Thiết kế mạch khóa số điện tử dùng password

Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn





Đà Nẵng, Ngày Tháng Năm 20
Giáo Viên hướng dẫn


1
Đề Tài : Khóa Số Điện tử.
Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
Nhận xét của giáo viên chấm




Đà Nẵng, Ngày Tháng Năm 20
Giáo Viên hướng dẫn

Mục Lục
LỜI MỞ ĐẦU 7
2
Đề Tài : Khóa Số Điện tử.
Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
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 TOÁN 16

1.3.1.Phân Tích Và Lựa Chọn Phương Án 16
1.3.2.Xác Định Bài Toán 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 21
2.4. CÁC MODUL TRONG HỆ THỐNG 23
3
Đề Tài : Khóa Số Điện tử.
Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
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 Điều Khiển Động Cơ Quay Thuận Nghịch 62
4
Đề Tài : Khóa Số Điện tử.
Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
2.5.5.Động cơ 66
2.5.6. Khối Nguồn 67
2.6.SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH 70
2.7.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH 71
2.8.SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 72
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG 73
3.1. CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM 73

3.2. CHƯƠNG TRÌNH QUÉT PHÍM CƠ BẢN 74
3.3. CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH: 77
3.4. CHƯƠNG TRÌNH KIỂM TRA 82
3.5. CHƯƠNG TRÌNH BÁO ĐỘNG 84
5
Đề Tài : Khóa Số Điện tử.
Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 87
HƯỚNG PHÁT TRIỂN 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO 90
6
Đề Tài : Khóa Số Điện tử.
Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
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
Đề Tài : Khóa Số Điện tử.
Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
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 “khoá số” để làm đồ án môn học.

Sau một thời gian học tập và rèn luyện, với sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo
Huỳnh Thanh Tùng cùng sự trợ giúp của các bạn trong nhóm và các tài liệu có liên
quan,chúng em đã hoàn thành xong đề tài.
Đồ án đã hoàn thành xong, nhưng không thể tránh nhiều thiếu sót mong thầy cô
giáo thông 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
Đề Tài : Khóa Số Điện tử.
Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
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
Đề Tài : Khóa Số Điện tử.
Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
khóa cơ khí này gặp vấn đề lớn đó là tính bảo mật của các khóa này không 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 vòng 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 không phải là các vòng 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 ngoài tính năng về bảo mật cao, và thao tác dễ dàng còn có
tính năng cảnh báo nếu nhập mật mã nhiều sai quá số lần quy định. Với dao diện
10
Đề Tài : Khóa Số Điện tử.
Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
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 không 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 khoá 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.
Khoá 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
khoá 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 khoá bằng mã số, còn có loại kèm theo chức
11
Đề Tài : Khóa Số Điện tử.
Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
năng khoá bằng chìa. Chìa của loại này cũng đặc biệt hơn các loại thông thường, nó
được làm 4 cạnh, khó làm giả như các loại khoá 2 cạnh.
Khoá kỹ thuật số còn có loại mở bằng dấu vân. Loại khoá 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 khoá. Khi cho đúng các vân tay có lưu trong
bộ nhớ thì cửa sẽ được mở. Phần lớn loại này không sử dụng chìa nữa.
12

Đề Tài : Khóa Số Điện tử.
Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
13
Đề Tài : Khóa Số Điện tử.
Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
14
Đề Tài : Khóa Số Điện tử.
Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
Hình 1.1: khóa số trên thị trường không 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 thông tin tới người dùng. Như vậy thì dễ sử dụng hơn các loại
khác.
15
Đề Tài : Khóa Số Điện tử.
Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
Hình 1.2: khóa số đã trang bị màn hình LCD giao diện người dùng.
1.3. CÁC GIẢI PHÁP VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH BÀI TOÁN
1.3.1. Phân Tích Và Lựa Chọn Phương Án
a. Yêu 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 thông 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.
- 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.
16

Đề Tài : Khóa Số Điện tử.
Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
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 thông 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 yêu cầu sản phẩm
mô phỏng thực tế, chúng tôi chọn động cơ một chiều công suất nhỏ.
- Nguồn dự trữ khi mất điện là nguồn acquy.
17
Đề Tài : Khóa Số Điện tử.
Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
1.3.2. Xác Định Bài Toán Và Giới Hạn Của Đề Tài
a. Xác Định Bài Toán
Điểm quan trọng nhất của chương trình khóa số là thuật toán quét phím, sau đó là
lưu và thay đổi mật mã trên eeprom. Còn một số phần khác là hiển thị thông 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 toán chính là ta cần quan tâm là :
- Thuật toán quét phím
- Quá trình lưu mật mã trong eeprom và thay đổi eeprom
- Hiển thị thông tin ra màn hình LCD
b. Giới Hạn Của Đề Tài
Các ràng buộc :
18
Đề Tài : Khóa Số Điện tử.

Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
- 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 (không có động cơ) không quá 500.000
vnđ
.
- Chịu được quá tải tải khi gặp chướng ngại vật trong thời gian dài.
- Áp dụng để điều khiển động cơ có công suất nhỏ.
CHƯƠNG 2 :THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.1. SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG THỂ CỦA HỆ THỐNG
Hình 2.1: sơ đồ khối khóa số cơ bản.
19
Đề Tài : Khóa Số Điện tử.
Khối giao tiếp và
hiển thị thông tin
Khối điều khiển Thiết bị chấp
hành
Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
Khối giao tiếp và hiển thị thông tin : dùng để đưa tín hiệu, thông số tới khối điều
khiển
Khối điều khiển tiếp nhận các thông tin, và xử lý các thông tin đó. Xuất tín hiệu
để điều khiển các thiết bị khác.
Thiết bị chấp hành ở đây có thể là động cơ, có thể là rơle để điều khiển thiết bị
chính là cửa hoặc khóa.
2.2. SƠ ĐỒ CALL GRAPH
20
Đề Tài : Khóa Số Điện tử.
Controller
software
Giao Tiếp

LCD
Giao Tiếp
EEPROM
Giao Tiếp
Bàn Phím
Màn Hình LCD EEPROM
Bàn Phím
Điều
Khiển
Động cơ
Động Cơ
Chương
Trình Báo
Động
Chuông Báo
Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
Hình 2.2 : sơ đồ Call graph giữa phần cứng và phần mềm
2.3. SƠ ĐỒ ĐẶC TẢ CỦA HỆ THỐNG
21
Đề Tài : Khóa Số Điện tử.
Thao Tác Gõ
Phím
Đổi Mật
Mã
Nhập Mật
Mã
Khóa
Cửa
Mở Cửa
Báo

Động
Nhập Mật
Mã Cũ
Mật Mã
Mới
Đổi Mật
Mã
Thao Tác Gõ
Phím
Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
22
Đề Tài : Khóa Số Điện tử.
Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
Hình 2.3: sơ đồ đặc tả của hệ thống
2.4. CÁC MODUL TRONG HỆ THỐNG
23
Đề Tài : Khóa Số Điện tử.
Vi Điều Khiển
PIC 16F877a
Báo Động
Động Cơ
Khuếch Đại
Tín Hiệu
Bàn Phím Ma
Trận 4x4
Khối Nguồn
Màn Hình
Hiển Thị LCD
Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
Hình 2.4 : Sơ đồ khối các Modul trong hệ thống

2.4.1 Khối Điều Khiển Trung Tâm
24
Đề Tài : Khóa Số Điện tử.
Trường ĐHBK Đà Nẵng Khoa ĐTVT Đồ án chuyên ngành Điện tử
25
Đề Tài : Khóa Số Điện tử.