LINK TẢI LUẬN VĂN MIỄN PHÍ CHO AE KET-NOI
TÓM TẮT
Với thời đại công nghệ 4.0 như hiện nay, các sản phẩm khóa cửa thông minh dường như là một công cụ thiết yếu, đảm bảo việc bảo quản các tài sản cá nhân, hộ gia đình, hay của cơ quan, công ty và cả ở các khu chung cư. Tuy nhiên, giá thành cũng như chi phí lắp đặt khá cao, khó tiếp cận được đối với các khu sinh hoạt nhỏ và vừa. Do đó, với chi phí phù hợp đối với khu sinh hoạt nhỏ lẻ như ở các dãy trọ, khu sinh sống tập thể, nhóm đã thiết kế “Hệ thống khóa cửa thông minh” nhằm đáp ứng được các điều kiện cần thiết để quản lý, bảo quản tài sản, mức độ an ninh được nâng cao, cũng như chi phí phù hợp đối với các chủ dãy trọ và chủ các khu sinh hoạt tập thể. Với mục tiêu người dùng quản lý thông qua ứng dụng Android để theo dõi lịch sử ra vào, và thiết lập mỗi người một mã thẻ nhất định để có thể ra vào. Khi người dùng thẻ để ra vào, hệ thống sẽ có LCD để hiển thị, và báo động nếu thẻ không hợp lệ. Để có thể đạt được các mục tiêu đã đề ra ở trên, nhóm đã tìm hiểu về cơ sở lý thuyết, cũng như thiết kế các hệ thống và ứng dụng như RFID, ESP32, Android Studio, Realtime Firebase... cùng với một số kiến thức đã học được để hoàn thành mục tiêu đã đề ra. Và cuối cùng, sau một thời gian thì nhóm đã hoàn thành được mô hình và hệ thống đã hoạt động, các yêu cầu như mở khóa bằng thẻ RFID và ứng dụng Android để mở cửa cả trong và ngoài đều đã hoàn thành, thời gian quẹt thẻ và so sánh dữ liệu tương đối chính xác. Mô hình hoạt động tương đối ổn định, các thao tác trên ứng dụng Android dễ dàng, có thể quan sát được hình ảnh trực tuyến thông qua Camera.
ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ i TÓM TẮT ............................................................................................................. ii DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................... vi DANH MỤC BẢNG ............................................................................................ ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................... x CHƯƠNG 1........................................................................................................... 1 TỔNG QUAN ....................................................................................................... 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ.................................................................................................. 1 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI......................................................................................... 2 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI.......................................................................................... 2 1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................... 2 1.5. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU................................................ 3 1.6 BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO ......................................................................... 3 CHƯƠNG 2........................................................................................................... 5 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................................... 5 2.1 Bảo mật bằng công nghệ RFID ........................................................................ 5 2.2 Các chuẩn giao tiếp giữa các module và vi điều khiển .................................... 7
2.2.1 Chuẩn giao tiếp UART (Universal Asynchronous Receive/Transmit).. 7 2.2.2 Chuẩn giao tiếp SPI (Serial Peripheral Interface) .................................. 8 2.2.3 Chuẩn giao tiếp I2C (Inter – Integrated Circuit) .................................... 8
2.3 Giới thiệu về Firebase và cơ sở dữ liệu thời gian thực Realtime Database ..... 9 2.3.1. Giới thiệu về Firebase ........................................................................... 9 2.3.2. Realtime Database:.............................................................................. 10
CHƯƠNG 3......................................................................................................... 12 iii
THIẾT KẾ HỆ THỐNG.................................................................................... 12 3.1. Mô hình hoạt động của hệ thống................................................................... 12 3.2. Sơ đồ khối tổng quan của board điều khiển trung tâm ................................. 13 3.3 Thiết kế board điều khiển trung tâm .............................................................. 14
3.3.1. Khối xử lý trung tâm ........................................................................... 14 3.3.2. Khối đọc thẻ RFID .............................................................................. 16 3.3.3. Khối khóa cửa...................................................................................... 18 3.3.4. Khối hiển thị LCD ............................................................................... 20 3.3.5. Khối nút nhấn và khối mạch báo động................................................ 21 3.3.6. Camera giám sát .................................................................................. 23 3.3.7. Khối nguồn .......................................................................................... 24 3.3.8. Sơ đồ nguyên lý của board điều khiển trung tâm................................ 25
3.4 Thiết kế ứng dụng Android ............................................................................ 27 CHƯƠNG 4......................................................................................................... 32 THI CÔNG HỆ THỐNG................................................................................... 32 4.1 Thi công board điều khiển trung tâm ............................................................. 32
4.1.1. Sơ đồ mạch in ...................................................................................... 32 4.1.2. Thi công mạch ..................................................................................... 33 4.1.3. Lưu đồ giải thuật cho hệ thống khóa cửa ............................................ 35 4.1.4. Kết nối và tạo project Realtime Database trên Firebase ..................... 39
4.2. THI CÔNG ỨNG DỤNG ANDROID.......................................................... 44 4.2.1. Android Studio kết nối với Google Firebase: ..................................... 44 4.2.2. Thi công ứng dụng Android Studio: ................................................... 48
CHƯƠNG 5......................................................................................................... 55 KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ ....................................................... 55
iv
5.1. KẾT QUẢ ..................................................................................................... 55 5.2. NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ....................................................................... 63 CHƯƠNG 6......................................................................................................... 64 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................ 64 6.1 KẾT LUẬN: ................................................................................................... 64 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN:................................................................................ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 66
v
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Nguyên tắc hoạt động của RFID [8] ...................................................... 6 Hình 2.2: Chuẩn giao tiếp UART .......................................................................... 7 Hình 2.3: Khung truyền chuẩn giao tiếp [2] .......................................................... 7 Hình 2.4: Chuẩn giao tiếp SPI [2] .......................................................................... 8 Hình 2.5: Google Firebase [3]................................................................................ 9 Hình 2.6: Cơ sở dữ liệu thời gian thực RealTime Database [3] .......................... 10 Hình 3.1: Mô hình của hệ thống........................................................................... 12 Hình 3.2: Sơ đồ khối của board điều khiển trung tâm ......................................... 13 Hình 3.3: Module ESP32 NodeMCU [4] ............................................................. 15 Hình 3.4: Sơ đồ kết nối của ESP32 ...................................................................... 16 Hình 3.5: Module RFID (RC522) [5] .................................................................. 17 Hình 3.6: Sơ đồ kết nối của module RFID với ESP32 ........................................ 17 Hình 3.7: Khóa điện Solenoid Lock LY-03......................................................... 18 Hình 3.8: Sơ đồ kết nối của khối khóa cửa .......................................................... 19 Hình 3.9: Màn hình LCD 20x4 và Module giao tiếp I2C [6] .............................. 20 Hình 3.10: Sơ đồ kết nối của module LCD_I2C với ESP32 ............................... 21 Hình 3.11: Nút nhấn nhả 2 chân........................................................................... 21 Hình 3.12: Buzzer và transistor khuếch đại ......................................................... 22 Hình 3.13: Sơ đồ kết nối của khối nút nhấn và khối báo động ............................ 22 Hình 3.14: Sơ đồ chân của ESP32 – Camera [9] ................................................. 23 Hình 3.15: Sơ đồ kết nối của ESP32 – Camera ................................................... 23 Hình 3.16: Adapter 12V và Pin Lipo ................................................................... 24 Hình 3.17: Khối nguồn......................................................................................... 25 Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lý của board trung tâm ................................................ 26 Hình 3.19: Mô hình cấu trúc giao diện ứng dụng ................................................ 28 Hình 3.20: Màn hình giao diện đăng nhập (demo) .............................................. 28 Hình 3.21: Màn hình giao diện menu chức năng của hệ thống (demo) ............... 29 Hình 3.22: Màn hình giới thiệu về đề tài (demo)................................................. 29 Hình 3.23: Màn hình giao diện điều khiển (demo) .............................................. 30
vi
Hình 3.24: Màn hình giao diện dữ liệu người dùng và lịch sử ra vào (demo)..... 31 Hình 4.1: Sơ đồ mạch in PCB .............................................................................. 32 Hình 4.2: Mạch in thi công của board trung tâm ................................................. 34 Hình 4.3: Mô hình hoàn chỉnh của mạch ............................................................. 34 Hình 4.4: Lưu đồ giải thuật cho toàn mạch.......................................................... 35 Hình 4.5: Lưu đồ chương trình đọc thẻ RFID...................................................... 36 Hình 4.6: Lưu đồ mở cửa bằng điện thoại ........................................................... 37 Hình 4.7: Lưu đồ chương trình mở khóa từ bên trong......................................... 38 Hình 4.8: Giao diện Go to console trên Firebase ................................................. 39 Hình 4.9: Tạo project trên Firebase...................................................................... 40 Hình 4.10: Tạo cơ sở dữ liệu thời gian thực trên Firebase................................... 40 Hình 4.11: Cho phép đọc và ghi dữ liệu vào Firebase ......................................... 41 Hình 4.12: Đường link URL trên Firebase .......................................................... 41 Hình 4.13: Database secrets trong Firebase ......................................................... 42 Hình 4.14: Cơ sở dữ liệu được tạo trên Firebase ................................................. 43 Hình 4.15: Thêm ứng dụng Android vào project Firebase .................................. 44 Hình 4.16: Thêm đường dẫn của ứng dụng Android vào Firebase...................... 44 Hình 4.17: Tải về file google-services.json ......................................................... 45 Hình 4.18: Tạo project Android Studio ............................................................... 46 Hình 4.19: Tạo project trên Android Studio ........................................................ 46 Hình 4.20: Kết nối với Firebase trên Android Studio .......................................... 47 Hình 4.21: Giao diện đăng nhập vào hệ thống..................................................... 48 Hình 4.22: Giao diện menu các chức năng của ứng dụng ................................... 49 Hình 4.23: Giao diện giới thiệu về đề tài ............................................................. 50 Hình 4.24: Giao diện điều khiển và giám sát ....................................................... 51 Hình 4.25: Giao diện User quản lý thông tin người dùng.................................... 52 Hình 4.26: Chỉnh sửa thông tin và cập nhật dữ liệu ............................................ 53 Hình 4.27: Dữ liệu Users được lưu trên Firebase ................................................ 53 Hình 4.28: Giao diện lịch sử ra vào cửa............................................................... 54 Hình 4.29: Dữ liệu lịch sử ra vào được lưu trên Firebase.................................... 54
vii
**Phân tích đề tài: "Thiết kế và thi công hệ thống khóa cửa thông minh"**
### 1. **Giới thiệu về đề tài**
Hệ thống khóa cửa thông minh (Smart Lock System) là một sản phẩm của công nghệ hiện đại, tích hợp các chức năng tiên tiến nhằm đảm bảo an ninh, tiện lợi và dễ sử dụng hơn so với các loại khóa cửa truyền thống. Đề tài "Thiết kế và thi công hệ thống khóa cửa thông minh" tập trung vào việc nghiên cứu, phát triển và ứng dụng công nghệ thông minh trong việc quản lý và điều khiển khóa cửa.
### 2. **Mục tiêu của đề tài**
- **Thiết kế hệ thống khóa cửa thông minh** có thể kiểm soát truy cập từ xa thông qua các thiết bị di động (smartphone, tablet) hay sử dụng các cách xác thực như mật khẩu, vân tay, thẻ từ, hay nhận diện khuôn mặt.
- **Thi công hệ thống** với các chức năng bảo mật cao, dễ dàng lắp đặt và sử dụng.
- Đảm bảo hệ thống có khả năng tích hợp với các thiết bị nhà thông minh khác như camera an ninh, cảm biến chuyển động, hay hệ thống báo động.
### 3. **Các thành phần chính của hệ thống khóa cửa thông minh**
- **Phần cứng**:
- **Bộ vi điều khiển (MCU)**: Trung tâm điều khiển của hệ thống, có nhiệm vụ xử lý thông tin và ra lệnh mở/khóa cửa.
- **Thiết bị xác thực**: Bao gồm các công nghệ như cảm biến vân tay, bàn phím số để nhập mật khẩu, đầu đọc thẻ từ, hay camera nhận diện khuôn mặt.
- **Động cơ điện**: Điều khiển cơ chế khóa/mở khóa cửa.
- **Nguồn cấp điện**: Thường là pin hay hệ thống nguồn dự phòng để đảm bảo khóa vẫn hoạt động khi mất điện.
- **Phần mềm**:
- **Ứng dụng di động**: Cho phép người dùng kiểm soát và theo dõi trạng thái của khóa từ xa. Ứng dụng này cũng có thể gửi thông báo khi có xâm nhập trái phép.
- **Firmware**: Chương trình được cài đặt trên vi điều khiển, điều khiển các chức năng của khóa, bao gồm việc xử lý tín hiệu từ các thiết bị xác thực.
- **Hệ thống bảo mật**: cần thiết kế các giao thức mã hóa và bảo mật dữ liệu để tránh rò rỉ thông tin người dùng và ngăn chặn xâm nhập trái phép.
### 4. **Quy trình thiết kế và thi công**
- **Khảo sát yêu cầu người dùng**: Nắm rõ nhu cầu của người dùng về các chức năng của khóa thông minh như khả năng bảo mật, tiện ích điều khiển từ xa, và sự tích hợp với các hệ thống nhà thông minh khác.
- **Thiết kế phần cứng**: Lựa chọn các cảm biến và thiết bị đầu vào phù hợp (vân tay, mật khẩu, thẻ từ...), đồng thời đảm bảo rằng hệ thống có kích thước nhỏ gọn, dễ lắp đặt.
- **Phát triển phần mềm**: Lập trình firmware và xây dựng ứng dụng di động với giao diện thân thiện, dễ sử dụng, đồng thời đảm bảo khả năng bảo mật cao.
- **Tích hợp và kiểm thử**: Sau khi hoàn thành thiết kế và lắp ráp, tiến hành kiểm tra hệ thống trong các điều kiện thực tế để đảm bảo hoạt động ổn định, bảo mật và chính xác.
- **Hoàn thiện và triển khai**: Cải tiến các chức năng dựa trên kết quả kiểm thử, sau đó triển khai hệ thống cho người dùng cuối.
### 5. **Các thách thức khi thiết kế và thi công**
- **Bảo mật**: Khóa cửa thông minh là mục tiêu của các cuộc tấn công mạng, do đó việc mã hóa dữ liệu và đảm bảo tính bảo mật là vô cùng quan trọng.
- **Tiêu thụ năng lượng**: Phải tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng để hệ thống có thể hoạt động lâu dài, đặc biệt khi sử dụng pin.
- **Độ tin cậy của các thiết bị xác thực**: Cần đảm bảo rằng các thiết bị như cảm biến vân tay, nhận diện khuôn mặt hoạt động chính xác và có thể chống lại việc làm giả.
- **Khả năng kết nối**: Hệ thống phải đảm bảo kết nối ổn định giữa khóa và thiết bị di động thông qua Wi-Fi, Bluetooth hay các công nghệ kết nối khác.
### 6. **Lợi ích của hệ thống khóa cửa thông minh**
- **Tăng cường an ninh**: So với khóa cửa truyền thống, khóa thông minh cung cấp nhiều lớp bảo mật hơn và có thể gửi thông báo khi có hành vi xâm nhập trái phép.
- **Tiện lợi**: Người dùng có thể mở khóa từ xa hay chia sẻ quyền truy cập tạm thời cho người khác mà không cần có mặt trực tiếp.
- **Theo dõi và kiểm soát**: Hệ thống cho phép người dùng theo dõi lịch sử mở khóa, giúp dễ dàng kiểm soát việc ra vào.
### 7. **Ứng dụng thực tế**
Hệ thống khóa cửa thông minh có thể được ứng dụng rộng rãi trong nhiều môi trường khác nhau:
- **Nhà riêng và căn hộ**: Tăng cường an ninh và quản lý ra vào dễ dàng.
- **Công ty và văn phòng**: Kiểm soát quyền truy cập của nhân viên, đảm bảo an toàn cho tài sản và dữ liệu.
- **Khách sạn và căn hộ cho thuê**: Dễ dàng quản lý khách lưu trú mà không cần trao đổi chìa khóa vật lý.
### Kết luận
Đề tài "Thiết kế và thi công hệ thống khóa cửa thông minh" không chỉ mang tính thực tiễn cao mà còn mở ra cơ hội nghiên cứu, ứng dụng công nghệ hiện đại trong đời sống hàng ngày. Hệ thống khóa cửa thông minh là giải pháp tối ưu cho việc bảo vệ an ninh, đồng thời mang lại sự tiện lợi, thoải mái cho người dùng.
Hình 5.1: Mặt trước mô hình ............................................................................... 55 Hình 5.2: Mặt sau mô hình................................................................................... 56 Hình 5.3: Hệ thống đang khởi động ..................................................................... 56 Hình 5.4: Màn hình sau khi khởi động xong ....................................................... 57 Hình 5.5: Cập nhật dữ liệu trên Firebase ............................................................. 57 Hình 5.6: Cập nhật dữ liệu thành công ................................................................ 57 Hình 5.7: Quẹt đúng thẻ RFID ............................................................................. 58 Hình 5.8: Quẹt sai thẻ RFID ................................................................................ 58 Hình 5.9: Giao diện đăng nhập và giao diện các chức năng của ứng dụng ......... 59 Hình 5.10: Giao diện mở khóa và khởi động camera trên điện thoại Android.... 60 Hình 5.11: Lịch sử ra vào cửa .............................................................................. 61 Hình 5.12: Giao diện chỉnh sửa thông tin ............................................................ 61
viii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1: Bảng kết nối chân giữa Module RFID và ESP32 ........................... 18 Bảng 3.2: Bảng kết nối chân giữa Module LCD_I2C và ESP32.................... 20 Bảng 3.3: Thông số dòng điện tiêu thụ và điện áp của các khối và module trong hệ thống..................................................................................................... 24 Bảng 4.1: Bảng thống kê linh kiện sử dụng ..................................................... 33 Bảng 5.1: Bảng kết quả thử nghiệm chạy thử hệ thống ................................. 62
ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt
Mô tả
RFID
Radio Frequency Identification
LF
Low Frequencies
HF
High Frequencies
UHF
Ultra High Frequencies
SHF
Super High Frequencies
UART
Universal Asynchronous Receive/Transmit
SPI
Serial Peripheral Interface
I2C
Inter – Integrated Circuit
LCD
Liquid Crystal Display
API
Application Programming Interface
SQL
Structured Query Language
SDK
Software Development Kit
JSON
JavaScript Object Notation
x
xi
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Với thời đại công nghệ 4.0 như hiện nay, thì việc bảo quản tài sản cá nhân
của hộ gia đình, của cơ quan, công ty hay ở các khu chung cư, các thiết bị bảo mật đều được sử dụng rộng rãi. Hàng loạt các sản phẩm như khóa cửa thông minh tích hợp vân tay, mật mã, hay các thiết bị giám sát như camera ở trước cửa nhà, trong nhà, hay các bãi đỗ xe,... giúp nâng cao chất lượng sống và phục vụ rất tốt cho người dùng. Các thiết bị đó khả năng bảo mật cao, chất lượng cũng rất cao nên giá thành thì cũng khá cao, ta chỉ thấy các loại khóa cao cấp đó xuất hiện ở khu chung cư cao tầng, khách sạn, bãi đỗ xe của các khu cao cấp hơn.
Ở thành phố Hồ Chí Minh nói chung và các thành phố lớn nói riêng, đa phần người ở và sinh sống đều là sinh viên và người làm ăn xa nhà, vì thế việc ở trọ hay ở những khu tập thể là đều rất phù hợp, giá cả lại phải chăng, nhưng ở những khu trọ, hay những khu sinh sống tập thể đều có những rủi ro nhất định. Nhất là về an ninh, các vụ trộm cắp đều xảy ra nhiều ở những khu trọ.
Vì lý do trên, việc lắp đặt một thiết bị giám sát ra vào đối với các cá nhân sinh sống ở khu trọ, hay khu tập thể là điều rất cần thiết. Khóa cửa thông minh là một thiết bị khá phù hợp cho các chủ nhà trọ hay cả chủ của một khu tập thể với nhiều cá nhân sinh sống hơn.
Đề tài thiết kế và thi công hệ thống khóa cửa thông minh nhằm giúp các chủ nhà trọ và chủ một khu tập thể có thể giám sát các cá nhân sinh sống một cách dễ dàng hơn, tránh được những trường hợp người lạ ra vào ảnh hưởng đến an ninh, và những người sinh sống cũng yên tâm hơn mức độ an ninh được nâng cao.
1
1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Đề tài “thiết kế và thi công hệ thống khóa cửa thông minh” có những mục
tiêu như sau:
- Hệ thống sử dụng thẻ RFID, đọc mã thẻ và so sánh các điều kiện để điều khiển khóa điện cho phép đóng mở cửa. Có một nút nhấn để có thể mở cửa từ bên trong. Có hệ thống báo động khi dùng sai thẻ và hiển thị thông tin lên màn hình LCD. Có camera quan sát thuận tiện cho việc giám sát và điều khiển khóa cửa từ xa.
- Thiết kế một ứng dụng Android và tạo một cơ sở dữ liệu trên Google Firebase để giám sát thời gian ra vào khi quẹt thẻ RFID. Thông tin lịch sử quét thẻ và mã thẻ được phép ra vào sẽ được lưu trữ trên cơ sở dữ liệu. Có thể thêm, sửa, xóa thông tin thẻ RFID trên giao diện ứng dụng Android. Người quản lý hay chủ có thể theo dõi lịch sử ra vào của từng người.
1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Tìm hiểu và nghiên cứu các tài liệu liên quan đến Esp32, các module RFID,
LCD, khóa điện, camera... Tìm hiểu về hệ điều hành Android và cơ sở dữ liệu thời gian thực của Google Firebase.
Thiết kế xây dựng một ứng dụng Android để quản lý và giám sát thiết bị. Thiết kế và thi công hệ thống khóa cửa với chức năng mở khóa bằng thẻ RFID. Cho phép khối xử lý trung tâm Esp32 đọc mã thẻ và gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu của Firebase để giám sát điều khiển thiết bị.
Vì đề tài chỉ sử dụng công nghệ RFID để mở khóa cửa nên nếu người dùng bị mất thẻ RFID hay quét sai thẻ thì phải liên hệ với người quản lý hay chủ để cấp lại thẻ mới và phải bảo mật lại hệ thống.
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nhóm đã tiến hành tìm hiểu về các tài liệu tham khảo có liên quan đến hệ
thống khóa cửa thông minh. Đánh giá các yêu cầu thiết kế về khóa cửa hiện nay.
2
Tìm hiểu và phát triển thiết kế phù hợp với mục đích sử dụng. Đánh giá kết quả mô phòng, tiến hành làm mô hình thực tế. Đánh giá và cải thiện kết quả thiết kế.
1.5. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu: Các giải thuật, đặc trưng cơ bản, chuẩn giao tiếp với công nghệ RFID. Quản lý cơ sở dữ liệu trên Firebase và các mô hình Firebase Realtime Database. Ứng dụng Android Studio và thông qua đó thiết kế ứng dụng cho riêng mình.
Phạm vi nghiên cứu: Một số chuẩn giao tiếp đã có sẵn, cách thức kết nối, sau đó áp dụng để đạt theo yêu cầu mong muốn. Với Firebase, tìm hiểu về cơ sở dữ liệu của Firebase, sau đó tạo một cơ sở dữ liệu sao cho đầy đủ những thông tin mà mình muốn để thỏa yêu cầu đặt ra. Với Android Studio, đã được học qua và biết cách thiết kế, dựa vào đó để nâng cao khả năng, và thiết kế một ứng dụng chỉnh chu hơn, nhiều chức năng hơn.
1.6 BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO
Nội dung chính của đề tài được trình bày với 6 chương:
Chương 1 TỔNG QUAN: gồm các nội dung đặt vấn đề, mục tiêu, giới hạn đề tài và bố cục bài báo cáo
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT: Trình bày một số cơ sở lý thuyết về công nghệ RFID, việc bảo mật bằng công nghệ RFID, các chuẩn giao tiếp thông dụng giữa vi điều khiển và các module dùng trong đề tài, giới thiệu về Google Firebase và cơ sở dữ liệu thời gian thực Realtime Database.
Chương 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG: Chương này bao gồm các nội dung về mô hình hoạt động của hệ thống, sơ đồ khối tổng quan của hệ thống, sơ đồ khối của board trung tâm và chức năng của từng khối. Trình bày về thiết kế board điều khiển trung tâm và thiết kế ứng dụng Android điều khiển từ xa qua điện thoại.
Chương 4 THI CÔNG HỆ THỐNG: Thi công sơ đồ nguyên lý và vẽ mạch in cho board điều khiển trung tâm, thi công hoàn thiện ứng dụng Android bằng phần mềm Android Studio.
3
Chương 5 KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ: Kết quả thi công chạy thử hệ thống và nhận xét đánh giá về kết quả đã làm được.
Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN: Tổng kết những vấn đề đã làm được và hướng phát triển của đề tài.
4
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Bảo mật bằng công nghệ RFID
Công nghệ RFID ( Radio Frequency Identification - Nhận dạng qua tần số
vô tuyến) là một trong những công nghệ nhận dạng dữ liệu tự động tiên tiến nhất hiện nay có tính khả thi cao và áp dụng thực tế rất hiệu quả.
RFID là một công nghệ dùng kết nối sóng vô tuyến để tự động xác định và theo dõi các thể nhận dạng gắn vào vật thể. Công nghệ này cho phép nhận biết thông qua hệ thống thu phát sóng radio, từ đó giám sát, quản lý từng đối tượng.
RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần số sóng vô tuyến để truyền dữ liệu từ các tag (thẻ) đến các reader (bộ đọc). Tag có thể được đính kèm hay gắn vào đối tượng được nhận dạng (VD: sản phẩm, giá kệ, pallet,...). Reader quét dữ liệu của tag và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu có lưu trữ dữ liệu của tag [1].
Một hệ thống RFID cơ bản bao gồm:
Phần cứng:
- RFID tag: Được cấu tạo mềm mỏng có chứa chip vi xử lý và antenna (ăng ten). Nó có thể đọc, ghi dữ liệu, và thậm chí chứa thông tin bảo mật.
- Reader: Có nhiệm vụ giải mã và chuyển dữ liệu từ thẻ tới middleware và application software để xử lý. Thông thường reader sẽ bao gồm cả antenna.
- Máy chủ: Là máy vi tính được dùng để chạy các middleware và application software.
Phần mềm:
5
- Middleware: Được sử dụng để nhận và xử lý các dữ liệu thô nhân được từ các reader để chuyển đến các phần mềm quản trị thư viện. Middleware thường được xây dựng và cung cấp bởi các nhà cung cấp thiết bị RFID.
- Application software: Được sử dụng để xử lý và tự động hóa các công việc đặc thù. Phần mềm này nhận dữ liệu đã được xử lý thô từ Middleware để phân tích và thực thi nhiệm vụ.
Hình 2.1: Nguyên tắc hoạt động của RFID [8] Các tần số hoạt động của RFID: [1]
LF ( 125 kHz – 134,2 kHz ):Low frequencies, ứng dụng cho hệ thống quản lý nhân sự, chấm công, cửa bảo mật, bãi giữ xe
HF (13.56MHz): High Frequencies, ứng dụng cho quản lý nguồn gốc hàng hóa, vận chuyển hàng hóa, cửa bảo mật, bãi giữ xe,...
UHF (860MHz – 960MHz): Ultra High Frequencies, ứng dụng trong các hệ thống kiểm soát như thu phí đường bộ tự động, kiểm kê kho hàng, kiểm soát đường đi của hàng hóa,...
SHF (2.45GHz): Super High Frequencies, ứng dụng trong các hệ thống kiểm soát như thu phí đường bộ tự động, kiểm soát lưu thông hàng hải, kiểm soát hàng hóa, kiểm kê kho hàng,...
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
TÓM TẮT
Với thời đại công nghệ 4.0 như hiện nay, các sản phẩm khóa cửa thông minh dường như là một công cụ thiết yếu, đảm bảo việc bảo quản các tài sản cá nhân, hộ gia đình, hay của cơ quan, công ty và cả ở các khu chung cư. Tuy nhiên, giá thành cũng như chi phí lắp đặt khá cao, khó tiếp cận được đối với các khu sinh hoạt nhỏ và vừa. Do đó, với chi phí phù hợp đối với khu sinh hoạt nhỏ lẻ như ở các dãy trọ, khu sinh sống tập thể, nhóm đã thiết kế “Hệ thống khóa cửa thông minh” nhằm đáp ứng được các điều kiện cần thiết để quản lý, bảo quản tài sản, mức độ an ninh được nâng cao, cũng như chi phí phù hợp đối với các chủ dãy trọ và chủ các khu sinh hoạt tập thể. Với mục tiêu người dùng quản lý thông qua ứng dụng Android để theo dõi lịch sử ra vào, và thiết lập mỗi người một mã thẻ nhất định để có thể ra vào. Khi người dùng thẻ để ra vào, hệ thống sẽ có LCD để hiển thị, và báo động nếu thẻ không hợp lệ. Để có thể đạt được các mục tiêu đã đề ra ở trên, nhóm đã tìm hiểu về cơ sở lý thuyết, cũng như thiết kế các hệ thống và ứng dụng như RFID, ESP32, Android Studio, Realtime Firebase... cùng với một số kiến thức đã học được để hoàn thành mục tiêu đã đề ra. Và cuối cùng, sau một thời gian thì nhóm đã hoàn thành được mô hình và hệ thống đã hoạt động, các yêu cầu như mở khóa bằng thẻ RFID và ứng dụng Android để mở cửa cả trong và ngoài đều đã hoàn thành, thời gian quẹt thẻ và so sánh dữ liệu tương đối chính xác. Mô hình hoạt động tương đối ổn định, các thao tác trên ứng dụng Android dễ dàng, có thể quan sát được hình ảnh trực tuyến thông qua Camera.
ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ i TÓM TẮT ............................................................................................................. ii DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................... vi DANH MỤC BẢNG ............................................................................................ ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................... x CHƯƠNG 1........................................................................................................... 1 TỔNG QUAN ....................................................................................................... 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ.................................................................................................. 1 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI......................................................................................... 2 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI.......................................................................................... 2 1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................... 2 1.5. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU................................................ 3 1.6 BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO ......................................................................... 3 CHƯƠNG 2........................................................................................................... 5 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................................... 5 2.1 Bảo mật bằng công nghệ RFID ........................................................................ 5 2.2 Các chuẩn giao tiếp giữa các module và vi điều khiển .................................... 7
2.2.1 Chuẩn giao tiếp UART (Universal Asynchronous Receive/Transmit).. 7 2.2.2 Chuẩn giao tiếp SPI (Serial Peripheral Interface) .................................. 8 2.2.3 Chuẩn giao tiếp I2C (Inter – Integrated Circuit) .................................... 8
2.3 Giới thiệu về Firebase và cơ sở dữ liệu thời gian thực Realtime Database ..... 9 2.3.1. Giới thiệu về Firebase ........................................................................... 9 2.3.2. Realtime Database:.............................................................................. 10
CHƯƠNG 3......................................................................................................... 12 iii
THIẾT KẾ HỆ THỐNG.................................................................................... 12 3.1. Mô hình hoạt động của hệ thống................................................................... 12 3.2. Sơ đồ khối tổng quan của board điều khiển trung tâm ................................. 13 3.3 Thiết kế board điều khiển trung tâm .............................................................. 14
3.3.1. Khối xử lý trung tâm ........................................................................... 14 3.3.2. Khối đọc thẻ RFID .............................................................................. 16 3.3.3. Khối khóa cửa...................................................................................... 18 3.3.4. Khối hiển thị LCD ............................................................................... 20 3.3.5. Khối nút nhấn và khối mạch báo động................................................ 21 3.3.6. Camera giám sát .................................................................................. 23 3.3.7. Khối nguồn .......................................................................................... 24 3.3.8. Sơ đồ nguyên lý của board điều khiển trung tâm................................ 25
3.4 Thiết kế ứng dụng Android ............................................................................ 27 CHƯƠNG 4......................................................................................................... 32 THI CÔNG HỆ THỐNG................................................................................... 32 4.1 Thi công board điều khiển trung tâm ............................................................. 32
4.1.1. Sơ đồ mạch in ...................................................................................... 32 4.1.2. Thi công mạch ..................................................................................... 33 4.1.3. Lưu đồ giải thuật cho hệ thống khóa cửa ............................................ 35 4.1.4. Kết nối và tạo project Realtime Database trên Firebase ..................... 39
4.2. THI CÔNG ỨNG DỤNG ANDROID.......................................................... 44 4.2.1. Android Studio kết nối với Google Firebase: ..................................... 44 4.2.2. Thi công ứng dụng Android Studio: ................................................... 48
CHƯƠNG 5......................................................................................................... 55 KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ ....................................................... 55
iv
5.1. KẾT QUẢ ..................................................................................................... 55 5.2. NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ....................................................................... 63 CHƯƠNG 6......................................................................................................... 64 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................ 64 6.1 KẾT LUẬN: ................................................................................................... 64 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN:................................................................................ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 66
v
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Nguyên tắc hoạt động của RFID [8] ...................................................... 6 Hình 2.2: Chuẩn giao tiếp UART .......................................................................... 7 Hình 2.3: Khung truyền chuẩn giao tiếp [2] .......................................................... 7 Hình 2.4: Chuẩn giao tiếp SPI [2] .......................................................................... 8 Hình 2.5: Google Firebase [3]................................................................................ 9 Hình 2.6: Cơ sở dữ liệu thời gian thực RealTime Database [3] .......................... 10 Hình 3.1: Mô hình của hệ thống........................................................................... 12 Hình 3.2: Sơ đồ khối của board điều khiển trung tâm ......................................... 13 Hình 3.3: Module ESP32 NodeMCU [4] ............................................................. 15 Hình 3.4: Sơ đồ kết nối của ESP32 ...................................................................... 16 Hình 3.5: Module RFID (RC522) [5] .................................................................. 17 Hình 3.6: Sơ đồ kết nối của module RFID với ESP32 ........................................ 17 Hình 3.7: Khóa điện Solenoid Lock LY-03......................................................... 18 Hình 3.8: Sơ đồ kết nối của khối khóa cửa .......................................................... 19 Hình 3.9: Màn hình LCD 20x4 và Module giao tiếp I2C [6] .............................. 20 Hình 3.10: Sơ đồ kết nối của module LCD_I2C với ESP32 ............................... 21 Hình 3.11: Nút nhấn nhả 2 chân........................................................................... 21 Hình 3.12: Buzzer và transistor khuếch đại ......................................................... 22 Hình 3.13: Sơ đồ kết nối của khối nút nhấn và khối báo động ............................ 22 Hình 3.14: Sơ đồ chân của ESP32 – Camera [9] ................................................. 23 Hình 3.15: Sơ đồ kết nối của ESP32 – Camera ................................................... 23 Hình 3.16: Adapter 12V và Pin Lipo ................................................................... 24 Hình 3.17: Khối nguồn......................................................................................... 25 Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lý của board trung tâm ................................................ 26 Hình 3.19: Mô hình cấu trúc giao diện ứng dụng ................................................ 28 Hình 3.20: Màn hình giao diện đăng nhập (demo) .............................................. 28 Hình 3.21: Màn hình giao diện menu chức năng của hệ thống (demo) ............... 29 Hình 3.22: Màn hình giới thiệu về đề tài (demo)................................................. 29 Hình 3.23: Màn hình giao diện điều khiển (demo) .............................................. 30
vi
Hình 3.24: Màn hình giao diện dữ liệu người dùng và lịch sử ra vào (demo)..... 31 Hình 4.1: Sơ đồ mạch in PCB .............................................................................. 32 Hình 4.2: Mạch in thi công của board trung tâm ................................................. 34 Hình 4.3: Mô hình hoàn chỉnh của mạch ............................................................. 34 Hình 4.4: Lưu đồ giải thuật cho toàn mạch.......................................................... 35 Hình 4.5: Lưu đồ chương trình đọc thẻ RFID...................................................... 36 Hình 4.6: Lưu đồ mở cửa bằng điện thoại ........................................................... 37 Hình 4.7: Lưu đồ chương trình mở khóa từ bên trong......................................... 38 Hình 4.8: Giao diện Go to console trên Firebase ................................................. 39 Hình 4.9: Tạo project trên Firebase...................................................................... 40 Hình 4.10: Tạo cơ sở dữ liệu thời gian thực trên Firebase................................... 40 Hình 4.11: Cho phép đọc và ghi dữ liệu vào Firebase ......................................... 41 Hình 4.12: Đường link URL trên Firebase .......................................................... 41 Hình 4.13: Database secrets trong Firebase ......................................................... 42 Hình 4.14: Cơ sở dữ liệu được tạo trên Firebase ................................................. 43 Hình 4.15: Thêm ứng dụng Android vào project Firebase .................................. 44 Hình 4.16: Thêm đường dẫn của ứng dụng Android vào Firebase...................... 44 Hình 4.17: Tải về file google-services.json ......................................................... 45 Hình 4.18: Tạo project Android Studio ............................................................... 46 Hình 4.19: Tạo project trên Android Studio ........................................................ 46 Hình 4.20: Kết nối với Firebase trên Android Studio .......................................... 47 Hình 4.21: Giao diện đăng nhập vào hệ thống..................................................... 48 Hình 4.22: Giao diện menu các chức năng của ứng dụng ................................... 49 Hình 4.23: Giao diện giới thiệu về đề tài ............................................................. 50 Hình 4.24: Giao diện điều khiển và giám sát ....................................................... 51 Hình 4.25: Giao diện User quản lý thông tin người dùng.................................... 52 Hình 4.26: Chỉnh sửa thông tin và cập nhật dữ liệu ............................................ 53 Hình 4.27: Dữ liệu Users được lưu trên Firebase ................................................ 53 Hình 4.28: Giao diện lịch sử ra vào cửa............................................................... 54 Hình 4.29: Dữ liệu lịch sử ra vào được lưu trên Firebase.................................... 54
vii
**Phân tích đề tài: "Thiết kế và thi công hệ thống khóa cửa thông minh"**
### 1. **Giới thiệu về đề tài**
Hệ thống khóa cửa thông minh (Smart Lock System) là một sản phẩm của công nghệ hiện đại, tích hợp các chức năng tiên tiến nhằm đảm bảo an ninh, tiện lợi và dễ sử dụng hơn so với các loại khóa cửa truyền thống. Đề tài "Thiết kế và thi công hệ thống khóa cửa thông minh" tập trung vào việc nghiên cứu, phát triển và ứng dụng công nghệ thông minh trong việc quản lý và điều khiển khóa cửa.
### 2. **Mục tiêu của đề tài**
- **Thiết kế hệ thống khóa cửa thông minh** có thể kiểm soát truy cập từ xa thông qua các thiết bị di động (smartphone, tablet) hay sử dụng các cách xác thực như mật khẩu, vân tay, thẻ từ, hay nhận diện khuôn mặt.
- **Thi công hệ thống** với các chức năng bảo mật cao, dễ dàng lắp đặt và sử dụng.
- Đảm bảo hệ thống có khả năng tích hợp với các thiết bị nhà thông minh khác như camera an ninh, cảm biến chuyển động, hay hệ thống báo động.
### 3. **Các thành phần chính của hệ thống khóa cửa thông minh**
- **Phần cứng**:
- **Bộ vi điều khiển (MCU)**: Trung tâm điều khiển của hệ thống, có nhiệm vụ xử lý thông tin và ra lệnh mở/khóa cửa.
- **Thiết bị xác thực**: Bao gồm các công nghệ như cảm biến vân tay, bàn phím số để nhập mật khẩu, đầu đọc thẻ từ, hay camera nhận diện khuôn mặt.
- **Động cơ điện**: Điều khiển cơ chế khóa/mở khóa cửa.
- **Nguồn cấp điện**: Thường là pin hay hệ thống nguồn dự phòng để đảm bảo khóa vẫn hoạt động khi mất điện.
- **Phần mềm**:
- **Ứng dụng di động**: Cho phép người dùng kiểm soát và theo dõi trạng thái của khóa từ xa. Ứng dụng này cũng có thể gửi thông báo khi có xâm nhập trái phép.
- **Firmware**: Chương trình được cài đặt trên vi điều khiển, điều khiển các chức năng của khóa, bao gồm việc xử lý tín hiệu từ các thiết bị xác thực.
- **Hệ thống bảo mật**: cần thiết kế các giao thức mã hóa và bảo mật dữ liệu để tránh rò rỉ thông tin người dùng và ngăn chặn xâm nhập trái phép.
### 4. **Quy trình thiết kế và thi công**
- **Khảo sát yêu cầu người dùng**: Nắm rõ nhu cầu của người dùng về các chức năng của khóa thông minh như khả năng bảo mật, tiện ích điều khiển từ xa, và sự tích hợp với các hệ thống nhà thông minh khác.
- **Thiết kế phần cứng**: Lựa chọn các cảm biến và thiết bị đầu vào phù hợp (vân tay, mật khẩu, thẻ từ...), đồng thời đảm bảo rằng hệ thống có kích thước nhỏ gọn, dễ lắp đặt.
- **Phát triển phần mềm**: Lập trình firmware và xây dựng ứng dụng di động với giao diện thân thiện, dễ sử dụng, đồng thời đảm bảo khả năng bảo mật cao.
- **Tích hợp và kiểm thử**: Sau khi hoàn thành thiết kế và lắp ráp, tiến hành kiểm tra hệ thống trong các điều kiện thực tế để đảm bảo hoạt động ổn định, bảo mật và chính xác.
- **Hoàn thiện và triển khai**: Cải tiến các chức năng dựa trên kết quả kiểm thử, sau đó triển khai hệ thống cho người dùng cuối.
### 5. **Các thách thức khi thiết kế và thi công**
- **Bảo mật**: Khóa cửa thông minh là mục tiêu của các cuộc tấn công mạng, do đó việc mã hóa dữ liệu và đảm bảo tính bảo mật là vô cùng quan trọng.
- **Tiêu thụ năng lượng**: Phải tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng để hệ thống có thể hoạt động lâu dài, đặc biệt khi sử dụng pin.
- **Độ tin cậy của các thiết bị xác thực**: Cần đảm bảo rằng các thiết bị như cảm biến vân tay, nhận diện khuôn mặt hoạt động chính xác và có thể chống lại việc làm giả.
- **Khả năng kết nối**: Hệ thống phải đảm bảo kết nối ổn định giữa khóa và thiết bị di động thông qua Wi-Fi, Bluetooth hay các công nghệ kết nối khác.
### 6. **Lợi ích của hệ thống khóa cửa thông minh**
- **Tăng cường an ninh**: So với khóa cửa truyền thống, khóa thông minh cung cấp nhiều lớp bảo mật hơn và có thể gửi thông báo khi có hành vi xâm nhập trái phép.
- **Tiện lợi**: Người dùng có thể mở khóa từ xa hay chia sẻ quyền truy cập tạm thời cho người khác mà không cần có mặt trực tiếp.
- **Theo dõi và kiểm soát**: Hệ thống cho phép người dùng theo dõi lịch sử mở khóa, giúp dễ dàng kiểm soát việc ra vào.
### 7. **Ứng dụng thực tế**
Hệ thống khóa cửa thông minh có thể được ứng dụng rộng rãi trong nhiều môi trường khác nhau:
- **Nhà riêng và căn hộ**: Tăng cường an ninh và quản lý ra vào dễ dàng.
- **Công ty và văn phòng**: Kiểm soát quyền truy cập của nhân viên, đảm bảo an toàn cho tài sản và dữ liệu.
- **Khách sạn và căn hộ cho thuê**: Dễ dàng quản lý khách lưu trú mà không cần trao đổi chìa khóa vật lý.
### Kết luận
Đề tài "Thiết kế và thi công hệ thống khóa cửa thông minh" không chỉ mang tính thực tiễn cao mà còn mở ra cơ hội nghiên cứu, ứng dụng công nghệ hiện đại trong đời sống hàng ngày. Hệ thống khóa cửa thông minh là giải pháp tối ưu cho việc bảo vệ an ninh, đồng thời mang lại sự tiện lợi, thoải mái cho người dùng.
Hình 5.1: Mặt trước mô hình ............................................................................... 55 Hình 5.2: Mặt sau mô hình................................................................................... 56 Hình 5.3: Hệ thống đang khởi động ..................................................................... 56 Hình 5.4: Màn hình sau khi khởi động xong ....................................................... 57 Hình 5.5: Cập nhật dữ liệu trên Firebase ............................................................. 57 Hình 5.6: Cập nhật dữ liệu thành công ................................................................ 57 Hình 5.7: Quẹt đúng thẻ RFID ............................................................................. 58 Hình 5.8: Quẹt sai thẻ RFID ................................................................................ 58 Hình 5.9: Giao diện đăng nhập và giao diện các chức năng của ứng dụng ......... 59 Hình 5.10: Giao diện mở khóa và khởi động camera trên điện thoại Android.... 60 Hình 5.11: Lịch sử ra vào cửa .............................................................................. 61 Hình 5.12: Giao diện chỉnh sửa thông tin ............................................................ 61
viii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1: Bảng kết nối chân giữa Module RFID và ESP32 ........................... 18 Bảng 3.2: Bảng kết nối chân giữa Module LCD_I2C và ESP32.................... 20 Bảng 3.3: Thông số dòng điện tiêu thụ và điện áp của các khối và module trong hệ thống..................................................................................................... 24 Bảng 4.1: Bảng thống kê linh kiện sử dụng ..................................................... 33 Bảng 5.1: Bảng kết quả thử nghiệm chạy thử hệ thống ................................. 62
ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt
Mô tả
RFID
Radio Frequency Identification
LF
Low Frequencies
HF
High Frequencies
UHF
Ultra High Frequencies
SHF
Super High Frequencies
UART
Universal Asynchronous Receive/Transmit
SPI
Serial Peripheral Interface
I2C
Inter – Integrated Circuit
LCD
Liquid Crystal Display
API
Application Programming Interface
SQL
Structured Query Language
SDK
Software Development Kit
JSON
JavaScript Object Notation
x
xi
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Với thời đại công nghệ 4.0 như hiện nay, thì việc bảo quản tài sản cá nhân
của hộ gia đình, của cơ quan, công ty hay ở các khu chung cư, các thiết bị bảo mật đều được sử dụng rộng rãi. Hàng loạt các sản phẩm như khóa cửa thông minh tích hợp vân tay, mật mã, hay các thiết bị giám sát như camera ở trước cửa nhà, trong nhà, hay các bãi đỗ xe,... giúp nâng cao chất lượng sống và phục vụ rất tốt cho người dùng. Các thiết bị đó khả năng bảo mật cao, chất lượng cũng rất cao nên giá thành thì cũng khá cao, ta chỉ thấy các loại khóa cao cấp đó xuất hiện ở khu chung cư cao tầng, khách sạn, bãi đỗ xe của các khu cao cấp hơn.
Ở thành phố Hồ Chí Minh nói chung và các thành phố lớn nói riêng, đa phần người ở và sinh sống đều là sinh viên và người làm ăn xa nhà, vì thế việc ở trọ hay ở những khu tập thể là đều rất phù hợp, giá cả lại phải chăng, nhưng ở những khu trọ, hay những khu sinh sống tập thể đều có những rủi ro nhất định. Nhất là về an ninh, các vụ trộm cắp đều xảy ra nhiều ở những khu trọ.
Vì lý do trên, việc lắp đặt một thiết bị giám sát ra vào đối với các cá nhân sinh sống ở khu trọ, hay khu tập thể là điều rất cần thiết. Khóa cửa thông minh là một thiết bị khá phù hợp cho các chủ nhà trọ hay cả chủ của một khu tập thể với nhiều cá nhân sinh sống hơn.
Đề tài thiết kế và thi công hệ thống khóa cửa thông minh nhằm giúp các chủ nhà trọ và chủ một khu tập thể có thể giám sát các cá nhân sinh sống một cách dễ dàng hơn, tránh được những trường hợp người lạ ra vào ảnh hưởng đến an ninh, và những người sinh sống cũng yên tâm hơn mức độ an ninh được nâng cao.
1
1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Đề tài “thiết kế và thi công hệ thống khóa cửa thông minh” có những mục
tiêu như sau:
- Hệ thống sử dụng thẻ RFID, đọc mã thẻ và so sánh các điều kiện để điều khiển khóa điện cho phép đóng mở cửa. Có một nút nhấn để có thể mở cửa từ bên trong. Có hệ thống báo động khi dùng sai thẻ và hiển thị thông tin lên màn hình LCD. Có camera quan sát thuận tiện cho việc giám sát và điều khiển khóa cửa từ xa.
- Thiết kế một ứng dụng Android và tạo một cơ sở dữ liệu trên Google Firebase để giám sát thời gian ra vào khi quẹt thẻ RFID. Thông tin lịch sử quét thẻ và mã thẻ được phép ra vào sẽ được lưu trữ trên cơ sở dữ liệu. Có thể thêm, sửa, xóa thông tin thẻ RFID trên giao diện ứng dụng Android. Người quản lý hay chủ có thể theo dõi lịch sử ra vào của từng người.
1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
Tìm hiểu và nghiên cứu các tài liệu liên quan đến Esp32, các module RFID,
LCD, khóa điện, camera... Tìm hiểu về hệ điều hành Android và cơ sở dữ liệu thời gian thực của Google Firebase.
Thiết kế xây dựng một ứng dụng Android để quản lý và giám sát thiết bị. Thiết kế và thi công hệ thống khóa cửa với chức năng mở khóa bằng thẻ RFID. Cho phép khối xử lý trung tâm Esp32 đọc mã thẻ và gửi dữ liệu lên cơ sở dữ liệu của Firebase để giám sát điều khiển thiết bị.
Vì đề tài chỉ sử dụng công nghệ RFID để mở khóa cửa nên nếu người dùng bị mất thẻ RFID hay quét sai thẻ thì phải liên hệ với người quản lý hay chủ để cấp lại thẻ mới và phải bảo mật lại hệ thống.
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nhóm đã tiến hành tìm hiểu về các tài liệu tham khảo có liên quan đến hệ
thống khóa cửa thông minh. Đánh giá các yêu cầu thiết kế về khóa cửa hiện nay.
2
Tìm hiểu và phát triển thiết kế phù hợp với mục đích sử dụng. Đánh giá kết quả mô phòng, tiến hành làm mô hình thực tế. Đánh giá và cải thiện kết quả thiết kế.
1.5. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu: Các giải thuật, đặc trưng cơ bản, chuẩn giao tiếp với công nghệ RFID. Quản lý cơ sở dữ liệu trên Firebase và các mô hình Firebase Realtime Database. Ứng dụng Android Studio và thông qua đó thiết kế ứng dụng cho riêng mình.
Phạm vi nghiên cứu: Một số chuẩn giao tiếp đã có sẵn, cách thức kết nối, sau đó áp dụng để đạt theo yêu cầu mong muốn. Với Firebase, tìm hiểu về cơ sở dữ liệu của Firebase, sau đó tạo một cơ sở dữ liệu sao cho đầy đủ những thông tin mà mình muốn để thỏa yêu cầu đặt ra. Với Android Studio, đã được học qua và biết cách thiết kế, dựa vào đó để nâng cao khả năng, và thiết kế một ứng dụng chỉnh chu hơn, nhiều chức năng hơn.
1.6 BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO
Nội dung chính của đề tài được trình bày với 6 chương:
Chương 1 TỔNG QUAN: gồm các nội dung đặt vấn đề, mục tiêu, giới hạn đề tài và bố cục bài báo cáo
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT: Trình bày một số cơ sở lý thuyết về công nghệ RFID, việc bảo mật bằng công nghệ RFID, các chuẩn giao tiếp thông dụng giữa vi điều khiển và các module dùng trong đề tài, giới thiệu về Google Firebase và cơ sở dữ liệu thời gian thực Realtime Database.
Chương 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG: Chương này bao gồm các nội dung về mô hình hoạt động của hệ thống, sơ đồ khối tổng quan của hệ thống, sơ đồ khối của board trung tâm và chức năng của từng khối. Trình bày về thiết kế board điều khiển trung tâm và thiết kế ứng dụng Android điều khiển từ xa qua điện thoại.
Chương 4 THI CÔNG HỆ THỐNG: Thi công sơ đồ nguyên lý và vẽ mạch in cho board điều khiển trung tâm, thi công hoàn thiện ứng dụng Android bằng phần mềm Android Studio.
3
Chương 5 KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ: Kết quả thi công chạy thử hệ thống và nhận xét đánh giá về kết quả đã làm được.
Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN: Tổng kết những vấn đề đã làm được và hướng phát triển của đề tài.
4
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Bảo mật bằng công nghệ RFID
Công nghệ RFID ( Radio Frequency Identification - Nhận dạng qua tần số
vô tuyến) là một trong những công nghệ nhận dạng dữ liệu tự động tiên tiến nhất hiện nay có tính khả thi cao và áp dụng thực tế rất hiệu quả.
RFID là một công nghệ dùng kết nối sóng vô tuyến để tự động xác định và theo dõi các thể nhận dạng gắn vào vật thể. Công nghệ này cho phép nhận biết thông qua hệ thống thu phát sóng radio, từ đó giám sát, quản lý từng đối tượng.
RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần số sóng vô tuyến để truyền dữ liệu từ các tag (thẻ) đến các reader (bộ đọc). Tag có thể được đính kèm hay gắn vào đối tượng được nhận dạng (VD: sản phẩm, giá kệ, pallet,...). Reader quét dữ liệu của tag và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu có lưu trữ dữ liệu của tag [1].
Một hệ thống RFID cơ bản bao gồm:
Phần cứng:
- RFID tag: Được cấu tạo mềm mỏng có chứa chip vi xử lý và antenna (ăng ten). Nó có thể đọc, ghi dữ liệu, và thậm chí chứa thông tin bảo mật.
- Reader: Có nhiệm vụ giải mã và chuyển dữ liệu từ thẻ tới middleware và application software để xử lý. Thông thường reader sẽ bao gồm cả antenna.
- Máy chủ: Là máy vi tính được dùng để chạy các middleware và application software.
Phần mềm:
5
- Middleware: Được sử dụng để nhận và xử lý các dữ liệu thô nhân được từ các reader để chuyển đến các phần mềm quản trị thư viện. Middleware thường được xây dựng và cung cấp bởi các nhà cung cấp thiết bị RFID.
- Application software: Được sử dụng để xử lý và tự động hóa các công việc đặc thù. Phần mềm này nhận dữ liệu đã được xử lý thô từ Middleware để phân tích và thực thi nhiệm vụ.
Hình 2.1: Nguyên tắc hoạt động của RFID [8] Các tần số hoạt động của RFID: [1]
LF ( 125 kHz – 134,2 kHz ):Low frequencies, ứng dụng cho hệ thống quản lý nhân sự, chấm công, cửa bảo mật, bãi giữ xe
HF (13.56MHz): High Frequencies, ứng dụng cho quản lý nguồn gốc hàng hóa, vận chuyển hàng hóa, cửa bảo mật, bãi giữ xe,...
UHF (860MHz – 960MHz): Ultra High Frequencies, ứng dụng trong các hệ thống kiểm soát như thu phí đường bộ tự động, kiểm kê kho hàng, kiểm soát đường đi của hàng hóa,...
SHF (2.45GHz): Super High Frequencies, ứng dụng trong các hệ thống kiểm soát như thu phí đường bộ tự động, kiểm soát lưu thông hàng hải, kiểm soát hàng hóa, kiểm kê kho hàng,...
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links