KHÓA PHÍM điện tử có báo ĐỘNG

ĐỒ ÁN 2

KHÓA PHÍM ĐIỆN TỬ CÓ BÁO ĐỘNG


MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC BẢNG
BẢNG 2.1: CHỨC NĂNG CỦA CÁC CHÂN LCD……………………… 8

2


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
CMOS

Complementary Metal-Oxide-Semiconductor

3


PIC

Programmable Interface Controller

FSR

File Select Register

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
4


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. 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 em đã chọn đề tài “Khoá phím điện tử có báo động ” để làm đồ án môn học.
Sau một thời gian học tập và rèn luyện, với sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo
TS.Lê Anh vũ và các tài liệu có liên quan, 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.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô!

5


ĐỒ ÁN 2
TRANG 6/30

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHÓA SỐ

1.1 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.
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
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.

HÌNH 1.1: KHÓA SỐ TRÊN THỊ TRƯỜNG SỬ DỤNG VÂN

Khóa phím điện tử có báo động


ĐỒ ÁN 2
TRANG 7/30

1.2 Yêu cầu của hệ thống
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.
Hệ thống phải làm việc được ngay cả khi mất điện.

Với yêu cầu về tính năng như trên, 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.
• Module sim900a dùng thông báo qua điện thoại khi nhập mật khẩu sai 3
lần liên tiếp.

Khóa phím điện tử có báo động


ĐỒ ÁN 2
TRANG 8/30

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.1 sơ đồ khối
Khối điều khiển

Khối giao tiếp
và hiển thị
thông tin

Hình 2.1: sơ đồ khối khóa số cơ bản.
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.
2.2 Các modul trong hệ thống

Báo Động

Màn Hình Hiển
Thị LCD

Khối Nguồn

Vi Điều Khiển
PIC

Bàn Phím Ma
Trận 4x4

HÌNH 2.2 : SƠ ĐỒ KHỐI CÁC MODUL TRONG HỆ THỐNG

2.2.1 Khối Điều Khiển Trung Tâm

Khóa phím điện tử có báo động


ĐỒ ÁN 2
TRANG 9/30

HÌNH 2.3 : KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN

Khối vi điều khiển sử dụng vi điều khiển Pic16F877A, nó đóng vai trò hết sức
quan trọng trong hệ thống để điều khiển hệ thống khóa số. Khối VĐK bao gồm
mạch tạo dao động thạch anh, mạch Reset để reset hệ thống lại trạng thái ban đầu.
Các chân của VĐK sẽ được kết nối với các khối khác như động cơ, bàn phím, khối
hiển thị. Lưu trữ mật khẩu qua bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ ngay khi mất điện.
Toàn bộ dữ liệu mà ta thiết kế để điều khiển hệ thống khóa số đều được chứa trong
bộ nhớ của VĐK.
2.2.1.1 Đặc điểm pic 16f877a

Báo Động
Khóa phím điện tử có báo động

Màn Hình Hiể


ĐỒ ÁN 2
TRANG 10/30

Khối Nguồn

Vi Điều Khiển

Vi Điều Khi
Khuếch Đạ
Đ
ộ
ng
C
ơ
Kh
ố
i
Ngu
ồ
n
Công nghệ CMOS có đặc tính : công suất thấp, công nghệ bộ nhớ
Flash/EEPROM tốc độ cao. Điện áp hoạt động từ 2V đến 5,5V và tiêu tốn năng
nượng thấp. phù hợp với nhiệt độ làm việc trong công nghiệp và trong thương mại.
Tốc độ hoạt động :

Động Cơ

- DC – 20MHz ngõ vào xung clock
- DC – 200ns chu kỳ lệnh
Dung lượng của bộ nhớ chương trình Flash là 8K x 14words.
Dung lượng của bộ nhớ dữ liệu RAM là 368x8Bytes.
Dung lượng của bộ nhớ dữ liệu EEPROM là 256x8 Bytes.
Bộ nhớ dữ liệu EEPROM cho phép xóa và ghi 1.000.000 lần.
Bộ nhớ EEPROM có thể lưu giữ dữ liệu hơn 40 năm và có thể tự lập trình lại

được dưới sự điều khiển của phần mềm.
Số chân : 40 pins. 5 cổng vào ra số RA,RB,RC,RD,RE.

HÌNH 2.4: SƠ ĐỒ CHÂN CỦA PIC 16F877A.
2.2.1.2 Bộ nhớ EEPROM
Dữ liệu EEPROM và bộ nhớ chương trình Flash có thể đọc và ghi trong suốt
quá trình hoạt động bình thường. Bộ nhớ này không được thiết lập trực tiếp trong
không gian file thanh ghi đặc biệt. Có 6 thanh ghi FSR được sử dụng để đọc và ghi
bộ nhớ này:

Khóa phím điện tử có báo động

Khuếch


ĐỒ ÁN 2
TRANG 11/30








EECON1
EECON2
EEDATA
EEDATH
EEADR

EEADRH

Khi giao tiếp với khối bộ nhớ dữ liệu , thanh ghi EEDATA chứa 8bít dữ liệu
cho việc đọc/ghi và thanh ghi EEADR chứa địa chỉ ô nhớ của EEPROM đang được
truy xuất. Nếu pic có bộ nhớ 128 byte thì địa chỉ nằm trong khoảng từ 80H đến
FFH, nếu PIC có bộ nhớ EEPROM là 256 byte thì địa chỉ nằm trong khoảng từ 00h
đến FFh. Với PIC 16f877a có 256 byte bộ nhớ nên EEPROM nằm trong khoảng từ
00h đến FFh.
2.2.1.3 Ghi dữ liệu vào bộ nhớ EEPROM:
Để ghi dữ liệu vào EEPROM thì người sử dụng phải ghi địa chỉ vào thanh
ghi EEADR và dữ liệu vào thanh ghi EEDATA . sau đó phải thực hiện ghi theo trình
tự chỉ định để ghi cho mỗi byte.
Quá trình ghi sẽ không được khởi động nếu thứ tự ghi không được thực hiện
chính xác cho mỗi byte . phải cấm tất cả các yêu cầu ngắt khi thực hiện quá trình
ghi này .
Ngoài ra bit WREN trong thanh ghi EECON2 phải được set để cho phép ghi.
Cơ chế này ngăn chặn các hoạt động ghi ngẫu nhiên vào EEPROM liên quan đến
sai sót mã bảo bệ . Người sử dụng nên giữ bit WREN ở trạng thái Clear , ngoại trừ
khi truy cập dữ liệu vào bộ nhớ dữ liệu EEPROM. Bit WREN không được xóa bằng
phần cứng.
Sau khi quá trình ghi đã được khởi đọng thì nếu ta xóa bit WREN sẽ không
ảnh hưởng đến chu kỳ này. Bit WR sẽ bị chặn không cho lên 1 trừ khi bit WREN
được set.
Khi hoàn tất chu kỳ ghi bit WR được xóa bởi phần cứng và bit cờ báo ngắt
hoàn thành xong quá trình ghi EEIF được set. Người dung có thể cho phép sự ngắt

Khóa phím điện tử có báo động


ĐỒ ÁN 2

TRANG 12/30

hoặc kiểm tra bit này để biết quá trình ghi kết thúc . bit EEIF phải được xóa bằng
phần mềm.
Tuy rằng các bước ghi dữ liệu vào bộ nhớ EEPROM có nhiều bước và nhiều
bit trên thanh ghi được để ý đến như vậy nhưng khi dùng C để làm việc với PIC thì
ta chỉ cần chú ý đến lệnh ghi : WRITE_EEPROM(address,x)
Trong lệnh :write_eeprom(address,x)
Address : địa chỉ của EEPROM ta cần ghi
X : giá trị ta cần ghi (byte).

2.2.2 Khối Hiển Thị
Khối hiển thị chính là màn hình hiển thị LCD 16x2

Khóa phím điện tử có báo động


ĐỒ ÁN 2
TRANG 13/30

HÌNH 2.5 : SƠ ĐỒ CHÂN CỦA LCD
Chức năng các chân:
Chân số
1
2
3
4

Tên
VSS

Vdd
Vee
RS

Chức năng
Chân nối đất
Chân cấp nguồn
Chân này dùng để điều chỉnh độ sáng
Chân chọn thanh ghi
RS=0:ghi mã lệnh
RS=1: ghi dữ liệu

5

R/w

Chân chọn chế độ đọc/ghi
RW=0: chế độ ghi
RW=1: chế độ đọc

6

E

7

Chân cho phép (Enable).
E=0: Dữ liệu được LCD chuyển vào thanh ghi bên
trong.
E=1: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7.

DB0- Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông
DB7 tin với MPU.
BẢNG 2.1: CHỨC NĂNG CỦA CÁC CHÂN LCD

Khóa phím điện tử có báo động


ĐỒ ÁN 2
TRANG 14/30

2.2.3. Bàn Phím

HÌNH 2.6: MA TRẬN 16 PHÍM
Thực hiện chức năng giao tiếp với vi điều khiển PIC 16F87, dùng để hiển thị
nhập password, thay đổi password, mở khóa cửa.
Với các phím số từ 0 =>9 và các phím chức năng mở cửa, khóa cửa, và đổi
mật khẩu.
Để kết nối với vi điều khiển thì ta treo 8 đầu vào của ma trận phím với trở
treo lên dương nguồn, với giá trị cảu trở treo là R8=4.7K
Nguyên lý hoạt động của việc quét phím chính là cho các cột bằng 1 và lần
lượt các chân nối vơi hàng mức 0. Rồi kiểm tra xem có cột nào bằng 0 hay không,
nếu cột nào bằng 0 trong thời điểm một hàng bằng 0 thì phát hiện ra phím đó được
bấm.
2.2.4 Khối Nguồn

Khóa phím điện tử có báo động


ĐỒ ÁN 2
TRANG 15/30

HÌNH 2.7: SƠ ĐỒ KHỐI NGUỒN
Dùng nguồn 12V xoay chiều đưa vào cầu điốt để tạo ra điện áp một chiều,
qua tụ san phẳng cho điện áp bằng phẳng hơn. Dùng IC7805 để ổn định điện áp đầu
ra cho mạch của khối điều khiển.
2.3 Sơ đồ nguyên lý của mạch

HÌNH 2.8 : SƠ ĐỒ TỔNG THÊ HỆ THỐNG

Khóa phím điện tử có báo động


ĐỒ ÁN 2
TRANG 16/30

2.4

Nguyên lý hoạt động của mạch
Khi muốn mở cửa thì phải gõ đúng mật khẩu với độ dài 6 ký tự. Nếu gõ đúng

thì màn hình LCD hiển thị chữ mở cửa và ngươc lại màn hình LCD hiển thị chữ
nhập sai mật khẩu.
Nếu nhập mật khẩu sai 3 lần liên tiếp thì hệ thống báo động sẽ hoạt động.
Muốn đổi mật khẩu ta nhấn nút đổi mật khẩu trên bàn phím, khi này LCD báo
nhập mật khẩu cũ, và ta phải nhập đúng mật khẩu cũ thì mới đổi được mật khẩu,
nếu nhập đúng mật khẩu thì LCD thông báo nhập mật khẩu mới. nhập xong thì nhấn
OK, vậy là mật khẩu đã được đổi.
2.5

Sơ đồ thuật toán điều khiển

Bắt Đầu

Khởi Tạo Biến, Mảng, LCD

QUÉT PHÍM
NHẬP PHÍM

MỞ CỬA - ĐỔI PASS

END

HÌNH 2.9 : LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT.

Khóa phím điện tử có báo động

KIỂM TRA SỐ
LẦN >=3


ĐỒ ÁN 2
TRANG 17/30

CHƯƠNG 3 : KẾT LUẬN
3.1 Kết luận
Với hoạt động như trên , từ mô phỏng trên phần mềm hoàn toàn có thể đưa ra
làm mạch thật.
Hiện nay những hệ thống kiểm soát ra vào theo mã đã sử dụng những hình
thức quản lý tiên tiến hơn như:từ thẻ,vân tay …tuy nhiên chi phí không hề thấp.Một
hệ thống quản lý như chúng em thiết kế vẫn còn có những ứng dụng nhất định.
Đây là một đề tài rất có ứng dụng trong thực tế nên chúng em sẽ cố gắng để

hoàn thiện đề tài,và phù hợp với nhu cầu thực tế.
3.2 Hướng phát triển
Đưa sản phẩm vào thực tiễn, có thể là một sản phẩm kinh doanh mang tính
kinh tế. Sản phẩm được ứng dụng ở nhiều nơi, không chỉ là ở các cánh cửa của gia
đình, công ty, xí nghiệp, mà còn ở nhiều nơi khác.

Khóa phím điện tử có báo động


ĐỒ ÁN 2
TRANG 18/30

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Khóa phím điện tử có báo động