Chương 1: Giới thiệu • Tại chương đầu tiên, sinh viên thực hiện sẽ trình bày tổng quan về đề tài, bao gồm mục tiêu, giới hạn, phương pháp nghiên cứu, đối tượng và giới hạn của đề tài. - Chương 2: Cơ sở lý thuyết • Trong chương sinh viên thực hiện trình bày về các lý thuyết liên quan đến thiết kế được ứng dụng trong quá trình nghiên cứu và triển khai hệ thống. - Chương 3: Thiết kế hệ thống ổ khoá thông minh • Trong chương này sinh viên thực hiện đưa ra các phân tích về yêu cầu của hệ thống, đặc điểm cụ thể về cách thiết kế, giải pháp thiết kế phần cứng và phần mềm, trình bày cơ chế hoạt động của đề tài. - Chương 4: Kết quả 3 • Tại chương này sinh viên sẽ thể hiện kết quả đã đạt được và chức năng của hệ thống đã được áp dụng.
- Chương 5: Kết luận và hướng phát triển. • Dựa trên những nghiên cứu trước đó, chương này sẽ tổng hợp các kết quả đạt được và phân tích các ưu điểm, nhược điểm, cùng những đề xuất về hướng phát triển của đề tài trong tương lai. 4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG Ổ KHOÁ THÔNG MINH Hệ thống ổ khoá thông minh là hệ thống được tích hợp công nghệ cao và đạt được hiệu quả cao khi quản lý, điều khiển cho phép một hoặc nhiều thiết bị dùng mật mã hoặc vân tay để mở khoá thay thế cho việc dùng chìa khoá thông thường. Nó là một hệ thống quản lý và điều khiển nhiều ổ khoá được kết nối từ xa và kết hợp các cảm biến để đem lại tiện ích cho việc sử dụng.
Việc quản lý và điều khiển ổ khoá phụ thuộc vào tín hiệu không dây, do đó loại bỏ các đường dây kết nối từ thiết bị điều khiển đến ổ khoá. Đối với hệ thống có số lượng ổ khoá kết nối điều khiển lớn thì việc quản lý từ xa sẽ giảm bớt chi phí, tiết kiệm thời gian và nâng cao tiện ích cho người sử dụng. Samsung smart lock là một ví dụ về ổ khoá thông minh hiện đại có chuẩn kết nối như Bluetooth và Wifi đem lại cho người dùng cách mở cửa từ xa thông qua smartphone, mở khoá bằng thẻ từ, mật khẩu hoặc vân tay và người dùng có thể quản lý, cấp quyền truy cập cho người khác bằng ứng dụng di động [2]. Với xu hướng điều khiển và quản lý từ xa các thiết bị hiện nay đã tạo ra những lợi ích lớn.
Việc lắp đặt thiết bị, thêm bớt số lượng thiết bị điều khiển và được quản lý, giảm chi phí lắp đặt và nhiều lợi ích kèm theo. Do đó góp phần giảm chi phí lắp đặt và đem đến nhiều lợi ích khác. Hệ thống ổ khoá thông minh đem lại cải thiện to lớn cho sự tiện ích, đảm bảo an toàn, dễ dàng thao tác và quản lý. Với sự kết hợp của cảm biến được tích hợp ở các thiết bị giúp đem lại hiệu quả trong việc điều khiển và quản lý.1: Hệ thống ổ khoá thông minh 2.2 CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG 2.1 Chuẩn truyền thông UART Giao thức UART là một chuẩn truyền thông rất phổ biến để kết nối các thiết bị với nhau.
UART cho phép truyền dữ liệu song song hoặc truyền dữ liệu nối tiếp, không đồng bộ giữa bên gửi và bên nhận.2: Sơ đồ khối UART [3] Từ hình 2.11, sơ đồ khối của giao thức UART bao gồm máy phát, máy thu và một bộ tạo tốc độ baud. Bên máy phát có thanh ghi giữ truyền để lưu trữ byte dữ liệu cần truyền, thanh ghi dịch chuyển sẽ có trách nhiệm dịch bit sang phải hoặc trái để dữ liệu được truyền hoặc nhận và logic điều khiển được sử dụng để xác định việc đọc hoặc 6 viết dữ liệu. Cả khối ở hai phía máy phát và máy thu đều có cùng chức năng như nhau. Cuối cùng, một bộ tạo tốc độ baud được sử dụng để đảm bảo tốc độ truyền nhận và kết nối dữ liệu cả hai phía máy phát và máy thu.2 Chuẩn truyền thông I2C Giao thức I2C là một giao thức truyền thông nối tiếp được kết hợp từ giao thức SPI và UART về các tính năng.
Giao thức này cho phép người dùng được kết nối nhiều slave với một master duy nhất, tương tự như giao thức SPI. Đồng thời cũng cho phép nhiều master kết nối với nhiều slave. Được phát triển từ giao thức UART, I2C cũng sử dụng hai dây để truyền dữ liệu: - Dây SDA (Serial Data): truyền nhận dữ liệu giữa master đến các slave và ngược lại. - Dây SCL (Serial Clock): đường mang tín hiệu xung nhịp.3 Chuẩn kết nối mạng không dây Wifi Wifi là chuẩn kết nối mạng không dây phổ biến, tương thích với các thiết bị điện tử và các thiết bị thông minh khác có thể truy cập vào mạng Internet và liên kết với nhau trong một khu vực cụ thể.
Chuẩn wifi sử dụng sóng có băng tần 2.4GHz và 5GHz để truyền nhận dữ liệu và cùng sử dụng tài nguyên giữa các thiết bị một cách dễ dàng. Mạng wifi cung cấp một phạm vi kết nối không dây linh hoạt, hỗ trợ người dùng truy cập vào Internet và sử dụng tài nguyên từ xa mà không cần dây cáp. Wifi đã trở thành một phần cốt lõi không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày, có tác dụng kết nối và giao tiếp trong thế giới ngày nay.1: Bảng thông số các chuẩn wifi 802.11 Đặc điểm Chuẩn 802.11b được ra đời năm 1999 và tương thích với băng tần 2. Chuẩn có tốc độ truyền tải lên đến 11Mbps.11a được ra đời năm 1999 nhưng tương thích với băng tần 5GHz.
Chuẩn có tốc độ truyền tải lên đến 54Mbps nhưng phạm vi ngắn hơn so với chuẩn 802.11g được ra đời năm 2003 và tương thích với băng tần 2. Chuẩn có tốc độ đường truyền lên đến 54Mbps.11n được ra đời năm 2009 và tương thích với cả băng tần 2.4GHz và 5GHz. Chuẩn có tốc độ truyền tải lên đến 600Mbps.11ac được ra đời năm 2013 và tương thích với băng tần 5GHz. Chuẩn hỗ trợ tốc độ đường truyền lên đến vài Gbps.4: Các chuẩn kết nối Wifi [5] 2.3 TỔNG QUAN GOOGLE FIREBASE Firebase không chỉ là một cơ sở dữ liệu, nó còn là nền tảng để phát triển và cải thiện ứng dụng di động và web mạnh mẽ.
Firebase đem đến nhiều dịch vụ, trong đó bao gồm Firebase Realtime Database và Firebase Firestore, đó là hai cơ sở dữ liệu thời gian thực được cung cấp bởi Google. 8 Firebase Realtime Database là cơ sở dữ liệu thời gian thực được lưu trữ trên đám mây, hỗ trợ lưu trữ và đồng bộ hoá dữ liệu trực tiếp giữa các người dùng và các thiết bị. Nó xây dựng trên kiến trúc JSON và cung cấp các API để lưu trữ và truy xuất dữ liệu. Firebase hỗ trợ kết nối tài khoản Google để đăng nhập cho người dùng và đưa ra các dịch vụ mở rộng bao gồm xác thực người dùng, lưu trữ tệp tin, thông báo, phân tích dữ liệu và nhiều tính năng khác để hỗ trợ việc phát triển và quản lý ứng dụng.
9 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG Ổ KHOÁ THÔNG MINH 3.1 YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG Hệ thống được xây dựng với mục tiêu hỗ trợ quản lý cho người dùng và điều khiển từ xa cho một hoặc nhiều ổ khoá. Thêm vào đó, người dùng có khả năng kiểm soát thông tin, lịch sử, vị trí của tất cả người sử dụng ổ khoá ở bất kì thời điểm. Hơn nữa, người dùng cũng có quyền kiểm tra trạng thái kết nối giữa ổ khoá với hệ thống và đem lại khả năng mở cửa từ xa qua ứng dụng web. Hệ thống còn hỗ trợ cảnh báo mỗi khi có người mở khoá sai quá số lần qui định.
Dưới đây là những yêu cầu ban đầu mà hệ thống cần đáp ứng: - Hệ thống có tính năng điều khiển bằng ứng dụng web để mở/đóng cửa và mở/đóng cửa tại chỗ bằng vân tay đã được đăng kí hoặc mật khẩu của bàn phím số. - Hệ thống có hỗ trợ quản lý cho nhiều thiết bị thông qua ứng dụng web. - Các chức năng tại mỗi ổ khoá sẽ bao gồm: • Mở cửa bằng vân tay đã được đăng kí. • Mở cửa bằng mật khẩu của bàn phím số.
• Âm thanh cảnh báo sẽ kêu khi người sử dụng mở khoá sai 5 lần. Thiết bị sẽ tạm thời khoá 60s và đếm ngược. Sau khi kết thúc thì có thể sử dụng lại bình thường. • Có nút bấm riêng để tắt tiếng cảnh báo.
• Thao tác đóng cửa chỉ bằng một nút bấm. - Các chức năng tại ứng dụng web quản lý bao gồm: • Mở/đóng cửa tại mỗi nơi thông qua ứng dụng web. • Thêm/sửa/xoá vân tay thông qua trên ứng dụng web và thiết bị. • Thêm/sửa thông tin ổ khoá bao gồm (tên người quản lý, email, vị trí thiết bị, …).
• Hiển thị thông tin người sử dụng đã đăng kí của mỗi thiết bị. • Hiển thị thông tin của mỗi thiết bị và trạng thái kết nối giữa mỗi thiết bị với ứng dụng. 10 • Đổi wifi kết nối của mỗi thiết bị. • Đổi mật khẩu bàn phím số của mỗi thiết bị.
• Đổi thông tin tài khoản quản lý. • Tìm kiếm thông tin thiết bị và người sử dụng của mỗi thiết bị. • Gửi cảnh báo khi người sử dụng mở khoá sai 5 lần về email cho người quản lý. • Xem nhật ký mở cửa của mỗi thiết bị.2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG Hệ thống ổ khoá thông minh có thể được sử dụng tại nhiều không gian như nhà, căn hộ, chung cư, phòng trọ.
Do đó, hệ thống cần thoả mãn các yêu cầu được đề ra và tính tiện ích. Hệ thống được tạo ra với mục đích đảm bảo tính thân thiện và dễ sử dụng cho người dùng, có tinh linh động, đáp ứng yêu cầu và hoạt động một cách nhanh chóng. Các tiêu chí kỹ thuật trong thiết kế được lựa chọn dựa trên tính tương quan và đáp ứng các trường hợp. Sơ đồ khối mô tả hệ thống được trình bày trong hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống ổ khoá thông minh Khối xử lý trung tâm: sử dụng kit phát triển ESP-WROOM-32 làm trung tâm xử lý chính và truyền nhận dữ liệu của cảm biến vây tay và bàn phím số đến cơ sở dữ 11 liệu thông qua kết nối Wifi.
Ngoài ra, khối xử lý trung tâm còn có nhiệm vụ ghi lại thông tin liên quan đến người sử dụng và truyền nhận tín hiệu từ ứng dụng web để thực thi hành động.