soát
từ các đám mây.
- XMPP: giao thức tốt nhất để kết nối các thiết bị với mọi người, một trường hợp
đặc biệt của mô hình D2S, kể từ khi người được kết nối với các máy chủ. XMPP
ban đầu được gọi là "Jabber." Nó được phát triển cho các tin nhắn tức thời (IM)
để kết nối mọi người với những người khác thông qua tin nhắn văn bản. XMPP là
viết tắt của Extensible Messaging và Presence Protocol
- DDS: giao thức tốc độ cao cho việc tích hợp máy thông minh (D2D).
- AMQP: hệ thống hàng đợi được thiết kế để kết nối các máy chủ với nhau (S2S).
1.4.2.2.Công suất thiết bị.
Các tiêu chí hình thức chính của thiết bị khi triển khai một ứng dụng IoT là phải
giá thành thấp, mỏng, nhẹ…và như vậy phần năng lượng nuôi thiết bị cũng sẽ trữ
nên nhỏ gọn lại, năng lượng tích trữ cũng sẽ trữ nên ít đi. Do đó đòi hỏi thiết bị
phải tiêu tốn một công suất cực nhỏ (Ultra Low Power) để sử dụng nguồn năng
lượng có hạn đó. Bên cạnh đó yêu cầu có những giao thức truyền thông không

16. 9
dây gọn nhẹ hơn, đơn giản hơn, đòi hỏi ít công suất hơn (Low Energy Wireless
Technologies) như Zigbee, BLE (Bluetooth low energy), ANT/ANT+, NIKE+,
…
1.5.Tổng quan về hệ thống IOT hiện nay.
Ngày nay, đi cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu và đòi hỏi về chất lượng
cuộc sống, giảm áp lực công việc ngày càng tăng cao. Để đáp ứng được các nhu
cầu thiết yếu đó, khoa học kĩ thuật cũng đang ngày một phát triển và được ứng
dụng phổ biến trong mọi lĩnh vực giúp tăng năng suất, hiệu quả lao động và giảm
thiểu tối đa sức lao động của con người. Và đỉnh cao của sự phát triển đó là tiến
tới một mạng lưới các hệ thống tự vận, tự điểu khiển và kết nối được với nhau. Ở
đó, mọi đồ vật, con vật hoặc con người được cung cấp các định danh riêng và khả
năng tự động truyền tải dữ liệu qua một mạng lưới mà không cần sự tương tác
giữa con người với con người hoặc con người với máy tính. Người ta gọi đó là
IOT (internet of things)
Mạng lưới thiết bị kết nối Internet. Thế giới đang chuyển mình mạnh mẽ trước xu
thế IOT và làn sóng đó cũng nhanh chóng du nhập vào các quốc gia đang phát
triển như Việt Nam. Với nền tảng dựa trên các loại mạng không dây đang được
phổ biến hiện nay như Wifi, Bluetooth, ZigBee… và mới nhất là Lora với những
ưu điểm riêng, hứa hẹn mang lại một bước tiến mới cho công nghệ mạng không
dây và giúp cho IOT trở lên hoàn thiện hơn.
IOT về cơ bản là sự kết nối của các đối tượng với nhau qua Internet. Trong một
nghĩa rộng hơn, đây là sự ảo hóa và là một xu hướng công nghệ hiện đại, với mục
tiêu thu thập dữ liệu từ những đối tượng chúng ta quan tâm và chuyển đổi chúng
thành dạng có thể xử lý trên máy tính, mang lại những giá trị mới, phục vụ cho
lợi ích của con người .Trong mô hình IOT, mọi đồ vật, con vật hay kể cả con
người đều có thể được nhận biết và định dạng (identifiable) để phân biệt bản thân
đối tượng đó với những thứ xung quanh nhờ đó chúng dễ dàng trao đổi và truyền
tải thông tin, dữ liệu một cách hiệu quả, tiện lợi thông qua mạng Internet mà không
cần sự tương tác trực tiếp giữa người với thiết bị hay giữa người với người. Điều

17. 10
đó có nghĩa là khi mọi thiết bị đã được “Internet hóa”, chỉ với một thiết bị thông
minh, chẳng hạn như Smart tivi, Smartphone hay thậm chí chỉ bằng một chiếc
smartwatch nhỏ bé trên tay đã được hỗ trợ IoT, người dùng có thể điều khiển
chúng mọi lúc mọi nơi mà không bị giới hạn về mặt thời gian và không gian; nhờ
đó tiết kiệm được tối đa thời gian, công sức và giảm tải áp lực cho con người,
mang lại lợi ích về kinh tế vô dùng to lớn, được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh
vực trong đời sống thường ngày cũng như trong sản xuất, công, nông nghiệp…
Theo nghiên cứu của hãng nghiên cứu và phân tích thị trường Machina Research
ước tính sẽ có 27 tỷ kết nối IoT vào năm 2022 và cơ hội thu nhập của ngành này
sẽ đạt tới 3 nghìn tỷ dollar Mỹ.
Để thấy rõ được những gì mà IOT mang lại chúng ta sẽ tìm hiểu qua một số ứng
dụng trong ba lĩnh vực chính mà mô hình IOT đang được áp dụng: nông nghiệp,
sản xuất và trong cuộc sống. Một trong những ngành có sự thay đổi nhiều nhất kể
từ khi IOT ra đời đó chính là nông nghiệp thông minh. So với nên nông nghiệp
thủ công truyền thống, thì nông nghiệp có sử dụng các ứng dụng IOT đem lại hiệu
quả lớn hơn rất nhiều, đồng thời tiết kiệm đáng kể sức lao động của con người.
Với những thiết bị đã được tự động hóa, ta dễ dàng theo dõi được vị trí và tình
trạng của vật nuôi, giám sát các điều kiện phát triển các loại cây trồng, và tối ưu
hóa hiệu suất của thiết bị nông nghiệp… Các loại cây trồng có giá trị cao có thể
được theo dõi bởi các cảm biến không dây nhằm giúp ghi nhận các thông số (nhiệt
độ không khí, độ ẩm, nhiệt độ đất, độ ẩm của đất, áp suất khí quyển, bức xạ mặt
trời, đường kính thân cây/ gốc/ quả, tốc độ và hướng gió, lượng mưa…),
với các dữ liệu thời gian thực được thu thập đường lưu trữ và xử lý thông qua điện
toán đám mây cho phép truy cập thông qua máy tính kết nối internet hoặc
smartphone. Thông tin này tiện lợi trong việc đồng bộ hệ thống tưới tiêu và sử
dụng các biện pháp can thiệp khác để phù hợp với điều kiện trồng tại từng địa
phương.

18. 11
Hình 1.3. Mô hình giám sát cây trồng ứng dụng IOT
Hình 1.3 mô tả khái quát một mô hình giam sát cây trồng thông minh. Tại đó, các
cảm biến được sử dụng để đo độ ẩm, nhiệt độ, ánh sáng, độ PH, … của cây trồng
rồi truyền về máy tính qua mạng không dây để người dùng có thể dễ dàng theo
dõi. Các dữ liệu này được lưu trữ trực tuyến ở trong Cloud.
Hay một ví dụ khác, thứ mà đang được nhắc đến rất nhiều hiện nay là hệ thống
nhà thông minh. Một mô hình “Smart house” điển hình sẽ có các tính năng cơ
bản: khi chúng ta bước gần về đến cửa nhà, cơ chế điều khiển tự động tích hợp
trong chìa khóa (hay thậm chí là điện thoại, thẻ tín dụng, smartwatch) của chúng
ta sẽ tự động mở cửa từ xa. Khóa cửa sẽ gửi tín hiệu không dây đến hệ thống mạng
nội bộ trong nhà, trước hết là khiến đèn và hàng lang được kích hoạt. Hệ thống
điều hòa, vốn đã chuyển sang trạng thái chờ khi chúng ta rời đi, sẽ tiếp tục hoạt
động trở lại. Chiếc tủ lạnh thông thường của bạn khi không được kết nối với thiết
bị nào. Nếu muốn ghi lại nhiệt độ ở từng thời điểm của tủ để theo dõi, chúng ta
chỉ có cách đo đạc và ghi lại thủ công rồi nhập vào một máy tính hay thiết bị lưu
trữ nào đó. Nhưng nếu chỉ cần có thêm của một thiết bị cảm biến rất nhỏ, tất cả
các số liệu này sẽ được tự động chuyển về máy tính một cách đầy đủ và chính xác
mà không cần bất cứ tác động nào của con người. Trong các ngành công nghiệp,

19. 12
sản xuất, IOT cũng dần trở lên phổ biến và đang được áp dụng rất hiệu quả. Tập
đoàn General Electric (GE) của Mỹ được xem là một ví dụ tiêu biểu trong việc
khai thác IoT. Tập đoàn này có thể tiên liệu được chu trình bảo trì của một động
cơ máy bay hay tua-bin điện gió nhờ tích hợp IoT. Bằng cách phân tích dữ liệu
thu thập được, GE tiết kiệm được rất nhiều thời gian và chi phí. Các kỹ sư của GE
biết được khi nào sẽ phải tiến hành bảo dưỡng một động cơ thay vì cách làm
truyền thống là tự đặt ra lịch trình bảo dưỡng cứng nhắc nhưng chưa chắc đã thực
sự cần thiết với thiết bị. Không những thế, việc lập lịch cho các thiết bị tự hoạt
mà không cần đến sự tác động của con người giúp giảm bớt các chi phí về nhân
công, nâng cao hiệu quả lao động và rút ngắn thời gian trong sản xuất. Ngoài ra,
còn rất nhiều lĩnh vực khác cũng đang được sử dụng các ứng dụng IOT và đem
lại hiệu quả tích cực. Có thể kể đến ngay như trong bán lẻ hàng hóa, y tế, bảo vệ
môi trường, vận tải hay giao thông thông minh…
Sự phát triển của IoT được thúc đẩy bởi 4 yếu tố quan trọng. Đầu tiên là cảm biến
chi phí thấp, thứ hai là công nghệ di động, tiếp theo đó là khả năng phân tích dữ
liệu lớn, và cuối cùng là điện toán đám mây. Cảm biến giá rẻ đang nổi lên như là
một trình điều khiển rất quan trọng đối với sự phát triển của hệ thống IOT, với
đặc điểm tiện lợi và nhỏ gọn hơn bao giờ hết để có thể gắn vào bất kì đối tượng,
thiết bị nào, chúng sẽ là con mắt và mọi thay đổi của thế giới xung quanh. Còn
đối với doanh nghiệp thì tính di động lại đang là yếu tố thiết yếu và tập trung tất
cả mọi thứ trong một ứng dụng. Doanh nghiệp phải phát triển các ứng dụng của
mình để có thể biết và theo dõi vị trí một cách tự động của bất cứ thiết bị CNTT
nào. Và khi có nhiều kết nối được thực hiện, sẽ dẫn đến khối lượng dữ liệu lớn và
là tiền đề cho khái niệm bùng nổ dữ liệu. Ví dụ khi nói về thành phố thông minh
thì bản chất ở đây là thu thập tất cả dữ liệu từ những đối tượng kết nối và chuyển
chúng thành thông tin. Khả năng phân tích dữ liệu lớn đóng vai trò quan trọng để
điều khiển, quản lý cả hệ thống. Cuối cùng, nơi lưu trữ, xử lý những dữ liệu đó
của chính là điện toán đám mây. Tại sự kiện NetEvent 2016 diễn ra hồi tháng
5/2016 vừa qua tại Singapore với chủ đề “The IoT Will Disrupt Everything – Or
Will It? You Be the Judge”, nhiều chuyên gia đã nhận định rằng điện toán đám

20. 13
chính là nơi tạo ra khả năng, sức mạnh và là nguồn lưu trữ khổng lồ cho IoT với
những ưu điểm như an toàn, bảo mật cao, dung lượng không giới hạn, tối đa chi
phí, tốc độ và đơn giản, dễ sử dụng.
Mặc dù khái niệm Internet of Things đã được đưa ra từ lâu (bởi Kevin Ashton vào
năm 1999). Nhưng chỉ trong vài năm gần đây nó mới được nhiều doanh nghiệp
cũng như các nhà khoa học để ý và tập trung phát triển mạnh mẽ, trở thành tâm
điểm cho sự đầu tư trong lĩnh vực khoa học kĩ thuật.
Và khi đã gây được sự chú ý của cộng đồng, IoT đã cho thấy tiềm năng phát triển
của mình bằng những con số đáng kinh ngạc:
Dự báo Internet of Things đến năm 2020:
Hình 1.4. Thống kê dự đoán IoT tới năm 2021.
Theo ước tính của công ty ABI Research về IOT đến năm 2020 cho kết quả:
+ 4 tỷ người kết nối với nhau
+ 4 ngàn tỷ USD doanh thu
+ Hơn 25 triệu ứng dụng
+ Hơn 25 tỷ hệ thống nhúng và hệ thống thông minh
+ 50 ngàn tỷ Gbs dữ liệu.

21. 14
1.6. Giới thiệu công nghệ RFID (Radio Frequency Identification)
 Radio Frequency Identification hay RFID, là một thuật ngữ chung cho các công
nghệ sử dụng sóng vô tuyến để tự động nhận diện người hay đồ vật. Một hệ thống
RFID được tạo thành từ hai phần chính: một thẻ hoặc nhãn và một đầu đọc. Thẻ
RFID hoặc nhãn được gắn với một bộ phát và bộ thu. Các thành phần trên thẻ
RFID có hai phần: một vi mạch lưu trữ và xử lý thông tin, và một ăng ten để nhận
và truyền tín hiệu. Thẻ chứa chuỗi số cụ thể cho một đối tượng cụ thể.
Để đọc các thông tin được mã hóa trên một thẻ, một bộ truyền-nhận sóng radio
hai chiều gọi là interrogator hay bô đọc phát ra một tín hiệu đến thẻ sử dụng một
ăng-ten. Thẻ hồi đáp bằng một thông tin được chứa trong ngân hàng bộ nhớ của
nó. Bộ đọc sau đó sẽ truyền kết quả đã đọc được cho một chương trình máy tính
xử lý RFID.
Hình 1.5. Mô phỏng hệ thống nhận dạng sử dụng công nghệ RFID.
 Một bộ đọc nhận dạng tần số vô tuyến (bộ đọc RFID) là một thiết bị được sử
dụng để thu thập thông tin từ một thẻ RFID, được sử dụng để theo dõi các đối
tượng cá nhân. Sóng vô tuyến được sử dụng để chuyển dữ liệu từ thẻ vào đầu đọc.
RFID là một công nghệ tương tự theo lý thuyết như mã vạch. Tuy nhiên, các thẻ
RFID không cần phải được quét trực tiếp, cũng không cần đọc line-of-sight với
bộ đọc. Thẻ RFID phải nằm trong phạm vi của một đầu đọc RFID, khoảng 1-100
m, để được đọc. Công nghệ RFID cho phép nhiều đối tượng được quét nhanh và
cho phép xác định nhanh chóng một đối tượng cụ thể, ngay cả khi nó được bao
quanh bởi một số đối tượng khác.

22. 15
 RFID sử dụng nhiều dải tần số khác nhau bao gồm tần số thấp (LF, 125 kHz),
tần số cao (HF, 13,56 MHz), Ultra High Frequency (UHF, 433 MHz, 860-960
MHz) và sóng viba (2,45 GHz, 5,8 GHz). Những dải tần này, nói chung, không
đòi hỏi phải có giấy phép nếu công suất phát ra hạn chế. Một số dải tần có thể
được sử dụng trên toàn cầu (HF) trong khi những dải tần khác được cụ thể cho
các khu vực nhất định (UHF tại Mỹ, EU và Nhật Bản).
 Ghép điện dung và ghép điện cảm:
Có hai phương thức truyền thông được sử dụng trong công nghệ RFID: Ghép điện
dung và ghép điện cảm. Ghép điện cảm có bộ đọc phát ra một từ trường. Khi thẻ
RFID vào phạm vi này, con chip sẽ thay đổi phản ứng anten của nó kết quả làm
nhiễu từ trường và có thể được phát hiện bởi bộ đọc. Độ mạnh của từ trường giảm
mạnh so với khoảng cách từ bộ phát, do đó hệ thống dùng ghép điện cảm được sử
dụng cho bộ đọc có tầm hoạt động ngắn. Đây là phương thức hoạt động cho dải
tần HF. Ghép điện dung có bộ đọc phát ra một sóng điện từ lan truyền. Khi làn
sóng này có ảnh hưởng tới một thẻ, con chip trên thẻ sẽ thay đổi một phần sóng
vô tuyến của anten sao cho tín hiệu phản xạ về có thể được phát hiện bởi bộ đọc.
Đây là chế độ hoạt động chính ở UHF và trong vùng sóng viba.
 Thẻ tích cực và thụ động:
Thẻ RFID được gọi là tích cực hoặc thụ động dựa trên cách nó được cung cấp
nguồn. Thẻ tích cực có pin và thực sự chủ động truyền tín hiệu. Thẻ tích cực có
phạm vi đọc dài nhất (~ 100 m) và là đắt nhất do chi phí của pin và máy phát. Thẻ
thụ động không có nguồn cung cấp điện trên thẻ. Năng lượng để kích hoạt con
chip trên thẻ hoàn toàn từ làn sóng điện từ đến từ các đầu đọc RFID. Phạm vi đọc
được giới hạn bởi mật độ công suất truyền cần thiết để đạt được đủ điện áp cho
chip kích hoạt. Thẻ thụ động ít tốn kém hơn nhiều so với thẻ chủ động và, nói
chung, sẽ có ít phạm vi hoạt động hơn. Một lớp thẻ thứ ba được gọi là thẻ bán tích
cực, hoặc là thẻ có pin hỗ trợ thụ động (BAP). Những thẻ này bao gồm pin để
chip luôn có đủ năng lượng để kích hoạt nhưng chúng không có một bộ phát tích
cực. Thẻ BAP có phạm vi lớn hơn các thẻ thụ động mặc dù với chi phí cao hơn
và tuổi thọ hạn chế do pin.

23. 16
 Công nghệ RFID có thể được sử dụng trong một số ứng dụng bao gồm:
o Hộ chiếu.
o Thẻ thông minh.
o Hành lý trên máy bay.
o Thu phí giao thông qua.
o Thiết bị gia dụng.
o Thẻ hàng hóa.
1.7.Tổng kết chương.
Trong chương 1, em đã nêu mô hình nhà thông minh và 1 số loại cửa tự động đã
được sử dụng trên thị trường và mô hình IoT hiện nay.

24. 17
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG.
2.1. Thiết kế hệ thống.
2.1.1. Yêu cầu hệ thống.
- Nguồn ổn định.
- Các cảm biến giao tiếp được với vi xử lý.
- Nhận diện thẻ từ mở cửa tự động.
2.1.2. Sơ đồ khối của hệ thống.
Hình 2.1. Sơ đồ khối của hệ thống.
 Khối nguồn: 1 Adapter 12v, cấp nguồn cho khối vi điều khiển và các thiết bị
chấp hành sử dụng điện 12v như đèn.
 Khối điều khiển trung tâm: ESP32, bộ não xử lý cho toàn hệ thống.
 Khối chấp hành: Sử dụng Servo 5V và relay 5V.
 Khối truyền thông: Sử dụng module Bluetooth HC05.
2.2.Sơ đồ nguyên lý.
Sau khi thiết kế các khối cần thiết em có sơ đồ nguyên lý sau:

25. 18
Hình 2.2. Sơ đồ mạch điện.

26. 19
2.3.Khối điều khiển trung tâm.
Hình 2.3. Khối điều khiển trung tâm.
ESP32 là vi điều khiển có năng lượng thấp có hỗ trợ WiFi và dual-mode
Bluetooth (tạm dịch: Bluetooth chế độ kép). Dòng ESP32 sử dụng bộ vi xử
lý Tensilica Xtensa LX6 ở cả hai biến thể lõi kép và lõi đơn, và bao gồm các
công tắc antenna tích hợp, RF balun, bộ khuếch đại công suất, bộ khuếch đại
thu nhiễu thấp, bộ lọc và module quản lý năng lượng.
ESP32 được chế tạo và phát triển bởi Espressif Systems, một công ty Trung
Quốc có trụ sở tại Thượng Hải, và được sản xuất bởi TSMC bằng cách sử
dụng công nghệ 40 nm.

27. 20
Hình 2.4. Kit phát triển ESP32. [10]
Hình 2.5. Sơ đồ chân của Module DOIT ESP32 DevKit V1.[10]
 Chân chỉ đầu vào.
GPIO từ 34 đến 39 là các chân chỉ đầu vào. Các chân này không có điện trở
kéo lên hoặc kéo xuống bên trong. Chúng không thể được sử dụng làm đầu
ra, vì vậy chỉ sử dụng các chân này làm đầu vào:
 Chân tích hợp Flash.
GPIO 6 đến GPIO 11 dùng để kết nối Flash SPI trên chip ESP-WROOM-
32, không khuyến khích sử dụng cho các mục đích sử dụng khác.
 Bộ chuyển đổi tương tự sang số ADC.
Từ GPIO32 đến GPIO39, GPIO12 đến GPIO15, GPIO 25 đến GPIO27,
GPIO0, GPIO2, GPIO4 là 18 kênh đầu vào ADC 12 bit của Module DOIT
ESP32 DivKit

28. 21
 Bộ chuyển đổi số sang tương tự DAC.
Có 2 kênh DAC 8 bit trên Module DOIT ESP32 DevKit để chuyển đổi tín
hiệu số sang tương tự là DAC1 (GPIO25) và DAC2 (GPIO26). Các kênh
này chỉ có độ phân giải 8 bit, nghĩa là có giá trị từ 0 ÷ 255 tương ứng với 0
÷ 3.3V. Đây là các kênh DAC:
 Các chân thời gian thực RTC.
Từ GPIO12 đến GPIO15, GPIO25 đến GPIO27, GPIO32 đến GPIO36,
GPIO0, GPIO2, GPIO4 GPIO39, các chân này có tác dụng đánh thức
Module DOIT ESP32 DevKit khi trong chế độ ngủ sâu (Low Power Mode).
Sử dụng như 1 chân ngắt ngoài.
 Chân PWM.
Module DOIT ESP32 DevKit LED PWM có 16 kênh độc lập có thể được
cấu hình để tạo tín hiệu PWM với các thuộc tính khác nhau. Tất cả các chân
có thể hoạt động như đầu ra đều có thể được sử dụng làm chân PWM (GPIO
từ 34 đến 39 không thể tạo PWM).
 Chân I2C.
Module DOIT ESP32 DevKit có hai kênh I2C và bất kỳ chân nào cũng có
thể được đặt làm SDA hoặc SCL. Khi sử dụng ESP32 với Arduino IDE, các
chân I2C mặc định là GPIO21 (SDA), GPIO22 (SCL)
 Chân SPI.
Bảng 2.1. Sơ đồ chân SPI của ESP32.
SPI MOSI MISO CLK CS
VSPI GPIO23 GPIO19 GPIO18 GPIO5
HSPI GPIO13 GPIO12 GPIO14 GPIO15
 Chân ngắt ngoài.
Tất cả các chân Module DOIT ESP32 DevKit đều có thể sử dụng ngắt ngoài.

29. 22
Hình 2.6. Cấu hình của Module DOIT ESP32 DevKit V1. [10]
 CPU.
Bảng 2.2. Bảng thông tin về CPU. [10]
CPU 32 bit
Tốc độ xử lý Từ 160 MHz đến 240 MHz
ROM 448Kb
Tốc độ xung nhịp Từ 40MHz đến 80Mhz
RAM
520 Kb SRAM liền chip. Trong đó 8Kb RAM RTC
tốc độ cao – 8Kb RAM RTC tốc độ thấp
 Hỗ trợ 2 giao tiếp không giây.
 Wi-Fi: 802.11 b/g/n/e/i.
 Bluetooth: v4.2 BR/EDR và BLE.
 Hỗ trợ tất cả các loại giao tiếp.
 2 bộ chuyển đổi số sang tương tự (DAC) 8bit.

30. 23
 18 kênh bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC) 12 bit.
 2 cổng giao tiếp I2C.
 3 cổng giao tiếp UART.
 3 cổng giao tiếp SPI (1 cổng cho chip FLASH).
 2 cổng giao tiếp I2S.
 10 kênh ngõ ra điều chế độ rộng xung (PWM).
 SD card/SDIO/MMC host.
 Ethernet MAC hỗ trợ chuẩn: DMA và IEEE 1588.
 CAN bus 2.0.
 IR (TX/RX).
 Bảo mật.
 Hỗ trợ tất cả các tính năng bảo mật chuẩn IEEE 802.11, bao gồm WFA,
WPA/WPA2 và WAPI.
 Khởi động an toàn (Serure boot).
 Mã hóa flash (Flash encrypiton).
 1024-bit OTP, lên đến 768-bit cho khách hàng.
 Tăng tốc phần cứng mật mã: AES, SHA-2, RSA, mật mã đường cong
elliptic (ECC-elliptic curve cryptography), bộ tạo số nẫu nhiên (RNG –
random number generator).
 Nguồn điện hoạt động.
 Điện áp hoạt động: 2,2V ÷ 3,6V.
 Nhiệt độ hoạt động: -40o
C ÷ + 85o
C.
 Số cổng GPIO: 30.
 Nguồn điện khuyên dùng 5V.
 Ứng dụng.
 Được dùng nhiều trong các ứng dụng thu thập dữ liệu và điều khiển thiết
bị qua WiFi, Bluetooth.

31. 24
 Ngoài ra cũng có thể dùng cho các thiết bị điện tử đeo tay như đồng hồ
thông minh…
Bảng 2.3. Bảng thông số kỹ thuật DHT11.[5]
2.3.1. Module thẻ từ RFID RC522.
Hình 2.7. Đầu đọc RFID-RC522.
Module đọc thẻ RC522 có thể đọc được các loại thẻ có kết nối không dây như
NFC, thẻ từ (loại dùng làm thẻ giảm giá, thẻ xe bus, tàu điện ngầm...). Module có
các thông số chính như:
 Điện áp nuôi: 3.3V;
 Dòng điện nuôi :13-26mA
 Tần số hoạt động: 13.56MHz
 Khoảng cách hoạt động: 0 ~ 60 мм
 Cổng giao tiếp: SPI, tốc độ tối đa 10Мbps
 Kích thước: 40мм х 60мм
 Có khả năng đọc và ghi.

32. 25
Các tính năng và lợi ích của chíp MFRC522 trong đầu đọc RC522:
 Mạch tương tự tích hợp cao để giải điều chế và hồi đáp giải mã.
 Bộ đệm điều khiển đầu ra cho kết nối với ăng-ten với số lượng tối thiểu thành
phần bên ngoài.
 Hỗ trợ chuẩn ISO / IEC 14443 A / MIFARE và NTAG
 Khoảng cách hoạt động trung bình trong chế độ Read / Write lên đến 60 mm
tùy thuộc vào kích thước ăng ten và điều chỉnh.
 Hỗ trợ mã hóa MF1xxS20, MF1xxS70 và MF1xxS50 trong chế độ Read /
Write.
 Hỗ trợ chuẩn ISO / IEC 14443. Một giao tiếp cho tốc độ truyền tải cao hơn lên
đến 848 kBd
 Hỗ trợ MFIN / MFOUT
 Bổ sung nguồn cung cấp điện nội đến thẻ IC thông minh thông qua kết nối
MFIN / MFOUT
 Hỗ trợ các giao tiếp máy chủ:
+ SPI lên đến 10 Mbit / s
+ I2
C-bus lên đến 400 kBd trong chế độ nhanh, lên đến 3400 kBd ở chế độ tốc độ
cao.
+ RS232 UART nối tiếp lên đến 1228.8 kBd, với cấp điện áp phụ thuộc vào pin
cung cấp điện áp
 Đệm FIFO xử lý 64 byte gửi và nhận
 Chế độ ngắt linh hoạt
 Chức năng hard reset điện năng thấp.
 Hẹn giờ lập trình
 Dao động nội bộ để kết nối đến 27,12 MHz tinh thể thạch anh
 Diện áp nuôi: 2,5 V đến 3,3 V.
 CRC coprocessor
 Pin I/O có thể lập trình.
 Tự kiểm tra nội.

33. 26
2.4.Khối chấp hành.
2.4.1. Servo SG90.
Hình 2.8. Servo.
Hình 2.9. Servo SG90.
Động cơ servo SG90 có kích thước nhỏ, là loại được sử dụng nhiều nhất để làm
các mô hình nhỏ hoặc các cơ cấu kéo không cần đến lực nặng. Động cơ servo
SG90 180 độ có tốc độ phản ứng nhanh, các bánh răng được làm bằng nhựa nên
cần lưu ý khi nâng tải nặng vì có thể làm hư bánh răng, động cơ RC Servo 9G có
tích hợp sẵn Driver điều khiển động cơ bên trong nên có thể dễ dàng điều khiển
góc quay bằng phương pháp điều độ rộng xung PWM.
Thông số kỹ thuật.
- Điện áp hoạt động: 4.8-5VDC.
- Tốc độ: 0.12 sec/ 60 deg (4.8VDC).
- Lực kéo: 1.6 Kg.cm.
- Kích thước: 21x12x22mm.

34. 27
- Trọng lượng: 9g.
Sơ đồ nối dây với arduino.
Hình 2.10. Sơ đồ nối dây Arduino và servo.
2.4.2. Relay 5V.
Relay 5 chân SRD-5VDC là loại linh kiện đóng ngắt điện cơ đơn giản. Nó
gồm 2 phần chính là cuộn hút và các tiếp điểm. Cấu tạo của relay được mô tả
trong hình.
Hình 2.11. Relay 5V.
Ứng dụng.
Nhìn chung công dụng của Rơ le là “dùng 1 năng lượng nhỏ để đóng cắt
nguồn năng lượng lớn hơn”. Rơ le được dùng khá thông dụng trong các ứng dụng

35. 28
điều khiển động cơ và chiếu sáng. Khi cần đóng cắt năng lượng lớn, rơ le thường
được ghép nối tiếp
2.5. Khối nguồn.
Hình 2.12. Nguồn 9V.
Module hạ áp LM2596 là mạch tích hợp có khả năng giảm giá trị điện áp
đến mức điện áp tùy chỉnh phù hợp để cấp nguồn cho các vi điều khiển, mạch yêu
cầu nguồn đầu vào nhỏ.
Module có 2 đầu vào IN, OUT, 1 biến trở để chỉnh áp đầu ra. Khi cấp điện
cho đầu vào (IN) thì người dùng vặn biến trở và dùng VOM để đo mức áp ở đầu
ra (OUT) để đạt mức điện áp mà mình mong muốn. Điện áp đầu vào từ 4-35V,
điện áp ra từ 1,25-30V, dòng Max 3A, có thể cấp nguồn sử dụng tốt cho raspberry
và module sim...
Nhiệm vụ của khối nguồn: cung cấp nguồn điện cho module SIM800L. Trong
đồ án sử dụng nguồn chính là: Nguồn 12V sử dụng adapter 12V/2A cấp điện cho
ESP32 hoạt động và đổi sang 3,8V- 4,2V cấp điện áp cho module SIM800L hoạt
động.
Đây là loại IC nguồn cung cấp điện áp đầu ra ổn định, hoạt động ổn định với
đầu tản nhiệt tốt giúp IC hoạt động tốt trong nhiệt độ cho phép.

36. 29
Hình 2.13. Module hạ áp LM2956. [16]
DC nhỏ gọn có khả năng giảm áp từ 30V xuống 1.5V mà vẫn đạt hiệu suất cao
(92%). Thích hợp cho các ứng dụng chia nguồn, hạ áp, cấp cho các thiết bị như
camera, robot,...
Sơ đồ chân:
Hình 2.14. Sơ đồ chân module LM2956. [16]
LM2596 là một IC nguồn tích hợp của mạch nguồn xung theo nguyên lý nguồn
Buck. Với dòng điện định mức đầu ra tải là 3A và có các đầu điện áp đầu ra cố
định 3.3V, 5V, 12V, 15V và điện áp biến đổi tùy từng loại Serial của LM2576.
Đây là loại IC nguồn cung cấp điện áp đầu ra ổn định, hoạt động ổn định với đầu
tản nhiệt tốt giúp IC hoạt động tốt trong nhiệt độ cho phép.
* Một số tính năng chính của LM2596.
- Điện áp đầu ra của các Serial là 3.3V, 5V, 12V, 15V và điện áp điều chỉnh.

37. 30
- Điện áp điều chỉnh được từ 1.25V đến 37V. Với điện áp đầu vào là lớn nhất.
- Dòng đầu ra định mức là 3A.
- Hiệu suất cao.
- Bảo vệ quá dòng và quá nhiệt.
Thông số kỹ thuật:
Bảng 2.4. Thông số của module LM2956. [16]
Thông số Mô tả
Điện áp đầu vào 3 – 30V
Điện áp đầu ra Điều chỉnh được trong khoảng
1.5V đến 30V
Dòng đáp ứng tối đa 3A
Hiệu suất 92%
Công suất 15W
Kích thước 45 (dài) * 20 (rộng) * 14 (cao)
mm
2.6. Khối truyền thông.
Hình 2.15. Khối truyền thông.

38. 31
Hình 2.16. Module bluetooth HC05.
Điện áp hoạt động : +3.3VDC 30mA(hỗ trợ IC 5.0V).
Dòng điện khi hoạt động: Khi Pairing 30mA, sau khi pairing hoạt động truyền nhận bình
thường 8mA.
Baudrate : 1200,2400,4800,9600,19200,38400,57600,11520.
Dải tần hoạt động : 2.4GHz.
Kích thước : 26.9mm x 13mm x 2.2mm.
Giao tiếp : Bluetooth serial port.
Nhiệt độ làm việc : -20℃ ~ +75℃.
Tốc độ : - Asynchronous : 2.1Mbps(Max)/160kbps.
Synchronous : 1Mbps/1Mbps.
2.7.Các chuẩn giao tiếp sử dụng.
UART: Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, là kiểu truyền thông tin
nối tiếp không đồng bộ, UART thường 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 mô đun 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.
Frame (khung truyền): Do khiểu truyền thông nối tiếp này rất dễ mất dữ liệu nên

39. 32
ngoài tốc độ, khung truyền cũng được cài đặt từ ban đầu để tránh bớt sự mất mát dữ liệu
này.
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).
Stop: là bit báo cáo kết thúc khung truyền, thường là mức 5V và có thể có 1 hoặc
2bit stop.
2.8. Phần mềm vẽ mạch in Altium Designer. [13]
Hình 2.17. Phần mềm altium. [13]
Altium Designer có một số đặc trưng sau:
- Giao diện thiết kế, quản lý và chỉnh sửa thân thiện, dễ dàng biên dịch, quản lý file,
quản lý phiên bản cho các tài liệu thiết kế.
- Hỗ trợ mạnh mẽ cho việc thiết kế tự động, đi dây tự động theo thuật toán tối ưu, phân
tích lắp ráp linh kiện. Hỗ trợ việc tìm các giải pháp thiết kế hoặc chỉnh sửa mạch, linh
kiện, netlist có sẵn từ trước theo các tham số mới.
- Mở, xem và in các file thiết kế mạch dễ dàng với đầy đủ các thông tin linh kiện,
netlist, dữ liệu bản vẽ, kích thước, số lượng…
- Hệ thống các thư viện linh kiện phong phú, chi tiết và hoàn chỉnh bao gồm tất cả các
linh kiện nhúng, số, tương tự…

40. 33
- Đặt và sửa đối tượng trên các lớp cơ khí, định nghĩa các luật thiết kế, tùy chỉnh các
lớp mạch in, chuyển từ schematic sang PCB, đặt vị trí linh kiện trên PCB.
- Mô phỏng mạch PCB 3D, đem lại hình ảnh mạch điện trung thực trong không gian 3
chiều, hỗ trợ MCAD-ECAD, liên kết trực tiếp với mô hình STEP, kiểm tra khoảng cách
cách điện, cấu hình cho cả 2D và 3D
- Hỗ trợ thiết kế PCB sang FPGA và ngược lại.
Từ đó, chúng ta thấy Altium designer có nhiều điểm mạnh so với các phần mềm khác
như đặt luật thiết kế, quản lý đề tài mô phỏng dễ dàng, giao diện thân thiện, …
Việc thiết kế mạch điện tử trên phần mềm altium designer có thể được tóm tắt gồm các
bước như sau:
- Đặt ra các yêu cầu bài toán.
- Lựa chọn linh kiện.
2.9. Sơ đồ mạch in.
Hình 2.18. Sơ đồ mạch in.
Sơ đồ mạch in của hệ thống sau khi hoàn chỉnh và đi dây của sơ đồ nguyên lí.

41. 34
2.10. Lưu đồ thuật toán.
Hình 2.19. Lưu đồ thuật toán.

42. 35
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ.
3.1. Kết quả thực nghiệm.
Dưới đây là một số hình ảnh thực tế sau khi đã hoàn thành mô hình:
3.2.Hướng dẫn sử dụng.
Ta quét mã QR để tải app điều khiển hệ thống đèn của nhà thông minh bằng hệ
điều hành androi.
3.3.Kết quả đạt được.
Trong quá trình thực hiện đề tài, Em nhận thấy đề tài có khả năng ứng dụng thực
tiễn rất cao, và trong tương lai còn có thể có nhiều tiềm năng hơn nữa.
Ngoài ra, sau khi thực hiện đồ án em cũng tích lũy cho mình một số kỹ năng và kiến
thức hay và có ích cho những công việc sau này:
- Vận dụng được các kiến thức đã được học để tính toán, lập trình, thiết kế mạch nguyên
lý cho mạch.
- Tìm hiểu được về các loại khóa, khóa cửa thông minh phổ biến hiện nay.
- Sử dụng và lập trình ESP32.
- Tạo lập kỹ năng lập kế hoạch và viết báo cáo.
Bảng 3.1.Bảng đánh giá mức độ hoàn thành công việc.
Số lần thử
nghiệm
Số lần
thành công
Hiệu suất Đánh giá
Giao tiếp ESP32 với
rfid.
10 10 100% Đạt

43. 36
Giao tiếp ESP32 với
HC05
10 10 100% Đạt
Giao tiếp ESP32 với
Servo
10 10 100% Đạt
Giao tiếp ESP32 với
relay.
10 10 100% Đạt
Mô hình thực tế. 10 10 100% Đạt
Đánh giá chung. Hoàn thành khoảng 100% so với mục tiêu ban đầu
3.4. Kết luận.
Sau khoảng thời gian nghiên cứu và tìm hiểu, nhóm em thực hiện đề tài đồ án
chuyên ngành đã hoàn thành báo cáo và làm mô hình theo những yêu cầu đã đặt ra ban
đầu. Trong quá trình thực hiện, em đã thu được những kết quả nhất định:
- Tìm hiểu được về các loại khóa, khóa cửa thông minh phổ biến hiện nay.
- Vận dụng được các kiến thức đã được học để tính toán, lập trình, thiết kế mạch nguyên
lý cho mạch.
- Thiết kế thành công mạch khóa cửa thông minh sử dụng rfid mạch thiết kế đúng
chuẩn yêu cầu kĩ thuật đã đưa ra.
- Tiếp thu và trau dồi them kiến thức về Điện – Điện tử, tiếp xúc và làm quen với ngôn
ngữ lập trình mới giúp em làm quen mở rộng về cơ hội việc làm sau này.
3.5.Hướng phát triển.
Đề tài “Thiết kế mô hình nhà thông minh điều khiển qua app” sử dụng tính năng
chính là để bảo mật cửa tự động trong hộ gia đình tuy nhiên đề tài vẫn còn nhiều hạn
chế chưa thể làm sản phẩm thương mại ngay được mà cần cải tiến nhiều chức năng hơn.
Chính vì vậy để phát triển và nâng tầm đề tài này là rất cần thiết để nó có thể hoạt động
ổn định và trở thành sản phẩm thương mại. Một số hướng phát triển của đề tài mà em
đưa ra đó là:
- Mở rộng thêm các chức năng khác của khóa cửa thông minh: sử dụng vân tay, thẻ từ,
quét võng mạc...hay hiển thị thêm ngày giờ, cảnh báo cháy nổ.
- Thêm nguồn dự phòng tránh trường hợp gặp sự cố mất điện.
- Độ chống chịu với các tác nhận môi trường tăng lên.
- Nghiên cứu hướng phát triển từ xa sử dụng qua mạng WIFI – internet trong việc quản
lí việc ra vào cổng như: hệ thống chấm công, giám sát và phát hiện việc xâm nhập trái

44. 37
phép, nâng cao hệ thống bảo mật kết hợp vân tay với hệ thống nhận dạng khuôn mặt
2D - 3D.
- Sử dụng các phần mềm trên app trên smartphone để tiện cho việc điều khiển và quản
lí trực tiếp.
- Có thể sử dụng thêm nhiều tính năng như xử lý ảnh khi nhập vân tay quá nhiều lần
so sánh ảnh người nhập với ảnh đã lưu.
3.6. Tổng kết chương.
Trong chương 3, em đã nêu được kết quả đạt được khi vận hành hệ thống và đánh
giá độ hiệu quả khi kết nối hệ thống và phân tích các tính năng, hiệu quả và các yếu tố
tác động đến môi trường, kinh tế và xã hội của sản phẩm. Cùng với đó là hướng phát
triển của đề tài để hệ thống có thể thương mại hoá. Đồng thời, đã nêu ra hướng dẫn sử
dụng chi tiết cho sản phẩm để người dùng có thể thuận tiện nhất trong quá trình sử dụng.
Em xin cảm ơn và rất mong nhận được sự góp ý chỉ bảo chân thành, có giá trị của
các thầy cô giáo.

45. 38
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Phạm Quang Huy, Lê Cảnh Trung, Lập trình điều khiển với Arduino, NXB Khoa
học và kỹ thuật, 2014.
[2]. Kiều Xuân Thực, Giáo trình Vi điều khiển Cấu trúc- Lập trình và ứng dụng, NXB
Giáo dục, 2008.
[3]. Https://dientutuonglai.com/gioi-thieu-arduino-uno.html.
[4]. Https://nshopvn.com/product/cam-bien-nhan-dang-van-tay/.
[5]. http://dulieu.tailieuhoctap.vn/books/luan-van-de-tai/luan-van-de-tai-cd-
dh/file_goc_772992.pdf
[6]. https://cannhacongnghe.com/khoa-dien-
tu/?gclid=CjwKCAjwvNaYBhA3EiwACgndgi_Tn9fNkaf5jAqHOyBZWB49dqGgvO
fRQQ2BtDyLOrA3IJp5qKJU8hoChgIQAvD_BwE
[7]. https://deviot.vn/tutorials/stm32f1.23165131/gioi-thieu-ve-
stm32f103c8t6.10428544
[8]. Https://dayhocstem.com/blog/2020/03/quy-trinh-thiet-ke-he-thong-may-tinh-
nhung.html
[10].http://machungdung.com/coi-buzzer-5v-dc.
[11].https://dientutuonglai.com/tim-hieu-lm7809.html
[12]. https://hshop.vn/products/ban-phim-ma-tran-mem-4x4
[13]. https://mpe.epu.edu.vn/chi-tiet-tin/gioi-thieu-ve-phan-mem-altium-designer-7-
12326.html

46. 39
PHỤ LỤC.