Cải tiến phương pháp giảng dạy để nâng cao kết quả học tập môn công nghệ in 3d cho sinh viên bậc cao đẳng tại trường cao đẳng công nghệ thủ đức

Cải tiến phương pháp giảng dạy để nâng cao kết quả học tập môn công nghệ in 3d cho sinh viên bậc cao đẳng tại trường cao đẳng công nghệ thủ đức Cải tiến phương pháp giảng dạy để nâng cao kết quả học tập môn công nghệ in 3d cho sinh viên bậc cao đẳng tại trường cao đẳng công nghệ thủ đức Cải tiến phương pháp giảng dạy để nâng cao kết quả học tập môn công nghệ in 3d cho sinh viên bậc cao đẳng tại trường cao đẳng công nghệ thủ đức Cải tiến phương pháp giảng dạy để nâng cao kết quả học tập môn công nghệ in 3d cho sinh viên bậc cao đẳng tại trường cao đẳng công nghệ thủ đức Cải tiến phương pháp giảng dạy để nâng cao kết quả học tập môn công nghệ in 3d cho sinh viên bậc cao đẳng tại trường cao đẳng công nghệ thủ đức Cải tiến phương pháp giảng dạy để nâng cao kết quả học tập môn công nghệ in 3d cho sinh viên bậc cao đẳng tại trường cao đẳng công nghệ thủ đức

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC

Khoa Công Nghệ Tự Động

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2017 – 2018

Tên đề tài:

HỆ THỐNG KHÓA CỬA DÙNG THẺ RFID VÀ

IRREMOTE CHỐNG TRỘM

Giảng viên hướng dẫn: HOÀNG MINH HẠNH

Tác giả: Trần Huỳnh Quí Thiên

Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2018

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC

Khoa Công Nghệ Tự Động

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2017 – 2018

Tên đề tài:

HỆ THỐNG KHÓA CỬA DÙNG THẺ RFID VÀ

IRREMOTE CHỐNG TRỘM

Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2018

TRƯỞNG KHOA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TÁC GIẢ

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

Giúp các đối tượng đang sinh sống tại các phòng trọ hay nhà ở có dạng như phòng trọ có hệ thống khóa cửa an toàn, tiện lợi, dễ sử dụng Các phòng trọ có nhiều thành viên với nhiều giờ giấc đi về phòng khác nhau có thể chủ động khóa, mở cửa mà không phiền đến thành viên khác

Hiện tại trên thị trường có nhiều loại khóa cửa tự động với giao tiếp khác nhau như: khóa vân tay, mã số, RFRemote, RFID….sử dụng cơ cấu như: chốt từ, khóa từ… nhưng với giá thành cao và chưa phù hợp với đối tượng nghiên cứu là cửa phòng trọ và người sử dụng là người thuê trọ có chỗ ở không cố định, người có thu nhập thấp

Vì vậy, ý tưởng của đề tài hình thành để giải quyết các vấn đề còn bất cập:

+ An toàn, hạn chế tối đa tình trạng trộm cắp

+ Thuận tiện cho người sử dụng

+ Cơ cấu đẩy, kéo then cửa bằng hệ thống truyền động thanh răng bánh rang có độ bền cao, ổn định và chắc chắn (vì sử dụng then cửa to, chắc chắn đã được lắp đặt sẵn trên cửa), có thể mở, khóa cửa bằng tay khi ở trong phòng mà không cần thông qua hệ thống

LỜI CAM KẾT

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn của GV Hoàng Minh Hạnh Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đề tài của mình Trường Cao đẳng công nghệ Thủ Đức không liên quan đến những

vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có)

Nghiên cứu sinh

Trần Huỳnh Quí Thiên

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG NGHIỆM THU

và hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học

– Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GV.Hoàng Minh Hạnh – người hướng dẫn và cũng là người đã luôn tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài nghiên cứu này

– Cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn khích lệ, động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu khoa học

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều, nhưng đề tài không tránh khỏi những thiếu sót; tác giả rất mong nhận được sự thông cảm, chỉ dẫn, giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các nhà khoa học, của quý thầy cô, các cán bộ quản lý và các bạn

Xin chân thành cảm ơn!

Thủ Đức, ngày 15 tháng 6 năm 2018

Tác giả

Trần Huỳnh Quí Thiên

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Đề tài là hệ thống khóa cửa tự động bằng then trong, sử dụng hệ thống truyền động

cơ khí thanh răng – bánh răng để kéo – đẩy then được điều khiển bởi hệ vi điều khiển Arduino UNO R3, giao tiếp ra lệnh qua RFID và Remote hồng ngoại nhằm tạo sự an toàn

và thuận tiện trong cuộc sống hàng ngày Mô hình của hệ thống còn phục vụ cho công việc tìm hiểu và giảng dạy trong nhà trường

Đề tài được nghiên cứu dựa trên những kiến thức sinh viên được học tập tại trường, tìm hiểu học hỏi trên các phương tiện thông tin đại chúng và từ thực nghiệm của cá nhân

MỤC LỤC

MỤC TRANG

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 1

LỜI CAM KẾT 2

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG NGHIỆM THU 3

LỜI CẢM ƠN 4

TÓM TẮT ĐỀ TÀI 5

MỤC LỤC 6

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ 8

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 10

1.1 Tính cấp thiết của đề tài: 10

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 10

1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 10

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 11

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 11

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 11

1.5 Phương pháp nghiên cứu 11

1.6 Kết cấu của đề tài 11

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN 12

2.1 Cơ sở lý luận: 12

2.1.1 Vi xử lý Arduino UNO R3 12

2.1.2 Module RC-522 17

2.1.3 Mắt thu hồng ngoại IR 18

2.1.4 IC L298 18

2.1.5 Động cơ giảm tốc GB37-520 19

2.1.6 Cầu chỉnh lưu KBP 307 19

2.1.7 TIP 42C 20

2.1.8 Transistor (A1013 – C2383) 20

2.1.9 IC ổn áp 7809 21

2.1.10 Cầu chì ống 0.5Ampe 21

2.1.11 Relay 5Volt 5Pin 22

2.1.12 Diode (1N4007 – 1N5399) 22

2.1.13 Biến áp 220VAC – 15VAC 3Ampe 23

2.1.14 Pin sạc 18650 23

2.2 Cơ sở thực tiễn: 24

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ĐỀ TÀI 26

3.1 Phần Nguồn: 26

3.1.1 Nguồn thường trực: 26

3.1.2 Nguồn dự phòng: 27

3.2 SWITCH SẠC 28

3.3 Ổn áp nguồn cho hệ thống 30

3.4 Mạch điều khiển động cơ L298 31

3.5 Hệ thống truyền động cơ khí 32

3.6 Vi xử lý và lập trình Arduino UNO R3 34

3.6.1 Kết nối Arduino với Module RC-522, mắt thu hồng ngoại, Led báo, Còi 34

3.6.2 Kết nối tất cả các thành phần 35

3.6.3 Chương trình điều khiển 38

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 41

4.1 Kết quả 41

4.2 Kết luận 44

4.3 Hướng phát triển 45

PHỤ LỤC: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG 46

Sử dụng thẻ RFID và NFC 46

Sử dụng Smartphone có NFC 46

Sử dụng Remote IR 46

Sử dụng bằng tay 46

Những sự cố có thể gặp phải 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ

Hình 2.1 Arduino UNO R3 12

Hình 2.2 Phần mềm lập trình Arduino Arduino IDE 14

Hình 2.3 Module RC-522 17

Hình 2.4 Mắt thu hồng ngoại 18

Hình 2.5 IC L298 18

Hình 2.6 Động cơ giảm tốc GB37-520 19

Hình 2.7 Cầu chỉnh lưu KBP307 19

Hình 2.8 Transistor TIP 42C 20

Hình 2.9 Transistor A1013 20

Hình 2.10 Transistor C2383 21

Hình 2.11 IC 7809 21

Hình 2.12 Cầu chì 0.5Ampe 21

Hình 2.13 Relay 5Volt 22

Hình 2.14 Diode 22

Hình 2.15 Biến áp 12Volt 3Ampe 23

Hình 2.16 Pin sạc 18650 23

Hình 2.17 Then khóa cửa thực tế 24

Hình 2.18 Kích thước then khóa cửa 24

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 26

Hình 3.2 Mạch chỉnh lưu 26

Hình 3.3 Nguồn dự phòng 27

Hình 3.4 SWITCH SẠC 28

Hình 3.5 Mạch ổn áp 7809 30

Hình 3.6 Mạch điều khiển động cơ L298 31

Hình 3.7 Mô phỏng cấu cấu truyền động 32

Hình 3.8 Kích thước then cửa thực tế 33

Hình 3.9 Arduino UNO R3 34

Hình 3.10 Board 36

Hình 3.11 MẠCH IN 37

Hình 3.12 Sơ đồ bố trí linh kiện 37

Sơ đồ 3.13 Sơ đồ khối chương trình chính 38

Sơ đồ 3.14 Sơ đồ khối chương trình con : SẠC PIN 40

Hình 4.1 Thí nghiệm 41

Hình 4.2 Mặt dưới Board 42

Hình 4.3 Mặt trên Board 42

Hình 4.4 Board hoàn chỉnh 43

Hình 4.5 Hệ thống hoàn chỉnh 43

Hình 4.6 Mô hình 44

Hình 4.7 Module thẻ nhớ, thời gian thực, Ethernet Shield 45

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài:

Ở các thành phố lớn, khu vực tập trung đông đúc công nhân, học sinh – sinh viên, người lao động như thành phố Hồ Chí Minh, tình hình trộm cắp nhiều; các khu trọ sinh viên, người lao động thu nhập thấp thường xuyên xảy ra trộm cắp, gây ảnh hưởng đến tài sản, sức khỏe và tính mạng cho con người

Phòng trọ bình dân hiện tại thường được thuê sử dụng với nhiều người với các công việc, giờ giấc sinh hoạt khác nhau, đi – về và khóa-mở cửa gây bất tiện cho các thành viên khác

Hiện nay, trên thị trường vẫn có một số loại khóa tự động như khóa chốt từ, giao tiếp bằng vân tay, remote RF, mật mã….nhưng thiết cứng cáp và các hình thức giao tiếp không phù hợp với cửa phòng trọ bình dân Các module nhận dạng vân tay, mật mã phải

để trực tiếp bên ngoài cửa nên rủi ro bị nghịch phá là rất cao, remote RF thì bảo mật thấp

và phải sử dụng nguồn nuôi

Công nghệ giao tiếp chạm RFID, NFC đang là xu hướng phát triển của nhiều thiết

bị thông minh hiện nay như điện thoại thông minh, đồng hồ thông minh, nhẫn thông minh…

Từ những nguyên nhân tiêu biểu trên, sự ra đời một hệ thống khóa cửa thông minh

và giải quyết các vấn đề trên là vô cùng cấp thiết

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

 Giúp sinh viên tiếp cận và nghiên cứu về vi điều khiển và dòng Arduino: tiếp cận và sử dụng Arduino, nghiên cứu lập trình Arduino về RFID, IR…

 Tự thiết kế hệ thống truyền động cơ khí đơn giản: tạo ra hệ thống truyền động

cơ khí trên cơ sở kiến thức lý thuyết đã học

 Giúp bảo vệ tài sản, sức khỏe và tính mạnh con người

 Thuận tiện trong cuộc sống hàng ngày

1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài

- Giúp các đối tượng đang sinh sống tại các phòng trọ hay nhà ở có dạng như phòng trọ có hệ thống khóa cửa an toàn, tiện lợi, dễ sử dụng Các phòng trọ có nhiều thành viên với nhiều giờ giấc đi về phòng khác nhau có thể chủ động khóa, mở cửa mà không phiền đến thành viên khác

- Làm mô hình đơn giản về hệ thống truyền động cơ khí và sử dụng Arduino cũng như Module đọc thẻ RFID RC-522 phục vụ cho việc giảng dạy tại khoa

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu

 Nghiên cứu sử smartphone có hỗ trợ NFC để mô phỏng thẻ RFID

 Nghiên cứu điều khiển linh kiện bán dẫn phổ thông để đóng-ngắt dòng điện

 Nghiên cứu, tính toán chọn bánh răng, thanh răng, độ dài hành trình và thời gian thực hiện hành trình khóa-mở khóa

1.5 Phương pháp nghiên cứu

 Tham khảo các sách chuyên đề Arduino

 Tìm kiếm và tham khảo các chương trình trên Internet

 Tìm kiếm và tham khảo các mô hình có cùng chức năng

 Thực nghiệm và đo đạc, tính toán nhiều lần để hoàn thiện

1.6 Kết cấu của đề tài

Nội dung đề tài gồm 4 CHƯƠNG:

 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

Giới thiệu tổng quan về đề tài

 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN

Liệt kê các thiết bị, linh kiện sử dụng trong nghiên cứu đề tài và các thông số

kỹ thuật, tính chất, nguyên lý hoạt động của nhà sản xuất của thiết bị, linh kiện Đưa ra các cơ sở thực tiễn nghiên cứu

 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ĐỀ TÀI

Trình bày các tính toán, sơ đồ, thiết kế, nghiên cứu và thi công đề tài

 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN

Tổng kết đề tài Kết quả của đề tài và hướng phát triển đề tài

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN

2.1 Cơ sở lý luận:

2.1.1 Vi xử lý Arduino UNO R3

Hình 2.1 Arduino UNO R3

Arduino Uno được xây dựng với phần nhân là vi điều khiển ATmega328P sử dụng thạch anh có chu kì dao động là 16 MHz Với vi điều khiển này, ta có tổng cộng 14 pin (ngõ) ra / vào được đánh số từ 0 tới 13 (trong đó có 6 pin PWM, được đánh dấu ~ trước mã số của

pin) Song song đó, ta có thêm 6 pin nhận tín hiệu analog được đánh kí hiệu từ A0 - A5, 6 pin này cũng có thể sử dụng được như các pin ra / vào bình thường (như pin 0 - 13) Ở

các pin được đề cập, pin 13 là pin đặc biệt vì nối trực tiếp với LED trạng thái trên board

Trên board còn có 1 nút reset, 1 ngõ kết nối với máy tính qua cổng USB và 1 ngõ cấp nguồn sử dụng jack 2.1mm lấy năng lượng trực tiếp từ AC-DC adapter hay thông qua ắc-quy nguồn

 GND (Ground): cực âm của Arduino UNO Khi dùng các thiết bị sử dụng những

nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau

 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA

 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA

 Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, nối cực dương của

nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

 IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở

chân này

 RESET: Việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với

việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive –

RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này

 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép xuất ra xung PWM với độ phân

giải 8bit (giá trị từ 0 → 28

-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite()

 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các chức

năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác

 LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút

Reset, sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210

-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên board, có

thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog

Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác

Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:

 Flash Memory: bộ nhớ có thể ghi được, dữ liệu không bị mất ngay cả khi tắt điện

Về vai trò, ta có thể hình dung bộ nhớ này như ổ cứng để chứa dữ liệu trên board Chương trình được viết cho Arduino sẽ được lưu ở đây Kích thước của vùng nhớ này thông thường dựa vào vi điều khiển được sử dụng, ví dụ như ATmega8 có 8KB flash memory Loại bộ nhớ này có thể chịu được khoảng 10,000 lần ghi / xoá

 RAM: tương tự như RAM của máy tính, sẽ bị mất dữ liệu khi ngắt điện nhưng bù

lại tốc độ đọc ghi xoá rất nhanh Kích thước nhỏ hơn Flash Memory nhiều lần

 EEPROM: một dạng bộ nhớ tương tự như Flash Memory nhưng có chu kì ghi /

xoá cao hơn - khoảng 100,000 lần và có kích thước rất nhỏ Để đọc / ghi dữ liệu ta

có thể dùng thư viện EEPROM của Arduino

Để lập trình cho Arduino ta sử dụng phần mềm Arduino IDE

(Intergrated Development Environment)

Hình 2.2 Phần mềm lập trình Arduino Arduino IDE

Thông số kỹ thuật của Arduino board được tóm tắt trong bảng sau:

Digital I/O pin 14 (trong đó 6 pin có khả năng băm xung)

Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin 20 mA

Cường độ dòng điện trên mỗi 3.3V pin 50 mA

2.1.2 Module RC-522

Hình 2.3 Module RC-522

Thông số kĩ thuật RFID RC522:

Điện áp hoạt động: 3.3V 13-26mA

Dòng tiêu thụ ở chế độ Stand by: 3.3V 10-13mA

Sleep-mode: <80uA

Tải tối đa: 30mA

Tần số hoạt động: 13.56Mhz

Khoảng cách đọc: 0 - 60mm

Giao thức truyền thông: SPI

Tốc độ dữ liệu tối đa: 10Mbit / s

Kích thước: 40 x 60 mm

Nhiệt độ hoạt động: -20 đến 80 ° C

Độ ẩm hoạt động: 5% -95%Tốc độ cao SPI: 10Mbit / s

HỖ TRỢ ISO / IEC 14443A / MIFARE

Chân kết nối:

1: SDA(CS)-Chân lựa chọn chip khi giao tiếp SPI( Kích hoạt ở mức thấp)

2: SCK-Chân xung trong chế độ SPI

3: MOSI(SDI)-Master Data Out- Slave In trong chế độ giao tiếp SPI

4: MISO(SDO)-Master Data In- Slave Out trong chế độ giao tiếp SPI

5: IRQ - Chân ngắt

6: GND - Chân mass

7: RST - Chân reset module

8: 3V3 – chân cấp nguồn 3V3

IC L298 là IC tích hợp 2 mạch cầu H thường được dùng để điều khiển động cơ DC, động cơ bước… Nó có tất cả 15 chân để điều khiển tối đa 2 động cơ DC :

4 chân tín hiệu vào INPUT 1, INPUT 2, INPUT 3, INPUT 4 (5, 7, 10, 12);

4 chân gõ ra OUTPUT 1, OUTPUT 2, OUTPUT 3, OUTPUT 4 (2, 3, 13, 14);

Chân GND (8),

Chân cấp nguồn nuôi IC Vss (9);

Chân cấp nguồn cho gõ ra Vs (4); 2 chân EN A và EN B gõ vào cho phép xuất tín hiệu gõ ra nếu ở mức cao (1) và ngược lại khi ở mức thấp (0);

Diode cầu 3A 700V KBP307 là diode

chỉnh lưu có cấu tạo gồm 4 diode được

đóng gói trong một gói duy nhất, gồm 4

chân, được thiết kế với vỏ nhôm, tản

nhiệt tốt Dùng để chuyển đổi điện áp

Transistor C2383 là transistor thuộc loại transistor NPN

C2383 có Uc cực đại = 160V

Dòng Ic cực đại = 1A

Hệ số khuếch đại hFE của C2383 trong khoảng 60 đến 320

Thứ tự các chân từ trái qua phải: E C B

2.1.11 Relay 5Volt 5Pin

Diode là một loại linh kiện bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều

mà không theo chiều ngƣợc lại

2.1.13 Biến áp 220VAC – 15VAC 3Ampe

Điện áp vào: 220 VAC