THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH KHÓA ĐIỆN TỬ CÓ GIÁM SÁT TỪ XA SỬ DỤNG GSM VÀ RFID

TRƢỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

----o0o---Tp. HCM, ngày 05 tháng 07 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Nguyễn Thành Dương

MSSV: 14141051

Trần Vỉnh Sơn

MSSV: 14141266

Chuyên ngành:

Điện tử công nghiệp

Mã ngành:

141

Hệ đào tạo:

Đại học chính quy

Mã hệ:

1

Khóa:

2014

Lớp:

14141DT3

I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH KHĨA ĐIỆN TỬ CĨ
GIÁM SÁT TỪ XA SỬ DỤNG GSM VÀ RFID
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
- Pham Minh Tuan, ebook :Internet Of Things(IoT): cho người mới bắt đầu,
2017 ( />- Nguyễn Ngọc Lực, “Thiết kế , thi cơng mơ hình hệ thơng điều khiển điện và
giám sát nhà” , đồ án tốt nghiệp , trường ĐHSPKT Tp HCM, 2018.
- Phạm Hưng Thịnh, “Thiết kế, thi công hệ thống điều khiển và giám sát thiết bị
nhà có hỗ trờ Google Assistant”, đồ án tốt nghiệp, trường ĐHSPKT TpHCM, 2018.
- Hướng dẫn sử dụng Module sim900-MLAB ( />- Nguyen Dinh Phu, Truong Ngoc Anh, giáo trình vi xử lý , Xuất bản ĐH Quốc
Gia, Tp.HCM, 2013.
- Hướng dẫn sử dụng Module cảm biến chuyển động HC - SR501-MLAB
( />
i

- Lập trình và sử dụng module đọc thẻ RFID-RC522 – Arduino.vn
( />2. Nội dung thực hiện:
- Tìm hiểu Arduino, module sim900, module RFID, cảm biến chuyển động,
phím ma trận 4x4.
- Thiết kế, tính tốn, thi cơng mạch giao tiếp module sim với Arduino.
- Thiết kế, tính tốn, thi cơng mạch giao tiếp cảm biến chuyển động với
Arduino.
- Thiết kế, tính tốn, thi cơng mạch giao tiếp cảm biến chuyển động với
Arduino.
- Thiết kế, tính tốn, thi cơng mạch giao tiếp module RFID với Arduino.
- Viết chương trình điều khiển mơ hình.
- Thiết kế nguồn cung cấp cho mơ hình.
- Chạy thử nghiệm mơ hình.
- Viết báo cáo.
- Báo cáo cáo đề tài tốt nghiệp.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

19/02/2019

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/07/2019
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS.TS Nguyễn Thanh Hải
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – YSINH

ii


TRƢỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA
ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHƯC
----o0o---Tp. HCM, ngày 4 tháng 1 năm 2019

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Trần Vỉnh Sơn
Lớp: 14141DT3B

MSSV: 14141266

Họ tên sinh viên: Nguyễn Thành Dƣơng
Lớp: 14141DT3A

MSSV: 14141051

Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH KHÓA ĐIỆN TỬ CÓ GIÁM
SÁT TỪ XA SỬ DỤNG GSM VÀ RFID

Tuần/ngày

Nội dung

Tuần 1 (18/02 - 24/02) Gặp gỡ GVHD và trao đổi về đề tài tốt nghiệp.
Tuần 2 (25/02 - 03/03) Tìm hiểu các đề tài nghiên cứu có liên quan.
Tuần 3 (04/03 - 10/03)

Tuần 4 (11/03 - 17/03)

Gặp và báo cáo với GVHD về đề tài sẽ thực hiện.
Tìm hiểu về các linh kiện sẽ sử dụng
Tìm hiểu về giao tiếp giữa module Sim với Arduino.
Vẽ sơ đồ khối và nội dung từng khối.
Thiết kế và lập trình cho Arduino và module Sim

Tuần 5 (18/03 - 24/03) Báo cáo tiến độ với GVHD.

Tuần 6 (25/03 - 31/03)

Tuần 7 (01/04 - 07/04)

Hoàn thành cơ sở lý thuyết, thiết kế nguyên lý từng
khối.
Hoàn thành giao tiếp (gửi sms) giữa module Sim và
Arrduino.
Tìm hiểu giao tiếp Arduino và phím ma trận.
Viết code cho phím ma trận và Arduino.
iii

Xác nhận
GVHD


Báo cáo tiến độ cho GVHD.
Tuần 8 (08/04 - 14/04) Viết báo cáo thiết kế khối mở khóa dùng phím ma
trận.
Tìm hiểu và giao tiếp giữa RFID và Arduino
Tuần 9 (15/04 - 21/04)

Hồn thành giao tiếp phím ma trận và viết code
RFID.
Viết báo cáo.
Báo cáo tiến độ cho GVHD.

Tuần 10 (22/04 28/04)

Gửi tài liệu, hình ảnh, báo cáo tiến độ 50%
Viết code cho RFID , ma trận phím và Arduino.

Tuần 11 (29/04 05/05)

Tìm hiểu giao tiếp cảm biến chuyển động PIR, nút
nhấn đơn với Arduino
Viết code cho PIR, nút nhấn với Arduino.

Tuần 12 (06/05 12/05)

Tổng hợp code toàn mạch.

Tuần 13(13/05 19/05)

Báo cáo tiến độ với GVHD.

Viết báo cáo.

Chỉnh sửa báo cáo.
Kiểm tra và chỉnh sửa toàn mạch

Tuần 14,15,16 (20/05 Đi dây, hồn thành mơ hình.

– 09/06)
Viết nhận xét đánh giá
Hồn thành báo cáo

GV HƢỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

iv


LỜI CAM ĐOAN
Chúng em xin cam đoan đề tài này do chúng em thực hiện dựa trên tài liệu
trước đó và khơng sao chép tài liệu hay cơng trình trước đó.
Tp. HCM, ngày 05 tháng 07 năm 2019

Người thực hiện đề tài
Trần Vỉnh Sơn
Nguyễn Thành Dƣơng

v


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, chúng em đã nhận được nhiều sự
giúp đỡ từ Thầy/Cô người thân và bạn bè. Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn
chân thành, sâu sắc tới Thầy PGS.TS Nguyễn Thanh Hải đã hướng dẫn và góp ý tận
tình, cũng như chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu, tạo điều kiện tốt nhất để chúng
em hoàn thành tốt đề tài.
Chúng em cũng xin cảm ơn các Thầy, Cô khoa Điện Điện tử đã tạo điều kiện
tốt nhất để chúng em hoàn thành tốt đề tài. Và xin cảm ơn tất cả bạn bè, người thân

đã ủng hộ và giúp đỡ nhiệt tình cho chúng em.
Sau cùng, dù có nhiều cố gắng và sự giúp đỡ của mọi người nhưng do thời
gian thực hiện chỉ 15 tuần, kinh nghiệm cịn hạn chế nên chúng em khơng tránh
được những thiếu sót. Chúng em mong q Thầy /Cơ, người thân, bạn bè cảm thơng
và chân thành góp ý để chúng em hoàn thiện tốt đề tài hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Tp. HCM, ngày 05 tháng 07 năm 2019

Người thực hiện đề tài
Trần Vỉnh Sơn
Nguyễn Thành Dƣơng

vi


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................................. i
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................... iii
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................. v
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... vi
MỤC LỤC ........................................................................................................................ vii
LIỆT KÊ HÌNH ẢNH ...................................................................................................... ix
LIỆT KÊ BẢNG ................................................................................................................ x
TĨM TẮT ......................................................................................................................... xi
Chƣơng 1. TỔNG QUAN ................................................................................................. 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1
1.2 MỤC TIÊU ....................................................................................................... 2
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................ 2
1.4 GIỚI HẠN ........................................................................................................ 2
1.5 BỐ CỤC ............................................................................................................ 3

Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................................... 4
2.1 GIỚI THIỆU VỀ IOTS (INTERNET OF THINGS) ................................... 4
2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ........................................................................... 4
2.2.1 Module cảm biến chuyển động PIR HC – SR501 ....................................... 4
2.2.2 Phím ma trận 4x4 ........................................................................................ 6
2.2.3 Module Sim900a ......................................................................................... 7
2.2.4 Vi điều khiển ............................................................................................... 8
2.2.5 Công nghệ RFID ......................................................................................... 9
2.3 GIAO TIẾP I2C ........................................................................................... 13
2.4 CHUẨN TRUYỀN THÔNG UART ............................................................ 13
2.5 GIAO TIẾP SPI ............................................................................................. 14
2.6 PHẦN MỀM ARDUINO IDE....................................................................... 15
Chƣơng 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ ...................................................................... 16
3.1 GIỚI THIỆU .................................................................................................. 16

vii


3.2.2 Thiết kế chi tiết .......................................................................................... 18
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý tồn mạch ....................................................................... 28
Chƣơng 4. THI CƠNG MƠ HÌNH ................................................................................ 30
4.1 GIỚI THIỆU .................................................................................................. 30
4.2 THI CƠNG MƠ HÌNH ................................................................................. 30
4.2.1 Danh sách linh kiện ................................................................................... 30
4.2.2 Lắp ráp mơ hình ........................................................................................ 31
4.3 LẬP TRÌNH CHO MƠ HÌNH...................................................................... 34
4.3.1 Lưu đồ chương trình .................................................................................. 34
Chƣơng 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ........................................................ 40
5.1 GIỚI THIỆU .................................................................................................. 40
5.2 KẾT QUẢ ....................................................................................................... 40

5.1.1 Kết quả đạt được ....................................................................................... 40
5.1.2 Kết quả thực nghiệm ................................................................................. 40
5.3 NHẬN XÉT .................................................................................................... 45
5.3.1 Ưu điểm ..................................................................................................... 45
5.3.2 Hạn chế ...................................................................................................... 46
5.4 ĐÁNH GIÁ ..................................................................................................... 46
Chƣơng 6. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .................................................. 47
6.1 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 47
6.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN ................................................................................ 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 48
PHỤ LỤC ......................................................................................................................... 49

viii


LIỆT KÊ HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Hình dạng của cảm biến PIR HC-SR501. ................................................... 5
Hình 2.2 Hình ảnh nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR. ....................................... 5
Hình 2.3 Hình ảnh sơ đồ chân của cảm biến PIR. ...................................................... 6
Hình 2.4 Hình ảnh sơ đồ kết nối của phím ma trận 4x4. ............................................ 7
Hình 2.5 Hình ảnh phim ma trận 4x4.......................................................................... 7
Hình 2.6 Hình ảnh Module SIM900A ........................................................................ 7
Hình 2.7 Hình ảnh Arduino Mega............................................................................... 9
Hình 2.8 Hình ảnh Module RFID RC522. ................................................................ 10
Hình 2.9 Hình ảnh LCD 16x2. .................................................................................. 11
Hình 2.10 Mạch chuyển giao tiếp LCD 16x2. .......................................................... 13
Hình 2.11 Hình ảnh kết nối giữa Master và Slave. ................................................... 15
Hình 2.12 Logo phần mềm IDE ................................................................................ 15
Hình 2.13 Hình ảnh giao diện phần mềm IDE .......................................................... 16
Hình 3.1 Sơ đồ khối của mơ hình.............................................................................. 17

Hình 3.2 Sơ đồ ngun lý của khối điều khiển arduino. ........................................... 19
Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý của khối giám sát. ........................................................... 20
Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến. ................................................................. 20
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý khối báo động.................................................................. 21
Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý khối động cơ và nút nhấn. ............................................... 22
Hình 3.7 Sơ đồ ngun lý khối mở khóa. ................................................................. 23
Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý mạch mở khóa dùng RFID. ............................................. 24
Hình 3.9 Sơ đồ ngun lý mạch mở khóa dùng ma trận phím. ................................ 25
Hình 3.10 Sơ đồ nối dây ma trận phím 4x4. ............................................................. 25
Hình 3.11 Sơ đồ ngun lý khối hiển thị. ................................................................. 26
Hình 3.12 Hình ảnh module hạ áp LM2596. ............................................................ 27
Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý mơ hình khóa thơng minh. ............................................ 28
Hình 4.1 Hình ảnh mạch xử lý trung tâm.................................................................. 31
Hình 4.2 Hình ảnh mạch giám sát module sim. ........................................................ 31
Hình 4.4 Hình ảnh mạch báo động. .......................................................................... 32
Hình 4.5 Hình ảnh mơ hình hồn thiện. .................................................................... 33
Hình 4.6 Lưu đồ chương trình tổng quát tồn bộ hoạt động..................................... 34
Hình 4.7 Lưu đồ chương trình chính. ........................................................................ 35
Hình 4.8 Lưu đồ chương trình con thêm thẻ, xóa thẻ và đổi pass. ........................... 36
Hình 4.9 Lưu đồ chương trình kiểm tra ngắt của nút nhấn và cánh báo PIR ........... 37
Hình 5.1 Hình ảnh màn hình LCD trạng thái chờ quẹt thẻ. ...................................... 41
Hình 5.2 Hình ảnh LCD khi quẹt thẻ sai................................................................... 41

ix


Hình 5.3 Hình ảnh mạch báo động hoạt động........................................................... 42
Hình 5.4 Hình ảnh module Sim gửi tin nhắn cảnh báo quẹt thẻ sai. ........................ 42
Hình 5.5 Hình ảnh màn hình LCD ở trạng thái quản lý ............................................ 43
Hình 5.6 Hình ảnh LCD khi ở chế độ thêm thẻ ........................................................ 43

Hình 5.7 Hình ảnh LCD khi chọn chế độ xóa thẻ. .................................................... 44
Hình 5.8 Hình ảnh LCD yêu cầu nhập mật khẩu cũ khi chọn chế độ đổi mật khẩu. 44
Hình 5.9 Hình ảnh tin nhắn cảnh báo khi PIR phát hiện có người lạ xâm nhập....... 45

LIỆT KÊ BẢNG
Bảng 4.1 Danh sách linh kiện sử dụng……………………………………………..30

x


TĨM TẮT
Ngày nay trước sự phát triển khơng ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là
thành công của cuộc cách mạng kỹ thuật 4.0 làm cho thế giới của chúng ta ngày
càng thay đổi, cuộc sống trở nên văn minh và hiện đại hơn.
Cùng với sự phát triển đó thì các tệ nạn xảy ra ngày càng tinh vi và khó diều
tra được. Trong đó, tệ nạn trộm cấp cũng là vấn đề đáng lo ngại. vì thế,” Thiết kế và
thi cơng mơ hình khóa điện tử có giám sát từ xa sử dụng GSM và RFID” đã đưa
ra một giải pháp thay thế những hệ thống bảo mật truyền thống.
Mơ hình sử dụng board Arduino Mega 2560 để làm khối điều khiển trung tâm.
Sử dụng công nghệ thẻ từ RFID để mở lớp đầu tiên kết hợp phím ma trận 4x4 để mở
khóa. Giám sát ngơi nhà qua GSM để gửi tin nhắn cảnh báo cho người dùng. Mơ
hình phát hiện chuyển động bằng việc sử dụng cảm biến chuyển động PIR.

xi


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN

Chƣơng 1. TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học và công nghệ đã làm
cho cuộc sống của con người được tốt hơn và hoàn thiện hơn. Các thiết bị điều khiển
thông minh và tự động cũng được phát triển. Trong đó có nhà thơng mình với các
thiết bị trong nhà hoạt động một cách tự động hoặc bán tự động và việc giám sát
điều khiển trở nên thuận lợi, an toàn và an ninh hơn nhờ được điều khiển từ xa.Với
sự xuất hiện và phát triển mạnh mẽ của công nghệ IoT [1], việc quản lý căn nhà
càng được cải thiện hơn, các thiết bị được kết nối với nhau thông qua wifi,
bluetooth, mạng viễn thông và được điều khiển bởi người dùng trên các thiết bị như
smart phone, máy tính bảng ở bất kỳ đâu.
Hiện nay có rất nhiều đề tài nghiên cứu về nhà thông minh như đồ án tốt
nghiệp của Nguyễn Ngọc Lực về đề tài “Thiết kế, thi cơng mơ hình hệ thơng điều
khiển điện và giám sát nhà” dùng board Arduino Mega 2560 làm bộ điều khiển
trung tâm kết hợp module ESP8266 Node MCU và module sim900A thông qua App
Android và Web server để điều khiển và giám sát các thiết bị trong nhà như đo nhiệt
độ, độ ẩm, báo động rị rỉ khí ga, khi có người đột nhập thì báo động và gửi tin nhắn
đến người sử dụng, hệ thống còn nhận biết khi mất điện thì tự động chuyển sang
nguồn dự phòng (acquy) và gửi tin nhắn cho người sử dụng [2]. Tác giả Phạm Hưng
Thịnh với đề tài “ Thiết kế, thi công hệ thống điều khiển và giám sát thiết bị nhà có
hỗ trờ Google Assistant”. Hệ thống này sử dụng board Arduino, module wifi
ESP8266 Node MCU, cảm biến nhiệt độ, khí gas, chuyển động. Người dùng có thể
giám sát bằng smartphone hệ đều hành android truy cập Web bất kỳ nơi nào có wifi
hoặc internet. Có thể giám sát hệ thống từ xa, hiển thị nhiệt độ, báo động khi rị rỉ
khí gas hoặc có trộm đột nhập [3].
Bên cạnh sự phát triển của đời sống con người thì các tệ nạn xã hội xảy ra ngày
càng nhiều với hình thức ngày càng tinh vi hơn, trong đó có nạn trộm cắp tài sản.
Các biện pháp bảo bệ truyền thống không thể đáp ứng yêu cầu bảo vệ an tồn cho tài
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH

1

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
sản. Vì thế, u cầu có một thiết bị thông minh hơn giúp bảo vệ tài sản được an tồn
hơn.
Từ các thực tiễn trên, nhóm em quyết định lựa chọn đề tài “Thiết kế và thi
công mô hình khóa điện tử có giám sát từ xa sử dụng GSM và RFID” để góp
phần hạn chế tối đa mất mát tài sản. Hệ thống sử dụng bộ điều khiển trung tâm là
board Arduino giao tiếp với module sim900A [4], phím ma trận 4x4 [5], cảm biến
chuyển động HC-SR501 [6], module RFID RC522 [7].

1.2 MỤC TIÊU
Thiết kế và thi cơng mơ hình điều khiển và giám sát khóa chống trộm thơng
minh. Có thể giám sát từ xa qua mạng viễn thông (tin nhắn) và điều khiển trực tiếp
từ ma trận phím 4x4, thẻ RFID.

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Tìm hiểu Arduino, module sim900, module RFID, cảm biến chuyển động,
phím ma trận 4x4.
- Thiết kế, tính tốn, thi cơng mạch giao tiếp module sim với Arduino.
- Thiết kế, tính tốn, thi công mạch giao tiếp cảm biến chuyển động với
Arduino.
- Thiết kế, tính tốn, thi cơng mạch giao tiếp cảm biến chuyển động với
Arduino.
- Thiết kế, tính tốn, thi cơng mạch giao tiếp module RFID với Arduino.
- Viết chương trình điều khiển mơ hình.
- Thiết kế nguồn cung cấp cho mơ hình.
- Chạy thử nghiệm mơ hình.
- Viết báo cáo.
- Báo cáo cáo đề tài tốt nghiệp.

1.4 GIỚI HẠN
- Mô hình khơng áp dụng cho nhà ở thực tế.

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
- Mơ hình sử dụng mạng viễn thơng (SMS) để giám sát. Trên thực tế thì có thể
sử dụng nhiều loại sóng để giám sát như: bluetooth, wifi.
- Mơ hình dùng cảm biến chuyển động HC-SR501, khoảng cách phát hiện tối đa
5m.
- Dùng chuông buzzer cảnh báo khi có người đột nhập.

1.5 BỐ CỤC
Chƣơng 1: Tổng quan.
Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi
dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết.
Chương này trình bày khái qt về cơng nghệ IOT, giới thiệu các module, linh
kiện sử dụng cho thiết kế mơ hình (Arduino, module RFID, module Sim900, cảm
biến chuyển động PIR, ma trận phím), kiến thức cơ bản và các phần mềm liên quan
để hỗ trợ cho lập trình điều khiển mơ hình.
Chƣơng 3: Tính tốn và thiết kế.
Đưa ra sơ đồ khối, tính tốn và thiết kế khối nguồn, khối điều khiển trung tâm,
khối cảm biến, khối báo động, khối động cơ và nút nhấn, khối mở khóa, khối giám
sát, khối hiển thị.
Chƣơng 4: Thi cơng hệ thống
Thiết kế lưu đồ giải thuật, viết chương trình, thi cơng mơ hình.

Chƣơng 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá
Đưa ra kết quả, hình ảnh mơ hình, nhận xét ưu - nhược điểm và đánh giá về
mơ hình.
Chƣơng 6: Kết luận và hƣớng phát triển
Đưa ra Kết luận đề tài sau thời gian thực hiện, và hướng phát triển của mơ
hình.

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH

3


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN

Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 GIỚI THIỆU VỀ IOTS (INTERNET OF THINGS)
Internet of Things (IoTs) là mạng lưới mọi thứ đều được kết nối với Internet
hay là các thiết bị kết nối với nhau trong một mạng Internet duy nhất. Trong đó, các
thiết bị, đồ vật có khả năng kết nối, thu thập, trao đổi thơng tin, dữ liệu với nhau qua
mạng bằng smartphone, máy tính bảng, máy tính nhờ được nhúng với các vi mạch
điện tử, cảm biến, phần mềm. Ứng dụng của IoTs rất đa dạng, trong nhiều lĩnh vực
khác nhau:
- Trong đời sống: Giám sát thông minh, nhà thông minh, vận chuyển tự động,
quản lý điện năng, cung cấp nước, bảo vệ thông minh, quản lý môi trường.
- Trong y tế: Theo dõi sức khỏe như nhịp tim, huyết áp, phát hiện các tế bào ung
thư, chế tạo các bộ phận nhân tạo trong cơ thể.
- Trong công nghiệp: Giám sát sản xuất bằng các cảm biến và dây chuyền tự
động, thu thập dự liệu của máy móc quản lý, điều khiển qua web hay ứng dụng điện
thoại.

2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
2.2.1 Module cảm biến chuyển động PIR HC – SR501
Cảm biến chuyển động HC-SR501 là cảm biến có khả năng nhận biết được
một vật di chuyển thông qua các tia hồng ngoại phát ra từ vật thể trong vùng mà cảm
biến hoạt động. Module cảm biến có thể điều chỉnh được độ nhạy nhờ 2 biến trở là
Sx biến trở điều chỉnh độ nhạy của cảm biến, Tx biến trở điều chỉnh thời gian đóng
của cảm biến, giúp cho cảm biến hoạt động phù hợp với những yêu cầu của người
dùng.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.1 Hình dạng của cảm biến PIR HC-SR501.

Hình 2.2 Hình ảnh nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR.
Các cảm biến PIR ln có 2 sensor như hình 2.2. Chắn trước mắt sensor là
một lăng kính (thường làm bằng plastic), chế tạo theo kiểu lăng kính fresnel. Lăng
kính fresnel này có tác dụng chặn lại và phân thành nhiều vùng (zone) cho phép tia
hồng ngoại đi vào mắt sensor. 2 đơn vị của mắt sensor có tác dụng phân thành 2
điện cực. Một cái là điện cực dương (+) và cái kia là âm (-). Khi 2 đơn vị này được
tuần tự kích hoạt (cái này xong rồi mới đến cái kia) thì sẽ sinh ra một xung điện,
xung điện này kích hoạt sensor.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

5

CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.3 Hình ảnh sơ đồ chân của cảm biến PIR.
Thông số kỹ thuật:
- Sử dụng điện áp: 4.5V - 20V DC
- Điện áp đầu ra: 0V - 3.3V DC
- Có 2 chế độ hoạt động:
(L) khơng lặp lại kích hoạt
(H) lặp lại kích hoạt
- Thời gian trễ: điều chỉnh trong khoảng 0.5-200S
- Góc quét <100 độ
- Sử dụng cảm biến: 500BP
- Khoảng các phát hiện: 2m -4.5m
- Kích thước PCB:32mm x 24mm

2.2.2 Phím ma trận 4x4
Ma trận phím 4x4 gồm có 16 nút bấm được sắp xếp theo ma trận 4 hàng, 4 cột.
có đến 16 nút nhấn, nghĩa là nếu làm một cách thơng thường (dùng chân digital) thì
chúng ta phải cần đến 16 chân. Nhưng do các nút bấm trong cùng một hàng và một
cột được nối với nhau, vì vậy ma trận phím 4x4 sẽ có tổng cộng 8 ngõ ra.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

6


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.4 Hình ảnh sơ đồ kết nối của phím ma trận 4x4.

Hình 2.5 Hình ảnh phim ma trận 4x4.

2.2.3 Module Sim900a
SIM900A là module được thiết kế dưới dạng module chipset, nhỏ gọn, giá
thành thấp, hoạt động ổn định. Module SIM900A có các tính năng cơ bản của chiếc
điện thoại như gọi, nhắn tin, truy cập GPRS.

Hình 2.6 Hình ảnh Module SIM900A
Điện áp hoạt động 4.5 – 5V , dịng kích tối thiểu 1A
Giao diện: TTL

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

7


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chức năng các chân:
- VCC: Chân cấp nguồn (3-5VDC).
- DTR: Chân đầu cuối dữ liệu.
- TX: Chân truyền dữ liệu trong điều khiển UART.
- RX: Chân nhận dữ liệu trong điều khiển UART.
- Speaker: Chân xuất dữ liệu âm thanh.
- Microphone: Chân kết nối với mic.
- Chân Reset: Reset module sim.
- Chân GND: Chân nối mass.

2.2.4 Vi điều khiển

2.2.4.1 Giới thiệu về Arduino
Arduino là một board mạch vi xử lý dùng để lập trình xây dựng các ứng dụng
tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Ưu điểm của Arduino
là ngôn ngữ cực kì dễ học (giống C/C++), các ngoại vi trên bo mạch đều đã được
chuẩn hóa, nên khơng cần biết nhiều về điện tử chúng ta cũng có thể lập trình được.
Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý
AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit. Những Model hiện tại được trang bị gồm
1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích
với nhiều board mở rộng khác nhau.
2.2.4.2 Arduino Mega

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

8


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Hình 2.7 Hình ảnh Arduino Mega.
Thông số kỹ thuật:
- Chip xử lý: ATmega2560.
- Điện áp hoạt động: 5V.
- Điện áp đầu vào (giới hạn): 6-20V.
- Điện áp đầu vào (khuyến khích): 7-12V.
- Số chân Digital I/O: 54(với 15 chân PWM).
- Số chân Analog (input) : 16.
- Dòng sử dụng I/O Pin : 20mA..
- Dòng sử dụng 3.3V Pin: 50mA
- Bộ nhớ Flash: 256KB, 8KB sử dụng cho Bootloader.
- SRAM: 2KB: 8KB..
- EEPROM: 4KB.

- Xung nhịp: 16 MHz.
Nguồn sử dụng: Arduino có thể được cấp nguồn thơng qua cổng USB hoặc cấp
nguồn ngồi thơng qua jack cắm 2.1mm, cũng có thể sử dụng 2 chân Vin và GND
để cấp nguồn cho Arduino.
Chức năng các chân:
- Chân 5V và chân 3.3V: các chân này dùng để lấy nguồn ra tương ứng 5V và
3.3V.
- Vin: Cấp nguồn cho Arduino
- GND: chân mass
- Reset: chân reset

2.2.5 Công nghệ RFID
2.2.5.1 Giới thiệu về RFID
Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) là cơng nghệ nhận dạng đối
tượng bằng sóng vơ tuyến. Cơng nghệ này cho phép nhận biết các đối tượng thông
qua hệ thống thu phát sóng radio, từ đó có thể giám sát, quản lý từng đối tượng.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

9


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Một thiết bị hay một hệ thống RFID được cấu tạo bởi hai thành phần chính là
thiết bị đọc (reader) và thiết bị phát mã RFID có gắn chip. Thiết bị đọc được gắn
anten để thu- phát sóng điện từ, thiết bị phát mã RFID được gắn với vật cần nhận
dạng, mỗi thiết bị RFID chứa một mã số nhất định và không trùng lặp nhau.
2.2.5.2 Module RFID RC522

Hình 2.8 Hình ảnh Module RFID RC522.

Thơng số kỹ thuật
- Điện áp hoạt động: 3.3V
- Dòng điện: 13-26mA
- Tần số hoạt động: 13.56MHz
- Khoảng cách hoạt động: 0-60mm
- Cổng giao tiếp: SPI, tốc độ tối đa 10Mbps
Chức năng các chân:
- SDA: Kết nối với chân SPI_NSS của vi điều khiển để lựa chọn chip khi giao
tiếp SPI (Kích hoạt ở mức thấp).
- SCK: Kết nối với chân SPI_NSS của vi điều khiển để tạo xung trong chế độ
SPII.
- MISO: Kết nối với chân SPI_MISO của vi điều khiển có chức năng Master
Data Out- Slave In trong chế độ giao tiếp SPI.
- MOSI: Kết nối với chân SPI_MOSI của vi điều khiển có chức năng Master
Data In- Slave Out trong chế độ giao tiếp SPI.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

10


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
- IRQ: Chân ngắt.
- GND: Chân nối mass.
- RST: Chân Reset.
- VCC: Chân cấp nguồn.

2.2.6 Giới thiệu LCD 16x2
LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất nhiều các ứng
dụng của Vi Điều Khiển. LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị
khác. Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ

họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác
nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ.

Hình 2.9 Hình ảnh LCD 16x2.
Thơng số kỹ thuật:
- Điện áp hoạt động: 5V.
- Hiển thị tối đa 16 ký tự trên 2 dòng.
Chức năng các chân:
- Chân 1: (Vss) Chân nối đất cho LCD.
- Chân 2: VDD Là chân cấp nguồn cho LCD.
- Chân 3: VEE là chân điều chỉnh độ tương phản của LCD.
- Chân 4: RS Là chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS với
logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

11


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ
ghi) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ đọc).
+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD.
- Chân 5: R/W là chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W
với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD
ở chế độ đọc.
- Chân 6: E Là chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên
bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân
E.
+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào (chấp nhận) thanh

ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu
chân E.
+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện
cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi
nào chân E xuống mức thấp.
- Chân 7 - 14: DB0 - DB7 - Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi
thơng tin với MPU. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này:
+ Chế độ 8 bit: Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7.
+ Chế độ 4 bit: Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là
DB7.
- Chân 15: Nguồn dương cho đèn nền.
- Chân 16: GND cho đèn nền.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

12


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.3 GIAO TIẾP I2C

Hình 2.10 Mạch chuyển giao tiếp LCD 16x2.
Bằng việc sử dụng giao tiếp I2C, việc điều khiển trực tiếp màn hình
được chuyển sang cho IC xử lý nằm trên mạch. Chỉ cần việc gửi mã lệnh cùng
nội dung hiển thị, do vậy giúp vi điều khiển có nhiều thời gian xử lý các tiến
trình phức tạp khác.
Ưu điểm của việc sử dụng giao tiếp I2C
- Giao tiếp I2C chỉ sử dụng duy nhất 2 dây tín hiệu: SDA và SCL giúp tiết
kiệm chân trên vi điều khiển.

- Tốc độ truyền dữ liệu lên đến 400Kbps
- Dữ liệu truyền nhận đảm bảo tính tồn vẹn vì sử dụng cơ chế phản hồi
(ACK) trên mỗi byte dữ liệu.
- Có khả năng kết nối nhiều thiết bị với nhau: trên mạch có sẵn các mối
hàn
A0, A1, A2 để thay đổi địa chỉ của module.
- Địa chỉ mặc định: 0x27, có thể mắc vào I2C bus tối đa 8 module

2.4 CHUẨN TRUYỀN THÔNG UART
UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) là kiểu truyền nhận nối
tiếp không đồng bộ. UART khơng hẵn là một chuẩn truyền nhận, nó chỉ được coi
như là một phần cứng. Để tạo thành một chuẩn giao tiếp cần sử dụng với bộ chuyển
đổi mức điện áp để tạo thành một chuẩn giao tiếp, UART thường dùng mức logic

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

13


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
5V – 0V. UART được dùng trong máy tính cơng nghiệp, truyền thơng, vi điều
khiển, hay một số các thiết bị truyền tin khác.
Một số thông số:
- Baud rate (tốc độ Baud): Khi truyền nhận khơng đồng bộ để hai module hiểu
được nhau thì cần quy định một khoảng thời gian cho 1 bit truyền nhận, nghĩa là
trước khi truyền thì tốc độ phải được cài đặt đầu tiên. Theo định nghĩa thì tốc độ
baud là số bit truyền trong một giây.
- Frame (khung truyền): Do kiểu truyền thông nối tiếp này rất dễ mất dữ liệu
nên ngoài tốc độ, khung truyền cũng được cài đặt từ ban đầu để tránh bớt sự mất mát
dữ liệu này. Khung truyền quy định số bit trong mỗi lần truyền, các bit báo như

Start, Stop, các bit kiểm tra như parity và số bit trong một data.
- Bit Start : Là bit bắt đầu trong khung truyền bit này nhằm mục đích báo cho
thiết bị nhận biết quá trình truyền bắt đầu. Trên AVR bit Start có trọng thái là 0 .
- Data: Dữ liệu cần truyền Data khơng nhất thiết phải 8 bit. Có thể là 5, 6, 7, 8,
9. Trong UART bit LSB được truyền đi trước, bit MSB được truyền đi sau. Parity
bit: Là bit kiểm tra dữ liệu đúng khơng. Có 2 loại parity: chẵn (even parity), lẻ (old
parity). Parity chẵn là bit parity thêm vào để số 1 trong data + parity = chẵn. Parity
lẻ là bit parity thêm vào để số số 1 trong data + parity = lẻ. Bit Parity là khơng bắt
buộc nên có thể dùng hoặc khơng.
- Stop: Là bit báo cáo kết thúc khung truyền, thường là mức 5V và có thể có 1
hoặc 2 Stop.

2.5 GIAO TIẾP SPI
Giao tiếp ngoại vi nối tiếp hoặc SPI (Serial Peripheral Interface) là chuẩn đồng
bộ truyền nối tiếp song công (Full-duplex) cung cấp một giao diện đơn giản với chi
phí thấp giữa vi điều kiển và các ngoại vi. Giao tiếp SPI thường sử dụng giao tiếp
EEPROM, RTC, ADC, DAC, LCD, RFID, các cảm biến như nhiệt độ áp suất.
Bus của SPI gồm 4 tín hiệu hoặc chân:

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

14