Đang tải... (xem toàn văn)
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
ĐỒ ÁN HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ CỬA BẰNG VÂN TAY MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ĐỒ ÁN Trang 6/28 CHƯƠNG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 GIỚI THIỆU Trong thời đại phát triển nay, vấn đề an toàn bảo mật an ninh vấn đề quan trọng cần thiết sống, ta thấy hàng loạt cơng nghệ có liên quan ảnh hưởng đến vấn đề thúc đẩy đời phát triển cách mạnh mẽ Từ vấn đề an ninh quan, trụ sở việc bảo đảm an tồn thiết bị, nhà cửa, cơng trình, v.v… Điển việc thiết lập hệ thống bảo vệ nhà cửa tránh xâm nhập kẻ lạ vấn đề trộm cướp Hệ thống bảo vệ ổ khóa thơng minh người dùng cài đặt mật dãy số, hệ thống tạo nên dựa sở công nghệ sinh trắc học nhận diện khn mặt, giọng nói, vân tay,… Như nêu trên, nơi nhà máy, xí nghiệp, quan, nhà cửa hay nơi có an tồn bảo mật đặt hàng đầu hệ thống bảo vệ lối vào phát xâm nhập kẻ lạ, khả nghi, giả mạo(đặc biệt quan an ninh, bệnh viện nơi đông người,…) vô cần thiết Trong đề tài này, nói hệ thống bảo vệ đóng mở cửa phương pháp nhận diện dựa công nghệ sinh trắc, cụ thể hệ thống sử dụng cảm biến vân tay Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 7/28 1.2 YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI • Thiết kế hệ thống đóng mở cửa vân tay • Cho phép người dùng lưu trữ trước vân tay vào cảm biến • Khi người dùng muốn mở cửa (sử dụng Servo quay theo góc để mơ đóng mở cửa) yêu cầu phải nhập xác vân tay lưu trữ trước đó, vân tay nhập sai có tín hiệu báo cụ thể • Hệ thống chạy cách xác, ổn định, gọn gàng, để lắp đặt, giá hợp lí 1.3 ĐỊNH HƯỚNG THỰC HIỆN • Tiến hành thiết lập sơ đồ khối hệ thống • Các q trình xử lí ảnh cho cảm biến vân tay, nguyên lý hoạt động • Ngồi cịn có linh kiện liên quan • Thực lắp đặt phần cứng viết code theo yêu cầu • Cho hệ thống hoạt động, lưu vân tay, quét vân tay, động Servo quay Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 8/28 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VÂN TAY 1.4 CÔNG NGHỆ SINH TRẮC Được biết công nghệ áp dụng đặc tính sinh học, vật lí hay đặc điểm đặc trưng, riêng biệt cá thể, cá nhân dáng đi, vân tay, gương mặt, hay giọng nói…để nhận biết, nhận dạng Trong tiếng anh, Biometric có nghĩa sinh trắc học Công nghệ sinh trắc dùng việc xác nhận thông tin cá nhân hay nhân thân cách hiệu xác Hình 2-1: Sơ đồ khối logic hệ thống sinh trắc học [Hình ảnh lấy từ trang Wikipedia – Sinh trắc học] Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 9/28 1.5 TÌM HIỂU VỀ VÂN TAY Hình 2-2: Hình ảnh vân tay [Hình ảnh lấy từ trang web vantayihr.com] 1.1.1 Giới thiệu Tính tới thời điểm nay, công nghệ sinh trắc mà sử dụng lâu đời phổ biến nhận diện dấu vân tay Mỗi cá nhân người sinh đểu có cho dấu vân tay riêng biệt, không giống ai, hết tất loại sinh trắc khác, vân tay dấu hiệu đặc trưng thể người Đặc biệt dấu vân tay làm giả ưu tiên hàng đầu cho việc bảo mật 1.1.2 Lịch sử Người Trung Quốc từ lâu đứa trẻ sinh ra, chúng giấy trắng Năm 1858, vân tay cai trị người Anh Ấn Độ tờ hợp đồng biết dùng dấu vân tay để nhận diện người ta lấy mực đen để bôi lên tay để in sử dụng Anh Một người đàn bắt người xứ dung dấu tay in lên mặt lên ơng sau Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 10/28 Francis Galton bắt đầu công khoa học vân tay cuối kỉ XIX cải tiến sau thực nghiệm với xác suất tin cậy lớn Một hệ thống phân loại vân tay khác tạo cho nước Tây Ban Nha Đến ngày nhiều quốc gia phát triển công nghê khoa học vân tay áp dụng mạnh mẽ Không sử dụng lĩnh vực hình sự, cịn giúp ích nhiều việc bảo mật Nhiều ngân hàng phát triển sử dụng vân tay để qt máy ATM Khơng vậy, người ta xác định bệnh tật biến đổi gen nhờ vào nhận dạng vân tay y học 1.1.3 Lý thuyết, nguyên lý nhận dạng dấu vân tay Sử dụng cảm biến vân tay để nhận biết cách đối chiếu hình ảnh vân tay lưu trữ trước thư viện, so với thiết bị nhận biết hệ cũ cảm biến vân tay áp dụng nhiều phổ biến hơn, giúp ích nhiều việc chấm công, quản lý, kiểm soát dễ dàng, tỉ lệ sai lệch thấp Về nguyên lý hoạt động cảm biến vân tay, sử dụng ngón tay áp lên thiết bị nhận dạng vân tay đó, hình ảnh vân tay qt thiết bị sau hình ảnh vân tay đối chiếu đặc điểm với liệu lưu trữ từ trước hệ thống Trong trình này, liệu hình ảnh chuyển sang dạng liệu số kết thúc trình kết thơng báo vân tay có hợp lệ hay khơng để tiếp tục thực chức Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 11/28 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 1.6 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG Khối Khối Khối cảm biến hiển thị(các nguồn LED) Khối vi Khối điều servo khiển điều khiển Hình 3-1: Sơ đồ khối hệ thống Kết nối mạch hệ thống đóng mở vân tay theo sơ đồ khối, cung cấp nguồn cho khối lại khối cảm biến, khối vi xử lý khối động điều khiển đóng mở cửa Đầu tiên khối cảm biến nhận liệu bên (vân tay), sau tương tác với khối điều khiển chân RX, TX, liệu khối điểu khiển nhận với liệu lưu trữ thư viện sau khối điều khiển tương tác với khối servo khối hiển thị, yêu cầu đúng, Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 12/28 LED nhận tín hiệu sáng lên, đồng thời khối servo sau nhận tín hiệu làm cho động quay Cịn lại đèn LED báo sáng có tín hiệu yêu cầu không đúng, phải thực lại Linh kiện khối: • Khối nguồn: nguồn phát 5Vdc • Khối cảm biến: cảm biến nhận diện vân tay, em sử dụng cảm biến FPM10 • Khối xử lý ( vi điều khiển): chip ATmega328P-PU • Khối hiển thị gồm LED xanh dương đỏ dùng để báo hiệu có vân tay sai • Khối động cơ: Servo điều khiển động cơ, em sử dụng Servo SG90 góc quay từ 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] Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 13/28 Các thơng số kỹ thuật: • • • • • • • • • • • • • Tích hợp xử lý hình ảnh với thuật tốn xử lý chip Khả xử lý ảnh đẹp, ảnh chụp với độ phân giải tới 500dpi Điện áp hoạt động: 3.3 đến 5V 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 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 Nguyên lý hoạt động: Cảm biến vân tay fpm10 hoạt động gồm bước chính: Xác nhận liệu hình ảnh vân tay: Khi đăng kí ghi danh mẫu vân tay vào thư viện , hình ảnh vân tay hệ thống xác nhận hai lần thông qua cảm biến quang học xử lý hai hình ảnh để tạo mẫu hoàn chỉnh Tổng hợp liệu mẫu vân tay: Sau có hình ảnh vân tay, q trình tổng hợp diễn Hệ thống kết hợp hai vân tay hai lần quét thành mẫu sau lưu trữ vào thư viện vân tay Hệ thống xử lý sau nhận dạng dựa vào q trình xử lý hình ảnh so sánh Hệ SVTH: thống đóng mở Trần ĐỒ Trang Xử Tăng Phân cửa Minh vân tay Trí ÁN lý hình ảnh tích 14/28 nhận diện vân tay: cường hình ảnh Nhị phân ảnh hóa Rút Làm đặc mỏng trích trưng Hình 3-3: Sơ đồ q trình xử lý ảnh Giải thích bước: Đầu tiên tăng cường hình ảnh, hình ảnh vân tay làm rõ sau mẫu từ đầu vào thiết bị quét Nhiều lúc hình ảnh lấy từ thiết bị vân tay không tốt người dùng lúc nhập vân tay bị thiếu, đoạn dơ bẩn, cho nên, bước bước quan trọng trình xưt lý ảnh, bước thực tốt đủ điều kiện thực bước Tiếp theo thông tin vô Bước thứ ba ảnh trắng Tiếp theo mỏng lại lấy quét đứt phân tích ảnh, sau phân tích, hình ảnh loại ích, thơng tin làm nhiễu, ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh nhị phân ảnh, ảnh vân tay lúc nhị phân hóa thành đen để phục vụ cho bước làm mỏng làm mỏng, đường vân lồi hình ảnh vân tay làm Bước cuối trình xử lý hình ảnh rút trích đặc trưng cần thiết để tiếp tục trình so sánh vân tay So sánh vân tay: Phân tích Kiểm trưng đương Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN đặc tra tương cục Trang 15/28 Tính điểm Kiểm so tra tương sánh đương tồn cục Hình 3-4: Sơ đồ q trình so sánh vân tay Giải thích q trình so sánh vân tay dựa rút trích từ trình đầu tiên: Đầu tiên phân tích đặc trưng tức trước tiến hành việc so sánh vân tay ta phải phân tích đặc điểm quan trọng, cần thiết đặc trưng Tiếp theo kiểm tra tương đương cục bộ, để so sánh vân tay thiết bị sử dụng thuật toán xử lý dựa đặc trưng gồm tọa độ, góc, phương, hướng để nhận biết giống hai vân tay so sánh Kiểm tra tương đương tồn cục, tìm đặc trưng vân tay giống nhau, thuật toán tiếp tục so sánh tồn cục Tính điểm so sánh Tính tốn độ giống nhau, tỷ lệ để biết độ giống hai hình ảnh vân tay Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 16/28 Bảng Module 3-1: Nối dây cảm với vi biến điều khiển Fpm10 Vcc Vi 5V điều khiển GND Tx Rx GND Chức cảm biến: • Lấy hình ảnh vân tay, đăng kí, lưu trữ vào thư viện vân tay module • Đối chiếu vân tay nhập vào với thư viện vân tay để ứng dụng cho công việc nhận diện hay bảo mật.v.v… Cảm biến vân tay số ứng dụng: Máy rút tiền ATM sử dụng vân tay Hình [Hình 3-5: ảnh cảm biến vân lấy tay từ ứng trang dụng vào ATM mcu.banlinhkien.vn] Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 17/28 Với công nghệ vân tay áp dụng máy ATM, người dùng thực thao tác với máy cách nhanh chóng, tuyệt đối bảo mật, an tồn vơ tiện lợi máy ATM thông thường, người dùng thường gặp phải rủi ro thẻ tín dụng, ATM sử dụng cơng nghệ vân tay rủi ro xóa bỏ người dung khơng cần tới thẻ tín dụng Bảo mật đồ dùng cơng nghệ: Hiện đồ dùng công nghệ Smartphone, máy tính bảng,… có áp dụng công nghệ quét vân tay, cho phép người dùng sử dụng vân tay để mở khóa thay cài mật số Đối với loại máy hỗ trợ tính vân tay người dùng an tâm vấn đề bảo mật thông tin, liệu,… Hình [Hình 3-6: cảm ảnh biến vân lấy tay bảo từ mật trang điện thoại Quantrimang.com] Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 18/28 1.1.5Servo điều khiển động SG90 Hình [Hình Các • • • • • Kết 3-7: ảnh thơng Kích Tốc Điện Nhiệt động Servo Sg90 9g Micro lấy từ trang Mualinhkien.vn] số kĩ thuật Servo SG90: thước: 22.2 x 11.8.32 mm Momen xoắn: 1.8kg/cm độ: 60 độ 0.1 giây áp cho phép: 4.8V gần 5V độ hoạt động: đến 55 ºC nối dây điều khiển: Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 19/28 Bảng Servo Dây Dây Dây 3-2: Nối Vi 5V GND Hình [Hình 1.1.6Vi Hình [Hình với vi điều điều 3-8: kết ảnh 3-9: ảnh nối điều Vi SVTH: Trần Minh Trí phát điều lấy điều lấy khiển SG90 đỏ nâu cam khiển (chân Hệ thống đóng mở cửa vân tay ĐỒ ÁN dây khiển từ khiển từ xung) động trang Servo SG90 Mualinhkien.vn] ATmega328P-PU khiển ATmega328P-PU tdhshop.com] trang Trang 20/28 Vi điều khiển atmega328 tên đầy đủ atmega328P-PU Nó xem hồn board Arduino, nơi điều khiển chức có board Arduino Chỉ với vi điều khiển này, tạo board Arduino đơn giản, nhỏ gọn tiện lợi Hình [Hình 3-10: Hình [Hình Hình ảnh 3-11: ảnh Sơ ảnh đồ board lấy chân Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 21/28 Các thông số vi điều khiển ATmega328: • Kiến trúc: AVR bit • Với nhịp xung lớn nhất: 20MHz Arduino từ lấy vi từ đơn giản trang với ATmega328 machtudong.vn] điều khiển ATmega328 trang machtudong.vn] • Bộ nhớ EEPROM: 1KB • Bộ nhớ RAM: 2KB • Bộ nhớ FLASH: 32 KB • Điện áp cho phép: 1.8V đến 5.5V • Số kênh cho xung PWM: kênh • Số Timer: gồm có tất timer timer bit, timer 16 bit Lập trình vi điều khiển Arduino: Hình 3-12: Giao diện phần mềm lập trình code cho vi điều khiển Arduino CHƯƠNG THI CÔNG MẠCH Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 22/28 1.8 SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT Tiến Hệ thống Đưa vân tiến tay hành lấy người mẫu dung Trùng LED dương sáng Servo Không khớp LED đỏ sáng Hình 4-1: Sơ đồ chương trình vân vào hành tay đăng để hệ kí để thống lưu trữ tiến vào hành thư xử viện lí khớp xanh quay Giải thích sơ giải thuật: Sơ đồ đưa cách nhìn tổng quát hệ thống quét vân tay người dùng sử dụng để thực việc đóng mở cửa theo nhu cầu Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 23/28 Nhìn vào sơ đồ người dùng nhập vân tay vào thiết bị quét để hệ thống quét lấy mẫu so sánh với mẫu lưu thư viện Sau hệ thống quét xong có hai trường hợp xảy Trường hợp đầu tiên, vân tay người dùng nhập vào vân tay hợp lệ, trùng khớp với vân tay lưu hệ thống hệ thống nhận diện vân tay đèn báo hiệu vân tay hợp lệ đèn màu xanh dương sáng, sau Servo quay cửa mở Trường hợp thứ 2, vân tay khơng khớp lúc hệ thống khơng tìm thấy vân tay thư viện hợp lệ với vân tay đó, hệ thống báo tín hiệu vân tay sai qua đèn led màu đỏ Khi người dung phải nhập lại 1.9 YÊU CẦU THI CÔNG Dùng chip vi điều khiển Atemega328 (đã nạp code) lấy từ board Arduino để thiết kế board mạch riêng khác với chức tương tự test board Arduino Yêu cầu phải có đầy đủ linh kiện cần thiết, sau tiến hành vẽ mạch ngun lý mơ máy tính, sau chuyển sang mạch in tương đương với mạch nguyên lý Cuối có mạch cứng hoàn chỉnh, ta kết nối linh kiện cảm biến vân tay, servo, led vào chân cần kết nối mạch cứng để kiểm tra lại kết xem có giống làm board Arduino hay khơng 1.10 KẾT QUẢ THI CÔNG Mạch chạy theo yêu cầu, mạch nhỏ gọn, thi công không phức tạp, sau kiểm tra qua nhiều lần, mạch chạy tốt, hệ thống xác nhận vân tay trùng khớp, đèn xanh dương báo sáng, Servo chạy mô cửa mở xác, chưa ổn định Khi hệ thống xác nhận vân tay không khớp, đèn led đỏ sáng lên báo hiệu Với board mạch thiết kế vậy, trình nạp lại code hay thay đổi code trở nên dễ dàng hơn, việc lấy chip khỏi board mạch thiết kế, gắn vào board Arduino để nạp lại code Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 24/28 Hình 4-2: Mạch ngun lý Hình 4-3: Thiết kế mạch in CHƯƠNG KẾT LUẬN 1.11 KẾT LUẬN Kết đạt Hệ thống đóng mở cửa vân tay q trình đề tài em là: SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 25/28 • Hồn thành thiết kế gia công mạch, kiểm tra kĩ càng, mạch chưa ổn định đáp ứng chạy u cầu đề tài • Thiết kế hồn thành ứng dụng cho lắp đặt thay loại khóa cửa dân dụng hay loại khóa mật số cửa cổng quan, xí nghiệp, trường học,… • Hệ thống đóng mở cửa dùng cảm biến vân tay thực đề tài xem làm hệ thống thông minh với chức đạt như: Nhận diện người dùng qua việc xác minh hình ảnh vân tay so với thư viện vân tay lưu trữ để đóng mở cửa xác, giảm bớt nguy có kẻ gian âm mưu đột nhập Tuy nhiên bên cạnh ưu điểm có hệ thống cịn có nhược điểm hạn chế dễ bị phá hoại, vấn đề bảo vệ chưa tốt 1.12 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Sản phẩm chuyên sâu bị thiếu nghiên cứu như: mạch làm hạn chế chun mơn kỹ hơn, em đạt thời gian sơ sài, mong đề • Xem ngày xác nhận vân tay yêu cầu đề không vào kiến thức chưa đủ nên mạch làm có thời gian, hội nghiên cứu tốt tài có thêm chức ... số kết thúc q trình kết thơng báo vân tay có hợp lệ hay khơng để tiếp tục thực chức Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 11 /28 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 1.6 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ... Sơ đồ đưa cách nhìn tổng quát hệ thống quét vân tay người dùng sử dụng để thực việc đóng mở cửa theo nhu cầu Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 23 /28 Nhìn vào sơ đồ. .. với vân tay lưu hệ thống hệ thống nhận diện vân tay đèn báo hiệu vân tay hợp lệ đèn màu xanh dương sáng, sau Servo quay cửa mở Trường hợp thứ 2, vân tay khơng khớp lúc hệ thống khơng tìm thấy vân