(Đồ án hcmute) thiết kế và thi công thiết bị quản lý cửa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH

THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG THIẾT BỊ QUẢN LÝ CỬA

GVHD: ThS. LÊ MINH
SVTH : PHẠM VĂN NHÃ
MSSV: 14119161
SVTH : DƯƠNG THÀNH ÐẠT
MSSV: 14119141

SKL 0 0 5 2 6 7

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2018

do an


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀ O TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG THIẾT BỊ QUẢN LÝ CỬA

SVTH: PHẠM VĂN NHÃ
MSSV: 14119161

SVTH: DƯƠNG THÀNH ĐẠT
MSSV: 14119141
NGÀNH: CNKT MÁY TÍNH
GVHD: ThS. LÊ MINH
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2018

do an


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***---Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 07 năm 2018
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Phạm Văn Nhã
Dương Thành Đạt
Ngành: CNKT Máy Tính
Giảng viên hướng dẫn: ThS. Lê Minh
Ngày nhâ ̣n đề tài: 16/3/2018

MSSV: 14119161
MSSV: 14119141
Lớp: 14119CL1
ĐT:
Ngày nộp đề tài: 19/7/2018

1. Tên đề tài: Thiết kế và thi công thiết bị quản
lý cửa
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
3. Nội dung thực hiê ̣n đề tài:
4. Sản phẩm:

TRƯỞNG NGÀNH

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

ii

do an


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên: Phạm Văn Nhã
Dương Thành Đạt
Ngành: CNKT Máy Tính
Tên đề tài: Thiết kế và thi cơng thiết bị quản lý cửa
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: ThS.Lê Minh

MSSV: 14119161
MSSV: 14191141

NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
2. Ưu điểm:

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
.......................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
.......................................................................................................................................
6. Điểm:……………….(Bằng chữ:............................................................................ )
.......................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2018
Giáo viên hướng dẫn
iii

do an


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên Sinh viên: Phạm Văn Nhã
MSSV: 14119161
Dương Thành Đạt
MSSV: 14119141

Ngành: CNKT Máy Tính
Tên đề tài: Thiết kế và thi công thiết bị quản lý cửa
Họ và tên Giáo viên phản biện: .....................................................................................
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
.......................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
.......................................................................................................................................
6. Điểm:……………….(Bằng chữ:............................................................................ )
.......................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2018
Giáo viên phản biện
iv

do an

LỜI CẢM ƠN
Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Lê Minh đã ln là người thầy tận
tình dạy bảo, hướng dẫn, phân tích, giúp chúng em có thể hồn thiện đồ án trọn vẹn.
Cảm ơn các thầy cơ trong khoa Điện-Điện tử đã cung cấp những kiến thức
nền tảng và cơ sở trong những năm học tại ngôi trường thân yêu này. Bên cạnh đó,
xin gửi lời chúc sức khỏe, thành công tới các bạn cùng lớp đã hỗ trợ bằng nhiều
cách trong quá trình thực hiện đồ án.
Xin chân thành cảm ơn!
Nhóm thực hiện đề tài

v

do an


TĨM TẮT
Cùng với sự phát triển khơng ngừng của xã hội, kéo theo đó là bao hệ lụy mà
trộm cắp là một trong những vấn đề nhứt nhối đáng báo động. Tình trạng trộm cắp
diễn ra ngày càng tinh vi và luôn nhắm đến những ngôi nhà thường xuyên vắng chủ.
Do đó, cần phải có những thiết bị khóa thơng mình hơn để có thể ngăn ngừa và bảo
vệ ngơi nhà của mỗi người trước những kẻ gian ngày một nhiều.
Mặt khác, khoa học đang ngày càng phát triển và IoT là công nghệ mà cả thế
giới đang hướng tới. Với mục tiêu vạn vật có thể kết nối và thơng minh hơn, IoT
đang trở thành xu hướng ngày nay.
Nhìn thấy nhu cầu thực tế từ những lý do trên, nhóm thực hiện quyết định
chọn đề tài “Thiết kế và thi công thiết bị quản lý cửa” để nghiên cứu và thi cơng.
Thiết bị sẽ giúp người dùng có thể quản lý cửa ra vào của nhà mình từ xa, hi vọng
đề tài sẽ mang đến giá trị thiết thực nhất có thể.

vi

do an


MỤC LỤC
Chương 1.TỔNG QUAN ............................................................................................1
1.1.TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU ..............................................1
1.2.MỤC ĐÍCH VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI...............................................................1
1.3.NỘI DUNG THỰC HIỆN ................................................................................2
1.4.BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO ..........................................................................2
Chương 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................3
2.1.MỘT SỐ THIẾT BỊ KHĨA CỬA HIỆN NAY ...............................................3
2.1.1.Khóa cơ .................................................................................................. 3
2.1.2.Khóa điện tử ........................................................................................... 3
2.2.INTERNET OF THINGS .................................................................................4
2.3.NHỮNG CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU ..........................................................5
2.3.1.Chuẩn giao tiếp I2C ................................................................................. 5
2.3.2.Chuẩn giao tiếp UART ............................................................................ 6
2.3.3.Chuẩn giao tiếp SPI................................................................................. 7
2.3.4.Chuẩn Wifi ............................................................................................. 8
2.4.TÌM HIỂU VỀ FIREBASE ..............................................................................9
2.5.TÌM HIỂU RFID ............................................................................................10
2.6.TÌM HIỂU APP ANDROID ...........................................................................11
2.6.1.Ứng dụng di động ................................................................................. 11
2.6.2.App Android ......................................................................................... 11
2.6.3.Cơng cụ phát triển app andorid .............................................................. 12
Chương 3.TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG .............................................13
3.1.GIỚI THIỆU .......................................................................................................13
3.2.SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI ...............................................13
3.2.1.Sơ đồ khối ............................................................................................ 13

3.2.2.Chức năng từng khối ............................................................................. 14
3.2.3.Mô tả hoạt động của hệ thống ................................................................ 14
3.3.THIẾT KẾ CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG ........................................14

vii

do an


Khối cảm biến ..............................................................................................14
3.3.1.1.Cảm biến rung.................................................................................... 14
3.3.1.2.Cảm biến HALL ................................................................................ 15
Khối ngõ vào ...............................................................................................16
3.3.2.1.Đầu đọc RFID .................................................................................... 17
3.3.2.2.Bàn phím điều khiển .......................................................................... 17
Khối ngõ ra ..................................................................................................18
Khối giao tiếp Wifi ......................................................................................20
Cơ sở dữ liệu................................................................................................23
Khối xử lý trung tâm ............................................................................. 24
Khối ứng dụng di động ................................................................................26
Khối nguồn ........................................................................................... 27
3.4.LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT......................................................................................28
3.4.1. Lưu đồ chương trình chính ..........................................................................28
3.4.2. Lưu đồ khối giao tiếp Wifi ..........................................................................30
3.4.3. Lưu đồ khối xử lý trung tâm ........................................................................32
3.4.4. Lưu đồ giải thuật khối ứng dụng di động ....................................................34
3.5.SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ ............................................................................51
Chương 4. KẾT QUẢ .............................................................................................54
4.1.Mạch thực tế ........................................................................................................54
4.2.Mơ hình ...............................................................................................................54

4.3.Giao diện ứng dụng di động thực tế ....................................................................55
4.4.Kết quả hoạt động của hệ thống ..........................................................................56
Chương 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHRIỂN.....................................................57
5.1.KẾT LUẬN .........................................................................................................57
5.2.HƯỚNG PHÁT TRIỂN ......................................................................................57

viii

do an


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Một số loại khóa cơ hiện nay. .................................................................3
Hình 2.2: Sơ đồ khối một hệ thống IoT cơ bản ......................................................4
Hình 2.3: Bắt đầu và kết thúc quá trình truyền dữ liệu ...........................................5
Hình 2.4: Quá trình thay đổi bit dữ liệu ..................................................................6
Hình 2.5: Bit dữ liệu truyền và nhận.......................................................................6
Hình 2.6: Một gói tin của UART ............................................................................6
Hình 2.7: Kết nối 1 master và 1 slave .....................................................................7
Hình 2.8: Kết nối song song 1 master và nhiều slave .............................................8
Hình 2.9: Kết nối Daisy chain 1 master và nhiều salve ..........................................8
Hình 2.10: Một ứng dụng RFID phổ biến...............................................................10
Hình 2.11: Sơ đồ khối của hệ thống........................................................................13
Hình 3.1: Các loại cảm biến rung hiện nay...........................................................15
Hình 3.2: Cảm biến HALL được đặt trong từ trường vng góc .........................16
Hình 3.3: Cảm biển HALL thực tế .......................................................................16
Hình 3.4: Một loại mạch đọc thẻ RFID hiện nay..................................................17
Hình 3.5: Ma trận phím 4x4 thực tế ......................................................................18
Hình 3.6: Sơ đồ ngun lý ma trận phím 4x4 .......................................................18
Hình 3.7: Cấu tạo của led ......................................................................................19

Hình 3.8: Khóa điện solenoid ...............................................................................19
Hình 3.9: Ảnh module Wifi ESP8266 NodeMCU thực tế ...................................20
Hình 3.10: Sơ đồ chân của module Wifi ESP8266 NodeMCU ..............................21
Hình 3.11: Giao diện arduino IDE ..........................................................................22
Hình 3.12: Kit ra chân ARM STM32F103C8T6 ....................................................24
Hình 3.13: Giao diện Keil C ...................................................................................25
Hình 3.14: Mạch hạ áp 12VDC xuống 5VDC ........................................................27
Hình 3.15: Lưu đồ chương trình chính ...................................................................28
Hình 3.16: Lưu đồ thuật tốn khối giao tiếp Wifi ..................................................30
Hình 3.17: lưu đồ thuật tốn khối xử lý trung tâm .................................................32

ix

do an


Hình 3.18: Lưu đồ giải thuật chương trình chính và chương trình chạy ngầm của
app
...............................................................................................................34
Hình 3.19: Lưu đồ giải thuật chương trình con login .............................................36
Hình 3.20: Lưu đồ giải thuật xử lý ở màn hình chính ............................................37
Hình 3.21: Lưu đồ giải thuật của dialog đóng mở khóa .........................................39
Hình 3.22: Lưu đồ giải thuật chương trình con xem danh sách thẻ........................40
Hình 3.23: Lưu đồ xử lý thay đổi thông tin thẻ ......................................................42
Hình 3.24: Lưu đồ giải thuật xem lịch sử thẻ và điện thoại đóng mở khóa ...........43
Hình 3.25: Lưu đồ giải thuật chương trình con chế độ điều khiển bằng giọng nói 45
Hình 3.26: Lưu đồ chương trình con cài đặt ...........................................................47
Hình 3.27: Lưu đồ giải thuật chương trình con cài lại password ...........................49
Hình 3.28: Lưu đồ giải thuật chương trình con chạy ngầm ....................................50
Hình 3.29: Khối xử lý trung tâm .............................................................................51

Hình 3.30: khối ngõ ra ............................................................................................52
Hình 3.31: khối giao tiếp Wifi ................................................................................52
Hình 3.32: khối cảm biến ........................................................................................52
Hình 3.33: khối nguồn ............................................................................................52
Hình 4.1: Hộp 1 đặt phía ngồi cửa ......................................................................54
Hình 4.2: Hộp 2 đặt phía trong cửa.......................................................................54
Hình 4.3: Giao diện màn hình Login của app .......................................................55
Hình 4.1: Giao diện màn hình chính của app .......................................................56

xi

do an


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1: Thông số kĩ thuật của module ESP8266 NodeMCU ............................21
Bảng 3.2: Các phần của cơ sở dữ liệu ...................................................................23
Bảng 3.3: Bảng mô tả kết nối chân của khối xử lý trung tâm ...............................25
Bảng 3.4: Bảng mô tả kết nối chân của khối xử lý trung tâm ...............................29
Bảng 3.5: Bảng giải thích lưu đồ khối giao tiếp Wifi ...........................................31
Bảng 3.6: Giải thích lưu đồ khối xử lý trung tâm .................................................33
Bảng 3.7: Giải thích lưu đồ chương trình chính và chạy ngầm ............................35
Bảng 3.8: Giải thích lưu đồ chương trình con login..............................................36
Bảng 3.9: Giải thích lưu đồ xử lý ở màn hình chính .............................................38
Bảng 3.10: Giải thích lưu đồ xử lý của dialog đóng mở khóa ................................39
Bảng 3.11: Giải thích lưu đồ xử lý của chương trình con xem danh sách thẻ ........41
Bảng 3.12: Giải thích lưu đồ xử lý thay đổi thông thẻ ............................................43
Bảng 3.13: Giải thích lưu đồ xem lịch sử thẻ và điện thoại đóng mở khóa ............44
Bảng 3.14: Giải thích lưu đồ giải thuật chương trình con chế độ điều khiển bằng
giọng nói ...............................................................................................................46

Bảng 3.15: Giải thích lưu đồ chương trình con cài đặt ...........................................48
Bảng 3.16: Giải thích lưu đồ chương trình con cài lại password ............................50
Bảng 3.17: Giải thích lưu đồ giải thuật chương trình con chạy ngầm ....................51

xii

do an


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
MCU:
IoT:
UART:
APP:
IDE:
SPI:

Microprocessor Control Unit
Internet of Things
Universal Asynchronous Receiver – Transmitter
Application
Integrated Development Enviroment
Serial Perippheral Interface

xiii

do an


Chương 1. TỔNG QUAN

1.1. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
Trong những năm gần đây, với sự tiến bộ không ngừng của khoa học, công
nghệ kết nối vạn vật đang ngày một phổ biến ở khắp mọi nơi trên thế giới và được
biết đến với cụm từ Internet of Things (IoT). Với số lượng các thiết bị điện tử ứng
dụng IoT ngày một tăng cao, điều này cho thấy con người đã và đang hướng tới một
thế giới vạn vật được kết nối trong tương lai.
Cùng với sự phát triển không ngừng của xã hội, kéo theo là những mặc tiêu
cực cũng gia tăng, đặc biệt là tình trạng trộm cắp diễn ra ngày một tinh vi hơn. Với
thực trạng này, nhu cầu của mỗi người về bảo vệ tài sản cá nhân nói chung đảm bảo
an tồn cho ngơi nhà của mình nói riêng là vơ cùng cần thiết.
Chính vì những vấn đề trên, nhóm quyết định nghiên cứu và thực hiện đề tài
“Thiết kế và thi công thiết bị quản lý cửa” . Đề tài áp dụng công nghệ IoT trong
việc quản lý và bảo vệ cửa ra vào gia đình thơng qua các cảm biến, web server và
điện thoại thơng minh. Với mong muốn có thể phần nào kiểm sốt và đảm bảo an
tồn cho ngơi nhà, tránh những vị khách không mong muốn ở mọi lúc mọi nơi...
1.2. MỤC ĐÍCH VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
 Mục đích
Thiết kế và thi cơng thiết bị quản lý cửa với các tính năng:
 Mở khóa bằng thẻ từ, password nhập từ bàn phím, nút nhấn trên thiết bị
hay ứng dụng trên điện thoại thông qua internet.
 Nhận biết được có người chạm vào cửa hoặc cố ý phá cửa. Báo động
bằng chuông và đèn khi cần thiết, đồng thời gửi cảnh báo đến điện thoại
người dùng qua ứng dụng di động.
 Lưu trữ, truy cập với cơ sở dữ liệu offline và online.
 Ngoài ra, ứng dụng trên điện thoại cũng có nhiều tính năng để tương tác
với thiết bị như: đóng, mở khóa; xem lịch sử đóng, mở khóa; quản lý các
thẻ và điện thoại trong hệ thống; cấu hình lại wifi kết nối của thiết bị;
điều khiển bằng giọng nói;…
 Giới hạn
Phạm vi giới hạn của đề tài là:

 Hệ thống khơng có nguồn dự phịng.
 Sử dụng password có độ dài cố định là bốn ký tự.
 Hệ thống chỉ có thể truy cập cơ sở dữ liệu online khi có kết nối Wifi.

1

do an


1.3. NỘI DUNG THỰC HIỆN













Các nội dung cần thực hiện gồm có:
Thiết kế sơ đồ khối cho tồn hệ thống.
Thiết kế mạch cho hệ thống.
Lập trình boad STM32F103C8T6 giao tiếp với cảm biến rung, cảm biến hall,
bàn phím 4x4 và đầu đọc thẻ RFID.
Lập trình boad STM32F103C8T6 giao tiếp module ESP8266 để nhận và gửi
dữ liệu.

Lập trình app cho điện thoại android.
Thiết kế web để có thể quản lý theo dõi thông tin dữ liệu.
Tiến hành tổng hợp kết nối các khối.
Chạy thử toàn hệ thống và khắc phục lỗi.
Thi công mạch cho hệ thống.
Thiết kế và thi công mô hình.
Chạy lại hệ thống và hiệu chỉnh.
Viết báo cáo.

1.4. BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO
Quyển báo cáo được chia thành 5 chương với nội dung chính của từng
chương như sau:
 Chương 1 : tổng quan về đề tài.
 Chương 2 : các cơ sở lý thuyết liên quan.
 Chương 3 : tính tốn và thiết kế hệ thống.
 Chương 4 : kết quả sau khi thực hiện.
 Chương 5 : kết luận và hướng phát triển.

2

do an


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. MỘT SỐ THIẾT BỊ KHÓA CỬA HIỆN NAY
Từ xa xưa, con người đã nhận ra sự có mặt của vật giúp họ yên tâm về đồ
đạc của mình mà khơng cần phải ngó trước nghiêng sau là vơ cùng thiết, và những ổ
khóa bằng gỗ đầu tiên đã ra đời. Trải qua hơn vài nghìn năm, những ổ khóa giờ đây
đã được cải tiến thiết kế bằng kim loại để chắc chắn hơn. Hơn thế nữa, các ổ khóa
giờ đây cịn gánh thêm trách nhiệm lớn hơn khác như cá nhân hóa việc bảo mật và

theo dõi được lịch sử ra vào của người dùng. Sau đây là hai loại khóa phổ biến thời
hiện đại: khóa cơ và khóa điện tử.

2.1.1. Khóa cơ
Là phiên bản gần gũi nhất với những ổ khóa đời đầu. Ngày nay, khóa cơ
được sử dụng cực kỳ rộng rãi với ưu điểm bền và có khả năng chống trộm cao nhờ
thiết kế vật lý phức tạp gây khó khăn trong việc mở khóa nếu khơng có chìa khóa đi
kèm.

Hình 2.1: Một số loại khóa cơ hiện nay.

2.1.2. Khóa điện tử
Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, khóa điện tử ngày nay rất đa
dạng và có nhiều ưu điểm nổi trội hơn khóa cơ truyền thống như tính an tồn và bảo
mật cao hơn, tính thẩm mỹ cũng là lợi thế của khóa điện tử.
Khóa điện tử hiện nay gồm những nhóm loại chính phải kể đến như:
 Khóa mã số: nhập mã số đúng từ bàn phím của khóa để mở khóa.
 Khóa thẻ từ: chỉ người có thẻ từ được khóa chấp nhận mới có thể mở khóa.
3

do an


 Khóa vân tay: chỉ người có vân tay được khóa chấp nhận mới có thể mở
khóa.
 Khóa nhận dạng: chỉ giọng nói, khn mặt, võng mạc,… được khóa chấp
nhận mới có thể mở khóa.
Nhược điểm của các loại khóa điện tử hiện tại chính là độ bền khơng cao,
năng lượng cũng là nhược điểm cần nhắc đến. Ngoài ra, các loại khóa điện tử có thể
bị phá bởi các tội phạm hoặc thiết bị cơng nghệ cao. Vì vậy việc cải thiện và cập

nhật của các loại khóa này phải diễn ra thường xuyên.
Ngoài các nhược điểm kể trên thì nhìn chung khóa điện tử vẫn đảm bảo an
tồn hơn nhiều loại khóa cơ truyền thống.
2.2. INTERNET OF THINGS
Internet of Things (IoT) được hiểu là mạng lưới vạn vật kết nối internet. Cụm
từ IoT được đưa ra vào năm 1999 bởi Kevin Ashton, ông là một nhà khoa học đã
sáng lập ra Trung tâm Auto-ID ở đại học MIT. khi mà mỗi đồ vật, con người được
cung cấp một định danh của riêng mình, và tất cả có khả năng truyền tải, trao đổi
thông tin, dữ liệu qua một mạng duy nhất mà không cần đến sự tương tác trực tiếp
giữa người với người, hay người với máy tính.
Nói đơn giản là một tập hợp các thiết bị có khả năng kết nối với nhau, với
Internet và với thế giới bên ngồi để thực hiện một cơng việc nào đó.
Việc kết nối thì có thể thực hiện qua Wi-Fi, mạng viễn thông (3G, 4G),
Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại, các thiết bị có thể là điện thoại thơng minh, máy
giặt, tai nghe, bóng đèn, và nhiều thiết bị khác.

Hình 2.2: Sơ đồ khối một hệ thống IoT cơ bản

4

do an


 Ứng dụng của IoT:
Những ứng dụng của IoT ngày càng được phổ biến rộng rãi trong mọi
nghành nghề và mọi lĩnh vực đời sống bởi vì sự hiệu quả mà nó mang lại rất lớn.
Một ứng ứng dụng của IoT được nhiều người biết đến và được sử dụng phổ
biến là nhà thông minh, nhà thông minh giúp mọi người giám sát, kiểm sốt, điều
khiển ngơi nhà của mình một cách thuận tiện và đơn giản nhất. Bên cạnh đó IoT
cịn được ứng dụng trong y tế, giáo dục, nông nghiệp, kinh tế...

2.3. NHỮNG CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU
Truyền dữ liệu là cách mà các thiết bị có thể giao tiếp, trao đổi thơng tin với
nhau. Có hai loại hình truyền dữ liệu đó là có dây và khơng dây. Ở phương pháp
truyền có dây, có hai cách truyền dữ liệu là nối tiếp và song song, mặc dù chỉ có hai
cách truyền nhưng lại có rất nhiều chuẩn truyền dữ liệu hiện nay. Ở đề tài này chỉ
đề cập đến các chuẩn truyền liên quan như: I2C, UART, SPI và Wifi.

2.3.1. Chuẩn giao tiếp I2C
I2C là từ viết tắt của “Inter-Integrated-Circuit” là 1 loại bus nối tiếp được
phát triển bởi Philips và dùng cho các thiết bị điện tử của Philips. Hiện nay chuẩn
I2C đã được chuẩn hóa và sử dụng phổ biến bởi do tính ưu việt và dễ sử dụng của
nó. Ưu điểm lớn nhất của I2C là chỉ dùng 2 chân tín hiệu để điều khiển cả mạng lưới
thiết bị.
 Nguyên lý hoạt động:
I2C sử dụng 2 đường truyền tín hiệu:
 Đường truyền xung nhịp (SCL) do master phát đi (100KHz và 400KHz)
 Đường truyền tín hiệu (SDA) truyền theo 2 hướng.

Hình 2.3: Bắt đầu và kết thúc quá trình truyền dữ liệu
Quá trình truyền dữ liệu bắt đầu khi chân SDA chuyển từ mức cao xuống
mức thấp và chân SCL đang ở mức cao, quá trình này kết thúc khi chân SDA
chuyển từ mức thấp lên mức cao và chân SCL đang ở mức cao.

5

do an


Dữ liệu được truyền theo từng bit, dữ liệu được truyền đi theo từng bit tại

mỗi sườn lên của xung clock trên SCL.

Hình 2.4: Quá trình thay đổi bit dữ liệu
Quá trình thay đổi bit dữ liệu trên SDA xảy ra khi SCL đang ở mức thấp.

Hình 2.5: Bit dữ liệu truyền và nhận
Mỗi lần truyền dữ liệu đối với I2C sẽ truyền 8 bit và nhận 1 bit, 1 bit nhận lại
đó là bit ACK. Bit có trọng số cao nhất (MSB) sẽ được truyền đi trước các bit còn
lại sẽ được truyền lần lược theo sau cho đến bit cuối cùng (bit thứ 8), khi nhận đủ 8
bit thì chân SDA sẽ bị kéo xuống mức thấp để tạo ra một xung ACK báo hiệu đã
nhận đủ 8 bit.

2.3.2. Chuẩn giao tiếp UART
UART là từ viết tắt của “Universal Synchronous & Asynchronous serial
Reveiver And Transmitter” là bộ truyền nhận nối tiếp đồng bộ và không đồng bộ,
thường là một mạch tích hợp được sử dụng trong việc truyền dẫn dữ liệu nối tiếp
giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi. Rất nhiều vi điều khiển hiện nay đã được tích
hợp UART, UART thường được dùng trong máy tính cơng nghiệp, truyền thơng, vi
điều khiển, hay một số các thiết bị truyền tin khác.
 Nguyên lý hoạt động
Đặc điểm của UART là truyền nhận theo từng byte, nên thường được đóng
gói dữ liệu thành các gói tin sau đó truyền đi.

Hình 2.6: Một gói tin của UART
6

do an


Start Flag và End Flag là 2 byte dùng để đánh dấu bắt đầu và kết thúc gói tin.

Nếu dữ liệu truyền đi có byte trùng với Start Flag và End Flag thì phải chèn vào
trước byte này một bit ESC vào phía trước để khi thiết bị giải mã dữ liệu nhận được
sẽ biết đó là dữ liệu cần truyền.

2.3.3. Chuẩn giao tiếp SPI
Chuẩn giao tiếp SPI (Serial Perippheral Interface) được Motorola phát minh
và phát triển từ giữa năm 1980 để sử dụng trong các dòng vi điều khiển của họ.
Nhưng với sự đơn giản của giao thức này, SPI đã trở nên ngày càng phổ biến và sử
dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử, đặc biệt là trong giao tiếp trao đổi với các
ngoại vi.
SPI là giao thức nối tiếp đồng bộ đa mục đích, trong khi thực hiện giao tiếp
dữ liệu truyền và nhận được diễn ra một cách đồng thời. Một xung clock đồng bộ
dùng để dịch và lấy mẫu thông tin trên hai đường dữ liệu.
SPI sử dụng quan hệ master-slave (chủ-tớ) trong khi giao tiếp, do các thiết bị
slave không định địa chỉ nên khi giao tiếp thiết bị master với nhiều slave thì phải
cần đến chân CS (chọn chip salve nào cần truyền dữ liệu). Một giao tiếp SPI gồm
các chân:
 MOSI (Master output Slave input): chân này được sử dụng để truyền dữ liệu
từ master sang slave.
 MISO (Master input Slave output): chân này được sử dụng để truyền dữ liệu
từ slave sang master.
 SCK: cấp xung đồng bộ truyền nhận giữa master với slave được chọn. Dữ
liệu sẽ không được truyền đi nếu master không cấp xung SCK đến tất cả các
slave. Ngược lại, salve không cấp được xung ở chân này. Ngồi ra, SPI có 4
mode hoạt động dựa vào cực tính và pha của xung SCK.
 SS: master truyền tín hiệu để lựa chọn slave giao tiếp.
SPI có các kiểu kết nối như sau:

Hình 2.7: Kết nối 1 master và 1 slave

7

do an


Hình 2.8: Kết nối song song 1 master và nhiều slave

Hình 2.9: Kết nối Daisy chain 1 master và nhiều salve

2.3.4. Chuẩn Wifi
Wifi là từ viết tắt của “Wireless Fidelity” là mạng kết nối internet khơng dây
sử dụng sóng vơ tuyến để truyền tín hiệu, loại sóng vơ tuyến này tương tự như sóng
điện thoại, truyền hìnhn radio. Hiện nay hầu hết các thiết bị điện tử như điện thoại,
laptop, máy tính bảng đều có thể kết nối wifi.
 Kết nối wifi dựa trên các chuẩn kết nối IEEE 802.11 :
 802.11b : là phiên bản yếu nhất hoạt động ở mức 2.4GHz có thể xử lý 11
megabit/giây.
 802.11g : hoạt động ở tần số 2.4GHz và có thể xử lý 54 megabit/giây.
 802.11a : hoạt động ở tần số 5GHz và có thể xử lý 54 megabit/giây.
8

do an


 802.11n : hoạt động ở tần số 2.4GHz và có thể xử lý 300 megabit/giây
Ngồi ra cịn có các chuẩn khác như 802.11f/i/e/u.
 Nguyên lý hoạt động
Để một thiết bị có thể sử dụng sóng wifi để kết nối internet, nó phải được
trang bị một bộ thu phát Wifi. Router đóng vai trị vừa là bộ thu vừa là bộ phát nó
nhận sóng vơ tuyến là dữ liệu u cầu được gửi đi từ thiết bị yêu cầu, sau đó chuyển

đồi thành dữ liệu để truyền đi thơng qua kết nối vật lý. Khi tìm thấy dữ liệu yêu cầu
của thiết bị thì router mã hóa chúng thành sóng vô tuyến và gửi lại cho thiết bị gửi.
 Ưu điểm
Tính linh động là ưu điểm lớn của Wifi vì nó khơn kết nối trực tiếp bằng
cable. Người dùng có thể truy cập bất kỳ đâu trong bán kính cho phép.
 Nhược điểm
Phạm vi sử dụng Wifi có giới hạn và phụ thuộc vào số lượng thiết bị kết nối
vào Wifi nhiều hay ít mà tốc độ truy cập sẽ thay đồi.

2.4. TÌM HIỂU VỀ FIREBASE
Firebase là một dịch vụ cơ sở dữ liệu thời gian thực hoạt động trên nền tảng
đám mây được cung cấp bởi google nhằm giúp các lập trình viên triển khai các ứng
dụng một cách nhanh chóng bởi sự đơn giản hóa trong việc tương tác với cơ sở dữ
liệu.
 Các tính năng của Firebase
 Cơ sở dữ liệu thời gian thực : Firebase lưu trữ dữ liệu dưới dạng JSON
và thực hiện đồng bộ hóa đến tất cả client theo thời gian thực.
 Xác thực người dùng : Firebase có thể xác thực người dùng từ các ứng
dụng trên Android, IOS... bên cạnh đó Firebase còn xây dựng chức năng
xác thực người dùng với Email, Facebook,...
 Firebase hosting : Firebase giúp lập trình viên có thể triển khai các ứng
dụng nên Web và các dữ liệu sẽ được lưu trữ bởi đám mây đồng thời
được bảo mật thông qua giao thức truy cập SSL.
 Ưu điểm của Firebase
Từ các tính năng được cung cấp bởi Firebase như đề cập ở trên thì có thể
thấy được các lợi ích mà Firebasee mang lại như :
 Giúp lập trình viên triển khai siêu tốc các ứng dụng liên quan đến cơ sở
dữ liệu, xác thực người dùng.
 Firebase hoạt động dựa trên nền tảng cloud đến từ Google vì vậy có thể
an tâm về sự ổn định và bảo mật.

9

do an


 Hỗ trợ miễn phí đến tính phí giúp các bạn học sinh, sinh viên có thể tận
hưởng các tính năng đến từ Firebase mà khơng phải mất phí.

2.5. TÌM HIỂU RFID
RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ nhận dạng đối tượng
bằng sóng vơ tuyến, cho phép một thiết bị đọc thông tin chứa trong chip ở khoảng
cách xa, không cần tiếp xúc trực tiếp, khơng thực hiện bất kì giao tiếp vật lý nào
giữa hai vật khơng nhìn thấy.

Hình 2.10: Một ứng dụng RFID phổ biến
 Hệ thống RFID gồm 3 thành phần cơ bản:
 Thẻ RFID (tag): gồm chip và antenna. Chip lưu mã số duy nhất hoặc
thông tin khác dựa vào loại thẻ. Antenna được gắn với vi mạch truyền
thông tin từ chip đến reader. Antenna càng lớn cho biết phạm vi đọc càng
lớn. Tùy vào loại thẻ là passive hay active mà sử dụng nguồn nuôi khác
nhau.
 Đầu đọc (reader): là một thiết bị đọc và ghi dữ liệu trên thẻ FRID tương
thích qua sóng vơ tuyến. Là thành phần vô cùng quan trọng của hệ thống,
có nhiệm vụ kích hoạt thẻ, truyền dữ liệu bằng sóng vơ tuyến với thẻ,
thực hiện giải điều chế và giải mã tín hiệu nhận được từ thẻ ra dạng tín
hiệu cần thiết để chuyển về máy chủ, đồng thời cũng nhận lệnh từ máy
chủ để thực hiện các yêu cầu truy vấn hay đọc ghi thẻ.

10

do an


 Host (máy tính, vi xử lý, sever,…): là thành phần khơng thể thiếu trong
hệ thống, có nhiệm vụ phân tích và xử lý thơng tin của dữ liệu mà đầu
đọc gửi về.
Phương thức hoạt động của RFID là thẻ tag được gắn vào chủ thể. Đầu đọc
thẻ sẽ nhận tín hiệu thẻ tag từ xa và chuyển dữ liệu đến host để xử lý.
Khoảng cách giao tiếp giữa thiết bị đọc và thẻ RFID có thể lên đến 100m tùy
thuộc vào loại thẻ và môi trường.
Tùy thuộc vào dải tần hoạt động của hệ thống mà tốc độ đọc sẽ khác nhau.
Tốc độ đọc thấp nhất ở dải tần 125KHz và cao nhất ở dải tần 5.8GHz.
RFID được đưa vào sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực như: Quản lý nhân sự,
quản lý hàng hóa vào/ra siêu thị, nhà kho, ... theo dõi động vật, quản lý xe cộ qua
trạm thu phí, làm thẻ hộ chiếu …
2.6. TÌM HIỂU APP ANDROID

2.6.1.

Ứng dụng di động

Ứng dụng di động là một phần mềm chạy trên các thiết bị cầm tay trong điều
kiện trực tuyến hoặc ngoại tuyến, các phần mềm độc lập này cần một hệ điều hành
hỗ trợ.
Ứng dụng di động có ba nhánh chính: Native App (ứng dụng gốc), Web App
(Ứng dụng web), Hybrid App (Ứng dụng lai). Trong bài báo cáo này chỉ để cập đến
Native App, một phần của đề tài này.
Native App là ứng dụng được viết riêng cho một nền tảng nhất định như iOS,
Android, Window Phone bằng các ngôn ngữ tương ứng như Java, Object hay
C#...Những ứng dụng gốc gắn liền với các thiết bị di động, được tải về từ cửa hàng

ứng dụng như App Store của iOS hay CH Play của Android. Ứng dụng gốc chỉ có
thể hoạt động trên duy nhất một hệ điều hành di động có thể chứa nó.

2.6.2. App Android
App Android là các ứng dụng di động, được Google phát triển, chỉ có thể được viết
bằng một vài ngôn ngữ đặc trưng như C++, C#, Javacript, LUA, Python,…dành
riêng cho nền tảng Android của thiết bị di động. Với ưu điểm mã nguồn mở, tiềm
năng phát triển của App android chỉ bị giới hạn bởi phần cứng của điện thoại. Các
ứng dụng cơ bản chỉ hoạt động được duy nhất trên nền tảng Android, khơng thể
chạy trên bất kì nền tảng nào khác như iOS hay Window.

11

do an


2.6.3. Công cụ phát triển app andorid
Android SDK (Android Software Development Kit) là bộ công cụ phát triển ứng
dụng trên nền tảng Android.
Android Studio là IDE (Môi trường phát triển tích hợp) chính thức cho nền tảng
Android, được phát triển bởi Google và được sử dụng để tạo phần lớn các ứng dụng
android hiện nay.

12

do an