Mạch khóa cửa thông minh

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH THÁI BÌNH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THÁI BÌNH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH KHĨA CỬA THƠNG MINH
SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN

Giảng viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện
Lớp

: Th.S Nguyễn Thị Bảo Thư
: Bùi Tất Thành
: ĐHĐI5A4

Thái Bình, tháng 5 năm 2020


LỜI CẢM ƠN
Với tình cảm chân thành, em xin bày tỏ lịng biết ơn tới các thầy giáo, cơ giáo
trường Đại Học Thái Bình, đặc biệt là thầy cơ trong khoa Điện-Điện Tử đã tận tình
giúp đỡ em hồn thành khóa luận tốt nghiệp này. Em cũng xin cảm ơn các thầy cô giáo
giảng dạy trong nhà trường đã truyền đạt cho em rất nhiều kiến thức bổ ích để thực
hiện khóa luận và cũng như có được hành trang vững chắc cho sự nghiệp trong tương
lai sau này . Cuối cùng tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, bố mẹ tôi, những người
luôn ở bên cạnh tôi ủng hộ, giúp đỡ tơi có thời gian nghiên cứu đề tài và hết lịng hỗ
trợ tơi về mặt tinh thần trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Trong quá trình thực hiện luận văn, mặc dù đã cố gắng hoàn thiện đề tài qua
tham khảo tài liệu, trao đổi và tiếp thu ý kiến đóng góp nhưng chắc chắn khơng tránh

khỏi những sai sót. Do giới hạn kiến thức và khả năng lý luận của bản thân cịn nhiều
thiếu sót và hạn chế, kính mong sự chỉ dẫn và đóng góp của các thầy cơ giáo để khóa
luận của em được hồn thiện hơn.
Thái Bình, ngày 15 Tháng 5 năm 2020
Sinh viên
Bùi Tất Thành


NHẬN XÉT
CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

……………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…..
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………..
Thái Bình, ngày …. tháng …. năm 2020
(Ký, ghi rõ họ tên)


NHẬN XÉT
CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

……………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…..
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………..

Thái Bình, ngày …. tháng …. năm 2020
(Ký, ghi rõ họ tên)


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................................1
1. Lý do lựa chọn đề tài................................................................................................2
2. Mục tiêu của đề tài.....................................................................................................2
3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...............................................................................3
4.Phương pháp nghiên cứu............................................................................................3
5. Kết cấu của đề tài.....................................................................................................3
CHƯƠNG I : LINH KIỆN SỬ DỤNG..........................................................................4
1.1.Arduino UNO R3……………………………………………………………..……4
1.2.Màn hình LCD.......................................................................................................14
1.3.Động cơ Servo SG90.............................................................................................19
CHƯƠNG II:SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG.....................22
2.1. Sơ đồ khối:............................................................................................................22
2.2. Chức năng từng khối............................................................................................22
2.3. Sơ đồ nguyên lý....................................................................................................23
2.4. Nguyên lý hoạt động............................................................................................23
2.5. Chương trình (code):...........................................................................................24
CHƯƠNG III: HƯỚNG PHÁT TRIỂN.......................................................................31
3.1. Mở bằng cửa bằng vân tay...................................................................................31
3.2. Mở khóa bằng thẻ từ.............................................................................................33
3.3. So sánh đánh giá các phương pháp.......................................................................38
CHƯƠNG IV:ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ KẾT LUẬN........................40
4.1.Kết quả đạt được:...................................................................................................40
4.2.Hạn chế:................................................................................................................. 40
4.3.Phạm vi ứng dụng:.................................................................................................40
4.4.Kết luận:................................................................................................................40

TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................41


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Arduino uno...................................................................................................4
Hình 1.2: Arduino nano.................................................................................................5
Hình 1.3: Các loại arduino.............................................................................................6
Hình 1.4: Arduino UNO R3...........................................................................................6
Hình 1.5: Sơ đồ kết nối của arduino uno r3................................................................10
Hình 1.6: Bàn phím keypad.........................................................................................13
Hình 1.7: Sơ đồ nối dây của bàn phím keypad.............................................................14
Hình 1.8: LCD 1602 xanh lá........................................................................................15
Hình 1.9: LCD 1602 Xanh dương 5v...........................................................................16
Hình 1.10: Module giao tiếp I2C.................................................................................18
Hình 1.11: Sơ đồ kết nối dây I2CĐộng cơ Servo SG90...............................................19
Hình 1.12: Động cơ Servo SG90.................................................................................20
Hình 1.13: Sơ đồ kết nối dây của Servo SG90.............................................................21
Hình 2.1: Sơ đồ khối cơ bản........................................................................................22
Hình 2.2: Sơ đồ kết nối dây của mạch.........................................................................23
Hình 3.1: Mở cửa sử dụng vân tay...............................................................................31
Hình 3.2: Máy quét thẻ từ............................................................................................37


DANH MỤC BIỂU BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật của Arduino board...........................................................8
Bảng 1.2: Kết nối giữa module I2C và Arduino:..........................................................18
Bảng 2.1: Nhật ký công việc………………………………………………………….30

Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Thái Bình

LỜI MỞ ĐẦU
Trong một xã hội hiện đại, sự phát triển của ngành điện tử viễn thông là một yêu
cầu không thể thiếu để thúc đẩy nền kinh tế phát triển và góp phần nâng cao đời sống
xã hội. Ngày nay, trên thế giới, điện tử viễn thông vẫn không ngừng phát triển với tốc
độ rất cao và thâm nhập ngày càng sâu vào tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội.
Cùng với sự phát triển như vũ bão đó, ngành điện tử viễn thông Việt Nam cũng đang
nỗ lực hết sức trên con đường tìm chỗ đứng cho mình. Trong đó, lĩnh vực bảo mật là
một mảng lớn mà chúng ta cần quan tâm. Chính vì thế, với mục đích làm quen bước
đầu với việc thiết kế mạch điện tử nói chung và với hệ thống an tồn, bảo mật nói
riêng, chúng em chọn đề tài “Thiết kế chế tạo mạch khóa cửa thơng minh sử dụng vi
điều khiển” để nghiên cứu và thực hiện. Đề tài tuy không lớn song về mặt ngun lý
thì có thể phát triển thành các ứng dụng quản lý theo thẻ từ, vân tay, mã vạch, mã hoá
trong các khu vực đặc biệt cần phải có máy tính hiện đại với CSDL, ngồi mật mã ra
cịn kiểm tra tần số giọng nói và camera kiểm tra hình ảnh mà hiện nay đang rất cần
thiết. Vì thế, đối với em đây là bước cơ sở để nghiên cứu những ứng dụng lớn hơn sau
này.

GVHD: NGUYỄN THỊ BẢO THƯ

1

SVTH: BÙI TẤT THÀNH


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Thái Bình

1. Lý do lựa chọn đề tài
Với mỗi gia đình, cơ qua, xí nghiệp, trường học hay bất cứ nơi đâu, để bảo vệ tài
sản trong phòng. Trên mỗi cánh cửa ra vào được trang bị thêm chiếc khóa. Hiện nay
trên thị trường có rất nhiều loại khóa cửa nhưng hầu như đều là khóa cơ khí, cáckhóa
cơ khí này gặp vấn đề lớn đó là tính bảo mật của các khóa này khơng cao, nên dễ dàng
bị phá khóa bởi các chìa khóa đa năng.
Đa số khố kỹ thuật số đang có bán trên thị trường là do Hàn Quốc sản xuất, chủ
yếu là loại khố tay nắm và có giá khá cao.
Khoá sử dụng phương pháp cài đặt mã số (như khoá số của các loại vali hay cặp
số) để khoá hoặc mở và người sử dụng có thể cài đặt số bất kỳ. Hệ thống số của khoá
được thiết kế như các phím bấm số của điện thoại nên khá tiện lợi khi sử dụng.
Bên cạnh loại chỉ có một chức năng khố bằng mã số, cịn có loại kèm theo chức
năng khố bằng chìa. Chìa của loại này cũng đặc biệt hơn các loại thơng thường, nó
được làm 4 cạnh, khó làm giả như các loại khố 2 cạnh.
Khố kỹ thuật số cịn có loại mở bằng dấu vân. Loại khố này có thể đăng ký
được 25 hoặc 40 vân tay khác nhau. Như vậy bạn có thể lưu lại rất nhiều vân tay của
mọi người trong gia đình vào bộ nhớ của khoá. Khi cho đúng các vân tay có lưu trong
bộ nhớ thì cửa sẽ được mở. Phần lớn loại này khơng sử dụng chìa nữa.
Vì vậy để nâng cao yêu cầu về tính bảo mật để bảo vệ tài sản, và dao diện dễ sử dụng.
Nhóm nghiên cứu chúng tơi đề ra giải pháp dùng khóa số dựa trên nền tảng của kỹ
thuật vi điều khiển.
2. Mục tiêu của đề tài
- Mục tiêu tổng quát
 Tìm hiểu nguyên lý, ứng dụng của vi điều khiển
 Ứng dụng lý thuyết vi điều khiển vào thiết kế mạch khóa cửa thơng minh
- Mục tiêu cụ thể
 Thiết kế mạch khóa cửa thơng minh thực tế
 Báo cáo lý thuyết, ngun lý thiết kế mạch khóa cửa thơng minh

GVHD: NGUYỄN THỊ BẢO THƯ

2

SVTH: BÙI TẤT THÀNH


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Thái Bình

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
 Nghiên cứu về vi điều khiển
 Nhu cầu sử dụng khóa cửa thơng minh
 Phạm vi ứng dụng của khóa thơng minh
4. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau :
 Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài
 Nghiên cứu và phát triển cơ sở lý luận thực tiễn đề tài.
 Nghiên cứu thí nghiệm trong phịng và khảo sát, thử nghiệm trên mơ hình và
thử nghiệp thực tế .
5. Kết cấu của đề tài
Đề tài gồm 4 chương :
 Chương I: Linh kiện sử dụng
 Chương II: Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động
 Chương III: Hướng phát triển
 Chương V: Đánh giá kết quả đạt được và kết luận
 Tài liệu tham khảo

GVHD: NGUYỄN THỊ BẢO THƯ

3

SVTH: BÙI TẤT THÀNH


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Thái Bình

CHƯƠNG I : LINH KIỆN SỬ DỤNG
1.1.

Arduino UNO R3

1.1.1. Giới thiệu khái quát về Arduino
Arduino board có rất nhiều phiên bản với hiệu năng và mục đích sử dụng khác
nhau như: Arduino Mega, Aruino LilyPad... Trong số đó, Arduino Uno R3 là một trong
những phiên bản được sử dụng rộng rãi nhất bởi chi phí và tính linh động của nó.
Do Arduino có tính mở về phần cứng, chính vì vậy bản thân Arduino Uno R3
cũng có những biến thể của để phù hợp cho nhiều đối tượng khác nhau. Đầu tiên ta có
phiên bản Arduino Uno R3 tiêu chuẩn:

Hình 1.1: Arduino uno
Dựa vào thiết kế này, để giảm giá thành sản xuất nên một số thành phần của
board này được thay đổi lại với chức năng tương đương. Ví dụ như thay vi điều
khiển mặc định của Arduino là ATmega328P với kiểu chân là DIP thành ATmega328
có kiểu chân SMD. Phiên bản này có tên gọi Arduino Uno SMD R3.

GVHD: NGUYỄN THỊ BẢO THƯ

4

SVTH: BÙI TẤT THÀNH


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Thái Bình

Với các thiết bị cần có kích thước nhỏ gọn, Arduino Nano ra đời nhằm đáp ứng
nhu cầu đó. Arduino Nano vẫn giữ nguyên sức mạnh của Arduino Uno với vi điều
khiển ATmega328 - SMD nhưng toàn bộ board mạch được thu gọn lại và có khả năng
cắm trực tiếp vào breadboard.

Hình 1.2: Arduino nano
Vì vậy, để có thể tận dụng tối đa sức mạnh của Arduino board, ta cần phải biết rõ
được thông số kỹ thuật của từng loại, nắm được các khác biệt giữa các phiên bản từ đó
có giải pháp xử lý phù hợp.
Trong bài viết này, ta sẽ đi sâu vào thông số kỹ thuật của Arduino Uno R3 (các
biến thể gần như có thơng số tương đương), ý nghĩa các thông số và một số lưu ý khi
làm việc với Arduino Uno R3.

GVHD: NGUYỄN THỊ BẢO THƯ

5

SVTH: BÙI TẤT THÀNH

Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Thái Bình

Hình 1.3: Các loại arduino
Arduino Uno R3

Hình 1.4: Arduino UNO R3
Arduino Uno được xây dựng với phân nhân là vi điều khiển ATmega328P sử
dụng thạch anh có chu kì dao động là 16 MHz. Với vi điều khiển này, ta có tổng
GVHD: NGUYỄN THỊ BẢO THƯ

6

SVTH: BÙI TẤT THÀNH


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Thái Bình

cộng 14 pin (ngõ) ra / vào được đánh số từ 0 tới 13 (trong đó có 6 pin PWM, được
đánh dấu ~ trước mã số của pin). Song song đó, ta có thêm 6 pin nhận tín hiệu
analog được đánh kí hiệu từ A0 - A5, 6 pin này cũng có thể sử dụng được như các pin
ra / vào bình thường (như pin 0 - 13). Ở các pin được đề cập, pin 13 là pin đặc biệt vì
nối trực tiếp với LED trạng thái trên board.
Trên board cịn có 1 nút reset, 1 ngõ kết nối với máy tính qua cổng USB và 1 ngõ
cấp nguồn sử dụng jack 2.1mm lấy năng lượng trực tiếp từ AC-DC adapter hay thông
qua ắc-quy nguồn.

Khi làm việc với Arduino board, một số thuật ngữ sau cần được lưu ý:


Flash Memory: bộ nhớ có thể ghi được, dữ liệu không bị mất ngay cả khi tắt
điện. Về vai trị, ta có thể hình dung bộ nhớ này như ổ cứng để chứa dữ liệu trên
board. Chương trình được viết cho Arduino sẽ được lưu ở đây. Kích thước của
vùng nhớ này thơng thường dựa vào vi điều khiển được sử dụng, ví dụ như
ATmega8 có 8KB flash memory. Loại bộ nhớ này có thể chịu được khoảng
10,000 lần ghi / xoá.



RAM: tương tự như RAM của máy tính, sẽ bị mất dữ liệu khi ngắt điện nhưng
bù lại tốc độ đọc ghi xoá rất nhanh. Kích thước nhỏ hơn Flash Memory nhiều
lần.



EEPROM: một dạng bộ nhớ tương tự như Flash Memory nhưng có chu kì ghi /
xố cao hơn - khoảng 100,000 lần và có kích thước rất nhỏ. Để đọc / ghi dữ liệu
ta có thể dùng thư viện EEPROM của Arduino.

Ngồi ra, board Arduino còn cung cấp cho ta các pin khác nhau như pin cấp nguồn
3.3V, pin cấp nguồn 5V, pin GND...

GVHD: NGUYỄN THỊ BẢO THƯ

7

SVTH: BÙI TẤT THÀNH

Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Thái Bình

Vi điều khiển

ATmega328P

Điện áp hoạt động

5V

Điện áp vào khuyên dùng

7-12V

Điện áp vào giới hạn

6-20V

Digital I/O pin

14 (trong đó 6 pin có khả năng
băm xung)

PWM Digital I/O Pins

6

Analog Input Pins

6

Cường độ dòng điện trên mỗi I/O
20 mA
pin
Cường độ dòng điện trên mỗi
3.3V pin

50 mA

Flash Memory

32 KB (ATmega328P)
0.5 KB được sử dụng bởi
bootloader

SRAM

2 KB (ATmega328P)

EEPROM

1 KB (ATmega328P)

Tốc độ

16 MHz

Chiều dài

68.6 mm

Chiều rộng

53.4 mm

Trọng lượng

25 g

Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật của Arduino board
Một số lưu ý khi làm việc với Arduino Uno R3
GVHD: NGUYỄN THỊ BẢO THƯ

8

SVTH: BÙI TẤT THÀNH


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Thái Bình

Mặc dù Arduino có cầu chi tự phục hồi (resettable fuse) bảo về mạch khi xảy ra quá
tải, tuy nhiên cầu chì này chỉ được mắc cho cổng USB nhằm tự động ngắt điện khi
nguồn vào USB lớn hơn 5V.
Vì vậy, khi thao tác với Arduino, ta cần tính tốn cẩn thận để tránh gây hư tổn đến

board. Các thao tác sau đây có thể gây hỏng một phần hoặc tồn bộ board Arduino.
Nối trực tiếp dòng 5V vào GND
Khi nối trực tiếp dịng 5V vào GND mà khơng qua bất kì một điện trở kháng nào sẽ
gây ra hiện tượng đoản mạch và phá hỏng Arduino, các trường hợp phổ biến có thể
mắc phải:
Nối trực tiếp dòng 5V vào 1 trong 2 chân GND
Nối 1 pin OUT bất kì vào GND
Cấp nguồn lớn hơn 5V cho bất kì pin I/O nào
Theo tài liệu của nhà sản xuất, với vi điều khiển ATmega328P thì 5V là ngưỡng
lớn nhất mà vi điều khiển này có thể chịu được. Nếu bất kì pin nào bị cấp điện áp vượt
quá 5V sẽ gây ra hỏng vi điều khiển này.
Mạch Arduino Uno R3 SMD có cách sử dụng hồn tồn giống với Arduino Uno
R3 DIP, chỉ có điểm khác là Arduino Uno R3 sử dụng chíp dán (SMD) tương tự
Arduino Uno bản chân cắm (DIP), chỉ khác là bản SMD sử dụng chíp nạp CH340 nên
tiết kiệm chi phí và rẻ hơn nhiều.
Tương tự như bản Arduino Uno R3 thông thường nhưng dùng loại chip dán,
mạch sẽ đẹp. Mạch dùng chip chính là ATMega328P. Chip nạp là CH340 .
Arduino Uno R3 SMD cung cấp nền tảng phần cứng đơn giản, thiết kế mở để dễ
phát triển ứng dụng với nhiều loại shield đặc thù được cung cấp sẵn trên thị trường
hoặc do người sử dụng tự hiện thực. IDE Arduino 1.x mã nguồn mở (tương thích
Windows, Linux, Mac).

GVHD: NGUYỄN THỊ BẢO THƯ

9

SVTH: BÙI TẤT THÀNH


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Thái Bình

Sơ đồ kết nối UNO R3:

Hình 1.5: Sơ đồ kết nối của arduino uno r3
Có một số chân I / O Digital và analog được đặt trên bo mạch hoạt động ở mức
logic 5V với dòng từ khoảng từ 20mA đến 40mA.
 Các tính năng Arduino trên Board:
- Arduino Uno đi kèm với giao diện USB tức là cổng USB được thêm vào bo
mạch Arduino để phát triển giao tiếp nối tiếp với máy tính.
- Bộ vi điều khiển Atmega328 sử dụng trên bo mạch đi kèm với một số tính
năng như hẹn giờ, bộ đếm, ngắt, chân PWM, CPU, chân I / O và dựa trên xung nhịp
16 MHz giúp tạo ra nhiều tần số và số lệnh hơn trong mỗi chu kỳ.
- Đây là một nền tảng mã nguồn mở, nơi mọi người có thể sửa đổi và tối ưu hóa
bảng dựa trên số lượng hướng dẫn và nhiệm vụ muốn đạt được.
- Arduino đi kèm với một tính năng điều chỉnh tích hợp giúp giữ điện áp trong
tầm kiểm sốt khi thiết bị được kết nối với thiết bị bên ngoài.
- Chân reset trên Arduino để thiết lập lại toàn bộ và đưa chương trình đang chạy
trở về ban đầu. Chân reset này hữu ích khi Arduino bị treo khi đang chạy chương
trình.
- Có 14 chân I / O digital và 6 chân analog được tích hợp trên Arduino cho phép
kết nối bên ngoài với bất kỳ mạch nào với Arduino. Các chân này cung cấp sự linh
GVHD: NGUYỄN THỊ BẢO THƯ

10

SVTH: BÙI TẤT THÀNH

Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Thái Bình

hoạt và dễ sử dụng cho các thiết bị bên ngồi có thể được kết nối thông qua các chân
này.
- 6 chân analog được đánh dấu là A0 đến A5 và có độ phân giải 10 bit. Các chân
này đo từ 0 đến 5V, tuy nhiên, chúng có thể được cấu hình ở phạm vi cao bằng cách
sử dụng chức năng analogReference () và chân ISF.
- Bộ nhớ flash 13KB được sử dụng để lưu trữ số lượng hướng dẫn dưới dạng mã.
- Chỉ cần nguồn 5V để sử dụng với Arduino, hoặc lấy nguồn trực tiếp từ cổng
USB. Arduino có thể hỗ trợ nguồn điện bên ngồi lên đến 12 V có thể được điều
chỉnh và giới hạn ở mức 5 V hoặc 3,3 V dựa trên yêu cầu của projects.
Cung cấp mức logic HIGH tương ứng ON và LOW tương ứng tắt.
- Vin: Đây là điện áp đầu vào được cung cấp cho board mạch Arduino. Khác với
5V được cung cấp qua cổng USB. Pin này được sử dụng để cung cấp điện áp tồn
mạch thơng qua jack nguồn, thơng thường khoảng 7-12VDC
- 5V: Chân 5V được sử dụng để cung cấp điện áp đầu ra. Arduino được cấp nguồn
bằng ba cách đó là USB, chân Vin của bo mạch hoặc giắc nguồn DC.
- USB: Hỗ trợ điện áp khoảng 5V trong khi Vin và Power Jack hỗ trợ dải điện áp
trong khoảng từ 7V đến 20V.
- GND: Chân mass chung cho toàn mạch Arduino
- Reset: Chân reset để thiết lập lại về ban đầu
- IOREF: Chân này rất hữu ích để cung cấp tham chiếu điện áp cho Arduino
- PWM: PWM được cung cấp bởi các chân 3,5,6,9,10, 11. Các chân này được cấu
hình để cung cấp PWM đầu ra 8 bit.
- SPI: Chân này được gọi là giao diện ngoại vi nối tiếp. Các chân 10 (SS), 11
(MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) cung cấp liên lạc SPI với sự trợ giúp của thư viện
SPI.
- AREF: Chân này được gọi là tham chiếu tương tự, được sử dụng để cung cấp

điện áp tham chiếu cho các đầu vào tương tự.
- TWI: Chân Giao tiếp TWI được truy cập thông qua thư viện dây. Chân A4 và A5
được sử dụng cho mục đích này.
- Serial Communication: Giao tiếp nối tiếp được thực hiện thông qua hai chân 0
(Rx) và 1 (Tx).
GVHD: NGUYỄN THỊ BẢO THƯ

11

SVTH: BÙI TẤT THÀNH


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Thái Bình

- Rx: Chân này được sử dụng để nhận dữ liệu trong khi chân Tx được sử dụng để
truyền dữ liệu.
- External Interrupts (Ngắt ngoài) : Chân 2 và 3 được sử dụng để cung cấp các
ngắt ngoài.
 Một số lưu ý khi làm việc với Arduino Uno R3
 Mặc dù Arduino có cầu chi tự phục hồi (resettable fuse) bảo về mạch khi xảy ra
quá tải, tuy nhiên cầu chì này chỉ được mắc cho cổng USB nhằm tự động ngắt
điện khi nguồn vào USB lớn hơn 5V. Vì vậy, khi thao tác với Arduino, ta cần
tính tốn cẩn thận để tránh gây hư tổn đến board. Các thao tác sau đây có thể
gây hỏng một phần hoặc tồn bộ board Arduino. Nối trực tiếp dòng 5V vào
GND
Khi nối trực tiếp dòng 5V vào GND mà khơng qua bất kì một điện trở kháng
nào sẽ gây ra hiện tượng đoản mạch và phá hỏng Arduino, các trường hợp phổ
biến có thể mắc phải:

 Nối trực tiếp dòng 5V vào 1 trong 2 chân GND
 Nối 1 pin OUT bất kì vào GND
 Cấp nguồn lớn hơn 5V cho bất kì pin I/O nào
Theo tài liệu của nhà sản xuất, với vi điều khiển ATmega328P thì 5V là ngưỡng
lớn nhất mà vi điều khiển này có thể chịu được. Nếu bất kì pin nào bị cấp điện áp
vượt quá 5V sẽ gây ra hỏng vi điều khiển này.
 Mạch Arduino Uno R3 SMD có cách sử dụng hồn tồn giống với Arduino Uno
R3 DIP, chỉ có điểm khác là Arduino Uno R3 sử dụng chíp dán (SMD) tương tự
Arduino Uno bản chân cắm (DIP), chỉ khác là bản SMD sử dụng chíp nạp CH340
nên tiết kiệm chi phí và rẻ hơn nhiều.
 Tương tự như bản Arduino Uno R3 thông thường nhưng dùng loại chip dán, mạch
sẽ đẹp. Mạch dùng chip chính là ATMega328P. Chip nạp là CH340 .

GVHD: NGUYỄN THỊ BẢO THƯ

12

SVTH: BÙI TẤT THÀNH


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Thái Bình

 Arduino Uno R3 SMD cung cấp nền tảng phần cứng đơn giản, thiết kế mở để dễ
phát triển ứng dụng với nhiều loại shield đặc thù được cung cấp sẵn trên thị
trường hoặc do người sử dụng tự hiện thực. IDE Arduino 1.x mã nguồn mở
(tương thích Windows, Linux, Mac).
Bàn phím Keypad

Hình 1.6: Bàn phím keypad
Trên đây là hình ảnh sơ đồ ngun lý của module bàn phím 4x4. Tuy có đến 16
nút nhấn, nghĩa là nếu làm một cách thông thường (dùng chân digital) thì chúng ta
phải cần đến 16 chân Arduino để đọc. Nhưng với bàn phím này, chúng ta chỉ cần dùng
8 chân (4 chân hàng ngang (row), và 4 chân cột dọc (column)).
Thông số kỹ thuật:
. Module bàn phím ma trận 4x4 loại phím mềm.
. Độ dài cáp: 88mm.
. Nhiệt độ hoạt động 0 ~ 70oC.
. Đầu nối ra 8 chân.
. Kích thước bàn phím 77 x 69 mm

GVHD: NGUYỄN THỊ BẢO THƯ

13

SVTH: BÙI TẤT THÀNH


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Thái Bình

Hình 1.7: Sơ đồ nối dây của bàn phím keypad
1.2.

Màn hình LCD
Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD 1602 (Liquid Crystal Display) được sử dụng

trong rất nhiều các ứng dụng của vi điều khiển. LCD 1602 có rất nhiều ưu điểm so với

các dạng hiển thị khác như: khả năng hiển thị kí tự đa dạng (chữ, số, kí tự đồ họa); dễ
dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tiêu tốn rất ít
tài nguyên hệ thống, giá thành rẻ,…
LCD 16 × 2 được đặt tên như vậy bởi vì; Nó có 16 Cột và 2 Hàng. Có rất nhiều
kết hợp có sẵn như, 8 × 1, 8 × 2, 10 × 2, 16 × 1, v.v. Nhưng cái được sử dụng nhiều
nhất là LCD 16 * 2, do đó chúng tơi đang sử dụng nó ở đây.
Tất cả các màn hình LCD được đề cập ở trên sẽ có 16 Ghim và cách tiếp cận lập
trình cũng giống nhau và do đó bạn có thể lựa chọn
Thông số kĩ thuật của sản phẩm LCD 1602:
- Điện áp MAX : 7V
- Điện áp MIN : - 0,3V
- Hoạt động ổn định : 2.7-5.5
- Điện áp ra mức cao : > 2.4
- Điện áp ra mức thấp : <0.4V
- Dòng điện cấp nguồn : 350uA - 600uA
- Nhiệt độ hoạt động : - 30 - 75 độ C
GVHD: NGUYỄN THỊ BẢO THƯ

14

SVTH: BÙI TẤT THÀNH


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Thái Bình

Hình 1.8: LCD 1602 xanh lá
Chức năng của từng chân LCD 1602:
- Chân số 1 - VSS : chân nối đất cho LCD được nối với GND của mạch điều khiển

- Chân số 2 - VDD : chân cấp nguồn cho LCD, được nối với VCC=5V của mạch điều
khiển
- Chân số 3 - VE : điều chỉnh độ tương phản của LCD
- Chân số 4 - RS : chân chọn thanh ghi, được nối với logic "0" hoặc logic "1":
+ Logic “0”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read)
+ Logic “1”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD
- Chân số 5 - R/W : chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write), được nối với logic “0” để
ghi hoặc nối với logic “1” đọc
- Chân số 6 - E : chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân này như sau:
+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào thanh ghi bên trong khi phát
hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E
GVHD: NGUYỄN THỊ BẢO THƯ

15

SVTH: BÙI TẤT THÀNH


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Thái Bình

+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (lowto-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức
thấp

Hình 1.9: LCD 1602 Xanh dương 5v
- Chân số 7 đến 14 - D0 đến D7: 8 đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin
với MPU. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này là: Chế độ 8 bit (dữ liệu được truyền
trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7) và Chế độ 4 bit (dữ liệu được truyền trên 4
đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7)

- Chân số 15 - A : nguồn dương cho đèn nền
- Chân số 16 - K : nguồn âm cho đèn nền
Module giao tiếp I2C LCD Arduino
Thông thường, để sử dụng màn hình LCD, bạn sẽ phải mất rất nhiều chân trên
Arduino để điều khiển. Do vậy, để đơn giản hóa cơng việc, người ta đã tạo ra một loại
mạch điều khiển màn hình LCD sử dụng giao tiếp I2C. Module chuyển đổi I2C cho
LCD sẽ giải quyết vấn đề này cho bạn, thay vì sử dụng tối thiểu 6 chân của vi điều
khiển để kết nối với LCD (RS, EN, D7, D6, D5 và D4) thì với module chuyển đổi bạn
chỉ cần sử dụng 2 chân (SCL, SDA) để kết nối. Module chuyển đổi I2C hỗ trợ các loại
LCD sử dụng driver HD44780(LCD 1602, LCD 2004, … ), kết nối với vi điều khiển
thơng qua giao tiếp I2C, tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay.

GVHD: NGUYỄN THỊ BẢO THƯ

16

SVTH: BÙI TẤT THÀNH


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Thái Bình

I2C là tên viết tắt của cụm từ tiếng anh “Inter-Integrated Circuit”. Nó là một giao
thức giao tiếp được phát triển bởi Philips Semiconductors để truyền dữ liệu giữa một
bộ xử lý trung tâm với nhiều IC trên cùng một board mạch chỉ sử dụng hai đường
truyền tín hiệu.
Do tính đơn giản của nó nên loại giao thức này được sử dụng rộng rãi cho giao tiếp
giữa vi điều khiển và mảng cảm biến, các thiết bị hiển thị, thiết bị IoT, EEPROMs, v.v
Đây là một loại giao thức giao tiếp nối tiếp đồng bộ. Nó có nghĩa là các bit dữ liệu

được truyền từng bit một theo các khoảng thời gian đều đặn được thiết lập bởi một tín
hiệu đồng hồ tham chiếu.
Đặc điểm
Sau đây là một số đặc điểm quan trọng của giao thức giao tiếp I2C:


Chỉ cần có hai đường bus (dây) chung để điều khiển bất kỳ thiết bị / IC nào
trên mạng I2C



Không cần thỏa thuận trước về tốc độ truyền dữ liệu như trong giao tiếp
UART. Vì vậy, tốc độ truyền dữ liệu có thể được điều chỉnh bất cứ khi nào
cần thiết



Cơ chế đơn giản để xác thực dữ liệu được truyền



Sử dụng hệ thống địa chỉ 7 bit để xác định một thiết bị / IC cụ thể trên bus
I2C



Các mạng I2C dễ dàng mở rộng. Các thiết bị mới có thể được kết nối đơn
giản với hai đường bus chung I2C

GVHD: NGUYỄN THỊ BẢO THƯ

17

SVTH: BÙI TẤT THÀNH


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Thái Bình

Hình 1.10: Module giao tiếp I2C
Module I2C LCD
16x2

Arduino UNO

GND

GND

VCC

5V

SDA

A4/SDA

SCL

A5/SCL

Bảng 1.2: Kết nối giữa module I2C và Arduino:

GVHD: NGUYỄN THỊ BẢO THƯ

18

SVTH: BÙI TẤT THÀNH