Ứng dụng công nghệ nhận dạng dấu vân tay vào mô hình hệ thống cửa tự động trên nền kit STM32F746G

Đồ Án Tốt Nghiệp TÓM TẮT ĐỒ ÁN Trong kinh tế tồn cầu hóa vấn đề bảo mật có tầm quan trọng việc bảo vệ thông tin cá nhân , an ninh gia đình, doanh nghiệp quốc gia Một giải pháp để tăng tính bảo mật sử dụng công nghệ nhận dạng dấu vân tay Đề tài “Ứng Dụng Công Nghệ Nhận Dạng Dấu Vân Tay Vào Mơ Hình Hệ Thống Cửa Tự Động Trên Nền Kit STM32F746G” lựa chọn nhằm thực ý tưởng hệ thống bảo mật an toàn dấu vân tay dành cho hệ thống cửa chế độ an toàn cửa tự động Ngiên cứu dịng arm hãng ST với cấu hình nâng cấp vượt trội Mơ hình cửa tự động lắp đặt module nhận dạng vân tay để quét vân tay người dùng Màn hình cảm ứng điện dung có kích cỡ 480x272 tích hợp sẵn kit với chức hiển thị thông tin điều khiển, nhập hình cảm ứng Cảm biến chuyển động thân nhiệt gắn cửa để quét người qua cửa cảm biến dịng để xử lí cố tải, kẹt cửa Đồ án tốt nghiệp triển khai với nội dung gồm chương Chương dẫn nhập tổng quan đề tài Các vấn đề lý thuyết liên quan phương án thiết kế thi cơng cho mơ hình cửa tự động xem xét chi tiết chương chương Chương trình bày kết thực đề tài kèm theo phân tích Cuối đồ án tốt nghiệp kết thúc kết luận hướng phát triển đề tài Do thời gian thực đồ án tốt nghiệp có hạn, nhóm thực đề tài đạt mơ hình cửa tự động số chế độ yêu cầu hệ thống Nhóm thực đề tài mong nhận đóng góp thầy cô bạn đọc Người thực đề tài LÊ TIN Chương Mở Đầu DƯƠNG CÔNG DANH ii Đồ Án Tốt Nghiệp SUMMARY OF PROJECTS Nowaday, secret problem is very important to protect personal information for families, enterprise and each nation One of solutions to protect is used fingerprint identification technology Project’s name of my group is” fingerprint identification technology application in an automatic door system model base on STM32F746G Kit” is carried out ideas about safe secret system by input fingerprint for safe door system and researched new arm family’s ST The automatic door model is installed fingerprint identification module to scan user’s fingerprint.The capacitance touch screen have 480x272 size is integrated on kit with function is displayed information and controlled.HC-SR505 sensor is hanged on the door to scan people who passed the door, current sensor is processed overload problems According to this report, we want to show the general vision, the development of knowledge as well as the basic manual which related to the C language Although we have finished the automatic door program, having a limited knowledge might cause us some unwanted mistakes We look forward to your ideas as well as bug report People who implement the project LÊ TIN Chương Mở Đầu DƯƠNG CÔNG DANH iii Đồ Án Tốt Nghiệp MỤC LỤC Trang phụ bìa TRANG Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp Trang phiếu nhận xét giáo viện hướng dẫn Trang phiếu nhận xét giáo viện phản biện Lời cảm ơn i Tóm tắt Tiếng Việt ii Tóm tắt Tiếng Anh iii Mục lục iv Danh sách từ viết tắt vii Danh sách bảng biểu viii Danh sách biểu đồ hình ảnh ix Chương TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Tình hình nghiên cứu 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.5 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.5.1 Đối tượng nghiên cứu 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu 1.6 Phương pháp nghiên cứu 1.7 Bố cục trình bày đồ án Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu ARM 2.2 Các dòng ARM hãng ST 2.3 Kit STM32F746G Discovery Chương Mở Đầu iv Đồ Án Tốt Nghiệp 2.3.1 Giới thiệu 2.3.2 Cấu hình bố trí phần cứng 11 2.4 Module nhận dạng vân tay 15 2.4.1 Giới thiệu module vân tay R305 15 2.4.2 Giao thức truyền thông 16 2.5 Cảm biến dòng điện 17 Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG 18 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 18 3.1.1 Yêu cầu hệ thống 18 3.1.2 Sơ đồ khối chức khối 19 3.1.3 Nguyên lí hoạt động hệ thống 20 3.2 Thiết kế tính toán hệ thống 22 3.2.1 Khối nguồn 22 3.2.2 Khối nhận dạng vân tay 24 3.2.3 Khối cảm biến dòng điện 26 3.2.4 Khối công suất dành cho moto 29 3.2.5 Khối cơng tắc hành trình dành cho cửa 33 3.2.6 Khối cảm biến thân nhiệt 34 3.2.7 Khối điều khiển đèn 220VAC 36 3.2.8 Khối xử lý trung tâm 37 3.3 Sơ đồ kết nối toàn hệ thống 50 Chương KẾT QUẢ 51 4.1 Kết đạt 51 4.1.1 Mơ hình thực tế 51 4.1.2 Giao diện đăng nhập vân tay mở cửa tự động 52 4.1.3 Giao diện đăng nhập password mở cửa tự động 52 4.1.4 Giao diện đăng nhập hệ thống 53 Chương Mở Đầu v Đồ Án Tốt Nghiệp 4.1.5 Giao diện menu hệ thống 53 4.1.6 Giao diện thêm xóa dấu vân tay 54 4.1.7 Giao diện điều khiển động tay 54 4.1.8 Giao diện điều khiển thiết bị 220VAC 55 4.1.9 Giao diện thông tin 55 4.2 Đánh giá 56 4.2.1 Ưu điểm hệ thống 56 4.2.2 Nhược điểm hệ thống 56 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 57 5.1 Kết luận 57 5.2 Hướng phát triển đề tài 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 Chương Mở Đầu vi Đồ Án Tốt Nghiệp DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AC: Alternating Current ARM: Acorn RISC Machine ADC: Analog Digital Converter C: Common DC: Direct Current EN: Enable IC: Integrated Circuit IN: Input LCD: Liquid crystal display NC: Normal Close NO: Normal Open OUT: Output PWM: Pulse Width Modulation RX: Receive RTC: Real time clock SPI: Serial Peripheral TX: Transmit USART: Universal Synchronous/Asynchronous Receiver Transmitter DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Chương Mở Đầu vii Đồ Án Tốt Nghiệp TRANG Bảng 2.1 Các dòng phát triển ARM Bảng 3.1 Thông số kĩ thuật apdapter 12V 23 Bảng 3.2 Thông số kĩ thuật module LM2596 23 Bảng 3.3 Thông số kĩ thuật module nhận dạng vân tay 25 Bảng 3.4 Sơ đồ chân giao tiếp module nhận dạng vân tay R305 26 Bảng 3.5 Thông số kĩ thuật module ACS712 20A 27 Bảng 3.6 Sơ đồ chân giao tiếp module ACS 712 28 Bảng 3.7 Thông số kĩ thuật module L298 30 Bảng 3.8 Sơ đồ chân giao tiếp module điều khiển động L298… 31 Bảng 3.9 Bảng trạng thái hoạt động module L298 32 Bảng 3.10 Thông số kĩ thuật module HC SR505 35 Chương Mở Đầu viii Đồ Án Tốt Nghiệp DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH TRANG Chương TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.1 Một số ứng dụng ARM Hình 2.2 Các dịng ARM hãng ST Hình 2.3 Kiến trúc ARM Hình 2.4 Kit STM32F746Discovery Hình 2.5 So sánh khả xử lý số M7 với SoC khác 10 Hình 2.6 Ma trận bus AXI-AHB 12 Hình 2.7 Sơ đồ khối STM32F7 13 Hình 2.8 Sơ đồ khối STM32F7 13 Hình 2.9 Sơ đồ khối STM32F7 14 Hình 2.10 Sơ đồ khối STM32F7 14 Hình 2.11 Module R305 15 Hình 2.12 Khung truyền liệu 16 Hình 2.13 Định dạng gói liệu 16 Hình 2.14 Sơ đồ chân ảnh thực tế ACS 712 17 Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 19 Hình 3.2 Adapter 12V - 5A 22 Hình 3.3 Module nguồn LM2596S (5V – 3A) 23 Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lí module LM2596S 24 Hình 3.5 Sơ đồ kết nối với hệ thống module LM2596 24 Hình 3.6 Ảnh thực tế module nhận dạng vân tay R305 25 Hình 3.7 Sơ đồ kết nối với hệ thống module R305 26 Hình 3.8 Module cảm biến dịng ACS 712 27 Chương Mở Đầu ix Đồ Án Tốt Nghiệp Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý cảm biến dòng ACS 712 27 Hình 3.10 Mối quan hệ dòng vào áp 28 Hình 3.11 Sơ đồ kết nối module ACS712 với hệ thống 28 Hình 3.12 Module mạch cầu H điều khiển động L298 29 Hình 3.13 Đồ thị biểu thị mối quan hệ Vsat Io 29 Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lí module điều khiển động L298 30 Hình 3.15 Sơ đồ chân giao tiếp module L298 31 Hình 3.16 Ảnh thực tế cảm biến hành trình loại nhỏ 33 Hình 3.17 Sơ đồ ngun lí cơng tắc hành trình 33 Hình 3.18 Ảnh mặt trước module cảm biến thân nhiệt HC SR505 34 Hình 3.19 Ảnh mặt sau module cảm biến thân nhiệt HC SR505 34 Hình 3.20 Ngõ giao tiếp module HC SR505 35 Hình 3.21 Mạch ngun lí modules relay kênh 36 Hình 3.22 Ảnh mặt trước kit STM32F746G Discovery 37 Hình 3.23 Ảnh mặt sau kit STM32F746G Discovery 37 Hình 3.24 Sơ đồ phần cứng board STM32F746G Discovery 38 Hình 3.25 Sơ đồ chân ngõ board STM32F746G Discovery 39 Hình 3.26 Sơ đồ kết nối khối trung tâm với hệ thống 39 Hình 3.27 Lưu đồ giải thuật chương trình 40 Hình 3.28 Lưu đồ giải thuật chế độ 41 Hình 3.29 Lưu đồ giải thuật chế độ 42 Hình 3.30 Lưu đồ giải thuật chế độ 43 Hình 3.31 Lưu đồ giải thuật chế độ 44 Hình 3.32 Lưu đồ giải thuật chế độ 45 Hình 3.33 Lưu đồ giải thuật chế độ 46 Hình 3.34 Lưu đồ giải thuật chế độ 47 Hình 3.35 Lưu đồ chương trình co quét vân tay 48 Hình 3.36 Chương trình đăng nhập password mở cửa tự động 49 Chương Mở Đầu x Đồ Án Tốt Nghiệp Chương KẾT QUẢ Hình 4.1 Hình thực tế hệ thống Hình 4.2 Giao diện quét vân tay Hình 4.3 Giao diện đăng nhập password Hình 4.4 Hình đăng nhập hệ thống Hình 4.5 Hình menu hệ thống Hình 4.6 Thêm xóa dấu vân tay người dùng Hình 4.7 Điều khiển động Hình 4.8 Điều khiển đèn 220VAC Hình 4.9 Giao diện thơng tin Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TÀI LIỆU THAM KHẢO Chương Mở Đầu xi Đồ Án Tốt Nghiệp  Lưu đồ chương trình Yêu cầu: Tại chế độ này, người dùng điều khiển thiết bị điện 220VAC thơng qua hình cảm ứng, có hiển thị kết điều khiển LCD Hình 3.31 Lưu đồ giải thuật chế độ Chương Thiết Kế Hệ Thống 44 Đồ Án Tốt Nghiệp  Lưu đồ chương trình Yêu cầu: Tại chế độ này, hệ thống thay đổi password để đăng nhập vào hệ thống trường hợp người dùng cao đăng nhập vào hệ thống để thay đổi chỉnh sửa thông số hệ thống như: điều khiển đèn, điều khiển động cơ, thay đổi password Hình 3.32 Lưu đồ giải thuật chế độ Chương Thiết Kế Hệ Thống 45 Đồ Án Tốt Nghiệp  Lưu đồ chương trình Yêu cầu: Tại chế độ này, hệ thống hiển thị thông tin tác giả, giáo viên phụ trách thực đồ án Hình 3.33 Lưu đồ giải thuật chế độ Chương Thiết Kế Hệ Thống 46 Đồ Án Tốt Nghiệp  Lưu đồ chương trình Yêu cầu: Tại chế độ này, Hệ thống cho phép người dùng chọn chế độ hoạt động hệ thống thông qua giao diện cảm ứng hệ thông thiết lập Hình 3.34 Lưu đồ giải thuật chế độ Chương Thiết Kế Hệ Thống 47 Đồ Án Tốt Nghiệp  Lưu đồ chương trình đăng nhập dấu vân tay Yêu cầu: Hệ thống thêm chức mở cửa password cho trường hợp đăng nhập vân tay xảy cố Hệ thống lưu thông tin người dùng tên, má số, id người dùng hệ thống lấy mã số để đăng nhập với mã số tùy thích Hình 3.35 Lưu đồ chương trình co quét vân tay Chương Thiết Kế Hệ Thống 48 Đồ Án Tốt Nghiệp  Lưu đồ chương trình đăng nhập password Yêu cầu: Tại chế độ này, hệ thống yêu cầu người dung nhập id password người Password lưu trữ thẻ nhớ hệ thống so sánh password lưu trữ password nhập vào, hệ thống cho phép chế độ mở cửa tự động Hình 3.36 Chương trình đăng nhập password mở cửa tự động Chương Thiết Kế Hệ Thống 49 Đồ Án Tốt Nghiệp 5.3 Sơ đồ kết nối toàn hệ thống Chương Thiết Kế Hệ Thống 50 Đồ Án Tốt Nghiệp Chương KẾT QUẢ 4.1 Kết đạt 4.1.1 Mơ hình thực tế Hình 4.1 Hình thực tế hệ thống Chương Kết 51 Đồ Án Tốt Nghiệp 4.1.2 Giao diện đăng nhập vân tay mở cửa tự động Hình 4.2 Giao diện quét vân tay 4.1.3 Giao diện đăng nhập password mở cửa tự động Hình 4.3 Giao diện đăng nhập password Chương Kết 52 Đồ Án Tốt Nghiệp 4.1.4 Giao diện đăng nhập hệ thống Hình 4.4 Hình đăng nhập hệ thống 4.1.5 Giao diện menu hệ thống Hình 4.5 Hình menu hệ thống Chương Kết 53 Đồ Án Tốt Nghiệp 4.1.6 Giao diện thêm xóa dấu vân tay Hình 4.6 Thêm xóa dấu vân tay người dùng 4.1.7 Giao diện điều khiển động tay Hình 4.7 Điều khiển động Chương Kết 54 Đồ Án Tốt Nghiệp 4.1.8 Giao diện điều khiển thiết bị 220VAC Hình 4.8 Điều khiển đèn 220VAC 4.1.9 Giao diện thơng tin Hình 4.9 Giao diện thơng tin Chương Kết 55 Đồ Án Tốt Nghiệp 4.2 Đánh giá 4.2.1 Ưu điểm hệ thống  Hệ thống có khả thêm xóa dấu vân tay người dùng  Hệ thống đăng nhập bang password vân tay gặp vấn đề vật lí  Hệ thống yêu cầu password người dùng cao để chỉnh sửa dáu vân tay, password  Xử lí cố tải, kẹt cửa, phát người qua cửa  Có thêm chức điều khiển động mở hồn tồn, đóng hồn tồn, điều khiển thiết bị điện 220VAC phịng bên ngồi  Các thao tác xử lí thơng qua hình cảm ứng điện dung nên thao tác dễ dàng, bắt mắt,… 4.2.2 Nhược điểm hệ thống  Q trình tự động cửa chưa hồn tồn ổn định dừng đột ngột, lỗi cảm biến hành trình,…  Cơ cấu khí mang tính mơ hình nên chưa đáp ứng phù hợp với nhu cầu thực tế  Giao diện chưa thẫm mỹ Chương Kết 56 Đồ Án Tốt Nghiệp Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Nhóm thiết kế xây dựng, thiết kế hệ thống mở cửa tự đông dấu vân tay dựa kit arm STM32F746G Discovery, có khả quét vân tay nhập password để mở cửa tự động, với yêu cầu cửa chống tải, kẹt cửa phát người điều khiển thiết bị điện Tuy nhiên, hệ thống cịn số khuyết điểm hệ thống chưa hồn tồn ổn định, chưa hiển thị hình ảnh số thông tin lien quan đến người dùng, cấu khí cịn sơ xài chưa đảm bảo sử dụng thực tế… 5.2 Hướng phát triển đề tài Do hệ thống tồn số hạn chế, người thiết kế đề xuất số hướng phát triển sau:  Xây dựng thêm chức thông báo âm cho hệ thống  Thiết kế giao diện bắt mắt, thẩm mỹ  Tăng khả lưu trữ dấu vân tay so với 128 dấu vân tay  Xây dựng thêm chức chụp ảnh người dùng, hiển thị lưu vào nhớ Chương 5: Kết Luận Và Hướng Phát Triển 57 Đồ Án Tốt Nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài Liệu Tiếng Việt [1] Thầy Phan Vân Hồn, “ Giáo Trình Vi Xử Lí Nâng Cao”, Trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật TPHCM, 2015 [2] Thầy Nguyễn Đình Phú, “ Thực Tập Vi Xử Lí Nâng Cao”, Trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuât TPHCM, 2014 Tài Liệu Tiếng Anh [3] User Manual, Description of STM32F7xx HAL drivers [4] Datasheet STM32F746 [5] User Manual, Discovery Kit for STM32F7 Series with STM32F746G MCU [6] User Manual, R30X Series Fingerprint Identification Module [7] Datasheet for ACS712 [8] Datasheet for L298, DUAL FULL-BRIDGE DRIVER [9] Datasheet for HC SR505 Trang Web Tham Khảo [10] http://thegioiic.com/products/stm32f7-discovery [11] http://hshop.vn/cam-bien-nhan-dang-van-tay.html [12] www.st.com [13] www.keil.com [14] https://github.com/MaJerle Tài liệu tham khảo 58 ... ứng dụng công nghệ nhận dạng dấu vân tay khai thác tính kít nên nhóm chọn hướng nghiên cứu ? ?ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG DẤU VÂN TAY VÀO MƠ HÌNH HỆ THỐNG CỬA TỰ ĐỘNG TRÊN NỀN KIT STM32F746G? ?? 1.2... THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 3.1.1 Yêu cầu hệ thống Hệ thộng ứng dụng công nghệ dấu vân tay vào hệ thống cửa tự động dựa kit STM32F746G discovery gồm yêu cầu sau:  Nhận dạng, lưu... đề tài Các điểm đề tài nhóm:  Sử dụng tính Kit ARM STM32F746G Discovery( lõi ARM Cortex dòng ARM)  Ứng dụng công nghệ nhận dạng dấu vân tay vào mơ hình cửa tự động 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Các