Đồ án Thiết kế HỆ THỐNG KHÓA CỬA BẰNG THẺ TỪ CÓ BÁO ĐỘNG
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.21 MB, 26 trang )
Đồ án thiết kế mạch điện tử
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ 2
----------
ĐỒ ÁN MƠN HỌC
Đề tài: HỆ THỐNG KHĨA CỬA BẰNG
THẺ TỪ CÓ BÁO ĐỘNG
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
SVTH: Phạm Thanh Tâm
Nguyễn Đặng Hoàng Nam
Nguyễn Huỳnh Thành
Nhân
Lê Thừa Sinh
Lớp : D14CQDT02-N
Trang 1
Đồ án thiết kế mạch điện tử
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
TP.HCM – 2017
LỜI CẢM ƠN
----------
Để đề tài được hoàn thành theo đúng thời gian yêu cầu của nhà trường cũng
như của khoa..Và đạt được kết quả trên không chỉ là sự nỗ lực của bản thân
chúng em mà cịn có sự giúp đỡ của gia đình, sự chỉ bảo của thầy cô giáo và
các bạn sinh viên. Chúng em xin chân thành cảm ơn :
• Sự chỉ dẫn và góp ý của thầy Th.S Trần Quang Thuận Cám ơn thầy đã
nhiệt tình cung cấp thơng tin hướng dẫn và hỗ trợ chúng em kiểm tra, khắc
phục một số thông tin chưa chính xác.
• Xin cảm ơn các bạn sinh viên trong lớp đã giúp đỡ chúng tôi rất nhiều mặt
như phương tiện, sách vở, ý kiến . . .
Trong quá trình thực hiện đề tài này, mặc dù chúng em đã rất cố gắng, xong sẽ
khơng tránh khỏi thiếu xót. Rất mong nhận được sự góp ý, phê bình, chỉ dẫn
của quý thầy cô, các bạn sinh viên và bạn đọc.
Nhóm Sinh viên thực hiện:Nhóm 9
Họ và tên SV: Nguyễn Đặng Hoàng Nam
MSSV: N14DCDT158
Họ và tên SV: Nguyễn Huỳnh Thành Nhân
MSSV: N14DCDT308
Họ và tên SV: Lê Thừa Sinh
MSSV: N14DCDT249
Họ và tên SV: Phạm Thanh Tâm
MSSV: N14DCDT254
Trang 2
Đồ án thiết kế mạch điện tử
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
MỤC LỤC
Lời cảm ơn ......................................................................................................1
Mục lục ...........................................................................................................2
Lời nói đầu......................................................................................................3
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn..................................................................4
Nhận xét của giáo viên phản diện...................................................................5
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG..............................................................6
1.1 Lí do chọn đề tài .......................................................................................6
1.2 Mục đích nghiên cứu.................................................................................6
1.3 Tình hình nghiên cứu.................................................................................6
1.4 Ý nghĩa nghiên cứu...................................................................................7
1.5 Các tài liệu tham khảo...............................................................................8
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU MỘT VÀI LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG
TRONG MẠCH .............................................................................................9
2.1 RFID.........................................................................................................9
2.2 SERVOR SG90.......................................................................................10
2.3 Arduino R3..............................................................................................12
2.4 SCR 100-6...............................................................................................15
2.5 Tranzitor A1015.......................................................................................17
2.6 Relay 5 chân 12V....................................................................................19
2.7 CÔNG TẮT TỪ.......................................................................................20
CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN.....................................................22
3.1 Sơ đồ nguyên lý.......................................................................................22
-
3.1.1Sơ đồ nguyên lý tổng quát mạch.................................................22
3.1.2Sơ đồ nguyên lý mạch báo trộm.................................................23
3.2 Các đoạn code mô phỏng........................................................................23
Trang 3
Đồ án thiết kế mạch điện tử
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
LỜI NĨI ĐẦU
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
---------CƠ SỞ
TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Ngày nay, con người cùng với
những
dụngĐIỆN
của khoa
KHOA
KỸứng
THUẬT
TỬ 2học kỹ thuật tiên
tiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại
_____________
hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với
các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những
yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày
càng cao hơn.
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Ngày nay với kỷ nguyên cơng nghệ bùng nổ như hiện tại, thì việc ứng
dụng những kỹ thuật, những giải pháp an ninh cho ngôi nhà của mình khơng
cịn xa lạ đối với chúng ta. Một giải pháp khóa cửa sử dụng thẻ từ đảm bảo an
Đề tài:
ninh, an tồn và đầy tiện ích là lựa chọn của những người hiện đại.
HỆchúng
THỐNG
KHĨA
CỬA
BẰNG
THẺkhóa
TỪcửa
CĨChống
BÁOtrộm
ĐỘNG
Vì vậy
em quyết
định chọn
đề tài
“Hệ thống
bằng thẻ
từ RFID”.
Sinh viên thực hiện: Nhóm 9
Họ và tên SV: Nguyễn Đặng Hoàng Nam
MSSV: N14DCDT158
Họ và tên SV: Nguyễn Huỳnh Thành Nhân
MSSV: N14DCDT308
Họ và tên SV: Lê Thừa Sinh
MSSV: N14DCDT249
Họ và tên SV: Phạm Thanh Tâm
MSSV: N14DCDT254
Ngành : Kỹ thuật điện tử
Lớp : D14CQDT02-N
Giáo viên hướng dẫn:
ThS. Trân Quang Thu ân
3/2017
TP.HCM – 2017
Trang 4
Đồ án thiết kế mạch điện tử
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
TP HCM, ngày … tháng … năm 2017
Ký tên:
Trang 5
Đồ án thiết kế mạch điện tử
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN DIỆN:
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
TP HCM, ngày … tháng … năm 2017
Ký tên:
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG
Trang 6
Đồ án thiết kế mạch điện tử
1.1
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
Lý do chọn đề tài:
Cuộc sống ngày càng phát triển nhưng tỉ lệ nạn trộm, cướp cũng tăng
theo. "Hiện nay có nhiều băng trộm chuyên nghiệp với thủ đoạn ngày càng
tinh vi, khả năng đối phó cơng an chun nghiệp”- Đại tá Lê Ngọc Phương Trưởng Phòng Cảnh sát điều tra tội phạm về trật tự xã hội (PC45) Công an
TP HCM. VD: Gần nhất là vụ trộm đột nhập nhà ca sĩ Đăng Khôi lục lọi đồ
đạc trong nhà lấy đi 800 triệu đồng. Nhà anh ở vị trí an ninh tốt (có được
bảo vệ 24/7) và nằm ngay đối diện với chốt dân phịng. Thế nhưng tình trạng
trộm cắp vẫn xảy ra, chứng tỏ sự cần thiết của công nghệ hiện đại trong giải
pháp an ninh cho ngôi nhà.
Khóa cửa thẻ từ bởi vì sự tiện lợi an toàn, an ninh. Tiện lợi ở chỗ bạn chỉ
cần khép cửa lại là sẽ tự động khóa, mở cửa bạn chỉ cần quét thẻ là có thể
mở được cửa rất nhanh so với mở bằng chìa cơ, khơng phải mang theo chìa
khóa nặng nề. An ninh, an tồn là khơng thể sao thêm bất cứ chìa thẻ nào! vì
thẻ từ là duy nhất, nếu có mất thẻ bạn chỉ cần reset lại khóa và đăng ký lại.
1.2
Mục đích nghiên cứu:
Thơng qua chương trình giảng dạy của nhà trường cùng với sự chỉ dạy
tận tình của giảng viên đã giúp nhóm em biết thêm nhiều linh kiện và cách
thức hoạt động của chúng từ đó nhóm em quyết định chọn thiết kế “ Hệ
thống cửa chống trộm bằng thẻ từ dùng chíp ARDUINO “ để đưa những gì
mình đã được học vào thực tế từ đó học hỏi thêm kinh nghiệm trong q
trình thi cơng đề tài.
1.3
Tình hình nghiên cứu:
- Trong nước:
+ Một số mơ hình hệ thống chống trộm dùng thẻ từ đã được đưa vào
sử dụng rộng rãi như khóa chống trộm bằng thẻ từ ứng dụng cơng
nghệ mã hóa RFID với độ bảo mật cao, chống tất cả các chìa khóa
vạn năng hoặc van phá khóa vì dùng bằng thẻ từ, tự động bảo vệ
khi xe tắt máy thuận tiện khi sử dụng.
+ Các mơ hình nhà thơng minh đã được ứng dụng đưa vào thực tế
với những chức năng siêu việt chỉ với một thẻ từ nó sẽ tự động
kích hoạt những mơ hình cịn lại trong ngôi nhà giúp cho công
việc trở nên tiện lợi, hiện đại và tiết kiêm được phần lớn thời gian
cho người sở hữu hệ thống nhà thông minh này.
- Trên thế giới:
+ Nhiều mơ hình hệ thống chống trộm dùng thẻ từ đã được đưa vào
sử dụng ở các công ty, trường học, nhà máy, các khu công nghiệp
Trang 7
Đồ án thiết kế mạch điện tử
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
lớn đã hạn chế được đáng kể các vụ trộm cắp do mơ hình nhỏ gọn
khơng cần phải sử dụng bộ đơi chìa khóa và ổ khóa lỗi thời như
xưa nữa thay vào đó là một thẻ từ với nhiều chức năng đặc biệt là
chức năng chống trộm và ngày càng được phát triển với nhiều
chắc năng hiện đại hơn đáp ứng những nhu cầu của toàn cầu.
1.4 Ý nghĩa nghiên cứu:
- Kết quả đề tài:
+ Với những mục tiêu đặt ra ban đầu của đồ án. Hệ thống đã hoàn
thành phần lớn các mục tiêu và hoạt động đúng như mong muốn
bên cạnh đó trong q trình thi cơng nhóm đã nghiên cứu thêm
được những cái mới cái hay để từ đó có thể cải tiến cho mơ hình
trở nên hoàn thiện một cách đáng kể trong tương lai.
+ Thơng qua q trình thực hiện đề tài các thành viên trong nhóm
đã được trau dồi và rèn luyện thêm kỹ năng và bước đầu làm quen
với các đồ án cấp cơ sở.
-
Hạn chế của đề tài:
+ Đề tài mới chỉ bước đầu thực hiện các chức năng đặt ra cịn chưa
đạt u cầu về tính thẩm mỹ vì mơ hình chưa thật sự gọn gàn chưa
được bắt mắt cũng như độ bền và tính phổ biến của nó chưa cao.
Vì vậy cần phải cải tiến thay thế bằng các giải pháp cơ khí thích
hợp hơn và có hướng phát triển thật tốt để mai này đưa mơ hình
với những chức năng mới vào thực tế phục vụ cho mọi người một
cách tối ưu nhất.
-
Hướng phát triển của đề tài:
+ Đề tài cần tiếp tục khắc phục các nhược điểm về cơ khí, các yếu
tố nhiễu ảnh hưởng đến đồ án, đưa ra các biện pháp, giải thuật
nhằm tối ưu hóa chức năng và nâng cấp thêm chức năng cho mơ
hình.
+ Bổ sung các chức năng khác cho đề tài như điều khiển hệ thống
txa khi hệ thống không cần hoạt động tự động hoặc trường hợp
khẩn cấp quá camera quan sát thêm vào đó là chức năng tự động
reset lại khi hệ thống có dấu hiệu quá tải dễ bị tắt nghẽn. Xây
Trang 8
Đồ án thiết kế mạch điện tử
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
dựng kết hợp phần mềm để quan sát trực tuyến hay điều khiển
thông qua các apps smartphone nhằm kịp thời sửa chửa lỗi của hệ
thống từ xa thay vì phải đến tân nơi mới sửa được mơ hình khi đã
đưa vào thực tế.
+ Bổ sung thêm hệ thống tự động mở cửa khi quẹt thẻ mà không
cần phải tác động vào cửa. Thêm Modul Sim vào hệ thống báo
trộm để thơng báo đến smartphone mỗi khi có trộm.
1.5. Các tài liệu tham khảo.
Đề tài có tham khảo nội dung và ý tưởng của các trang báo, bài viết, các đề
tài sau
/>
Đồ án tốt nghiệp: Mơ hình nhà thơng minh của sinh viên Trần Ngọc Thanh,
Trương Ngọc Vũ trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Khoa Điện Kỹ Thuật –
Bộ Môn Tự Động Hóa
-
-
CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU MỘT VÀI LINH
KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG MẠCH
Trang 9
Đồ án thiết kế mạch điện tử
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
2.1 RFID:
RFID
(Radio
Frequency
Identification) là cơng nghệ nhận dạng
đối tượng bằng sóng vô tuyến. Công
nghệ này cho phép nhận biết các đối
tượng thơng qua hệ thống thu phát
sóng radio, từ đó có thể giám sát, quản
lý hoặc lưu vết từng đối tượng. Là một
phương pháp nhận dạng tự động dựa
trên việc lưu trữ dữ liệu từ xa, sử dụng
thiết bị thẻ RFID và một đầu đọc
RFID. (Wiki)
Công nghệ RFID là một công nghệ khá mới, đặc biệt là ở Việt Nam. Tuy
nhiên, có thể khẳng định rằng: những ứng dụng mà nó mang lại giúp ích rất
nhiều trong đời sống và cho sự phát triển của khoa học kỹ thuật. Hiện nay, kỹ
thuật RFID được ứng dụng trên thế giới có thể được chia làm hai ứng dụng:
một là ứng dụng đóng (close application) và ứng dụng mở (open application).
Trong đó ứng dụng đóng thường được dùng trong cơng nghiệp hay trong các
hệ thống bảo mật còn ứng dụng mở thường được dùng trong các hệ thống phục
vụ nhu cầu xã hội như quản lý thư viện hay hàng húa… Đồ án có cấu trúc gồm
bốn chương giúp cho người đọc có một cái nhìn tổng quan vềcơng nghệ RFID
trong dải tần 125 KHz.
Kỹ thuật RFID là kỹ thuật sử dụng sóng radio để trao đổi thông tin giữa hai
bộ phát và thu. Trong đó cấu trúc thẻ gồm ba lớp được thiết kế đặc biệt có cấu
trúc như một bộ phỏt siờu mỏng để giao tiếp với đầu đọc (reader). Dải tần số
RFID dùng khá rộng bao gồm các dải tần LF, HF và UHF. Tùy từng mục đích
cụ thể mà các nhà nghiên cứu lựa chọn dải tần thích hợp cho ứng dụng của
mình. Trong những ứng dụng quản lý con người hay tài sản, ứng dụng phổ
biến là việc quản lý truy nhập trong các hệ thống vào ra hay bảo mật. Nhận
biết được nhu cầu đó, đồ án tập trung vào nghiên cứu và xây dựng hệ thống
truy nhập ứng dụng công nghệ RFID ở dải tần LF ( tần số 125 Khz ). Tại tần số
125Khz, hệ thống sử dụng chip reader EM4095 (IC đọc tín hiệu) với phạm vi
từ5cm- 10cm. Phần cuối của đồ án tốt nghiệp nêu ra các kết quả thực nghiệm
và đánh giá kết quả thu được.
Trang 10
Đồ án thiết kế mạch điện tử
-
-
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
Nguyên lí hoạt động:
+ Mỗi một thẻ từ RFID (tag) có một mã số ID riêng duy nhất, khi đưa lại
gần đầu đọc thẻ nó sẽ được nhận dạng thơng qua sóng vơ tuyến, tùy
thuộc vào code mà chúng ta lập trình thẻ đó có hợp lệ hay khơng.
Ứng dụng:
+ Ứng dụng tiêu biểu nhất của công nghệ này là chống mất trộm hàng
hóa trong siêu thị. Thiết bị chip RFID (tag) được gắn với các hàng hóa
trong đó. Thiết bị Reader và antenna được gắn bên ngoài cửa kiểm soát.
Nếu một đồ vật chưa được tháo chip đi qua cửa kiểm sốt thì thiết bị
Reader dễ dàng nhận dạng thấy và phát cảnh bảo.
+ Một ứng dụng khác cũng được áp dụng cơng nghệ này mang đến lợi
ích rất lớn là ứng dụng trong việc sản xuất khóa chống trộm xe máy.
Việc áp dụng cơng nghệ RFID vào khóa chống trộm này sẽ làm cho
những tên trộm gian manh nhất cũng phải bó tay.
2.2 SERVO SG90:
Servo là một dạng động cơ điện đặc biệt. Không giống như
động cơ thông thường cứ cắm điện vào là quay liên tục, servo chỉ
quay khi được điều khiển (bằng Xung PPM) với góc quay nằm
trong khoảng bất kì từ 0o - 180o. Mỗi loại servo có kích thước, khối
lượng và cấu tạo khác nhau. Có loại thì nặng chỉ 9g (chủ yếu dùng
trên máy bay mơ mình), có loại thì sở hữu một momen lực bá đạo
(vài chục Newton/m), hoặc có loại thì khỏe và nhông sắc chắc chắn,...
Động cơ servo được thiết kế những hệ thống hồi tiếp vịng kín. Tín hiệu ra
của động cơ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ quay, vận tốc và
vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn
cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra
chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho
động cơ đạt được điểm chính xác. Các động cơ servo điều khiển bằng liên lạc
vô tuyến được gọi là động cơ servo RC (radio-controlled). Trong thực tế, bản
thân động cơ servo không phải được điều khiển bằng vơ tuyến, nó chỉ nối với
máy thu vô tuyến trên máy bay hay xe hơi. Động cơ servo nhận tín hiệu từ máy
thu này.
Mơ tả:
-
Động cơ servo SG90 nhỏ và nhẹ với công suất đầu ra cao
Động cơ servo SG90 có thể quay 180o
Trang 11
Đồ án thiết kế mạch điện tử
-
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
Kích thước: 22.2 x 11.8 x 32mm
Điện áp hoạt động: 4.8V(~5V)
Thông số kỹ thuật:
-
Khối lượng: 9g
Momen xoắn: 1.8kg/cm
Tốc độ hoạt động: 60độ trong 0.1 giây
Nhiệt độ hoạt động: 0oC – 55oC
Nguyên lý hoạt động:
-
Kết nối dây màu đỏ với 5V, dây màu nâu với mass, dây màu cam với
chân phát xung của vi điều khiển. Ở chân cung cấp một xung từ 1ms –
2ms theo để điều khiển góc quay theo ý muốn.
Cách mắc với arduino điều khiển bằng biến trở:
Ứng dụng:
-
-
Cơng
dụng
chính
của động
cơ servo
là đạt được góc quay chính xác trong khoảng từ 90o – 180o.
Việc điều khiển này có thể ứng dụng để lái robot, di chuyển các tay máy
lên xuống, quay một cảm biến để quét khắp phòng….
2.3 ARDUINO R3:
Trang 12
Đồ án thiết kế mạch điện tử
-
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
Arduino: là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác
với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một
board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit,
hoặc ARM Atmel 32-bit. Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng
giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích
với nhiều board mở rộng khác nhau.
Một vài thông số của Arduino R3
Vi điều khiển
Điện áp hoạt động
Tần số hoạt động
Dòng tiêu thụ
Điện áp vào khuyên dùng
Điện áp vào giới hạn
Số chân Digital I/O
Số chân Analog
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O
Dòng ra tối đa (5V)
Dòng ra tối đa (3.3V)
Bộ nhớ flash
SRAM
EEPROM
ATmega328 họ 8bit
5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
16 MHz
khoảng 30mA
7-12V DC
6-20V DC
14 (6 chân hardware PWM)
6 (độ phân giải 10bit)
30 mA
500 mA
50 mA
32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi
bootloader
2 KB (ATmega328)
1 KB (ATmega328)
Vi điều khiển:
Trang 13
Đồ án thiết kế mạch điện tử
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8,
ATmega168, ATmega328. Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như
điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một
trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,…
Thiết kế tiêu chuẩn của Arduino UNO sử dụng vi điều khiển ATmega328
với giá khoảng 90.000đ. Tuy nhiên nếu yêu cầu phần cứng của bạn không cao
hoặc túi tiền không cho phép, bạn có thể sử dụng các loại vi điều khiển khác có
chức năng tương đương nhưng rẻ hơn như ATmega8 (bộ nhớ flash 8KB) với
giá khoảng 45.000đ hoặc ATmega168 (bộ nhớ flash 16KB) với giá khoảng
65.000đ.
Ngoài việc dùng cho board Arduino UNO, bạn có thể sử dụng những IC
điều khiển này cho các mạch tự chế.
Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thơng qua cổng USB hoặc cấp
nguồn ngồi với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V.
Thường thì cấp nguồn bằng pin vng 9V là hợp lí nhất nếu bạn khơng có sẵn
nguồn từ cổng USB. Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ làm
hỏng Arduino UNO.
Cận cảnh phần cứng của Arduino:
Trang 14
Đồ án thiết kế mạch điện tử
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
Hình trên là cận cảnh con Arduino Uno. Đối với chúng ta lập trình cho
Arduino thì trước tiên quan tâm những thành phần được đánh số ở trên:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Cổng USB (loại B): Đây là cổng giao tiếp để ta upload code từ PC lên vi
điểu khiển. Đồng thời nó cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu giữa
vi điểu khiển với máy tính.
Jack nguồn: Để chạy Arduino thì có thể lấy nguồn từ cổng USB ở trên,
nhưng không phải lúc nào cũng có thể cắm với máy tính được. Lúc đó,
ta cần một nguồn 9V đến 12V.
Hàng Header: Đánh số từ 0 đến 12 là hàng digital pin, nhận vào hoặc
xuất ra các tín hiệu số. Ngồi ra có một pin đất (GND) và pin điện áp
tham chiếu (AREF).
Hàng header thứ hai: Chủ yếu liên quan đến điện áp đất, nguồn.
Hàng header thứ ba: Các chân để nhận vào hoặc xuất ra các tín hiệu
analog. Ví dụ như đọc thơng tin của các thiết bị cảm biến.
Vi điều khiển AVR: Đây là bộ xử lý trung tâm của toàn bo mạch. Với
mỗi mẫu Arduino khác nhau thì con chip này khác nhau. Ở con Arduino
Uno này thì sử dụng ATMega8.
Hướng dẫn hoạt động:
Trang 15
Đồ án thiết kế mạch điện tử
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
Một chương trình được nạp code vào được gọi là sketch, sẽ được upload lên bo
mạch Arduino qua cổng USB.
-
Phân tích chương trình: Có 2 method quan trọng nhất là setup() và
loop().
+ Setup() làm nhiệm vụ khởi tạo mode cho các ngoại vi của
Arduino. Hàm này sẽ được chạy một lần khi bo mạch Arduino
được reset. Ở chương trình này, setup() chỉ làm nhiệm vụ đặt các
chân 4,5,6,7 của Arduino sang mode output.
+ Loop() là chương trình chính của Arduino. Đoạn code trong loop()
sẽ được Arduino chạy vô hạn. Trong chương trình này, có hàm
digitalWrite() để đặt các chân (pin) ở mức điện áp cao (HIGH)
hay thấp (LOW). Hàm tiếp theo là delay(), nhận đối số là một số
nguyên, thẻ hiện số mili giây ta muốn chương trình tạm ngưng.
Một số ứng dụng của Arduino:
-
-
Robot: Arduino được dung để làm bộ xử lý trung tâm của rất nhiều loại
robot. Đó nhờ vào khả năng đọc các thiết bị cảm biến, điều khiển động
cơ,...
Máy bay không người lái
Mô phỏng Ipod
Và nhiều ứng dụng khác nữa…
Ngơn ngữ lập trình của Arduino dựa trên ngơn ngữ lập trình Wiring cho
phần cứng. Chắc bạn đã quá quen thuộc với ngôn ngữ C/C++, như vậy việc
viết code Wiring là rất dễ dàng. Cộng thêm, trên website, có khá nhiều các
library viết sẵn để điều khiển ngoại vi: LCD, sensor, motor… nên việc bạn
cần làm chỉ là kết hợp chúng với nhau để tạo ứng dụng cho riêng bạn.
2.4 SCR 100-6:
Cấu tạo
của Thyristor
Sơ đồ
-
Thyristor
Ký hiệu
tương đương
Thyristor có cấu tạo
gồm 4 lớp bán dẫn
ghép lại tạo thành hai
Transistor mắc nối
tiếp, một Transistor
thuận
và
một
Transistor ngược (như
sơ đồ tương đương ở
trên). Thyristor có 3 cực
Anot, Katot và Gate
gọi là A-K-G, Thyristor là Diode có điều kiện, bình thường là khi được phân
cực thuận, Thyristor chưa dẫn điện, khi có một điện áp kích vào chân G thì
Trang 16
Đồ án thiết kế mạch điện tử
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
Thyristor dẫn cho đến khi điện áp đảo chiều hoặc cắt điện áp nguồn Thyristor
mới nhưng dẫn. Trường hợp kết nói cả ba chân mà để hở chân G thì Thyristor
sẽ trở thành Diode bình thường.
-
Nguyên lý hoạt động:
+ Ban đầu cơng tắc K2 đóng, Thyristor mặc dù được phân cực thuận
nhưng vẫn khơng có dịng điện chạy qua, đèn khơng sáng.
+ Khi cơng tắc K1 đóng, điện áp U1 cấp vào chân G làm đèn Q2 dẫn =>
kéo theo đèn Q1 dẫn => dòng điện từ nguồn U2 đi qua Thyristor làm
đèn sáng. Tiếp theo ta thấy công tắc K1 ngắt nhưng đèn vẫn sáng, vì khi
Q1 dẫn, điện áp chân B đèn Q2 tăng làm Q2 dẫn, khi Q2 dẫn làm áp
chân B đèn Q1 giảm làm đèn Q1 dẫn, như vậy hai đèn định thiên cho
nhau và duy trì trạng thái dẫn điện.
+ Đèn sáng duy trì cho đến khi K2 ngắt => Thyristor không được cấp
điện và ngưng trạng thái hoạt động.
+ Khi Thyristor đã ngưng dẫn, ta đóng K2 nhưng đèn vẫn khơng sáng
như trường hợp ban đầu.
-
Đo kiểm tra Thyristor:
+ Đặt đồng hồ thang x1W, đặt que đen vào Anot, que đỏ vào Katot ban
đầu kim không lên, dung Tovit chập chân A vào chân G thấy đồng hồ lên
kim, sau đó bỏ Tovit ra mà đồng hồ vẫn lên kim thì như vậy Thyristor
tốt.
-
Ứng dụng:
+ Thyristor thường được sử dụng trong các mạch điều khiển động
cơ, mạch bảo vệ quá áp, mạch tự xạc acquy, mạch nguồn…
Trang 17
Đồ án thiết kế mạch điện tử
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
2.5 Transistor A1015
-
Cấu tạo BJT:
+
-
Gồm 3 phiến bán dẫn ghép lại với nhau tạo thành hai loại BJT
loại PNP và BJT loại NPN. Trong đó, phiến bán dẫn ở cực E có
nồng độ điện tích cao hơn (P+ hoặc N+) so với phiến bán dẫn ở
cực C nên điện tích dịch chuyển từ cực E sang cực C. Vì vậy,
cực E được gọi là cực phát (phát điện tích), cực C gọi là cực thu
và cực B gọi là cực nền.
Hình dạng – Ký hiệu – Tên gọi BJT
Hình 1.4a:Hình dạng và ký hiệu BJT loại PNP
Trang 18
Đồ án thiết kế mạch điện tử
-
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
Chiều dịng điện chạy trong BJT
Hình 1.4b: Chiều và dịng điện chạy trong BJT
Ta có IE = IB + IC
IC= . IB
+ Dịng điện IB là dịng điều khiển có giá trị rất nhỏ
+ Dòng điện IC, IE là dòng điện chính có giá trị lớn
IE = IB + IC và vì IC>> IB và => IE IC
2.6 Relay 5 chân 12V
Rơ-le là một loại linh kiện điện tử thụ động rất
hay gặp trong các ứng dụng thực tế. Khi bạn gặp
các vấn đề liên quan đến công suất và cần sự ổn
định cao, ngồi ra có thể dễ dàng bảo trì, thì rơ-le
chính là cái bạn cần tìm. Vì vậy, hơm nay, chúng
ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về relay và các ứng dụng
của nó trong cuộc sống!
Rơ-le là một cơng tắc (khóa K). Nhưng khác với cơng tắc ở một chỗ cơ
bản, rơ-le được kích hoạt bằng điện thay vì dùng tay người. Chính vì lẽ đó, rơle được dùng làm cơng tắc điện tử! Vì rơ-le là một cơng tắc nên nó có 2 trạng
thái: đóng và mở.
Relay 5 chân SRD-12VDC: là loại linh kiện đóng ngắt điện cơ đơn giản.
Nó gồm 2 phần chính là cuộn hút và các tiếp điểm. Cấu tạo của relay được mơ
tả trong hình.
Trang 19
Đồ án thiết kế mạch điện tử
-
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
Ngun lý hoạt động:
Hình 1.5a : Sơ đồ kích thước Relay 12V 5 chân
+ Chân 1 và chân 2 được nối vào cuộn hút, khi có điện vào cuộn hút sẽ
hút tiếp điểm chuyển từ vị trí 4 xuống tiếp điểm 5
+ Chân 3: đặt điện áp (nếu là loại Relay 12V thì đặt 12V DC vào đây)
+ Chân 4, chân 5: tiếp điểm.
Hình 1.5b: Sơ đồ chân Relay
+ Chân 1 và 2 : là chân
cuộn dây, khi cấp
nguồn nuôi cho cuộn dây này thì cuộn dây sẽ hút thanh kim loại làm
đóng mở các tiếp điểm, chân 3 và 5 là tiếp điểm thượng đóng khi có
nguồn điện chạy trong cuộn dây thì nó sẽ làm cho nhả chân 3 và chân 5
ra và nó sẽ làm đóng chân 3 và chân 4 lại và khi mất nguồn nuôi thì nó
trở lại trạng thái ban đầu chân 3 và chân 5 được đóng, chân 3 và chân 4
được nhả ra.
-
Ứng dụng của rờ-le:
Trang 20
Đồ án thiết kế mạch điện tử
+
2.7
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
Nhìn chung, cơng dụng của rờ-le là "dùng một năng lượng nhỏ để
đóng cắt nguồn để đóng ngắt nguồn năng lượng lớn hơn”. Rờ-le được
dùng khá thông dụng trong các ứng dụng điều khiển động cơ và chiếu
sáng.Khi cần đóng cắt nguồn năng lượng lớn, rờ-le thường được ghép
nối tiếp. Nghĩa là một rờ-le nhỏ điều khiển một rờ-le lớn hơn, và rơ-le
lớn sẽ điều khiển nguồn công suất.
Công tắt từ
-
-
Cấu tạo công tắc:
+ Công Tắc Từ FR3S là loại linh kiện cơ điện từ: chúng đóng hay mở
mạch điện dự trên nguyên lý từ trường. Khi từ trường đủ mạnh làm
chúng nhiễm từ để mở hay đóng mạch điện. Loại sensor này tương đối
rẻ tiền, dễ mua, bền nên có thê lắp chìm bên trong phía trên cửa rồi
chám xi măng là xong. Phía bên dưới cửa phía bên trong ta chỉ để cục
nam châm nhỏ là có một sensor để biết sự mở cửa rất dễ dàng.
+ Vì nó rẻ nên ta nên để hai bên cánh cửa, hay phía trên và dưới cánh
cửa để đảm bảo tránh nhầm lẫn sai xót.
+ Cơng tắc từ nhìn nó giống như một cái bóng đèn flash nhưng nó chỉ
đóng hay mở mạch( đổi trạng thái) khi có từ trường đủ lớn.
Ứng dụng:
+ Làm cơng tắc đóng mở thiết bị. Vì chỉ cần có tác động từ trường đủ
lớn là có thể thay đổi trạng thái đóng mở mạch điện, nên dùng thuận
lợi cho việc điều khiển tại những nơi ẩm ướt và đóng mở thường
xun. Vì khơng cần tiếp xúc trực tiếp về cơ học mà dán tiếp qua từ
trường
+ Làm cảm biến cửa: đây là một cách tuyệt vời vì khơng sợ bụi bặm theo
thời gian hay bởi sự che chắn dễ dàng lắp đặt. Nhược điểm là có thể
dùng nam châm để làm hiểu lầm nên khi lắp đặt nên dùng kim loại tạo
vịng che chắn để ít ảnh hưởng bởi từ trường bên cạnh.
Trang 21
Đồ án thiết kế mạch điện tử
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG
3.1 Sơ đồ nguyên lý
Mạch mô phỏng, sơ đồ nguyên lý và mạch in đều được đính kèm trong các
file.
Sau đây là một số hình ảnh minh họa.
3.1.1 Sơ đồ nguyên lý tổng quát mạch
-
Mạch mô phỏng trên proteus
Trang 22
Đồ án thiết kế mạch điện tử
-
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
Giải thích nguyên lý:
Khi ta quẹt thẻ RFID
+
+
Nếu như số thẻ đúng với số thẻ mà ta đã nhập thì PIN3 được kích
lên mức 1 tức có dịng điện chạy qua, LED-GREEN sẽ sáng đồng
thời đồng thời Relay thành thưởng hở làm hở mạch báo trộm.Sau
đó servo sẽ quay 1 góc mà chúng ta lập trình sẵn, cửa sẽ mở ra.
Một thời gian sau servo sẽ quay lại góc cũ và cửa sẽ đóng lại.
PIN3 về lại mức 0 Relay thành thường đóng, LED-GREEN tắt.
Nếu ta quẹt sai thẻ thì PIN4 được kích lên mức 1 làm đèn đỏ sáng,
thơng báo sai thẻ. Nếu như cố tình cạy cửa hoặc phá cửa và đi vào
thì bộ báo trộm sẽ báo động, đèn sáng và làm sáng các thiết bị đèn
trong nhà cho tới khi quẹt thẻ để xác nhận là thẻ đúng thì đèn và
bộ báo động mới ngừng.
3.1.2 Sơ đồ nguyên lý mạch báo trộm
-
Mạch mô phỏng trên proteus
Trang 23
Đồ án thiết kế mạch điện tử
-
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
Nguyên lý hoạt động:
Khi ta đăt thanh châm lại gần CONG TAC TU thì CONG TAC TU chuyển
thành thường đóng nối R5 với R6 Làm cho V EB phân cực ngược, do đó
A1015 khơng cho dịng điện chạy từ chân E xuống chân C, nên SCR 1006 không được thông mạch.
Nếu CONG TAC TU được đặt xa nam châm thì dòng điện sẽ được ngắt ra
tại CONG TAC TU, khi đó dịng điện sẽ chạy qua R5 và R1 làm cho V EB
phân cực thuận, do đó A1015 cho dịng chạy từ chân E xuống chân B. Tại
chân E của nguồn là 9V, dòng điện chạy qua R3 và R4 khi xuống tới chân G
của SCR 100-6 bị sụt áp tại R3 và R4. Tại nút R3 giao với R4 điện áp còn
lại < 1, 5V, nên con SCR 100-6 dẫn điện từ chân A xuống Chân C. Khi đó
LED BAO sáng và COI CHIP kêu.
3.2 Các đoạn code mô phỏng.
Vì lý do các dịng lệnh được viết khá dài và sắp xếp không theo trật tự của
người theo dõi. Vì vậy trong báo cáo em xin trình bày một số đoạn code với
các chức năng tiêu biểu.
//ID thẻ mình có thể thay thế được
unsigned char master[5] = {16, 111, 24, 181, 210};
unsigned char slave[5] = {16, 23, 154, 124, 225};
-----------------------------------//đoạn code dùng để đọc thẻ
if (rfid.isCard())
{
if (rfid.readCardSerial())
{
for (i = 0; i < 5; i++){
reading_card[i] = rfid.serNum[i]; //quét thẻ lưu vào mảng
}
Trang 24
Đồ án thiết kế mạch điện tử
GVHD: ThS. Trần Quang Thuận
for (i = 0; i < 5; i++){
if (reading_card[i]!=master[i]) {
a=0; //so sánh nếu ID thẻ khơng trùng với ID mình viết a = 0}
if (reading_card[i]!=slave1[i]) {
b=0; }
if (reading_card[i]!=slave[i]) {
c=0;}
if (reading_card[i]!=slave2[i]) {
e=0;}}
d=a+b+c+e; //tính tổng các biến
if (d == 1){
allow(); }
else{
denied();}}}
rfid.halt();}
-------------------------void allow() //thẻ hợp lệ{
digitalWrite(GREEN_LED, HIGH); //đèn xanh sáng khi thẻ đúng
delay(20);
myservo.attach(9);
for (pos = 0; pos <=70; pos += 1) {
myservo.write(pos);
delay(5); }
delay(1000);
Open.attach(6);
for(goc = 100; goc >= 0; goc-=1){
Open.write(goc);
delay(15);}
delay(6000);
Trang 25
