Đồ án tốt nghiệp đề tài thiết kế thiết bị mở khóa cửa bằng cảm biến vân tay

Sinh trắc học là quá trình các đặc điểm thể chất và đặc điểm khác của một người được phát hiện và ghi lại bởi một thiết bị hoặc hệ thống điện tử như một phương tiện xác nhận danh tính..

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA CƠ - ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ THIẾT BỊ MỞ-KHÓA CỬA

BẰNG CẢM BIẾN VÂN TAY

Sinh viên thực hiện : LÊ DUY

Giảng viên hướng dẫn : TS NGÔ TRÍ DƯƠNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng nhóm tôi, cáckết quả nghiên cứu được trình bày trong đồ án là trung thực, khách quan và chưatừng dùng để bảo vệ cho bất kỳ đồ án nào

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện đồ án đã đượccảm ơn , các thông tin trích dẫn trong đồ án này đều ghi rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày 08 tháng 02 năm 2024

Tác giả đồ án

Duy

Lê Duy

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám đốc trườngHọc viện nông nghiệp Việt Nam Ban chủ nhiệm khoa Cơ Điện cùng toàn thểcác thầy, cô giáo trong khoa, trong trường đã dạy bảo, dìu dắt em trong suốt 5năm qua dưới mái trường Học viện

Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Ngô Trí Dươngtrưởng bộ môn Tự động hóa đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trìnhhoàn thành đề tài tốt nghiệp này

Em cũng xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo, bạn bè và những ngườithân đã động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành tốt đợtlàm đồ án này

Do kiến thức và thời gian còn hạn chế nên đồ án không thể tránh khỏinhững thiếu sót, mong quý thầy cô, và các bạn đóng góp ý kiến để đồ án của emđược hoàn chỉnh tốt hơn

Cuối cùng em xin kính chúc toàn thể các thầy cô giáo trong khoa CơĐiện, các thầy cô trong Học viện nông nghiệp Việt Nam cùng toàn thể bạn bè,người thân sức khỏe, hạnh phúc và thành đạt

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 08 tháng 02 năm 2024 Sinh viên

Duy

Lê Duy

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề:

Ngày nay, xã hội ngày càng phát triển Công nghiệp hóa, hiện đại hóangày càng phát triển được nâng cao và đổi mới để phát triển đất nước và cảithiện cuộc sống của con người Trong đó công nghệ xử lí hình ảnh, quan sát vàgiám sát từ xa đang là một bước ngoặt cho sự phát triển thời đại 4.0 Công nghệ

xử lí hình ảnh đã và đang được sử dụng trong mọi ngành nghề công việc vì sựtiên tiến và tiện ích nó mang lại Vì vậy việc ứng dụng khoa học kĩ thuật ngàycàng rộng rãi, phổ biến và mang lại những hiệu quả vô cùng cao trong hầu hếtcác lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật cũng như trong đời sống xã hội con người

Hiện nay, có rất nhiều cách để mở-khóa cửa khác nhau, cụ thể như là sửdụng khóa cửa sắt thep bình thường ( hình thức này yêu cầu phải có chìa khóaluôn đi theo bên mình và nếu có rơi mất thì sẽ mất rất nhiều thời gian để làm lạikhóa mới)

Nhận thấy nhu cầu sử dụng đồ dùng thông minh đang tăng cao trong thờiđại hiện đại hóa 4.0 Cũng như giúp các hộ gia đình hạn chế việc bị đánh rơihoặc là bỏ quên chìa khóa dẫn đến việc không mở khóa được cửa Vì vậy, emquyết định chọn đề tài “ Thiết kế thiết bị mở-khóa cửa sử dụng cảm biển vântay” áp dụng phương pháp quét vân tay

Bên cạnh đó, em cũng muốn thông qua đề tài để tìm hiểu thêm về ứngdụng của công nghệ vào đời sống đồng thời vận dụng và hiểu sâu hơn về cáckiến thức đã được học

Em xin chân thành cảm ơn thầy đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ em hoànthành đề tài Do thời gian còn hạn chế trong quá trình thực hiện không tránhkhỏi những sai sót kính mong quý thầy cô bỏ qua Em rất mong sự đóng góp củathầy cô để đề tài em hoàn thiện và có hướng phát triển hơn Em xin cảm ơn!

2 Mục đích của đồ án

Ứng dụng thành công công nghệ sinh trắc học ( cảm biến vân tay ) vào đềtài

Chạy thử nghiệm thành công và đánh giá kết quả đạt được

3 Giới hạn

Từ lý thuyết đến thực tế là một chặng đường dài, và với tốc độ phát triểnhiện nay thì công nghệ và kiến thức thay đổi không ngừng Với tầm hiểu biếthạn hẹp của em thì khó lòng giải quyết được nhiều yêu cầu trên thực tế vì nhiềukhi chỉ cần thêm một yêu cầu cũng khiến khối lượng kiến thức liên quan cũngnhư độ khó tăng lên nhiều lần Do đó, đồ án này chỉ tập trung vào xây dựng một

hệ thống chứng minh được tính khả thi của đồ án và giới hạn như sau:

Mô hình sử dụng cảm biến vân tay có thể sử dụng và cải tiến được thêmcác công dụng khác

Tốc độ quét của vân tay chưa được nhạy, do là dính bụi hoặc bám bẩn.Giới hạn về đối tượng nghiên cứu :

Đề tài chỉ dừng lại ở việc xây dựng mô hình hệ thống

Các thiết bị sử dụng chỉ mạng tính chất học thuật không tối ưu về kinh phícũng như tính ổn định của thiết bị

Đề tài được nghiên cứu qua các tài liệu, kiến thức trên mạng internet vàcác sách giáo trình

Đề tài được thực hiện và thử nghiệm tại nhà riêng

4 Ý nghĩa

Đề tài “Thiết kế thiết bị mở-khóa cửa sử dụng cảm biến vân tay ” được ápdụng vào trong đời sống nhằm phục vụ cho việc tự động sử dụng thiết bị Là nềntảng cơ sở để xây dựng quy trình tự động hóa trong nông nghiệp góp phần đưasản xuất nông nghiệp của Việt Nam tiến gần hơn với nền nông nghiệp 4.0 Quátrình nhận dạng vân tay sẽ giúp hạn chế việc đánh rơi chìa khóa mà không lo bịđứng ở ngoài cửa Mô hình được dùng làm công cụ để nghiên cứu phát triển vàthực nghiệm ứng dụng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu về đề tài

1.1.1 Giới thiệu công nghệ sinh trắc học:

Theo Biometric Research Group,.Inc sinh trắc học (hay Biometrics) là

các điểm thể chất và hành vi có thể đo lường cho phép thiết lập và xác minhdanh tính của một cá nhân

Sinh trắc học là quá trình các đặc điểm thể chất và đặc điểm khác của mộtngười được phát hiện và ghi lại bởi một thiết bị hoặc hệ thống điện tử như mộtphương tiện xác nhận danh tính Thuật ngữ “Sinh trắc học” bắt nguồn từ từ

“Sinh trắc học”, dùng để chỉ việc phân tích thống kê quan sát các hiện tượngsinh trắc học

Hình 1-1 Công nghệ sinh trắc học

Vì mã nhận dạng sinh trắc học là duy nhân của các cá nhân, chúng đáng tincậy hơn trong việc xác minh danh tính so với các phương pháp khác như chứngminh nhân dân và mật khẩu

Các mã nhận dạng hoặc phương thức sinh trắc học thường được phân loại là

“sinh lý học” hoặc “hành vi” Các mã nhận dạng sinh trắc học liên quan đến thểchất của một người và bao gồm: nhận dạng vân tay, bàn tay, nhận dạng tĩnhmạch, mùi, mùi hương, DNA, nhận dạng khuôn mặt, quét mống mắt

Công nghệ sinh trắc học là các hệ thống hoặc ứng dụng được thiết kế để sử

dụng dữ liệu sinh trắc học thu được từ các phương thức hoặc nhận dạng sinh trắchọc Hệ thống sinh trắc học là một quá trình tự động:

1) Thu thập dữ liệu sinh trắc học thông qua thiết bị nhận dạng sinh trắc học,chẳng hạn như máy quét hình ảnh cho dấu vân tay hoặc các mẫu tĩnh mạch lòngbàn tay hoặc một máy ảnh để thu thập các bản quét khôn mặt và mống mắt.2) Trích xuất dữ liệu từ mẫu được gửi thực tế

3) So sánh dữ liệu được quét từ những dữ liệu được thu thập để tham khảo.4) Đối sánh giữa mẫu đã gửi với các mẫu

5) Xác định hoặc xác minh xem danh tính của người giữa dữ liệu sinh trắc học

có xác thực hay không

Do đó, công nghệ sinh trắc học bao gồm cả phần cứng và phần mềm Thiết

bị nhận dạng sinh trắc học là phần cứng thu thập, đọc và so sánh dữ liệu sinhtrắc học Dữ liệu sinh trắc học là một mẫu được lấy từ cá nhân và duy nhất Phầnmềm được nhúng trong công nghệ sinh trắc học bao gồm một công cự sinh trắchọc xử lý dữ liệu sinh trắc học đã thu thập được Phần mềm này thường hoạtđộng song song với phần cứng để vận hành quy trình thu thập dữ liệu sinh trắchọc, trích xuất dữ liệu và thực hiện so sánh, bao gồm cả đối sánh dữ liệu

1.1.2 Lịch sử công nghệ sinh trắc học:

Ngày càng có nhiều người tiêu dùng chuyển sang thế giới kỹ thuật số.

Tuy nhiên, sự phổ biến ngày càng tăng của các nền tảng mua sắm trực truyến vàcác dịch vụ tài chính online đã trở thành mục tiêu cho tội phạm mạng

Với các mối đe dọa bảo mật tiềm tàng, các doanh nghiệp phải thực hiện cácbiện pháp an ninh mạng mạnh mẽ để ngăn chặn các tội phạm truy cập trái phépvào mạng của họ Do đó, công nghệ sinh trắc học được coi là sự thay thế khả thicho các phương pháp xác minh danh tính thông thường Đặc điểm sinh trắc học

là thứ không thể giả mạo, do đó với việc sử dụng công nghệ sinh trắc học, cácdoanh nghiệp có thể chống lại các hacker nhằm tìm ra điểm yếu trong hệ thống

Xác thực sinh trắc học nghe có vẻ như là công nghệ của tương lai nhưngthực tế việc sử dụng sinh trắc học cho mục đích nhận dạng đã được phát triển kể

từ những năm 1800 Ban đầu nó dựa trên các mẫu giọng nói và dấu vân tay củacon người và được sử dụng để xác định tội phạm Nhưng khi công nghệ cónhững bước nhảy bọt, khoa học ính trắc học cũng phát triển không ngừng vàhiện nay, công nghệ sinh trắc học đã được phổ biến rộng rãi ở khắp mọi nơi và

cụ thể là ngay trên điện thoại của bạn

Năm 1823: Nhà khoa học Joannes Evangelista Purkinji tìm thấy các mô

hình và hình dạng của ngón tay

Năm 1880: Henry Faulds và W.J Herchel, trong một công trình công bố tên

là “Nature” đã đề xuất sử dụng vân tay như là phương thức độc đáo để xác địnhbản chất con người

Cuối thế kỉ 19 năm 1880: Tiến sĩ Henry Faulds đưa ra lý luận số lượng

vân tay TRC(Total Ridge Count) có thể dự đoán tương đối chính xác mức độphụ thuộc của chúng vào gen di truyền của con người được kế thừa trong đó cóliên quan đến tiềm năng và trí tuệ của con người

Năm 1892: ông Fancis Galton đã chỉ ra rằng: vân tay của những cặp song

sinh, anh em và di truyền cùng dòng máu thì có sự tương đồng Chính điều này

đã mở ra ngành nhân học

Năm 1926: Harol Cummins đề xuất “Dermatoglyphics” (Sinh trắc học dấu

vân tay) như là một thuật ngữ cho chuyên ngành để nghiên cứu dấu vân tay tạiHiệp hội hình thái học của Mỹ

Năm 1930: Hiệp hội nghiên cứu hình thái sinh lý học (viết tắt là SSPP:Society for the Study of Physiological Pattems) bắt đầu công trinh nghiên cứu 5chúng vân tay và những nét đặc trưng độc đáo của nó

Năm 1985: Tiến sĩ nổi tiếng Chen YI Mou - Đại học Havard nghiên cứu

Sinh trác vân tay dựa trên Thuyết Đa Thông Minh của Tiến sĩ Howard Garder.Đây là lần đầu tiên phương pháp này được áp dụng sinh trắc vân tay trong lĩnhvực giáo dục và chức năng của bộ não liên quan đến dấu vân tây

1.1.3 Ứng dụng công nghệ sinh trắc học:

- Các ứng dụng của sinh trắc học đang áp dụng hiện nay

Dấu vân tay - fingerprint

Hình 1-2 Sinh trắc học vân tay

Tại hội nghị WQC năm 2014 đã có kết quả báo cáo rằng có đến 85% người sử dụng Iphone 5S dùng công nghệ bảo mật vân tay TouchID để bảo vệ thiết bị của mình Lý do mà việc dấu vân tay được

sử dụng nhiều như vậy là do khả năng bảo mật cao Và điện thoại của

họ hoàn toàn được bảo mật khi bị thất lạc hoặc bị mất trộm.

Không chỉ sử dụng dấu vân tay cho mục đích bảo vệ tài sản, mà dấu vân tay còn được sử dụng nhiều trong các thiết bị điện tử như: Khóa điện tử, khóa cửa bằng vân tay, chấm công bằng vân tay Hiện nay thì việc sử dụng dấu vân tay là phổ biển trên nhiều trường học trên thế giới.

Máy quét tĩnh mạch lòng bàn tay - Palm Vein Reader

Hình 1-3 Sinh trắc học bàn tay

Một hệ thống camera hồng ngoại đặc biệt sẽ được tích hợp dưới màn hìnhthiết bị Khi người dùng đưa bàn tay qua màn hình thiết bị, hệ thống camera này

sẽ kết hợp với ánh sáng từ màn hình để quét các thông số tĩnh mạch của đốitượng rồi so sánh với dữ liệu gốc đã được đưa ra quết định cho phép mở khóathiết bị hay không Mặc dù phương pháp bảo mật này có vẻ không khác gì bảomật vân tay được Apple cùng rất nhiều hãng smarthome áp dụng Mức độ bảomật được cho là cao hơn nhiều so với dấu vân tay nó nằm trong cơ thể và rấtkhó bị làm giả

Nhận diện khuôn mặt

Hình 1-4 Sinh trắc học khuôn mặt

Nhận diện khuôn mặt là công nghệ tưởng chừng chỉ xuất hiện trong các bộphim viễn tưởng Nhưng ngày nay nó đã xuất hiện trong các thiết bị công nghệphổ biến như mở khóa cửa bằng khuôn mặt, mở điện thoại bằng khuôn mặt.Công nghệ này đặc biệt được sử dụng nhiều trong quá trình tìm kiếm kẻ truy nã.Với hệ thống camera quan sát lắp đặt tại khu trung tâm và những nơi yêu cầubảo mật cao như ngân hàng, sân bay, chung cư, văn phòng, nhà xưởng, khobãi v v Sử dụng phần mềm phân tích khuôn mặt còn giúp phá các vụ án nhanhhơn

Sinh trắc học hành vi - Behavioral Biometri

Hình 1-5 Sinh trắc học dựa vào hành vi con người

Công nghệ xác thực về hành vi được hình thành từ thói quan sử dụng củacon người trên các thiết bị smartphone Chúng phân tích các từ khóa mà người

sử dụng hay sử dụng Hay những ứng dụng mhay mở để phân tích các hành vi

Và tao ra lưu trữ cho những lần tiếp theo Công nghệ này được phản ứng tíchcực hơn từ đa số mọi người Có thể đưa ra một cảnh báo và chặn truy cập vào tàikhoản Khi người dùng có hành vi sai lệch khi thực hiện đăng nhập Nhóm dịch

vụ tài chính toàn cầu BBVA sử dụng công nghệ cài đặt trên thiết bị di động

Nhịp tim - Cardiac Rhyth

Hình 1-6 Dựa vào nhịp tim để thanh toán các hóa đơn

Mọi người có thể đã chẳng còn lạ gì với theiets bị đọc điện tâm đồ (ECG)xuất hiện trong các bệnh viện Về thực chất thì công nghệ điện tâm đồ không thểnói là có quá nhiều đột phá, những gì xuất hiện trên bản đồ sinh trắc học đơngiản Chỉ là các thiết bị nhỏ bé giúp kết nối với nhịp đập trái tim của người sửdụng và hệ thống tín hiệu Được đeo trên người có thể xác nhận các nhịp timriêng biệt khi hoạt động của từng cá nhân

Nhận diện qua võng mạc - Eye Scan

Hình 1-7 Sinh trắc học nhận diện võng mạc

Công nghệ quét võng mạc đã xuất hiện từ những năm 1980 Và là một trongnhững ứng dụng sinh trắc học nổi tiếng nhất Ngày nay người ta chủ yếu sửdụng cho ứng dụng kiểm soát ra vào trong môi trường bảo mật cao: trong doanhtrại, nhà chính phủ,… Quét võng mạc là một công nghệ mới những rất có triểnvọng

1.2 Mục đích nghiên cứu

Đề tài được nghiên cứu, khảo sát và thực hiện với mục đích áp dụng những

kiến thức đã được học trong nhà trường để thiết kế, tạo ra một hệ thống đóng cửa bằng phương pháp quét vân tay

Module thời gian thực RTC

1.3 Nội dung nghiên cứu

Tìm hiểu về cảm biến vân tay và phương pháp mở-đóng cửa tự động

Thiết kế module cảm biến vân tay

Đánh giá kết quả thực hiện được.\

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp giữa lí thuyết và thực nghiệm:

Sau khi nhận đề tài, em đã tập trung tìm hiểu các vấn đề liên quan đến đề tài.Sau đó chế tạo mạch, sản phẩm để kiểm tra thực tế Trong quá trình chạy thực tếkiểm tra lỗi, những hạn chế mắc phải để sửa và phát triển thêm các ý tưởngkhác

Phương pháp quan sát: khảo sát một số mạch điện thực tế đang có trên thị

trường và tham khảo thêm một số dạng mạch từ mạng Internet

Phương pháp tham khảo tài liệu: bằng các thu thập thông tin từ sách, tạp chí

về điện tử và truy cập từ mạng Internet

1.5 Ý nghĩa thực tiễn

- Thực tế có rất nhiều công ty, doanh nghiệp đã áp dụng công nghệ mở-khóacửa thông minh sử dụng cảm biến vân tay này Nó mang lại tính hữu ích cao, tiếtkiệm thời gian cho công nhân cũng như quản lý, cải thiện chất lượng cuộc sống

- Tạo tính tư duy, sáng tạo cho sinh viên trong quá trình nghiên cứu

- Có tính linh động và mở rộng cho sinh viên thiết kế mô hình dựa trên cơ sởthực tiễn

- Mô hình nhỏ, đơn giản nhưng tiện lợi, hữu ích

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Trong cuộc sống hiện nay, mở cửa bằng dấu vân tay là phương thức mởkhóa hiện đại được sử dụng trong các dòng khóa vân tay, khóa cửa điện tử

2.1.1 Phân loại các phương pháp mở-khóa cửa thông minh:

2.2.1 Mở-khóa cửa bằng thẻ từ:

Mở-khóa cửa bằng thẻ từ là thiết bị điện tử hoạt động khi cắm điện và sửdụng thẻ từ cảm ứng gắn chip (RFID) để nhân viên mở-khóa cửa

Ưu điểm của cách mở-khóa cửa này là:

- Mở khóa tiện lợi và nhanh chóng:

Người dùng chỉ cần chạm đầu ngón tay lên phần đầu đọc, chưa đầy mộtgiây, cửa sẽ được mở ra

Người sử dụng không cần luôn mang theo chìa khóa bên người giống nhưvới loại ổ khóa cơ truyền thống

Không lo lắng việc quên chìa khóa hay đánh rơi, làm mất chìa khóa

Chìa khóa là vân tay, người dùng có thể mở khóa mà không cần bất kỳphương tiện hay công cụ nào khác

- Độ an toàn, bảo mật tối ưu

Mỗi người có một dấu vân tay khác nhau, không thể trùng lặp

Ổ khóa cửa kết hợp công nghệ nhận dạng vân tay hiện đại, cho phép khóangăn chặn mọi tình trạng sao chép, làm giả, lấy trộm vân tay

Những người không có dấu vân tay hợp lệ, chưa đăng ký vân tay trước đókhông thể mở cửa trong bất kỳ trường hợp nào

2.2.2 Mở cửa bằng vân tay

Với cách lưu dữ liệu tương tự như mở cửa bằng thẻ từ, khưng mở cửa bằngvân tay được áp dụng công nghệ hiện đại hơn Cách này khắc phục được hạnchế việc quân hay làm mất thẻ so với cách trên Song máy cũng có một vài

nhược điểm như không nhạy khi tay ướt, máy cũ còn hay gặp lỗi không xác địnhđược vân tay và chi phí lắp đặt cao hơn cho với việc mở cửa bằng thẻ từ Mởcửa thông minh bằng vân tay cũng không quá phù hợp với các ngành nghề, côngviệc dễ làm mờ vân tay như tiếp xúc với sơn hoặc có nhiều bụi bặm, làm đồ gỗ

Ưu điểm của cách mở-khóa cửa này là:

- Mở khóa tiện lợi và nhanh chóng:

Người dùng chỉ cần chạm đầu ngón tay lên phần đầu đọc, chưa đầy mộtgiây, cửa sẽ được mở ra

Người sử dụng không cần luôn mang theo chìa khóa bên người giống nhưvới loại ổ khóa cơ truyền thống

Không lo lắng việc quên chìa khóa hay đánh rơi, làm mất chìa khóa

Chìa khóa là vân tay, người dùng có thể mở khóa mà không cần bất kỳphương tiện hay công cụ nào khác

- Độ an toàn, bảo mật tối ưu

Mỗi người có một dấu vân tay khác nhau, không thể trùng lặp

Ổ khóa cửa kết hợp công nghệ nhận dạng vân tay hiện đại, cho phép khóangăn chặn mọi tình trạng sao chép, làm giả, lấy trộm vân tay

Những người không có dấu vân tay hợp lệ, chưa đăng ký vân tay trước đókhông thể mở cửa trong bất kỳ trường hợp nào

Nhược điểm của cách mở cửa này là:

- Lỗi xác nhận vân tay không phải lúc nào cũng thưc hiện được…

- Chi phí lắp đặt sử dụng cao

2.2.3 Mở cửa bằng nhận diện khuôn mặt

Đây là cách mở cửa được nhiều công ty đầu tư, sử dụng hiện nay nhằm tăng

độ an ninh an toàn Cơ chế hoạt động của hình thức này là sử dụng công nghệnhận diện khuôn mặt Face ID để ghi nhận nhân viên

Ưu điểm của mở cửa nhận diện khuôn mặt

- Tính xác thực cao

- Hiện đại và nhanh chóng

- Góp phần đảm bảo an ninh

Nhược điểm khi sử dụng:

- Cần đầu tư máy tốt thì hoạt động mới ổn định

- Tốc độ chấm công chậm hơn so với thẻ

- Chi phí lắp đặt sử dụng cao

Kết luận: Mỗi cách mở cửa thông minh đều có ưu và nhược điểm riêng

nhưng đều hỗ trợ người dùng sử dụng Dựa trên những ưu nhược điểm đó và tùy

theo các người sử dụng đưa ra lựa chọn hiệu quả và tối ưu nhất Nhưng phương

pháp mở cửa bằng vân tay đang được sử dụng rộng rãi nhất ở thời điểm hiện tại

vì nó nhanh gọn, minh bạch, xác thực cao.

2.2 Tìm hiểu về cảm biến vân tay

Công nghệ cảm biến vân tay ngày càng thông dụng và phát triển Không chỉđược sử dụng để tích hợp tính năng bảo mật trên các dòng smartphone hiện nay.Công nghệ cảm ứng vân còn còn được ứng dụng tích hợp vào các thiết bị hiệnđại khác như: Laptop, Tivi, máy chấm công, Khóa cửa…Vậy cảm biến vân tay

là gì?

Định nghĩa:

Cảm biến vân tay hay còn có tên gọi khác là cảm biến nhận diện vân tay làmột dạng lưu trữu vân tay của người dùng bằng công nghệ sinh trắc học vớinhững loại sóng khác nhau, sau đó lưu lại những bề mặt lồi lõm và cả lớp da củatay để lưu lại nhằm đảm bảo tính bảo mật khi người dùng sử dụng

Nguyên lý hoạt động:

Về cơ bản, cảm biến vân tay là một hệ thống có khả năng lưu bản in vân taycủa người dùng một cách nhanh chóng nhờ một hệ thống được đặt dưới khungquét Người dùng đặt tay lên khung quét và các cảm biến trên khung quét sẽ lưulại cách hình ảnh đó và các phân mềm, vi xử lý sẽ phân tích hình ảnh này theo

các vị trí lồi/lõm trên đầu ngón tay của bạn Khi đặt ngón tay lên trên một thiết

bị đọc vân tay, ngay lập tức thiết bị này sẽ quét hình ảnh ngón tay đó và đưa vào

hệ thống Hệ thống sẽ xử lý dấu vân tay, chuyển sang dạng dữ liệu số rồi đốichiếu các đặc điểm vân tay đó với dữ liệu đã được lưu trữ trong hệ thống

Ưu nhược điểm của cảm biến vân tay:

Cảm biến vân tay là một hệ thống xác thực, không có chức năng bảo vệ

dữ liệu Chính vì vậy người khác có thể sử dụng ngón tay của bạn mở khóa cửakhi bạn ngủ hoặc mất ý thức

2.4 Phân loại cảm biến vân tay

2.4.1 Cảm biến quang học

Cảm biến này sẽ sử dụng một camera chuyên dụng để chụp lại hình ảnhcủa dấu vân tay trên bề mặt kính, bề mặt kính của cảm biến loại này được phủmột lớp mặt kính Bức ảnh sau khi được hệ thống camera chụp lại sẽ được nénlại và chuyển sang tín hiệu số để chuyển đến khối xử lý hình ảnh phía sau

Công nghệ này có nhược điểm là nhận dạng vân tay lâu Thiếu độ chínhxác cao, khả năng xử lý dấu vân tay mất nhiều thời gian hơn so với các loạikhác

2.4.2 Cảm biến điện dung

Cảm biến 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 hinhfa nhrvân tay khi được lấy mẫu Khi ngón tay của người dùng đặt trên bề mặt cảmbiến, ngay lập tức nó sẽ tạo nên sự thay đổi điện dung trong từng con tụ trên matrận tụ điện, tùy vào độ nông sâu của vân tay ở từng điểm mà trị số tụ điện sẽkhác nhau Dựa vào trị số điện dung ở từng node hệ thống sẽ dựng lại ảnh vântay trên ngón vừa lấy mẫu để gửi về khối xử lý và so sánh

Cảm biến loại này có cấu tạo mỏng và có độ bảo mật cao hơn cảm biếnquang học vì thế nó được áp dụng ở các thiết bị các nhân như máy điện thoại diđộng hoặc một số dòng thiết bị cao cấp khác

2.4.3 Cảm biến siêu âm

Là sự đột phá trong công nghệ bảo mật vân tay, loại bỏ đi những bất tiện

của cảm biến vân tay điện dung chẳng hạn như không thể sử dụng khi vân tay bịướt hay chiếm kích thước một vùng đáng kể trên thiết bị, nhất là trong lúc cácsmartphone với xu thế tràn viền đang khá thịnh hành

Bằng cách sử dụng âm thanh tần số sóng để nhận diện các chi tiết trên vântay người dùng, khi quét vân tay, một số xung áp lực sẽ được thu lại, một số dộingược vào cảm biến gồm đường vân, lỗ chân lông, các chi tiết khác để nhậndiện sự riêng biệt Sóng này không chỉ quét bề mặt lồi lõm mà còn cả lớp dadưới ngón tay, tránh những trường hợp làm giả ngón tay tinh vi hiện nay Cảmbiến này bao gốm máy phát và máy thu

Cảm biến siêu âm là công nghệ còn khá mới đối với giới công nghệ và chiphí khá cao

2.5 Cảm biến vân tay

Giới thiệu cảm biến vân tay

Hình 2-8 Cảm biến vân tay AS608

Giao tiếp USB: 2.0 full speed

Kích thước hình ảnh cảm biến (pixel): 256 x 288 pixels

màu sắc đa dạng Ở đây sản phẩm sử dụng màu sắc của quả quýt, có hai nhómmàu sắc cơ bản là : Màu sắc sản phẩm phổ biến , màu sắc sản phẩm ít phổ biến.Cách chia màu sắc này dựa vào sự phổ biến của màu sắc sản phẩm ở trong cuộcsống, nhóm màu sắc chính ( xanh, vàng, đỏ) và các màu sắc còn lại là màu sắc ítthông dụng hơn nên thuộc nhóm còn lại Ở đề tài này nhóm sử dụng màu sắcquả thực tế là quả quýt với 2 màu xanh và vàng.

a Giới thiệu về không gian màu sắc

Không gian màu là những phương pháp định lượng màu sắc được thiết lậpcông thức một cách khoa học Hệ thống không gian màu cho phép mỗi màuđược xác định theo số học, bằng cách đó ta có thể chọn và lặp lại những màunào đó thật chính xác Bạn sẽ tiếp xúc với những không gian màu chính sau đây:HLS (sắc thái, quang độ và độ bão hòa), HSB (sắc thái, độ bão hòa và độ đậmnhạt), RGB (đỏ, lục, lam) và CYMK (xanh hóa học, vàng, tím sen, đen) CMYK

là không gian màu được sử dụng trong công nghiệp in ấn và bị giới hạn bởi mức

độ thể hiện của mực in và chất màu Không gian RGB - hệ thống màu thườnggặp nhất trong nghệ thuật nhiếp ảnh số - sử dụng ánh sáng, do vậy cho ta phổmàu rộng hơn các chất màu CYMK Điều quan trọng là bạn phải lưu ý sự khácbiệt giữa những hệ thống màu mà bạn đang làm việc với những biến đổi màu cóthể sẽ xảy ra giữa màn hình hiển thị và kết xuất in ấn

- Không gian màu RGB

Không gian màu RGB hoặc hệ thống màu RGB , tạo ra tất cả các màu từ

sự kết hợp của các màu Red, Green và Blue

Màu đỏ, xanh lục và xanh lam sử dụng 8 bit mỗi màu, có giá trị nguyên từ

0 đến 255 Điều này làm cho 256 * 256 * 256 = 16777216 có thể có màu

RGB ≡ Đỏ, Xanh lục, Xanh lam

Mỗi pixel trong màn hình LED hiển thị màu sắc theo cách này, bằng sựkết hợp của các đèn LED màu đỏ, xanh lục và xanh lam (điốt phát quang)

Khi điểm ảnh màu đỏ được đặt thành 0, đèn LED sẽ tắt Khi pixel màu đỏđược đặt thành 255, đèn LED được bật hoàn toàn

Hình 2 1 Không gian màu RGB

Mã RGB có định dạng 24bit(bit0 23): RGB = (R*65536)+(G*256)+B ,(when R is RED, G is GREEN and B is BLUE)

- Không gian màu CMYK

CMYK là không gian màu được sử dụng phổ biến trong ngành côngnghiệp in ấn Ý tưởng cơ bản của hệ không gian này là dùng 4 màu sắc cơ bảnphục vụ cho việc pha trộn mực in Trên thực tế người ta dùng 3 màu là C=Cyan:xanh lơ, M=Magenta: hồng xẫm và Y= Yellow: vàng để biểu diễn các màu sắckhác nhau Nếu lấy màu hồng xẫm cộng vàng sẽ ra đỏ, màu xẫm kết hợp vớixanh lơ sẽ cho ra xanh lam Sự kết hợp của 3 màu trên sẽ cho ra màu đen, tuynhiên màu đen ở đây không phải là đen tuyệt đối và có độ tương phản lớn

Hình 2 2 Không gian màu CMYK

Nguyên lý hoạt động : Nguyên lý của hệ màu CMYK là hấp thụ ánh sáng.Màu chúng ta nhìn thấy chính là từ phần ánh sáng không hấp thụ Diễn giải cáchkhác, chúng hoạt động trên cơ chế vật không tự phát ra ánh sáng Mà chỉ phản

xạ ánh sáng từ các nguồn sáng chiếu tới

Vậy nên, thay vì thêm độ sáng để có những màu sắc khác nhau Hệ màuCMYK sẽ loại trừ ánh sáng từ màu trắng (ánh sáng gốc) để tạo ra những màusắc khác Mặt khác, 3 màu Cyan, Magenta và Yellow khi kết hợp cũng sẽ tạo ramàu đen

Màu CMYK được dùng trong các thiết kế phục vụ cho mục đích in ấn Ví

dụ như poster, flyer, brochure, portfolio, name card, catalogue, sách và tạp chí,

bộ nhận diện thương hiệu, bao bì,

- Không gian màu HSV

HSV và cũng gần tương tự như HSL là không gian màu được dùng nhiềutrong việc ch ỉnh sữa ảnh, phân tích ảnh và một phần của lĩnh vực thị giác máytính Hệ không gian này dựa vào 3 thông số sau để mô tả màu sắc H = Hue: màusắc, S = Saturation: độ đậm đặc, sự bảo hòa, V = value: giá trị cường độ sáng

Không gian màu này thường được biểu diễn dưới dạng hình trụ hoặc hìnhnón

Hình 2 3 Không gian màu HSV

Ví dụ: màu đen là sự kết hợp của các kênh màu (R, G, B)với giá trị tươngứng (0, 0, 0) màu trắng có giá trị (255,255, 255), màu vàng có giá trị (255, 255,0), màu tím đậm có giá trị (64, 0, 128) Nếu ta dùng 16bit để mã hóa một kênhmàu (48bit cho toàn bộ 3 kênh màu) thì dãi màu sẽ trãi rộng lên tới 3*2^16 = Một con số rất lớn

b Phương pháp nhận diện màu sắc

Với ảnh chụp thu nhận được từ Camera sẽ cho không gian màu của ảnh làRGB, không gian màu RGB không thích hợp cho việc nhận dạng màu sắc, đểphân loại màu sắc người ta thường dùng không gian màu HSV Vì vậy cầnchuyển đổi ảnh gốc từ không gian RGB sang ảnh không gian HSV

Là bước sửa chất lượng ảnh như việc lọc nhiễu hay tăng cường độ sáng,

để nâng cao chất lượng ảnh và chuyển ảnh xám để dễ dàng nhận dạng ảnh

Chuyển đổi xám: giả sử hình ảnh được lưu trữ dưới dạng RGB Điều này

có nghĩa là ba ma trận xám tương ứng cho màu Red, Green, Blue Công việc làtìm cách tổng hợp ba ma trận này về thành một ma trận duy nhất

Lọc trung bình: Giả sử có một ảnh đầu vào với I(x,y) là giá trị điểm ảnhtại một điểm (x,y) và một ngưỡng 0

Chuyển đổi xám: giả sử hình ảnh được lưu trữ dưới dạng RGB Điều này

có nghĩa là ba ma trận xám tương ứng cho màu Red, Green, Blue Công việc là

tìm cách tổng hợp ba ma trận này về thành một ma trận duy nhất Một trong sốcông thức phổ biến để thực hiện là

Không gian màu RGB không thích hợp cho việc nhận dạng màu sắc, đểphân biệt màu sắc người ta thường dùng không gian màu HSV Vì vậy ta cầnchuyển đổi ảnh có không gian màu RGB sang ảnh có không gian màu HSV

- Nhận dạng và phân loại

Ta nhận dạng màu sắc dựa vào các đặc điểm riêng biệt của từng màu, khi

có được các đặc điểm riêng biệt của từng màu ta tiến hành phân loại từng màusắc sản phẩm một nhờ vào việc so sánh các đặc điểm riêng biệt của chúng đốivới các giá trị đã định trước Ta lần lượt so sánh từng màu một từ màu xanh đếnmàu vàng Nếu các đặc điểm trùng khớp với đặc điểm đề ra ở màu trước thì takết luận ngay đó là sản phẩm của màu đó và ngược lại

2.1.2 Trang thiết bị điều khiển và phần mềm vận hành

a Bộ điều khiển PLC

Hình 2 5 PLC board fx3u

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, đây là thiết bị điềukhiển lập trình cho phép thực hiện linh hoạt các điều khiển logic thông qua ngônngữ lập trình Giúp đặt lệnh các chương trình chạy cho băng tải đa

Người sử dụng có thể lập trình thực hiện một loạt trình tự các công việc.Các công việc này được kích hoạt bởi tác nhân tác động vào PLC hoặc qua hoạtđộng có trễ như thời gian nhất định Khi công việc được kích hoạt bộ điều khiểnlập trình sẽ liên tục “lặp lại” chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu

ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại thời điểm đã lập trình

Tuy nhiên trong quá trình làm việc hệ thống PLC còn nhiều nhược điểm

để khắc phục những nhược điểm này nhà sản xuất có thể dùng dây nối (bộ điềukhiển bằng Relay) để chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Lập trình dễ dàng

- Kích thước gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa

- Dung lượng bộ nhớ của hệ thống lớn để có thể chứa được nhiều chươngtrình phức tạp

- Có độ tin cậy cao trong môi trường công nghiệp

- Khả năng giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính,nối mạng, các module mở rộng

Hình 2 6 Sơ đồ chân của FX3U - 24MT

Thông số kĩ thuật của PLC board fx3u – 24MT

Ngõ vào/ra : 14 vào / 10 ra

Ngõ vào analog : 6 ngõ vào analog, độ chính xác 12bit, A0-AD2: 0-10V,A3-AD5: 0-20mA; Đọc cấu trúc lệnh RD3A

Ngõ ra analog : 2 ngõ ra analog, độ chính xác 12bit, ngõ ra vôn: 0-10V,ngõ ra analog với cấu trúc lệnh WR3A

Nguồn cấp : 24VDC – 1A

Phần mềm lập trình : GX Developer - GX-Work 2

b Phần mềm GX Work2

Hình 2 7 Giao diện GX Work2

Thư viện các modul được cập nhập đầy đủ hơn

Hỗ trợ thêm những ngôn ngữ lập trình như FBD và SFC

Thao tác tùy chỉnh các thông số dễ dàng

Bộ cài đặt được tích hợp thêm các gói phần mềm hỗ trợ

Phần mềm có thể lập trình cho các dòng PLC sau:

Dòng FX: FX0S, FX0, FX1, FX1S, FX1N, FX1NC, FX2N, FX2NC,FX3S, FX3G, FXGC, FX3U, FX3UC

Dòng Q cpu (Q mode, A mode), L cpu, QS cpu, QnA cpu, A cpu, S cpu,CNC

GX Work 2 là phần mềm được Mitsubishi nâng cấp và thay thế cho GXDeveloper với giao diện trực quan đẹp hơn hơn, thao tác mượt mà và có hỗ trợthêm các ngôn ngữ lập trình khác như là FBD (Function Block Diagram), SFC(Sequential Function Chart) Phần mềm này khá nặng, nếu máy tính lập trìnhcấu hình thấp thì có thể sử dụng GX Developer

Cấu hình màn hình trong của GX Work2

Hình 2 8 Vị trí của từng thanh trong GX Work2

Thanh tiêu đề : Thanh tiêu đề hiện tên các dự án đang sử dụng

Hình 2 9 Thanh tiêu đề

Thanh menu: Thanh menu được sử dụng khá thường xuyên khi làm việcvới GX Works2 Click vào thanh menu để chọn những chức năng khác nhau từthanh menu

Thanh công cụ: Thanh công cụ gồm những biểu tượng rất trực quan và dễ

sử dụng cho những chức năng thông dụng Nó khiến các thao tác nhanh hơn

Khu vực soạn thảo chương trình (cửa sổ làm việc) : Màn hình chỉnh sửathể hiện nhiều loại màn hình như màn hình tạo chương trình và màn hình tạocomment để chỉnh sửa biểu đồ lader, chú thích, và tham số.

Cửa sổ Output : Cửa sổ đầu ra thể hiện sự biên dịch và kiể mtra kết quả(như lỗi và cảnh báo)

Thanh trạng thái : Thanh trạng thái thể hiện thông tin trạng thái của GXWorks2

Hình 2 13 Cài đặt các tham số

Viết/đọc dữ liệu đến/từ một CPU điều khiển khả trình

Tạo chương trình tuần tự có thể được viết/đọc từ một CPU điều khiển khảtrình sử dụng Read từ PLC/Write của chức năng PLC Đồng thời, với chươngtrình thay đổi chức năng trực tuyến, chương trình tuần tự có thể bị thay đổi ngay

cả khi CPU điều khiển khả trình đang chạy (RUN)

Hình 2 14 Khả năng đọc và viết dữ liệu

Quan sát/soát lỗi :

Tạo chương trình tuần tự có thể được viết cho CPU điều khiển khả trình

và giá trị của thiết bị khi hoạt động của nó đang được theo dõi trực tuyến/ngoạituyến

Hình 2 15 Soát lỗi trong chương trình

Chuẩn đoán

Trạng thái lỗi hiện tại và lịch sử lỗi của CPU điều khiển khả trìnhcó thểđược chuẩn đoán

Với chức năng chuẩn đoán, công việc khôi phục có thể được hoàn thànhtrong thời gian ngắn.

Với chức năng theo dõi hệ thống (cho QCPU (Q mode)/LCPU), thông tin

cụ thể trong module chức năng thông tin có thể được lấy về Điều này giúp chorút ngắn thời gian phục hồi dữ liệu khi hệ thống đang lỗi

Hình 2 16 Chuẩn đoán trạng thái