Đề tài Giám sát và cảnh báo sinh viên thông qua hệ thống quét vân tay điều khiển qua mạng Internet

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO SINH VIÊN THÔNG QUA HỆ THỐNG QUÉT VÂN TAY ĐIỀU KHIỂN QUA MẠNG INTERNET GVHD : ThS. Võ Đức Dũng SVTH1: Nguyễn Văn Phúc MSSV : 13141243 SVTH2: Diệp Minh Thiện MSSV : 13141330 Tp. Hồ Chí Minh - 1/2018 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO SINH VIÊN THÔNG QUA HỆ THỐNG QUÉT VÂN TAY ĐIỀU KHIỂN QUA MẠNG INTERNET GVHD : ThS. Võ Đức Dũng SVTH1: Nguyễn Văn Phúc MSSV : 13141243 SVTH2: Diệp Minh Thiện MSSV : 13141330 Tp. Hồ Chí Minh - 1/2018 i 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 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Y SINH Tp. HCM, ngày 15 tháng 01 năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Phúc MSSV: 13141243 Diệp Minh Thiện MSSV: 13141330 Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2013 Lớp: 13141DT3A I. TÊN ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO SINH VIÊN THÔNG QUA HỆ THỐNG QUÉT VÂN TAY ĐIỀU KHIỂN QUA MẠNG INTERNET II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: - Nguyễn Minh Tiến, Phan Hồng Đức, “Thiết kế và thi công hệ thống đóng mở cửa bằng vân tay sử dụng kit Arduino được giám sát bằng máy tính thông qua Internet”, Đồ Án Tốt Nghiệp ĐH, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, 2017. 2. Nội dung thực hiện: - Tìm hiểu và nghiên cứu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, chức năng của các module Arduino, cảm biến vân tay R305, module Sim 800A, động cơ Servo, ma trận phím. - Tìm hiểu và nghiên cứu về cách lập trình Web Server, tìm hiểu về ngôn ngữ HTML, CSS, PHP, cơ sở dữ liệu MySQL để tạo nên một trang Web hoàn chỉnh. - Cách thiết kế và thi công một mô hình hoàn thiện. - Thiết kế hệ thống điều khiển, lưu đồ giải thuật và chương trình điều khiển mô hình. - Thiết kế hoàn thiện mô hình thực tế. - Chạy thử nghiệm mô hình hệ thống. - Cân chỉnh mô hình hệ thống. - Viết sách luận văn. - Bảo vệ đề tài tốt nghiệp ii III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/10/2017 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/01/2018 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Võ Đức Dũng CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH 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 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Tp. HCM, ngày 01 tháng 10 năm 2017 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: ........................................................................................................... Lớp: ............................................................................... MSSV: ....................................... Họ tên sinh viên 2: ........................................................................................................... Lớp: ............................................................................... MSSV: ....................................... Tên đề tài: ......................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) v LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do nhóm sinh viên Nguyễn Văn Phúc và Diệp Minh Thiện tự thực hiện, dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình nào đã có trước đó. Người thực hiện đề tài Nguyễn Văn Phúc Diệp Minh Thiện vi LỜI CẢM ƠN Sau quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và thực hiện đề tài đồ án tốt nghiệp và hoàn thành đúng tiến độ, chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến quý thầy cô, gia đình và những người anh, người bạn đã hết mình giúp đỡ, đưa ra những lời khuyên, lời động viên trong những lúc khó khăn. Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Võ Đức Dũng, giảng viên trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã hướng dẫn và tạo mọi điều kiện điều kiện để nhóm có thể thực hiện tốt đề tài của mình. Và chúng em cũng xin gửi lời tri ân đến các thầy cô trong khoa Điện - Điện tử của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã tận tình dạy dỗ và giảng dạy cho chúng em những kiến thức cơ bản đến nâng cao tạo cho chúng em một cơ sở kiến thức vững vàng để hoàn thành đề tài này. Gia đình luôn là nguồn động lực và là nguồn cảm hứng để chúng em liên tục phấn đấu và hoàn thành đề tài, xin cảm ơn đấng sinh thành đã luôn động viên chúng em trong những lúc bế tắc và chán nản nhất. Và cuối cùng chúng em xin cảm ơn các anh, chị đi trước và bạn bè đã có những lời khuyên, lời góp ý chân thành để đề tài của chúng em có thể hoàn thiện hơn. Một lần nữa, chúng em xin cảm ơn tất cả mọi người đã luôn ở bên cạnh và giúp đỡ chúng em, tạo động lực để chúng em hoàn thành tốt đề tài này. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài: Nguyễn Văn Phúc Diệp Minh Thiện vii MỤC LỤC Trang bìa ........................................................................................................................ i Nhiệm vụ đồ án ............................................................................................................. ii Lịch trình thực hiện đồ án tốt nghiệp ........................................................................... iv Cam đoan ..................................................................................................................... v Lời cảm ơn ................................................................................................................... vi Mục lục ....................................................................................................................... vii Liệt kê hình vẽ .............................................................................................................. x Liệt kê bảng vẽ ............................................................................................................ xv Tóm tắt ...................................................................................................................... xvi CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................ 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................... 1 1.2 MỤC TIÊU ......................................................................................................... 2 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................... 2 1.4 GIỚI HẠN ........................................................................................................... 3 1.5. BỐ CỤC ............................................................................................................. 3 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................ 5 2.1 TỔNG QUAN VỀ ARDUINO ........................................................................... 5 2.2 TỔNG QUAN VỀ WEB..................................................................................... 6 2.3 NHẬN DẠNG VÂN TAY ................................................................................. 6 2.4 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG............................................................................... 6 2.4.1 Arduino Mega 2560 ......................................................................................... 7 2.4.2 Module Sim 800A ............................................................................................ 7 2.4.3 Module cảm biến vân tay R305 ....................................................................... 7 2.4.8 Màn hình LCD 20x4 ...................................................................................... 11 2.4.9 Mạch chuyển giao tiếp LCD 20x4 ................................................................. 12 2.4.10 Bàn phím ma trận 4x4 (Keypad 4x4) .......................................................... 13 2.4.11 Động cơ Servo SG90 9g Micro ................................................................... 13 2.5 CÁC CHUẨN GIAO TIẾP............................................................................... 14 2.5.1 Chuẩn giao tiếp UART .................................................................................. 14 viii 2.5.2 Chuẩn giao tiếp SPI ....................................................................................... 15 2.5.3 Chuẩn giao tiếp I2C ........................................................................................ 16 2.5.3 Chuẩn giao tiếp One-wire .............................................................................. 16 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ. ................................................ 17 3.1 GIỚI THIỆU ..................................................................................................... 17 3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ...................................................... 18 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống .......................................................................... 18 3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch ............................................................................. 22 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch ..................................................................... 38 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ....................................................... 40 4.1 GIỚI THIỆU ....................................................................................................... 40 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................................................... 40 4.2.1 Thi công bo mạch hệ thống ............................................................................. 42 4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra bo mạch hệ thống ............................................................ 42 4.2.3 Thi công bo mạch module relay điều khiển ngõ ra ......................................... 42 4.2.4 Lắp ráp và khiểm tra bo mạch module relay điều khiển ngõ ra ...................... 44 4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ........................................................... 45 4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển ................................................................................... 45 4.3.2 Thi công mô hình ............................................................................................. 45 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG .................................................................................. 46 4.4.1 Lưu đồ giải thuật .............................................................................................. 46 4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển ............................................................. 58 4.4.3 Phần mềm lập trình Android Studio ................................................................ 63 4.4.4 Phần mềm lập trình web .................................................................................. 69 4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC ............................... 80 4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng ...................................................................... 82 4.5.2 Quy trình thao tác ............................................................................................ 83 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ................................... 85 5.1 KẾT QUẢ. .......................................................................................................... 85 5.2 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ .............................................................................. 112 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. ......................... 114 6.1 KẾT LUẬN ...................................................................................................... 114 ix 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................................................... 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 116 PHỤ LỤC.. ........................................................... 117 x LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1 Các loại Board Arduino ................................................................................. 5 Hình 2.2 Arduino Mega 2560 ....................................................................................... 7 Hình 2.3 Module Sim 800A .......................................................................................... 7 Hình 2.4 Module cảm biến vân tay R305 ..................................................................... 8 Hình 2.11 Màn hình LCD 20x4 .................................................................................... 11 Hình 2.12 Mạch chuyển giao tiêp LCD 20x4 ............................................................... 12 Hình 2.13 Sơ đồ nối dây và hình ảnh thực tế của bàn phím ma trận 4x4 ..................... 13 Hình 2.14 Động cơ Servo SG90 9g Micro .................................................................... 13 Hình 2.18 Biểu đồ thời gian của giao thức I2C.. ........................................................... 16 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống ....................................................................................... 18 Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống thiết bị thực tế ............................................................... 19 Hình 3.3 Mô hình hệ thống ........................................................................................... 20 Hình 3.4 Khối xử lý trung tâm sử dụng board Arduino Mega 2560 ............................. 22 Hình 3.5 Cảm biến vân tay R305 .................................................................................. 22 Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý Cảm biến vân tay kết nối Arduino Mega ............................ 23 Hình 3.10 Module Sim 800A ........................................................................................ 26 Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý kết nối Module Sim 800A vào Arduino Mega ................. 27 Hình 3.14 Động cơ servo 9g ......................................................................................... 29 Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý kết nối Arduino Mega với động cơ Servo SG90 .............. 30 Hình 3.16 LCD 20x4 ..................................................................................................... 31 Hình 3.17 Mạch chuyển giao tiếp LCD sang I2C ......................................................... 31 Hình 3.18 Sơ đồ nguyên lý kết nối Arduino Mega với LCD ........................................ 32 Hình 3.19 Sơ đồ nối dây và hình ảnh thực tế của bàn phím ma trận 4x4 ..................... 32 Hình 3.20 Sơ đồ nguyên lý kết nối Arduino Mega với ma trận phím .......................... 33 Hình 3.24 Nguồn tổ ong 12V 5A .................................................................................. 36 Hình 3.25 Nguồn tổ ong 5V 4A .................................................................................... 36 Hình 3.26 Mạch giảm áp LM2596 ................................................................................ 37 Hình 3.27 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch .......................................................................... 39 Hình 4.1 Sơ đồ đi dây đã phủ đồng bo mạch hệ thống ................................................. 40 Hình 4.2 Hình dạng 3D lớp top bo mạch hệ thống ....................................................... 41 Hình 4.5 Sơ đồ bố trí linh kiện mặt trước mô hình ....................................................... 45 Hình 4.6 Hình dạng mặt bên mô hình ......................................................................... 45 xi Hình 4.7 Hình dạng mặt trên mô hình .......................................................................... 45 Hình 4.10 Lưu đồ hệ thống đóng mở cửa ..................................................................... 48 Hình 4.11 Lưu đồ mở cửa bằng vân tay ........................................................................ 49 Hình 4.12 Lưu đồ chuyển dữ liệu lên web .................................................................... 50 Hình 4.13 Lưu đồ chế độ mở cửa bằng ma trận phím .................................................. 51 Hình 4.14 Lưu đồ mở lại hệ thống khi bị khóa ............................................................. 52 Hình 4.15 Lưu đồ quản trị admin .................................................................................. 53 Hình 4.16 Lưu đồ thêm vân tay .................................................................................... 54 Hình 4.17 Lưu đồ xóa vân tay ....................................................................................... 55 Hình 4.20 Quy trình làm việc của arduino .................................................................... 58 Hình 4.21 Giao diện lập trình arduino .......................................................................... 58 Hình 4.22 Giao diện menu arduino IDE...................................................................... 59 Hình 4.23 Giao diện file menu arduino IDE ................................................................ 59 Hình 4.28 Board Arduino sử dụng ................................................................................ 61 Hình 4.29 Hiển thị Board và Serial Port đã kết nối ...................................................... 62 Hình 4.30 Arduino Toolbar ........................................................................................... 62 Hình 4.42 Tạo file mới trên Sublime Text .................................................................... 69 Hình 4.43 Lưu file php .................................................................................................. 70 Hình 4.44 Phác thảo giao diện website quản lý thời gian ............................................. 72 Hình 4.45 Đăng nhập vào trang phpMyAdmin .......................................................... 73 Hình 4.46 Khởi tạo CSDL ............................................................................................. 73 Hình 4.47 Tạo bảng dữ liệu bằng cách thủ công ........................................................ 74 Hình 4.48 Bảng dữ liệu “giamsat” được tạo ra .......................................................... 74 Hình 4.49 Các bảng trong cơ sở dữ liệu ..................................................................... 75 Hình 4.50 Giao diện phần mềm Filezilla quản lý các file nguồn ............................... 75 Hình 4.51 Các file và nguồn dữ liệu cho website ......................................................... 76 Hình 4.52 Lưu đồ tương tác dữ liệu giữa người dùng và MySQL. .............................. 77 Hình 4.53 Lưu đồ chương trình điều khiển thiết bị Internet ......................................... 79 Hình 4.54 Quy trình thao tác hệ thống đóng mở cửa .................................................... 83 Hình 4.55 Quy trình thao tác hệ thống điều khiển thiết bị và hệ thống cảnh báo ......... 84 Hình 5.1 Menu lựa chọn ................................................................................................ 86 Hình 5.2 Menu quản trị admin ...................................................................................... 86 Hình 5.3 Nhập mật khẩu quản trị .................................................................................. 86 Hình 5.4 Nhập lại mật khẩu quản trị .......