CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Tổng quan về đề tài nghiên cứu Với sự phát triển của xã hội hiện đại những thiết bị bảo vệ tài sản trong nhà như khoá cửa là một phần không thể thiếu. Hầu hết trên thị trường hiện nay là khoá cơ khí, các khoá cơ khí này gặp vấn đề lớn đó là tính bảo mật không cao, nên dễ dàng bị phá bởi các chìa khoá đa năng. Phát triển và thiết kế “hệ thống khóa cửa thông minh” đóng vai trò quan trọng trong thời đại hiện nay nhằm tăng cao tính bảo mật và tiện lợi cho người sử dụng.vn/khoa-cua-thong-minh-xiaomi-aqara-n200) Hình 1.1: Khóa cửa thông Hình minh1.1: Khóa cửa thông minh 1.
Các loại khóa cửa ở Việt Nam Khóa bấm là loại khóa có kích thước, hình dáng nhỏ vừa lòng bàn tay, có loại bám vào là sẽ khóa được hay cần phải có chìa khóa mới khóa được. Đây là loại khóa thường được sử dụng cho khóa cửa gỗ, khóa cửa sắt, cửa xếp.vn/15-cach-doi-mat-khau-o-khoa-10-so-bam-moi Hình 1.2: Khóa bấm Khóa chốt là loại khóa với khả năng chống trộm, tính bảo mật khá cao. Đặc điểm của khóa này là có then chốt ngang qua cầu khóa và vặn chìa khóa để rút chốt ra khỏi 2 cầu để mở khóa.in/stainless-steel-door-kit.3: Khóa chốt truyền thống Khóa tay nắm tròn là một loại khóa được thiết kế có một đầu là ổ khóa (lắp ở bên ngoài) và một đầu là nút bấm khóa thường được lắp ở bên trong. Khóa có thể phân thành 4 loại khác nhau chẳng hạn như: Loại 2 đầu trơn: Được sử dụng cho phòng trẻ em.
Loại một đầu có nút bấm để khóa và đầu còn lại có màu xanh đỏ để đánh dấu việc khóa đang đóng hay mở.vn/khoa-cua-nam-tron-viet-tiep-04206 Hình 1.4: Khóa cửa tay nắm tròn 1. Các loại khóa cửa ở nước ngoài Khóa cửa thông minh 28285 làm từ chất liệu hợp kim không gỉ, phù hợp cho nhiều môi trường sống khác nhau. Mẫu khóa cửa thông minh này có thể sử dụng vân tay, thẻ từ hoặc mật mã để mở khóa, tùy thuộc nhu cầu của người dùng.vn/he-thong-khoa-dien-tu/khoa-van-tay-2828.5: Khóa cửa thông minh 28285 Khóa cửa VPO có kiểu tay gạt hiện đại, được làm từ chất liệu hợp kim, sơn tĩnh điện. Được trang bị các chức năng mở khóa hiện đại như mở bằng mật khẩu, vân tay, thẻ từ và chìa khóa cơ.vn /8666/so-sanh-khoa-co-va-khoa-cua-thong-minh Hình 1.6: Khóa cửa VPO 1.
So sánh lựa chọn các loại khóa cửa Từ những loại khóa cửa truyền thống và hiện đại trên, nhóm em có đưa ra quan điểm: Ưu điểm của khóa cửa thông minh là: - Tính tiện lợi: nhờ có khóa thông minh mà việc đóng, mở cửa dễ dàng hơn và giúp người dùng tiết kiệm được nhiều thời gian và công sức. - Tính an toàn, bảo mật: vì được kích hoạt bằng vân tay người dùng nên việc làm giả sẽ rất khó. Khóa cửa thông minh được cấu tạo rất chắc chắn gồm 5 chốt. - Tính tiện dụng: có thể ghi lại ngày, giờ người ra vào bất cứ lúc nào.
Nó đặc biệt hữu ích cho bạn khi muốn kiểm soát và theo dõi các hoạt động mỗi khi ai ra vào căn nhà. - Thiết kế đa dạng: Có rất nhiều mẫu mã, thiết kế khác nhau phù hợp với nhu cầu của người dùng. Nhược điểm của khóa cửa thông minh là: - Giá thành cao hơn các loại khóa truyền thống. - Đòi hỏi phải có thợ chuyên môn và thời gian lắp đặt lâu.
16 - Trường hợp ngón tay bị trầy xước sẽ khiến độ nhận diện vân tay kém. Nhiệm vụ đề tài Nhiệm vụ 1: Tìm hiểu về vi điều khiển STM32. - Tìm hiểu chung về STM32F103C8T6. - Lịch sử và quá trình phát triển.
- Thông số kỹ thuật và các ngoại vi. Nhiệm vụ 2: Tìm hiểu bàn phím ma trận 4x4. - Cách thức giao tiếp với vi điều khiển. - Thông số kỹ thuật và sơ đồ chân.
Nhiệm vụ 3: Tìm hiểu về module thẻ từ RFID RC522. - Thông số kỹ thuật và sơ đồ chân. - Cách sử dụng và giao tiếp với vi điều khiển. Nhiệm vụ 4: Tìm hiểu về module cảm biến vân tay AS608 - Thông số kỹ thuật và sơ đồ chân.
- Cách sử dụng và giao tiếp với vi điều khiển. Nhiệm vụ 5: Tìm hiểu về màn hình LCD16X2. - Thông số kỹ thuật và sơ đồ chân. - Cách sử dụng và giao tiếp với vi điều khiển.
Nhiệm vụ 6: Thiết kế khối hạ áp. - Thiết kế khối hạ áp 12V-5V - Thiết kế khối hạ áp 5V-3. Kit ARM STM32F103C8T6 [2] STM32 là một trong những dòng chip phổ biến của dòng ST với nhiều họ thông dụng như F0, F1, F2, F3, F4,. STM32F103 thuộc họ F1 với lõi là ARM COTEX M3 [2].
STM32F103 là vi điều khiển 32 bit, tốc độ tối đa là 72MHz. Mạch nạp cũng như công cụ lập trình khá đa dạng và dễ sử dụng. Một số ứng dụng chính: dùng cho trình để điều khiển ứng dụng, thiết bị cầm tay, máy tính và thiết bị ngoại vi, định vị cơ bản, các ứng dụng trong công nghiệp, thiết bị lập trình PLC, biến tần, máy in, máy quét, hệ thống cảnh báo, thiết bị liên lạc nội bộ…KIT STM32F103C8T6 Mini thuộc loại KIT phát triển được thiết kế đơn giản, có cổng giao tiếp USB và cổng nạp SWD, sử dụng dòng vi điều khiển 32 Bit của dòng ST.vn/products/kit-ra-chon-stm32f103c8t6 Hình 1.7: Kit ARM STM32F103C8T6 Phần mềm lập trình: có khá nhiều trình biên dịch cho STM32 như IAR Embedded Workbench, Keil C… Thư viện lập trình: có nhiều loại thư viện lập trình cho STM32 như: STM32snippets, STM32Cube LL, STM32Cube HAL, Standard Peripheral Libraries, Mbed core. Mạch nạp: có khá nhiều loại mạch nạp như: ULINK, J-LINK, CMSIS- DAP, STLINK… - 1 cổng Mini USB dùng để cấp nguồn, nạp cũng như gỡ lỗi.
18 - 2 MCU bao gồm 1 MCU nạp và 1 MCU dùng để lập trình. - Có chân Output riêng cho các chân mạch nạp trên MCU1. - Có chân Output đầy đủ cho các chân MCU2. - Chân cấp nguồn ngoài riêng cho MCU2 nếu không sử dụng nguồn từ USB.
- Thạch anh 32,768 Khz dùng cho RTC và backup. - Chân nạp dùng cho chế độ nạp boot loader. - Nút Reset ngoài và 1 led hiển thị trên chân PB9, 1 led báo nguồn cho MCU2. Cấu hình chi tiết của STM32F103C8T6: - ARM 32-bit Cortex M3 với clock max là 72MHz.
- Bộ nhớ: 64 Kbytes bộ nhớ Flash (bộ nhớ lập trình), 20 Kbytes SRAM Clock, Reset và quản lý nguồn. - Điện áp hoạt động 2. - Sử dụng thạch anh ngoài từ 4MHz - 20MHz. - Thạch anh nội dùng dao động RC ở chế độ 8MHz hoặc 40KHz.
- Sử dụng thạch anh ngoài 32.768 KHz được sử dụng cho RTC. Trong trường hợp điện áp thấp có các chế độ: ngủ, ngừng hoạt động hoặc hoạt động ở chế độ chờ.1: Cấu hình chân của chip STM32F103C8T6 Kiểu chân Tên chân Mô tả 1. Điện áp hoạt động đầu ra 1. Chân cấp nguồn ở cổng Power 2.
Chân 5V USB hoặc nguồn 5V ngoài 3. Chân nối đất Chân Analog PA0-PA7, PB0-PB1 Chân ADC 19 PA0-PA15 Chân I / O PB0-PB15 37 chân I/O đa chức năng PC13-PC15 PA0-PA15 Ngắt ngoài PB0-PB15 Chân ngắt PC13-PC15 PA0-PA3 PA6-PA10 15 chân điều chế độ rộng PWM PB0-PB1 xung PB6-PB9 TX1, RX1,TX2, Chân bao gồm RTS, CTS UART RX2,TX3, RX3 USART MISO0, MOSI0, SPI SCK0,MISO1, 2 chân SPI1 và SPI2 MOSI1, SCK1 Tổ chức bộ nhớ flash trên STM32F103C8T6: Bộ nhớ Flash của STM32F1 được tổ chức gồm một khối chính (Main Block) có dung lượng lên đến 128kB (hoặc 64kB) được chia thành 128 Page (hoặc 64 Page đối với 64kB). Và một khối thông tin (information block). Có địa chỉ bắt đầu từ 0x0800 00001.
Các thao tác với bộ nhớ Flash bao gồm: - Xóa: bộ nhớ Flash trên STM32F103C8T6 có 64 page tương ứng với 64kB với 2 kiểu xóa là xóa theo Page hoặc là xóa toàn bộ chip. - Đọc: Ta có thể dùng 1 con trỏ, trỏ tới địa chỉ đó là xong. - Ghi: Trước khi muốn ghi dữ liệu vào Flash, ta cũng cần phải unlock Flash, và sau khi ghi thì lock lại. Để Cortex CPU hoạt động ở xung nhịp cao nhất 72MHz với thời gian ở trạng thái chờ là 0, bộ nhớ Flash được trang bị bộ 2 nhớ đệm 64-bit.
Hai bộ 20 nhớ đệm này có thể thực thi các lệnh đọc ghi dữ liệu 64-bit trên Flash và chuyển các lệnh 16 hay 32bit cho nhân Cortex để thực thi.2: Tổ chức module flash Block Name Base addresses Size (byte) Page 0 0x0800 0000 – 1 Kbyte 0x0800 03FF Page 1 0x0800 0400 – 1 Kbyte 0x0800 07FF Page 2 0x0800 0800 – 1 Kbyte Main 0x0800 0BFF memory Page 3 0x0800 0C00 – 1 Kbyte 0x0800 0FFF Page 4 0x0800 1000 – 1 Kbyte 0x0800 13FF … … … Page 127 0x0801 FC00 – 1 Kbyte 0x0801 FFFF Information System memory 0x1FFF F000 – 2 Kbytes Block 0x1FFF F7FF Option Bytes 0x1FFF F800 – 16 0x1FFF F80F 1. Bàn phím ma trận 4x4 Ma trận phím 4x4 gồm 16 nút bấm được kết nối thành 4 hàng và 4 cột.com/product/ban-phim-ma-tran-mem-4x4 Hình 1.8: Bàn phím ma trận 4x4 và sơ đồ chân Để đọc giá trị của phím bấm, ta sẽ sử dụng thuật toán “quét phím”. Có 2 cách quét phím là quét theo cột hay quét theo hàng. Ở đây ta nói về quét hàng, quét cột cũng hoàn toàn tương tự.
Ta lần lượt xuất tin hiệu mức 0 ra các hàng (khi một hàng là mức 0 thì tất cả các hàng khác phải là mức 1). Sau đó kiểm tra các cột nếu cột nào có mức logic 0 thì phím có tọa độ hàng và cột đó được ấn.3: Thông số kỹ thuật bàn phím ma trận 4x4 Module bàn phím ma trận loại phím mềm 4x4 Độ dài cáp 88mm Nhiệt độ hoạt động 0℃ ~ 70 ℃ Đầu nối ra 8 chân Kích thước bàn phím 77 x 69mm. Module RFID [6] RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến. Công 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 hoặc lưu vết từng đối tượng.
Một hệ thống RFID thường bao gồm 2 thành phần chính là thẻ nhãn (chip RFID chứa thông tin) và đầu đọc (reader) đọc các thông tin trên chip. 22 Module RFID RC522 sử dụng IC MFRC522 của Phillip dùng để đọc và ghi dữ liệu cho thẻ NFC tần số 13.56 MHz, với mức giá rẻ thiết kế nhỏ gọn, module này là sự lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng về ghi đọc thẻ RFID. Module RFID RC522 giao tiếp với vi điểu khiển bằng giao thức SPI [6].vn/rfid-la-gi-huong-dan-su-dung-module-rfid-rc522 Hình 1.9: Module RFID RC522 Bảng 1.4: Thông số kỹ thuật Module RFID RC522 Điện áp hoạt động 3.3VDC Dòng điện hoạt động 13 - 26 mA Dòng ở chế độ chờ 10 - 13mA Dòng ở chế độ nghỉ <80uA Tần số sóng mang 13.