hệ thống quản lý khu trọ bằng cửa khóa tự động

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.12 MB, 78 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH</b>

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT </b>

<b>HỆ THỐNG QUẢN LÝ KHU TRỌ BẰNG CỬA KHÓA TỰ ĐỘNG </b>

<b>KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP</b>

<b>NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MƠN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

<b>NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH</b>

<b>Sinh viên: LÊ HỒNG MINH THÀNH </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MƠN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THƠNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

<b>HỆ THỐNG QUẢN LÝ KHU TRỌ BẰNG CỬA KHĨA TỰ ĐỘNG </b>

<b>NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH</b>

<b>Sinh viên: LÊ HỒNG MINH THÀNH </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

THƠNG TIN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

<b>1. Thơng tin sinh viên </b>

Họ và tên sinh viên: Lê Hoàng Minh Thành MSSV: 19119004 Email: Điện thoại: 0963319143

Họ và tên sinh viên: Đỗ Thế Hiệp MSSV: 19119086 Email: Điện thoại: 0925462529

<b>2. Thông tin đề tài</b>

- Tên đề tài: Hệ thống quản lý khu trọ bằng cửa khóa tự động

- Đơn vị quản lý: Bộ mơn Kỹ Thuật máy tính – Viễn Thông, Khoa Điện Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh.

- Thời gian thực hiện: Từ ngày …. / …. / 20… đến ngày …. / …. / 20.. - Thời gian bảo vệ trước hội đồng: Ngày …. / …. / 20..

Sinh viên thực hiện Lê Hoàng Minh Thành và Đỗ Thế Hiệp cam đoan KLTN là cơng trình nghiên cứu của sinh viên, dưới sự hướng dẫn của Thạc sĩ Lê Minh. Kết quả công

<b>bố trong KLTN là trung thực và khơng sao chép từ bất kì cơng trình nào khác. </b>

Tp. HCM, ngày … tháng … năm 20… SV thực hiện đồ án

Tp. HCM, ngày … tháng … năm 20..

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

iii

<b>ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH </b>

<b>CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự Do – Hạnh phúc </b>

<i>Tp. HCM, ngày 26 tháng 1 năm 2024</i>

<b>BẢN GIẢI TRÌNH CHỈNH SỬA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CNKT MÁY TÍNH </b>

1. Tên đề tài: Hệ thống quản lý khu trọ bằng cửa khóa tự động

2. Tên sinh viên: Lê Hoàng Minh Thành MSSV: 19119004 Tên sinh viên: Đỗ Thế Hiệp MSSV: 19119086 3. GVHD: ThS Lê Minh

4. Hội đồng bảo vệ HĐ 3, phòng E1-510, ngày 16 tháng 1 năm 2024 5. Giải trình chỉnh sửa báo cáo đồ án tốt nghiệp:

<b>đồng <sup>Kết quả chỉnh sửa, bổ sung </sup><sup>Ghi chú </sup></b>

1 Bổ sung phần tổng quan tình hình nghiên cứu

Đã bổ sung tổng quan tình hình nghiên cứu trang 5

2 Bổ sung phần giới hạn đề tài <sup>Đã bổ sung phần giới hạn đề tài </sup>trang 2

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<small>CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc</small><i> </i>

<i>TP. Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 01 năm 2024 </i>

<b>PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh Viên: Lê Hoàng Minh Thành </b> MSSV: 19119004

<b>Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật máy tính </b>

<b>Tên đề tài: Hệ thống quản lý khu trọ bằng cửa khóa tự động </b>

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: )

...

<b>GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

Trong hành trình triển khai đề tài tốt nghiệp, nhóm thực hiện xin bày tỏ sự trân trọng đến những người đã hỗ trợ và đồng hành cùng nhóm trên con đường tìm hiểu và hồn thiện đề tài này.

Đặc biệt, nhóm thực hiện muốn gửi lời tri ân đặc biệt đến Thạc sĩ Lê Minh, người đã đồng hành và hướng dẫn nhóm khi thực hiện đề tài tốt nghiệp. Sự nhiệt huyết và kiến thức sâu rộng của thầy khơng chỉ giúp nhóm vượt qua những khó khăn mà cịn chia sẻ những nhận xét quan trọng, giúp đề tài phát triển hơn. Thầy ln khuyến khích nhóm khơng ngừng tìm hiểu, đề xuất những ý kiến mới và hỗ trợ tận tình mỗi khi nhóm có thắc mắc. Đó là sức mạnh động viên lớn giúp nhóm đạt được mục tiêu trong đồ án.

Nhóm thực hiện cũng muốn gửi lời tri ân sâu sắc đến các giảng viên tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh và đặc biệt là các thầy/cô trong Bộ môn Kỹ Thuật Máy Tính – Viễn Thơng. Những hiểu biết sâu rộng và cơ sở lý thuyết mà các thầy/cô đã chuyền tải là cơ sở quan trọng giúp nhóm có kiến thức vững vàng về đề tài thực hiện theo đó phát triển đề tài một cách hiệu quả.

Cuối cùng, nhóm thực hiện xin chân thành tri ân tới tất cả những đồng đội và gia đình thân yêu đã hỗ trợ và khuyến khích trong suốt quảng quá trình triển khai đồ án tốt nghiệp này. Sự hỗ trợ của mọi người đã giúp nhóm có động lực chinh phục những thách thức trong quá trình triển khai, là nguồn động lực quý giá trên hành trình này.

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

Trong thời đại mới, sự tiện ích và an tồn của việc sử dụng chìa khóa truyền thống trong các khu trọ và khu nhà ở trở nên hạn chế. Đồ án tốt nghiệp của nhóm thực hiện chú tâm vào việc triển khai một hệ thống ổ khóa tự động thơng minh, kết hợp vân tay và mật khẩu, cùng lúc cho phép quản lý thông qua ứng dụng di động.

Hệ thống được triển khai với sự kết hợp của bo mạch ESP32 DevKit V1 và module ESP-WROOM-32, cùng với các thành phần như cảm biến vân tay, bàn phím số, LCD16x2, cịi báo và servo SG90. Người dùng có quyền sử dụng vân tay đã đăng ký thông qua ứng dụng di động hoặc nhập mật khẩu từ bàn phím để thao tác mở cửa.

Đề tài nhằm mục tiêu xây dựng và triễn khai một hệ thống quản lý khu trọ sử dụng cửa khóa tự động, tập trung đáp ứng các yêu cầu để tinh chỉnh tối đa trải nghiệm quản lý và sử dụng. Hệ thống giúp cho người quản lý thuận tiện hơn trong việc nắm bắt các dữ liệu của các thành viên thông qua ứng dụng di động, ứng dụng sẽ hỗ trợ các tính năng cần thiết như: quản lý ổ khóa và thêm ổ khóa mới bằng cách thêm khu trọ mới, thêm, xóa hoặc sửa đổi dữ liệu thành viên của mỗi khu trọ, quản lý nhật ký quét vân tay của từng khu trọ để bảo vệ sự anh ninh. Bên cạnh đó, hệ thống đem đến tính linh động và tiện ích cho người dùng bởi vì ổ khóa tích hợp phương thức mở khóa như vân tay nhằm tăng cường độ an toàn hoặc áp dụng keypad để nhập mã xác nhận.

Kết quả thực hiện chứng minh hệ thống cửa khóa tự động khơng chỉ cung cấp tính thuận tiện và an tồn mà cịn cải thiện hiệu suất quản lý. Sự tích hợp linh hoạt giữa thiết bị và ứng dụng đã đạt được hiệu suất cao đối với nhu cầu thực tế của môi trường khu trọ.

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<b>1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 3 </b>

<b>1.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ... 3 </b>

<b>1.6 BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO ... 3 </b>

<b>CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ... 5 </b>

<b>2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CỬA KHÓA TỰ ĐỘNG ... 5 </b>

<b>2.2 CÁC CHUẨN TRUYỀN THƠNG ... 5 </b>

2.2.1 Chuẩn truyền thơng UART ... 5

2.2.2 Chuẩn truyền thông I2C ... 6

2.2.3 Chuẩn kết nối mạng không dây Wifi ... 7

<b>2.3 TỔNG QUAN VỀ GOOGLE FIREBASE ... 8 </b>

<b>CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CỬA KHÓA TỰ ĐỘNG ... 9 </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

4.2.1 Giao diện đăng nhập ... 31

4.2.2 Giao diện đăng ký ... 34

4.2.3 Giao diện trang chủ ... 36

4.2.4 Giao diện quản lý danh sách thành viên ... 41

4.2.5 Giao diện quản lý lịch sử thành viên ... 45

4.2.6 Giao diện cài đặt ... 46

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

Hình 2.1. Giao thức UART [1] ... 6

Hình 2.2. Giao thức I2C [3] ... 7

Hình 2.3. Các chuẩn kết nối Wifi [4] ... 7

Hình 3.1. Sơ đồ khối của hệ thống cửa khóa tự động ... 11

Hình 3.2 Cảm biến vân tay AS608 [7] ... 12

Hình 3.3 Sơ đồ chân cảm biến vân tay AS608 ... 13

Hình 3.4 Sơ đồ chân của Keypad 4x3 tích hợp PCF8574 ... 13

Hình 3.5 Module thời gian thực DS1307 [9] ... 14

Hình 3.6 Sơ đồ chân DS1307 ... 15

Hình 3.7 LCD 16x2 tích hợp module I2C ... 16

Hình 3.8 Sơ đồ chân LCD 16x2 tích hợp module I2C ... 17

Hình 3.9 Sơ đồ chân Servo SG90 ... 18

Hình 3.10 Sơ đồ chân Buzzer đơn âm ... 18

Hình 3.11 ESP32-WROOM-32 [6] ... 20

Hình 3.12 Sơ đồ chân của ESP32-WROOM-32 ... 21

Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý tồn mạch ... 23

Hình 3.14 Lưu đồ hoạt động của khối xử lý trung tâm ... 24

Hình 3.15 Sơ đồ mô tả chức năng của phần mềm ... 28

Hình 4.1 Mơ hình cửa khóa tự động ... 31

Hình 4.2 Giao diện đăng nhập ... 32

Hình 4.3 Giao diện quên mật khẩu ... 33

Hình 4.4 Giao diện đặt lại mật khẩu ... 34

Hình 4.5 Giao diện đăng ký ... 35

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Hình 4. 6 Giao diện tạo số điện thoại ... 36

Hình 4.7 Giao diện trang chủ ... 37

Hình 4.8 Giao diện thêm khu trọ ... 38

Hình 4.9 Thay đổi mật khẩu của keypad ... 39

Hình 4.10 Giao diện thay đổi Wifi ... 40

Hình 4.11 Giao diện xóa khu trọ ... 41

Hình 4.12 Giao diện quản lý thành viên ... 42

Hình 4.13 Giao diện thêm thành viên ... 43

Hình 4.14 Giao diện chỉnh sửa thơng tin thành viên ... 44

Hình 4.15 Giao diện xóa thành viên ... 45

Hình 4.16 Giao diện xem nhật ký thành viên ra vào ... 46

Hình 4.17 Giao diện cài đặt ... 47

Hình 4.18 Kiểm tra kết nối internet ... 48

Hình 4.19 Đã kết nối internet ... 48

Hình 4.20 Thêm ổ khóa mới cho khu trọ mới ... 49

Hình 4.21 Xóa khu trọ cũ ... 49

Hình 4.22 Thêm vân tay thành viên ... 50

Hình 4.23 Xóa vân tay thành viên ... 50

Hình 4.24 Chỉnh sửa thông tin cá nhân của mỗi thành viên ... 51

Hình 4.25 Thiết bị đã kết nối ... 52

Hình 4.26 Danh sách thơng tin thành viên mỗi khu trọ ... 53

Hình 4.27 Tìm kiếm thơng tin thành viên bằng tên ... 54

Hình 4.28 Thay đổi Wifi của ổ khóa ... 54

Hình 4.29 Thay đổi mật khẩu bàn phím số của ổ khóa ... 55

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

Hình 4.30 Đổi thơng tin người quản lý ... 55

Hình 4.31 Cảnh báo người dùng mở khóa sai 5 lần ... 56

Hình 4.32 Xem nhật ký mở khóa ... 57

Hình 4.33 Mở khóa bằng vân tay thành viên đã đăng ký ... 57

Hình 4.34 Mở khóa bằng mật khẩu bàn phìm số ... 58

Hình 4.35 Đóng cửa bằng nút bấm ... 58

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

xii

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của cảm biến vân tay AS608 ... 12

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của LCD 16x2 tích hợp module I2C [11] ... 16

Bảng 3.3 Tổng kết các chân chức năng cần thiết ... 19

Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật của ESP-WROOM-32 ... 20

Bảng 3.5 Điện áp và dòng điện tiêu thụ của linh kiện ... 22

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

xiii

EEPROM <sup>Electrically Erasable Programmable Read-Only </sup>Memory

UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Mặc dù nhiều ổ khóa tích hợp cơng nghệ Bluetooth để giao tiếp với điện thoại thơng minh, nhưng chưa có nhiều sản phẩm tích hợp một cách tồn diện các thiết bị hiện đại như cảm biến vân tay, quản lý thời gian, và khả năng mở rộng linh hoạt. Nhiều sản phẩm còn gặp thách thức trong việc kết nối đồng thời nhiều thiết bị, tạo ra những giới hạn về quy mô và hiệu suất.

Đồ án này hướng đến việc xử lý những thách thức trong quản lý khu trọ bằng việc tối ưu hóa quản lý, giám sát thời gian ra vào, thông báo đến người quản lý khi người sử dụng mở khóa sai nhiều lần. Đặc biệt, nhóm thực hiện chủ yếu triển khai một hệ thống linh hoạt, an toàn, tận dụng sức mạnh của IoT.

Phương pháp được nhóm thực hiện lựa chọn là sử dụng cơng nghệ IoT, tích hợp vân tay và mã xác nhận từ keypad. Hệ thống sẽ được điều hành và kiểm sốt thơng qua điện thoại thơng minh, mang lại sự tiện lợi và linh động trong quản lý.

Đồ án này sẽ mang lại sự tiện lợi cho người dùng bởi vì hệ thống cung cấp các khả năng kiểm sốt thơng tin người dùng, kiểm sốt nhật ký sử dụng. Đặc biệt khả năng tích hợp thiết bị mới mà khơng địi hỏi sửa đổi hệ thống là một điểm nổi bật của đồ án.

Sau khi hồn tất nghiên cứu, nhóm thực hiện kỳ vọng rằng hệ thống sẽ mang lại cho người dùng sự an ninh và tiện lợi trong việc áp dụng vào khu vực sống cộng đồng.

Nhóm thực hiện đã thiết kế và triển khai hệ thống quản lý khu trọ bằng cửa khóa tự động đáp ứng một loạt các yêu cầu chính, đảm bảo sự bảo mật và tiện lợi cho người quản lý và người th. Hệ thống này được thi cơng có các tính năng:

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

• Hiển thị thông tin từng khu trọ và trạng thái kết nối giữa mỗi khu trọ và ổ khóa.

• Hiển thị danh sách thông tin từng thành viên của mỗi khu trọ. • Tìm kiếm thơng tin thành viên bằng tên của từng khu trọ. • Thay đổi kết nối wifi của mỗi ổ khóa.

• Thay đổi mật khẩu của mỗi ổ khóa.

• Đổi thông tin người quản lý bao gồm (tên người quản lý, mật khẩu tài khoản, email, riêng số điện thoại khơng được thay đổi).

• Gửi cảnh báo bằng ứng dụng di động khi người dùng nhập sai 5 lần. • Xem nhật ký mở khóa của mỗi khu trọ.

- Chức năng thao tác tại chỗ trên phần cứng ở từng ổ khóa: • Mở khóa bằng vân tay thành viên đã được đăng ký. • Mở khóa bằng mật khẩu.

• Cảnh báo khi người dùng mở khóa sai 5 lần. • Đóng cửa bằng nút bấm.

Trong q trình nhóm thực hiện đề tài, nhận thức được một số giới hạn đặt ra ban đầu cần lưu ý:

- Hệ thống chỉ mở cửa từ bên ngoài vào.

- Hệ thống được thiết kế để hỗ trợ quản lý đồng thời tối đa 10 thiết bị từ ứng dụng di động. Điều này có thể là một hạn chế với các khu trọ có quy mơ lớn hơn.

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

- Hệ thống có khả năng lưu trữ lên đến 100 dấu vân tay trên mỗi khu trọ, nhưng giới hạn chỉ một mật khẩu từ bàn phím số. Điều này có thể tạo ra những thách thức trong tình huống cần mở rộng quy mơ hoặc địi hỏi nhiều tùy chọn mật khẩu. Những giới hạn này cần được xem xét cẩn thận để đảm bảo rằng hệ thống đáp ứng được nhu cầu thực tế của người sử dụng. Ngồi ra, có thể xem xét các phương án mở rộng hoặc cải thiện để vượt qua những hạn chế này, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của hệ thống và môi trường triển khai.

<b>1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU </b>

Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, các phương pháp sau đã được nhóm thực hiện áp dụng:

- Nghiên cứu lý thuyết.

- Thực hiện thử nghiệm trên hệ thống.

<b>1.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU </b>

Các mơ hình/sản phẩm cửa khóa tự động có tương quan với đề tài này bao gồm các hệ thống cửa khóa tự động áp dụng các cách thức nhận dạng khác nhau như: thẻ từ, mã PIN, vân tay, nhận dạng võng mạc… Các hệ thống này được nghiên cứu để đối chiếu các điểm mạnh yếu, tính khả quan và ứng dụng của chúng trong quản lý khu trọ.

Một số loại vi xử lý áp dụng cho việc thiết kế cửa khóa tự động bao gồm các vi xử lý Arduino, ESP32, STM32… Các vi xử lý này được nghiên cứu để phân tích các tính năng, khả năng xử lý yêu cầu của hệ thống cửa khóa tự động, cũng như chi phí và khả năng tiếp cận.

Cơ sở dữ liệu online có thể áp dụng để lưu giữ dữ liệu lên hệ thống bao gồm: Firebase, MySQL, PostgreSQL…

Cơng cụ hỗ trợ lập trình ứng dụng quản lý hệ thống là Android Studio. Phạm vi nghiên cứu của đề tài này chủ yếu ở khu trọ.

<b>1.6 BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO </b>

Báo cáo được phân thành 5 chương:

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

4 Chương 1. GIỚI THIỆU:

Trong chương đầu tiên, đồ án chủ yếu đưa ra một góc nhìn tổng thể về đề tài. Nhóm thực hiện sẽ trình bày kế hoạch chi tiết của đề tài, đồng thời xác định giới hạn, phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu và các giới hạn của đề tài.

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT:

Trong chương này, nhóm thực hiện sẽ nêu bật về các lý thuyết chính yếu liên quan đến thiết kế và triển khai hệ thống cửa khoá tự động. Các kiến thức lý thuyết này sẽ đóng vai trị quan trọng trong q trình nghiên cứu và phát triển hệ thống.

Chương 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CỬA KHÓA TỰ ĐỘNG:

Chương này sẽ tập trung vào việc phân tích yêu cầu của hệ thống, giải thích các điểm nổi bật quan trọng về thiết kế, đưa ra giải pháp về thiết bị và ứng dụng di động.

Chương 4. KẾT QUẢ:

Tại chương này, nhóm thực hiện sẽ trình bày kết quả đã đạt được từ quá trình nghiên cứu và thi công hệ thống, chức năng vận hành của hệ thống sẽ được trình bày chi tiết.

Chương 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN:

Chương cuối cùng sẽ tổng hợp các kết quả, đánh giá ưu và nhược điểm, đồng thời đề xuất hướng phát triển của đề tài trong tương lai. Nhóm thực hiện sẽ kết luận một cách tổng quan và đưa ra hướng phát triển cho hệ thống.

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

<b>CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT </b>

<b>2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CỬA KHĨA TỰ ĐỘNG </b>

Hệ thống cửa khóa tự động cho khu trọ ngày càng trở nên quan trọng trong việc quản lý và bảo vệ an ninh của các khu trọ, căn hộ, và chung cư. Đồng thời, sự phát triển của Cách Mạng Công Nghiệp 4.0 đã đưa công nghệ vào quản lý khu trọ, không chỉ tối ưu hóa sự thuận tiện mà cịn nâng cao mức độ an toàn và hiệu quả trong quản lý. Hệ thống cửa khóa tự động là hệ thống quản lý và điều khiển nhiều ổ khóa, được tích hợp với các cảm biến để cung cấp tiện ích cho người sử dụng. Thông qua kết nối từ xa, người quản lý có khả năng quản lý người dùng và thiết bị mà không cần phải tiếp xúc trực tiếp với chúng. Điều này mang lại sự linh hoạt và thuận tiện trong việc quản lý và an toàn trong việc ra vào. Hệ thống cửa khóa tự động mang lại trải nghiệm hiện đại và tiện ích cho người sử dụng, khơng chỉ giúp mở và đóng cửa một cách thuận tiện mà còn cung cấp các phương tiện xác thực như vân tay hoặc mật khẩu, tăng cường sự bảo mật và quản lý.

Trong lĩnh vực này, có nhiều sản phẩm và mơ hình nghiên cứu liên quan đến hệ thống cửa khóa tự động như:

- Cửa khóa tự động sử dụng thẻ từ. - Cửa khóa tự động sử dụng giọng nói. - Cửa khóa tự động sử dụng vân tay.

- Cửa khóa tự động sử dụng nhận dạng võng mạc.

Sự phổ biến của IoT (Internet of Things) đã đánh dấu một xu hướng tích hợp hệ thống cửa khóa tự động vào mạng lưới thơng tin, tận dụng sự kết nối rộng rãi để cung cấp những tiện ích đặc biệt. Thị trường cửa khóa tự động tại Việt Nam đang có sự gia tăng đáng kể.

<b>2.2 CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG 2.2.1 Chuẩn truyền thông UART </b>

UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) là một giao thức truyền thông phổ biến trong việc gửi thông tin giữa các thiết bị điện tử.

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

Khi UART nhận được một bit "start", nó bắt đầu q trình đọc các bit với tốc độ truyền (baud rate). Tốc độ truyền là đơn vị đo tốc độ truyền dữ liệu, thường được biểu thị bằng bit trên giây (bps - bit per second). Cả hai UART đều cần triển khai ở cùng một tốc độ truyền. Tốc độ truyền giữa UART truyền và nhận chỉ được phép chênh lệch khoảng 10% để tránh việc thời gian của các bit bị lệch quá mức. [1]

<b>2.2.2 Chuẩn truyền thông I2C </b>

I2C (Inter-Integrated Circuit) là một giao thức truyền thông nối tiếp được phát triển bởi Philips Semiconductors, nhằm gửi thơng tin giữa bộ xử lý chính và nhiều IC khác nhau trong phạm vi một bo mạch, chỉ sử dụng hai dây gửi và nhận dữ liệu. [2]

Giao thức I2C kết hợp tính năng từ cả giao thức SPI và UART trong quá trình truyền thông nối tiếp. Giao thức này cho phép người dùng liên kết nhiều slave với chỉ một master, gần giống giao thức SPI. Cùng lúc chấp thuận cho nhiều master liên kết với nhiều slave. Phát triển từ giao thức UART, I2C cũng dùng hai dây để gửi và nhận thông tin:

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

- SDA (Serial Data): gửi và nhận thông tin giữa master và slave - SCL (Serial Clock): mang tín hiệu đồng bộ clock.

<b>Hình 2.2. Giao thức I2C [3] 2.2.3 Chuẩn kết nối mạng không dây Wifi </b>

Wi-Fi (Wireless Fidelity) có nhiệm vụ chính yếu trong việc mang lại kết nối Internet không dây, phổ biến trong đủ loại thiết bị điện tử thông minh.

Chuẩn Wi-Fi được định nghĩa bởi các tiêu chuẩn IEEE 802.11 và là một kỹ thuật vô tuyến dùng cho việc gửi và nhận thơng tin qua sóng radio. Wi-Fi vận hành trong phạm vi tần số 2.4 GHz hoặc 5 GHz, và các thiết bị có thể kết nối với mạng Wi-Fi để truy cập Internet.

Chuẩn Wi-Fi đã trải qua nhiều phiên bản, bao gồm 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac và 802.11ax (Wi-Fi 6). Mỗi phiên bản mang lại nâng cấp về hiệu suất gửi và nhận thông tin, tính đa nhiệm và hiệu suất mạng.

<b>Hình 2.3. Các chuẩn kết nối Wifi [4] </b>

- Chuẩn 802.11: chuẩn có hiệu suất cao nhất là 2Mbps với băng tầng 2.4GHz.

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

<b>2.3 TỔNG QUAN VỀ GOOGLE FIREBASE </b>

Google Firebase là một dịch vụ đám mây được phát triển bởi Google, hỗ trợ nhiều phần mềm và tiện ích để thiết lập và quản lý phần mềm di động và web. Firebase cung cấp nền tảng đa chức năng, giúp các nhà phát triển giảm bớt công việc hạ tầng và chủ yếu việc nâng cao trải nghiệm người dùng.

Một số dịch vụ quan trọng của Firebase:

- Realtime Database: cơ sở dữ liệu thời gian thực cho phép lưu trữ và đồng bộ dữ liệu giữa các thiết bị người dùng.

- Authentication: đưa ra các cách thức kiểm tra danh tính người dùng, bao gồm đăng nhập bằng email, Google, Facebook, và nhiều phương thức khác.

- Cloud Firestore: cơ sở dữ liệu đa chiều, cho phép lưu trữ và truy vấn dữ liệu theo thời gian thực.

- Cloud Functions: cho phép viết mã backend mà khơng cần quản lý máy chủ, kích thích các sự kiện trong ứng dụng của bạn.

- Cloud Storage: nền tảng lưu giữ và truy cập tệp tin như hình ảnh, video.

- Cloud Messaging (FCM): Dịch vụ thông báo đám mây giúp gửi thông báo người dùng từ máy chủ đến thiết bị di động. [5]

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

- Quản lý từ xa nhiều ổ khóa thơng qua ứng dụng di động:

• Thêm ổ khóa mới cho khu trọ mới: người quản lý có khả năng thêm một ổ khóa mới cho mỗi khu trọ từ xa thông qua ứng dụng di động, mở rộng hệ thống một cách linh hoạt.

• Xóa dữ liệu ổ khóa cũ bằng cách xóa khu trọ cũ: có khả năng xóa dữ liệu của một ổ khóa cũ bằng cách xóa tồn bộ thơng tin của khu trọ liên quan, giúp quản lý hiệu quả tình trạng khu trọ khơng cịn sử dụng.

• Thêm/xóa vân tay của thành viên của từng khu trọ: quản lý có thể thêm và xóa vân tay của thành viên cho từng khu trọ qua ứng dụng di động. • Chỉnh sửa thông tin cá nhân của mỗi thành viên: người quản lý có thể

chỉnh sửa thơng tin cá nhân của từng thành viên như họ tên, ngày sinh, giới tính…

• Hiển thị thơng tin từng khu trọ và trạng thái kết nối: ứng dụng di động hiển thị thông tin từng khu trọ và trạng thái kết nối của mỗi ổ khóa, giúp người quản lý theo dõi tình trạng mỗi khu trọ.

• Hiển thị danh sách thông tin từng thành viên của mỗi khu trọ: chức năng tìm kiếm hỗ trợ người quản lý xác định thông tin thành viên theo tên trong từng khu trọ.

• Thay đổi wifi kết nối của mỗi ổ khóa: có khả năng thay đổi cài đặt wifi kết nối của từng ổ khóa từ xa, giúp quản lý điều chỉnh kết nối một cách linh hoạt.

• Thay đổi mật khẩu bàn phím số của mỗi ổ khóa: người dùng có thể thay đổi mật khẩu bàn phím số từng ổ khóa qua ứng dụng di động, tăng cường an ninh hệ thống.

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

• Đổi thơng tin người quản lý: người quản lý có thể thay đổi thơng tin cá nhân như tên người quản lý, mật khẩu tài khoản, email, nhưng không thay đổi số điện thoại.

• Gửi cảnh báo bằng ứng dụng di động khi người dùng nhập sai quá 5 lần: hệ thống tự động gửi cảnh báo qua ứng dụng di động khi người dùng nhập sai mật khẩu quá 5 lần, nhằm bảo vệ an tồn hệ thống.

• Xem nhật ký mở khóa của mỗi khu trọ: hiển thị chi tiết nhật ký mở khóa của từng khu trọ bao gồm: thời gian, tên thành viên, tên khu trọ ra vào. - Chức năng thao tác tại chỗ trên phần cứng ở từng ổ khóa:

• Mở khóa bằng vân tay thành viên đã được đăng ký: người dùng có thể mở khóa bằng vân tay đã được đăng ký trên cảm biến vân tay của ổ khóa. • Mở khóa bằng mã xác nhận: người dùng có thể mở khóa bằng cách nhập

mã xác nhận từ keypad trên ổ khóa.

• Cảnh báo khi người dùng mở khóa sai 5 lần: hệ thống phát ra cảnh báo khi người dùng nhập sai mã xác nhận quá 5 lần, để bảo vệ an tồn của hệ thống.

• Đóng cửa bằng nút bấm: chức năng đóng cửa nhanh chóng thơng qua nút bấm trên phần cứng của ổ khóa.

<b>3.2 MƠ HÌNH HỆ THỐNG </b>

Hệ thống cửa khóa tự động được thiết kế chủ yếu với kỳ vọng là xử lý toàn diện các yêu cầu đặt ra, mang lại trải nghiệm đa dạng và thuận tiện cho người dùng trong nhiều không gian sử dụng khác nhau, bao gồm nhà riêng, căn hộ, chung cư và phòng trọ. Mục tiêu này khơng chỉ tập trung vào tính an tồn mà cịn chú trọng vào tính tiện ích và sự thuận lợi, đặt người sử dụng vào tâm điểm của trải nghiệm sử dụng hệ thống.

Sự linh hoạt của hệ thống được thể hiện thơng qua khả năng thích ứng với nhiều không gian sống khác nhau, từ các căn hộ hiện đại đến những phòng trọ nhỏ. Điều này đồng nghĩa với việc hệ thống cần đáp ứng mọi yêu cầu cụ thể của từng địa điểm.

Sự liên kết giữa yêu cầu hệ thống và sơ đồ khối được thể hiện qua việc các thành phần trong sơ đồ khối được thiết kế để làm nổi bật tính linh hoạt và tích hợp của hệ

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

thống. Từ khối thu thập dữ liệu cho đến khối xử lý trung tâm và ứng dụng di động, mỗi phần đều đóng góp vào mục tiêu chung của hệ thống: cung cấp giải pháp an toàn, đa dạng và thuận tiện cho người dùng trong mọi bối cảnh sống.

<b>Hình 3.1. Sơ đồ khối của hệ thống cửa khóa tự động </b>

Sơ đồ khối mơ tả hệ thống được minh họa chi tiết trong hình 3.1, giúp hiểu rõ cấu trúc và tương tác giữa các thành phần trong hệ thống.

<b> - Khối thu thập dữ liệu: cho phép người dùng thực hiện nhập bàn phím keypad </b>

và cảm biến vân tay.

<b> - Khối hiển thị: hiển thị thông báo đến người dùng thông qua LCD. </b>

trung tâm.

<b> - Khối cảnh báo: có nhiệm vụ phát hiện và cảnh báo khi người dùng nhập sai </b>

mật khẩu quá 5 lần.

<b>- Khối xử lý trung tâm: lấy và xử lý dữ liệu từ khối thu thập dữ liệu, sau đó điều </b>

khiển hoạt động của khối chấp hành lệnh, khối hiển thị và khối cảnh báo.

<b> - Cơ sở dữ liệu online: thực hiện lưu trữ và quản lý dữ liệu của hệ thống trong </b>

môi trường đám mây.

<b> - Ứng dụng di động Android: dùng để quản lý số khu trọ, số thành viên, lịch sử </b>

ra vào. Cung cấp khả năng thêm/xóa người thuê hoặc sửa đổi thông tin.

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

<b> - Khối nguồn: cung cấp nguồn cho toàn bộ hoạt động của hệ thống bao gồm: khối hiển thị, khối điều khiển trực tiếp, khối chấp hành và khối cảnh báo. </b>

<b>3.3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 3.3.1 Khối thu thập dữ liệu </b>

Cảm biến vân tay AS608 là một thiết bị đo lường và xác định biometric dựa trên dấu vân tay của người sử dụng. AS608 sử dụng các cảm biến quang học để quét và ghi lại dấu vân tay với độ chính xác cao. Thiết kế chắc chắn và chịu được môi trường làm việc khác nhau, đảm bảo sự ổn định và độ bền của cảm biến. Các thơng số an tồn như khả năng chống giả mạo cũng là những đặc tính quan trọng của AS608.

<b>Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của cảm biến vân tay AS608 </b>

Tỷ lệ nhận sai <0.001% (mức bảo mật 3) Tỷ lệ từ chối sai <1% (mức bảo mật 3)

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

Điện áp hoạt động của cảm biến vân tay AS608 là 5V. Chân Tx và Rx lần lượt là hai chân dùng để truyền và nhận dữ liệu với khối xử lý trung tâm thơng qua giao thức UART.

<b>Hình 3.4 Sơ đồ chân của Keypad 4x3 tích hợp PCF8574 </b>

Keypad 4x3 tích hợp PCF8574 hoạt động dữa trên nguyên lý của keypad ma trận. Khi người dùng nhấn một nút trên keypad, chân hàng và chân cột tương ứng của nút đó

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

<b>Hình 3.5 Module thời gian thực DS1307 [9] </b>

Module RTC DS1307 chịu trách nhiệm về việc ghi nhận và duy trì thơng tin về thời gian thực. Được tích hợp trong khối thu thập dữ liệu, DS1307 đảm bảo rằng hệ thống luôn cập nhật đúng thời gian, quan trọng trong việc ghi log và theo dõi sự kiện của hệ thống cửa khóa tự động.

Tính năng chính:

- Chip RTC DS1307: chip RTC DS1307 là một IC tích hợp cung cấp các chức năng đồng hồ thời gian thực cơ bản, bao gồm giữ thời gian và ngày, tạo tín hiệu xung vng và ghi dữ liệu vào bộ nhớ RAM.

- Độ chính xác giữa thời gian: ±5 ppm (phần triệu) với tinh thể. - Nguồn điện: 5V DC.

- Pin dự phòng: Pin lithium đồng xu 3V (CR2032 hoặc tương tự). - Giao diện giao tiếp: I2C (hai dây).

- Các tính năng bổ sung:

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

• Đầu ra xung vuông (1Hz, 4KHz, 8KHz hoặc 32KHz).

• Cảm biến nhiệt độ (tùy chọn, tùy thuộc vào biến thể mơ-đun). • 56byte bộ nhớ RAM của người dùng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

<b>Hình 3.7 LCD 16x2 tích hợp module I2C </b>

LCD 16x2 có tổng cộng tất cả 16 chân, do đó để tối ưu hóa các chân kết nối tới bộ xử lý trung tâm, nhóm sẽ sử dụng thêm IC điều khiển HD44780 hỗ trợ giao tiếp thông qua cả 4 bit và 8 bit. Mạch chuyển đổi I2C này có tổng cộng 20 chân bao gồm 16 chân để kết nối tới LCD 16x2, 2 chân SDA và SCL, 2 chân VCC và VDD [10]. Nhờ có mạch chuyển đổi I2C giúp cho LCD 16x2 thuận tiện trong việc giao tiếp với các khối xử lý trung tâm mà không chiếm dụng quá nhiều chân kết nối.

<b>Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của LCD 16x2 tích hợp module I2C [11] </b>

Dạng hiển thị Ký tự

Số ký tự mỗi dòng 16

Chip điều khiển HD44780

Điện áp sử dụng 5V DC Địa chỉ I2C mặc định 0x27

Kích thước module 80mm x 35mm x 9mm

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

<b>Hình 3.8 Sơ đồ chân LCD 16x2 tích hợp module I2C </b>

Điện áp hoạt động của LCD 16x2 tích hợp module I2C là 5V. Chân SCL và SDA để nhận tín hiệu được gửi tới từ khối xử lý trung tâm qua giao thức I2C.

<b>3.3.3 Khối chấp hành lệnh Servo SG90 </b>

Servo SG90 là một loại servo phổ biến và dễ sử dụng, thường được thấy trong các dự án robot và chế tạo cơ điện tử. Dưới đây là một số thông tin tổng quan về Servo SG90:

- Góc quay: 180 độ (90 độ mỗi chiều). - Điện áp hoạt động: 4.8 - 6 V.

- Dịng điện tiêu thụ: khoảng 40mA. - Kích thước: 22.2 x 11.8 x 32 mm. - Trọng lượng: 9g.

- Mô-men xoắn: 1.8 kg/cm.

- Giao tiếp: PWM (Pulse Width Modulation)

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

<b>Hình 3.9 Sơ đồ chân Servo SG90 </b>

Điện áp hoạt động của servo SG90 là 5V. Chân PWM nhận tín hiệu từ khối xử lý trung tâm để thực hiện đóng/mở cửa.

<b>3.3.4 Khối cảnh báo Buzzer đơn âm </b>

Buzzer là một thành phần điện tử nhỏ gọn tạo ra âm thanh khi được cấp điện dùng để thông báo hoặc cảnh báo.

Buzzer cơ bản có hai chân: một chân dương và một chân âm. Chân dương được kết nối với nguồn điện và chân âm được kết nối với đất. Khi nguồn điện được cấp cho khối cảnh báo buzzer, nó sẽ tạo ra một âm thanh. Âm thanh có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp cấp cho khối cảnh báo buzzer.

Buzzer đơn âm tạo ra một âm thanh duy nhất. Âm thanh này có thể là tiếng chng, tiếng còi hoặc bất kỳ âm thanh nào khác. Buzzer là một thành phần linh hoạt có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Nó là một lựa chọn tuyệt vời cho các dự án điện tử cần cung cấp thơng báo hoặc cảnh báo.

<b>Hình 3.10 Sơ đồ chân Buzzer đơn âm </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

Điện áp hoạt động của buzzer đơn âm là 5V. Chân GPIO của khối xử lý trung tâm nối với chân dương của buzzer có vai trị điều khiển còi báo.

<b>3.3.5 Khối xử lý trung tâm </b>

<b>Bảng 3.3 Tổng kết các chân chức năng cần thiết </b>

Chức năng Số lượng chân chức năng cần thiết Giao tiếp với cảm biến vân tay AS608 2 (Tx, Rx)

Giao tiếp với keypad 4x3

Giao tiếp với module RTC DS1307 Giao tiếp với LCD 16x2

2 (SDA, SCL)

Thực hiện chấp hành lệnh Servo SG90 1 (PWM) Giao tiếp với buzzer đơn âm 1 (GPIO)

Lý do nhóm thực hiện dùng ESP32 làm khối xử lý trung tâm:

- ESP32 cung cấp đủ số lượng chân chức năng cần thiết để phục vụ cho tất cả các yêu cầu giao tiếp và kết nối của khối xử lý trung tâm.

- Với tần số xung clock từ 20MHz đến 40MHz, ESP32 đảm bảo hiệu suất xử lý cao, giúp xử lý dữ liệu mượt mà và nhanh chóng.

- Sự tích hợp của Wifi và BLE làm cho ESP32 trở thành lựa chọn lý tưởng cho việc kết nối không dây và tương thích với các thiết bị di động.

- ESP32 đã được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng IoT và có cộng đồng hỗ trợ mạnh mẽ, đảm bảo độ ổn định. Nó tích hợp nhiều giao tiếp như SPI, I2C, I2S, UART, và ADC, tạo điều kiện thuận lợi cho việc kết nối với nhiều loại thiết bị ngoại vi.

- ESP32 cung cấp nhiều chân chức năng không sử dụng trong bảng tổng kết (tổng cộng 36 chân GPIO), tạo điều kiện cho việc mở rộng và thêm chức năng trong tương lai.

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

<b>Hình 3.11 ESP32-WROOM-32 [6] </b>

ESP32 là một vi điều khiển đa nhiệm và đa chức năng được thiết kế cho ứng dụng

<b>IoT, ESP32 tích hợp nhiều tính năng mạnh mẽ trong một chip duy nhất. </b>

<b>Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật của ESP-WROOM-32 </b>

Kiến trúc CPU Dual-core Xtensa 32-bit LX6 Nguồn điện 3.3V - 5VDC

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

<b>Hình 3.12 Sơ đồ chân của ESP32-WROOM-32 </b>

Hệ thống sừ dụng ESP32 với điện áp hoạt động 5V. Chân G35 nhận tín hiệu nút nhấn. Chận G21 và chân G22 lần lượt là hai chân SDA và SCL dùng để giao tiếp với LCD, Keypad và module DS1307. Chân G17 và G16 lần lượt là hai chân Tx và Rx dùng để giao tiếp với AS608 thông qua giao thức UART. Chân G4 là chân truyền tín hiệu điều khiển Buzzer. Chân G2 là chân điều khiển sero SG90.

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

LCD 16x2 tích hợp module I2C

Nhóm thực hiện đã quyết định chọn một nguồn cấp có cơng suất là 5V và dòng ra là 1A để đảm bảo ổn định trong quá trình hoạt động của hệ thống. Quyết định này phản ánh ý định đảm bảo rằng nguồn cung cấp có khả năng đáp ứng đủ cơng suất cho tất cả các linh kiện cần thiết, đồng thời giữ cho dịng điện khơng vượt q giới hạn an tồn của nguồn.

<b>3.3.7 Sơ đồ nguyên lý </b>

Sơ đồ nguyên lý tồn mạch được biểu diễn ở hình 3.13:

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

<b>Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý tồn mạch </b>

Trong sơ đồ ngun lý ở hình 3.13. ESP32 là khối xử lý trung tâm điều khiển các thiết bị khác:

- Chân G2: truyền tín hiệu đến servo SG90.

<b>3.3.8 Lưu đồ hoạt động của khối xử lý trung tâm </b>

</div>