TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Lý do chọn đề tài
Cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu giao lưu thương mại cũng như đi lại của cá nhân tăng lên nhanh chóng Các phương tiện giao thông phải đáp ứng được nhu cầu gia tăng về mọi mặt như số lượng, chất lượng cũng như sự đa dạng Mỗi phương tiện giao thông đều có điểm mạnh và điểm yếu riêng Vấn đề là làm như thế nào để có thể lựa chọn và phối hợp điểm mạnh của mỗi loại phương tiện và hạn chế những mặt bất cập trong bối cảnh kinh tế, xã hội, tự nhiên của mỗi quốc gia cũng như đặc điểm của từng giai đoạn phát triển Chúng ta cần cung cấp cho người dân các phương tiện giao thông thuận tiện thoả mãn nhu cầu đi lại đồng thời đảm bảo được an toàn giao thông, môi trường trong sạch cũng như các nhu cầu xã hội khác
Việt Nam là quốc gia có doanh số bán xe máy duy trì ở mức ổn định trong suốt 10 năm qua, với khoảng 3 triệu xe mới bán ra mỗi năm Trong đó, doanh số thấp nhất 2,7 triệu xe năm 2014 và cao nhất 3,39 triệu xe năm 2018 Năm 2010, tỷ lệ xe máy và xe con đăng ký trong nước tăng cao, đạt 55,9 xe máy trên mỗi chiếc ôtô, liên tục giảm xuống 26,7 vào năm 2020 Với hơn 65 triệu chiếc được đăng ký, trên tổng số 96 triệu dân Con số này có nghĩa cứ ba người thì có 2 người sở hữu một chiếc xe máy vào năm 2020
Xe máy đã trở thành phương tiện giao thông rất quen thuộc với người dân Việt Nam Với kích thước nhỏ gọn có thể di chuyển ở mọi cung đường, cùng với đó là giá thành khá hợp lí để mua một chiếc xe Tuy nhiên đây lại là một tài sản rất dễ bị kẻ xấu nhắm tới Lý do cũng bởi vì sự bảo mật an toàn của xe là quá đơn giản Hầu hết những chiếc xe máy hiên nay được trang bị hệ thống khóa an toàn chỉ là một ổ khóa truyền thống Loại khóa truyền thống này rất dễ bị những kẻ xấu phá một cách dễ dàng do nó có nguyên lý hoạt động cũng như kết cấu rất đơn giản Ngoài ra hiện nay một số xe đang được trang bị một loại khóa có tính bảo mật cao hơn đó là khóa điện từ Mặc dù khả năng bảo mật an toàn của loại ổ khóa này là cao hơn tuy nhiên vẫn xuất hiện một số vấn đề
Chính vì những vấn đề trên nhóm chúng em đã chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo khóa xe máy tự động đóng mở bằng vân tay”, để người sở hữu xe bảo vệ xe một cách an toàn hơn bảo mật hơn cũng như sự tiện lợi khi sử dụng Dựa vào những loại khóa vân tay có trên những chiếc ô tô hoặc khóa cửa khóa tủ bằng vân tay mà nhóm từ đó nghiên cứu tạo
2 ra khóa xe máy bằng vân tay với ưu điểm là độ bảo mật cao cùng với đó là việc sử dụng rất đơn giản tiện lợi.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, nguyên lý hoạt động của cảm biến vân tay
Thiết kế mạch khóa xe máy sử dụng cảm biến vân tay
Mạch phải hoạt động đúng chức năng nhiệm vụ đề ra.
Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu các loại khóa vân tay hiện có trên thị trường đặc biệt là các loại đang được sử dụng trên ô tô hiện nay Từ đó thiết kế ra một bộ khóa sử dụng trên xe máy.
Phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu cơ sỏ lý thuyết và nguyên lý hoạt động của cảm biến vân tay
Tham khảo các mô hình khóa vân tay khác
Cơ sở về độ bảo mật của vân tay
Dựa vào nguyên lý học được về hệ thống khởi động xe để thiết kế mạch.
Nội dung nghiên cứu
Tìm hiểu tổng quan cơ sở lý thuyết về khóa an toàn trên xe máy Ưu nhược điểm của hệ thống khóa an toàn trên xe máy
Thiết kế thi công mô hình khóa xe máy tự động đóng mở bằng vân tay
Thực nghiệm sản phẩm nghiên cứu, ứng dụng trên xe thực tế
Phân tích đánh giá sản phẩm
TỔNG QUAN HỆ THỐNG KHÓA AN TOÀN TRÊN XE MÁY
Lịch sử hình thành và phát triển của khóa
Từ 6000 năm trước tại Ai Cập cổ đại, những ổ khóa cửa đã ra đời và được sử dụng, tuy nhiên hình dáng và kết cấu ban đầu của những chiếc ổ khóa này khá đơn giản và được làm hoàn toàn từ gỗ Người cổ đại xưa đã tạo ra chúng bằng cách khoét lỗ cho những thanh gỗ và tạo ra những then cài tương ứng
No table of figures entries found.
Hình 2.1: Khóa cổ xưa Ổ khóa kim loại xuất hiện khá lâu sau đó, phải đến giữa năm 870 - 900, do các thợ thủ công người La Mã chế tạo Những gia đình La Mã giàu có thường giữ các vật có giá trị trong các chiếc hộp an toàn, và những chiếc hộp này được trang bị ổ khóa bảo vệ Bằng cách sử dụng ổ khóa sắt, người La Mã cuối cùng đã có thể bảo vệ tài sản của mình tránh khỏi các cuộc tấn công của trộm cướp, đây cũng là lần đầu tiên những chiếc chìa khóa kim loại được họ đem theo bên người như một loại trang sức quan trọng Sau khi đế chế La Mã sụp đổ, các thợ khóa Trung Âu đã chế tạo thêm các kỹ thuật bảo vệ mới, thay vì một chiếc khóa đơn giản họ đã tạo ra nhiều cơ chế quan trọng và phức tạp hơn ở bên trong ổ khóa để tăng tính bảo mật cho nhà ở, tài sản
Dựa vào sự phát triển của ổ khóa bình thường từ đó các loại khóa khác được hình thành như loại khóa được sử dụng trên ô tô hay xe máy
Dù chỉ là một bộ phận nhỏ nhưng chìa khóa xe lại vô cùng quan trọng vì chỉ cần mất nó là chiếc xe trở nên vô dụng ngay Nhưng ngày nay, chìa khóa xe máy không còn gói gọn trong việc khởi động xe mà còn phát triển thành một thiết bị di động đa năng
Trước khi khóa xe được phát minh để đề khởi động nó thì thật sự là một việc đau khổ
Vì là một phát minh mới nên không ai thật sự coi nó là một sản phẩm đích thực, và do đó, việc khởi động nó cũng không được quan tâm đúng mức Nếu muốn chạy xe, người chủ buộc phải quay tay bằng cơ bắp thật sự Công việc này tốn khá nhiều sức lực, sự kiên nhẫn, kinh nghiệm Và dù có đủ các yếu tố trên, chiếc xe vẫn có thể khiến họ bị thương khi khởi động nếu không cẩn thận Vì vậy, sau khi khởi động xong chiếc xe ra khỏi nhà, người ta thường để nó đậu 1 chỗ với máy đang nổ chứ không dám tắt máy Mãi đến thế kỷ 20, việc khởi động xe mới bớt cực khổ
Chrysler 1949: Những năm 1900, người ta đã bắt đầu phát triển cơ chế tự khởi động xe Tuy nhiên, mãi đến năm 1949, Chrysler mới giới thiệu chiếc chìa khóa hiện đại đầu tiên trên thế giới Nhờ đó, chỉ cần xoay nhẹ “mảnh kim loại đặc biệt”, chiếc xe đã nổ máy để có thể bắt đầu hành trình Mảnh chìa khóa này cũng trở thành công nghệ chống trộm đầu tiên trên xe
Ford 1965: Ford đã đem đến một bước tiến mới trong lịch sử của chìa khóa xe Họ phát minh ra loại chìa 2 mặt và từ đó nó trở thành tiêu chuẩn của chìa khóa xe hiện đại Không giống như loại chìa 1 mặt kiểu cũ loại chìa mới này được cắt giống nhau ở cả 2 mặt, cho phép người dùng chỉ việc đút chìa vào ổ và khởi động mà không cần chú ý mặt trái phải
Chiếc khóa này ngày nay được áp dụng trên hầu hết các loại xe máy Cùng với sự phát triển của nhấn loại nhiều loại khóa khác nhau được hình thành và phát triển dựa trên loại khóa này
Chức năng, nhiệm vụ của khóa an toàn xe máy
Hình 2.2: Sơ đồ mạch điện khóa xe máy Theo như sơ đồ mạch điện cơ bản của xe máy chúng ta thấy khóa xe máy cũng chính là công tắc nối nguồn điện từ accu tới toàn bộ thiết bị điện trên xe Đồng thời cũng chính là công tắc giúp xe tắt máy một cách êm dịu Đây cũng chính là loại khóa duy nhất được hãng xe trang bị trên chiếc xe máy
Ngoài ra trên thị trường còn sản xuất rất nhiều loại khóa an toàn tại bánh xe đĩa phanh hay tay thắng xe, mỗi loại khóa an toàn trên xe máy sẽ có chức năng riêng Đối với khóa được trang bị trên xe chức năng là cung cấp hoặc ngừng cung cấp điện cho hệ thống xe, khóa đĩa ngăn cản sự chuyển động của bánh xe, khóa thắng tay cũng vậy nhưng vị trí lắp đặt sẽ khác, Bằng cách sử dụng các cơ cấu khớp mở khóa và các tiếp điểm để có thể cung cấp điện cho toàn bộ hệ thống xe Cùng với đó là các cơ cấu khóa cho các khu vực khác trên xe được tích hợp Nhằm đảm bảo an toàn cho xe mà các hệ thống khóa trên mỗi chiếc xe là khác nhau và có các chức năng cụ thể cho từng vị trí của xe Dù có nhiều loại khóa khác nhau nhưng nhiệm vụ chung duy nhất của hệ thống khóa an toàn là bảo vệ chiếc xe của bạn khỏi tay của những kẻ xấu
Các loại khóa an toàn trên xe máy hiện nay
Trên thị trường xe máy hiện nay có rất nhiều loại khóa an toàn dành cho xe máy Đầu tiên là loại khóa xe được hãng xe trang bị theo xe đó là loại khóa cơ truyền thống và khóa điện từ hay còn gọi là Smart key Giữa hai loại khóa này có những điểm giống nhau đó là phần cơ khí để mở hoặc khóa ổ khóa Điểm khác nhau đó là loại khóa từ sẽ có thêm các cơ cấu hoạt động bằng điện từ dựa vào các tín hiệu từ bộ điều khiển Thêm vào đó loại khóa điện từ sẽ có mã khóa để đảm bảo độ bảo mật cho xe
Hình 2.3: Khóa truyền thống trên xe máy
Hình 2.4: Khóa điện từ xe máy Ngoài ra còn có các loại khóa an toàn tại nhiều vị trí trên xe phải kể đến là:
- Khóa phanh đĩa: đơn giản nó chỉ là một loại khóa cơ được gắn tại đĩa phanh của xe để ngăn cản xe di chuyển Với thiết kế khó bị cắt nên đây là loại khóa khá an toàn giúp bảo vệ chiếc xe
- Các ổ khóa dây hay khóa chữ U chuyên dùng để khóa bánh xe hoặc khóa xe với một vật gì đó không thể di chuyển được
- Khóa tay phanh xe máy: được sử dụng để khóa cứng hệ thống phanh trên xe ngăn cản chuyển động của xe
Hình 2.7: Khóa tay phanh xe
Và nhiều loại khóa khác với cơ cấu ngăn cản chuyển động của xe để tránh chiếc xe bị mất cắp một cách an toàn Ngoài ra hệ thống khóa còn được trang bị thêm hệ thống cảnh báo bằng âm thanh giúp người dùng biết được có người đang đụng chạm đến chiếc xe của mình.
Cấu tạo nguyên lý hoạt động khóa an toàn trên xe máy
Đối với loại khóa truyền thống hay các loại khóa sử dụng chìa để mở cấu tạo hết sức đơn giản Cấu tạo của ổ bao khóa bao gồm vài lá nhíp mỏng giữ nhiệm vụ hãm trục xoay, lò xo, các chốt trên dưới, đường sinh và chìa khóa có hình dạng khớp với sự sắp xếp của các lá nhíp mỏng để có thể mở được ổ khóa
Nguyên lý làm việc của khóa xe máy cũng tương tự như các loại khóa khác Các cặp chốt kim loại làm nhiệm vụ hãm trục xoay Khi tra đúng chìa vào ổ, biên dạng chìa đẩy các chốt bên trong trục di chuyển lên xuống, khi tất cả các mặt tiếp xúc của các cặp chốt trùng với đường sinh của trục, vặn chìa trục sẽ xoay, khóa mở Bất kỳ cặp chốt nào sai lệch vị trí đều cản trở trục quay
Hình 2.8: Nguyên lý mở khóa truyền thống
Xe cùng chủng loại, điểm khác biệt của chìa nằm ở biên dạng Nhưng với thợ sửa khóa lâu năm, hiểu được quy luật biên dạng thì việc nhìn xe chế chìa không phải là chuyện quá khó, thậm chí một chìa có thể mở được cả chục xe khác nhau Những loại chìa này có cái tên mỹ miều "chìa khóa vạn năng" Chính vì vậy mà độ bảo mật của ổ khóa loại này là rất thấp Đối với loại ổ khóa từ hay còn gọi là smart key cấu tạo về cơ bản là giống với ổ khóa truyền thống nhưng sẽ có thêm một vài bộ phận như van điện từ, bộ điều khiển điện tử, chìa khóa thông minh Nhờ được cấu tạo bằng hệ thống xử lý vi mạch điện tử nên sản phẩm rất thông minh và tiện ích SMARTKEY là tên gọi hệ thống khóa thông minh sử dụng trên ô tô, mô tô và xe máy Công nghệ được nghiên cứu và phát triển lần đầu tiên bởi hãng Siemens vào năm 1995 và được giới thiệu lần đầu tiên bởi hãng ô tô Mercedes-Benz với tên "Key-less Go" vào năm 1998 trên dòng xe W220 S-Class , sau khi bằng sáng chế thiết kế được Daimler-Benz đăng ký vào ngày 17 tháng 5 năm 1997
Về cấu tạo chi tiết gồm có:
- Thiết bị điều khiển FOB hay là chìa khóa thông minh thiết bị điều khiển cầm tay (remote), là một trong những bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống Smartkey của xe máy Thiết bị điện tử này hoạt động dựa trên cơ chế xác thực thông qua các mã bảo vệ.
Tương tự như Token Card sử dụng các mã OTP dùng một lần và được tạo ngẫu nhiên để thực hiện giao dịch, Key FOB cũng xác thực người dùng theo thời gian thực Thiết bị sẽ tạo ra các đoạn mã ngẫu nhiên, thay đổi định kỳ và các chu kỳ đổi mã thường khoảng 30 –
60 giây.Chính nhờ sự mã hóa và thay đổi liên tục ở các đoạn mã mà Key FOB tạo ra, rất khó để ai đó có thể sao chép sóng của những chiếc chìa khóa này Do đó, độ an toàn khi sử dụng Smartkey được người dùng đánh giá rất cao
- Cụm khóa thông minh: bao gồm cụm ổ khóa và van điều khiển Dựa theo tín hiệu từ bộ xử lý mà cụm khóa sẽ cho phép hoặc không cho phép người dùng sử dụng (vặn được ổ khóa)
- Bộ điều khiển khóa thông minh SCU
- Bộ vi xử lý trung tâm ECU
- Hệ thống đầu kết nối khẩn cấp
Nguyên lý hoạt động khóa smartkey: Hệ thống Khóa thông minh này hoạt động dựa trên cơ chế đối chiếu mã xác nhận (ID) giữa 3 phần của hệ thống: bộ điều khiển khóa thông minh, thiết bị điều khiển FOB và bộ vi xử lý trung tâm của xe
Khi người dùng tắt động cơ xe thì SCU vẫn ở trạng thái hoạt động và chờ tín hiệu từ thiết bị FOB Khi người dùng bấm nút báo động hoặc nút tìm xe trên thiết bị FOB thì tín hiệu sẽ được gửi đến SCU Bộ điều khiển này có thể thu được tín hiệu của FOB ở khoảng cách khoảng 10m
Khi người dùng khởi động nút nguồn trên FOB, bộ điều khiển SCU sẽ quét trong phạm vi 1m và đối chiếu mã xác nhận ID Nếu kết quả trùng khớp thì đèn trên thiết bị FOB sẽ phát sáng, cuộn nam châm điện (solenoid) sẽ đóng lại Lúc này, người điều khiển xe có thể điều chỉnh được cụm khóa thông minh trên xe
Sau khi người điều khiển xe nhấn vào nút nguồn (ký hiệu chữ P) trên xe thì bộ điều khiển SCU tiếp tục gửi mã xác nhận ID đến ECU Nếu mã xác nhận là đúng thì hệ thống điện chính sẽ mở và người dùng có thể khởi động xe
Hình 2.9: Nguyên lý khóa smartkey
Ưu nhược điểm hệ thống khoá an toàn trên xe máy
Đối với loại khóa truyền thống hay các loại khóa mở bằng chìa:
- Giá thành sản xuất rẻ
- Sử dụng dễ dàng phù hợp với nhiều lứa tuổi
- Cấu tạo khá nhỏ gọn đẹp mắt
• Nhược điểm: có lẽ nhược điểm lớn nhất của ổ khóa truyền thống chính là khả năng bảo mật Do cấu tạo rất đơn giản vì vậy rất dễ dàng bị phá hoại bởi những kẻ xấu Cùng với đó là trên thị trường hiện nay có rất nhiều bộ dụng cụ phá khóa Chỉ bằng vài dụng cụ đơn giản đã có thể phá được ổ khóa Kết hợp với việc sử dụng nhiều khiến cho bề mặt kim loại của chìa và khóa bị mòn dẫn đến tình trạng không mở được khóa sau một thời gian sử dụng hoặc nguy hiểm hơn là ổ khóa có thể mở được bằng bất kì chìa khóa nào hay bất kì vật dụng nào Nên hiện nay ổ khóa truyền thống không còn được sử dụng nhiều trên thị trường nữa mà dần thay thế bằng khóa điện từ (smartkey) Ngoài ra đối với một số loại
13 khóa tay phanh sẽ làm cho hệ thống phanh của xe lâu ngày bị mòn ảnh hưởng tới khả năng phanh Đối với loại khóa điện từ (Smartkey):
- Loại bỏ hoàn toàn chìa khóa và thay bằng nút vặn cùng Smartkey Từ đây, bạn không còn phải lo lắng về trường hợp quên rút chìa khóa xe dẫn đến bị mất xe
- Xe sẽ được tự động nhận diện thông qua mã hóa khi bạn tiến lại gần xe với thiết bị Key FOB trên người Đồng thời, xe cũng sẽ tự động khóa lại khi bạn rời khỏi xe một khoảng cách nhất định
- Hệ thống Smartkey được trang bị cụm khóa thông minh chống mọi tác động từ bên ngoài Điều này có nghĩa là không ai có thể bẻ khóa và dắt xe của bạn đi khi không có bạn ở gần bấm khóa
- Chống trộm xe máy tuyệt vời hơn
- Tích hợp cùng lúc nhiều tính năng tiện dụng
- Người lái không cần phải tra/rút chìa vào ổ khóa mà vẫn thực hiện được toàn bộ các thao tác như đóng/mở khóa cổ, bật/tắt khóa điện mở yên, và tính năng định vị tiện dụng
- Mang lại một thiết kế hiện đại, với thiết kế đặc biệt cùng hệ thống đèn led chiếu sáng ấn tượng, hệ thống chìa khóa SMARTKEY mang tới người dùng một thiết kế mới ấn tượng hơn rất nhiều so với các ổ khóa truyền thống
- Khả năng chống trộm hiệu quả: Smart key tích hợp chức năng báo động khi có ngoại lực tác động vào xe như rung lắc, di chuyển hoặc khi người lạ thực hiện ý định xấu với xe
- Khóa thông minh sử dụng sóng vô tuyến yếu Do đó, hệ thống này sẽ không hoạt động đúng cách trong những trường hợp: pin chìa khóa yếu; ở gần tháp truyền hình, nhà máy điện, trạm phát thanh, sân bay và các thiết bị khác phát song vô tuyến mạnh hoặc nhiều tiếng ồn; để chìa khóa cùng với các thiết bị liên kết mạng không dây; chìa khóa tiếp xúc hoặc bị vật kim loại đè lên
- Núm xoay ở chế độ mở yên xe: người dùng khi có thói đóng yên xe thường mặc định suy nghĩ là yên tâm không bị mở nếu không có chìa, tuy nhiên nếu núm xoay không đưa về vị trí OFF thì dù xe đã khóa nhưng vẫn bị mở ra bởi bất kỳ ai
- Phạm vi 2 Mét, vùng không an toàn: Nếu người dùng cầm bộ điều khiển FOB vẫn đứng trong phạm vi 2 Mét tranh thủ làm một việc gì khác không để ý đến xe (mua hàng, uống nước, điện thoại…), thì xe giống như đã tắt máy nhưng vẫn quên chìa, dễ dàng nổ máy bị mất trộm
- Hiện nay đã xuất hiện những thiết bị dò sóng smartkey, làm mất đi sự an toàn tuyệt đối vốn dĩ loại khóa này mang đến cho xe của bạn
Với những ưu điểm mà các loại khóa mang lại khả năng bảo vệ chiếc xe của bạn càng ngày càng tốt hơn Tuy nhiên vẫn tồn tại một nhược điểm duy nhất và cũng là nỗi lo duy nhất của người dùng đó chính là khả năng bị bẻ khóa Cho dù là loại khóa truyền thống hay là khóa điện từ hiện đại thì vẫn không thể bảo mật tuyệt đối Vì vậy nhóm đã nghiên cứu đến một loại khóa có tính bảo mật cao hơn là bằng chính vân tay của người dùng Do tính chất sinh trắc học của mỗi người là khác nhau nên đây có thể coi là loại khóa bảo mật nhất
THIẾT KẾ MÔ HÌNH KHÓA XE MÁY TỰ ĐỘNG ĐÓNG MỞ BẰNG VÂN TAY 15 3.1 Các linh kiện sử dụng trong mạch
Giới thiệu chung cảm biến vân tay
Trong thời đại ngày nay, sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật đã giúp cho con người thuận tiện hơn trong các công việc hằng ngày Với sự bùng nổ về công nghệ thông tin, quá trình toàn cầu hóa diễn ra nhanh chóng, sự bảo mật riêng tư thông tin cá nhân cũng như để nhận biết một người nào đó trong hàng tỉ người trên trái đất đòi hỏi phải có một tiêu chuẩn, hệ thống đảm nhận các chức năng đó Công nghệ sinh trắc ra đời và đáp ứng được các yêu cầu trên
Nhiều công nghệ sinh trắc đã và đang được phát triển, một số chúng đang được sử dụng trong các ứng dụng thực tế và phát huy hiệu quả cao Các đặc trưng sinh trắc thường được sử dụng là vân tay, gương mặt, mống mắt, tiếng nói Mỗi đặc trưng sinh trắc có điểm mạnh và điểm yếu riêng, nên việc sử dụng đặc trưng sinh trắc cụ thể là tùy thuộc vào yêu cầu của mỗi ứng dụng nhất định Các đặc trưng sinh trắc có thể được so sánh dựa vào các yếu tố sau: tính phổ biến, tính phân biệt, tính ổn định, tính thu thập, hiệu quả, tính chấp nhận Trong yêu cầu về bảo mật và tìm kiếm, tính phân biệt (hai người khác nhau thì đặc trưng sinh trắc này phải khác nhau) và ổn định (đặc trưng sinh trắc này không thay đổi theo từng giai đoạn thời gian tương ứng với hạng mục đối sánh nhất định) được quan tâm nhiều hơn cả.Cảm biến vân tay chính là công nghệ sinh trắc vân tay Nó sử dụng sóng để quét các bề mặt lồi lõm trên bề mặt da của các ngón tay và lưu lại các đường vân trên ngón tay tạo ra quy ước mã riêng cho từng người Công nghệ cảm biến vân tay này hiện nay được sử dụng rộng trên điện thoại Smart Phone, khóa cửa vân tay do tính bảo mật cao Vân tay đã được biết tới với tính phân biệt (tính chất cá nhân) và ổn định theo thời gian cao nhất, vì vậy nó là đặc trưng sinh trắc được sử dụng rộng rãi nhất Nhận dạng sinh trắc đề cập đến việc sử dụng các đặc tính hành vi và thể chất (ví dụ: vân tay, gương mặt, chữ kí…) có tính chất khác biệt để nhận dạng một người một cách tự động Nhận dạng vân tay được xem là một trong những kỹ thuật nhận dạng hoàn thiện và đáng tin cậy nhất
Sinh trắc học vân tay là một lĩnh vực trong Sinh trắc học Đây là môn khoa học ứng dụng phân tích toán học thống kê xác suất để nghiên cứu các hiện tượng sinh học hoặc các chỉ tiêu sinh học có thể đo lường được Khái niệm này có nguồn gốc từ tiếng Anh
"biometry" hoặc tiếng Pháp "biométrie"
Việc sử dụng dấu vân tay và vân chân để nhận dạng đã được người Ấn Độ làm từ thế kỉ thứ XIV Ở Trung Quốc thời xưa, người ta đã dùng mực bôi đen chân tay của các trẻ mới sinh và in dấu lên một tờ giấy Người Mỹ bắt đầu sử dụng dấu vân tay vào tháng 7 năm 1858 William Idiot, một quan cai trị người Singapore tại Lào, do quá bức xúc với tính gian trá đã bắt thương gia bản xứ là Rajyadhar Konai in dấu bàn tay lên mặt sau của tờ hợp đồng
Khoa học về dấu vân tay được Francis Galton khởi xướng vào cuối thế kỉ thứ XIX Năm 1880, Henry Faulds đưa ra lý luận về số lượng vân tay RC (Ridge Count) để đánh giá mức độ phụ thuộc của vân tay vào gen di truyền Năm 1868 nhà bác học Roberts chỉ ra rằng mỗi ngón tay có một môi trường phát triển vi mô khác nhau Năm 1968 nhà bác học Holt đã chứng minh được rằng có thể dự đoán tương đối chính xác tổng số lượng vân tay TRC (Total Ridge Count) và mức độ phụ thuộc của chúng vào gen di truyền của mỗi người Vào nửa sau của thế kỉ XIX, Richard Edward Henry của Scotland Yard (cơ quan an ninh của Anh) đã phát triển phương pháp phân loại và nhận dạng dấu vân tay Phương pháp này được Francis Galton cải tiến vào năm 1892 Juan Vucetich đã tạo ra một hệ thống phân loại khác cho các nước dùng tiếng Tây Ban Nha Sau Vụ án Francisca Rojas ở Necochea, Argentina trở thành quốc gia đầu tiên trên thế giới chính thức thừa nhận việc lăn tay để làm phương pháp nhận dạng thay cho phép đo người Bertillon của Alphonse Bertillon
Việc sử dụng dấu vân tay để nhận dạng được áp dụng rộng rãi trong đời sống của các nước công nghiệp phát triển Dấu vân tay không những được sử dụng trong lĩnh vực hình sự mà còn được sử dụng trong việc xác nhận nhân thân của cá nhân khi truy cập mạng hoặc mở khoá Một số ngân hàng đã bắt đầu thanh toán thẻ ATM sử dụng máy đọc vân tay Trong đời sống hàng ngày vân tay được dùng để khóa cửa điện tử, két sắt, máy tính cá nhân Trong y học, dựa trên những bức tranh vân tay đặc trưng, ngườita phát hiện ra những bệnh do sai lệch gen
Hình 3.1: Sinh trắc vân tay
Hệ thống nhận dạng: là hệ thống xác thực một cá nhân bằng cách tìm kiếm và đối sánh đặc tính sinh trắc của người này với toàn bộ các mẫu sinh trắc được lưu giữ trong cơ sở dữ liệu
Hình 3.2: Cấu trúc cơ bản của một hệ thống nhân dạng vân tay
Verification (Xác nhận dấu vân tay): Đầu tiên một người sẽ cung cấp dấu vân tay cùng với thông tin hoặc đặc điểm cá nhân của người đó như họ tên, ngày sinh, quê quán… (trong chứng minh thư) hoặc là Username, tên tài khoản, các quyền hạn của ngươi đó, … (trong bảo mật) Bước này nhằm tạo ra một cơ sở dữ liệu tương ứng dấu vân tay và các đặc điểm liên quan Nguyên lý cơ bản của hệ thống này là sử dụng các diot phát sáng để truyền các tia gần hồng ngoại (Near Infrared NIR) tới ngón tay và chúng sẽ được hấp thụ lại bởi hồng cầu trong máu Vùng các tia bị hấp thụ trở thành vùng tối trong hình ảnh và được chụp lại bởi camera CCD Sau đó, hình ảnh được xử lý và tạo ra mẫu vân tay Mẫu vân tay được chuyển đổi thành tín hiệu số và là dữ liệu để nhận dạng người sử dụng chỉ trong vòng chưa đến 2 giây
Hình 3.3: Một số mẫu hình vân tay
Identification (Nhận diện dấu vân tay): Dấu vân tay sẽ được đưa thu thập từ một sensor để đối chiếu với database chứa các vân tay để truy ra các đặc điểm muốn truy xuất Việc đối sánh ảnh vân tay cần nhận dạng chỉ cần được tiến hành trên các vân tay (có trong cơ sở dữ liệu) thuộc loại đã được xác định nhờ quá trình phân loại Đây là giai đoạn quyết định xem hai ảnh vân tay có hoàn toàn giống nhau hay không và đưa ra kết quả nhận dạng, tức là ảnh vân tay cần nhận dạng tương ứng với vân tay của cá thể nào đã được lưu trữ trong cơ sỏ dữ liệu
Hiện nay trên có ba loại cảm biến vân tay thường được sử dụng:
- Cảm biến quang học: Đây là công nghệ sử dụng Camera để ghi lại hình ảnh bề mặt lồi lõm của ngón tay Sau đó lưu lại phân tích và đưa ra mã hóa phù hợp Công nghệ này có nhược điểm là nhận dạng vân tay lâu Thiếu độ chính xác cao, khả năng xử lý dấu vân tay mất nhiều thời gian
- Cảm biến điện dung: Đây là công nghệ tiên tiến cao cấp đã được sử dụng trên các điện thoại Iphone Ngày nay nó được ứng dụng vào các hệ thống khóa cửa vân tay mở cửa của Lion Lock Nguyên lý hoạt động là sử dụng tụ điện để phân tích kiểm tra các điểm lồi lõm trên bề mặt ngón tay
- Cảm biến sóng siêu âm: Đây là công nghệ sử dụng sóng siêu âm để phân tích các điểm lồi lõm trên bề mặt ngón tay Sóng siêu âm sẽ thu thập dữ liệu phân tích chính xác các điểm trên bề mặt Đây là công nghệ được kỳ vọng hiện nay Tuy nhiên vẫn đang được nghiên cứu bước đầu.
Cảm biến vân tay R502
Cảm biến nhận dạng vân tay R502 sử dụng giao tiếp UART TTL hoặc USB 1.1 để giao tiếp với vi điều khiển hoặc kết nối trực tiếp với máy tính
Cảm biến nhận dạng vân tay R502 có khả năng lưu nhiều vân tay cho 1 ID (1 người), thích hợp cho các ứng dụng bảo mật, khóa cửa, sinh trắc học, …
Thiết bị cảm biến vân tay điện dung bao gồm một mảng pixel điện dung, một mạch đọc và một bộ điều khiển, bề mặt cảm biến sẽ được bố trí một ma trận tụ điện, ma trận này sẽ có nhiệm vụ tái tạo lại hình ảnh vân tay khi được lấy mẫu
Hình 3.4: Cảm biến vân tay R502 Thông số kỹ thuật cảm biến vân tay R502:
- Bảo vệ chống lại bụi bẩn hoàn toàn Có khả năng chống mưa
- Điện áp cung cấp: 3.3VDC
- Dòng điện hoạt động: 30 mA
- Dòng điện cực đại: 40 mA
- Thời gian xử lý hình ảnh vân tay: < 0.3 giây
- Đường kích cảm biến: 15mm
- Pixel xử lý hình ảnh: 192 x 192 pixel
- Độ phân giải hình ảnh: 508 dpi
- Số lượng vân tay lưu trữ: 200 vân tay
- Tỷ lệ nhận dạng sai (FAR):