(Đồ án hcmute) hệ thống kiểm soát tủ gửi đồ bằng dấu vân tay

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG HỆ THỐNG KIỂM SOÁT TỦ GỬI ĐỒ BẰNG DẤU VÂN TAY GVHD: TRƯƠNG NGỌC ANH SVTH: NGUYỄN CÔNG TRỰC MSSV: 13141396 SVTH: PHAN XUÂN VINH MSSV: 13141432 SKL 0 6 Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2018 an BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP- Y SINH - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG KIỂM SOÁT TỦ GỬI ĐỒ BẰNG DẤU VÂN TAY GVHD: ThS Trương Ngọc Anh SVTH: Nguyễn Công Trực 13141396 Phan Xuân Vinh 13141432 Tp Hồ Chí Minh – 1/2018 i an TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Tp HCM, ngày 15 tháng năm 2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chun ngành: Hệ đào tạo: Khóa: Nguyễn Cơng Trực Phan Xn Vinh Điện tử cơng nghiệp Đại học quy 2013 MSSV: 13141396 MSSV: 13141432 Mã ngành: 01 Mã hệ: 13 Lớp: 13141DT1 I TÊN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG KIỂM SOÁT TỦ GỬI ĐỒ BẰNG DẤU VÂN TAY II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu:  Đồ án viết dựa tài liệu datasheet hình HMI Nextion sản xuất, tài liệu Arduino, cảm biến vân tay Nội dung thực hiện:  Tìm hiểu phần mềm lập trình Arduino IDE, Nextion Editor  Tìm hiểu quy trình gửi lấy đồ dấu vân tay  Nghiên cứu chọn giải pháp thiết kế hệ thống tủ gửi đồ dấu vân tay  Thiết kế mơ hình  Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát  Đánh giá kết thực III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 30/09/2017 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/01/2018 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Trương Ngọc Anh CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH ii an 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 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP-Y SINH Tp HCM, ngày 15 tháng năm 2018 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Công Trực Lớp: 13141DT1C MSSV:13141396 Họ tên sinh viên 2: Phan Xuân Vinh Lớp: 13141DT1C MSSV:13141432 Tên đề tài: Hệ thống giám sát tủ gửi đồ dấu vân tay Tuần/ngày Xác nhận GVHD Nội dung Tìm hiểu đề tài Tìm hiểu arduino phần mềm lập trình arduino Tìm hiểu lý thuyết điều khiển lập trình để phục vụ cho nội dung mơ hình Tìm hiểu phần mềm Nextion Editor hãng Nextion Tìm hiểu lý thuyết thiết kế giao diện giám sát, điều khiển hình HMI Thiết kế giao diện điều khiển giám sát HMI Vẽ PCB thi công cho mạch kết nối module cảm biến với Arduino Thiết kế thi công mô hình tủ thực tế Lắp ráp, cân chỉnh cấu chấp hành mơ hình 10+11 13 14+15 Viết chương trình điều khiển hệ thống Kiểm tra chạy thử toàn hệ thống Hoàn thành phần cứng.Tiến hành quay video cho mơ hình Viết báo cáo hoàn thành báo cáo ĐATN GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) iii an LỜI CAM ĐOAN Chúng tơi cam đoan ĐATN cơng trình nghiên cứu thân hướng dẫn Th.S Trương Ngọc Anh Các kết công bố ĐATN “Hệ thống kiểm soát tủ gửi đồ dấu vân tay” trung thực không chép hồn tồn từ cơng trình khác Người thực đề tài Nguyễn Công Trực Phan Xuân Vinh iv an MỤC LỤC Trang bìa… i Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp ii Lịch trình thực đồ án tốt nghiệp iii Lời cam đoan iv Mục lục…… v Liệt kê hình vẽ viii Liệt kê bảng… x Các từ viết tắt xii Lời cảm ơn ….… xii Tóm tắt ….… xiii CHƯƠNG 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 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.Tổng quan công nghệ cảm biến nhận dạng dấu vân tay 2.1.1 Giới thiệu công nghệ nhận dạng dấu vân tay 2.1.2 Giới thiệu module cảm biến vân tay R305 2.2 Tổng quan hình HMI 15 2.2.1 Giới thiệu hình HMI 15 2.2.2 Giới thiệu Màn hình HMI UART cảm ứng điện trở inch 17 2.5 Giới thiệu arduino mega 2560 19 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 24 3.1 Giới thiệu 24 3.2 Tính tốn thiết kế hệ thống 25 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 25 v an 3.2.2 Tính tốn thiết kế mạch 28 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 37 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG 39 4.1 Giới thiệu 39 4.2 Thi công hệ thống 39 4.2.1 Thi công bo mạch 39 4.2.2 Lắp ráp kiểm tra 40 4.3 Đóng gói thi cơng mơ hình 40 4.3.1 Đóng gói điều khiển 40 4.3.2 Thi cơng mơ hình 43 4.4 Lập trình hệ thống 44 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 44 4.4.2 Phần mềm lập trình cho Arduino 50 4.4.3 Phần mền lập trình cho hình cảm ứng điện trở HMI Nextion 55 4.5 Hướng dẫn sử dụng, thao tác 63 4.5.1 Hướng dẫn sử dụng thao tác 63 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 72 5.1 Cảm biến 72 5.2 Chốt điện 72 5.3 Bộ vi điều khiển 72 5.4 Màn hình HMI 73 5.5 Nhận xét đánh giá 73 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 81 6.1 Kết luận 81 6.2 Hướng phát triển 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC… 84 vi an LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Cơ chế hoạt động cảm biến quang học Hình 2 Cơ chế hoạt động cảm biến điện dung Hình Nhận dạng dấu vân tay sóng siêu âm Hình Module cảm biến vân tay R305 Hình Khung truyền liệu R305 Hình Màn hình HMI 16 Hình Cấu tạo cảm ứng HMI 16 Hình Màn hình HMI UART cảm ứng điện trở inch 17 Hình Kích thước hình HMI inch 18 Hình 10 Thành phần cấu tạo hình HMI 18 Hình 11 Logo arduino IDE 19 Hình 12 Board Arduino Mega 2560 20 Hình 1.Sơ đồ khối hệ thống 25 Hình Logo phần mềm APITest 28 Hình 3 Giao diện phần mền APITest 29 Hình Hình kết nối R305 31 Hình Giao diện menu thiết kế 33 Hình Giao diện menu hình 33 Hình Giao diện admin thiết kế 34 Hình Giao diện admin hình 34 Hình Thơng báo tủ số hình 35 Hình 10 Adapter 5V 1A 36 Hình 11 Adapter 12V 4A 36 Hình 12 Sơ đồ tổng quát hệ thống 37 Hình 13 Sơ đồ mạch relay điều khiển khối chấp hành hệ thống 38 Hình Giao diện thiết kế bảng điều khiển hệ thống 41 Hình Hộp điều khiển thiết kế 41 Hình Tủ thiết kế 41 Hình 4 Hộp điều khiển sau thi công 42 vii an Hình Tủ sau thi công 42 Hình Lắp đặt khóa chốt điện từ lên cửa tủ 43 Hình Lắp đặt kết nối khối 43 Hình Mơ hình sau hồn thiện 44 Hình Lưu đồ hệ thống kiểm sốt tủ dấu vân tay 45 Hình 10 Lưu đồ gửi đồ dấu vân tay 47 Hình 11 Lưu đồ lấy đồ 48 Hình 12 Lưu đồ quản trị admin 49 Hình 13 Giao diện web tải phần mềm Arduino IDE 50 Hình 14 Phiên dành cho Windows 50 Hình 15 Download phần mềm 51 Hình 16 Bước chọn Run 51 Hình 17 Bước hai chọn I Agree 51 Hình 18 Bước ba chọn Next 52 Hình 19 Bước bốn chọn Install 52 Hình 20 Tạo Project 53 Hình 21 Các vùng làm việc phần mềm 53 Hình 22 Chức Icon 54 Hình 23 Vùng thơng báo lỗi 54 Hình 24 Chọn Port cho board Arduino 55 Hình 25 Logo phần mềm Nextion Editor 55 Hình 26 Tải phần mềm Nextion Editor 56 Hình 27 Bước 1.Chọn Run 56 Hình 28 Bước Chọn Next để tiếp tục cài đặt 57 Hình 29 Bước Chọn thư mục lưu chương trình, sau nhấn Next 57 Hình 30 Bước Chọn Install để bắt đầu trình cài đặt 58 Hình 31 Tạo Project Nextion Editor 58 Hình 32 Giao diện phần mền Nextion editor 59 Hình 33 Cài đặt kích thước hình 60 Hình 34 Cài đặt chế độ hiển thị 60 Hình 35 Cửa sổ nạp code cho hình HMI UART cảm ứng điện trở inch 61 Hình 36 Thơng báo nạp chương trình thành cơng 61 viii an Hình 37 Khe cắm thẻ nhớ hình 62 Hình 38 Tạo biên dịch chương trình 62 Hình 39 Thư mục chứa file nạp 63 Hình 40 Menu hệ thống 63 Hình 41 Lựa chọn chức gửi đồ 64 Hình 42 Lấy dấu vân tay lần 64 Hình 43 Lấy dấu vân tay lần 65 Hình 44 Thơng báo số tủ đăng kí gửi đồ 65 Hình 45 Thơng báo dấu vân tay không khớp 66 Hình 46 Chọn chức lấy đồ 66 Hình 47 Lấy dấu vân tay 67 Hình 48 Thơng báo tủ lúc gửi 67 Hình 49 Thơng báo dấu vân tay khơng có 68 Hình 50 Chọn chức admin 68 Hình 51 Yêu cầu nhập mật admin 69 Hình 52 Hiển thị menu admin 69 Hình 53 Hiển thị tủ sử dụng 70 Hình 54 Đăng kí mật 70 Hình 55 Lưu đồ thao tác hệ thống 71 Hình Ổ khóa vân tay 76 Hình Cảm biến vân tay tủ T40F 76 Hình Digital locker lock electronic fingerprint locker for public temporary storage T40F 77 Hình Mơ hình tủ 78 Hình 5 Lắp đặt chốt điện từ 78 Hình Hộp điều khiển 79 Hình Kết nối khối vào hộp điều khiển 79 Hình Quá trình lấy dấu vân tay 80 Hình Thơng báo số tủ đăng kí thành cơng 80 ix an CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Hình Digital locker lock electronic fingerprint locker for public temporary storage T40F Đánh giá: Tuy phần kết cấu mơ hình “Hệ thống kiểm sốt tủ gửi đồ dấu vân tay” cịn nhiều thiếu sót chưa mang tính thương mại hóa sản phẩm có thị trường Nhưng đề tài tối ưu khuyết điểm mà sản phẩm khác với số hạn chế định hạn chế độ hiển thị thơng tin, góc nhìn khả tương tác với người dùng, chưa thương mại hóa Việt Nam Đối tượng sử dụng bị hạn chế chiều cao vị trí đặt cảm biến, hình tủ Đã khắc phục tối ưu hệ thống đề tài BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH an 77 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG • Phần kết cấu: Vì phiên thử nghiệm nên nhóm định chọn aluminum composite để làm phần khí cho mơ hình, phần gắn kết với pas vuông ốc để tạo độ cứng Mô hình có chân đế, điều giúp mơ hình khơng bị rung lắc hoạt động Mơ hình có kích thước hình hộp chữ nhật có kích thước dài x rộng x cao 20cm x 15cm x 30cm Hộp điều khiển thiết kế đơn giản với mặt điều khiển thiết kế với góc nghiêng giúp dễ dàng thao tác điều khiển Hình 5 Mơ hình tủ Hình Lắp đặt chốt điện từ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH an 78 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Hình Hộp điều khiển  Phần thiết kế: Các module mạch điều khiển gồm: mạch Arduino Mega 2560, module R305, hình UART HMI 5inch, module bàn phím ma trận, nguồn adapter 5V 12V, module relay 5V Các module có độ bền tính ổn định cao Ngồi ra, khối module kết nối với qua bus nên việc phát triển thuận lợi Hình Kết nối khối vào hộp điều khiển BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH an 79 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG  Phần lập trình - Cơ cấu mơ hình hoạt động ổn định với độ xác cao, tốc độ lấy dấu vân tay nhanh xác, cịn lỗi xác nhận vân tay sai tay bị bẩn hay ướt - Màn hình hiển thị rõ ràng, dễ nhìn thao tác nhiên phần cảm ứng số hạn chế thao tác loại hình cảm ứng điện trở  Tổng quan: Mơ hình sau hồn thành nhìn chung sản phẩm đạt hầu hết yêu cầu đặt cho ứng dụng gửi lấy đồ dấu vân tay Tủ có khả đóng mở tự động với độ xác cao Khả truy cập quản lý admin hoạt động với tính bảo mật cao, ổn định Khả mở cửa tủ cịn hạn chế vật liệu làm tủ dễ bị biến dạng di chuyển Và đề tài cịn hạn chế có cố điện hệ thống ngưng hoạt động khách hàng gửi đồ lấy đồ Hình Quá trình lấy dấu vân tay Hình 10 Thơng báo số tủ đăng kí thành cơng BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP - Y SINH an 80 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN - Sau đồ án lần chúng em có hội tìm hiểu nghiên cứu hình cảm ứng điện trở HMI Nextion, Arduino Mega 2560 cảm biến vân tay R305 ứng dụng thực tế - Mơ hình thiết kế giúp khách hàng gửi lấy đồ cửa hàng, siêu thị tiện nghi an tồn nhờ cơng nghệ cảm biến vân tay thao tác điều khiển dễ sử dụng hình cảm ứng - Tuy nhiên, hệ thống chưa hoàn hảo vật liệu làm tủ dễ bị biến dạng dẫn đến cấu hoạt động hệ thống chưa xác 100%, nguyên nhân: + Do phải di chuyển địa điểm dẫn đến tủ bị biến dạng làm ảnh hưởng đến vị trí lắp đặt chốt từ gắn cửa tủ bị di chuyển làm cấu đóng mở cửa chốt không hoạt động + Dấu vân tay chưa nhận dạng trường hợp vân tay bị bẩn ướt cảm biến vân tay loại cảm biến quang học - Hệ thống phải đặt khu vực có camera an ninh quan sát số trường hợp kẻ gian cạy cửa phá hỏng hệ thống - Nhìn chung, mơ hình “Hệ Thống Kiểm Soát Tủ Gửi Đồ Bằng Dấu Vân Tay” hoạt động ổn định hiệu suất đạt khoảng 95% so với yêu cầu ban đầu đề tài 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN - Để hệ thống hoàn thiện ổn định hơn, thay đổi cảm biến vân tay R305 loại cảm biến vân tay sóng siêu âm đề đưa kết xác trường hợp vân tay ướt - Để người dùng thao tác cách linh hoạt hình sử dụng loại hình cảm ứng điện dung đa điểm với kích thước lớn BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH an 81 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN - Thiết kế nguồn dự phòng cho hệ thống xảy cố điện sử dụng nguồn UPS để q trình sử dụng khơng bị gián đoạn - Hệ thống với chức kiểm soát, quản lý đồng thơng qua internet BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH an 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO - [1] John Boxal, “ Arduino Workshop, Willinam Pollock”, May 2013 - [2] “Language Reference”, https://www.arduino.cc/en/Reference/HomePage - [3] Datasheet R305-User-Manual, FireBull Schematic - [4] Lê Chí Huy, “Học lập trình”, https://freetuts.net - [5] “Nextion NX8048K050” -https://www.itead.cc/wiki/NX8048K050 - [6] Trang hỗ trợ tìm kiếm thơng tin - http://hshop.vn - http://arduino.vn - [7] Trần Thu Hà, “Giáo trình Điên tử bản”, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM 2013 - [8] Trang web hỗ trợ thiết kế phần mềm Nextion Editor https://nextion.itead.cc/editor_guide/ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH an 83 PHỤ LỤC PHỤ LỤC  Datasheet:  Module R305 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH an 84 PHỤ LỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH an 85 PHỤ LỤC  Màn hình HMI Nextion inch BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH an 86 PHỤ LỤC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH an 87 PHỤ LỤC  Chương trình khối xử lý trung tâm void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(BELL, OUTPUT); bell(0); pinMode(tu1, OUTPUT); pinMode(tu2, OUTPUT); pinMode(tu3, OUTPUT); pinMode(tu4, OUTPUT); digitalWrite(tu1,HIGH); digitalWrite(tu2,HIGH); digitalWrite(tu3,HIGH); digitalWrite(tu4,HIGH); finger.begin(57600); Serial.print("page 0"); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); goi_char(0); goi_char(1); delay(3000); if (finger.verifyPassword()) { goi_char(0); goi_char(3); delay(4000); Serial.print("page 1"); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); bell(1); delay(500); bell(0); } else { goi_char(0); goi_char(2); bell(1); delay(2000); bell(0); while (1); } } Void loop() { BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH an 88 PHỤ LỤC laydau_admin(); if(!tt_ht) { Serial.print("page 1"); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); Serial.write(0xff); tt_ht=1; } while(tt_ht) { laydau_admin(); char customKey = customKeypad.getKey(); x =int(customKey)-48; byte tam=0; if(Serial.available()) // lay du lieu nut nhan man hinh HMI { for(int i =0; i