THIẾT KẾ KHÓA CỬA THÔNG MINH ĐA NĂNG DỰA TRÊN ARDUINO

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
KHOA VIỄN THƠNG I

Hà Nội, ngày 13, tháng 01 năm 2022
1


HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
KHOA VIỄN THƠNG I

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
THIẾT KẾ KHĨA CỬA THƠNG MINH ĐA NĂNG DỰA TRÊN
ARDUINO
GVHD: PGS.TS Đặng Thế Ngọc
SV Thực hiện: Trần Thị Bình Minh
MSV: B17DCVT240

2


Nội dung chính
ĐẶT VẤN ĐỀ

MỤC TIÊU

THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ

LẬP TRÌNH VÀ LẮP ĐẶT

KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN

3


1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Nhu cầu, xu hướng phát triển của xã hội ngày nay
Khi mà xã hội ngày càng phức tạp, mỗi ngày xảy
ra rất nhiều vụ trôm cắp bẻ khóa tinh vi thì ổ khóa
cổ điển của chúng ta vẫn sử dụng lâu nay khơng
cịn mang đến cho chúng ta sự yên tâm.

Ổ khóa cổ điển khiến
chúng ta phải sử dụng
rất

nhiều

chìa

khác

nhau, rất bất tiện trong
việc mở khóa và mang

Hơn nữa,
chúng ta đang
dành số lượng
lớn nguồn nhân
lực cho mục
đích an ninh

theo trong quá trình di
chuyển

4


Lý do chọn đề tài
Vấn đề giải quyết
Thời đại 4.0 thời đại của công nghệ mọi thứ đang dần được cơng nghệ
hóa, hiện đại hóa thì nhu cầu an ninh, bảo vệ cần được nâng cấp và tối
ưu sử dụng hơn.
Giải pháp đưa ra
Để giải quyết tình trạng cấp thiết nêu ở trên thì em đã lựa
chọn nghiên cứu đề tài “cửa thông minh” mở cửa bằng 4
phương pháp:
Nhập mật khẩu
Nhận dạng vân tay
Sử dụng thẻ từ RFID
Mở cửa bằng phương pháp nhận cuộc gọi từ chủ
nhà
Khóa cửa thơng minh là một thiết bị cơ điện khác
biệt với các loại khóa truyền thống có tác dụng thực
hiện các nhiệm vụ đóng/mở khi nhận được lệnh từ
một thiết bị được xác thực, đảm bảo tính bảo mật
cao.

5


2. MỤC TIÊU

Tìm hiểu và nghiên cứu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, chức
năng của các module Arduino R3, arduino Mega 2560 , cảm
biến vân tay AS608, module Sim 800L, ma trận phím 4x4,
module RFID và màn hình LCD, nguồn giảm áp …
Tìm hiểu về phần mềm lập trình cho Arduino IDE
Thiết kế và lắp đặt một mơ hình hồn thiện.
Tìm hiểu phương pháp mở cửa khác
6


Trình tự và phương thức thực hiện đề tài
1. Tìm hiểu cơ sở lý thuyết và các linh kiện:
• Tìm về Adruino, Arduino mega 2560
• Xây dựng hệ thống quét dấu vân tay để điều khiển đóng mở cửa qua
cảm biến vân tay và dữ liệu vân tay sẽ được gửi lên máy tính qua cổng
truyền thơng giao tiếp.

• Xây dựng mật khẩu qua ma trận bàn phím 4x4, và hiển thị lên màn
hình LCD
• Kết nối module RFID để quá trình mở cửa nhanh nhất,
và sử dụng module sim 800L để điều khiển mở cửa từ xa.
• Thiết kế hồn chỉnh mơ hình thực tế.
• Tiến hành chạy thử nghiệm mơ hình hệ thống.

2. Vận hành, chỉnh sửa, đánh giá và kết luận.

7

3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ LỰA CHỌN
THIẾT BỊ
KHỐI HIỂN
THỊ

KHỐI MA
TRẬN PHÍM

KHỐI
MODULE
RFID

KHỐI
MODULE
SIM 800L

KHỐI
CẢM BIẾN
VÂN TAY
KHỐI XỬ
LÝ TRUNG
TÂM

KHỐI
CHẤP
HÀNH

KHỐI NGUỒN

8

Khối xử lý trung tâm

Arduino Mega 2560 là phiên bản nâng cấp của Arduino
Uno R3 với số chân giao tiếp, ngoại vi và bộ nhớ nhiều
hơn. Mạch được thiết kế và sử dụng các linh kiện phù
hợp cho các ứng dụng cần nhiều bộ nhớ hoặc nhiều
chân.

START

Chip xử lý

ATmega2560

Điện áp hoạt động

5V

Số chân Digital I/O

54 chân

Số chân Analog

16 chân

Cường độ dòng điện
trên mỗi 3.3V pin

50 mA

Cường độ dòng điện
trên mỗi I/O pin

20 mA

Flash Memory

256 KB

SRAM

8 KB

Clock Speed

16 MHz

9


Khối hiển thị
Màn hình LCD 16x2 rất phổ biến trong các mạch điện tử. LCD hiển thị được 2 dòng,
mỗi dòng gồm 16 ký tự.

Module I2C ( giao tiếp giữa
LCD với Arduino Mega 2560)

Màn hình LCD 16x2
10


Khối cảm biến vân tay
Cảm biến nhận dạng vân tay được tích hợp xử lý
nhận dạng vân tay phía trong, tự động gán vân tay
với 1 chuỗi data và truyền qua giao tiếp UART.
Nguyên lý hoạt động gồm 2 phần:

• Lấy dữ liệu hình ảnh vân tay.
• So sánh dấu vân tay.

11


Khối Module Sim800L
Nguồn cấp

3.7 - 4.2VDC
(>500mA-1A)

Khe cắm sim

MICROSIM

Dòng ở chế độ chờ

10mA

Dịng khi hoạt động 100mA-1A
Kích thước

25mm x 22mm

Module Sim800L có khả năng nhắn tin
SMS, nghe, gọi, GPRS, … như một
chiếc điện thoại nhưng có kích thước
nhỏ nhất trong các loại module SIM
(25x22mm).
12


Khối Module RFID
Module RFID RC522

Dùng để đọc và ghi dữ liệu cho thẻ NFC tần số
13.56Mhz. Với thiết kế nhỏ gọn, linh hoạt module này là

Thẻ từ RFID

Thẻ RFID có chức năng đọc và phát mã.

sự lựa chọn thích hợp cho các ứng dụng đọc – ghi thẻ
NFC, đặc biệt khi sử dụng kết hợp với ARDUINO

13


Khối ma trận phím

Ứng dụng trong lĩnh vực
giao tiếp với con người
bằng mã PIN, hệ thống
access control, hệ thống
khóa bảo mật….

Nguồn cung cấp

DC 3.6 đến 6.0V

điện áp
Cường độ dòng

<120mA

điện
Màu đèn nền
Giao diện

Số lượng vân tay

màu xanh lục
UART

127

có thể lưu trữ

Bàn phím có chức năng
nhập mã số để mở cửa.

14


Khối chấp hành
Khóa điện tử 12V

Khóa chốt điện từ LY-03 đi kèm gá chốt, có chức năng
hoạt động như một ổ khóa cửa sử dụng van điện từ để
kích đóng mở bằng điện.

Tip 41C

Là một transistor loại NPN, có chức năng thay thế
Relay để thực hiện việc cấp điện cho khóa đóng
mở cửa. Hạn chế việc phát hồ quang gây nhiễu
Arduino của Relay.

15


Khối nguồn
Nguồn adapter 12V-3A
Nguồn 12V để cấp cho

Cáp nguồn 5V

Acquy 12V

Sử dụng nguồn

Nguồn

5V từ USB để

12V

cấp cho vi xử

nguồn dự phịng

xuống cịn 4.5V cấp cho

lý

khi mất điện.

module sim 800L

Mega 2560

khóa điện.
Nguồn

12V

giảm

áp

Ardiuno

Acquy
để

làm

Mạch chuyển nguồn tự động
Mạch chuyển đổi nguồn dự phòng XH-M350 12V
150W cũng là một trong những Module nguồn
(mạch nguồn) được sử dụng để chuyển đổi giữa
hai nguồn chính và phụ khi xảy ra trường hợp
nguồn chính mất điện (do cúp điện, hư hỏng, …)
mạch tự động chuyển sang nguồn phụ để tiếp tục
hoạt động, mạch sử dụng điện áp 12VDC, thích
hợp cho các ứng dụng cần nguồn pin dự phòng
12VDC

16


4. LẬP TRÌNH VÀ LẮP ĐẶT

Lưu đồ giải thuật

17


Giới thiệu phần mềm Arduino IDE
 Arduino là nền tảng điện tử mã nguồn mở,

dựa trên phần cứng và phần mềm, linh hoạt
và dễ sử dụng.
 Các board Arduino có khả năng đọc dữ liệu
từ môi trường (ánh sáng, nhiệt độ, độ
ẩm,…), trạng thái nút nhấn,… và điều khiển
trở lại với các thiết bị như động cơ, đèn
LED, gửi thông tin đến 1 nơi khác.
 Chúng ta có thể điều khiển các board
Arduino bằng ngơn ngữ lập trình C++, được
biên dịch bởi Arduino IDE.

18


Sơ đồ đấu nối của mơ hình cửa thơng minh

19


Mơ hình cửa thơng minh khi hồn thành

20


21


5. KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT
TRIỂN
KẾT LUẬN

Mơ hình đã hoạt động đáp ứng yêu cầu đặt ra
trong phạm vi của đồ án:
• Tốc độ mửa cửa nhanh
• Các chế độ mở cửa hoạt động liên tục
khơng bị nhiễu.
• Bàn phím khơng được nhạy cho lắm và
cảm giác ấn cịn cứng.

22


PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Cần đầu tư nâng
cấp cải tiến các
thiết bị sử dụng
để các phương
pháp mở cửa tối
ưu hơn

Bổ sung các
phương pháp mở
cửa có tính bảo
mật tốt và hiện
đại hơn như:
nhận diện khuôn
mặt, quét võng
mạc, báo cho chủ
nhà khi nhập sai

nhiều lần...

Thiết kế, lắp ráp
các thiết bị theo
chuẩn
công
nghiệp để ứng
dụng ra thực tế

23


THANK YOU
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô và các bạn đã chú ý lắng nghe. Em xin chúc
các thầy, cô luôn luôn mạnh khỏe và công tác tốt!

24