Chương 1. GIỚI THIỆU: Trong chương đầu tiên, đồ án chủ yếu đưa ra một góc nhìn tổng thể về đề tài. Nhóm thực hiện sẽ trình bày kế hoạch chi tiết của đề tài, đồng thời xác định giới hạn, phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu và các giới hạn của đề tài. CƠ SỞ LÝ THUYẾT: Trong chương này, nhóm thực hiện sẽ nêu bật về các lý thuyết chính yếu liên quan đến thiết kế và triển khai hệ thống cửa khoá tự động.
Các kiến thức lý thuyết này sẽ đóng vai trò quan trọng trong quá trình nghiên cứu và phát triển hệ thống. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CỬA KHÓA TỰ ĐỘNG: Chương này sẽ tập trung vào việc phân tích yêu cầu của hệ thống, giải thích các điểm nổi bật quan trọng về thiết kế, đưa ra giải pháp về thiết bị và ứng dụng di động. KẾT QUẢ: Tại chương này, nhóm thực hiện sẽ trình bày kết quả đã đạt được từ quá trình nghiên cứu và thi công hệ thống, chức năng vận hành của hệ thống sẽ được trình bày chi tiết. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN: Chương cuối cùng sẽ tổng hợp các kết quả, đánh giá ưu và nhược điểm, đồng thời đề xuất hướng phát triển của đề tài trong tương lai.
Nhóm thực hiện sẽ kết luận một cách tổng quan và đưa ra hướng phát triển cho hệ thống. 4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CỬA KHÓA TỰ ĐỘNG Hệ thống cửa khóa tự động cho khu trọ ngày càng trở nên quan trọng trong việc quản lý và bảo vệ an ninh của các khu trọ, căn hộ, và chung cư. Đồng thời, sự phát triển của Cách Mạng Công Nghiệp 4.0 đã đưa công nghệ vào quản lý khu trọ, không chỉ tối ưu hóa sự thuận tiện mà còn nâng cao mức độ an toàn và hiệu quả trong quản lý. Hệ thống cửa khóa tự động là hệ thống quản lý và điều khiển nhiều ổ khóa, được tích hợp với các cảm biến để cung cấp tiện ích cho người sử dụng.
Thông qua kết nối từ xa, người quản lý có khả năng quản lý người dùng và thiết bị mà không cần phải tiếp xúc trực tiếp với chúng. Điều này mang lại sự linh hoạt và thuận tiện trong việc quản lý và an toàn trong việc ra vào. Hệ thống cửa khóa tự động mang lại trải nghiệm hiện đại và tiện ích cho người sử dụng, không chỉ giúp mở và đóng cửa một cách thuận tiện mà còn cung cấp các phương tiện xác thực như vân tay hoặc mật khẩu, tăng cường sự bảo mật và quản lý. Trong lĩnh vực này, có nhiều sản phẩm và mô hình nghiên cứu liên quan đến hệ thống cửa khóa tự động như: - Cửa khóa tự động sử dụng thẻ từ.
- Cửa khóa tự động sử dụng giọng nói. - Cửa khóa tự động sử dụng vân tay. - Cửa khóa tự động sử dụng nhận dạng võng mạc. Sự phổ biến của IoT (Internet of Things) đã đánh dấu một xu hướng tích hợp hệ thống cửa khóa tự động vào mạng lưới thông tin, tận dụng sự kết nối rộng rãi để cung cấp những tiện ích đặc biệt.
Thị trường cửa khóa tự động tại Việt Nam đang có sự gia tăng đáng kể.2 CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG 2.1 Chuẩn truyền thông UART UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) là một giao thức truyền thông phổ biến trong việc gửi thông tin giữa các thiết bị điện tử. Giao thức UART [1] Sử dụng chỉ hai dây kết nối: - Tx (Transmitter). UART truyền dữ liệu không đồng bộ, tức là không sử dụng tín hiệu clock để đồng bộ hóa quá trình truyền nhận. UART tích hợp các bit start và stop vào khung dữ liệu được truyền tiến hành trình tự đồng bộ giữa bên gửi và bên nhận.
Các bit start và stop trong UART định rõ điểm bắt đầu và kết thúc của gói dữ liệu, giúp UART nhận diện khi nào bắt đầu đọc các bit tương ứng. Khi UART nhận được một bit "start", nó bắt đầu quá trình đọc các bit với tốc độ truyền (baud rate). Tốc độ truyền là đơn vị đo tốc độ truyền dữ liệu, thường được biểu thị bằng bit trên giây (bps - bit per second). Cả hai UART đều cần triển khai ở cùng một tốc độ truyền.
Tốc độ truyền giữa UART truyền và nhận chỉ được phép chênh lệch khoảng 10% để tránh việc thời gian của các bit bị lệch quá mức.2 Chuẩn truyền thông I2C I2C (Inter-Integrated Circuit) là một giao thức truyền thông nối tiếp được phát triển bởi Philips Semiconductors, nhằm gửi thông tin giữa bộ xử lý chính và nhiều IC khác nhau trong phạm vi một bo mạch, chỉ sử dụng hai dây gửi và nhận dữ liệu. [2] Giao thức I2C kết hợp tính năng từ cả giao thức SPI và UART trong quá trình truyền thông nối tiếp. Giao thức này cho phép người dùng liên kết nhiều slave với chỉ một master, gần giống giao thức SPI. Cùng lúc chấp thuận cho nhiều master liên kết với nhiều slave.
Phát triển từ giao thức UART, I2C cũng dùng hai dây để gửi và nhận thông tin: 6 - SDA (Serial Data): gửi và nhận thông tin giữa master và slave - SCL (Serial Clock): mang tín hiệu đồng bộ clock.3 Chuẩn kết nối mạng không dây Wifi Wi-Fi (Wireless Fidelity) có nhiệm vụ chính yếu trong việc mang lại kết nối Internet không dây, phổ biến trong đủ loại thiết bị điện tử thông minh. Chuẩn Wi-Fi được định nghĩa bởi các tiêu chuẩn IEEE 802.11 và là một kỹ thuật vô tuyến dùng cho việc gửi và nhận thông tin qua sóng radio. Wi-Fi vận hành trong phạm vi tần số 2.4 GHz hoặc 5 GHz, và các thiết bị có thể kết nối với mạng Wi-Fi để truy cập Internet. Chuẩn Wi-Fi đã trải qua nhiều phiên bản, bao gồm 802.
Mỗi phiên bản mang lại nâng cấp về hiệu suất gửi và nhận thông tin, tính đa nhiệm và hiệu suất mạng. Các chuẩn kết nối Wifi [4] - Chuẩn 802.11: chuẩn có hiệu suất cao nhất là 2Mbps với băng tầng 2.11b: chuẩn có hiệu suất lên đến 11Mbps, chạy ở băng tần 2.4GHz dễ bị nhiễu từ các thiết bị khác.11a: chuẩn truyền dẫn ở tần số là 5GHz tránh nhiễu tốt, có hiệu suất là 54Mbps nhưng khả năng xuyên tường thấp chi phí cao.11g: chuẩn chạy ở băng tần 2.4GHz nên vẫn dễ nhiễu, có hiệu suất lên đến 54Mbps.11n: chuẩn chạy ở cả băng tần 2.4GHz và 5GHz, có hiệu suất lên đến 300Mbps.11ac: chuẩn chạy ở băng tầng 5GHz, có hiệu suất cao nhất lên đến 1730Mbps.3 TỔNG QUAN VỀ GOOGLE FIREBASE Google Firebase là một dịch vụ đám mây được phát triển bởi Google, hỗ trợ nhiều phần mềm và tiện ích để thiết lập và quản lý phần mềm di động và web. Firebase cung cấp nền tảng đa chức năng, giúp các nhà phát triển giảm bớt công việc hạ tầng và chủ yếu việc nâng cao trải nghiệm người dùng. Một số dịch vụ quan trọng của Firebase: - Realtime Database: cơ sở dữ liệu thời gian thực cho phép lưu trữ và đồng bộ dữ liệu giữa các thiết bị người dùng.
- Authentication: đưa ra các cách thức kiểm tra danh tính người dùng, bao gồm đăng nhập bằng email, Google, Facebook, và nhiều phương thức khác. - Cloud Firestore: cơ sở dữ liệu đa chiều, cho phép lưu trữ và truy vấn dữ liệu theo thời gian thực. - Cloud Functions: cho phép viết mã backend mà không cần quản lý máy chủ, kích thích các sự kiện trong ứng dụng của bạn. - Cloud Storage: nền tảng lưu giữ và truy cập tệp tin như hình ảnh, video.
- Cloud Messaging (FCM): Dịch vụ thông báo đám mây giúp gửi thông báo người dùng từ máy chủ đến thiết bị di động. [5] 8 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CỬA KHÓA TỰ ĐỘNG 3.1 YÊU CẦU HỆ THỐNG Hệ thống cửa khóa tự động được thiết kế để xử lý các yêu cầu giúp hỗ trợ quản lý và điều khiển từ xa. Dưới đây là những yêu cầu chi tiết mà hệ thống cần đáo ứng: - Quản lý từ xa nhiều ổ khóa thông qua ứng dụng di động: • Thêm ổ khóa mới cho khu trọ mới: người quản lý có khả năng thêm một ổ khóa mới cho mỗi khu trọ từ xa thông qua ứng dụng di động, mở rộng hệ thống một cách linh hoạt. • Xóa dữ liệu ổ khóa cũ bằng cách xóa khu trọ cũ: có khả năng xóa dữ liệu của một ổ khóa cũ bằng cách xóa toàn bộ thông tin của khu trọ liên quan, giúp quản lý hiệu quả tình trạng khu trọ không còn sử dụng.
• Thêm/xóa vân tay của thành viên của từng khu trọ: quản lý có thể thêm và xóa vân tay của thành viên cho từng khu trọ qua ứng dụng di động. • Chỉnh sửa thông tin cá nhân của mỗi thành viên: người quản lý có thể chỉnh sửa thông tin cá nhân của từng thành viên như họ tên, ngày sinh, giới tính… • Hiển thị thông tin từng khu trọ và trạng thái kết nối: ứng dụng di động hiển thị thông tin từng khu trọ và trạng thái kết nối của mỗi ổ khóa, giúp người quản lý theo dõi tình trạng mỗi khu trọ. • Hiển thị danh sách thông tin từng thành viên của mỗi khu trọ: chức năng tìm kiếm hỗ trợ người quản lý xác định thông tin thành viên theo tên trong từng khu trọ. • Thay đổi wifi kết nối của mỗi ổ khóa: có khả năng thay đổi cài đặt wifi kết nối của từng ổ khóa từ xa, giúp quản lý điều chỉnh kết nối một cách linh hoạt.
• Thay đổi mật khẩu bàn phím số của mỗi ổ khóa: người dùng có thể thay đổi mật khẩu bàn phím số từng ổ khóa qua ứng dụng di động, tăng cường an ninh hệ thống. 9 • Đổi thông tin người quản lý: người quản lý có thể thay đổi thông tin cá nhân như tên người quản lý, mật khẩu tài khoản, email, nhưng không thay đổi số điện thoại. • Gửi cảnh báo bằng ứng dụng di động khi người dùng nhập sai quá 5 lần: hệ thống tự động gửi cảnh báo qua ứng dụng di động khi người dùng nhập sai mật khẩu quá 5 lần, nhằm bảo vệ an toàn hệ thống. • Xem nhật ký mở khóa của mỗi khu trọ: hiển thị chi tiết nhật ký mở khóa của từng khu trọ bao gồm: thời gian, tên thành viên, tên khu trọ ra vào.
- Chức năng thao tác tại chỗ trên phần cứng ở từng ổ khóa: • Mở khóa bằng vân tay thành viên đã được đăng ký: người dùng có thể mở khóa bằng vân tay đã được đăng ký trên cảm biến vân tay của ổ khóa. • Mở khóa bằng mã xác nhận: người dùng có thể mở khóa bằng cách nhập mã xác nhận từ keypad trên ổ khóa.