ỨNG DỤNG RFID VÀ CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG DẤU VÂN TAY VÀO THIẾT KẾ NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG

Đề tài này tổng hợp các tài liệu từ các nguồn khác nhau nhằm hệ thống một cách khái quát, chi tiết về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các ứng dụng quan trọng của các cảm biến nhận diện dấu vân tay, cảm biến đọc thẻ từ RFID, động cơ AC, công tắc hành trình. Bên cạnh đó chúng ta khảo sát tính ổn định và độ chính xác của cảm biến nhận dạng dấu vân tay và cảm biến đọc thẻ từ RFID. Mô hình nhà giữ xe tự động gồm 2 phần chính: phần cơ khí và phần điện tử. Phần cơ khí bao gồm khung nhà giữ xe mô hình, cơ cấu chấp hành (động cơ Servo, AC), bộ truyền bánh răng – thanh răng… Phần điện tử gồm các vi mạch đọc các module cảm biến, nút nhấn, mạch công suất để điều khiển động cơ. Với kết quả đạt được của đề tài này tác giả mong muốn áp dụng các công nghệ RFID và công nghệ nhận dạng dấu vân tay vào thực tế để thiết kế, chế tạo các nhà giữ xe có tính năng tự động và độ bảo mật cao góp phần phục vụ cho cuộc sống người dân.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG RFID VÀ CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG DẤU VÂN TAY VÀOTHIẾT KẾ NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG

Họ và tên sinh viên: LÊ VĂN TÂMNgành: CƠ ĐIỆN TỬ

Niên khoá: 2011-2015

Tp Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2015

ỨNG DỤNG RFID VÀ CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG DẤU VÂN TAY VÀOTHIẾT KẾ NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG

TÁC GIẢ

LÊ VĂN TÂM

Khóa luận được trình đề để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư chuyên ngành Cơ Điện Tử

Giảng viên hướng dẫn:TH.S ĐÀO DUY VINH

Tháng 06 năm 2015

LỜI CẢM ƠN

Em xin trân trọng cám ơn tất cả quý Thầy, Cô trường Đại Học Nông Lâm Tp HồChí Minh và quý Thầy, Cô khoa Cơ khí – Công nghệ đã trang bị cho chúng em nhữngkiến thức quý báu trong quá trình học tập tại trường.

Em xin chân thành cám ơn các Thầy, Cô bộ môn Cơ điện tử đã hướng dẫn, giúp đỡem rất tận tình trong quá trình em làm đề tài.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Th.S Đào Duy Vinh đã dành nhiều thời gian côngsức, quan tâm theo dõi, tận tình hướng dẫn, động viên và nhắc nhở em hoàn thành tốtluận văn này.

Em xin cảm ơn quý thầy cô trong hội đồng đã dành thời gian nhận xét và góp ý đểluận văn của em được hoàn thiện hơn.

Qua đây, Em xin gửi lời cám ơn đến những người thân cũng như bạn bè đã độngviên, ủng hộ và luôn tạo cho em những điều kiện thuận lợi trong quá trình hoàn thànhLuận văn tốt nghiệp.

TPHCM, ngày 6 tháng 06 năm 2015 Sinh viên thực hiện

TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu “ỨNG DỤNG RFID VÀ CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG DẤUVÂN TAY VÀO THIẾT KẾ NHÀ GIỮ XE TỰ ĐỘNG” được thực hiện tại trườngĐại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh, thời gian từ tháng 3 đến tháng 6 năm2015.

Đề tài này tổng hợp các tài liệu từ các nguồn khác nhau nhằm hệ thống một cáchkhái quát, chi tiết về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các ứng dụng quan trọng của cáccảm biến nhận diện dấu vân tay, cảm biến đọc thẻ từ RFID, động cơ AC, công tắchành trình Bên cạnh đó chúng ta khảo sát tính ổn định và độ chính xác của cảm biếnnhận dạng dấu vân tay và cảm biến đọc thẻ từ RFID Mô hình nhà giữ xe tự động gồm2 phần chính: phần cơ khí và phần điện tử Phần cơ khí bao gồm khung nhà giữ xe môhình, cơ cấu chấp hành (động cơ Servo, AC), bộ truyền bánh răng – thanh răng… Phầnđiện tử gồm các vi mạch đọc các module cảm biến, nút nhấn, mạch công suất để điềukhiển động cơ Với kết quả đạt được của đề tài này tác giả mong muốn áp dụng cáccông nghệ RFID và công nghệ nhận dạng dấu vân tay vào thực tế để thiết kế, chế tạocác nhà giữ xe có tính năng tự động và độ bảo mật cao góp phần phục vụ cho cuộcsống người dân.

Đề tài gồm 5 chương:Chương 1: Mở đầuChương 2: Tổng quan

Chương 3: Nội dung và phương pháp nghiên cứuChương 4: Kết quả và thảo luận

Chương 5: Kết luận và đề nghị

Trong thời gian ngắn thực hiện đề tài cộng với kiến thức còn hạn chế nên không thểtránh được những thiếu sót, em rất mong được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn đểđề tài hoàn thiện hơn.

2.1 Tổng quan về hệ thống an ninh dùng dấu vân tay 5

2.2 Tổng quan về board Arduino 6

2.3 Tìm hiểu về công nghệ RFID và Module RFID RC522 NFC 9

2.3.1 Công nghệ RFID 9

2.3.1.1 Khái quát về công nghệ RFID : 9

2.3.1.2 Một số khác biệt giữa công nghệ RFID và công nghệ mã vạch 10

2.3.1.3 Lợi ích của việc ứng dụng công nghệ RFID : 11

2.3.1.4 Ứng dụng công nghệ RFID ở thế giới nói chung và ở riêng Việt Nam 12

2.3.2 Module RFID RC522 NFC 14

2.4 Tìm hiểu công nghệ vân tay và Module nhận dạng dấu vân tayR305 17

2.4.1 Những điều cơ bản về vân tay 17

2.4.2 Ưu điểm dùng dấu vân tay 18

2.4.3 Lịch sử của công nghệ vân tay 18

2.4.4 Quá trình xử lý nhận dạng vân tay 19

2.4.5 Thị trường ứng dụng vân tay 21

2.4.6 Module nhận diện dấu vân tay R305 21

2.7.2 Nguyên lý hoạt động của khởi động từ 28

2.7.3 Thông số kỹ thuật của khởi động từ 29

2.7.4 Ứng dụng của khởi động từ 29

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

3.1 Đối tượng nghiên cứu 30

3.2 Thiết bị nghiên cứu 30

3.3 Phương pháp nghiên cứu 31

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32

4.1 Thi t k mết kế m ết kế m ô hình hệ thống nhà giữ xe tự động ứng dụng công nghệ RFID

và công nghệ nhận dạng dấu vân tay 32

4.2 Nguyên lý hoạt động của nhà giữ xe tự động 35

4.3 Sơ đồ khối tổng quát mô hình nhà giữ xe tự động ứng dụng công nghệ RFID và công nghệ nhận dạng dấu vân tay 36

4.4 Sơ đồ điều khiển mô hình nhà giữ xe tự động ứng dụng công nghệ RFID và công nghệ nhận dạng dấu vân tay 37

4.6.1.2 Nguyên lý làm việc của các linh kiện trong mạch 40

4.6.1.3 Nguyên lý truyền dữ liệu giữa RFID và board Arduino Mega 40

4.6.2 Sơ đồ liên kết giữa cảm biến nhận diện dấu vân tay (R305) và board Arduino Mega 42

4.6.2.1 Sơ đồ nguyên lý nhận dạng dấu vân tay 42

4.6.2.2 Nguyên lý làm việc của các linh kiện trong mạch 43

4.6.2.3 Nguyên lý truyền dữ liệu giữa cảm biến nhận dạng dấu vân tay (R305) và Arduino Mega 2560 43

4.6.3 Giao tiếp nút nhấn và công tắc hành trình vào board Arduino Mega 45

4.6.3.1 Sơ đồ mạch nguyên lý đọc tín hiệu nút nhấn, công tắc hành trình vào board Arduino Mega 45

4.6.3.2 Nguyên lý làm việc của mạch đọc tín hiệu nút nhấn, cảm biến 45

4.8 Sơ đồ giải thuật điều khiển mô hình nhà giữ xe tự động: 49

4.9 Khảo nghiệm thực tế và kết quả 51

4.9.1 Khảo nghiệm đọc thẻ từ 51

4.9.2 Khảo nghiệm nhận dạng dấu vân tay 52

4.9.3 Khảo nghiệm nút nhấn, công tắc hành trình 53

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1: Trước khi sử dụng bãi giữ xe tự động 2

Hình 1.2: Sau khi sử dụng bãi giữ xe tự động 2

Hình 2.1: Khóa cửa nhà, két sắt dùng dấu vân tay 5

Hình 2.2: Cấu trúc board Arduino Mega 6

Hình 2.3: Module RFID RC522 NFC 13.56mhz 14

Hình 2.4: Sử dụng Module RFID RC522 NFC trong việc lắp ráp khóa cửa bằng thẻ từ tại khoa Cơ khí – Công nghệ trường đại học Nông Lâm Tp.HCM 15

Hình 2.5: Sơ đồ khối hệ thống khóa cửa sử dụng thẻ RFID 16

Hình 2.6: Cấu trúc của một bãi giữ xe thông minh sử dụng công nghệ RFID 16

Hình 2.7: Quá trình xử lý nhận dạng vân tay 19

Hình 2.8: Các ridges và valleys 21

Hình 2.9: Module nhận diện dấu vân tay R305 22

Hình 2.10: Kích thước Module nhận diện dấu vân tay 23

Hình 2.11: Động cơ AC 1 pha 23

Hình 2.12: Điều khiển vị trí của trục ra của động cơ bằng cách điều chế độ rộng xung PPM 25

Hình 2.13: Động cơ Servo 26

Hình 2.14: Sơ đồ dây động cơ AC 1 pha 27

Hình 2.15: Nguyên lý cấu tạo của khởi động từ 28

Hình 4.1: Mô hình toàn hệ thống 32

Hình 4.2: Khung nhà giữ xe tự động 33

Hình 4.3: Cửa nhà giữ xe tự động 33

Hình 4.4: Tủ điều khiển mô hình nhà giữ xe tự động 34

Hình 4.5: Động cơ và các công tắc hành trình trong nhà giữ xe tự động 35

Hình 4.6: Sơ đồ khối tổng quát mô hình nhà giữ xe tự động 37

Hình 4.7: Sơ đồ điều khiển mô hình nhà giữ xe tự động 37

Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý mạch cấp nguồn 12V, 5V có ổn áp 38

Hình 4.9: Sơ đồ khối mạch cấp nguồn 12 V, 5 V có ổn áp 38

Hình 4.10: Sơ đồ nguyên lý đọc thẻ từ 39

Hình 4.11: Liên kết giữa Master và Slave trong giao tiếp SPI 41

Hình 4.12: Mô tả quá trình truyền 1 gói dữ liệu thực hiện bởi module SPI trong AVR (board Arduino), bên trái là chip Master và bên phải là Slave 41

Hình 4.13: Sơ đồ nguyên lý nhận dạng vân tay 42

Hình 4.14: Truyền dữ liệu theo chuẩn UART giữa Arduino Mega 2560 và R305 44

Hình 4.15: Sơ đồ nguyên lý mạch đọc tín hiệu nút nhấn, công tắc hành trình vào board Arduino 45

Hình 4.16: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 2 relay từ board Arduino 46

Hình 4.17: Sơ đồ mạch công suất điều khiển động cơ đóng mở cửa tự động 48

Hình 4.18: Sơ đồ giải thuật của mô hình bãi giữ xe tự động 50

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Thông số của board Arduino Mega 2560 8

Bảng 2.2: So sánh hai phương pháp thu gom hình ảnh vân tay 20

Bảng 4.1: Bảng kết nối chân RFID RC522 với Arduino Mega 40

Bảng 4.2: Bảng kết nối chân giữa R305 với Arduino Mega 2560 42

Bảng 4.3: Kết quả khảo nghiệm đọc thẻ từ 51

Bảng 4.4: Kết quả khảo nghiệm nhận dạng vân tay 52

Bảng 4.5: Kết quả khảo nghiệm nút nhấn, công tắc hành trình 53

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Mục đích nghiên cứu

Thiết nghĩ ngày nay, vấn đề an ninh là vấn đề rất được quan tâm không chỉ tronglĩnh vực quốc phòng an ninh mà ngay trong cả đời sống hằng ngày của con người Nhucầu cuộc sống con người ngày càng tăng cao đòi hỏi phải loại bỏ bớt các công việc sửdụng chân tay thay vào đó là một quá trình tự động hoặc bán tự động Chẳng hạn nhưtrong một nhà giữ xe với quy mô nhỏ dành riêng cho gia đình, công ty nhỏ hay dànhriêng cho giảng viên, công chức của một trường Đại học nào đó Thay vì cần có 1người làm nhiệm vụ giữ xe hoặc sử dụng những biện pháp khóa xe, khóa cổng nhà giữxe thông thường vừa không đảm bảo độ an toàn cao vừa có thể gặp một số bất tiện nhưvề thời gian hoặc phụ thuộc vào người giữ xe… Trong khi đó với sự phát triển của cáccông nghệ tiên tiến như hiện nay, chúng ta có thể sử dụng chính dấu vân tay của mìnhkết hợp với một thẻ từ RFID ( có thể có hình dạng như một cái móc khóa để tiện sửdụng) để mở hoặc đóng cổng của nhà giữ xe Khi đó quá trình gửi và lấy xe của ngườisử dụng sẽ đơn giản hơn không còn phụ thuộc vào người nào đó, không còn bất tiện vềthời gian đặc biệt sẽ đảm bảo độ an toàn hơn rất nhiều (gần như tuyệt đối) Bởi nhữnglí do trên nên em đã thực hiện đề tài “Ứng dụng công nghệ nhận dạng dấu vân tay vàthẻ từ RFID để thiết kế mô hình nhà giữ xe tự động”, với tính năng điều khiển tự độngđóng hoặc mở cửa nếu có một thẻ từ RFID trùng với dữ liệu được lập trình sẵn để mởchốt cửa bảo vệ module nhận dạng dấu vân tay và dấu vân tay của người sử dụng trùngvới mã dữ liệu đã được lưu trữ trước trong bộ nhớ của module nhận diện dấu vân tayR305.

Hình 1.1: Trước khi sử dụng nhà giữ xe tự động

Hình 1.2: Sau khi sử dụng nhà giữ xe tự động

Hình 1.1 và hình 1.2 là hình minh họa cho việc sử dụng các phương pháp giữ xethông thường (tự khóa xe hay có người trông xe) và sau khi sử dụng nhà giữ xe tựđộng (quy mô nhỏ) Ta thấy với các phương pháp giữ xe thông thường có thể khôngđảm bảo độ an toàn cao, gặp một số bất tiện về thời gian, vấn đề chen chút nhau khigửi và lấy xe, có khi còn phụ thuộc vào người giữ xe Sau khi sử dụng nhà giữ xe tựđộng vấn đề chen chút sẽ không còn, không còn phụ thuộc vào người giữ xe, thời gian,hạn chế tối đa việc sử dụng chân tay cho công việc gửi và lấy xe của người sử dụngnhờ đó chúng ta có thể linh động, thuận tiện hơn trong công việc.

.2.Mục tiêu đề tài

Mục tiêu chung :

Áp dụng lý thuyết đã học vào thực tế phát huy những khả năng của vi điều khiển vàcác cảm biến nhằm tạo những sản phẩm, thiết bị công nghệ cao hơn giúp đạt hiệu quảcao trong công việc.

Thiết kế xây dựng mô hình nhà giữ xe tự động với việc ứng dụng công nghệ RFID,công nghệ nhận dạng dấu vân tay giúp đảm bảo an toàn tài sản, người sử dụng có thểlinh động hơn cả về thời gian mà không cần sử dụng chân tay quá nhiều.

Ngoài ra khi thực hiện đề tài này em còn mong muốn lấy đề tài làm nền tảng chocác khóa sau nghiên cứu phát triển hệ thống hoàn thiện hơn nữa để tạo ra những sảnphẩm công nghệ cao nhằm đáp ứng nhu cầu cuộc sống ngày càng tăng của con người.Mục tiêu cụ thể :

Sưu tầm, tổng hợp, tóm tắt lý thuyết về các công nghệ hiện đại như RFID, NFC,công nghệ nhận dạng dấu vân tay.

Khảo sát tính chính xác và độ ổn định của các Module RFID RC522 NFC vàModule nhận dạng dấu vân tay R305.

Lập các đoạn chương trình cụ thể trên nền tảng board Arduino để có thể đọc cácModule RFID RC522 NFC, R305 và điều khiển các động cơ Servo, Dc.

Hiệu chỉnh, khảo nghiệm hoạt động của mô hình.Đề ra hướng phát triển cho mô hình.

Ứng dụng những thành quả của board Arduino vào thực tế.Những công việc chính sẽ làm :

Chương 2

TỔNG QUAN

.1.Tổng quan về hệ thống an ninh dùng dấu vân tay

Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của khoa học, công nghệ việc ứng dụng dấuvân tay cho việc bảo mật đã được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam và trên toàn thế giớibởi ưu điểm có độ an toàn rất cao và các thiết bị này ngày càng nhỏ gọn Không chỉxuất hiện trên các dòng điện thoại đời mới dùng vân tay để bảo mật như hiện nay, côngnghệ nhận dạng dấu vân tay còn được xuất hiện trong các thiết bị sử dụng trong đờisống hằng ngày như khóa cửa nhà, khóa cửa xe, két vân tay… Với ưu điểm nổi bậtnhất là độ an toàn gần như tuyệt đối bởi vân tay của mỗi người là duy nhất Như hình2.1 là hai thiết bị an ninh sử dụng dấu vân tay để đóng mở cửa thiết bị, không chỉ tốiưu về độ an toàn mà chúng cũng đều rất nhỏ gọn.

Hình 2.1: Khóa cửa nhà, két sắt dùng dấu vân tay

Lấy ý tưởng từ việc dùng công nghệ nhận dạng dấu vân tay để bảo mật nên tôi đãthiết kế mô hình nhà giữ xe ứng dụng vân tay để điều khiển động cơ đóng mở cửa bãigiữ xe một cách tự động Nhà giữ xe này được sử dụng với quy mô vừa (tối đa 162

người sử dụng sẽ được lấy mẫu vân tay, những mẫu vân tay này được xem như nhữngchiếc chìa khóa nếu muốn ra vào nhà giữ xe, do đó mọi người phải có tinh thần bảoquản tài sản (xe) với nhau Vì để bảo vệ cho module nhận diện dấu vân tay không bịhư hại do những tác nhân ngoại cảnh, tránh bụi bẩn nên tôi sử dụng thêm một moduleđọc thẻ RFID, module đọc thẻ RFID này sẽ đọc các thẻ RFID đã được khai báo trongthư viện để điều khiển một động cơ Servo làm cho cửa chứa module nhận diện dấu vântay được mở giúp người dùng có thể thao tác.

.2.Tổng quan về board Arduino

Arduino là bo mạch vi điều khiển mạch đơn được sử dụng để tương tác với các thiết

bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác Phần cứng bao gồmmột bảng mạch điện tử, phần cứng dạng nguồn mở được thiết kế từ bộ vi xử lý 8-bitAtmel AVR , hoặc 32-bit Atmel ARM Phần mềm cho phần cứng này bao gồm mộttrình biên dịch ngôn ngữ lập trình chuẩn và một bộ nạp khởi động, để có thể thực hiệncác lệnh trên bộ vi điều khiển.

Các board Arduino hiện nay được sử dụng phổ biến ở Việt Nam gồm có : ArduinoNano, Arduino Uno, Arduino Mega, Arduino Pro Mini, Arduino Enthernet…

Hình 2.2: Cấu trúc board Arduino Mega 2560

Hình 2.2 trình bày cấu trúc của một board Arduino Mega 2560 Cấu trúc này gồm

các thành phần chính như sau:

1 Jack nguồn: để chạy arduino thì có thể lấy nguồn từ cổng USB ở trên, nhưng

trong nhiều trường hợp không thể dùng nguồn của máy tính từ cổng USB được Lúcđó, ta có thể sử dụng nguồn một chiều có giá trị từ 6 – 20V cấp nguồn vào đây.

2.Vi điều khiển AVR: đây là bộ xử lý trung tâm của toàn bộ bo mạch.

3 Cổng USB (loại B): đây là cổng giao tiếp để ta nạp chương trình từ PC lên vi điều

khiển Đồng thời nó cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu vi điều khiển với máytính.

4 Hàng header: đánh số từ 0 đến 53 là hàng các chân digital , nhận vào hoặc xuất

ra các tín hiệu số Ngoài ra có một chân GND và chân điện áp tham chiếu (AREF).

5 Hàng header thứ hai: các chân để nhận vào hoặc xuất các tín hiệu analog Ví dụ

như đọc thông tin của các thiết bị cảm biến.

6 Hàng header thứ ba: là hàng các chân nguồn được board arduino xuất ra.

Board Arduino Mega 2560 được sử dụng trong đề tài là loại board Arduino có sốlượng cổng giao tiếp ngoại vi và dung lượng bộ nhớ nhiều nhất so với các dạng boardcủa Arduino.

Board Arduino Mega 2560 sử dụng chip ATmega2560 của ATmel, bộ nhớ chươngtrình lên đến 256KB trong đó có 8KB được sử dụng cho “ bootloader” Với bộ nhớchương trình lớn, có thể viết nhiều chương trình phức tạp, điều khiển được nhiều thiếtbị hơn Dung lượng RAM là 8KB và 4KB EEPROM Ngoài ra còn một số thông số kỹthuật khác như điện áp hoạt động, tần số hoạt động, điện áp giới hạn, số chân analog,digital,… được trình bày trong bảng 2.1 (thông số kỹ thuật của board Arduino Mega2560).

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của board Arduino Mega 2560

Điện áp hoạt động 5V – DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Điện áp vào khuyên dùng 7 – 12 V – DC

Số chân Analog 16 (độ phân giải 10bit)

không ngư i lái M t h th ng Arduino có th cung c p nhi u s tộng rãi trong điều khiển tự động Đơn giản như ệ thống Arduino có thể cung cấp nhiều sự tương tác với ống Arduino có thể cung cấp nhiều sự tương tác với ển tự động Đơn giản như ấp nhiều sự tương tác với ều khiển tự động Đơn giản như ự động Đơn giản như ươn giản nhưng tác v iớimôi trư ng xung quanh v i: h th ng c m bi n đa d ng v ch ng lo i (đo đ cới ệ thống Arduino có thể cung cấp nhiều sự tương tác với ống Arduino có thể cung cấp nhiều sự tương tác với ản như ết kế m ều khiển tự động Đơn giản như ủng loại (đo đạcnhi t đ , đ m, gia t c, v n t c, cệ thống Arduino có thể cung cấp nhiều sự tương tác với ộng rãi trong điều khiển tự động Đơn giản như ộng rãi trong điều khiển tự động Đơn giản như ẩm như: máy in 3D, robot, khinh khí cầu, máy bay ống Arduino có thể cung cấp nhiều sự tương tác với ật tắt đèn, mạch điều khiển động cơ,…hoặc cao hơn ống Arduino có thể cung cấp nhiều sự tương tác với ư ng đ ánh sáng, màu s c v t th , l u lộng rãi trong điều khiển tự động Đơn giản như ắt đèn, mạch điều khiển động cơ,…hoặc cao hơn ật tắt đèn, mạch điều khiển động cơ,…hoặc cao hơn ển tự động Đơn giản như ư ược ứng dụng rộng rãi trong điều khiển tự động Đơn giản nhưngnướic, phát hi n chuy n đ ng, phát hi n kim lo i, khí đ c…), các thi t b hi n thệ thống Arduino có thể cung cấp nhiều sự tương tác với ển tự động Đơn giản như ộng rãi trong điều khiển tự động Đơn giản như ệ thống Arduino có thể cung cấp nhiều sự tương tác với ộng rãi trong điều khiển tự động Đơn giản như ết kế m ị hiển thị ển tự động Đơn giản như ị hiển thị(đèn LED, màn hình LCD…), các module ch c năng h tr k t n i có dây v i cácứng dụng rộng rãi trong điều khiển tự động Đơn giản như ỗ trợ kết nối có dây với các ợc ứng dụng rộng rãi trong điều khiển tự động Đơn giản như ết kế m ống Arduino có thể cung cấp nhiều sự tương tác với ớithi t b khác ho c các k t n i không dây thông d ng (3G, GPRS, wifi,ết kế m ị hiển thị ặc cao hơn ết kế m ơn giản như ụng rộng rãi trong điều khiển tự động Đơn giản nhưBluetooth…), đ nh v GPS, nh n tin SMS,…ị hiển thị ị hiển thị ắt đèn, mạch điều khiển động cơ,…hoặc cao hơn

.3.Tìm hiểu về công nghệ RFID và Module RFID RC522 NFC.3.1 Công nghệ RFID

.3.1.1 Khái quát về công nghệ RFID :

RFID - Đó là viết tắt của cụm từ Radio Frequency Identification (Nhận dạng tầnsố sóng vô tuyến).

Thời gian gần đây, một số tổ chức, hãng tư vấn nổi tiếng thế giới đã nghiên cứuvà khuyến cáo các công ty ở mọi quy mô khác nhau nên ứng dụng các giải pháp nhậndạng không dây, trong đó RFID là một trong số các công nghệ mới Các chuyên giacho rằng những hệ thống nhận dạng dữ liệu tự động không dây như RFID hoàn toàn cóthể giảm thiểu các sai sót về địa điểm, dây chuyền cung ứng và đánh cắp sản phẩm lêntới 90 %, gia tăng hiệu suất từ 12 đến 15 % và giảm thời gian kiểm đếm, quản lý từ 35tới 40 %, qua đó tạo dựng được một lợi thế cạnh tranh rõ nét.

Công nghệ RFID, đó là một kỹ thuật nhận dạng sóng vô tuyến từ xa, cho phép dữliệu trên một con chíp được đọc một cách "không tiếp xúc" qua đường dẫn sóng vôtuyến ở khoảng cách từ vài cm tới vài mét, tùy theo kiểu của thẻ nhãn RFID Hệ thốngRFID gồm hai thành phần: thứ nhất là những chiếc thẻ nhãn nhỏ (cỡ vài cm) có gắnchip silicon cùng ăng ten radio và thành phần thứ hai là bộ đọc cho phép giao tiếp vớithẻ nhãn và truyền dữ liệu tới hệ thống máy tính trung tâm Bộ nhớ của con chip có thểchứa từ 96 đến 512 bit dữ liệu, nhiều gấp 64 lần so với một mã vạch Ưu việt hơn,thông tin được lưu giữ trên con chíp có thể được sửa đổi bởi sự tương tác của bộ đọc.Dung lượng lưu trữ cao của những thẻ nhãn RFID thông minh này sẽ cho phép chúng

cung cấp nhiều thông tin đa dạng như thời gian lưu trữ, ngày bày bán, giá và thậm chícả nhiệt độ sản phẩm…

.3.1.2 Một số khác biệt giữa công nghệ RFID và công nghệ mã vạch

Mã vạch là sự thể hiện thông tin trong các dạng nhìn thấy trên các bề mặt của sảnphẩm, hàng hóa mà máy móc có thể đọc được Nguyên thủy thì mã vạch lưu trữ dữliệu theo bề rộng của các vạch được in song song cũng như của khoảng trống giữachúng, nhưng ngày nay chúng còn được in theo các mẫu của các điểm, theo các vòngtròn đồng tâm hay chúng ẩn trong các hình ảnh Mã vạch có thể được đọc bởi các thiếtbị quét quang học gọi là máy đọc mã vạch hay được quét từ hình ảnh bằng các phầnmềm chuyên biệt.

Khả năng đọc / ghi: Mã vạch không thể sửa đổi được một khi chúng đã được inra, do đó mã vạch được biết tới là một công nghệ RO (Read - only: chỉ đọc) Ngượclại, các thẻ RFID RW (Read - write: đọc ghi), lại có cả khả năng đọc và ghi tới bộ nhớ,và số lần định dạng thẻ trong suốt quãng đời tồn tại của nó có thể lên tới hàng nghìnlần, đây cũng là một phần đã khiến cho công nghệ RFID trở nên mạnh mẽ như vậy.

Không cần đường ngắm để quét thẻ: Một ưu thế khác của công nghệ RFID so vớicác mã vạch là các hệ thống RFID không cần đến một đường ngắm giữa một thẻ vàthiết bị đọc để có thể làm việc đúng Bởi vì các sóng vô tuyến có khả năng lan truyềnqua nhiều chất liệu rắn khác nhau, tức là hiệu quả đọc với các thẻ RFID nằm sâu ở bêntrong một khay hàng không kém là bao so với các thẻ nằm trực tiếp trên đường ngắm.Nhưng với mã vạch thì khác, các mã vạch phải nằm trên đường ngắm của máy quét thìnó mới hoạt động đúng được Điều này có nghĩa là các mã vạch phải được đặt ở bênngoài bao bì cũng như các đối tượng được gắn thẻ không được đặt ở sâu bên trongkhay hàng trong quá trình đọc Trong các ứng dụng quản lý chuỗi cung ứng, trong hầuhết các thời điểm đều có một số lượng lớn hàng hóa di chuyển, nên rất khó để có đượcmột đường ngắm của máy quét với một hàng hóa cụ thể Đây chính là ưu điểm lớn củacông nghệ RFID so với công nghệ mã vạch.

Phạm vi đọc: Phạm vi đọc của mã vạch có thể có được một khoảng khádài.Thông thường các phạm vi đọc đó có giá trị vào khoảng cỡ vài chục cm Tuy nhiên

các phạm vi đọc của các thẻ RFID lại có một khoảng thay đổi khá rộng, phụ thuộc vàotần số hoạt động của hệ thống, kích thước anten và thẻ đang sử dụng là thẻ tích cựchay thẻ thụ động Thông thường, các phạm vi đọc của các thẻ RFID có thể chạy từ vàicm tới vài mét.

Tính bảo mật truy nhập: Dữ liệu mã vạch có tính bảo mật rất thấp Bởi vì các mãvạch cần thiết phải có một đường ngắm nên phải được đặt rõ ràng ở bên ngoài bao bì,do đó bất cứ ai với một máy quét mã vạch chuẩn hoặc chỉ với một chiếc camera cũngcó thể xem trộm hoặc ghi lại dữ liệu trên đó Nhưng với các hệ thống RFID thì lạiđược cung cấp một mức bảo mật cao hơn rất nhiều.

Độ bền, tính nhạy cảm với môi trường: Công nghệ RFID có khả năng chịu đựngtốt hơn với bụi bẩn và môi trường khắc nghiệt so với công nghệ mã vạch Các mã vạchcó thể sẽ không đọc được nếu như chúng bị bao phủ bởi bụi bẩn, hoặc là bị rách nát.Ngoài ra trong một môi trường với ánh sáng cường độ cao cũng có thể gây trở ngạicho máy quét mã vạch mà tồi tệ hơn là không thể đọc được các mã vạch Riêng vớicông nghệ RFID thì các vấn đề này không ảnh hưởng gì nhiều tới nó.

Khả năng đọc ổn định: Trong các ứng dụng chuỗi cung ứng, đọc chính xác ngaylần đầu sản phẩm đi qua nó là rất quan trọng để duy trì hiệu quả hoạt động cao Vớicác mã vạch thì thường phải được qua hệ thống tới hai lần hoặc thực hiện đọc bằngtay Rõ ràng như vậy rất bất tiện và ảnh hưởng nhiều tới hoạt động chung của toàn hệthống Với các hệ thống RFID, thông qua các thuật toán chống xung đột và các tínhnăng RW, có thể loại bỏ được việc sản phẩm phải quét nhiều lần mới thu được thànhcông dữ liệu.

Giá thành: Giá thành của công nghệ RFID cao Liên quan đến vấn đề chi phí, nênsố lượng doanh nghiệp Việt Nam ứng dụng công nghệ này vẫn còn thấp Ở các nước,thẻ RFID được gắn cho từng sản phẩm, còn ở Việt Nam để tiết kiệm chi phí, người tathường gắn thẻ RFID vào các thùng chứa hàng, xe đẩy chứa hàng Như vậy, chi phí làrào cản lớn nhất ngăn cản sự tăng trưởng của công nghệ RFID Bởi vậy, RFID chưathể thay thế hoàn toàn công nghệ mã vạch, mà chúng vẫn song hành với nhau.

.3.1.3 Lợi ích của việc ứng dụng công nghệ RFID :

Với ưu điểm chính của việc sử dụng công nghệ RFID là không cần nhìn thấy đốitượng cũng có thể định danh được đối tượng, có độ bền cao, chịu được hoạt độngtrong các môi trường khắc nghiệt, việc truy cập không cần tiếp xúc (có thể đọc đượcthẻ từ khoảng cách xa tới vài mét), không bị hỏng do tiếp xúc cơ học, có khả năngphân biệt nhiều thẻ hiện diện cùng một lúc , thì việc quản lý thông tin bằng cách ứngdụng hệ thống RFID vào các lĩnh vực quản lý đối tượng, quản lý nhân sự, quản lýhàng hóa bán lẻ trong siêu thị, nghiên cứu động thực vật học, quản lý hàng hóa trongxí nghiệp hay nhà kho, quản lý xe cộ qua trạm thu phí, làm thẻ hộ chiếu, đã giúp cácdoanh nghiệp: Giảm chi phí thông tin do các thẻ RFID có thể lưu bằng điện tử mộtkhối lượng lớn thông tin được gắn vào đồ vật Các thông tin đó có thể được thay đổivà cập nhật tại điểm sử dụng Trong khi các mã vạch và trao đổi dữ liệu điện tử EDI(Electronic Data Interchange) giữa các máy tính luôn gặp phải một số hạn chế: các mãvạch thông thường được đầu đọc quét qua nó và phải được đọc liên tục; các mã vạchkhông thể thay đổi một khi đã được in ra và dễ bị dính bụi và dễ bị trầy xước Tăng độchính xác do hệ thống RFID cho phép thông tin được lưu lại một cách tức thời và bấtcứ đâu thuận tiện nhất Cập nhật thông tin trạng thái bởi việc kết hợp các bộ cảm biểntrên chíp đã cho phép chúng có khả năng thu thập các dữ liệu về các trạng thái màchúng đã trải qua Nhờ đó, RFID đã ngày càng mở rộng phạm vi ứng dụng trong cuộcsống

.3.1.4 Ứng dụng công nghệ RFID ở thế giới nói chung và ở riêng Việt Nam

RFID được ứng dụng trong các lĩnh vực: quản lý đối tượng, nhân sự;quản lý hàng hóa bán lẻ trong siêu thị; nghiên cứu động vật học; quản lý hànghóa trong xí nghiệp, kho hàng ; quản lý các phương tiện giao thông qua trạmthu phí; lưu trữ thông tin bệnh nhân trong y khoa; làm thẻ hộ chiếu, chứngminh nhân dân, vân vân Các công ty đã và đang áp dụng RFID vào quản lýkinh doanh, kho hàng, kiểm soát tồn kho như Wal-mart, Boeing, Toyota,Harley Davidson,vân vân Walmart đã dùng công nghệ RFID được gần mộtthập kỷ và chỉ ra nhiều lợi ích, trong đó có quản lý tồn kho (dự trữ) hiệu quả

hơn Theo nghiên cứu của một trường đại học thực hiện tại Walmart, RFIDgiảm khoảng 30% nguy cơ thiếu hàng Công nghệ này cũng giúp công ty đảmbảo an ninh tồn kho, giảm chi phí lao động, đơn giản hóa quy trình kinh doanhvà tăng độ chính xác trong kiểm soát tồn kho Năm 2004, Boeing tích hợpcông nghệ RFID nhằm giảm chi phí tồn kho và bảo trì đối với loại máy bayBoeing 787 Dreamliner Với chi phí cao của các bộ phận máy bay, công nghệRFID cho phép Boeing theo dõi tồn kho bất kể các trở ngại về kích thước, hìnhdạng và môi trường Qua suốt 6 tháng tích hợp, công ty đã có thể tiết kiệm chiphí lao động 29,000 USD.

Bên cạnh việc triển khai tại Mỹ, công nghệ này còn được triển khai nhiều địađiểm khác trên thế giới như: Khu vui chơi giải trí Water World của Singapore, ngườita đã cấy thẻ RFID trên mình các con cá để dễ dàng nhận dạng chúng khi chúng bơiqua đầu đọc RFID Hay thành phố Mexico, công an thành phố đã gắn thẻ RFID vàotrong cơ thể của một số nhân viên để theo dõi và bảo vệ những trường hợp bị bắt cóc.Hoặc hãng sản xuất máy bay nổi tiếng Airbus của Pháp, người ta cũng ứng dụng côngnghệ RFID trong hoạt động điều hành để giảm chi phí tập hợp thông tin, đồng thờităng mức độ và phạm vi hoạt động hiện có…

Ở Việt Nam, công nghệ RFID đang được ứng dụng trong các lĩnh vực: kiểm soátvào - ra; chấm công điện tử; quản lý phương tiện qua trạm thu phí; kiểm soát bãi đỗxe tự động; logistics Tuy nhiên, lợi ích mà RFID đem lại được thể hiện rõ nhất tronghệ thống theo dõi, giám sát và truy xuất sản phẩm (traceability system) Hệ thốngmạng cùng với công nghệ RFID, hệ thống theo dõi, giám sát và truy xuất sản phẩm(traceability system), khi đến tay người tiêu dùng (bao gồm tất cả các công đoạn: Tạogiống, ươm, nuôi trồng, chế biến, chuyên chở và phân phối) Những con chip RFIDsiêu nhỏ sẽ được gắn trên từng giai đoạn của sản phẩm nhằm ghi lại các thông số kỹthuật của quy trình một cách tự động và được phần mềm chuyên dụng ghi lại kết quảnhằm làm cơ sở đảm bảo truy xuất được sản phẩm trong chuỗi giá trị, nhanh chóng tìmđược nguồn gốc xuất xứ hàng hóa tại bất cứ đâu trong vòng 1 giờ Khi có bất kỳ vấnđề gì xảy ra đối với sản phẩm thì ngay lập tức doanh nghiệp có thể truy xuất ngược lại

RFID trong truy xuất nguồn gốc thuỷ sản đem lại rất nhiều lợi ích, nhất là đối vớingười tiêu dùng, vì công nghệ này góp phần kiểm soát được an toàn vệ sinh vùng nuôi,kiểm soát dư lượng các chất độc hại trong thủy sản nuôi, chứng nhận sản phẩm khôngmang mầm bệnh, người tiêu dùng có thể biết được mọi thông tin về sản phẩm mình sửdụng như là nuôi ở đâu, điều kiện môi trường như thế nào, dùng thức ăn gì Do đó,tạo được tâm lý an toàn cho người tiêu dùng Khi các doanh nghiệp thủy sản Việt Namsử dụng hệ thống này, việc xuất khẩu các sản phẩm thủy sản vào các nước có yêu cầukhắt khe về vệ sinh an toàn thực phẩm và hàng rào kỹ thuật sẽ trở nên dễ dàng vàthuận lợi hơn rất nhiều.

SDA (CS) - Chân lựa chọn chip khi giao tiếp SPI( Kích hoạt ở mức thấp).SCK - Chân xung trong chế độ SPI.

MOSI (SDI) - Master Data Out - Slave In trong chế độ giao tiếp SPI.MISO (SDO) - Master Data In - Slave Out trong chế độ giao tiếp SPI.IRQ – Chân ngắt.

GND – Chân mass.

3V3 – nguồn nuôi cho module hoạt động.

RST – Chân reset module.

Thông số kỹ thuật của module RFID RC522 NFC:Nguồn: 3,3 VDC, 13 - 26 mA

Dòng ở chế độ chờ: 10 - 13 mA Dòng ở chế độ nghỉ: < 80 µATần số sóng mang: 13,56 MHzKhoảng cách hoạt động: 0 – 60 mmGiao tiếp: SPI

Tốc độ truyền dữ liệu: tối đa 10 Mbit / s

.3.2.2Các ứng dụng sử dụng Module RFID RC522 NFC trong hiện nay

Hiện nay Module RFID RC522 NFC được sử dụng khá phổ biến trên thực tếtrong các ứng dụng như khóa cửa nhà, cửa xe tự động… Đặc biệt còn được dùng trongcác nhà giữ xe thông minh sử dụng camera chụp biển số xe.

1 Chốt cửa; 2 Solenoid; 3 Module RFID RC522 NFC; 4 Relay; 5 Board ArduinoUno; 6 Hộp đựng Module RFID RC522 NFC

Hình 2.4: Sử dụng Module RFID RC522 NFC trong việc lắp ráp khóa cửa bằng thẻ

Ví dụ điển hình nhất là việc sử dụng Module RFID RC522 NFC trong việc lắp rápkhóa cửa bằng thẻ từ tại khoa Cơ khí – Công nghệ trường đại học Nông Lâm TP.HCM được thể hiện như trong hình 2.4

Hình 2.5: Sơ đồ khối hệ thống khóa cửa sử dụng thẻ RFID

Sơ đồ khối hệ thống khóa cửa sử dụng thẻ RFID thể hiện rõ trong hình 2.5.Nguyên lý hoạt động hệ thống khóa cửa sử dụng thẻ RFID như sau: Nếu muốn mở cửata dùng một thẻ RFID đã được khai báo trong thư viện chương trình quét qua cảmbiến, cảm biến sẽ xuất tín hiệu về cho board Arduino Board Arduino điều khiển kíchRelay cho dòng 24V kích solenoid hút chốt cửa vào.

Ngoài ra Module RFID RC522 còn được sử dụng trong các bãi giữ xe thôngminh với cấu trúc như hình 2.6:

Hình 2.6: Cấu trúc của một bãi giữ xe thông minh sử dụng công nghệ RFID

Nguyên lý hoạt động của bãi giữ xe thông minh sử dụng RFID điều khiển camerachụp biển số xe:

Cửa vô: Khách hàng thường xuyên sẽ được cấp thẻ cảm ứng (RFID) Khi gửixe, khách hàng quét thẻ qua đầu đọc, hệ thống ra lệnh cho 2 camera chụp gương mặtvà biển số của chủ xe Sau đó, hệ thống sẽ mở cổng và phát thông báo bằng loa mờikhách hàng cho xe vô Tất cả các quá trình trên chỉ mất khoảng 1, 2 giây và hoàn toàntự động nên không cần nhân viên ngồi ở cửa vô.

Cửa ra: Khi lấy xe, khách hàng quét thẻ qua đầu đọc, hệ thống sẽ nhận dạngchính xác và hiện lên hình ảnh khách hàng đã được chụp lúc vô Đồng thời bảng điệntử sẽ hiện số tiền phải trả Nhân viên giữ xe sẽ xem hình, so sánh và thu tiền Cổngđược mở và hệ thống phát thông báo bằng loa mời khách hàng cho xe ra Đối với chủxe là khách hàng thường xuyên có mua vé tháng thì không cần nhân viên giữ xe thutiền ở cửa ra, hệ thống tự động trừ tiền cho khách.

Nếu sử dụng đầu đọc và thẻ cảm ứng có độ nhạy cao, khoảng cách đọc xa,khách hàng có thể cho xe chạy chậm qua cổng kiểm soát Khi phát hiện từ xa, hệ thốngtính tiền và ra lệnh cho mở cổng.

.4.Tìm hiểu công nghệ vân tay và Module nhận dạng dấu vân tayR305.4.1 Những điều cơ bản về vân tay

Vân tay là một trong những đặc điểm đặc trưng của từng người Mỗi người đều cómột dấu vân tay đặc trưng của riêng mình

Trên đầu ngón tay mỗi người đều có những đường vằn nhỏ bởi đặc điểm này rất cólợi cho tổ tiên loài người, giúp họ dễ cầm nắm các vật dụng.

Những vân tay hoàn toàn ngẫu nhiên Như mọi thứ trong cơ thể con người , nhữngđường vân tay là sự kết hợp của sự di truyền và những nhân tố môi trường

Ngoài ra cũng như mọi bộ phận khác trên cơ thể, các đường vằn này tạo thành mộtnhân tố tự nhiên đặc trưng của mỗi người, kể cả đối với những cặp song sinh giống hệtnhau Tuy mới nhìn qua, hai vân tay trông có vẻ giống nhau nhưng một điều tra viênchuyên nghiệp hoặc một phần mềm cao cấp có thể nhìn thấu sự khác nhau rõ ràng giữachúng Tóm lại những vân tay của những người khác nhau là hoàn toàn khác nhau kể

.4.2 Ưu điểm dùng dấu vân tay

Với nhu cầu cấp bách đối với bảo mật cao ngày càng tăng, sinh trắc học đã đượcnhắm vào để tạo ra một phương pháp nhận dạng cho thế hệ tiếp nối Sinh trắc học lànghiên cứu cách thức con người khác nhau dựa vào các yếu tố sinh học, chẳng hạn nhưlàm thế nào các dấu vân tay của mỗi người hình thức khác nhau Trong số hàng loạtcông nghệ sinh trắc học, nhận dạng vân tay được sử dụng thời gian sớm nhất và mangđến nhiều cơ hội hơn là sử dụng những công nghệ sinh trắc học khác.

Nhận dạng vân tay có thể là phương pháp phức tạp nhất của tất cả công nghệ sinhtrắc học và được xác nhận qua nhiều ứng dụng Nhận dạng vân tay đã chứng thực mộtcách đặc biệt về tính hiệu quả cao của nó và là công nghệ được đề cao xa hơn nữatrong ngành điều tra tội phạm hơn một thế kỷ.

Thậm chí như dáng đi con người, gương mặt, hoặc chữ ký có thể thay đổi với thờigian và có thể được làm giả hoặc mô phỏng theo Tuy nhiên, vân tay là duy nhất hoànhảo theo từng riêng lẻ và cố định không thay đổi theo thời gian Tính riêng biệt này đãminh chứng rằng nhận dạng vân tay là chính xác và hiệu quả hơn các phương phápnhận dạng khác.

Ngoài ra, vân tay có thể được chụp ảnh lại và được số hóa bằng những thiết bị giáthành thấp và nén một cách hiệu quả nên chỉ mất một dung lượng nhỏ để lưu trữ mộtlượng dữ liệu lớn của thông tin Với những sức mạnh này, nhận dạng vân tay là mộtphần chủ yếu trên thị trường an ninh và tiếp tục cạnh tranh hơn những cái khác trênkhắp thế giới ngày nay

.4.3 Lịch sử của công nghệ vân tay

Việc bắt đầu sử dụng vân tay là ở thời gian rất xa xưa Theo lịch sử tìm thấy, vântay đã được sử dụng trên những tấm thẻ bằng đất sét cho việc giao dịch kinh doanh ởthời Babylon cổ xưa Ở Trung Quốc, dấu vân tay được tìm thấy trên những con dấubằng đất sét Nhưng mãi đến thế kỷ 19 những kết quả nghiên cứu khoa học mới đượcphổ biến và công nghệ vân tay mới bắt đầu được xem xét hàng loạt.

Vào năm 1924, FBI (Federal Bureau of Investigation) đã biết lưu trữ 250 triệu vântay của công dân cho mục đích điều tra tội phạm và nhận dạng những người bị chết màkhông biết rõ họ tên.

Nhưng công nghệ nhận dạng vân tay không dừng lại chỉ cho mục đích pháp lý Nóđã được sử dụng một cách chính thức cho mục đích kinh doanh vào năm 1968 tại mộtnhóm kinh doanh về an ninh tại đường Wall Vân tay ngày nay đang được sử dụng nhưlà một phương pháp nhận dạng hiệu quả và chắc chắn trong nhiều lĩnh vực, bao gồmtài chính, y học, kinh tế điện tử và ứng dụng điều khiển truy nhập và khóa cửa Ứngdụng hiện đại nhất của công nghệ vân tay là nhờ vào phần lớn của sự phát triển củamắt đọc vân tay dạng nén một cách phi thường.

.4.4 Quá trình xử lý nhận dạng vân tay

Xử lý nhận dạng vân tay bao gồm hai quy trình thiết yếu: Sự đăng ký (Enrollment )và sự nhận dạng (Authentication) Xem các bước theo sơ đồ bên dưới, hệ thống nhậndạng vân tay so sánh giữa hình ảnh vân tay đầu vào và dữ liệu đã đăng ký trước để xácđịnh vân tay đúng Tất cả các bước được mô tả ở dưới là chỉ ra tính hoàn thiện của hệthống.

Hình 2.7: Quá trình xử lý nhận dạng vân tay

Bước 1 Thu gom hình ảnh vân tay

Phương pháp thu gom hình ảnh thời gian thực là sự phân lớp một cách đại khái là

về quang học là dựa vào hiện tượng phản xạ tuyệt đối trên bề mặt kiến hoặc tăngcường thêm một lớp chất dẽo ở nơi mà ngón tay tiếp xúc Mắt đọc thông thường baogồm một lăng kính và một khối CCD (Charged Coupled Device) hoặc là mắt đọc hìnhảnh CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) Trong sự tương phản, mắtđọc bán dẫn, ví dụ tiêu biểu như những mắt đọc không thuộc quang học, khai thácnhững đặc tính thuộc về điện của ngón tay chẳn hạn như là điện dung Sóng siêu âm,nhiệt, và áp suất cũng được sử dụng để đạt được hình ảnh đối với mắt đọc vân taykhông thuộc quang học Những mắt đọc không thuộc quang học được nói rằng thíchhợp một cách tương đối hơn đối với sự sản xuất qui mô lớn và hạn chế về kích thướcchẳn hạng như tích hợp với thiết bị di động.

Bảng 2.2: So sánh hai phương pháp thu gom hình ảnh vân tay

Thuộc về quang học Không thuộc về quang họcPhương

pháp đolường

Ánh sáng Ánh sáng, nhiệt độ, điệndung, sóng siêu âm

Ưu điểm Thực thi tính ổn định cao/ vàhình ảnh chất lượng cao

Giá thành thấp với tíchhợp kích cỡ nhỏ, tiêu thụ

nguồn thấp

Tranh giới giá thành cao đểgiảm bớt về kích thướcDể nhằm lẩn với ngón tay có

vết tích hoặc ngón tay giả

Dễ bị hư bề mặt điện vàgặp khó khăn với nhiệt độ

và ngón tay khô

Ứng dụng

Hệ thống chấm công và điềukhiển ra vào, điều khiển dịch

vụ ngân hàng và bảo mậtmáy vi tính

Bảo mật máy vi tính, nhậndạng tài chính điện tử,thiết bị cầm tay và thẻ

thông minh.

Bước 2 Sự rút trích đặc điểm riêng của từng vân tay.

Có hai cách chính để so sánh hình ảnh đầu vào và dữ liệu đã đăng ký Một là sosánh một hình ảnh này với hình ảnh khác một cách trực tiếp Cách khác là so sánh đặctính đoạn trích từ mỗi hình ảnh vân tay Sau cùng là được gọi là việc kết nối so sánhđặc tính cơ bản Mỗi ngón tay có duy nhất một hình thể riêng theo các đường nổi thànhdòng gọi là “ridges” và những vùng lổ giữa chúng gọi là “valleys” Như thể hiện ởhình 2.8, ridges được đại diện là những đường màu đen, trong đó valleys là trắng.

Hình 2.8: Các ridges và valleys

Bước 3 Sự kết nối so sánh

Bước so sánh là bước hệ thống xác định rõ thông tin của người dùng bằng việc sosánh vân tay đầu vào với thông tin trong dữ liệu mà không cần đòi hỏi sự khai báo củangười dùng Kết quả đầu ra của bước so sánh là có hay không có vân tay đầu vào đúngvới một cái được so sánh trong dữ liệu

.4.5 Thị trường ứng dụng vân tay

Thị trường ứng dụng vân tay đối với công nghệ vân tay bao gồm điều khiển truynhập và ứng dụng khóa cửa, chuột nhận dạng vân tay, điện thoại di động vân tay, vànhiều ứng dụng khác…

Theo công nghệ tiến bộ cho phép kích cỡ mắt đọc vân tay ngày càng thu nhỏ nhiềuhơn giúp các thiết bị an ninh dùng dấu vân tay ngày càng gọn nhẹ.

.4.6 Module nhận diện dấu vân tay R305

Đây là module nhận dạng vân tay giao tiếp trực tiếp qua giao thức UART có thể kếtnối trực tiếp đến vi điều khiển hoặc qua PC adapter Max232 / USB-Serial Người sửdụng có thể lưu trữ dữ liệu vân tay trực tiếp vào module Module có thể dễ dàng giaotiếp với các loại vi điều khiển chuẩn 3,3 V hoặc 5 V Có một con Led đỏ được bật sáng

nằm sẵn trong ống kính trong suốt quá trình chụp vân tay Cảm biến với chức năngtuyệt vời có thể được nhúng vào các thiết bị như: điều khiển truy cập, két sắt, khóa cửanhà, khóa cửa xe Có thể chứa lên đến 162 dạng vân tay khác nhau trong bộ nhớFLASH của board.

Hình 2.9: Module nhận diện dấu vân tay R305

Thông số kỹ thuật module R305:

Tích hợp xử lý hình ảnh và thuật toán xử lý trên cùng một chip.

Khả năng xử lý ảnh đẹp, có thể chụp ảnh tốt với độ phân giải lên đến 500 dpi.Tiêu thụ điện năng thấp, giá rẻ, kích thước nhỏ gọn và hiệu suất tuyệt vời.Điện áp cung cấp: 3,3 - 5V.

Dòng điện tiêu thụ: 90 mA, tối đa 150 mA.Độ phân giải: 500 dpi.

Chuẩn giao tiếp: USB - UART (TTL logical logic)Tốc độ Baud rate: 4800 - 115200 bps.

Tốc độ quét: 0,5 s.Tốc độ xác nhận: 0,3 s.

Bề mặt nhận dạng: 15 – 18 mm.Tỷ lệ lỗi chấp nhận được: 0,0001 %.Tỷ lệ lỗi không chấp nhận: 0,1 %.

Nhiệt độ hoạt động được: -10 oC – 40 oC.

Kích thước: Kích thước Module nhận diện dấu vân tay được thể hiện trên hình 2.10dưới đây.

Hình 2.10: Kích thước Module nhận diện dấu vân tay

.5.Động cơ Servo

Hình 2.11: Động cơ Servo

Động cơ DC và động cơ bước vốn là những hệ hồi tiếp vòng hở - ta cấp điện đểđộng cơ quay nhưng chúng quay bao nhiêu thì ta không biết, kể cả đối với động cơbước là động cơ quay một góc xác định tùy vào số xung nhận được Việc thiết lập mộthệ thống điều khiển để xác định những gì ngăn cản chuyển động quay của động cơhoặc làm động cơ không quay cũng không dễ dàng Mặt khác, động cơ servo được

một mạch điều khiển Khi động cơ quay, vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạchđiều khiển này Nếu có bầt kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơcấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn Mạch điều khiểntiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác Động cơ servo có nhiềukiểu dáng và kích thước, được sử dụng trong nhiều máy khác nhau, từ máy tiện điềukhiển bằng máy tính cho đến các mô hình máy bay và xe hơi Ứng dụng mới nhất củađộng cơ servo là trong các robot, cùng loại với các động cơ dùng trong mô hình máybay và xe hơi Các động cơ servo điều khiển bằng liên lạc vô tuyến được gọi là độngcơ servo R/C (radio- controlled) Trong thực tế, bản thân động cơ servo không phảiđược điều khiển bằng vô tuyến, nó chỉ nối với máy thu vô tuyến trên máy bay hay xehơi Động cơ servo nhận tín hiệu từ máy thu này Như vậy có nghĩa là ta không cầnphải điều khiển robot bằng tín hiệu vô tuyến bằng cách sử dụng một động cơ servo, trừkhi ta muốn thế Ta có thể điều khiển động cơ servo bằng máy tính, một bộ vi xử lýhay thậm chí một mạch điện tử đơn giản dùng IC 555.

Để quay động cơ, tín hiệu số được gới tới mạch điều khiển Tín hiệu này khởi độngđộng cơ, thông qua chuỗi bánh răng, nối với vôn kế Vị trí của trục vôn kế cho biết vịtrí trục ra của servo Khi vôn kế đạt được vị trí mong muốn, mạch điều khiển sẽ tắtđộng cơ Như ta dự đoán, động cơ servo được thiết kế để quay có giới hạn chứ khôngphải quay liên tục như động cơ DC hay động cơ bước Mặc dù ta có thể chỉnh động cơservo R/C quay liên tục nhưng công dụng chính của động cơ servo là đạt được gócquay chính xác trong khoảng từ 900 – 1800 Việc điều khiển này có thể ứng dụng để láirobot, di chuyển các tay máy lên xuống, quay một cảm biến để quét khắp phòng…Servo và điều biến độ rộng xung trục của động cơ servo R/C được định vị nhờ vào kỹthuật gọi là điều biến độ rộng xung (PPM) Trong hệ thống này, servo là đáp ứng củamột dãy các xung số ổn định Cụ thể hơn, mạch điều khiển là đáp ứng của một tín hiệusố có các xung biến đổi từ 1 – 2 ms Các xung này được gởi đi 50 lần/giây Chú ý rằngkhông phải số xung trong một giây điều khiển servo mà là chiều dài của các xung.Servo đòi hỏi khoảng 30 – 60 xung/giây Nếu số này qua thấp, độ chính xác và côngsuất để duy trì servo sẽ giảm Với độ dài xung 1 ms, servo được điều khiển quay theomột chiều (giả sử là chiều kim đồng hồ như Hình 3) Với độ dài xung 2 ms, servo quay

theo chiều ngược lại Kỹ thuật này còn được gọi là tỉ lệ số - chuyển động của servo tỉlệ với tín hiệu số điều khiển.

Hình 2.12: Điều khiển vị trí của trục ra của động cơ bằng cách điều chế độ rộng

xung PPM

Thời gian xung ở mức cao quy định góc quay của RC servo

Với thời gian 1 ms mức cao, góc quay của servo là 0, 1.5 ms góc quay 90 và 2 msgóc quay là 180 Các góc khác từ 0-180 được xác định trong khoảng thời gian 1-2ms.

So sánh động cơ servo với động cơ bước:Ưu điểm:

Nếu tải đặt vào động cơ tăng, bộ điều khiển sẽ tăng dòng tới cuộn dây động cơgiúp tiếp tục quay Tránh hiện tượng trượt bước như trong động cơ bước Có thể hoạtđộng ở tốc độ cao.

Nhược điểm:

Động cơ servo hoạt động không trùng khớp với lệnh điều khiển bằng động cơbước, giá thành cao Khi dừng lại, động cơ servo thường dao động tại vị trí dừnggây rung lắc.

Cả hai loại động cơ có những ưu nhược điểm riêng Việc lựa chọn loại động cơ nàolà tùy thuộc vào từng ứng dụng cụ thể.