Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa cơ truyền thống bằng chìa kim loại bộc lộ nhiều điểm hạn chế trong công tác quản lý an ninh hiện đại, bao gồm rủi ro mất chìa, sao chép trái phép và khó khăn khi cần phân quyền truy cập cho nhiều người dùng. Sự phát triển của các công nghệ nhận dạng sinh trắc học, thẻ vô tuyến (RFID) và mạng lưới vạn vật kết nối (IoT) đã thúc đẩy việc số hóa và tự động hóa các cơ chế kiểm soát truy cập nhằm nâng cao tính an toàn và tiện dụng.

Đề tài "Thiết kế và thi công hệ thống khoá điện tử thông minh" do sinh viên Nguyễn Trung Tiền và Nguyễn Lê Thanh Tú thực hiện (ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, năm 2024, dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Ngô Lâm) được triển khai nhằm giải quyết các bất cập trên. Hệ thống hướng đến mục tiêu xây dựng một mô hình khóa tích hợp đa phương thức mở cửa, kết hợp khả năng tự động xử lý khi xảy ra sự cố hỏa hoạn và giám sát lịch sử truy cập từ xa.

Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được phân định thành 11 nội dung cụ thể:

  1. Tham khảo, đọc và tổng hợp tài liệu chuyên ngành để định hình hướng nghiên cứu.
  2. Thiết kế sơ đồ khối chức năng và sơ đồ nguyên lý toàn mạch.
  3. Tính toán, thiết kế và kết nối phần cứng giữa vi điều khiển trung tâm Arduino Mega 2560 với module Wi-Fi ESP32, module RFID RC522, module cảm biến vân tay AS608, màn hình cảm ứng TFT 3.5 inch, cảm biến từ MC-38, cảm biến báo cháy và mạch chấp hành khóa.
  4. Thi công phần cứng, hoàn thiện bo mạch và gia công mô hình vật lý.
  5. Viết chương trình điều khiển phân luồng cho hệ thống nhúng.
  6. Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển trên ứng dụng di động (Blynk) và Web Server.
  7. Thiết lập hệ thống điều khiển, giám sát khóa điện tử qua môi trường Internet.
  8. Vận hành thử nghiệm mô hình thực tế, kiểm tra chức năng, đánh giá sai số và hiệu chỉnh hệ thống.
  9. Tổng hợp dữ liệu và viết báo cáo thuyết minh đồ án.
  10. Hoàn thiện các thủ tục đánh giá học thuật.
  11. Bảo vệ đồ án tốt nghiệp trước hội đồng chuyên môn.

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống khóa điện tử thông minh tích hợp cảm biến và kết nối không dây. Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm được giới hạn trong một mô hình cửa đơn, vận hành qua môi trường mạng Internet và sử dụng nguồn điện lưới kết hợp bộ nguồn dự phòng pin Li-ion.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài kế thừa và phát triển từ các mô hình bảo mật và điểm danh đã được công bố trước đây, bao gồm:

  • Giáo trình thực hành vi điều khiển PIC (Nguyễn Đình Phú, Phan Vân Hoàn, Trương Ngọc Anh).
  • Mô hình khoá điện tử có giám sát từ xa sử dụng GSM và RFID (Trần Vĩnh Sơn, Nguyễn Thành Dương): Sử dụng Arduino kết hợp module Sim900A, phím ma trận và RFID RC522 để điều khiển và cảnh báo qua tin nhắn SMS.
  • Hệ thống quản lý, giám sát phòng họp (Nguyễn Hồng Mẫn, Huỳnh Phúc Thái): Ứng dụng Arduino kết hợp cảm biến vân tay quang học R305 để quản lý sự kiện.
  • Hệ thống điểm danh nhân viên sử dụng vi điều khiển ARM (Trần Thị Linh Đa, Nguyễn Châu Ngân): Sử dụng vi điều khiển STM32F103VET6 kết hợp module R305, RC522 và ESP8266 để ghi nhận dữ liệu điểm danh vào thẻ nhớ SD.
  • Thiết bị điểm danh lớp thực hành bằng cảm biến vân tay và thẻ RFID (Trần Đình Linh): Kết hợp bộ ba vi điều khiển STM32F103, Arduino Uno R3 và ESP8266 nhằm cập nhật dữ liệu điểm danh lên Google Sheets.

Phương pháp nghiên cứu chủ đạo là phương pháp thiết kế và thi công kỹ thuật phần cứng (hardware engineering) kết hợp phát triển phần mềm nhúng. Tác giả áp dụng định luật Ohm để tính toán các thông số điện trở kéo lên ngõ vào ($R = \frac{V_{CC} - V_{IH}}{I_{IH}}$), tính toán cân bằng công suất và dòng tiêu thụ toàn mạch để lựa chọn nguồn cấp, và ứng dụng công thức tính dung lượng xả pin dự phòng nhằm duy trì hoạt động của hệ thống khi mất điện lưới.

Dữ liệu nghiên cứu bao gồm bảng thông số kỹ thuật (datasheet) của các linh kiện bán dẫn, mã nguồn thư viện Arduino, mô phỏng hoạt động trên phần mềm Proteus, cùng các bản ghi thực nghiệm về trạng thái đóng/mở cửa, giá trị cảm biến nhiệt độ - khói và chuỗi dữ liệu phản hồi trên nền tảng đám mây.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo cấu trúc phân tán gồm hai khối điều khiển: vi điều khiển trung tâm Arduino Mega 2560 chịu trách nhiệm xử lý logic ngoại vi tại chỗ và module ESP32 đảm nhận vai trò kết nối mạng không dây, tương tác với đám mây.

                  +-------------------------------------------------+
                  |              KHỐI NGUỒN CẤP                     |
                  |  Adapter 12V-2A / LM2596 (5V) / Pin 3S 18650    |
                  +-----------------------+-------------------------+
                                          |
    +-------------------------------------+-------------------------------------+
    |                                                                           |
    v                                                                           v
+-----------------------------+                             +-----------------------------+
|    ARDUINO MEGA 2560        | <====== UART (RX3/TX3) ===> |        ESP32 (WIFI)         |
|  (Khối xử lý trung tâm)     |                             |  (Khối giao tiếp mạng)      |
+--------------+--------------+                             +--------------+--------------+
               |                                                           |
   +-----------+-----------+                                   +-----------+-----------+
   | (8-bit Parallel)      | (SPI)                             | (Digital)             | (Internet)
   v                       v                                   v                       v
+--------------+     +--------------+                    +--------------+     +-----------------+
| Màn hình TFT |     | Module RFID  |                    | Khối báo cháy|     | Blynk Cloud     |
| 3.5" ILI9486 |     | RC522        |                    | (DHT11, MQ2) |     | & Google Sheets |
+--------------+     +--------------+                    +--------------+     +-----------------+
   | (UART1)               | (GPIO/Relay)
   v                       v
+--------------+     +------------------------------------------+
| Module AS608 |     | - Khóa chốt LY-03 (Relay D23)            |
| (Vân tay)    |     | - Còi báo cháy 220VAC (Relay D25)        |
+--------------+     | - Buzzer cảnh báo (D22)                  |
                     | - Cảm biến cửa MC-38 (D43) & Nút mở (D37)|
                     +------------------------------------------+

Kiến trúc phần cứng và phân bổ kết nối ngoại vi

Hệ thống tích hợp các linh kiện theo sơ đồ phân bổ chân và giao thức giao tiếp như sau:

Khối chức năng Linh kiện / Module Chuẩn giao tiếp Chân kết nối trên Arduino Mega 2560 / ESP32 Điện áp hoạt động
Xử lý trung tâm Arduino Mega 2560 (ATmega2560) - Khối điều khiển chính 5VDC
Giao tiếp Wi-Fi ESP32 (Xtensa LX6) UART (9600 bps) Chân D13, D14 kết nối chân RX3 (15), TX3 (14) của Mega 2560 5VDC
Nhận dạng vân tay Module AS608 (Quang học) UART (57600 bps) TX nối RX1 (19), RX nối TX1 (18) của Mega 2560 3.3VDC
Nhận dạng thẻ từ Module RFID RC522 (13.56MHz) SPI SDA (53), SCK (52), MOSI (51), MISO (50), RST (49) 3.3VDC
Hiển thị & Cảm ứng TFT 3.5 inch (IC ILI9486) Parallel 8-bit LCD_D0..D7 nối D8, D9, D2..D7; Control nối A0..A5 5VDC
Chấp hành khóa Khóa chốt điện LY-03 Relay cách ly Chân điều khiển kích mức thấp nối chân D23 12VDC (800mA)
Cảm biến đóng cửa Cảm biến từ MC-38 Kỹ thuật số (Digital) Chân D43 (kết hợp trở kéo lên 10kΩ) 5VDC
Nút nhấn cục bộ Nút nhấn mở cửa & Nút Reset Kỹ thuật số (Digital) Nút mở cửa nối chân D37 (trở kéo 10kΩ); Reset nối chân RST 5VDC
Báo động nhắc nhở Còi báo Buzzer Kỹ thuật số (Digital) Chân D22 5VDC
Báo động khẩn cấp Chuông báo 220VAC Relay cách ly Chân điều khiển relay nối chân D25 220VAC / 5VDC kích
Cảm biến nhiệt độ Module DHT11 1-Wire Single-bus Chân DATA nối chân D32 của ESP32 5VDC
Cảm biến khói/khí Module MQ2 Analog/Digital Chân OUT nối chân D34 của ESP32 5VDC

Mạch điều khiển chốt khóa và chuông báo động 220VAC sử dụng module relay có trang bị opto cách ly quang PC817, transistor PNP BC327 kích dẫn bão hòa và diode bảo vệ triệt tiêu xung điện áp ngược khi cuộn dây relay ngắt.

Tính toán khối nguồn và thời lượng pin dự phòng

Tổng dòng điện tiêu thụ tối đa của toàn mạch khi tất cả các khối hoạt động đồng thời được tính toán theo bảng thông số linh kiện:

STT Tên linh kiện Số lượng Điện áp (V) Dòng điện tiêu thụ (mA)
1 Arduino Mega 2560 1 5,0 200,0
2 Module Wi-Fi ESP32 1 5,0 180,0
3 Màn hình TFT 3.5 inch 1 5,0 138,6
4 Module Relay (2 kênh) 2 5,0 140,0
5 Cảm biến nhiệt độ DHT11 1 5,0 2,5
6 Cảm biến khí/khói MQ2 1 5,0 160,0
7 Module RFID RC522 1 3,3 26,0
8 Module vân tay AS608 1 3,3 120,0
9 Khóa chốt điện tử LY-03 1 12,0 800,0
Tổng cộng Toàn bộ hệ thống - - 1767,1 mA

Tổng công suất tiêu thụ danh định của hệ thống: $$P = 5 \times (200 + 180 + 138.6 + 140 + 2.5 + 160) + 3.3 \times (26 + 120) + 12 \times 800 = 14022.3\text{ mW} \approx 14.02\text{ W}$$

Nguồn cấp chính sử dụng Adapter 12VDC - 2A. Đường nguồn 12V cấp trực tiếp cho cuộn hút của khóa chốt LY-03 và được hạ áp qua module nguồn xung LM2596 để tạo mức 5VDC cấp cho vi điều khiển và các module ngoại vi. Mức nguồn 3.3VDC được trích xuất trực tiếp từ mạch ổn áp nội của Arduino Mega 2560.

Hệ thống tích hợp bộ chuyển đổi nguồn tự động YX-850 kết hợp khối pin dự phòng Li-ion 3S (gồm 3 cell 18650 mắc nối tiếp, điện áp danh định $3.7\text{V} \times 3 = 11.1\text{V}$, dung lượng $A = 3400\text{ mAh}$) và mạch sạc bảo vệ HX-3S-01 (dòng xả tối đa 10A, điện áp sạc 12.6VDC). Thời gian hoạt động liên tục khi mất điện lưới được tính toán với hệ số xả pin $\eta = 0.7$: $$t = \frac{A \times V \times \eta}{P} = \frac{3400\text{ mAh} \times 11.1\text{V} \times 0.7}{14022.3\text{ mW}} \approx 1.88\text{ giờ}$$

Nền tảng phần mềm và các thư viện điều khiển

Hệ thống được phát triển trên môi trường Arduino IDE, sử dụng các thư viện phần mềm chuyên dụng:

  • Quản lý vân tay: Adafruit_Fingerprint.h
  • Giao tiếp RFID và phần cứng ngoại vi: MFRC522.h, SPI.h
  • Đồ họa và cảm ứng màn hình TFT: Adafruit_GFX.h, TouchScreen.h, MCUFRIEND_kbv.h, Fonts/FreeMonoBold9pt7b.h
  • Kết nối mạng và IoT: WiFi.h, BlynkSimpleEsp32.h, WidgetRTC.h, HTTPClient.h, SoftwareSerial.h
  • Đọc dữ liệu môi trường: DHT.h

Dữ liệu kiểm soát ra vào được gửi từ ESP32 qua giao thức HTTP POST đến Google Apps Script để ghi tự động vào bảng tính Google Sheets.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan

Chương 1 giới thiệu lý do chọn đề tài, tính cấp thiết của việc nâng cấp hệ thống an ninh gia đình và doanh nghiệp. Nhóm tác giả xác định mục tiêu xây dựng một mô hình khóa thông minh tích hợp 5 phương pháp mở cửa (mật khẩu, thẻ từ, vân tay, nút nhấn, ứng dụng di động) và tự động mở cửa khi có báo cháy. Chương này cũng phân định rõ các giới hạn thử nghiệm của mô hình và xác lập 11 bước trong nội dung nghiên cứu.

Chương 2. Cơ sở lý thuyết

Chương 2 trình bày chi tiết về kiến trúc phần cứng và lý thuyết vận hành của các thiết bị sử dụng:

  • Vi điều khiển ATmega2560: Kiến trúc AVR 8-bit, xung nhịp 16 MHz, bộ nhớ Flash 256 KB, 8 KB SRAM, 4 KB EEPROM, 54 chân I/O (15 chân PWM, 16 ngõ vào ADC) và 4 bộ UART phần cứng.
  • Vi điều khiển ESP32: Lõi kép Xtensa LX6 tốc độ 240 MHz, 520 KB SRAM, hỗ trợ Wi-Fi 802.11 b/g/n và Bluetooth Low Energy.
  • Cảm biến vân tay AS608: Cảm biến quang học độ phân giải $256 \times 288\text{ pixels}$, bộ nhớ lưu trữ 300 mẫu vân tay (ID 0 - 299), thời gian xử lý ảnh $< 0.3\text{s}$, tỷ lệ từ chối sai (FRR) $< 1%$, tỷ lệ chấp nhận sai (FAR) $< 0.001%$.
  • Module RFID RC522: Tần số hoạt động 13.56 MHz, hỗ trợ chuẩn truyền thông SPI tốc độ lên tới 10 Mbps, khoảng cách quét hiệu dụng $0 - 6\text{ cm}$.
  • Màn hình cảm ứng TFT 3.5 inch: Độ phân giải $480 \times 320\text{ pixels}$, hiển thị 65.000 màu RGB, IC điều khiển ILI9486 giao tiếp song song 8-bit, điện năng tiêu thụ khoảng 90 mW.
  • Nền tảng IoT: Trình bày cơ chế điều khiển của Blynk qua Token xác thực và phương thức lưu trữ đồng bộ bảng tính thông qua Google Sheets.

Chương 3. Tính toán và thiết kế

Chương 3 tập trung xây dựng sơ đồ khối toàn hệ thống, sơ đồ nguyên lý từng khối chức năng và tính toán các thông số điện tử. Các mạch điện được thiết kế chi tiết gồm mạch kích relay cho khóa LY-03 và chuông báo cháy, mạch nút nhấn và cảm biến từ MC-38 với điện trở kéo lên $10\text{ k}\Omega$, mạch chuyển nguồn tự động YX-850 và khối pin dự phòng Li-ion 3S.

Chương này cũng thiết lập toàn bộ lưu đồ giải thuật cho hệ thống:

  • Lưu đồ chương trình chính trên Arduino Mega 2560.
  • Lưu đồ thuật toán kiểm tra mở cửa và các chế độ mở cửa cục bộ (mật khẩu, thẻ từ, vân tay).
  • Lưu đồ các menu tùy chọn trên màn hình cảm ứng: đổi mật mã, thêm/xóa ID thẻ RFID, thêm/xóa mẫu vân tay.
  • Lưu đồ thuật toán nhận và xử lý chuỗi lệnh UART trên ESP32 để tương tác với Blynk và Google Sheets.
  • Lưu đồ thuật toán giám sát cảm biến báo cháy DHT11 và MQ2.

Chương 4. Thi công hệ thống

Chương 4 mô tả quy trình hiện thực hóa mô hình từ sơ đồ thiết kế. Phần cứng trung tâm được lắp ráp trên bo mạch đồng đục lỗ (PCB prototyping), đấu nối các đường dây tín hiệu và module ngoại vi vào mô hình khung nhà thử nghiệm 1 cửa. Phần mềm nhúng được nạp vào vi điều khiển; giao diện giám sát Widget trên ứng dụng Blynk được thiết lập (bao gồm các nút kích hoạt mở cửa, hiển thị trạng thái và thông báo khẩn cấp); đoạn mã Google Apps Script được lập trình để nhận tham số qua giao thức HTTP và tự động ghi trường dữ liệu gồm ngày, giờ, phương thức mở cửa và danh tính người mở vào Google Sheets.

Chương 5. Kết quả – Nhận xét – Đánh giá

Chương 5 ghi nhận kết quả vận hành của mô hình thực tế. Thiết bị phản hồi chính xác với 5 cách mở cửa, nhận diện đúng vân tay đã đăng ký, quét thành công thẻ RFID hợp lệ, nhận lệnh đóng/mở nhanh chóng từ app Blynk. Chức năng thoát hiểm tự động kích hoạt chốt mở và đóng relay chuông báo động 220VAC khi giá trị nhiệt độ hoặc nồng độ khói từ DHT11/MQ2 vượt ngưỡng cho phép. Cảm biến MC-38 cảnh báo thành công qua buzzer khi cửa bị mở quá thời gian quy định.

Chương 6. Kết luận và hướng phát triển

Chương 6 tổng kết các hạng mục đã hoàn thành theo mục tiêu ban đầu, đồng thời chỉ ra các hạn chế về tính đồng bộ cơ khí và sự phụ thuộc vào hạ tầng mạng không dây. Từ đó, nhóm tác giả đề xuất các hướng nâng cấp tiếp theo cho hệ thống.

Kết quả và đóng góp

Kết quả vận hành thực nghiệm

Quá trình chạy thử nghiệm mô hình thực tế mang lại các kết quả định lượng và chức năng:

Tính năng kiểm thử Điều kiện / Dữ liệu đầu vào Kết quả phản hồi của hệ thống
Mở bằng mật khẩu Nhập đúng chuỗi ký tự trên màn hình cảm ứng Chốt điện LY-03 mở, màn hình báo thành công, ghi nhận dữ liệu
Mở bằng mật khẩu sai Nhập sai mật khẩu liên tiếp Màn hình hiển thị cảnh báo, kích hoạt buzzer nhắc nhở
Mở bằng thẻ RFID Thẻ đã lưu trữ trong bộ nhớ (13.56 MHz) Hệ thống xác thực danh tính, kích relay mở khóa trong vòng $0.5 - 1\text{s}$
Mở bằng vân tay Mẫu vân tay hợp lệ (AS608) Thời gian quét và so khớp $< 0.3\text{s}$, tỷ lệ nhận dạng chính xác cao
Mở từ xa qua Blynk Kích hoạt nút nhấn trên giao diện app qua Wi-Fi/4G ESP32 truyền lệnh qua UART sang Mega 2560 để mở cửa tức thời
Cảnh báo mở cửa lâu Cửa mở quá thời gian thiết lập (MC-38 hở mạch) Buzzer trên chân D22 phát âm thanh nhắc nhở người dùng đóng cửa
Cơ chế báo cháy tự động Cảm biến DHT11 báo nhiệt độ cao + MQ2 phát hiện khói Cửa tự động mở chốt, chuông 220VAC hú báo động, gửi cảnh báo qua Blynk
Ghi nhận lịch sử Mọi sự kiện mở khóa hợp lệ Cập nhật thời gian thực (RTC), tên người dùng, phương thức lên Google Sheets

Đóng góp của đề tài

  1. Tích hợp phần cứng đa cơ chế: Xây dựng thành công hệ thống kiểm soát truy cập dung hợp 5 phương thức mở khóa trên cùng một giao diện điều khiển, có khả năng quản lý trực tiếp ID người dùng (thêm/xóa vân tay và thẻ từ) ngay trên màn hình cảm ứng mà không cần nạp lại mã nguồn.
  2. Kiến trúc xử lý hai tầng: Tách biệt nhiệm vụ điều khiển phần cứng thời gian thực (Arduino Mega 2560) và nhiệm vụ kết nối mạng/xử lý đám mây (ESP32), giúp giảm thiểu độ trễ xử lý và tối ưu hóa tài nguyên phần cứng.
  3. Cơ chế an toàn chủ động: Tích hợp logic xử lý sự cố khẩn cấp (hỏa hoạn) kết hợp giám sát trạng thái cửa thời gian thực, khắc phục nhược điểm mất an toàn của các loại khóa điện tử thông thường khi xảy ra cháy nổ.
  4. Giải pháp nguồn điện dự phòng tích hợp: Thiết kế mạch chuyển đổi nguồn tự động kết hợp pin Li-ion 3S có mạch bảo vệ ngắt sạc, đảm bảo hệ thống duy trì hoạt động trong khoảng 1.88 giờ khi nguồn điện lưới bị gián đoạn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Hệ thống chỉ được chế tạo và thử nghiệm dưới dạng mô hình mô phỏng với 1 cửa đơn, chưa được kiểm nghiệm thực tế trên các hệ thống cửa dân dụng công suất lớn.
  • Các tính năng mở khóa từ xa và đồng bộ lịch sử truy cập phụ thuộc hoàn toàn vào chất lượng kết nối Internet/Wi-Fi; khi mất kết nối mạng, các thao tác qua Blynk và Google Sheets sẽ bị ngưng trệ.
  • Phần cứng mạch xử lý trung tâm được thi công thủ công trên bo mạch đục lỗ (PCB prototyping), kích thước còn cồng kềnh và tính thẩm mỹ công nghiệp chưa cao.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Thiết kế và gia công bo mạch in chuyên dụng (PCB 2 lớp) theo chuẩn công nghiệp để thu gọn kích thước thiết bị và tăng khả năng chống nhiễu.
  • Bổ sung module camera AI nhằm tích hợp thêm phương thức nhận dạng khuôn mặt (Face ID).
  • Tích hợp thêm module truyền thông di động (GSM/4G LTE) song song với Wi-Fi để bảo đảm khả năng gửi tin nhắn và cuộc gọi cảnh báo khẩn cấp khi mạng Internet bị mất.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật hữu ích cho sinh viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Điện tử, Điện tử - Viễn thông, Công nghệ Thông tin (IoT), Cơ điện tử và Tự động hóa.

Nội dung đồ án mang giá trị tham khảo ứng dụng cao ở các phần:

  • Phương pháp phối ghép phần cứng giữa vi điều khiển chính và các module ngoại vi đa dạng chuẩn giao tiếp (UART, SPI, song song 8-bit).
  • Kỹ thuật thiết kế mạch nguồn đa mức áp ($3.3\text{V}$, $5\text{V}$, $12\text{V}$, $220\text{VAC}$) có tích hợp module sạc và chuyển mạch pin tự động.
  • Giải pháp kết nối vi điều khiển nhúng với nền tảng IoT Blynk và cách tạo cầu nối ghi dữ liệu trực tiếp vào Google Sheets thông qua Google Apps Script.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống sử dụng cơ chế nào để đảm bảo cấp điện liên tục cho khóa khi xảy ra mất điện lưới?

Hệ thống sử dụng module chuyển nguồn tự động YX-850 kết hợp cùng một khối pin dự phòng Li-ion 3S (gồm 3 cell 18650, dung lượng $3400\text{ mAh}$, điện áp $11.1\text{V}$). Khi có điện lưới, hệ thống sử dụng nguồn từ Adapter 12VDC - 2A và tự động sạc cho pin qua mạch sạc bảo vệ HX-3S-01. Khi mất điện, module YX-850 tự động chuyển sang cấp nguồn từ pin với thời gian vận hành liên tục lý thuyết khoảng 1.88 giờ.

2. Quy trình xử lý tự động của hệ thống khi phát hiện dấu hiệu hỏa hoạn diễn ra như thế nào?

Module ESP32 liên tục đọc dữ liệu nhiệt độ/độ ẩm từ cảm biến DHT11 (chân D32) và nồng độ khí cháy/khói từ cảm biến MQ2 (chân D34). Khi các giá trị này đồng thời vượt ngưỡng an toàn, ESP32 sẽ gửi tín hiệu báo động đến vi điều khiển Mega 2560 qua giao tiếp UART. Hệ thống sẽ tự động kích hoạt mở chốt khóa LY-03 (qua chân D23), đóng relay chân D25 để bật chuông báo cháy công suất lớn (220VAC) nhằm hỗ trợ người bên trong thoát hiểm, đồng thời đẩy thông báo khẩn cấp lên ứng dụng Blynk.

3. Thông tin ra vào của người dùng được lưu trữ những trường dữ liệu nào trên Google Sheets?

Khi có thao tác mở cửa thành công (qua vân tay, thẻ từ, mật mã hoặc ứng dụng), vi điều khiển trung tâm gửi dữ liệu nhận dạng sang ESP32. ESP32 trích xuất thời gian thực thông qua thư viện WidgetRTC và gửi yêu cầu HTTP POST tới Google Apps Script. Dữ liệu được ghi vào Google Sheets bao gồm: Ngày, Giờ, Phương thức mở cửa (Mật mã / Thẻ RFID / Vân tay / App Blynk) và Danh tính (ID hoặc tên) của người thực hiện.

4. Việc quản trị người dùng (thêm, xóa vân tay, thẻ từ, mật khẩu) được thực hiện như thế nào và bộ nhớ lưu trữ tối đa bao nhiêu?

Người dùng quản trị có thể trực tiếp thực hiện các thao tác chọn chế độ mở cửa, đổi mật mã, thêm/xóa thẻ RFID và thêm/xóa dấu vân tay trực tiếp thông qua menu tùy chọn hiển thị trên màn hình cảm ứng TFT 3.5 inch. Cảm biến vân tay AS608 cung cấp dung lượng lưu trữ tối đa 300 mẫu vân tay tương ứng với các mã định danh ID từ 0 đến 299.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế và thi công hệ thống khoá điện tử thông minh" của nhóm tác giả Nguyễn Trung Tiền và Nguyễn Lê Thanh Tú đã hiện thực hóa thành công một mô hình bảo mật cửa đa phương thức, kết hợp hiệu quả giữa vi điều khiển Arduino Mega 2560 và module ESP32. Hệ thống không chỉ đáp ứng tốt các yêu cầu kiểm soát truy cập tại chỗ qua vân tay, thẻ từ, mật khẩu và ứng dụng Blynk từ xa, mà còn tích hợp cơ chế tự động mở cửa thoát hiểm khi xảy ra hỏa hoạn cùng bộ nguồn pin sạc dự phòng 3S. Mô hình là tài liệu tham khảo có giá trị cao về mặt thiết kế mạch nhúng, xử lý ngoại vi và ứng dụng IoT trong quản lý an ninh dân dụng.