zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Thiết kế và hoàn thiện mô hình cửa thông minh sử dụng Bluetooth và ứng dụng Aandroid

Chia sẻ: Liễu Yêu Yêu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Báo xấu

14
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết "Thiết kế và hoàn thiện mô hình cửa thông minh sử dụng Bluetooth và ứng dụng Aandroid" trình bày việc thiết kế một hệ thống cửa thông minh điều khiển tự động theo thời gian thực sử dụng công nghệ bluetooth và ứng dụng andriod có khả năng ứng dụng cao trong cuộc sống hàng ngày. Việc triển khai phần cứng cho hệ thống khóa cửa bao gồm smartphone, các module cảm biến, ma trận phím làm nhiệm vụ chính, arduino nano và module bluetooth HC-05 tạo thành khối xử lý trung tâm xử lý dữ liệu và khóa điện từ hoạt động như một hệ thống khóa cửa. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế và hoàn thiện mô hình cửa thông minh sử dụng Bluetooth và ứng dụng Aandroid

Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) Thiết Kế Và Hoàn Thiện Mô Hình Cửa Thông Minh Sử Dụng Bluetooth và Ứng Dụng Android Võ Văn Ân1, Nguyễn Thị Ngọc Thảo2 , Đinh Thế Mạnh2 1 Khoa Kỹ Thuật, Đại Học Quốc Tế Miền Đông Khoa Kỹ Thuật Công Nghệ, Đại Học Kinh Tế Kỹ Thuật Bình Dương 2 Email: an.vovan@eiu.edu.vn, thao.ntn@ktkt.edu.vn, manh.dt@ktkt.edu.vn Abstract— Bài báo trình bày việc thiết kế một hệ này, các nhà nghiên cứu đã đề xuất nhiều mô hình điều thống cửa thông minh điều khiển tự động theo thời gian khiển cửa thông minh. Trong đó, hầu hết các mô hình thực sử dụng công nghệ bluetooth và ứng dụng andriod cửa thông minh điều sử dụng vi điều khiển arduino làm có khả năng ứng dụng cao trong cuộc sống hàng ngày. bộ điều khiển và trung tâm xử lý dữ liệu [1] hay sự kết Việc triển khai phần cứng cho hệ thống khoá cửa bao hợp giữa vi điều khiển arduino và công nghệ GSM làm gồm smartphone, các module cảm biến, ma trận phím làm nhiệm vụ chính, arduino nano và module bluetooth tăng tính bảo mật, giúp người dùng giám sát trạng thái HC-05 tạo thành khối xử lý trung tâm xử lý dữ liệu và cửa mọi lúc mọi nơi qua tin nhắn SMS [2-3]. Cùng với khóa điện từ hoạt động như một hệ thống khóa cửa. Hệ nhu cầu phát triển xã hội ngày càng cao thì yêu cầu của thống cho phép người dùng giám sát và điều khiển cửa người dùng về cửa thông minh ngày càng khắc khe thông qua các module cảm biến, ma trận phím và thiết bị hơn. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng công nghệ smartphone thông qua ứng dụng android. Các thông tin bluetooth [4] và kết hợp với smartphone điều khiển cửa sau khi thu thập từ các module sẽ gửi về bộ xử lý trung thông qua ứng dụng android [5-7] lần lượt được áp tâm, sau đó bộ xử lý trung tâm sẽ đưa ra các lệnh điều dụng trong thực tế với nhiều mô hình đa dạng nhằm đến khối động lực để điều khiển khóa điện từ (solenoid) nâng cao về mặc tiện lợi, dễ dàng sử dụng, kiểm soát đóng/mở cửa tự động. Ngoài ra, khóa điện từ còn được điều khiển trên ứng dụng android được cài đặt trên cửa đóng/mở một cách tối ưu nhất. Những năm gần smartphone thông qua kết nối bluetooth với khối xử lý đây, với sự phát triển vượt bật về công nghệ, nhất là sự trung tâm. Hệ thống thiết kế đơn giản, tiện lợi,giúp người trội dậy của công nghệ IoT. Hàng loạt các nghiên cứu dùng dễ dàng sử dụng, kiểm soát cửa đóng/mở một cách về IoT ra đời như Smart home [8], hiển thị và giám sát tự động tránh các trường hợp xâm nhập trái phép xảy ra thông tin trên led matrix[9],… Cùng với sự phát triển trong ngôi nhà của mình. đó, các nghiên cứu điều khiển cửa thông minh ứng dụng IoT [10-12] cũng lần lượt ra đời mang lại sự lụa Keywords- Arduino, Bluetooth, Solenoid lock, chọn đa dạng cho người sử dụng. Các nghiên cứu trên RFID, Smart door. điều cùng mục đích đưa ra các giải pháp về cửa thông minh để ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày một cách I. GIỚI THIỆU hiệu quả nhất. Trong xã hội văn minh hiện đại, cửa là một bộ phận Nội dung chính nghiên cứu của bài báo là phát không thể thiếu được trong từng công trình kiến trúc. triển hệ thống phần cứng và chương trình máy tính để Nhưng hầu hết các loại cửa bình thường mà chúng ta giám sát và điều khiển cửa thông minh, từ đó có thể dễ sử dụng hiện nay lại có những nhược điểm gây phiền dàng sử dụng, kiểm soát cửa đóng/mở một cách tự toái cho người sử dụng đó là: cửa được đóng mở khi có động. Phần cứng được phát triển trên Arduino nano tác động của con người vào nó. V3. Phần miềm phát triển dựa trên ứng dụng MIT App Việc thiết kế ra một loại cửa tiện ích hơn, đa năng Inventor . Cấu trúc bài báo gồm: phần 1 - đặt vấn đề. hơn, phục vụ tốt hơn cho đời sống con người là vô Phần 2 đề xuất cấu trúc và thiết kế hệ thống cửa thông cùng cần thiết. Do vậy, cần phải thiết kế ra một loại minh sử dụng bluetooth và ứng dụng android. Phần 3 cửa tự động khắc phục tốt những nhược điểm của cửa trình bày kết quả thiết kế và hoạt động mô hình cửa thường. Xuất phát từ nhu cầu đó, cửa tự động được thông minh. Cuối cùng là phần kết luận và tài liệu thiết kế là để tạo ra loại cửa vừa duy trì những yêu cầu tham khảo. trước đây vừa khắc phục được những nhược điểm của cửa thường. Vì khi sử dụng cửa tự động người dùng không phải trực tiếp tác động trực tiếp lên cánh cửa mà vẫn đóng, mở cửa theo ý muốn. Để giải quyết ý tưởng ISBN 978-604-80-7468-5 382
Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) II. XÂY DỰNG MÔ HÌNH CỬA THÔNG MINH B. Lưu đồ thuật toán Cấu trúc của mô hình cửa thông minh dựa trên công Sau khi khởi tạo hệ thống, các thông tin dữ liệu cảm nghệ bluetooth đề xuất trong nghiên cứu này được thể biến, ma trận phím, module RFID và các trạng thái hiện trong hình 1. Trong đó, khối xử lý trung tâm có điều khiển cửa sẽ được kiểm tra, hiển thị trên màn chức năng cập nhật thông tin từ module RFID, cảm hình LCD và hệ thống sẽ kết nối với bluetooth để có biến, ma trận phím và truyền dữ liệu tới khối hiển thị thể điều khiển cửa trên smartphone (hình 3). Module và điều khiển gồm LCD, ứng dụng android, khóa điện RFID phải được mã hóa với mô hình và được cho từ đươc kết nối với khối động lực và được điều khiển phép quét thẻ mở cửa không quá 3 lần, sau 3 lần quét thông qua khối phím nhấn hoặc ứng dụng android trên thẻ không được thì hệ thống sẽ khóa cửa vĩnh viễn khi smartphone. đó cần reset lại hệ thống mới có thể mở cửa như trạng thái ban đầu (hình 4). Tương tự, khi nhập mật khẩu không quá 3 lần và nếu quá 3 lần cho phép thì hệ thống cũng khóa vĩnh viễn khi đó cũng cần reset lại hệ thống mới có thể hoạt động bình thường (hình 5). Bên trong cửa được trang bị cảm biến hồng ngoại nên khi có người lại gần thì chốt sẽ tự động mở khóa (hình 6). Sau khi thực hiện các thao tác mở cửa từ module RFID, ma trận phím điều không khả thi thì hệ thống sẽ kết nối với module bluetooth HC-05 thực các thao tác kết nối và truy cập ứng dụng android để thực hiện thao tác mở cửa thông qua smartphone (hình 7). Hình 1. Mô hình cửa thông minh sử dụng công nghệ bluetooth A. Sơ đồ khối hệ thống Trong bài báo, tác giả trình bày thiết kế hệ thống cửa thông minh (hình 2). Hệ thống điều khiển này được tác giả thiết kế sử dụng kit Arduino Nano V3 kết nối với module bluetooth HC-05 tạo thành một khối Hình 3. Chương trình chính toàn hệ thống xử lý trung tâm thực hiện chức năng cập nhật thông tin từ module RFID, cảm biến hồng ngoại, ma trận phím và được hiển thị trên màn hình LCD. khối động lực điều khiển khóa điện từ solenoid đóng/mở thông qua dữ liệu nhận được từ module RFID, ma trận phím và cảm biến hồng ngoại. Ngoài ra, khóa điện từ solenoid còn được điều khiển thông qua ứng dụng android trên smartphone. Hình 4. Chương trình quét thẻ RFID Hình 2. Sơ đồ khối mô hình cửa thông minh ISBN 978-604-80-7468-5 383
Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) III. KẾT QUẢ HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG A. Mô hình cửa thông minh Phần cứng được thiết kế trên cơ sở cấu trúc như hình 2. Các module phần cứng được thiết kế tách biệt bao gồm khối xử lý trung tâm, khối động lực điều khiển khóa điện từ solenoid, khối hiển thị, khối cảm biến, khối ma trận phím và module RFID (hình 9). Hình ảnh mạch in và mạch sau phần cứng mô hình được hiển thị trong (hình 8). Hình 5. Chương trình nhập mật khẩu từ ma trận phím Hình 8. Sơ đồ mạch in và phần cứng mặt sau mô hình cửa thông minh Hình 6. Chương trình cảm biến hồng ngoại Hình 9. Phần cứng mặt trước mô hình cửa thông minh Kit arduino Nano V3 sử dụng chip Atmega328-AU có lõi xử lý ARM 32-bit Cortex M3 với clock speed là 16Mhz, 32 kbytes bộ nhớ Flash (bộ nhớ lập trình), 2kbytes SRAM, nguồn điện 7-12VDC. Kit arduino Nano V3 được thiết kế với nhiều cổng I/O để kết nối với các loại thiết bị I/O khác nhau, Công suất Micro USB; Cổng GPIO; serial port, SPI, I2C, PWM pins, external interrupt pins, kết nối các thiết bị ngoại vi [13] (hình 10). Module bluetooth HC-05 kết nối với kit arduino Nano V3 bằng giao thức UART, pin RX trên module bluetooth HC-05 kết nối với pin TX trên kit arduino Nano V3, pin TX trên module bluetooth HC- 05 kết nối với pin RX trên kit arduino Nano V3, pin GND của module bluetooth HC-05 và kit arduino Nano V3 kết nối với nhau. Hình 7. Chương trình kết nối với bluetooth ISBN 978-604-80-7468-5 384
Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) Hình 13 mô tả sơ đồ nguyên lý của module bàn phím 4x4. Tuy có đến 16 nút nhấn, nghĩa là nếu làm một cách thông thường (dùng chân digital) thì chúng ta phải cần đến 16 chân Arduino để đọc. Nhưng với bàn phím này, chúng ta chỉ cần dùng 8 chân (4 chân hàng ngang (row), và 4 chân cột dọc (column)). Module này thiết lập và cung cấp mật khẩu cho arduino nano điều khiển khóa điện từ. Hình 10. Kit arduino Nano V3 Module Bluetooth HC-05 là module Bluetooth SPP (Giao thức cổng nối tiếp) dễ sử dụng, được thiết kế để thiết lập kết nối nối tiếp không dây, giúp dễ dàng giao tiếp với bộ điều khiển hoặc PC. Mô-đun Bluetooth HC- 05 cung cấp chế độ chuyển đổi giữa chế độ chính và chế độ phụ, có nghĩa là nó có thể sử dụng cả nhận và Hình 13. Module ma trận phím 4x4 truyền dữ liệu. Module Bluetooth HC-05 được thiết kế Cảm biến có khả năng nhận biết vật cản ở môi nhỏ gọn, các chân tín hiệu giao tiếp cơ bản và nút bấm trường với một cặp LED thu phát hồng ngoại để truyền để vào chế độ AT COMMAND, mạch sử dụng nguồn và nhận dữ liệu hồng ngoại. Tia hồng ngoại phát ra với 3.3 VDC hoặc 5 VDC, thiết lập UART với nhiều tốc tần số nhất định, khi có vật cản trên đường truyền của độ khác nhau, tần số sử dụng 2.4GHz ISM band, thích LED phát nó sẽ phản xạ vào LED thu hồng ngoại, khi hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau: Robot Bluetooth, đó LED báo vật cản trên module sẽ sáng, khi không có điều khiển thiết bị qua Bluetooth,... Module này kết nối vật cản, LED sẽ tắt (hình14). với arduino nano và smartphone. Khóa điện từ sẽ được giám sát và điều khiển trên smartphone thông qua ứng dụng android (hình 11). Hình 14. Module cảm biến hồng ngoại Tác giả sử dụng khóa chốt điện từ LY-01 có chức năng hoạt động như một ổ khóa cửa sử dụng Solenoid Hình 11. Module Bluetooth HC-05 để kích đóng mở bằng điện và hoạt động dựa trên tín hiệu điều khiển từ arduino nano board (hình 15). Module RFID RC522 sử dụng IC MFRC522 của Phillip dùng để đọc và ghi dữ liệu cho thẻ NFC tần số 13.56Mhz, với mức giá rẻ, thiết kế nhỏ gọn (hình 12). Module này thiết lập và cung cấp dữ liệu đầu vào cho arduino nano điều khiển khóa điện từ. Hình 15. Khóa chốt điện từ LY-01 Phần miềm MIT App Inventor dành cho Android là Hình 12. Module RFID RC522 một ứng dụng web nguồn mở ban đầu được cung cấp bởi Google và hiện tại được duy trì bởi Viện Công nghệ Massachusetts (MIT). Nền tảng cho phép nhà lập ISBN 978-604-80-7468-5 385
Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) trình tạo ra các ứng dụng phần mềm cho hệ điều hành Android (OS). Bằng cách sử dụng giao diện đồ họa, nền tảng cho phép người dùng kéo và thả các khối mã (blocks) để tạo ra các ứng dụng có thể chạy trên thiết bị Android. Với những ưu điểm đó, tác giả đã sử dụng MIT App inventor để tạo ứng dụng android giao tiếp với arduino nano thông qua module bluetooth Hc-05. ứng dụng android được xây dựng với giao diện gồm: nút kết nối thiết bị và hiển thị trạng thái kết nối, nút ngắt kết nối và nút mở cửa với logo trường Đại Học Quốc Tế Miền Đông (hình 16). Hình 17. Mô hình cửa thông minh sử dụng bluetooth Hình 16. Giao diện thiết kế trong ứng dụng android Hình 18 mô tả giao diện điều khiển cửa thông minh trên ứng dụng android sử dụng smartphone. Giao diện B. Kết quả thực nghiệm android dễ sử dụng, thân thiện với người dùng. Để sử dụng ứng dụng android, chúng ta phải thực hiện các Tiến hành chạy thử nghiệm mô hình cửa thông bước sau: minh như hình 17. Hệ thống hoạt động theo các trường  Bước 1: Chúng ta phải có một chiếc hợp sau: Smartphone hệ điều hành Androi và phần Cấp nguồn 12VDC - 2A cho hệ thống và đợi trong mềm mở khóa sẻ được cung cấp bởi tác giả. khoảng 3s để hệ thống khởi động. Sau đó chúng ta cài App như những App bình Trường hợp 1: Sử dụng bằng thẻ RFID “ Mô hình thường cho phép máy của chúng ta cài đặt. chỉ nhận thẻ RFID đã được mã hóa với mô hình”  Bước 2: Sau khi cài đặt Thành công chúng ta  Nếu thẻ đúng mô hình sẻ mở chốt và đồng mở App và mở chức năng Bluetooth trên máy. thời báo đèn tín hiệu và màn hình LCD sẻ Sau đó quay lại giao diện của App nhấn vào hiện thị thẻ đúng “Thẻ đúng mời vào”. phần Connet to Device và chọn tên Bluetooth  Nếu thẻ sai thì Màn hình sẻ hiện thị “Thẻ sai” HC-05 nhấn vào thì phần mềm sẻ tự kết nối. và hiển thị số lần sai quá 3 lần hiển thị “ Khóa  Bước 3: Sau đó chúng ta muốn mở của thì Vĩnh Viễn” phải reset lại hệ thống. nhấn vào nút có biểu tượng logo trường Đại Trường hợp 2: Sử dụng bằng mật khẩu Học Quốc Tế Miền Đông là mô hình sẻ mở  Nếu nhập đúng mật khẩu lập trình sẳn “ khóa cửa. MK:123456” thì mở chốt và hiển thị LED và màn hình LCD hiển thị “ Password đúng”.  Nếu nhập sai sẻ hiện thị “Password sai và số lần” quá 3 lần hiển thị “ Khóa Vĩnh Viễn” phải reset lại hệ thống. Trường hợp 3: Trường hợp người bên trong phòng đi ra:  Bên phía trong cửa được trang bị cảm biến hồng ngoại nên khi có người đi tới gần thì chốt sẻ tự động mở khóa. ISBN 978-604-80-7468-5 386
Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Satyam Mishra, Omkar Mohite , Prof. Swapnil Kharat, “Smart Door Lock System Using Arduino,” International Research Journal of Modernization in Engineering Technology and Science, vol. 4, pp.1053-1057, 2022. [2] Sialee Leekongxue, Li Li, Tomas Page, “Smart Door Monitoring and Locking System using SIM900 GSM Shield and Arduino UNO,” International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), Vol. 9, pp. 47-52, 2020. [3] Abdullah Hamas, Amgad Muneer, Suliman Mohamed Fati, “Smart Security Door System Using SMS Based Energy Harvest,” International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE), vol. 11, pp.3410-3423, 2021. [4] Hardik Sharma, Harsh Sharma, Dr. Manish Mukhija, “Smart Door Lock Using Bluetooth,” International Journal of Research Publication and Reviews, Vol. 2, pp. 950-952, 2021. [5] Adarsh V Patil, Sreevarsha Prakash, Akshay S, Mahadevaswamy, CHandanB Patgar, Sharath Kumar A J, “Android Based Smart Door Locking System,” International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), Vol. 6, pp. 1-4, 2018. [6] Bhaktishwar Rajiwade, Shital Thakar, Payal Pokharkar, Shankar Malbhare, “Design and Implementation of Smart Door Lock Control System using Bluetooth Controller of Smart Phone,” International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), Vol. 3, pp. 482-484, 2016. [7] Ketan Rathod, Prof.Rambabu vatti, Mandar Nandre, Sanket Yenare, “Smart Door Security Using Arduino And Bluetooth application,” International Journal Of Current Engineering And Scientific Research (IJCESR), Vol. 4, pp. 73-77, 2017. [8] Prof.H.B.Shinde, Abhay Chaudhari, Prafull Chaure, Mayur Chandgude, Pratik Waghmare. “Smart Home Automation System using Android Application,” International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), pp. 2408- 2411, 2017. [9] Võ Văn Ân, Trần Thị Hoàng Oanh, Đinh Thế Mạnh, “Ứng Hình 18. Giao diện điều khiển cửa thông minh trên ứng dụng Dụng Công Nghệ IoT Xây Dựng Mô Hình Cập Nhật Dữ Liệu android Và Giám Sát Thông Tin Sử Dụng Led Matrix,” Hội nghị Quốc gia về Ứng dụng Công nghệ thông minh trong Công nghiệp 4.0, Thành phố thông minh và Phát triển bền vững (STAIS IV. KẾT LUẬN 2022) , pp. 11-14, 2022. [10] Amulya Devineni, Deepa Malimath, Keerthi Lotlekar, Namita Bài báo giới thiệu hệ thống cửa thông minh sử dụng Kanthi and Vishwanath P Baligar, “Smart Door Using IoT,” công nghệ bluetooth và ứng dụng android. Về cơ bản International Journal Of Research In Electronics And hệ thống đã được thử nghiệm thành công để kiểm soát Computer Engineering, Vol. 7, pp. 3155-3158, 2019. cửa bằng mật khẩu, module RFID, cảm biến hồng [11] Rahul Satoskar, Akarsh Mishra, “Smart Door Lock and ngoại và smartphone thông qua ứng dụng android. Hệ Lighting System using Internet of Things,” (IJCSIT) International Journal of Computer Science and Information thống được thiết kế nhỏ gọn, tiện lợi với nhiều chức Technologies, Vol. 9, pp. 132-135, 2018. năng cho người dùng dễ dàng sử dụng và bảo mật như [12] Payel Thakur, Ayush Shetty, Manthan Parvadia, Onkar dùng thẻ RFID, bảo mật bằng mật khẩu và smartphone Pokharkar, Shubham Shinde, “IoT Enabled Smart Door kết nối qua thiết bị bluetooth thông qua ứng dụng Locks,” Conference On Technologies For Future Cities (CTFC), pp. 1-4, 2019. android. Với khả năng đáp ứng nhanh và hiệu quả, thì [13] HK Shan Hai Group Limited: Nano v3.0, Original document đây là một hệ thống có tính ứng dụng cao và chi phí HK Shan Hai Group Limited, 2020. thấp đối với yêu cầu người dùng trong việc kiểm soát cửa đóng/mở tự động nhằm giảm thiểu các trường hợp mất cấp đáng tiếc xảy ra trong ngôi nhà của mình. LỜI CẢM ƠN Chúng tôi xin chân thành Cảm ơn trường Đại Học Quốc Tế Miền Đông Đã hổ trợ dự án này. ISBN 978-604-80-7468-5 387

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2421 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.