<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

---

NGÀNH CÔNG NGH K Ệ Ỹ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUY N THÔNG Ề

Đề tài:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG

GVHD: PGS. TS. Nguy n Thanh Hễ ải SVTH : Đỗ Chí Hữu

MSSV : 17141087 SVTH : Nguy n Tễ ấn Bình MSSV : 17141053

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

---

NGÀNH CÔNG NGH K Ệ Ỹ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUY N THÔNG Ề

Đề tài:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG

GVHD: PGS. TS. Nguy n Thanh Hễ ải SVTH : Đỗ Chí Hữu

MSSV : 17141087 SVTH : Nguy n Tễ ấn Bình MSSV : 17141053

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 7 năm 2021

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN T T NGHI P ỐỆ

Họ và tên sinh viên: Đỗ Chí Hữu MSSV: 17141087 Nguyễn T n Bình ấ MSSV: 17141053 Ngành: Cơng nghệ k thuỹ ật Điệ ửn t - Truyền thông Giáo viên hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Thanh Hải

Ngày nhận đề tài: 22/3/2021 Ngày nộp đề tài: 26/7/2021 1. Tên đề tài: Thiết kế và thi công hệ thống khóa điệ ử đa phương án mởn t . 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Trần Vĩnh Sơn, Nguyễn Thành Dương, “Thiết kế và thi cơng mơ hình khóa điện tử có giám sát t xa s dừ ử ụng GSM và RFID”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2018-2019, HK2.

- Dương Quốc Trung, Nguyễn Văn Phong, “Thiết k và thi công tế ủ đựng v t d ng ậ ụ của gi ng viên b o m t bả ả ậ ằng vân tay”, Đồ án t t nghiố ệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2019-2020, HK1.

- Nguyễn Tài Tụ, “Quản lý dữ liệu b nh nhân trong b nh vi n s d ng công ngh ệ ệ ệ ử ụ ệ RFID”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2018-2019, HK1.

- Trần Th ịLinh Đa, Nguyễn Châu Ngân, “Thiết k và thi công h ế ệ thống điểm danh nhân viên s dử ụng vi điều khiển ARM”, Đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT, Tp.HCM, 2018-2019, HK1.

3. Nội dung th c hiện đề tài:

- Tham khảo tài liệu, đọc và tóm tắt tài liệu đưa ra các hướng đề tài. - Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý.

- Thiết kế, tính tốn, kết nối board Arduino với ESP8266, các module RFID RC522, module R305, màn hình TFT, khóa điện tử.

- Thiết kế, xây d ng phần cứng, thi cơng mạch, mơ hình cho sản phẩm - Viết chương trình điều khiển cho mơ hình.

CỘNG HÒA XÃ HỘI CH Ủ NGHĨA VIỆT NAM Độ ậ –c l p T do H nh phúc – ạ

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

- Thiết kế giao diện Web và App trên điện thoại. - Chạy thử, kiểm tra, đánh giá, hiệu chỉnh. - Viết báo cáo th c hiện.

- Bảo vệ luận văn.

4. S ản ph m: Mơ hình nhà có 1 c a mô ph ng các chẩ ử ỏ ức năng của hệ thống, điều khiển mở cửa bằng 4 cách: mật khẩu, th , vẻ ân tay, app. Thông tin được lưu trữ trên Google Sheets.

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên Sinh viên: Đỗ Chí Hữu MSSV: 17141087 Nguyễn T n Bình ấ MSSV: 17141053 Ngành: Cơng ngh k thuệ ỹ ật Điệ ửn t - Truyền thông

Tên đề tài: Thiết k và thi cơng hệ thống khóa điệế n tử đa phương án mở. Họ và tên Giáo viên hướng d n: PGS. TS. Nguy n Thanh H i ẫ ễ ả NHẬN XÉT

1. V nề ội dung đề tài & khối lượng th c hiự ện

Thiết k và thi công hế ệ thống khóa điệ ửn t có th m c a b ng 4 cách (nh p m t kh u, ể ở ử ằ ậ ậ ẩ vân tay, th , app) và dẻ ễ dàng giám sát điều khi n thông app Blynk và Google Sheet, h ể ệ thống có đầy đủ các chức năng cơ bản c a m t h ủ ộ ệ thống khóa điệ ử. Sinh viên đã hoàn n t thành t t c các mấ ả ục tiêu đề ra trong đề cương chi tiết, n i dung phù h p v i th c t và ộ ợ ớ ế mang tính ng d ng. ứ ụ

2. Ưu điểm

Hệ thống hoạt động ổn định liên t c trong th i gian dài v i nhụ ờ ớ ững phương án khác nhau. Thao tác và giao di n trên màn hình cệ ảm ứng TFT đơn giản, tr c quan, d s dễ ử ụng. Đề tài có 4 phương án sẽ giúp trách được ách tất khi 1 hay 2 phương án bị lỗi.

3. Khuyết điểm

Trong phương án mở khóa bằng touch thì ESP8266 đơi lúc bị mất kết nối tầm vài giây với Server Blynk nên lúc này không th nh n thông báo và g i thông tin lên Google ể ậ ử Sheet và ta có th s d ng nhể ử ụ ững phương án còn lại nếu c p thi t. ấ ế

4. Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đề ngh cho sinh viên bảo vệ ị 5. Đánh giá loại: Khá giỏi

6. Điểm: 9……….(Bằng chữ: Chín)

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 08 năm 2021 Giáo viên hướng dẫn

PGS. TS. Nguyễn Thanh Hải

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độ ậ –c l p T do H nh phúc – ạ

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

PHIẾU NHẬN XÉT C A GIÁO VIÊN PH N BIỦẢỆN

Họ và tên Sinh viên: Đỗ Chí Hữu MSSV: 17141087 Nguyễn T n Bình ấ MSSV: 17141053

Ngành: Công ngh k thuệ ỹ ật Điệ ửn t - Truyền thông

Tên đề tài: Thiết k và thi công hệ thống khóa điệế n tử đa phương án mở. Họ và tên Giáo viên ph n bi n: ... ả ệ

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

LỜI CẢM ƠN

Nhóm em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Th y Nguy n Thanh Hầ ễ ải đã hướng dẫn và góp ý tận tình, cũng như chia sẻ nhi u kinh nghiề ệm quý báu để nhóm chúng em có thể hồn thành tốt đề tài.

Nhóm xin g i l i cử ờ ảm ơn chân thành đến các Thầy Cô trong Khoa Điệ – Điện n Tử đã nhiệt tình trong vi c truyệ ền đạ ốt v n ki n thế ức quý báu giúp đỡ chúng em r t nhiấ ều trong suốt q trình học tập.

Nhóm em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã ln tạo điều ki n, giúp ệ đỡvà động viên em trong suốt q trình học tập và hồn thành đồ án tốt nghiệp.

Một lần n a chúng em xin cữ ảm ơn Quý thầy cô. Do ki n th c còn h n ch nên ế ứ ạ ế trong đồ án này chúng em còn nhiều thiếu sót về nội dung và hình thức. Nhóm chúng em hy v ng quý Th y Cô thông c m và tọ ầ ả ận tình đóng góp ý kiến quý báu để chúng em có thể n hành c i ti n nh ng mơ hình v sau sao cho toàn di n nh tiế ả ế ữ ề ệ ất.

Xin chân thành cảm ơn !

Người th c hiện đề tài

Đỗ Chí Hữu Nguyễn Tấn Bình

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này do nhóm t th c hi n d a vào m t s tài liệ ộ ố ệu trước đó và khơng sao chép từ tài liệ hay cơng trình đã có trước đó.u

Người th c hiện đề tài

Đỗ Chí Hữu Nguyễn Tấn Bình

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

TĨM T T Ắ

S phát tri n c a khoa h c kể ủ ọ ỹ thuật đã góp phần to l n trong vi c gi i quy t các ớ ệ ả ế nhu cầu đờ ối s ng của con người, đặc bi t là vệ ấn đề an ninh. Vi c qu n lý an ninh càng ệ ả được cải thiện hơn, các công nghệ ảo m b ật ngày càng được nâng cấp và sử d ng rộng ụ rãi trong các ứng d ng cụ ủa đời s ng. Các bi n pháp b o v truy n thố ệ ả ệ ề ống như dùng ổ khóa cửa khơng thể đảm bảo về tính an tồn cho nhà c a. Vì th nhóm lử ế a chọn th c hiện đề tài “Thiết k và thi công h ế ệ thống khóa điện t ử đa phương án mở” nh m t o s ằ ạ thuận tiện và linh hoạt cho người dùng nhưng vẫn đảm b o tính b o m t và an tồn, góp phả ả ậ ần hạn ch vi c m t mát tài sế ệ ấ ản hơn so với các phương thức bảo m t truy n ậ ề thống.

Hệ thống s dử ụng vi điều khi n trung tâm là board Arduino và ESP8266, khóa ể điện t , c m bi n vân tay R305, module RFID RC522 và màn hình cử ả ế ảm ứng TFT 3.5inch. Vì để nâng cao tính bảo mật để bảo vệ tải sản và giao diện tr c quan dễ sử dụng, đề tài áp d ng cụ ả 4 phương pháp quẹt th RFID, quét vân tay, nh p m t mã và m t xa b ng ẻ ậ ậ ở ừ ằ ứng dụng trên điện thoại để có th ể thuận ti n s d ng trong nhiệ ử ụ ều trường hợp khác nhau. Thiết k giao diế ện lưu trữ thông tin ra vào c a trên ử ứng dụng điện thoại và Google Sheets để người dùng có thể dễ dàng theo dõi.

Kết qu ả th c hiện nhóm đã nghiên cứu và thi cơng được h ệ thống khóa điệ ử đa n t phương án mở đáp ứng được các mục tiêu đưa ra ban đầu của đề tài. H ệ thống hoạt động tương đối ổn định, có thể mở bằng 4 cách: nhập mật khẩu, quẹt thẻ, quét vân tay và mở thông qua ng dứ ụng trên điện tho i. Có th dạ ể ễ dàng giám sát điều khi n b ng ng d ng ể ằ ứ ụ Blynk và Google Sheets. Hệ thống có đầy đủ các chức năng cơ bản c a m t hủ ộ ệ thống khóa điện tử như: đổi mật khẩu, thêm và xóa thẻ, thêm và xóa vân tay. Giao diện điều khiển trên màn hình cảm ứng tr c quan, dễ dàng cho người dùng s dử ụng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

MỤC L C Ụ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN T T NGHI P ... i Ố Ệ

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN... iii

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ... iv 2.1.1. Mơ hình khóa điện tử có giám sát từ xa sử dụng GSM và RFID ... 4

2.1.2. Tủ đ ng vật dụng của giáo viên bảo mật bằng vân tay ... 4

2.2. Các hệ thống qu n lý, nh n d ng ... 5ả ậ ạ 2.2.1. Hệ thống qu n lý d u b nh nhân trong b nh vi n s d ng RFID ... 5ả ữ liệ ệ ệ ệ ử ụ 2.2.2. Hệ thống điểm danh nhân viên ... 5

2.3. Gi i thi u v khóa cớ ệ ề ửa điệ ửn t ... 6

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

3.2.1. Thi t kế ế sơ đồ khối hệ thống ... 10

3.2.2. Tính toán và thiết kế sơ đồ ạch m ... 11

4.3.1. Thi t k giao diế ế ện điều khiển trên điện tho i ... 38ạ 4.3.3. L p trình cho Google Sheets ... 39ậ Chương 5. KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ ... 42

5.1. Kết quả th c hiện mơ hình ... 42

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

5.1.1. Mơ hình ph n c ng cầ ứ ủa hệ thống ... 42

5.1.2. Giao diện điều khi n cể ủa hệ thống ... 43

5.2. Nhận xét, đánh giá ... 54

5.3. Tài liệu hướng d n s d ng ... 57ẫ ử ụ 5.4. D toán chi phí thi cơng ... 58

Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ... 61

6.1. Kết luận ... 61

6.2. Hướng phát triển ... 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 62

PHỤ LỤC ... 63

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

DANH M C CÁC TỤỪ VIẾT TẮT

EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory IOT Internet Of Things

LCD Liquid-crystal Display MCU Microcontroller Unit MISO Master In Slave Out MOSI Master Out Slave In RFID Radio-frequency Identification SCK Serial Clock

SDA Serial Data

SPI Serial Peripheral Interface

TFT Thin-film Transistor

UART Universal Asynchronous Receiver-Transmitter WIFI Wireless Fidelity

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

DANH M C BỤẢNG BI U Ể

Bảng 3.1. Thông s , giá trố ị các linh kiện s d ng ... 17ử ụ Bảng 4.1. Danh sách các linh ki n s d ng ... 32ệ ử ụ Bảng 5.1. Số liệu th c nghi m quá trình vệ ận hành 4 phương án mở ửa. c ... 54 Bảng 5.2. Số liệu th c nghi m quá trình mệ ở b ng vân tay trong nhiằ ều trường hợp ... 55 Bảng 5.3. Số liệu th c nghi m quá trình thệ c hiện các chức năng của h ệ thống. ... 56 Bảng 5.4. Chi phí cho các linh ki n, vệ ật liệu s d ng trong mơ hình. ... 58ử ụ

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

DANH M C HÌNH ỤẢNH

Hình 2.1. Khóa cửa điện t [4]... 6ử Hình 2.2. Hoạt động c a Blynk Server [6] ... 9ủ Hình 3.1. Sơ đồ khối của hệ thống khóa điệ ử đa phương án mở ... 10 n t Hình 3.2. Sơ đồ kết nối kh i xử lý trung tâm... 12 ố Hình 3.3. Sơ đồ kết nối kh i RFID v i khối xử lý trung tâm ... 13 ố ớ Hình 3.4. Sơ đồ kết nối kh i cảm biến vân tay với kh i xử lý trung tâm ... 13 ố ố

Hình 3.5. Các chân của Shield TFT. ... 14

Hình 3.6. Sơ đồ kết nối kh i đi u khiển và hiển th v i khố ề ị ớ ối xử lý trung tâm. ... 14

Hình 3.7. Sơ đồ kết nối kh i nút nh n với kh i xử ố ấ ố lý trung tâm. ... 15

Hình 3.8. Sơ đồ kết nối kh i module wifi v i kh i xử lý trung tâm. ... 16 ố ớ ố Hình 3.9. Module relay 1 kênh... 16

Hình 3.10. Sơ đồ kết nối kh i chốt khóa với khối xử lý trung tâm. ... 17 ố Hình 3.11. Module chuyển ngu n XH-M350 ... 18ồ Hình 3.12. Sơ đồ nguyên lý kh i ngu n. ... 20ố ồ Hình 3.13. Sơ đồ kết nối kh i ngu n. ... 20 ố ồ Hình 3.14. Sơ đồ kết nối h thống điều khiển. ... 21 ệ Hình 3.15. Sơ đồ ngun lý tồn hệ thống. ... 22

Hình 3.16. Lưu đồ chương trình chính ... 23

Hình 3.17. Lưu đồ chương trình “Kiểm tra trang giao diện” ... 24

Hình 3.18. Lưu đồ chương trình con “chọn cách m ở khóa”. ... 25

Hình 3.19. Lưu đồ các chương trình con “nhập mật khẩu”, “quẹt thẻ” và “quét vân tay” ... 26

Hình 3.20. Lưu đồ chương trình con “Mở ửa” ... 27 c Hình 3.21. Lưu đồ chương trình con các tùy chọn khác ... 28

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

Hình 3.22. Lưu đồ chương trình con “Nhập mật khẩu cũ”. ... 29

Hình 3.23. Lưu đồ chương trình cho ESP8266 ... 30

Hình 3.24. Lưu đồ chương trình cập nhật dữ liệu ... 31

Hình 4.1. Sơ đồ mạch in c a mủ ạch điều khiển ... 33

Hình 4.2. Sơ đồ mạch in c a mạch ngu n ... 33 ủ ồ Hình 4.3. Mặt trước board mạch điều khi n ... 34ể Hình 4.4. Mặt sau board mạch điều khi n ... 35ể Hình 4.5. Mặt trước board m ch ngu n ... 35ạ ồ Hình 4.6. Mặt sau board mạch nguồn ... 36

Hình 4.7. Board m ch hồn ch nh ... 36ạ ỉ Hình 4.8.Ván gỗ MDF. ... 37

Hình 4.9.Thơng số kích thước mơ hình nhà. ... 37

Hình 4.10. Gửi mã Token qua email ... 38

Hình 4.11. Mã Token được gửi qua email ... 38

Hình 4.12. Bảng Widget Box ... 39

Hình 4.13. Giao diện điều khi n ... 39ể Hình 4.14. Giao diện của bảng tính ... 40

Hình 4.15. Giao diện c a tùy ch n tri n khai ... 40ủ ọ ể Hình 4.16. Đường link cần dùng để liên kết với bảng tính ... 41

Hình 5.1. Mặt trước c a mơ hình nhà sau khi hồn thiủ ện ... 42

Hình 5.2. Bên trong mơ hình nhà. ... 43

Hình 5.3. Giao diện chương trình chọn cách mở khóa ... 43

Hình 5.4. Giao diện nh p mậ ật khẩu... 44

Hình 5.5. Giao diện khi nh p sai mậ ật khẩu ... 44 Hình 5.6. Giao diện yêu c u quét th ... 44ầ ẻ

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Hình 5.7. Giao diện khi th ẻ khơng đúng ... 44

Hình 5.8. Giao diện u c u quét vân tay ... 45ầ Hình 5.9. Giao di n khi vân tay sai ... 45ệ Hình 5.10. Giao diện thông báo khi m c a ... 45ở ử Hình 5.11. Giao diện của chế độ tùy ch n ... 46ọ

Hình 5.23. Giao di n cệ ủa chế độ tùy ch n vân tay ... 49ọ Hình 5.24. Quét vân tay mới lần 1 ... 50

Hình 5.25. Quét vân tay mới lần 2 ... 50

Hình 5.26. Thơng báo khi trùng với vân tay cũ. ... 50

Hình 5.27. Thơng báo thêm vân tay mới thành cơng. ... 50

Hình 5.28. Qt vân tay muốn xóa ... 51

Hình 5.29. Xóa vân tay thành cơng ... 51

Hình 5.30. Giao diện điều khiển trên app Blynk. ... 51

Hình 5.31. Thơng báo mở cửa bằng mật khẩu ... 52

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

Hình 5.32. Thơng báo mở cửa bằng vân tay ... 52

Hình 5.33. Thơng báo mở cửa bằng th ... 52ẻ Hình 5.34. Thơng báo mở cửa bằng điện tho i ... 52ạ Hình 5.35. Thơng báo mở cửa bằng nút nh n ... 52ấ Hình 5.36. Thơng báo nhập sai mật khẩu 3 l n ... 53ầ Hình 5.37. Thơng báo sai vân tay 3 lần ... 53

Hình 5.38. Thông báo sai thẻ 3 l n ... 53ầ Hình 5.39. Thơng báo khi đổi mật khẩu cửa ... 53

Hình 5.40. Giao diện lưu trữ và giám sát trên Google Sheet. ... 54

Hình PL.1. Lưu đồ giải thuật chương trình con tùy chọn thẻ RFID, tùy chọn vân tay . 63 Hình PL.2. Lưu đồ chương trình đổi mật khẩu ... 64

Hình PL.3. Lưu đồ chương trình thêm thẻ mới ... 65

Hình PL.5. Lưu đồ chương trình con thêm vân tay mới ... 67

Hình PL.6. Lưu đồ chương trình con xóa vân tay đã lưu ... 68

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

Chương 1. TỔNG QUAN

1.1. Gi i thi u ớ ệ

S phát tri n c a khoa h c kể ủ ọ ỹ thuật đã góp phần to l n trong vi c gi i quy t các ớ ệ ả ế nhu cầu đờ ối s ng của con người, đặc bi t là vệ ấn đề an ninh. Vi c qu n lý an ninh càng ệ ả được cải thiện hơn, các công nghệ ảo m b ật ngày càng được nâng cấp và sử d ng rộng ụ rãi trong các ứng d ng cụ ủa đời s ng. Các bi n pháp b o v truy n thố ệ ả ệ ề ống như dùng ổ khóa cửa khơng thể m b o v đả ả ề tính an tồn cho nhà cửa. Vì thế c n có mầ ột thi t bế ị khóa cửa sử d ng các cơng nghụ ệ có tính bảo mật cao hơn, giúp bảo vệ tài sản được an tồn hơn.

Cơng ngh RFID là công ngh nh n dệ ệ ậ ạng đối tượng b ng sóng vơ tuy n, cho phép ằ ế một thiết b c có thị đọ ể c thông tin ch a trong m t thi t b khác kho ng cách g n mà đọ ứ ộ ế ị ở ả ầ khơng c n ph i có sầ ả tiếp xúc v t lý nào. Công ngh này cho phép nh n biậ ệ ậ ết các đối tượng từ có thể ứng dụng trong việc quản lý các đối tượng như hàng hóa hay con đó người. Hiện nay, cơng ngh ệ RFID đã và đang được triển khai ngày càng nhi u trong các ề ứng d ng c a cu c sụ ủ ộ ống. Như trong đề tài [1] c a Nguyủ ễn Tài T , s d ng board Arduino ụ ử ụ UNO v i module ớ RFID RF522 để th c hi n vi c qu n lý b nh nhân, giám sát và truy ệ ệ ả ệ xuất các h ồ sơ bệnh án, lịch sử khám b nh nh m thu n ti n và ti t ki m th i gian cho c ệ ằ ậ ệ ế ệ ờ ả bệnh nhân và đội ngũ y bác sĩ. Cơng nghệ RFID cịn được ứng dụng trong hệ thống bảo mật như đề tài [2] của Trần Vĩnh Sơn và Nguyễn Thành Dương, đề tài sử dụng board Arduino giao tiếp v i module Sim900A, phím ma trớ ận và module RFID RC522 để có th thể c hi n việ ệc đóng mở ử c a b ng th RFID và giám sát t xa qua tin nh n, góp phằ ẻ ừ ắ ần hạn ch v n n n trế ấ ạ ộm cắp tài s n. ả

Bên c nh vi c b o m t b ng ng d ng công ngh RFID, b o m t b ng vân tay ạ ệ ả ậ ằ ứ ụ ệ ả ậ ằ cũng được ứng dụng rộng rãi và phổ biến. Quét vân tay là công nghệ bảo mật sử dụng dấu vân tay c a mủ ột người để xác định danh tính của người đó. Như chúng ta đều biết mỗi người sẽ sở h u nh ng c u trúc vân tay riêng bi t, hay nói cách khác là d u vân tay ữ ữ ấ ệ ấ của chúng ta hồn tồn khơng gi ng nhau. D u vân tay c a mố ấ ủ ột người giống như một thẻ nh n dậ ạng, và đây cũng là nền tảng cốt lõi để sáng t o ra công ngh b o m t vân tay. ạ ệ ả ậ Có khá nhiều đề tài đồ án t t nghi p nghiên c u v các ng d ng s d ng công ngh ố ệ ứ ề ứ ụ ử ụ ệ quét vân tay như [3] của Trần Th ịLinh Đa và Nguyễn Châu Ngân, s dử ụng vi điều khi n ể STM32F103VET6 giao ti p v i module c m bi n vân tay R305, module RFID RC522 ế ớ ả ế nhằm th c hi n việ ệc điểm danh b ng c hai hình th c quét thằ ả ứ ẻ và quét vân tay. Hay đề tài [4] của Dương Quốc Trung và Nguyễn Văn Phong, nhằm giúp việc cất gi và b o v ữ ả ệ

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

đồ của giảng viên tr nên nhanh chóng và an tồn, có thể nhận thơng báo về trạng thái ở hộc tủ cá nhân thông qua ng dứ ụng cài đặt trên điện thoại.

Qua nh ng tóm tữ ắt trên, nhóm đã đưa ra l a chọn đề tài “Thiết k và thi công h ế ệ thống khóa điện tử đa phương án mở” nhằm tạo s thuận tiện và linh hoạt cho người dùng nhưng vẫn đảm b o tính b o mả ả ật và an tồn, góp ph n h n ch vi c m t mát tài sầ ạ ế ệ ấ ản hơn so với các phương thức bảo mật truy n th ng. H ề ố ệ thống s dử ụng vi điều khi n trung ể tâm là board Arduino và ESP8266, khóa điện tử, cảm biến vân tay R305, module RFID RC522 và màn hình cảm ứng TFT 3.5inch. Vì để nâng cao tính b o mả ật để ả b o v tệ ải sản và giao di n tr c quan d s dệ ễ ử ụng, đề tài áp dụng cả 4 phương pháp quẹt th RFID, ẻ quét vân tay, nhập mật mã và m tở ừ xa bằng App trên điện thoại để có thể thu n ti n s ậ ệ ử dụng trong nhiều trường hợp khác nhau.

1.2. Mục tiêu đề tài

Thiết k và thi cơng hế ệ thống khóa điệ ử ử ụng vi điền t s d u khi n arduino làm b x ể ộ ử lý trung tâm điều khiển đóng mở cửa b ng 4 cách: s d ng th RFID, quét vân tay, b ng ằ ử ụ ẻ ằ App điện thoại hoặc nhập mật mã tr c tiếp trên màn hình cảm ứng TFT. Đồng thời theo dõi thơng tin ra vào trên máy tính thông qua Google Sheet và trên điện tho i thông qua ạ App.

1.3. Giới hạn đề tài Đề tài có một s gi i hạn sau: ố ớ

- Mơ hình th nghi m là 1 c a nhử ệ ử ỏ có kích thước 20cm x 30cm và m ch x lý ch ạ ử ỉ điều khiển 1 cửa.

- Hệ thống chỉ lưu trữ thông tin ra vào khi được kết n i ố internet. - Mô hình khơng áp dụng cho nhà ở th c tế.

1.4. N i dung nghiên c u ộ ứ

Đề tài đư c th c hiện gồm có những n i dung chính sau: ợ ộ

- Nội dung 1: Tham khảo tài liệu, đọc và tóm tắt tài liệu đưa ra các hướng đề tài. - Nội dung 2: Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý.

- Nội dung 3: Thiết kế, tính tốn, kết nối board Arduino với ESP8266, các module RFID RC522, module R305, màn hình TFT, khóa điện tử.

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

- Nội dung 4: Thiết kế, xây d ng phần cứng, thi công mạch. - Nội dung 5: Viết chương trình điều khiển cho mơ hình. - Nội dung 6: Thiết kế giao diện Web và App trên điện thoại. - Nội dung 7: Chạy thử, kiểm tra, đánh giá, hiệu chỉnh. - Nội dung 8: Thiết kế mô hình sản phẩm.

- Nội dung 9: Viết báo cáo th c hiện. - Nội dung 10: Bảo vệ luận văn. 1.5. B c c ố ụ

Chương 1: Tổng quan

Chương này trình bày đặ ấn đềt v dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông s và b cố ố ục đồ án.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương này trình bày lý thuyế cơ sởt làm tiền đề để th c hiện đồ án, sử dụng các đề tài đã được nghiên cứu làm cơ sở để tham khảo.

Chương 3: Tính tốn và thiết kế

Đưa ra sơ đồ khối, tính tốn và thiết kế các khối có trong hệ thống, thiết kế các lưu đồ giải thuật.

Chương 4: Thi công hệ thống

Chương này trình bày q trình thi cơng hệ thống và thiết kế phần mềm. Chương 5: Kết quả - nhận xét – đánh giá

Đưa ra kết quả, hình ảnh mơ hình và đánh giá mơ hình. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Đưa ra kết luận đề tài sau thời gian th c hiện và hướng phát triển của đề tài.

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUY T Ế

2.1. Các mơ hình, h ệ thống bảo m t ậ

2.1.1. Mơ hình khóa điện tử có giám sát từ xa sử dụng GSM và RFID

Với s xuất hiện và phát tri n m nh m c a công ngh IoT, viể ạ ẽ ủ ệ ệc quản lý căn nhà càng được cải thiện hơn, các thiết bị được kết nối với nhau thông qua wifi, bluetooth, mạng viễn thông và được điều khi n bể ởi người dùng trên các thi t bế ị như smartphone, máy tính b ng b t k ả ở ấ ỳ đâu. Mô hình khóa điện tử có giám t xa s d ng GSM và RFID ừ ử ụ đã đưa ra một giải pháp thay thế những hệ thống bảo mật truyền thống

Mơ hình s dử ụng board Arduino Mega 2560 để làm khối điều khi n trung tâm. ể Sử d ng công nghụ ệ thẻ ừ RFID để ở t m lớp đầu tiên kết hợp phím ma trận 4x4 để mở khóa. Giám sát ngôi nhà qua GSM để gửi tin nhắn cảnh báo cho người dùng, phát hiện chuyển động b ng vi c s d ng c m bi n chuyằ ệ ử ụ ả ế ển động PIR. Trong đó, ưu điểm chính là mơ hình thơng qua 2 l p bớ ảo mật dùng thẻ rồi nhập m t kh u từ phím ma tr n. Sử dụng ậ ẩ ậ mật kh u riêng bi t cho t ng thẩ ệ ừ ẻ được lưu vào bộ nhớ EEPROM của vi điều khi n nên ể mỗi người có thể có một mật khẩu riêng biệt. Ngồi ra mơ hình cịn giám sát được tình hình của ngơi nhà khi có người quẹt sai ho c xâm nh p vào nhà thông qua tin nh n. Tuy ặ ậ ắ nhiên, nhược điểm là do s d ng ngu n tr c ti p nên khi ngử ụ ồ ế ắt điện thì mơ hình s khơng ẽ hoạt động. C m bi n chuyả ế ển động không thể xác định được người hay v t. [2] ậ 2.1.2. T ủ đựng vật dụng của giáo viên b o m t b ng vân tay ả ậ ằ

Nhận th y vi c gấ ệ ửi đồ ủ c a giảng viên trong trường Đạ ọc ngày nay chưa được i h đề cao về s thuận tiện cũng như tính bảo mật. Đề tài này nhằm mục đích thiết kế và thi cơng được tủ đ ng vật d ng c a giảng viên vụ ủ ới phương pháp bảo mậ ằt b ng vân tay.

Mơ hình s dử ụng vi điều khi n trung tâm là module Arduino và module Wifi ể Node MCU ESP8266, c m biả ến vân tay R305, khóa điện t , LCD TFT hi n th thông tin ử ể ị và các đèn led báo trạng thái. Người dùng có th nh n thông báo v ng thái h c t cể ậ ề trạ ộ ủ ủa mình thơng qua ứng dụng cài đặt trên điện tho i s d ng h ạ ử ụ ệ điều hành Android. H ệ thống này có ưu điểm tủ đ ng chắc chắn và có tính bảo mật cao, có pin d phịng để tủ có thể tiếp t c hoụ ạt động khi b mị ất điện. Giao diện điều khi n trên màn hình cể ảm ứng và app đơn giản, d dàng s d ng. Bên cễ ử ụ ạnh đó, hệ thống cũng có nhược điểm là app điều khiển tủ hi n chệ ỉ chạy được trên nền tảng Android, thời gian duy trì hoạt động của tủ khi sử dụng pin chưa cao. [4]

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

2.2. Các h ệ thống quản lý, nh n dậ ạng

2.2.1. H ệ thống qu n lý dả ữ liệu bệnh nhân trong b nh vi n s dệ ệ ử ụng RFID

Công ngh RFID là công ngh nh n dệ ệ ậ ạng đối tượng b ng sóng vơ tuy n, cho phép ằ ế nhận biết các đối tượng t ừ đó có thể ứng dụng trong vi c quệ ản lý các đối tượng như hàng hóa hay con người. Cơng nghệ này có nhiều đóng góp thiết th c nhất để phục vụ cuộc sống của con người, một công cụ hỗ trợ đắc l c nhất trong công tác quản lí dữ liệu, bên cạnh đó trong lĩnh v c y t ế cũng được áp dụng trong việc quản lí các thơng tin liên quan đến các bệnh nhân.

Đề tài này s dử ụng Arduino UNO làm vi điều khi n trung tâm và qu n lý b nh ể ả ệ nhân s d ng công ngh RFID. D u s ử ụ ệ ữ liệ ẽ được qu n lý trên m t giao di n máy tính cho ả ộ ệ phép ngườ ử dụng đọi s c và ch nh s a n i dung bên trong m i thỉ ử ộ ỗ ẻ của mình quản lý bao gồm th i gian, ngày gi b nh nhân ra, vào vi n, và các d ờ ờ ệ ệ ữ liệu liên quan đến hồ sơ bệnh án. Thêm và tra c u thông tin b nh nhân thông qua ph n m m máy tính. Qu n lý thơng ứ ệ ầ ề ả tin bệnh nhân thông qua database. Ưu điểm của đề tài này là h ệ thống hoạt động ổn định, các bộ đọc thẻ đọc được mã th nhanh chóng. Có th quẻ ể ản lý được các thông tin liên quan đến các bệnh nhân như thông tin cá nhân, hồ sơ bệnh án và l ch s khám b nh. Tuy ị ử ệ nhiên, đề tài có nhược điểm là mơ hình khơng thể đáp ứng được nhu cầu khi có một lượng lớn người th c hiện tác vụ quẹt thẻ. [1]

2.2.2. H ệ thống điểm danh nhân viên

Nhận th y nhu c u quấ ầ ản lý thường hay có nhi u hình th c xề ứ ảy ra như điểm danh chấm công cho nhân viên, hay điểm danh trong trường hợp đột xuất (trong các cuộc họp), ki m sốt khách tham quan cơng ty nên h ể ệ thống đã áp dụng hai phương pháp quẹt thẻ RFID và quét vân tay để có thể điểm danh trong nhiều trường h p khác nhau. ợ

Hệ thống s dử ụng vi điều khi n chính là STM32F103VET6. S d ng cơng ngh ể ử ụ ệ sinh tr c h c vân tay và công nghắ ọ ệ RFID để tiến hành điểm danh nhân viên trong một công ty. Việc điểm danh được ti n hành b ng 1 trong 2 hình th c trên. M i hình thế ằ ứ ỗ ức điểm danh được lưu trữ trong một file Excel riêng và có ghi nhận về thời gian rõ ràng của m i lỗ ần điểm danh. T t c các thông tin c a nhân viên sau khi xấ ả ủ ử lý đều được lưu trữ trong thẻ nhớ SD. Đồng thời được đưa lên Server nội b c a công ty thông qua ộ ủ module wifi ESP8266 để quản lý và truy xuất thời gian vào/ra của nhân viên. Trong đó, ưu điểm là mơ hình c a h ủ ệ thống nh g n, có th ỏ ọ ể điểm danh b ng 2 hình th c, hoằ ứ ạt động

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

ổn định và dễ dàng ứng dụng vào th c tế. Có đầy đủ các chức năng cơ bản có thể sẵn sàng qu n lý nhân viên khi có yêu cả ầu. Đề tài xây d ng được một hệ thống cơ sở dữ liệu riêng bi t. Bên cệ ạnh đó thì nhược điểm là mơ hình ch s d ng màn hình 3.2 inch nên ỉ ử ụ hạn ch v m t hi n th , gây ra mế ề ặ ể ị ột số khó khăn trong mặt hi n thể ị và điều khiển. Giao diện thiết kế chưa được b t m t và giắ ắ ống với một số ả s n phẩm ứng d ng thụ c tế. [3] 2.3. Gi i thiớ ệu về khóa cửa điện tử

Khóa cửa điệ ử đang dần t n tr thành thi t bở ế ị phổ ến và được ứ bi ng d ng nhiụ ở ều nơi bởi mỗi cá nhân, gia đình hay tập thể đều có những tài sản, vật dụng quan trọng cần được bảo mật. Khóa cửa điệ ử là lon t ại khóa có kích thước, hình dáng giống như khóa cửa thơng thường nhưng được tích hợp thêm nhiều tính năng để nâng cao khả năng bảo vệ cho tài sản như mật kh u s , nh n d ng thẩ ố ậ ạ ẻ RFID, nhận d ng vân tay. ạ

Khóa cửa điệ ử thường được làm t n t ừ các vật liệu như nhôm, kẽm, Polyme, nh a ABS (tùy theo nhu c u cầ ủa ngườ ử ụng) và có độ ềi s d b n rất cao. Đặc điểm quan tr ng ọ nhất c a khóa củ ửa điệ ửn t chính là hệ thống b o m t c a khóa. Vả ậ ủ ới công ngh b o mệ ả ật khác nhau như vận hành bằng mã Pin, vân tay, chìa thẻ từ, chìa khóa cơ. Khóa cửa điện tử có hình dạng như được mơ tả trong hình 2.1.

Hình 2.1. Khóa cửa điện tử [4] 2.4. Gi i thi u phớ ệ ần c ng ứ

2.4.1. C m bi n vân tay R305 ả ế

Công ngh sinh tr c hệ ắ ọc đượ ử ụng trong đề tài [3], [4] đểc s d th c hi n vi c nh n ệ ệ ậ dạng vân tay. Cụ thể hơn là sử ụ d ng module c m biả ến vân tay R305 để th c hi n việ ệc quét vân tay b o m t tả ậ ủ đ ng v t d ng giáo viên và nh n dậ ụ ậ ạng để điểm danh sinh viên.

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

D a trên cơ sở đó, nhóm l a ch n s dọ ử ụng module R305 để th c hi n vi c nh n d ng ệ ệ ậ ạ vân tay để th c hiện việc mở cửa.

Module c m bi n vân tay R305 có chả ế ức năng nhận d ng vân tay, s d ng nguạ ử ụ ồn cung c p t 3,6 6V, dòng cung c p 100-150mA. Module giao ti p theo ấ ừ – ấ ế chuẩn UART, có tốc độ baud trong kho ng 9600 115200bpd, tả – ốc độ ặc định là 57600bps. Có 2 ch m ế độ so sánh kiểm tra bao gồm 1:1 và 1:N. [3]

2.4.2. Module RFID RC522

Công ngh RFID (Radio Frequency Identification) là công ngh nh n dệ ệ ậ ạng đối tượng bằng sóng vơ tuyến. Cơng nghệ này cho phép nhận biết các đối tượng thông qua hệ thống thu phát sóng radio, t ừ đó có thể giám sát, qu n lý tả ừng đối tượng. Một thi t bế ị hay m t h ộ ệ thống RFID được c u t o b i hai thành ph n chính là thi t b c (reader) và ấ ạ ở ầ ế ị đọ thiết b phát mã RFID có g n chip. Thi t bị ắ ế ị đọc được gắn anten để thu- phát sóng điện từ, thi t bế ị phát mã RFID được gắn với vật cần nhận dạng, mỗi thiết bị RFID chứa một mã s nhố ất định và không trùng l p nhau. ặ Đố ới v i mơ hình khóa điệ ửn t có giám sát t ừ xa s d ng GSM và RFID [2], tác giử ụ ả đã sử ụ d ng công ngh RFID vào vi c nh n d ng ệ ệ ậ ạ thẻ làm l p b o mớ ả ật để th c hi n việ ệc đóng mở ử c a. Từ đó nhóm l a ch n s d ng ọ ử ụ module RC522 th c hi n việ ệc nhận d ng thạ ẻ RFID để điều khi n m khóa cể ở ửa.

Module MFRC522 là module đọc/ghi trong môi trường giao tiếp tại tần số 13.56MHz. Module h ỗ trợ đọc các chuẩn ISO/IEC 1443 A/MIFARE và NTAG. Module RC522 hoạt động mở ức điện áp 3.3V, kho ng cách s d ng t 0-60mm và giao ti p ả ử ụ ừ ế theo chuẩn SPI vớ ốc độ ối đa 10Mbps. [2]i t t

2.4.3. Vi điều khiển

Hiện nay có r t nhiấ ều đề tài l a ch n s dọ ử ụng vi điều khiển để làm b x lý trung ộ ử tâm cho hệ thống. Sau khi tham khảo qua đề tài [3] và [4], cả hai đề tài đều s d ng ử ụ board Arduino Mega 2560 để làm b x lý trung tâm. C ộ ử ụ thể trong đề tài [3] tác gi dùng ả board Arduino để nhận tín hiệu từ module RFID và bàn phím ma trận đ th c hiện việc ể mở cửa, còn trong đề tài [4] tác gi dùng board Arduino giao ti p v i màn hình cả ế ớ ảm ứng, module c m biả ến vân tay để th c hiện các thao tác điều khiển t . V i các yêu c u c a h ủ ớ ầ ủ ệ thống, th c hi n m bệ ở ằng 4 phương pháp khác nhau, giao tiếp v i các module ngo i vi, ớ ạ nhóm l a chọn s dử ụng Arduino Mega 2560 làm vi điều khi n chính. ể

Arduino là m t board m ch vi xộ ạ ử lý dùng để ậ l p trình xây d ng các ng d ng ứ ụ tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Ưu điểm của Arduino là

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

ngơn ng c c kì d h c (gi ng C/C++), các ngo i vi trên bo mữ ễ ọ ố ạ ạch đều đã được chuẩn hóa, nên khơng c n bi t nhi u v ầ ế ề ề điệ ử chúng ta cũng có thể ập trình đượn t l c. Phần c ng ứ bao g m m t board m ch ngu n mồ ộ ạ ồ ở được thi t k trên n n t ng vi x lý AVR Atmel ế ế ề ả ử 8bit, ho c ARM Atmel 32-bit. ặ

Arduino Mega 2560 là board mạch vi điều khi n s d ng chip x lý Atmega 2560, ể ử ụ ử hoạt động ở điện áp 5V. Arduino Mega 2560 có thể được cấp nguồn bằng cổng USB hoặc b ng ngu n ngoài và vi c ch n ngu n cằ ồ ệ ọ ồ ấp được di n ra hoàn toàn tễ động. Board có 54 chân vào/ra và 4 UART. Thạch anh dao động 16MHz. V bề ộ nhớ Arduino Mega 2560 được trang bị chip Atmega 2560 đã tích hợp sẵn 256KB dung lượng bộ nhớ Flash, 8KB bộ nhớ SRAM và 4KB bộ nhớ EEPROM. [2]

2.4.4. Màn hình cảm ứng TFT 3.5inch.

Nhóm l a ch n s d ng màn hình cọ ử ụ ảm ứng TFT inch để hi n thể ị và điều khiển tr c tiếp trên màn hình như đề tài [4]. Màn hình được thiết kế dạng shield để có thể g n ắ tr c ti p lên Mega 2560 m t cách d dàng. ế ộ ễ Màn hình có điện áp hoạt động 3.3 5V và – dòng điện làm việc 100-200mA, có kích thước là 3.5 inch và độ phân giải 320x480. Sử dụng IC ILI9486 để điều khiển màn hình, truyền dữ liệu theo chuẩn song song 8-bit. Ngồi ra có tích hợp th nh SD giao ti p theo ẻ ớ ế chuẩn SPI. [3]

2.4.5. Module ESP8266 NodeMCU

Trong đề tài [1] và [4], tác giả đã sử dụng module ESP8266 NodeMCU kết nối wifi để trao đổi dữ liệu với vi điều khiển và gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu. Với yêu cầu của đề tài, nhóm l a ch n s d ng ESP8266 Nodọ ử ụ eMCU để trao đổi thông tin v i Arduino ớ Mega 2560 và gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu thông qua m ng wifi. ạ

Module ESP8266 NodeMCU được phát triển d a trên chip ESP8266EX bên trong, d dàng k t n i v i Wifi. Board cịn tích h p IC CP2102, giúp d dàng giao ti p ễ ế ố ớ ợ ễ ế với máy tính thơng qua Micro USB. Có th s d ng tr c ti p trình biên d ch c a Arduino ể ử ụ ế ị ủ để lập trình và nạp code, điều này khiến việc sử dụng và lập trình các ứng dụng trên ESP8266 tr nên rở ất đơn giản. Một số đặc điểm của chip ESP8266EX như sau: sử ụ d ng 32-bit MCU core Tensilica. Tốc độ system clock 80MHz ho c 160MHz. Tích h p s n ở ặ ợ ẵ 50kb RAM để lưu trữ dữ liệu ứng dụng khi chạy. Chip có đầy đủ các ngoại vi chuẩn để giao tiếp như 17 GPIO, 1 Slave SDIO, 3 SPI, 1 I2C, 1 I2S, 2 UART, 4 PWM. Ngồi ra, cịn tích hợp các mạch RF để truy n nh n d u t n s 2.4GHz. [4] ề ậ ữ liệ ở ầ ố

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

2.5. Google Sheets

Google Sheets (Google SpreadSheet) là một chương trình bảng tính được bao gồm như một phần của bộ phần mềm văn phòng d a trên web miễn phí được cung cấp bởi Google trong dịch v Google Drive cụ ủa mình. Trong để tài [5] sử dụng bảng tính Google Sheets để lưu trữ các thông tin khám bệnh ở trạm y t . Google Sheets là mế ột ứng dụng bảng dữ liệu tương t Microsoft Excel nhưng hoạt động online. Bình thường Google Sheets t động giúp chúng ta lưu dữ liệu lên đám mây, tránh mấ ữ liệu, đồt d ng thời hỗ ợ làm một file dữ ệu nhitr li ở ều nơi khác nhau. [5]

2.6. Blynk

Blynk là m t n n t ng cho phép xây d ng các giao diộ ề ả ện để điều khi n và giám sát ể các d án t xa trên thi t b iOS và Android. Blynk hừ ế ị ỗ trợ các n n t ng ph n cề ả ầ ứng như ESP, Arduino, Raspberry Pi để thiết kế và điều khiển thông qua internet. Về mặt ưu điểm ứng dụng Blynk cung cấp API & giao diện người dùng cho các thiết bị và phần cứng được hỗ trợ. Các ti n ích trên giao di n d s d ng. Thao tác kéo th ệ ệ ễ ử ụ ả tr c tiếp trên giao di n d dàng và không c n vi t l nh. Vệ ễ ầ ế ệ ề nhược điểm thì ng d ng còn nhi u giứ ụ ề ới hạn và h n ch khi s dạ ế ử ụng gói mi n phí. ễ

Blynk Server thu c n n t ng Blynk, ch u trách nhi m x lý d ộ ề ả ị ệ ử ữ liệu giữa điện thoại (hay máy tính b ng) v i ph n c ng. Khi mu n s d ng ng dả ớ ầ ứ ố ử ụ ứ ụng Blynk, sau khi đăng ký tài kho n thì mả ặc định ng dứ ụng Blynk trên điện tho i s k t nạ ẽ ế ối và được ki m sốt ể bởi một server chung đó là Blynk Server của chính nhà phát hành tạo ra. Sơ đồ mô t ả hoạt động của Blynk Server được thể ể hi n trong hình 2.2.

Hình 2.2. Hoạt động c a Blynk Server [6] ủ

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

Chương 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ

3.1. Gi i thi u ớ ệ

Trong chương này, nhóm sẽ n hành tính tốn và thitiế ết kế ệ thống khóa điệ ử h n t có th m khóa 4 cách: nh p mể ở ậ ật khẩu tr c ti p t màn hình cế ừ ảm ứng, quẹt th , quét vân ẻ tay và s dử ụng app để ở m . Bên cạnh đó, có thể giám sát các thông tin ra vào thông qua app và Google Sheet. Q trình tính tốn và thi t k g m có 2 ph n: thi t kế ế ồ ầ ế ế sơ đồ khối hệ thống và tính tốn thiết kế ạ m ch.

3.2. Tính tốn và thi t k ế ế phần cứng 3.2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

Theo yêu c u cầ ủa đề tài đã đưa ra, nhóm đã thiế ế sơ đồt k kh i cố ủa hệ thống bao gồm các kh i: kh i x lý trung tâm, khố ố ử ối điều khi n và hi n th , kh i c m bi n vân tay, ể ể ị ố ả ế khối RFID, kh i ch t khóa, kh i nút nh n, kh i nguố ố ố ấ ố ồn, kh i module Wifi, kh i Blynk ố ố Server, kh i App và khố ối Google Sheets. Sơ đồ khối của h ệ thống được mô t ả như trong hình 3.1.

Hình 3.1. Sơ đồ kh i c a hệ ố ủ thống khóa điệ ử đa phương án mở n t Khối x lý trung tâm là khử ối điều khi n trung tâm cho toàn hể ệ thống, kh i có ố nhiệm v x lý các thông tin nh n t kh i RFID, kh i c m biụ ử ậ ừ ố ố ả ến vân tay và trao đổi thông

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

tin v i khớ ối module wifi để ử g i tín hi u th c thi t i kh i ch t khóa th c hi n việ ớ ố ố ệ ệc đóng mở chốt khóa. Khối RFID th c hi n nhi m vệ ệ ụ đọc dữ liệ ừ thẻu t RFID. Khối c m bi n ả ế vân tay s d ng 1 c m bi n vân tay, có chử ụ ả ế ức năng quét vân tay người dùng. Khối điều khiển và hi n thể ị s d ng màn hình cử ụ ảm ứng cho phép người dùng có thể tương tác và điều khiển các chức năng của hệ th ng tr c tiố ếp trên màn hình. Khi người dùng mở cửa thì khối xử lý trung tâm s g i tín hiẽ ử ệu điều khiển đến kh i chố ốt khóa để th c hi n việ ệc đóng mở chốt khóa.

Khối module wifi th c hi n vi c k t n i mệ ệ ế ố ạng wifi, trao đổ ữ liệi d u với khố ửi x lý trung tâm, kh i Blynk Server và kh i Google Sheets. Khố ố ối Blynk Server lưu trữ và trao đổi thông tin gi a kh i app và kh i module wifi. Kh i app Android là ữ ố ố ố ứng d ng trên ụ điện thoại Android, có chức năng điều khiển m cửa và hiển th các thông tin ngày giờ ở ị mở c a. Kh i Google Sheets c p nh t dử ố ậ ậ ữ liệ ừu t khối module wifi, là nơi lưu trữ ấ ả t t c các thông tin ngày gi , các thông báo c a và m t kh u c a. Kh i ngu n có chờ ử ậ ẩ ử ố ồ ức năng cấp ngu n cho toàn b hồ ộ ệ thống hoạt động.

3.2.2. Tính toán và thiết kế sơ đồ ạch m a. Thiết kế khố ử lý trung tâmi x

Khối x lý trung tâm là ph n quan tr ng nh t c a h ử ầ ọ ấ ủ ệ thống, có chức năng thu thập, xử lý các tín hiệu điều khi n, truy n nh n dể ề ậ ữ liệ ừu t khối module wifi để ử x lý và hiển thị để người dùng theo dõi. Toàn b hoộ ạt động c a hủ ệ ống được thông qua khối xử lý th trung tâm này.

Bộ x lý trung tâm phử ải đảm b o khả ả năng th c thi mơ hình điều khi n các hoể ạt động đóng mở khóa một cách chính xác. Nếu chỉ dừng lại ở các yêu cầu như vậy thì có thể s dử ụng các module khác như Arduino Nano, Arduino Uno, ho c ESP8266 nh m tiặ ằ ết kiệm giá thành cũng như tiêu tốn cơng suất. Tuy nhiên, hệ thống này ngồi việc đóng mở khóa chính xác theo u cầu người dùng còn hướng đến vi c s d ng không ch mệ ử ụ ỉ ột mà nhi u cách thề ức đóng mở khác nhau, k t n i v i nhi u ngoế ố ớ ề ại vi, lưu trữ thông tin trên web và app Android thông qua vi c s d ng k t nệ ử ụ ế ối internet. Để đáp ứng các tiêu chí trên, nhóm l a chọn s d ng board Arduino Mega 2560 làm b x lý trung tâm. ử ụ ộ ử Sơ đồ kết nố ủi c a Arduino Mega 2560 với các ngoại vi được thể hiện trong hình 3.2:

- Các chân từ 2 đến chân 13 và chân A0 đến chân A5: giao ti p v i màn hình cế ớ ảm ứng TFT 3.5inch.

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

- Chân 49, 50, 51, 52, 53: giao ti p v i module RFID RC522. ế ớ - Chân TX1, RX1: giao ti p v i module vân tay R305. ế ớ - Chân TX2, RX2: giao ti p v i module ESP8266 NodeMCU. ế ớ - Chân 23: giao ti p v i nút nhế ớ ấn để ở ửa. m c

- Chân 25: giao ti p v i module Relay và khóa chế ớ ốt điện.

Hình 3.2. Sơ đồ kết nối khối xử lý trung tâm b. Thiết k ế khối RFID

Khối RFID s d ng module RC522 có chử ụ ức năng đọc th ẻ RFID để th c hi n việ ệc mở khóa. Module RC522 giao ti p vế ới Arduino Mega theo chuẩn SPI, được k t n i vế ố ới nhau như hình 3.3. Các chân MISO, MOSI, SCK, SDA của module RC522 lần lượt nối với chân 50, 51, 52, 53 của Arduino và sử d ng ngu n 3.3V t Arduino. ụ ồ ừ

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

Hình 3.3. Sơ đồ ết nố k i kh i RFID vố ới kh i xố ử lý trung tâm c. Thiết kế khố ải c m bi n vân tay ế

Khối vân tay s dử ụng module R305 để th c hiện việc quét vân tay và g i tín hiử ệu đến khối xử lý trung tâm. Module R305 giao tiếp v i Arduino Mega theo chuẩn UART, ớ được kết n i vố ới nhau như hình 3.4. Chân TD, RD của module R305 lần lượ ế ố ới t k t n i v chân RX1, TX1 c a Arduino Mega. ủ

Hình 3.4. Sơ đồ kết n i khối c m biến vân tay với kh i xử lý trung tâm ố ả ố d. Thiết k ế khối điều khi n và hi n th ể ể ị

Khối điều khiển và hiển thị sử dụng màn hình cảm ứng TFT 3.5inch hiển thị các thông tin c n thi t và có th thao tác tr c ti p trên màn hình cầ ế ể ế ảm ứng để ở khóa cũng m như điều khiển các chức năng của hệ thống. Màn hình cảm ứng TFT giao tiếp với Arduino Mega theo chu n song song 8-bit. ẩ Màn hình có shield để ế k t n i v i board ố ớ Arduino, shield của màn hình TFT có dạng như hình 3.5, được k t n i v i Arduino Mega ế ố ớ theo sơ đồ như hình 3.6.

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

Hình 3.5. Các chân của Shield TFT. Các chân k t nế ối của màn hình cảm ứng TFT tới vi điều khi n: ể

- SD_SCK, SD_DO, SD_DI, SD_SS, LCD_D1, LCD_D0 lần lượt n i v i các chân ố ớ 13 đến chân 8 của Arduino.

- Các chân LCD_D2 đến LCD_D7 lần lượt nối với các chân 2 đến chân 7 của

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

Khối nút nh n g m 2 nút nh n, 1 nút có chấ ồ ấ ức năng Reset hệ thống được n i vố ới chân RST của Arduino Mega, 1 nút dùng được n i v i chân 23 cố ớ ủa Arduino để mở khóa cửa t phía bên trong nhà. C 2 nút nhừ ả ấn đều s dử ụng điện trở kéo lên, sơ đồ ế ối k t n được mơ tả như trong hình 3.7.

Tính tốn điện trở kéo cho nút nhấn:

Theo datasheet của vi điều khi n ATmega2560, ta có dịng rị ngõ vào cho mể ức cao I có giá tr<small>IH</small> ị là 0,1µA, điện áp ngõ vào th p nh t cho m c cao V có giá tr là ấ ấ ứ <small>IH</small> ị 0,3.V<small>CC</small>. Vì v y c n tìm giá trậ ầ ị điện trở kéo R để đảm b o cho V không thả <small>IH</small> ấp hơn mức cho phép, ngõ vào ở ng trái m c cao khi không nh n. trạ ứ ấ ⇨ l a chọn điện trở kéo có giá trị nhỏ hơn 2.10<small>6 </small>Ω.

Vậy nhóm l a chọn điện trở kéo lên cho nút nh n R1, R2 có giá trấ ị 10kΩ.

Hình 3.7. Sơ đồ kết nối kh i nút nh n vố ấ ới kh i xử ố lý trung tâm. f. Thiết kế khối module Wifi

Do Arduino Mega không được hỗ trợ kết nối mạng cũng như giao tiếp mạng. Vì vậy c n kh i module wifi thầ ố c hiện nhiệm vụ trao đổi dữ liệu gi a khữ ối xử lý trung tâm với khối Blynk Server và kh i Google Sheets thơng qua Internet. ố

Nhóm l a ch n s d ng ESP8266 NodeMCU cho kh i module wifi. Module ọ ử ụ ố ESP8266 NodeMCU s dử ụng điện áp 5V, giao ti p v i Arduino Mega theo chu n UART, ế ớ ẩ

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

được kết nối với nhau theo sơ đồ như hình 3.8. Chân D5, D6 lần lượt nối với chân RX2, TX2 của Arduino Mega.

Hình 3.8. Sơ đồ kết n i khối module wifi với kh i xử lý trung tâm. ố ố g. Thiết kế khối ch t khóa ố

Khối ch t khóa s d ng khóa chố ử ụ ốt điện LY-03 để th c hi n việ ệc đóng mở như một ổ khóa, được kích đóng mở bằng điện, s d ng nguử ụ ồn 12V. Để đảm b o tính an tồn ả khi s d ng các thi t bử ụ ế ị điện, ph i cách ly v i mả ớ ạch điều khi n, nhóm l a ch n module ể ọ relay kích 5V, có dạng như hình 3.9, có sẵn trên thị trường để thuận ti n cho vi c cách ệ ệ ly ngu n riêng c a kh i thi t b ngõ ra v i kh i x lý trung tâm, giúp hồ ủ ố ế ị ớ ố ử ệ thống được ổn định và an tồn hơn.

Hình 3.9. Module relay 1 kênh.

Khóa chốt điện được k t n i v i Arduino Mega thông qua module relay. Khi relay ế ố ớ kích, tiếp điểm đóng lại thì mạch thành mạch kín, điện sẽ được c p cho ch t khóa hoấ ố ạt động. Chốt khóa và module relay được kết nối với nhau như hình 3.10.

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

Hình 3.10. Sơ đồ kết n i khối chốt khóa với kh i xử lý trung tâm. ố ố Mô tả kết n i cố ủa module Relay với vi điều khi n: ể

- Chân DC+, DC- nối v i nguớ ồn 5V và GND. - Chân IN nối với chân 25 c a Arduino. ủ - Chân COM nối với ngu n 12V. ồ

- Chân NO nối với chân dương (+) của khóa chốt điện. - Chân âm (-) c a khoát chủ ốt điện nối xuống GND. h. Thiết k ế khối nguồn

Khối nguồn có chức năng cung cấp ngu n cho tồn b h ồ ộ ệ thống, đảm bảo cho hệ thống có th hoể ạt động. Để thi t k kh i ngu n, nhóm ti n hành tế ế ố ồ ế ổng hợp và li t kê các ệ thông số giá tr ị dòng điện và điện áp c a các thành ph n củ ầ ủa hệ thống trong b ng 3.1. ả Bảng 3.1. Thông số, giá trị các linh ki n s d ng ệ ử ụ

STT Tên linh ki n ệ Số lượng Điện áp (V) Dòng điện (mA)

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

Tổng dòng tiêu th (mA) ụ 1,646

D a theo b ng li t kê, ta có tả ệ ổng dịng điện u c u cho toàn mầ ạch là 1,646 (mA), các mức điện áp c n dùng: 3,3V, 5V, 12V. V y nhóm l a ch n dùng Adapter 12V-2A ầ ậ ọ cung c p cho toàn b hấ ộ ệ thống. Trong đó, nguồn 12V s cung c p cho khóa chẽ ấ ốt điện, sau đó dùng mạch giảm áp LM2596 hạ áp xuống nguồn 5V và nguồn 3.3V sẽ sử dụng tr c tiếp t board Arduino Mega. ừ

Vì đặc tính hoạt động của hệ thống khóa cần duy trì nguồn điện, nhóm sử dụng module chuy n ngu n XH-M350, có dể ồ ạng như hình 3.11, để phịng trường h p mợ ất điện xảy ra s t ng chuy n sang ngu n ph p tẽ độ ể ồ ụ để tiế ục hoạt động.

Hình 3.11. Module chuyển ngu n XH-M350 ồ

Tiếp theo là l a ch n pin d phòng, nhóm l a ch n 3 viên pin BRC 18650 ọ ọ 4200mA 3.7V để cấp nguồn cho toàn hệ thống. Thời gian hoạt động của hệ thống khi dùng pin ph ụ thuộc vào công suất của tải và dung lượng của pin, được tính như sau:

t =

^A.V.η_P

(3.2) Trong đó:

- t là thời gian s dử ụng điệ ừn t pin (gi ) ờ - A là dung lượng c a pin (mA) ủ - V là điện áp c a pin (V) ủ - P là công suất tải (mW)

- η là hệ số sử dụng pin (thông thường η = 0.7)

</div>