Giám sát các thông số của hệ thống v iều khiển hoạt ộng của hệ thống qua hệ cơ sở dữ liệu sử dụng công nghệ truyền thông mạng Wifi.. Với nhu cầu tìm hiểu về lĩnh v c bãi ỗ xe thông minh
TỔNG QUAN
GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY
Trong bối cảnh hiện nay, những tiến bộ mới trong khoa học kỹ thuật công nghệ đã mang lại lợi ích to lớn cho cuộc sống con người Công nghệ đã giúp nâng cao hiệu suất công việc và tối ưu hóa quá trình tự động hóa nhờ vào sự trợ giúp của máy móc, thiết bị hiện đại Đặc biệt, công nghệ bãi giữ xe thông minh đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi, góp phần nâng cao sự tiện lợi và hiệu quả trong quản lý phương tiện giao thông.
Hiện nay, bãi xe thông minh tích hợp nhiều công nghệ hiện đại như RFID, nhận dạng biển số xe và nhận dạng chủ phương tiện nhằm nâng cao hiệu quả và an ninh trong quản lý Các công nghệ này đang được mở rộng và phát triển trên toàn thế giới cũng như tại Việt Nam, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về hệ thống nhận diện bãi giữ xe tích hợp các ứng dụng tiên tiến Nhằm đáp ứng xu hướng này, sinh viên thực hiện đề tài "Thiết kế hệ thống bãi đỗ xe sinh viên" để nghiên cứu và phát triển các giải pháp phù hợp với thực tiễn, đảm bảo tính tiện lợi, an toàn và tích hợp công nghệ hiện đại.
1.1.2 Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, hầu hết các bãi đỗ xe tại Việt Nam vẫn còn sử dụng phương pháp truyền thống, đòi hỏi nhân viên kiểm soát vé và bảo vệ, gây khó khăn trong việc đảm bảo an toàn cho phương tiện khi lượng giao thông ngày càng tăng Việc nghiên cứu và phát triển hệ thống giữ xe hiện đại, tích hợp công nghệ, sẽ hỗ trợ rất nhiều cho công tác quản lý và bảo vệ phương tiện Đề tài của sinh viên về hệ thống bãi đỗ xe tích hợp các ứng dụng hiện đại đang phổ biến trên toàn thế giới, mang lại cơ hội tìm hiểu, nghiên cứu và nâng cao kỹ năng trong lĩnh vực này Với kiến thức và thời gian học tập, sinh viên còn có thể phát triển các hệ thống cao cấp hơn trong tương lai.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Áp dụng ƣợc công nghệ Wifi truyền nhận dữ liệu trong mạng nội bộ, ƣa v o ề t i ể tạo ra mạng nội bộ hoạt ộng
Công nghệ Wifi có các ƣu iểm sau:
- Sóng mạnh hơn, có thể xuyên tường v i xa hơn so với các loại wifi thông thường
- Giúp quản lý mạng gia nh, mạng cơ quan một cách an toàn, nhanh chóng và hiệu quả
- Có nhiều hình dạng, ích thước ể người tiêu dùng có thể l a chọn
- Thời hạn sử dụng lâu, chất lƣợng tốt, ƣờng truyền ổn ịnh v bán ính i xa hơn
- Từ ó có thể giúp công việc nhanh chóng và ổn ịnh, kịp thời và bắt kịp xu hướng
Kết hợp với board nhúng Raspberry Pi ể xây d ng hệ cơ sở dữ liệu v ƣa các giá trị ghi nhận ƣợc lên hệ cơ sở dữ liệu ể theo dõi
Từ mạng nội bộ (người quản lý) có thể theo dõi hoạt ộng của bãi ỗ xe: thời gian phương tiện v o ra bãi ỗ xe
Khi nghiên cứu đề tài này, sinh viên đã thể hiện mong muốn phát huy thành quả của IoT để tạo ra các sản phẩm hữu ích trong nhiều lĩnh vực đời sống Bên cạnh đó, đề tài còn làm tài liệu tham khảo quan trọng cho các đối tượng có ý định nghiên cứu IoT và ứng dụng của nó trong thực tiễn.
Quá trình thực hiện đề tài là cơ hội để sinh viên kiểm tra lại kiến thức đã học, phát huy sự sáng tạo và khả năng giải quyết vấn đề Đồng thời, nó giúp sinh viên tích lũy kiến thức cần thiết để hoàn thành tốt các dự án trước khi ra trường và tham gia vào các hoạt động sản xuất của xã hội.
ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
- Module ọc thẻ RFID-RC522
- Cách thức hoạt ộng của mạng Wifi
- Trao ổi dữ liệu trong mạng Wifi
- Hệ cơ sở dữ liệu Firebase
Kết nối giữa các module ể theo dõi hoạt ộng v iều khiển hệ thống hợp lý.
PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu và xây dựng mô hình bãi đỗ xe tích hợp các cảm biến ghi nhận thông số quan trọng như số lượng phương tiện, thời gian ra vào của xe Hệ thống này gửi dữ liệu liên tục lên cơ sở dữ liệu để quản lý hiệu quả, giảm thiểu thời gian tìm chỗ đỗ và tối ưu hóa hoạt động của bãi xe.
- Xây d ng giao diện ể quản l các th ng số trên và có thể hiệu chỉnh trong thiết ế phần mềm
- Trao ổi dữ liệu giữa phần cứng v phần mềm th ng qua mạng Wifi
- Hệ thống lu n ảm bảo tính ổn ịnh.
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI
Dự án trình bày một mô hình hệ thống bãi đỗ xe trung tâm được thiết kế với các module sẵn có trên thị trường, đảm bảo tích hợp dễ dàng và hiệu quả Nội dung tập trung nghiên cứu các vấn đề liên quan đến quản lý bãi đỗ, tối ưu hóa không gian, cũng như công nghệ tự động hóa để nâng cao trải nghiệm người dùng Hệ thống được triển khai dựa trên các thành phần chính như phần cứng và phần mềm phù hợp với tiêu chuẩn thị trường, nhằm đáp ứng nhu cầu quản lý bãi đỗ xe hiện đại và linh hoạt.
Thu thập dữ liệu từ các module cảm biến v gửi về hệ cơ sở dữ liệu
Trao ổi dữ liệu giữa phần cứng v phần mềm trong mạng Wifi
Dùng board nhúng (Raspberry Pi) ể l m hối xử l trung tâm
Giao tiếp với người dùng: th ng qua Web Server ể theo dõi dữ liệu của các cảm biến
BỐ CỤC ĐỒ ÁN
Chương 1: Tổng quan: Trong chương n y, sinh viên th c hiện ề tài trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu hiện nay Mục tiêu, ối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của ề tài
Chương 2: Cơ sở lý thuyết: Trong chương n y, sinh viên th c hiện ề tài s giới thiệu về sơ lƣợc về các chuẩn giao tiếp, mạng Wifi, Raspberry Pi, Firebase…
Chương 3: Thiết kế và thi công: Trong chương n y, sinh viên th c hiện ề tài s ƣa ra các yêu cầu khi thiết kế, các thiết kế về phần cứng và phần mềm
Chương 4: Kết quả thi công: Trong chương n y, sinh viên th c hiện ề tài s ƣa ra ết quả mà sinh viên ạt ƣợc, video, số liệu, hình ảnh hệ thống sau khi thi công
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển: Trong chương n y, sinh viên th c hiện s ưa ra ết luận, những hạn chế v hướng phát triển của ề tài.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ CÁC CHUẨN GIAO TIẾP
I2C là một loại bus nối tiếp được phát triển bởi hãng sản xuất linh kiện điện tử Philips Ban đầu, bus này chỉ được sử dụng trong các linh kiện điện tử của Philips, nhưng nhờ tính ưu việt và đơn giản, I2C đã được chuẩn hóa và sử dụng rộng rãi trong các module truyền thông nối tiếp của vi mạch tích hợp ngày nay, đóng vai trò quan trọng trong giao tiếp dữ liệu trong hệ thống điện tử.
• Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
I2C sử dụng hai dành truyền tín hiệu chính là SCL và SDA, trong đó cả hai đều được kéo lên nguồn bằng một điện trở kéo lên có giá trị khoảng 4,7 KOhm, đảm bảo tín hiệu ổn định Các chế độ hoạt động của I2C đa dạng, phù hợp cho nhiều ứng dụng truyền dữ liệu linh hoạt.
Chế ộ chuẩn (standard mode) hoạt ộng ở tốc ộ 100 Kbit/s
Chế ộ tốc ộ thấp (low-speed mode) hoạt ộng ở tốc ộ 10 Kbit/s
Tần số xung nhịp của đồng hồ có thể giảm xuống 0 Hz, giúp tiết kiệm năng lượng khi không hoạt động I2C sử dụng địa chỉ 7 bit, cho phép định vị tới 112 nút trên cùng một bus, trong khi 16 địa chỉ còn lại được dùng cho mục đích riêng Điểm mạnh của giao thức I2C chính là hiệu suất cao và thiết kế đơn giản, cho phép một bộ điều khiển trung tâm kiểm soát toàn bộ mạng thiết bị chỉ với hai dây điều khiển Các linh kiện trong mạch bao gồm các thành phần chính như bộ điều khiển, các cảm biến và các thiết bị ngoại vi được kết nối qua giao thức I2C.
I2C ƣợc dùng trong các khối truyền thông nối tiếp của vi iều khiển
UART là một mạch tích hợp quan trọng dùng để truyền dữ liệu nối tiếp giữa máy tính và thiết bị ngoại vi, giúp truyền dữ liệu hiệu quả trong các hệ thống điện tử Nhiều vi điều khiển ngày nay đã tích hợp sẵn UART để tăng khả năng giao tiếp, mặc dù tốc độ truyền dữ liệu của UART không thể so sánh với các chuẩn mới như SPI hay I2C Trong khi đó, giao tiếp SPI và I2C sử dụng dây truyền dữ liệu và dây xung clock (SCL) để đồng bộ dữ liệu, nhưng UART không cần dây SCL, phù hợp cho truyền dữ liệu giữa các vi xử lý, mỗi vi xử lý có thể tự tạo ra xung clock cho riêng mình Quá trình truyền dữ liệu bằng UART bắt đầu bằng việc gửi một START bit, sau đó là các bit dữ liệu, và kết thúc bằng STOP bit, tạo thành chu trình truyền dữ liệu đơn giản và hiệu quả cho nhiều ứng dụng.
Hình 2 1: Sơ ồ giao tiếp UART
Trong trạng thái chờ, mức điện thế ở mức 1 (high), và khi bắt đầu truyền, bit START sẽ chuyển từ 1 xuống 0 để báo hiệu quá trình truyền dữ liệu sắp bắt đầu Dữ liệu sau đó được gửi qua các bit D0-D7, có thể ở mức High hoặc Low tùy thuộc vào dữ liệu cần truyền Sau khi truyền xong dữ liệu, bit Parity giúp bộ nhận kiểm tra tính hợp lệ của dữ liệu đã nhận Cuối cùng, stop bit là 1, báo cho thiết bị nhận biết rằng quá trình truyền đã hoàn tất Thiết bị nhận sẽ thực hiện kiểm tra khung dữ liệu để đảm bảo tính chính xác và tin cậy của dữ liệu truyền.
• Các thông số cơ bản trong truyền nhận UART
- Baund rate: Khoảng thời gian d nh cho 1 bit ƣợc truyền Phải ƣợc c i ặt giống nhau ở gửi và nhận
- Frame: Khung truyền quy ịnh về số bit trong mỗi lần truyền
- Start bit: L bit ầu tiên ƣợc truyền trong 1 Frame Báo hiệu cho thiết bị nhận có một gói dữ liệu sắp c truyền ến Bit bắt buộc
- Data: Là dữ liệu cần truyền Bit có trọng số nh nhất (LSB) ược truyền trước sau ó ến bit có trọng số lớn nhất (MSB)
- Parity bit: Là bit kiểm tra chẵn lẻ ể kiểm tra dữ liệu truyền có úng h ng
Stop bit là một hoặc nhiều bit được gửi để báo hiệu rằng các bit dữ liệu đã hoàn tất truyền Thiết bị nhận sẽ kiểm tra khung truyền để đảm bảo tính đúng đắn của dữ liệu, giúp duy trì liên lạc chính xác trong quá trình truyền thông Stop bit luôn bắt buộc trong các giao thức truyền dữ liệu để đảm bảo sự đồng bộ và tránh lỗi dữ liệu.
Arduino sử dụng chuẩn giao tiếp SPI, còn gọi là giao diện bốn dây, giúp truyền dữ liệu nhanh chóng và hiệu quả giữa vi điều khiển và các thiết bị ngoại vi SPI là chuẩn đồng bộ nối tiếp toàn phần full-duplex, do công ty Motorola thiết kế nhằm đảm bảo kết nối dễ dàng, linh hoạt và tiết kiệm chi phí Chuẩn SPI giúp các thiết bị truyền dữ liệu hai chiều cùng lúc, tối ưu hóa hiệu suất hệ thống và giảm độ trễ trong quá trình truyền thông.
Hình 2 2: Sơ ồ giao tiếp PSI
Giao diện SPI là giao diện đồng bộ, khác với cổng nối tiếp chuẩn Trong quá trình truyền dữ liệu, tín hiệu xung clock chung được tạo ra bởi thiết bị chủ (vị xử lý), giúp đồng bộ hóa quá trình truyền nhận dữ liệu giữa thiết bị chủ và thiết bị tớ Thiết bị tớ nhận dữ liệu thông qua tín hiệu xung clock, đảm bảo truyền dữ liệu chính xác và liên tục Có thể kết nối nhiều vi mạch vào từng giao diện SPI của vi xử lý chủ, và thiết bị chủ chọn thiết bị tớ để truyền dữ liệu bằng cách kích hoạt tín hiệu "chip select" trên từng vi mạch Nếu thiết bị ngoại vi không được chọn đúng theo tín hiệu "chip select", thì thiết bị này sẽ không tham gia vào quá trình truyền dữ liệu qua giao diện SPI, đảm bảo tính chính xác và tránh xung đột dữ liệu.
Trong giao diện SPI có sử dụng bốn tín hiệu số:
- SCLK - tín hiệu xung clock ồng bộ
- MOSI - Mang các dữ liệu từ thiết bị chủ ến các thiết bị tớ
- MISO - Mang các dữ liệu từ các thiết bị tớ về thiết bị chủ
- SS – Chọn thiết bị tớ cần làm việc.
GIỚI THIỆU MÁY TÍNH NHÚNG RASPBERRY PI
Hình 2 3: Board nhúng Raspberry Pi
Raspberry Pi là một chiếc bo mạch nhỏ gọn, đa năng có thể phục vụ cho nhiều ứng dụng hàng ngày như lướt web, học lập trình, xem phim HD, cũng như điều khiển robot, hệ thống nhà thông minh và vườn tự động Với khả năng linh hoạt và giá thành phải chăng, Raspberry Pi trở thành giải pháp phổ biến cho cả dự án cá nhân và ứng dụng gia đình Đây là công cụ lý tưởng để khám phá công nghệ, sáng tạo các thiết bị thông minh và nâng cao trải nghiệm số trong cuộc sống hàng ngày.
Raspberry Pi chạy hệ iều hành Linux: các ứng dụng và phần mềm trên Raspberry Pi ều ƣợc c i ặt và sử dụng hoàn toàn miễn phí!
Raspberry Pi có các ngõ GPIO kết nối để điều khiển các thiết bị trong cuộc sống thực như đèn, máy bơm, GPS, giúp nâng cao khả năng tự động hóa Nhiều ứng dụng thông minh đã sử dụng Raspberry Pi làm bộ điều khiển trung tâm, mang lại hiệu quả và tiện ích trong các dự án gia đình và công nghiệp.
Hình 2 4: Cấu tạo Raspberry Pi
Raspberry Pi hardware features include a powerful CPU, a microSD card slot for storage, micro USB power input, and various essential connectivity ports such as HDMI, Ethernet, and multiple USB ports It also offers dedicated interfaces like DSI (Display Serial Interface) and CSI (Camera Serial Interface) for connecting displays and cameras, along with stereo audio output and a GPIO (General Purpose Input/Output) pin header for versatile customization and project integration.
Raspberry Pi cung cấp nhiều cổng GPIO cùng các giao thức giao tiếp phổ biến như SPI, I2C và Serial, giúp dễ dàng kết nối và điều khiển các thiết bị ngoại vi Các cổng GPIO được sử dụng để xuất/nhận tín hiệu số 0/1 từ bên ngoài, phù hợp cho các dự án tự động hoá và điều khiển thiết bị điện tử Giao tiếp SPI, I2C và UART cho phép kết nối trực tiếp với các vi điều khiển khác, đặc biệt hữu ích cho những ai muốn điều khiển các thiết bị điện tử ngoại vi một cách linh hoạt và hiệu quả.
Hình 2 5: Sơ ồ chân GPIO của Raspberry Pi
Hình 2 6: Kết nối Raspberry Pi với các thiết bị cần thiết
2.2.3 Hệ điều hành dàng cho Raspberry Pi
Raspberry Pi chạy HĐH d a trên nhân Linux Raspbian - một phiên bản d a trên Debian ã ƣợc tối ƣu cho phần cứng của Pi l HĐH ƣợc Quỹ Raspberry Pi ề nghị sử dụng
Raspberry Pi can run a wide range of operating systems, including Linux distributions like Raspbian, Pidora, and Arch Linux, as well as OpenElec, XBMC, RetroPie, RISC OS, Plan 9, Firefox OS, Android, and Pipboy For detailed instructions on installing an operating system on your Raspberry Pi, please refer to source [2].
CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN KHÔNG DÂY
Dù cáp V dây vẫn giữ vai trò quan trọng trong truyền và nhận dữ liệu, việc sử dụng tai nghe không dây, lướt web tại điểm truy cập Wi-Fi hoặc truyền dữ liệu giữa các thiết bị qua các giao tiếp không dây ngày càng trở nên quen thuộc Các công nghệ không dây góp phần cải thiện trải nghiệm người dùng và tạo sự tiện lợi trong cuộc sống hàng ngày.
Các công nghệ truyền không dây phổ biến
Bluetooth không chỉ dùng để truyền dữ liệu giữa các thiết bị di động và kết nối phụ kiện với điện thoại mà còn được tích hợp trong nhiều thiết bị khác như máy ảnh số, laptop, PC và máy chơi game Công nghệ Bluetooth sử dụng tín hiệu sóng radio để truyền dữ liệu trong phạm vi hẹp, thường khoảng 30 mét, giúp kết nối nhanh chóng và ổn định giữa các thiết bị gần nhau.
Hình 2 7: Nghe nhạc qua tai nghe Bluetooth
Bluetooth 2.0, phiên bản ƣợc tích hợp nhiều nhất trong các thiết bị hiện nay, có thể trao ổi những gói th ng tin òi h i băng th ng thấp hoặc trung bình với tốc ộ 3 Mb/giây Công nghệ này sử dụng lượng iện năng tương ối thấp
Zigbee là công nghệ truyền thông cho phép gửi dữ liệu đến nhiều thiết bị cùng lúc nhờ vào mạng lưới mesh Phạm vi hoạt động của Zigbee đã được cải tiến đáng kể, từ mức 75 mét trước đây lên đến hơn trăm mét, giúp mở rộng phạm vi kết nối và nâng cao hiệu suất hệ thống tự động hóa nhà thông minh.
Hình 2 8: Truyền không dây qua Zigbee
Công nghệ mới có mức năng lượng tiêu thụ thấp hơn Bluetooth, giúp tiết kiệm điện năng tối đa cho các thiết bị kết nối Tuy nhiên, tốc độ truyền dữ liệu của công nghệ này chỉ đạt 256 Kb/giây, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu truyền tải dữ liệu nhẹ Công nghệ này được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống tự động hóa gia đình, đặc biệt trong việc điều khiển chiếu sáng và sưởi ấm, mang lại sự tiện lợi và tiết kiệm năng lượng cho người dùng.
Thiết bị NFC chỉ có khả năng truyền dữ liệu không dây với tốc độ vài kilobit trong phạm vi vài centimet, đảm bảo tính an toàn khi người dùng muốn trao đổi thông tin riêng tư Việc giới hạn khoảng cách truyền tải giúp tăng cường bảo mật, giảm nguy cơ rò rỉ dữ liệu từ bên thứ ba Đây là lý do tại sao NFC phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu bảo vệ thông tin cá nhân và thanh toán an toàn.
Hình 2 9: Truyền NFC giữa 2 thiết bị di ộng
Các hãng sản xuất điện thoại di động hiện đang tích cực phát triển công nghệ NFC, xem đây là phương thức thanh toán tiện lợi cho người dùng khi mua cafe, báo hoặc các dịch vụ hàng ngày Công nghệ này còn được ứng dụng trong lĩnh vực hóa đơn điện tử, vé event và các tài liệu du lịch, giúp nâng cao trải nghiệm thanh toán an toàn, nhanh chóng và tiện lợi.
Hình 2 10: Mô hình mạng Lora
Công nghệ truyền ngầm dây LoRa hoạt động tương tự như Zigbee, cho phép kết nối nhiều thiết bị cùng lúc trong phạm vi dài (khoảng 3.000 đến 5.000 mét) Đặc biệt, LoRa có tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn so với các thiết bị thu phát RF thông thường, làm tăng hiệu quả và độ tin cậy trong giao tiếp không dây.
Hình 2 11: Các thiết bị kết nối qua Wifi
Công nghệ kết nối Internet không dây ngày nay đã trở nên rất phổ biến trong gia đình, văn phòng, quán cafe và các trung tâm thành phố lớn Wi-Fi giúp kết nối nhanh chóng, tiện lợi và dễ dàng chia sẻ dữ liệu giữa các thiết bị Ngoài ra, Wi-Fi còn được sử dụng để kết nối các thiết bị gia dụng như TV, đầu DVD với máy tính, nâng cao trải nghiệm giải trí và tiện ích trong cuộc sống hàng ngày.
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG WIFI
2.4.1 Giới thiệu về công nghệ truyền thông Wifi
Wifi hay mạng 802.11 là hệ thống mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến, giống nhƣ iện thoại di ộng, truyền hình và radio
Hệ thống Wi-Fi đã hoạt động tại nhiều sân bay, quán café, thư viện và khách sạn, mang lại tiện ích truy cập Internet dễ dàng cho người dùng Nhờ hệ thống này, bạn có thể kết nối Internet ở những khu vực có sóng Wi-Fi mà không cần dùng dây cáp phức tạp Ngoài các điểm phát Wi-Fi công cộng (hotspots), Wi-Fi còn có thể được thiết lập tại nhà riêng để phục vụ nhu cầu kết nối linh hoạt của gia đình và cá nhân.
Tên gọi 802.11 bắt nguồn từ Viện IEEE, tổ chức phát triển các chuẩn giao thức kỹ thuật không dây Các chuẩn Wi-Fi phổ biến hiện nay gồm 802.11a/b/g/n/ac/ad, trong đó chuẩn 802.11ac được sử dụng rộng rãi nhất trên điện thoại, máy tính và các thiết bị thông minh Các tiêu chuẩn này được phân loại dựa trên hệ thống số do IEEE quy định, giúp xác định tốc độ và khả năng truyền dữ liệu của mạng Wi-Fi.
Hình 2 13: Kết nối Wifi ƣợc trang bị trên iện thoại di ộng
2.4.2 Hoạt động của Wifi Để một thiết bị có khả năng sử dụng Wifi ể kết nối internet, trước tiên nó phải ƣợc trang bị một bộ thu phát Wifi Bộ thu th c chất là một thiết bị có khả năng thu sóng Wifi và chuyển sang tín hiệu sóng vô tuyến và truyền i bằng một Ăng-ten Các Router óng vai trò vừa là bộ thu vừa là bộ phát, nó nhận sóng vô tuyến là dữ liệu yêu cầu ƣợc gửi i từ thiết bị yêu cầu, sau ó chuyển ổi thành dữ liệu ể truyền i qua kết nối vật lý
Khi tìm thấy dữ liệu yêu cầu của thiết bị, Router mã hóa chúng thành sóng vô tuyến và gửi lại cho thiết bị gửi để đảm bảo truyền tải dữ liệu hiệu quả Trên máy tính, điện thoại và các thiết bị thông minh khác, card mạng hoặc card WiFi đóng vai trò quan trọng trong việc thu, phát sóng WiFi Một Router có khả năng kết nối với nhiều thiết bị khác nhau để truyền tải dữ liệu một cách nhanh chóng và ổn định, tạo kết nối mạng không dây tiện lợi cho người dùng.
Hình 2 14: Minh họa kết nối giữa các thiết bị với bộ thu phát Wifi
2.4.3 Phân loại các chuẩn Wifi
Sóng Wifi ngày nay được sử dụng rộng rãi để phục vụ đời sống con người, mang lại tiện ích trong việc truy cập internet mọi lúc, mọi nơi Điểm nổi bật của sóng Wifi là khả năng thu phát ở tần số từ 2.4 GHz đến 5 GHz, cao hơn so với sóng vô tuyến truyền hình, sóng điện thoại và radio, giúp đảm bảo an toàn trong việc bảo vệ dữ liệu khi truyền và nhận thông tin Các chuẩn Wifi hiện nay được phân loại theo các phiên bản khác nhau, đáp ứng nhu cầu đa dạng của người dùng và các thiết bị công nghệ mới.
Chuẩn 802.11b: thu phát ở tần số 2.4 GHz và có tốc ộ truyền nhận dữ liệu lên ến 11 Megabit/s và sử dụng mã CC ể xử lý
Chuẩn 802.11g: cùng ặc iểm với chuẩn b là tần số phát ở 2.4 GHz, nhƣng nhờ sử dụng mã OFDM nên tốc ộ truyền nhận dữ liệu tăng lên áng ể, ạt 54 megabit/s
Chuẩn 802.11a: chuẩn Wifi này hoạt ộng ở tần số 5 GHz và có tốc ộ truyền tương t như chuẩn g với 54 megabit/s (cứ mỗi giây có ến 54 megabit dữ liệu ƣợc gửi i )
Chuẩn WiFi 802.11n là công nghệ WiFi mới được phát triển dựa trên chuẩn cũ 802.11g, vẫn hoạt động ở tần số 2.4 GHz nhưng đã nâng cao tốc độ truyền dữ liệu Với khả năng đạt mức truyền dữ liệu lên đến khoảng 300 Mbps, sau một thời gian ngắn, chuẩn n đã càng ngày càng nâng tốc độ lên đến 450 Mbps, mang lại kết nối internet nhanh và ổn định hơn cho người dùng.
Chuẩn 802.11ac: hoạt ộng trên băng tần 5 GHz là một trong số những chuẩn
Wifi có số thiết bị ƣợc tích hợp rộng lớn nhất hiện nay
Hình 2 15: Lịch sử ra ời của các chuẩn Wifi
2.4.4 Ƣu nhƣợc điểm của Wifi
Mạng Wifi có nhiều ưu điểm đáng kể, trong đó tính tiện dụng và sự đơn giản là những lợi thế lớn so với các kết nối truyền thống qua cổng RJ45, giúp người dùng dễ dàng truy cập từ bất kỳ vị trí nào trong vùng phủ sóng của Router Wifi trung tâm Ngoài ra, Wifi còn dễ dàng nâng cấp và mở rộng băng thông, cho phép tăng số lượng người dùng mà không cần thay thế thiết bị hoặc dây cắm mới, giúp tiết kiệm chi phí và thời gian Tính thuận tiện của Wifi còn thể hiện qua khả năng duy trì kết nối liên tục kể cả khi người dùng di chuyển, như các Router Wifi lắp trên xe khách hoặc trong các phương tiện vận chuyển dài Cuối cùng, tính bảo mật của mạng Wifi ngày càng cao, đảm bảo an toàn cho dữ liệu và hoạt động trực tuyến của người dùng.
Nhƣợc điểm của mạng Wifi
Mặc dù mạng WiFi mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng có những nhược điểm khó khắc phục như phạm vi kết nối hạn chế và tín hiệu yếu khi xa router Giải pháp khắc phục là sử dụng các thiết bị mở rộng như Repeater hoặc Access Point, tuy nhiên chi phí đầu tư cao vẫn là một rào cản Ngoài ra, chia sẻ băng thông quá nhiều người kết nối cùng lúc làm giảm rõ rệt tốc độ truy cập của mạng WiFi.
TỔNG QUAN VỀ FIREBASE
Firebase là dịch vụ hệ thống backend do Google cung cấp, giúp các nhà phát triển ứng dụng mobile tiết kiệm thời gian phát triển, triển khai và mở rộng quy mô Với khả năng hỗ trợ cả nền tảng Android và iOS, Firebase nổi bật nhờ tính năng mạnh mẽ, bảo mật cao và tính linh hoạt, trở thành dịch vụ cần thiết để xây dựng các ứng dụng phục vụ hàng triệu người dùng.
Firebase cung cấp cho người dùng 2 nhóm sản phẩm chính tập trung v o 2 ối tƣợng là:
Develop & test your app: phát triển và kiểm thử các ứng dụng ƣợc thiết kế
Để phát triển và tăng cường tương tác của người dùng, việc phân tích dữ liệu và tối ưu hóa trải nghiệm người dùng là vô cùng quan trọng Firebase cung cấp các công cụ hữu ích để theo dõi hành vi người dùng, từ đó điều chỉnh và cải thiện dịch vụ một cách hiệu quả Để hiểu rõ hơn về các ứng dụng của Firebase trong việc nâng cao trải nghiệm người dùng và tăng trưởng cộng đồng, bạn có thể tham khảo chi tiết tại [9].
Firebase Realtime Database là nền tảng thuộc nhóm công cụ Develop & Test ứng dụng, cung cấp chức năng lưu trữ và đồng bộ dữ liệu người dùng theo thời gian thực, giúp các ứng dụng có khả năng lưu trữ và truy xuất dữ liệu từ máy chủ trong tích tắc Dữ liệu được lưu trữ trong hệ thống cơ sở dữ liệu NoSQL dựa trên nền tảng máy chủ Cloud, với tốc độ ghi dữ liệu nhanh nhất chỉ trong vài mili giây Nền tảng này hỗ trợ đồng bộ hóa dữ liệu người dùng kể cả khi không có kết nối internet, mang lại trải nghiệm liền mạch và liên tục cho người dùng bất chấp tình trạng kết nối mạng.
Hình 2 18: Minh họa Firebase Realtime Database
Firebase Realtime Database có những ặc iểm sau:
Dữ liệu trong cơ sở dữ liệu Firebase được lưu trữ dưới dạng JSON đồng bộ thời gian thực với mọi kết nối client Khi xây dựng các ứng dụng nền tảng như Android, iOS hoặc JavaScript SDKs, tất cả các client đều chia sẻ cùng một cơ sở dữ liệu Firebase và tự động cập nhật dữ liệu mới nhất, giúp đảm bảo tính nhất quán và khả năng mở rộng của hệ thống.
Firebase tự động tính toán quy mô ứng dụng, giúp nhà lập trình không phải lo lắng về việc nâng cấp máy chủ khi phát triển Các máy chủ của Firebase xử lý việc tăng trưởng, quản lý hàng triệu kết nối đồng thời và hàng tỉ lượt truy vấn mỗi tháng, đảm bảo khả năng mở rộng linh hoạt và hiệu quả cho ứng dụng của bạn.
Các tính năng bảo mật lớp đầu đảm bảo an toàn cho dữ liệu truyền qua kết nối SSL với chứng nhận 2048-bit, giúp bảo vệ thông tin khỏi các cuộc tấn công Cơ sở dữ liệu truy vấn và xác nhận dữ liệu được kiểm soát chặt chẽ bằng các quy tắc mềm dẻo security rules language ở cấp độ chi tiết, tăng tính linh hoạt trong quản lý bảo mật Tất cả các logic bảo mật dữ liệu được tập trung tại một vị trí, giúp dễ dàng cập nhật, kiểm thử và duy trì hệ thống an toàn một cách hiệu quả.
Ứng dụng Firebase hỗ trợ làm việc offline, duy trì khả năng tương tác ngay cả khi gặp sự cố về internet Trước khi dữ liệu được gửi lên server, tất cả dữ liệu đều được ghi vào cơ sở dữ liệu Firebase ở local, giúp đảm bảo dữ liệu không bị mất Khi kết nối internet được thiết lập lại, client tự động đồng bộ hóa các thay đổi chưa được cập nhật với trạng thái hiện tại trên server, đảm bảo dữ liệu luôn mới nhất và nhất quán.
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID
2.6.1 Giới thiệu về công nghệ RFID
RFID là một công nghệ dùng kết nối sóng vô tuyến ể t ộng xác ịnh và theo dõi các thẻ nhận dạng gắn vào vật thể
Công nghệ này sử dụng thẻ điện tử chứa thông tin lưu trữ bằng điện tử, giúp theo dõi các đối tượng một cách hiệu quả Thẻ có mạch thu thập năng lượng từ các sóng vô tuyến của máy đọc RFID khi truy vấn, sử dụng năng lượng này để phát sóng mang mã thông tin Tầm hoạt động hiệu quả của thẻ chỉ khoảng vài centimet, nhưng những thẻ hoạt động có nguồn điện cục bộ như pin có thể giao tiếp ở phạm vi lên đến hàng trăm mét từ máy đọc RFID Không giống mã vạch, thẻ RFID không cần nằm trong tầm nhìn của người đọc, cho phép gắn trong các đối tượng cần theo dõi mà không ảnh hưởng đến quá trình sử dụng hoặc theo dõi.
Hình 2 19: Hoạt ộng của RFID
Công nghệ RFID cho phép nhận biết các đối tượng thông qua hệ thống thu phát sóng radio, giúp giám sát, quản lý và lưu vết từng vật thể một cách chính xác Phương pháp này dựa trên việc lưu trữ dữ liệu từ xa bằng thiết bị thẻ RFID và đầu đọc RFID, tạo ra giải pháp nhận dạng tự động (AIDC) hiệu quả RFID là công nghệ tiên tiến trong việc cải tiến quy trình quản lý và theo dõi hàng hóa, giúp nâng cao hiệu suất và độ chính xác.
2.6.2 Đặc điểm của công nghệ RFID
Công nghệ RFID có những ặc iểm sau:
Sử dụng hệ thống không dây thu phát sóng radio Không sử dụng tia sáng nhƣ mã vạch
Thông tin có thể ƣợc truyền qua những khoảng cách nh mà không cần một tiếp xúc vật lý nào
Thông tin có thể truyền qua các môi trường và vật liệu như bê tông, tuyết, sương mù, băng giá, sơn và các điều kiện khí hậu khắc nghiệt khác, điều này giúp mã vạch và các công nghệ truyển tải dữ liệu khác phát huy hiệu quả vượt trội trong những môi trường khó khăn.
2.6.3 Độ bảo mật và ứng dụng của công nghệ RFID
Độ bảo mật và tin cậy
Hình 2 20: Một loại thẻ chip RFID
Thẻ chip RFID có hàng triệu mã nhận dạng khác nhau, thường là 32 bit, tương ứng hơn 4 tỷ mã số độc nhất Mỗi thẻ RFID khi xuất xưởng đều được gán một mã số riêng biệt, giảm thiểu khả năng nhận dạng nhầm lẫn giữa các vật thể Nhờ vào ưu điểm này, tỷ lệ xác suất xảy ra lỗi nhận dạng là rất thấp, chỉ khoảng 1 phần 4 tỷ Công nghệ RFID mang lại lợi thế lớn về mặt bảo mật và an toàn cho các thiết bị, giúp đảm bảo dữ liệu và vật thể được quản lý một cách an toàn và chính xác.
Ứng dụng tiêu biểu của công nghệ RFID là chống mất trộm hàng hóa trong siêu thị Thiết bị chip RFID được gắn trực tiếp vào các mặt hàng, giúp kiểm soát dễ dàng hơn Hệ thống gồm thiết bị Reader và antenna được lắp đặt bên ngoài cửa kiểm soát để phát hiện những mặt hàng chưa tháo chip RFID Khi một món hàng còn gắn chip RFID cố ý hoặc vô tình vượt qua cửa kiểm soát, hệ thống sẽ dễ dàng nhận diện và phát cảnh báo ngay lập tức Điều này giúp nâng cao hiệu quả bảo vệ hàng hóa và giảm thiểu mất mát tại các siêu thị.
Ứng dụng công nghệ RFID trong sản xuất khóa chống trộm xe máy mang lại lợi ích vượt trội Nhờ công nghệ này, khóa chống trộm trở nên an toàn hơn, giúp ngăn chặn hiệu quả các hành vi trộm cắp xe máy Việc tích hợp công nghệ cao này khiến những tên trộm gian manh nhất cũng phải bó tay, bảo vệ tài sản của người dùng một cách tối ưu.
Module RFID RC522 sử dụng IC MFRC522 có khả năng đọc các loại thẻ kết nối qua dây như NFC và thẻ từ, bao gồm thẻ giảm giá, thẻ xe bus, thẻ tiện ích ngầm Đây là giải pháp hiệu quả để triển khai hệ thống nhận diện vật thể không tiếp xúc với khả năng đọc nhanh, chính xác và dễ dàng tích hợp trong các dự án tự động hóa Về mặt kỹ thuật, module này cung cấp khả năng giao tiếp linh hoạt, phù hợp cho các ứng dụng trong quản lý truy cập, thanh toán điện tử và các hệ thống kiểm soát thông minh.
Tần số hoạt ộng: 13.56MHz
Khoảng cách hoạt ộng: 0 ~ 60 mm
Cổng giao tiếp: SPI, tốc ộ tối a 10Мbps
Có khả năng ọc và ghi.
MỘT SỐ LINH KIỆN KHÁC
LCD có nhiều dạng phân biệt dựa trên kích thước, từ vài ký tến hàng chục ký t, như LCD 16×2 và LCD 20×4 LCD 16×2 có nghĩa là thiết bị có 2 hàng, mỗi hàng chứa 16 ký t, trong khi LCD 20×4 có 4 hàng, mỗi hàng chứa 20 ký t Hình dáng của LCD 16×2 giống như hình 2.19, giúp người dùng dễ nhận biết và phân biệt các loại LCD khác nhau.
Hình 2 22: Hình ảnh của LCD
Sơ đồ chân của LCD
LCD có nhiều loại với số chân khác nhau, trong đó phổ biến nhất là loại 14 chân và 16 chân Các chân của LCD chủ yếu bao gồm chân nguồn cung cấp và chân điều khiển, có sự thay đổi tùy thuộc vào loại LCD sử dụng Khi chọn loại LCD phù hợp, cần tra cứu datasheet để xác định chính xác các chân và chức năng của chúng, đảm bảo kết nối đúng và hoạt động ổn định.
Bảng 2 1: Các chân của LCD
Trong 16 chân của LCD ƣợc chia ra làm 3 dạng tín hiệu nhƣ sau:
Các chân cấp nguồn: chân số 1 là chân nối mass (0V), chân thứ hai là Vdd nối với nguồn +5V Chân thứ ba dùng ể chỉnh contrast thường nối với biến trở
Các chân điều khiển của thiết bị gồm chân số 4 và chân RS dùng để điều khiển lựa chọn thanh ghi, giúp thiết lập và vận hành hệ thống chính xác Chân R W được sử dụng để điều khiển quá trình đọc và ghi dữ liệu, đảm bảo dữ liệu được truyền tải đúng cách giữa các thành phần Ngoài ra, chân E là chân cho phép dạng xung chốt, hỗ trợ kích hoạt các chức năng đặc biệt của thiết bị một cách chính xác và hiệu quả.
Các chân dữ liệu D7 -> D0: chân số 7 ến chân số 14 l 8 chân dùng ể trao ổi dữ liệu giữa thiết bị iều khiển và LCD
Giới thiệu về module PCF8574
LCD có quá nhiều chân gây khó khăn trong quá trình kết nối và chiếm dụng nhiều chân của vi điều khiển Module chuyển đổi I2C cho LCD giải quyết vấn đề này bằng cách giảm số chân cần thiết từ tối thiểu 6 chân (RS, EN, D7, D6, D5, D4) xuống còn chỉ 2 chân (SCL, SDA), giúp tiết kiệm không gian và dễ dàng lắp đặt hơn Module này hỗ trợ các loại LCD sử dụng driver HD44780, mang lại giải pháp tiện lợi cho các dự án điện tử của bạn.
1602, LCD 2004, … ), ết nối với vi iều khiển thông qua giao tiếp I2C, tương thích với hầu hết các vi iều khiển hiện nay
Kết nối với LCD Để chuyển mạch từ LCD sang LCD I2C Ta th c hiện kết nối LCD 16x2 với module PCF8574 nhƣ h nh 2.21
Hình 2 24: Kết nối LCD với module PCF8574
Giới thiệu về module ma trận phím 4x4
Ma trận phím 4x4 gồm 16 nút bấm được sắp xếp theo dạng lưới 4 hàng và 4 cột, giúp tối ưu hóa quá trình gán mã và nhập dữ liệu nhanh chóng Các nút trong cùng một hàng hoặc cột đều được kết nối với nhau, hỗ trợ việc xác định chính xác vị trí bấm nút và tăng độ tin cậy trong hệ thống Với cấu trúc này, ma trận phím 4x4 có tổng cộng 8 ngõ ra, giúp dễ dàng truyền tín hiệu và xử lý dữ liệu trong các thiết bị điện tử và hệ thống điều khiển.
Hình 2 25: Hình ảnh của ma trận phím 4x4
Ma trận phím 4x4 cho phép các bạn nhập các chữ số, chữ cái, ký hiệu vào bộ iều khiển qua ó dùng ể iều khiển một thiết bị ngoại vi n o ó
Ma trận phím có thể mắc thêm trở treo (th ng thường là 10K) cho các nút bấm ể nút bấm hoạt ộng ổn ịnh hơn
Trong ma trận 4x4, gồm có 4 hàng và 4 cột, hàng được chọn làm tín hiệu vào và cột là tín hiệu ra Các hàng được kết nối với nguồn Vcc qua các điện trở, đảm bảo mức logic của hàng luôn ở mức 1 Thiết kế này giúp tối ưu hóa quá trình xử lý tín hiệu trong mạch điện tử, phù hợp với các ứng dụng yêu cầu kiểm soát logic chính xác.
Các phím nhấn thường hở nên 4 hàng luôn ở mức 1, tức là trạng thái H3H2H1H0 luôn là 1111 Cột là tín hiệu ra, cho phép chúng ta điều khiển xuất dữ liệu ra cột theo ý muốn Để phân biệt các phím, mỗi phím được đặt tên dựa trên số thập lục phân từ 0 đến F Để xác định xem phím nào được nhấn, ta thực hiện quét từng cột bằng cách đặt một cột ở mức 0, còn 3 cột còn lại ở mức 1, rồi kiểm tra tất cả các hàng; nếu tất cả các hàng vẫn giữ mức logic 1, nghĩa là không có phím nào được nhấn, nhưng nếu có một hàng xuống mức 0, chứng tỏ phím tương ứng đã được nhấn.
Xuất dữ liệu ra cột là C 3 C 2 C 1 C 0 = 1110 nhƣ h nh 2.26, iểm tra hàng nào bằng không?
Hình 2 26: Bàn phím ma trận 4x4 với cột C0 = 0
Nếu H0 = 0 th ã nhấn phím số „0‟
Nếu H1 = 0 th ã nhấn phím số „1‟
Nếu H2 = 0 th ã nhấn phím số „2‟
Nếu H3 = 0 th ã nhấn phím số „3‟
Nếu không có nhấn phím nào ở cột C 0 ƣợc nhấn thì phải quét cột tiếp theo.
THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG
YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG
3.1.1 Yêu cầu của hệ thống
Hệ thống có các chức năng sau:
- Điều khiển cho phép các phương tiện vào, ra
- Xây d ng hệ cơ sở dữ liệu lưu trữ thời gian vào, ra của phương tiện và thông tin cá nhân của chủ phương tiện
- Xây d ng giao diện cho người dùng quản l phương tiện và thông tin cá nhân của mình
- Nhận dạng biển số xe, chủ phương tiện
3.1.2 Sơ đồ khối và chức năng mỗi khối
Xuất phát từ yêu yêu cầu hệ thống, sinh viện th c hiện ề tài phát họa sơ ồ khối nhƣ sau:
Khối xử lý trung tâm
Hình 3 1: Sơ ồ khối của hệ thống
Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho các khối ngõ vào, khối xử lý trung tâm, khối hiển thị hoạt ộng
Khối xử lý trung tâm đảm nhận nhiệm vụ xử lý kết quả nhận từ khối ngõ vào và gửi dữ liệu đã xử lý đến khối hiển thị, đồng thời truyền dữ liệu lên hệ thống cơ sở dữ liệu qua kết nối Wifi, đảm bảo quá trình điều khiển và lưu trữ diễn ra hiệu quả và chính xác.
Khối ngõ vào: Kiểm tra, xác ịnh xem có ối tượng nào bước v o bãi ỗ xe, sau ó gửi tín hiệu kiểm tra ó ến khối xử lý trung tâm xử lý
Khối hiển thị: Nhận dữ liệu từ khối xử l trung tâm ể hiển thị
Khối máy tính: Máy tính người dùng sử dụng giao diện ể ăng nhập và trao ổi dữ liệu với hệ cơ sở dữ liệu thông qua Wifi
3.1.3 Hoạt động của hệ thống
Hệ thống bắt đầu bằng việc cấp nguồn toàn bộ thiết bị để khởi động, đảm bảo các thiết bị đều trong trạng thái chờ người dùng tương tác Người dùng có thể vào bãi đỗ xe bằng cách quét thẻ RFID đã được cấp sẵn; khi hệ thống nhận diện thành công ID người dùng, họ sẽ được phép vào bãi Trong trường hợp thất lạc thẻ RFID, người dùng có thể thao tác trực tiếp trên ma trận phím để yêu cầu vào bãi và sau đó cập nhật thông tin cá nhân qua giao diện được xây dựng trên máy tính Các tín hiệu kiểm tra từ khối ngõ vào được trung tâm xử lý gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu để lưu trữ qua kết nối WiFi Giao diện online giúp người dùng tra cứu thời gian vào bãi hoặc cập nhật thông tin cá nhân một cách dễ dàng và nhanh chóng.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG
Phương án và lựa chọn
Xuất phát từ hoạt ộng của hệ thống, sinh viên th c hiện ề t i ã l a chọn những linh kiện sau:
Trong thị trường có nhiều loại module RFID, và module RC522 được sinh viên lựa chọn phổ biến nhờ có thiết kế nhỏ gọn, giá thành rẻ Module này phù hợp với nhu cầu nhận diện đối tượng nhanh chóng, đặc biệt trong các hoạt động ngắn hạn như quản lý bãi đỗ xe, nơi tiết kiệm thời gian nhận diện danh tính của từng chủ phương tiện đóng vai trò rất quan trọng Các đặc điểm kỹ thuật của module RC522 đã được đề cập để chứng minh tính phù hợp của nó cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ và độ chính xác cao.
Sinh viên th c hiện kết nối module RC522 với khối xử lý trung tâm theo bảng sau
Bảng 3 2: Kết nối module RFID-RC522 với khối xử lý trung tâm
Dưới ây l sơ ồ nguyên lý kết nối module RC522 với khối xử lý trung tâm
Hình 3 2: Kết nối RFID với khối xử lý trung tâm
Trên thị trường có nhiều loại phím nhấn khác nhau như phím ơn hoặc ma trận phím với các dạng 3x3, 4x4, Trong đó, sinh viên thường chọn ma trận phím 4x4 vì dễ dàng tích hợp các phím chữ số từ 0-9 để nhập mã cho phương tiện một cách tiện lợi và hiệu quả.
ID và các phím còn lại như A, B, C, D, *, # có thể được lập trình thêm để mở rộng chức năng cho hệ thống Các đặc điểm kỹ thuật của module ma trận phím này đã được đề cập nhằm đảm bảo khả năng tùy biến cao và tích hợp nhiều chức năng phù hợp với nhu cầu của hệ thống.
Sinh viên th c hiện kết nối module ma trận phím 4x4 với khối xử lý trung tâm theo bảng sau:
Bảng 3 3: Kết nối ma trận phím phím 4x4 với khối xử lý trung tâm
Ma trận phím 4x4 Raspberry Pi
Dưới ây l sơ ồ nguyên lý kết nối module ma trận phím 4x4 với khối xử lý trung tâm
Hình 3 3: Kết nối ma trận phím 4x4 với khối xử lý trung tâm
Phương án và lựa chọn
Trong việc hiển thị ngõ ra của vi điều khiển, có nhiều phương án như LED đơn, LED 7 đoạn, LED ma trận, LCD, GLCD, Trong dự án này, sinh viên lựa chọn sử dụng màn hình LCD 16x2 I2C để tối ưu hóa không gian và tiết kiệm chân kết nối Màn hình LCD 16x2 kết hợp với module PCF8574 giúp giảm số chân tín hiệu cần thiết, từ đó đơn giản hóa mạch và nâng cao tính tiện lợi trong lắp đặt và vận hành.
LCD thường tốn nhiều chân kết nối gấp 4 lần so với LCD I2C, giúp tiết kiệm tài nguyên của bộ xử lý trung tâm Ngoài ra, LCD dễ dàng kết nối phần cứng với vi điều khiển, có độ ổn định cao và dễ lập trình Việc mở rộng các chức năng của LCD cũng thuận tiện hơn qua phần mềm, phù hợp với các đặc điểm kỹ thuật của LCD I2C đã đề cập trước đó.
Sinh viên th c hiện kết nối module LCD I2C với khối xử lý trung tâm theo bảng sau:
Bảng 3 4: Kết nối LCD I2C với khối xử lý trung tâm
Dưới ây l sơ ồ nguyên lý kết nối module LCD I2C với khối xử lý trung tâm
Hình 3 4: Kết nối LCD I2C với khối xử lý trung tâm
Người dùng thường mở giao diện máy tính hoặc laptop để đăng nhập tài khoản, từ đó thực hiện trao đổi dữ liệu với hệ quản trị cơ sở dữ liệu qua kết nối Wifi Hiện nay, có nhiều hệ quản trị cơ sở dữ liệu phổ biến như MySQL, Oracle, SQLite, nhưng sinh viên thường chọn Firebase vì tính dễ sử dụng và khả năng tích hợp linh hoạt Firebase giúp sinh viên xây dựng các ứng dụng web và di động một cách nhanh chóng, hỗ trợ xử lý dữ liệu thời gian thực và khả năng mở rộng dễ dàng Đây là lựa chọn lý tưởng cho các dự án học tập và phát triển nhanh chóng của sinh viên.
Firebase giúp xây dựng ứng dụng nhanh chóng mà không tốn nhiều thời gian, nhân lực cho việc quản lý hệ thống và cơ sở hạ tầng phía sau Nền tảng này cung cấp các chức năng quan trọng như phân tích, cơ sở dữ liệu, báo cáo hoạt động và báo cáo lỗi, giúp các nhà phát triển dễ dàng phát triển và điều chỉnh ứng dụng theo nhu cầu người dùng Nhờ đó, các ứng dụng được tối ưu hóa để mang lại trải nghiệm tốt nhất cho người sử dụng, nâng cao hiệu quả hoạt động và sự hài lòng của khách hàng.
Firebase được Google hỗ trợ và cung cấp trên nền tảng phần cứng quy mô rộng khắp thế giới, đảm bảo uy tín và chất lượng dịch vụ Với sự hỗ trợ của Google, Firebase đã trở thành nền tảng đáng tin cậy cho các tổ chức lớn và các ứng dụng có hàng triệu lượt người dùng sử dụng hàng ngày, mang lại sự an tâm về tính ổn định và hiệu suất cao.
Quản lý cấu hình và trải nghiệm các ứng dụng Firebase được tập trung trong một giao diện website đơn giản Các ứng dụng này hoạt động độc lập nhưng vẫn liên kết chặt chẽ qua dữ liệu phân tích, giúp tối ưu hóa hiệu suất và dễ dàng quản lý.
3.2.4 Khối xử lý trung tâm
Xuất phát từ hoạt động hệ thống và các yêu cầu chức năng đã được liệt kê từ khối nhập liệu và khối hiển thị, sinh viên đề xuất các phương án xử lý trung tâm phù hợp nhằm tối ưu hóa hiệu quả vận hành Các phương án này nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, chính xác và đáp ứng tốt các yêu cầu của người dùng Việc lựa chọn khối xử lý trung tâm phù hợp đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao hiệu suất và khả năng mở rộng của hệ thống, đồng thời đảm bảo tính linh hoạt trong các hoạt động quản lý và xử lý dữ liệu.
Phương án 1 lựa chọn sử dụng Arduino, một board mạch vi xử lý phổ biến rộng rãi trong các dự án nghiên cứu và phát triển Arduino nổi bật nhờ sức mạnh vượt trộ i, được chứng minh qua nhiều ứng dụng đa dạng trong thực tiễn Nhờ tính mở (open source) và khả năng chia sẻ rộng rãi, Arduino trở thành lựa chọn lý tưởng cho các dự án sáng tạo và học tập công nghệ.
Phương án 2 là sử dụng vi điều khiển PIC, một loại thiết bị quen thuộc với sinh viên trong môn học Vi xử lý PIC thuộc họ vi điều khiển RISC do Công ty Microchip Technology sản xuất, nổi bật với đa dạng mẫu mã phù hợp cho nhiều đề tài nghiên cứu và ứng dụng khác nhau.
Phương án 3: Sử dụng Raspberry Pi, ược phát triển bởi Raspberry Pi
Foundation của Anh là một máy tính nhúng tích hợp sẵn các cổng giao thức mạng và GPIO, giúp dễ dàng kết nối và điều khiển các thiết bị Thiết bị này thuận tiện cho các nghiên cứu về ứng dụng IoT và điều khiển thiết bị qua mạng, góp phần nâng cao hiệu quả trong các dự án tự động hóa và kết nối vạn vật.
Sinh viên chọn board nhúng Raspberry Pi 3 nhờ tích hợp sẵn các cổng mạng, giúp dễ dàng giao tiếp và kết nối với các thiết bị ngoại vi Trong khi đó, Arduino và PIC yêu cầu phải sử dụng mô-đun mạng riêng, dễ mua trên thị trường và phù hợp với môi trường học tập của sinh viên Raspberry Pi 3 được sử dụng để điều khiển chức năng của các thiết bị ngoại vi và truyền nhận dữ liệu với cơ sở dữ liệu qua cổng Ethernet hoặc Wifi Các đặc điểm kỹ thuật của Raspberry Pi 3 đã được đề cập rõ ràng, thể hiện ưu điểm vượt trội trong ứng dụng nhúng.
Sau khi kết nối tất cả module vào khối xử lý trung tâm, ta ƣợc sơ ồ nguyên lý của toàn bộ hệ thống nhƣ h nh 3.5
Hình 3 5: Sơ ồ nguyên lý của hệ thống
Hệ thống yêu cầu nguồn cung cấp 5V và 3.3V, cùng với dòng tiêu thụ khoảng 2.5A Raspberry Pi 3 hỗ trợ hai mức điện áp, giúp dễ dàng lựa chọn nguồn phù hợp Vì vậy, sinh viên đã chọn adapter 5V-2.5A có sẵn trên thị trường để cung cấp nguồn ổn định cho hệ thống.
Bảng 3 5: Dòng tiêu thụ của các linh kiện
Thiết bị Dòng tiêu thụ
THIẾT KẾ PHẦN MỀM
3.3.1 Yêu cầu của phần mềm
- Hệ thống chính hoạt ộng ổn ịnh, có trao ổi cơ sở dữ liệu
- Giao diện có khả năng nhận dữ liệu về cho người dùng tra cứu
- Chương tr nh nhận dạng hoạt ộng ổn ịnh
3.2.2 Lưu đồ giải thuật của hệ thống
Gửi dữ liệu lên CSDL
Sử dụng ma trận phím Đ
- Đầu tiên, hệ thống s khởi ộng
- Hệ thống kiểm tra có quét ƣợc thẻ RFID nào không, nếu có thì s gửi dữ liệu thu dƣợc lên hệ cơ sở dữ liệu
- Trường hợp h ng t m ược thẻ th người dùng s dùng thao tác trên bàn phím ma trận
- Hệ thống th c hiện vòng lặp liên tục
Hình 3 6: Lưu ồ giải thuật hệ thống chính 3.3.2 Lưu đồ giải thuật của giao diện
- Đầu tiên, giao diện s tạo form ăng nhập
- Đăng nhập thành công s chuyển sang form iều khiển, sai thì nhập lại
- Chọn thoát s kết thúc chương tr nh
Hình 3 7: Lưu ồ giải thuật giao diện ăng nhập
- Đầu tiên, giao diện s tạo form ăng
- Đăng th nh c ng th nhấn nút thoát ể tiếp tục, sai thì nhập lại
- Chọn s quay lại form ăng nhập
Hình 3 8: Lưu ồ giải thuật giao diện ăng
3.3.3.3 Giao diện thay đổi mật khẩu
Tạo form thay ổi mật hẩu
Kiểm tra mật khẩu mới Đ
Thoát form thay ổi mật hẩu
- Đầu tiên, giao diện s tạo form thay ổi mật khẩu
- Thay ổi mật khẩu thành công thì nhấn nút thoát ể tiếp tục, sai thì nhập lại
- Chọn thoát s quay lại form ăng nhập
Hình 3 9: Lưu ồ giải thuật thay ổi mật khẩu
Nhập th ng tin cá nhân
Gửi dữ liệu từ máy tính lên CSDL lưu trữ
Tra cứu thông tin cá nhân
Lấy dữ liệu từ CSDL gửi về máy tính 1
- Đầu tiên, giao diện s tạo form iểu khiển
- Chọn cập nhật s lưu dữ liệu nhập vào lên hệ cơ sở dữ liệu
- Chọn tra cứu s lấy dữ liệu từ cơ sở dữ liệu gửi về máy tính
- Chọn thoát s quay lại form ăng nhập
Hình 3 10: Lưu ồ giải thuật iều khiển
KẾT QUẢ THỰC HIỆN
PHẦN CỨNG
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
Hình 4 1: Mô hình hệ thống hoàn chỉnh
Ban ầu, LCD s hiển thị “Chao mung SV den bai do xe HCMUTE” nhƣ một lời chào tới người dùng
Hình 4 2: Hiển thị ban ầu của LCD
Tiếp theo ta th c hiện kiểm tra RFID bằng cách quét thẻ qua, hi ã nhận ƣợc
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
Hình 4 3: LCD ã nhận ƣợc tín hiệu RFID và cập nhật lên cơ sở dữ liệu
502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared
Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống bao gồm nguồn cấp liên tục để đảm bảo hoạt động ổn định của mạch, máy tính có khả năng kết nối thường xuyên để theo dõi dữ liệu trực quan, và các dây kết nối phải được cắm chặt, sát để tránh gây lỗi trong quá trình vận hành.
PHẦN MỀM
Nhƣ ã trình bày, trang web th c hiện ƣợc các yêu cầu từ hệ thống:
- Trang ăng nhập: hiển thị nội dung ăng nhập, ăng v óng chương tr nh
- Trang ăng : hiển thị th ng tin ăng t i hoản mới hoặc quay lại trang ăng nhập
- Trang thay ổi mật khẩu: hiển thị nội dung ặt lại mật khẩu mới hoặc quay lại trang ăng nhập
Trang điều khiển là nơi hiển thị các chức năng chính giúp người dùng dễ dàng nhập dữ liệu để cập nhật thông tin cá nhân lên hệ thống cơ sở dữ liệu Đây còn là mục tra cứu thông tin cần thiết, hỗ trợ người dùng truy xuất dữ liệu một cách nhanh chóng và tiện lợi Trang điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và duy trì dữ liệu cá nhân chính xác, giúp nâng cao trải nghiệm người dùng trên hệ thống.
Khi khởi động phần mềm lần đầu, người dùng sẽ thấy giao diện chính như hình 3.1 và có thể đăng nhập bằng nút Login Nếu chưa có tài khoản, bạn cần chọn Register để tạo tài khoản mới, còn nếu quên mật khẩu, hãy chọn Forgot password để đặt lại mật khẩu và tiếp tục sử dụng.
Hình 4 4: Giao diện chính của trang chủ và trang ăng nhập
Sau hi ăng nhập thành công, ta tiến v o trang iều khiển nhƣ h nh 3.2
Hình 4 5: Giao diện trang iểu khiển
Sau khi nhập xong thông tin cá nhân, chọn Update ể cập nhật lưu th ng tin ó lên hệ cơ sở dữ liệu nhƣ h nh 3.3
Hình 4 6: Cập nhật dữ liệu
Cuối cùng, chọn Search ể tra cứu thông tin, trong hình 3.4 là thông tin về tên người dùng và thời gian v o bãi ỗ xe ược hiển thị trên python shell
Hình 4 7: Tra cứu dữ liệu
Dưới ây là video chạy thử nghiệm phần mềm v ã ược upload dưới ường link sau: https://youtu.be/gss7e4_zXgk