BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ TỔNG HỢP HỆ THỐNG Thiết kế thiết bị chấm công bằng phương pháp trắc học nhận dạng vân tay sử dụng esp32

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ TỔNG HỢP HỆ THỐNG Thiết kế thiết bị chấm công bằng phương pháp trắc học nhận dạng vân tay sử dụng esp32 BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ TỔNG HỢP HỆ THỐNG Thiết kế thiết bị chấm công bằng phương pháp trắc học nhận dạng vân tay sử dụng esp32

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ TỔNG HỢP HỆ THỐNG Thiết kế thiết bị chấm công phương pháp trắc học nhận dạng vân tay sử dụng esp32 MỤC LỤC Trang bìa Nhiệm vụ đồ án Lịch trình thực đồ án tốt nghiệp Cam đoan Lời cảm ơn Mục mục Liệt kê hình vẽ Liệt kê bảng vẽ Tóm tắt CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Giới hạn 1.5 Bố cục CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1 Tổng quan arduino 2.2 Tổng quan nhận dạng vân tay 2.3 Giới thiệu linh kiện 2.3.1 ESP32 DEVKIT V1 2.3.2 Module cảm biến vân tay R305 2.3.3 Màn hình LCD 16x2 2.3.4 Mạch giao tiếp I2C với LCD 2.3.5 Module SD 2.4 Các chuẩn giao tiếp 2.4.1 Chuẩn giao tiếp UART 2.4.2 Chuẩn giao tiếp SPI 2.4.3 Chuẩn giao tiếp I2C 2.4.4 Chuẩn giao tiếp One-wire Chương 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 3.1 GIỚI THIỆU VÀ YÊU CẦU THIẾT KẾ 3.1.1 Yêu cầu phi chức 3.1.2 Yêu cầu chức 3.1.3 3.1.4 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 3.2.2 Tính tốn thiết kế mạch 3.2.3 Sơ đồ nguyên lí toàn mạch CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 4.1 Sơ đồ thuật toán TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC MÔN THIẾT KẾ TỔNG HỢP HỆ THỐNG Hà Nội, ngày… tháng …… năm 2021 BÀI TẬP LỚN MÔN THIẾT KẾ TỔNG HỢP HỆ THỐNG I II III IV V TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHẤM CÔNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC HỌC VÂN TAY SỬ DỤNG ESP32 NHIỆM VỤ Tìm hiểu nghiên cứu cấu tạo, nguyên lí hoạt động, chức module ESP32, cảm biến vân tay R305, module SD, module I2C LCD16x2 Tính tốn, thiết kế, xác định mơ hình thi cơng Chạy thử mơ hình hệ thống Test hệ thống Căn chỉnh, chỉnh sửa hệ thống Bảo vệ tập lớn NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/04/2021 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC MÔN THIẾT KẾ TỔNG HỢP HỆ THỐNG Hà Nội, ngày… tháng …… năm 2021 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN Thời gian bắt đầu/Thời gian kết thúc Nội dung nhiệm vụ Thành Viên thực nhiệm vụ LỜI CAM ĐOAN Đề tài nhóm sinh viên nhóm gồm thành viên: Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Hữu Đức, Trần Xuân Vũ, Nguyễn Đình Trường tự thực hiện, dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay dự án có trước LỜI CẢM ƠN Sau q trình tìm hiểu, nghiên cứu thực tập lớn hoàn thành tiến độ, chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý thầy giúp đỡ cho nhóm em Chúng em xin cảm ơn đến thầy Hàn Huy Dũng, giảng viên trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội hướng dẫn tạo điều kiện để nhóm thực tốt đề tài Và chúng em xin cảm ơn đến thầy cô khoa Điện Tử- Viễn Thông Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội tận tình dạy dỗ giảng dạy cho chúng em kiến thức đến nâng cao tạo cho chúng em sở kiến thức vững vàng để hoàn thành đề tài Xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LIỆT KÊ HÌNH VẼ LIỆT KÊ BẢNG TÓM TẮT Ngày nay, với phát triển vượt bậc không học công nghệ, kéo theo công nghệ nhận dạng sinh trắc học phát triển Do tính bảo mật giá thành không đắt nên công nghệ nhận dạng vân tay sử dụng rỗng rãi đời sống Công nghệ nhận dạng vân tay tích hợp nhiều thiết bị điện tử mang lại ứng dụng cần thiết cho nhu cầu người Những ứng dụng hữu công nghệ nhận dạng vân tay quét vân tay để chấm công, quản lí cá nhân hay đóng mở cửa,…… Được gợi ý từ giáo viên hướng dẫn mong muốn tìm hiểu cơng nghệ phát triển giới Nên nhóm thực đồ án với mong muốn chế tạo hệ thống chấm công Hệ thống quét vân tay sử dụng kit ESP32 DEVKIT V1 Hệ thống bao gồm điểm danh nhân viên hệ thống quét vân tay Quá trình quét vân tay gửi lên google sheet nhắm ghi chép thời gian điểm danh nhân viên gồm ID, MSNV, Name… Hệ thống cho phép thêm vân tay … Mơ hình sử dụng ESP32 DEVKIT V1 làm vi điều khiển trung tâm dể điều khiển module mở rộng cảm biến vân tay R305, LCD16x2, Module SD,…  Phần cứng  Bus vật lý I2C  Bus I2C (dây giao tiếp) gồm hai dây đặt tên Serial Clock Line (SCL) Serial Data Line (SDA) Dữ liệu truyền gửi qua dây SDA đồng với tín hiệu đồng hồ (clock) từ SCL Tất thiết bị / IC mạng I2C kết nối với đường SCL SDA sau:  Master Slave  Các thiết bị kết nối với bus I2C phân loại thiết bị Chủ (Master) thiết bị Tớ (Slave) Ở thời điểm có nhất một thiết bị Master trang thái hoạt động trên bus I2C Nó điều khiển đường tín hiệu đồng hồ SCL định hoạt động thực đường liệu SDA  Tất thiết bị đáp ứng hướng dẫn từ thiết bị Master Slave Để phân biệt nhiều thiết bị Slave kết nối với bus I2C, thiết bị Slave gán địa vật lý 7-bit cố định  Khi thiết bị Master muốn truyền liệu đến nhận liệu từ thiết bị Slave, xác định địa thiết bị Slave cụ thể đường SDA sau tiến hành truyền liệu Vì vậy, giao tiếp có hiệu diễn thiết bị Master thiết bị Slave cụ thể  Tất thiết bị Slave khác không phản hồi trừ địa chúng định thiết bị Master dòng SDA  Giao thức truyền liệu  Dữ liệu truyền thiết bị Master thiết bị Slave thông qua đường liệu SDA nhất, thơng qua chuỗi có cấu trúc gồm số (bit) Mỗi chuỗi số gọi giao dịch (transaction) liệu giao dịch có cấu trúc sau: Start Condition Bất thiết bị chủ / IC định bắt đầu giao dịch, chuyển mạch SDA từ mức điện áp cao xuống mức điện áp thấp trước đường SCL chuyển từ cao xuống thấp Khi điều kiện bắt đầu gửi thiết bị Master, tất thiết bị Slave hoạt động chúng chế độ ngủ (sleep mode) đợi bit địa Khối địa Bao gồm bit lấp đầy với địa thiết bị Slave đến / từ thiết bị Master cần gửi / nhận liệu Tất thiết bị Slave bus I2C so sánh bit địa với địa chúng Bit Read/Write Bit xác định hướng truyền liệu Nếu thiết bị Master / IC cần gửi liệu đến thiết bị Slave, bit thiết lập ‘0’ Nếu IC Master cần nhận liệu từ thiết bị Slave, bit thiết lập ‘1’ Bit ACK, NACK ACK / NACK viết tắt Acknowledged/Not-Acknowledged Nếu địa vật lý thiết bị Slave trùng với địa thiết bị Master phát, giá trị bit set ‘0’ thiết bị Slave Ngược lại, mức logic ‘1’ (mặc định) Khối liệu Bao gồm bit chúng thiết lập bên gửi, với bit liệu cần truyền tới bên nhận Khối theo sau bit ACK / NACK set thành ‘0’ bên nhận nhận thành cơng liệu Ngược lại, mức logic ‘1’ Stop Condition Sau khung liệu cần thiết truyền qua đường SDA, thiết bị Master chuyển đường SDA từ mức điện áp thấp sang mức điện áp cao trước đường SCL chuyển từ cao xuống thấp 2.5.4 One-wire CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 3.1 Giới thiệu Đề tài “Thiết kế thiết bị chấm công phương pháp trắc học nhận dạng vân tay sử dụng esp32” bao gồm: Hệ thống có chức sau: hệ thống điểm danh cho nhân viên cách tiến hành qt vân tay Sau đó, thơng tin nhân viên gửi lên Internet để ghi chép thời điểm điểm danh nhân viên… Thêm cho phép quản lí thêm vân tay, xóa vân tay 3.2 Tính tốn thiết kế hệ thống 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống Hệ thống gồm khối ghép lại với theo nhiều hướng tạo nên hoạt động ổn định trình bày sơ đồ khối hình 3.1 sau: Chức khối:      Khối nguồn: cung cấp nguồn 5V cho khối cịn lại Khối xử lí trung tâm: thu thập liệu từ thiết bị sau xử lí điều khiển khối hiển thị khối server Khối ESP32 DEVKIT V1 thực Khối cảm biến vân tay: tiến hành quét vân tay nhân viên lưu trữ dấu vân tay Khối module cảm biến vân tay R305 thực Khối hiển thị: hiển thị thông tin chế độ hoạt động người dùng thao tác Khối sử dụng module lcd16x2 Khối điều khiển: Khối để người dung thực thi nhập mã số, phục vụ cho nhiệm vụ lưu trữ vân tay 3.2.2 Tinh toán thiết kế mạch a Khối xử lí trung tâm ESP32 DEVKIT V1 sử dụng esp32 Nó có 25 chân digital I/O chân nguồn EN,VCC,GND , kết nối USB, jack cắm điện nút reset hình 3.2 Nó chứa tất thứ cần thiết để tạo thành khối xử lí trung tâm với đầy đủ port Ý tưởng thiết kế nhóm kết hợp nhiều module lại với nhau, có nhiều chân kết nối nên việc lựa chọn ESP32 DEVKIT V1 phù hợp Hình 3.2 Khối xử lí trung tâm sử dụng ESP32 DEVKIT V1 Trong trình kết nối module lập trình cho hệ thống: Bộ nhớ sử dụng hết 930754 bytes vào khoảng 71% nhớ Tổng số chân I/O sử dụng 16 chân, cơng thức tính dịng tiêu thụ Dòng tiêu thụ = 16x40mA=640 mA b Khối cảm biến vân tay Khối cảm biến vân tay gửi tín hiệu khối xử lý, khối xử lý nhận tín hiệu chuyển đến khối khác để chuyển tín hiệu Đồng thời, khối cảm biến vân tay hoạt dộng khối xử lí trung tâm yêu cầu Trên thị trường có nhiều loại cảm biến vân tay đầu đọc vân tay R303S có khả lưu trữ 1000 mẫu vân tay, đầu đọc vân tay R101 có khả lưu trữ 1000 mẫu, module R301 có khả lưu trữ 500 mẫu vân tay, module R305 có khả lưu trữ 120 vân tay… Do đề tài nhóm thực quét vân tay cho nhân viên sử dụng khoảng 1000 vân tay nên lựa chọn module vân tay R305 để thực đề tài Cảm biến vân tay R305 tích hợp xử lí hình ảnh tuật tốn xử lí chip Khả xử lí ảnh chụp tốt với độ phân giải đến 51x288 pixels Chuẩn giao tiếp: USB-UART(TTL logical logic) từ 9600-115200 bps, sử dụng tốc độ mặc định 57600 bps đảm bảo truyền nhận xác liệu Bên cạnh thông số khác như: + Điện áp cung cấp : 4.2 – 6.0 VDC + Dòng điện tiêu thụ: