KHÓA cửa tự ĐỘNG (có mạch nguyên lý)

ĐỒ ÁN 1

KHÓA CỬA TỰ ĐỘNG
DÙNG RFID



MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

3


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

4


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
RFID

Radio Frequency Identification

SPI

Serial Peripheral Bus

MISO

Master Input / Slave Output

MOSI

Master Output / Slave Input

SS

Slave Select

SCK

Serial Clock

I2C

Inter-Integrated Circuit

SDA

Serial Data

SCL

Serial Clock

UART

Universal Asynchronous Receiver – Transmitter

SRAM

Static Random-Access Memory

EEPROM

Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory

5


ĐỒ ÁN 1
Trang 6/14

1

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Đề tài
“Khóa cửa tự động dùng RFID”. Được sử dụng thay thế cho ổ khóa và chìa khóa thông
thường. Giúp tăng tính bảo mật, tiện lợi và có tính thẩm mỹ.
1.2 Yêu cầu đề tài
-

Tìm hiểu RFID, vi điều khiển.
Thiết kế mạch khóa cửa tự động dùng RFID.
Thi công mạch (không dùng KIT có sẵn, trừ RFID reader).
Vẽ sơ đồ khối.
Layout và test mạch nguồn 2 đầu ra (5V và 3.3V).
Layout và test mạch ATmega328.
Layout và test mạch “Khóa cửa tử động dùng RFID”.

Thi công mạch nguồn, mạch ATmega328 và mạch “Khóa cửa tự động dùng
RFID”.


ĐỒ ÁN 1
Trang 7/14

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.1 Sơ đồ khối hệ thống

NGUỒN
3.3V DC

Module RFID RC522

Gử

Gửi mã thẻ

i

5V
DC

Yêu cầu đọc thẻ

Thẻ RFID

Vi điều khiển
ATmega328

CỬA
Điều khiển

Hình 2–1: Sơ đồ khối hệ thống

Giải thích sơ đồ khối:
- Khối nguồn cung cấp nguồn 5V DC cho vi điều khiển ATmega328 và cung cấp nguồn
3.3V DC cho Module RFID RC522.
- Vi điều khiển ATmega328 yêu cầu Module RFID RC522 đọc mã thẻ nếu có thẻ quẹt
vào Module.
- Module RFID RC522 nhận được mã thẻ thông qua tín hiệu vô tuyến khi quẹt thẻ
RFID vào Module sau đó gửi mã cho vi điều khiển.


ĐỒ ÁN 1
Trang 8/14

- Vi điều khiển ATmega328 dựa vào mã thẻ để điều khiển cửa. Cửa sẽ được mở hoặc
khóa nếu mã thẻ đúng với mã thẻ mà ta cho phép mở cửa.Và ngược lại, nếu mã thẻ
không đúng với mã thẻ ta cho phép thì cửa sẽ không mở hoặc khóa.
Bảng 2–1: Linh kiện chính trong các khối

KHỐI
Nguồn

LINH KIỆN CHÍNH
IC LM 7805, IC AMS 1117

RFID

Module RFID RC522

Điều khiển

ATmega328

2.2 Các linh kiện chính
2.2.1 IC LM7805

Hình 2–2: Sơ đồ chân LM7805

IC LM7805 dùng để điều chỉnh điện áp đầu ra ổn định ở điện áp 5V. Với các thông số
kỹ thuật sau:
[1]

Áp vào lớn nhất: 25V.
Áp vào nhỏ nhất: 7V.
Dòng ra: 1.5A.
Nhiệt độ hoạt động tối đa: 125 độ C.
Nhiệt độ hoạt động nhỏ nhất: 0 độ C.
Áp ngõ ra: 5V.


ĐỒ ÁN 1
Trang 9/14

2.2.2 IC AMS1117 – 3.3V

Hình 2–3: Sơ đồ chân AMS1117

IC AMS1117 – 3.3V dùng để điều chỉnh điện áp đầu ra ổn định ở điện áp 3.3V. Với các
thông số kỹ thuật sau:
-

Áp vào lớn nhất: 12V.
Áp vào nhỏ nhất: 4.75V.
Dòng ra tối đa: 1A.
Dòng ra tối thiểu: 0A.
Nhiệt độ hoạt động tối đa: 125 độ C.
Nhiệt độ hoạt động nhỏ nhất: -40 độ C.

[2]
2.2.3 Module RFID RC522
Dùng để đọc và ghi dữ liệu cho thẻ RFID. Với các thông số kỹ thuật sau:
-

Kích cỡ: 40mm x 60mm.
Giao tiếp: sử dụng giao tiếp SPI với tốc độ tối đa 10Mbps.
Áp vào: 3.3V.
Dòng vào: 13-26mA.
Tần số: 13.56MHz.
Khoảng cách: 0 - 66mm.

Giao tiếp SPI (Serial Peripheral Bus) là cách truyền song công, giao tiếp này còn được
gọi là giao tiếp “4 dây” vì giao tiếp này có 4 đường giao tiếp chuẩn: MISO, MOSI, SS
và SCK. Trong đó:
-

MISO (Master Input / Slave Output): Đưa dữ liệu từ thiết bị SPI đến Arduino.
MOSI (Master Output / Slave Input): Đưa dữ liệu từ Arduino đến thiết bị SPI.

SS (Slave Select): Chọn thiết bị SPI để giao tiếp.


ĐỒ ÁN 1
Trang 10/14

- SCK (Serial Clock): Dòng tạo xung nhịp bởi Arduino giúp gặp ít lỗi trong quá trình
truyền.
[3]
2.2.4 ATmega328

Hình 2–4: Sơ đồ chân ATmega328

ATmega328 là một vi điều khiển 8 bit thuộc họ MegaAVR. ATmega328 có thể dùng để
xử lý những tác vụ như: đo nhiệt độ, độ ẩm, điều khiển thiết bị qua Bluetooth, hiển thị
LCD,… Với các thông số kỹ thuật sau:
-

Áp vào: 1.8 – 5.5V.
Dòng tối đa trên mỗi chân: 30mA.
Nhiệt độ hoạt động: -40 đến 105 độ C.
Số chân Analog: 6 chân.
Số chân Digital I/O: 14 chân.
Số chân Digital PWM: 6 chân.
Bộ nhớ Flash: 32KB.
SRAM: 2KB.


ĐỒ ÁN 1
Trang 11/14

-

EEPROM: 2KB.

Các chân ATmega328:
- Chân 1: Chân reset.
- Chân 2: Chân nhận dữ liệu của giao tiếp UART.
- Chân 3: Chân xuất dữ liệu của giao tiếp UART.
- Chân 4: Chân ngắt ngoài mức “0”.
- Chân 5: Chân ngắt ngoài mức “1”.
- Chân 6: Đầu vào hoặc ra xung đồng hồ.
- Chân 7 và chân 20: Chân nguồn 5V DC.
- Chân 8 và chân 22: Chân GND.
- Chân 9: Đầu vào xung đồng hồ và Giao động xung đồng hồ 1.
- Chân 10: Đầu vào xung đồng hồ và Giao động xung đồng hồ 2.
- Chân 11: Bộ đếm 2 so sánh với đầu ra B.
- Chân 12: Bộ đếm 1 so sánh với đầu ra A và so sánh tín hiệu analog ngõ vào tích cực.
- Chân 13: So sánh tính hiệu analog ngõ vào không tích cực.
- Chân 14: Phân chia hệ thống xung đồng hồ ngõ ra.
- Chân 15: Bộ đếm 2 so sánh với đầu ra A.
- Các chân 16, 17, 18, 19 lần lượt là các chân SS, MOSI, MISO, SCK trong giao tiếp
SPI.
- Chân 21: Tham chiếu tương tự bộ chuyển đổi A/D.
- Chân 23 đến 28: Các chân analog. Trong đó chân 27 và chân 28 lần lượt là chân SDA
và SCL trong giao tiếp I2C.
[4]


ĐỒ ÁN 1

Trang 12/14

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CHI TIẾT
3.1 Mạch nguồn 2 đầu ra (5V và 3.3V)

Hình 3–5: Schematic mạch nguồn 2 đầu ra (5V và 3.3V)

Giải thích:
- Trước ngõ vào Vin ta dùng biến áp để chuyển điện áp 220V AC thành điện áp 9V AC.
- Dòng điện 9V AC từ Vin qua cầu diode để chuyển thành dòng điện có điện áp 9V DC.
- Tiếp theo, mạch lọc lọc các gợn xoay chiều sau chỉnh lưu để có nguồn DC
phẳng hơn.
- Dòng điện 9V DC sau khi được lọc được qua IC ổn áp 5V LM7805 cho ra nguồn 5V
DC.
- Sau IC ổn áp 5V, dòng điện được lọc nhiễu và các thành phần nhấp nhô một lần nữa
để cho ra nguồn 5V DC ổn định.
- Dòng điện 5V DC được đưa qua IC ổn áp 3.3V AMS1117 để cho ra dòng điện có điện
áp 3.3V.
- Sau IC ổn áp 3.3V, dòng điện được lọc nhiễu và các thành phần nhấp nhô một lần nữa
để cho ra nguồn 3.3V DC ổn định.


ĐỒ ÁN 1
Trang 13/14

3.2 Mạch khóa cửa tự động dùng RFID

Hình 3–6: Schematic mạch khóa cửa tự động dùng RFID

Giải thích:

- Vi xử lý ATmega328 được lắp để hoạt động như một arduino.
- Các chân giao tiếp SPI được nối từ ATmega328 tới Module RC522 để truyền và nhận
dữ liệu.
- Chân Digital I/O 6 được lập trình thay đổi mức cao hoặc thấp khi được thẻ từ đúng
mã cho phép quẹt vào module RC522, để làm tắt hoặc mở led (tương đương với khóa
hoặc mở khóa cửa).


ĐỒ ÁN 1
Trang 14/14

CHƯƠNG 4 THI CÔNG
Yêu cầu thi công và kết quả thi công được tổng hợp trong bảng 4.1.
Bảng 4–2: So sánh yêu cầu và kết quả thi công

Khối

Nguồn

Điều khiển

Yêu cầu thi công
Nguồn vào 220V AC

Kết quả thi công
Nguồn vào 220V AC

Nguồn ra 5V DC

Nguồn 2 ngõ ra 5.1V DC và

3.4V DC

Nạp code và sử dụng vi điều
khiển ATmega328

Thi công thành công mạch sử
dụng vi điều khiển ATmega328
có thể nạp code và sử dụng như
1 Arduino
Dùng thẻ RFID với mã thẻ cho
phép để bật/tắt led (tương
đương với khóa/mở khóa cửa)

Dùng thẻ RFID để khóa cửa
RFID


ĐỒ ÁN 1
Trang 15/14

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN
- Thành quả đạt được sau Đồ án này: sử dụng phần mềm Altium Designer vẽ
Schematic, Layout mạch nguồn 2 ngõ ra (5V DC và 3.3V DC), mạch ATmega328 sử
dụng như 1 Arduino và mạch RFID. Tìm hiểu lý thuyết, nguyên lý hoạt động của các
linh kiện chính trong hệ thống và hiểu hoạt động của hệ thống “Khóa cửa tự động dùng
RFID”.
- Từ đồ án này, có thể phát triển trở thành hệ thống “Khóa cửa tự động thông minh”
với tính năng dễ dàng ghi nhận thêm mã thẻ mới (nhập đúng password trước khi nhận
thêm mã thẻ mới) hay hệ thống “Điều khiển nhiều thiết bị bằng RFID” để tăng bảo mật
cho thiết bị.

- Sau đồ án 1, đã học được cách sử dụng phần mềm Altium Designer căn bản (vẽ
Schematic, Layout), hiểu thêm về hoạt động của một số linh kiện điện tử, được rèn
luyện kỹ năng thi công mạch điện tử.


ĐỒ ÁN 1
Trang 16/14

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Datasheet LM7805/www.alldatasheet.com.
[2] Datasheet AMS1117/www.alldatasheet.com.
[3] Datasheet RC522/www.alldatasheet.com.
[4] Datasheet ATmega328/www.alldatasheet.com.


ĐỒ ÁN 1
Trang 17/14

PHỤ LỤC A