Hệ thống bảo mật và điều khiển tự động các thiết bị trong nhà

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ, TRUYỀN THÔNG

HỆ THỐNG BẢO MẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN
TỰ ĐỘNG CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ

GVHD: PHẠM HỒNG LIÊN
SVTH: NGUYỄN VĂN TỈNH
MSSV: 15141070
SVTH: ĐẶNG HỮU QUANG
MSSV: 15141053

SKL 0 0 6 7 6 3

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

HỆ THỐNG BẢO MẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN
TỰ ĐỘNG CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ
SVTH: NGUYỄN VĂN TỈNH

MSSV: 15141070
SVTH: ĐẶNG HỮU QUANG
MSSV: 15141053
Khố: 2015
Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật Điện tử, Truyền thơng
GVHD: PGS.TS. PHẠM HỒNG LIÊN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2020


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----

Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2019
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Tỉnh
Đặng Hữu Quang
Ngành:Công Nghệ Kỹ Thuật Điện tử, Truyền thông
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Phạm Hồng Liên
Ngày nhận đề tài: 10/09/2019

MSSV:15141070
MSSV:15141053
Lớp: 15141CLVT
ĐT: 0988.202.124
Ngày nộp đề tài: 29/12/2019

1. Tên đề tài: Nghiên cứu tích hợp hệ thống điều
khiển tự động nhà thông minh

2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
Kiến thức cơ bản về các môn: Mạch điện, Điện tử cơ
bản, Hệ thống điều khiển tự động, Ngơn ngữ lập trình
C, Vi xử lý, Lập trình android.
3. Nội dung thực hiện đề tài:
 Nghiên cứu lý thuyết có liên quan đến đề tài:
Vi điều khiển Aruino Mega 2560, ESP8266
NodeMCU…





Nghiên cứu thiết kế mơ hình hệ thống
Thiết kế và thi công mạch
Thiết kế phần mềm cho hệ thống
Viết báo cáo

4. Sản phẩm:
Mơ hình hệ thống nhà thơng minh
TRƯỞNG NGÀNH

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

i


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên 1: Nguyễn Văn Tỉnh

MSSV: 15141070

Họ và tên Sinh viên 2: Đặng Hữu Quang

MSSV: 15141053

Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử - Truyền thông
Tên đề tài: Nghiên cứu tích hợp hệ thống điều khiển tự động nhà thông minh
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Phạm Hồng Liên
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
.......................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:

.......................................................................................................................................
6. Điểm: .................. (Bằng chữ: .................................................................................. )
.......................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019
Giáo viên hướng dẫn

ii


(Ký & ghi rõ họ tên)
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 1
Họ và tên Sinh viên: ........................................................... MSSV:................................
.......................................................................................................................................
Ngành:............................................................................................................................
Tên đề tài: ......................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Họ và tên Giáo viên phản biện: .......................................................................................
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
.......................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
.......................................................................................................................................
6. Điểm: .................. (Bằng chữ: .................................................................................. )
.......................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019
Giáo viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)

iii


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 2
Họ và tên Sinh viên: ........................................................... MSSV:................................
.......................................................................................................................................
Ngành:............................................................................................................................
Tên đề tài: ......................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Họ và tên Giáo viên phản biện: .......................................................................................
NHẬN XÉT
7. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
8. Ưu điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
9. Khuyết điểm:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
10. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
.......................................................................................................................................
11. Đánh giá loại:
.......................................................................................................................................
12. Điểm: .............. (Bằng chữ: .................................................................................. )
.......................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019
Giáo viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)

iv


LỜI CẢM ƠN
Xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô khoa Đào tạo chất lượng cao đã giảng
dạy chúng em trong suốt thời gian học tại trường đã cung cấp những kiến thức nền
tảng cũng như tạo điều kiện thuận lợi để nhóm em thực hiện đề tài. Cảm ơn gia đình
đã là nguồn động viên to lớn về vật chất và tinh thần trong suốt thời gian học hành,
đã luôn bên cạnh ủng hộ, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để có thể hồn thành đồ án.

Đặc biệt cảm ơn cô Phạm Hồng Liên đã tạo điều kiện, chia sẻ những kinh nghiệm
quý báu và hướng dẫn em cách học tập cũng như nghiên cứu để hoàn thành tốt đồ án
tốt nghiệp này. Cuối cùng xin chúc gia đình, bạn bè, q thầy cơ nhiều sức khỏe và
thành cơng trong cơng việc.
Xin chân thành cảm ơn!

Nhóm thực hiện đề tài
Nguyễn Văn Tỉnh
Đặng Hữu Quang

v


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................................ I
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ................................................ II
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 1 ............................................... III
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 2 ............................................... IV
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. V
MỤC LỤC ...................................................................................................................... VI
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................ IX
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .................................................................................... X
DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ .................................................................. XI
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................................... 1

1.1.

Đặt vấn đề ................................................................................................. 1

1.2.

Mục tiêu đề tài .......................................................................................... 1

1.3.

Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 1

1.4.

Giới hạn .................................................................................................... 2

1.5.

Bố cục ........................................................................................................ 2

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN ......................................................... 4

2.1.

Vi điều khiển ............................................................................................. 4

2.1.1.

Giới thiệu giao thức UART ................................................................. 4

2.1.2.

Arduino Mega 2560 ............................................................................ 9

2.1.3.

ESP8266 NodeMCU ......................................................................... 13

2.2.

Giới thiệu về Wifi ................................................................................... 16

2.3.

Module LCD & I2C ................................................................................ 17

2.3.1.

Giới thiệu giao thức I2C ................................................................... 17

2.3.2.

Màn hình LCD .................................................................................. 18

2.3.3.

Module I2C ....................................................................................... 20

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ............................................ 21

3.1.

Sơ đồ khối của hệ thống ......................................................................... 21

3.1.1.

Yêu cầu của hệ thống ....................................................................... 21

3.1.2.

Sơ đồ khối ......................................................................................... 21
vi


3.1.3.
3.2.

Chức năng từng khối ....................................................................... 22

Thiết kế tính tốn hệ thống .................................................................... 22

3.2.1.

Khối cảm biến .................................................................................. 22

3.2.2.

Ứng dụng điều khiển........................................................................ 30

3.2.3.

Khối động cơ ..................................................................................... 30

3.2.4.

Khối đóng ngắt.................................................................................. 32

3.2.5.

Khối cảm biến vân tay ....................................................................... 36

3.2.6.

Khối hiển thị ..................................................................................... 38

3.2.7.

Khối xử lý trung tâm ......................................................................... 39

3.2.8.

Khối nguồn ....................................................................................... 41

3.2.9.

Sơ đồ nguyên lý tồn mạch ............................................................... 42

CHƯƠNG 4: THI CƠNG HỆ THỐNG ........................................................................ 44

4.1.

Thi công bảng mạch kết nối ................................................................... 44

4.1.1.

Giới thiệu .......................................................................................... 44

4.1.2.

Vẽ mạch in ........................................................................................ 45

4.1.3.

Xuất file mạch in ra PDF tiến hành in ............................................. 46

4.1.4.

Kết quả sau khi thi công ................................................................... 48

4.2.

Lập trình hệ thống.................................................................................. 48

4.2.1.

Lưu đồ giải thuật. ............................................................................. 48

4.2.2.

Phần mềm lập trình vi điều khiển..................................................... 58

4.3.

Lập trình ứng dụng cho điện thoại ........................................................ 61

4.3.1.

Giới thiệu về phần mềm Android Studio và Firebase ....................... 61

4.3.2.

Lưu đồ giải thuật Android ................................................................ 66

4.3.3.

Lập trình ứng dụng Android............................................................. 69

4.3.4.

Chạy ứng dụng trên điện thoại ......................................................... 73

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN ........................................................................ 77

5.1.

Kết quả.................................................................................................... 77

5.1.1.

Kết quả mơ hình................................................................................ 77

5.1.2.

Ứng dụng điều khiển trên điện thoại ..... Error! Bookmark not defined.

5.2.

Nhận xét .................................................................................................. 81

5.3.

Đánh giá .................................................................................................. 81
vii


CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................. 82

6.1.

Kết luận................................................................................................... 82

6.2.

Hướng phát triển .................................................................................... 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 83
PHỤ LỤC....................................................................................................................... 85

viii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AC: điện áp xoay chiều.
DC: điện áp một chiều.
LCD: Liquid crystal display.

LED: Light EmittingDiode.
I2C: Inter-Intergrated Circuit.
USB: Universal Serial Bus.
UART: Universal Synchronous & Asynchronous serial Reveiver and Transmitter.
SRAM: Static Random Access Memory.
EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read Only Memory.
PWM: Pulse-width modulation.
SPI: Serial Peripheral Interface.
SDA: Serial Data.
SCL, SCK: Serial Clock.
MOSI: Master Output Slave Input.
MISO: Master Input Slave Output.
TWI: Two-Wire Serial Interface.
TCP: Transmission Control Protocol.
Wifi: Wireless Fidelity.
IEEE: Institute of Electrical and Electronic Engineers.
DMA: Direct Memory Access.
WPA: Wi-Fi protected access.
OFDM: Orthogonal frequency-division multiplexing.
IDE: Integrated Development Environment.
TTL: Transistor-transistor logic.
ix


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1 Thông số cơ bản của Mạch Arduino Mega 2560 ..................................... 10
Bảng 2. 2 Chức năng từng chân trong LCD 16x2 ................................................ 199
Bảng 3. 1 Chức năng từng chân của cảm biến vân tay JM-101 .............................. 37
Bảng 3. 2 Dòng tiêu thụ của các khối trong hệ thống ........................................... 411

x


DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ
Hình 2. 1 Cách kết nối hai thiết bị sử dụng giao thức UART. .................................. 4
Hình 2. 2 Sơ đồ khối UART .................................................................................... 5
Hình 2. 3 Khung truyền dữ liệu của giao thức UART. ............................................. 5
Hình 2. 4 Vị trí Start bit ........................................................................................... 7
Hình 2. 5 Vị trí Parity bit ......................................................................................... 8
Hình 2. 6 Vị trí Stop bit ........................................................................................... 9
Hình 2. 7 Arduino Mega 2560 ................................................................................. 9
Hình 2. 8 Sơ đồ chân Arduino Mega 2560 ............................................................. 13
Hình 2. 9 ESP8266 NodeMCU .............................................................................. 14
Hình 2. 10 Sơ đồ chân ESP8266 NodeMCU .......................................................... 16
Hình 2. 11 Kết nối bus I2C và các thiết bị ngoại vi ................................................ 18
Hình 2. 12 Mơ tả phương thức truyền I2C. ............................................................ 18
Hình 2. 13 LCD 16X2 ........................................................................................... 19
Hình 2. 14 Module I2C giao tiếp LCD16x2 ........................................................... 20
Hình 3. 1 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống. ........................................................ 21
Hình 3. 2 Module cảm biến ánh sáng ..................................................................... 23
Hình 3. 3 Sơ đồ kết nối chân cảm biến ánh sáng và Arduino Mega 2560 ............... 24
Hình 3. 4 Cảm Biến Chuyển Động HC-SR501 ...................................................... 25
Hình 3. 5 Sơ đồ kết nối chân cảm biến chuyển động và Arduino Mega 2560 ......... 26
Hình 3. 6 Cảm biến DHT11 ................................................................................... 27
Hình 3. 7 Sơ đồ kết nối chân cảm biến DHT11 và ESP8266 NodeMCU................ 28
Hình 3. 8 Module cảm biến lửa.............................................................................. 29
Hình 3. 9 Sơ đồ kết nối chân cảm biến lửa và Arduino Mega 2560 ........................ 30
Hình 3. 10 Động cơ servo MG90S ......................................................................... 31
Hình 3. 11 Sơ đồ kết nối động cơ Servo và Arduino Mega 2560............................ 32
Hình 3. 12 Sơ đồ chân và cấu tạo Opto PC817 ...................................................... 33

Hình 3. 13 Sơ đồ chân C1815 ................................................................................ 34
Hình 3. 14 Diode 1N4007 ...................................................................................... 34
Hình 3. 15 Relay 5VDC/10A ................................................................................. 35
Hình 3. 16 Sơ đồ chân và cấu tạo Relay................................................................. 35
Hình 3. 17 Sơ đồ ngun lí mạch relay .................................................................. 36
Hình 3. 18 Module cảm biến vân tay JM-101 ........................................................ 37
Hình 3. 19 Sơ đồ kết nối bàn phím ma trận và Arduino Mega 2560 ....................... 38
Hình 3. 20 Sơ đồ kết nối LCD 16x2 và Arduino Mega 2560.................................. 39
Hình 3. 21 Sơ đồ kết nối ESP8266 Node MCU, Arduino Mega 2560 và nguồn ..... 41
Hình 3. 22 Mạch nguồn xung 220v – 5v 2A .......................................................... 42
Hình 4. 1 Sơ đồ kích thước Arduino mega 2560. ................................................... 44
xi


Hình 4. 2 Sơ đồ kích thước ESP8266 NodeMCU. ................................................. 45
Hình 4. 3 Mạch in hai lớp của bảng mạch kết nối. ................................................. 46
Hình 4. 4 Mặt trên mạch in của bảng mạch kết nối. ............................................... 47
Hình 4. 5 Mặt dưới mạch in của bảng mạch kết nối ............................................... 47
Hình 4. 6 Kết quả bảng mạch in............................................................................. 48
Hình 4. 7 Lưu đồ chương trình chính Arduino mega 2560 ..................................... 49
Hình 4. 8 Lưu đồ chương trình mở khóa cửa ......................................................... 50
Hình 4. 9 Lưu đồ chương trình thêm dấu vân tay ................................................... 50
Hình 4. 10 Lưu đồ chương trình xóa dấu vân tay ................................................... 51
Hình 4. 11 Lưu đồ chương trình mở đèn cửa. ........................................................ 52
Hình 4. 12 Lưu đồ chương trình báo cháy.............................................................. 53
Hình 4. 13 Lưu đồ chương trình chinh ESP8266 NodeMCU ................................. 54
Hình 4. 14 Lưu đồ chương trình giao tiếp UART................................................... 55
Hình 4. 15 Lưu đồ chương trình gửi dữ liệu nhiệt độ độ ẩm................................... 56
Hình 4. 16 Lưu đồ chương trình con hẹn giờ. ........................................................ 57
Hình 4. 17 Lưu đồ chương trình đọc dữ liệu Server. .............................................. 58

Hình 4. 18 Icon chương trình Arduino. .................................................................. 59
Hình 4. 19 Giao diện của Arduino IDE. ................................................................. 59
Hình 4. 20 Icon phần mềm Andrroid Studio. ......................................................... 62
Hình 4. 21 Giao diện tạo Project. ........................................................................... 62
Hình 4. 22 Giao diện thiết kế. ................................................................................ 63
Hình 4. 23 Giao diện lập trình. .............................................................................. 63
Hình 4. 24 Giao diện Firebase. .............................................................................. 65
Hình 4. 25 Giao diện dịch vụ Database của Firebase. ............................................ 65
Hình 4. 26 Lưu đồ chương trình. ........................................................................... 66
Hình 4. 27 Lưu đồ điều khiển thiết bị. ................................................................... 67
Hình 4. 28 Lưu đồ các nút nhấn ............................................................................. 68
Hình 4. 29 Lưu đồ nút nhấn cài đặt. ....................................................................... 69
Hình 4. 30 Icon app điều khiển. ............................................................................. 74
Hình 4. 31 Giao diện màn hình chính. ................................................................... 74
Hình 4. 32 Giao diện cài đặt chế độ cho thiết bị. .................................................... 75
Hình 4. 33 Giao diện màn hình hiển thị nhiệt độ, độ ẩm. ....................................... 76
Hình 4. 34 Giao diện màn hình nút nhấn thơng tin. ................................................ 76
Hình 5. 1 Mơ hình ngơi nhà ................................................................................... 77
Hình 5. 2 Ứng dụng trên điện thoại........................................................................ 78

xii


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1.

Đặt vấn đề
Với sự phát triển khơng ngừng nghỉ của cơng nghiệp hóa hiện đại hóa, việc

đưa những tiến bộ về khoa học kỹ thuật áp dụng vào thực tiễn giúp con người dễ dàng
kiểm sốt, nâng cao chất lượng cơng việc và cuộc sống trong khi đó chỉ cần tốn ít sức
lực hơn so với trước kia. Đặc biệt là các ứng ứng dụng của cơng nghệ IOT( Internet
of things) đã góp phần tạo nền một môi trường sản xuất năng động, khoa học và giải
phóng sức lao động, tăng năng suất, mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Ở Việt Nam những năm gần dây việc ứng dụng các công nghệ của IOT vào
điều khiển các thiết bị dân dụng trong nhà đang ngày càng được quan tâm, các đề tài
nghiên cứu hay các dự án về ngồi nhà thông minh về điều khiển thiết bị điện trong
nhà được tìm hiểu, nghiên cứu và xây dựng nhiều. Ngôi nhà thông minh là ngôi nhà
có các điều kiện kỹ thuật để đảm bảo cuộc sống tốt nhất của con người. Đó là q
trình tích hợp của các hệ thống như: hệ thống báo cháy, hệ thống nhiệt độ, độ ẩm,
điều khiển của ra vào… thành một hệ thống thống nhất.
Xuất phát từ những thực tiễn nói trên, nhóm em quyết định chọn đề tài “Nghiên
cứu tích hợp hệ thống điều khiển tự động nhà thông minh”. Đây là một đề tài khá quen
thuộc với các bạn sinh viên như là việc nghiên cứu điều khiển các thiết bị qua internet,
các hệ thống báo cháy hay phát hiện có người thì bật đèn, theo dõi nhiệt độ, độ ẩm…
Để làm mới cho đề tài nhóm chúng em đã nghiên cứu sử dụng dấu vân tay mở cửa để
bảo mật an tồn cho ngơi nhà của mình.

1.2.

Mục tiêu đề tài

1.3.

 Khóa cửa bằng dấu vân tay hiển thị trên màn hình LCD.
 Điều khiển thiết bị bằng giọng nói.
 Điều khiển thiết bị qua điện thoại.
 Tự động bật tắt thiết bị theo thời gian đã thiết lập.
 Tự động bật tắt đèn khi trời tối và phát hiện có người.

 Theo dõi nhiệt độ, độ ẩm trong nhà.
 Cảnh báo cháy.
Nội dung nghiên cứu
 Nội dung 1: Tìm hiểu và tham khảo các tài liệu giáo trình, nghiên cứu các chủ
đề, các nội dung liên quan đến đề tài.
 Nội dung 2: Nghiên cứu và đưa ra các giải pháp hoạt động của mạch.

CNKT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
 Nội dung 3: Thiết kế và thi công mạch điều khiển giao tiếp giữa vi điều
ATMega2560, ESP8266EX, JM-101, màn hình LCD, các cảm biến.
 Nội dung 4: Thiết kế ứng dụng Android cho điện thoại và giao tiếp với vi
điều khiển thông qua wifi.
 Nội dung 5: Thiết kế và thi cơng khối điều khiển đóng mở các thiết bị.
 Nội dung 6: Chỉnh sửa lại các lỗi lập trình, tối ưu lại chương trình.
 Nội dung 7: Thi cơng mơ hình hồn chỉnh.
 Nội dung 9: Chạy thử nghiệm hệ thống.
 Nội dung 10: Viết báo cáo đồ án tốt nghiệp.
 Nội dung 11: Báo cáo đề án tốt nghiệp.
1.4.

Giới hạn








1.5.

Sử dụng ở những nơi có Wifi.
Sử dụng khóa cửa bằng dấu vân tay.
Điều khiển 4 thiết bị.
Sử dụng điện thoại để điều khiển thiết bị.
Việc điều khiển có thể bị trễ tùy thuộc vào tốc độ mạng
Ứng dụng điều khiển hoạt động trên nền tảng Android.
Bố cục

 Chương 1: Tổng Quan.
Trình bày các vấn đề bao gồm đặt vấn đề, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới
hạn và bố cục đồ án.
 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Giới thiệu các chuẩn giao tiếp sử dụng, vi điều điển, công nghệ WiFi
 Chương 3: Xây dựng và thiết kế hệ thống.
Trình bày sơ đồ khối của hệ thống, giải thích các khối, quy trình hoạt động. Trình
bày sơ đồ kết nối của các khối với vi điều khiển và đưa ra sơ đồ nguyên lý tồn mạch.
 Chương 4: Thi Cơng Hệ Thống.
Thi cơng mơ hình, chạy thử và nhận xét khi chạy thử hệ thống. Trình bày các lưu
đồ giải thuật.
 Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét, Đánh Giá.
Trình bày kết quả mơ hình và ứng dụng điều khiển trên điện thoại

CNKT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
 Chương 6: Kết Luận.
Trình bày những ưu điểm và khuyết điểm của mạch đồng thời đưa ra hướng phát
triển cho mơ hình.

CNKT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

3


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
2.1. Vi điều khiển
2.1.1. Giới thiệu giao thức UART
Thuật ngữ UART trong tiếng anh là viết tắt của cụm tự Universal Synchronous
& Asynchronous serial Reveiver and Transmitter, nghĩa là bộ truyền nhận nối tiếp
đồng bộ và khơng đồng bộ. UART thường được dùng trong máy tính công nghiệp,
truyền thông, vi điều khiển hay một số các thiết bị truyền tin khác. Mục đích của
UART sinh ra là để truyền tín hiệu qua lại lẫn nhau hay truyền từ vi điều khiển tới vi
điều khiển hoặc truyền từ ngoại vi tới vi điều khiển[6].
Trong đó hai thiết bị giao tiếp với nhau thông qua giao thức UART bằng hai
đường dẫn RX (read) và TX (transmit). Vì phương thức giao tiếp không đồng bộ nên
hai thiết bị giao tiếp với nhau phải được thống nhất về khung truyền, tốc độ truyền.

Hình 2. 1 Cách kết nối hai thiết bị sử dụng giao thức UART.
 Sơ đồ khối UART:
- Bao gồm hai thành phần là máy phát và máy thu được hiển thị bên dưới. Phần

máy phát bao gồm ba khối là thanh ghi giữ truyền, thanh ghi dịch chuyển và logic
điều khiển. Tương tự, phần máy thu bao gồm một thanh ghi giữ, thanh ghi thay đổi
và logic điều khiển. Hai phần này thường được cung cấp bởi một bộ tạo tốc độ baud.
Trình tạo này được sử dụng để tạo tốc độ khi phần máy phát và phần máy thu phải
truyền hoặc nhận dữ liệu.
- Thanh ghi giữ trong máy phát bao gồm byte dữ liệu được truyền. Các thanh
ghi thay đổi trong máy phát và máy thu di chuyển các bit sang phải hoặc trái cho đến
khi một byte dữ liệu được truyền hoặc nhận. Một logic điều khiển đọc (hoặc) ghi
được sử dụng để biết khi nào nên đọc hoặc viết.

CNKT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

4


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
-

Máy phát tốc độ baud giữa máy phát và máy thu tạo ra tốc độ dao động từ 110
bps đến 230400 bps. Thông thường, tốc độ truyền của vi điều khiển là 9600 đến
115200.

Hình 2. 2 Sơ đồ khối UART

Hình 2. 3 Khung truyền dữ liệu của giao thức UART.

 Các khái niệm quan trọng trong chuẩn truyền thông UART:
- Baudrate: Số bit truyền được trong 1s, ở truyền nhận không đồng bộ thì ở các
bên truyền và nhận phải thống nhất Baudrate. Các thông số tốc độ Baudrate thường

CNKT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

5


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
hay sử dụng dể giao tiếp với máy tính là 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 14400, 19200,
38400, 56000, 57600, 115200.
- Frame: Ngoài việc giống nhau của tốc độ baud 2 thiết bị truyền nhận thì
khung truyền của bên cũng được cấu hình giống nhau. Khung truyền quy định số bit
trong mỗi lần truyền, bit bắt đầu “Start bit”, các bit kết thúc (Stop bit), bit kiểm tra
tính chẵn lẻ (Parity), ngồi ra số bit quy định trong một gói dữ liệu cũng được quy
định bởi khung truyền. Có thể thấy, khung truyền đóng một vai trị rất quan trọng
trong việc truyền thành cơng dữ liệu.
 Idle frame: Đường truyền UART ở mức “1”, để xác nhận hiện tại đường
truyền dữ liệu trống, không có frame nào đang được truyền đi.
 Break frame: Đường truyền UART ở mức “0”, để xác nhận hiện tại trên
đường truyền đang truyền dữ liệu, có frame đang được truyền đi.
- Start bit: Bit đầu tiên được truyền trong một frame, bit này có chức năng báo
cho bên nhận rằng sắp có một gói dữ liệu truyền đến. Đường truyền UART luôn ở
trạng thái cao mức “1” cho đến khi chip muốn truyền dữ liệu đi thì nó gởi bit start
bằng cách kéo xuống mức “0”. Như vậy start bit giá trị điện áp 0V và phải bắt buộc
có bit start trong khung truyền.

CNKT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

6


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

Hình 2. 4 Vị trí Start bit
- Data: Data hay dữ liệu là thơng tin mà chúng ta nhận được trong q trình
truyền và nhận. Data trong STM32 có quy định khung truyền là 8bit hoặc 9bit. Trong
q trình truyền UART, bit có trọng số thấp nhất (LSB – least significant bit – bên
phải) sẽ được truyền trước và cuối cùng là bit có ảnh hưởng cao nhất (MSB – most
significant bit – bên trái)
- Parity bit: Parity dùng để kiểm tra dữ liệu truyền có đúng hay khơng. Có 2
loại Parity đó là Parity chẵn (even parity) và parity lẽ (odd parity). Parity chẵn nghĩa
là số bit 1 trong trong data truyền cùng với bit Parity luôn là số chẵn, ngược lại nếu
Parity lẽ nghĩa là số bit 1 trong data truyền cùng với bit Parity luôn là số lẽ. Bit Parity
không phải là bit bắt buộc và vì thế chúng ta có thể loại bỏ bit này ra khỏi khung
truyền.

CNKT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

7


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

Hình 2. 5 Vị trí Parity bit
- Stop bits: Stop bits là một bit báo cáo để cho bộ truyền/nhận biết được gói dữ
liệu đã được gởi xong. Stop bits là bit bắt buộc phải có trong khung truyền. Stop bits
có thể là 1bit, 1.5bit, 2bit, 0.5bit tùy thuộc vào ứng dụng UART của người sử dụng.

CNKT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

8

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

Hình 2. 6 Vị trí Stop bit
2.1.2. Arduino Mega 2560
Arduino đã và đang được sử dụng rất rộng rãi trên thế giới, và ngày càng chứng
tỏ được sức mạnh của chúng thông qua vô số ứng dụng độc đáo của người dùng trong
cộng đồng nguồn mở (open-source). Dịng mạch Arduino có rất nhiều phiên bản, một
trong những phiên bản phổ biến của mạch Arduino chính là Arduino Mega 2560.

Hình 2. 7 Arduino Mega 2560
CNKT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

9


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
Arduino Mega 2560 là phiên bản nâng cấp của Arduino Mega hay còn gọi là
Arduino Mega 1280.
Sự khác biệt lớn nhất với Arduino Mega 1280 chính là chip nhân. Ở Arduino
Mega 1280 sử dụng chip ATmega1280 với flash memory 128KB, SRAM 8KB và
EEPROM 4 KB.
Còn Arduino Mega 2560 là phiên bản hiện đang được sử dụng rộng rãi và ứng
dụng nhiều hơn. Với chip ATmega2560 có bộ nhớ flash memory 256 KB, 8KB cho
bộ nhớ SRAM, 4 KB cho bộ nhớ EEPROM. Giúp cho người dùng thêm khả năng
viết những chương trình phức tạp và điều khiển các thiết bị lớn hơn như máy in 3D,
điều khiển robot [7].
Bảng 2. 1 Thông số cơ bản của Mạch Arduino Mega 2560
Vi điều khiển

ATmega2560

Điện áp hoạt động

5V

Điện áp đầu vào (khuyên dùng)

7-12V

Điện áp đầu vào (giới hạn)

6-20V

Chân Digital I/O

54 (Với 15 chân PWM output)

Chân đầu vào Analog

16

Dòng ra trên chân digital

Tối đa 40 mA

Dòng ra tối đa (5V)

500 mA

Dòng ra trên chân 3.3V

50 mA

Bộ nhớ Flash

256 KB (ATmega2560) với 8 KB dùng bởi bộ
nạp khởi động

SRAM

8 KB (ATmega2560)

EEPROM

4 KB (ATmega2560)

Xung nhịp

16 MHz

CNKT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

10


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
 Nguồn cho ARDUINO:
Arduino Mega có thể được cấp nguồn thơng qua kết nối USB hoặc nguồn
ngồi. Nguồn ni được chọn một cách tự động.

Nguồn ngồi (khơng phải USB) có thế lấy từ bộ chuyển đổi AC sang DC hoặc
từ pin. Bo mạch có thể hoạt động với nguồn ngồi từ 6 – 20V. Tuy nhiên, nếu nguồn
cấp nhỏ hơn 7V thì chân 5V có thể cấp khơng đủ 5V và bo mạch có thể chạy khơng
ổn định. Nếu cấp lớn hơn 12V, bộ biến áp có thể bị nóng và ảnh hưởng tới mạch.
Điện áp khuyến nghị là 7 – 12V.
Các chân cấp nguồn
VIN: Điện áp vào mạch Arduino khi nó sử dụng nguồn ngoài (khác với nguồn
5V từ kết nối USB hoặc nguồn khác). Ta có thể cấp nguồn qua chân này hoặc cấp
thông qua jack cắm nguồn.
5V: Chân cấp điện áp ra 5V từ bộ điều chỉnh điện áp của bo mạch.
3V3: Chân cấp điện áp ra 3,3V từ bộ điều chỉnh điện áp.
GND: Chân nối đất.
IOREF: Chân này cấp điện áp tham chiếu cho vi điều khiển hoạt động. Một
shield được cấu hình đúng có thể đọc điện áp chân IOREF và chọn nguồn điện phù
hợp hoặc cho phép biến đổi điện áp để làm việc vơi 5,5V hoặc 3,3V.
 Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:
256KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ
nhớ Flash của vi điều khiển. Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ được
dùng cho bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá 20KB bộ nhớ này đâu.
8KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn khai
báo khi lập trình sẽ lưu ở đây. Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.
4KB cho EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only
Memory): đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi mà có thể đọc và ghi dữ liệu
của mình vào đây mà khơng phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trên SRAM.
 Các chân vào ra của ARDUINO MEGA 2560:
Mỗi chân trong 54 chân digital trên bo Mega có thể sử dụng làm chân input
hoặc output. Chúng hoạt động ở 5V. Mỗi chân có thể cấp hoặc nhận tối đa 40mA và

CNKT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

11