HỆ THỐNG ĐÓNG mở cửa AN NINH với mật KHẨU , có CODE

HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ CỬA AN NINH
VỚI MẬT KHẨU DÙNG PIC
CODE Ở PHẦN CUỐI TRANG




Trang 1 / 32

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ...............................................................................................3
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT......................................................................................4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI........................................................................5
1.1

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI......................................................................................................5

1.2

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU.............................................................................................5

1.3

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU............................................................................................5

1.4

PHẠM VI NGHIÊN CỨU:...............................................................................................5

1.5

DỰ KIẾN KẾT QUẢ:.....................................................................................................6

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG.......................................................................6
2.1

THIẾT KẾ HỆ THỐNG...................................................................................................6

2.2

THIẾT KẾ CHI TIẾT......................................................................................................7

2.2.1

Khối nguồn..........................................................................................................7

2.2.2

Khối cảm biến.....................................................................................................8

2.2.3

Khối động cơ.......................................................................................................9

2.2.4

Khối hiển thị......................................................................................................11

2.2.5

Khối thời gian...................................................................................................12

2.2.6

Khối ma trận phím 4x4.....................................................................................15

2.2.7

Khối trung tâm điều khiển................................................................................17

CHƯƠNG 3. GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN...........................................................18
3.1

NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG...........................................................................................18

3.2

LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT.................................................................................................20

CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ MƠ PHỎNG...................................21
4.1

TIẾN TRÌNH THỰC NGHIỆM.......................................................................................21

4.2

KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM...........................................................................................21

4.3

KẾT QUẢ MƠ PHỎNG.................................................................................................21

4.3.1

Mơ hình mơ phỏng............................................................................................21


Trang 2 / 32

4.3.2

Thi cơng phần cứng..........................................................................................22

4.3.3

Mơ hình thực tế.................................................................................................23

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN................................................................................................24
5.1

ƯU ĐIỂM...................................................................................................................24

5.2

NHƯỢC ĐIỂM............................................................................................................24

5.3

HƯỚNG PHÁT TRIỂN.................................................................................................24

TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................25

PHỤ LỤC..............................................................................................................................26


Trang 3 / 32

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2. 1 Sơ đồ khối.....................................................................................................6
Hình 2. 2 Adapter 5V-3A..............................................................................................7
Hình 2. 3 Cảm biến hồng ngoại...................................................................................8
Hình 2. 4 Động cơ SG90 Servo..................................................................................10
Hình 2. 5 Động cơ Servo trong mơ phỏng Proteus....................................................10
Hình 2. 6 Sơ đồ chân của LCD 1602.........................................................................11
Hình 2. 7 Thư viện DS1307.......................................................................................14
Hình 2. 8 Mạch thời gian RTC DS1307....................................................................14
Hình 2. 9 DS1307 trong mơ phỏng Proteus..............................................................15
Hình 2. 10 Bàn phím ma trận 4x4 Keypad................................................................16
Hình 2. 11 Ma trận phím 4x4 trong mơ phỏng Proteus............................................16
Hình 2. 12 PIC 16F877A...........................................................................................17
Hình 2. 13 Sơ đồ các chân của 16F877A..................................................................18
Y

Hình 3. 1 Cửa tự động được ưa chuộng tại nhiều nơi..............................................19
Hình 3. 2 Lưu đồ giải thuật........................................................................................20

Hình 4. 1 Mơ phỏng mơ hình trên Proteus................................................................21
Hình 4. 2 Sơ đồ mạch in.............................................................................................22
Hình 4. 3 Mơ hinh (1) sau khi hồn thành................................................................23
Hình 4. 4 Mơ hình (2) sau khi hoàn thành................................................................23

Trang 4 / 32

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
IC

Integrated Circuit

LCD

Liquid-Crystal Display

SMD

Surface-Mount Device

GND

Ground

VCC

Voltage Common Collector

RTC

Real Time Clock

I2C

Inter-Integrated Circuit

EEPROM

Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory


Trang 5 / 32

CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu đề tài
Hiện nay với sự phát triển vuợt bậc của khoa học và kỹ thuật thì nhu cầu của con
người đòi hỏi ngày càng cao trong sinh hoạt, trong cuộc sống. Ngày nay thì xã hội
ngày càng phức tạp, nhiều tệ nạn xã hội khiến cho người dân càng thêm bất an về cuộc
sống. Chính vì thế, việc có cho mình 1 hệ thống cửa an ninh có sử dụng mật khẩu là vơ
cùng thiết yếu. Có bên cạnh mình một hệ thống vừa có tính bảo mật, báo động khi có
người đột nhập, sẽ an tồn hơn cho các thành viên trong gia đình. Vì vậy đây là đề tài
khơng những là một thực tại mang tính thiết yếu mà cịn có tầm quan trọng trong hiện
tại cũng như tương lai
1.2 Mục đích nghiên cứu
Đối với những gia đình khơng có điều kiện ở nhà thường xun hoặc gia đình có
người già và trẻ em thì việc bị kẻ xấu “ghé nhà” thật là nguy hiểm. Chính vì thế, với
tiêu chí an tồn cho gia đình là trên hết cũng như phù hợp xu thế mới trong ngành điều
khiển tự động, việc có cho mình hệ thống cửa an ninh có sử dụng mật khẩu sẽ khiến
cho ngơi nhà của bạn trở nên an toàn hơn bao giờ hết
1.3 Đối tượng nghiên cứu
- Sử dụng PIC16F877A làm vi điều khiển trung tâm
-

Sử dụng LCD để hiển thị mật khẩu

-

Sử dụng cảm biến hồng ngoại để phát hiện chuyển động của người ra vào

-

Sử dụng Servo để xoay đóng/mở cửa

1.4 Phạm vi nghiên cứu:
Theo như yêu cầu và hướng dẫn của TS. Nguyễn Hồng Nam thì cửa an ninh của
em hoạt động y như cửa tự động ở siêu thị hay ở trung tâm mua sắm với 2 chế độ chủ
yếu khai thác vào phần thiết lập mật khẩu và cảm biến đóng mở cửa khi phát hiện
người ra/vào
1.5 Dự kiến kết quả:


Trang 6 / 32

Mơ hình dựa vào cảm biến hồng ngoại và thời gian thực đã cài đặt sẵn để tự động
điều khiển hệ thống theo chế độ thích hợp, có thể điều khiển hệ thống qua các nút nhấn
thủ cơng

CHƯƠNG 2.

THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG

1.6 Thiết kế hệ thống

Khối thời gian
Khối key phím

Khối hiển thị LCD
Khối trung tâm

Khối động cơ

điều khiển

Khối cảm biến

Khối nguồn

Hình 2. 1 Sơ đồ khối

1.7 Thiết kế chi tiết
1.1.1 Khối nguồn
Khối nguồn dùng để cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống hoạt động. Ở
đồ án này ta dùng nguồn Adapter 5V 3A để cung cấp năng lượng cho hệ thống vận
hành, với công suất 15W, kích thước chân cắm 5.5x3.0mm, nguồn điện đầu vào
100V-240V


Trang 7 / 32

Hình 2. 2 Adapter 5V-3A

1.1.2 Khối cảm biến

Trang 8 / 32

Hình 2. 3 Cảm biến hồng ngoại
a/

Giới thiệu về cảm biến hồng ngoại
Là module cảm biến hồng ngoại tiệm cận được sử dụng rộng rãi để phát
hiện vật hoặc người tới gần. Sử dụng một led phát hồng ngoại và một led
thu hồng ngoại với IC là LM385 SMD. Song, cảm biến này được mọi
người tin tưởng và sử dụng rất nhiều trong ngành cơng nghiệp hóa

b/

Ngun lí hoạt động:


Led sẽ phát ra tia hồng ngoại, khi phát hiện có vật cản hay con người
trên đường chuyền, tia hồng ngoại sẽ phản xạ vào đèn thu hồng ngoại,
làm led thu hồng ngoại sẽ thay đổi điện áp và so sánh IC LM385, sau khi



so sánh đèn LED sẽ sáng lên (báo hiệu có vật hoặc người ngang qua)
Khoảng cách làm việc hiệu quả 3-6 cm, điện áp làm việc là 3.3V- 5V, với



kích thước nhỏ gọn, tiện lợi chỉ 4cm*2.5cm
Số lượng: 2. Để gắn ở 2 vị trí khác nhau phát hiện người ra/vào

Trang 9 / 32

c/

Cổng giao tiếp
 VCC: điện áp chuyển đổi từ 3.3V-5V
 GND: GND ngoài
 OUT: đầu ra kĩ thuật số

1.1.3 Khối động cơ
Với phần cửa thì em sử dụng động cơ Servo. Động cơ Servo SG90 với các bánh
răng được làm từ nhựa, có độ bền cao, có tốc độ phản ứng nhanh, phù hợp cho
nhiều ứng dụng khác nhau: cánh tay robot, cơ cấu điều chuyển hướng, cơ cấu xoay,
quay góc, … giúp ích rất nhiều cho sự thuận lợi của con người. Với độ nhạy cao,
đây là linh kiện phù hợp nhất để thiết kế phần cứng cho hệ thống của an ninh
® Thơng số kĩ thuật
 Model: SG90 Servo
 Điện áp hoạt động: 4.8V-5V DC
 Tốc độ: 0.12 s / 60 deg
 Lực kéo: 1.6Kg / cm
 Kích thước: 21x12x22 mm
 Trọng lượng: 9g
 Số lượng: 1


Trang 10 / 32

Hình 2. 4 Động cơ SG90 Servo

Hình 2. 5 Động cơ Servo trong mô phỏng Proteus
1.1.4 Khối hiển thị
LCD 1602 được sử dụng rộng rãi với mục đích chính là để hiển thị thơng tin,
truyền đạt tới người dung, mà giá thành lại vô cùng rẻ


Trang 11 / 32

a/

Thông số kĩ thuật

 Ngưỡng điện áp: -0.3V – 7V
 Hoạt động ổn định: 2.7V - 5.5V
 Điện áp ra mức cao: >2.4 V
 Điện áp ra mức thấp: <0.4 V
 Dòng điện cấp nguồn: 350uA – 600uA
 Nhiệt độ hoạt động: -30ºC - 75ºC
b/

Chức năng của từng chân LCD 1602

Hình 2. 6 Sơ đồ chân của LCD 1602


Trang 12 / 32

1.1.5 Khối thời gian
DS1307 là chíp đồng hồ thời gian thực RTC, có bộ đếm giờ, phút, giây, năm,

tháng, ngày; giao tiếp với vi điều khiển thông qua chuẩn I2C. Chip này có 7 thanh
ghi 8-bit chứa thời gian, bên cạnh đó cịn có một thanh ghi phụ điều khiển ngõ ra
và rất nhiều thanh ghi trống
a/

Thông số kĩ thuật







b/

IC: RTC DS1307 + EEPROM AT24C32
Nguồn cung cấp: 5V DC
Giao tiếp: I2C
Ngõ ra tần số: 1Hz
Kích thước: 27x28x8.4 mm
Số lượng: 1
Nguyên lí hoạt động
Khi hệ thống hoạt động, vi điều khiển sẽ đưa tín hiệu ban đầu đến LCD.
Tại thời điểm này, tín hiệu từ DS1307 được gửi đi. Khi nhận được tín
hiệu, vi điều khiển sẽ xử lí các tín hiệu thời gian để xuất giá trị ra màn
hình. Và đồng thời, vi điều khiển cũng nhận tín hiệu từ cảm biến
DS18B20 rồi xử lí, sau cùng là xuất giá trị lên LCD

c/

Thư viện DS1307


Trang 13 / 32


Trang 14 / 32

Hình 2. 7 Thư viện DS1307


Trang 15 / 32

Hình 2. 8 Mạch thời gian RTC DS1307

Hình 2. 9 DS1307 trong mơ phỏng Proteus


Trang 16 / 32

1.1.6

Khối ma trận phím 4x4
Gồm có 16 nút nhấn, được sắp xếp thành 4 hàng, 4 cột, có tổng cộng 8 ngõ ra,

cho phép người dùng có thể nhập số, chữ, để điều khiển 1 hệ thống nào đó thơng
qua các lệnh được lập trình sẵn
®Thơng số kĩ thuật







Độ dài cáp: 88mm
Nhiệt độ hoạt động: 0-70ºC
Ngõ ra: 8
Kích thước: 77x69 mm
Số lượng: 1

Hình 2. 10 Bàn phím ma trận 4x4 Keypad


Trang 17 / 32

Hình 2. 11 Ma trận phím 4x4 trong mô phỏng Proteus

1.1.7 Khối trung tâm điều khiển
a/
Giới thiệu
Trung tâm chính của khối hệ thống này là PIC 16F877A, là 1 vi điều khiển
40 chân với 6 chân port A, 8 chân port B, 8 chân port C, 8 chân port D và 3
chân port E. Gồm có 3 bộ định thời: 2 bộ định thời 8-bit và 1 bộ định thời
16- bit. Nó hỗ trợ nhiều giao thức giao tiếp như giao thức song song, giao
thức I2C,…

Hình 2. 12 PIC 16F877A


Trang 18 / 32

b/

Thông số kĩ thuật












c/

CPU: PIC 8-bit
Cấu trúc: 8
Kích thước bộ nhớ: 14 Kbyte
RAM: 368 bytes
EEPROM/HEF: 256/HEF
Số chân: 40
Tốc độ CPU tối đa: 20 MHZ
Nhiệt độ hoạt động tối thiểu: -40ºC
Nhiệt độ hoạt động tối đa: 125ºC
Điện áp hoạt động tối thiểu: 2V
Điện áp hoạt động tối đa: 5.5V

Sơ đồ chân

Hình 2. 13 Sơ đồ các chân của 16F877A

CHƯƠNG 3.

GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN


Trang 19 / 32

1.8 Nguyên lí hoạt động
Hệ thống cửa an ninh có sử dụng mật khẩu này hoạt động theo 2 chế độ:
 Chế độ 1: Từ 22h-7h, cửa sẽ tự động kích hoạt chế độ sử dụng mật khẩu,
người dùng phải nhập đúng mật khẩu thì cửa sẽ mở trong 5 giây và tự
động đóng lại; nếu người dùng nhập sai mật khẩu 3 lần liên tiếp thì hệ
thống báo động sẽ hoạt động. Bên cạnh đó, người dùng từ bên trong đi ra
ngoài sẽ qua 1 cảm biến hồng ngoại thì cửa cũng sẽ tự động mở ra mà
không cần phải nhập mật khẩu nữa
 Chế độ 2: Ngồi khung giờ nói trên, thì cửa sẽ hoạt động như 1 chiếc cửa
tự động thông qua 2 cái cảm biến hồng ngoại được lắp đặt ngay cổng
ra/vào. Mỗi khi có người đi qua, cửa sẽ tự động mở ra trong vịng 5 giây,
sau đó đóng lại
Nếu người dùng nhập đúng mật khẩu thì mới được quyền thay đổi mật khẩu, và mật
khẩu sẽ được lưu lại trong bộ nhớ EEPROM


Trang 20 / 32

Hình 3. 1 Cửa tự động được ưa chuộng tại

nhiều nơi

1.9 Lưu đồ giải thuật
Bắt đầu
Khởi tạo phần
cứng

Kiểm tra phím

Nhập phím

Kiểm tra mật khẩu với
số lần >=3
Đ

Mở cửa – Đổi mật khẩu
Kết thúc
Hình 3. 2 Lưu đồ giải thuật

S
Báo động


Trang 21 / 32

CHƯƠNG 4.
1.10




THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

Tiến trình thực nghiệm
Bước 1: Cấp nguồn cho hệ thống hoạt động
Bước 2: Nạp code bằng mạch nạp PICKIT 3
Bước 3: Hệ thống hoạt động và ghi nhận lại thông số, ưu điểm và nhược điểm

1.11 Kết quả thực nghiệm
 Hệ thống hoạt động tương đối ổn định, đáp ứng được yêu cầu đề ra
 Động cơ Servo phản hồi khá nhanh, độ nhạy cao, ổn định
 Key phím hoạt động hơi chậm

1.12

Kết quả mơ phỏng

1.1.8 Mơ hình mơ phỏng

Hình 4. 1 Mơ phỏng mơ hình trên Proteus
1.1.9 Thi cơng phần cứng


Trang 22 / 32

Hình 4. 2 Sơ đồ mạch in
1.1.10 Mơ hình thực tế