Mục tiêu, đối tượng, và phương pháp nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng được chương trình nhận dạng khuôn mặt
Xác nhận thông tin thanh toán thông qua RFID.
Kết hợp nhận diện khuôn mặt và thẻ RFID.
Đối tượng nghiên cứu
Nhóm đối tượng nghiên cứu lý thuyết: Bao gồm các công nghệ nhận diện khuôn mặt và thẻ RFID.
Nhóm đối tượng nghiên cứu thực nghiệm: Bao gồm hệ thống thanh toán máy bán hàng tự động kết hợp nhận diện khuôn mặt và thẻ RFID.
Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu các nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử, các giao thức kết nối.
Nghiên cứu công nghệ nhận diện khuôn mặt và RFID.
Phương pháp nghiên cứu
Thu thập tài liệu có liên quan.
Phân tích và tổng hợp các giải thuật có trong đề tài.
Xây dựng chương trình thử nghiệm.
Đánh giá kết quả thử nghiệm.
Bố cục nội dung và kế hoạch thực hiện
Bố cục nội dung của luận án
- CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÁN HÀNG TỰ ĐỘNG VÀ CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG TRONG THANH TOÁN MÁY BÁN HÀNG TỰ ĐỘNG
- CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THANH TOÁN BẰNG THẺ RFID KẾT HỢP NHẬN DIỆN KHUÔN MẶT
- CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Kế hoạch thực hiện
➢ Từ 6/9 – 12/9: Tìm hiểu khái niệm về thẻ RFID và nhận diện khuôn mặt trong việc thanh toán hang hóa.
➢ Từ 13/9 – 19/9: Đề xuất mô hình máy bán hàng tự động.
➢ Từ 20/9 – 10/10: Thiết kế giao diện app mua hàng của máy bán hàng tự động.
➢ Từ 11/10 – 17/10: Chạy thử nghiệm sản phẩm
➢ Từ 18/10 – 31/10: Khảo sát sự ảnh hưởng của môi trường lúc quét khuôn mặt thanh toán.
➢ Từ 1/11 – 7/11: Thảo luận và đưa ra kiến nghị.
➢ Từ 8/11 – 14/11: Viết báo cáo kết quả thực hiện đồ án.
TỔNG QUAN VỀ BÁN HÀNG TỰ ĐỘNG VÀ CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG TRONG THANH TOÁN MÁY BÁN HÀNG TỰ ĐỘNG
Lịch sử phát triển của hệ thống bán hàng tự động
- Lịch sử phát triển của máy bán hàng tự động có thể bắt nguồn từ thế kỷ thứ nhất trước Công nguyên, khi nhà toán học Hy Lạp Hero xứ Alexandria đã phát minh ra một chiếc máy tự động có thể bán nước Tuy nhiên, những chiếc máy bán hàng tự động hiện đại đầu tiên được phát triển vào thế kỷ 19.
- Những chiếc máy bán hàng tự động đầu tiên
Máy bán hàng tự động đầu tiên ở Mỹ được xây dựng vào năm
1888 bởi Công ty Thomas Adams Gum, bán kẹo cao su trên các sân ga của Thành phố New York Cùng năm đó, Percival Everett ở Anh đã phát minh ra máy bán hàng tự động hiện đại đầu tiên, phân phát bưu thiếp.
Trong những năm tiếp theo, máy bán hàng tự động đã trở nên phổ biến hơn ở nhiều quốc gia Các mặt hàng được bán trong máy bán hàng tự động cũng ngày càng đa dạng, bao gồm đồ ăn nhẹ, đồ uống, thuốc lá, hóa phẩm, và thậm chí cả vé số.
- Sự phát triển của máy bán hàng tự động
Trong thế kỷ 20, máy bán hàng tự động đã tiếp tục phát triển với nhiều cải tiến về thiết kế và công nghệ Các máy bán hàng tự động hiện đại sử dụng các loại cảm biến và bộ vi xử lý tiên tiến để nhận dạng tiền xu và thẻ thanh toán, đồng thời cung cấp sản phẩm một cách chính xác và nhanh chóng.
Ngày nay, máy bán hàng tự động có mặt ở hầu hết các quốc gia trên thế giới Chúng được sử dụng trong nhiều môi trường khác nhau, bao gồm các tòa nhà văn phòng, trường học, nhà ga, sân bay, và các khu vực công cộng khác.
- Tương lai của máy bán hàng tự động
Máy bán hàng tự động được dự đoán sẽ tiếp tục phát triển trong tương lai Các nhà sản xuất máy bán hàng tự động đang nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới để cải thiện hiệu quả và tiện lợi của máy bán hàng tự động.
Một số xu hướng phát triển của máy bán hàng tự động trong tương lai bao gồm:
Sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để cải thiện khả năng nhận dạng và xử lý giao dịch của máy bán hàng tự động.
Sử dụng công nghệ in 3D để sản xuất các sản phẩm được bán trong máy bán hàng tự động.
Sử dụng các vật liệu tái chế và thân thiện với môi trường trong sản xuất máy bán hàng tự động.
Với những xu hướng phát triển này, máy bán hàng tự động sẽ trở nên phổ biến và tiện lợi hơn trong tương lai.
1.1.2 Các phương thức thanh toán của máy bán hàng tự động
Có nhiều phương thức thanh toán khác nhau cho máy bán hàng tự động Các phương thức thanh toán phổ biến nhất bao gồm:
- Tiền mặt: Đây là phương thức thanh toán truyền thống nhất cho máy bán hàng tự động Khách hàng có thể sử dụng tiền xu, tiền giấy hoặc cả hai để thanh toán.
Hình 1 1 Máy bán hàng tự động chấp nhận tiền mặt
- Thẻ tín dụng/ghi nợ: Nhiều máy bán hàng tự động hiện nay chấp nhận thẻ tín dụng và thẻ ghi nợ Đây là một phương thức thanh toán thuận tiện cho khách hàng có thẻ.
Hình 1 2: Máy bán hàng tự động chấp nhận thẻ tín dụng/ghi nợ
- Ví điện tử: Ví điện tử đang trở nên phổ biến hơn như một phương thức thanh toán cho máy bán hàng tự động Khách hàng có thể sử dụng ứng dụng ví điện tử trên điện thoại thông minh của họ để thanh toán.
Hình 1 3: Máy bán hàng tự động chấp nhận ví điện tử
- Tiền điện tử: Một số máy bán hàng tự động hiện nay cũng chấp nhận tiền điện tử Đây là một phương thức thanh toán mới nổi, nhưng nó đang trở nên phổ biến hơn
. Hình 1 4: Máy bán hàng chấp nhận tiền điện tử
Ngoài ra, một số máy bán hàng tự động còn cung cấp các phương thức thanh toán khác, chẳng hạn như:
Thẻ quà tặng: Khách hàng có thể sử dụng thẻ quà tặng để mua hàng tại máy bán hàng tự động.
Thẻ thành viên: Khách hàng có thể sử dụng thẻ thành viên để nhận được các ưu đãi khi mua hàng tại máy bán hàng tự động.
Ứng dụng thanh toán: Một số nhà cung cấp dịch vụ thanh toán cung cấp ứng dụng thanh toán cho máy bán hàng tự động.
1.1.3 Ưu điểm và hạn chế của máy bán hàng tự động Ưu điểm của máy bán hàng tự động
Tính tiện lợi: Máy bán hàng tự động cung cấp cho người tiêu dùng sự tiện lợi khi mua sắm mọi lúc, mọi nơi Người tiêu dùng không cần phải xếp hàng chờ đợi hoặc giao tiếp với nhân viên bán hàng.
Tính linh hoạt: Máy bán hàng tự động có thể được đặt ở nhiều địa điểm khác nhau, bao gồm cả những nơi không có nhân viên bán hàng Điều này mang lại sự thuận tiện cho người tiêu dùng và giúp doanh nghiệp mở rộng phạm vi tiếp cận khách hàng.
Tiết kiệm chi phí: Máy bán hàng tự động có thể giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí nhân công và chi phí vận hành.
Tăng doanh thu: Máy bán hàng tự động có thể giúp doanh nghiệp tăng doanh thu bằng cách mở rộng giờ bán hàng và phục vụ nhiều khách hàng hơn.
Hạn chế của máy bán hàng tự động
Tính an toàn: Máy bán hàng tự động có thể bị trộm cắp hoặc phá hoại Điều này có thể dẫn đến thiệt hại tài sản và mất doanh thu.
Tính bảo mật: Máy bán hàng tự động có thể bị hack để lấy trộm thông tin thẻ tín dụng hoặc tiền mặt.
Khả năng tiếp cận: Máy bán hàng tự động có thể không phù hợp với những người khuyết tật hoặc người cao tuổi.
Chi phí đầu tư: Máy bán hàng tự động có thể tốn kém để mua và lắp đặt.
Chính vì những lý do trên những công nghệ tiên tiến đã và đang được áp dụng vào máy bán hàng tự động để khắc phục những hạn chế trên cũng như thêm nhiều tính năng mới, giúp người tiêu dùng có những trải nghiệm tốt hơn Đặc biệt phải kể đến “ Hệ thống thanh toán cho máy bán hàng tự động sử dụng phương pháp nhận diện khuôn mặt kết hợp RFID”.
Công nghệ nhận diện khuôn mặt trong thanh toán máy bán hàng tự động
1.2.1 Công nghệ xử lý ảnh và ứng dụng nhận diện khuôn mặt nói chung
1.2.1.1 Công nghệ xử lý ảnh
Công nghệ xử lý ảnh là một lĩnh vực khoa học và kỹ thuật liên quan đến việc áp dụng các kỹ thuật xử lý số để biến đổi, phân tích và hiểu thông tin trong hình ảnh.
Công nghệ xử lý ảnh có thể được chia thành bốn lĩnh vực chính:
Xử lý nâng cao chất lượng ảnh: Các kỹ thuật này được sử dụng để cải thiện chất lượng hình ảnh, chẳng hạn như tăng độ tương phản, độ sắc nét, hoặc loại bỏ nhiễu.
Nhận dạng ảnh: Các kỹ thuật này được sử dụng để nhận dạng các đối tượng hoặc đặc điểm trong hình ảnh, chẳng hạn như khuôn mặt, chữ viết hoặc biển báo.
Nén ảnh: Các kỹ thuật này được sử dụng để giảm kích thước của hình ảnh mà không làm giảm đáng kể chất lượng của chúng.
Truy vấn ảnh: Các kỹ thuật này được sử dụng để tìm kiếm và trích xuất thông tin từ hình ảnh, chẳng hạn như tìm kiếm hình ảnh theo nội dung hoặc xác định vị trí của các đối tượng trong hình ảnh.
1.2.1.2 Công nghệ nhận diện khuôn mặt sử dụng thư viện OpenCV
Nhận diện khuôn mặt sử dụng OpenCV là quá trình tự động xác định và định vị vị trí của khuôn mặt trong một hình ảnh hoặc video bằng cách sử dụng thư viện Open Source Computer Vision (OpenCV) Dưới đây là một số khái niệm liên quan:
Là một phần quan trọng của OpenCV, Cascade Classifier là một loại thuật toán dựa trên việc sử dụng các bộ lọc Haar để nhận diện các đối tượng Trong trường hợp này, chúng ta sử dụng Cascade Classifier được huấn luyện trước để nhận diện khuôn mặt.
Là một phương pháp nhận diện đối tượng dựa trên việc sử dụng các bộ lọc Haar để xác định các đặc điểm cụ thể của đối tượng Các bộ lọc này được sử dụng để tìm kiếm các đặc điểm như cạnh, góc, và các đặc trưng động.
Là một phương thức của Cascade Classifier trong OpenCV, được sử dụng để tìm kiếm đối tượng trong ảnh với các quy mô khác nhau Nó trả về một danh sách các hình chữ nhật, mỗi hình chữ nhật đại diện cho vị trí của một đối tượng được nhận diện.
Scale Factor xác định tỷ lệ giảm kích thước ảnh mỗi lần quét, giúp tìm kiếm đối tượng ở các kích thước khác nhau.
MinNeighbors là số lượng láng giềng cần được giữ lại sau khi phát hiện để xác nhận một vùng nhất định là khuôn mặt Các giá trị thấp hơn có thể tạo ra các đối tượng giả mạo.
Rectangle Drawing (Vẽ Hình Chữ Nhật):
Sau khi các khuôn mặt được nhận diện, các hình chữ nhật có thể được vẽ xung quanh chúng để thể hiện vị trí.
Bảng Hình Ảnh (Image Matrix):
Hình ảnh được đọc và xử lý thông qua ma trận hình ảnh, trong đó giá trị mỗi điểm ảnh đại diện cho một giá trị độ sáng hoặc màu sắc cụ thể
1.2.1.3 Ứng dụng của nhận diện khuôn mặt
Công nghệ xử lý ảnh có ứng dụng rộng rãi trong đời sống, bao gồm:
- Kiểm soát truy cập: Nhận diện khuôn mặt có thể được sử dụng để kiểm soát truy cập vào các khu vực được bảo vệ, chẳng hạn như tòa nhà, cơ sở hạ tầng quan trọng và các sự kiện.
VD: Kiểm soát ra vào bằng máy chấm công nhận dạng khuôn mặt trong công ty
- Thanh toán: Nhận diện khuôn mặt có thể được sử dụng để thanh toán cho hàng hóa và dịch vụ mà không cần sử dụng thẻ hoặc tiền mặt.
VD: Máy bán hàng sử dụng khuôn mặt để thanh toán nước giải khát
- Quảng cáo: Nhận diện khuôn mặt có thể được sử dụng để nhắm mục tiêu quảng cáo đến các cá nhân cụ thể.
VD: Một cửa hàng quần áo có thể sử dụng nhận diện khuôn mặt để xác định giới tính và độ tuổi của khách hàng và sau đó hiển thị quảng cáo cho các sản phẩm phù hợp.
- An ninh: Nhận diện khuôn mặt có thể được sử dụng để phát hiện tội phạm và ngăn chặn các vụ tấn công.
VD: một doanh nghiệp có thể sử dụng nhận diện khuôn mặt để xác định danh tính của những người ra vào tòa nhà hoặc nhà máy của họ.
- Giáo dục: Nhận diện khuôn mặt có thể được sử dụng để theo dõi sự tiến bộ của học sinh và cá nhân hóa việc học.
VD: Nhận diện khuôn mặt có thể được sử dụng để theo dõi sự chú ý của học sinh trong lớp học và theo dõi tần suất và thời lượng học sinh nhìn vào giáo viên, bảng đen và các học sinh khác Từ đó tạo ra các kế hoạch giảng dạy phù hợp hơn với nhu cầu của từng học sinh.
- Y tế: Nhận diện khuôn mặt có thể được sử dụng để xác định bệnh nhân, theo dõi sức khỏe và phát hiện các tình trạng y tế. VD: hệ thống nhận diện khuôn mặt có thể được sử dụng để theo dõi các dấu hiệu và triệu chứng của bệnh, chẳng hạn như trầm cảm hoặc sa sút trí tuệ
Ngoài ra, nhận diện khuôn mặt còn có thể được sử dụng cho một số ứng dụng sáng tạo khác, chẳng hạn như
- Tạo nhân vật 3D: Nhận diện khuôn mặt có thể được sử dụng để tạo ra các nhân vật 3D giống hệt với người thật.
VD: Bộ phim The Mandalorian sử dụng công nghệ nhận diện khuôn mặt để tạo nhân vật Baby Yoda trong phim Star War
- Tự động hóa các tác vụ: Nhận diện khuôn mặt có thể được sử dụng để tự động hóa các tác vụ, chẳng hạn như đăng nhập vào máy tính hoặc điều khiển thiết bị.
Công nghệ RFID
1.3.1 Giới thiệu về thẻ RFID
Thẻ RFID là các thẻ nhựa có chứa chip và ăng-ten để nhận dạng không dây các vật thể mà chúng được gắn vào (hoặc nhúng vào) với sự trợ giúp của đầu đọc RFID Thẻ RFID hỗ trợ chức năng đọc / ghi Hầu hết các thẻ RFID hiện nay là thụ động, có nghĩa là chúng hoạt động không cần bảo trì, không cần pin, trong nhiều năm.
Có 3 loại thẻ RFID chính đó là: “thẻ RFID thụ động”, “thẻ RFID bán chủ động” và “thẻ RFID chủ động”
Thẻ RFID thụ động được cung cấp bởi một đầu đọc RFID cố định hoặc di động phát ra trường điện từ Ăng-ten của thẻ thu năng lượng từ trường này để phát tín hiệu đến đầu đọc Tần suất của trình đọc phải phù hợp với tần suất của thẻ Đối với các thẻ thụ động, có các tần số thấp, cao và siêu cao được tiêu chuẩn hóa (LF, HF, UHF)
1.3.1.2 Thẻ RFID bán chủ động
Thẻ RFID bán chủ động có nét tương đồng với thẻ thụ động, nhưng nó có thêm một pin nhỏ Pin này cho phép IC của thẻ được cấp nguồn liên tục, giúp nó tối giản thiết kế của anten trong việc thu năng lượng từ tín hiệu quay lại Các thẻ bán tự động không chủ động truyền tín hiệu về đầu đọc, mà nằm im nhằm bảo tồn năng lượng cho tới khi nó nhận được tín hiệu vô tuyến từ đầu đọc sẽ kích hoạt hệ thống Thẻ RFID bán chủ động phản ứng nhanh hơn trong việc phản hồi vì vậy nó mạnh hơn trong việc đọc và truyền tín hiệu so với thẻ RFID thủ động.
Thẻ RFID chủ động là loại thẻ RFID mà bản thân nó tự tạo ra nguồn năng lượng riêng để truyền tín hiệu Khả năng này sẽ làm cho khoảng cách độc và bộ nhớ của nó lớn hơn so với thẻ RFID thụ động Tuy nhiên, để đạt được khoảng cách đọc và tối ưu bộ nhớ thẻ chủ động cần một nguồn điện (thẻ RFID chỉ động được trang bị pin có tuổi thọ cao hoạt động được trong vài năm). rên thị trường có rất nhiều loại đầu đọc RFID Nó đa dạng về kiểu, màu sắc, loại kết nối Sau đây là một số đầu đọc có trên thị trường:
Hình 1 6: Các thiết bị RFID
1.3.2 Ứng dụng rộng rãi của thẻ RFID
Thẻ RFID là một loại thẻ điện tử sử dụng công nghệ RFID để truyền dữ liệu Thẻ RFID có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm:
Quản lý hàng tồn kho: Thẻ RFID có thể được sử dụng để theo dõi hàng hóa trong kho bãi Bằng cách sử dụng thẻ RFID, doanh nghiệp có thể dễ dàng theo dõi vị trí, số lượng và trạng thái của hàng hóa.
Hình 1 7: Quản lý hàng tồn kho bằng Thẻ RFID
Chống trộm cắp: Thẻ RFID có thể được sử dụng để chống trộm cắp hàng hóa trong cửa hàng Khi hàng hóa được gắn thẻ RFID, đầu đọc RFID sẽ phát hiện nếu hàng hóa bị lấy ra khỏi cửa hàng mà không được thanh toán.
Hình 1 8: Chống trộm cắp bằng Thẻ RFID
Truy cập kiểm soát: thẻ RFID có thể được sử dụng để kiểm soát truy cập vào các khu vực an ninh, chẳng hạn như nhà máy, văn phòng hoặc tòa nhà Khi người dùng đi qua cửa kiểm soát, đầu đọc RFID sẽ xác minh danh tính của người dùng và cho phép hoặc từ chối truy cập.
Hình 1 9: Truy cập kiểm soát bằng thẻ RFID
Thanh toán: Thẻ RFID có thể được sử dụng để thanh toán cho hàng hóa hoặc dịch vụ Người dùng chỉ cần đưa thẻ RFID của họ đến gần máy POS và giao dịch sẽ được thực hiện.
Hình 1 10:Thanh toán bằng thẻ RFID
Chăm sóc sức khỏe: Thẻ RFID có thể được sử dụng để theo dõi bệnh nhân trong bệnh viện Thẻ RFID có thể được gắn vào bệnh nhân hoặc được sử dụng để theo dõi vị trí của các thiết bị y tế.
Hình 1 11: Chăm sóc sức khỏe bằng thẻ RFID
Giao thông: Thẻ RFID có thể được sử dụng để thanh toán cho các phương tiện giao thông công cộng, chẳng hạn như xe buýt, tàu điện ngầm hoặc xe lửa Người dùng chỉ cần đưa thẻ RFID của họ vào máy đọc thẻ và giao dịch sẽ được thực hiện.
Hình 1 12: Giao thông bằng thẻ RFID
Ngoài ra, thẻ RFID còn có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác, chẳng hạn như:
Giáo dục: Thẻ RFID có thể được sử dụng để theo dõi học sinh trong trường học Thẻ RFID có thể được gắn vào học sinh hoặc được sử dụng để theo dõi vị trí của các thiết bị giáo dục.
Sản xuất: Thẻ RFID có thể được sử dụng để theo dõi sản phẩm trong quá trình sản xuất Thẻ RFID có thể được gắn vào sản phẩm hoặc được sử dụng để theo dõi vị trí của các thiết bị sản xuất.
Logistics: Thẻ RFID có thể được sử dụng để theo dõi hàng hóa trong quá trình vận chuyển Thẻ RFID có thể được gắn vào hàng hóa hoặc được sử dụng để theo dõi vị trí của các phương tiện vận tải.
Thẻ RFID mang lại nhiều lợi ích cho người dùng và doanh nghiệp, bao gồm:
Tiện lợi: Thẻ RFID có thể được sử dụng để thực hiện các thao tác nhanh chóng và dễ dàng.
An toàn: Thẻ RFID có thể được sử dụng để xác thực danh tính và ngăn chặn gian lận.
Hiệu quả: Thẻ RFID có thể giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả hoạt động.
Phương thức giao tiếp
- SPI (Serial Peripheral Bus) là một chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao do hãng Motorola đề xuất Đây là kiểu truyền thông Master-Slave, trong đó có 1 chip Master điều phối quá trình tuyền thông và các chip Slaves được điều khiển bởi Master vì thế truyền thông chỉ xảy ra giữa Master và Slave SPI là một cách truyền song công (full duplex) nghĩa là tại cùng một thời điểm quá trình truyền và nhận có thể xảy ra đồng thời SPI đôi khi được gọi là chuẩn truyền thông “4 dây” vì có 4 đường giao tiếp trong chuẩn này đó là SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Ouput Slave Input) và SS (Slave Select).
- Đường giao tiếp chuẩn này gồm.
SCK: Xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI, vì SPI là chuẩn truyền đồng bộ nên cần 1 đường giữ nhịp, mỗi nhịp trên chân SCK báo 1 bit dữ liệu đến hoặc đi Đây là điểm khác biệt với truyền thông không đồng bộ mà chúng ta đã biết trong chuẩn UART Sự tồn tại của chân SCK giúp quá trình tuyền ít bị lỗi và vì thế tốc độ truyền của SPI có thể đạt rất cao Xung nhịp chỉ được tạo ra bởi chip Master
MISO– Master Input / Slave Output: nếu là chip Master thì đây là đường Input còn nếu là chip Slave thì MISO lại là Output. MISO của Master và các Slaves được nối trực tiếp với nhau
MOSI – Master Output / Slave Input: nếu là chip Master thì đây là đường Output còn nếu là chip Slave thì MOSI là Input.MOSI của Master và các Slaves được nối trực tiếp với nhau
SS – Slave Select: SS là đường chọn Slave cần giap tiếp, trên các chip Slave đường SS sẽ ở mức cao khi không làm việc. Nếu chip Master kéo đường SS của một Slave nào đó xuống mức thấp thì việc giao tiếp sẽ xảy ra giữa Master và Slave đó. Chỉ có 1 đường SS trên mỗi Slave nhưng có thể có nhiều đường điều khiển SS trên Master, tùy thuộc vào thiết kế của người dùng.
- Nói 1 cách vắn tắt và dễ hiểu:
MISO - Mang các dữ liệu từ các thiết bị SPI về arduino
MOSI - Mang các dữ liệu từ Arduino đến các thiết bị SPI
SS - Chọn thiết bị SPI cần làm việc
- Giao tiếp UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) là một phương thức giao tiếp chuẩn được sử dụng rộng rãi trong việc truyền thông giữa các thiết bị điện tử Nó cho phép truyền dữ liệu tuần tự (bit theo bit) giữa một bộ truyền (transmitter) và một bộ nhận (receiver) thông qua một đường truyền đơn (single- wire) hoặc đôi (two-wire).
- Giao tiếp UART là giao tiếp không đồng bộ, có nghĩa là không có tín hiệu đồng hồ chung giữa các thiết bị Thay vào đó, dữ liệu được truyền đi cùng với tín hiệu đồng bộ làm đánh dấu (start bit) và tín hiệu kiểm tra (stop bit) để đồng bộ hóa truyền thông Dữ liệu được truyền theo từng khung (frame) gồm các bit dữ liệu và các bit kiểm tra (parity bits) để phát hiện lỗi truyền thông.
- Giao tiếp UART có khả năng truyền dữ liệu ở nhiều tốc độ và độ dài khác nhau, tùy thuộc vào cấu hình của các thiết bị và thụ động truyền thông Nó được sử dụng trong nhiều ứng dụng như viễn thông, điều khiển thiết bị, giao tiếp máy tính và nhiều loại giao tiếp nối tiếp khác
- Cấu trúc giao tiếp UART: Giao tiếp UART được tổ chức thành các khung dữ liệu (data frame) Mỗi khung dữ liệu bao gồm các thành phần sau:
Bit start (Start bit): Đây là bit bắt đầu của khung dữ liệu và thông báo cho bộ nhận rằng một khung dữ liệu mới sắp được truyền đi Nó thường có giá trị logic 0.
Dữ liệu (Data bits): Đây là các bit dữ liệu cần truyền đi Số lượng bit dữ liệu trong mỗi khung có thể là 5, 6, 7 hoặc 8 bit, tùy thuộc vào cấu hình UART.
Bit kiểm tra (Parity bit): Đây là bit dùng để kiểm tra lỗi truyền thông Có thể có hoặc không có bit kiểm tra, và nó có thể được cấu hình để kiểm tra chẵn (even parity) hoặc kiểm tra lẻ (odd parity).
Bit stop (Stop bit): Đây là bit kết thúc của khung dữ liệu, có giá trị logic 1 Nó cho phép bộ nhận chuẩn bị cho khung dữ liệu tiếp theo.
XÂY DỰNG HỆ THỐNG THANH TOÁN BẰNG THẺ RFID KẾT HỢP NHẬN DIỆN KHUÔN MẶT
Sơ đồ khối của hệ thống
Hình 2 1: Sơ đồ khối của hệ thống
Sơ đồ khối sau mô tả hoạt động của một hệ thống nhận dạng thẻ RFID Hệ thống này bao gồm các thành phần sau:
Vi điều khiển: Vi điều khiển là bộ não của hệ thống Nó chịu trách nhiệm thu thập dữ liệu từ thẻ RFID, xử lý dữ liệu và đưa ra quyết định.
Thẻ RFID: Thẻ RFID là một thiết bị nhỏ có chứa một chip RFID Chip RFID chứa thông tin về chủ sở hữu thẻ.
Máy tính: Máy tính được sử dụng để lưu trữ thông tin về chủ sở hữu thẻ.
Camera: Camera được sử dụng để chụp ảnh khuôn mặt chủ thẻ RFID.
App user: giao diện được hiển thị trên máy tính
Database: dữ liệu khuôn mặt và thẻ RFID được lưu trữ trong máy tính
Hoạt động của hệ thống như sau:
Bước 1: Người dùng đưa thẻ RFID lên gần máy quét RFID.
Bước 2: Máy quét RFID sử dụng sóng vô tuyến để thu thập dữ liệu từ thẻ RFID.
Bước 3: Dữ liệu được truyền đến vi điều khiển.
Bước 4: Vi điều khiển sử dụng thuật toán để giải mã dữ liệu từ thẻ RFID.
Bước 5: Vi điều khiển xác định chủ sở hữu thẻ.
Bước 6: Vi điều khiển gửi thông tin về chủ sở hữu thẻ đến máy tính.
Bước 7: Máy tính lưu trữ thông tin về chủ sở hữu thẻ.
2.1.1 Các linh kiện được sử dụng
Camara quét khuôn mặt được sử dụng trực tiếp trên máy tính, kèm theo đó là cổng USB
Hình 2 2: Module đọc RFID RC522
Chân Mô tả chi tiết
Chân nguồn VCC Trong một số phiên bản của RC522, chân này được ký hiệu là 3V3 thay vì VCC.
Là chân reset được sử dụng để đặt lại giá trị trong trường hợp xảy ra lỗi khi thiết bị không bất kỳ phản hồi.
Chân nối đất giúp tạo mass chung với các thiết bị bên ngoài (ví dụ bộ nguồn, bi điều khiển hoặc arduino).
Bảng 2 1: Chân cấp nguồn / reset
Chân Mô tả chi tiết
Linh kiện có thể chuyển sang chế độ ngủ để tiết kiệm điện năng và chân IRQ sẽ khởi động lại nó
Chân này kết nối với Arduino / Vi điều khiển để giao tiếp SPI Truyền dữ liệu từ module sang Arduino.
Chân MISO cũng có thể sử dụng cho các chức năng khác thay vì SPI.
Cũng có thể giao tiếp I2C và UART Serial để giao tiếp dữ liệu với module.
Châ n 6 MOSI MOSI là chân đầu vào dữ liệu module RFID khi giao tiếp SPI Châ n 7 SCK Các chân SCK gửi xung clock khi giao tiếp SPI.
Chân SS là chân kích hoạt chip giao tiếp SPI Nhận tín hiệu khi Master (Arduino) giao tiếp SPI.
Chân SS của RFID có thể được sử dụng như một chân thứ hai (SDA) của giao tiếp I2C.
Cũng là chân nhận dữ liệu trong quá trình giao tiếp UART.
Bảng 2 2: Chân giao tiếp SPI và UART
Giới thiệu về vi điều khiển arduino
- Arduino Uno là một board mạch vi điều khiển được phát triển bởi Arduino.cc, một nền tảng điện tử mã nguồn mở chủ yếu dựa trên vi điều khiển AVR Atmega328P Với Arduino chúng ta có thể xây dựng các ứng dụng điện tử tương tác với nhau thông qua phần mềm và phần cứng hỗ trợ.
- Khi arduino chưa ra đời, để làm được một dự án điện tử nhỏ liên quan đến lập trình, biên dịch, chúng ta cần đến sự hỗ trợ của các thiết bị biên dịch khác để hỗ trợ Ví dụ như, dùng Vi điều khiển PIC hoặc IC vi điều khiển họ 8051 , chúng ta phải thiết kế chân nạp onboard, hoặc mua các thiết bị hỗ trợ nạp và biên dịch như mạch nạp 8051, mạch nạp PIC
- Hiện nay Arduino được biết đến ở Việt Nam rất rộng rãi Từ học sinh trung học, đến sinh viên và người đi làm Những dự án nhỏ và lớn được thực hiện một cách rất nhanh, các mã nguồn mở được chia sẻ nhiều trên diễn dàn trong nước và nước ngoài Giúp ích rất nhiều cho những bạn theo đam mê nghiên cứu chế tạo những sản phẩm có ích cho xã hội.
- Trong những năm qua, Arduino là bộ não cho hàng ngàn dự án điện tử lớn nhỏ, từ những sản phẩm ra đời ứng dụng đơn giản trong cuộc sống đến những dự án khoa học phức tạp.
- Cứ như vậy, thư viện mã nguồn mở ngày một tăng lên, giúp ích cho rất nhiều người mới biết đến Arduino cũng như những chuyên viên lập trình nhúng và chuyên gia cùng tham khảo và xây dựng tiếp nối
Cấu hình sơ đồ chân vi điều khiển Arduino
Hình 2 3: Cấu hình chân của vi điều khiển Arduino
Số thứ tự chân Mô tả Chức năng Mô tả chức năng
Khi chân reset này ở mức thấp, bộ vi điều khiển và chương trình của nó sẽ được reset.
2 PD0 Chân kỹ thuật số (RX)
Chân đầu vào cho giao tiếp nối tiếp
3 PD1 Chân kỹ thuật số (TX)
Chân đầu ra cho giao tiếp nối tiếp
PD2 Chân kỹ thuật số
Chân 4 được sử dụng làm ngắt ngoài 0
5 PD3 Chân kỹ thuật số (PWM)
Chân 5 được sử dụng làm ngắt ngoài 1
Chân 6 được sử dụng cho nguồn bộ đếm bên ngoài Timer0
7 Vcc Điện áp dương Nguồn dương của hệ thống
8 GND Nối đất Nối đất của hệ thống
Chân này nối với một châncủa bộ dao động tinh thể để cung cấp xung nhịp bên ngoài cho chip
10 XTAL Dao động tinh thể
Chân này nối với chân còn lại của bộ dao động tinh thể để cung cấp xung nhịp bên ngoài cho chip
Chân kỹ thuật số (PWM)
Chân 11 được sử dụng cho nguồn bộ đếm bên ngoài Timer1
PD6 Chân kỹ thuật số (PWM)
Bộ so sánh analog dương i / ps
13 PD7 Chân kỹ thuật số
Bộ so sánh analog âm i / ps
14 PB0 Chân kỹ thuật số
Nguồn đầu vào bộ đếm hoặc bộ hẹn giờ
15 PB1 Chân kỹ thuật số (PWM)
Bộ đếm hoặc bộ hẹn giờ so sánh khớp A
16 PB2 Chân kỹ thuật số (PWM)
Chân này hoạt động như lựa chọn slave i / p.
Chân kỹ thuật số (PWM)
Chân này được sử dụng làm đầu ra dữ liệu master và đầu vào dữ liệu slave cho SPI.
Chân này hoạt động như một đầu vào xung nhịp master và đầu ra xung nhịp slave.
Chân này hoạt động như một đầu ra xung nhịp master và đầu vào xung nhịp slave cho SPI.
20 AVcc Điện áp dương Điện áp dương cho ADC (nguồn)
21 AREF Tham chiếu analog Điện áp tham chiếu analog cho ADC (Bộ chuyển đổi analog sang kỹ thuật số)
22 GND Nối đất Nối đất của hệ thống
23 PC0 Đầu vào analog Đầu vào analog giá trị kỹ thuật số kênh 0
24 PC1 Đầu vào analog Đầu vào analog giá trị kỹ thuật số kênh 1
25 PC2 Đầu vào analog Đầu vào analog giá trị kỹ thuật số kênh 2
26 PC3 Đầu vào analog Đầu vào analog giá trị kỹ thuật số kênh 3
27 PC4 Đầu vào analog Đầu vào analog giá trị kỹ thuật số kênh 4 Chân này cũng có thể được sử dụng làm kết nối giao diện nối tiếp cho dữ liệu
28 PC5 Đầu vào analog Đầu vào analog giá trị kỹ thuật số kênh 5 Chân này cũng được sử dụng như dòng xung nhịp giao diện nối tiếp
Bảng 2 3: Sơ đồ chân Arduino UNO R3
Lưu đồ thuật toán đăng ký thẻ RFID kết hợp khuôn mặt
Hình 2 4: Lưu đồ thuật toán đăng ký thẻ RFID kết hợp nhận diện khuôn mặt
Bước 2: Lưu mã RFID, số tiền
Bước 3: Khởi tạo camera: Thu thập dữ liệu khuôn mặt( hình ảnh) của những người được nhận dạng
Bước 4 : Chụp hình và trích xuất khuôn mặt: chụp khoảng 160 tấm ảnh và lưu vào 1 thư mục
Bước 3 : Training: Chuyển các ảnh có trong file thư mục thành dạng unit 8 bit số nguyên vào tệp có đuôi là yml
Bước 5: Lưu tệp yml, số tiền và mã RFID vào database Sqlite
Lưu đồ thuật toán mua hàng cho người đăng ký thành công của hệ thống
Hình 2 5: Lưu đồ thuật toán mua hàng cho người đăng ký thành công của hệ thống
Quy trình hoạt động hệ thống như sau:
Bắt đầu mua hàng Khởi tạo và thiết lập mặt hàng Bắt đầu mua hàng Chọn sản phẩm sau đó nhấn thanh toán Quẹt thẻ đồng thời kết hợp việc quét khuôn mặt để xác nhận thông tin chủ thẻ nếu xác nhận thẻ sai thì sẽ quay lại tiếp tục quẹt thẻ,nếu xác nhận thẻ đúng thì sau 2s camera sẽ quét khuôn mặt nếu sai sẽ quét lại khuôn mặt, nếu đúng thì hệ thống sẽ truy vấn đến cơ sở dữ liệu để lấy tiền trong tài khoản thanh toán và trừ tiền Sau khi thanh toán xong 2s hệ thống sẽ quay lại app mua hàng và kết thúc chương trình.
Kết nối và giao tiếp của RFID
2.5.1 Kết nối RFID và Arduino
Kết nối chân giữa thẻ đọc RFID và Arduino Uno Chân nối với nhau giữa thẻ RFID và Arduino Uno
Chân RST/Reset của module RFID được nối với chân số 9 của Arduino Uno Điều này có nghĩa là khi bạn cấp điện áp thấp cho chân 9 của Arduino Uno, module RFID sẽ được reset lại.
Chân SDA của module RFID được nối với chân số 10 của Arduino Uno Điều này có nghĩa là khi bạn cấp điện áp thấp cho chân 10 của Arduino Uno, module RFID sẽ được chọn làm thiết bị slave trong giao tiếp SPI.
Chân 11 của Arduino kết nối với chân MOSI của đầu đọc RFID có chức năng truyền dữ liệu từ Arduino sang đầu đọc RFID.
Dữ liệu này bao gồm các lệnh để điều khiển đầu đọc RFID, chẳng hạn như lệnh bắt đầu đọc thẻ, lệnh đọc dữ liệu thẻ và lệnh dừng đọc thẻ.
Chân MISO của module RFID được nối với chân số 12 của Arduino Uno Điều này có nghĩa là Arduino sẽ sử dụng chân
12 của Arduino Uno để nhận dữ liệu từ module RFID.
Chân SCK của module RFID được nối với chân số 13 của Arduino Uno Điều này có nghĩa là Arduino sẽ sử dụng chân
13 của Arduino Uno để đồng bộ tốc độ truyền dữ liệu với module RFID.
Bảng 2 4: Chức năng 4 chân chuẩn giao tiếp từ Arduino
2.5.2 Giao tiếp SPI sử dụng
Trong hệ thống thanh toán máy bán hàng tự động của bạn, giao thức SPI sẽ được sử dụng để kết nối giữa thiết bị đọc thẻ RFID và camera nhận diện khuôn mặt.
Giao thức SPI có 4 đường dây chính:
MISO (Master In Slave Out): đường này được sử dụng để truyền dữ liệu từ thiết bị master (thiết bị đọc thẻ RFID) đến thiết bị slave (camera nhận diện khuôn mặt).
MOSI (Master Out Slave In): đường này được sử dụng để truyền dữ liệu từ thiết bị master đến thiết bị slave.
(SS) Chọn chip trong giao tiếp SPI
MOSI Truyền dữ liệu cho module RFID
MISO Nhận dữ liệu từ module RFID
SCK Đồng bộ tốc độ truyền dữ liệu
SCK (Serial Clock): đường này được sử dụng để tạo xung clock đồng bộ hóa dữ liệu.
SS (Slave Select): đường này được sử dụng để chọn thiết bị slave mà thiết bị master muốn giao tiếp.
Trong quá trình giao tiếp, thiết bị master sẽ phát xung clock và truyền dữ liệu theo một trong bốn chế độ sau:
Mode 0: Dữ liệu được truyền theo cạnh lên của xung clock.
Mode 1: Dữ liệu được truyền theo cạnh xuống của xung clock.
Mode 2: Dữ liệu được truyền theo cạnh lên của xung clock và cạnh xuống của xung clock.
Mode 3: Dữ liệu được truyền theo cạnh xuống của xung clock và cạnh lên của xung clock. Để kết nối thiết bị đọc thẻ RFID và camera nhận diện khuôn mặt qua giao thức SPI, thực hiện các bước sau:
1 Chuẩn bị các chân kết nối cho thiết bị đọc thẻ RFID và camera nhận diện khuôn mặt.
2 Thiết lập cấu hình cho các chân kết nối theo chế độ giao tiếp SPI mà bạn muốn sử dụng.
3 Khởi tạo giao tiếp SPI trên cả hai thiết bị.
4 Bắt đầu truyền dữ liệu giữa hai thiết bị.
Trong hệ thống thanh toán máy bán hàng tự động của bạn, giao thức SPI sẽ được sử dụng để truyền dữ liệu sau:
Thông tin thẻ RFID: Thông tin này bao gồm mã thẻ RFID, số tiền trong tài khoản,
Dữ liệu khuôn mặt: Dữ liệu này bao gồm các đặc điểm của khuôn mặt, chẳng hạn như hình dạng, kích thước, Để xác nhận thông tin chủ thẻ, hệ thống sẽ thực hiện các bước sau:
1 Thiết bị đọc thẻ RFID sẽ đọc thông tin thẻ RFID của khách hàng.
2 Thiết bị đọc thẻ RFID sẽ truyền thông tin thẻ RFID này đến camera nhận diện khuôn mặt.
3 Camera nhận diện khuôn mặt sẽ sử dụng thông tin thẻ RFID để xác định thông tin chủ thẻ.
Nếu thông tin chủ thẻ xác nhận đúng, thì hệ thống sẽ tiếp tục thực hiện các bước thanh toán Nếu thông tin chủ thẻ xác nhận sai, thì hệ thống sẽ yêu cầu khách hàng quẹt thẻ lại.
2.5.3 Giao tiếp UART sử dụng
- Giao thức UART là một giao thức truyền thông nối tiếp, sử dụng các tín hiệu mức logic để truyền dữ liệu giữa hai thiết bị Giao thức UART được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện tử, bao gồm cả hệ thống thanh toán máy bán hàng tự động.
- Giao thức UART có 3 chân chính:
TX (Transmit): chân này được sử dụng để truyền dữ liệu từ thiết bị master đến thiết bị slave.
RX (Receive): chân này được sử dụng để nhận dữ liệu từ thiết bị slave đến thiết bị master.
GND (Ground): chân này được sử dụng để nối đất cho hai thiết bị.
- Trong quá trình giao tiếp, thiết bị master sẽ gửi dữ liệu theo một trong hai chế độ sau:
Chế độ chân TX luôn ở mức cao: Thiết bị master sẽ gửi dữ liệu bằng cách thay đổi mức điện áp của chân TX.
Chế độ chân TX luôn ở mức thấp: Thiết bị master sẽ gửi dữ liệu bằng cách giữ chân TX ở mức thấp trong một khoảng thời gian nhất định.
- Thiết bị slave sẽ nhận dữ liệu bằng cách đọc mức điện áp của chân RX.
- Giao thức UART có thể được sử dụng để truyền dữ liệu dưới dạng byte hoặc word Một byte là một nhóm 8 bit dữ liệu, trong khi một word là một nhóm 16 bit dữ liệu.
- Trong hệ thống thanh toán máy bán hàng tự động của em,giao thức UART được sử dụng để truyền dữ liệu sau:
Mã thẻ RFID: Mã thẻ RFID là một chuỗi ký tự được sử dụng để xác định chủ thẻ.
Thông tin khuôn mặt: Thông tin khuôn mặt bao gồm các đặc điểm của khuôn mặt, chẳng hạn như hình dạng, kích thước,
Thông tin sản phẩm: Thông tin sản phẩm bao gồm tên sản phẩm, giá sản phẩm, số lượng sản phẩm.
Thông tin thanh toán: Thông tin thanh toán bao gồm tên sản phẩm mua, số lượng sản phẩm và số tiền thanh toán, Để sử dụng giao thức UART trong hệ thống thanh toán máy bán hàng tự động, ta thực hiện các bước sau:
1 Chuẩn bị các chân kết nối cho thiết bị đọc thẻ RFID, camera nhận diện khuôn mặt, màn hình hiển thị,
2 Thiết lập cấu hình cho các chân kết nối theo chế độ giao tiếp UART mà bạn muốn sử dụng.
3 Khởi tạo giao tiếp UART trên cả hai thiết bị.
4 Bắt đầu truyền dữ liệu giữa hai thiết bị. Để truyền mã thẻ RFID từ thiết bị đọc thẻ RFID đến camera nhận diện khuôn mặt, ta thực hiện các bước sau:
1 Thiết bị đọc thẻ RFID sẽ đọc mã thẻ RFID của khách hàng.
2 Thiết bị đọc thẻ RFID sẽ truyền mã thẻ RFID
3 Camera nhận diện khuôn mặt sẽ sử dụng mã thẻ RFID để xác định thông tin chủ thẻ. Để truyền thông tin sản phẩm từ màn hình hiển thị đến thiết bị thanh toán, ta thực hiện các bước sau:
1 Màn hình hiển thị sẽ hiển thị thông tin sản phẩm cho khách hàng.
2 Khách hàng sẽ chọn sản phẩm và nhấn thanh toán.
3 Màn hình hiển thị sẽ truyền thông tin sản phẩm này đến thiết bị thanh toán.
4 Thiết bị thanh toán sẽ sử dụng thông tin sản phẩm để tính toán tổng số tiền thanh toán.
Chức năng của cơ sở dữ liệu
Cơ sở dữ liệu có các chức năng sau:
Lưu trữ dữ liệu khuôn mặt, số tiền và ID thẻ RFID của người dùng: Cơ sở dữ liệu sẽ lưu trữ dữ liệu khuôn mặt, số tiền và dữ liệu thẻ RFID của tất cả người dùng của hệ thống Dữ liệu khuôn mặt được sử dụng để nhận diện người dùng, dữ liệu thẻ RFID được sử dụng để xác minh danh tính của người dùng.
Cung cấp dữ liệu cho các chức năng của hệ thống: Các chức năng khác của hệ thống, như chức năng đăng ký, chức năng đăng nhập, chức năng thanh toán, sẽ cần truy cập dữ liệu từ cơ sở dữ liệu Cơ sở dữ liệu sẽ cung cấp dữ liệu cần thiết cho các chức năng này để hoạt động.
Cung cấp khả năng truy cập và quản lý dữ liệu: Cơ sở dữ liệu sẽ cung cấp khả năng truy cập và quản lý dữ liệu của người dùng Người dùng có thể sử dụng các chức năng của hệ thống để truy cập dữ liệu của họ Người quản trị hệ thống cũng có thể sử dụng cơ sở dữ liệu để quản lý dữ liệu của người dùng, chẳng hạn như để thêm, xóa hoặc sửa thông tin của người dùng.
Cụ thể, trong quá trình thanh toán máy bán hàng tự động, cơ sở dữ liệu sẽ được sử dụng như sau:
Khi người dùng sử dụng nhận diện khuôn mặt để thanh toán:
Hệ thống sẽ sử dụng dữ liệu khuôn mặt của người dùng trong cơ sở dữ liệu để xác định người dùng Nếu dữ liệu khuôn mặt của người dùng khớp với dữ liệu trong cơ sở dữ liệu, hệ thống sẽ cho phép người dùng thanh toán.
Khi người dùng sử dụng thẻ RFID để thanh toán: Hệ thống sẽ sử dụng dữ liệu thẻ RFID của người dùng trong cơ sở dữ liệu để xác minh danh tính của người dùng Nếu dữ liệu thẻ RFID của người dùng khớp với dữ liệu trong cơ sở dữ liệu, tiếp theo sẽ quét khuôn mặt nếu dữ liệu khuôn mặt của người dùng tiếp tục khớp với dữ liệu trong cơ sở dữ liệu, hệ thống sẽ cho phép người dùng thanh toán.