Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mô hình chốt khóa điện tử tự động rfid – rc522 kết hợp với arduino uno r3 và lcd

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP.HCM
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG


BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC
MÔN NHẬP MÔN KỸ THUẬT
HK1 - NĂM HỌC: 2018-2019

TÊN ĐỒ ÁN: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH
CHỐT KHĨA ĐIỆN TỬ TỰ ĐỘNG RFID – RC522 KẾT HỢP VỚI
ARDUINO UNO R3 VÀ LCD
LỚP: 18DTV1 – Nhóm số: 8
Họ tên thành viên
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Nguyễn Hồng Hảo _ 18200096
Nguyễn Ngọc Anh Hào_18200095
Bùi Văn Hậu_18200097
Lê Văn Công Hậu_18200098
Nguyễn Thị Hậu_18200099
Nguyễn Minh Hiếu_18200102

Nguyễn Phùng Hiếu_18200103
Trần Nhuận Trọng Hiếu_18200104
Trịnh Trung Hiếu_18200105
Võ Cơng Hiếu_18200106
Mai Xn Hồng_18200107
TP.HCM – 10/2018


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................i
TÓM TẮT ........................................................................ Error! Bookmark not defined.
PHÂN CƠNG THÀNH VIÊN TRONG NHĨM...........................................................
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .........................................................................................9
1.1 Đặt vấn đề ..............................................................................................................9
1.2 Giới thiệu về board mạch arduino uno R3 .............................................................9
 Giới thiê ̣u về Arduino IDE
 Ngôn ngữ lâ ̣p triǹ h cho Arduino ..........................................................................14
1.3 RFID (Radio Frequency Identification)-RC522 ..................................................15
Cấu trúc hệ thống RFID ..........................................................................................15
1.4 Mạch RFID RC522 ..............................................................................................17
1.5 LCD 16x2 (1602A) ..............................................................................................18
Giới thiê ̣u về LCD 1602A.......................................................................................18
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG ..............21
2.1 Mạch điều khiển với Arduino, LCD, Relay......................................................21
2.2. Kết quả thử nghiệm..........................................................................................22
2.3 Giải thuật điều khiển mơ hình khóa điện sử dụng RFID – Solenoid ...............23

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ KHẢO NGHIỆM ..................................................26
3.1 Chế tạo đế nâng mơ hình, tránh nhiễu, chập chạp do kim loại rơi vào ................26
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................27

4.1 Kết luận ................................................................................................................27
4.2 Kiến nghị ..............................................................................................................27

DANH MỤC HÌNH
Hình 3: Các thành phần của một hệ thống RFID .........................................................15
Hình 5: Module đọc thẻ từ RC522 ...............................................................................17

BÁO CÁO NHẬP MƠN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHĨM: 8

2


Hình 6: LCD 1602A xanh dương .................................................................................18
Hình 7: Các chân nối của LCD 1602A .........................................................................19
Hình 8: Ví dụ hiển thị đơn giản với Arduino – LCD 1602A ..... Error! Bookmark not
defined.
Hình 12: Mạch in cho board ........................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 13: Hình ảnh thực tế mạch ................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 14: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển trên Proteus 8.1 .......................................21
Hình 15: Quá trình nạp file chương trình vào Proteus 8.1 ...........................................22
Hình 16: Kết quả chạy thử đèn Relay đã sáng sau khi nhấn nút thẻ chấp nhận ...........22
Hình 17: Mạch in layout mạch điều khiển chính..........................................................22
Hình 18: Quá trình đo đạc thử nghiệm lại kết quả làm mạch .......................................22
Hình 19: Mạch điều khiển chính sau khi đã gắn vi điều khiển và nạp code ................22
Hình 20: Sơ đồ giải thuật điều khiển mơ hình khóa điện sử dụng RFID – RC522 ......23
Hình 21: Sơ đồ nguyên lý mạch kích Relay .................................................................24
Hình 22: Sản phầm hồn thiện nhìn từ trên ..................................................................26
Hình 23: Sản phầm hồn thiện nhìn từ mặt bên ...........................................................27
Hình 24: Ảnh thực tế khi đã quét thẻ chủ .....................................................................27
Hình 25: Ảnh thực tế khi thêm thẻ thành cơng.............................................................27

Hình 26: Ảnh thực tế khi xóa thẻ thành cơng ...............................................................27
Hình 27: Ảnh thực tế khi qt thẻ khơng đúng ............................................................27
Hình 28: Ảnh thực tế khi qt thẻ thành cơng, Relay kích ..........................................27
BÁO CÁO NHẬP MƠN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHÓM: 8

3


Hình 29: Ảnh thực tế trạng thái Solenoid đóng ............................................................27

BÁO CÁO NHẬP MƠN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHĨM: 8

4


LỜI NÓI ĐẦU
Lời đầu tiên, em xin cảm ơn thầy và các bạn đã tạo điều kiện giúp nhóm chúng em tiếp cận
được với khoa học công nghệ sớm nhất có thể. Tuy nhiên, vì đây là lần đầu tiên nhóm
chúng em được tiếp cận với khoa học cơng nghệ mà điển hình ở đây là mạch Arduino nên
nhóm em vẫn cịn nhiều sai sót, nhóm em hy vọng sẽ nhận được những lời góp ý từ thầy và
các bạn để giúp sản phẩm của nhóm em được hồn thiện hơn trong những lần sau.
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật hện nay, việc tối ưu hóa các hoạt động hằng ngày
đang là xu thế mà con người hướng đến. Và chính vì thế, chúng em đã tạo ra một ứng dụng
nho nhỏ giúp ích cho cuộc sống, đó là ổ khóa nhà thơng minh chống trộm RFID. Với ổ
khóa thơng minh này, chúng ta khơng cần phải thao tác trên ổ khóa nữa mà chỉ cần đặt thẻ
vào đúng vị trí thì cửa sẽ mở. Kèm theo đó là bộ chống trộm giúp ta phát hiện kẻ trộm kịp
thời. Ứng dụng này giúp tiết kiệm thời gian và cơng sức cho việc mở khóa mỗi ngày.
Trong thực tế đã có những ứng dụng về thẻ từ RFID-RC522 cụ thể là các bãi giữ xe tự
động, gian hàng tự động, văn phịng, khách sạn, kí túc xá của các trường đại học... Để hiểu
rõ hơn về cách thức hoạt động của giao tiếp thẻ từ RFID-RC522 kết hợp board Arduino

uno R3. Bộ xử lý sử dụng vi điều khiển Arduino uno R3, thực hiện truyền tín hiệu đến bộ
phận công tác và lưu dữ liệu trên bộ nhớ EEPROM của Arduino – Bộ nhớ không mất đi
khi mất nguồn cấp. Từ lý thuyết về nhận tín hiệu từ nút nhấn, cảm biến, xuất tín hiệu đến
bộ phận cơng tác, ứng dụng điện tử cơng suất trong tính tốn thiết kế mạch nguồn, xuất
thông tin trên LCD và gửi trả dữ liệu về Serial Monitor trong quá trì phát triển (dev) và gỡ
lỗi (debug). Từ đó học đưa kiến thức vào thực tiễn, giúp sinh viên nắm bắt được kiến thức
thực tế, vận dụng và phát triển trong tương lai.

TP.HCM, ngày tháng 10 năm 2018
Nhóm 8 – Lớp 18DTV1

BÁO CÁO NHẬP MƠN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHĨM: 8

5


TĨM TẮT
Tên đồ án: Nghiên cứu, thiết kế mơ hình chốt khóa điện tử tự động sử dụng RFID – RC522
kết hợp Board Arduino uno R3 và LCD

Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật hện nay, việc tối ưu hóa các hoạt động hằng
ngày đang là xu thế mà con người hướng đến. Và chính vì thế, chúng em đã tạo ra một ứng
dụng nho nhỏ giúp ích cho cuộc sống, đó là ổ khóa nhà thơng minh chống trộm RFID. Với
ổ khóa thơng minh này, chúng ta khơng cần phải thao tác trên ổ khóa nữa mà chỉ cần đặt
thẻ vào đúng vị trí thì cửa sẽ mở. Kèm theo đó là bộ chống trộm giúp ta phát hiện kẻ trộm
kịp thời. Ứng dụng này giúp tiết kiệm thời gian và cơng sức cho việc mở khóa mỗi ngày.
Trong thực tế đã có những ứng dụng về thẻ từ RFID-RC522 cụ thể là các bãi giữ xe
tự động, gian hàng tự động, văn phòng, khách sạn bao gồm kí túc xá của các trường đại
học... Để hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của giao tiếp thẻ từ RFID-RC522 kết hợp
board Arduino uno R3. Bộ xử lý sử dụng vi điều khiển Arduino uno R3, thực hiện truyền

tín hiệu đến bộ phận cơng tác và lưu dữ liệu trên bộ nhớ EEPROM của Arduino – Bộ nhớ
không mất đi khi mất nguồn cấp. Từ lý thuyết về nhận tín hiệu từ nút nhấn, cảm biến, xuất
tín hiệu đến bộ phận công tác, ứng dụng điện tử cơng suất trong tính tốn thiết kế mạch
nguồn, xuất thơng tin trên LCD và gửi trả dữ liệu về Serial Monitor trong quá trì phát triển
(dev) và gỡ lỗi (debug). Từ đó học đưa kiến thức vào thực tiễn, giúp sinh viên nắm bắt
được kiến thức thực tế, vận dụng và phát triển trong tương lai.
Tiến hành chế tạo thử nghiệm từ đó khảo nghiệm sơ bộ và đánh giá khả năng làm
việc của thiết bị.
Thời gian thực hiện: từ ngày 8/10 đến ngày 29/10
Nhóm trưởng đồ án: Nguyễn Hồng Hảo
Nhóm : 8 :Khoa /Lớp/Bộ mơn: Khoa Điện tử – Viễn thơng/Bộ mơn Nhập mơn kĩ thuật
Mục đích: Hiện nay trên thị trường có rất nhiều ứng dụng từ vi điều khiển, thiết kế mơ
hình sẽ giúp sinh viên nắm bắt và vận dụng kiến thức đã có trong phát triển kĩ năng và làm
việc thực tế. Từ đó đưa ra các sản phẩm ngày càng hoàn thiện giá thành cho sản xuất rẻ
hơn, thiết bị trở nên nhỏ gọn, dễ lắp đặt.

PHÂN CƠNG THÀNH VIÊN TRONG NHĨM

BÁO CÁO NHẬP MƠN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHĨM: 8

6


Họ và tên

Ngày bắt đầu

Ngày kết thúc

Nhiệm vụ

Cả nhóm

8/10

10/10

Lên ý tưởng

Cả nhóm

11/10

11/10

Họp nhóm, phân
cơng cơng việc

Lê Văn Cơng 12/10
Hậu

14/10

Tìm tài liệu

Lê Văn Công 15/10
Hậu

18/10

Mua linh kiện

Lê Văn Công 19/10
Hậu

21/10

Làm sản phẩm
demo

24/10

Làm báo cáo tài
liệu kỹ thuật

25/10

Làm sản phẩm

Nguyễn Thị Hậu
Bùi Văn Hậu

Mai
Hồng

Xn

Nguyễn Hồng 22/10
Hảo
Nguyễn

Hiếu

Minh

Nguyễn
Anh Hào

Ngọc

Cả nhóm

25/10

BÁO CÁO NHẬP MƠN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHÓM: 8

7


demo
Trịnh
Hiếu

Trung

Làm bài thuyết
trình PowerPoint

Võ Cơng Hiếu

BÁO CÁO NHẬP MƠN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHÓM: 8

8


1. TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Ngày nay sự phát triển của ngành vi điề u khiể n, kỹ thuật số và các hê ̣ thố ng điề u
khiển đã được tự đô ̣ng hoá. Với những kỹ thuâ ̣t tiên tiế n như vi xử lý, vi mạch số đươ ̣c ứng
du ̣ng vào lĩnh vực điều khiể n, thì các hệ thống điề u khiển cơ khí thô sơ, với tớ c đơ ̣ xử lý
chậm, ít chính xác đươc̣ thay thế bằ ng hê ̣ thố ng điề u khiể n tự đô ̣ng với các lê ̣nh chương
trin
̀ h đã đươ ̣c thiết lâ ̣p trước.
Vi điều khiển là thành phần chính nhưng để một cỗ máy vận hành được thì cần có
thiết bị ngoại vi đầu vào và đầu ra như cảm biến, nút nhấn, LCD, màn hình, bàn phím, van
điện,v.v…
Để tìm hiểu kỹ hơn về vi điều khiển từ bản chất đến cách thức hoạt động, bảo trì,
nhóm thực hiện đồ án trên mơ hình nhận dạng và khóa cửa tự động thơng qua thẻ từ RFID
– dùng khóa điện Solenoid và lưu trữ dữ liệu trên bộ nhớ EEPROM.
Vì sao nhóm lại chọn bộ nhớ EEPROM thay vì sử dụng chíp nhớ ngồi sẽ được
nêu rõ trong quá trình thực hiện đồ án.
1.2 Mạch vi điều khiển arduino
Arduino là một bước ngoặc lớn trong ngành cơ điê ̣n tử trên toàn thế giới kể từ khi nó
ra đời. Số lươ ̣ng người dùng cực lớn và đa da ̣ng với trình đô ̣ trải rô ̣ng từ bâ ̣c phổ thông lên
đế n đa ̣i ho ̣c. Arduino là mô ̣t bo ma ̣ch xử lý đươ ̣c dùng để nạp tương tác với các thiế t bi ̣
phần cứng như cảm biế n, đô ̣ng cơ, đèn hoặc các thiế t bi khác.
Đă ̣c điể m nổ i bâ ̣t ở Arduino
̣
là môi trường phát triển ứng dụng dễ sử du ̣ng, với mô ̣t ngôn ngữ lâ ̣p triǹ h có thể tiếp cận
mơ ̣t cách nhanh chóng. Và điề u này đã làm nên hiện tươ ̣ng Arduino chin
́ h là mức giá thấp

và tính chất nguồ n mở từ phầ n cứng tới phầ n mề m…
Arduino ra đời ta ̣i thi trấ
vào thế
̣ n Ivrea thuô ̣c nước Ý và đươ ̣c đă ̣t theo tên của vi vua
̣
kỉ thứ 19 là King Arduin, Arduino chính thức đươ ̣c đưa ra giới thiê ̣u vào năm 2005 như là
mô ̣t công cu ̣ dành cho các sinh viên. Mă ̣c dù không đươ ̣c tiế p thi ̣gì cả, tin tức về Arduino
vẩ n đươ ̣c lan truyề n mô ̣t cách ma ̣nh mẽ với những lời nhận xét tić h cực về Arduino từ
những người đã từng sử du ̣ng qua.
BÁO CÁO NHẬP MÔN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHÓM: 8

9


BÁO CÁO NHẬP MƠN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHĨM: 8

10


mạch nạp chỉ cần vài điện trở là có thể làm được. Một số AVR cịn hỗ trợ lập trình
on – chip bằng bootloader không cần mạch nạp…
- Bên cạnh lập trình bằng ASM, cấu trúc AVR được thiết kế tương thích C.
Arduino UNO R3
Một vài thơng số của Arduino UNO R3
Vi điều khiển

ATmega328 họ 8bit

Điện áp hoạt động

5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Tần số hoạt động

16 MHz

Dòng tiêu thụ

khoảng 30mA

Điện áp vào khuyên dùng

7-12V DC

Điện áp vào giới hạn

6-20V DC

Số chân Digital I/O

14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog

6 (độ phân giải 10bit)

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

Bộ nhớ flash

32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi
bootloader

SRAM

2 KB (ATmega328)

EEPROM

1 KB (ATmega328)

Khi cần nạp code cho board chỉ cần sử dụng dây nối USB Type B để kết nối với
máy tính vì trên board đã tính hợp sẵn mạch nạp và giao tiếp sang chuẩn Serial UART để
nạp cho board Arduino Nano và sau khi nạp xong, có thể rút dây cáp ra và cấp nguồn cho
BÁO CÁO NHẬP MƠN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHĨM: 8

11


board tự hoạt động độc lập. Cách kết nối board Arduino Nano:
Khi sử dụng nguồn ngoài, chúng ta sẽ cấp nguồn 7V – 12V vào chân “RAW” để
cấp nguồn nuôi cho board, chú ý là chân “RAW” chứ không phải là chân “VCC” vì chân
VCC chính là ngõ vào hoặc ra điện áp 5V của mạch, nếu chúng ta cấp nhầm nguồn > 5V

vào chân VCC sẽ gây ra cháy Chip Atmega328-AU trên board.
Arduino Uno R3 có cổng với:

Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúng chỉ có 2
mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ở mỗi chân đều
có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì
các điện trở này khơng được kết nối).
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:




2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive –
RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2
chân này. Kết nối bluetooth thường thấy nói nơm na chính là kết nối Serial khơng
dây. Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không
cần thiết
Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân
giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite(). Nói

BÁO CÁO NHẬP MƠN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHÓM: 8

12






một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến

5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác.
Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Ngồi các chức
năng thơng thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI
với các thiết bị khác.
LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm nút
Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân số 13. Khi
chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.

Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 2101) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân AREF trên board, bạn có thể
để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog. Tức là nếu bạn cấp điện áp
2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ
0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit.
Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với
các thiết bị khác.

BÁO CÁO NHẬP MÔN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHÓM: 8

13


Hình 1: Sơ đồ chân Arduino Nano
1.3 Giới thiêụ về Arduino IDE và ngôn ngữ lâ ̣p trin
̀ h cho Arduino
Thiết kế bo mạch nhỏ go ̣n, trang bị nhiề u tính năng thông du ̣ng mang lại nhiề u lơ ̣i thế
cho Arduino, tuy nhiên sức mạnh thực sự của Arduino chiń h là nằ m ở phầ n mề m. Môi
trường lập trình đơn giản dễ sử du ̣ng, ngôn ngữ lâ ̣p trin
̀ h Wiring dễ hiểu và dựa trên nề n
tảng C/C++ rấ t quen thuô ̣c với người làm kỹ thuâ ̣t. Và quan tro ̣ng là số lươ ̣ng thư viê ̣n code
đươ ̣c viế t sẵn và chia sẻ bởi cô ̣ng đồ ng mở là cực kỳ lớn.
Arduino IDE là phần mề m dùng để lập trình cho Arduino, môi trường lâ ̣p trình

Arduino IDE có thể cha ̣y trên ba nề n tảng phổ biế n nhấ t hiê ̣n nay là Window, Mac và
Linux. Do có tính chấ t ng̀ n mở nên môi trường lâ ̣p trin
̀ h này hoàn toàn miễn phí và có
thể mở rộng thêm bởi người dùng có kinh nghiê ̣m.
Ngơn ngữ lâ ̣p triǹ h có thể đươ ̣c mở rô ̣ng thông qua các thư viê ̣n C++. Và ngôn ngữ
lập triǹ h này dựa trên nề n tảng ngôn ngữ C của AVR nên người dùng hoàn toàn có thể
nhúng code viế t bẳ ng AVR vào chương triǹ h. Hiê ̣n ta ̣i, Arduino IDE có thể tải từ trang chủ

BÁO CÁO NHẬP MƠN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHĨM: 8

14


( bao gồ m nhiề u phiên bản khác nhau kèm theo những tính năng bổ sung.
1.4 RFID (Radio Frequency Identification)
RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng
sóng vơ tuyến. Cơng nghệ này cho phép nhận biết các đối tượng thơng qua hệ thống
thu phát sóng radio, từ đó có thể giám sát, quản lý hoặc lưu vết từng đối tượng. Như
trường hợp trên, bạn đi siêu thị, bỏ hàng vào xe đẩy và chỉ đơn giản đẩy thẳng xe qua
cổng giám sát. Một thiết bị tự động nhận dạng từng món hàng bạn mua và tự động trừ
vào tài khoản thanh toán của bạn. Nhanh và tiện lợi biết bao! Đó chỉ là một trong rất nhiều
ứng dụng tiện ích của cơng nghệ RFID.

Hình 2: Các thành phần của một hệ thống RFID

Cấu trúc hệ thống RFID
Hệ thống RFID gồm hai thành phần chính: thẻ RFID (RFID tag) và đầu đọc (reader).
Thẻ RFID có gắn chip silicon và ăng ten radio dùng để gắn vào đối tượng quản lý như sản
phẩm, hàng hóa, động vật hoặc ngay cả con người… Thẻ RFID có kích thước rất nhỏ, cỡ
vài cm. Bộ nhớ của con chip có thể chứa từ 96 đến 512 bit dữ liệu. Đầu đọc reader cho

phép giao tiếp với thẻ RFID qua sóng radio ở khoảng cách trung bình từ 0,5-30 mét, từ đó
truyền dữ liệu về hệ thống máy tính trung tâm.
BÁO CÁO NHẬP MƠN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHĨM: 8

15


Công nghệ RFID được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, nhất là trong quản lý
và tồn trữ hàng hóa. Ví dụ, dùng những thẻ RFID theo dõi nhiệt độ gắn lên hàng hóa có
thể giúp nhà sản xuất theo dõi nhiệt độ trong kho lạnh. Những thẻ này sẽ truyền dữ liệu
qua đầu đọc, đầu đọc liên tục truyền dữ liệu thu được từ các thẻ để truyền về máy tính trung
tâm và lưu lại dữ liệu thu được. Từ đó, nhà sản xuất có thể truy cập vào internet từ bất cứ
nơi nào cũng có thể theo dõi được dữ liệu bảo quản hàng hóa của mình trong các kho lạnh.

Hình 3:

Quản lý ra vào cổng cơng ty thơng qua RFID

Ngồi ra cịn có thể sử dụng thẻ RFID cấy vào vật nuôi để nhận dạng nguồn gốc và
theo dõi vật nuôi tránh thất lạc và bị đánh cắp. Trong thư viện, các thẻ RFID được gắn với
các cuốn sách giúp giảm thời gian tìm kiếm và kiểm kê, chống được tình trạng ăn trộm
sách. Một số lĩnh vực có khả năng sử dụng một số lượng lớn các thẻ RFID như thẻ thông
minh, chứng minh nhân dân, hộ chiếu điện tử, hàng hóa trong siêu thị, quản lý hành lý
trong hàng không, hệ thống giao thông công cộng, các ngành may mặc, giày dép...

BÁO CÁO NHẬP MƠN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHĨM: 8

16

1.5 Mạch RFID RC522

Hình 4: Module đọc thẻ từ RC522

Module đọc thẻ RC522 có thể đọc được các loại thẻ có kết nối khơng dây như NFC,
thẻ từ... Module có các thơng số chính như:
Điện áp ni: 3.3V;
Dịng điện ni :13-26mA
Tần số hoạt động: 13.56MHz
Khoảng cách hoạt động: 0 ~ 60 мм
Cổng giao tiếp: SPI, tốc độ tối đa 10Мbps
Kích thước: 40мм х 60мм
Có khả năng đọc và ghi.
Sử dụng giao tiếp ISP

BÁO CÁO NHẬP MÔN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHÓM: 8

17


LCD 16x2 (1602A) – Thư viện LiquidCrystal trong Arduino IDE
Giới thiê ̣u về LCD 1602A

Hình 5: LCD 1602A xanh dương

Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất
nhiều các ứng dụng của VĐK. LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác:
Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào
mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và
giá thành rẻ…

Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau, trên hình 7 là
loại LCD thông dụng.
Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chíp điều khiển bên trong lớp vỏ và chỉ
đưa các chân giao tiếp cần thiết. Các chân này được đánh số thứ tự và đặt tên như Hình 6:

BÁO CÁO NHẬP MƠN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHÓM: 8

18


Hình 6: Các chân nối của LCD 1602A

Chân

Ký
hiệu

Mơ tả

1

VSS

Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với
GND của mạch điều khiển

2

VDD

Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với
VCC=5V của mạch điều khiển

3

VEE

Điều chỉnh độ tương phản của LCD.
Chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS với logic “0”
(GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi.

4

RS

+ 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.

BÁO CÁO NHẬP MÔN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHÓM: 8

19


5

R/W

Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W với logic
“0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để
LCD ở chế độ đọc.
Chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus
DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép
của chân E.

6

E

+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp
nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low
transition) của tín hiệu chân E.
+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát
hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ
ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp.
Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU.
Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này :

7 - 14

DB0 DB7

+ Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB
là bit DB7.
+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới
DB7, bit MSB là DB7

15

-

Nguồn dương cho đèn nền

16

-

Bảng 1: Chức năng các chân của LCD
GND cho đèn nền

*Ghi chú: Ở chế độ “đọc”, nghĩa là MPU sẽ đọc thông tin từ LCD thông qua các
chân DBx. Còn khi ở chế độ “ghi”, nghĩa là MPU xuất thông tin điều khiển cho LCD thông
qua các chân DBx.
Đối với Arduino với thư viện có sẵn ta chỉ cần tìm hiểu đến dây mà khơng cần quan
tâm đến chi tiết về cách thức hoạt động của các thanh ghi dịch trên LCD mà chỉ cần quan
tâm cách thực hiện thư viện LiquidCrystal.h trên Arduino IDE.

BÁO CÁO NHẬP MƠN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHĨM: 8

20


CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT
ĐỘNG

2.1 Mạch điều khiển với Arduino, LCD, Relay
2.2.1 Thử nghiệm trên Proteus 8.1

Hình 7: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển trên Proteus 8.1
Ban đầu thực hiện các khối LCD, khối Led hiển thị, Loa báo hiệu và Khối Relay.
Vì trong proteus khơng có phần tử RFID nên bắt buộc tiến hành thử bằng 2 nút nhấn “thẻ
đúng” và “thẻ sai” để tiến hành chạy thử, khảo sát các khối trên đã hoạt động tốt hay chưa.
Thực hiện viết code và nạp vào “SIMULINO NANO”
Bằng cách kích đúp vào phần tử “SIMULINO NANO” sau đó chọn đường dẫn đến
file .HEX xuất ra từ Arduino IDE tại mục Program File.
Code test trên Proteus
BÁO CÁO NHẬP MƠN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHĨM: 8

21


THÊM CODE CHO ARDUINO VÀ CHỤP THÊM KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM TRÊN
PROTEUS 8.1

Hình 8: Quá trình nạp file chương trình vào Proteus 8
2.2.2 Kết quả thử nghiệm
Sau khi tiến hành chạy thử thì ta được kết quả như mong muốn; nhấn reset thì LCD
khởi động lại, nhấn đúng thẻ hiển thị trên LCD và Relay đã đóng, nhấn sai thì hiển thị LCD
và Relay khơng hiện tượng.

Hình 9: Kết quả chạy thử đèn Relay đã sáng sau khi nhấn nút thẻ chấp nhận
Từ đây ta có thể tiếp tục đến với bước tiếp theo là thiết kế layout cho mạch dựa
vào sơ đồ nguyên lý có sẵn và tạo thêm kết nối với mạch RFID RC522.

Hình 10: Mạch in layout mạch điều khiển chính
Sau khi thiết kế mạch layout tiến hành in ủi mạch, rửa mạch, hàn ta được thành
phẩm tiến hành dùng VOM đo đạc lại các chân nối và tiến hành khảo sát không vi điều
khiển bằng cách nối các chân tín hiệu vào áp +5V.

Hình 11: Q trình đo đạc thử nghiệm lại kết quả làm mạch
Cuối cùng là kết nối vi điều khiển Arduino Nano và nạp chương trình, hồn thiện
mạch điều khiển chính.

Hình 12: Mạch điều khiển chính sau khi đã gắn vi điều khiển và nạp code
Code Arduino hồn thiện

BÁO CÁO NHẬP MƠN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHÓM: 8

22


2.3 Ngun lý hoạt động mơ hình khóa điện sử dụng RFID – RC522

Hình 13: Sơ đồ giải thuật điều khiển mơ hình khóa điện sử dụng RFID – Solenoid
Sự kiện nhấn nút Reset: Tín hiệu được lấy từ chân A1 vào, nếu có thì thực hiện
xóa bộ nhớ EEPROM. Nút này được khóa trong hộp điều khiển, trường hợp mất thẻ master
chủ thẻ có thể mở hộp điều khiển và thực hiện reset.
Sự kiện quẹt thẻ: Thẻ từ thông qua Reader RC522 sẽ truyền tín hiệu qua giao thức
ISP, chương trình chính sẽ thực hiện kiểm tra và thực hiện so sánh đối chiếu theo sơ đồ
thuật toán để đưa ra kết quả như mong muốn.
Cơ sở dữ liệu: Ở đây thực chất là lưu vô các biến nhớ EEPROM. Chi tiết ở phần
sau sẽ giải thích rõ hơn về các biến nhớ này.
Còi, đèn: Ở đây sử dụng cịi (Buzzer) 5V nhỏ thơng dụng trên thị trường, khi cấp
nguồn 5V sẽ tạo ra tiếng beep, đèn sử dụng loại Bi-LED với 2 màu 3 chân Anot chung.
Thông qua một điện trở R330Ω để hạn dòng, thực hiện chớp nháy thơng qua 2 chân tín
hiệu A4, A5.
BÁO CÁO NHẬP MƠN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHĨM: 8

23


Relay: Sử dụng chân tín hiệu A3 để xuất tín hiệu vào chân Bazơ của transistor
C1815 để thông mạch từ chân Colector xuống Emitor xuống Ground khi đó VCC từ nguồn
sẽ thông qua Relay, trở và led báo hiệu qua trans C1815 và xuống Ground. Đối với Relay
sử dụng trực tiếp nguồn 5V vì cuộn Solenoid đang dùng hoạt động ở hiệu điện thế 24V,
nếu chia nguồn sẽ làm mạch trở nên phức tạp, và dòng cấp cho Relay nào cũng tương đối
nhỏ không ảnh hưởng hay gây sụt áp cho mạch điều khiển. Chi tiết mạch kích Relay như
bên dưới.

Hình 14: Sơ đồ ngun lý mạch kích Relay
Vì vậy, bạn hãy cẩn thận khi sử dụng nó và chỉ dùng nó khi cần thiết.
Dĩ nhiên khơng có gì là chỉ có ưu điểm mà khơng có khuyết điểm. Với giới hạn
trên ta cần cẩn trọng trong việc lưu hoặc xóa một UID, mỗi UID là 4 byte nhớ nó là con số
nhiều trong 1 kbyte hạn hẹp cho phép lưu trữ trên chip nhớ Atmega328. Tuy nhiên việc
BÁO CÁO NHẬP MƠN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHĨM: 8

24


lưu một UID người dùng vào người đó dùng sẽ giữ nó trong suốt q trình làm việc, hoạt
động, hiếm khi mới mất thẻ. Và khi mất thẻ cũng sẽ có kinh phí đền bù nên việc giới hạn
ghi xóa trên là có thể chấp nhận được.

BÁO CÁO NHẬP MƠN KỸ THUẬT – 18DTV1B – NHÓM: 8

25