Khóa cửa thông minh RFID + điều khiển qua app

1. Giới thiệu

Khóa cửa RFID kết hợp 2 cách mở khóa: (1) quẹt thẻ/tag RFID hợp lệ tại chỗ qua module RC522, và (2) gửi lệnh mở khóa từ xa qua một API HTTP nội bộ do chính ESP32 host (mô phỏng luồng "điều khiển qua app").

Khi xác thực hợp lệ (thẻ đúng UID hoặc token app đúng), ESP32 kích relay đóng mạch cấp nguồn cho khóa điện từ trong khoảng thời gian cấu hình rồi tự khóa lại — không cần người dùng nhớ tắt tay.

2. Linh kiện cần có

3. Sơ đồ kết nối

Ghi chú quan trọng: RC522 chỉ chịu được 3.3V ở VCC — cấp nhầm 5V sẽ hỏng module. Diode 1N4007 gắn song song ngược cực qua hai đầu cuộn dây khóa/solenoid (cathode về phía dương nguồn) để dập xung điện áp ngược sinh ra khi relay ngắt tải cảm ứng, bảo vệ tiếp điểm relay khỏi hồ quang điện.

4. Code ví dụ #1 — Đọc UID thẻ RFID qua RC522 (SPI)

Đoạn trích minh hoạ hàm đổi UID sang chuỗi hex và vòng lặp đọc thẻ:

String uidToString(MFRC522::Uid uid) {
  String s = "";
  for (byte i = 0; i < uid.size; i++) {
    if (uid.uidByte[i] < 0x10) s += "0";
    s += String(uid.uidByte[i], HEX);
    if (i + 1 < uid.size) s += " ";
  }
  s.toUpperCase();
  return s;
}

// Trong loop():
if (rfid.PICC_IsNewCardPresent() && rfid.PICC_ReadCardSerial()) {
  String uid = uidToString(rfid.uid);
  Serial.println(uid); // vd "DE AD BE EF"
  rfid.PICC_HaltA();
  rfid.PCD_StopCrypto1();
}

5. Code ví dụ #2 — Mở khóa qua lệnh app (WebServer HTTP)

Đoạn trích route /unlock — app gửi POST kèm header X-Api-Token đúng token cấu hình để mở khóa từ xa:

void handleUnlock() {
  String token = server.header("X-Api-Token");
  if (token != APP_API_TOKEN) {
    server.send(401, "application/json", "{\"error\":\"invalid token\"}");
    return;
  }
  setLock(true, "app request");
  server.send(200, "application/json", "{\"status\":\"unlocked\"}");
}

// setup(): server.on("/unlock", HTTP_POST, handleUnlock);
//          server.on("/status", HTTP_GET, handleStatus);

6. Code ví dụ #3 — Ứng dụng thực tế đầy đủ — RFID + Relay + WebServer app control

Code đầy đủ khởi động, kiểm tra RC522 đọc được version register lúc boot (degrade "rfid=null" trong log nếu không đọc được), WiFi reconnect có timeout, tự khóa lại sau 4 giây:

/*
  Khóa cửa thông minh RFID + điều khiển qua app
  Board: ESP32 DevKit V4 (board_esp32_devkitc)
  - RFID RC522 (mod_rc522_rfid, SPI, VCC 3.3V CHỈ):
      RST  -> GPIO27
      SDA/SS -> GPIO5
      MOSI -> GPIO23
      MISO -> GPIO19
      SCK  -> GPIO18
      VCC  -> 3V3, GND -> GND
  - Relay 1 kênh (mod_relay_1ch) IN -> GPIO26, VCC -> 5V, GND -> GND
      NO/COM đóng mạch cấp nguồn 12V cho khóa điện từ / van solenoid (mod_solenoid_valve,
      dùng thay thế khóa điện từ 12V thật vì catalog hiện chưa có "khóa cửa điện từ" riêng
      - cùng đặc tính điện: cuộn dây DC 12V, cần diode chống dội flyback).
  - Diode 1N4007 (comp_diode_1n4007) mắc song song ngược cực với cuộn dây khóa để bảo vệ relay
    khỏi điện áp cảm ứng ngược khi ngắt tải.

  Tính năng "điều khiển qua app": ESP32 mở một WebServer HTTP nội bộ (cùng mạng LAN) nhận
  lệnh mở khóa từ xa (POST /unlock), ngoài luồng quét thẻ RFID tại chỗ.
*/

#include <WiFi.h>
#include <WebServer.h>
#include <SPI.h>
#include <MFRC522.h>

// ==== Cấu hình người dùng ====
const char *WIFI_SSID = "YOUR_WIFI_SSID";
const char *WIFI_PASSWORD = "YOUR_WIFI_PASSWORD";
const char *APP_API_TOKEN = "YOUR_SHARED_SECRET_TOKEN"; // app phải gửi kèm token này

// ==== Chân kết nối ====
const int PIN_RC522_RST = 27;
const int PIN_RC522_SS = 5;
const int PIN_RELAY_IN = 26;

const unsigned long UNLOCK_DURATION_MS = 4000; // giữ khóa mở 4s rồi tự khóa lại
const unsigned long WIFI_RETRY_INTERVAL_MS = 5000;
const unsigned long WIFI_CONNECT_TIMEOUT_MS = 10000;
const unsigned long TELEMETRY_INTERVAL_MS = 5000;

// Danh sách UID thẻ được phép (thay bằng UID thật khi triển khai)
const char *ALLOWED_UIDS[] = {"DE AD BE EF", "12 34 56 78"};
const size_t ALLOWED_UIDS_COUNT = sizeof(ALLOWED_UIDS) / sizeof(ALLOWED_UIDS[0]);

MFRC522 rfid(PIN_RC522_SS, PIN_RC522_RST);
WebServer server(80);

unsigned long lastWifiAttemptMs = 0;
unsigned long lastTelemetryMs = 0;
unsigned long unlockUntilMs = 0;
bool locked = true;
bool rfidReady = false;

void setLock(bool unlock, const char *reason) {
  digitalWrite(PIN_RELAY_IN, unlock ? LOW : HIGH); // active-low relay
  locked = !unlock;
  if (unlock) {
    unlockUntilMs = millis() + UNLOCK_DURATION_MS;
  }
  Serial.printf("[Lock] %s (ly do: %s)\n", unlock ? "MO KHOA" : "KHOA LAI", reason);
}

String uidToString(MFRC522::Uid uid) {
  String s = "";
  for (byte i = 0; i < uid.size; i++) {
    if (uid.uidByte[i] < 0x10) s += "0";
    s += String(uid.uidByte[i], HEX);
    if (i + 1 < uid.size) s += " ";
  }
  s.toUpperCase();
  return s;
}

bool isAllowedUid(const String &uid) {
  for (size_t i = 0; i < ALLOWED_UIDS_COUNT; i++) {
    if (uid.equalsIgnoreCase(ALLOWED_UIDS[i])) return true;
  }
  return false;
}

void handleUnlock() {
  String token = server.header("X-Api-Token");
  if (token != APP_API_TOKEN) {
    server.send(401, "application/json", "{\"error\":\"invalid token\"}");
    return;
  }
  setLock(true, "app request");
  server.send(200, "application/json", "{\"status\":\"unlocked\"}");
}

void handleStatus() {
  String json = String("{\"locked\":") + (locked ? "true" : "false") +
                ",\"rfidReady\":" + (rfidReady ? "true" : "false") + "}";
  server.send(200, "application/json", json);
}

void connectWiFiNonBlocking() {
  if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) return;
  unsigned long now = millis();
  if (now - lastWifiAttemptMs < WIFI_RETRY_INTERVAL_MS) return;
  lastWifiAttemptMs = now;

  Serial.printf("[WiFi] Dang ket noi toi SSID \"%s\" ...\n", WIFI_SSID);
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);

  unsigned long start = millis();
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED && millis() - start < WIFI_CONNECT_TIMEOUT_MS) {
    delay(200);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println();

  if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) {
    Serial.printf("[WiFi] Da ket noi. IP: %s\n", WiFi.localIP().toString().c_str());
    server.begin();
    Serial.println("[HTTP] WebServer san sang: POST /unlock, GET /status");
  } else {
    Serial.println("[WiFi] Ket noi that bai, se thu lai sau.");
  }
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  delay(300);
  Serial.println();
  Serial.println("========================================");
  Serial.println(" IoTLabs Maker - Khoa Cua RFID + App");
  Serial.println(" Board: ESP32 DevKit V4");
  Serial.println("========================================");

  pinMode(PIN_RELAY_IN, OUTPUT);
  setLock(false, "khoi dong");

  SPI.begin(); // SCK=GPIO18, MISO=GPIO19, MOSI=GPIO23 (mac dinh VSPI tren ESP32 DevKit)
  rfid.PCD_Init();
  byte version = rfid.PCD_ReadRegister(MFRC522::VersionReg);
  rfidReady = (version != 0x00 && version != 0xFF);
  if (rfidReady) {
    Serial.printf("[RC522] Khoi tao OK (version reg=0x%02X)\n", version);
  } else {
    Serial.println("[RC522] KHONG doc duoc module - kiem tra day noi SPI/nguon 3.3V.");
  }

  server.on("/unlock", HTTP_POST, handleUnlock);
  server.on("/status", HTTP_GET, handleStatus);

  connectWiFiNonBlocking();
}

void loop() {
  connectWiFiNonBlocking();
  if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) {
    server.handleClient();
  }

  if (!locked && millis() > unlockUntilMs) {
    setLock(false, "het thoi gian giu khoa");
  }

  if (rfidReady && rfid.PICC_IsNewCardPresent() && rfid.PICC_ReadCardSerial()) {
    String uid = uidToString(rfid.uid);
    bool allowed = isAllowedUid(uid);
    Serial.printf("[RFID] The quet UID=%s -> %s\n", uid.c_str(), allowed ? "HOP LE" : "TU CHOI");
    if (allowed) {
      setLock(true, "the RFID hop le");
    }
    rfid.PICC_HaltA();
    rfid.PCD_StopCrypto1();
  }

  unsigned long now = millis();
  if (now - lastTelemetryMs >= TELEMETRY_INTERVAL_MS) {
    lastTelemetryMs = now;
    Serial.printf("[Telemetry] locked=%s rfid=%s wifi=%s\n",
                  locked ? "true" : "false",
                  rfidReady ? "ready" : "null",
                  WiFi.status() == WL_CONNECTED ? "connected" : "disconnected");
  }

  delay(50);
}

7. Lỗi thường gặp

Lưu ý an toàn

• Mạch điều khiển khóa cửa nằm trong nhóm an toàn quan trọng: relay đóng/ngắt tải cảm ứng (solenoid) bắt buộc phải có diode flyback để tránh xung điện áp ngược làm hỏng relay hoặc gây nhiễu MCU.

• Với khóa cửa thật, nên có thêm cơ chế mở khóa cơ khí dự phòng (chìa khóa vật lý) để tránh bị khóa cứng khi mất điện/lỗi firmware — đây là khuyến nghị an toàn bắt buộc cho mọi khóa điện tử lắp thật.

8. Tổng kết

Dự án minh hoạ 2 luồng xác thực song song cho một khóa cửa IoT: RFID tại chỗ và API app từ xa, cùng chia sẻ một hàm setLock() trung tâm để tránh trạng thái xung đột.

Có thể mở rộng: lưu UID được phép trên server thay vì hard-code, log lịch sử mở khóa, hoặc thêm xác thực 2 lớp (RFID + PIN) cho khu vực nhạy cảm hơn.