TỔNG QUAN CÁC NGUYÊN LÝ CHẾ TẠO CẢM BIẾN ĐANG NGHIÊM CỨU
Cảm biến quang học
1.1.1 Cấu tạo của vân tay quang học
Vân tay quang học được xác định bằng cách sử dụng ánh sáng hồng ngoại để quét vân tay Thiết bị quét vân tay quang học bao gồm các thành phần chính sau:
Cảm biến hình ảnh: Cảm biến hình ảnh được sử dụng để chụp ảnh vân tay Cảm biến này có thể là cảm biến CCD (Charge-Coupled Device) hoặc cảm biến CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor).
Nguồn sáng hồng ngoại: Nguồn sáng hồng ngoại được s`ử dụng để chiếu ánh sáng lên vân tay Ánh sáng hồng ngoại này không gây ảnh hưởng đến mắt người và không làm hại cho tế bào da.
Bộ xử lý hình ảnh: Bộ xử lý hình ảnh được sử dụng để phân tích và so sánh các đặc điểm của vân tay với các mẫu vân tay đã được lưu trữ.
Phần mềm điều khiển: Phần mềm điều khiển được sử dụng để kết nối thiết bị vân tay với máy tính và để quản lý dữ liệu vân tay.
Bề mặt quét: Bề mặt quét là nơi để người dùng đặt tay lên để quét vân tay Bề mặt này thường được làm bằng chất liệu chống trầy xước và có độ bền cao để đảm bảo tính ổn định và độ chính xác của thiết bị quét vân tay.
1.1.2 Nguyên lý hoạt động của vân tay quang học
Nguyên lý hoạt động của vân tay quang học là sử dụng ánh sáng hồng ngoại để quét và thu thập các đặc trưng của vân tay, sau đó sử dụng bộ xử lý để so sánh các đặc trưng này với dữ liệu vân tay đã lưu trữ để xác định danh tính của người dùng.
Nguyên lý hoạt động của vân tay quang học là sử dụng ánh sáng hồng ngoại để
Cụ thể, khi người dùng đặt tay lên bề mặt quét, thiết bị quét vân tay sử dụng nguồn sáng hồng ngoại để chiếu ánh sáng lên tay Ánh sáng này sẽ được phản xạ lại từ các điểm khác nhau trên bề mặt da và các đường nét vân tay Cảm biến hình ảnh sẽ nhận các tín hiệu phản xạ này và tạo ra một hình ảnh kỹ thuật số của vân tay.
Bộ xử lý hình ảnh sẽ phân tích hình ảnh vân tay để xác định các đặc trưng của nó, chẳng hạn như hình dạng và chiều dài của các đường nét vân tay, số lượng và vị trí của các điểm giao nhau, các khoảng cách giữa các đặc trưng. Các đặc trưng này được lưu trữ dưới dạng mẫu vân tay.
Khi người dùng cố gắng xác thực bằng vân tay, thiết bị sẽ quét và thu thập các đặc trưng của vân tay của họ và so sánh chúng với các mẫu vân tay đã lưu trữ Nếu các đặc trưng khớp với mẫu vân tay, thiết bị sẽ cho phép truy cập Nếu không, truy cập sẽ bị từ chối.
Cảm biến điện dung
1.2.1 Nguyên lý hoạt động của vân tay điện dung
Cảm biết loại này dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, 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 Khi ngón tay của người dùng đặt trên bề mặt cảm biến, ngay lập tức nó sẽ tạo nên sự thay đổi điện dung trong từng con tụ trên ma trận tụ điện, tùy vào độ nông sâu của dấu vân tay ở từng điểm mà trị số tụ điện sẽ khác nhau Dựa vào trị số điện dung ở từng node hệ thống sẽ dựng lại ảnh vân tay trên ngón vừa lấy mẫu để gửi về khối xử lý và so sánh
Cảm biết loại này dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, 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 Khi ngón tay của người dùng đặt trên bề mặt cảm biến, ngay lập tức nó sẽ tạo nên sự thay đổi điện dung trong từng con tụ trên ma sẽ khác nhau Dựa vào trị số điện dung ở từng node hệ thống sẽ dựng lại ảnh vân tay trên ngón vừa lấy mẫu để gửi về khối xử lý và so sánh.
Cảm biến sóng siêu âm
1.3.1 Cấu tạo cảm biến siêu âm
Cảm biến sẽ gồm có bộ phận đảm nhận chức năng phát ra sóng siêu âm bằng một đầu dò công suất nhỏ có thể phát ra tín hiệu. Đầu dò siêu âm có nhiều loại khác nhau như đầu dò thẳng (sóng dọc), đầu dò ngang (sóng ngang), đầu dò kép (1 đầu dùng để dò tín hiệu, 1 đầu dùng để phát tín hiệu), đầu dò sóng bề mặt,… Tất cả những đầu dò này đều có chung cấu tạo cảm biến siêu âm như sau:
Máy phát: Có chức năng tạo sóng siêu âm và thực hiện lan truyền vào không khí Máy được rung bằng máy rung (làm từ chất liệu gốm, sở hữu đường kính 15mm).
Bộ máy thu: Lúc máy rung nhận sóng siêu âm sẽ tạo ra rung động cơ học tương ứng với sóng siêu âm và chuyển đổi thành năng lượng điện tại đầu ra của máy thu.
Điều khiển: Bộ phận này sẽ truyền siêu âm của máy phát bằng cách sử dụng mạch tích hợp và cũng thực hiện đánh giá xem máy thu có nhận được tín hiệu và kích thước của tín hiệu thu hay không.
Nguồn điện: Cung cấp thường xuyên siêu âm cảm biến là nguồn điện
DC bên ngoài với điện áp là PCB ± 10% hoặc 24 V ± 10%, được cung cấp thông qua mạch ổn áp bên trong.
1.3.2 Nguyên lý hoạt động cảm biến siêu âm
Siêu âm cảm biến hoạt động dựa theo nguyên tắc cho và nhận, nghĩa là chính bản thân cảm biến sẽ liên tục phát ra sóng với tốc độ của sóng siêu âm.
Lúc bước sóng gặp phải vật cản sẽ phản hồi ngược trở lại bước sóng này, đồng nghĩa với việc cảm biến siêu âm sẽ nhận lại bước sóng phản hồi này và đồng thời phân tích để biết được khoảng cách từ vật cản đến cảm biến
CÁC LOẠI CẢM BIẾN THỰC NGHIÊM
Cảm biến nhận dạng vân tay AS608 Fingerprint Sensor
Cảm biến nhận dạng vân tay AS608 Fingerprint Sensor sử dụng giao tiếp UART TTL hoặc USB để giao tiếp với Vi điều khiển hoặc kết nối trực tiếp với máy tính (thông qua mạch chuyển USB-UART hoặc giao tiếp USB).
Cảm biến nhận dạng vân tay AS608 Fingerprint Sensor được tích hợp nhân xử lý nhận dạng vân tay phía trong, tự động gán vân tay với 1 chuỗi data và truyền qua giao tiếp UART ra ngoài nên hoàn toàn không cần các thao tác xử lý hình ảnh, đơn giản chỉ là phát lệnh đọc/ghi và so sánh chuỗi UART nên rất dễ sử dụng và lập trình.
Điện áp sử dụng: 3.0~3.6VDC (thường cấp 3.3VDC, lưu ý quan trọng nếu cấp lớn hơn 3.3VDC cảm biến sẽ cháy ngay lập tức).
Dòng tiêu thụ: 30~60mA, trung bình 40mA
Tốc độ Baudrate UART: 9600 x N (N từ 1~12), mặc định N=6 baudrate = 57600,8,1.
Sensor image size (pixel): 256 x 288 pixels
Power-on delay (s):