GIỚI THIỆU
Đặt vấn đề
Trong thập kỷ qua, tốc độ đô thị hóa nhanh chóng tại các thành phố lớn ở Việt Nam đã dẫn đến nhu cầu nhà ở tăng cao Mua nhà không chỉ để ở mà còn để tận hưởng giá trị tinh thần đang trở thành xu hướng đầu tư mới trong thị trường bất động sản Việc xây dựng ngôi nhà thông minh với đầy đủ tiện ích được xem là giải pháp nâng cao chất lượng cuộc sống cho người sử dụng Vì vậy, nhóm chúng tôi đã chọn đề tài tốt nghiệp “Thiết kế và điều khiển nhà thông minh qua Web” nhằm giải quyết vấn đề nhà ở cho mọi người.
Định nghĩa nhà thông minh
Nhà thông minh, hay còn gọi là hệ thống nhà thông minh, là một không gian sống được trang bị các hệ thống tự động thông minh, giúp điều phối hoạt động theo thói quen và nhu cầu của gia chủ Đây là một hệ thống tổng thể, trong đó tất cả thiết bị điện tử gia dụng được liên kết với thiết bị điều khiển trung tâm, cho phép phối hợp thực hiện các chức năng Các thiết bị này có khả năng xử lý tình huống theo lập trình hoặc được điều khiển và giám sát từ xa, nhằm mang lại cuộc sống tiện nghi, an toàn và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên.
Hình 1-1 Mô hình nhà thông minh
Hệ thống nhà thông minh bao gồm các thành phần chính như cảm biến (cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng, cảm biến cử chỉ), bộ điều khiển và máy chủ, cùng với các thiết bị chấp hành khác Các cảm biến giúp bộ điều khiển và máy chủ theo dõi trạng thái bên trong ngôi nhà, từ đó đưa ra quyết định điều khiển các thiết bị chấp hành một cách hợp lý, nhằm tạo ra môi trường sống tối ưu cho con người.
Sự phát triển của thiết bị điện tử cá nhân như máy tính bảng và điện thoại thông minh, cùng với hạ tầng thông tin tiên tiến như internet và các mạng di động 3G, 4G, đã giúp các hệ thống nhà thông minh cung cấp khả năng tương tác với người sử dụng Người dùng có thể giám sát và điều khiển ngôi nhà của mình từ bất kỳ đâu thông qua các giao diện cảm ứng trên smartphone.
Người dùng có thể tùy chỉnh hệ thống nhà thông minh theo nhu cầu và kịch bản làm việc của mình, đồng thời điều khiển từ xa thông qua smartphone Giá cả cho một ngôi nhà thông minh sẽ dao động từ vài triệu đến vài trăm triệu đồng, tùy thuộc vào mức độ sử dụng và tính năng mong muốn.
Các thành phần cơ bản hệ thống nhà thông minh
Hệ thống nhà thông minh bao gồm các thành phần cơ bản như cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng và cảm biến cử chỉ, cùng với các bộ điều khiển và máy chủ Những cảm biến này giúp theo dõi trạng thái bên trong ngôi nhà, cho phép các bộ điều khiển và máy chủ đưa ra quyết định chính xác để điều chỉnh các thiết bị chấp hành, từ đó tạo ra môi trường sống tối ưu cho người dùng.
Hình 1-2 Các thành phần cơ bản của hệ thống nhà thông minh
1.3.1 Hệ thống chiếu sáng thông minh
Các thiết bị chiếu sáng như bóng đèn sợi đốt, đèn neon, đèn LED, đèn ngủ và đèn trang trí rất phổ biến trong cuộc sống hàng ngày Tuy nhiên, việc phối hợp chiếu sáng không hợp lý có thể dẫn đến ô nhiễm ánh sáng, lãng phí điện năng và giảm tuổi thọ của thiết bị Hơn nữa, với số lượng đèn lớn, gia chủ sẽ gặp khó khăn trong việc bật tắt và điều chỉnh độ sáng cho phù hợp.
Hệ thống chiếu sáng có thể được tích hợp với các hệ thống khác hoặc điều khiển độc lập, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và mang lại sự tiện lợi cho người dùng Các giải pháp kết hợp sẽ được xem xét để tự động hóa tối đa quy trình điều khiển.
Các đèn trong phòng được thiết kế đồng bộ với các thiết bị như quạt thông gió, tạo nên một không gian hài hòa Ánh sáng được điều chỉnh theo nhu cầu của chủ nhà và theo mùa, đồng thời kết hợp với âm nhạc và các tiểu cảnh như thác nước (nếu có) Hệ thống này được tự động điều khiển để đạt trạng thái tối ưu cho từng tình huống sử dụng.
Chỉ cần nhấn một phím, các đèn chiếu sáng sẽ bật 100%, đèn trang trí sẽ hoạt động với 75% công suất, và màn che cửa sổ sẽ tự động khép lại Những thông số này có thể dễ dàng điều chỉnh theo yêu cầu cụ thể của chủ nhà Tính năng này cho phép kiến trúc sư tạo ra các kịch bản ánh sáng linh hoạt, phù hợp với các hoạt động khác nhau của gia chủ trong thiết kế nội thất.
1.3.1.1 Những yếu tố của hệ thống sáng thông minh a) Điều khiển bản phím
Cách dễ dàng nhất để kiểm soát ánh sáng trong ngôi nhà của bạn là sử dụng công tắc thông thường, nhưng việc điều khiển ánh sáng sẽ trở nên đơn giản và thú vị hơn rất nhiều.
Khi bạn cần ra khỏi nhà, thay vì tắt từng đèn một, bạn chỉ cần nhấn nút trên bàn phím điều khiển để tắt tất cả thiết bị một cách tự động Ngoài ra, bạn có thể điều khiển ánh sáng qua web, cho phép bạn điều chỉnh màu sắc, độ sáng và nhiều tính năng khác Giống như một công tắc trên tường, người dùng có thể đăng nhập vào hệ thống để bật, tắt hoặc thay đổi màu sắc của đèn trong ngôi nhà Hơn nữa, việc thiết lập ánh sáng tự động giúp tiết kiệm thời gian và năng lượng cho người sử dụng.
Người dùng có thể tùy chỉnh hệ thống ánh sáng theo nhu cầu cá nhân bằng cách sử dụng các thiết bị như cảm biến hồng ngoại, hệ thống relay, dimmer để điều chỉnh độ sáng, hoặc thiết lập ánh sáng theo thời gian.
1.3.1.2 Một số chế độ hoạt động
Chế độ chủ vắng nhà
Chế độ người chủ vắng nhà trong hệ thống nhà thông minh sẽ tự động kích hoạt các thiết bị khi chủ nhà không có mặt, giúp tăng cường an ninh và tiện ích cho ngôi nhà.
Một số đèn có thể được tắt hoặc mở trong khoảng thời gian ngắn, hoặc tự động điều chỉnh trạng thái đóng/mở vào thời điểm thích hợp.
Hệ thống đèn trong phòng ăn sẽ tự động điều chỉnh ánh sáng cho phù hợp với không khí của một buổi ăn tối
Hệ thống thông minh sẽ tự động chiếu sáng và điều chỉnh ánh sáng trong nhưng khu vực chính trong nhà
1.3.2 Hệ thống kiểm soát ra vào
Khi gia chủ không có mặt, việc quản lý hệ thống ra vào nhà là rất cần thiết để ngăn chặn trộm cắp và tiết kiệm năng lượng Hệ thống kiểm soát vào ra trong ngôi nhà thông minh cho phép chủ nhà dễ dàng cấp quyền truy cập cho các thành viên trong gia đình và người thân.
Hệ thống ra vào các phòng sẽ được trang bị khóa vân tay hoặc khóa phím để nhận diện người dùng trong nhà và khách, từ đó cấp quyền "đăng nhập" một cách an toàn và tiện lợi.
Ngoài ra, còn có thể dùng hệ thống nhận diện khuân mặt hay giọng nói tùy vào phòng riêng của mỗi người
Hệ thống quan sát an ninh giúp gia chủ kiểm soát việc ra vào nhà và nhận diện khách nhanh chóng thông qua camera Với hệ thống này, mọi ngóc ngách trong nhà được giám sát 24/7, cho phép chủ nhà theo dõi tình hình ngôi nhà và con cái từ xa bằng smartphone hoặc máy tính bảng qua wifi, 3G, 4G.
Hệ thống chuông hình trong nhà thông minh bao gồm một đầu nhận và một màn hình, được lắp đặt tại phòng khách và phòng ngủ chính Hệ thống này cho phép người dùng giao tiếp và quan sát hình ảnh của khách đến thăm nhà.
1.3.4 Hệ thống giải trí đa phương tiện
Ngôi nhà là không gian sống của một gia đình với nhiều thế hệ, mỗi thế hệ đều có nhu cầu giải trí riêng Vì vậy, việc thiết lập một hệ thống giải trí đa phương tiện sẽ đáp ứng tốt nhất các hoạt động giải trí phù hợp cho tất cả các thành viên trong gia đình.
Tổng quan phương pháp điều khiển nhà thông minh hiện có trên thế giới18
Cách đơn giản nhất để điều khiển nhà thông minh là sử dụng công tắc thông thường, nhưng với khả năng điều khiển từ xa trong một khoảng cách nhất định.
Ví dụ: Bạn đang ở trên giường mà muốn tắt đèn phòng ngủ, thay vì chạy tới bật công tắt thì bạn chỉ cần điều khiển remote để tắt đèn
Hình 2.1 Hình ảnh điều khiển bằng remote
2.2 Điều khiển nhà thông minh bằng giọng nói Đây là cách sử dụng giọng nói để điều khiển nhà thông minh thông qua sự giúp đỡ của điện thoại, loa và các phần mềm công nghệ giọng nói như Google Home, Amazaon Alexa, Apple Siri để có thể điều khiển các thiết bị trong nhà
Hình 2.2 Hình ảnh điều khiển bằng giọng nói
2.3 Điều khiển nhà thông minh qua trang Web, Smartphone Đây là cách điều khiển nhà thông minh tiện ích nhất hiện nay Khi bạn chỉ cần có 1 chiếc điện thoại thông minh hoặc 1 chiếc máy tính xách tay cùng với 1 đường truyền mạng internet ổn định thì bạn có thể dễ dàng điều khiển các thiết bị trong nhà một cách tiện lợi nhất
Hình 2.3 Hình ảnh điều khiển bằng Smartphone
PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT
Mô tả hoạt động của hệ thống
Để hệ thống hoạt động hiệu quả và ổn định về phần cứng lẫn phần mềm, nhóm đã xây dựng một mô hình tổng quát về cách thức hoạt động của hệ thống trước khi phát triển chi tiết từng thành phần.
Hình 3-1 Mô hình tổng quát hệ thống nhà thông minh
Mô hình: được thiết kế và xây dựng trên phần mềm AutoCad bao gồm cấu trúc của ngôi nhà, diện tích từng phòng
Khối xử lý Arduino là thành phần quan trọng nhất trong hệ thống, vì nó không chỉ điều khiển các cơ cấu chấp hành mà còn tiếp nhận và xử lý tín hiệu từ cảm biến Đồng thời, khối này cũng thực hiện việc giao tiếp với ESP8266 để kết nối với Cloud Server.
ESP8266 được lập trình để kết nối với Cloud Server qua Wifi và giao thức SocketIO, đồng thời giao tiếp với Arduino thông qua giao thức UART Thiết bị này đóng vai trò là "cầu nối" giữa Arduino và Cloud Server, cho phép truyền và nhận dữ liệu giữa hai hệ thống này.
Cloud Server: được xây dựng trên nền NodeJS, và giao tiếp với ESP8266 thông qua chuẩn giao thức SocketIO đồng thời còn quản lý Web-UI cũng như database
Giao diện Web-UI được phát triển bằng ReactJS, cho phép người dùng tương tác với server NodeJS thông qua giao thức SocketIO Điều này giúp người dùng quản lý, giám sát và điều khiển hệ thống một cách hiệu quả.
Các chương tiếp theo sẽ đi sâu vào việc phân tích chức năng và nguyên lý hoạt động của từng khối Qua đó, người đọc có thể tổng hợp các khối lại với nhau để xây dựng một hệ thống theo yêu cầu.
3.2 Sơ đồ khối chức năng Để đáp ứng được các yêu cầu về tính chính xác, tính ổn định và tính bảo mật của hệ thống, sơ đồ khối chức năng được xây dựng nhằm đáp ứng được các yêu cầu hệ thống thông qua chương trình điều khiển và quản lý nhà thông minh
Hình 3-2 Sơ đồ khối phần cứng của hệ thống nhà thông minh
Trong hệ thống nhà thông minh, board Arduino Nano được sử dụng để điều khiển và xử lý toàn bộ hệ thống Arduino là một mạch vi xử lý giúp xây dựng các ứng dụng tương tác hiệu quả hơn với môi trường Nó đi kèm với một môi trường phát triển tích hợp (IDE) cho phép người dùng lập trình bằng ngôn ngữ C hoặc C++ trên máy tính cá nhân.
3.2.1 Giới thiệu về Arduino Nano
Arduino Nano USB Mini là một board mạch vi điều khiển ATmega328P hoặc ATmega168, nổi bật với kích thước nhỏ gọn và tính năng mã nguồn mở từ Arduino.cc So với Arduino Uno và Arduino Mega, Nano có ưu điểm vượt trội về kích thước, cho phép hoạt động độc lập và tương tác hiệu quả với các thiết bị điện tử Board này rất phù hợp cho những người mới bắt đầu tìm hiểu về Arduino, giúp kết nối dễ dàng với PC và phối hợp với các phần mềm như Flash, Xử lý, Max/Msp, PD Do đó, Arduino Nano là lựa chọn lý tưởng cho các dự án yêu cầu kết nối với thiết bị ngoại vi đơn giản và ít.
Arduino Nano có chức năng tương tự như Arduino Uno nhưng có kích thước nhỏ gọn hơn Thiết bị này hoạt động với điện áp 5V, và nguồn cấp điện áp đầu vào có thể thay đổi từ 7 đến 12V.
Arduino Nano bo gồm tất cả 14 chân Digital, 8 chân Analog, 2 chân Reset và
Các chân Nguồn trên mạch có thể được cấu hình để hoạt động như đầu vào (Input) hoặc đầu ra (Output), với mỗi chân Digital và Analog đảm nhận nhiều chức năng khác nhau Khi giao tiếp với cảm biến, các chân này hoạt động như chân Input, trong khi khi điều khiển động cơ, tạo xung, kích dẫn relay hay thiết bị chuyển mạch, chúng trở thành chân Output Để điều khiển hoạt động của các chân Digital, các hàm cơ bản như pinMode() và digitalWrite() được sử dụng, trong khi analogRead() được áp dụng cho các chân Analog Các chân Analog có độ phân giải 10 bit, với giá trị thay đổi từ 0V đến 5V.
Arduino Nano được trang bị thạch anh dao động với tần số 16 MHz, mang lại độ chính xác cao cho các dự án đồng hồ số Tuy nhiên, một hạn chế của Arduino Nano là không có giắc nguồn DC, do đó không thể cung cấp nguồn điện bên ngoài qua các chân như các phiên bản Arduino Uno và Arduino Mega Thay vào đó, nguồn điện phải được cấp qua cổng USB Mini, không giống như cổng USB chuẩn thường dùng Với kích thước nhỏ gọn và tính năng tương tự như Arduino Uno, Arduino Nano trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu tối ưu hóa kích thước linh kiện điện tử.
Bộ nhớ flash của Vi điều khiển Atmega có dung lượng 16KB hoặc 32KB, tùy thuộc vào từng loại vi điều khiển; cụ thể, Atmega168 sở hữu bộ nhớ flash 16KB, trong khi Atmega328 có bộ nhớ flash lên đến 32KB.
Bộ nhớ flash là thiết bị lưu trữ quan trọng cho mã hóa dữ liệu, trong đó có 2KB bộ nhớ được dành riêng cho chương trình khởi động, hay còn gọi là Bootloader.
Bộ nhớ SRAM có thể thay đổi từ 1KB hoặc 2KB và EEPROM tương ứng là
512 byte hoặc 1KB đối với Atmega168 và Atmega328 Sử dụng phần mềm IDE để lập trình với cáp USB Mini giao tiếp với máy tính
3.2.2 Cấu tạo phần cứng của Arduino
• Các chân I/O: 14 chân (Bao gồm 6 chân PWM)
• Tần số dao động: 16Mhz
Hình 3-4 Sơ đồ chân của Arduino nano
Mạch Arduino Nano có các chân với chức năng cụ thể, bao gồm các chân Analog hoạt động như bộ chuyển đổi Analog sang Digital, với A4 và A5 hỗ trợ giao tiếp I2C Ngoài ra, mạch còn có 14 chân Digital, trong đó 6 chân có khả năng tạo ra xung PWM.
Chân Vin: Đây là chân cung cấp điện áp đầu vào cho mạch Arduino nano khi sử dụng nguồn ngoài từ 7VDC đến 12 VDC
Chân 5V trên board Arduino cung cấp mức điện áp quy định, được sử dụng để cấp nguồn cho vi điều khiển và các linh kiện khác.
Chân 3,3V: Đây là một mức điện áp tối thiểu được tạo ra bởi bộ điều chỉnh điện áp trên board (sử dụng Lm1117 - 3.3V)
Chân GND: Chân mass cho Arduino, có nhiều chân GND trên board
Arduino cho mục đích dễ dàng kết nối với thiết bị ngoại vi sử dụng dây testboard
Động cơ RC Servo S90
Động cơ servo là thiết bị tự động sử dụng cảm biến phản hồi âm để điều chỉnh hành động của cơ cấu Trong số các loại động cơ, RC Servo nổi bật với tốc độ thấp, mô-men xoắn cao và đa dạng kích thước phù hợp với nhiều thiết bị khác nhau Khác với động cơ DC và Stepper, động cơ RC Servo không xoay 360 độ mà chỉ hoạt động trong các góc hạn chế như 90, 180 và 270 độ.
• Board điều khiển tín hiệu hồi tiếp
• Dây tín hiệu vào (Yellow or White)
• Horn/Wheel/Arm gắn kèm
• Chip điều khiển chính b) Nguyên lý hoạt động
Theo như nghiên cứu và giám sát cho thấy động cơ RC servo hoạt động dựa trên nguyên lý PWM Cụ thể:
Servo hoạt động bằng cách đáp ứng một dãy xung số ổn định, cụ thể là mạch điều khiển sẽ nhận tín hiệu từ các xung biến đổi trong khoảng 1-2ms Những xung này được gửi đi với tần suất 50 lần mỗi giây, tương đương với việc cung cấp xung mỗi 20ms.
RC servo cần từ 30 đến 60 xung mỗi giây để hoạt động hiệu quả Nếu tần số xung quá thấp, độ chính xác và hiệu suất của servo sẽ bị ảnh hưởng Độ rộng của các xung đóng vai trò quyết định trong việc xác định vị trí góc trục của động cơ.
Độ rộng của xung 1.5ms thì cho trục động cơ quay đến vị trí góc 90 độ (được gọi là Neutral)
Độ rộng xung nhỏ hơn 1.5ms thì cho trục động cơ quay ở vị trí góc 0 độ
Độ rộng xung lớn hơn 1.5ms thì trục động cơ sẽ quay đến vị trí góc 180 độ
Các servo có khả năng quay từ 90 đến 180 độ khi nhận tín hiệu từ 1 đến 2 ms Để hoạt động hiệu quả, các servo này cần được cung cấp toàn bộ chiều dài xung, và hầu hết đều có thể đạt được góc quay tối đa là 180 độ.
180 độ c) Thông số kĩ thuật
Relay trung gian
3.5.1 Tìm hiểu chung về relay trung gian
Relay trung gian là một dạng relay điện từ phổ biến, hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ Nó có cấu trúc tương tự như công tắc tơ, nhưng chỉ có chức năng đóng-cắt mạch điện điều khiển mà không trực tiếp tham gia vào mạch lực.
3.5.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của relay trung gian
Relay trung gian bao gồm ba phần chính: cơ cấu thu, cơ cấu trung gian và cơ cấu chấp hành Cuộn hút điện từ hoạt động như cơ cấu thu, nhận tín hiệu đầu vào (dòng điện, điện áp) và kích hoạt relay khi đạt giá trị xác định Mạch từ đóng vai trò cơ cấu trung gian, tạo lực hút cho cuộn nam châm, so sánh với lực của lò xo phản hồi để truyền kết quả tác động Cuối cùng, hệ thống tiếp điểm là cơ cấu chấp hành, truyền tín hiệu cho mạch điều khiển Hình 3-12 minh họa cấu tạo của relay trung gian.
Hình 3-10 Cấu tạo của relay
3.5.3 Lựa chọn relay trung gian
Trong hệ thống mô hình nhà thông minh, nhóm chúng em cần sử dụng 15 relay để đóng mở đèn và quạt cho mô hình
Hình 3-11 Module relay 5V 1 kênh Thông số kĩ thuật:
Thời gian tác động: 10ms
ESP8266 là chip System on Chip (SoC) tích hợp cao, nổi bật với khả năng xử lý và lưu trữ hiệu quả, giúp cung cấp tính năng wifi cho các hệ thống khác hoặc hoạt động độc lập Với khả năng kết nối mạng wifi hoàn chỉnh, ESP8266 cho phép tạo web server đơn giản hoặc đóng vai trò như điểm truy cập Có nhiều phiên bản ESP8266 với cấu trúc I/O và bộ nhớ khác nhau; trong ứng dụng nhà thông minh, module wifi này thường được sử dụng để truyền nhận dữ liệu giữa Server và Arduino mà không cần phiên bản có nhiều chân I/O và bộ nhớ lớn Do đó, chúng tôi đã chọn sử dụng ESP8266-v3 để đáp ứng nhu cầu này.
Hình (3-14) minh họa về hình dáng của một module ESP8266-03 với các thông số kỹ thuật như sau:
Wifi 2.4 GHz, hỗ trợ WPA/WPA2
• Chuẩn điện áp hoạt động 3.3V
• Chuẩn giao tiếp nối tiếp UART với tốc độ Baud lên đến 115200
• Có 3 chế độ hoạt động: Client, Access Point, Both Client and Access Point
• Hỗ trợ các chuẩn bảo mật như: OPEN, WEP, WPA_PSK, WPA2_PSK, WPA_WPA2_PSK
• Hỗ trợ cả 2 giao tiếp TCP và UDP
• Tích hợp công suất thấp 32-bit CPU có thể được sử dụng như là bộ vi xử lý
3.6.2 Sơ đồ chân và chức năng các chân
Hình 3-13 Sơ đồ chân của ESP8266 v3
Module ESP8266 v3 gồm có 8 chân như hình 3-15 và chức năng như sau:
• URXD(RX): dùng để nhận tín hiệu trong giao tiếp UART với Arduino
• UTXD(TX): dùng để truyền tín hiệu trong giao tiếp UART với Arduino
GPIO 0: kéo xuống thấp cho chế độ upload chương trình
• RST: chân reset cứng của module, kéo xuống mass để reset
• GPIO 2: thường được dùng như một cổng TX trong giao tiếp UART để kiểm tra lỗi
• CH_PD: kích hoạt chip, sử dụng cho Flash Boot và updating lại module, nối với mức cao
Để lập trình cho ESP8266-01, người dùng cần sử dụng phần mềm Arduino IDE, nhờ vào khả năng lập trình và hoạt động độc lập của nó Tuy nhiên, trước khi sử dụng Arduino IDE, cần cài đặt các gói thư viện hỗ trợ giao tiếp với ESP Nếu không thực hiện bước này, người dùng sẽ phải sử dụng các phần mềm chuyên dụng khác như ArduBlock ESP hoặc ESPlorer để lập trình cho module ESP.
Sự kết hợp giữa bộ đọc RFID và thẻ Mifare trong hệ thống nhà thông minh sẽ nâng cao tính bảo mật trong quá trình ra vào ngôi nhà.
RFID, hay còn gọi là Nhận dạng tần số vô tuyến, là công nghệ cho phép nhận diện đối tượng qua sóng radio, giúp giám sát và quản lý hiệu quả Module RFID RC522 được sử dụng để đọc và ghi dữ liệu cho thẻ Mifare, với thiết kế nhỏ gọn và linh hoạt, phù hợp cho các ứng dụng kết hợp với Arduino Module này giao tiếp với Arduino qua chuẩn SPI, mang lại sự tiện lợi trong việc triển khai các giải pháp nhận dạng.
16 minh họa hai loại thẻ Mifare và một đầu đọc RFID
Hình 3-14 Module đọc RFID và 2 loại thẻ Mifare
Thẻ MIFARE là một loại thẻ từ cơ bản, được cấu tạo từ các nam châm nhỏ và mã hóa thông qua việc thiết lập phân cực của chúng Đầu đọc thẻ xác định cực của nam châm và chuyển đổi thông tin thành chuỗi nhị phân Các dải kháng từ trên thẻ phản ánh sức mạnh của từ trường dùng để ghi dữ liệu Thẻ MIFARE có nhiều ứng dụng, bao gồm lưu trữ thông tin khách hàng và hàng hóa Mỗi thẻ MIFARE sở hữu một số thẻ riêng biệt và mã hóa bảo mật, giúp ngăn chặn truy cập trái phép, làm cho việc sao chép thẻ trở nên khó khăn Cấu trúc của thẻ MIFARE được minh họa trong hình 3-17.
Hình 3-15 Cấu tạo thẻ Mifare
3.7.2 Nguyên lý hoạt của Module RFID RC522
Hệ thống RFID bao gồm hai thành phần chính: Tag (thẻ RFID) và Reader (đầu đọc RFID) Hai thành phần này giao tiếp với nhau qua cùng một tần số, với cả Tag và Reader đều được trang bị anten Tốc độ truyền dữ liệu và khoảng cách giữa Tag và Reader phụ thuộc vào tần số sử dụng Do đó, các hệ thống RFID có thể áp dụng nhiều dải tần số khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể.
• Tần số thấp (LF) (khoảng 100 kHz – 150 kHz)
• Tần số cao (HF) (10 – 15 MHz)
• Siêu cao tần (UHF) (850 – 950 MHz)
Khi thẻ RFID được đưa vào vùng hoạt động của đầu đọc, sóng vô tuyến từ đầu đọc cung cấp một dòng điện nhỏ kích hoạt hệ thống mạch trong thẻ Điều này cho phép thẻ gửi tín hiệu hồi đáp và thực hiện trao đổi dữ liệu với bộ điều khiển kết nối Sau khi nhận dữ liệu từ thẻ RFID, bộ điều khiển sẽ đưa ra các yêu cầu điều khiển phù hợp với từng ứng dụng cụ thể.
• Dòng ở chế độ chờ: 10-13 mA
• Dòng ở chế độ nghỉ:
