MẠCH ĐÓNG mở cửa DÙNG RFID DÙNG VI điều KHIỂN PIC16F (có code và layout)

MẠCH ĐÓNG mở cửa DÙNG RFID DÙNG VI điều KHIỂN PIC16F (có code và layout) MẠCH ĐÓNG mở cửa DÙNG RFID DÙNG VI điều KHIỂN PIC16F (có code và layout) MẠCH ĐÓNG mở cửa DÙNG RFID DÙNG VI điều KHIỂN PIC16F (có code và layout) MẠCH ĐÓNG mở cửa DÙNG RFID DÙNG VI điều KHIỂN PIC16F (có code và layout) MẠCH ĐÓNG mở cửa DÙNG RFID DÙNG VI điều KHIỂN PIC16F (có code và layout)

MẠCH ĐÓNG MỞ CỬA DÙNG RFID DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VI

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID 1

1.1 GIỚI THIỆU 1

1.1.1 Giới thiệu sơ lược về công nghệ RFID 1

1.1.2 Giới thiệu sơ lược về hoạt động mạch 1

1.2 HƯỚNG NGHIÊN CỨU 2

1.2.1 Đặt vấn đề 2

1.2.2 Mục đích nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2 MẠCH ĐÓNG MỞ CỬA DÙNG RFID 3

2.1 CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH 3

2.1.1 PIC16F887 3

2.1.2 Module RC522 5

2.1.3 LCD 7

2.1.4 IC LM7805 8

2.1.5 IC LM1117 9

2.1.6 Relay 9

2.1.7 Loa báo 10

2.2 GIỚI THIỆU VỀ MẠCH ĐÓNG MỞ CỬA BẰNG RFID 10

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH TỔNG QUÁT 11

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI 11

3.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ TỪNG KHỐI 12

3.2.1 Khối nguồn 12

3.2.2 Khối RFID 12

3.2.3 Khối vi điều khiển 13

3.2.4 Khối hiển thị 13

3.3.1 Sơ đồ giải thuật đọc mã thẻ RFID 15

3.3.2 Sơ đồ giải thuật của hệ thống cửa 16

3.4 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ TỔNG CỦA MẠCH 17

3.5 THIẾT KẾ PCB 18

CHƯƠNG 4 THI CÔNG PHẦN CỨNG VÀ THỰC NGHIỆM 20

4.1 THI CÔNG PHẦN CỨNG 20

4.2 THỰC NGHIỆM 21

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 23

5.1 KẾT QUẢ 23

5.2 ỨNG DỤNG 23

5.3 MỘT SỐ HẠN CHẾ 23

5.4 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 PHỤ LỤC A 25

Hình 2-2: Sơ đồ chân PIC16F887 [1] 4

Hình 2-3: Module RC522 [2] 5

Hình 2-4: Sơ đồ chân module RC522 [3] 6

Hình 2-5: Màn hình LCD 16x2 7

Hình 2-6: Sơ đồ chân LCD 16x2 [4] 7

Hình 2-7: IC LM7805 [5] 8

Hình 2-8: IC LM1117 [6] 9

Hình 2-9: Relay 5V [7] 9

Hình 2-10: Loa báo 10

Hình 2-11: Sơ đồ tổng quát của mạch đóng mở cửa bằng RFID 10

Hình 3-1: Sơ đồ khối của mạch 11

Hình 3-2: Khối nguồn 12

Hình 3-3: Khối RFID 12

Hình 3-4: Giao tiếp SPI [8] 13

Hình 3-5: Khối vi điều khiển 13

Hình 3-6: Khối hiển thị 13

Hình 3-7: Khối Relay 14

Hình 3-8: Khối loa báo 14

Hình 3-9: Sơ đồ giải thuật đọc mã thẻ 15

Hình 3-10: Mã thẻ 15

Hình 3-11: Sơ đồ giải thuật hệ thống cửa 16

Hình 3-12: Sơ đồ nguyên lí của mạch 17

Hình 3-13: Vẽ mạch in 18

Hình 3-14: Sơ đồ mạch in của hệ thống 19

Hình 4-1: Mạch thực tế 20

Hình 4-2: Cấp nguồn cho mạch 21

LCD Liquid Crystal Display

PCB Printed Circuit Board

PIC Programable Intelligent Computer

Vcc Voltage Colector to Colector

SPI Serial Peripheral Interface

NFC Near Field Communications

MOSI Master Out Slave In

MISO Master In Slave Out

RAM Random Access Memory

I2C Inter Intergrated Circuit

USART Universal Synchronous and Asynchronous SerialADC Analog to Digital Converter

DC Direct Current

IRQ Interrupt Request

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID

1.1 Giới thiệu

Mạch đóng mở cửa bằng công nghệ RFID là mạch được sử dụng rất phổ biến hiệnnay Mạch đóng mở cửa bằng công nghệ RFID có tính năng chỉ cho phép người cóthẻ RFID đúng với lập trình bên trong vi điều khiển mới được đóng mở cửa ra vào

Vì chỉ những ai có thẻ RFID đúng mới được mở cửa nên cửa sử dụng công nghệRFID có tính bảo mật rất cao Hiện nay đóng mở cửa bằng RFID được sử dụng phổbiến cho nhà thông minh, trường học, thư viện…

1.1.1 Giới thiệu sơ lược về công nghệ RFID

- Công nghệ RFID cho phép đầu đọc RFID đọc thông tin trong chip của thẻRFID ở khoảng cách xa (không quá lớn) mà không cần tiếp xúc với nhau vớiphương thức truyền nhận dữ liệu điểm - điểm

- RFID truyền không dây bằng sóng vô tuyến dữ liệu trong chip của thẻ RFIDđến đầu đọc RFID Đầu đọc sẽ nhận dữ liệu của thẻ và gửi về bộ điều khiển

để xử lí thông tin lấy từ chip

- Ngày nay dạng RFID thông dụng là dạng RFID bị động có nghĩa là thẻ RFIDkhông có nguồn riêng, các chip không tiếp xúc với đầu đọc thì không tíchđiện Thẻ hoạt động bằng cách dùng nguồn năng lượng truyền bởi sóng vôtuyến được gửi từ đầu đọc thẻ

1.1.2 Giới thiệu sơ lược về hoạt động mạch

- Giả sử trường hợp cửa đang đóng, người dùng muốn mở cửa phải quét thẻRFID đúng (thẻ có mã được lập trình trong vi điều khiển) lên module đọc thẻRFID thì lập tức cửa sẽ mở, đồng thời LCD hiện dòng chữ cho phép vào vàloa phát ra tiếng kêu nhỏ báo hiệu cửa mở Tương tự như vậy có trường hợpđóng cửa

- Nếu trường hợp đối tượng quét thẻ sai (thẻ có mã không được lập trình trong

vi điều khiển) thì cửa sẽ không mở, đồng thời LCD sẽ hiện lên dòng chữcảnh báo và loa phát ra tiếng kêu lớn và dài để báo thẻ sai

1.2 Hướng nghiên cứu

1.1.3 Đặt vấn đề

Qua phần giới thiệu sơ lược về mạch đóng mở cửa và công nghệ RFID thì chúng tacũng đã biết được hoạt động của nó như thế nào Ngày nay, cùng với sự phát triểncủa khoa học công nghệ và điện tử thì mạch đóng mở cửa bằng công nghệ RFID làmột tiện ích giúp đảm bảo an toàn cho nhà hay phòng ở Để giải quyết cho vấn đềtrên tôi xin giới thiệu mạch đóng mở cửa bằng công nghệ RFID cùng với một sốlinh kiện khác

1.1.4 Mục đích nghiên cứu

Mục đích của mạch đóng mở cửa là nghiên cứu về nguyên lý hoạt động của mạch,

vi điều khiển PIC16F887 cùng với một số linh kiện khác để phục vụ cho nhu cầucủa con người trong thời buổi ngày càng phát triển hiện nay Qua việc tìm hiểu, sinhviên đã được hệ thống lại các kiến thức đã được học tại trường Đại học Tôn ĐứcThắng, từ những kiến thức đã học sinh viên có thể áp dụng vào thực tế và nâng cao

về kiến thức chuyên môn cho bản thân

CHƯƠNG 2 MẠCH ĐÓNG MỞ CỬA DÙNG RFID

1.3 Các linh kiện dùng trong mạch

1.1.5 PIC16F887

Hình 2-1: PIC16F887

- PIC16F887 được sản xuất bởi công ty microchip, là dòng PIC được sử dụngkhá rộng rãi ở Việt Nam, thuộc họ vi điều khiển PIC16F Dòng PIC nàythuận lợi cho người mới làm quen với PIC có thể học tập và tìm hiểu nhằmtạo nền tảng lập trình vi điều khiển PIC

- Thông số kĩ thuật của PIC16F887:

 RAM 368 x 8 bytes, EEPROM 256 x 8 bytes

 8 kênh ADC 10 bit, giao tiếp (USART, I2C, SPI…)

 3 Timer: Timer 0, Timer 1, Timer 2

- Sơ đồ chân PIC16F887

Hình 2-2: Sơ đồ chân PIC16F887 [1]

 Chân 6: RA4 nhập xuất dữ liệu/xung clock cho Timer 0

 Chân 7: RA5 nhập xuất dữ liệu/ AN4 ngõ vào tương tự kênh số 4/chọn giaotiếp SPI

 Chân 8, 9, 10: RE0, RE1, RE2 nhập xuất dữ liệu/ AN5, AN6, AN7 ngõ vàotương tự

 Chân 11, 32: Nối Vcc

 Chân 12, 31: Nối GND

 Chân 13, 14: RA7, RA6 nhập xuất dữ liệu/ OSC1, OSC2 nối thạch anh

 Chân 15, 16, 17: RC0, RC1, RC2 nhập xuất dữ liệu/ dùng cho Timer 1

 Chân 18: RC3 nhập xuất dữ liệu/ SCK chế độ giao tiếp SPI

 Chân 19, 20, 21, 22, 27, 28, 29, 30: xuất nhập dữ liệu

 Chân 23, 24: RC4, RC5 xuất nhập dữ liệu/ SDI, SDO giao tiếp SPI

 Chân 25, 26: RC6, RC7 xuất nhập dữ liệu/ TX, RX truyền nhận USART.

 Chân 33: RB0 xuất nhập dữ liệu/ INT ngắt ngoài/ AN12 ngõ vào tương tự

 Chân 34, 35: RB1, RB2 xuất nhập dữ liệu/ AN10, AN8 ngõ vào tương tự

 Chân 36: RB3 xuất nhập dữ liệu/ cho phép lập trình điện áp thấp

 Chân 37, 38: RB4, RB5 xuất nhập dữ liệu

 Chân 39: RB6 xuất nhập dữ liệu/ xung clock lập trình

 Chân 40: RB7 xuất nhập dữ liệu/ dữ liệu lập trình

- Mỗi thẻ RFID đều được gắn chip bên trong, mỗi chip sẽ có một mã thẻ riêngkhông trùng với bất kì mã thẻ nào, mã thẻ được nhà sản xuất qui định

- Thông số của module RC522:

 Dòng điện: 13-26mA

 Điện áp: 3.3V

Chọn chuẩn giao tiếp SPI:

 SDA: Chọn chip khi giao tiếp chuẩn SPI (chân được kích hoạt khi mức thấp)

 SCK: Chân xung CLOCK truyền nối tiếp

 MOSI: Truyền khi cấu hình Master, nhận khi cấu hình Slave

 MISO: Nhận khi cấu hình Master, truyền khi cấu hình Slave

 IRQ: Chân ngắt Trong mạch không sử dụng đến

 GND: Nối GND

 RST: Chân reset lại module

 3.3V: Nguồn 3.3V Trong mạch sử dụng IC LM1117 để cấp nguồn 3.3V chomodule RC522

1.1.7 LCD

Hình 2-5: Màn hình LCD 16x2

- LCD 16x2 được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng khác nhau trong vi điềukhiển LCD hiển thị 16 kí tự, 2 dòng trên màn hình, chữ đen, phông nền màuxanh lá, có thể khiển được cả kí tự đặc biệt Rất để giao tiếp với các loại viđiều khiển, giá thành rẻ

 Chân 2 VDD: Nối Vcc (5V).

 Chân 3 V0: Nối với biến trở để điều chỉnh độ tương phản cho LCD

 Chân 4 RS: Chân chọn thanh ghi của LCD

 Chân 5 RW: Chân chọn chế đọc hoặc ghi của LCD

 Chân 6 E: Chân cho phép (chế độ đọc chân E mức cao, chế độ ghi chân Emức thấp)

 Chân 7 đến 14: 8 đường dữ liệu của LCD trao đổi với vi điều khiển Có 2 chế

độ cho tám chân dữ liệu này (8 bit, 4 bit)

 Chân 15: Dương nguồn đèn nền LCD

 Chân 16: Âm nguồn đèn nền LCD

1.1.8 IC LM7805

IC LM7805 tạo nguồn 5V cấp cho toàn mạch

Hình 2-7: IC LM7805 [5]

Chức năng từng chân:

 Chân 1: Điện áp đầu vào Điện áp cấp vào nằm trong khoảng 7V đến 34V

 Chân 2: Chân nối GND

 Chân 3: Điện áp ngõ ra Điện áp trong khoảng 4.7V đến 5.2V

1.1.9 IC LM1117

IC LM1117 tạo nguồn 3.3V

- Cấu tạo Relay gồm cuộn hút và cặp tiếp điểm.

- Nguyên lý: Khi không cấp điện cho cuộn dây, điểm 1 và 2 tiếp xúc nhau nhờlực đẩy của lò xo Khi cấp điện cho cuộn dây thì điểm 1 bị hút tiếp xúc vớiđiểm 3 Ngưng cấp điện cho cuộn dây, điểm 1 ngừng bị hút và trở về tiếp xúcvới điểm 2

1.1.11 Loa báo

Hình 2-10: Loa báo

Loa báo được dùng để phát ra âm thanh khi được kích tín hiệu, thường được ứngdụng cho các hệ thống báo hiệu, cảnh báo…Với nguồn sử dụng 5V

1.4 Giới thiệu về mạch đóng mở cửa bằng RFID

Hình 2-11: Sơ đồ tổng quát của mạch đóng mở cửa bằng RFID

Hệ thống đóng mở cửa bằng RFID sử dụng các linh kiện chính gồm một moduleđọc thẻ và thẻ RFID, một vi điều khiển PIC16F887, một màn hình LCD để hiển thị,một loa báo phát ra âm thanh, một relay đóng ngắt cùng với một số linh kiện khácliên quan Chương 3 sẽ được trình bày kĩ hơn về các khối và chức năng các khốitrong hệ thống đóng mở cửa này

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH TỔNG QUÁT

1.5 Sơ đồ khối

Hình 3-12: Sơ đồ khối của mạch

Khối nguồn cấp nguồn cho toàn hệ thống Khối RFID đọc mã thẻ RFID gửi dữ liệu

về khối VĐK, sau đó khối VĐK xử lí và hiển thị thông báo lên LCD đồng thờiVĐK xuất tín hiệu cho khối loa báo và khối relay hoạt động

1.6 Sơ đồ nguyên lí từng khối

1.1.12 Khối nguồn

Hình 3-13: Khối nguồn

Khối nguồn sử dụng 2 IC là IC LM7805 (tạo nguồn 5V) cấp toàn hệ thống và ICLM1117 (tạo nguồn 3.3V) cấp cho module đọc thẻ RFID

dữ liệu trên hai đường dữ liệu.

Hình 3-15: Giao tiếp SPI [8]

1.1.14 Khối vi điều khiển

Hình 3-16: Khối vi điều khiển

Khối vi điều khiển có chức năng nhận dữ liệu (mã thẻ) từ đầu đọc RC522 gửi về rồitiến hành xử lí hiển thị lên LCD và xuất tín hiệu cho loa báo và relay hoạt động.1.1.15 Khối hiển thị

Hình 3-17: Khối hiển thị

Khối hiển thị nhận dữ liệu từ khối vi điều khiển và hiển thị chữ lên màn hình

1.1.16 Khối Relay

Hình 3-18: Khối Relay

- Khối Relay sử dụng Relay 5V chức năng dùng để đóng mở cửa

- Khi tín hiệu xuất ra từ vi điều khiển đưa vào chân B của Q1, Q1 dẫn, chân 4của Relay được nối GND, có từ trường xuất hiện ở cuộn dây hút chân 1 tiếpxúc với chân 3, relay đóng, led 1 sáng D1 dùng để chống dòng ngược

1.1.17 Khối loa báo

Hình 3-19: Khối loa báo

- Khối loa báo có chức năng phát ra âm thanh báo hiệu mở cửa, cửa đóng haycảnh báo thẻ không hợp lệ

- Khi có tín hiệu xuất ra từ vi điều khiển vào chân B của Q2, Q2 dẫn, chân 2của loa báo nối GND, loa phát ra tiếng kêu

1.7 Sơ đồ giải thuật

1.1.18 Sơ đồ giải thuật đọc mã thẻ RFID

Hình 3-20: Sơ đồ giải thuật đọc mã thẻ

Hình 3-21: Mã thẻ

Mã thẻ RFID đọc được 3d db 07 52 b3 Ta sẽ đưa mã thẻ này vào chương trình của

hệ thống đóng mở cửa Như vậy, chỉ có thẻ RFID có mã thẻ trên mới được đóng mởcửa

1.1.19 Sơ đồ giải thuật của hệ thống cửa

Hình 3-22: Sơ đồ giải thuật hệ thống cửa

1.8 Sơ đồ nguyên lí tổng của mạch

Hình 3-23: Sơ đồ nguyên lí của mạch

Giải thích sơ đồ nguyên lí: Giả sử ban đầu cửa đang đóng, đưa thẻ RFID vào

module RC522, module RC522 nhận diện và đọc mã thẻ sau đó gửi dử liệu mã thẻ

vể vi điều khiển PIC16F887 bằng giao thức truyền SPI, nếu mã thẻ đọc được đúngvới mã thẻ được lập trình thì LCD hiển thị thông báo cửa mở, đồng thời chân RC1xuất ra mức cao đưa vào khối relay để mở cửa và dữ liệu chân RC0 được đưa vàokhối loa để phát ra tiếng kêu báo hiệu cửa mở Tương tự cho trường hợp đóng cửa,

ta tiếp tục đưa thẻ RFID có mã thẻ đúng vào module RC522, lúc này LCD hiển thịthông báo cửa đóng, đồng thời chân RC1 về mức thấp đưa vào khối relay để đóngcửa, dữ liệu chân RC0 đưa vào khối loa để phát ra tiếng kêu báo hiệu cửa đóng.Trường hợp người dùng quét thẻ RFID sai (thẻ có mã thẻ không được lập trìnhtrong vi điều khiển) thì LCD sẽ hiển thị dòng chử cảnh báo thẻ không hợp lệ ChânRC1 không xuất mức cao, khối relay không được kích hoạt, cửa không mở Dữ liệuchân RC0 đưa vào khối loa, loa báo sẽ phát ra âm thanh dài để cảnh báo thẻ sai.Nguyên lí này sẽ áp dụng cho phần lập trình với vi điều khiển PIC16F887

1.9 Thiết kế PCB

Hình 3-24: Vẽ mạch in

- Mạch in của hệ thống đóng mở của được thiết kế trên phần mềm AltiumDesigner Đây là phần mềm chuyên sử dụng để vẽ mạch in

Hình 3-25: Sơ đồ mạch in của hệ thống

CHƯƠNG 4 THI CÔNG PHẦN CỨNG VÀ THỰC NGHIỆM

1.10 Thi công phần cứng

- Sau khi hoàn thành mạch in tiến hành làm mạch và hàn gắn các linh kiện.

Hình 4-28: Quét thẻ RFID có mã thẻ đúng

Hình 4-29: Quét thẻ RFID có mã thẻ sai

- Các thông số điện áp đo được trên mạch thực tế:

 Điện áp ngõ vào: 12V

 Điện áp vào RFID: 3.2V

 Điện áp vào LCD: 4.6V

 Điện áp vào PIC16F887: 4.6V

 Điện áp vào Relay: 4.5V

- Kiểm tra thực nghiệm thì thấy kết quả và thông số đúng với lý thuyết

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN

1.12 Kết quả

- Mạch hoạt động tương đối tốt, đúng với chương trình lập trình

- Khi người dùng muốn mở hoặc đóng cửa chỉ cần quét thẻ đúng

- Hiểu được nguyên lý hoạt động của mạch đóng mở cửa bằng RFID

- Hệ thống đóng mở cửa đúng với yêu cầu đề tài

1.13 Ứng dụng

Hiện nay hệ thống đóng mở cửa bằng công nghệ RFID được sử dụng khá rộng rãi

và phổ biến trong trường học, thư viện, nhà thông minh…

1.14 Một số hạn chế

- Mạch thiết kế kích thước to so với số lượng linh kiện

- Chưa lập trình cho nhiều thẻ RFID hơn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC A

#include <projecttwo.h>

#use delay(clock=20000000)

#fuses put,hs,nowdt,noprotect,nolvp

#define lcd_enable_pin pin_D5

#define lcd_rs_pin pin_D7

#define lcd_rw_pin pin_D6

#define lcd_data4 pin_D4

#define lcd_data5 pin_C7

#define lcd_data6 pin_C6

#define lcd_data7 pin_C2

#include <lcd.c>

#define MFRC522_cs pin_E2

#define MFRC522_sck pin_C3

#define MFRC522_si pin_C4

#define MFRC522_so pin_C5