HỆ THỐNG cửa THÔNG MINH, có CODE

Tổng quan về đề tài

Giới thiệu đề tài

Nhu cầu của con người được chia thành hai nhóm chính: nhu cầu cơ bản và nhu cầu bậc cao Nhu cầu cơ bản liên quan đến việc có đủ thức ăn, nước uống và giấc ngủ, và khi những nhu cầu này được đáp ứng, nhu cầu cao hơn bắt đầu xuất hiện Một trong những nhu cầu cao hơn là tính an toàn cho bản thân và gia đình Để cải thiện độ an toàn, tôi đã phát triển mô hình hệ thống cửa thông minh, cho phép mở cửa bằng điện thoại hoặc thẻ RFID Hệ thống này không chỉ nâng cao tính an toàn mà còn giúp con người an tâm hơn về bảo vệ tài sản và tính mạng của mình và gia đình.

Mục đích nghiên cứu

Tìm hiểu về lý thuyết và cách vận hành vi điều khiển 16F877A kết nối với thẻ RFID module RC522, kết nối với esp 8266 và màn hình LCD 16x2.

Đối tượng nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu

Hệ thống này có thể được sử dụng phổ biến trong các hộ gia đình, chung cư và doanh nghiệp nhằm đảm bảo an ninh, bảo mật và riêng tư cho không gian làm việc.

Dự kiến Kết quả

Dùng điện thoại thông qua app blynk để mở cửa cũng như là đóng cửa lại

Dùng thẻ RFID quét vào đúng vị trí để hệ thống mở cửa cũng như là đóng cửa lại.

Thiết kế và thi công

Sơ đồ khối của hệ thống

Hình 2.1.1 Hình ảnh sơ đồ khối của hệ thống cửa thông minh

Hiện nay, màn hình LCD 16x2 (Liquid Crystal Display 16x2) được sử dụng phổ biến bởi sinh viên và các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực vi điều khiển Màn hình này có nhiều ưu điểm vượt trội so với các thiết bị hiển thị khác, bao gồm khả năng hiển thị đa dạng các ký tự như chữ, số và ký tự đồ họa Ngoài ra, LCD 16x2 dễ dàng tích hợp vào mạch điện theo nhiều cách khác nhau, làm cho nó trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng hiển thị.

6 không tốn quá nhiều tài nguyên trong hệ thống cũng như là giá thành tương đối rẻ so với các thiết bị khác.

Hình 2.1.1.1 Hình ảnh sơ đồ chân LCD 16x2

Các thông số kỹ thuật của LCD 16x2

 Thiết bị này có tới 16 chân, trong đó gồm có 8 chân dữ liệu (từ DO – D7) ngoài ra còn có 3 chân điều khiển (RS, RW, EN)

 Thiết bị này được dùng để hiển thị các trạng thái hay các thông số cần thiết

 Các chân điều khiển này giúp chúng ta dễ cấu hình LCD ở chế độ lệnh hoặc ở chế độ dữ liệu

 Ở 5 chân còn lại dùng để cấp nguồn cũng như là đèn nền cho LCD 16x2

 Ngoài ra thiết bị này còn giúp ta cấu hình ở chế độ đọc hoặc ở chế độ ghi

 LCD 16x2 có thể dùng được ở chế độ 4-bit hoặc là 8-bit tùy vào ứng dụng ta

LCD 16x2 hoạt động dựa trên các chân kết nối cụ thể: Chân số 1 (VSS) là chân nối đất, cần được kết nối với GND trong thiết kế mạch Chân số 2 (VDD) là chân cấp nguồn, được nối với VCC=5V Chân số 3 (VEE) dùng để điều chỉnh độ tương phản Chân số 4 (RS) là chân chọn thanh ghi, được kết nối với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để lựa chọn thanh ghi Khi chọn logic 0, bus DB0-DB7 sẽ kết nối với thanh ghi lệnh IR của LCD.

Để kết nối với LCD, cần thiết lập chế độ "write" hoặc "read" thông qua bộ đếm địa chỉ Bus DB0-DB7 sẽ kết nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong khi chân R/W (chân số 5) được sử dụng để chọn chế độ Read/Write; kết nối chân này với logic 0 để LCD ở chế độ viết và với logic 1 để ở chế độ đọc Chân số 6, chân Enable, sẽ chỉ chấp nhận các lệnh khi có xung cho phép từ chân E sau khi tín hiệu được đưa vào bus DB0-DB7.

+Ở chế độ ghi(write): Dữ liệu ở bus sẽ được LCD đưavào thanh ghi bên trong nó khi phát hiện ra 1 xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E

Trong chế độ đọc, dữ liệu từ LCD được xuất ra các chân DB0-DB7 ngay khi phát hiện sự chuyển đổi từ thấp lên cao tại chân E, và dữ liệu sẽ được giữ lại trên bus cho đến khi chân E trở về mức thấp Các chân từ 7 đến 14 (DB0 – DB7) cung cấp 8 đường bus dữ liệu để trao đổi với MPU, với hai chế độ sử dụng cho các đường bus này.

Ở chế độ 8-bit, dữ liệu được truyền qua tám đường với bit MSB là DB7 Trong khi đó, ở chế độ 4-bit, dữ liệu truyền qua bốn đường từ DB4 đến DB7, với bit MSB cũng là DB7 Chân số 15 cung cấp nguồn (+) cho đèn nền, trong khi chân số 16 là GND cho đèn nền.

RC522 có khả năng đọc được nhiều loại thẻ kết nối không dây chẳng hạn như NFC, thẻ từ

Các thông số chính của module này là:

-Dòng điện nuôi: từ 13 mA đến 26 mA.

-Khoảng cách hoạt động: từ 0 mm đến 60 mm.

-Cổng giao tiếp: SPI, có tốc độ tối đa là 10Мbps.

-Có khả năng cả đọc và ghi.

2.1.3 PIC 16F877A Đây là một loại vi điều khiển thuộc hãng microchip Kiến trúc Havard sử dụng tập lệnh Reduced Instruction Set Computer(tên viết tắt là RISC) cùng với 35 lệnh cơ bản, các lệnh này có khả năng thực hiện trong một chu kỳ không bao gồm lệnh rẽ nhánh.

Tổng quát về cấu trúc:

 Giao tiếp song song 8 bit(PSP)

 Có 1 bộ định thời 16 bit timer 1, nó có thể hoạt động ở chế độ “SLEEP MODE” từ nguồn xung clock ngoài

 Giao tiếp nối tiếp MSSP và USART

 Có 5 port xuất/nhâp (gồm A B C D E) ứng với 33 chân

 Có 2 bộ định thời 8 bit là timer 0 và timer 2

 Có 2 bộ CCP Capture/Compare/PWM

 Có tần số hoạt động tối đa là 20MHZ

 Có 1 bộ chuyển từ analog thành digital, có 10 bit, 8 ngõ vào

 Nạp chương trình bằng cổng ICSP (cổng nối tiếp)

 Ở chế độ “SLEEP MODE” giúp cho việc hạn chế tiêu hao năng lượng.

Hình 2.1.3.1 Sơ đồ các chân PIC

Hình 2.1.3.2 Cấu hình của con vi điều khiển

ESP8266, được phát triển bởi Espressif Systems, là giải pháp giao tiếp Wifi lý tưởng cho các thiết bị IoT Điểm nổi bật của ESP8266 là tích hợp các mạch RF như balun, antenna switches, TX power amplifier và RX filter trong kích thước chỉ 5x5mm, giúp giảm thiểu kích thước board và số lượng linh kiện cần thiết Hơn nữa, giá thành thấp của ESP8266 đã thu hút sự quan tâm của các nhà phát triển sản phẩm IoT.

Tóm lại, ESP8266 vừa tích hợp nhiều phần cứng hỗ trợ, vừa kích thước nhỏ, vừa hợp túi tiền của chúng ta.

Bộ kit Wifi ESP8266 NodeMCU Lua D1 Mini là một board mạch nhỏ gọn được phát triển từ Module Esp8266-12S, tích hợp sẵn Wifi, giúp dễ dàng thực hiện các ứng dụng thu thập dữ liệu và điều khiển thiết bị qua kết nối Wifi.

 Vi điều khiển: ESP8266EX

 Số chân Analog Input: 1 (áp vào tối đa 3V3)

 Giao tiếp: Cable Micro USB

 Nguồn áp: 5V được cung cấp qua cổng Micro USB

 Hỗ trợ bảo mật: WPA/WPA2

 Tích hợp giao thức TCP/IP

 Lập trình trên các ngôn ngữ: C/C++, Micropython, NodeMCU – Lua

Hình 2.1.4.1 Sơ đồ chân ESP8266

Hình 2.1.4.2 Kích thước của ESP8266

Sơ đồ nguyên lý tổng quát

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý tổng quát

Thiết kế mô hình

Hình 2.3.1 Hình ảnh thiết kế mạch của hệ thống

Hình 2.3.2 Hình ảnh sơ đồ đấu nối dây của hệ thống

Hình 2.3.3 Board mạch mô phỏng thực tế mặt trước của hệ thống

Hình 2.3.4 board mạch mô phỏng thực tế mặt sau của hệ thống

Hình 2.3.5 Board mạch thực tế sau khi hoàn thành

Giải thuật và điều khiển

Hoạt động của hệ thống

 Cấp cho nguồn đầu vào mạch để bắt đầu.

 Dùng thẻ A hoặc B (B là thẻ sơ cua) để mở khóa hệ thống.

 Hệ thống sẽ xác nhận thẻ đúng thông báo lên LCD mở cửa và rờ lay trong mạch sẽ kích hoạt mở cửa.

 Sau khi đi vào quét thẻ 1 lần nữa để hệ thống đóng cửa lại.

 Dùng một thẻ sai để để mở khóa hệ thống.

 Hệ thống sẽ xác nhận thẻ không hợp lệ thông báo lên LCD và không kích hoạt rờ lay mở cửa.

 Dùng điện thoại thông qua app blynk bấm mở , đóng cửa.

Lưu đồ giải thuật

Hình 3.2.1 Lưu đồ giải thuật

Thực nghiệm

Tiến trình thực nghiệm

 Bước 1: cấp nguồn cho hệ thống hoạt động để bắt đầu quá trình thực nghiệm.

 Bước 2: dùng thẻ A và B(B là thẻ sơ của) để mở khóa cửa và ghi nhận lại kết quả.

 Bước 3: dùng thẻ sai để mở cửa và ghi nhận kết quả.

 Bước 4: dùng điện thoại thông qua app blynk để mở cửa và ghi nhận kết quả.

 Bước 5: tắt nguồn và kết thúc quá trình thực nghiệm.

Kết quả thực nghiệm

Hình 4.2.1 Bắt đầu thực nghiệm

Hình 4.2.2 dùng thẻ A để quét

Hình 4.2.3 Xác nhận thẻ A đúng

Hình 4.2.4 Mở cửa sau khi xác nhận thẻ A đúng

Hình 4.2.5 Sau khi đi vào quét thẻ A 1 lần nữa để đóng cửa

Hình 4.2.6 Dùng thẻ B(thẻ sơ cua) để mở cửa

Hình 4.2.7 Xác nhận thẻ B đúng

Hình 4.2.8 Mở cửa sau khi xác nhận thẻ B đúng

Hình 4.2.9 Sau khi đi vào quét thẻ B 1 lần nữa để đóng cửa

Hình 4.2.10 Dùng thẻ sai để mở cửa

Hình 4.2.11 Hệ thống thông báo thẻ không hợp lệ và không mở cửa

Hình 4.2.12 Dùng điện thoại thông qua app blynk để mở cửa

Hình 4.2.13 Sau khi bấm mở cửa , hệ thống sẽ mở cửa

Hình 4.2.15 Hệ thống đóng cửa sau khi bấm

Kết luận thực nghiệm

Việc sử dụng thẻ hoặc điện thoại để mở cửa đều mang lại sự thuận tiện, nhanh chóng và dễ dàng Nếu bạn quên hoặc mất thẻ, điện thoại vẫn có thể giúp bạn mở cửa mà không ảnh hưởng đến tính bảo mật Tuy nhiên, việc quét thẻ yêu cầu phải đặt đúng vị trí, do đó cần thời gian để làm quen, tương tự như việc sử dụng điện thoại cũng cần một chút thời gian để thành thạo.