Đồ án: Xây dựng hệ thống điểm danh nhân sự sử dụng cảm biến RFID (có code đầy đủ)

Các máy mócđều được tự động hóa đáp ứng nhu cầu con người và đem lại hiệu quả cao chocác doanh nghiệp trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, dịch vụ, nông nghiệp, … Bên cánh các trang thi

ÁN MÔN HỌC

ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN

ĐỀ TÀI : XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỂM DANH NHÂN SỰ SỬ

DỤNG CẢM BIẾN RFID.

Sinh viên thực hiện:

Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Trường

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

-

 -MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC ẢNH 2

DANH MỤC BẢNG 3

DANH MỤC TLTK 3

LỜI MỞ ĐẦU 4

Chương 1: Tổng quan về hệ thống 5

1.1: Giới thiệu chung 5

1.2: Các yêu cầu cơ bản 7

1.3: Phương pháp, phạm vi và giới hạn nghiên cứu 8

1.4: Ý nghĩa thực tiễn 9

Chương 2: Xây dựng mô hình hệ thống 10

2.1: Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 10

2.2: Phân tích và lựa chọn cảm biến : 11

2.3: Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển 14

2.4: Thiết kế mạch đo và xử lý tín hiệu 19

Chương 3: Chế tạo và thử nghiệm hệ thống 20

3.1: Chế tạo các bộ phận cơ khí 20

3.2: Chế tạo bộ phận điện – điện tử 21

3.3: Xây dựng chương trình điều khiển 22

3.4: Thử nghiệm và đánh giá hệ thống 26

Phụ lục 28

DANH MỤC ẢNH

Hình 1.1: Ứng dụng của sóng vô tuyến trong cuộc sống 6

Hình 1.2:Phòng thí nghiệm về công nghệ sóng vô tuyến 7

Hình 1.3: Thẻ RFID chủ động 8

Hình 1.4: Thẻ RFID thụ động 8

Hình 2.1: Arduino UNO R3 11

Hình 2.2: Cảm biến RC522 & Thẻ RFID 12

Hình 2.3: Mã vạch của sản phẩm 12

Hình 2.4: Công nghệ quét dấu vân tay 13

Hình 2.5: Thẻ RFID 13

Hình 2.6: Cảm biến RC522 14

Hình 2.7: Vi điều khiển PIC 18f877A 15

Hình 2.8: Cấu tạo của 1 bộ lập trình PLC 16

Hình 2.9: Aruduino 16

Hình 2.10: LCD 1602 18

Hình 2.11: LCD 1602 18

Hình 2.12: I2C 19

Hình 2.13: DS 1307 19

Hình 2.14: Phần mềm fritzing 20

Hình 2.15: Mạch đo và xử lí tín hiệu 20

Hình 3.1: Gia công cơ khí phần vỏ 21

Hình 3.2: Gia công cơ khí phần vỏ 21

Hình 3.3: Nối Arduino với I2C và DS1307 22

Hình 3.4: Nối dây Arduino với RC522 22

Hình 3.5: Sơ đồ thuật toán của hệ thống 24

Hình 3.6: Giao diện Arduino IDE 26

Hình 3.7: Giao diện Arduino IDE 26

Hình 3.8: Kết quả thử nghiệm trên máy tính 27

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1-1: Cấu trúc thiết bị 7

Bảng 1-2: Đặc tính kỹ thuật 8

Bảng 1-3: Nội dung báo cáo 8

Bảng 2-1:Thông số của Arduino Uno R3 17

DANH MỤC TLTK

Lê Ngọc Duy, Bùi Thanh Lâm, Nhữ Quý Thơ (2009) Cảm biến và hệ thống

đo NXB KH&KT.

Vũ Trung Kiên, Phạm Văn Chiến, Nguyễn Văn Tùng (2014) Giáo trình Vi

điều khiển PIC Nhà xuất bản Khoa học – Kỹ thuật.

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, ngành công nghệ kỹ thuật ngày càng phát triển Các máy mócđều được tự động hóa đáp ứng nhu cầu con người và đem lại hiệu quả cao chocác doanh nghiệp trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, dịch vụ, nông nghiệp,

… Bên cánh các trang thiết bị hiện đại, nhân lực cũng là thành phần quan trongtrong việc quyết định đến sự phát triển của doanh nghiệp

Do nhu cầu về nhân lực ngày càng cao và phức tạp nên đòi hỏi khâu quản

lí cũng cần phải được cải tiến để đáp ứng được nhu cầu đó

Ngày nay, có nhiều cách để quản lí nhân sự cụ thể như: điểm danh trựctiếp ( cách điểm danh này đòi hỏi phải có người giám sát và cần danh sách kèmtheo để điểm danh, người giám sát thường sẽ gọi tên và đối chiếu với danh sáchđược cung cấp để kiểm tra Hình thức này tốn khá nhiều thời gian, công sức vàthiếu tính chuyên nghiệp ); điểm danh bằng hình thức làm bài kiểm tra giấy ( làhình thức sử dụng bài kiểm tra để xác định số lượng và quản lí được nhữngngười có mặt để kiểm tra Cách này khá tốn thời gian nên chỉ thường thấy được

áp dụng trong các trường học); điểm danh bằng hệ thống sinh trắc học ( là hìnhthức áp dụng công nghệ sinh trắc học như: vân tay, võng mạc, … Nhưng khôngthường thấy vì nó khá tốn kém cho thiết bị nên chỉ thấy trong các công ty lớnhay các nơi cần bảo mật thông tin tuyệt đối); điểm danh bằng công nghệ RFID( hình thức này nhanh gọn nên khá phổ biến hiện nay được nhiều nơi áp dụngnhưng có nhược điểm là cần phải mang theo thẻ nếu không thì không thể điểmdanh được); …

Nhận thấy được nhu cầu đó nên nhóm quyết định chọn đề tài “ Xây dựng

hệ thống điểm danh nhân sự sử dụng cảm biến RFID ” áp dụng phương pháp

điểm danh bằng thẻ RFID được sử dụng cho nhiều trường hợp khác nhau

Để bài báo cáo được hoàn thiện hơn, nhóm chúng em hi vọng nhận được

những góp ý từ phía các thầy cô Qua đây, chúng em cũng xin được gửi lời

cảm ơn đến các thầy cô trong Khoa Cơ khí nói chung và thầy cô trong bộ môn Cơ điện tử nói riêng đã nhiệt tình hướng dẫn đồ án môn cho chúng em

Chương 1: Tổng quan về hệ thống.

1.1: Giới thiệu chung.

1.1.1: Lịch sử phát triển sóng vô tuyến

Công nghệ sóng vô tuyến đã có trong thương mại, trong một số hình thức

từ những năm 1970 Bây giờ nó là một phần trong cuộc sống hằng ngày, có thểthấy trong những chìa khóa xe hơi, thẻ lệ phí quốc lộ và các loại thẻ truy cập antoàn, cũng như trong môi trường mà nơi đó việc đánh nhãn bằng mã sô kẻ vạchtrên hàng hóa (yêu cầu giao tiếp vật lý hoặc nhìn thây) là không thực tế hoặckhông hiệu quả lắm

Kỹ thuật sóng vô tuyến đã bắt đầu trong suốt thời gian chiến tranh thế giớithứ II và được gia tăng trong vài năm qua Trong suốt thời kỳ chiên tranh,sóngradio được sử dụng để xác định xem máy bay đang đến thuộc đồng minh hay thùđịch Từ đó, việc khảo sát tỉ mỉ kỹ thuật radio được đem ra nghiên cứu và pháttriển trong các hoạt động thương mại cho đến thập niên 1960 và tiên triển rõ vàonhững năm 1970 bởi các công ty, học viện,và chính phủ Mỹ Thêm nữa là cácthẻ không yêu cầu nhìn thấy mới đọc như mã vạch, đọc nhanh và ở khoảng cáchxa.Công nghệ sóng vô tuyến đang ngày càng được hoàn thiện dựa trên nền tảngnhũng Công nghệ mới ra đời

Hiện nay đã có những phát triển mới trong công nghệ sóng vô tuyến, tuynhiên, việc thực hiện thực tê trong các ngành và các quá trình sản xuất đã đưa ranhiều đề xuất hâp dẫn hơn

Hình 1.1: Ứng dụng của sóng vô tuyến trong cuộc sống.

1.1.2: Công nghệ RFID.

Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ nhậndạng đối tượng bằng sóng vô tuyên, cho phép một thiết bị đọc thông tin chứatrong chip ở khoảng cách xa, không cần tiếp xúc trực tiếp,không thực hiện bất kìgiao tiếp vật lý nào giữa hai vật không nhìn thấy.Công nghệ này cho ta phương

pháp truyền, nhận dữ liệu từ một điểm đến một điểm khác Kỹ thuật RFID sửdụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để truyền dữ liệu từcác tag (thẻ) đến các reader (bộ đọc).

Thẻ (tag) có thể được đính kèm hoặc gắn vào đối tượng được nhận dạngchẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc giá kê (pallet) Bộ đọc quét dữ liệu của thẻ (tag)

và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu có lưu dữ liệu của thẻ (tag)

Dạng thông dụng nhất được ứng dụng hiện nay là hệ thống RFID bị độnglàm việc như sau:

-Bộ đọc (Reader) truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ quaanten của nó đến một con chip

-Bộ đọc (Reader) nhận thông tin trở lại từ chip và gửi nó đến máytính điều khiển đầu đọc và xử lý thông tin lây được từ chip

-Các chip không tiếp xúc không tích điện, chúng hoạt động bằngcách sử dụng năng lượng nhận từ tín hiệu được gửi bởi bộ đọc(reader)

Đây là một phương pháp đáng tin cậy để phát hiện và giám sát điện tử,một dạng mới của phương pháp truyền thông tin vô tuyến Cũng có thể hiểuRFID như một loại mã vạch điện tử, trong đó dữ liệu được mã hóa dưới dạngbít, được truyền đi và nhận biết thông qua sóng vô tuyến

Thẻ RFIDcó hai loại: tích cực và thụ động :

Các bộ thu phát tích cực có một nguồn nuôi trong khi các bộ thu phát thụđộng thu năng lượng từ chính tín hiệu sóng vô tuyến mà nó nhận được từ cácmáy dò hay máy đọc Loại thẻ thụ động được ứng dụng rộng rãi hơn cả

Hình 1.2:Phòng thí nghiệm về công nghệ sóng vô tuyến

qua ăng-ten mà không cần nguồn nuôi Điện thê AC cảm ứng này được chỉnhluu để cung cấp nguồn cho thiết bị.

1.2: Các yêu cầu cơ bản.

1.2.1: Mô tả nhiệm vụ công nghệ

- Hệ thống nhận diện đúng ID của thẻ đã được cấp

- Hiển thị thời gian và ngày hiện tại trên màn hình LCD

- Hệ thống có nút vật lý để chọn chương trình làm việc

- Lưu chi tiết thời gian đến và đi của người dùng trong EEPROM của vđk

- Tính toán và lưu trữ tổng số giờ làm việc của mỗi người và cung cấp cáctùy chọn trong menu để truy xuất qua máy tính

- Cung cấp tùy chọn để xóa dữ liệu mà quản trị viên chỉ có thể truy cậpbằng ID của mình trên máy tính

1.2.2: Cấu trúc thiết bị

Thiết bị Loại sử dụng

Mạch chuyển đổi xử lí tín hiệu ADC ngoài hoặc trong chíp

Hình 1.3: Thẻ RFID chủ động Hình 1.4: Thẻ RFID thụ động

Khoảng cách đo <60mm (phụ thuộc vào ăng–ten và hướng)

Tốc độ truyền dữ liệu tối đa 10Mbit/s

Các loại card RFID hỗ trợ mifare1 S50, mifare1 S70, mifare

UltraLight, mifare Pro, mifare Desfire

Bảng 1-3: Nội dung báo cáo.

1.3: Phương pháp, phạm vi và giới hạn nghiên cứu.

1.3.1: Phương pháp nghiên cứu

- Tham khảo tài liệu: Bằng cách thu thập các thông tin từ sách, báo, tạpchí về công nghệ, từ các nguồn trên internet và tham khảo các đồ án

1.3.2: Phạm vi nghiêm cứu

- Hoạt động được nghiên cứu: tập trung nghiên cứu về cách thức hoạtđộng, các ưu nhược điểm, các ứng dụng thực tiễn của công nghệRFID

- Thời gian nghiên cứu: nghiên cứu trong thời gian được giáo viênhướng dẫn cho phép

1.3.3: Giới hạn nghiên cứu

Trong đề tài “Xây dựng hệ thống điểm danh nhân sự sử dụng cảm biến

RFID” thì phần quan trong nhất là sử dụng cảm biến RFID nên giới hạn của

việc nghiên cứu dừng lại ở việc đọc được thẻ RFID, lưu thời gian đến và đitrong bộ nhớ EEPROM và có thể truy xuất qua máy tính

1.4: Ý nghĩa thực tiễn

Ngoài chức năng dùng để điểm danh nhân sự thì công nghệ RFID cũng được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác của cuộc sống Nó giúp cho cuộc sống của chúng ta trở nên dễ dàng hơn, tiện ích hơn Một số ứng dụng phổ biến khác của công nghệ RFID mà chúng ta có thể dễ thấy trong cuộc sống thường ngày:

 Công nghệ RFID giúp kiểm soát truy cập

 Sử dụng công nghệ RFID cho thẻ xe

 Giúp quản lí tài sản, quản lí kho

 Tổ chức các hoạt động, sự kiên

Ngoài các ứng dụng trong cuộc sống, công nghệ RFID còn có những côngdụng quan trọng khác nhưng vẫn chưa thực sự phổ biến tại Việt Nam:

 Thanh toán giao thông

 Sử dụng trong y tế tại các bệnh viện

 Quản lí giặt ủi ( Có thể thấy trong các khách sạn)

 Quảng cáo



Chương 2: Xây dựng mô hình hệ thống 2.1: Thiết kế sơ đồ khối hệ thống

Chức năng của từng khối:

Khối nguồn: Cấp nguồn cho toàn mạch

Khối xử lý trung tâm:

Điều khiển mạch và kết nối với các linh kiện với nhau.Khối hiển thị:Hiển thị tên đọc được từ thẻ

Khối PC: Quản lý hệ thống: báo cáo, tính toán,…

2.2: Phân tích và lựa chọn cảm biến :

Dãy các chữ số tạo nên mã vạch và các khoảng trống lớn nhỏ khác nhau

Mã vạch được đọc bởi các thiết bị quang học dựa trên phản xạ của tia laze từcác vạch đen và khoảng trắng Các mã vạch là tương tự nhau nhưng chúng khácnhau về cách sắp xếp và định nghĩa của người chế tạo

Nội dung mã vạch là thông tin của sản phẩm được định nghĩa sẵn như: tênnhà sản xuất, nơi sản xuất , tiêu chuẩn ,…

b)Nhận dạng bằng công nghệ sinh trắc học

Hệ thống nhận dạng trên thì thuật ngữ sinh trắc học là chỉ chung cho tất cảcác thủ tục để nhận dạng con người bằng cách so sánh các đặc điểm đặc trưngnhất của mỗi người Thông thường như: dấu vân tay, giọng nói , khuông mặt,võng mạc,…

Hình 2.7: Mã vạch của sản phẩm.

c) Hệ thống RFID.( Radio Frequency Identification)

Là những tấm thẻ plastic có gắn các microchip Chúng bắt được các tínhiệu sóng radio và đáp ứng bằng cách phát ra mã số nhận diện tương ứng

Là loại phương tiện để nhận dạng người hoặc vật qua việc truyền sóng vôtuyến Hệ thống thu dữ liệu nhận dạng không dây này chú trọng đến việc đọc vàghi thông tin mà không cần tiếp xúc và là một loại công nghệ rất hiệu quả trongmôi trường sản xuất , cũng như các môi trường không thân thiện khác khi mãvạch không phát huy tác dụng

2.2.2: Cảm biến RFID

a) Các thành phần cơ bản của cảm biến RFID:

 Thẻ RFID: Là bộ phận cấu thành hệ thống RFID

Hình 2.9: Thẻ RFID

Bộ đọc: Cùng với thẻ là bộ phận không thể thiếu trong hệ thống RFID.

b) Ưu / nhược điểm của cảm biến RFID

Ưu điểm:

 Có thể đọc thẻ mà không cần tiếp xúc

 Có thể viết lại, sửa đổi thông tin mới lên thẻ

 Có thể dùng được ở nhiều vị trí, môi trường

Trong kinh doanh , bán hàng

RFID có thể thay thế kĩ thuật mã vạch hiện nay bởi ngoài việc xác địnhđược nguồn gốc người quản lí còn có thể biết được chính xác mặt hàng trênquầy hay trong kho Việc sử dụng các thẻ RFID mỏng thay cho mã vạch tại cácsiêu thị lớn giúp đảm bảo an toàn tránh việc thất thoát hàng hóa Việc kiểm khocũng sẽ được giảm bớt

An ninh, kiểm soát

Hệ thống RFID khắc phục được hạn chế của các phương pháp nhận dạng

tự động Hệ thống có thể hoạt động hiệu quả trong các môi trường khắc nghiệt,những nơi bụi bẩn, ẩm ướt thậm chí cả ở những nơi phạm vi quan sát bị hạn chế

Quản lí nhân sự

Hình 2.10: Cảm biến RC522.

RFID thực sự hữu ích, nhân viên chỉ cần đưa thẻ đến gần máy đọc là cóthể được ghi nhận mà không cần nhét thẻ vào hay sử dụng vân tay Những thẻnày còn có thể thu hồi và tái sử dụng Công tác chấm công tại các cơ quan xínghiệp trở nên đơn giản hơn bao giờ hết, những báo cáo về tình trạng nhân viên

có thể dễ dàng được trích xuất khi cần

Y tế, giáo dục

Ở các bệnh viện vòng đeo tay RFID được mang cho các trẻ em mới sinh

và những người già mất trí Việc quản lí hồ sơ bệnh án cũng có thể sử dụng côngnghệ này Ngành giáo dục cũng dần áp dụng công nghệ RFID trong công tácquản lí các thiết bị, tài sản, vật tư

2.3: Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển

Bộ điều khiển là một thiết bị giám sát và tác động vào các điều kiện làmviệc của một hệ động học cho trước Các điều kiện làm việc đặc trưng cho cácbiến đầu ra của hệ thống mà có thể được tác động bởi việc điều chỉnh các biếnđầu vào đã biết

2.3.1: Các bộ điều khiển thường gặp:

 Vi điều khiển: là một máy tính được tích hợp trên một chíp, nó thườngđược sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử.Các loại vi điều khiểnthường gặp: Atmel AVR (8-bit), ATmega328, Intel 8051, Freescale68HC11 (8-bit),…

 PLC (programmable logic controller): là thiết bị điều khiển lập trình được(khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logicthông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thựchiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tácnhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễnhư thời gian định thì hay các sự kiện được đếm Ngôn ngữ lập trình củaPLC có thể là Ladder hay State Logic

Hình 2.11: Vi điều khiển PIC 18f877A.

án điện tử mà không cần phải có các công cụ chuyên biệt để phục vụ việc nạpcode.

Các loại arduino thường gặp:

Arduino UNO, Arduino MEGA, Arduino Nano, Arduino Leonardo

Ưu - nhược điểm của arduino:

phần mềm của Arduino dễ sử dụng nên sẽ không biết những điều

cơ bản như giao tiếp, nối tiếp, ADC, I2C, vv)

 Robot cứu hỏa

 Máy bay không người lái…

Lập trình cho arduino

Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhómphát triển dự án này đã cũng cấp đến cho người dùng một môi trường lập trìnhArduino được gọi là Arduino IDE (Intergrated Development Environment)

Arduino Uno R3

Arduino Uno R3 là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi

được trang bị các bộ chân đầu vào/ đầu ra Digital và Analog có thể giao tiếp vớicác bảng mạch mở rộng khác nhau.

Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng

USB)

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC

Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

 5 chân còn lại dùng để cấp nguồn và đèn nền cho LCD 16x2

 Các chân điều khiển giúp ta dễ dàng cấu hình LCD ở chế độ lệnhhoặc chế độ dữ liệu

 Chúng còn giúp ta cấu hình ở chế độ đọc hoặc ghi

 LCD 16x2 có thể sử dụng ở chế độ 4 bit hoặc 8 bit tùy theo ứng

dụng

I2C

Hình 2.15: LCD 1602 Hình 2.14: LCD 1602

I2C là tên viết tắt của cụm từ Inter-Intergrated Circuit Đây là đường Busgiao tiếp giữa các IC với nhau Thông thường, để sử dụng màn hình LCD sẽphải mất rất nhiều chân trên Arduino để điều khiển Do vậy, để đơn giản hóacông việc, người ta đã tạo ra một loại mạch điều khiển màn hình LCD sử dụnggiao tiếp I2C Nói một cách đơn giản là chỉ tốn 2 dây để điều khiển màn hình,thay vì 8 dây như cách thông thường.

Hình 2.16: I2C

Hình 2.17: DS 1307

2.4: Thiết kế mạch đo và xử lý tín hiệu

2.4.1: Giới thiệu phần mềm thiết kế mạch

Fritzing là một phần mềm thiết kế mạch điện tử tự động dùng cho các kỹ

sư, sinh viên, những người yêu thích điện tử Fritzing giúp bạn thiết kế mạchnguyên lý, xây dựng trên test board, chạy mạch PCB

Fritzing hổ trợ rất mạnh trong các mạch sử dụng board Arduino

Hình 2.18: Phần mềm fritzing

2.4.2: Thiết kế mạc đo và xử lý tín hiệu

Hình 2.19: Mạch đo và xử lí tín hiệu.