BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN HỆ THỐNG NHÚNG

Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM
Bộ môn Điện tử - Viễn Thơng

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MƠN
HỆ THỐNG NHÚNG
GVHD: TH.S Bùi Quốc Bảo
Đề tài: Electronic lock controller
Nhóm 1, L03

Thành viên

MSSV

Trần Ngọc Thiện Nhân

1914459

Nguyễn Tấn An

1912531

Phạm Thị Phương Anh

1912611

1|Page


PROJECT PLAN
Kế hoạch dự án
Tên nhóm

Nhóm 1

Tên sản phẩm

Electronic lock controller

Đặc điểm chính

Điều khiển khóa điện tử

Thời gian ước tính

4 tháng
Bắt đầu: 1/9/2021
1/1/2021

Chí phí ước tính

<1.000.000 VNĐ

Thành viên nhóm

Trần Ngọc Thiện Nhân: Trưởng nhóm,
thiết kế phần mềm,phần cứng ,báo cáo
Nguyễn Tấn An: thiết kế phần mềm,
phần cứng,báo cáo.
Phạm Thị Phương Anh :thiết kế phần
mềm ,
Báo cáo ,thuyết trình

Kết thúc:

2|Page


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................. 4
CHƯƠNG I:

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

PHẦN I: YÊU CẦU SẢN PHẨM................................................................5
1/ Tên......................................................................................................... 5
2/ Mục đích................................................................................................ 5
3/ Input...................................................................................................... 5
4/ Các trường hợp sử dụng .......................................................................5
5/ Chức năng:............................................................................................ 5
6/ Hiệu năng ............................................................................................. 5
7/ Chi phí .................................................................................................. 5
8/ nguồn điện............................................................................................ 8
9/Kích thước/cân nặng............................................................................... 8
10/ cài đặt ................................................................................................. 8
PHẦN II: XÁC ĐỊNH MẠCH NGUYÊN LÍ ĐỂ ĐẢM BẢO CÁC YÊU
CẦU HỆ THỐNG........................................................................................ 9
1/ Sơ đồ tổng quát của hệ thống:...............................................................9
2/ Xác định các kết nối:.............................................................................9
3/ Xác định link kiện sử dụng cho thiết bị.................................................9
PHẦN III:ĐẶC ĐIỂM KĨ THUẬT............................................................14
1/ Nguyên lí hoạt động:...........................................................................14

2/ yêu cầu thiết kế tiên quyết:..................................................................14
3/thông số kĩ thuật chính :.......................................................................15
4/sản xuất:................................................................................................ 16
5/chiến lược thất bại:............................................................................... 16
6/ tài liệu hỗ trợ :..................................................................................... 16
7/ chia phần cứng phần mềm :.................................................................16
3|Page


PHẦN IV: EMBEDDED SYSTEM DESIGN ISSUES..............................17
1/ Constraint:........................................................................................... 17
2/ Functions :.......................................................................................... 17
3/ Real-time system :...............................................................................17
5/ Reactive systems :...............................................................................18
CHƯƠNG II:........................................................................
18

THIẾT KẾ

PHẦN I: PHẦN CỨNG:............................................................................18
1/Khối nguồn:.......................................................................................... 18
2/Khối led và còi:.................................................................................... 19
4/Khối relay:............................................................................................ 19
5/.Khối reset:........................................................................................... 20
6/.Khối keypad:....................................................................................... 20
7/ Khối LCD:........................................................................................... 21
8/Vi điều khiển:....................................................................................... 21
9/ Sơ đồ mạch:......................................................................................... 22
10/Sơ đồ PCB:......................................................................................... 24
PHẦN II: PHẦN MỀM:............................................................................. 27

1/LƯU ĐỒ VÀ USE CASE:...................................................................28
2/ CODE:................................................................................................ 28
CHƯƠNG III:

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ......................................................33

PHẦN I: MÔ PHỎNG VÀ KIỂM TRA.....................................................33
PHẦN II: ĐÁNH GIÁ MÔ PHỎNG..........................................................39
PHẦN III: TỔNG KẾT & ĐÁNH GIÁ LẠI HỆ THỐNG.........................39
CHƯƠNG IV:

TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................40

4|Page


LỜI MỞ ĐẦU
An ninh là mối quan tâm hàng đầu trong cuộc sống của chúng ta hiện nay.
Mọi người đều muốn được bảo mật càng nhiều càng tốt. kiểm soát truy cập
cho các cửa tạo thành một liên kết quan trọng trong một chuỗi an ninh .Khóa
kĩ thuật số dựa trên vđk cho cửa là một hệ thống kiểm soát truy cập cho phép
chỉ những người được ủy quyền mới được phép truy cập vào khu vực hạn
chế.
Khóa điện tử hay khóa kĩ thuật số là một thiết bị có một cụm điều khiển điện
tử gắn liền với nó.Người sử dụng được cung cấp một hệ thống kiểm soát truy
cập. Hệ thống này cho phép người dùng mở khóa thiết bị bằng mật khẩu. Mật
khẩu được nhập bằng cách sử dụng các phím. Người dùng cũng có thể đặt lại
mật khẩu của mình để đảm bảo bảo vệ tốt hơn .Các thành phần chính của hệ
thống bao gồm :bàn phím,màn hình LCD,vđk PIC16f877A va hệ thống cảm
biến vân tay .Với đồ án này nhóm chúng em quyết định mơ tả và chế tạo một

khóa mã điện tử bằng vđk PIC16F877A sử dụng trực tiếp trong nhà nhằm
bảo vệ ngôi nhà của chúng ta tốt hơn .

CHƯƠNG I:
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
PHẦN I: PRODUCT REQUIREMENTS
1/ Tên: Bợ điều khiển khóa điện tử trong nhà
2/ Mục đích: bảo vệ an ninh trong nhà
3/ Input: nguồn, cảm biến, bảng nút nhấn điều khiển
Output:role mở khóa,led,màn hình lcd,buzzer
 4/ Các trường hợp sử dụng :
+ cảm biến bằng vân tay
+ người dùng nhập pass để được mở khóa
+ người dùng có thể đổi pass để tăng cường tính bảo mật tốt hơn
5|Page


5/ Chức năng:
Mạch điều khiển: điều khiển tất cả các hoạt động của hệ thống






Phím ma trận : dùng để người dùng nhập pass và chọn chế độ phù hợp
Role mở khóa: dùng để mở khóa cửa
Cảm biến bân tay: cho người dùng giao tiếp nhanh hơn
Buzzer và LED: thông báo tín hiệu nhận được để người dùng biết
LCD : giúp người dùng xem được thông tin hiển thị

6/ Hiệu năng : 90%.
7/ Chi phí :
 Vi điều khiển PIC16F877: 60.000đ

 Thạch anh 20Mhz: 2.000đ

 Màn LCD 16x2: 35.000đ

6|Page


 1 nút nhấn 12x12x9mm: 2.000đ

 1 Rơ-le 12V: 6.000đ

 1 phím ma trận 4x4:14.000d

7|Page


 1 cảm biến vân tay: 280.000đ

 1 buzzer: 4.000đ

8|Page


 Các linh kiện khác trong mạch ,dây điện ,PCB,led đơn,tụ ,trở,và các
thiết bị khác :200.000đ

 Tổng chi phí:603.000đ
8/ nguồn điện 220V
9/Kích thước/cân nặng
 Kích thướt :10x10x3
 Cân nặng :0.5kg
10/ cài đặt :
 Cửa đã chuẩn bị sẵn hệ thống lắp ráp khóa điện tử
 Lắp khóa trực tiếp vào cửa
 Kết nối nguồn điện 220V
Điều chỉnh pass theo ý muốn của người sử dụng .
PHẦN II: XÁC ĐỊNH MẠCH NGUYÊN LÍ ĐỂ ĐẢM BẢO CÁC YÊU
CẦU HỆ THỐNG
1/ Sơ đồ tổng quát của hệ thống:

9|Page


2/ Xác định các kết nối:
 Hệ thống sử dụng PIC16F877A làm vi điều khiển
 Kết nối với màn hình LCD 16x2 với vi điều khiển bằng 4 chân ngõ ra
nối vào D4->D7 của LCD. Chân E, RW và RS của LCD kết nối lần
lượt với ba chân khác trên vi điều khiển
 Bàn phím được kết nối vào các chân từ RB0 -> RB7 của vi điều khiển
3/ Xác định link kiện sử dụng cho thiết bị:
a/Vi điều khiển:
-Option 1: PIC16F877A

*Thông số:
10 | P a g e













368 x 8 Bytes RAM.
5 Port xuất/nhập (A, B, C, D, E) tương ứng 33 chân ra.
2 Bộ định thời 8 bit Timer 0 và Timer 2.
1 Bộ định thời 16 bit Timer 1, có thể hoạt động ở chế độ tiết kiệm năng
lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung clock ngoài.
1 Bộ biến đổi Analog to Digital 10 bit, 8 ngõ vào.
2 Bộ so sánh tương tự (Compartor).
1 Bộ định thời giám sát (Watch Dog Timer).
1 Cổng giao tiếp song song 8 bit.
1 Port nối tiếp.
15 Nguồn ngắt (Interrupt).
Tần số hoạt động tối đa 20 MHz.

*Giá thành: 60.000đ
-Option 2: Arduino UNO R3

*Thông số:

 Vi xử lý: ATmega328P
 Điện áp hoạt động: 5 Volts
 Điện áp vào giới hạn: 7 đến 20 Volts
 Dòng tiêu thụ: khoảng 30mA
 Số chân Digital I/O: 14 (với 6 chân là PWM)
 UART: 1
 I2C: 1
 SPPI: 1
11 | P a g e


 Số chân Analog: 6
 Dòng tối đa trên mỗi chân I/O: 30 mA
 Dòng ra tối đa (5V): 500 mA
 Dòng ra tối đa (3.3V): 50 mA
 SRAM: 2 KB
 EEPROM: 1 KB
 Clock Speed: 16 MHz
*Giá thành: 120.000đ
-Kết luận: cả hai vi điều khiển đều đáp ứng được u cầu với thiết bị khóa
điện tử
=> Chọn PIC16F877A vì giá thành rẻ hơn
b/Màn hình LCD:
-Option 1: LCD 16x2

-Option 2: LCD 16x4

-Kết luận:
+Đều có chung các chân VSS, VDD, VEE, E, RS, RW, D0->D7
+Màn hình LCD 16x2 hiển thị 2 dòng, LCD 16x4 hiển thị 4 dòng.

+ Giá thành:
12 | P a g e


LCD 16x2: Giá 35.000 VNĐ
LCD 16x4: Giá 120.000 VNĐ
=> Chọn LCD 16x2 vì màn hình LCD chỉ cần hiển thị 2 thống số khóa chọn
là nhập pass và đổi pass và giá thành rẻ hơn.
c/ cảm biến vân tay:
- Opption 1:AS608

 sử dụng giao tiếp UART TTL hoặc USB 1.1 để giao tiếp với Vi điều
khiển hoặc kết nối trực tiếp với máy tính (thơng qua mạch chuyển
USB-UART hoặc giao tiếp USB 1.1).
 Cảm biến nhận dạng vân tay được tích hợp nhân xử lý nhận dạng vân
tay phía trong, tự động gán vân tay với 1 chuỗi data và truyền qua giao
tiếp UART ra ngồi nên hồn tồn khơng cần các thao tác xử lý hình
ảnh, đơn giản chỉ là phát lệnh đọc/ghi và so sánh chuỗi UART nên rất
dễ sử dụng và lập trình.
 có khả năng lưu nhiều vân tay cho 1 ID (1 người), thích hợp cho các
ứng dụng bảo mật, khóa cửa, sinh trắc học,…
 Khu vực ứng dụng: Mô-đun vân tay được sử dụng rộng rãi, phù hợp
với tất cả các hệ thống nhận dạng vân tay từ cao cấp đến thấp cấp.
- Opption 2: R303

13 | P a g e


Thông số kỹ thuật: 















Điện áp cung cấp: DC 4.2--6.0V
Cung cấp hiện tại:
Hoạt động hiện tại: 40mA (điển hình)
Thời gian xử lý dấu vân tay: <0.1 giây
File mẫu: 512 byte
Dung lượng lưu trữ: 1000 
Cấp độ bảo vệ: năm (từ thấp đến cao: 1,2,3,4,5)
Thời gian đối chiếu tìm kiếm mẫu vân tay: <0.2s
Giao diện máy tính: RS232 (TTL mức logic), USB
Truyền thơng tốc độ truyền: (9600bps - 57600bps )
Nhiệt độ: -20 ℃ - + 45 ℃
Độ ẩm tương đối: 10% RH-85% RH (khơng ngưng tụ)
Giá :1,000,000đ

 Kết luận chọn con AS608 vì giá thành rẻ
PHẦN III: ENGINEERING SPECIFICATION

14 | P a g e


1/ Nguyên lí hoạt động:
Khi hệ thống được cấp điện hoạt động, rơ le khóa lại, lcd hiện dịng chữ: “
Press 1 to enter”. Người dùng bấm phím 1 để nhập mật khẩu mở khóa, mật
khẩu ban đầu được đặt là: 1111. Nếu nhập đúng, vi điều khiển sẽ truyền tín
hiệu để mở relay, đèn D1 bật màu xanh, nếu sai thì lcd sẽ xóa màn hình đề
nhập lại. Nếu người dùng lỡ tay ấn sai phím có thể ấn phím ON/C để xóa và
nhập lại, nếu nhập sai 3 lần, lcd hiện dịng chữ: “wrong password” và chng
báo động sẽ kêu đến khi nào nút reset được nhấn. Sau khi mở khỏa thành
cơng, lcd hiện dịng chữ
“ 1. Đổi pass
2.Khoa”
Người dùng nhấn phím 1 để đổi password và nhấn phím 2 để khóa cửa.
Nếu nhấn phím 1, lcd hiện dòng chữ: “Nhap mat khau” để người dùng
nhập mật khẩu mới vào, sau khi nhập xong, lcd hiện dòng chữ: “Press 1 to
block”, người dùng nhấn phím 1 để khóa cửa.
2/ yêu cầu thiết kế tiên quyết:

15 | P a g e


3/thơng số kĩ thuật chính :

16 | P a g e


4/sản xuất:

5/chiến lược thất bại:

6/ tài liệu hỗ trợ :

7/ chia phần cứng phần mềm :
- phần cứng:
+ pic16f877a
17 | P a g e


+ màn hình LCD
+ phím ma trận 4x4
+ role
+ buzzez
+ cảm biến vân tay
+ button
+ giao động thạch anh 20MHZ
+ led đơn
-Phần mềm :
+

PIC C Compiler

+

Proteus 8 Professional

+
altium16
PHẦN IV: EMBEDDED SYSTEM DESIGN ISSUES.

1/ Constraint:
•

Giá thành thấp (<1.000.000 VNĐ)

•

Tuổi thọ cao (3-4 năm)

•

Độ tin cậy (95%)

•

Khối lượng thấp (<500g)

•
Dễ dàng cài đặt.
2/ Functions :
 Cảm biến cân tay sai dẫn đến khơng mở được khóa => thay cảm biến
mới hoặc sửa chữa lỗi của cảm biến hay có thể nhập bằng tay .
 Phím ma trận bị lỗi => thay phím ma trận mới hoặc có thể sửa lỗi do
phím ma trận được tách rời khỏi hệ thống
3/ Real-time system :
•
Hệ thống được xếp vào loại soft real-time ,thời gian hiển thị lên LCD
delay < 1ms
4/ Concurrent systems :
18 | P a g e

•
hệ thống làm việc đồng thời giữa hiển thị tính hiệu lên LCD, cịi và led
báo ,role
•

Đa chức năng :

-

hiển thị led

-

cịi báo

-

hiển thị lcd

role khóa
5/ Reactive systems :
•

Tương tác liên tục : cảm biến ln hoạt động khi có tín hiệu đầu vào

CHƯƠNG II:
PHẦN I: PHẦN CỨNG:
1/Khối nguồn:

THIẾT KẾ

Mơ phỏng proteus

Mô phỏng altium

19 | P a g e


2/Khối led và cịi:

mơ phỏng proteus

Mơ phỏng altium
3/Khối xung clock:

Mơ phỏng proteus
4/Khối relay:

20 | P a g e


Mô phỏng proteus

mô phỏng altium
5/.Khối reset:

Mô phỏng proteus

mô phỏng altium

6/.Khối keypad:

21 | P a g e


Mô phỏng proteus
7/ Khối LCD:

Mô phỏng proteus
8/Vi điều khiển:

mô phỏng altium

mô phỏng altium

22 | P a g e


Mô phỏng proteus

Mô phỏng altium
9/ Sơ đồ mạch:

23 | P a g e


24 | P a g e

10/Sơ đồ PCB:
 2D mặt trước:
Top:

25 | P a g e