Báo cáo vi điều khiển đề tài khóa cửa điện tử

LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay với sự phát triển của xã hội hiện đại ai trong số chúng ta cũng cần những thiết bị bảo vệ tài sản trong nhà như khoá cửa, thiết bị cảnh báo chống trộm hay camera nhưn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CẦN THƠ 

KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ

-››&š› -BÁO CÁO VI ĐIỀU KHIỂN

ĐỀ TÀI KHÓA CỬA ĐIỆN TỬ   

Cần Thơ, Tháng 10 năm 2023

ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

MỤC TIÊU MỤC TIÊU

ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN

MỤC TIÊU

LỜI MỞ ĐẦU

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

YÊU CẦU CHUNG VÀ CÁC CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG

PHƯƠNG ÁN VÀ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

LINH KIỆN SỬ DỤNG

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

1.2 MỤC TIÊU VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA NGHIÊN CỨU

1.3 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHÓA HIỆN NAY

1.3.1 Khóa bấm-khóa chốt

1.3.2 Khóa cửa tay nắm tròn

1.3.3 Khóa cơ cửa cuốn

1.3.4 Khóa cửa điện tử

1.4 TỔNG KẾT CHƯƠNG 1

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT ARDUINO

2.1 Khái niệm

2.2 Lịch sử ra đời

2.3 Kiến trúc phần cứng arduino

2.4 Thiết kế nguồn

2.4.1 Thiết kế mạch dao động

2.4.2 Thiết kế mạch reset

2.4.3 Thiết kế mạch giao tiếp vs máy tính

2.5 Môi trường phát triển phần mềm arduino

2.6 Tổng kết chương 2

CHƯƠNG 3 : PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.1 Sơ đồ khối của hệ thống

3.2 Thiết kế phần cứng

3.2.1 Arduino Uno R3

3.2.2 Giới thiệu về module bàn phím ma trận 4x4

3.2.3 Giới thiệu về MH LCD 16X2

3.2.4 Giới thiệu về mạch chuyển đổi i2c

3.3 Thiết kế phần mềm

3.3.1 Sơ đồ tổng quát

3.3.2 Đặc tả

3.3.3 Sơ đồ thuật toán

3.3.4 Mô tả quy trình

3.4 Kết quả thực nghiệm

3.4.1 Chương trình Arduino

3.4.2 Mô hình thử nghiệm

3.5 Kết quả thử nghiệm

CHƯƠNG 4 : TỔNG KẾT CHƯƠNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI MỞ ĐẦU

 Ngày nay với sự phát triển của xã hội hiện đại ai trong số chúng ta cũng cần

những thiết bị bảo vệ tài sản trong nhà như khoá cửa, thiết bị cảnh báo chống trộm hay camera nhưng có lẽ thiết bị được sử dụng nhiều nhất vẫn chính là khoá cửa Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại khoá của nhưng hầu hết là khoá cơ khí, các khoá cơ  khí này gặp vấn đề lớn đó là tính bảo mật của các loại khoá này là không cao, nên dễ dàng bị phá bởi các chìa khoá đa năng

Đa số khoá kỹ thuật số đang có bán trên thị trường đều có giá bán khá cao và

chủ yếu là loại khoá tay nắm ta thường thấy trong khách sạn hoặc các căn hộ chung

cư Khoá sử dụng phương pháp cài đặt mã số để khoá hoặc mở và người sử dụng có thể cài đặt số bất kỳ Hệ thống số của khoá được thiết kế bằng các phim bấm số nên khả tiện lợi khi sử dụng Bên cạnh loại chỉ có một chức năng khoá bằng mã số, còn có loại kèm theo chứ năng khoá bằng thẻ Nếu như bạn trót quên mã số thì có thể dùng thẻ đề mở khoá

Vì vậy để nâng cao yêu cầu về tính bảo mật để bảo vệ tài sản và giao diện trực

quan dễ sử dụng Nhóm chúng em đã quyết định thực hiện đề tài thiết kế “Hệ thống khóa cửa thông minh”

Để thực hiện được báo cáo này nhóm đã sử dụng phần cứng là board Arduino

Uno đã nạp sẵn chương trình, kết hợp với thiết bị khoá bằng mật khẩu, vân tay và thẻ chip RFID (Radio Frequency Identification)

 Nội dung của báo cáo này gồm các phần:

Chương 1 : Tổng quan về đề tài

Chương 2 : Cơ sở thuyết Arduino

Chương 3 : Phân tích và thiết kế hệ thống

Chương 4 : Tổng kết chương và hướng phát triển

Trong quá trình làm báo cáo, do trình độ chuyên môn còn hạn chế và điều kiện không thuận lợi nên không thể tránh khỏi những sai sót, rất mong được sự đóng góp của thầy và các bạn để báo cáo được hoàn thiện hơn

Chương 1: Tổng quan về đề tài

 Chương 2: Cơ sở lý thuyết Arduino

 Chương 3: Phân tích và thiết kế hệ thống

 Chương 4: Tổng kết chương và hướng phát triển

Chương 1: Tổng quan về đề tài

 Chương 2: Cơ sở lý thuyết Arduino

 Chương 3: Phân tích và thiết kế hệ thống

 Chương 4: Tổng kết chương và hướng phát triển

 Chương 1: Tổng quan về đề tài

 Chương 2: Cơ sở lý thuyết Arduino

 Chương 3: Phân tích và thiết kế hệ thống

 Chương 4: Tổng kết chương và hướng phát triển

TÓM TẮT ĐỀ TÀI Yêu cầu chung và chức năng của hệ thống

Yêu cầu chung :

Yêu cầu chung - Tính thực thi cao, có khả năng phát triển

- Đảm bảo về chất lượng, độ chính xác cao, làm việc lâu dài, bền bỉ

- Tiết kiệm chi phí, linh kiện dễ kiếm dễ sử dụng và dễ dàng thay thế

khi xảy ra sự cố

- Giảm thiểu chi phí, thời gian vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa

Chức năng của hệ thống :

 Chức năng: Hệ thống khóa cửa thông minh

- Mở bằng keypad

- Mở bằng thẻ từ RFID

- Mở bằng vân tay

Phương án và nhiệm vụ thiết kế

-Thực hiện mở khóa bằng 3 cách: mật khẩu, thẻ PFID và vân tay

-Có ma trận phím 4x4 chọn chức năng(mở khóa bằng mật khẩu ,vân tay, RFID, thay mật khẩu, thêm vân tay)

-Có thể thay đổi password và thêm vân tay với yêu cầu nhập đúng mật khẩu cũ -Hiển thị thông báo kết quả lên màn hình lcd 2 dòng

-Nếu mật khẩu, thẻ, vân tay đúng thì điều khiển mở khóa và thông báo thành công

ra màn hình LCD

-Khóa lại sau 5s

-Nếu quét thẻ RFID,vân tay sai quá 3 lần, hệ thống chuyển sang chế độ nhập mật khẩu

-Nếu mật khẩu sai thông báo ra màn hình LCD và đưa ra báo động (LED,LOA) -Nếu nhập sai mật khẩu quá 5 lần thì vô hiệu hóa thiết bị cho phép thực hiện mở khóa lại sau thời gian setup

Linh kiện sử dụng

Board Arduino uno R3

Breadboard

Module bàn phím ma trận 4x4

Màn hình LCD 16X2

Module chuyển đổi giao tiếp I2C

Module relay 5v:2 kênh

Khóa chốt điện từ 12v

Chương I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1 1 Đặt vấn đề:

Với sự phát triển của xã hội hiện đại những thiết bị bảo vệ tài sản trong nhà như

khoá cửa là một phần không thể thiếu Hầu hết trên thị trường hiện nay là khoá cơ khí,

các khoá cơ khí này gặp vấn đề lớn đó là tính bảo mật không cao, nên dễ dàng bị phá

 bởi các chìa khoá đa năng Phát triển, thiết kế “hệ thống khóa cửa điện tử” đóng vai

trò quan trọng

1.2 M ục tiêu và tính cấp thiết của nghiên cứu

Cùng với sự gia tăng phức tạp của các loại tội phạm (như ấu dâm, trộm cắp giết

người, lửa đảo bán hàng ) thì nhu cầu chọn một chiếc khóa an toàn, thông minh và có

thể bảo vệ trẻ em và tài sản ở các khu nhà riêng khỏi các hiểm họa trên đã làm cho nhu

cầu về những chiếc khóa điện tử tăng vọt Mặc dù giá đã giảm nhưng với thu nhập

 bình quân đầu người năm 2017 chỉ khoảng 2,200 USD (khoảng hơn 50 triệu đồng/năm

) thì việc đầu tư từ 7-15 triệu đồng vào một chiếc khóa cửa thông minh là một lựa chọn

rất khó khăn, trong khi đó các loại khóa phổ thông tuy rẻ nhưng lại cồng kềnh, khó bảo

quản (hay mất chìa khóa chẳng hạn), nếu chọn nhầm hàng chất lượng kém có thể gây

ra những hậu quả khôn lường Nhận thấy thực trạng về tình trạng an ninh hiện nay,

nhóm chúng em dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy cô cùng sự góp ý của các bạn,

anh/chị khóa trên thực hiện đề tài “hệ thống khóa thông minh” phù hợp nhu cầu của

người tiêu dùng

1.3 tổng quan về hệ thống khóa hiện nay

Trên thị trường Việt Nam hiện nay xuất hiện một số khóa cửa đơn giản do điều kiện tài chính của người dân và do nhu cầu bảo mật nhà cửa còn chưa quá cao nên chúng ta có thể thấy chúng tại bất kì đâu một số loại khóa như sau :

1.3.1 khóa bấm-khóa chốt

Khóa bấm là loại khóa có kích thước, hình dáng nhỏ vừa lòng bàn tay, có loại

 bám vào là sẽ khóa được hay cần phải có chìa khóa mới khóa được Đây là loại khóa

thường được sử dụng cho khóa cửa gỗ, khóa cửa sắt, cửa xếp Khóa bấm được chia

thành 2 loại khóa loại khóa bấm chống cắt và loại thông thường

Hình 1.khóa bấm Khóa chốt là loại khóa với khả năng chống trộm, tính bảo mật khá cao Đặc

điểm của khóa này là có then chốt ngang qua cầu khóa và vặn chìa khóa để rút chốt ra khỏi 2 cầu để mở khóa

Hình 2.khóa chốt 1.3.2 Khóa cửa tay nắm tròn

Khóa tay nắm tròn là loại khóa thưởng được lắp đặt cho cửa gỗ hay cửa nhôm

kính Chúng ta mở khóa bằng cách vặn quay phải hoặc quay trái để đóng vào mở ra

 Nó được thiết kế với bên trong cửa thường có 1 nút bấm hoặc bên trong là chỗ cắm

chìa khóa như bên ngoài

Hình 3.khóa cửa tay nắm tròn 1.3.3 K hóa cửa cuốn

Đối với khóa cơ cửa cuốn có rất nhiều chủng loại trên thị trường, khóa cửa cuốn

của Trung Quốc giá rẻ và được khách hàng sử dụng nhiều, tuy nhiên khi hỏng thì

không có đồ thay thế, việc sửa chữa các loại này khá phức tạp

Khóa cửa cuốn được thiết kế có khóa chốt ngang chừng, thường áp dụng cho

cửa cuốn tấm liền, có các mẫu khóa như khóa chìa răng cưa, chìa vi tính, khóa 4 cạnh Khi sử dụng chúng ta nên mở đúng chiều, đúng hướng, khi bị kẹt không nên cố

vặn sẽ bị gãy chìa

Hình 4.Khóa cửa cuốn 1.3.4 Khóa cửa điện tử 

1.3.4.1 khái niệm

Khóa cửa điện tử là loại khóa cửa hiện đại cao cấp, tính bảo mật, an toàn rất

cao Để mở cửa chúng ta sử dụng thẻ từ, mã số hoặc vân tay, thông thường được lắp đặt cho cửa gỗ hoặc cửa kính, cửa kính thủy lực

 Nó là loại khóa cửa tay gạt nhưng sử dụng phần mềm để khóa cửa và được mỹ

hóa bằng thẻ từ, mật khẩu, vẫn tay khi nhập đúng mật khẩu hay vẫn tay đúng chủ cửa

tự động mở ra

Khi sử dụng khóa cửa điện tử thường hay bị hết pin vì vậy chúng ta cần chú ý

kiểm tra hoặc bị loạn mã nếu ta bấm mã số nhiều lần không đúng

Đây là loại khóa cửa mới xuất hiện ở Việt Nam được hơn chục năm nhưng chưa được phổ biển lắm do giá thành cao, tuy nhiên những năm gần đây do thu nhập người dân tăng và kiến thức người dân ngày càng cao Loại cửa này đang dần được phổ biến

Hình 5.Khóa cửa điện tử

1.3.4.2 Cách thức hoạt động của khóa cửa điện tử

Khóa cửa điện tử hoạt động nhờ các bộ phận gọi là “bộ truyền động”, nó kết nối bu lông hoặc xi lanh với một động cơ nhỏ được chôn hoàn toàn bên trong cửa hoặc khung Động cơ được điều khiển bởi một xung điện, có thể được kích hoạt theo một số cách:

+ Bằng đầu đọc thẻ điện tử

+ Bằng bàn phím

+ Bằng bộ cảm biến điều khiển từ xa không dây

Dù bằng cách nào, khóa cửa điện tử được cấu hình để khởi động bộ truyền động động cơ chỉ khi

nó đã nhận đúng đầu vào điện tử Khóa được làm bằng hợp kim nhôm kẽm chịu được lực tác động mạnh Phần thân khóa gồm mặt trước khóa, mặt sau khóa và bộ phận chìm Mặt trước khóa được cấu tạo bởi mặt cảm biến vân tay, mặt cảm ứng mã số, thẻ từ, tay cầm mặt trước, nắp đậy chìa khóa cơ Mặt sau có nắp đậy pin, nơi chứa 4 pin khô AA, tay cầm mặt sau, chốt khóa trong, và phần chìm là nơi đặt các chốt, khóa cơ… Nhờ công nghệ sinh trắc học, phần cảm biến vân tay hiện đại hơn, nhạy hơn và độ chính xác cao hơn

Trên hầu hết các ổ khóa cửa điện tử,bạn sẽ tìm thấy sự kết hợp kiểm soát khóa vật lý và điện tử trên cùng một cánh cửa Ví dụ: bạn có thể có một chìa khóa để cài đặt và sao lưu khẩn cấp, nhưng bình thường có thể sử dụng điều khiển từ xa hoặc bàn phím để khóa và mở khóa cửa Điều này cung cấp thêm một lớp bảo mật thuận tiện và an toàn cho người dùng đồng thời cũng cung cấp thêm nhiều chức năng nữa

1.3.4.3 Ưu và nhược điểm của khóa cửa điện tử

Ưu điểm

Với khóa cửa điện tử, việc thay đổi mã số; thêm/xóa mã vân tay; hay thêm/ vô hiệu hóa mã thẻ

từ là việc đơn giản và nhanh chóng khi mà người dùng muốn Trong khi đó việc thay đổi phần cứng của khóa (ổ khóa cố định trên cánh cửa) mới là vấn đề lớn; đòi hỏi chi phí; thời gian; và thuê thợ chuyên nghiệp Mất điện không phải là vấn đề của khóa điện tử Vì hiện nay dòng khóa này sử dụng Pin để vận hành là chủ yếu

 Ngoài ra trên hầu hết các loại khóa điện tử nhưkhóa thẻ từ khách sạn; khóa cửa vân tay; khóa

mã số; bạn sẽ tìm thấy sự kết hợp giữa khóa cơ và khóa điện tử trên cùng một ổ khóa Như vậy  bạn có thể mở bằng chìa kim loại khi gặp trường hợp khẩn cấp Điều này cung cấp thêm một  phương thức mở khóa thuận tiện và an toàn cho người dùng

Với hệ thống tự động tinh vi, khóa cửa điện tử có thể được kiểm soát và giám sát từ xa Dù là hộ gia đình hay doanh nghiệp thì tính năng này cũng vô cùng quan trọng Các hệ thống có ứng dụng giám sát từ xa cho phép người dùng sử dụng điện thoại thông minh để mở khóa hoặc kiểm tra xem có ai ra vào nhà mình hay không Ở những trường hợp xấu nhất như hỏa hoạn mà gia chủ không có mặt ở nhà; thì có thể mở khóa từ xa để các lực lượng chức năng giải cứu ngôi nhà

Nhược điểm

Các loại khóa cơ truyền thống sử dụng chìa khóa kim loại thường hay xảy ra sự cố người dùng quên hoặc làm mất chìa khóa; khóa dùng lâu ngày nên các bộ phận han gỉ nên khóa bị giắt mỗi lần đóng/ mở Khóa cơ truyền thống cũng có nguy cơ bị “hack” bởi những trên trộm tinh ranh nhiều hơn khóa điện tử

Trong khi đó, người dùng khóa cửa điện tử cũng gặp phải một số trường hợp như làm mất thẻ từ

mở khóa, quên mã số, đầu ngón tay bị thương không thể dùng để quét mã vân tay

1.4 Tổng kết chương 1

Với tình hình nghiên cứu hiện nay cùng với tính cấp thiết của đề tài “mạch khóa cửa điện tử

’’được nghiên cứu và thực nghiệm để tìm ra giải pháp lựa chọn phù hợp với mọi người Nhóm chúng em thực hiện đề tài với cách thực hiện mở bằng mật khẩu