mạch khóa số điện tử sử dụng PIC 16f877

Trường ĐHBK Đà Nẵng--Khoa ĐTVT --- Đồ án chuyên ngành Điện tử Trước nhu cầu đó khóa số bằng điện tử là một giải pháp dùng để bảo mật rất hiệu quả và tiện lợi.. Trường ĐHBK Đà Nẵng--Khoa

Trang 1

Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT - Đồ án chuyên ngành Điện tử

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Đà Nẵng, Ngày Tháng Năm 20

Giáo Viên hướng dẫn

Trang 2

Nhận xét của giáo viên chấm

Đà Nẵng, Ngày Tháng Năm 20

Giáo Viên hướng dẫn

Trang 3

CHƯƠNG 1 : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 9

1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ: 9

1.2.GIỚI THIỆU HỆ THỐNG KHÓA SỐ 11

1.3.CÁC GIẢI PHÁP VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH BÀI TOÁN 16

1.3.1.Phân Tích Và Lựa Chọn Phương Án 16

1.3.2.Xác Định Bài Toán Và Giới Hạn Của Đề Tài 18

CHƯƠNG 2 :THIẾT KẾ HỆ THỐNG 19

2.1 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG THỂ CỦA HỆ THỐNG 19

2.2 SƠ ĐỒ CALL GRAPH 20

2.3 SƠ ĐỒ ĐẶC TẢ CỦA HỆ THỐNG 21

2.4 CÁC MODUL TRONG HỆ THỐNG 23

Trang 4

2.4.1 Khối Điều Khiển Trung Tâm 24

2.4.2 Khối Hiển Thị 27

2.4.3 Khối Bàn Phím 29

2.4.4 Khối Khuếch Đại, Động Cơ Và Báo Động 30

2.4.5 Khối Nguồn 33

2.5 LỰA CHỌN LINH KIỆN 34

2.5.1 KHỐI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877a 34

Trang 5

2.5.5.Động cơ 66

2.5.6 Khối Nguồn 67

2.6.SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH 70

2.7.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH 71

2.8.SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 72

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG 73

3.1 CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM 73

3.2 CHƯƠNG TRÌNH QUÉT PHÍM CƠ BẢN 74

3.3 CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH: 77

3.4 CHƯƠNG TRÌNH KIỂM TRA 82

3.5 CHƯƠNG TRÌNH BÁO ĐỘNG 84

Trang 6

ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 87

HƯỚNG PHÁT TRIỂN 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

Trang 7

Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ Nó đã đáp ứng được những nhu cầu cần thiết trong hoạt động đời sống hằng ngày.Một trong những nhu cầu đó là vấn đề bảo mật Mỗi một cá nhân, một gia đình, hay một cơ quan đều có các vấn đề cần được bảo mật Và để bảo mật được thì phải có một hệ thống bảo mật

Trang 8

Trước nhu cầu đó khóa số bằng điện tử là một giải pháp dùng để bảo mật rất hiệu quả

và tiện lợi

Ngoài ra do nhu cầu ứng dụng lý thuyết đã học ở trường vào trong cuộc sống

nên chúng em đã chọn đề tài “khoá số” để làm đồ án môn học.

Sau một thời gian học tập và rèn luyện, với sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo

Huỳnh Thanh Tùng cùng sự trợ giúp của các bạn trong nhóm và các tài liệu có liên

quan,chúng em đã hoàn thành xong đề tài

Đồ án đã hoàn thành xong, nhưng không thể tránh nhiều thiếu sót mong thầy cô giáo thông cảm và chỉ bảo thêm để đề tài có thể ứng dụng rộng rãi trong thực tế

Trang 9

CHƯƠNG 1 : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ:

Với mỗi gia đình, cơ qua, xí nghiệp, trường học hay bất cứ nơi đâu, để bảo vệ tài sản trong phòng Trên mỗi cánh cửa ra vào được trang bị thêm chiếc khóa Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại khóa cửa nhưng hầu như đều là khóa cơ khí, các

Trang 10

khóa cơ khí này gặp vấn đề lớn đó là tính bảo mật của các khóa này không cao, nên

dễ dàng bị phá khóa bởi các chìa khóa đa năng

Khóa số nói chung là loại khóa để bảo vệ thiết bị, tài sản….mà khi muốn mở

ra thì phải tác động đến số mà ta cài đặt trước có 2 loại khóa số cơ bản hiện nay trên thị trường có đó là khóa số cơ khí và khóa số điện tử

- Khóa số cơ khí : khi mở khóa hay khóa lại thì ta phải xoay các vòng số trên khóa sao cho một dãy các số nào đó cùng hợp với nhau thì mở được khóa

- Khóa số điện tử : khi mở khóa thì ta phải nhập đúng mật khẩu là một dãy các số liên tiếp nhau, nếu nhập đúng các dãy số đó thì mở được khóa

Nhìn chung thì khóa số điện tử sẽ có nhiều ký tự, nhiều mã số để cài đặt hơn, cũng như độ dài của mã số sẽ dài hơn Vì vậy tính bảo mật của khóa số điện tử cũng

Trang 11

người dùng, hiển thị các thông báo về nhập mật khẩu, cảnh báo, thay đổi mật khẩu khiến người dùng dễ sử dụng hơn

1.2 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG KHÓA SỐ.

Trên thị trường hiện nay có bán rất nhiều loại khóa số điện tử Hầu hết các loại khóa điện tử đó đều có tính nắng đổi mật mã, cảnh báo Nhưng lại không có tính năng giao diện người dùng bằng màn hình LCD khiến người dùng khó sử dụng các sản phẩm đó Thiết bị mà bộ khóa số trên thị trường điều khiển chủ yếu là Roler để đóng,

Trang 12

năng khoá bằng chìa Chìa của loại này cũng đặc biệt hơn các loại thông thường, nó được làm 4 cạnh, khó làm giả như các loại khoá 2 cạnh

Khoá kỹ thuật số còn có loại mở bằng dấu vân Loại khoá này có thể đăng ký được 25 hoặc 40 vân tay khác nhau Như vậy bạn có thể lưu lại rất nhiều vân tay của mọi người trong gia đình vào bộ nhớ của khoá Khi cho đúng các vân tay có lưu trong

bộ nhớ thì cửa sẽ được mở Phần lớn loại này không sử dụng chìa nữa

Trang 13

Trang 14

Trang 15

Hình 1.1: khóa số trên thị trường không có giao diện người dùng

Một số loại trên thị trường đã có giao diện người dùng qua những màn hình LCD 16x2 để hiển thị thông tin tới người dùng Như vậy thì dễ sử dụng hơn các loại khác

Trang 16

Hình 1.2: khóa số đã trang bị màn hình LCD giao diện người dùng.

1.3 CÁC GIẢI PHÁP VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH BÀI TOÁN

1.3.1 Phân Tích Và Lựa Chọn Phương Án

a Yêu cầu của hệ thống:

Qua tham khảo các sản phẩm khóa số trên thị trường thì yêu cầu của một bộ sản phẩm khóa số thông thường:

- Dạo diện người dung dễ sử dụng

- Mật khẩu có độ dài đảm bảo tính bảo mật cao

Trang 17

b Lựa chọn phương án

Với yêu cầu về tính năng như trên, chúng em chọn các thiết bị chính:

- Vi điều khiển 16f877 với bộ nhớ eeprom có khả lưu trữ dữ liệu ngay cả khi mất điện

- Màn hình LCD 16x2 với mục đích hiển thị thông tin, giao tiếp vi điều khiển với người dùng

- Bàn phím 16 phím có các phím số và phím chức năng đưa đầu vào là mật khẩu, các lệnh đóng mơ cửa tới vi điều khiển

- Động cơ để kéo cánh cửa đóng và mở Với đề tài này có yêu cầu sản phẩm

mô phỏng thực tế, chúng tôi chọn động cơ một chiều công suất nhỏ

- Nguồn dự trữ khi mất điện là nguồn acquy

Trang 18

1.3.2 Xác Định Bài Toán Và Giới Hạn Của Đề Tài

a Xác Định Bài Toán

Điểm quan trọng nhất của chương trình khóa số là thuật toán quét phím, sau đó là lưu và thay đổi mật mã trên eeprom Còn một số phần khác là hiển thị thông tin ra LCD thì có các lệnh hỗ chợ nên không phức tạp cuối cùng là đưa tín hiệu ra để điều khiển thiết bị là khóa cửa

Vì vậy bài toán chính là ta cần quan tâm là :

- Thuật toán quét phím

- Quá trình lưu mật mã trong eeprom và thay đổi eeprom

Trang 19

- Thông thường hệ thống giao diện với người dùng để ở bên ngoài, nên phải

an toàn, tránh được những tác động của ngoại cảnh

- Chi phí của bộ sản phẩm (không có động cơ) không quá 500.000vnđ

- Chịu được quá tải tải khi gặp chướng ngại vật trong thời gian dài

- Áp dụng để điều khiển động cơ có công suất nhỏ

CHƯƠNG 2 :THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.1 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG THỂ CỦA HỆ THỐNG

Hình 2.1: sơ đồ khối khóa số cơ bản.

Khối giao tiếp và

hiển thị thông tin

Khối điều khiển Thiết bị chấp

hành

Trang 20

Khối giao tiếp và hiển thị thông tin : dùng để đưa tín hiệu, thông số tới khối điều khiển

Khối điều khiển tiếp nhận các thông tin, và xử lý các thông tin đó Xuất tín hiệu

để điều khiển các thiết bị khác

Thiết bị chấp hành ở đây có thể là động cơ, có thể là rơle để điều khiển thiết bị chính là cửa hoặc khóa

2.2 SƠ ĐỒ CALL GRAPH

Controller software

Giao Tiếp

LCD

Chương Trình Báo Động

Trang 21

Hình 2.2 : sơ đồ Call graph giữa phần cứng và phần mềm

Khóa Cửa

Mở Cửa

Báo Động

Nhập Mật

Mã Cũ

Mật Mã

Trang 22

Trang 23

Hình 2.3: sơ đồ đặc tả của hệ thống

2.4 CÁC MODUL TRONG HỆ THỐNG

Vi Điều Khiển PIC 16F877a Báo Động

Tín Hiệu

Bàn Phím Ma Trận 4x4 Khối Nguồn

Màn Hình Hiển Thị LCD

Trang 24

Hình 2.4 : Sơ đồ khối các Modul trong hệ thống

2.4.1 Khối Điều Khiển Trung Tâm

Trang 25

Trang 26

Hình 2.5 : Khối vi điều khiển

Khối vi điều khiển sử dụng vi điều khiển Pic16F877A, nó đóng vai trò hết sức quan trọng trong hệ thống để điều khiển hệ thống khóa số Khối VĐK bao gồm mạch tạo dao động thạch anh, mạch Reset để reset hệ thống lại trạng thái ban đầu Các chân của VĐK sẽ được kết nối với các khối khác như động cơ, bàn phím, khối hiển thị Lưu trữ mật khẩu qua bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ ngay khi mất điện Toàn bộ dữ liệu mà ta thiết kế để điều khiển hệ thống khóa số đều được chứa trong bộ nhớ của VĐK

Trang 27

2.4.2 Khối Hiển Thị

Khối hiển thị chính là màn hình hiển thị LCD 16x2

Trang 28

Trang 29

Trang 30

Nguyên lý hoạt động của việc quét phím chính là cho các cột bằng 1 và lần lượt các chân nối vơi hàng mức 0 Rồi kiểm tra xem có cột nào bằng 0 hay không, nếu cột nào bằng 0 trong thời điểm một hàng bằng 0 thì phát hiện ra phím đó được bấm

2.4.4 Khối Khuếch Đại, Động Cơ Và Báo Động

Hệ thống báo động: cảnh báo khi nhập sai mật khẩu quá 3 lần Thông qua hệ thống chông báo động

Trang 31

Hình 2.8 : chuông báo động

Trang 32

Bộ khuếch đại tín hiệu và mạch cầu H :dùng để đưa tín hiệu điều khiển động cơ

Trang 33

Trang 34

2.5 LỰA CHỌN LINH KIỆN

2.5.1 KHỐI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877a

a Đặc điểm pic 16f877a:

• Công nghệ CMOS có đặc tính : công suất thấp, công nghệ bộ nhớ Flash/EEPROM tốc độ cao Điện áp hoạt động từ 2V đến 5,5V và tiêu tốn năng nượng thấp phù hợp với nhiệt độ làm việc trong công nghiệp và trong thương mại

• Tốc độ hoạt động :

- DC – 20MHz ngõ vào xung clock

- DC – 200ns chu kỳ lệnh

Trang 35

o Bộ nhớ EEPROM có thể lưu giữ dữ liệu hơn 40 năm và

có thể tự lập trình lại được dưới sự điều khiển của phần mềm

• Số chân : 40 pins 5 cổng vào ra số RA,RB,RC,RD,RE

Trang 36

Trang 37

b Các công vào ra của PIC 16F877a:

Việc điều khiển các cổng vào ra của pic dựa trên việc điều khiển các File thanh ghi Vì trong đề tài chỉ sử dụng 3 cổng vào ra là PORTB, PORTC, PORTD nên chúng tôi xin đưa ra đặc điểm của các chân

 PORTB và thanh ghi TRISB:

Portb (RPB) gồm 8 pin I/O thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISB Bên cạnh đó một số chân của PORTB còn được sử dụng trong quá trình nạp chường trình cho vi điều khiển với các chế độ nào khác nhau PORTB còn liên quan dến ngắt ngoại vi và bộ Timer0 PORTB còn được tích hợp chức năng điện trở kéo lên được điều khiển bởi chương trình

Ba chân của PORTB được đa hợp với mạch điện gỡ rối bên trong và chức năng lập trình điện áp thấp RB3/PGM, RB6/PGC và RB7PGD

Mỗi chân của PORTB có điện trở kéo lên Bit điều khiển RBPU (OPTION_REG<7>) =0 thì có thể mở tất cả các điện trở kéo lên khi portb được thiết

Trang 38

lập là ngõ ra thì sẽ tự động ngắt chức năng điện trở kéo lên , cũng tương tự khi CPU

bị reset lúc mới cấp điện

Bốn chân của portb RB4:RB7 có cấu chúc ngắt thay đổi, chỉ có những chân được thiết lập ở cấu hình là ngõ vào thì mới có chức năng ngắt các chân ngõ vào là (RB4:RB7) được so sánh với giá trị cũ đã được chốt trong lần đọc trước của portb Các ngõ ra không trùng nhau của các chân RB4:RB7 được OR lại với nhau để tao ra ngắt ở PORTB với bít cờ báo ngắt RBIF<INTCON<0>>

Ngắt này có thể kích hoạt vi điều khiển trở lại trạng thái hoạt động khi nó đang

ở chế độ SLEEP Trong chương trình phục vụ ngắt thì người dùng có thể xóa ngắt bằng các cách khác nhau:

Trang 39

Điều kiện không tương thích sẽ tiếp tục làm cờ báo ngắt RBIF bằng 1 Khi đọc PORTB sẽ chấm dứt điều kiện không tương thích và cho phép xóa bít cờ báo ngắt RBIF

Cấu trúc ngắt thay đổi dùng để thoát khỏi chế độ nghỉ khi có nhấn phím và các hoạt động mà PORTB chỉ được dùng cho cấu trúc thay đổi ngắt

 PORTC và thanh ghi TRISC:

PORTC là port 2 chiều 8 bít Thanh ghi định hướng là TRISC Khi bit TRISC=1 thì portc là nhập, khi TRISC=0 thì portc là xuất

Portc được đa hợp với vài chức năng ngoại vi Các chân của portc có mạch đệm Schmit Trigger ở ngõ vào Khi khối I2C được cho phép thì các chân PORTC (3,4) có thể được định cấu hình ở các mức I2C hoặc mức SMBUS bằng cách sử dụng bít CKE (SSPSTAT<6>)

Khi cho phép chức năng ngoại vi, nên chú ý đến các bít TRIS cho mỗi chân của PORTC Một vài thiết bị ngoại vi ghi lên bít TRIS để làm một chân như là 1 ngõ

Trang 40

Khi ghi đè bít TRIS thì không ảnh hưởng đến các thiets bị đã cho phép, các kệnh đọc – hiệu chỉnh – ghi (BSF,BCF,XORWF) với TRISC là đích đến phải tránh dùng Người sử dụng tham chiếu tới phần thiết bị ngoại vi tướng ứng để thiếp lập cho đúng bít TRIS

 PORTD và thanh ghi TRISD:

PORTD là port 8 bít với ngõ vào có mạch Schmitt Trigger Mỗi chân có thể được cấu hình độc lập là ngõ vào hoặc ngõ ra PORTD có thể định cấu hình như là port của vi sử lũ 8 bít bằng cách thiết lập bít điều khiển PSPMODE(TRISE<4>) Trong mode này thì các bộ đến ngõ vào dạng TTL PORTD và TRISD không được

Trang 41

Hai BANK thanh ghi : BANK 0 và BANK 1 thuộc địa chỉ từ 0x5 đến 0x09 là địa chỉ của PORTA đến PORTE dùng để xuất nhập dữ liệu địa chỉ từ 0x85 đến 0x89

là địa chỉ của các thanh ghi định hướng TRISA đến TRISE

Khi chọn BANK thanh ghi ta thiết lập các giá trị của RP0 và RP1 thuộc thanh ghi STATUS như sau:

• Bank 0 : RP0=0, RP1=0

• Bank 1 : RP0=1, RP1=0

• Bank 2 : RP0=0, RP1=1

• Bank 3 : RP0=1, RP1=1

Định dạng
Số trang	92
Dung lượng	1,63 MB