TRƢỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

----o0o---Tp. HCM, ngày 05 tháng 07 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Nguyễn Thành Dương

MSSV: 14141051

Trần Vỉnh Sơn

MSSV: 14141266

Chuyên ngành:

Điện tử công nghiệp

Mã ngành:

141

Hệ đào tạo:


- Lập trình và sử dụng module đọc thẻ RFID-RC522 – Arduino.vn
( />2. Nội dung thực hiện:
- Tìm hiểu Arduino, module sim900, module RFID, cảm biến chuyển động,
phím ma trận 4x4.
- Thiết kế, tính toán, thi công mạch giao tiếp module sim với Arduino.
- Thiết kế, tính toán, thi công mạch giao tiếp cảm biến chuyển động với
Arduino.
- Thiết kế, tính toán, thi công mạch giao tiếp cảm biến chuyển động với
Arduino.
- Thiết kế, tính toán, thi công mạch giao tiếp module RFID với Arduino.
- Viết chương trình điều khiển mô hình.
- Thiết kế nguồn cung cấp cho mô hình.
- Chạy thử nghiệm mô hình.
- Viết báo cáo.
- Báo cáo cáo đề tài tốt nghiệp.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

19/02/2019

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/07/2019
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS.TS Nguyễn Thanh Hải
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – YSINH

ii


TRƢỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA
ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Gặp và báo cáo với GVHD về đề tài sẽ thực hiện.
Tìm hiểu về các linh kiện sẽ sử dụng
Tìm hiểu về giao tiếp giữa module Sim với Arduino.
Vẽ sơ đồ khối và nội dung từng khối.
Thiết kế và lập trình cho Arduino và module Sim

Tuần 5 (18/03 - 24/03) Báo cáo tiến độ với GVHD.

Tuần 6 (25/03 - 31/03)

Tuần 7 (01/04 - 07/04)

Hoàn thành cơ sở lý thuyết, thiết kế nguyên lý từng
khối.
Hoàn thành giao tiếp (gửi sms) giữa module Sim và
Arrduino.
Tìm hiểu giao tiếp Arduino và phím ma trận.
Viết code cho phím ma trận và Arduino.
iii

Xác nhận
GVHD


Báo cáo tiến độ cho GVHD.
Tuần 8 (08/04 - 14/04) Viết báo cáo thiết kế khối mở khóa dùng phím ma
trận.
Tìm hiểu và giao tiếp giữa RFID và Arduino
Tuần 9 (15/04 - 21/04)


– 09/06)
Viết nhận xét đánh giá
Hoàn thành báo cáo

GV HƢỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

iv


LỜI CAM ĐOAN
Chúng em xin cam đoan đề tài này do chúng em thực hiện dựa trên tài liệu
trước đó và không sao chép tài liệu hay công trình trước đó.
Tp. HCM, ngày 05 tháng 07 năm 2019

Người thực hiện đề tài
Trần Vỉnh Sơn
Nguyễn Thành Dƣơng

v


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, chúng em đã nhận được nhiều sự
giúp đỡ từ Thầy/Cô người thân và bạn bè. Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn
chân thành, sâu sắc tới Thầy PGS.TS Nguyễn Thanh Hải đã hướng dẫn và góp ý tận
tình, cũng như chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu, tạo điều kiện tốt nhất để chúng
em hoàn thành tốt đề tài.
Chúng em cũng xin cảm ơn các Thầy, Cô khoa Điện Điện tử đã tạo điều kiện
tốt nhất để chúng em hoàn thành tốt đề tài. Và xin cảm ơn tất cả bạn bè, người thân

Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................................... 4
2.1 GIỚI THIỆU VỀ IOTS (INTERNET OF THINGS) ................................... 4
2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ........................................................................... 4
2.2.1 Module cảm biến chuyển động PIR HC – SR501 ....................................... 4
2.2.2 Phím ma trận 4x4 ........................................................................................ 6
2.2.3 Module Sim900a ......................................................................................... 7
2.2.4 Vi điều khiển ............................................................................................... 8
2.2.5 Công nghệ RFID ......................................................................................... 9
2.3 GIAO TIẾP I2C ........................................................................................... 13
2.4 CHUẨN TRUYỀN THÔNG UART ............................................................ 13
2.5 GIAO TIẾP SPI ............................................................................................. 14
2.6 PHẦN MỀM ARDUINO IDE....................................................................... 15
Chƣơng 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ...................................................................... 16
3.1 GIỚI THIỆU .................................................................................................. 16

vii


3.2.2 Thiết kế chi tiết .......................................................................................... 18
3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ....................................................................... 28
Chƣơng 4. THI CÔNG MÔ HÌNH ................................................................................ 30
4.1 GIỚI THIỆU .................................................................................................. 30
4.2 THI CÔNG MÔ HÌNH ................................................................................. 30
4.2.1 Danh sách linh kiện ................................................................................... 30
4.2.2 Lắp ráp mô hình ........................................................................................ 31
4.3 LẬP TRÌNH CHO MÔ HÌNH...................................................................... 34
4.3.1 Lưu đồ chương trình .................................................................................. 34
Chƣơng 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ........................................................ 40
5.1 GIỚI THIỆU .................................................................................................. 40
5.2 KẾT QUẢ ....................................................................................................... 40

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý của khối điều khiển arduino. ........................................... 19
Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý của khối giám sát. ........................................................... 20
Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến. ................................................................. 20
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý khối báo động.................................................................. 21
Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý khối động cơ và nút nhấn. ............................................... 22
Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý khối mở khóa. ................................................................. 23
Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý mạch mở khóa dùng RFID. ............................................. 24
Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý mạch mở khóa dùng ma trận phím. ................................ 25
Hình 3.10 Sơ đồ nối dây ma trận phím 4x4. ............................................................. 25
Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị. ................................................................. 26
Hình 3.12 Hình ảnh module hạ áp LM2596. ............................................................ 27
Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý mô hình khóa thông minh. ............................................ 28
Hình 4.1 Hình ảnh mạch xử lý trung tâm.................................................................. 31
Hình 4.2 Hình ảnh mạch giám sát module sim. ........................................................ 31
Hình 4.4 Hình ảnh mạch báo động. .......................................................................... 32
Hình 4.5 Hình ảnh mô hình hoàn thiện. .................................................................... 33
Hình 4.6 Lưu đồ chương trình tổng quát toàn bộ hoạt động..................................... 34
Hình 4.7 Lưu đồ chương trình chính. ........................................................................ 35
Hình 4.8 Lưu đồ chương trình con thêm thẻ, xóa thẻ và đổi pass. ........................... 36
Hình 4.9 Lưu đồ chương trình kiểm tra ngắt của nút nhấn và cánh báo PIR ........... 37
Hình 5.1 Hình ảnh màn hình LCD trạng thái chờ quẹt thẻ. ...................................... 41
Hình 5.2 Hình ảnh LCD khi quẹt thẻ sai................................................................... 41

ix


Hình 5.3 Hình ảnh mạch báo động hoạt động........................................................... 42
Hình 5.4 Hình ảnh module Sim gửi tin nhắn cảnh báo quẹt thẻ sai. ........................ 42
Hình 5.5 Hình ảnh màn hình LCD ở trạng thái quản lý ............................................ 43
Hình 5.6 Hình ảnh LCD khi ở chế độ thêm thẻ ........................................................ 43

Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học và công nghệ đã làm
cho cuộc sống của con người được tốt hơn và hoàn thiện hơn. Các thiết bị điều khiển
thông minh và tự động cũng được phát triển. Trong đó có nhà thông mình với các
thiết bị trong nhà hoạt động một cách tự động hoặc bán tự động và việc giám sát
điều khiển trở nên thuận lợi, an toàn và an ninh hơn nhờ được điều khiển từ xa.Với
sự xuất hiện và phát triển mạnh mẽ của công nghệ IoT [1], việc quản lý căn nhà
càng được cải thiện hơn, các thiết bị được kết nối với nhau thông qua wifi,
bluetooth, mạng viễn thông và được điều khiển bởi người dùng trên các thiết bị như
smart phone, máy tính bảng ở bất kỳ đâu.
Hiện nay có rất nhiều đề tài nghiên cứu về nhà thông minh như đồ án tốt
nghiệp của Nguyễn Ngọc Lực về đề tài “Thiết kế, thi công mô hình hệ thông điều
khiển điện và giám sát nhà” dùng board Arduino Mega 2560 làm bộ điều khiển
trung tâm kết hợp module ESP8266 Node MCU và module sim900A thông qua App
Android và Web server để điều khiển và giám sát các thiết bị trong nhà như đo nhiệt
độ, độ ẩm, báo động rò rỉ khí ga, khi có người đột nhập thì báo động và gửi tin nhắn
đến người sử dụng, hệ thống còn nhận biết khi mất điện thì tự động chuyển sang
nguồn dự phòng (acquy) và gửi tin nhắn cho người sử dụng [2]. Tác giả Phạm Hưng
Thịnh với đề tài “ Thiết kế, thi công hệ thống điều khiển và giám sát thiết bị nhà có
hỗ trờ Google Assistant”. Hệ thống này sử dụng board Arduino, module wifi
ESP8266 Node MCU, cảm biến nhiệt độ, khí gas, chuyển động. Người dùng có thể
giám sát bằng smartphone hệ đều hành android truy cập Web bất kỳ nơi nào có wifi
hoặc internet. Có thể giám sát hệ thống từ xa, hiển thị nhiệt độ, báo động khi rò rỉ
khí gas hoặc có trộm đột nhập [3].
Bên cạnh sự phát triển của đời sống con người thì các tệ nạn xã hội xảy ra ngày
càng nhiều với hình thức ngày càng tinh vi hơn, trong đó có nạn trộm cắp tài sản.
Các biện pháp bảo bệ truyền thống không thể đáp ứng yêu cầu bảo vệ an toàn cho tài
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1


1.4 GIỚI HẠN
- Mô hình không áp dụng cho nhà ở thực tế.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
- Mô hình sử dụng mạng viễn thông (SMS) để giám sát. Trên thực tế thì có thể
sử dụng nhiều loại sóng để giám sát như: bluetooth, wifi.
- Mô hình dùng cảm biến chuyển động HC-SR501, khoảng cách phát hiện tối đa
5m.
- Dùng chuông buzzer cảnh báo khi có người đột nhập.

1.5 BỐ CỤC
Chƣơng 1: Tổng quan.
Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi
dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết.
Chương này trình bày khái quát về công nghệ IOT, giới thiệu các module, linh
kiện sử dụng cho thiết kế mô hình (Arduino, module RFID, module Sim900, cảm
biến chuyển động PIR, ma trận phím), kiến thức cơ bản và các phần mềm liên quan
để hỗ trợ cho lập trình điều khiển mô hình.
Chƣơng 3: Tính toán và thiết kế.
Đưa ra sơ đồ khối, tính toán và thiết kế khối nguồn, khối điều khiển trung tâm,
khối cảm biến, khối báo động, khối động cơ và nút nhấn, khối mở khóa, khối giám
sát, khối hiển thị.
Chƣơng 4: Thi công hệ thống
Thiết kế lưu đồ giải thuật, viết chương trình, thi công mô hình.

2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
2.2.1 Module cảm biến chuyển động PIR HC – SR501
Cảm biến chuyển động HC-SR501 là cảm biến có khả năng nhận biết được
một vật di chuyển thông qua các tia hồng ngoại phát ra từ vật thể trong vùng mà cảm
biến hoạt động. Module cảm biến có thể điều chỉnh được độ nhạy nhờ 2 biến trở là
Sx biến trở điều chỉnh độ nhạy của cảm biến, Tx biến trở điều chỉnh thời gian đóng
của cảm biến, giúp cho cảm biến hoạt động phù hợp với những yêu cầu của người
dùng.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.1 Hình dạng của cảm biến PIR HC-SR501.

Hình 2.2 Hình ảnh nguyên lý hoạt động của cảm biến PIR.
Các cảm biến PIR luôn có 2 sensor như hình 2.2. Chắn trước mắt sensor là
một lăng kính (thường làm bằng plastic), chế tạo theo kiểu lăng kính fresnel. Lăng
kính fresnel này có tác dụng chặn lại và phân thành nhiều vùng (zone) cho phép tia
hồng ngoại đi vào mắt sensor. 2 đơn vị của mắt sensor có tác dụng phân thành 2
điện cực. Một cái là điện cực dương (+) và cái kia là âm (-). Khi 2 đơn vị này được
tuần tự kích hoạt (cái này xong rồi mới đến cái kia) thì sẽ sinh ra một xung điện,
xung điện này kích hoạt sensor.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

5

Hình 2.4 Hình ảnh sơ đồ kết nối của phím ma trận 4x4.

Hình 2.5 Hình ảnh phim ma trận 4x4.

2.2.3 Module Sim900a
SIM900A là module được thiết kế dưới dạng module chipset, nhỏ gọn, giá
thành thấp, hoạt động ổn định. Module SIM900A có các tính năng cơ bản của chiếc
điện thoại như gọi, nhắn tin, truy cập GPRS.

Hình 2.6 Hình ảnh Module SIM900A
Điện áp hoạt động 4.5 – 5V , dòng kích tối thiểu 1A
Giao diện: TTL

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

7


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chức năng các chân:
- VCC: Chân cấp nguồn (3-5VDC).
- DTR: Chân đầu cuối dữ liệu.
- TX: Chân truyền dữ liệu trong điều khiển UART.
- RX: Chân nhận dữ liệu trong điều khiển UART.
- Speaker: Chân xuất dữ liệu âm thanh.
- Microphone: Chân kết nối với mic.
- Chân Reset: Reset module sim.
- Chân GND: Chân nối mass.

2.2.4 Vi điều khiển

- Xung nhịp: 16 MHz.
Nguồn sử dụng: Arduino có thể được cấp nguồn thông qua cổng USB hoặc cấp
nguồn ngoài thông qua jack cắm 2.1mm, cũng có thể sử dụng 2 chân Vin và GND
để cấp nguồn cho Arduino.
Chức năng các chân:
- Chân 5V và chân 3.3V: các chân này dùng để lấy nguồn ra tương ứng 5V và
3.3V.
- Vin: Cấp nguồn cho Arduino
- GND: chân mass
- Reset: chân reset

2.2.5 Công nghệ RFID
2.2.5.1 Giới thiệu về RFID
Công nghệ 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 từng đối tượng.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

9


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Một thiết bị hay một hệ thống RFID được cấu tạo bởi hai thành phần chính là
thiết bị đọc (reader) và thiết bị phát mã RFID có gắn chip. Thiết bị đọc được gắn
anten để thu- phát sóng điện từ, thiết bị phát mã RFID được gắn với vật cần nhận
dạng, mỗi thiết bị RFID chứa một mã số nhất định và không trùng lặp nhau.
2.2.5.2 Module RFID RC522

Hình 2.8 Hình ảnh Module RFID RC522.


họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác
nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ.

Hình 2.9 Hình ảnh LCD 16x2.
Thông số kỹ thuật:
- Điện áp hoạt động: 5V.
- Hiển thị tối đa 16 ký tự trên 2 dòng.
Chức năng các chân:
- Chân 1: (Vss) Chân nối đất cho LCD.
- Chân 2: VDD Là chân cấp nguồn cho LCD.
- Chân 3: VEE là chân điều chỉnh độ tương phản của LCD.
- Chân 4: RS Là chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS với
logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

11


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ
ghi) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ đọc).
+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD.
- Chân 5: R/W là chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W
với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD
ở chế độ đọc.
- Chân 6: E Là chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên
bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân
E.
+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào (chấp nhận) thanh

- Tốc độ truyền dữ liệu lên đến 400Kbps
- Dữ liệu truyền nhận đảm bảo tính toàn vẹn vì sử dụng cơ chế phản hồi
(ACK) trên mỗi byte dữ liệu.
- Có khả năng kết nối nhiều thiết bị với nhau: trên mạch có sẵn các mối
hàn
A0, A1, A2 để thay đổi địa chỉ của module.
- Địa chỉ mặc định: 0x27, có thể mắc vào I2C bus tối đa 8 module

2.4 CHUẨN TRUYỀN THÔNG UART
UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) là kiểu truyền nhận nối
tiếp không đồng bộ. UART không hẵn là một chuẩn truyền nhận, nó chỉ được coi
như là một phần cứng. Để tạo thành một chuẩn giao tiếp cần sử dụng với bộ chuyển
đổi mức điện áp để tạo thành một chuẩn giao tiếp, UART thường dùng mức logic

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

13


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
5V – 0V. UART được dùng trong máy tính công nghiệp, truyền thông, vi điều
khiển, hay một số các thiết bị truyền tin khác.
Một số thông số:
- Baud rate (tốc độ Baud): Khi truyền nhận không đồng bộ để hai module hiểu
được nhau thì cần quy định một khoảng thời gian cho 1 bit truyền nhận, nghĩa là
trước khi truyền thì tốc độ phải được cài đặt đầu tiên. Theo định nghĩa thì tốc độ
baud là số bit truyền trong một giây.
- Frame (khung truyền): Do kiểu truyền thông nối tiếp này rất dễ mất dữ liệu
nên ngoài tốc độ, khung truyền cũng được cài đặt từ ban đầu để tránh bớt sự mất mát
dữ liệu này. Khung truyền quy định số bit trong mỗi lần truyền, các bit báo như