Đồ án Thiết kế và thi công hệ thống điểm danh nhân viên sử dụng vi điều khiển ARM
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
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Thiết kế và thi công hệ thống điểm danh nhân viên sử dụng vi điều khiển ARM, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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
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
ii
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
17/09/2018
Tìm hiểu về KIT VĐK STM32F103VET6.
Tuần 06
24/09/2018
Tìm hiểu về cảm biến vân tay R305 và RFID RC522.
Tuần 07
01/10/2018
Giao tiếp giữa các module cảm biến vân tay R305 và
RFID RC522 với VĐK ARM.
Tuần 09
15/10/2018
Giao tiếp (đọc ghi dữ liệu) giữa VĐK ARM và
SD_Card, module thời gian thực DS1307 để xây dựng
CSDL cho hệ thống.
Tuần 10
22/10/2018
Trao đổi dữ liệu giữa R305, RC522, SD card, DS1307
thông qua VĐK ARM.
Tuần 11
29/10/2018
Xây dựng cơ sở dữ liệu và giao diện Web Server để
đưa dữ liệu từ Sdcard lên Web Server.
Tuần 13
12/11/2018
Thiết kế sơ đồ nguyên lý phần cứng của hệ thống.
Tuần 14
19/11/2018
Thiết kế mạch PCB cho phần cứng.
Tuần 16
03/12/2018
Lắp ráp các khối chức năng vào mô hình.
Tiến hành chạy thử nghiệm phần cứng.
Tuần 17
10/12/2018
Kiểm tra lại phần cứng và tiến hành kết nối giữa phần
cứng và Web Server.
Tuần 18
17/12/2018
Kiểm tra lại toàn bộ hệ thống.
Tiến hành viết báo cáo cho đề tài.
Tuần 20
31/12/2018
Hoàn thiện đề tài.
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)
TH.S NGUYỄN NGÔ LÂM
iii
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
iv
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
v
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
vi
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
vii
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
viii
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
