LỜI NÓI ĐẦU 6 PHẦN I. TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN 7 Chương 1. GIỚI THIỆU 7 1.1. Lý do chọn đề tài 7 1.2. Mục tiêu nghiên cứu 7 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 7 1.4. Phương pháp nghiên cứu 7 1.5. Kết cấu đề tài 7 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9 2.1. Một số nghiên cứu liên quan đến đề tài 9 2.2. Các khái niệm lý thuyết liên quan đến vấn đề nghiên cứu 9 2.2.1. Khái niệm RFID 9 2.2.2. Hệ thống RFID 9 2.2.3. Thẻ RFID 10 2.2.4. Reader 14 2.3. Các linh kiện sử dụng trong đề tài 17 2.3.1. Arduino Uno 17 2.3.1.1. Các thông số 19 2.3.1.2. Nguyên lý hoạt động 20 2.3.2. Module MFRC 522 22 2.3.2.1. Giới thiệu 22 2.3.2.2. Kỹ thuật độ nhậy 22 2.3.2. Động cơ servo 24 2.3.2.1. Giới thiệu 24 2.3.2.2. Thông số kỹ thuật 24 PHẦN II. NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ 26 Chương 3. TÍNH TOÁN VẦ THIÊT KẾ 26 3.1. Sơ đồ khối 26 3.2. Lưu đồ thuật toán 27 3.3. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 28 3.4. Sơ đồ kết nối từng khối 29 3.4.1 Khối arduino 29 3.4.3.Khối servo 30 Chương 4. THI CÔNG VÀ KẾT QUẢ 31 4.1. Mạch thực tế 31 4.2. Kết quả kiểm thử mạch 32 PHẦN III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 33 5.1. Kết luận 33 5.1.1. Hiệu quả hoạt động của mạch so với mục tiêu đề ra 33 5.1.2. Ưu điểm 33 5.1.3. Nhược điểm 33 5.2. Kiến nghị 33 Tài liệu tham khảo 34 Phụ lục 35 LỜI NÓI ĐẦU Việt Nam là một nước đang trên con đường hiện đại hóa, công nghiệp hóa. Và lĩnh vực đi đầu mở đường chính là lĩnh vực kĩ thuật nói chung và nghành điện tử nói riêng. Trong nghành điện tử thì tự động hóa là một trong những yếu tố hàng đầu và được quan tâm và phát triển bởi các công ty và cá nhân. Tự động hóa có thể giúp tăng năng suất và chất lượng sản phẩm bằng cách loại bỏ sự can thiệp của con người hay nó có thể làm cho cuộc sống hằng ngày của chúng ta trở nên tiện nghi và dễ dàng hơn. Vì thế, tôi chọn đề tài “MÔ HÌNH HỆ THỐNG KHÓA CỬA THÔNG MINH” vì nó ứng dụng tự động hóa để tăng năng suất cho công việc. PHẦN I. TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN Chương 1. GIỚI THIỆU 1.1. Lý do chọn đề tài Ngày nay,đất nước mình ngày càng phát triển, kéo theo đó đời sống và cở sở hạ tầng của người dân cũng nâng cao. Việc áp dụng công nghệ tự động hóa là rất cần thiết. Do đó tôi chọn đề tài đóng mở cửa tự động dùng RFID. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu của tôi khi chọn đề tài này là thiết kế một mô hình đóng mở cửa tự động. Hệ thống sẽ được lập trình bằng vi điều khiển. Qua đó giảm thiểu những bất tiện hàng ngày. 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Tìm hiểu về RFID Arduino Uno, RFIDMFRC522. Phạm vi nghiên cứu: Dùng phương pháp truyền, lưu và sắp xếp dữ liệu từ Arduino. 1.4. Phương pháp nghiên cứu Trong thời gian học tập, làm việc tại trường tôi đã tích lũy được những kiến thức vô cùng hữu ích, đem vào ứng dụng nghiên cứu đề tài.Ngoài ra trong quá trình làm việc tôi sẽ tham khảo ý kiến của giảng viên hướng dẫn, sách báo, internet.Từ đó nắm rõ nguyên lý hoạt động của các module trong đề tài. 1.5. Kết cấu đề tài Đề tài gồm 5 chương: Chương 1: Giới thiệu sơ lược về đề tài. Chương 2: Tìm hiểu đưa ra các khái niệm lý thuyết về vấn đề nghiên cứu, linh kiện sử dụng trong đề tài. Chương 3: Tính toán và thiết kế để chọn thiết bị và linh kiện. Chương 4: Thi công vầ kết quả đạt được. Chương 5: Nêu ra ưu nhược điểm của hệ thống và hướng phát triển cho đề tài
TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN
GIỚI THIỆU
1.1 Lý do chọn đề tài
Trong bối cảnh đất nước ngày càng phát triển, đời sống và hạ tầng cơ sở của người dân được nâng cao rõ rệt, việc ứng dụng công nghệ tự động hóa trở thành yếu tố thiết yếu Đặc biệt, hệ thống cửa tự động sử dụng công nghệ RFID giúp tăng cường sự tiện lợi, an toàn và hiệu quả trong kiểm soát ra vào Chính vì vậy, tôi đã chọn đề tài "Đóng mở cửa tự động dùng RFID" để góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và phát triển công nghệ thông minh cho cộng đồng.
Mục tiêu nghiên cứu của tôi là phát triển một mô hình đóng mở cửa tự động tích hợp vi điều khiển để nâng cao tiện ích hàng ngày Hệ thống tự động này giúp giảm thiểu các bất tiện trong sinh hoạt, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả cao hơn Thiết kế và lập trình hệ thống dựa trên vi điều khiển sẽ đảm bảo tính chính xác và dễ sử dụng, phù hợp với nhu cầu thực tế Đây là giải pháp tối ưu nhằm nâng cao trải nghiệm người dùng trong các không gian gia đình và công cộng.
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu:
- Dùng phương pháp truyền, lưu và sắp xếp dữ liệu từ Arduino.
Trong quá trình học tập và làm việc tại trường, tôi đã tích lũy được kiến thức hữu ích để ứng dụng vào nghiên cứu đề tài Tôi thường xuyên tham khảo ý kiến của giảng viên hướng dẫn, sách báo và tài liệu trên internet để nắm rõ nguyên lý hoạt động của các module trong đề tài Những trải nghiệm này giúp tôi hiểu sâu hơn về các nguyên lý kỹ thuật và nâng cao khả năng phân tích, vận dụng kiến thức vào thực tiễn nghiên cứu.
1.5 Kết cấu đề tài Đề tài gồm 5 chương:
Chương 1: Giới thiệu sơ lược về đề tài.
Chương 2: Tìm hiểu đưa ra các khái niệm lý thuyết về vấn đề nghiên cứu,linh kiện sử dụng trong đề tài.
Chương 3: Tính toán và thiết kế để chọn thiết bị và linh kiện.
Chương 4: Thi công vầ kết quả đạt được.
Chương 5: Nêu ra ưu nhược điểm của hệ thống và hướng phát triển cho đề tài
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Một số nghiên cứu liên quan đến đề tài
Ứng dụng RFID trong lĩnh vực an ninh
Ứng dụng RFID trong lĩnh vực thư viện
Ứng dụng RFID trong quản lý và bảo quản tài sản
Ứng dụng RFID trong y tế, giáo dục, vui chơi giải trí
2.2 Các khái niệm lý thuyết liên quan đến vấn đề nghiên cứu
RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ xác nhận dữ liệu đối tượng bằng sóng vô tuyến, giúp nhận dạng, theo dõi và lưu trữ thông tin trên thẻ (Tag) Thiết bị Reader quét dữ liệu từ thẻ RFID và gửi thông tin về hệ thống cơ sở dữ liệu để quản lý chính xác và hiệu quả Công nghệ RFID đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như logistics, kho vận, bán lẻ và chuỗi cung ứng nhằm nâng cao hiệu suất quản lý và giảm thiểu sai sót.
Kỹ thuật RFID là công nghệ không dây cho phép đọc thông tin từ các chip không tiếp xúc ở khoảng cách xa mà không cần giao tiếp vật lý hoặc tiếp xúc trực tiếp Công nghệ này cung cấp phương pháp truyền và nhận dữ liệu hiệu quả giữa các điểm khác nhau, giúp quá trình trao đổi thông tin trở nên nhanh chóng và chính xác hơn.
Hệ thống RFID tự động hoạt động dựa trên công nghệ RFID bị động, trong đó reader truyền tín hiệu vô tuyến đến con chip không tiếp xúc Con chip này nhận năng lượng từ tín hiệu của reader để hoạt động và phản hồi lại dữ liệu, sau đó thông tin được gửi về máy tính điều khiển để xử lý RFID không tiếp xúc, không tích điện, hoạt động hoàn toàn dựa trên năng lượng nhận được từ tín hiệu vô tuyến, giúp hệ thống hoạt động một cách hiệu quả và dễ dàng tích hợp trong nhiều ứng dụng khác nhau.
Kỹ thuật RFID sử dụng công nghệ truyền thông không dây trong dải tần số vô tuyến để truyền dữ liệu từ các thẻ RFID đến các đầu đọc (reader) Thẻ RFID có thể được gắn hoặc đính kèm vào các đối tượng cần nhận dạng như sản phẩm, hộp hoặc pallet, giúp quản lý và theo dõi hàng hóa dễ dàng, chính xác.
Hệ thống RFID có mối liên hệ rất gần với thẻ thông minh, đều lưu trữ dữ liệu trên thiết bị mang dữ liệu điện tử là bộ phát đáp Tuy nhiên, khác với thẻ thông minh, năng lượng cung cấp cho thiết bị RFID và quá trình trao đổi dữ liệu không dựa trên tiếp xúc điện mà sử dụng từ tính và trường điện từ để truyền tải thông tin một cách không tiếp xúc.
Hệ thống RFID cơ bản bắt đầu bằng việc gắn các thẻ RFID lần lượt vào các danh mục cần theo dõi Các thẻ này được tạo thành từ một bảng vi mạch nhỏ gọi là mạch tích hợp (IC), kết nối với một ăng-ten để gửi và nhận tín hiệu Ứng dụng của hệ thống RFID rất đa dạng trong đời sống, từ thẻ bảo vệ, thẻ nhân viên, nhãn mác cho sản phẩm, đến thẻ kiểm soát hàng hóa và tài sản công nghiệp Bảng vi mạch chứa bộ nhớ cho phép lưu trữ mã sản phẩm điện tử (EPC) cùng các thông tin biến đổi khác, giúp người dùng dễ dàng đọc và theo dõi dữ liệu từ xa bất cứ lúc nào, bất cứ nơi đâu.
Các thành phần của hệ thống RFID:
Các thành phần chính trong hệ thống RFID là thẻ, reader và cơ sở dữ liệu.
Một hệ thống RFID toàn diện bao gồm bốm thành phần:
- Thẻ RFID (RFID Tag, Transponder - bộ phát đáp) được lập trình điện tử với thông tin duy nhất.
- Các reader (đầu đọc) hoặc sensor (cái cảm biến) để truy vấn các thẻ.
- Antenna thu, phát sóng vô tuyến.
Máy chủ (host computer) đóng vai trò là nơi lưu trữ và vận hành hệ thống phần mềm, giao diện với hệ thống tải xuống và phân phối phần mềm tới các reader và cảm biến Cơ sở hạ tầng truyền thông, gồm cả mạng có dây và không dây cùng các bộ phận kết nối tuần tự, là thành phần thiết yếu nhằm đảm bảo truyền thông hiệu quả giữa các thành phần của hệ thống.
Thẻ RFID (bộ phát đáp - transponder) là thiết bị lưu trữ dữ liệu quan trọng trong hệ thống RFID, bao gồm phần tử kết nối (Coupling element) và vi chíp điện tử Thiết bị này giúp truyền tải dữ liệu một cách nhanh chóng và chính xác, góp phần nâng cao hiệu quả trong các ứng dụng quản lý và truy xuất dữ liệu tự động RFID là công nghệ tiên tiến, thường được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như logistics, kho vận, kiểm soát truy cập và bán lẻ Thẻ RFID có khả năng lưu trữ thông tin đa dạng, dễ dàng đọc và ghi dữ liệu, giúp tối ưu hóa quá trình vận hành của doanh nghiệp.
Hình 2.1: Cấu tạo thẻ thụ động
Thẻ gồm có 2 phần chính:
- Chip: lưu trữ một số thứ tự duy nhất hoặc thông tin khác dựa trên loại thẻ: read-only, read-write, hoặc write-once-read-many.
- Antenna được gắn với vi mạch truyền thông tin từ chip đến reader Antenna càng lớn cho biết phạm vi đọc càng xa.
Các thẻ RFID được phân loại dựa trên việc thẻ có chứa một cung cấp nguồn gắn bên trong hay là được cung cấp bởi thiết bị chuyên dụng:
+ Bán tíc cực (Semi-active, còn gọi bán thụ động - semi-passive)
Thẻ thụ động là loại thẻ không có nguồn năng lượng bên trong (on-board), hoạt động dựa vào nguồn năng lượng truyền từ reader để tự duy trì hoạt động và truyền dữ liệu đã lưu trữ Với cấu trúc đơn giản và không chứa các thành phần động, thẻ thụ động có thể duy trì thời gian sống dài và chịu được điều kiện môi trường khắc nghiệt Khi giao tiếp với reader, quá trình truyền dữ liệu always bắt đầu từ reader trước rồi mới đến thẻ, do đó, việc có một reader là điều kiện bắt buộc để thẻ có thể truyền dữ liệu thành công.
Thẻ thụ động được đọc ở khoảng cách từ 11cm ở trường gần (ISO 14443), đến 10m ở trường xa (ISO 18000-6), và có thể lên đến 183m khi kết hợp với ma trận.
Thẻ thụ động nhỏ hơn và cũng rẻ hơn thẻ tích cực hoặc bán tích cực.
Các thẻ thụ động có thể thực thi ở tần số low, high, ultrahigh, hoặc microwave Thẻ thụ động bao gồm những thành phần chính sau:
Hình 2.2: Cấu tạo thẻ tích cực
Thẻ tích cực có nguồn năng lượng bên trong như pin hoặc nguồn năng lượng mặt trời, cùng với các mạch điện tử để thực hiện nhiệm vụ chuyên dụng mà không cần sự tiêu thụ năng lượng từ reader Thẻ này sử dụng nguồn năng lượng nội bộ để truyền dữ liệu cho reader, và điện tử học bên trong gồm bộ vi mạch, cảm biến, cổng vào/ra được cấp nguồn từ chính nguồn năng lượng của thẻ Trong quá trình truyền dữ liệu, thẻ tích cực luôn truyền trước khi reader nhận, giúp thẻ có thể phát dữ liệu đến các vùng lân cận ngay cả khi không có reader hiện diện ở đó, nhờ khả năng tự phát dữ liệu độc lập.
Khoảng cách đọc của thẻ tích cực là 100 feet (xấp xỉ 30,5 m) hoặc hơn nữa khi máy phát tích cực của loại thẻ này được dùng đến.
Thẻ tích cực bao gồm 4 thành phần chính sau:
+ Vi mạch: Kích cỡ và khả năng làm việc vi mạch thường lớn hơn vi mạch trong thẻ thụ động.
Antenna là thành phần có khả năng truyền tín hiệu của thẻ và nhận tín hiệu từ reader, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống RFID Thẻ bán tích cực sử dụng antenna gồm nhiều mảnh kim loại như đồng, tương tự như thẻ thụ động, giúp nâng cao khả năng truyền tải dữ liệu một cách hiệu quả.
+ Cung cấp nguồn bên trong.
+ Điện tử học bên trong
Hình 2.3: Cấu tạo thẻ bán tích cực
Thẻ bán tích cực có nguồn năng lượng bên trong như bộ pin và các mạch điện tử để thực thi nhiệm vụ, giúp thẻ hoạt động ổn định từ bên trong Trong quá trình truyền dữ liệu, thẻ bán tích cực lấy nguồn từ reader và được gọi là thẻ có hỗ trợ pin (battery-assisted tag) Khi giao tiếp, reader luôn truyền tín hiệu trước, sau đó thẻ phản hồi, nhờ đó thẻ bán tích cực có thể đọc từ xa hơn so với thẻ thụ động vì không phụ thuộc vào tín hiệu của reader để kích hoạt Điều này giúp thẻ bán tích cực hoạt động hiệu quả ngay cả khi đối tượng di chuyển nhanh hoặc bị mắc vật chắn RF = và RF-absorbent, vốn gây cản trở đối với thẻ thụ động Phạm vi đọc của thẻ bán tích cực có thể lên đến 100 feet (xấp xỉ 30,5m) trong điều kiện lý tưởng, mang lại khả năng theo dõi và quản lý tài sản linh hoạt hơn.
Việc phân loại tiếp theo dựa trên khả năng hỗ trợ ghi chép dữ liệu:
+ Ghi một lần, đọc nhiều lần (WORM)
Một reader điển hình bao gồm một module tần số vô tuyến (máy phát và máy thu), đóng vai trò là đơn vị điều khiển và phần tử kết nối đến bộ phát đáp Các reader còn được trang bị giao diện bổ sung như RS232 hoặc RS485 nhằm chuyển tiếp dữ liệu đọc được đến các hệ thống khác như PC hoặc hệ thống điều khiển robot, giúp tăng khả năng tích hợp và hiệu quả trong truyền dữ liệu.
Reader RFID, also known as an interrogator, is a device used to read and write data on compatible RFID tags The process of writing data onto an RFID tag using the reader is referred to as tag creation Combining the tag with an object through this process is called commissioning the tag, enabling it to function effectively within an RFID system.
Reader là trung tâm hệ thần kinh trung ương của toàn bộ hệ thống RFID, đóng vai trò quan trọng trong việc truyền dữ liệu giữa phần cứng và các thành phần khác Thiết bị RFID được lập trình để giao tiếp và điều khiển Reader, tạo thành thao tác thiết yếu để liên kết thành công với hệ thống phần cứng Việc này giúp đảm bảo quá trình truyền dữ liệu diễn ra hiệu quả và chính xác, là yếu tố quyết định thành công của các ứng dụng RFID trong thực tế.
Hình 2.4: Sơ đồ khối của reader Các thành phần chính của reader bao gồm:
NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ
TÍNH TOÁN VẦ THIÊT KẾ
Hình 3.1: Sơ đồ khối của toàn mạch
Hình 3.2: Lưu đồ giải thuật cho mạch
3.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý
3.4 Sơ đồ kết nối từng khối
THI CÔNG VÀ KẾT QUẢ
4.2 Kết quả kiểm thử mạch
- Hệ thống nhận thẻ theo đúng yêu cầu đề ra