Đồ án Thiết kế và thi công mô hình khóa điện tử có giám sát từ xa sử dụng GSM và RFID

CĨ GIÁM SÁT TỪ XA SỬ DỤNG GSM VÀ RFID II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: - Pham Minh Tuan, ebook :Internet Of Things(IoT): cho người mới bắt đầu, 2017 (https://iotmakervn.github.io/iot-starter-book/). - Nguyễn Ngọc Lực, “Thiết kế , thi cơng mơ hình hệ thơng điều khiển điện và giám sát nhà” , đồ án tốt nghiệp , trường ĐHSPKT Tp HCM, 2018. - Phạm Hưng Thịnh, “Thiết kế, thi cơng hệ thống điều khiển và giám sát thiết bị nhà cĩ hỗ trờ Google Assistant”, đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT TpHCM, 2018. - Hướng dẫn sử dụng Module sim900-MLAB ( dung-module-sim900.html). - Nguyen Dinh Phu, Truong Ngoc Anh, giáo trình vi xử lý , Xuất bản ĐH Quốc Gia, Tp.HCM, 2013. - Hướng dẫn sử dụng Module cảm biến chuyển động HC - SR501-MLAB ( sr501.html). i - Lập trình và sử dụng module đọc thẻ RFID-RC522 – Arduino.vn ( 2. Nội dung thực hiện: - Tìm hiểu Arduino, module sim900, module RFID, cảm biến chuyển động, phím ma trận 4x4. - Thiết kế, tính tốn, thi cơng mạch giao tiếp module sim với Arduino. - Thiết kế, tính tốn, thi cơng mạch giao tiếp cảm biến chuyển động với Arduino. - Thiết kế, tính tốn, thi cơng mạch giao tiếp cảm biến chuyển động với Arduino. - Thiết kế, tính tốn, thi cơng mạch giao tiếp module RFID với Arduino. - Viết chương trình điều khiển mơ hình. - Thiết kế nguồn cung cấp cho mơ hình. - Chạy thử nghiệm mơ hình. - Viết báo cáo. - Báo cáo cáo đề tài tốt nghiệp. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/02/2019 IV. NGÀY HỒN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/07/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS.TS Nguyễn Thanh Hải CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – YSINH ii TRƢỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHƯC BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày 4 tháng 1 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Vỉnh Sơn Lớp: 14141DT3B MSSV: 14141266 Họ tên sinh viên: Nguyễn Thành Dƣơng Lớp: 14141DT3A MSSV: 14141051 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH KHĨA ĐIỆN TỬ CĨ GIÁM SÁT TỪ XA SỬ DỤNG GSM VÀ RFID Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD Tuần 1 (18/02 - 24/02) Gặp gỡ GVHD và trao đổi về đề tài tốt nghiệp. Tuần 2 (25/02 - 03/03) Tìm hiểu các đề tài nghiên cứu cĩ liên quan. Gặp và báo cáo với GVHD về đề tài sẽ thực hiện. Tuần 3 (04/03 - 10/03) Tìm hiểu về các linh kiện sẽ sử dụng Tìm hiểu về giao tiếp giữa module Sim với Arduino. Tuần 4 (11/03 - 17/03) Vẽ sơ đồ khối và nội dung từng khối. Thiết kế và lập trình cho Arduino và module Sim Tuần 5 (18/03 - 24/03) Báo cáo tiến độ với GVHD. Hồn thành cơ sở lý thuyết, thiết kế nguyên lý từng khối. Tuần 6 (25/03 - 31/03) Hồn thành giao tiếp (gửi sms) giữa module Sim và Arrduino. Tìm hiểu giao tiếp Arduino và phím ma trận. Tuần 7 (01/04 - 07/04) Viết code cho phím ma trận và Arduino. iii Báo cáo tiến độ cho GVHD. Tuần 8 (08/04 - 14/04) Viết báo cáo thiết kế khối mở khĩa dùng phím ma trận. Tìm hiểu và giao tiếp giữa RFID và Arduino Hồn thành giao tiếp phím ma trận và viết code Tuần 9 (15/04 - 21/04) RFID. Viết báo cáo. Báo cáo tiến độ cho GVHD. Tuần 10 (22/04 - Gửi tài liệu, hình ảnh, báo cáo tiến độ 50% 28/04) Viết code cho RFID , ma trận phím và Arduino. Tìm hiểu giao tiếp cảm biến chuyển động PIR, nút Tuần 11 (29/04 - nhấn đơn với Arduino 05/05) Viết code cho PIR, nút nhấn với Arduino. Tuần 12 (06/05 - Tổng hợp code tồn mạch. 12/05) Viết báo cáo. Tuần 13(13/05 - Báo cáo tiến độ với GVHD. 19/05) Chỉnh sửa báo cáo. Kiểm tra và chỉnh sửa tồn mạch Tuần 14,15,16 (20/05 Đi dây, hồn thành mơ hình. – 09/06) Viết nhận xét đánh giá Hồn thành báo cáo GV HƢỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) iv LỜI CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan đề tài này do chúng em thực hiện dựa trên tài liệu trước đĩ và khơng sao chép tài liệu hay cơng trình trước đĩ. Tp. HCM, ngày 05 tháng 07 năm 2019 Người thực hiện đề tài Trần Vỉnh Sơn Nguyễn Thành Dƣơng v LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, chúng em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ từ Thầy/Cơ người thân và bạn bè. Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc tới Thầy PGS.TS Nguyễn Thanh Hải đã hướng dẫn và gĩp ý tận tình, cũng như chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu, tạo điều kiện tốt nhất để chúng em hồn thành tốt đề tài. Chúng em cũng xin cảm ơn các Thầy, Cơ khoa Điện Điện tử đã tạo điều kiện tốt nhất để chúng em hồn thành tốt đề tài. Và xin cảm ơn tất cả bạn bè, người thân đã ủng hộ và giúp đỡ nhiệt tình cho chúng em. Sau cùng, dù cĩ nhiều cố gắng và sự giúp đỡ của mọi người nhưng do thời gian thực hiện chỉ 15 tuần, kinh nghiệm cịn hạn chế nên chúng em khơng tránh được những thiếu sĩt. Chúng em mong quý Thầy /Cơ, người thân, bạn bè cảm thơng và chân thành gĩp ý để chúng em hồn thiện tốt đề tài hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Tp. HCM, ngày 05 tháng 07 năm 2019 Người thực hiện đề tài Trần Vỉnh Sơn Nguyễn Thành Dƣơng vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................................. i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................... iii LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................. v LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... vi MỤC LỤC ........................................................................................................................ vii LIỆT KÊ HÌNH ẢNH ...................................................................................................... ix LIỆT KÊ BẢNG ................................................................................................................ x TĨM TẮT ......................................................................................................................... xi Chƣơng 1. TỔNG QUAN ................................................................................................. 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1 1.2 MỤC TIÊU ....................................................................................................... 2 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................ 2 1.4 GIỚI HẠN ........................................................................................................ 2 1.5 BỐ CỤC ............................................................................................................ 3 Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................................... 4 2.1 GIỚI THIỆU VỀ IOTS (INTERNET OF THINGS) ................................... 4 2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ........................................................................... 4 2.2.1 Module cảm biến chuyển động PIR HC – SR501 ....................................... 4 2.2.2 Phím ma trận 4x4 ........................................................................................ 6 2.2.3 Module Sim900a ......................................................................................... 7 2.2.4 Vi điều khiển ............................................................................................... 8 2.2.5 Cơng nghệ RFID ......................................................................................... 9 2.3 GIAO TIẾP I2C ........................................................................................... 13 2.4 CHUẨN TRUYỀN THƠNG UART ............................................................ 13 2.5 GIAO TIẾP SPI ............................................................................................. 14 2.6 PHẦN MỀM ARDUINO IDE....................................................................... 15 Chƣơng 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ ...................................................................... 16 3.1 GIỚI THIỆU .................................................................................................. 16 vii 3.2.2 Thiết kế chi tiết .......................................................................................... 18 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý tồn mạch ....................................................................... 28 Chƣơng 4. THI CƠNG MƠ HÌNH ................................................................................ 30 4.1 GIỚI THIỆU .................................................................................................. 30 4.2 THI CƠNG MƠ HÌNH ................................................................................. 30 4.2.1 Danh sách linh kiện ................................................................................... 30 4.2.2 Lắp ráp mơ hình ........................................................................................ 31 4.3 LẬP TRÌNH CHO MƠ HÌNH...................................................................... 34 4.3.1 Lưu đồ chương trình .................................................................................. 34 Chƣơng 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ........................................................ 40 5.1 GIỚI THIỆU .................................................................................................. 40 5.2 KẾT QUẢ ....................................................................................................... 40 5.1.1 Kết quả đạt được ....................................................................................... 40 5.1.2 Kết quả thực nghiệm ................................................................................. 40 5.3 NHẬN XÉT .................................................................................................... 45 5.3.1 Ưu điểm ..................................................................................................... 45 5.3.2 Hạn chế ...................................................................................................... 46 5.4 ĐÁNH GIÁ ..................................................................................................... 46 Chƣơng 6. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .................................................. 47 6.1 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 47 6.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN ................................................................................ 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 48 PHỤ LỤC ......................................................................................................................... 49 viii LIỆT KÊ HÌNH ẢNH Hình 2.1 Hình dạng của cảm biến PIR HC-SR501. ................................................... 5 Hình 2.2 Hình ảnh nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR. ....................................... 5 Hình 2.3 Hình ảnh sơ đồ chân của cảm biến PIR. ...................................................... 6 Hình 2.4 Hình ảnh sơ đồ kết nối của phím ma trận 4x4. ............................................ 7 Hình 2.5 Hình ảnh phim ma trận 4x4. ......................................................................... 7 Hình 2.6 Hình ảnh Module SIM900A ........................................................................ 7 Hình 2.7 Hình ảnh Arduino Mega............................................................................... 9 Hình 2.8 Hình ảnh Module RFID RC522. ................................................................ 10 Hình 2.9 Hình ảnh LCD 16x2. .................................................................................. 11 Hình 2.10 Mạch chuyển giao tiếp LCD 16x2. .......................................................... 13 Hình 2.11 Hình ảnh kết nối giữa Master và Slave. ................................................... 15 Hình 2.12 Logo phần mềm IDE ................................................................................ 15 Hình 2.13 Hình ảnh giao diện phần mềm IDE .......................................................... 16 Hình 3.1 Sơ đồ khối của mơ hình.............................................................................. 17 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý của khối điều khiển arduino. ........................................... 19 Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý của khối giám sát. ........................................................... 20 Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến. ................................................................. 20 Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý khối báo động. ................................................................. 21 Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý khối động cơ và nút nhấn. ............................................... 22 Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý khối mở khĩa. ................................................................. 23 Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý mạch mở khĩa dùng RFID. ............................................. 24 Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý mạch mở khĩa dùng ma trận phím. ................................ 25 Hình 3.10 Sơ đồ nối dây ma trận phím 4x4. ............................................................. 25 Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị. ................................................................. 26 Hình 3.12 Hình ảnh module hạ áp LM2596. ............................................................ 27 Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý mơ hình khĩa thơng minh. ............................................ 28 Hình 4.1 Hình ảnh mạch xử lý trung tâm.................................................................. 31 Hình 4.2 Hình ảnh mạch giám sát module sim. ........................................................ 31 Hình 4.4 Hình ảnh mạch báo động. .......................................................................... 32 Hình 4.5 Hình ảnh mơ hình hồn thiện. .................................................................... 33 Hình 4.6 Lưu đồ chương trình tổng quát tồn bộ hoạt động. .................................... 34 Hình 4.7 Lưu đồ chương trình chính. ........................................................................ 35 Hình 4.8 Lưu đồ chương trình con thêm thẻ, xĩa thẻ và đổi pass. ........................... 36 Hình 4.9 Lưu đồ chương trình kiểm tra ngắt của nút nhấn và cánh báo PIR ........... 37 Hình 5.1 Hình ảnh màn hình LCD trạng thái chờ quẹt thẻ. ...................................... 41 Hình 5.2 Hình ảnh LCD khi quẹt thẻ sai. .................................................................. 41 ix Hình 5.3 Hình ảnh mạch báo động hoạt động. .......................................................... 42 Hình 5.4 Hình ảnh module Sim gửi tin nhắn cảnh báo quẹt thẻ sai. ........................ 42 Hình 5.5 Hình ảnh màn hình LCD ở trạng thái quản lý ............................................ 43 Hình 5.6 Hình ảnh LCD khi ở chế độ thêm thẻ ........................................................ 43 Hình 5.7 Hình ảnh LCD khi chọn chế độ xĩa thẻ. .................................................... 44 Hình 5.8 Hình ảnh LCD yêu cầu nhập mật khẩu cũ khi chọn chế độ đổi mật khẩu. 44 Hình 5.9 Hình ảnh tin nhắn cảnh báo khi PIR phát hiện cĩ người lạ xâm nhập. ...... 45 LIỆT KÊ BẢNG Bảng 4.1 Danh sách linh kiện sử dụng..30 x TĨM TẮT Ngày nay trước sự phát triển khơng ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là thành cơng của cuộc cách mạng kỹ thuật 4.0 làm cho thế giới của chúng ta ngày càng thay đổi, cuộc sống trở nên văn minh và hiện đại hơn. Cùng với sự phát triển đĩ thì các tệ nạn xảy ra ngày càng tinh vi và khĩ diều tra được. Trong đĩ, tệ nạn trộm cấp cũng là vấn đề đáng lo ngại. vì thế,” Thiết kế và thi cơng mơ hình khĩa điện tử cĩ giám sát từ xa sử dụng GSM và RFID” đã đưa ra một giải pháp thay thế những hệ thống bảo mật truyền thống. Mơ hình sử dụng board Arduino Mega 2560 để làm khối điều khiển trung tâm. Sử dụng cơng nghệ thẻ từ RFID để mở lớp đầu tiên kết hợp phím ma trận 4x4 để mở khĩa. Giám sát ngơi nhà qua GSM để gửi tin nhắn cảnh báo cho người dùng. Mơ hình phát hiện chuyển động bằng việc sử dụng cảm biến chuyển động PIR. xi CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay với sự phát triển khơng ngừng của khoa học và cơng nghệ đã làm cho cuộc sống của con người được tốt hơn và hồn thiện hơn. Các thiết bị điều khiển thơng minh và tự động cũng được phát triển. Trong đĩ cĩ nhà thơng mình với các thiết bị trong nhà hoạt động một cách tự động hoặc bán tự động và việc giám sát điều khiển trở nên thuận lợi, an tồn và an ninh hơn nhờ được điều khiển từ xa.Với sự xuất hiện và phát triển mạnh mẽ của cơng nghệ IoT [1], việc quản lý căn nhà càng được cải thiện hơn, các thiết bị được kết nối với nhau thơng qua wifi, bluetooth, mạng viễn thơng và được điều khiển bởi người dùng trên các thiết bị như smart phone, máy tính bảng ở bất kỳ đâu. Hiện nay cĩ rất nhiều đề tài nghiên cứu về nhà thơng minh như đồ án tốt nghiệp của Nguyễn Ngọc Lực về đề tài “Thiết kế, thi cơng mơ hình hệ thơng điều khiển điện và giám sát nhà” dùng board Arduino Mega 2560 làm bộ điều khiển trung tâm kết hợp module ESP8266 Node MCU và module sim900A thơng qua App Android và Web server để điều khiển và giám sát các thiết bị trong nhà như đo nhiệt độ, độ ẩm, báo động rị rỉ khí ga, khi cĩ người đột nhập thì báo động và gửi tin nhắn đến người sử dụng, hệ thống cịn nhận biết khi mất điện thì tự động chuyển sang nguồn dự phịng (acquy) và gửi tin nhắn cho người sử dụng [2]. Tác giả Phạm Hưng Thịnh với đề tài “ Thiết kế, thi cơng hệ thống điều khiển và giám sát thiết bị nhà cĩ hỗ trờ Google Assistant”. Hệ thống này sử dụng board Arduino, module wifi ESP8266 Node MCU, cảm biến nhiệt độ, khí gas, chuyển động. Người dùng cĩ thể giám sát bằng smartphone hệ đều hành android truy cập Web bất kỳ nơi nào cĩ wifi hoặc internet. Cĩ thể giám sát hệ thống từ xa, hiển thị nhiệt độ, báo động khi rị rỉ khí gas hoặc cĩ trộm đột nhập [3]. Bên cạnh sự phát triển của đời sống con người thì các tệ nạn xã hội xảy ra ngày càng nhiều với hình thức ngày càng tinh vi hơn, trong đĩ cĩ nạn trộm cắp tài sản. Các biện pháp bảo bệ truyền thống khơng thể đáp ứng yêu cầu bảo vệ an tồn cho tài BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN sản. Vì thế, yêu cầu cĩ một thiết bị thơng minh hơn giúp bảo vệ tài sản được an tồn hơn. Từ các thực tiễn trên, nhĩm em quyết định lựa chọn đề tài “Thiết kế và thi cơng mơ hình khĩa điện tử cĩ giám sát từ xa sử dụng GSM và RFID” để gĩp phần hạn chế tối đa mất mát tài sản. Hệ thống sử dụng bộ điều khiển trung tâm là board Arduino giao tiếp với module sim900A [4], phím ma trận 4x4 [5], cảm biến chuyển động HC-SR501 [6], module RFID RC522 [7]. 1.2 MỤC TIÊU Thiết kế và thi cơng mơ hình điều khiển và giám sát khĩa chống trộm thơng minh. Cĩ thể giám sát từ xa qua mạng viễn thơng (tin nhắn) và điều khiển trực tiếp từ ma trận phím 4x4, thẻ RFID. 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Tìm hiểu Arduino, module sim900, module RFID, cảm biến chuyển động, phím ma trận 4x4. - Thiết kế, tính tốn, thi cơng mạch giao tiếp module sim với Arduino. - Thiết kế, tính tốn, thi cơng mạch giao tiếp cảm biến chuyển động với Arduino. - Thiết kế, tính tốn, thi cơng mạch giao tiếp cảm biến chuyển động với Arduino. - Thiết kế, tính tốn, thi cơng mạch giao tiếp module RFID với Arduino. - Viết chương trình điều khiển mơ hình. - Thiết kế nguồn cung cấp cho mơ hình. - Chạy thử nghiệm mơ hình. - Viết báo cáo. - Báo cáo cáo đề tài tốt nghiệp. 1.4 GIỚI HẠN - Mơ hình khơng áp dụng cho nhà ở thực tế. BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 2 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN - Mơ hình sử dụng mạng viễn thơng (SMS) để giám sát. Trên thực tế thì cĩ thể sử dụng nhiều loại sĩng để giám sát như: bluetooth, wifi. - Mơ hình dùng cảm biến chuyển động HC-SR501, khoảng cách phát hiện tối đa 5m. - Dùng chuơng buzzer cảnh báo khi cĩ người đột nhập. 1.5 BỐ CỤC Chƣơng 1: Tổng quan. Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nơi dung nghiên cứu, các giới hạn thơng số và bố cục đồ án. Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết. Chương này trình bày khái quát về cơng nghệ IOT, giới thiệu các module, linh kiện sử dụng cho thiết kế mơ hình (Arduino, module RFID, module Sim900, cảm biến chuyển động PIR, ma trận phím), kiến thức cơ bản và các phần mềm liên quan để hỗ trợ cho lập trình điều khiển mơ hình. Chƣơng 3: Tính tốn và thiết kế. Đưa ra sơ đồ khối, tính tốn và thiết kế khối nguồn, khối điều khiển trung tâm, khối cảm biến, khối báo động, khối động cơ và nút nhấn, khối mở khĩa, khối giám sát, khối hiển thị. Chƣơng 4: Thi cơng hệ thống Thiết kế lưu đồ giải thuật, viết chương trình, thi cơng mơ hình. Chƣơng 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá Đưa ra kết quả, hình ảnh mơ hình, nhận xét ưu - nhược điểm và đánh giá về mơ hình. Chƣơng 6: Kết luận và hƣớng phát triển Đưa ra Kết luận đề tài sau thời gian thực hiện, và hướng phát triển của mơ hình. BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU VỀ IOTS (INTERNET OF THINGS) Internet of Things (IoTs) là mạng lưới mọi thứ đều được kết nối với Internet hay là các thiết bị kết nối với nhau trong một mạng Internet duy nhất. Trong đĩ, các thiết bị, đồ vật cĩ khả năng kết nối, thu thập, trao đổi thơng tin, dữ liệu với nhau qua mạng bằng smartphone, máy tính bảng, máy tính nhờ được nhúng với các vi mạch điện tử, cảm biến, phần mềm. Ứng dụng của IoTs rất đa dạng, trong nhiều lĩnh vực khác nhau: - Trong đời sống: Giám sát thơng minh, nhà thơng minh, vận chuyển tự động, quản lý điện năng, cung cấp nước, bảo vệ thơng minh, quản lý mơi trường. - Trong y tế: Theo dõi sức khỏe như nhịp tim, huyết áp, phát hiện các tế bào ung thư, chế tạo các bộ phận nhân tạo trong cơ thể. - Trong cơng nghiệp: Giám sát sản xuất bằng các cảm biến và dây chuyền tự động, thu thập dự liệu của máy mĩc quản lý, điều khiển qua web hay ứng dụng điện thoại. 2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.2.1 Module cảm biến chuyển động PIR HC – SR501 Cảm biến chuyển động HC-SR501 là cảm biến cĩ khả năng nhận biết được một vật di chuyển thơng qua các tia hồng ngoại phát ra từ vật thể trong vùng mà cảm biến hoạt động. Module cảm biến cĩ thể điều chỉnh được độ nhạy nhờ 2 biến trở là Sx biến trở điều chỉnh độ nhạy của cảm biến, Tx biến trở điều chỉnh thời gian đĩng của cảm biến, giúp cho cảm biến hoạt động phù hợp với những yêu cầu của người dùng. BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 4 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.1 Hình dạng của cảm biến PIR HC-SR501. Hình 2.2 Hình ảnh nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR. Các cảm biến PIR luơn cĩ 2 sensor như hình 2.2. Chắn trước mắt sensor là một lăng kính (thường làm bằng plastic), chế tạo theo kiểu lăng kính fresnel. Lăng kính fresnel này cĩ tác dụng chặn lại và phân thành nhiều vùng (zone) cho phép tia hồng ngoại đi vào mắt sensor. 2 đơn vị của mắt sensor cĩ tác dụng phân thành 2 điện cực. Một cái là điện cực dương (+) và cái kia là âm (-). Khi 2 đơn vị này được tuần tự kích hoạt (cái này xong rồi mới đến cái kia) thì sẽ sinh ra một xung điện, xung điện này kích hoạt sensor. BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 5 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.3 Hình ảnh sơ đồ chân của cảm biến PIR. Thơng số kỹ thuật: - Sử dụng điện áp: 4.5V - 20V DC - Điện áp đầu ra: 0V - 3.3V DC - Cĩ 2 chế độ hoạt động: (L) khơng lặp lại kích hoạt (H) lặp lại kích hoạt - Thời gian trễ: điều chỉnh trong khoảng 0.5-200S - Gĩc quét <100 độ - Sử dụng cảm biến: 500BP - Khoảng các phát hiện: 2m -4.5m - Kích thước PCB:32mm x 24mm 2.2.2 Phím ma trận 4x4 Ma trận phím 4x4 gồm cĩ 16 nút bấm được sắp xếp theo ma trận 4 hàng, 4 cột. cĩ đến 16 nút nhấn, nghĩa là nếu làm một cách thơng thường (dùng chân digital) thì chúng ta phải cần đến 16 chân. Nhưng do các nút bấm trong cùng một hàng và một cột được nối với nhau, vì vậy ma trận phím 4x4 sẽ cĩ tổng cộng 8 ngõ ra. BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 6 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.4 Hình ảnh sơ đồ kết nối của phím ma trận 4x4. Hình 2.5 Hình ảnh phim ma trận 4x4. 2.2.3 Module Sim900a SIM900A là module được thiết kế dưới dạng module chipset, nhỏ gọn, giá thành thấp, hoạt động ổn định. Module SIM900A cĩ các tính năng cơ bản của chiếc điện thoại như gọi, nhắn tin, truy cập GPRS. Hình 2.6 Hình ảnh Module SIM900A Điện áp hoạt động 4.5 – 5V , dịng kích tối thiểu 1A Giao diện: TTL BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 7 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chức năng các chân: - VCC: Chân cấp nguồn (3-5VDC). - DTR: Chân đầu cuối dữ liệu. - TX: Chân truyền dữ liệu trong điều khiển UART. - RX: Chân nhận dữ liệu trong điều khiển UART. - Speaker: Chân xuất dữ liệu âm thanh. - Microphone: Chân kết nối với mic. - Chân Reset: Reset module sim. - Chân GND: Chân nối mass. 2.2.4 Vi điều khiển 2.2.4.1 Giới thiệu về Arduino Arduino là một board mạch vi xử lý dùng để lập trình xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với mơi trường được thuận lợi hơn. Ưu điểm của Arduino là ngơn ngữ cực kì dễ học (giống C/C++), các ngoại vi trên bo mạch đều đã được chuẩn hĩa, nên khơng cần biết nhiều về điện tử chúng ta cũng cĩ thể lập trình được. Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit. Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau. 2.2.4.2 Arduino Mega BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 8 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.7 Hình ảnh Arduino Mega. Thơng số kỹ thuật: - Chip xử lý: ATmega2560. - Điện áp hoạt động: 5V. - Điện áp đầu vào (giới hạn): 6-20V. - Điện áp đầu vào (khuyến khích): 7-12V. - Số chân Digital I/O: 54(với 15 chân PWM). - Số chân Analog (input) : 16. - Dịng sử dụng I/O Pin : 20mA.. - Dịng sử dụng 3.3V Pin: 50mA - Bộ nhớ Flash: 256KB, 8KB sử dụng cho Bootloader. - SRAM: 2KB: 8KB.. - EEPROM: 4KB. - Xung nhịp: 16 MHz. Nguồn sử dụng: Arduino cĩ thể được cấp nguồn thơng qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngồi thơng qua jack cắm 2.1mm, cũng cĩ thể sử dụng 2 chân Vin và GND để cấp nguồn cho Arduino. Chức năng các chân: - Chân 5V và chân 3.3V: các chân này dùng để lấy nguồn ra tương ứng 5V và 3.3V. - Vin: Cấp nguồn cho Arduino - GND: chân mass - Reset: chân reset 2.2.5 Cơng nghệ RFID 2.2.5.1 Giới thiệu về RFID Cơng nghệ RFID (Radio Frequency Identification) là cơng nghệ nhận dạng đối tượng bằng sĩng vơ tuyến. Cơng nghệ này cho phép nhận biết các đối tượng thơng qua hệ thống thu phát sĩng radio, từ đĩ cĩ thể giám sát, quản lý từng đối tượng. BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 9 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Một thiết bị hay một hệ thống RFID được cấu tạo bởi hai thành phần chính là thiết bị đọc (reader) và thiết bị phát mã RFID cĩ gắn chip. Thiết bị đọc được gắn anten để thu- phát sĩng điện từ, thiết bị phát mã RFID được gắn với vật cần nhận dạng, mỗi thiết bị RFID chứa một mã số nhất định và khơng trùng lặp nhau. 2.2.5.2 Module RFID RC522 Hình 2.8 Hình ảnh Module RFID RC522. Thơng số kỹ thuật - Điện áp hoạt động: 3.3V - Dịng điện: 13-26mA - Tần số hoạt động: 13.56MHz - Khoảng cách hoạt động: 0-60mm - Cổng giao tiếp: SPI, tốc độ tối đa 10Mbps Chức năng các chân: - SDA: Kết nối với chân SPI_NSS của vi điều khiển để lựa chọn chip khi giao tiếp SPI (Kích hoạt ở mức thấp). - SCK: Kết nối với chân SPI_NSS của vi điều khiển để tạo xung trong chế độ SPII. - MISO: Kết nối với chân SPI_MISO của vi điều khiển cĩ chức năng Master Data Out- Slave In trong chế độ giao tiếp SPI. - MOSI: Kết nối với chân SPI_MOSI của vi điều khiển cĩ chức năng Master Data In- Slave Out trong chế độ giao tiếp SPI. BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 10 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - IRQ: Chân ngắt. - GND: Chân nối mass. - RST: Chân Reset. - VCC: Chân cấp nguồn. 2.2.6 Giới thiệu LCD 16x2 LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng của Vi Điều Khiển. LCD cĩ rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác. Nĩ cĩ khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ. Hình 2.9 Hình ảnh LCD 16x2. Thơng số kỹ thuật: - Điện áp hoạt động: 5V. - Hiển thị tối đa 16 ký tự trên 2 dịng. Chức năng các chân: - Chân 1: (Vss) Chân nối đất cho LCD. - Chân 2: VDD Là chân cấp nguồn cho LCD. - Chân 3: VEE là chân điều chỉnh độ tương phản của LCD. - Chân 4: RS Là chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi. BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 11 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT + Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ ghi) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ đọc). + Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD. - Chân 5: R/W là chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc. - Chân 6: E Là chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi cĩ 1 xung cho phép của chân E. + Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào (chấp n