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

TỔNG QUAN

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay, sự phát triển không ngừng của khoa học và công nghệ đã cải thiện đáng kể chất lượng cuộc sống con người Một trong những tiến bộ nổi bật là sự ra đời của nhà thông minh, nơi các thiết bị hoạt động tự động hoặc bán tự động, mang lại sự thuận lợi, an toàn và an ninh nhờ khả năng điều khiển từ xa Công nghệ IoT đã góp phần nâng cao khả năng quản lý căn nhà, cho phép các thiết bị kết nối với nhau qua wifi, bluetooth và mạng viễn thông, đồng thời được điều khiển dễ dàng từ smartphone hoặc máy tính bảng ở bất kỳ đâu.

Hiện nay, nhiều nghiên cứu về nhà thông minh đang được thực hiện, trong đó có đồ án tốt nghiệp của Nguyễn Ngọc Lực với đề tài “Thiết kế, thi công mô hình hệ thống điều khiển điện và giám sát nhà” Dự án này sử dụng board Arduino Mega 2560 làm bộ điều khiển trung tâm, kết hợp với module ESP8266 Node MCU và module sim900A, cho phép điều khiển và giám sát các thiết bị trong nhà thông qua ứng dụng Android và web server Hệ thống có khả năng đo nhiệt độ, độ ẩm, cảnh báo rò rỉ khí ga, và thông báo khi có người đột nhập bằng tin nhắn Ngoài ra, hệ thống còn tự động chuyển sang nguồn dự phòng khi mất điện và thông báo cho người sử dụng.

Hệ thống điều khiển và giám sát thiết bị nhà thông minh hỗ trợ Google Assistant sử dụng board Arduino và module wifi ESP8266 Node MCU Người dùng có thể theo dõi tình trạng nhà ở từ xa qua smartphone chạy hệ điều hành Android, truy cập web ở bất kỳ đâu có kết nối wifi hoặc internet Hệ thống này cho phép giám sát nhiệt độ, phát hiện rò rỉ khí gas và cảnh báo khi có trộm đột nhập, mang lại sự an toàn và tiện lợi cho người sử dụng.

Sự phát triển của đời sống con người đi kèm với sự gia tăng của các tệ nạn xã hội, đặc biệt là nạn trộm cắp tài sản, với những hình thức ngày càng tinh vi.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2 biện pháp bảo bệ truyền thống không thể đáp ứng yêu cầu bảo vệ an toàn cho tài sản

Vì thế, yêu cầu có một thiết bị thông minh hơn giúp bảo vệ tài sản được an toàn hơn

Nhóm em đã chọn đề tài “Thiết kế và thi công mô hình khóa điện tử có giám sát từ xa sử dụng GSM và RFID” nhằm giảm thiểu tối đa tình trạng mất mát tài sản Hệ thống này sử dụng bộ điều khiển trung tâm là board Arduino, kết nối với module sim900A, phím ma trận 4x4, cảm biến chuyển động HC-SR501 và module RFID RC522.

MỤC TIÊU

Mô hình điều khiển và giám sát khóa chống trộm thông minh được thiết kế và thi công cho phép giám sát từ xa qua mạng viễn thông thông qua tin nhắn Người dùng có thể điều khiển trực tiếp khóa bằng cách sử dụng ma trận phím 4x4 hoặc thẻ RFID, mang lại sự tiện lợi và an toàn tối ưu.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Tìm hiểu Arduino, module sim900, module RFID, cảm biến chuyển động, phím ma trận 4x4

- Thiết kế, tính toán, thi công mạch giao tiếp module sim với Arduino

- Thiết kế, tính toán, thi công mạch giao tiếp cảm biến chuyển động với Arduino

- Thiết kế, tính toán, thi công mạch giao tiếp module RFID với Arduino

- Viết chương trình điều khiển mô hình

- Thiết kế nguồn cung cấp cho mô hình

- Chạy thử nghiệm mô hình

- Báo cáo cáo đề tài tốt nghiệp.

GIỚI HẠN

- Mô hình không áp dụng cho nhà ở thực tế

- Mô hình sử dụng mạng viễn thông (SMS) để giám sát Trên thực tế thì có thể sử dụng nhiều loại sóng để giám sát như: bluetooth, wifi

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3

- Mô hình dùng cảm biến chuyển động HC-SR501, khoảng cách phát hiện tối đa 5m

- Dùng chuông buzzer cảnh báo khi có người đột nhập.

BỐ CỤC

Chương này giới thiệu lý do lựa chọn đề tài, mục tiêu nghiên cứu, nội dung chính, các giới hạn về thông số và cấu trúc của đồ án.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

GIỚI THIỆU VỀ IOTS (INTERNET OF THINGS)

Internet of Things (IoT) là một mạng lưới kết nối giữa các thiết bị và đồ vật thông qua Internet, cho phép chúng thu thập và trao đổi thông tin Các thiết bị này được trang bị vi mạch điện tử, cảm biến và phần mềm, giúp chúng tương tác với nhau qua smartphone, máy tính bảng và máy tính Ứng dụng của IoT rất phong phú, trải dài trên nhiều lĩnh vực khác nhau.

- Trong đời sống: Giám sát thông minh, nhà thông minh, vận chuyển tự động, quản lý điện năng, cung cấp nước, bảo vệ thông minh, quản lý môi 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 ngành công nghiệp, việc giám sát sản xuất được thực hiện thông qua cảm biến và dây chuyền tự động, cho phép thu thập dữ liệu từ máy móc Quá trình quản lý và điều khiển này có thể được thực hiện dễ dàng qua web hoặc ứng dụng điện thoại.

GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG

2.2.1 Module cảm biến chuyển động PIR HC – SR501

Cảm biến chuyển động HC-SR501 có khả năng phát hiện chuyển động thông qua các tia hồng ngoại từ vật thể trong vùng hoạt động Module này cho phép điều chỉnh độ nhạy và thời gian hoạt động nhờ vào hai biến trở Sx và Tx, giúp người dùng tùy chỉnh theo nhu cầu sử dụng.

Hình 2.1 Hình dạng của cảm biến PIR HC-SR501

Hình 2.2 Hình ảnh nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR

Cảm biến PIR được trang bị hai cảm biến như hình 2.2, với một lăng kính fresnel làm từ nhựa nằm phía trước Lăng kính này có chức năng phân chia thành nhiều vùng (zone) để cho phép tia hồng ngoại đi vào cảm biến Hai đơn vị của cảm biến tạo thành hai điện cực, một dương (+) và một âm (-) Khi hai đơn vị này được kích hoạt theo thứ tự, sẽ tạo ra một xung điện kích hoạt cảm biến.

Hình 2.3 Hình ảnh sơ đồ chân của cảm biến PIR

- Sử dụng điện áp: 4.5V - 20V DC

- Điện áp đầu ra: 0V - 3.3V DC

- Có 2 chế độ hoạt động:

(L) không lặp lại kích hoạt

- Thời gian trễ: điều chỉnh trong khoảng 0.5-200S

- Sử dụng cảm biến: 500BP

- Kích thước PCB:32mm x 24mm

Ma trận phím 4x4 bao gồm 16 nút bấm được sắp xếp theo ma trận 4 hàng, 4 cột Điều này có nghĩa là nếu sử dụng phương pháp thông thường (dùng chân digital), chúng ta sẽ cần đến 16 chân Tuy nhiên, do các nút bấm trong cùng một hàng và một cột được nối với nhau, nên ma trận phím 4x4 chỉ cần tổng cộng 8 ngõ ra.

Hình 2.4 Hình ảnh sơ đồ kết nối của phím ma trận 4x4

Hình 2.5 Hình ảnh phim ma trận 4x4

SIM900A là một module chipset nhỏ gọn, giá rẻ và hoạt động ổn định Nó tích hợp các tính năng cơ bản của điện thoại, bao gồm gọi điện, nhắn tin và truy cập GPRS.

Hình 2.6 Hình ảnh Module SIM900A Điện áp hoạt động 4.5 – 5V , dòng kích tối thiểu 1A

- 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

Arduino là một board mạch vi xử lý giúp lập trình và xây dựng các ứng dụng tương tác dễ dàng Với ngôn ngữ lập trình đơn giản giống C/C++, người dùng không cần có nhiều kiến thức về điện tử vẫn có thể thực hiện lập trình hiệu quả Các ngoại vi trên bo mạch đã được chuẩn hóa, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển ứng dụng.

Bộ môn Điện tử Công nghiệp – Y sinh 8 cứng được trang bị một board mạch nguồn mở, thiết kế dựa trên vi xử lý AVR Atmel 8bit hoặc ARM Atmel 32-bit Hiện tại, các model này có 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog và 14 chân I/O kỹ thuật số, tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau.

Hình 2.7 Hình ảnh Arduino Mega

- 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)

- Dòng sử dụng I/O Pin : 20mA

- Dòng sử dụng 3.3V Pin: 50mA

- Bộ nhớ Flash: 256KB, 8KB sử dụng cho Bootloader

Arduino có thể nhận nguồn từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm cổng USB, jack cắm 2.1mm, hoặc thông qua hai chân Vin và GND.

- 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

Công nghệ RFID (Nhận dạng tần số vô tuyến) là một phương pháp nhận diện đối tượng sử dụng sóng radio, cho phép theo dõi và quản lý từng đối tượng một cách hiệu quả.

Hệ thống RFID bao gồm hai thành phần chính: thiết bị đọc (reader) và thiết bị phát mã RFID có gắn chip Thiết bị đọc được trang bị anten để thu và phát sóng điện từ, trong khi thiết bị phát mã RFID được gắn với đối tượng cần nhận dạng Mỗi thiết bị RFID mang một mã số duy nhất, không trùng lặp.

Hình 2.8 Hình ảnh Module RFID RC522

- Tần số hoạt động: 13.56MHz

- Khoảng cách hoạt động: 0-60mm

- Cổng giao tiếp: SPI, tốc độ tối đa 10Mbps

- 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 có chức năng Master Data Out- Slave In trong chế độ giao tiếp SPI

- MOSI: Kết nối với chân SPI_MOSI của vi điều khiển có chức năng Master Data In- Slave Out trong chế độ giao tiếp SPI

Màn hình LCD (Màn hình tinh thể lỏng) được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống Vi Điều Khiển nhờ vào nhiều ưu điểm vượt trội so với các loại hiển thị khác.

Thiết bị này hỗ trợ hiển thị đa dạng các ký tự như chữ, số và ký tự đồ họa, giúp người dùng dễ dàng tích hợp vào mạch ứng dụng qua nhiều giao thức giao tiếp khác nhau Nó tiêu tốn ít tài nguyên hệ thống và có giá thành phải chăng.

- Hiển thị tối đa 16 ký tự trên 2 dòng

- 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

+ 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

Pin 5: R/W is the Read/Write mode selection pin Connect the R/W pin to logic "0" for the LCD to operate in write mode, or connect it to logic "1" for the LCD to function in read mode.

Chân 6, hay còn gọi là chân E, đóng vai trò quan trọng trong việc cho phép (Enable) các tín hiệu Khi các tín hiệu được truyền lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có một xung cho phép từ chân E.

Trong chế độ ghi, dữ liệu từ bus sẽ được chuyển vào thanh ghi bên trong LCD khi phát hiện xung chuyển từ cao xuống thấp của tín hiệu chân E.

Khi ở chế độ đọc, LCD sẽ xuất dữ liệu ra các chân DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) tại chân E, và dữ liệu sẽ được giữ trên bus cho đến khi chân E trở về mức thấp.

- Chân 7 - 14: DB0 - DB7 - Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này:

GIAO TIẾP I2C

Hình 2.10 Mạch chuyển giao tiếp LCD 16x2

Việc sử dụng giao tiếp I2C cho phép điều khiển màn hình trực tiếp thông qua IC xử lý trên mạch, giúp giảm tải cho vi điều khiển Chỉ cần gửi mã lệnh và nội dung hiển thị, vi điều khiển có thêm thời gian để xử lý các tiến trình phức tạp khác Ưu điểm nổi bật của giao tiếp I2C là khả năng tối ưu hóa hiệu suất xử lý của vi điều khiển.

- Giao tiếp I2C chỉ sử dụng duy nhất 2 dây tín hiệu: SDA và SCL giúp tiết kiệm chân trên vi điều khiển

- Tốc độ truyền dữ liệu lên đến 400Kbps

- Dữ liệu truyền nhận đảm bảo tính toàn vẹn vì sử dụng cơ chế phản hồi (ACK) trên mỗi byte dữ liệu

- Có khả năng kết nối nhiều thiết bị với nhau: trên mạch có sẵn các mối hàn A0, A1, A2 để thay đổi địa chỉ của module

- Địa chỉ mặc định: 0x27, có thể mắc vào I2C bus tối đa 8 module

CHUẨN TRUYỀN THÔNG UART

UART (Bộ nhận/ phát tín hiệu không đồng bộ) là một phương thức truyền nhận dữ liệu nối tiếp không đồng bộ, được xem như một phần cứng hơn là một chuẩn giao tiếp Để thiết lập một chuẩn giao tiếp hoàn chỉnh, cần sử dụng bộ chuyển đổi mức điện áp, với mức logic thường là 5V và 0V UART thường được ứng dụng trong máy tính công nghiệp, truyền thông, vi điều khiển và nhiều thiết bị truyền tin khác.

Tốc độ Baud (baud rate) là một yếu tố quan trọng trong truyền nhận không đồng bộ, giúp hai module hiểu được nhau Để đảm bảo quá trình truyền nhận diễn ra suôn sẻ, cần thiết lập thời gian cho mỗi bit trước khi bắt đầu truyền Theo định nghĩa, tốc độ baud được tính là số bit truyền trong một giây.

Khung truyền (frame) trong kiểu truyền thông nối tiếp được thiết kế để giảm thiểu mất mát dữ liệu, bên cạnh việc đảm bảo tốc độ truyền Nó quy định số bit trong mỗi lần truyền, bao gồm các bit khởi đầu (Start), kết thúc (Stop), bit kiểm tra (parity) và số bit trong dữ liệu.

Bit Start là bit khởi đầu trong khung truyền bit, có chức năng thông báo cho thiết bị nhận biết quá trình truyền bắt đầu Trên AVR, bit Start có trạng thái là 0.

Dữ liệu truyền trong UART không nhất thiết phải là 8 bit; nó có thể là 5, 6, 7, 8 hoặc 9 bit Trong quá trình truyền, bit LSB (Least Significant Bit) được gửi trước, trong khi bit MSB (Most Significant Bit) được gửi sau Bit kiểm tra dữ liệu, hay còn gọi là bit parity, có hai loại: parity chẵn (even parity) và parity lẻ (odd parity) Parity chẵn được thêm vào để tổng số bit 1 trong dữ liệu cộng với bit parity là một số chẵn, trong khi parity lẻ đảm bảo tổng này là một số lẻ Bit parity là tùy chọn và có thể được sử dụng hoặc không tùy theo yêu cầu.

- Stop: Là bit báo cáo kết thúc khung truyền, thường là mức 5V và có thể có 1 hoặc 2 Stop.

GIAO TIẾP SPI

Giao tiếp ngoại vi nối tiếp (SPI) là một chuẩn truyền thông đồng bộ song công, cho phép kết nối đơn giản và tiết kiệm chi phí giữa vi điều khiển và các thiết bị ngoại vi SPI thường được sử dụng để giao tiếp với các linh kiện như EEPROM, RTC, ADC, DAC, LCD, RFID và các cảm biến như cảm biến nhiệt độ và áp suất.

Bus của SPI gồm 4 tín hiệu hoặc chân:

- Master – out/Slave- in(MOSI): Truyền dữ liệu từ thiết bị Chủ (Master) đến thiết bị Tớ (Slave)

- Master – in/Slave – out (MISO): Truyền dữ liệu từ thiết bị Tớ (Slave) sang thiết bị chủ(Master)

- Serial Clock (SCK): Xung giữ nhịp giao tiếp SPI

- Chip Select (CS) hay Slave Select(SS): Chọn Chip

Một Master có thể kết nối với nhiều Slave nhưng tại một thời điểm chỉ có duy nhất một Slave hoạt động (truyền nhận dữ liệu)

Hình 2.11 Hình ảnh kết nối giữa Master và Slave Ứng dụng của SPI: Giao thức SPI thường được tích hợp trong một số thiết bị như :

-Các bộ nhớ EEPROM, SD card, Flash

-Các loại cảm biến như nhiệt độ, áp suất

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

GIỚI THIỆU

Trong bài viết này, chúng tôi trình bày mô hình khóa chống trộm thông minh với hệ thống mở khóa 2 lớp và giám sát qua module Sim900 Mô hình bao gồm các khối chức năng như khối nguồn, khối điều khiển trung tâm, khối cảm biến, khối báo động, khối động cơ và nút nhấn, khối mở khóa, khối giám sát, và khối hiển thị Hệ thống sẽ phát ra âm thanh chuông và ánh sáng đèn khi phát hiện có kẻ đột nhập, đảm bảo an toàn cho tài sản.

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối mô hình

Khối điều khiển trung tâm

Khối động cơ Khối cảm biến

Khối hiển thị Khối nút nhấn

Hình 3.1 Sơ đồ khối của mô hình

Khối điều khiển trung tâm( Arduino)

- Đọc và xử lý tín hiệu từ cảm biến chuyển động

- Giao tiếp với module Sim900 để giám sát, việc đóng mở khóa

- Giao tiếp LCD để hiển thị thông tin

- Nhận tín hiệu từ phím ma trận để mở khóa

- Kích hoạt buzzer báo động

Khối giám sát (GSM – Global System for Mobile communications)

Module Sim900 có chức năng gửi tin nhắn đến số được cài đặt để cập nhật trạng thái hiện tại của khóa

Sử dụng cảm biến chuyển động PIR HC-SR501 Arduino nhận tín hiệu từ cảm biến và tiến hành xử lý

Sử dụng còi báo động và đèn tín hiệu Khi có tín hiệu từ cảm biến arduino kích hoạt còi và đèn để báo động

Khối động cơ và nút nhấn

Sử dụng động cơ servo để thực hiện chức năng khóa và mở khóa, với Arduino điều khiển trực tiếp thông qua tín hiệu từ phím ma trận và module SIM Hệ thống còn có một nút nhấn bên trong để khóa và mở cửa.

Khối dùng Module RFID để mở lớp khóa thứ nhất và phím ma trận 4x4 để nhập mật khẩu thông qua Arduino đóng mở khóa cửa

Hiển thị các trạng thái của mô hình trên LCD giao tiếp I2c

Cấp nguồn cho mạch chính, module, cảm biến và motor Mạch dùng nguồn chính là adapter 9V/2A, module hạ áp LM2596

3.2.2.1 Khối điều khiển trung tâm (Arduino)

Khối điều khiển trung tâm sử dụng board arduino mega 2560 để điều khiển, board có 54 chân digital I/O, 16 chân Analog, 4 cặp UART (Rx,Tx), thạch anh dao

Bộ môn điện tử công nghiệp – y sinh sử dụng vi điều khiển 18 động 16MHz với 1 nút Reset Cấp nguồn 5VDC cho Arduino thông qua Adapter vào chân Vin và GND Sơ đồ nguyên lý kết nối khối điều khiển trung tâm được thể hiện trong hình 3.2.

- Module sim900A: Tx và Rx của Module sim900A kết nối với chân 17 và 16 (UART 2 – RX, TX) của Arduino Mega 2560

- Module cảm biến chuyển động PIR: chân OUT của cảm biến nối với chân 2 của Arduino

- Nút nhấn khóa – mở cửa: nối với chân 18 của Arduino

- Chuông báo động Buzzer nối với chân A12 của arduino

- Đèn led báo động nối với chân A13 của Arduino

- Module hiển thị LCD I2C chân SCL, SDA nối với chân SCL, SDA của Arduino

- Động cơ Servo để khóa - mở cửa nối với chân 3 của Arduino

- Module RFID : SDA, SCK, MOSI, MISO lần lượt nối với chân 53, 52, 51, 50 của Arduino

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý của khối điều khiển arduino

Khối giám sát sử dụng module SIM900A để thực hiện chức năng giám sát và cảnh báo thông qua việc gửi tin nhắn và thực hiện cuộc gọi Nguồn điện cho module được cấp trực tiếp qua chân Vcc.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 19 nguồn 5VDC từ khối nguồn Chân Tx và Rx của Module lần lượt nối với chân 17 và

Sơ đồ nối dây của module sim900A với Arduino như hình 3.3 sau:

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý của khối giám sát

Khối cảm biến sử dụng cảm biến chuyển động PIR HC-SR501 để phát hiện vật thể chuyển động phát ra bức xạ hồng ngoại như con người, động vật và các vật tỏa nhiệt Cảm biến này cho phép điều chỉnh độ nhạy và khoảng cách phát hiện Chân PIR của cảm biến được kết nối với chân 2 của Arduino, theo sơ đồ nguyên lý như hình 3.4.

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến

Khối báo động sử dụng chuông Buzzer và đèn LED để cảnh báo khi nhận tín hiệu từ cảm biến PIR Chuông Buzzer được kết nối với chân A12, trong khi đèn LED kết nối với chân A13 của Arduino Sơ đồ nguyên lý của khối báo động được thể hiện trong hình 3.5.

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý khối báo động

Do các tín hiệu cảnh báo

Nguồn ra từ chân Arduino: 5V

Dòng ra định mức led đỏ: 10mA – 15mA

10𝑚𝐴−15𝑚𝐴 = 330Ω - 500Ω Chọn trở hạn dòng cho led đỏ là 330Ω

=> Led vẫn sáng bình thường

3.2.2.5 Khối động cơ và nút nhấn

Khối động cơ và nút nhấn là khối dùng để khóa (chốt) cửa:

Khối động cơ sử dụng động cơ servo SG90 để mô phỏng chức năng khóa cửa tự động, nhận tín hiệu từ khối điều khiển trung tâm Arduino Mega 2560 Động cơ được kết nối với chân số 3 của Arduino để điều khiển, và nguồn nuôi 5V được cấp từ bên ngoài.

Khối nút nhấn được thiết kế với một nút nhấn button đặt bên trong nhà, cho phép người dùng dễ dàng điều khiển khóa hoặc mở chốt cửa mà không cần ra ngoài Nút nhấn này có tích hợp thêm một điện trở nhằm chống dội, và được kết nối với chân 18 của Arduino Sơ đồ nguyên lý của khối động cơ và nút nhấn được minh họa trong hình 3.6.

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý khối động cơ và nút nhấn

Khối mở khóa bao gồm hai bước thực hiện theo thứ tự: đầu tiên là mở khóa bằng thẻ từ RFID, sau đó mới sử dụng phím ma trận 4x4 để hoàn tất quá trình mở khóa Sơ đồ nguyên lý của khối mở khóa được thể hiện rõ trong hình minh họa.

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý khối mở khóa

Sử dụng thẻ từ RFID để mở khóa, bạn cần module RFID-RC522 làm bộ phận chính Kết nối các chân SDA, SCK, MOSI, MISO của module với các chân 53 để thiết lập hoạt động.

52, 51, 50 của Arduino Module nhận nguồn nuôi 3.3V từ nguồn 3.3V của arduino.Sơ đồ nguyên lý mạch mở khóa dùng RFID như hình 3.8:

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý mạch mở khóa dùng RFID

Mở khóa sử dụng phím ma trận 4x4 bao gồm 16 nút nhấn, cho phép nhập mật khẩu để kiểm soát việc mở khóa cửa sau khi đã xác thực bằng RFID Ma trận phím này kết nối với Arduino qua 8 chân (C1, C2, C3, C4, R1, R2, R3, R4), từ chân 12 đến chân 5 Sơ đồ nguyên lý mạch mở khóa với ma trận phím 4x4 được thể hiện trong hình 3.9.

Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý mạch mở khóa dùng ma trận phím

Hình 3.10 Sơ đồ nối dây ma trận phím 4x4

Khối sử dụng màn hình LCD để hiển thị thông tin, thông báo và mật khẩu dưới dạng ẩn Màn hình LCD kết hợp với module I2C thông qua giao thức I2C, giúp giảm số chân kết nối xuống còn 2 chân SDA và SCL Hai chân này được kết nối với chân SDA và SCL của Arduino, theo sơ đồ nguyên lý hiển thị.

Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị

Khối nguồn sử dụng adapter cung cấp nguồn nuôi mạch hoạt động

Tính toán dòng của mô hình:

- Dòng tiêu thụ của cảm biến chuyển động PIR ở 5V là : ≤ 50 uA

- Dòng tiêu thụ của module Sim900A ở 5V là : 200mA, dòng kích tối thiểu 1A

- Dòng tiêu thụ của module RFID ở 3.3V là : 26mA

- Dòng tiêu thụ của Arduino Mega 2560 ở 9V là: 300mA

Board Arduino Mega2560 cấp dòng tổng tại chân 5V là 500mA, 3.3V xấp xỉ 50mA

- Dòng tiêu thụ của chuông buzzer ở 5V là :

Tiêu đề	Thiết Kế Và Thi Công Mô Hình Khóa Điện Tử Có Giám Sát Từ Xa Sử Dụng Gsm Và Rfid
Tác giả	Nguyễn Thành Dương, Trần Vỉnh Sơn
Người hướng dẫn	PGS.TS Nguyễn Thanh Hải
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Điện Tử Công Nghiệp
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2019
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	75
Dung lượng	4,55 MB