Đồ Án Hệ Thống Nhúng: đề tài khoá số
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.45 MB, 97 trang )
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên
----------------------------
Đồ án môn học: Hệ Thống Nhúng
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
Thái Nguyên, Ngày
Tháng
Năm 20...
Giáo Viên hướng dẫn
(Ký ghi rõ họ tên)
1
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
-------------------
Đề Tài : Khóa Số
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên
----------------------------
Đồ án môn học: Hệ Thống Nhúng
Nhận xét của giáo viên chấm
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
Thái Nguyên, Ngày
Tháng
Năm 20...
Giáo Viên hướng dẫn
(Ký ghi rõ họ tên)
Mục Lục
LỜI MỞ ĐẦU.............................................................................................................7
2
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
-------------------
Đề Tài : Khóa Số
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên
----------------------------
Đồ án môn học: Hệ Thống Nhúng
CHƯƠNG 1 : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG.................................................................9
1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ:...............................................................................................................................9
1.2.GIỚI THIỆU HỆ THỐNG KHÓA SỐ..............................................................................................11
1.3.CÁC GIẢI PHÁP VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH BÀI TỐN..........................................................................16
1.3.1.Phân Tích Và Lựa Chọn Phương Án....................................16
1.3.2.Xác Định Bài Tốn Và Giới Hạn Của Đề Tài......................18
CHƯƠNG 2 :THIẾT KẾ HỆ THỐNG...................................................................19
2.1. SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG THỂ CỦA HỆ THỐNG..................................................................................19
2.2. SƠ ĐỒ CALL GRAPH..................................................................................................................20
2.3. SƠ ĐỒ ĐẶC TẢ CỦA HỆ THỐNG................................................................................................22
2.4. CÁC MODUL TRONG HỆ THỐNG..............................................................................................23
3
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
-------------------
Đề Tài : Khóa Số
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên
----------------------------
Đồ án môn học: Hệ Thống Nhúng
2.4.1 Khối Điều Khiển Trung Tâm................................................24
2.4.2 Khối Hiển Thị........................................................................27
2.4.3 Khối Bàn Phím......................................................................29
2.4.4. Khối Khuếch Đại, Động Cơ Và Báo Động.........................30
2.4.5 Khối Nguồn...........................................................................33
2.5. LỰA CHỌN LINH KIỆN...............................................................................................................34
2.5.1. KHỐI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877a.....................................34
2.5.2. KHỐI HIỂN THỊ .................................................................53
2.5.3. Bàn Phím..............................................................................59
2.5.4. Khối Mạch Cầu H Khuếch Đại Tín Hiệu............................63
4
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
-------------------
Đề Tài : Khóa Số
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên
----------------------------
Đồ án môn học: Hệ Thống Nhúng
2.4.4.Động cơ.................................................................................73
2.4.6. Khối Nguồn..........................................................................74
2.6.SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH.................................................................................................76
2.7.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH........................................................................................79
2.8.SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN..............................................................................................80
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG.................................................................82
3.1. CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM...................................................................................................82
3.2. CHƯƠNG TRÌNH QUÉT PHÍM CƠ BẢN......................................................................................83
3.3. CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH:...........................................................................................................85
3.4. CHƯƠNG TRÌNH KIỂM TRA.......................................................................................................91
3.5. CHƯƠNG TRÌNH BÁO ĐỘNG....................................................................................................93
5
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
-------------------
Đề Tài : Khóa Số
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên
----------------------------
Đồ án môn học: Hệ Thống Nhúng
ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN...................................................................................96
HƯỚNG PHÁT TRIỂN...........................................................................................97
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................99
6
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
-------------------
Đề Tài : Khóa Số
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên
----------------------------
Đồ án môn học: Hệ Thống Nhúng
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của
chúng ta đã và đang một ngày thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của
kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự
chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt
động của con người đạt hiệu quả.
Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ.Nó đã đáp ứng được
những nhu cầu cần thiết trong hoạt động đời sống hằng ngày.Một trong những nhu
cầu đó là vấn đề bảo mật . Mỗi một cá nhân, một gia đình, hay một cơ quan đều có
các vấn đề cần được bảo mật. Và để bảo mật được thì phải có một hệ thống bảo mật.
7
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
-------------------
Đề Tài : Khóa Số
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên
----------------------------
Đồ án môn học: Hệ Thống Nhúng
Trước nhu cầu đó khóa số bằng điện tử là một giải pháp dùng để bảo mật rất hiệu quả
và tiện lợi.
Ngoài ra do nhu cầu ứng dụng lý thuyết đã học ở trường vào trong cuộc sống
nên chúng em đã chọn đề tài “khố số” để làm đồ án mơn học.
Sau một thời gian học tập và rèn luyện, với sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo
Nguyễn Tuấn Linh cùng sự trợ giúp của các bạn trong nhóm và các tài liệu có liên
quan,chúng em đã hồn thành xong đề tài.
Đồ án đã hồn thành xong, nhưng khơng thể tránh nhiều thiếu sót mong thầy cơ
giáo thơng cảm và chỉ bảo thêm để đề tài có thể ứng dụng rộng rãi trong thực tế.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô!
8
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
-------------------
Đề Tài : Khóa Số
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên
----------------------------
Đồ án môn học: Hệ Thống Nhúng
CHƯƠNG 1 : PHÂN TÍCH HỆ THỐNG
1.1.
ĐẶT VẤN ĐỀ:
Với mỗi gia đình, cơ qua, 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
9
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
-------------------
Đề Tài : Khóa Số
Trường ĐHKTCN Thái Ngun
----------------------------
Đồ án mơn học: Hệ Thống Nhúng
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.
Khóa số nói chung là loại khóa để bảo vệ thiết bị, tài sản….mà khi muốn mở
ra thì phải tác động đến số mà ta cài đặt trước. có 2 loại khóa số cơ bản hiện nay trên
thị trường có đó là khóa số cơ khí và khóa số điện tử.
- Khóa số cơ khí : 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
- Khóa số điện tử : 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 dao diện
10
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
-------------------
Đề Tài : Khóa Số
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên
----------------------------
Đồ án môn học: Hệ Thống Nhúng
người dùng, hiển thị các thông báo về nhập mật khẩu, cảnh báo, thay đổi mật khẩu
khiến người dùng dễ sử dụng hơn.
1.2.
GIỚI THIỆU HỆ THỐNG KHÓA SỐ.
Trên thị trường hiện nay có bán rất nhiều loại khóa số điện tử. Hầu hết các loại
khóa điện tử đó đều có tính nắng đổi mật mã, cảnh báo. Nhưng lại khơng có tính năng
giao diện người dùng bằng màn hình LCD khiến người dùng khó sử dụng các sản
phẩm đó. Thiết bị mà bộ khóa số trên thị trường điều khiển chủ yếu là Roler để đóng,
mở chốt cửa.
Đa số khố kỹ thuật số đang có bán trên thị trường là do Hàn Quốc sản xuất,
chủ yếu là loại khoá tay nắm và có giá khá cao.
Khố sử dụng phương pháp cài đặt mã số (như khoá số của các loại va li hay
cặp số) để khoá hoặc mở và người sử dụng có thể cài đặt số bất kỳ. Hệ thống số của
khố được thiết kế như các phím bấm số của điện thoại nên khá tiện lợi khi sử dụng.
Bên cạnh loại chỉ có một chức năng khố bằng mã số, cịn có loại kèm theo chức
11
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
-------------------
Đề Tài : Khóa Số
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên
----------------------------
Đồ án môn học: Hệ Thống Nhúng
năng khố bằng chìa. Chìa của loại này cũng đặc biệt hơn các loại thơng thường, nó
được làm 4 cạnh, khó làm giả như các loại khoá 2 cạnh.
Khoá kỹ thuật số cịn có loại mở bằng dấu vân. Loại khố này có thể đăng ký
được 25 hoặc 40 vân tay khác nhau. Như vậy bạn có thể lưu lại rất nhiều vân tay của
mọi người trong gia đình vào bộ nhớ của khố. Khi cho đúng các vân tay có lưu trong
bộ nhớ thì cửa sẽ được mở. Phần lớn loại này khơng sử dụng chìa nữa.
12
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
-------------------
Đề Tài : Khóa Số
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên
----------------------------
Đồ án môn học: Hệ Thống Nhúng
13
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
-------------------
Đề Tài : Khóa Số
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên
----------------------------
Đồ án môn học: Hệ Thống Nhúng
14
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
-------------------
Đề Tài : Khóa Số
Trường ĐHKTCN Thái Ngun
----------------------------
Đồ án mơn học: Hệ Thống Nhúng
Hình 1.2: khóa số trên thị trường khơng có giao diện người dùng
Một số loại trên thị trường đã có giao diện người dùng qua những màn hình
LCD 16x2 để hiển thị thơng tin tới người dùng. Như vậy thì dễ sử dụng hơn các loại
khác.
15
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
-------------------
Đề Tài : Khóa Số
Trường ĐHKTCN Thái Ngun
----------------------------
Đồ án mơn học: Hệ Thống Nhúng
Hình 1.3: khóa số đã trang bị màn hình LCD giao diện người dùng.
1.3.
CÁC GIẢI PHÁP VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH BÀI TỐN
1.3.1. Phân Tích Và Lựa Chọn Phương Án
a. u cầu của hệ thống:
Qua tham khảo các sản phẩm khóa số trên thị trường thì yêu cầu của một bộ
sản phẩm khóa số thơng thường:
- Dạo diện người dung dễ sử dụng.
- Mật khẩu có độ dài đảm bảo tính bảo mật cao.
- Có thể thay đổi được mật khẩu.
16
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
-------------------
Đề Tài : Khóa Số
Trường ĐHKTCN Thái Ngun
-
----------------------------
Đồ án mơn học: Hệ Thống Nhúng
Tính năng cảnh báo khi nhập mật khẩu sai 3 lần liên tiếp.
Động cơ quay để điều khiển cửa hết hành trình thì dừng lại.
Hệ thống phải làm việc được ngay cả khi mất điện.
Hệ thống khóa số nhỏ gọn.
Điện áp hoạt động của hệ thống không gây nguy hiểm đến người sử dụng.
b. Lựa chọn phương án
Với yêu cầu về tính năng như trên, chúng em chọn các thiết bị chính:
-
Vi điều khiển 16f877 với bộ nhớ eeprom có khả lưu trữ dữ liệu ngay cả khi
mất điện.
Màn hình LCD 16x2 với mục đích hiển thị thơng tin, giao tiếp vi điều
khiển với người dùng
Bàn phím 16 phím có các phím số và phím chức năng đưa đầu vào là mật
khẩu, các lệnh đóng mơ cửa tới vi điều khiển.
Động cơ để kéo cánh cửa đóng và mở. Với đề tài này có u cầu sản phẩm
mơ phỏng thực tế, chúng tôi chọn động cơ một chiều công suất nhỏ.
17
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
-------------------
Đề Tài : Khóa Số
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên
-
----------------------------
Đồ án môn học: Hệ Thống Nhúng
Nguồn dự trữ khi mất điện là nguồn acquy.
1.3.2. Xác Định Bài Toán Và Giới Hạn Của Đề Tài
a. Xác Định Bài Tốn
Điểm quan trọng nhất của chương trình khóa số là thuật tốn qt phím, sau đó là
lưu và thay đổi mật mã trên eeprom. Còn một số phần khác là hiển thị thơng tin ra
LCD thì có các lệnh hỗ chợ nên không phức tạp. cuối cùng là đưa tín hiệu ra để điều
khiển thiết bị là khóa cửa.
Vì vậy bài tốn chính là ta cần quan tâm là :
-
Thuật tốn qt phím
-
Q trình lưu mật mã trong eeprom và thay đổi eeprom
-
Hiển thị thơng tin ra màn hình LCD
18
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
-------------------
Đề Tài : Khóa Số
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên
----------------------------
Đồ án môn học: Hệ Thống Nhúng
b. Giới Hạn Của Đề Tài
Các ràng buộc :
- Thông thường hệ thống giao diện với người dùng để ở bên ngoài, nên phải
an toàn, tránh được những tác động của ngoại cảnh.
- Chi phí của bộ sản phẩm (khơng có động cơ) không quá 500.000vnđ.
- Chịu được quá tải tải khi gặp chướng ngại vật trong thời gian dài.
- Áp dụng để điều khiển động cơ có cơng suất nhỏ.
CHƯƠNG 2 :THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.1. SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG THỂ CỦA HỆ THỐNG
Khối giao tiếp và
hiển thị thông tin
Khối điều khiển
Thiết bị chấp
hành
19
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
-------------------
Đề Tài : Khóa Số
Trường ĐHKTCN Thái Ngun
----------------------------
Đồ án mơn học: Hệ Thống Nhúng
Hình 1.1: sơ đồ khối khóa số cơ bản.
Khối giao tiếp và hiển thị thơng tin : dùng để đưa tín hiệu, thông số tới khối điều
khiển
Khối điều khiển tiếp nhận các thơng tin, và xử lý các thơng tin đó. Xuất tín hiệu
Controller
để điều khiển các thiết bị khác.
software
Thiết bị chấp hành ở đây có thể là động cơ, có thể là rơle để điều khiển thiết bị
Chương
chính là cửa hoặc khóa.
Giao Tiếp
Trình Báo
Động
LCD
2.2. SƠ ĐỒ CALL GRAPH
Giao Tiếp
EEPROM
Giao Tiếp
Bàn Phím
Điều
Khiển
Động cơ
20
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
Màn Hình LCD
EEPROM
------------------Bàn Phím
Động Cơ
Đề Tài : Khóa Số
Chng Báo
Trường ĐHKTCN Thái Ngun
----------------------------
Đồ án mơn học: Hệ Thống Nhúng
Hình 2.3 : sơ đồ Call graph giữa phần cứng và phần mềm
21
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
-------------------
Đề Tài : Khóa Số
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên
----------------------------
Đồ án môn học: Hệ Thống Nhúng
2.3. SƠ ĐỒ ĐẶC TẢ CỦA HỆ THỐNG
Mở Cửa
Báo
Động
Nhập Mật
Mã
Thao Tác Gõ
Phím
Nhập Mật
Mã Cũ
Đổi Mật
Mã
Khóa
Cửa
Đổi Mật
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
Mã
Mật Mã
Mới
22
-------------------
Thao Tác Gõ
Phím
Đề Tài : Khóa Số
Trường ĐHKTCN Thái Ngun
----------------------------
Đồ án mơn học: Hệ Thống Nhúng
Hình 2.2: sơ đồ đặc tả của hệ thống
2.4. CÁC MODUL TRONG HỆ THỐNG
Báo Động
Màn Hình
Hiển Thị LCD
Khối Nguồn
Vi Điều Khiển
PIC 16F877a
Bàn Phím Ma
Trận 4x4
23
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
Động Cơ
-------------------
Khuếch Đại
Tín Hiệu
Đề Tài : Khóa Số
Trường ĐHKTCN Thái Ngun
----------------------------
Đồ án mơn học: Hệ Thống Nhúng
Hình 2.4 : Sơ đồ khối các Modul trong hệ thống
2.4.1 Khối Điều Khiển Trung Tâm
24
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
-------------------
Đề Tài : Khóa Số
Trường ĐHKTCN Thái Nguyên
----------------------------
Đồ án môn học: Hệ Thống Nhúng
25
GV hướng dẫn : ThS. Nguyễn Tuấn Linh
-------------------
Đề Tài : Khóa Số
