Thiết kế và hoàn thiện mô hình cửa thông minh sử dụng Bluetooth và ứng dụng Aandroid

Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022)

Thiết Kế Và Hồn Thiện Mơ Hình Cửa Thơng
Minh Sử Dụng Bluetooth và Ứng Dụng
Android
Võ Văn Ân1, Nguyễn Thị Ngọc Thảo2 , Đinh Thế Mạnh2
1
Khoa Kỹ Thuật, Đại Học Quốc Tế Miền Đông
Khoa Kỹ Thuật Công Nghệ, Đại Học Kinh Tế Kỹ Thuật Bình Dương
Email: , ,
2

này, các nhà nghiên cứu đã đề xuất nhiều mơ hình điều
khiển cửa thơng minh. Trong đó, hầu hết các mơ hình
cửa thơng minh điều sử dụng vi điều khiển arduino làm
bộ điều khiển và trung tâm xử lý dữ liệu [1] hay sự kết
hợp giữa vi điều khiển arduino và cơng nghệ GSM làm
tăng tính bảo mật, giúp người dùng giám sát trạng thái
cửa mọi lúc mọi nơi qua tin nhắn SMS [2-3]. Cùng với
nhu cầu phát triển xã hội ngày càng cao thì yêu cầu của
người dùng về cửa thông minh ngày càng khắc khe
hơn. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng công nghệ
bluetooth [4] và kết hợp với smartphone điều khiển cửa
thông qua ứng dụng android [5-7] lần lượt được áp
dụng trong thực tế với nhiều mơ hình đa dạng nhằm
nâng cao về mặc tiện lợi, dễ dàng sử dụng, kiểm sốt
cửa đóng/mở một cách tối ưu nhất. Những năm gần
đây, với sự phát triển vượt bật về công nghệ, nhất là sự
trội dậy của công nghệ IoT. Hàng loạt các nghiên cứu
về IoT ra đời như Smart home [8], hiển thị và giám sát
thông tin trên led matrix[9],… Cùng với sự phát triển

đó, các nghiên cứu điều khiển cửa thơng minh ứng
dụng IoT [10-12] cũng lần lượt ra đời mang lại sự lụa
chọn đa dạng cho người sử dụng. Các nghiên cứu trên
điều cùng mục đích đưa ra các giải pháp về cửa thông
minh để ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày một cách
hiệu quả nhất.

Abstract— Bài báo trình bày việc thiết kế một hệ
thống cửa thông minh điều khiển tự động theo thời gian
thực sử dụng công nghệ bluetooth và ứng dụng andriod
có khả năng ứng dụng cao trong cuộc sống hàng ngày.
Việc triển khai phần cứng cho hệ thống khoá cửa bao
gồm smartphone, các module cảm biến, ma trận phím
làm nhiệm vụ chính, arduino nano và module bluetooth
HC-05 tạo thành khối xử lý trung tâm xử lý dữ liệu và
khóa điện từ hoạt động như một hệ thống khóa cửa. Hệ
thống cho phép người dùng giám sát và điều khiển cửa
thơng qua các module cảm biến, ma trận phím và thiết bị
smartphone thông qua ứng dụng android. Các thông tin
sau khi thu thập từ các module sẽ gửi về bộ xử lý trung
tâm, sau đó bộ xử lý trung tâm sẽ đưa ra các lệnh điều
đến khối động lực để điều khiển khóa điện từ (solenoid)
đóng/mở cửa tự động. Ngồi ra, khóa điện từ cịn được
điều khiển trên ứng dụng android được cài đặt trên
smartphone thông qua kết nối bluetooth với khối xử lý
trung tâm. Hệ thống thiết kế đơn giản, tiện lợi,giúp người
dùng dễ dàng sử dụng, kiểm soát cửa đóng/mở một cách
tự động tránh các trường hợp xâm nhập trái phép xảy ra
trong ngơi nhà của mình.
Keywords- Arduino, Bluetooth, Solenoid lock,

RFID, Smart door.

I.

GIỚI THIỆU

Trong xã hội văn minh hiện đại, cửa là một bộ phận
không thể thiếu được trong từng cơng trình kiến trúc.
Nhưng hầu hết các loại cửa bình thường mà chúng ta
sử dụng hiện nay lại có những nhược điểm gây phiền
tối cho người sử dụng đó là: cửa được đóng mở khi có
tác động của con người vào nó.
Việc thiết kế ra một loại cửa tiện ích hơn, đa năng
hơn, phục vụ tốt hơn cho đời sống con người là vô
cùng cần thiết. Do vậy, cần phải thiết kế ra một loại
cửa tự động khắc phục tốt những nhược điểm của cửa
thường. Xuất phát từ nhu cầu đó, cửa tự động được
thiết kế là để tạo ra loại cửa vừa duy trì những yêu cầu
trước đây vừa khắc phục được những nhược điểm của
cửa thường. Vì khi sử dụng cửa tự động người dùng
khơng phải trực tiếp tác động trực tiếp lên cánh cửa mà
vẫn đóng, mở cửa theo ý muốn. Để giải quyết ý tưởng

ISBN 978-604-80-7468-5

Nội dung chính nghiên cứu của bài báo là phát
triển hệ thống phần cứng và chương trình máy tính để
giám sát và điều khiển cửa thơng minh, từ đó có thể dễ
dàng sử dụng, kiểm sốt cửa đóng/mở một cách tự
động. Phần cứng được phát triển trên Arduino nano

V3. Phần miềm phát triển dựa trên ứng dụng MIT App
Inventor . Cấu trúc bài báo gồm: phần 1 - đặt vấn đề.
Phần 2 đề xuất cấu trúc và thiết kế hệ thống cửa thông
minh sử dụng bluetooth và ứng dụng android. Phần 3
trình bày kết quả thiết kế và hoạt động mơ hình cửa
thơng minh. Cuối cùng là phần kết luận và tài liệu
tham khảo.

382


Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022)

B. Lưu đồ thuật tốn

II. XÂY DỰNG MƠ HÌNH CỬA THƠNG MINH
Cấu trúc của mơ hình cửa thơng minh dựa trên cơng
nghệ bluetooth đề xuất trong nghiên cứu này được thể
hiện trong hình 1. Trong đó, khối xử lý trung tâm có
chức năng cập nhật thông tin từ module RFID, cảm
biến, ma trận phím và truyền dữ liệu tới khối hiển thị
và điều khiển gồm LCD, ứng dụng android, khóa điện
từ đươc kết nối với khối động lực và được điều khiển
thông qua khối phím nhấn hoặc ứng dụng android trên
smartphone.

Sau khi khởi tạo hệ thống, các thông tin dữ liệu cảm
biến, ma trận phím, module RFID và các trạng thái
điều khiển cửa sẽ được kiểm tra, hiển thị trên màn
hình LCD và hệ thống sẽ kết nối với bluetooth để có

thể điều khiển cửa trên smartphone (hình 3). Module
RFID phải được mã hóa với mơ hình và được cho
phép qt thẻ mở cửa không quá 3 lần, sau 3 lần quét
thẻ không được thì hệ thống sẽ khóa cửa vĩnh viễn khi
đó cần reset lại hệ thống mới có thể mở cửa như trạng
thái ban đầu (hình 4). Tương tự, khi nhập mật khẩu
không quá 3 lần và nếu quá 3 lần cho phép thì hệ
thống cũng khóa vĩnh viễn khi đó cũng cần reset lại hệ
thống mới có thể hoạt động bình thường (hình 5). Bên
trong cửa được trang bị cảm biến hồng ngoại nên khi
có người lại gần thì chốt sẽ tự động mở khóa (hình 6).
Sau khi thực hiện các thao tác mở cửa từ module
RFID, ma trận phím điều khơng khả thi thì hệ thống sẽ
kết nối với module bluetooth HC-05 thực các thao tác
kết nối và truy cập ứng dụng android để thực hiện thao
tác mở cửa thơng qua smartphone (hình 7).

Hình 1. Mơ hình cửa thơng minh sử dụng công nghệ
bluetooth

A. Sơ đồ khối hệ thống
Trong bài báo, tác giả trình bày thiết kế hệ thống
cửa thơng minh (hình 2). Hệ thống điều khiển này
được tác giả thiết kế sử dụng kit Arduino Nano V3 kết
nối với module bluetooth HC-05 tạo thành một khối
xử lý trung tâm thực hiện chức năng cập nhật thông tin
từ module RFID, cảm biến hồng ngoại, ma trận phím
và được hiển thị trên màn hình LCD. khối động lực
điều khiển khóa điện từ solenoid đóng/mở thơng qua
dữ liệu nhận được từ module RFID, ma trận phím và

cảm biến hồng ngoại. Ngồi ra, khóa điện từ solenoid
cịn được điều khiển thơng qua ứng dụng android trên
smartphone.

Hình 3. Chương trình chính tồn hệ thống

Hình 4. Chương trình quét thẻ RFID

Hình 2. Sơ đồ khối mơ hình cửa thơng minh

ISBN 978-604-80-7468-5

383


Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022)

III. KẾT QUẢ HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG
A. Mơ hình cửa thơng minh
Phần cứng được thiết kế trên cơ sở cấu trúc như
hình 2. Các module phần cứng được thiết kế tách biệt
bao gồm khối xử lý trung tâm, khối động lực điều
khiển khóa điện từ solenoid, khối hiển thị, khối cảm
biến, khối ma trận phím và module RFID (hình 9).
Hình ảnh mạch in và mạch sau phần cứng mơ hình
được hiển thị trong (hình 8).

Hình 5. Chương trình nhập mật khẩu từ ma trận phím

Hình 8. Sơ đồ mạch in và phần cứng mặt sau mơ hình cửa

thơng minh

Hình 6. Chương trình cảm biến hồng ngoại

Hình 9. Phần cứng mặt trước mơ hình cửa thơng minh

Kit arduino Nano V3 sử dụng chip Atmega328-AU
có lõi xử lý ARM 32-bit Cortex M3 với clock speed là
16Mhz, 32 kbytes bộ nhớ Flash (bộ nhớ lập trình),
2kbytes SRAM, nguồn điện 7-12VDC. Kit arduino
Nano V3 được thiết kế với nhiều cổng I/O để kết nối
với các loại thiết bị I/O khác nhau, Công suất Micro
USB; Cổng GPIO; serial port, SPI, I2C, PWM pins,
external interrupt pins, kết nối các thiết bị ngoại vi [13]
(hình 10). Module bluetooth HC-05 kết nối với kit
arduino Nano V3 bằng giao thức UART, pin RX trên
module bluetooth HC-05 kết nối với pin TX trên kit
arduino Nano V3, pin TX trên module bluetooth HC05 kết nối với pin RX trên kit arduino Nano V3, pin
GND của module bluetooth HC-05 và kit arduino Nano
V3 kết nối với nhau.

Hình 7. Chương trình kết nối với bluetooth

ISBN 978-604-80-7468-5

384


Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thơng và Cơng nghệ Thơng tin (REV-ECIT2022)

Hình 13 mơ tả sơ đồ nguyên lý của module bàn
phím 4x4. Tuy có đến 16 nút nhấn, nghĩa là nếu làm
một cách thơng 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)). Module này
thiết lập và cung cấp mật khẩu cho arduino nano điều
khiển khóa điện từ.
Hình 10. Kit arduino Nano V3

Module Bluetooth HC-05 là module Bluetooth SPP
(Giao thức cổng nối tiếp) dễ sử dụng, được thiết kế để
thiết lập kết nối nối tiếp không dây, giúp dễ dàng giao
tiếp với bộ điều khiển hoặc PC. Mô-đun Bluetooth HC05 cung cấp chế độ chuyển đổi giữa chế độ chính và
chế độ phụ, có nghĩa là nó có thể sử dụng cả nhận và
truyền dữ liệu. Module Bluetooth HC-05 được thiết kế
nhỏ gọn, các chân tín hiệu giao tiếp cơ bản và nút bấm
để vào chế độ AT COMMAND, mạch sử dụng nguồn
3.3 VDC hoặc 5 VDC, thiết lập UART với nhiều tốc
độ khác nhau, tần số sử dụng 2.4GHz ISM band, thích
hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau: Robot Bluetooth,
điều khiển thiết bị qua Bluetooth,... Module này kết nối
với arduino nano và smartphone. Khóa điện từ sẽ được
giám sát và điều khiển trên smartphone thông qua ứng
dụng android (hình 11).

Hình 13. Module ma trận phím 4x4

Cảm biến có khả năng nhận biết vật cản ở mơi
trường với một cặp LED thu phát hồng ngoại để truyền

và nhận dữ liệu hồng ngoại. Tia hồng ngoại phát ra với
tần số nhất định, khi có vật cản trên đường truyền của
LED phát nó sẽ phản xạ vào LED thu hồng ngoại, khi
đó LED báo vật cản trên module sẽ sáng, khi khơng có
vật cản, LED sẽ tắt (hình14).

Hình 14. Module cảm biến hồng ngoại

Tác giả sử dụng khóa chốt điện từ LY-01 có chức
năng hoạt động như một ổ khóa cửa sử dụng Solenoid
để kích đóng mở bằng điện và hoạt động dựa trên tín
hiệu điều khiển từ arduino nano board (hình 15).

Hình 11. Module Bluetooth HC-05

Module RFID RC522 sử dụng IC MFRC522 của
Phillip dùng để đọc và ghi dữ liệu cho thẻ NFC tần số
13.56Mhz, với mức giá rẻ, thiết kế nhỏ gọn (hình 12).
Module này thiết lập và cung cấp dữ liệu đầu vào cho
arduino nano điều khiển khóa điện từ.

Hình 15. Khóa chốt điện từ LY-01

Phần miềm MIT App Inventor dành cho Android là
một ứng dụng web nguồn mở ban đầu được cung cấp
bởi Google và hiện tại được duy trì bởi Viện Cơng
nghệ Massachusetts (MIT). Nền tảng cho phép nhà lập

Hình 12. Module RFID RC522

ISBN 978-604-80-7468-5

385


Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thơng và Cơng nghệ Thơng tin (REV-ECIT2022)

trình tạo ra các ứng dụng phần mềm cho hệ điều hành
Android (OS). Bằng cách sử dụng giao diện đồ họa,
nền tảng cho phép người dùng kéo và thả các khối mã
(blocks) để tạo ra các ứng dụng có thể chạy trên thiết bị
Android. Với những ưu điểm đó, tác giả đã sử dụng
MIT App inventor để tạo ứng dụng android giao tiếp
với arduino nano thông qua module bluetooth Hc-05.
ứng dụng android được xây dựng với giao diện gồm:
nút kết nối thiết bị và hiển thị trạng thái kết nối, nút
ngắt kết nối và nút mở cửa với logo trường Đại Học
Quốc Tế Miền Đơng (hình 16).

Hình 17. Mơ hình cửa thơng minh sử dụng bluetooth
Hình 16. Giao diện thiết kế trong ứng dụng android

Hình 18 mơ tả giao diện điều khiển cửa thông minh
trên ứng dụng android sử dụng smartphone. Giao diện
android dễ sử dụng, thân thiện với người dùng. Để sử
dụng ứng dụng android, chúng ta phải thực hiện các
bước sau:
 Bước 1: Chúng ta phải có một chiếc
Smartphone hệ điều hành Androi và phần
mềm mở khóa sẻ được cung cấp bởi tác giả.

Sau đó chúng ta cài App như những App bình
thường cho phép máy của chúng ta cài đặt.
 Bước 2: Sau khi cài đặt Thành công chúng ta
mở App và mở chức năng Bluetooth trên máy.
Sau đó quay lại giao diện của App nhấn vào
phần Connet to Device và chọn tên Bluetooth
HC-05 nhấn vào thì phần mềm sẻ tự kết nối.
 Bước 3: Sau đó chúng ta muốn mở của thì
nhấn vào nút có biểu tượng logo trường Đại
Học Quốc Tế Miền Đơng là mơ hình sẻ mở
khóa cửa.

B. Kết quả thực nghiệm
Tiến hành chạy thử nghiệm mô hình cửa thơng
minh như hình 17. Hệ thống hoạt động theo các trường
hợp sau:
Cấp nguồn 12VDC - 2A cho hệ thống và đợi trong
khoảng 3s để hệ thống khởi động.
Trường hợp 1: Sử dụng bằng thẻ RFID “ Mơ hình
chỉ nhận thẻ RFID đã được mã hóa với mơ hình”
 Nếu thẻ đúng mơ hình sẻ mở chốt và đồng
thời báo đèn tín hiệu và màn hình LCD sẻ
hiện thị thẻ đúng “Thẻ đúng mời vào”.
 Nếu thẻ sai thì Màn hình sẻ hiện thị “Thẻ sai”
và hiển thị số lần sai quá 3 lần hiển thị “ Khóa
Vĩnh Viễn” phải reset lại hệ thống.
Trường hợp 2: Sử dụng bằng mật khẩu
 Nếu nhập đúng mật khẩu lập trình sẳn “
MK:123456” thì mở chốt và hiển thị LED và
màn hình LCD hiển thị “ Password đúng”.

 Nếu nhập sai sẻ hiện thị “Password sai và số
lần” quá 3 lần hiển thị “ Khóa Vĩnh Viễn”
phải reset lại hệ thống.
Trường hợp 3: Trường hợp người bên trong phịng
đi ra:
 Bên phía trong cửa được trang bị cảm biến
hồng ngoại nên khi có người đi tới gần thì
chốt sẻ tự động mở khóa.

ISBN 978-604-80-7468-5

386


Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022)

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

Hình 18. Giao diện điều khiển cửa thơng minh trên ứng dụng
android

IV.

KẾT LUẬN
[10]

Bài báo giới thiệu hệ thống cửa thông minh sử dụng
công nghệ bluetooth và ứng dụng android. Về cơ bản
hệ thống đã được thử nghiệm thành công để kiểm soát
cửa bằng mật khẩu, module RFID, cảm biến hồng
ngoại và smartphone thông qua ứng dụng android. Hệ
thống được thiết kế nhỏ gọn, tiện lợi với nhiều chức
năng cho người dùng dễ dàng sử dụng và bảo mật như
dùng thẻ RFID, bảo mật bằng mật khẩu và smartphone
kết nối qua thiết bị bluetooth thông qua ứng dụng
android. Với khả năng đáp ứng nhanh và hiệu quả, thì
đây là một hệ thống có tính ứng dụng cao và chi phí
thấp đối với u cầu người dùng trong việc kiểm sốt
cửa đóng/mở tự động nhằm giảm thiểu các trường hợp
mất cấp đáng tiếc xảy ra trong ngơi nhà của mình.

[11]

[12]

[13]

LỜI CẢM ƠN
Chúng tôi xin chân thành Cảm ơn trường Đại Học
Quốc Tế Miền Đông Đã hổ trợ dự án này.

ISBN 978-604-80-7468-5

387

Satyam Mishra, Omkar Mohite , Prof. Swapnil Kharat, “Smart
Door Lock System Using Arduino,” International Research
Journal of Modernization in Engineering Technology and
Science, vol. 4, pp.1053-1057, 2022.
Sialee Leekongxue, Li Li, Tomas Page, “Smart Door
Monitoring and Locking System using SIM900 GSM Shield
and Arduino UNO,” International Journal of Engineering
Research & Technology (IJERT), Vol. 9, pp. 47-52, 2020.
Abdullah Hamas, Amgad Muneer, Suliman Mohamed Fati,
“Smart Security Door System Using SMS Based Energy
Harvest,” International Journal of Electrical and Computer
Engineering (IJECE), vol. 11, pp.3410-3423, 2021.
Hardik Sharma, Harsh Sharma, Dr. Manish Mukhija, “Smart
Door Lock Using Bluetooth,” International Journal of
Research Publication and Reviews, Vol. 2, pp. 950-952, 2021.
Adarsh V Patil, Sreevarsha Prakash, Akshay S,
Mahadevaswamy, CHandanB Patgar, Sharath Kumar A J,
“Android Based Smart Door Locking System,” International

Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), Vol.
6, pp. 1-4, 2018.
Bhaktishwar Rajiwade, Shital Thakar, Payal Pokharkar,
Shankar Malbhare, “Design and Implementation of Smart
Door Lock Control System using Bluetooth Controller of
Smart Phone,” International Research Journal of Engineering
and Technology (IRJET), Vol. 3, pp. 482-484, 2016.
Ketan Rathod, Prof.Rambabu vatti, Mandar Nandre, Sanket
Yenare, “Smart Door Security Using Arduino And Bluetooth
application,” International Journal Of Current Engineering
And Scientific Research (IJCESR), Vol. 4, pp. 73-77, 2017.
Prof.H.B.Shinde, Abhay Chaudhari, Prafull Chaure, Mayur
Chandgude, Pratik Waghmare. “Smart Home Automation
System using Android Application,” International Research
Journal of Engineering and Technology (IRJET), pp. 24082411, 2017.
Võ Văn Ân, Trần Thị Hoàng Oanh, Đinh Thế Mạnh, “Ứng
Dụng Công Nghệ IoT Xây Dựng Mô Hình Cập Nhật Dữ Liệu
Và Giám Sát Thơng Tin Sử Dụng Led Matrix,” Hội nghị Quốc
gia về Ứng dụng Công nghệ thông minh trong Công nghiệp
4.0, Thành phố thông minh và Phát triển bền vững (STAIS
2022) , pp. 11-14, 2022.
Amulya Devineni, Deepa Malimath, Keerthi Lotlekar, Namita
Kanthi and Vishwanath P Baligar, “Smart Door Using IoT,”
International Journal Of Research In Electronics And
Computer Engineering, Vol. 7, pp. 3155-3158, 2019.
Rahul Satoskar, Akarsh Mishra, “Smart Door Lock and
Lighting System using Internet of Things,” (IJCSIT)
International Journal of Computer Science and Information
Technologies, Vol. 9, pp. 132-135, 2018.
Payel Thakur, Ayush Shetty, Manthan Parvadia, Onkar

Pokharkar, Shubham Shinde, “IoT Enabled Smart Door
Locks,” Conference On Technologies For Future Cities
(CTFC), pp. 1-4, 2019.
HK Shan Hai Group Limited: Nano v3.0, Original document
HK Shan Hai Group Limited, 2020.