Báo cáo cuối kỳ môn Công nghệ không dây đề tài "Mở khóa cửa bằng Module Sim dùng vi điều khiển Arduino Uno" | Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

lOMoARcPSD| 36625228
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
--------------------------------- ĐỀ TÀI MÔN HỌC
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI:
MỞ KHOÁ CỬA BẰNG MODULE SIM
DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO UNO
Môn học: Công nghệ không dây lOMoARcPSD| 36625228 MỤC LỤC
Trang bìa...............................................................................................................................................i
Nhiệm vụ đồ án....................................................................................................................................ii
Lịch trình ...........................................................................................................................................iii
Cam đoan ...........................................................................................................................................iv
Lời cảm ơn...........................................................................................................................................v
Mục lục...............................................................................................................................................vi
Liệt kê hình vẽ....................................................................................................................................ix
Liệt kê bảng vẽ …………………………………………………………………… xi
Tóm tắt ..............................................................................................................................................xii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN.............................................................................1
1.1. Đặt vấn đề.................................................................................................................................2
1.3. Mục tiêu....................................................................................................................................3
1.4. Giới hạn....................................................................................................................................3
1.5. Nội dung nghiên cứu.................................................................................................................3
1.6. Bố cục.......................................................................................................................................4
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.................................................................5
2.1 Tổng quan vi điều khiển VN8-01..............................................................................................6
2.2 Đặc điểm thiết kế phần cứng VN8-01.......................................................................................9
2.2.1 Thiết kế CPU dạng RISC.......................................................................................................9
2.2.2 Cấu trúc Pipeline 5 tầng.........................................................................................................9
2.3 Tổ chức bộ nhớ trong VN8-01................................................................................................12
2.3.1 Bộ nhớ chương trình............................................................................................................12
2.3.2 Bộ nhớ dữ liệu......................................................................................................................13
2.4 Cấu trúc I/O của VN8-01........................................................................................................15
2.5 Xử lý ảnh................................................................................................................................17 2.6
Xử lý tín hiệu..........................................................................................................................15
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ..................................................71
3.1 Mục đích sử dụng mở rộng các chuẩn giao tiếp.......................................................................72
3.2 Chuẩn truyền thông 1 dây (1-wire)..........................................................................................73 lOMoARcPSD| 36625228
3.2.1 Tổng quan về cảm biến 1 dây...............................................................................................73
3.2.2 Giao thức giao tiếp của chuẩn truyền thông 1 dây................................................................73
3.2.3 Cảm biến nhiệt độ DS18B20................................................................................................76
3.3 Chuẩn truyền nối tiếp 2 dây - I2C............................................................................................84
3.3.1 Đặc điểm truyền thông I2C...................................................................................................84
3.3.2 Quá trình giao tiếp giữa 2 thiết bị trên bus I2C.....................................................................86
3.4 Ứng dụng minh họa dùng cảm biến 1 dây kết hợp IC truyền thông I2C..................................95
3.5 Thiết kế hệ thống giao tiếp camera và máy tính.......................................................................96
3.6 Thiết kế chương trình...............................................................................................................98
CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG .......................................................99
4.1 Giới thiệu. ...............................................................................................................................100 4.2
Thi công hệ thống những kết quả khác....................................................................................103
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ................................116
5.1 Kết quả 1. ................................................................................................................................117
5.2 Kết quả 2..................................................................................................................................117 5.3
Kết quả 3 và những kết quả khác.............................................................................................118
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...........................119
6.1 Kết luận ........................................................................................................................................ 6.2
Hướng phát triển............................................................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO PHU LỤC
............................................................................................................................... LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang
Hình 2.1: Sơ đồ khối tổng quát VN8-01..............................................................................................6
Hình 2.2: Sơ đồ chân VN8-01.............................................................................................................7
Hình 2.3: CPU xử lý 5 giai đoạn.........................................................................................................10
Hình 2.4: Kiến trúc đường ống 5 tầng.................................................................................................11 Hình
2.5: 1 lệnh đơn cần 5 xung clock................................................................................................11
Hình 2.6: Tổ chức bộ nhớ chương trình trong VN8-01........................................................................12
Hình 2.7 Hoạt động của PC đối với lệnh thường và lệnh rẽ nhánh......................................................13
Hình 2.8: Cấu trúc của 1 lệnh đơn.......................................................................................................14 lOMoARcPSD| 36625228
Hình 2.9: Các nguồn ngắt của VN8-01................................................................................................17
Hình 2.10: Hoạt động của Stack và thanh ghi PC................................................................................18
Hình 2.11: Cấu trúc thanh ghi INTCON..............................................................................................19
Hình 2.12: Cấu trúc thanh ghi PIR1....................................................................................................20
Hình 2.13: Cấu trúc thanh ghi PIE1.....................................................................................................21
Hình 2.14: Cấu trúc thanh ghi OPTION..............................................................................................22
Hình 2.15: Clock ngõ vào cho các bộ Timer 0,1,2...............................................................................22
Hình 2.16: Sơ đồ khối của Timer0.......................................................................................................25
Hình 2.17: Sơ đồ khối bộ định thời 1(Timer1)....................................................................................29
Hình 2.18: Cấu trúc thanh ghi T1CON................................................................................................29
Hình 2.19: Sơ đồ khối của Timer2.......................................................................................................32
Hình 2.20: Cấu trúc thanh ghi T2CON................................................................................................32
Hình 2.21: Thiết kế hoạt động cho chức năng WDT...........................................................................34
Hình 2.22: Sơ đồ khối Watchdog-Timer..............................................................................................35
Hình 2.23: Chế độ hoạt động của CPP và nguồn Timer.......................................................................39
Hình 2.24: Cấu trúc thanh ghi CCPCON.............................................................................................39
Hình 2.25: Cấu trúc thanh ghi PIR1....................................................................................................40
Hình 2.26: Vị trí bit CCPIE.................................................................................................................40
Hình 2.27: quan hệ giữa CK bổn phận (Thigh) và CK xung (Tcycle)..................................................42
Hình 2.28: Sơ đồ khối Capture của ngõ vào CCPI..............................................................................43 LIỆT KÊ BẢNG Bảng Trang
Bảng 2.2: Vùng giá trị bộ nhớ Ram/bank................................................................................................14
Bảng 2.3: Mô tả thanh ghi INTCON………………………………………………................................19
Bảng 2.4: mô tả thanh ghi PIR1……………………………………………………................................20
Bảng 2.5: Mô tả thanh ghi PIE1……………………………………………………...............................21
Bảng 2.6: Mô tả thanh ghi OPTION………………………………………………................................22
Bảng 2.6: Mô tả thanh ghi OPTION………………………………………………................................25
Bảng 2.7: Mô tả thanh ghi T1CON………………………………………………...................................29
Bảng 2.8: Mô tả thanh ghi T2CON………………………………………………...................................32
Bảng 2.9: Mô tả thanh ghi CCPCON………………………………………………...............................39 lOMoARcPSD| 36625228
Bảng 2.10: Mô tả nội dung bít cờ ngắt…………………………………………….................................40
Bảng 2.11: Mô tả chức năng bit CCPIE……………………………………………................................40
Bảng 2.12: Mô tả chức năng thanh thi TXSTA……………………………………................................51
Bảng 2.13: Mô tả chức năng thanh ghi RCSTA…………………………………...................................52
Bảng 2.14: Mô tả chức năng của cờ ngắt…………………………………………..................................54
Bảng 2.15: Mô tả chức năng bit cờ ngắt…………………………………………...................................54
Bảng 2.16: Công thức tính tốc độ Baud……………………………………………................................55
Bảng 2.17: Các bước thiết lập bộ truyền bất đồng bộ……………………………...................................60
Bảng 2.18: Các bước thiết lập bộ nhận bất đồng bộ……………………………….................................62
Bảng 2.19 Các bước thiết lập cho bộ truyền MASTER……………………………................................64
Bảng 2.20: Các bước cấu hình bộ nhận đồng bộ Master…………………………..................................66
Bảng 2.21: Các bước để thiết lập một chế độ truyền đồng bộ SLAVE ……………...............................67
Bảng 2.22: Các bước cấu hình chế độ nhận đồng bộ Slave……………………….................................69
Bảng 3.1: Mối quan hệ giữa nhiệt độ và lưu lượng trong bộ nhớ độ phân giải 12bits….........................79
Bảng 3.2: Giá trị cấu hình tương ứng với từng độ phân giải………………………................................80
Bảng 4.1: Mô tả chức năng chân của GLCD………………………………………..............................109 LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công
trình đã có trước đó. lOMoARcPSD| 36625228 LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện để tài này, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo
nhiệt tình của các thầy cô và bạn bè, vậy nên em xin chân thành cảm ơn: -
Ban giám hiệu nhà trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tạo điều kiện tốt nhất cho
sinhviên học tập và nghiên cứu. -
Thầy cô trong trường đã tận tình hưởng dẫn và thư viện trường đã cung cấp giáo trình và tài
liệutham khảo trong suốt quá trình học tập của sinh viên. -
Đặc biệt là sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của thầy giáo Nguyễn Thanh Nghĩa đã giảng
dạy,giúp đỡ những vẫn đề nhóm còn thắc mắc.
Về chủ quan cả nhóm đều đã cố gắng trong quá trình tìm hiều và thực hiện để tài nhưng vì kiến thức
còn hạn chế khiến đề tài này còn chưa hoàn thiện cách tốt nhất, rất mong được sự góp ý, nhận xét đánh
giá về nội dung và hình thức trình bày từ thầy để có thể hoàn thiện bài báo cáo tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn! lOMoARcPSD| 36625228
Chương 1. TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, thế giới đang ngày càng phát triển về mọi lĩnh vực đồng thời giúp cuộc sống của con người
phát triển song song theo đó. Nhất là về lĩnh vực công nghê, khi con người đầu tư chất cám cũng như
hiểu biết để phát triển và tìm tòi những cái mới về công nghệ. Trong lĩnh vực công nghệ không thể
không kể đến công nghê không dây. Vì thế, nhóm 1 chọn đề tài “Mở khoá cửa bằng module sim dùng
vi điều khiển Arduino Uno”. Đề tài mở khoá cửa bằng module sim là một dự án kỹ thuật nhằm áp dụng
công nghệ sim để điều khiển cửa một cách an toàn và hiệu quả. Đây là một trong những ứng dụng phổ
biến của công nghệ sim trong lĩnh vực an ninh và an toàn. Hệ thống mở khoá cửa bằng module sim
thường bao gồm một đầu đọc sim, một bộ xử lý, một bộ nhớ và một cơ chế điều khiển cửa. Khi người
dùng muốn mở cửa, họ cần cung cấp thông tin tài khoản của mình (tên đăng nhập và mật khẩu) thông
qua sim. Sau đó, hệ thống sẽ kiểm tra thông tin này và nếu chính xác, sẽ cho phép cửa mở ra. Với ưu
điểm của công nghệ sim như tính tiện lợi, bảo mật cao, độ tin cậy cao và khả năng xử lý nhanh, đề tài
mở khoá cửa bằng module sim đang được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như nhà ở, văn phòng,
khách sạn, tòa nhà và các khu vực công cộng khác. Ngoài ra, đề tài này còn mở ra nhiều cơ hội cho các
nhà phát triển để phát triển và tối ưu hóa các tính năng của hệ thống, nhằm đáp ứng được nhiều nhu
cầu khác nhau của người dùng. 1.1. MỤC TIÊU •
Nghiên cứu về module sim và các kỹ thuật lập trình liên quan đến việc điều khiển cửa. •
Thiết kế và phát triển một hệ thống mở khoá cửa bằng module sim. •
Xác định các tính năng cần thiết cho hệ thống, bao gồm: cơ chế xác thực, lưu trữ thông tin tài
khoản người dùng và quản lý quyền truy cập. •
Đảm bảo tính an toàn và bảo mật cho hệ thống, bằng cách áp dụng các phương pháp mã hóa và chống tấn công từ xa. •
Thử nghiệm và đánh giá hiệu suất của hệ thống trên nhiều tình huống khác nhau, để đảm bảo
tính ổn định và độ chính xác. •
Đề xuất các cải tiến và phát triển tiếp theo của hệ thống, để tăng cường tính năng và giảm thiểu các rủi ro an ninh. 1.2.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU •
NỘI DUNG 1: Tìm hiểu về các linh kiện: Arduino Uno, Module Sim800C, LCD, keypad 4x4 và khoá từ. lOMoARcPSD| 36625228 •
NỘI DUNG 2: Xây dựng kiến trúc hệ thống mở khoá cửa bằng module sim bao gồm cơ chế xác
thực, gửi nhận tin nhắn sms, nhập mật mã từ keypad do module sim gửi đến. •
NỘI DUNG 3: Thiết sơ đồ khối, sơ đồ nối dây. •
NỘI DUNG 4: Thi công và chạy mạch. •
NỘI DUNG 5: Đánh giá kết quả thực hiện 1.3. GIỚI HẠN •
Giới hạn về khoảng cách: Hệ thống mở khoá cửa bằng module sim có thể bị hạn chế về khoảng
cách giữa đầu đọc sim và thiết bị điều khiển cửa. Khoảng cách này thường chỉ từ vài mét đến vài chục
mét, do đó không phù hợp cho các khu vực có diện tích lớn. •
Giới hạn về độ ổn định: Hệ thống mở khoá cửa bằng module sim cần được thiết kế và triển
khai chính xác để đảm bảo tính ổn định và độ chính xác của hệ thống. Nếu không được thiết kế và
triển khai đúng cách, hệ thống có thể gặp phải các lỗi hoặc sự cố gây ra các vấn đề an ninh. 1.5. BỐ CỤC •
Chương 1: Tổng Quan •
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. •
Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán •
Chương 4: Thi công mạch •
Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá •
Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Giới thiệu phần cứng 2.1.1 Arduino Uno Giới thiệu
Arduino UNO R3 là một loại bo mạch vi điều khiển, được sử dụng phổ biến trong họ Arduino.
Chúng được phát hành vào năm 2011, và là phiên bản thứ 3 mới nhất của bảng Arduino. Ưu điềm của
Arduino là ngôn ngữ cực kì dễ học (giống C/C++), cấp ngoại vi trên bo mạch đều đã được chuẩn hóa,
nên không cần biết nhiều về điện tử chúng ta cũng có thể lập trình được. Mạch kit này được phát triển
dựa trên ATmega328P với mục đích kiểm soát và giữ bộ vi điều khiển. Những model hiện tại được
trang bị gồm 1 công giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với
nhiều board mở rộng khác nhau. lOMoARcPSD| 36625228 Hình 2.1 Arduino Uno
Nguyên lý hoạt động
Arduino Uno R3 được sử dụng bằng cách gắn vào máy tính thông qua một cáp USB. Sau khi đã lắp
đặt xong, chúng ta sẽ sử dụng pin hoặc bộ chuyển đổi AC-DC để cung cấp điện cho mạch kit. Khi đấu
nối thành công, mạch sẽ kích hoạt và bắt đầu.
Vai trò của mạch kit Arduino UNO R3
UNO được thiết kế để hỗ trợ sự phát triển của phần mềm Arduino IDE 1.0. Lý do mạch kit này có
tên Arduino UNO R3 là vì chúng là phiên bản sửa đổi mới nhất, thứ 3 của Arduino Uno. Có một số thay đổi:
Chip điều khiển USB được thay đổi từ ATmega8U2 (flash 8K) thành ATmega16U2 (flash
16K). Điều này không làm tăng flash hoặc RAM có sẵn cho các bản phác thảo.
Trang bị thêm ba chân mới. Trong đó, các chân I2C (A4, A5) được đưa ra bên cạnh bảng
gần AREF. Một chân IOREF bên cạnh chân đặt lại, là một bản sao của chân 5V.
Nút đặt lại hiện nằm bên cạnh đầu nối USB, giúp dễ tiếp cận hơn khi sử dụng tấm chắn.
Ngoài ra, mạch kit này cũng đóng vai trò quan trọng và chính trong bảng bảng USB-Arduino Đặc điểm
Một trong những ưu điểm nổi bật của mạch kit arduino uno r3 là người sử dụng có thể thay đổi bộ vi
điều khiển trên bảng trong trường hợp họ gặp phải sự cố hay mắc lỗi.
Ngoài ra, bộ kit này còn mang đến cho người sử dụng nhiều tính năng tuyệt vời như: Khả năng tháo rời.
Tích hợp sẵn trong DIP (gói nội tuyến kép).
Khả năng điều khiển ATmega328.
Dễ dàng tải lập trình. lOMoARcPSD| 36625228
Ưu điểm cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng là: Arduino có một cộng đồng hỗ trợ lớn và
một bộ thư viện hỗ trợ phong phú. Cùng với “lá chắn” phần cứng bổ sung phía sau. Điều này sẽ là một
sự lựa chọn tuyệt vời cho những người mới bắt đầu làm việc trong lĩnh vực thiết bị điện tử nhúng. Sơ đồ chân
Hình 2.2 Sơ đồ chân Arduino Uno
Chức năng các chân của arduino uno lOMoARcPSD| 36625228 Tên chân Chức năng 5V, 3.3V
Dùng để cấp nguồn đầu ra cho các thiết bị chứ
không phải chân cấp nguồn vào V in ( Voltage Input ):
Dùng để cấp nguồn ngoài cho Arduino Uno,
nối dương cực vào chân nà và cực âm vào chân GND GND (Ground):
Cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino Uno.
Khi sử dụng các thiết bị sử dụng những nguồn
điện riêng biệt thì phải nối các chân này. IOREF :
Điện áp hoạt động của Arduino, có mức điện
áp là 5V. Không được sử dụng để lấy nguồn từ chân này. RESET :
Việc nhấn nút RESET trên mạch arduino
tương tự như khi nối chân RESET với GND qua điện trở 10 KΩ. 14 chân digital
Dùng để đọc ghi dữ liệu. Chúng chỉ hoạt động
ở 2 mức điện áp 0V và 5V với các dòng vào/ra
tối đa trên mỗi chân là 40 mA.
2 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 các thiết bị khác thông qua 2 chân
này, như gắn thêm màn hình LCD để hiển thị.
Chân PWM: 3, 5,6,9, 10 và 11 Cho phép xuất xung PWM với độ phân giải 8 bit( giá trị từ 0 -> 28-1 tương
ứng với 0 - 5V. Chân giao tiếp SPI: 10(SS), 11(MOSI), 12(MISO), 4 chân này có thể truyền phát dữ liệu bằng 13(SCK)
giao thức SPI tới các thiết bị khác.
LED 13 Trên arduino có 1 đèn led, khi bấm nút reset thì đèn led này sẽ nhấp nháy để báo hiệu. Nó được
nối với chân số 13. Khi chân này được sử dụng, đèn led sẽ sáng. 6 chân analog(A0 -> A5)
Cung cấp độ phân giải 10 bit(0 → 210-1) để
đọc giá trị điện áp trong khoảng 0 -> 5V. 2 chân A4(SDA) và A5(SCL) 2 chân A4(SDA) và A5(SCL) 2.1.2 Module sim800C lOMoARcPSD| 36625228 Giới thiệu
SIM800C là mô-đun GSM/GPRS bốn băng tần, hiệu năng của nó rất ổn định, ngoại hình nhỏ và hiệu suất cao,
đáp ứng các nhu cầu khác nhau của khách hàng. Tần số hoạt động của SIM800C là GSM/ GPRS 850/900/1800 /
1900 MHz, có thể được sử dụng trên toàn thế giới, bạn có thể đạt mức tiêu thụ điện thoại, SMS và truyền dữ liệu
thấp, có thể được áp dụng cho nhiều yêu cầu thiết kế khác nhau của sản phẩm nhỏ gọn.
Hình 2.3 Module Sim800C
Thông số kỹ thuật
-Dải điện áp đầu vào 5V-20V DC;
- Thiết kế khe cắm thẻ SIM tự hành, hỗ trợ thẻ 2G / 3G / 4G hoặc thẻ nhỏ;
- Mô-đun sẽ tự động kết nối với mạng sau khi bạn bật nguồn;
- Tương thích với nhiều cổng nối tiếp đơn chip;
- Giao diện tai nghe và micrô dành riêng;
- Hỗ trợ chức năng TTS DTMF;
- Giao thức Bluetooth 3.0, ăng-ten Bluetooth nâng cao, hỗ trợ SPP cổng nối tiếp và dịch vụ âm thanh;
- Giao diện BAT chạy bằng pin lithium dành riêng, bạn có thể sử dụng pin lithium 3.7V hoặc pin lithium
18650;- Giao diện IPEX dành riêng, giao diện SMA, giao diện ăng ten lò xo, có thể được sử dụng trong các dịp khác nhau;
- Với chỉ báo công việc: đèn LED sẽ nhấp nháy 1 lần mỗi giây khi không có mạng, không lắp thẻ SIM hoặc thẻ
SIM và sẽ nhấp nháy 1 lần mỗi 3 giây trong điều kiện bình thường. lOMoARcPSD| 36625228
- Kích thước bảng: 40,9 * 51,3mm
Hình 2.4 Sơ đồ chân lOMoARcPSD| 36625228
Chức năng các chân Tên chân Chức năng VCC
cấp nguồn cho module SIM800C. Điện áp
cấp nguồn tối đa là 4,4V - 5,2V. GND Chân nối đất TXD
Chân truyền dữ liệu (Transmit Data) RXD
Chân nhận dữ liệu (Receive Data) RST
Chân Reset. Sử dụng để khởi động lại module. RI
Chân thông báo cuộc gọi đến (Ring
Indicator). Sử dụng để thông báo khi có cuộc gọi đến. DTR
Chân kiểm soát luồng dữ liệu. DCD
Chân kiểm soát dòng dữ liệu (Data Carrier Detect). CTS
Chân kiểm soát luồng tín hiệu (Clear To Send). RTS
Chân kiểm soát luồng tín hiệu (Request To Send). 2.1.3 Khoá từ Giới thiệu
Khóa chốt cửa điện tử là thiết bị khóa được thiết kế chắc chắn, chính xác với nhiều tính năng thông
minh. Loại khóa này được làm bằng thép không gỉ, cứng nên rất bền và phù hợp với khí hậu của Việt
Nam. Có thể kết hợp loại khóa này cùng với tay điều khiển để đóng mở cửa từ xa.
Đầu chốt có hình tròn đường kính 10mm làm bằng thép cứng nên rất chắc chắn. Sản phẩm được thiết
kế thường mở 12vdc, chỉ khi có điện mới đóng và mở được cửa. Để tiện lợi hơn, chúng ta nên tìm hiểu
và sử dụng sản phẩm khóa chốt cửa điện tử sử dụng Pin. Có thể đóng mở cửa chỉ cần sử dụng năng lượng Pin cho tiện lợi lOMoARcPSD| 36625228
Hình 2.5 Khoá chốt điện từ
Nguyên lý hoạt động
Hệ thống khóa này có chức năng hoạt động như một ổ khóa cửa sử dụng Solenoid để kích đóng mở bằng điện.
Sử dụng điện áp 12VDC là loại thường mở với chất lượng cực tốt và độ bền cao.
Khóa có thể sử dụng chung với các mạch chức năng tạo thành một hệ thống khóa chốt thông minh. Thông số kỹ thuật Độ trễ 0-3-6s
Vật liệu: Vỏ hợp kim nhôm Nguồn điện: 12VDC
Dòng điện: dòng khởi động: 0.8A; dòng làm việc 0.2A
Yêu cầu nguồn cấp: 12VDC/1-3A
Kích thước: L20xD3.4xH4.2 cm Trọng lượng: 0.46k
2.1.4 Adapter 12V-2A
Nguồn 12V 2A được sử dụng để cấp nguồn cho các thiết bị sử dụng điện áp 12VDC, nguồn có thiết
kế nhỏ gọn, độ bền cao và dòng đầu ra ổn định lên đến 2A. lOMoARcPSD| 36625228
Hình 2.6 Adapter 12V-2A
Thông số kỹ thuật:
- Điện áp đầu vào: AC 100V-240V 50-60Hz - Điện áp ra: DC 12V
- Cường độ dòng điện: 2A - Chiều dài dây: 150cm
- Hiệu quả hoạt động: 95%
- Sản lượng gợn: 100mVp-p
- Điện áp đầu ra chính xác
- Kích thước chân: đường kính bên ngoài 5.5mm 2.1.5 LCD 16x2 Giới thiệu lOMoARcPSD| 36625228
LCD 16x2 (16 ký tự trên 2 hàng) là một loại màn hình hiển thị ký tự thông dụng được sử dụng trong
nhiều ứng dụng điện tử. Màn hình này có kích thước 16 cột x 2 hàng và mỗi ô có thể hiển thị một ký
tự. Nó được kết nối với vi điều khiển hoặc các thiết bị khác để hiển thị thông tin tương ứng.
Hình 2.7 LCD 16x2 xanh dương
Thông số kỹ thuật
• LCD 16x2 có 16 chân trong đó 8 chân dữ liệu (D0 - D7) và 3 chân điều khiển (RS, RW, EN).
• 5 chân còn lại dùng để cấp nguồn và đèn nền cho LCD 16x2.
• Các chân điều khiển giúp ta dễ dàng cấu hình LCD ở chế độ lệnh hoặc chế độ dữ liệu.
• Chúng còn giúp ta cấu hình ở chế độ đọc hoặc ghi.
LCD 16x2 có thể sử dụng ở chế độ 4 bit hoặc 8 bit tùy theo ứng dụng ta đang làm.
2.1.6 Module I2C Arduino Giới thiệu lOMoARcPSD| 36625228
LCD có quá nhiều nhiều chân gây khó khăn trong quá trình đấu nối và chiếm dụng nhiều chân trên vi điều khiển.
Module I2C LCD ra đời và giải quyết vấn để này cho bạn.
Thay vì phải mất 6 chân vi điều khiển để kết nối với LCD 16x2 (RS, EN, D7, D6, D5 và D4) thì
module IC2 bạn chỉ cần tốn 2 chân (SCL, SDA) để kết nối.
Module I2C hỗ trợ các loại LCD sử dụng driver HD44780(LCD 16x2, LCD 20x4, ...) và tương thích
với hầu hết các vi điều khiển hiện nay.
Hình 2.8 Module I2C Arduino
Thông số kỹ thuật
• Điện áp hoạt động: 2.5-6V DC.
• Hỗ trợ màn hình: LCD1602,1604,2004 (driver HD44780). • Giao tiếp: I2C.
• Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2).
• Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt.
• Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD.
Giao tiếp I2C với LCD Module I2C Arduino Arduino uno VCC 5 V GND GND SDA A4/SDA SCL A5/SCL lOMoARcPSD| 36625228 2.1.7 Keypad 4x4 Giới thiệu
KeyPad là một thiết bị nhập chứa các nút bấm cho phép người dùng nhập các chữ số, chữ cái hoặc ký
tự điều khiển. KeyPad không chứa tất cả bảng mã ASCII như keyboard vì thế nó thường được sử dụng
trong các ứng dụng chuyên dụng và tương đối đơn giản, ở đó, số lượng nút nhấn thay đổi phụ thuộc
vào ứng dụng. KeyPad 4×4 là bàn phím gồm 16 nút nhấn, được xếp thành 4 hàng, mỗi hàng gồm 4 phím bấm.
Hình 2.9 Cấu tạo và sơ đồ chân
2.1.8 Cảm biến vật cản hồng ngoại Giới thiệu
Cảm biến vật cản hồng ngoại sử dụng một cặp truyền và nhận tia hồng ngoại. Tia hồng ngoại phát một tần số nhất
định khi gặp vật cản sẽ phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau khi qua IC so sánh đèn màu xanh sẽ sáng lên, đồng thời cho tín hiệu số đầu ra lOMoARcPSD| 36625228
Hình 2.10 Cảm biến vật cản hồng ngoại
Nguyên lý hoạt động
Cảm biến vật cản hồng ngoại gồm mắt phát hồng ngoại là TX, mắt thu hồng ngoại là RX
Mắt phát hồng ngoại TX chiếu một chùm tia sáng hồng ngoài đến vật cản. Gặp vật cản chùm tia
sáng sẽ phản xạ lại cảm biến và mắt thu RX phát hiện được vật cản và xuất tín hiệu đầu ra.
Hình 2.11 Hai mắt TX và RX
Thông số kỹ thuật
• Điện áp cung cấp cho mạch: 3.3V-5V.
• Bộ so sánh dùng Op Amp LM358 hoặc LM393.
• Đầu ra kỹ thuật số mức ( 1 và 0 ).
Chương 3. THIẾT KẾ lOMoARcPSD| 36625228 3.1 GIỚI THIỆU
Phần này sinh viên giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài mà mình thiết kế và các tính toán,
thiết kế gồm những phần nào. 3.2
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.2.1Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
Phần này sinh viên nên dẫn nhập ra sơ đồ khối cho cả hệ thống. Tiếp theo là những chức năng tổng
quát cho từng khối, thông số vào và ra của mỗi khối.
Chú ý: nên dùng phần mềm Visio để vẽ sơ đồ khối (nếu sinh viên gặp khó khăn thì có thể dùng word),
lưu đồ, … dùng Orcad hoặc Eagle hoặc Altium để vẽ sơ đồ nguyên lý, vẽ PCB. Sinh viên tuyệt đối
không được copy/past từ những đề tài hay tài liệu khác vào.
Khối nguồn không cần phải cung cấp hết cho tất các khối làm hình vẽ rối. Mối liên hệ tín hiệu vào ra
giữa các khối phải chú ý đến chiều mũi tên: trao đổi giữa 2 khối là 2 chiều thì dùng mũi tên 2 chiều ví
dụ truyền dữ liệu, khối bàn phím và khối vi điều khiển thì chỉ có 1 chiều từ bàn phím vào vi điều khiển,
….Phần vẽ hình không chỉ đúng mà còn phải đẹp, hạn chế khối màu vì hình in ra sẽ bị đen.
Nếu sản phẩm có mô hình ứng dụng rõ ràng thì nên thêm 1 hình vẽ nữa cho mô hình: ví dụ đề tài nhà
kính tưới Hoa Lan thì thêm hình mô hình nhà kính, hình ảnh các chậu Hoa Lan, vị trí đặt các thiết bị, cảm biến, …
3.2.2Tính toán và thiết kế mạch
Phần này sinh viên tiến hành thiết kế, tính toán ra sơ đồ nguyên lý cho từng khối. a.
Thiết kế khối cảm biến
Phần này sinh viên nêu các đại lượng cần chuyển đổi, số lượng cảm biến, ví dụ nhà kính tưới Hoa
Lan có kích thước lớn nên phải dùng 4 cảm biến nhiệt, sơ đồ mạch của 4 cảm biến, nếu cảm biến tương
tự thì thêm khối ADC, tính toán độ phân giải cho ADC theo cảm biến, các sai số, nguồn tiêu thụ của
các cảm biến, điện áp cung cấp, khoảng cách từ cảm biến đến ADC, nhiễu, nhiệt và bù nhiệt để giảm
sai số, …. Tương tự cho các cảm biến khác. b.
Thiết kế khối giao tiếp điều khiển quạt hút
Ví dụ đề tài tưới Hoa Lan có điều khiển quạt hút hơi nước thì sinh viên phải trình bày rõ ràng. Nội
dung trình bày là từ yêu cầu kích thước của nhà kính trồng Lan mà ta chọn loại quạt hút có công suất
bao nhiêu là phù hợp, số lượng quạt. Cái này phải qua thực tế thí nghiệm, khảo sát mới có được. lOMoARcPSD| 36625228
Sau khi có được thông số công suất của quạt thì ta tiến hành thiết kế mạch giao tiếp: quạt thường dùng
nguồn 220V AC, có yêu cầu điều khiển nhiều cấp tốc độ hay không hay chỉ là tắt mở. Giả sử chỉ là tắt
mở thì ta có thể dùng Relay hoặc Triac để giao tiếp điều khiển. Từ công suất của quạt ta biết được dòng
làm việc của quạt để ta chọn dòng qua tiếp điểm của Relay hoặc Triac. Nếu chọn Relay thì phải biết
điện áp hoạt động và điện trở của cuộn dây để tính toán transistor giao tiếp hoặc IC giao tiếp. Giả sử
Relay dùng nguồn 12V DC và điện trở cuộn dây Relay là 100Ω thì dòng làm việc của
Relay là 120 mA. Lấy dòng này để tính toán chọn lựa transistor … c.
Tương tự cho những khối khác còn lại
Cách trình bày như trên nhưng tùy đề tài mà viết cho đúng và phù hợp. d.
Thiết kế khối nguồn
Từ các thông số thiết kế của từng khối ta đã biết công suất tiêu thụ và điện áp hoạt động của từng thiết
bị. Sau đó, tính tổng dòng cho tất cả các linh kiện dùng nguồn 5V để tính toán thiết kế hay lựa chọn
cho nguồn 5V. Tính tổng dòng cho tất cả các linh kiện dùng nguồn 12V để tính toán thiết kế hay lựa
chọn cho nguồn 12V. Tiếp đến tính tổng dòng cho tất cả các linh kiện dùng nguồn 220V AC để tính
toán công suất cho toàn hệ thống cùng với các nguồn 5V, 12V, .... Chú ý là khối này được thực hiện sau cùng.
3.2.3Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch
Sau khi đã thiết kế xong sơ đồ nguyên lý cho từng khối thì đến đây sinh viên phải thiết kế lại chung
thành 1 sơ đồ cho toàn bộ. Sau đó, sinh viên nên vẽ sao cho rõ ràng và nên tham khảo 1 số sơ đồ nguyên
lý như tivi, máy tính, … để vẽ cho đúng. Mỗi sơ đồ nguyên lý hay sơ đồ khối điều cần phải giải thích
để người đọc hiểu tổng quan của hình. lOMoARcPSD| 36625228
Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG 4.1 GIỚI THIỆU
Phần này có thể gồm có 2 phần là kết quả thi công phần cứng và những kết quả hình ảnh trên màn
hình hay mô phỏng tín hiệu, kết quả thống kê. Cụ thể, phần này sinh viên nêu quá trình thi công PCB,
lắp ráp và test mạch, hình vẽ được chụp từ mô hình thực của hệ thống bên ngoài, hình chụp các kết quả
chạy và được sắp xếp có hệ thống để người đọc dễ dàng hiểu và hình dung hệ thống mình thi công.
Lưu ý là mỗi phần nhỏ kết quả cần phải có nhận xét và đánh giá và cuối cùng là có phần nhận xét
đánh giá chung tòan bộ hệ thống. 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG
4.2.1Thi công bo mạch
Phần này sinh viên nên trình bày sơ đồ thi công mạch in lớp trên, lớp dưới, sơ đồ bố trí linh kiện. Các
sơ đồ mạch in lớp trên, lớp dưới để thi công và để dò tìm đo đạc kiểm tra khi lắp ráp, sơ đồ bố trí linh
kiện để quan sát và gắn linh kiện cho đúng chiều, …. Có thể lập danh sách các linh kiện theo mẫu như
được mô tả trong Bảng 4.1.
Bảng 4.1. Danh sách các linh kiện. STT
Tên linh Giá trị Dạng vỏ Chú thích kiện 1 IC ổn áp 1 A TO220 Có tản nhiệt 7805 2 …
Sau khi vẽ xong PCB thì phần mềm sẽ tạo ra danh sách các linh kiện để giúp bạn biết số lượng linh
kiện, kích thước để bạn mua linh kiện cho đúng chuẩn kích thước và giá trị, ví dụ tụ 10µF, 50V sẽ khác
với tụ 1000µF, 50V về kích thước, nhiều bạn mới thi công lần đầu thường không có kinh nghiệm nên
bị rất nhiều lỗi như phải bẻ ngược chân IC, tụ kích thước lớn nhưng khi vẽ lại chọn package sai nên gắn không được, …
4.2.2Lắp ráp và kiểm tra
Phần này sinh viên nên trình bày quá trình lắp ráp từng phần: phần nào ráp trước, đo đạt, kiểm tra.
Lập danh sách các bước lắp ráp – kiểm tra: a.
Lắp ráp module nguồn
Tiến hành lắp ráp và hàn các linh kiện của module nguồn. Tiến hành đo và kiểm tra nguồn vào và ra
xem đúng sai, cân chỉnh cho đúng. lOMoARcPSD| 36625228 b.
Tiến hành thực hiện lần lượt cho các module còn lại
Sau khi đã thực hiện xong thì tiến hành sang bước tiếp theo. Sinh viên có thể dùng máy ảnh để chụp
hình đã thi công xong để đưa vào và có thể đánh dấu và chú thích cho người đọc dễ hiểu. 4.3
ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
4.3.1Đóng gói bộ điều khiển
Phần này sinh viên trình bày cách thiết kế và đóng gói bộ điều khiển, nguồn cấp, sao cho thẩm mỹ và
dễ dàng thao tác sử dụng, nên đóng gói bằng mica và dùng Autocade vẽ giống như các vỏ bảo vệ kít
Raspberry Pi. Sau đó, có chú thích cho các jack tín hiệu ví dụ nguồn, âm thanh, usb, HDMI, …
4.3.2Thi công mô hình
Phần này nếu sinh viên làm đề tài có mô hình ví dụ như mô hình tưới Hoa Lan thì nên thi công mô
hình, hoặc mô hình trộn bê tông, … Trong đó, nội dung trình bày mô hình bao gồm hình ảnh chụp từ
máy ảnh, kích thước mô hình, bố trí các cảm biến, motor, bộ điều khiển, …. Hình ảnh cần có chú thích
và giải thích càng rõ càng tốt. Không nên đưa hình vào mà không giải thích, hay bình luận gì thì người đọc sẽ không hiểu.
Nếu các đề tài sử dụng hệ thống PLC, máy vi tính hay các thiết bị khác thì cũng chụp hình mô tả một
cách có hệ thống như đã hướng dẫn ở trên. 4.4
LẬP TRÌNH HỆ THỐNG
4.4.1Lưu đồ giải thuật
Phần này sinh viên trình bày hay mô tả các yêu cầu điều khiển, trình tự điều khiển, hoạt động của cả
hệ thống từ khi được cấp điện cho đến khi hệ thống ngừng hoạt động để phục vụ cho viết lưu đồ và
chương trình. Sau đó, Sinh viên tiến hành viết lưu đồ chính của hệ thống.
Yêu cầu: sử dụng phần mềm Visio (hoặc word) để vẽ. Vẽ đúng chuẩn. Sau khi vẽ xong lưu đồ thì phải
giải thích lưu đồ cho rõ ràng. Lưu đồ chính đừng viết chi tiết và phức tạp, nên viết gọn và có thể viết
các lưu đồ con để giải thích thêm chức năng của lưu đồ chính. Sinh viên mô tả các chức năng của lưu
đồ con và viết các lưu đồ con.
4.4.2Phần mềm lập trình cho vi điều khiển a.
Giới thiệu phần mềm lập trình
Khảo sát cơ bản phần mềm sẽ sử dụng và ngôn ngữ lập trình, cách cài đặt, tạo project, viết và biên
dịch chương trình với mục đích chỉ dẫn cách sử dụng cho người đọc sau này có thể sử dụng được. lOMoARcPSD| 36625228 b.
Viết chương trình hệ thống
Phần này sinh viên trình bày chương trình đã viết được. Nếu chương trình dài thì chỉ trình bày chương
trình chính, còn các chương trình con hay thư viện thì đưa vào phụ lục.
4.4.3Phần mềm lập trình cho điện thoại, máy tính, …
Nếu đề tài có thêm các chương trình điều khiển khác như Android, Matlab hay giao diện điều khiển
trên máy tính hay Web Server, … thì sinh viên phải tiến hành thực hiện giống như cho vi điều khiển. 4.5
LẬP TRÌNH MÔ PHỎNG 4.5.1Lưu đồ
Phần này sinh viên đưa ra những lưu đồ để viết những chương trình con và chương trình chính để mô
phỏng những kết quả trong xử lý tín hiệu và hình ảnh.
4.5.2Xử lý tín hiệu hay hình ảnh
Sinh viên có thể sử dụng Matlab hay ngôn ngữ khác để lập trình mô phỏng. Tương tự cho việc sử
dụng các thuật toán khác. Mỗi phần có thể tách ra thành mục 4.4.2, 4.4.3 và hơn nữa, tùy theo quá trình xử lý. 4.6
VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC
4.6.1Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng
Đến đây thì sinh viên đã thi công xong mô hình và viết xong chương trình, công việc tiếp theo là viết
hướng dẫn sử dụng thiết bị hay sản phẩm của mình làm ra cho người dùng để họ sử dụng đúng. Ví dụ
Bước 1: cấp nguồn cho hệ thống, hệ thống sử dụng nguồn là 220V AC, khi cấp nguồn và mở công
tắc nguồn thì đèn báo hiệu có điện sáng lên.
Bước 2: chọn chế độ vận hành, cài đặt thông số bằng cách nhấn nút xx, .... Bước 3: ...
Làm sao đầy đủ thông tin cho người dùng giống như tài liệu hướng dẫn bán kèm theo sản phẩm.
4.6.2Quy trình thao tác
Để giúp người vận hành dễ thao tác thì nên viết quy trình vận hành dạng lưu đồ và giải thích.
Lưu ý: tất cả các kết quả nên sắp xếp có hệ thống, nên trình bày nhiều kết quả càng tốt vì đây chính
là minh chứng những đóng góp của Đồ án. Quan trọng nữa là phải giải thích, nhận xét và đánh giá cho
mỗi/những kết quả để người đọc hiểu mình đã làm được gì? Dù là nhỏ nhất. lOMoARcPSD| 36625228
Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ
Quá trình nhóm nghiên cứu đề tài và hoàn thành trong 5 tuần kể từ khi đăng ký đề tài. Trong quá trình
nghiên cứu nhóm đã nghiên cứu và biết cách nối module sim800C, keypad 4x4, lcd và cảm biến hồng
ngoại với vi điều khiển arduino uno. Đồng thời hiểu rõ hơn về cách hoạt động của các linh kiện và ứng
dụng trong đề tài. Đặc biệt nhóm đã hiểu hơn về hoạt động module sim800c trong việc gửi, nhận tin
nhắn sms, có thể mở khoá cửa bằng nhiều phương thức qua kết nối với arduino uno. Nhóm đã biết thiết
kế mạch sản phẩm, biết sử dụng phần mềm để vẽ mạch.
Nhóm đã tập trung và hoàn thành mô hình những vẫn còn nhiều bất cập. Có thể gọi là khá ổn khi
mạch có thể chạy theo yêu cầu mà nhóm đề ra. Về hạn chế, module sim800c đôi khi còn bắt sóng yếu,
phản hồi cũng như gửi tin nhắn đôi khi gặp bất cập. Vậy đánh giá chung theo chủ quan của nhóm thì mạch chưa hoàn thiện. lOMoARcPSD| 36625228
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN
Quá trình nhóm nghiên cứu đề tài và hoàn thành trong 5 tuần kể từ khi đăng ký đề tài. Trong quá trình
nghiên cứu nhóm đã nghiên cứu và biết cách nối module sim800C, keypad 4x4, lcd và cảm biến hồng
ngoại với vi điều khiển arduino uno. Đồng thời hiểu rõ hơn về cách hoạt động của các linh kiện và ứng
dụng trong đề tài. Đặc biệt nhóm đã hiểu hơn về hoạt động module sim800c trong việc gửi, nhận tin
nhắn sms, có thể mở khoá cửa bằng nhiều phương thức qua kết nối với arduino uno. Nhóm đã biết thiết
kế mạch sản phẩm, biết sử dụng phần mềm để vẽ mạch. Nhóm đã tập trung và hoàn thành mô hình
những vẫn còn nhiều bất cập. Có thể gọi là khá ổn khi mạch có thể chạy theo yêu cầu mà nhóm đề ra.
Về hạn chế, module sim800c đôi khi còn bắt sóng yếu, phản hồi cũng như gửi tin nhắn đôi khi gặp bất
cập. Bởi vid theo mục tiêu ban đầu của nhóm đề ra là thiết kế code để có thể gửi tin nhắn đến module
sim để có thể mở khoá cửa từ xa, để có thể tối ưu hoá lợi ích đề tài. Vậy đánh giá chung theo chủ quan
của nhóm thì mạch chưa hoàn thiện. 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Đề tài của nhóm có thể thêm nhiều chức năng để mở khoá cửa từ module sim như chức năng
gọi, gps,… Sử dụng các công cụ lập trình, lập trình viên có thể tạo ra các ứng dụng để xử lý dữ liệu từ
module SIM và điều khiển hệ thống mở khoá cửa. Sau đó, kiểm thử các chức năng của hệ thống và sửa
lỗi nếu có. Sau khi hoàn thiện các phần mềm và phần cứng, tiến hành kết hợp các thành phần để tạo
thành hệ thống hoàn chỉnh.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách tham khảo [1]
Nguyễn Đình Phú, “Giáo trình vi xử lý II”, NXB ĐH Quốc Gia Tp.HCM, 2007 [2]
Nguyễn Văn An và Hồ Thanh Hùng, “Thiết Kế và Thi Công Nhà Thông Minh Dùng Vi Điều Khiển”, Đồ Án
TốtNghiệp ĐH, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, 2015. [3]
D. Yamaha, “Design of a Smart Home Model”, International Journal on Electrical and Electronics Engineering,2012.
(Lưu ý: 1 tài liệu tham khảo phải có đầy đủ mục trên. Nếu tài liệu trên trang website online của 1 tổ chức, không có
tên tác giả thì cũng phải có tên của bài báo/thông tư, tên trang web và năm, có thể kèm theo link. Không nên đưa tài liệu
tham khảo là 1 cái link, điều này người đọc sẽ không đọc được cũng như không có ý nghia trích dẫn.) lOMoARcPSD| 36625228