Luận Văn Thiết kế và thi công mô hình khóa điện tử có giám sát từ xa sử dụng GSM và RFID

TR

NG H SPKT TP. H

C NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM

CHÍ MINH

KHOA I N- I N T
B

MỌN I N T

CL P-T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

DO - H NH PHÚC

----o0o---Tp. HCM, ngày 05 tháng 07 n m 2019

NHI M V
H tên sinh viên: Nguy n Thành D

ÁN T T NGHI P
ng

MSSV: 14141051

Tr n V nh S n

MSSV: 14141266

i n t công nghi p

Chuyên ngành:
H đào t o:

i h c chính quy

Khóa:

2014

I. TểN

Mã ngành:

141

Mã h :

1

L p:

14141DT3

TÀI: THI T K VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH KHịA I N T

GIÁM SÁT T

XA S

CÓ

D NG GSM VÀ RFID

II. NHI M V
1. Các s li u ban đ u:
- Pham Minh Tuan, ebook :Internet Of Things(IoT): cho ng

i m i b t đ u,

2017 ( />- Nguy n Ng c L c, “Thi t k , thi công mô hình h thông đi u khi n đi n và
giám sát nhà” , đ án t t nghi p , tr

ng HSPKT Tp HCM, 2018.

- Ph m H ng Th nh, “Thi t k , thi công h th ng đi u khi n và giám sát thi t b
nhà có h tr Google Assistant”, đ án t t nghi p, tr
-H

ng HSPKT TpHCM, 2018.

ng d n s d ng Module sim900-MLAB ( />
dung-module-sim900.html).
- Nguyen Dinh Phu, Truong Ngoc Anh, giáo trình vi x lý , Xu t b n H Qu c
Gia, Tp.HCM, 2013.
-H

ng d n s d ng Module c m bi n chuy n đ ng HC - SR501-MLAB

( />
i


- L p trình và s d ng module đ c th RFID-RC522 – Arduino.vn
( />2. N i dung th c hi n:
- Tìm hi u Arduino, module sim900, module RFID, c m bi n chuy n đ ng,
phím ma tr n 4x4.
- Thi t k , tính toán, thi công m ch giao ti p module sim v i Arduino.
- Thi t k , tính toán, thi công m ch giao ti p c m bi n chuy n đ ng v i
Arduino.
- Thi t k , tính toán, thi công m ch giao ti p c m bi n chuy n đ ng v i
Arduino.
- Thi t k , tính toán, thi công m ch giao ti p module RFID v i Arduino.
- Vi t ch

ng trình đi u khi n mô hình.

- Thi t k ngu n cung c p cho mô hình.
- Ch y th nghi m mô hình.
- Vi t báo cáo.
- Báo cáo cáo đ tài t t nghi p.
III. NGÀY GIAO NHI M V :

19/02/2019

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 05/07/2019
V. H

VÀ TÊN CÁN B

CÁN B H

NG D N

H

NG D N: PGS.TS Nguy n Thanh H i
BM. I N T

ii

CÔNG NGHI P – YSINH


TR
B

NG H SPKT TP. H CHệ MINH KHOA
I N- I N T
MỌN I N T CỌNG NGHI P ậ Y SINH

C NG HọA XÃ H I CH NGH A VI T NAM
C L P - T DO - H NH PHÖC
----o0o---Tp. HCM, ngày 4 tháng 1 n m 2019

L CH TRÌNH TH C HI N

ÁN T T NGHI P

H tên sinh viên: Tr n V nh S n
L p: 14141DT3B

MSSV: 14141266

H tên sinh viên: Nguy n ThƠnh D

ng

L p: 14141DT3A

MSSV: 14141051

Tên đ tài: THI T K VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH KHịA I N T
SÁT T XA S D NG GSM VÀ RFID

Tu n/ngày

N i dung

Tu n 1 (18/02 - 24/02) G p g GVHD và trao đ i v đ tài t t nghi p.
Tu n 2 (25/02 - 03/03) Tìm hi u các đ tài nghiên c u có liên quan.
Tu n 3 (04/03 - 10/03)

Tu n 4 (11/03 - 17/03)

G p và báo cáo v i GVHD v đ tài s th c hi n.
Tìm hi u v các linh ki n s s d ng

Tìm hi u v giao ti p gi a module Sim v i Arduino.
V s đ kh i và n i dung t ng kh i.
Thi t k và l p trình cho Arduino và module Sim

Tu n 5 (18/03 - 24/03) Báo cáo ti n đ v i GVHD.

Tu n 6 (25/03 - 31/03)

Tu n 7 (01/04 - 07/04)

Hoàn thành c s lý thuy t, thi t k nguyên lý t ng
kh i.
Hoàn thành giao ti p (g i sms) gi a module Sim và
Arrduino.
Tìm hi u giao ti p Arduino và phím ma tr n.
Vi t code cho phím ma tr n và Arduino.
iii

CÓ GIÁM

Xác nh n
GVHD


Báo cáo ti n đ cho GVHD.
Tu n 8 (08/04 - 14/04) Vi t báo cáo thi t k kh i m khóa dùng phím ma
tr n.
Tìm hi u và giao ti p gi a RFID và Arduino
Tu n 9 (15/04 - 21/04)

Hoàn thành giao ti p phím ma tr n và vi t code
RFID.
Vi t báo cáo.
Báo cáo ti n đ cho GVHD.

Tu n 10 (22/04 28/04)

G i tài li u, hình nh, báo cáo ti n đ 50%
Vi t code cho RFID , ma tr n phím và Arduino.

Tu n 11 (29/04 05/05)
Tu n 12 (06/05 12/05)
Tu n 13(13/05 19/05)

Tìm hi u giao ti p c m bi n chuy n đ ng PIR, nút
nh n đ n v i Arduino
Vi t code cho PIR, nút nh n v i Arduino.
T ng h p code toàn m ch.
Vi t báo cáo.
Báo cáo ti n đ v i GVHD.
Ch nh s a báo cáo.
Ki m tra và ch nh s a toàn m ch

Tu n 14,15,16 (20/05 i dây, hoàn thành mô hình.
– 09/06)
Vi t nh n xét đánh giá
Hoàn thành báo cáo
GV H

NG D N

(Ký và ghi rõ h và tên)

iv


L I CAM OAN
tr

Chúng em xin cam đoan đ tài này do chúng em th c hi n d a trên tài li u
c đó và không sao chép tài li u hay công trình tr c đó.
Tp. HCM, ngày 05 tháng 07 n m 2019

Ng

i th c hi n đ tài

Tr n V nh S n
Nguy n ThƠnh D

v

ng


L IC M

N

Trong quá trình th c hi n đ án t t nghi p, chúng em đư nh n đ c nhi u s

giúp đ t Th y/Cô ng i thân và b n bè. c bi t, chúng em xin g i l i c m n
chân thành, sâu s c t i Th y PGS.TS Nguy n Thanh H i đư h ng d n và góp ý t n
tình, c ng nh chia s nhi u kinh nghi m quý báu, t o đi u ki n t t nh t đ chúng
em hoàn thành t t đ tài.
Chúng em c ng xin c m n các Th y, Cô khoa i n i n t đư t o đi u ki n
t t nh t đ chúng em hoàn thành t t đ tài. Và xin c m n t t c b n bè, ng i thân
đư ng h và giúp đ nhi t tình cho chúng em.
Sau cùng, dù có nhi u c g ng và s giúp đ c a m i ng i nh ng do th i
gian th c hi n ch 15 tu n, kinh nghi m còn h n ch nên chúng em không tránh
đ c nh ng thi u sót. Chúng em mong quý Th y /Cô, ng i thân, b n bè c m thông
và chân thành góp ý đ chúng em hoàn thi n t t đ tài h n.
Chúng em xin chân thành c m n!
Tp. HCM, ngày 05 tháng 07 n m 2019

Ng

i th c hi n đ tài
Tr n V nh S n

Nguy n ThƠnh D

vi

ng


M CL C
NHI M V

ÁN T T NGHI P ................................................................................. i

L CH TRÌNH TH C HI N

ÁN T T NGHI P ................................................... iii

L I CAM OAN .............................................................................................................. v
L IC M

N ................................................................................................................... vi

M C L C ........................................................................................................................ vii
LI T KÊ HÌNH NH ...................................................................................................... ix
LI T KÊ B NG ................................................................................................................ x
TÓM T T ......................................................................................................................... xi
Ch

ng 1. T NG QUAN ................................................................................................. 1

1.1

TV N

................................................................................................... 1

1.2 M C TIÊU ....................................................................................................... 2
1.3 N I DUNG NGHIÊN C U ............................................................................ 2
1.4 GI I H N ........................................................................................................ 2
1.5 B
Ch

C C ............................................................................................................ 3

ng 2. C

S

LÝ THUY T ..................................................................................... 4

2.1 GI I THI U V IOTS (INTERNET OF THINGS) ................................... 4
2.2 GI I THI U PH N C NG ........................................................................... 4
2.2.1 Module c m bi n chuy n đ ng PIR HC – SR501 ....................................... 4
2.2.2 Phím ma tr n 4x4 ........................................................................................ 6
2.2.3 Module Sim900a ......................................................................................... 7
2.2.4 Vi đi u khi n ............................................................................................... 8
2.2.5 Công ngh RFID ......................................................................................... 9
2.3 GIAO TI P I2C ........................................................................................... 13
2.4 CHU N TRUY N THÔNG UART ............................................................ 13
2.5 GIAO TI P SPI ............................................................................................. 14
2.6 PH N M M ARDUINO IDE....................................................................... 15
Ch

ng 3. TÍNH TOÁN VÀ THI T K ...................................................................... 16

3.1 GI I THI U .................................................................................................. 16

vii


3.2.2 Thi t k chi ti t .......................................................................................... 18
3.2.3 S đ nguyên lý toàn m ch ....................................................................... 28

Ch

ng 4. THI CỌNG MỌ HỊNH ................................................................................ 30

4.1 GI I THI U .................................................................................................. 30
4.2 THI CÔNG MÔ HÌNH ................................................................................. 30
4.2.1 Danh sách linh ki n ................................................................................... 30
4.2.2 L p ráp mô hình ........................................................................................ 31
4.3 L P TRÌNH CHO MÔ HÌNH...................................................................... 34
4.3.1 L u đ ch
Ch

ng trình .................................................................................. 34

ng 5. K T QU _NH N XÉT_ ÁNH GIÁ ........................................................ 40

5.1 GI I THI U .................................................................................................. 40
5.2 K T QU ....................................................................................................... 40
5.1.1 K t qu đ t đ

c ....................................................................................... 40

5.1.2 K t qu th c nghi m ................................................................................. 40
5.3 NH N XÉT .................................................................................................... 45
5.3.1

u đi m ..................................................................................................... 45

5.3.2 H n ch ...................................................................................................... 46
5.4 ÁNH GIÁ ..................................................................................................... 46

Ch

ng 6. K T LU N VẨ H

NG PHÁT TRI N .................................................. 47

6.1 K T LU N ..................................................................................................... 47
6.2 H

NG PHÁT TRI N ................................................................................ 47

TÀI LI U THAM KH O .............................................................................................. 48
PH L C ......................................................................................................................... 49

viii


LI T KÊ HÌNH NH
Hình 2.1 Hình d ng c a c m bi n PIR HC-SR501. ................................................... 5
Hình 2.2 Hình nh nguyên lý ho t đ ng c a c m bi n PIR. ....................................... 5
Hình 2.3 Hình nh s đ chân c a c m bi n PIR. ...................................................... 6
Hình 2.4 Hình nh s đ k t n i c a phím ma tr n 4x4. ............................................ 7
Hình 2.5 Hình nh phim ma tr n 4x4.......................................................................... 7
Hình 2.6 Hình nh Module SIM900A ........................................................................ 7
Hình 2.7 Hình nh Arduino Mega............................................................................... 9
Hình 2.8 Hình nh Module RFID RC522. ................................................................ 10
Hình 2.9 Hình nh LCD 16x2. .................................................................................. 11
Hình 2.10 M ch chuy n giao ti p LCD 16x2. .......................................................... 13
Hình 2.11 Hình nh k t n i gi a Master và Slave. ................................................... 15
Hình 2.12 Logo ph n m m IDE ................................................................................ 15

Hình 2.13 Hình nh giao di n ph n m m IDE .......................................................... 16
Hình 3.1 S đ kh i c a mô hình.............................................................................. 17
Hình 3.2 S đ nguyên lý c a kh i đi u khi n arduino. ........................................... 19
Hình 3.3 S đ nguyên lý c a kh i giám sát. ........................................................... 20
Hình 3.4 S đ nguyên lý kh i c m bi n. ................................................................. 20
Hình 3.5 S đ nguyên lý kh i báo đ ng.................................................................. 21
Hình 3.6 S đ nguyên lý kh i đ ng c và nút nh n. ............................................... 22
Hình 3.7 S đ nguyên lý kh i m khóa. ................................................................. 23
Hình 3.8 S đ nguyên lý m ch m khóa dùng RFID. ............................................. 24
Hình 3.9 S đ nguyên lý m ch m khóa dùng ma tr n phím. ................................ 25
Hình 3.10 S đ n i dây ma tr n phím 4x4. ............................................................. 25
Hình 3.11 S đ nguyên lý kh i hi n th . ................................................................. 26
Hình 3.12 Hình nh module h áp LM2596. ............................................................ 27
Hình 3.13 S đ nguyên lý mô hình khóa thông minh. ............................................ 28
Hình 4.1 Hình nh m ch x lý trung tâm.................................................................. 31
Hình 4.2 Hình nh m ch giám sát module sim. ........................................................ 31
Hình 4.4 Hình nh m ch báo đ ng. .......................................................................... 32
Hình 4.5 Hình nh mô hình hoàn thi n. .................................................................... 33
Hình 4.6 L u đ ch ng trình t ng quát toàn b ho t đ ng..................................... 34
Hình 4.7 L u đ ch ng trình chính. ........................................................................ 35
Hình 4.8 L u đ ch ng trình con thêm th , xóa th và đ i pass. ........................... 36
Hình 4.9 L u đ ch ng trình ki m tra ng t c a nút nh n và cánh báo PIR ........... 37
Hình 5.1 Hình nh màn hình LCD tr ng thái ch qu t th . ...................................... 41
Hình 5.2 Hình nh LCD khi qu t th sai................................................................... 41

ix


Hình 5.3 Hình
Hình 5.4 Hình

Hình 5.5 Hình
Hình 5.6 Hình
Hình 5.7 Hình
Hình 5.8 Hình
Hình 5.9 Hình

nh m ch báo đ ng ho t đ ng........................................................... 42
nh module Sim g i tin nh n c nh báo qu t th sai. ........................ 42
nh màn hình LCD tr ng thái qu n lý ............................................ 43
nh LCD khi ch đ thêm th ........................................................ 43
nh LCD khi ch n ch đ xóa th . .................................................... 44
nh LCD yêu c u nh p m t kh u c khi ch n ch đ đ i m t kh u. 44
nh tin nh n c nh báo khi PIR phát hi n có ng i l xâm nh p....... 45

LI T KÊ B NG
B ng 4.1 Danh sách linh ki n s d ng……………………………………………..30

x


TÓM T T
Ngày nay tr

c s phát tri n không ng ng c a khoa h c k thu t, đ c bi t là

thành công c a cu c cách m ng k thu t 4.0 làm cho th gi i c a chúng ta ngày
càng thay đ i, cu c s ng tr nên v n minh và hi n đ i h n.
Cùng v i s phát tri n đó thì các t n n x y ra ngày càng tinh vi và khó di u
tra đ

c. Trong đó, t n n tr m c p c ng là v n đ đáng lo ng i. vì th ,” Thi t k và

thi công mô hình khóa đi n t có giám sát t xa s d ng GSM và RFID” đư đ a
ra m t gi i pháp thay th nh ng h th ng b o m t truy n th ng.
Mô hình s d ng board Arduino Mega 2560 đ làm kh i đi u khi n trung tâm.
S d ng công ngh th t RFID đ m l p đ u tiên k t h p phím ma tr n 4x4 đ m
khóa. Giám sát ngôi nhà qua GSM đ g i tin nh n c nh báo cho ng

i dùng. Mô

hình phát hi n chuy n đ ng b ng vi c s d ng c m bi n chuy n đ ng PIR.

xi


CH

NG 1. T NG QUAN

Ch

ng 1. T NG QUAN
TV N

1.1

Ngày nay v i s phát tri n không ng ng c a khoa h c và công ngh đư làm
cho cu c s ng c a con ng

iđ

c t t h n và hoàn thi n h n. Các thi t b đi u khi n

thông minh và t đ ng c ng đ

c phát tri n. Trong đó có nhà thông mình v i các

thi t b trong nhà ho t đ ng m t cách t đ ng ho c bán t đ ng và vi c giám sát
đi u khi n tr nên thu n l i, an toàn và an ninh h n nh đ

c đi u khi n t xa.V i

s xu t hi n và phát tri n m nh m c a công ngh IoT [1], vi c qu n lý c n nhà
càng đ

c c i thi n h n, các thi t b đ

bluetooth, m ng vi n thông và đ
smart phone, máy tính b ng

c k t n i v i nhau thông qua wifi,

c đi u khi n b i ng

i dùng trên các thi t b nh

b t k đâu.

Hi n nay có r t nhi u đ tài nghiên c u v nhà thông minh nh đ án t t
nghi p c a Nguy n Ng c L c v đ tài “Thi t k , thi công mô hình h thông đi u

khi n đi n và giám sát nhà” dùng board Arduino Mega 2560 làm b đi u khi n
trung tâm k t h p module ESP8266 Node MCU và module sim900A thông qua App
Android và Web server đ đi u khi n và giám sát các thi t b trong nhà nh đo nhi t
đ ,đ

m, báo đ ng rò r khí ga, khi có ng

đ n ng

i đ t nh p thì báo đ ng và g i tin nh n

i s d ng, h th ng còn nh n bi t khi m t đi n thì t đ ng chuy n sang

ngu n d phòng (acquy) và g i tin nh n cho ng

i s d ng [2]. Tác gi Ph m H ng

Th nh v i đ tài “ Thi t k , thi công h th ng đi u khi n và giám sát thi t b nhà có
h

tr

Google Assistant”. H th ng này s

d ng board Arduino, module wifi

ESP8266 Node MCU, c m bi n nhi t đ , khí gas, chuy n đ ng. Ng

i dùng có th

giám sát b ng smartphone h đ u hành android truy c p Web b t k n i nào có wifi
ho c internet. Có th giám sát h th ng t xa, hi n th nhi t đ , báo đ ng khi rò r
khí gas ho c có tr m đ t nh p [3].
Bên c nh s phát tri n c a đ i s ng con ng

i thì các t n n xã h i x y ra ngày

càng nhi u v i hình th c ngày càng tinh vi h n, trong đó có n n tr m c p tài s n.
Các bi n pháp b o b truy n th ng không th đáp ng yêu c u b o v an toàn cho tài
B

MỌN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

1


CH

NG 1. T NG QUAN

s n. Vì th , yêu c u có m t thi t b thông minh h n giúp b o v tài s n đ

c an toàn

h n.
T các th c ti n trên, nhóm em quy t đ nh l a ch n đ tài “Thi t k và thi
công mô hình khóa đi n t có giám sát t xa s d ng GSM và RFID” đ góp
ph n h n ch t i đa m t mát tài s n. H th ng s d ng b đi u khi n trung tâm là

board Arduino giao ti p v i module sim900A [4], phím ma tr n 4x4 [5], c m bi n
chuy n đ ng HC-SR501 [6], module RFID RC522 [7].

1.2 M C TIÊU
Thi t k và thi công mô hình đi u khi n và giám sát khóa ch ng tr m thông
minh. Có th giám sát t xa qua m ng vi n thông (tin nh n) và đi u khi n tr c ti p
t ma tr n phím 4x4, th RFID.

1.3 N I DUNG NGHIÊN C U
- Tìm hi u Arduino, module sim900, module RFID, c m bi n chuy n đ ng,
phím ma tr n 4x4.
- Thi t k , tính toán, thi công m ch giao ti p module sim v i Arduino.
- Thi t k , tính toán, thi công m ch giao ti p c m bi n chuy n đ ng v i
Arduino.
- Thi t k , tính toán, thi công m ch giao ti p c m bi n chuy n đ ng v i
Arduino.
- Thi t k , tính toán, thi công m ch giao ti p module RFID v i Arduino.
- Vi t ch

ng trình đi u khi n mô hình.

- Thi t k ngu n cung c p cho mô hình.
- Ch y th nghi m mô hình.
- Vi t báo cáo.
- Báo cáo cáo đ tài t t nghi p.

1.4 GI I H N
- Mô hình không áp d ng cho nhà

B

MỌN I N T

th c t .

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

2


CH

NG 1. T NG QUAN
- Mô hình s d ng m ng vi n thông (SMS) đ giám sát. Trên th c t thì có th

s d ng nhi u lo i sóng đ giám sát nh : bluetooth, wifi.
- Mô hình dùng c m bi n chuy n đ ng HC-SR501, kho ng cách phát hi n t i đa
5m.
- Dùng chuông buzzer c nh báo khi có ng

1.5 B
Ch

i đ t nh p.

C C
ng 1: T ng quan.

Ch

ng này trình bày đ t v n đ d n nh p lý do ch n đ tài, m c tiêu, nôi

dung nghiên c u, các gi i h n thông s và b c c đ án.
Ch

ng 2: C s lý thuy t.
Ch

ng này trình bày khái quát v công ngh IOT, gi i thi u các module, linh

ki n s d ng cho thi t k mô hình (Arduino, module RFID, module Sim900, c m
bi n chuy n đ ng PIR, ma tr n phím), ki n th c c b n và các ph n m m liên quan
đ h tr cho l p trình đi u khi n mô hình.
Ch

ng 3: Tính toán vƠ thi t k .
a ra s đ kh i, tính toán và thi t k kh i ngu n, kh i đi u khi n trung tâm,

kh i c m bi n, kh i báo đ ng, kh i đ ng c và nút nh n, kh i m khóa, kh i giám
sát, kh i hi n th .
Ch

ng 4: Thi công h th ng
Thi t k l u đ gi i thu t, vi t ch

Ch

ng trình, thi công mô hình.

ng 5: K t qu , nh n xét vƠ đánh giá

a ra k t qu , hình nh mô hình, nh n xét u - nh

c đi m và đánh giá v

mô hình.
Ch

ng 6: K t lu n vƠ h

ng phát tri n

a ra K t lu n đ tài sau th i gian th c hi n, và h

ng phát tri n c a mô

hình.

B

MỌN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

3


CH

NG 1. T NG QUAN

Ch

ng 2. C

S

LÝ THUY T

2.1 GI I THI U V IOTS (INTERNET OF THINGS)
Internet of Things (IoTs) là m ng l

i m i th đ u đ

c k t n i v i Internet

hay là các thi t b k t n i v i nhau trong m t m ng Internet duy nh t. Trong đó, các
thi t b , đ v t có kh n ng k t n i, thu th p, trao đ i thông tin, d li u v i nhau qua
m ng b ng smartphone, máy tính b ng, máy tính nh đ
đi n t , c m bi n, ph n m m.

c nhúng v i các vi m ch

ng d ng c a IoTs r t đa d ng, trong nhi u l nh v c

khác nhau:
- Trong đ i s ng: Giám sát thông minh, nhà thông minh, v n chuy n t đ ng,
qu n lý đi n n ng, cung c p n

c, b o v thông minh, qu n lý môi tr

ng.

- Trong y t : Theo dõi s c kh e nh nh p tim, huy t áp, phát hi n các t bào ung
th , ch t o các b ph n nhân t o trong c th .
- Trong công nghi p: Giám sát s n xu t b ng các c m bi n và dây chuy n t
đ ng, thu th p d li u c a máy móc qu n lý, đi u khi n qua web hay ng d ng đi n
tho i.

2.2 GI I THI U PH N C NG
2.2.1 Module c m bi n chuy n đ ng PIR HC ậ SR501
C m bi n chuy n đ ng HC-SR501 là c m bi n có kh n ng nh n bi t đ

c

m t v t di chuy n thông qua các tia h ng ngo i phát ra t v t th trong vùng mà c m
bi n ho t đ ng. Module c m bi n có th đi u ch nh đ

c đ nh y nh 2 bi n tr là

Sx bi n tr đi u ch nh đ nh y c a c m bi n, Tx bi n tr đi u ch nh th i gian đóng
c a c m bi n, giúp cho c m bi n ho t đ ng phù h p v i nh ng yêu c u c a ng

i

dùng.

B

MỌN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

4


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

Hình 2.1 Hình d ng c a c m bi n PIR HC-SR501.

Hình 2.2 Hình nh nguyên lý ho t đ ng c a c m bi n PIR.
Các c m bi n PIR luôn có 2 sensor nh hình 2.2. Ch n tr
m t l ng kính (th

c m t sensor là

ng làm b ng plastic), ch t o theo ki u l ng kính fresnel. L ng

kính fresnel này có tác d ng ch n l i và phân thành nhi u vùng (zone) cho phép tia
h ng ngo i đi vào m t sensor. 2 đ n v c a m t sensor có tác d ng phân thành 2
đi n c c. M t cái là đi n c c d

ng (+) và cái kia là âm (-). Khi 2 đ n v này đ

c

tu n t kích ho t (cái này xong r i m i đ n cái kia) thì s sinh ra m t xung đi n,
xung đi n này kích ho t sensor.

B

MỌN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

5


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

Hình 2.3 Hình nh s đ chân c a c m bi n PIR.
Thông s k thu t:
- S d ng đi n áp: 4.5V - 20V DC
- i n áp đ u ra: 0V - 3.3V DC
- Có 2 ch đ ho t đ ng:
(L) không l p l i kích ho t
(H) l p l i kích ho t
- Th i gian tr : đi u ch nh trong kho ng 0.5-200S
- Góc quét <100 đ

- S d ng c m bi n: 500BP
- Kho ng các phát hi n: 2m -4.5m
- Kích th

c PCB:32mm x 24mm

2.2.2 Phím ma tr n 4x4
Ma tr n phím 4x4 g m có 16 nút b m đ

c s p x p theo ma tr n 4 hàng, 4 c t.

có đ n 16 nút nh n, ngh a là n u làm m t cách thông th

ng (dùng chân digital) thì

chúng ta ph i c n đ n 16 chân. Nh ng do các nút b m trong cùng m t hàng và m t
c tđ

B

c n i v i nhau, vì v y ma tr n phím 4x4 s có t ng c ng 8 ngõ ra.

MỌN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

6


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

Hình 2.4 Hình nh s đ k t n i c a phím ma tr n 4x4.

Hình 2.5 Hình nh phim ma tr n 4x4.

2.2.3 Module Sim900a
SIM900A là module đ

c thi t k d

i d ng module chipset, nh g n, giá

thành th p, ho t đ ng n đ nh. Module SIM900A có các tính n ng c b n c a chi c
đi n tho i nh g i, nh n tin, truy c p GPRS.

Hình 2.6 Hình nh Module SIM900A
i n áp ho t đ ng 4.5 – 5V , dòng kích t i thi u 1A
Giao di n: TTL

B

MỌN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

7


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

Ch c n ng các chơn:
- VCC: Chân c p ngu n (3-5VDC).
- DTR: Chân đ u cu i d li u.
- TX: Chân truy n d li u trong đi u khi n UART.
- RX: Chân nh n d li u trong đi u khi n UART.
- Speaker: Chân xu t d li u âm thanh.
- Microphone: Chân k t n i v i mic.
- Chân Reset: Reset module sim.
- Chân GND: Chân n i mass.

2.2.4 Vi đi u khi n
2.2.4.1 Gi i thi u v Arduino
Arduino là m t board m ch vi x lý dùng đ l p trình xây d ng các ng d ng
t

ng tác v i nhau ho c v i môi tr

ng đ

c thu n l i h n.

u đi m c a Arduino

là ngôn ng c c kì d h c (gi ng C/C++), các ngo i vi trên bo m ch đ u đư đ

c

chu n hóa, nên không c n bi t nhi u v đi n t chúng ta c ng có th l p trình đ

c.

Ph n c ng bao g m m t board m ch ngu n m đ

c thi t k trên n n t ng vi x lý

AVR Atmel 8bit, ho c ARM Atmel 32-bit. Nh ng Model hi n t i đ

c trang b g m

1 c ng giao ti p USB, 6 chân đ u vào analog, 14 chân I/O k thu t s t

ng thích

v i nhi u board m r ng khác nhau.
2.2.4.2 Arduino Mega

B

MỌN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

8


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T
Hình 2.7 Hình nh Arduino Mega.

Thông s k thu t:
- Chip x lý: ATmega2560.
- i n áp ho t đ ng: 5V.
- i n áp đ u vào (gi i h n): 6-20V.
- i n áp đ u vào (khuy n khích): 7-12V.
- S chân Digital I/O: 54(v i 15 chân PWM).
- S chân Analog (input) : 16.
- Dòng s d ng I/O Pin : 20mA..
- Dòng s d ng 3.3V Pin: 50mA
- B nh Flash: 256KB, 8KB s d ng cho Bootloader.
- SRAM: 2KB: 8KB..
- EEPROM: 4KB.
- Xung nh p: 16 MHz.
Ngu n s d ng: Arduino có th đ

c c p ngu n thông qua c ng USB ho c c p

ngu n ngoài thông qua jack c m 2.1mm, c ng có th s d ng 2 chân Vin và GND
đ c p ngu n cho Arduino.
Ch c n ng các chân:
- Chân 5V và chân 3.3V: các chân này dùng đ l y ngu n ra t

ng ng 5V và

3.3V.
- Vin: C p ngu n cho Arduino
- GND: chân mass
- Reset: chân reset

2.2.5 Công ngh RFID
2.2.5.1 Gi i thi u v RFID
Công ngh RFID (Radio Frequency Identification) là công ngh nh n d ng đ i
t

ng b ng sóng vô tuy n. Công ngh này cho phép nh n bi t các đ i t

qua h th ng thu phát sóng radio, t đó có th giám sát, qu n lý t ng đ i t
B

MỌN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

ng thông

ng.
9


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

M t thi t b hay m t h th ng RFID đ

c c u t o b i hai thành ph n chính là

thi t b đ c (reader) và thi t b phát mư RFID có g n chip. Thi t b đ c đ
anten đ thu- phát sóng đi n t , thi t b phát mư RFID đ

cg n

c g n v i v t c n nh n

d ng, m i thi t b RFID ch a m t mư s nh t đ nh và không trùng l p nhau.
2.2.5.2 Module RFID RC522

Hình 2.8 Hình nh Module RFID RC522.

Thông s k thu t
- i n áp ho t đ ng: 3.3V

- Dòng đi n: 13-26mA
- T n s ho t đ ng: 13.56MHz
- Kho ng cách ho t đ ng: 0-60mm
- C ng giao ti p: SPI, t c đ t i đa 10Mbps
Ch c n ng các chơn:
- SDA: K t n i v i chân SPI_NSS c a vi đi u khi n đ l a ch n chip khi giao
ti p SPI (Kích ho t

m c th p).

- SCK: K t n i v i chân SPI_NSS c a vi đi u khi n đ t o xung trong ch đ
SPII.
- MISO: K t n i v i chân SPI_MISO c a vi đi u khi n có ch c n ng Master
Data Out- Slave In trong ch đ giao ti p SPI.
- MOSI: K t n i v i chân SPI_MOSI c a vi đi u khi n có ch c n ng Master
Data In- Slave Out trong ch đ giao ti p SPI.
B

MỌN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

10


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

- IRQ: Chân ng t.
- GND: Chân n i mass.
- RST: Chân Reset.
- VCC: Chân c p ngu n.

2.2.6 Gi i thi u LCD 16x2
LCD (Liquid Crystal Display) đ
d ng c a Vi

c s

d ng trong r t nhi u các

ng

i u Khi n. LCD có r t nhi u u đi m so v i các d ng hi n th

khác. Nó có kh n ng hi n th kí t đa d ng, tr c quan (ch , s và kí t đ
h a), d dàng đ a vào m ch

ng d ng theo nhi u giao th c giao ti p khác

nhau, t n r t ít tài nguyên h th ng và giá thành r .

Hình 2.9 Hình nh LCD 16x2.
Thông s k thu t:
- i n áp ho t đ ng: 5V.

- Hi n th t i đa 16 ký t trên 2 dòng.
Ch c n ng các chơn:
- Chân 1: (Vss) Chân n i đ t cho LCD.
- Chân 2: VDD Là chân c p ngu n cho LCD.
- Chân 3: VEE là chân đi u ch nh đ t

ng ph n c a LCD.

- Chân 4: RS Là chân ch n thanh ghi (Register select). N i chân RS v i
logic “0” (GND) ho c logic “1” (VCC) đ ch n thanh ghi.

B

MỌN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

11


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 s n i v i thanh ghi l nh IR c a LCD ( ch đ
ghi) ho c n i v i b đ m đ a ch c a LCD ( ch đ đ c).

+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 s n i v i thanh ghi d li u DR bên trong LCD.
- Chân 5: R/W là chân ch n ch đ đ c/ghi (Read/Write). N i chân R/W
v i logic “0” đ LCD ho t đ ng

ch đ ghi, ho c n i v i logic “1” đ LCD

ch đ đ c.
- Chân 6: E Là chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hi u đ
bus DB0-DB7, các l nh ch đ

c đ t lên

c ch p nh n khi có 1 xung cho phép c a chân

E.
+

ch đ ghi: D li u

bus s đ

c LCD chuy n vào (ch p nh n) thanh

ghi bên trong nó khi phát hi n m t xung (high-to-low transition) c a tín hi u
chân E.
+

ch đ đ c: D li u s đ

c nh lên (low-to-high transition)

c LCD xu t ra DB0-DB7 khi phát hi n
chân E và đ

c LCD gi

bus đ n khi

nào chân E xu ng m c th p.
- Chân 7 - 14: DB0 - DB7 - Tám đ

ng c a bus d li u dùng đ trao đ i

thông tin v i MPU. Có 2 ch đ s d ng 8 đ

ng bus này:

+ Ch đ 8 bit: D li u đ

c truy n trên c 8 đ

+ Ch đ 4 bit: D li u đ

c truy n trên 4 đ

ng, v i bit MSB là bit DB7.

ng t DB4 t i DB7, bit MSB là

DB7.

- Chân 15: Ngu n d

ng cho đèn n n.

- Chân 16: GND cho đèn n n.

B

MỌN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

12


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

2.3 GIAO TI P I2C

Hình 2.10 M ch chuy n giao ti p LCD 16x2.
B ng vi c s
đ

d ng giao ti p I2C, vi c đi u khi n tr c ti p màn hình

c chuy n sang cho IC x lý n m trên m ch. Ch c n vi c g i mã l nh cùng

n i dung hi n th , do v y giúp vi đi u khi n có nhi u th i gian x lý các ti n
trình ph c t p khác.
u đi m c a vi c s d ng giao ti p I2C
- Giao ti p I2C ch s d ng duy nh t 2 dây tín hi u: SDA và SCL giúp ti t
ki m chân trên vi đi u khi n.
- T c đ truy n d li u lên đ n 400Kbps
- D li u truy n nh n đ m b o tính toàn v n vì s d ng c ch ph n h i
(ACK) trên m i byte d li u.
- Có kh n ng k t n i nhi u thi t b v i nhau: trên m ch có s n các m i
hàn
A0, A1, A2 đ thay đ i đ a ch c a module.
-

a ch m c đ nh: 0x27, có th m c vào I2C bus t i đa 8 module

2.4 CHU N TRUY N THÔNG UART
UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) là ki u truy n nh n n i
ti p không đ ng b . UART không h n là m t chu n truy n nh n, nó ch đ
nh là m t ph n c ng.

t o thành m t chu n giao ti p c n s d ng v i b chuy n

đ i m c đi n áp đ t o thành m t chu n giao ti p, UART th

B

MỌN I N T

c coi

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

ng dùng m c logic

13


CH

NG 2. C

S

LÝ THUY T

5V – 0V. UART đ

c dùng trong máy tính công nghi p, truy n thông, vi đi u

khi n, hay m t s các thi t b truy n tin khác.
M t s thông s :
- Baud rate (t c đ Baud): Khi truy n nh n không đ ng b đ hai module hi u
đ

c nhau thì c n quy đ nh m t kho ng th i gian cho 1 bit truy n nh n, ngh a là

tr

c khi truy n thì t c đ ph i đ

c cài đ t đ u tiên. Theo đ nh ngh a thì t c đ

baud là s bit truy n trong m t giây.
- Frame (khung truy n): Do ki u truy n thông n i ti p này r t d m t d li u
nên ngoài t c đ , khung truy n c ng đ

c cài đ t t ban đ u đ tránh b t s m t mát

d li u này. Khung truy n quy đ nh s bit trong m i l n truy n, các bit báo nh
Start, Stop, các bit ki m tra nh parity và s bit trong m t data.
- Bit Start : Là bit b t đ u trong khung truy n bit này nh m m c đích báo cho
thi t b nh n bi t quá trình truy n b t đ u. Trên AVR bit Start có tr ng thái là 0 .
- Data: D li u c n truy n Data không nh t thi t ph i 8 bit. Có th là 5, 6, 7, 8,
9. Trong UART bit LSB đ

c truy n đi tr

c, bit MSB đ

c truy n đi sau. Parity

bit: Là bit ki m tra d li u đúng không. Có 2 lo i parity: ch n (even parity), l (old
parity). Parity ch n là bit parity thêm vào đ s 1 trong data + parity = ch n. Parity
l là bit parity thêm vào đ s s 1 trong data + parity = l . Bit Parity là không b t
bu c nên có th dùng ho c không.
- Stop: Là bit báo cáo k t thúc khung truy n, th

ng là m c 5V và có th có 1

ho c 2 Stop.

2.5 GIAO TI P SPI
Giao ti p ngo i vi n i ti p ho c SPI (Serial Peripheral Interface) là chu n đ ng
b truy n n i ti p song công (Full-duplex) cung c p m t giao di n đ n gi n v i chi
phí th p gi a vi đi u ki n và các ngo i vi. Giao ti p SPI th

ng s d ng giao ti p

EEPROM, RTC, ADC, DAC, LCD, RFID, các c m bi n nh nhi t đ áp su t.
Bus c a SPI g m 4 tín hi u ho c chân:

B

MỌN I N T

CÔNG NGHI P ậ Y SINH

14