ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ MÔ HÌNH KHOÁ THÔNG MINH SỬ DỤNG STM32F103C8T6

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ
----- -----

BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MÔ HÌNH KHỐ THƠNG MINH
SỬ DỤNG STM32F103C8T6
GVHD: Nguyễn Văn Dũng
Nhóm : 4
Sinh viên:
1. Nguyễn Trọng Kính MSV : 2020600990
2. Vũ Hồng Sơn

MSV : 2020601027

3. Hoàng Thiên Vũ

MSV : 2020601800

Hà Nội năm 2023


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ
----- -----

BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MÔ HÌNH KHỐ THƠNG MINH
SỬ DỤNG STM32F103C8T6

GVHD: Nguyễn Văn Dũng

Nhóm : 4
Sinh viên:
1. Nguyễn Trọng Kính MSV : 2020600990
2. Vũ Hồng Sơn

MSV : 2020601027

3. Hoàng Thiên Vũ

MSV : 2020601800

Hà Nội - 2023


MỤC LỤC

MỤC LỤC.................................................................................................................... 1
DANH MỤC HÌNH ẢNH............................................................................................4
DANH MỤC BẢNG BIỂU..........................................................................................6
DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT...........................................................................7
LỜI MỞ ĐẦU..............................................................................................................8
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.........................................................................10
1.1 Giới thiệu về khố điện tử thơng minh...........................................................10
1.2 Ứng dụng của mơ hình....................................................................................10
1.3 Tìm hiểu các loại khố trên thị trường hiện nay...........................................11
1.3.1 Khóa cơ truyền thống.................................................................................11
1.3.2 Khóa điện tử thông minh...........................................................................13
1.3.3 Một số đánh giá về các loại khoá đã đề cập................................................15
1.4 Giới thiệu về vi điều khiển STM32F103C8T6...............................................16
1.4.1 Một vài đặc điểm nổi bật của STM32.........................................................16

1.4.2 Sự an tồn...................................................................................................17
1.4.3 Tính bảo mật..............................................................................................17
1.4.4 Phát triển phần mềm...................................................................................17
1.4.5 Các chuẩn giao tiếp....................................................................................18
1.4.6 Thông số kỹ thuật chip STM32F103C8T6.................................................20
1.4.7 Sơ đồ chân chip STM32F103C8T6............................................................21
1.5 Giới thiệu về các linh kiện cần dùng..............................................................22
1.5.1 Mạch nạp STLINK-V2...............................................................................22
1.5.2 Keypad 4x4................................................................................................23
1.5.3 Module thẻ từ RFID RC522.......................................................................25
1.5.4 LCD 16x2A................................................................................................27
1.5.5 LM1117......................................................................................................29
1.5.6 LM7805......................................................................................................30
1


1.5.7 DS3231.......................................................................................................31
1.5.8 Buzzer........................................................................................................33
1.5.9 Relay 12V...................................................................................................35
1.5.10 Khoá chốt điện từ IDS-LY02...................................................................36
1.5.11 Pin ithium 3V...........................................................................................37
1.6 Phần mềm thiết lập..........................................................................................38
1.7 Ngôn ngữ lập trình nhúng...............................................................................39
1.8 Phần mềm thiết kế phần cứng........................................................................40
1.9 Kết luận chương 1............................................................................................40
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MƠ HÌNH KHỐ THƠNG MINH..............................41
2.1 Mục đích u cầu.............................................................................................41
2.1.1 Các tính năng..............................................................................................41
2.1.2 Thơng số kỹ thuật.......................................................................................41
2.1.3 Các yêu cầu cụ thể......................................................................................41

2.2 Sơ đồ khối.........................................................................................................42
2.3 Sơ đồ nguyên lý................................................................................................43
2.3.1 Sơ đồ khối nguyên lý toàn mạch................................................................43
2.3.2 Khối keypad...............................................................................................44
2.3.3 Khối hiển thị LCD......................................................................................45
2.3.4 Khối thẻ từ RFID........................................................................................46
2.3.5 Khối relay điều khiển động cơ....................................................................47
2.3.6 Khối loa cảnh báo.......................................................................................47
2.3.7 Khối reset...................................................................................................48
2.3.8 Khối thời gian thực.....................................................................................48
2.3.9 Khối xử lý trung tâm..................................................................................49
2.3.10 Khối nguồn...............................................................................................50
2.4 Thiết kế mạch in PCB......................................................................................50
2.5 Kết luận chương 2............................................................................................51
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC HIỆN....................................................................52
3.1 Sản phẩm..........................................................................................................52
2


3.2 Kiểm thử sản phẩm.........................................................................................52
3.2.1 Kiểm thử chức năng...................................................................................52
3.3 Hướng dẫn sử dụng.........................................................................................54
KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN....................................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................58
PHỤ LỤC................................................................................................................... 59

3


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1-1: Khố chốt nổi........................................................................................11
Hình 1-2: Khố dạng ổ..........................................................................................12
Hình 1-3: Khố bấm..............................................................................................12
Hình 1-4: Khố cửa nắm tay trịn..........................................................................13
Hình 1-5: Khố cửa thơng minh Việt Tiệp............................................................13
Hình 1-6: Khố thơng minh Ricsa.........................................................................14
Hình 1-7: Khố cửa thơng minh Hafele.................................................................15
Hình 1-8: Chip STM32F103C8T6........................................................................16
Hình 1-9: Giao thức Master – Slave trong giao tiếp SPI.......................................19
Hình 1-10: Quy trình giao tiếp I2C........................................................................19
Hình 1-11: Giao tiếp UART..................................................................................20
Hình 1-12: Mạch nạp STLINK-V2........................................................................22
Hình 1-13: Keypad 4x4.........................................................................................23
Hình 1-14: Nguyên lý hoạt động của keyboard.....................................................24
Hình 1-15: Module thẻ từ RC522..........................................................................25
Hình 1-16: Sơ đồ chân của RC522........................................................................26
Hình 1-17: LCD 16x2............................................................................................27
Hình 1-18: IC LM1117..........................................................................................29
Hình 1-19: IC LM7805..........................................................................................30
Hình 1-20: DS3231...............................................................................................32
Hình 1-21: Datasheet DS3231...............................................................................33
Hình 1-22: Buzzer.................................................................................................34
Hình 1-23: Relay 12 VDC.....................................................................................35
Hình 1-24: Sơ đồ kích thước Relay 12V 5 chân....................................................36
4


Hình 1-25: Khố điện từ và các thơng số kỹ thuật.................................................37
Hình 1-26: Pin Lithium CR2032...........................................................................38
Hình 1-27: Giao diện STM32CUBEMX...............................................................38

Hình 1-28: Giao diện Altium designer 20021........................................................40
Hình 2-1: Sơ đồ khối hệ thống..............................................................................42
Hình 2-2: Khối keypad..........................................................................................44
Hình 2-3: Khối LCD..............................................................................................45
Hình 2-4: Khối RFID............................................................................................46
Hình 2-5: Khối relay..............................................................................................47
Hình 2-6: Khối loa.................................................................................................47
Hình 2-7: Khối reset..............................................................................................48
Hình 2-8: Khối thời gian thực...............................................................................48
Hình 2-9: Khối xử lý trung tâm.............................................................................49
Hình 2-10: Khối nguồn..........................................................................................50
Hình 2-11: Mạch in PCB 3D.................................................................................51
Hình 3-1: Mơ hình sản phẩm hồn thiện...............................................................52
Hình 3-2: Giao diện ban đầu của mơ hình.............................................................54

5


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1: Thông số kỹ thuật keypad 4x4...............................................................24
Bảng 1-2: Thông số kỹ thuật RC522......................................................................25
Bảng 1-3: Thông số kỹ thuật LCD 16x2.................................................................27
Bảng 1-4: Chức năng của từng chân và ghép nối chi tiết LCD...............................28
Bảng 1-5: Thông số kỹ thuật LM1117...................................................................30
Bảng 1-6: Thông số kỹ thuật LM7805...................................................................31
Bảng 1-7: Các thơng số kỹ thuật DS3231...............................................................32
Bảng 3-1: Bảng phân tích kết quả thực nghiệm......................................................53

6

DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT

Chữ viết tắt
RFID

Tiếng anh
Radio Frequency
Identification

Tiếng Việt
Nhận dạng qua tần số vô tuyến

Universal Asynchronous
Receiver-Transmitter

Bộ thu phát không đồng bộ đa
năng

I2C

Inter-Intergrated Circuit

ID
IC
ADC

Identification
Intergrated Circuit
Analog-to-Digital Converter

RTC
SPI

Real-time clock
Serial Peripheral Interface

LCD
EEPROM
SCL

Liquid Crystal Display
Electrically Erasable
Programmable Read-Only
Memory
Serial Clock Line

Bus giao tiếp ngoại vi cho nhiều
loại IC khác nhau
Nhận dạng
Vi mạch tích hợp
Hệ thống mạch thực hiện chuyển
đổi một tín hiệu tương tự
Đồng hồ thời gian thực
Chuẩn truyền thơng nối tiếp đồng
bộ
Màn hình tinh thể lỏng
Bộ nhớ không mất dữ liệu khi
ngừng cung cấp điện

SDA
I/O

Serial Data Line
In put/Out put

UART

Tạo ung nhịp đồng hồ Master
phát đi
Đường truyền nhận dữ liệu
Đầu vào , đầu ra

LỜI MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó khoa học
cơng nghệ nói chung và ngành cơng nghệ kỹ thuật điện tử nói riêng có nhiều phát triển
vượt bậc, góp phần làm cho thế giới ngày càng hiện đại và văn minh hơn. Sự phát triển
của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị có các đặc điểm với sự chính
xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ linh hoạt và hoạt động ổn định, bảo mật cao. Đó là
những yếu tố cần thiết làm cho năng suất, hiệu quả trong công việc được tăng cao, thời
gian và hoạt động của con người được giảm bớt.
Một trong số đó phải kể đến khóa cửa - một yếu tố quan trọng không thể thiếu
trong mọi công trình xây dựng. Khóa cửa khơng chỉ giới hạn khoảng không gian bên
7


trong và bên ngồi, mà nó cịn là bộ phận tạo nên sự an toàn bên trong đối với bên
ngoài. Vì vậy trong mọi cơng trình, khóa cửa trở thành một người bạn trung thành ln
bảo vệ tính mạng, tài sản và những người thân yêu. Khóa cửa góp phần tạo nên một tổ

ấm hạnh phúc. Xuất phát từ thực tế, nhóm 4 đã thực hiện đề tài “THIẾT KẾ MƠ
HÌNH KHỐ THƠNG MINH SỬ DỤNG STM32F103C8T6”
2. Nội dung nghiên cứu
Đồ án khố thơng minh gồm những nội dung sau:
Chương 1 : Cơ sở lý thuyết thiết kế mơ hình khố thơng minh
Chương 2 : Thiết kế mơ hình khố thông minh
Chương 3 : Kết quả thực hiện
3. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu về "Thiết kế mơ hình khố thơng minh sử dụng STM32F103C8T6"
bao gồm một quy trình chi tiết để phát triển hệ thống an toàn và hiệu quả. Đầu tiên,
xác định mục tiêu và phạm vi của nghiên cứu để đặt ra những câu hỏi cụ thể. Sau đó,
tìm hiểu về vi điều khiển STM32F103C8T6 và xác định yếu tố quan trọng cho mơ
hình khố thơng minh. Tiếp theo, phát triển firmware cho vi điều khiển, sử dụng ngơn
ngữ lập trình và cơng cụ phần mềm liên quan. Q trình kiểm thử và đánh giá sẽ đảm
bảo tính ổn định và hiệu suất của hệ thống. Kết quả được phân tích và so sánh với các
mơ hình tương tự để đánh giá sự đột phá và độ hiệu quả. Cuối cùng, báo cáo nghiên
cứu trình bày kết quả và đề xuất hướng phát triển tiếp theo cho mô hình khố thơng
minh này.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Một căn nhà thông minh cần phải thông minh từ ngay ngồi thềm cửa. Một chiếc
chìa khóa thơng minh sẽ giúp lối vào tiện nghi trong cuộc sống thường ngày của mỗi
người. Khóa cửa thơng minh sử dụng thẻ từ kết hợp mật khẩu là một thiết bị điện từ
có tác dụng thực hiện các nhiệm vụ mở khóa cửa khi nhận được thẻ từ hoặc mật khẩu
đã được thiết lập từ trước.
5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn
8


-

Ý nghĩa khoa học
Góp phần đa dạng các nghiên cứu về tự động hóa ngơi nhà của bạn để giúp cho đời

sống sinh hoạt được nâng cao hơn và an tồn hơn. Cải thiện các thiếu sót của các hệ
thộng tự động mở cửa đã cũ và giúp ổn định hệ thống tương tự khác về sau.
-

Ý nghĩa thực tiễn:
Hạn chế tình trạng trộm cướp tài sản, người lạ ra vào nhà khi chưa có sự cho phép

của chủ nhà. Quản lí chặt chẽ hơn những người sống trong khu định cư của bạn.

9


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Giới thiệu về khoá điện tử thơng minh
Đối với mỗi gia đình, 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, các khóa 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.
Có 2 loại khóa số cơ bản hiện nay trên thị trường có đó là khóa số cơ khí và khóa
số điện tử.
-

Tính tiện lợi: Khi mở khóa hay khóa lại thì ta phải xoay các vịng số trên khóa sao
cho một dãy các số nào đó cùng hợp với nhau thì mở được khóa.

-

Tính tiện lợi: Khi mở khóa thì ta phải nhập đúng mật khẩu là một dãy các số liên
tiếp nhau, nếu nhập đúng các dãy số đó thì mở được khóa.
Nhìn chung thì khóa số điện tử sẽ có nhiều ký tự, nhiều mã số để cài đặt hơn, cũng

như độ dài của mã số sẽ dài hơn. Vì vậy tính bảo mật của khóa số điện tử cũng cao
hơn. Bên cạnh đó, thao tác trên khóa số điện tử cũng thực hiện dễ dàng hơn với các
phím bấm, chứ khơng phải là các vịng xoay ở khóa số cơ khí. Khi thao tác đổi mật
khẩu cũng dễ dàng hơn vì thao tác trên các phím bấm.
Khóa số điện tử ngồi tính năng về bảo mật cao và thao tác dễ dàng cịn có tính
năng cảnh báo nếu nhập mật mã nhiều sai quá số lần quy định. Với giao diện người
dùng, hiển thị các thông báo về nhập mật khẩu, cảnh báo, thay đổi mật khẩu khiến
người dùng dễ sử dụng hơn.
1.1 Ứng dụng của mơ hình
-

Tính tiện lợi : tùy vào sản phẩm cụ thể, khóa điện tử có nhiều cách mở khác nhau
như thẻ từ, vân tay, mật khẩu... Các cách mở khóa này đều hướng đến tiện ích giúp
các thành viên trong gia đình khơng cần mang theo chìa khóa, khơng sợ mất hay để
qn đâu đó.

10


-

Tính an tồn, bảo mật cao : người dùng có thể quyết định người mở cửa vào nhà
trong khoảng thời gian nhất định bằng cách thiết lập ứng dụng, hạn chế việc thay
đổi ổ khóa, sao chép chìa. Cơng nghệ hiện đại cho khả năng bảo mật cao bằng mật
mã ảo, mở khóa bằng thẻ từ…Một số dịng khóa điện tử uy tín cịn được trang bị

các tính năng như báo động khi có hiện tượng cạy phá khóa, nhiệt độ trong nhà
tăng cao (nguy cơ hỏa hoạn)…

-

Dễ sử dụng: Trong thời gian ngắn, có thể nắm rõ cách cài đặt cũng như sử dụng.

-

Phù hợp với hầu hết loại cửa: Khóa cửa thơng minh gần như có thể lắp đặt trên bất
kỳ loại cửa nào từ cửa gỗ, cửa nhơm, kính... chỉ cần có độ dày phù hợp.

11


1.2 Tìm hiểu các loại khố trên thị trường hiện nay
1.2.1 Khóa cơ truyền thống
a) Khố chốt nổi

Hình 1-1: Khố chốt nổi

Là hình thức biến thể của then cài và dây xích. Đó là một thanh hình dẹp bằng kim
loại gắn nổi trên cánh cửa, để giữ cửa khỏi mở ra bằng cách chốt (cài) vào khung bao
của bộ cửa. Đỉnh cao của chốt cửa chính là cây chốt âm vừa đạt độ an toàn cao nhất
vừa thẩm mỹ nhất.
b) Khố dạng ổ
Những bộ khóa cửa đầu tiên ra đời rất đơn giản thường làm bằng gỗ (loại tốt) với
hệ chìa chữ L rất đơn giản và dễ mở. Khi các vật liệu bằng kim loại phát triển ổ khóa
cửa chuyển qua làm bằng kim loại (đồng thau, Inox, Atimon, nhôm…) rất đa dạng về

12


kiểu dáng, hoa văn và màu sắc, nhưng chung quy lại ta có thể phân biệt từng giai đoạn
phát triển của nó thơng qua hệ chìa.

13


Hình 1-2: Khố dạng ổ
c) Khóa bấm

Hình 1-3: Khố bấm
Là loại khóa có kích thước nhỏ vừa lịng bàn tay và cấu tạo đặc trưng là có chốt
cửa để bấm vào hoặc có chìa để khóa cửa lại, loại khóa này thường được sử dụng cho
cửa sắt, cửa xếp, cửa gỗ. Khóa bấm được chia làm hai loại là loại thơng thường và loại
khóa bấm chống cắt.
d) Khóa cửa tay nắm trịn
Là loại khóa được sử dụng phổ biến hiện nay. Loại khóa này phải đóng - mở bằng
cách vặn trái, vặn phải để đóng – mở cửa. Khóa tay nắm trịn có cấu tạo là bên trong
thường có 1 chốt bấm hoặc bên trong là 1 lỗ để cắm chìa khóa để khóa cửa từ bên
14


trong. Loại khóa này thường được sử dụng cho cửa gỗ hoặc cửa nhơm kính, khóa này
thường

Hình 1-4: Khố cửa nắm tay tròn

hay bị kẹt và cần phải gọi thợ sửa khóa đến để mở cửa.

15


1.2.2 Khóa điện tử thơng minh

Hình 1-5: Khố cửa thơng minh Việt Tiệp

a) Khố thơng minh Việt Tiệp
Khố cửa thơng minh Việt Tiệp là một sản phẩm kỹ thuật số giúp kiểm soát truy
cập vào các khu vực bảo mật, như cửa ra vào trong một tòa nhà hoặc căn hộ.
Khố cửa này có khả năng kết nối Wi-Fi và được điều khiển từ xa bằng ứng dụng
trên smartphone; cho phép người sử dụng mở cửa bằng cách quét mã QR, quét vân
tay, nhập mật khẩu hoặc sử dụng thẻ từ.
16


b) Khóa cửa thơng minh Ricsa

Hình 1-6: Khố thơng minh Ricsa
Khố cửa thơng minh Ricsa này sử dụng cơng nghệ Face ID – nhận diện khuôn
mặt. Đây là công nghệ sinh trắc học ánh xạ khá là mới mẻ hiện nay được các nhà phát
triển khoá rất quan tâm hiện nay. Chúng sẽ phân tích các đặc điểm trên khn mặt
của một cá nhân và chuyển chúng thành thông tin dạng toán học để lưu trữ dữ liệu
dưới dạng dấu khuôn mặt (faceprint).Chúng dựa trên nguyên lý xây dựng một bản mẫu
gương mặt dạng 3D sau đó mang mẫu đã lưu trữ trong kho dữ liệu để làm thông tin so
sánh để mở khóa.
c) Khóa cửa thơng minh cao cấp Hafele
Khố cửa thơng minh Hafele là một thiết bị an ninh cho phép bạn kiểm soát
quyền truy cập vào nhà của mình từ xa; bằng cách sử dụng ứng dụng trên điện thoại di

động hoặc máy tính bảng.
Thiết bị này được tích hợp các tính năng như nhận diện vân tay, mã số và thẻ từ để
đảm bảo rằng chỉ những người được cho phép mới có thể truy cập vào ngơi nhà. Khi
có khách đến thăm, bạn có thể cấp quyền truy cập tạm thời cho họ trên smartphone .

17


Ngồi ra, khố cửa thơng minh cao cấp Hafele cũng có khả năng ghi lại lịch sử truy
cập, giúp bạn dễ dàng kiểm sốt tính bảo mật của căn nhà.

Hình 1-7: Khố cửa thơng minh Hafele
1.1.1 Một số đánh giá về các loại khố đã đề cập
Từ những loại khóa cơ truyền thống và khố điện tử thơng minh ở trên, nhóm có
đưa ra nhận xét như sau:
d) Ưu điểm
-

Tính tiện lợi: nhờ có khóa thơng minh mà việc đóng, mở cửa dễ dàng hơn và giúp
người dùng tiết kiệm được nhiều thời gian và cơng sức.

-

Tính an tồn, bảo mật: Tính an tồn bảo mật của khố thơng minh phụ thuộc vào
việc sự kết hợp chặt chẽ của các yếu tố như phương thức xác thực, bảo mật kết nối,
quản lý quyền truy cập ....Và các loại khoá trên đáp ứng khá tốt về các yếu tố đó
Người sử dụng nên chọn lựa sản phẩm từ các nhà sản xuất uy tín và duy trì các
biện pháp bảo mật cơ bản như cập nhật phần mềm, quản lý mật khẩu mạnh, và giữ
bí mật thơng tin xác thực.

-

Thiết kế đa dạng: Có rất nhiều mẫu mã, thiết kế khác nhau phù hợp với nhu cầu
của người dùng.

e) Nhược điểm
-

Giá thành cao hơn các loại khóa truyền thống.

-

Địi hỏi phải có thợ chun mơn và thời gian lắp đặt lâu , vấn đề về nguồn cấp …
18