LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình thực Đồ án, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Cô giáo Thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Hiền người hết lòng hướng dẫn ủng hộ tinh thần cho em thời gian thực đồ án, dẫn tận tình, giúp em thực có hướng đắn Em xin chân thành cảm ơn Cô tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Cô Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo, cô giáo Khoa Công nghệ Tự động hóa – Trường Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông dạy bảo, truyền đạt lại kiến thức cho em suốt năm học đại học, để em có kiến thức ngày hôm từ kiến thức tảng đó, em hoàn thiện đồ án tốt Xin cảm ơn bạn sinh viên nhiệt tình giúp đỡ nhiều tài liệu kiến thức để em hoàn thành tốt đồ án Thái Nguyên, tháng năm 2016 Sinh viên La Thị Luyến LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan toàn nội dung báo cáo em tự tìm hiểu, nghiên cứu định hướng Cô giáo hướng dẫn Nội dung báo cáo không chép vi phạm quyền từ công trình nghiên cứu Nếu lời cam đoan không đúng, em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước pháp luật Thái Nguyên, tháng năm 2016 Sinh viên La Thị Luyến MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC .3 DANH MỤC HÌNH ẢNH .5 DANH MỤC BẢNG BIỂU .7 LỜI NÓI ĐẦU .8 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID 1.1 Sơ lược hệ thống nhận dạng tự động 1.1.1 Hệ thống mã vạch ( Barcode System) 1.1.2 Nhận dạng ký tự quang học (tiếng Anh: Optical Character Recognition, viết tắt OCR) 1.1.3 Phương thức sinh trắc học ( Biometric procedures) 10 1.1.4 Thẻ thông minh ( Smart Card) 11 1.1.5 Hệ thống RFID 11 1.2 Tình hình nước nước .11 1.2.1 Tình hình nước 11 1.2.2 Tình hình nước .13 1.3 Tính cấp thiết đề tài 13 1.3.1 Mục tiêu đề tài 14 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT .15 2.1 Khái niệm công nghệ RFID 15 2.2 Thành phần hệ thống RFID 15 2.3 Thẻ RFID (Tag) 16 2.3.1 Dung lượng thẻ RFID .16 2.3.2 Các thành phần thẻ RFID 16 2.3.3 Hình dạng kích thước thẻ .17 2.3.4 Tần số hoạt động 18 2.4 Đầu đọc (READER) .23 2.4.1 Các thành phần vật lý Reader RFID 24 2.4.2 Phân loại READER 26 2.5 Phương thức làm việc RFID .27 2.5.1 Modulated backscatter .28 2.5.2 Kiểu máy phát 29 2.6 Các ứng dụng RFID 29 2.7 Ưu, nhược điểm hệ thống RFID 30 CHƯƠNG PHÂN TÍCH BÀI TOÁN .32 3.1 Yêu cầu toán .32 3.2 Giải pháp thiết kế 32 3.2.1 Sơ đồ khối 32 3.2.2 Phân tích chức khối 32 3.2.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống 33 3.3 Lựa chọn linh kiện 34 3.3.1 Khối MCU 34 3.3.2 Linh kiện khối hiển thị - Màn hình LCD 38 3.3.3 Module RFID RC522 .42 3.3.4 Khối ma Trận Phím 4x4 (Keypad 4x4 SMD) 44 3.3.5 Một số linh kiện khác .44 CHƯƠNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH 49 4.1 Thiết kế phần cứng 49 4.1.1 Sơ đồ nguyên lý 49 4.2.2 Sơ đồ mạch in 51 4.2 Thiết kế phần mềm 52 4.2.1 Lưu đồ thuật toán 52 4.3 Một số hình ảnh sản phẩm 53 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO .56 PHỤ LỤC 57 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Hệ thống RFID 15 Hình 2.2 Sơ đồ khối chip CPU thẻ RFID 17 Hình 2.3 Một số hình dạng thẻ RFID .18 Hình 2.4 Thẻ thụ động 19 Hình 2.5 Thẻ tích cực 20 Hình 2.6 Thẻ bán tích cực 21 Hình 2.7 Vai trò đầu đọc RFID theo nguyên lí chủ tớ 24 Hình 2.8 Các thành phần Reader 24 Hình 2.9 Cơ chế truyền trường gần, trường xa thẻ reader .28 Hình 2.10 Cơ chế truyền thông Modulation Backscatter thẻ thụ động .28 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống đóng mở cửa tự động dùng thẻ từ 32 Hình 3.2 Arduino UNO 35 Hình 3.3 Màn hình LCD 16x2 .38 Hình 3.4 Module RFID-RC522 42 Hình 3.5 Chân kết nối RC522 43 Hình 3.6 Ma trận phím 44 Hình 3.7 Động bước 44 Hình 3.8 Thạch anh .45 Hình 3.9 Modul ULN2003 47 Hình 3.10 LED 47 Hình 3.11 Hình ảnh điện trở 48 Hình 3.12 Kí hiệu sơ đồ nguyên lý 48 Hình 3.13 Modul I2C 48 Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý 49 Hình 4.2 Khối nguồn 50 Hình 4.3 Khối MCU 50 Hình 4.4 Khối on/off 50 Hình 4.5 Khối hiển thị 50 Hình 4.6 Khối bàn phím 51 Hình 4.7 Khối RFID 51 Hình 4.8 Sơ đồ mạch in 51 Hình 4.9 Hình ảnh sản phẩm khởi động 53 Hình 4.10 Hiển thị dòng chữ “Nhập password” .53 Hình 4.11 Hiển thị dòng chữ “Mời vào” 54 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Khoảng tần số RFID 18 Bảng 2.2 Khoảng đọc tần số 19 Bảng 3.1 Đặc điểm kỹ thuật Arduino Uno R3 .36 Bảng 3.2 Mô tả chân Màn hình LCD 16x2 39 Bảng 3.3 Bảng mã lệnh LCD 41 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật Đặc biệt lĩnh vực tự động hóa tạo nên động lực thức đẩy phát triển ngành công nghiệp khác nhằm phục vụ đáp ứng nhu cầu người sống Con người với trợ giúp máy móc, công cụ thông minh trực tiếp làm việc, hay công việc mà người làm với khả minh mà việc điều khiển chúng hay chúng làm việc hoàn toàn tự động mang lại lợi ích to lớn, giảm nhẹ tối ưu hóa công việc Với tiến đáp ứng nhu cầu người sống đại nói chung phát triển khoa học kỹ thuật nói riêng Đối với sinh viên tự động hóa việc nghiên cứu, tìm hiểu đặc tính công nghệ nhận dạng đối tượng sóng vô tuyến RFID có ý nghĩa thực tế quan trọng Nó trang bị cho kỹ làm việc lĩnh vực điều khiển tự động, điện tử mà giúp theo kịp với phát triển khoa học kĩ thuật ngày tốt nghiệp trường Sau em xin tìm hiểu khảo sát đặc tính công nghệ nhận dạng sóng vô tuyến RFID thiết kế ứng dụng thực tế “Thiết kế chế tạo hệ thống đóng mở cửa tự động sử dụng công nghệ RFID” Đây sở để thiết kế hệ thống tự động hóa đơn giản, phức tạp ứng dụng rộng rãi khoa học đời sống.Nội dung báo cáo gồm chương giới thiệu sơ lược sau đây: - Chương 1: Tổng quan công nghệ RFID - Chương 2: Cơ sở lý thuyết - Chương 3: Phân tích toán - Chương 4: Thiết kế thực thi Do kiến thức hạn chế, cộng với thời gian tích lũy chưa nhiều nên báo cáo không tránh khỏi thiếu sót số nội dung chưa chi tiết, mong thầy cô giáo góp ý thông cảm CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID 1.1 Sơ lược hệ thống nhận dạng tự động 1.1.1 Hệ thống mã vạch ( Barcode System) Mã vạch (Barcode) theo định nghĩa phương pháp lưu trữ truyền tải thông tin lọai ký hiệu gọi ký mã vạch (Barcode symbology) Ký mã vạch hay gọi tắt mã vạch, ký hiệu tổ hợp khoảng trắng vạch thẳng để biểu diễn mẫu tự, ký hiệu số Sự thay đổi độ rộng vạch khoảng trắng biểu diễn thông tin số hay chữ số dạng mà máy đọc Mã số mã vạch thu nhận máy quét mã vạch, máy thu nhận hình ảnh mã vạch in bề mặt chuyển thông tin chứa mã vạch đến máy tính hay thiết bị cần thông tin Nó thường có nguồn sáng kèm theo thấu kính, để hội tụ ánh sáng lên mã vạch, thu ánh sáng phản xạ cảm quang chuyển hóa tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện Ngoài ra, nhiều máy quét mã vạch có thêm mạch điện tử xử lý tín hiệu thu từ cảm quang để chuyển thành tín hiệu phù hợp cho kết nối với máy tính Hình 1.1 Mã vạch 1.1.2 Nhận dạng ký tự quang học (tiếng Anh: Optical Character Recognition, viết tắt OCR) Nhận dạng ký tự quang học loại phần mềm máy tính tạo để chuyển hình ảnh chữ viết tay chữ đánh máy (thường quét máy scanner) thành văn tài liệu Bằng phần mềm ORC máy quét quét trang chữ in, ký tự biến thành văn theo qui cách tài liệu chương trình xử lý Hình 1.2 Nhận dạng kí tự quang học 1.1.3 Phương thức sinh trắc học ( Biometric procedures) Phương thức sinh trắc học công nghệ sử dụng thuộc tính vật lý, đặc điểm sinh học riêng cá nhân vân tay, mống mắt, khuôn mặt để nhận diện Nhận dạng giọng nói: Là phương thức thực cách kiểm tra đặc trưng giọng nói người nói với mẫu tham khảo có trước, tương ứng đáp ứng thực theo yêu cầu người nói Nhận dạng dấu vân tay: Tiến trình dựa so sánh mẫu nhú lớp da đầu ngón tay Hệ thống phân tích liệu từ mẫu đọc đượng đem so sánh với mẫu tham khảo lưu trữ Nhận dạng khuôn mặt: Hệ thống nhận dạng khuôn mặt ứng dụng máy tính tự động xác định nhận dạng người từ hình ảnh kỹ thuật số khung hình video từ nguồn video Một cách để thực điều so sánh đặc điểm khuôn mặt chọn trước từ hình ảnh sở liệu khuôn mặt Nhận dạng tròng mắt: Công nghệ nhận dạng tròng mắt (Iris Recognition) phương pháp sử dụng thuật toán hình ảnh để nhận dạng người dựa vào cấu trúc phức tạp 10 Hình 4.6 Khối bàn phím Hình 4.7 Khối RFID 4.2.2 Sơ đồ mạch in Hình 4.8 Sơ đồ mạch in 51 4.2 Thiết kế phần mềm 4.2.1 Lưu đồ thuật toán Bắt đầu Khởi tạo LCD đưa lời chào Chọn kiểu nhập password/quét thẻ Đọc password nhập Đọc thẻ RFID So sánh mã thẻ với mã cài đặt Đ Đ So sánh password vừa nhập với password cài đặt S S Hiển thị thông tin ‘‘MỜI VÀO” lên LCD Điều khiển mở cửa Kết thúc 52 Không hợp lệ cửa khóa 4.3 Một số hình ảnh sản phẩm Hình 4.9 Hình ảnh sản phẩm khởi động Hình 4.10 Hiển thị dòng chữ “Nhập password” 53 Hình 4.11 Hiển thị dòng chữ “Mời vào” 54 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Trong kỹ thuật RFID, ứng dụng có thách thức khác Việc truyền tin tăng lên ngày giới ngày Nhu cầu thu nhận lưu trữ thêm thông tin đòi hỏi tốc độ khả lưu trữ cao Do đòi hỏi phát triền chip có độ nhạy, tầm đọc lớn khả lưu trữ lớn Bên cạnh công nghệ RFID trở lên phổ biến giá thành cao nên hướng phát triển thẻ đơn giản, đảm bảo yêu cầu giá thành hợp lý hướng nghiên cứu đáng quan tâm - Những vấn đề làm được: + Tìm hiểu tổng quan công nghệ RFID + Thiết kế chế tạo mô hình đóng mở cửa tự động sử dụng công nghệ RFID - Những tồn đề tài: + Chưa thay đổi password hệ thống + Không thay đổi mã thẻ RFID Trong thời gian tới, bên cạnh việc khắc phục tồn đề tài, em hi vọng ứng dụng công nghệ RFID việc thiết kế khóa bảo mật, ứng dụng đời sống hàng ngày không đơn mô hình 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Khánh An, Trương Quốc Dũng, Nghiên cứu thiết kế Module thu phát sử dụng công nghệ RFID, ĐH SPKT TPHCM 2009 [2] Himanshu Bhatt, Bill Glover: RFID Essentials, O’Reilly, 01/2006 [3] Sandip Lahiri: RFID Sourcebook, Prentice Hall PTR, 08/2005 [4] Bhuptani Manish, Moradpour Shahram: RFIDField Guide : Deploying Radio Frequency Identification Systems, Prentice Hall PTR, 02/ 2005 [5] Tài liệu từ website : http://www.dientuvietnam.net/forums http://www.diendandientu.com https://www.altera.com 56 PHỤ LỤC #include #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,2,1,0,4,5,6,7); #include #include #include const byte ROWS = 4; const byte COLS = 4; String typePass = ""; char hexaKeys[ROWS][COLS] = { {'1','2','3','A' }, {'4','5','6','B' }, {'7','8','9','C' }, {'*','0','#','D' } }; byte rowPins[ROWS] = {5, 6, 7, 8}; byte colPins[COLS] = {1, 2, 3, 4}; Keypad customKeypad = Keypad( makeKeymap(hexaKeys), rowPins, colPins, ROWS, COLS); #define SS_PIN 10 #define RST_PIN #define IN1 #define IN2 A1 #define IN3 A2 #define IN4 A3 int Steps = 0; boolean Direction = false; unsigned long last_time; unsigned long currentMillis ; long time; RFID rfid(SS_PIN, RST_PIN); unsigned char ID_Card[5]; unsigned char RDID_CODE[5] = {210, 209, 39, 242, 214 }; String PASS_CODE[] = {"123456"}; boolean check_id = false; unsigned char i; void setup() { pinMode(IN1, OUTPUT); pinMode(IN2, OUTPUT); pinMode(IN3, OUTPUT); pinMode(IN4, OUTPUT); lcd.setBacklightPin(3,POSITIVE); lcd.setBacklight(HIGH); lcd.begin(16,2); lcd.clear(); //lcd.setLED1Pin(HIGH); lcd.setCursor(4,0); lcd.print("XIN CHAO "); delay(1000); lcd.setCursor(2,1); lcd.print("MOI QUET THE"); delay(1000); SPI.begin(); rfid.init(); } void loop() { char password = 0; char customKey = customKeypad.getKey(); if(customKey == 'A'){ lcd.clear(); lcd.setCursor(1,0); lcd.print("NHAP PASSWORD:"); int index = 5; while(password != '*'){ password = customKeypad.getKey(); if(password){ lcd.setCursor(index,1); index ++; lcd.print("*"); } if(password == '#'){ index = 3; lcd.clear(); lcd.setCursor(1,0); lcd.print("NHAP PASSWORD::"); typePass = ""; } if((password != '*') && (password != '#')) typePass += String(password); } for(i=0; i