(Đồ án hcmute) mô hình cửa tự động dùng cảm biến 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 CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH MƠ HÌNH CỬA TỰ ĐỘNG DÙNG CẢM BIẾN VÂN TAY GVHD: TRƯƠNG NGỌC SƠN SVTT: LÊ NHẬT TRƯỜNG MSSV: 13119159 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2018 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH CỬA TỰ ĐỘNG DÙNG CẢM BIẾN VÂN TAY GVHD: Ts Trương Ngọc Sơn SVTH: Lê Nhật Trường MSSV: 13119159 Khoá: 2013 - 2017 Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2018 an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, ngày… Tháng… năm 201 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Nhật Trường MSSV: 13119159 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Lớp: 13119CL1 Giảng viên hướng dẫn: Ts Trương Ngọc Sơn ĐT: 0931.085.929 Ngày nhận đề tài: Ngày nộp đề tài: Tên đề tài: Mơ hình cửa tự động dùng cảm biến vân tay Các số liệu, tài liệu ban đầu: Nội dung thực đề tài: Sản phẩm: TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Lê Nhật Trường MSSV: 13119159 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Tên đề tài: Mơ hình cửa tự động dùng cảm biến vân tay Họ tên giáo viên hướng dẫn: Ts Trương Ngọc Sơn NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: ……………… (Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) iii an CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Lê Nhật Trường MSSV: 13119159 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Tên đề tài: Mơ hình cửa tự động dùng cảm biến vân tay Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: ……………… (Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) iv an LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, sinh viên thực đề tài xin phép chân thành gửi lời cảm ơn đến giáo viên hướng dẫn Tiến sĩ Trương Ngọc Sơn đã định hướng trao đổi kinh nghiệm quý báu để sinh viên thực nội dung đề tài cách hoàn chỉnh Sinh viên thực đề tài cũng xin trân trọng cảm ơn thầy (cô) trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt kiến thức tảng để sinh viên thực hoàn thành tốt đề tài Cũng gửi lời cảm ơn đến gia đình: bố mẹ, anh chị đã tạo điều kiện thuận lợi mặt vật chất tinh thần sở vững tâm lý để sinh viên thực đề tài hoàn thành tốt cơng việc học tập Cũng xin gửi lời chân thành cảm ơn đến tất bạn lớp 13119CL1 đã cùng học tập, giúp đỡ trao đởi kiến thức liên quan để hồn thành đồ án môn học tiến độ đạt kết tốt Người thực Lê Nhật Trường v an TÓM TẮT Đề tài theo hướng hệ thống nhúng với chức chính đề tài thực chức mở cửa tự động dựa vân tay đã lưu lại hệ thống, đồng thời có theo hệ thống mật kèm theo dựa yêu cầu người dùng đặt hệ thống nhằm giải vấn đề song song với cảm biến vân tay Hệ thống việc nhận, lưu trữ, so sánh vân tay dựa cảm biến vân tay việc nhập mật hệ thống qua bàn phím ma trận theo mật đã lưu hệ thống, hệ thống cịn có việc hiển thị thơng tin liên quan hệ thống lên hình LCD vi an MỤC LỤC TRANG BÌA i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv LỜI CẢM ƠN v TÓM TẮT vi MỤC LỤC vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ xi Chương TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Nhiệm Vụ Nghiên Cứu 1.4 Đối Tượng Và Phạm Vi Nghiên Cứu 1.5 Phương Ph́ áp Nghiên Cứu 1.6 Bố Cục Của Đồ Án Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Phần cứng 2.1.1 Giới thiệu vi xử lý ARDUINO 2.1.2 Cảm biến vân tay 2.1.3 LCD 16x2 18 2.1.4 Ma trận phím 19 2.1.5 Module I2C LCD 21 2.1.6 Khóa chốt điện Solenoid Lock LY-01 22 2.1.7 Relay 22 2.1.8 Module Sim800A 23 Chương TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 28 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 28 vii an 3.2 Yêu cầu hệ thống 28 3.3 Sơ đồ khối chức khối 28 3.3.1 Khối cảm biến 29 3.3.2 Khối thiết bị điều khiển 33 3.3.3 Khối hiển thị 36 3.3.4 Khối xử lý trung tâm 38 3.3.5 Khối Nguồn 39 3.3.6 Sơ đồ khối hệ thống 40 3.4 Lưu đồ giải thuật 40 3.5 Hoạt động toàn hệ thống 49 Chương KẾT QUẢ 50 4.1 Kết 50 4.2 Kết hệ thống 50 4.3 Hướng dẫn sử dụng mơ hình 53 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 60 5.1 Kết luận 60 5.2 Hướng phát triển 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 viii an DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT  AVR chip vi điều khiển bits với cấu trúc tập lệnh đơn giản hóa-RISC (Reduced Instruction Set Computer), kiểu cấu trúc thể ưu xử lí  I/O (Input/Output) chân tín hiệu vào/tín hiệu  I2C (Inter-Intergrated Circuit) chuẩn giao tiếp nối tiếp dây  IDE (Integrated Development Environment) phần mềm cung cấp cho lập trình viên mơi trường tích hợp bao gồm nhiều công cụ khác chương trình viết mã lệnh hay code editor, chương trình sửa lỗi hay debugger, chương trình mơ ứng dụng chạy thực tế hay simulator  PWM (Pulse-width modulation) gọi Điều chế độ rộng xung, kỹ thuật điều chế sử dụng để mã hóa thơng điệp thành tín hiệu xung  UART (Universal Asynchronous Receiver – Transmitter) mạch tích hợp sử dụng việc truyền dẫn liệu nối tiếp máy tính thiết bị ngoại vi ix an Quá trình thêm vân tay hệ thống giồm bước sau: Đầu tiên LCD hiển thi thông báo nhập mật , sau giá trị nhận từ ma trận phím 4x4 nhập mật ( gồm số sau nhấn nút ‘B’ giống chương trình kiểm tra pass ) Hệ thống so sánh mật vừa nhập vào với mật đặt riêng cho phần thêm vân tay ( inputpass == passthem) mật khác với mật để mở cửa (passthem = ‘123’ ) Nếu pass vừa nhập sai lần hệ thống hiển thị thông tin “ Hay Thu Lai “ khỏi chương trình thêm vân tay Nếu pass nhập hệ thống bắt đầu trình thêm vân tay: Hệ thống hiển thị để người dùng quét vân tay lần , sau chụp hình ảnh vân tay cảm biến phân tính hình ảnh vừa quét Nếu hình ảnh vừa nhận vào hợp lệ (FINGERPRINT_OK) hệ thống hướng dẫn cho nười dùng quét vân tay lần Nếu hình ảnh vừa nhận vào lỗi (FINGERPRINT_PACKETRECIEVEERR) lỗi đóng gói (FINGERPRINT_IMAGEFAIL) lỗi hình ảnh Cảm biến kiểm tra lỗi lỗi hệ thống cho ta quét vân tay lại , có lỗi khơng phải lỗi hệ thống báo lỗi khơng xác định khỏi chương trình thêm vân tay Ở lần nhập vân tay lần hai hệ thống thực lại bước lần quét lần Nếu có lỗi xử lý lần Nếu vân tay hợp lệ lần hệ thống lư hình ảnh vân tay vào địa chỉ nhớ cảm biến (p = finger.storeModel(id)) , thông báo lưu vân tay thành cơng kết thúc chương trình thêm vân tay 3.5 Hoạt động toàn hệ thống Ban đầu, hệ thống khởi động cấu hình module điều khiển LCD đưa cảm biến chức khác hệ thống vào trạng thái sẵn sàng hoạt động Sau khởi động xong hệ thống chuyển sang trang thái chờ sẵn sàng hoạt động: Nếu có tín hiệu vào từ cảm biến vân tay hệ thống thực chức mở cửa vân tay hợp lệ chức báo động nhập sai nhiều lần từ cảm biến vân tay ma trận phím Nếu có tín hiệu từ phím ‘C’ ma trận phím 4x4 hệ thống thực chức thêm vân tay vào hệ thống Trong suốt trình hoạt động hệ thống hiển thị lên hình LCD nhữ hướng dẫn thơng báo cần thiết để tránh cố khơng đáng có 49 an Chương KẾT QUẢ 4.1 Kết Sau q trình nghiên cứu thực đề tài nhóm đã đạt kết sau: - 4.2 Thiết kế xây dựng mơ hình giao tiếp với cảm biến vân tay R305, ma trận phím, LCD cùng module i2c Kiểm soát, điều khiển thiết bị hệ thống như: module sim 800A, relay, buzzer… Hiển thị thông tin cần thiết lên LCD Hệ thống hoạt động yêu cầu đề ban đầu Kết hệ thống Nhằm kiểm soát hệ thống cách dễ dàng, gọn hơn, nhóm đã thiết kế mạch in sau: Hình 4.1 Mạch in phần cứng Từ mạch in nhóm đã thi cơng phần cứng hoàn chỉnh kết nối linh kiện lại với sau: 50 an Hình 4.2 Phần cứng hồn chỉnh Từ phần cứng nhóm đã thi cơng thiết kế mơ hình cửa hoạt động tương đối ổn định giống với thực tế: 51 an Hình 4.3 Mơ hình thi cơng hồn chỉnh - 4.3 Kết nối tất linh kiện với Hiển thị thông tin cảm biến, trạng thái hoạt động chức lên LCD Hệ thống giao tiếp tốt với cảm biến cũng module Có thể thêm vân tay hệ thống Điều khiển khóa từ, module sim cũng linh kiện khác Hệ thống hoạt động tốt Hướng dẫn sử dụng mơ hình Đầu tiên ta đợi hệ thống khởi động kết nối với linh kiện, khởi tạo biến mảng… 52 an Hình 4.4 Quá trình khởi động hệ thống Hình 4.5 Quá trình khởi động hoàn tất Sau khởi động hoàn tất hệ thống vào trạng thái chờ thao tác từ người dùng Ở người dùng có hai lựa chọn nhập vân tay thực trình thêm dấu vân tay vào hệ thống 53 an Nếu người dùng muốn mở hệ thống đặt ngón tay vào cảm biến (đang báo đèn đỏ) vân tay đã lưu vào hệ thống từ trước Hình 4.6 Mở cửa bằng vân tay thàng công Nếu vân tay trùng khớp hình LCD hiển thị lời chào hiển thị địa chỉ vân tay đã lưu cảm biến, đồng thời điều khiển khóa từ mở người dùng mở cửa hệ thống, sau khoảng thời gian delay hệ thống quay chế độ chờ ban đầu Nếu vân tay sai hệ thống thông báo hiển thị số lần sai cho thực lại, sai lần nhập vân tayhệ thống tắt chức vân tay chuyển sang cho người dùng nhập mật Bạn nhập mật gồm số nút “B” nhập xong, nhập sai số bạn xóa nhập lại từ đầu bằng nút “A” 54 an Hình 4.7 Thơng báo nhập sai vân tay Hình 4.8 Thơng báo nhập mật khẩu Tương tự nhập vân tay : nhập mật khóa từ mở quay lại chế độ chờ nhập sai lần hệ thống bị khóa , khơng thể thao tác khác đồng thời báo động hiển thị LCD 55 an Hình 4.9 Hệ thống bị khóa Hình 4.10 Cửa hệ thống mở Nếu người dùng muốn sử dụng chức thêm dấu vân tay hệ thống nhấn vào nút “C” ma trận phím tiếp tục làm theo hướng dẫn hiển thị hình LCD 56 an Hình 4.11 Thơng báo nhấn nút C Tiếp hệ thống yêu cầu nhập mật , mật khác so với mật dùng để mở cửa hệ thống Hình 4.12 Nhập mật khẩu Nếu bạn nhập mật khơng tương tự nhập mật mở cửa , sai lần khỏi chương trình thêm vân tay 57 an Nếu mật bạn thông báo nhập vân tay vào cảm biến Hình 4.13 Nhập vân tay lần Sau xử lý vân tay hợp lệ hệ thống yêu cầu nhập vân tay lần Hình 4.14 Yêu cầu nhập vân tay lần Sau nhập vân tay vào hệ thống thông báo thêm vân tay thành cơng sau trở chế độ chờ ban đầu chờ thao tác từ người dùng 58 an Hình 4.15 Thơng báo thêm vân tay thành công 59 an Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Đạt mục tiêu đặt “Mơ hình cửa tự động dùng cảm biến vân tay” nhiên nhóm cũng đã đánh giá lại mặt ưu nhược điểm đề tài  Ưu điểm: - Sử dụng linh kiện có sẵn thị trường Hoạt động theo yêu cầu đặt ban đầu: nhận dạng vân tay chủ hệ thống, mở cửa nhận dạng vân tay mật , báo động có người lạ cố xâm nhận hệ thống - - Hiển thị thông báo hướng dẫn cần thiết lên LCD để tránh cố khơng đáng có xả cho hệ thống Chi phí thực thấp áp dụng thực tế dễ dàng tận dụng tối đa tài nguyên tránh lãng phí -  Nhược điểm hướng khắc phục: Mơ hình khó khăn việc thay đổi mật cho hệ thống Để khắc phục điều cần thêm chức đổi mật cho hệ thống cho phép chủ hệ thống Tóm lại, hệ thống đã thực tốt mục tiêu, yêu cầu đề trình thực đồ án từ thiết kế phần cứng thiết kế phần mềm giúp nhóm thực hiểu ARDUINO, module cảm biếncũng cách giao tiếp cũng cách lập trình cho nó, áp dụng kiến thức đã học vào thực tế áp dụng công nghệ kỹ thuật sống 5.2 Hướng phát triển Sau hoàn thành đề tài em đánh giá hướng phát triển đề tài sau: - Xây dựng ứng dụng điều khiển điện thoại thông minh Android, IOS hay Windown phone - Thêm số chức tự động mở cửa đống cửa tự động dùng cảm biến ví dụ cảm biến nhiệt độ, cảm biến hồng ngoại… - Sử dụng thiết bị cảm biến tốt hơn, độ chính xác cao (thiết bị cảm biến công nghiệp) - Xây dựng hệ thống quản lý người dùng internet giám sát người đã dùng hệ thống thời gian mục đích sử dụng… 60 an - Thêm chức chụp ảnh người dùng vào phần báo động hệ thống Kết hợp thêm camera giám sát cho hệ thống Xây dựng hệ thống lượng kết hợp 61 an TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình vi xử lý nâng cao - Phan Văn Hoàn - Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM 2015 [2] Giáo trình vi xử lý - Nguyễn Đình Phú, Trương Ngọc Anh - Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2013 [3] Arduino Workshop - John Boxall – Publisher Printed in USA , 2013 [4] https://www.arduino.cc/ 62 an an ... khối 3.3.1 Khối cảm biến Khối cảm biến bao gồm: cảm biến vân tay R305 ma trận phím 4x4 Sơ đồ kết nối khối cảm biến khối xử lý trung tâm thể hình Hình 3.2 Khối cảm biến Cảm biến vân tay Chức năng:... 2.1.2 Cảm biến vân tay Hình 2.4 Module nhận dạng vân tay R305 Hiện thị trường có nhiều loại cảm biến để nhận dạng phát người dùng như: cảm biến nhận dạng khuôn mặt, cảm biến hồng ngoại, cảm biến. .. dạng xử lý dấu vân tay Nguyên tắc làm việc Module cảm biến nhận dạng vân tay: Module cảm biến nhận dạng vân tay R305 bao gồm hai trình: trình đăng nhập dấu vân tay trình kết hợp vân tay [được chia