ĐỒ án 2 Nghiên cứu thiết kế hệ thống khóa đóng mở bằng vân tay

Nghiên cứu thiết kế hệ thống khóa đóng mở bằng vân tay, đồ án nghiên cứu thiết kế hệ thống khóa đóng mở bằng vân tay, luận văn nghiên cứu thiết kế hệ thống khóa đóng mở bằng vân tay, đồ án môn nghiên cứu thiết kế hệ thống khóa đóng mở bằng vân tay, khóa mở bằng vân tay

Trang 1

Như đã nêu ở trên, hiện tại những nơi như nhà máy, xí nghiệp, cơ quan, nhà cửa hay những nơi

có sự an toàn bảo mật đặt hàng đầu thì một hệ thống bảo vệ lối ra vào hay là phát hiện được sự xâm nhập của kẻ lạ, khả nghi, giả mạo(đặc biệt đối với các cơ quan an ninh, bệnh viện hoặc những nơi đông người,…) là vô cùng cần thiết Trong đề tài này, chúng ta sẽ nói về một hệ thốngbảo vệ đóng mở cửa bằng phương pháp nhận diện dựa trên công nghệ sinh trắc, và cụ thể đó là

hệ thống sử dụng cảm biến vân tay

Hệ thống đóng mở cửa bằng vân tay

SVTH: Trần Minh Trí

ĐỒ ÁN 2

Trang 7/28

1.2 YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI

• Thiết kế hệ thống đóng mở cửa bằng vân tay

• Cho phép người dùng lưu trữ trước vân tay vào cảm biến

Trang 2

• Khi người dùng muốn mở cửa (sử dụng một Servo quay theo góc để mô phỏng đóng mở cửa) thì yêu cầu phải nhập chính xác vân tay đã lưu trữ trước đó, khi vân tay được nhập đúng hoặc saithì sẽ có tín hiệu báo cụ thể.

• Hệ thống chạy một cách chính xác, ổn định, gọn gàng, để lắp đặt, giá cả hợp lí

1.3 ĐỊNH HƯỚNG THỰC HIỆN

• Tiến hành thiết lập sơ đồ khối hệ thống

• Các quá trình xử lí ảnh cho cảm biến vân tay, nguyên lý hoạt động như thế nào

• Ngoài ra còn có các linh kiện liên quan

• Thực hiện lắp đặt phần cứng và viết code theo yêu cầu

• Cho hệ thống hoạt động, lưu vân tay, quét vân tay, động cơ Servo quay

Hình 2-1: Sơ đồ khối logic chính của hệ thống sinh trắc học

[Hình ảnh

được lấy từ trang Wikipedia – Sinh trắc học]

Trang 3

cả các loại sinh trắc khác, vân tay là dấu hiệu đặc trưng nhất trên cơ thể của mỗicon người Đặc biệt là dấu vân tay không thể nào làm giả được cho nên nó được

ưu tiên hàng đầu cho việc bảo mật

1.1.2 Lịch sử

Người Trung Quốc từ rất lâu đã biết dùng dấu vân tay để nhận diện như mỗiđứa trẻ được sinh ra, chúng sẽ được người ta lấy mực đen để bôi lên tay để in lêngiấy trắng Năm 1858, vân tay cũng đã được sử dụng ở Anh Một người đàn ôngcai trị người Anh ở Ấn Độ đã bắt một người bản xứ dung dấu tay in lên mặt saucủa một tờ hợp đồng

Trang 4

đã có thể sử dụng vân tay để quét trên máy ATM Không chỉ vậy, người ta có thểxác định được các bệnh tật biến đổi gen nhờ vào nhận dạng vân tay trong y học

Sử dụng cảm biến vân tay để nhận biết bằng cách đối chiếu hình ảnh vân tay

đã được lưu trữ trước đó trong thư viện, so với các thiết bị nhận biết thế hệ cũ thìcảm biến vân tay được áp dụng nhiều và phổ biến hơn, giúp ích rất nhiều nhưtrong việc chấm công, quản lý, kiểm soát dễ dàng, tỉ lệ sai lệch thấp

Về nguyên lý hoạt động của một cảm biến vân tay, sử dụng ngón tay áp lênbất kì một thiết bị nhận dạng vân tay nào đó, hình ảnh vân tay sẽ được quét bởithiết bị sau đó hình ảnh vân tay sẽ được đối chiếu đặc điểm với các dữ liệu đượclưu trữ từ trước trong hệ thống Trong quá trình này, dữ liệu hình ảnh sẽ đượcchuyển sang dạng dữ liệu số và kết thúc quá trình kết quả sẽ được thông báo rằngvân tay có hợp lệ hay không để tiếp tục thực hiện các chức năng tiếp theo

Trang 6

Kết nối mạch hệ thống đóng mở vân tay theo sơ đồ khối, cung cấp nguồn cho cáckhối còn lại là các khối cảm biến, khối vi xử lý và khối động cơ điều khiển đóng mởcửa Đầu tiên khối cảm biến nhận dữ liệu bên ngoài (vân tay), sau đó tương tác vớikhối điều khiển bằng các chân RX, TX, nếu dữ liệu khối điểu khiển nhận được đúngvới dữ liệu đã được lưu trữ trong thư viện thì sau đó khối điều khiển sẽ tương tác với

2 khối servo và khối hiển thị, khi yêu cầu đúng, 1 trong

Linh kiện trong mỗi khối:

• Khối nguồn: 1 nguồn phát 5Vdc

• Khối cảm biến: 1 cảm biến nhận diện vân tay, ở đây em sử dụng cảm biếnFPM10

Trang 7

• Khối xử lý ( vi điều khiển): 1 chip ATmega328P-PU

• Khối hiển thị gồm 2 LED xanh dương và đỏ dùng để báo hiệu khi có vân tayđúng hoặc sai

• Khối động cơ: 1 Servo điều khiển động cơ, ở đây em sử dụng Servo SG90góc quay từ 0 đến 180 độ

1.7 TÌM HIỂU LINH KIỆN

1.1.4Cảm biến vân tay FPM10

Hình 3-2: Module cảm biến vân tay FPM10

[Hình ảnh lấy tử trang websosanh.vn]

Trang 8

Dòng tiêu thụ: 90mA, dòng đỉnh 150mA.

Độ phân giải: 500dpi

Chuẩn: USB - UART (TTL logical logic)

Tốc độ Baud rate: 4800 đến 115200bps

Hình ảnh được quét với tốc độ: 0.5s

Xác nhận vân tay với vận tốc: 0.3s

Bề mặt nhận dạng: 15 đến 18mm

Phần trăm lỗi chấp nhận được: 0.0001%

Phần tram lỗi không chấp nhận: 0.1%

Nhiệt độ hoạt động: -20 đến 45 độ C

Trang 9

Nguyên lý hoạt động:

Cảm biến vân tay fpm10 hoạt động gồm 2 bước chính:Xác nhận dữ liệu hình ảnh vân tay: Khi đăng kí ghi danh các mẫu vân tay vàothư viện , hình ảnh vân tay sẽ được hệ thống xác nhận hai lần thông qua cảm biếnquang học và xử lý hai hình ảnh đó để tạo ra một mẫu hoàn chỉnh.Tổng hợp dữ liệu để cho ra mẫu vân tay: Sau khi có hình ảnh vân tay, quá trìnhtổng hợp này sẽ diễn ra Hệ thống sẽ kết hợp hai vân tay của hai lần quét thànhmột mẫu sau đó sẽ lưu trữ vào thư viện vân tay

Hệ thống sẽ xử lý và sau đó nhận dạng dựa vào 2 quá trình đó là xử lý hình

Trang 10

Tiếp theo là phân tích ảnh, sau khi được phân tích, hình ảnh được loại đi cácthông tin vô ích, các thông tin làm nhiễu, ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh.Bước thứ ba là nhị phân ảnh, ảnh vân tay lúc này sẽ được nhị phân hóa thànhảnh trắng đen để phục vụ cho bước làm mỏng tiếp theo.Tiếp theo là làm mỏng, những đường vân lồi của hình ảnh vân tay sẽ được làmmỏng lại.

Bước cuối cùng trong quá trình xử lý hình ảnh là rút trích ra được các đặctrưng cần thiết để tiếp tục quá trình so sánh vân tay

Trang 11

Giải thích quá trình so sánh vân tay dựa trên rút trích từ quá trình đầu tiên:Đầu tiên là phân tích đặc trưng tức là trước khi tiến hành việc so sánh vân tay

ta phải phân tích được những đặc điểm quan trọng, cần thiết của các đặc trưng.Tiếp theo là kiểm tra tương đương cục bộ, để so sánh các vân tay thì thiết bị

sẽ sử dụng các thuật toán xử lý dựa trên các đặc trưng gồm tọa độ, góc, phương,hướng để nhận biết được sự giống nhau của hai vân tay được so sánh.Kiểm tra tương đương toàn cục, khi tìm được các đặc trưng vân tay giống

Tính các điểm so sánh Tính toán được độ giống nhau, các tỷ lệ để biết được

độ giống nhau của hai hình ảnh vân tay là bao nhiêu

Trang 12

• Lấy hình ảnh vân tay, đăng kí, lưu trữ vào thư viện vân tay của module.

• Đối chiếu vân tay nhập vào với thư viện vân tay để ứng dụng cho các công

Cảm biến vân tay và một số ứng dụng:

Máy rút tiền ATM sử dụng vân tay

Trang 13

cùng tiện lợi đối với các máy ATM thông thường, người dùng thường gặp phảicác rủi ro khi mất thẻ tín dụng, nhưng đối với ATM sử dụng công nghệ vân tay thìrủi ro này sẽ được xóa bỏ vì người dung không cần tới thẻ tín dụng.Bảo mật các đồ dùng công nghệ:

Hiện nay đối với các đồ dùng công nghệ như Smartphone, máy tính bảng,…thì đã có áp dụng công nghệ quét vân tay, cho phép người dùng sử dụng vân tay

để mở khóa thay vì cài mật khẩu bằng số Đối với các loại máy nào được hỗ trợtính năng vân tay thì người dùng có thể an tâm về vấn đề bảo mật thông tin, dữliệu,…

Hình 3-6: cảm biến vân tay bảo mật trên điện thoại

ĐỒ ÁN 2

Trang 18/28

1.1.5Servo điều khiển động cơ SG90

Trang 14

Hình 3-8: kết nối và điều khiển động cơ Servo SG90

ĐỒ ÁN 2

Trang 15

Trang 20/28

Vi điều khiển atmega328 tên đầy đủ là atmega328P-PU Nó được xem làhồn của một board Arduino, là nơi điều khiển các chức năng có trên một boardArduino

Chỉ với một con vi điều khiển này, chúng ta có thể tạo ra được một boardArduino đơn giản, nhỏ gọn và tiện lợi

Hình 3-10: Hình ảnh một board Arduino đơn giản với ATmega328

Hình 3-11: Sơ đồ chân của vi điều khiển ATmega328

Trang 16

Số Timer: gồm có tất cả 3 timer trong đó 2 timer 8 bit, 1 timer 16 bit

Lập trình trên vi điều khiển trên Arduino:

Hình 3-12: Giao diện phần mềm lập trình code cho vi điều khiển trên ArduinoCHƯƠNG 3

Trang 18

Giải thích sơ đô giải thuật:

Sơ đồ trên đưa ra cách nhìn tổng quát về một hệ thống quét vân tay đượcngười dùng sử dụng để thực hiện việc đóng mở cửa theo nhu cầu

Dùng chip vi điều khiển Atemega328 (đã được nạp code) lấy từ board Arduino

để thiết kế một board mạch riêng khác với các chức năng tương tự đã test trênboard Arduino Yêu cầu đầu tiên là phải có đầy đủ linh kiện cần thiết, sau đó tiếnhành vẽ mạch nguyên lý mô phỏng trên máy tính, sau đó sẽ chuyển sang mạch intương đương với mạch nguyên lý đó Cuối cùng khi có mạch cứng hoàn chỉnh, ta

sẽ kết nối các linh kiện cảm biến vân tay, servo, led vào đúng chân cần kết nối trênmạch cứng để kiểm tra lại kết quả xem có giống như làm trên board Arduino haykhông

1.10 KẾT QUẢ THI CÔNG

Trang 19

Mạch chạy đúng theo yêu cầu, mạch nhỏ gọn, thi công cũng không quá phứctạp, sau khi kiểm tra qua nhiều lần, mạch chạy khá tốt, hệ thống xác nhận vân taytrùng khớp, đèn xanh dương báo sáng, Servo chạy mô phỏng cửa mở chính xác,tuy chưa được ổn định lắm Khi hệ thống xác nhận vân tay không khớp, đèn led

đỏ sáng lên báo hiệu Với một board mạch được thiết kế như vậy, quá trình nạp lạicode hay thay đổi code cũng trở nên dễ dàng hơn, chỉ việc lấy con chip ra khỏiboard mạch được thiết kế, gắn vào board Arduino để nạp lại code

Kết quả đạt được trong quá trình đề tài này của em là:

Trang 20

• Hệ thống đóng mở cửa dùng cảm biến vân tay được thực hiện như đề tài có thểđược xem làm một hệ thống thông minh với các chức năng đã đạt được như:Nhận diện được người dùng qua việc xác minh hình ảnh vân tay so với thưviện vân tay đã được lưu trữ để đóng mở cửa chính xác, giảm bớt nguy cơ khi

có kẻ gian âm mưu đột nhập

Tuy nhiên bên cạnh các ưu điểm có được thì hệ thống còn có nhược điểm hạnchế đó là dễ bị phá hoại, vấn đề bảo vệ còn chưa được tốt

• Xem được ngày giờ xác nhận vân tay

Trang 21

• Có thể thực hiện thay đổi trực tiếp vân tay hoặc xóa bỏ được vân tay ngay trên

hệ thống

Sau cùng, hi vọng với những hướng đi phát triển như trên cùng với sự góp ýchân tình từ các thầy, các cô, đề tài này sẽ phát triển mở rộng tốt hơn, tiên tiếnhơn, thông minh hơn nữa để phục vụ được cho nhu cầu của con người

Định dạng
Số trang	21
Dung lượng	30,93 KB
File đính kèm	ĐỒ ÁN 21.rar (30 KB)