Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống điểm danh nhân viên sử dụng vi điều khiển ARM

Chia sẻ: Xylitol Extra | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:98

Thêm vào BST

Báo xấu

528
lượt xem 60
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Thiết kế và thi công hệ thống điểm danh nhân viên sử dụng vi điều khiển ARM" được thực hiện với mục tiêu tìm hiểu về dòng chip STM32 cùng các ngoại vi giao tiếp, song song đó là tìm hiểu về cảm biến vân tay, RFID và các ngoại vi khác, kết hợp lại cùng với sự điều khiển của chip và tương tác từ màn hình LCD TOUCH nhằm tạo ra một thiết bị có khả năng điểm danh bằng cả hai hình thức: quét thẻ, quét vân tay.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế và thi công hệ thống điểm danh nhân viên sử dụng vi điều khiển ARM

TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Tp.HCM, ngày 07 tháng 01 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Thị Linh Đa MSSV: 14141053 Nguyễn Châu Ngân MSSV: 14141207 Chuyên ngành: Điện Tử Công Nghiệp Mã ngành: D510302 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2014 I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỂM DANH NHÂN VIÊN SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ARM II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: Kiến thức cơ bản về các môn Mạch điện, Điện tử cơ bản, Điện tử thông tin, Vi xử lý, C/C#. Giáo trình vi điều khiển PIC16F887; Giáo trình thực hành vi điều khiển PIC; Đồ án môn học 1; Đồ án môn học 2. 2. Nội dung thực hiện: Thiết kế mô hình máy điểm danh nhân viên lưu trữ dữ liệu vào SD_Card. Giám sát các thống số và hoạt động trên web server. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 22/09/2018 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/01/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S Nguyễn Ngô Lâm CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH TH.S. NGUYỄN NGÔ LÂM i
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM 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 Tp. Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 01 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Trần Thị Linh Đa Lớp:14141DT3A MSSV:14141053 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Châu Ngân Lớp:14941DT MSSV:14141207 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỂM DANH NHÂN VIÊN SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ARM Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tuần 05 Tìm hiểu về KIT VĐK STM32F103VET6. 17/09/2018 Tuần 06 Tìm hiểu về cảm biến vân tay R305 và RFID RC522. 24/09/2018 Tuần 07 Giao tiếp giữa các module cảm biến vân tay R305 và 01/10/2018 RFID RC522 với VĐK ARM. Tuần 09 Giao tiếp (đọc ghi dữ liệu) giữa VĐK ARM và 15/10/2018 SD_Card, module thời gian thực DS1307 để xây dựng CSDL cho hệ thống. Tuần 10 Trao đổi dữ liệu giữa R305, RC522, SD card, DS1307 22/10/2018 thông qua VĐK ARM. Tuần 11 Xây dựng cơ sở dữ liệu và giao diện Web Server để 29/10/2018 đưa dữ liệu từ Sdcard lên Web Server. Tuần 13 Thiết kế sơ đồ nguyên lý phần cứng của hệ thống. 12/11/2018 Tuần 14 Thiết kế mạch PCB cho phần cứng. 19/11/2018 Tuần 16 Lắp ráp các khối chức năng vào mô hình. 03/12/2018 Tiến hành chạy thử nghiệm phần cứng. Tuần 17 Kiểm tra lại phần cứng và tiến hành kết nối giữa phần 10/12/2018 cứng và Web Server. Tuần 18 Kiểm tra lại toàn bộ hệ thống. 17/12/2018 Tiến hành viết báo cáo cho đề tài. Tuần 20 Hoàn thiện đề tài. 31/12/2018 GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) TH.S NGUYỄN NGÔ LÂM ii
LỜI CAM ĐOAN Đề tài này do nhóm chúng tôi thực hiện dựa vào các nguồn tài liệu, giáo trình đã học và không có sự sao chép từ tài liệu hay công trình có sẵn nào, mọi tài liệu tham khảo đều được nhóm trích dẫn nguồn đầy đủ. Tp Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 01 năm 2019 Nhóm thực hiện đề tài Trần Thị Linh Đa Nguyễn Châu Ngân iii
LỜI CẢM ƠN Nhóm xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô khoa Điện – Điện tử, nhất là quý Thầy Cô thuộc bộ môn Điện Tử Công Nghiệp đã tận tình chỉ dạy những kiến thức từ cơ bản đến chuyên sâu để nhóm có thể tiến hành thực hiện và hoàn tất đồ án này. Đặc biệt nhóm chúng em gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Thầy Nguyễn Ngô Lâm. Thầy đã trực tiếp giảng dạy và tận tình hướng dẫn đồng thời tạo điều kiện tốt nhất cho nhóm trong thời gian thực hiện đồ án. Đồng cảm ơn đến các anh chị, các bạn cùng khóa đã cùng nhau san sẻ giúp đỡ và hợp tác cùng nhau trong quá trình thực hiện để đồ án, để đồ án có thể hoàn thành nhanh nhất và đúng thời gian quy định. Mặc dù trải qua và giải quyết những khó khăn và thử thách nhưng do kiến thức còn hạn chế nên trong đồ án này chúng em còn nhiều thiếu sót về nội dung và hình thức. Nhóm chúng em hy vọng quý Thầy Cô thông cảm và tận tình đóng góp ý kiến quý báu để chúng em có thể tiến hành cải tiến những mô hình về sau sao cho toàn diện nhất. Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực hiện đề tài Trần Thị Linh Đa Nguyễn Châu Ngân iv
MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ...................................................................... i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ......................................... ii LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. iii LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ iv MỤC LỤC ................................................................................................................v LIỆT KÊ HÌNH ................................................................................................... viii LIỆT KÊ BẢNG ......................................................................................................x TÓM TẮT .............................................................................................................. xi LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................... xii Chương 1. GIỚI THIỆU YÊU CẦU, GIỚI HẠN ĐỀ TÀI .............................1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ..............................................................................................1 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .........................................................................1 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ........................................................................1 1.4. GIỚI HẠN ....................................................................................................2 1.5. BỐ CỤC .......................................................................................................2 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................4 2.1 GIỚI THIỆU VỀ VI XỬ LÝ ARM .............................................................4 2.1.1. Lịch sử phát triển của ARM .................................................................4 2.1.2 Kiến trúc của ARM ...............................................................................5 2.1.3. Giới thiệu ARM Cortex .......................................................................5 2.1.4. Giới thiệu ARM Cortex M3 .................................................................6 2.1.5. Giới thiệu dòng chip STM32 ...............................................................7 2.1.6. Giới thiệu về chip STM32F103XXX...................................................7 2.1.7. Kiến trúc chip ARM STM32F103XXX ..............................................7 2.1.8. Cấp xung Clock cho STM32................................................................8 2.1.9. Cấu hình BOOT cho STM32 .............................................................10 2.1.10. Các chuẩn giao tiếp ..........................................................................11 2.1.10.1 SPI .................................................................................................11 2.1.10.2. USART .........................................................................................13 2.1.10.3. I2C ................................................................................................14 2.2 CÔNG NGHỆ RFID..................................................................................15 2.2.1. Giới thiệu về công nghệ RFID ...........................................................15 2.2.2. Cấu trúc hệ thống RFID .....................................................................15 2.2.3. Ứng dụng của công nghệ RFID .........................................................15 2.3 MODULE RFID RC522............................................................................16 2.3.1. Giới thiệu module RFID RC522 ........................................................16 2.3.2. Giao tiếp phần cứng ...........................................................................16 2.4 CÔNG NGHỆ SINH TRẮC HỌC VÀ CẢM BIẾN VÂN TAY ..............17 v
2.4.1. Giới thiệu công nghệ sinh trắc học ....................................................17 2.4.2. Lịch sử công nghệ sinh trắc học.........................................................17 2.4.3. Ứng dụng công nghệ sinh trắc học ....................................................18 2.5 CẢM BIẾN VÂN TAY .............................................................................20 2.5.1 Giới thiệu cảm biến vân tay ................................................................20 2.5.2 Giao tiếp phần cứng ............................................................................21 2.5.3 Tài nguyên hệ thống trong cảm biến vân tay ......................................22 2.5.4 Giao thức truyền thông giao tiếp.........................................................24 2.5.5 Giới thiệu các tập tin giao tiếp giữa Module và MCU .......................26 2.6 SD CARD ..................................................................................................29 2.6.1 Sơ lược về SD Card ............................................................................29 2.6.2 Cấu trúc thẻ nhớ SD ............................................................................29 2.6.3. Cấu trúc file ghi trong thẻ nhớ SD .....................................................30 2.6.3.1. Cấu trúc lưu file chung của một thẻ nhớ .......................................30 2.6.3.2. Cấu trúc file của mỗi phân vùng ....................................................32 2.7 MÀN HÌNH TFT LCD TOUCH SCREEN ..............................................35 2.7.1. Giới thiệu ...........................................................................................35 2.7.2. Giao tiếp .............................................................................................36 2.7.3. Khảo sát các vi mạch điều khiển màn hình Touch ............................37 2.7.3.1. Giới thiệu .......................................................................................37 2.7.3.2. Cấu trúc ADS7843 .........................................................................39 2.7.3.3. Ứng dụng vi mạch ADS7843 ..........................................................39 2.8 MODULE WIFI ESP 8266 .......................................................................39 2.8.1 Giới thiệu ............................................................................................39 2.8.2 Module wifi ESP 8266 Node MCU ....................................................40 2.9 CẢM BIẾN THỜI GIAN THỰC RTC DS1307 .......................................40 2.9.1 Giới thiệu ............................................................................................40 2.9.2 Thông số kỹ thuật ................................................................................40 2.10 MẠCH NẠP ST-LINK V2 ........................................................................41 2.10.1 Công dụng .........................................................................................41 2.10.2 Thông số kỹ thuật ..............................................................................41 Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .......................................................43 3.1 YÊU CẦU VÀ SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG ....................................43 3.1.1 Yêu cầu của hệ thống ..........................................................................43 3.1.2. Sơ đồ khối và chức năng mỗi khối ....................................................43 3.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG ...................................................44 3.2.1 Khối điều khiển và hiển thị màn hình Touch. .....................................44 3.2.2. Khối lưu trữ SD Card .........................................................................45 3.2.3. Khối RFID..........................................................................................46 3.2.4 Khối thời gian thực .............................................................................46 3.2.5 Khối cảm biến vân tay ........................................................................47 3.2.6 Khối Module Wifi ...............................................................................48 3.2.7 Khối xử lý trung tâm ...........................................................................48 3.2.8 Khối nguồn ..........................................................................................50 vi
3.2.9 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch .................................................................51 Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ..............................................................52 4.1. THI CÔNG HỆ THỐNG ............................................................................52 4.1.1 Thi công mạch in.................................................................................52 4.1.2 Lắp ráp và kiểm tra .............................................................................53 4.2. ĐÓNG GÓI THI CÔNG MÔ HÌNH ..........................................................55 4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ...........................................................................56 4.3.1. Lưu đồ giải thuật ................................................................................56 4.3.1.1. Chương trình chính ........................................................................56 4.3.1.2. Chương trình menu chính .............................................................57 4.3.3.3. Chương trình điểm danh bằng RFID ............................................58 4.3.3.4. Chương trình điểm danh bằng vân tay ..........................................59 4.3.3.5. Chương trình thêm vân tay. ...........................................................60 4.3.2. Phần mềm lập trình ............................................................................61 Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ .........................................66 5.1. KẾT QUẢ ...................................................................................................66 5.2. NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ ........................................................................73 5.3 GIỚI HẠN ...................................................................................................73 Chương 6. KẾT LUẬN - HƯỚNG PHÁT TRIỂN........................................74 6.1 KẾT LUẬN .................................................................................................74 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................................................74 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................75 PHỤ LỤC 1: TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG ..........................................75 PHỤ LỤC 2: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ................................................75 vii
LIỆT KÊ HÌNH Hình 2.1. Một số ứng dụng của ARM.........................................................................4 Hình 2.2. Kiến trúc của vi xử lý ARM ........................................................................5 Hình 2.3. Sơ đồ khối ARM Cortex–M3 ......................................................................6 Hình 2.4. Mô tả chân ...................................................................................................7 Hình 2.5. Hình ảnh thực tế ..........................................................................................7 Hình 2.6. Kiến trúc của ARM STM32F103xxx..........................................................8 Hình 2.7. Cách kết nối nguồn xung 8MHz .................................................................9 Hình 2.8. Sơ đồ cây xung Clock .................................................................................9 Hình 2.9. Kết nối nguồn xung cho RTC ...................................................................10 Hình 2.10. Cấu trúc SPI trong ARM .........................................................................11 Hình 2.11. Giao thức Master – Slave trong giao tiếp SPI .........................................11 Hình 2.12. Ghép nối một thiết bị ..............................................................................12 Hình 2.13. Ghép nối nhiều thiết bị ............................................................................12 Hình 2.14. Cấu trúc USART trong ARM .................................................................13 Hình 2.15. Hỗ trợ giao tiếp ở chế độ hafl-duplex dựa trên một đường truyền .........13 Hình 2.16. Giao tiếp smartcard và hồng ngoại .........................................................14 Hình 2.17. Hỗ trợ giao tiếp đồng bộ SPI...................................................................14 Hình 2.18. Giao tiếp I2C ...........................................................................................14 Hình 2.19. Cấu trúc của một hệ thống RFID ............................................................15 Hình 2.20. Module RFID RC522 ..............................................................................16 Hình 2.21. Sơ đồ chân của module RFID RC522 .....................................................16 Hình 2.22. Ứng dụng của công nghệ sinh trắc học ...................................................17 Hình 2.23. Sinh trắc học vân tay ...............................................................................18 Hình 2.24. Sinh trắc học bàn tay ...............................................................................18 Hình 2.25. Sinh trắc học khuôn mặt..........................................................................18 Hình 2.26. Sinh trắc học dựa vào hành vi của con người .........................................19 Hình 2.27. Dựa vào nhịp tim để thanh toán các hóa đơn ..........................................19 Hình 2.28. Sinh trắc học mắt. Nhận diện võng mạc .................................................19 Hình 2.29. Cảm biến vân tay R305 ...........................................................................20 Hình 2.30. Các ngõ ra giao tiếp của cảm biến R305.................................................21 Hình 2.31: Khung dữ liệu truyền đi của cảm biến R305 ..........................................21 Hình 2.32. Cấu trúc thẻ nhớ SD ................................................................................29 Hình 2.33. Mô tả kích thước của GLCD ...................................................................35 Hình 2.34. Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân của ADS7843 .......................................37 Hình 2.35. Sơ đồ khối IC 7843 .................................................................................39 Hình 2.36. ESP 8266 Node MCU .............................................................................40 Hình 2.37. RTC DS1307 ...........................................................................................41 Hình 2.38. Mạch nạp ST_Link V2 ............................................................................42 Hình 3.1. Sơ đồ khối toàn hệ thống ..........................................................................43 Hình 3.2. Sơ đồ kết nối với LCD Touch ...................................................................44 Hình 3.3. Sơ đồ kết nối SD Card với vi điều khiển ..................................................45 Hình 3.4 Sơ đồ kết nối module RFID với vi điều khiển ...........................................46 Hình 3.5 Sơ đồ kết nối module RFID với vi điều khiển ...........................................46 Hình 3.6 Sơ đồ kết nối cảm biến vân tay với vi điều khiển ......................................47 Hình 3.7 Sơ đồ kết nối module wifi với vi điều khiển ..............................................48 Hình 3.8 Sơ đồ Kit phát triển STM32F103VET6 .....................................................49 viii
Hình 3.9. Adapter cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống..................................................51 Hình 4.1. Mạch in lớp Top ........................................................................................52 Hình 4.2. Mạch in lớp Bottom ..................................................................................52 Hình 4.3. Sơ đồ bố trí linh kiện của mạch ................................................................53 Hình 4.4. Lắp hoàn tất linh kiện................................................................................55 Hình 4.5 Mô hình sau khi hoàn chỉnh .......................................................................55 Hình 4.6. Lưu đồ chương trình chính........................................................................56 Hình 4.7. Lưu đồ chương trình menu chính ..............................................................57 Hình 4.8. Lưu đồ chương trình điểm danh bằng chế độ RFID .................................58 Hình 4.9. Lưu đồ chương trình điểm danh bằng chế độ vân tay...............................59 Hình 4.10. Lưu đồ chương trình thêm vân tay ..........................................................60 Hình 4.11 Chạy file setup MDK520 .........................................................................61 Hình 4.12 Giao diện cài đặt phần mềm MDK520 ....................................................61 Hình 4.13. Giao diện cài đặt MDK520 .....................................................................61 Hình 4.14. Chọn nơi lưu file cài đặt MDK ...............................................................62 Hình 4.15. Quá trình cài đặt đang được thực hiện ....................................................62 Hình 4.16. Quá trình cài đặt kết thúc ........................................................................62 Hình 4.17. Bắt đầu với Keli C...................................................................................63 Hình 4.18. Tạo 1 Project ...........................................................................................63 Hình 4.19. Tạo 1 file tên của Project ........................................................................63 Hình 4.20. Chọn chip muốn viết chương trình .........................................................64 Hình 4.21. Tạo file .c để viết chương trình ...............................................................64 Hình 4.22. Add thêm file .c trong thư mục gốc để tiến hành biên dịch ....................64 Hình 4.23. Biên dịch và kiểm tra lỗi .........................................................................65 Hình 4.24. Chọn mạch nạp........................................................................................65 Hình 5.1. Giao diện ban đầu. ....................................................................................66 Hình 5.2. Giao diện chọn chế độ RFID …………… ..............................................67 Hình 5.3. Thao tác quẹt thẻ RFID………...……………………………………… 67 Hình 5.4. Kết quả điểm danh bằng RFID. ...............................................................67 Hình 5.5. Chế độ điểm danh bằng vân tay. ...............................................................68 Hình 5.6. Thao tác điểm danh bằng vân tay..............................................................68 Hình 5.7. Kết quả khi có vân tay ………... ..................................................................69 Hình 5.8. Kết quả khi không có vân tay...................................................................69 Hình 5.9. Giao diện chế độ thêm vân tay ..................................................................69 Hình 5.10. Lấy vân tay lần đầu. ...............................................................................70 Hình 5.11. Xác nhận vân tay. ....................................................................................70 Hình 5.12. Kết quả chế độ thêm vân tay. .................................................................71 Hình 5.13. Giao diện trang chủ .................................................................................71 Hình 5.14. Giao diện trang đăng nhập. ....................................................................72 Hình 5.15. Giao diện trang dành cho quản lý ...........................................................72 Hình 5.16. Giao diện trang dành cho nhân viên........................................................72 ix
LIỆT KÊ BẢNG Bảng 2.1. Các chế độ BOOT trong STM32 ..............................................................10 Bảng 2.2. Kết nối phần cứng của 305 .......................................................................21 Bảng 2.3. Thanh ghi trạng thái của Module ..............................................................23 Bảng 2.4. Định dạng gói dữ liệu truyền và nhận của cảm biến vân tay ...................24 Bảng 2.5. Ý nghĩa của gói dữ liệu truyền của cảm biến vân tay...............................24 Bảng 2.6. Mã xác nhận gửi về từng Module khi tiến hành giao tiếp ........................25 Bảng 2.7. 23 mã Introduction code của các gói dữ liệu ............................................26 Bảng 2.8. Các gói dữ liệu tương ưng với từng mã Introduction Code .....................27 Bảng 2.9. Định dạng gói trả về từ cảm biến về MCU...............................................27 Bảng 2.10. Các mã Confirmation code mở rộng ......................................................28 Bảng 2.11. Mô tả chức năng các chân của SD card ..................................................30 Bảng 2.12. Các thanh ghi trong thẻ nhớ SD .............................................................30 Bảng 2.13. Cấu trúc của một ổ đĩa ............................................................................30 Bảng 2.14. MBR trong SD card ...............................................................................30 Bảng 2.15. Thông tin của một phân vùng .................................................................31 Bảng 2.16. Cấu trúc chung của mỗi phân vùng ........................................................32 Bảng 2.17. Thông tin chứa trong 1 Boot secsor........................................................32 Bảng 2.18. Giá trị của các mục nhập trong FAT ......................................................34 Bảng 2.19. Cấu trúc của Directory Table..................................................................34 Bảng 2.20. Các thông số chính của màn hình LCD .................................................35 Bảng 2.21. Mô tả chức năng các chân của GLCD ....................................................36 Bảng 2.22. Chức năng của ADS7843 .......................................................................38 Bảng 3.1 Công suất hệ thống ....................................................................................50 Bảng 4.1. Danh sách linh kiện ..................................................................................53 x
TÓM TẮT Đề tài sử dụng công nghệ sinh trắc học vân tay và công nghệ RFID để tiến hành điểm danh nhân viên trong một công ty. Việc điểm danh được tiến hành bằng 1 trong 2 hình thức trên. Mỗi hình thức điểm danh được lưu trữ trong một file Excel riêng và có ghi nhận về thời gian rõ ràng của mỗi lần điểm danh. Tất cả các thông tin của nhân viên sau khi xử lý đều được lưu trữ trong thẻ nhớ SD. Đồng thời được đưa lên Server nội bộ của công ty thông qua module wifi ESP8266 để dễ dàng quản lý và truy xuất thời gian vào/ra của nhân viên. Việc quản lý thông tin và quản lý thời gian vào/ra của nhân viên cũng như tính công cho nhân viên do người quản lý thực hiện trên web server lấy thông tin từ hệ thống do chip STM32F103VET6 đảm nhận và thực hiện thông qua các chuẩn giao tiếp. xi
LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, ngành công nghệ kỹ thuật ngày càng phát triển. Các máy móc đều được tự động hóa đáp ứng nhu cầu con người và đem lại hiểu quả cao cho các doanh nghiệp trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, nông nghiệp,… Bên cạnh trang thiết bị máy móc hiện đại, nhân lực cũng là một trong những yếu tố quan trọng quyết định đến sự tồn tại và phát triển của các doanh nghiệp. Chính vì nhu cầu nhân lực cao và có nhiều phức tạp nên nhu cầu quản lý đòi hỏi cũng cần phải cải tiến để có thể đáp ứng nhu cầu người dùng một cách tốt nhất. Hiện nay, có rất nhiều cách để quản lý nhân sự khác nhau, cụ thể như điểm danh trực tiếp (hình thức này yêu cầu có một người giám sát và phải có danh sách kèm theo bên cạnh, người giám sát thường sẽ gọi tên và đối chiếu với danh sách để kiểm tra. Hình thức này mất khá nhiều thời gian, lại không mang tính chuyên nghiệp. Bên cạnh đó yêu cầu người quản lý phải có phương pháp xác định người được điểm danh là đúng.), điểm danh bằng hình thức làm bài kiểm tra giấy (hay áp dụng trong trường học (gây mất thời gian và độ chính xác chưa cao), quản lý kiểm sóat bằng hình thức quẹt thẻ RFID (hình thức này khá phổ biến, nhanh, gọn lại có tính chính xác cao, nhưng đòi hỏi người dùng phải mang theo thẻ, nếu khống có thì không thể điểm danh được) hay bằng hình thức quét vân tay (hình thức cũng rất phổ biến trong các doanh nghiệp, công ty hiện nay, chuyên nghiệp, chính xác, yêu cầu người dùng phải them vân tay trước đó, hay được áp dụng chấm công cho nhân viên). Nhận thấy nhu cầu quản lý thường hay có nhiều hình thức xảy ra như điểm danh chấm công cho nhân viên, hay điểm danh trong trường hợp đột xuất (trong các cuộc họp), kiểm sóat khách tham quan công ty nên nhóm quyết định chọn đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống điểm danh nhân viên sử dụng vi điều khiển Arm” áp dụng hai phương pháp quẹt thẻ RFID và quét vân tay để có thể điểm danh trong nhiều trường hợp khác nhau. Thông tin người dùng và giờ ra, vào được lưu vào một file excel trong SDcard và được đưa lên server nội bộ của công ty để dễ dàng quản lý từ xa. Tất cả các thao tác này đều do chip STM32F103VET6 đảm nhận và thực hiện thông qua các chuẩn giao tiếp. Bên cạnh đó, nhóm cũng muốn thông qua đề tài để tìm hiểu thêm về ứng dụng của công nghệ vào đời sống đồng thời vận dụng và hiểu sâu hơn về các kiến thức đã được học. xii
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU YÊU CẦU, GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Chương 1. GIỚI THIỆU YÊU CẦU, GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Công nghệ ngày càng phát triển kéo theo đó là hàng loạt các máy móc thiết bị được các công ty phát triển. Song song với sự phát triển của các máy móc, thiết bị thì vi xử lý cùng công nghệ cảm biến cũng tạo ra một cuộc cách mạng đảm nhiệm các chức năng thay cho con người trong các quy trình công nghiệp và dân dụng đòi hỏi sự chính xác, tốc độ và khả năng làm việc liên tục mà con người không làm được. Kết hợp vi xử lý và cảm biến đã tạo ra nhiều ứng dụng giúp ích cho con người. Có thể kể đến dùng làm máy chấm công trong các trường học, công ty, doanh nghiệp. Làm cách nào để có thể nhận biết chính xác đối tượng mình cần quản lý, tránh sai sót hoặc gian lận là vấn đề lớn nhất của máy chấm công từ trước đến nay. Một sô giải pháp đã được áp dụng hiện nay như sử dụng quét vân tay, quét thẻ,… Tuy nhiên hầu hết các giải pháp này đều sử dụng riêng lẻ. Chính vì vậy để tạo tính mới cho mô hình đã phá phổ biến này, nhóm tiến hành kết hợp công nghệ RFID và quét vân tay vào mô hình điểm danh bằng đề tài: “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỂM DANH NHÂN VIÊN SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ARM” kết hợp cả 2 hình thức trên để ứng dụng điểm danh trong công sở. 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Tìm hiểu về dòng chip STM32 cùng các ngoại vi giao tiếp, song song đó là tìm hiểu về cảm biến vân tay, RFID và các ngoại vi khác, kết hợp lại cùng với sự điều khiển của chip và tương tác từ màn hình LCD TOUCH nhằm tạo ra một thiết bị có khả năng điểm danh bằng cả hai hình thức: quét thẻ,quét vân tay. 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU  Tìm hiểu và nắm vững các giao tiếp với Kit STM32F103VET6.  Tìm hiểu và giao tiếp được với cảm biến vân tay R305, Module RFID RC522, module thời gian thực DS1307, module Wifi ESP8266 và các ngoại vi khác với chip STM32F103VET6.  Tìm hiểu và thiết kế được hệ thống cơ sở dữ liệu và giao diện Web Server.  Thiết kế mô hình máy điểm danh.  Tiến hành đưa dữ liệu từ mô hình lên Web Server để quản lý từ xa.  Đánh giá kết quả thực hiện mô hình. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 1
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU YÊU CẦU, GIỚI HẠN ĐỀ TÀI  Cải tiến mô hình nhằm tạo ra sản phẩm thương mại (nếu có thể). 1.4. GIỚI HẠN  Sử dụng 1 cảm biến vân tay R305 và 1 module RFID RC522 để tiến hành điểm danh.  Giao tiếp giữa cảm biến vân tay R305 và module RFID RC522 với STM32.  Kết hợp thẻ nhớ SD để mở rộng khả năng lưu trữ và xử lý thông tin của mô hình.  Giao diện được xây dựng và xử lý trên màn hình cảm ứng TFT 3.2inch.  Sử dụng module thời gian thực DS1307 để lấy thời gian chính xác cho hệ thống.  Sử dụng module Wifi ESP8266 để có thể kết nối wifi cho hệ thống, hỗ trợ quá trình truyền nhận giữ liệu giữa web server và STM32  Xử lý việc điểm danh bằng file Excel lưu sẵn trong thẻ nhớ.  Tiến hành đưa dữ liệu lên server để dễ dàng quản lý từ xa. 1.5. BỐ CỤC Gồm có 6 chương: Chương 1: Tổng Quan. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế. Chương 4: Thi Công Hệ Thống Máy Điểm Danh. Chương 5: Kết Quả_Nhận Xét_Đánh Giá. Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 2
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU YÊU CẦU, GIỚI HẠN ĐỀ TÀI NỘI DUNG CÁC CHƯƠNG Chương 1: Tổng Quan Chương này trình bày vấn đề lý do tại sao chọn đề tài, mục đích nghiên cứu khi làm để tài này, đồng thời nêu giới hạn và bố cục của toàn bộ đề tài. Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Chương này sẽ tìm hiểu về dòng vi xử lý ARM, lịch sử phát triển và sự đa dạng của vi xử lý dòng này, tìm hiểu về thẻ nhớ SD, thiết bị chuyển USB sang UART, màn hình LCD TFT, và các chuẩn giao tiếp, đồng thời tìm hiểu về các công nghệ RFID, công nghệ sinh trắc học vân tay. Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế Trình bày sơ đồ khối chức năng các khối, đồng thời thiết kế tính toán để thiết kế mạch điều khiển mô hình. Trình bày sơ đồ toàn mạch. Chương 4: Thi Công Hệ Thống Máy Điểm Danh Thi công hàn linh kiện lên mạch, lắp ráp kiểm tra toàn bộ mạch, đồng thời test bằng 1 chương trình cơ bản. Sau đó lắp ráp thành mô hình. Trình bày lưu đồ giải thuật đồng thời giải thích cách hoạt động của toàn bộ hệ thống. Chương 5: Kết Quả Nhận Xét và Đánh Giá Trình bày kết quả của của thiết kế mô hình và lập trình. Nhận xét đánh giá mức độ hoàn thiện của mô hình đồng thời nêu những giới hạn của mô hình. Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển Tổng kết kết quả của toàn bộ mô hình, đưa ra các hướng phát triển cho sản phẩm sau này. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 3
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU VỀ VI XỬ LÝ ARM Cấu trúc ARM (Acorn RISC Machine) là một loại cấu trúc vi xử lý 32 bit kiểu RISC được sử dụng rộng rãi trong thiết kế nhúng. Do đặc điểm tiết kiệm năng lượng, các bộ CPU ARM chiếm được ưu thế trong các sản phẩm điện tử di động, mà các sản phẩm này việc tiêu tán công suất thấp là một mục tiêu thiết kế hàng đầu. Hình 2.1. Một số ứng dụng của ARM 2.1.1. Lịch sử phát triển của ARM Việc thiết kế ARM được bắt đầu từ năm 1983 trong một dự án phát triển của công ty máy tính Acorn. Bảng 2.1. Các dòng phát triển của ARM Kiến trúc Số bit Tên lõi ARMv1 32/26 ARM1 ARMv2 32/26 ARM2, ARM3 ARMv3 32 ARM6, ARM7 ARMv4 32 ARM8 ARM v4T 32 ARM7TDMI, ARM9TDMI ARMv5 32 ARM7EJ, ARM9E, ARM10E BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 4
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ARMv6 32 ARM11 ARMv6-M 32 ARM-Cortex-M0, ARM-Cortex-M0+, ARM-Cortex- M1 ARMv7-M 32 ARM-Cortex-M3 ARMv7E- 32 ARM-Cortex-M4 M 32 ARM-Cortex-R4, ARM-Cortex-R5, ARM-Cortex-R7 ARMv7-R ARM-Cortex-A5, ARM-Cortex-A7, ARM-Cortex-A8, ARM- Cortex-A9, ARM-Cortex-A12, ARM-Cortex: ARMv7-A 32 A15 và A17 ARMv8A 64/32 ARM-Cortex-A53, ARM-Cortex-A57 Trải qua nhiều thế hệ nhưng lõi ARM gần như không thay đổi kích thước. ARM2 có 30000 transistors trong khi số lượng transistor của thế hệ ARM6 chỉ tăng lên đến con số 35000. 2.1.2 Kiến trúc của ARM Hình 2.2. Kiến trúc của vi xử lý ARM 2.1.3. Giới thiệu ARM Cortex Để phù hợp với nhu cầu sử dụng, ARM Cortex được chia làm 3 dòng chính: Cortex-A: Bộ xử lý dành cho hệ điều hành và các ứng dụng phức tạp. Hỗ trợ tập lệnh ARM, thumb, và thumb-2. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 5
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Cortex-R: Bộ xử lý dành cho hệ thống đòi hỏi khắc khe về đáp ứng thời gian thực. Hỗ trợ tập lệnh ARM, thumb, và thumb-2. Cortex-M: Bộ xử lý dành cho dòng vi điều khiển, tối ưu về giá thành. Hỗ trợ tập lệnh Thumb-2. Dòng ARM STM32 có lõi Cortex-M. 2.1.4. Giới thiệu ARM Cortex M3 Một số đặc điểm của ARM Cotex–M3:  ARM Cortex–M3 được xây dựng dựa trên kiến trúc ARMv7–M 32 bit.  Kiến trúc Harvard tách biệt Bus dữ liệu và lệnh.  Đơn vị bảo vệ bộ nhớ (MPU–Memory Protection Unit): Hỗ trợ bảo vệ bộ nhớ thông qua việc phân quyền thực thi và truy xuất.  Bộ vi xử lý Cortex-M3 hỗ trợ kiến trúc tập lệnh Thumb–2.  Hỗ trợ kỹ thuật Bit Band giúp cho phép truy xuất dữ liệu theo bit đồng thời giảm thời gian truy xuất.  Cho phép truy cập dữ liệu không xếp hàng (unaligned data accesses) đặc điểm này cho phép sử dụng hiệu quả SRAM nội.  SysTick timer 24 bit hỗ trợ cho việc chạy hệ điều hành thời gian thực.  Hỗ trợ lập trình và gỡ rối qua cổng JTAG truyền thống cũng như chuẩn 2 dây nhỏ gọn SWD (Serial Wire Debug).  Khối quản lý vector ngắt lồng nhau (NVIC–Nested Vectored Interrupt Controller) cho phép rút ngắt thời gian đáp ứng yêu cầu ngắt. Hình 2.3. Sơ đồ khối ARM Cortex–M3 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 6
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.5. Giới thiệu dòng chip STM32 STM32 là vi điều khiển dựa trên nền tảng lõi ARM Cortex–M3. Lõi ARM Cortex–M3 là sự cải tiến từ lõi ARM7 truyền thống của công ty ARM.[2] 2.1.6. Giới thiệu về chip STM32F103XXX Chip STM32F103xxx thuộc nhóm thứ 3 High–density trong 5 nhóm thuộc dòng ARM STM31F1, với bộ nhớ Flash là 512Kbytes, 11 timers, USB, CAN, ADC và các chuẩn giao tiếp khác. Với mô hình máy điểm danh sử dụng vi xử lý ARM này thì nhóm tôi quyết định chọn con chip STM32F103VET6 vì tốc độ và dung lượng lưu trữ phù hợp với yêu cầu đặt ra, quan trọng nhất là đã được tiếp xúc trong quá trình học tập . Hình 2.4. Mô tả chân Hình 2.5. Hình ảnh thực tế  Do thuộc dòng High density cùng với 512Kbytes Flash STM32F103VET6 là chip xử lý mạnh mẽ với:  72MHz xung nội đem lại một tốc độ xử lý đáng kể.  3 khối USART (USART1, USART2, USART3) và 2 khối UART (UART4, UART5).  4x16 bit timers, 2 basic timers.  3 x SPI, 2 x I2Ss, 2 x I2Cs.  USB, CAN, 2 x PWM timers.  3 × ADCs, 2 × DACs, 1 × SDIO.[2] 2.1.7. Kiến trúc chip ARM STM32F103XXX Kiến trúc của chip ARM STM32F103xxx bao gồm:  Icode bus: Kết nối lõi Cortex™-M3 với bộ nhớ Flash để truyền mã lệnh.  Dcode bus: Kết nối lõi Cortex™-M3 với bộ nhớ Flash để truyền dữ liệu.  System bus: Kết nối lõi Cortex™-M3 với BusMatrix và BusMatrix sẽ phân quyền sử dụng bus giữa lõi ARM và khối DMA. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 7
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT  DMA bus: Kết nối DMA với BusMatrix và BusMatrix sẽ quản lý việc truy xuất dữ liệu của CPU, DMA tới SRAM, Flash và các ngoại vi.  Các cầu AHB/APB: 2 cầu AHB/APB giúp đồng bộ kết nối giữa AHB với 2 bus APB. APB1 có tốc độ tối đa là 36 Mhz và APB2 đạt tốc độ tối đa 72 Mhz.  BusMatrix: Phân quyền sử dụng bus giữa lõi ARM và khối DMA. Việc phân quyền này dựa trên thuật toán Round-Robin (các khối sẽ thay phiên nhau truy cập bus trong 1 đơn vị thời gian định sẵn).  Sau mỗi lần CPU bị reset thì tất cả các nguồn xung clock cấp cho ngoại vi đều bị tắt hết chỉ trừ xung clock cấp cho SRAM và FLITF Hình 2.6. Kiến trúc của ARM STM32F103xxx 2.1.8. Cấp xung Clock cho STM32 Có 4 loại xung clock có thể dùng làm xung clock cho hệ thống (SYSCLK-xung clock cấp cho khối xử lý):  HIS (High Speed Internal) nguồn xung clock tốc độ cao bên trong ARM.  HSE (High Speed External) nguồn xung clock tốc độ cao bên ngoài ARM. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 8