Preview only show first 10 pages with watermark. For full document please download

Ece445 Project Proposal

   EMBED


Share

Transcript

Spring 2016  ECE 445 Project Proposal                       Smart Lock With Smart Keys                    Boyu Li  Yujia Dong  Jiexin Lyu  Table of Content    1.0 Introduction  1.1 Title  1.2 Motivation  1.3 Objectives    2.0 Design  2.1 Block Diagram  2.2 Block Description     3.0 Requirements and Verification  3.1 Requirements  3.2 Verification    4.0 Tolerance Analysis    5.0 Cost and Schedule                  1.0 Introduction  1.1 Title: Smart Key with Smart Lock  Privacy and safety matters more and more as technology advances. Carrying multiple  keys around, and be present when giving access are sometimes inconvenient, especially when  you have many guests or have multiple rental properties. We want to solve this problem by  designing an invisible set of lock and keys that allows user to unlock their locks, or give access  to other people they trust anywhere at anytime.    1.2 Motivation:   Safety and privacy is a big issue for all of us. Imagine when you are living with a  roommate in the same dorm room or you are at work with your coworker in the same office,  sometimes you want to keep your private stuffs in a drawer. However, it is not ideal to put a  physical lock on the drawer, which makes it obvious that you have something valuable stored in  this drawer and you don’t trust the person who’s in the same space with you. Also, sometimes  when we are away from home, and we need to give access to a guest, a babysitter or a  constructor, but we couldn’t open the door for them unless we actually present at home. In  addition, there are situations where we drove several miles away, and suddenly remember that  we forgot to lock the door/drawer. Another inconvenience of current lock is that sometimes you  might forget to bring the key or cannot remember where the key is located. This is an annoying  situation and we need some way to make the key “invisible”, in other words, abandon the  physical key.   All of the problems indicate that we need to develop some kind of smart locks that allow  users to open the lock ni multiple ways. The existing solutions for keyless lock includes  Bluetooth LE, NFC, RFID, etc. But there isn’t a product that combines the three methods  together.   Our motivation is to combine three of the existing solutions above (NFC, WIFI, pattern)  together and build a smart lock. The lock allows user to manage user access, track usage  activity, and unlock their lock with smart phone. In addition, the lock would not be used only for  doors, but also for drawers, cabinets or closets, wherever needs a lock. And it will be installed  on the interior, so no one would notice the lock from outside, which provides more privacy and  safety.     1.3 Objectives  ● Goals and benefits  ○ Users can monitor their lock status anytime at anywhere, ensures safety and  privacy  ○ Keyless unlock feature: use the NFC chip built in the smart phone or the mobile  app with wifi connection  ○ Alternative unlock feature: ​ knock a preset secret pattern, so user don’t have to  worry about no wifi connection or phone is out of power  ○ Easier to give access to multiple people, by just sharing the key on app / sharing  the secret knock pattern  ○ Easier to manage several rental properties  ● Functions and Features  ○ Sends alarm message to user’s phone when someone tries to open the lock and  failed  ○ Allows users to share keys with friends or guests instantly with the app while they  are away  ○ Sends user confirmation messages that who has opened your lock at what time  ○ Lock would automatically latches (and update status on your app) so user never  has to worry about forgetting to lock it  ○                       Lock is on the interior of doors/drawer and is invisible from outside  2.0 Design  2.1 Block Diagram:      2.2 Block Description:   The diagram consists of four major components:  1. Control Part   This part is the controller by the user to control the locker activity. The functionality of this  part is making the setting for the lock more user friendly. There are two components that can  realize the user control.  1.1 Mobile App  When using the mobile app, user can enter the correct password to unlock the device.   1.2 BlueTooth LE  The BlueTooth LE will realize the unlock function that when locker’s device can match  the user’s bluetooth LE.   2. Processing   This part is the processing part for the lock which means process the external signal  including the user instructions and vibration instruction. There are three parts that help us  recognize the external instruction and process it then send feedback to microcontroller.   2.1 Vibration Detector  This vibration detector will detect the external knocking and recognize it.   2.2 Wifi  First of all, the wifi will be the used in the password unlock which corresponds to mobile  app unlock function. Secondly, the wifi will be used when the device is unlocked, it will send  notification to user’s mobile.  2.3 BlueTooth  The bluetooth in the device will be used to pair with the bluetooth LE in the user’s mobile  to unlock the device.    3. MicroController  The key part for the lock, in this part, we will realize the functionality that based on the  processed instruction from processing part, it will give the corresponding feedbacks which are  well­programmed.   4. Execution  This part we call it execution part which means that it will do the corresponding activity  based on the incoming feedback from microcontroller, such as unlocking the device  (successfully unlock) or generating alarm(suspicious attemptation). And the overall power  resource will also be included in this part.                          3.0 Requirements and Verification   3.1 Requirements:     Requirement   1. Arduino Uno   a. Functionality: The microcontroller is for  recognizing knock pattern and link to the  Bluetooth LE  b. Technical Detail   ● Operating voltage: 5v  ● Input voltage 6­20v  ● Dig​ ital IO pins: 14 (of which 6 provide  PWM output)  ● DC current per I/O pin: 20mA  Verification  1. Use potentiometer and LED to sweep  AI/O. Use switch and LED to test DI/O.  Ensure AI/O functions for full 5V range  and DI/O functions at 5V  2.  If equipment functions properly, test  methods in libraries under known  conditions. Ensure precision within  device specs.   3. Measure current: Iin ≤ 100 mA        2. Lock­style solenoid   a. Functionality : The electromagnets based  solenoids, when the coil is energized, the  slug is pulled into the center of the coil  which makes the solenoid able to pull  from one end.   b. Technical Details :  i. 12VDC;  ii. 650mA at 12V when activated;  iii. Designed for 1­10 seconds  activation time   1. Use multimeter to test volts, current,  and resistance        3. Piezo buzzers  a. Functionality : Used for making beeps,  tones, and alerts .   b. Technical Detail:   i. Driven by 3­30V peak­to­peak  square wave.  ii. Can be adjusted from 2KHz to  10KHz. Loudest sound at 4KHz.    1. Use the microcontroller to drive the  buzzer with two port pins push­pull, and  so get almost 10V peak­to­peak drive  from a 5V supply.  2. The buzzer should produce the desired  audio frequency         4. TIP power Darlington Transistor   a. Functionality :Transistor that control  medium to high­power electronics, in our  design which are motors, solenoids. etc.  b. Technical Detail  i. They can switch up to 60V at peak  1. Use multimeter to test volts, current and  resistance  ii. current of 8A and continuous  current of 5A.   With DC gain about 1000.          5. Power supply  a. Functionality : The power supply for the  lock  b. b. Technical Detail   i. 12 V up to 1000mA(1 Amp) of  current draw.   ii. 5.5mm/2.1mm barrel jack.        6. Bluefruit LE ­ Bluetooth Low Energy  (BLE 4.0) ­ nRF8001  a. Functionality : Bluetooth connection  between ios devices and the lock  b. b. Technical Detail   i. Dimensions: 29mm x 28mm /  ii. iii. 1.14" x 1.10"  0.8mm thick / .03"  Weight: 1.8g   1. Use the voltage meter to detect to make  sure that the voltage is our anticipated voltage  1. Use Oscilloscope to test its fully  functional work.  2. Use the different bluetooth LE to  guarantee that the wrong pair bluetooth  will not unlock the device.            3.2 Verification:   3.2.1 Equipment: ​ The testing equipments including​  ​ oscilloscope, multimeter, LED, etc, details  will be provided in the chart above.    3.2.2 Test Procedures:   Functionalities Testing:   I. Knock Pattern Test: Knock the drawer with specific patterns, the lock will open. If the  pattern is incorrect, the lock will not open.   II. Knock Speed Test: Knock the drawer in different speed to test the upper and lower  bound of recognizable knocking pace.  III. App Test: Use mobile app to unlock the lock  IV. Bluetooth Test: Pair a cell phone  and use Bluetooth NFC to unlock  V. Alert Test: Try knock with wrong pattern multiple times (the number of tries will be set to  5­10), and enter wrong unlock passcode on mobile mobile app with multiple times. To  test the alert system (The system will beep or make an alert sound)  VI. Break­prevent Test: If someone tries to break the lock, the lock will shut down  automatically (be careful with this test because it is fatal)    Support Test:  I. Set Passcode Test: First time users will be asked to pair the locker on mobile device (via  mobile app). Users need to enter their mobile phone number and email address, then set  the passcode on mobile app.  II. Set Knocking Pattern Test: Set knocking pattern via mobile app or on locker itself.   III. Bluetooth Pair Test: Pair a mobile device (iPhone6 or newer version) with the locker.   IV. Retrieve Passcode Test: If the user has forget the passcode on mobile app, the user are  able to retrieve the passcode via mail.   V. Retrieve Knocking Pattern Test: User can retrieve their knocking pattern via mobile app  or bluetooth. The system will send a message or email to the user with the knocking    pattern, or users are able to get their knocking pattern on the mobile app.   4.0 Tolerance Analysis       To recognize the knock frequence, we need to make sure that our recognize system can tell  the difference between the correct pattern and some randomly knock. The device we are  planning to use is piezo buzzer and sometimes piezo buzzer might not be smart enough to  recognize some pattern. For example, if you knock the drawer to fast (the time gap between two  knocks are too short). The buzzer might not be able to recognize that they are two distinct  knocks. User need to knock with a specific pattern ,in a specific pace. This might affect the  performance because different users have different knocking preference.       Later in the lab we are going to test the performance of the piezo buzzer with different  knocking speed, from low to high and determine a safe speed range for the buzzer to recognize  the pattern successfully.     5.0 Cost and Schedule   5.1 Cost:   5.1.1 Device Cost:   All the devices we use for this project will not be too pricy. The Arduino Microcontroller and  some resistors, as well as some testing and debugging devices will be available from ECE445  lab. Other devices, including piezo buzzer, Bluetooth LE, NFC, will be around 10­30 bucks  each. The total cost for devices for this project will be around 100 dollars.    5.1.2 Labor Cost:  Each of us will devote decent amount of time on this project, the estimated amount of time we  are going to work on this is:    Name  Hours/week  Yujia Dong  8hrs/week  Boyu Li  8hrs/week  Jiexin Lyu  8hrs/week  Total  24hrs/week    5.2 Schedule    Time   Task  Responsibility  2/15/2016  Work on Mock Design  Review. Submit Eagle  Assignment   Boyu, Yujia, Jiexin   2/22/2016  Work on design and  Boyu, Yujia, Jiexin  implementation of PCB.  Submit Soldering Assignment  2/29/2016  Continue on work on PCB.  Start to work on bluetooth.  Design Review  Boyu, Yuija, Jiexin  3/7/2016  Implement bluetooth NFC  feature  Boyu, Yuija, Jiexin      3/14/2016  implement vibration unlock  feature  Boyu, Yujia, Jiexin  3/21/2016  Spring Break    3/28/2016  Modify R&V Table. Finish  testing for bluetooth and  vibration functionalities  Boyu, Yuija, Jiexin  4/4/2016  Work on Wifi feature and  mobile app development  Boyu, Yuija, Jiexin  4/11/2016  Finish Wifi functionality,  including support features  like sending email and  message. Mock Demo  Boyu, Yuija, Jiexin  4/18/2015  Finish the whole project, fully  test all the functionalities   Boyu, Yuija, Jiexin  4/25/2015  Demo. Work on report paper  Boyu, Yuija, Jiexin  5/2/2015  Final paper finish and submit   Boyu, Yuija, Jiexin