THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH CỬA AN NINH THÔNG QUA CẢM BIẾN VÂN TAY

Quá trình quét vân tay bằng dấu vân tay thực hiện theo lưu đồ hình trên. Chương trình bắt đầu khởi động phần mềm, LCD, module cảm biến vân tay, khởi tạo các biến. Sau khi kiểm tra có cảm biến vân tay kết nối chưa. Nếu chưa có kết nối thì chương trình sẽ không được thực hiện. Còn nếu cảm biến vân tay đảm bảo kết nối thì sẽ cho người dùng quẹt vân tay để mở cửa. Khi người dùng quẹt vân tay sai 3 lần thì hệ thống chuông báo sẽ hoạt động sau 3 giây rồi tắt. Còn khi quét đúng hệ thống sẽ cho phép cửa mở tự động sau khoảng thời gian cho phép người dùng vào thì hệ thống tự động đóng cửa lại, khi đã vào trong nếu người dùng muốn ra ngoài có thể thực hiện thao tác mở cửa bằng cách ấn nút nhấn.

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

THÂN QUANG SANG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH CỬA AN NINH THÔNG QUA CẢM BIẾN VÂN TAY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG

HÓA

Thái Nguyên, năm 2020

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

Thái Nguyên, năm 2020

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin được gửi lời cảm ơn đến thầy TS PHẠM ĐỨC LONG,

thầy đã hướng dẫn và giúp đỡ em tận tình nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốtnghiệp này Những lời nhận xét, góp ý và hướng dẫn của thầy đã giúp em có địnhhướng đúng đắn trong quá trình thực hiện đề tài, giúp em nhìn ra được những ưukhuyết điểm của đề tài và từng bước khắc phục để có được kết quả tốt nhất Em

cũng xin cảm ơn thầy cô trong khoa công nghệ tự động hóa trường ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG THÁI NGUYÊN đã truyền

đạt cho em các kiến thức chuyên ngành, những công nghệ mới cùng những cáchlàm việc để hoàn thành tốt đồ án môn học này Và cuối cùng, em xin được gửi lờicám ơn sâu sắc đến tất cả những người bạn đã giúp đỡ, sát cánh cùng em trong suốtnăm đại học Cảm ơn những lời động viên, những sự chia sẻ, hy sinh và chăm sóclớn lao từ phía gia đình và người thân vì đó là một động lực to lớn giúp em vượt quakhó khăn và hoàn thành kết quả tốt nhất của để tài này

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp “ Thiết kế hệ thống giám sát và chế tạo

mô hình cửa an ninh thông qua cảm biến vân tay” là công trình nghiên cứu củabản thân Những phần sử dụng tài liệu tham khảo trong đồ án đã được nêu rõ trongphần tài liệu tham khảo Các số liệu, kết quả trình bày trong đồ án là hoàn toàntrung thực, nếu sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm và chịu mọi kỷ luật của bộmôn và nhà trường đề ra

Thái Nguyên, tháng 2 năm 2020

Sinh ViênThân Quang Sang

MỤC LỤC

đã ra đời Là sinh viên khoa kỹ thuật điều khiển và tự động hóa của Trường Đại HọcCông Nghê Thông Tin Và Truyền Thông Thái Nguyên, với những kiến thức đã họccùng với mong muốn thiết kế được một hệ thống cửa thông minh đáp ứng được nhucầu của mọi người, em đã chọn đề tài "Thiết kế hệ thống giám sát và chế tạo mô

hình cửa an ninh thông qua cảm biến vân tay" làm đề tài thực tập tốt nghiệp của

mình

Trong quá trình thực hiện báo cáo của mình, em đã cố gắng hết sức để hoànthiện một cách tốt nhất Nhưng với kiến thức và sự hiểu biết có hạn nên sẽ khôngtránh khỏi những thiết sót mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến cho đề tài của

em được hoàn hiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn

CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG CỬA THÔNG MINH 1.1 Lịch sử phát triển của nhà thông minh

Tiền đề cho hệ thống nhà thông minh chính là thiết bị điều khiển từ xa khôngdây Được giới thiệu năm 1898 bởi Nikola Tesla, khi đó ông đã điều khiển mô hìnhthu nhỏ của một chiếc thuyền bằng cách gửi đi sóng radio qua điều khiển từ xa Thế kỷ 20 bắt đầu với sự phát triển bùng nổ của các thiết bị gia dụng, ví dụnhư máy hút bụi chạy bằng động cơ (1901) và máy hút bụi chạy bằng điện (1907) Hai thập kỷ tiếp theo là một cuộc cách mạng thiết bị gia dụng, sự xuất hiện của tủlạnh, máy sấy, máy giặt, Tuy nhiên, giá thành rất đắt đỏ và việc sở hữu nhữngmón hàng xa xỉ chỉ xuất hiện ở những gia đình giàu có

Những năm 1930, ý tưởng về tự động hóa nhà ở được khơi gợi lên, nhưngphải đến năm 1966, hệ thống tự động hóa căn nhà đầu tiên mang tên EchoIV mớiđược phát triển bởi Jim Sutherland Hệ thống này giúp chủ nhà lên danh sách muahàng, điều chỉnh nhiệt độ các phòng, bật và tắt các thiết bị gia dụng Nhưng đángtiếc là hệ thống này chưa bao giờ được bán ra thị trường

Hình 1.1 Hệ thống Echo-IV phát triển bởi Jim Sutherland

Năm 1969, bếp máy tính Honeywell ra đời Chức năng của sản phẩm này làtạo ra các công thức món ăn, nhưng chiếc bếp này đã không đạt được thành công vềthương mại do giá thành quá đắt đỏ

Bước ngoặt lớn đầu tiên đã xảy ra vào năm 1971 khi bộ vi xử lý ra đời, khiếncho giá các thiết bị điện tử giảm mạnh Điều này cũng đồng nghĩa với việc mọi

người có khả năng được tiếp cận với công nghệ dễ dàng hơn Nhờ có bước pháttriển thần kì ấy, khái niệm "nhà thông minh" lần đầu tiên được đưa ra vào năm 1984bởi Hội Liên Hiệp Xây dựng Hoa Kỳ

Hình 1.2 Mô tả hệ thống mạng lưới sử dụng mạng không dây

Trong suốt thập niên 90, công nghệ dành cho người cao tuổi đã là một chủ đềđược tập trung nghiên cứu, trong đó người ta cố gắng kết hợp giữa kỹ thuật hiện đại

và khoa học về tuổi già để tạo ra các công nghệ phục vụ cho người cao tuổi Chính

sự tập trung nghiên cứu này cũng đóng góp vào việc phát triển các tiện nghi giađình, thiết bị gia dụng, điện tử điện lạnh Trong khoảng thời gian này, nhu cầu kếtnối các thiết bị gia dụng cũng bắt đầu xuất hiện Năm 1993, mạng lưới kết nối cácthiết bị tại nhà không dây đầu tiên được xây dựng bởi Fujieda, mang đến bước pháttriển lớn cho hệ thống không dây ngày nay

Đến cuối thể kỷ 20, thuật ngữ Domotics được sáng tạo và sử dụng để miêu tảviệc các sản phẩm đồ gia dụng được kết hợp với máy tính và robot, tạo thành một

hệ thống và phối hợp để quản lý các công việc trong gia đình Năm 1998, Ngôi nhàThiên niên kỷ (Integer millennium house) được mở cửa trưng bày Căn nhà mẫu nàyminh họa cho việc một căn nhà có thể được tích hợp công nghệ như thế nào, với các

hệ thống sưởi ấm, quản lý đất trồng, các thiết bị an ninh, chiếu sáng và cửa đềuđược điều khiển tự động

Mười năm sau, khi mạng Internet phát triển mạnh mẽ và trở nên phổ biến,người ta bắt đầu đi vào nghiên cứu để tìm ra cách kết nối hệ thống điều khiển tựđộng hóa căn nhà với mạng Internet Hiroshi Kanma và các đồng sự đã đề xuất việc

hệ thống được điều khiển thông qua bluetooth vào năm 2003 Năm 2006, hệ thốngmạng lưới phức hợp các sản phẩm gia dụng được giới thiệu Mạng lưới này sửdụng bluetooth hoặc mạng điện thoại để gửi dữ liệu cho nhà cung cấp và truyền dẫntrở về căn nhà của người sử dụng Bằng cách thức này, người dùng có thể điểukhiển các thiết bị trong nhà kể cả khi ở bên ngoài

Khi các thiết bị công nghệ dần có giá thành rẻ hơn, chúng cũng được tích hợpnhiều hơn vào căn nhà của chúng ta Cùng với sự phổ biến ấy, ngày càng có nhiềucông ty đầu tư vào việc nghiên cứu nâng cấp và phát triển các công nghệ này đểchúng hoạt động hiệu quả hơn và có giá thành hấp dẫn hơn với người dùng

Hiện nay, công nghệ tự động hóa nhà ở xuất hiện gần như khắp mọi nơi,chúng ta thậm chí đôi khi còn chẳng nhận ra Giờ đây, rất nhiều người trong chúng

ta đã có thể điều khiển ti vi, hệ thống sưởi, chuông báo động, đèn chiếu sáng, cửa ravào từ điện thoại thông minh và các bộ điều khiển Với sự phát triển như vũ bãonày, có thể nói rằng những bước tiến này làm thay đổi công nghệ nhà thông minh,trong tương lai sẽ không còn bất kỳ giới hạn nào ngoài chính trí tưởng tượng củacon người

- Tình hình ứng dụng công nghệ nhận dạng vân tay ở thế giới và Việt Nam

Hơn 100 năm qua so sánh dấu vân tay vốn được coi là một phương tiện hữuhiệu hỗ trợ cho các nhà điều tra trong quá trình phá án và xét xử Người ta có thểtìm ra tung tích tội phạm cũng như nạn nhân thông qua dấu vân tay ở trên hiệntrường Tuy nhiên phương pháp này vẫn bộc lộ một vài khuyết điểm do tác độngcủa các yếu tố khách quan như môi trường thời tiết, hiện trường sau khi khảo sát,…

và các yếu tố chủ quan gây nhiễu Nếu chỉ đơn thuần dựa vào yếu tố kỹ thuật mà bỏqua một loạt các biện pháp nghiệp vụ khác, sai số này có thể lên tới 10% Mặc dùvậy, phương pháp nhận dạng vân tay hiện vẫn còn phổ biến ở nhiều nơi và nhiều

quốc gia,mặc nhiên phương pháp nhận dạng vân tay vẫn được sử dụng trong việcđiều tra phá án của cảnh sát vì thế việc nâng cao sự chính xác khi nhận dạng vân tay

là một vấn để thiết yếu

Ngày nay, người ta cũng lợi dụng các đặc điểm riêng biệt của vân tay để xâydựng các hệ thống bảo mật các thông tin riêng tư cho người sở hữu chúng, từ việcdùng các ổ khóa vân tay thay thế cho các ổ khóa thông thường cho đến việc dùngvân tay thay thế mật khẩu đã quá phổ biến trong thời đại công nghệ thông tin.Người ta chỉ cần quét dấu vân tay của mình qua các thiết bị chức năng là có thể mởđược một cánh cửa, đăng nhập vào hệ thống máy vi tính, qua một phòng bí mật haycác trạm bảo vệ bí mật Đó là giải pháp an ninh tuyệt đối cho những yêu cầu bảomật của con người trong nhiều lĩnh vực như: Kiểm soát an ninh trong các cơ quancủa Chính phủ, trong quân đội, ngân hàng, trung tâm lưu trữ dữ liệu hoặc để kiểmsoát ra vào của nhân viên tại các trung tâm thương mại, các tập đoàn, các đại sứquán

Trong lĩnh vực quản lý nhân sự, phương pháp nhận dạng vân tay còn hỗ trợđắc lực cho việc quản lý và chấm công tại các nhà máy, xí nghiệp, công ty bằngmáy các máy chấm công vân tay Tuy nhiên, phổ biến nhất có lẽ là dấu vân tay củachúng ta qua mặt sau của chứng minh thư để xác định một cách nhanh nhất các đặcđiểm, hồ sơ của một công dân đã được lưu trong cơ sở dữ liệu

Trên thế giới hiện nay đã xuất hiện nhiều sản phẩm công nghệ cao sử dụngphương pháp nhận dạng vân tay như khóa vân tay, máy chấm công vân tay, máytính xác tay, Tuy nhiên đây vẫn là vấn đề còn chưa được nghiên cứu nhiều ở ViệtNam Ở nước ta, phương pháp này mới chỉ phổ biến ở việc quản lý nhân sự thôngqua chứng minh thư nhân dân và phục vụ điều tra phá án Các sản phẩm công nghệcao nói trên chúng ta vẫn phải nhập khẩu với giá thành khá cao, do đó chúng vẫnchưa được phổ biến rộng rãi

1.2 Nhận dạng vân tay 1.2.1 Công sinh trắc vân tay và vấn đề bảo mật

Trong thời đại ngày nay, sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật đãgiúp cho con người thuận tiện hơn trong các công việc hằng ngày Với sự bùng nổ

về công nghệ thông tin, quá trình toàn cầu hóa diễn ra nhanh chóng, sự bảo mậtriêng tư thông tin cá nhân cũng như để nhận biết một người nào đó trong hàng tỉngười trên trái đất đòi hỏi phải có một tiêu chuẩn, hệ thống đảm nhận các chức năng

đó Công nghệ sinh trắc ra đời và đáp ứng được các yêu cầu trên

Nhiều công nghệ sinh trắc đã và đang được phát triển, một số chúng đangđược sử dụng trong các ứng dụng thực tế và phát huy hiệu quả cao Các đặc trưngsinh trắc thường được sử dụng là vân tay, gương mặt, mống mắt, tiếng nói Mỗi đặctrưng sinh trắc có điểm mạnh và điểm yếu riêng, nên việc sử dụng đặc trưng sinhtrắc cụ thể là tùy thuộc vào yêu cầu của mỗi ứng dụng nhất định Các đặc trưng sinhtrắc có thể được so sánh dựa vào các yếu tố sau: tính phổ biến, tính phân biệt, tính

ổn định, tính thu thập, hiệu quả, tính chấp nhận Trong yêu cầu về bảo mật và tìmkiếm, tính phân biệt (hai người khác nhau thì đặc trưng sinh trắc này phải khácnhau) và ổn định (đặc trưng sinh trắc này không thay đổi theo từng giai đoạn thờigian tương ứng với hạng mục đối sánh nhất định) được quan tâm nhiều hơn cả Vântay đã được biết tới với tính phân biệt (tính chất cá nhân) và ổn định theo thời giancao nhất, vì vậy nó là đặc trưng sinh trắc được sử dụng rộng rãi nhất Nhận dạngsinh trắc đề cập đến việc sử dụng các đặc tính hành vi và thể chất (ví dụ: vân tay,gương mặt, chữ kí…) có tính chất khác biệt để nhận dạng một người một cách tựđộng Nhận dạng vân tay được xem là một trong những kỹ thuật nhận dạng hoànthiện và đáng tin cậy nhất

Trong các tổ chức, cơ quan an ninh, quân sự, hành chính, khoa học… luôn cónhu cầu kiểm tra và trả lời các câu hỏi: “người này có phải là đối tượng đó haykhông ? ”, “người này có được quyền truy cập và sử dụng thiết bị đó ? ”, “ngườinày có được biết những thông tin đó?”… Phương pháp dựa vào thẻ bài truyền thống(ví dụ dùng chìa khóa…), phương pháp dựa vào trí thức (ví dụ dùng mật khẩu vàPIN – Personal Identification Number) đã được sử dụng phổ biến nhưng thực tế đãchứng minh là không hiệu quả vì tính an toàn không cao và khó nhớ Người ta nhận

thấy các đặc trưng sinh trắc không thể dễ dàng bị thay thế, chia sẻ hay giả mạo ,chúng được xem là đáng tin cậy hơn trong nhận dạng một người so với các phươngpháp trên Vân tay là một trong những đặc điểm khá đặc biệt của con người bởi vìtính đa dạng của nó, mỗi người sở hữu một dấu vân tay khác nhau, rất ít trường hợpnhững người có dấu vân tay trùng nhau Bằng việc sử dụng vân tay và mật mã, việcxác nhận một người có thể được thực hiện bằng một hệ thống nhận dạng vân tay antoàn và nhanh chóng.

1.2.2 Hệ thống nhận dạng vân tay

Hệ thống nhận dạng:là hệ thống xác thực một cá nhân bằng cách tìm kiếm vàđối sánh đặc tính sinh trắc của người này với toàn bộ các mẫu sinh trắc được lưugiữ trong cơ sở dữ liệu

Hình1.3 Cấu trúc cơ bản của một hê thống nhận dạng vân tay

Hệ thống gồm hai phần chính:

Verification (Xác nhận dấu vân tay): Đầu tiên một người sẽ cung cấp dấu vântay cùng với thông hoặc đặc điểm cá nhân của người đó như họ tên, ngày sinh, quêquán… (trong chứng minh thư) hoặc là Username, tên tài khoản, các quyền hạn củangươi đó,…(trong bảo mật) Bước này nhằm tạo ra một cơ sở dữ liệu tương ứng dấuvân tay và các đặc điểm liên quan Nguyên lý cơ bản của hệ thống này là sử dụngcác diot phát sáng để truyền các tia gần hồng ngoại (Near Infrared NIR) tới ngóntay và chúng sẽ được hấp thụ lại bởi hồng cầu trong máu Vùng các tia bị hấp thụ

trở thành vùng tối trong hình ảnh và được chụp lại bởi camera CCD Sau đó, hìnhảnh được xử lý và tạo ra mẫu vân tay Mẫu vân tay được chuyển đổi thành tín hiệu

số và là dữ liệu để nhận dạng người sử dụng chỉ trong vòng chưa đến 2 giây Côngnghệ truyền ánh sáng của Hitachi cho phép ghi lại rõ nét sơ đồ vân nhờ độ tươngphản cao và khả năng tương thích với mọi loại da tay, kể cả da khô, da dầu hay cóvết bẩn, vết nhăn hoặc bị khiếm khuyết do tạo hoá trên bề mặt của các ngón tay.Lượng dữ liệu nhỏ đó là căn cứ cho việc nhận dạng và tạo nên một hệ thống nhỏgọn, an toàn, thân thiện và nhanh nhất trên thế giới Hệ thống này có thể lưu trữ từ6.000 - 8.000 ngón tay trong một máy và mỗi người có thể được nhận dạng bởi 1trong 5 ngón tay khác nhau đã đăng ký trước đó Ưu điểm vượt trội của hệ thốngnày là chỉ tương tác với cơ thể sống nên việc bắt chước, giả mạo hoặc ăn cắp dữ liệu

là điều hoàn toàn bất khả thi

Hình 1.4 Hình ảnh vân tay được chụp từ các thiết bị tương tướng

Identification (Nhận diện dấu vân tay): Dấu vân tay sẽ được đưa thu thập từmột sensor để đối chiếu với database chứa các vân tay để truy ra các đặc điểm muốntruy xuất Việc đối sánh ảnh vân tay cần nhận dạng chỉ cần được tiến hành trên cácvân tay (có trong cơ sở dũ liệu) thuộc loại đã được xác định nhờ quá trình phân loại.Đây là giai đoạn quyết định xem hai ảnh vân tay có hoàn toàn giống nhau haykhông và đưa ra kết quả nhận dạng, tức là ảnh vân tay cần nhận dạng tương ứng vớivân tay của cá thể nào đã được lưu trữ trong cơ sỏ dữ liệu

1.3 Hệ thống khóa cửa thông minh

Một căn nhà “thông minh” cần phải thông minh ngay từ thềm cửa Một chiếckhóa thông minh sẽ dẫn lối vào tiện nghi trong cuộc sống thường ngày của mỗingười

Khóa cửa thông minh là một thiết bị cơ điện có tác dụng thực hiện các nhiệm

vụ mở/khóa khóa cho cửa khi nhận được lệnh từ một thiết bị được xác thực, sửdụng kết nối không dây với một khóa mã để thực hiện quá trình xác nhận

Cũng như khóa cửa truyền thống, khóa cửa thông minh bao gồm hai bộ phận

là ổ khóa và chìa khóa Tuy nhiên, chìa khóa ở khóa thông minh không tồn tại ởdạng vật chất, mà nó nằm trong ứng dụng của điện thoại thông minh, thẻ từ hoặccảm biến sinh trắc học (như vân tay, võng mạc, giọng nói, ) Với những loại khóađơn giản hơn, “chìa khóa” có thể đơn giản là một đoạn mã số Khóa cửa thườngđược gắn trực tiếp vào ổ khóa thường, bao gồm các bộ phận thu và phát tín hiệu,cũng như thiết bị mở và khóa chốt

Các hệ thống khóa cửa thông minh được sử dụng phổ biến hiện nay là:

Khóa vân tay: Hệ thống này cho phép vân tay của người sử dụng được mã hóatrên thiết bị và chỉ khi có bàn tay đó đặt vào thì khóa mới tự động mở

Khóa mật mã: Là loại khóa dùng mật mã thay cho chìa khóa để mở cửa

Khóa bằng thẻ RFID: RFID là viết tắt của cụm từ Radio FrequencyIdentification, là công nghệ nhận dạng các đối tượng dựa trên bước sóng vô tuyếnKhông chỉ thực hiện thao tác đóng hay mở cửa, khóa thông minh còn cho phépchủ nhân căn nhà có thể tạo quyền cho bạn bè, người thân hay những người khác

mở được khóa để vào nhà bằng chìa khóa ảo Chiếc chìa khóa ảo này có thể đượcgửi đi qua e-mail, hay tin nhắn SMS Nắm được mã khóa trong tay, người nhận cóthể mở được cửa nhà vào những thời điểm đã được chủ nhà chỉ định

Khóa cửa thông minh còn có thể chấp nhận hay từ chối quyền truy nhập từ xathông qua ứng dụng điện thoại Một vài chiếc khóa được cài đặt sẵn wifi để thựchiện các hoạt động giám sát như thông báo cho chủ nhà khi có người vào nhà haytruyền đi hình ảnh từ camera về người ra vào

Ngoài ra, còn có rất nhiều chức năng, tiện ích khác được các nhà sản xuất phátminh và ứng dụng vào sản phẩm khóa thông minh theo những cách khác nhau: đènLED để sử dụng trong bóng tối, quét mã vân tay, quét võng mạc, tích hợp chuôngbáo động,

Khóa cửa thông minh đem lại nhiều tiện nghi và yên tâm cho các hộ gia đình

và nơi công sở Việc sử dụng khóa thông minh giúp tiết kiệm thời gian và công sứctheo nhiều cách khác nhau:

Một trong những tiện ích dễ thấy nhất là tránh được việc làm mất chìa khóa.Chìa khóa thường tương đối nhỏ gọn nhưng cũng vì thế nên dễ bị rơi, mất Vớikhóa thông minh, người dùng chỉ cần nhớ được mật mã, hoặc thậm chí không cầnphải nhớ mã số sử dụng ổ khóa có nhận dạng vân tay

Với khóa thông minh, người dùng không cần phải mất thời gian và tiền bạclàm thêm bản sao chìa khóa Tất cả những gì cần làm chỉ đơn giản là chia sẻ mãkhóa qua điện thoại hay e-mail

Thao tác nhanh chóng, thuận tiện Người dùng sẽ không phải vật lộn với một

ổ khóa đã cũ trong khi đang vội vã, hay tìm cách xoay xở khi đang phải mang vácnhiều đồ đạc

Do không cần phải tác động vật lý nhiều như khóa truyền thống nên ổ khóathông minh thường bền hơn

Tự động khóa khi cửa đóng

Hoạt động với nguồn điện riêng

Một vài loại khóa thông minh giúp người dùng có thể kiểm soát, xem đượchình ảnh và lưu trữ dữ liệu về người ra vào, do đó có thể kiểm soát tình trạng anninh của căn hộ và tòa nhà

Thiết kế sang trọng, đa dạng, phù hợp với nhiều phong cách kiến trúc khácnhau

Dễ dàng thiết lập, cài đặt loại mã khóa phù hợp

Dễ dàng quản lý đối với những tòa nhà, trung tâm lớn

Ngoài những tiện ích trên, khóa thông minh cũng tiềm ẩn những rủi ro như:Với những loại khóa dùng mã số, mã khóa có thể dễ bị tiết lộ hay bị phá mã

Chi phí lắp đặt và bảo trì tương đối cao

Với các hệ thống khóa cửa của các tòa nhà, trung tâm lớn, do khóa được vậnhành trên hệ thống máy chủ tự động nên có thể tiềm tàng rủi ro máy chủ bị xâmnhập

Để duy trì tính an toàn và bảo mật, khóa cửa thông minh cần liên tục được bảotrì và nâng cấp để chống lại xâm nhập

Mặc dù có những rủi ro nhất định, khóa cửa thông minh chắc chắn vẫn sẽđược sử dụng trong tương lai Trong những năm tiếp theo, việc sử dụng khóa cửathông minh như khóa vân tay, khóa dùng thẻ, khóa mã số sẽ dần thay thế cách khóatruyền thống do tính năng vượt trội trong việc đảm bảo giám sát ra vào ở mức độcao nhất cho các khu vực cần có sự kiểm soát ra vào chặt chẽ

1.4 Hệ thống cửa sử dụng cảm biến vân tay

Hệ thống cửa sử dụng cảm biến vân tay đã không còn xa lạ đối với xã hộingày nay Sử dụng hệ thống khóa cửa vân tay chính là mang lại sự tiện nghi chomọi người song bên cạnh đó cũng có hai mặt ưu điểm và nhược điểm cụ thể :

Ưu điểm:

• Độ bảo mật cao

• Tất cả đều được thực hiện tự động, đơn giản, dễ sử dụng

• Không còn lo lắng về việc rơi, hay để quên chìa khóa, đơn giản chỉ là ngóntay

• Thao tác nhanh chóng, thuận tiện ngay cả khi bạn đang mang vác nặng nhọc

• Dễ dàng thiết lập, cài đặt các mã vân tay khóa khác nhau

• Sử dụng nền công nghệ tiên tiến, có thể kiểm tra, kiểm soát trực tiếp đượctrên hệ thống dự liệu lưu trữ của khóa

• Thiết kế sang trọng, đa dạng, phù hợp với nhiều phong cách kiến trúc khácnhau

Nhược điểm:

• Chi phí lắp đặt và bảo trì tương đối cao so với các loại khóa khác

• Để duy trì tính an toàn và bảo mật, khóa cửa thông minh cần liên tục đượcbảo trì và nâng cấp để chống lại xâm nhập

Mặc dù có những rủi ro nhất định, khóa cửa vân tay chắc chắn vẫn sẽ được sửdụng trong tương lai Trong những năm tiếp theo, việc sử dụng khóa cửa vân tay sẽ

dần thay thế cách khóa truyền thống do tính năng vượt trội trong việc đảm bảo giámsát ra vào ở mức độ cao nhất cho các khu vực cần có sự kiểm soát ra vào chặt chẽ.

Đó sẽ điều cần thiết giúp chúng ta tiếp cần gần hơn với cuộc sống hiện đại, nângcao chất lượng cuộc sống

Hệ thống được sử dụng rộng rãi trong xã hội hiện nay một số đối tượng như :

• Nhà kho tại các công ty xưởng sản xuất

• Văn phòng chứa các giấy tờ hay vật tư quan trọng

• Cửa nhà ở hay trong các nhà nghỉ, khách sạn

Hình 1.5 Một số hình ảnh thực tế khóa cửa vân tay

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ

2.1 Arduino UNO R3

2.1.1 Sơ lược về Arduino

Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tácvới nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Phần cứng bao gồm một boardmạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARMAtmel 32-bit Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộngkhác nhau

Lịch sử phát triển của Arduino:

Arduino được khởi động vào năm 2005 như là một dự án dành cho sinh viêntại Interaction Design Institute Ivrea (Viện thiết kế tương tác Ivrea) tại Ivrea, Italy Vào thời điểm đó các sinh viên sử dụng một "BASIC Stamp" (con tem Cơ Bản) cógiá khoảng $100, xem như giá dành cho sinh viên Massimo Banzi, một trongnhững người sáng lập, giảng dạy tại Ivrea Cái tên "Arduino" đến từ một quán bartại Ivrea, nơi một vài nhà sáng lập của dự án này thường xuyên gặp mặt Bản thânquán bar này có được lấy tên là Arduino, Bá tước của Ivrea, và là vua của Italy từnăm 1002 đến 1014 Lý thuyết phần cứng được đóng góp bởi một sinh viên ngườiColombia tên là Hernando Barragan Sau khi nền tảng Wiring hoàn thành, các nhànghiên cứu đã làm việc với nhau để giúp nó nhẹ hơn, rẻ hơn, và khả dụng đối vớicộng đồng mã nguồn mở Trường này cuối cùng bị đóng cửa, vì vậy các nhà nghiêncứu, một trong số đó là David Cuarlielles, đã phổ biến ý tưởng này

Hình 2.1 Một số loại Arduino phổ biến

Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổsung giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác Một khía cạnhquan trọng của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người dùng kếtnối với CPU của board với các module thêm vào cóthể dễ dàng chuyển đổi, đượcgọi là shield Vài shield truyền thông với board Arduino trực tiếp thông qua cácchân khác nhau, nhưng nhiều shield được định địa chỉ thông qua serial bus I2C -nhiều shield có thể được xếp chồng và sử dụng dưới dạng song song Arduinochính thức thường sử dụng các dòng chip megaAVR, đặc biệt là ATmega8,ATmega168, ATmega328, ATmega1280, và ATmega2560 Một vài các bộ vi xử lýkhác cũng được sử dụng bởi các mạch Aquino tương thích Hầu hết các mạch gồm

một bộ điều chỉnh tuyến tính 5V và một thạch anh dao động 16 MHz (hoặc bộ cộnghưởng ceramic trong một vài biến thể), tuy nhiên một vài thiết kế như LilyPad chạytại 8 MHz và bỏ qua bộ điều chỉnh điện áp onboard do hạn chế về kích cỡ thiết bị Một board Arduino cũng có thể được lập trình sẵn với một boot loader cho phépđơn giản là upload chương trình vào bộ nhớ flash on-chip, so với các thiết bị khácthường phải cần một bộ nạp bên ngoài Điều này giúp cho việc sử dụng Arduinođược trực tiếp hơn bằng cách cho phép sử dụng 1 máy tính gốc như là một bộ nạpchương trình

Bảng 2.1: Các thông số của Arduino UNO

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

Điện áp đầu vào (đề nghị) 7~12 V DC

Điện áp đầu vào (giới hạn) 6~20 V DC

Chân vào/ra số 14 (6 chân hardware pwm)

Đầu vào tương tự 6 (độ phân giải 10 bits)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

• Các chân năng lượng

GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùngcác thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nốivới nhau

5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA

3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mAVin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cựcdương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo

ở chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy, không được lấy nguồn 5V từchân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương vớiviệc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

• Bộ nhớ

Vi điều khiển Atmega 328P tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:

32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ nhớFlash của vi điều khiển

2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn khaibáo khi lập trình sẽ lưu ở đây Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộnhớ RAM Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ

mà bạn phải bận tâm Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read OnlyMemory): đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệucủa mình vào đây mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống như dữ liệu trênSRAM

• Các cổng vào và ra

Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ

có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗichân đều có các điện trở pull-up được cài đặt ngay trong vi điều khiển Atmega 328P(mặc định thì các điện trở này không được kết nối)

• Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive– RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua

2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial khôngdây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu khôngcần thiết

Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép xuất ra xung PWM với độ phângiải 8bit (giá trị từ 0 → 255 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite()Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK), ngoài cácchức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thứcSPI với các thiết bị khác

LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam được nối với chân số 13Arduino UNO có 6 đầu vào tương tự (A0 → A5) với độ phân giải tín hiệu là10bit (0 → 1023) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Vớichân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng cácchân analog Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng cácchân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là10bit

Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếpI2C/TWI với các thiết bị khác

2.1.3 Sơ lược về phần mềm lập trình Arduino 1.8.11

Giới thiệu chung

Arduino cung cấp đến môi trường lập trình tích hợp mã nguồn mở hỗ trợngười dùng viết code và tải nó lên bo mạch Arduino Đây là môi trường đa nềntảng, hỗ trợ một loạt các bo mạch Arduino cùng rất nhiều tính năng độc đáo Ứngdụng lập trình này có giao diện được sắp xếp hợp lý, phù hợp với cả những ngườidùng chuyên nghiệp lẫn không chuyên Arduino có môi trường lập trình được viếtbằng java, hiện đang được sử dụng cho các bo mạch Arduino và Genuido, đượcnhiều công ty trên thế giới sử dụng để lập trình cho các thiết bị của họ

Hình 2.3 Hình ảnh Arduino 1.8.1.1

Arduino là môi trường phát triển tích hợp đa nền tảng, hỗ trợ cho một loạt các

bo mạch Arduino như Arduino Uno, Nano, Mega, Esplora, Ethernet, Fio, Pro hayPro Mini cũng như LilyPad Arduino Phần mềm này cũng phù hợp cho những lậptrình viên C và C ++ là thay thế hoàn hảo cho các IDE khác

Arduino có các chức năng hữu ích như làm nổi bật cú pháp, thụt đầu dòng tựđộng, trên giao diện đồ họa được sắp xếp hợp lý Phần mềm này còn tích hợp các

bộ sưu tập ví dụ mẫu trợ giúp cho những người lần đầu tiên sử dụng cùng với mộtmảng thư viện phong phú như EEPROM, Firmata, GSM, Servo, TFT, WiFi,

Đặc điểm nổi bật của Arduino

Chương trình đa nền tảng Arduino hoạt động trên 3 hệ điều hành phổ biếnnhất là Windows, Mac OS và Linux Ngoài ra, người dùng có thể truy cập vào công

cụ từ đám mây Điều này cho phép các nhà lập trình lựa chọn tạo và lưu dự án củamình trên đám mây hoặc xây dựng chương trình trên máy tính và upload nó lên bomạch Arduino

Quản lý bo mạch

Arduino đi kèm với mô-đun quản lý bo mạch, nơi người dùng có thể chọn bomạch mà họ muốn làm việc cùng tại thời điểm hiện tại và có thể thay đổi từ menuthả xuống Sửa đổi lựa chọn cũng tự động cập nhật các thông tin PORT với dữ liệu

họ cần, liên quan đến bo mạch mới

Tạo Sketch đơn giản

Người dùng có thể tạo chương trình gọi là Sketch, được xây dựng bằngchương trình hiệu chỉnh văn bản Text Editor

Tài liệu mô tả dự án

Arduino cung cấp cho các nhà lập trình tùy chọn để ghi lại dự án của mình.Chức năng này cho phép họ theo dõi tiến độ và bất kỳ thay đổi nào được tạo ra.Ngoài ra, người dùng dễ dàng triển khai Sketch trên bo mạch của riêng mình vớitính năng này

Hỗ trợ phần cứng bên thứ 3

Trong khi Arduino được thiết kế riêng cho bo mạch Arduino, nhưng nó cũng

hỗ trợ các kết nối với phần cứng từ bên thứ 3 Điều này giúp mở rộng khả năng ứng

dụng của chương trình thay vì giới hạn trong các bo mạch độc quyền

Hình 2.4 Giao diện chương trình Arduino

2.2 Cảm biến vân tay

Hệ thống nhận dạng: là hệ thống xác thực cá nhân bằng cách tìm kiếm và đốisánh đặc tính sinh trắc của một người với toàn bộ các mẫu sinh trắc được lưu giữtrong cơ sở dữ liệu

Hình 2.5 Các ứng dụng của hệ thống nhận dạng vân tay

Việc sử dụng vân tay để định danh một cá nhân nào đó là do vân tay có tínhduy nhất và bền vững, với xác suất trùng lặp là 10-6, và với hai bàn tay đầy đủ 10ngón thí xác suất này tiệm cận tới 0 Hơn nữa, hình dạng vân tay ổn định từ lúcsinh ra cho đến khi chết đi, ít có điều kiện thay đổi, kể cả nhờ các biện pháp hiệnđại như giải phẫu

Ngày nay, trong tất cả các phương pháp nhận dạng sinh trắc học thì việc nhậndạng vân tay được sử dụng thông dụng nhất và mang lại hiệu quả cao trong việcđịnh danh một cá nhân Tổng số ứng dụng công nghệ nhận dạng vân tay chiếm gầnmột nửa tổng số các ứng dụng sinh trắc học, điều này phản ánh nhu cầu ứng dụng làrất lớn

Hình 2.6 Cấu trúc cơ bản của hệ thống nhận dạng vân tay tự động

2.2.1 Cảm biến vân tay AS608 (AS608 fingerprint sensor)

Cảm biến nhận dạng vân tay AS608 sử dụng giao tiếp UART TTL hoặc USB1.1 để giao tiếp với vi điều khiển hoặc kết nối trực tiếp với máy tính (thông quamạch chuyển USB-UART hoặc giao tiếp USB 1.1)

Cảm biến nhận dạng vân tay AS608 được tích hợp nhân xử lý nhận dạng vântay phía trong, tự động gán vân tay với 1 chuỗi data và truyền qua giao tiếp UART

ra ngoài nên hoàn toàn không cần các thao tác xử lý hình ảnh, đơn giản chỉ là phátlệnh đọc/ghi và so sánh chuỗi UART nên rất dễ sử dụng và lập trình

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật cảm biến vân tay AS608

Điện áp sử dụng 3.0~3.6VDC

Dòng tiêu thụ 30~60mA, trung bình 40mA

Communication Interface USB /UART

Tốc độ Baudrate UART 9600 x N (N từ 1~12)

USB communication 2.0 full speed

Sensor image size (pixel) 256 x 288 pixels

Image processing time (s) <0.4s

Power-on delay (s) <0.1s (the module needs about 0.1S to initialize

after power on)Job search time (s) <0.3s

FRR (rejection rate) <1%

FAR (recognition rate) <0.001%

Fingerprint storage capacity 300 (ID: 0 ~ 299)

V+ chân cấp nguồn chính VCC 3.3VDC cho cảm biến hoạt động

Tx Chân giao tiếp UART TTL TX

Rx Chân giao tiếp UART TTL RX

GND Chân cấp nguồn GND (Mass / 0VDC)

TCH hân Output của cảm biến chạm Touch, khi chạm tay vào cảm biến

chân này sẽ xuất ra mức cao High, để sử dụng tính năng này cần cấpnguồn 3.3VDC cho chân Va

VA Chân cấp nguồn 3.3VDC cho Touch Sensor

U+ Chân tín hiệu USB D+

U- Chân tín hiệu USB

D-Hình 2.7 D-Hình ảnh thực tế cảu cảm biến AS608

Nguyên lý hoạt động của module cảm biến vân tay AS608:

Nguyên lí hoạt động của module cảm biến vân tay cơ bản gồm 2 phần:

Lấy dữ liệu hình ảnh của vân tay: Khi lấy dữ liệu ,modul sẽ lấy dữ liệu hìnhảnh vân tay 2 lần thông qua cảm biến quang học và xử lí 2 hình ảnh này để tạo ramột mẫu

Kết hợp các dữ liệu để tạo ra mẫu vân tay: Quá trình này sảy ra sau khi đã cóhình ảnh vân tay Đây là quá trình kết hợp 2 mẫu hình ảnh vân tay để tạo ra mộtmẫu Hệ thống sẽ xử lí để lưu chữ vào thư viện vân tay của module

Để giao tiếp UART ta cần sử dụng các chân :

V+: Cấp nguồn 3.3VDC

Tx: nối với RX của Vi điều kiển (mức TTL từ 3.3~5VDC)

Rx: nối với TX của Vi điều kiển (mức TTL từ 3.3~5VDC)

GND: Cấp nguồn GND (Mass chung)

Lấy dữ liệu hình ảnh của vân tay:

module thực hiện lấy dữ liệu hình ảnh vân tay 2 lần thông qua cảm biến quanghọc và kết hợp các dữ liệu của hai hình ảnh này, thực hiện xử lý để tạo ra một mẫuNhận dạng mẫu vân tay:

module thực hiện lấy dữ liệu hình ảnh và so sánh với các mẫu trong cơ sở dữliệu, sau đó gửi đi thông tin tương ứng

2.2.2 Ứng dụng

Bảo mật thông tin

Tham gia kiểm soát truy cập, an toàn (tủ), máy POS, quầy đạn, các sản phẩm ô

tô vân tay

Chức năng hoàn hảo, các mô-đun vân tay có thể hoàn thành việc thu thập dấuvân tay, đăng ký dấu vân tay, vân tay tương phản và chức năng tìm kiếm dấu vântay một cách độc lập

Khả năng thích ứng mạnh và các thuật toán hiệu suất cao, nó có khả năngmạnh mẽ để loại khác nhau, chẳng hạn như những ngón tay khô, ướt ngón tay, ngón

tay và kết cấu ánh sáng đều có tỷ lệ biết chữ cao và điều chỉnh tốt, biểu diễn chịulỗi.

Mạnh mẽ khả năng kháng tĩnh điện, đó là tốt áp dụng cho các khu vực nơi màmôi trường khô và dễ dàng tĩnh điện

Phát triển ứng dụng đơn giản, các nhà phát triển không cần phải có chuyênmôn vân tay, họ có thể phù hợp với từ lệnh cung cấp, phát triển các sản phẩm ứngdụng vân tay của mình

2.2.3 Giao tiếp thông qua UART

Được truyền theo chế độ nối tiếp bán song công bất đồng bộ Tốc độ baudtruyền mặc định là 57600 bps và có thể cài đặt tốc độ này trong dải từ 9600-115200.Tại thời điểm bật nguồn nó sẽ tốn 300ms cho việc thiết lập

Khung truyền với định dạng 10 bit: với 1 bit bắt đầu (start bit) ở mức logic 0,

8 bit dữ liệu với bit đầu LBS và 1 bit đầu kết thúc (stop bit) Không có bit kiểm tra(check bit)

Dữ liệu được truyền đi trên chân Tx gồn 1 start bit ( mức 0), data và 1 stop bit(mức 1) Tốc độ truyền: đơn vị bit per second (bps) còn gọi là Baud ( số lần thay đổitín hiệu trong 1 giây) UART là phương thức truyền nhận bất đồng bộ, nghĩa là bênnhận và bên phát không cần phải có chung tốc độ xung clock Khi đó bên truyềnmuốn truyền dữ liệu sẽ gửi start bit( mức 0) để báo cho bên nhận biết để bắt đầunhận dữ liệu và khi truyền xong dữ liệu thì stop bit (mức 1) sẽ được gửi để báo chobên nhận biết để kết thúc quá trình truyền

Khi có start bit thì cả hai bên sẽ dùng chung 1 xung clock với độ rộng 1 tínhiệu (0 hoặc 1) được quy định bởi baudrate, ví dụ baudrate = 9600 bps là động rộngcủa tín hiệu 0 hoặc 1 là 1/9600 = 104 ms Truyền bất đồng bộ sẽ truyền theo từngkhung truyền và mỗi khung sẽ có cấu trúc như hình 2.8

Của chương trình thay vì giới hạn trong các bo mạch độc quyền

Hình 2.8 Khung truyền định dạng 8bit.

Ngoài ra trong khung truyền có thể có thêm bit kiểm tra chẵn lẽ để xác địnhlỗi trong quá trình truyền Bit này có đặc điểm nếu sử dụng odd parity (bit lẻ) thì sốcác bit 1 + odd parity bit sẽ ra một số lẻ còn nếu sử dụng even parity (bit chẵn) thì

số các bit 1 +even parity bit sẽ là một số chẵn

Module sẽ kết nối với MCU theo kết nối sau: Chân Tx của module sẽ nối vớichân Rx của MCU và chân Rx của module sẽ nối với chân Tx của MCU

2.2.4 Tài nguyên hệ thống

Bộ đệm:

Có một bộ đệm hình ảnh và hai 512 byte tệp ký tự đệm bên trong không gian

bộ nhớ RAM của module Người dùng có thể đọc và viết bất kỳ của bộ đệm bangcách hướng dẫn

Bộ đệm hình ảnh:

Bộ đệm hình ảnh phục vụ cho việc lưu trữ hình ảnh và các định dạng hình ảnh

là 256x288 pixels Khi truyền qua UART, để đảy nhanh tốc độ, chỉ có 4 bit cao củacác điểm ảnh được truyền (có nghĩa là 16 độ xám) Và hai điểm ảnh lân cận củacùng hang sẽ hình thành một byte trước khi truyền Khi tải lên máy tính, hình ảnh16-xám-độ sẽ được mở rộng sang định dạng 256 mức xám Đó là định dạng BMP 8bit Khi chuyển qua USB, hình ảnh 8 bit pixel, đó là 256 mức xám

Bộ đệm tệp ký tự:

Bộ đệm ký tự CharBuffer1, CharBuffer2, có thể được sử dụng để lưu trữ cảtệp ký tự và tệp mẫu

Thư viện vân tay:

Hệ thống đặt ra một khoảng không gian nhất định trong Flash cho mẫu dấuvân tay lưu trữ, đó là thư viện vân tay Nội dung của thư viện vẫn còn khi tắt nguồn.Dung lượng của thư viện thay đổi dung lượng của Flash, hệ thống sẽ nhận biếtsau khi tự động Lưu trữ dấu vân tay mẫu trong Flash là theo tuần tự

Cấu hình các thông số của hệ thống:

Kiểm soát tốc độ baud (Thông số thứ :6):

Các thông số điều khiển UART tốc độ truyền thông của module Giá trị của nó

là một số nguyên N (N: 1->12) Tỷ lệ tương ứng là 9600*N bps ( mặc định N =6)

Mức độ bảo mật ( Thông số thứ: 5)

Các thông số kiểm soát các giá trị ngưỡng phù hợp với tìm kiếm của dấu vântay và đối chiếu Mức độ bảo mật được chia thành 5 lớp và giá trị tương ứng từ 1đến 5 Ở cấp độ 1 thì FAR là cao nhất và FRR là thấp nhất Tuy nhiên ở cấp độ 5 thìFAR là thấp nhất, FRR là cao nhất

Độ dài gói dữ liệu (Thông số thứ :7):

Các thông số quyết định độ dài tối đa của các gói dữ liệu chuyển giao khi giaotiếp với máy tính trên GIá trị của nó là 0, 1, 2, 3, tương ứng với 32 bytes, 64 bytes,

128 bytes, 256 bytes

Thanh ghi trạng thái hệ thống:

Ghi trạng thái cho biết tình trạng hoạt động hiện tại của module Chiều dài của

nó là 1 word, và có thể được độc qua hướng dẫn ReadSysPara Định nghĩa củathanh ghi được biểu hiện qua bảng sau:

Bảng 2.3 Định nghĩa thanh ghi trạng thái hệ thống

Busy: 1 bit 1: Hệ thống là lệnh thực thi; 0: hệ thống thì rảnh

Pass: 1 bit 1: tìm thấy ngón tay phù hợp; 0: sai ngón tay

PWD: 1 bit 1: xác minh mật khẩu bắt tay của thiết bị

ImgBufStat: 1 bit 1: bộ đệm hình ảnh chứa hình ảnh hợp lệ

Mật khẩu module:

Khi mở nguồn lại, hệ thống kiểm tra đầu tiên cho dù mật khẩu bắt tay đã đượcsửa đổi Nếu không, hệ thống máy tính trên xét thấy không có yêu cầu xác minh mậtkhẩu và sẽ bước vào chế độ hoạt động bình thường Đó là, khi mật khẩu vẫn là mặcđịnh, quá trình xác minh có thể được bỏ qua Chiều dài mật khẩu là 4 byte, và giá trịnhà máy mặc định của nó là 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF

Địa chỉ module:

Mỗi module có một địa chỉ xác định Khi giao tiếp với máy tính trên, mỗilệnh/ dữ liệu được chuyển giao theo hình thức gói dữ liệu, trong đó có các mục địachỉ Module hệ thông chỉ phản ứng với các gói dữ liệu có mục địa chỉ giá trị là

giống với địa chỉ xác định của nó Chiều dài địa chỉ là 4 byte, và giá trị mặc định cỉa

nó là 0xFFFFFFFF Người dùng có thể thay đổi địa chỉ qua SetAdder Địa chỉ đổimới vẫn còn lưu lại khi mất nguồn

Bộ tạo số ngẫu nhiên:

Module tích hợp một phần cứng 32 bit bộ tạo số ngẫu nhiên (RNG) QuaGetRandomCode, hệ thống sẽ tạo ra một số ngẫu nhiên và tải nó lên

Giao thức truyền gói dữ liệu:

Khi module thực hiện việc giao tiếp, truyền và nhận các câu lệnh/ dữ lệnh kếtquả thì tất cả được gói trong một định dạng gói dữ liệu qua bảng sau

Bảng 2.4 Các định dạng gói dữ liệu

Trong đó, các thông số chi tiết hơn được biểu diễn qua bảng dưới dây:

Bảng 2.5 Tin tin chi tiết các định dạng gói dữ liệu

Header START 2 bytes Có 2 byte được truyền đầu tiên trong gói

dữ liệu Mặc định là 0xEF01

Adder ADDER 4 bytes

Có 4 byte địa chỉ của module Giá trị mặcđịnh ban đầu là 0xFFFFFFFF, nhưng nó có thểđược sửa đổi bởi lệnh Byte cao sẽ được chuyểnvào đầu tiên và nếu giá trị adder sai, module sẽ

từ chối để chuyển

Package

identifier PID 1 bytes

Định dạng gói dữ liệu0x01: Gói lệnh

0x02: Gói dữ liệu

0x07: Gói xác nhận

0x08: Gói kết thúc dữ liệuPackage

length

LENGTH

2 bytes Chiều dài gói dữ liệu từ Package content

đến Checksum Đơn vị chiều dài là byte (tối đã

Là tổng số học của Pakage identifier,Package length, Package content Bit tràn được

bỏ qua, bit cao được truyền đầu tiên

2.2.5 Kiểm tra và xác nhận gói dữ liệu

Lưu ý: lệnh chỉ được gửi từ vi xử lý đến cảm biến, cảm biến chỉ trả về các góixác nhận

Định nghĩa bytes xác nhận:

0x00h: thực thi hoàn tất

0x01h: lỗi nhận dữ liệu

0x02h: không phải vân tay

0x03h: thất bại đăng ký vân tay

0x06h: không tạo được đặc điểm nhận dạng

0x07h: dấu vân tay quá nhỏ để lấy mẫu

0x08h: dấu vân tay không trùng

0x09h: thất bại tìm kiếm dấu vân tay

0x0Ah: lỗi kết hợp đặc điểm dấu vân tay

0x0Bh: địa chỉ ID vượt khung

0x0Ch: lỗi đọc từ dữ liệu vân tay Dữ liệu xấu

0x0Dh: lỗi nạp dữ liệu

0x0Eh: không thể nhận dữ liệu

0x0Fh: lỗi gửi hình ảnh

0x10h: lỗi xóa dữ liệu

0x11h: lỗi xóa một ID

0x15h: lỗi tạo ảnh

0x18h: lỗi ghi flash

0x19h: không xác định được lỗi

0x1Ah: số đăng ký không hợp lệ

0x1Bh: gói dữ liệu sai.

LCD có rất nhiều dạng phân biệt theo kích thước từ vài kí tự đến hàng chục kí

tự, từ 1 hàng đến vài chục hàng Ví dụ LCD 16×2 có nghĩa là có 2 hàng, mỗi hàng

Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu

Sơ đồ và chức năng các chân của LCD

LCD có nhiều loại và số chân của chúng cũng khác nhau nhưng có 2 loại phổbiến là loại 14 chân và loại 16 chân Sự khác nhau là các chân nguồn cung cấp chođèn nền, còn các chân điều khiển thì không thay đổi.

Hình 2.10 Sơ đồ chân của màn hình LCD 16x2 Bảng 2.6 Thông tin các chân LCD 16X2

1 VSS Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này

với GND của mạch điều khiển

2 VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân

này với VCC=5V của mạch điều khiển

3 VEE Điều chỉnh độ tương phản của LCD

4 RS Chân chọn thanh ghi (Register select) Nối chân RS với

logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi

Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W vớilogic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối vớilogic “1” để LCD ở chế độ đọc

Chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu được đặt lênbus DB0-DB7, các lệnh chỉ đƣợc chấp nhận khi có 1 xungcho phép của chân EN

7-14 D0-D7 Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với

MPU

15 A Nguồn dương cho đèn nền

Trong 16 chân của LCD được chia ra làm 4 dạng tín hiệu như sau:

Các chân cấp nguồn: Chân số 1 là chân nối mass (0V), chân thứ 2 là Vdd nốivới nguồn +5V Chân thứ 3 dùng để chỉnh contrast thường nối với biến trở, chỉnhcho đến khi thấy được kí tự thì ngừng, trong bộ thực hành thì đã chỉnh rồi

Các chân điều khiển: Chân số 4 là chân RS dùng để điều khiển lựa chọn thanhghi Chân R/W dùng để điều khiển quá trình đọc và ghi Chân E là chân cho phépdạng xung chốt

Các chân dữ liệu D7÷D0: Chân số 7 đến chân số 14 là 8 chân dùng để trao đổi

dữ liệu giữa thiết bị điều khiển và LCD

Các chân LED_A và LED_K: Chân số 15, 16 là 2 chân dùng để cấp nguồn chođèn nền để có thể nhìn thấy vào ban đêm

Bộ điều khiển LCD và các vùng nhớ

Để điều khiển LCD thì có các IC chuyên dùng được tích hợp bên dưới LCD có

mã số 447801 đến các IC 447809

Hình 2.11 Mặt sau của LCD 1602

Sơ đồ các khối chức năng của màn hình LCD 16x2

Sơ đồ khối gồm có 4 phần: bộ điều khiển LCD, bảng kí tự LCD, bộ thúc tínhiệu các đoạn, đèn nền

Bộ điều khiển LCD có ba vùng nhớ nội, mỗi vùng có chức năng riêng Bộđiều khiển phải khởi động trước khi truy cập bất kỳ vùng nhớ nào

Bộ nhớ DDRAM

Bộ nhớ chứa dữ liệu để hiển thị (Display Data RAM: DDRAM) lưu trữ những

mã kí tự để hiển thị lên màn hình Mã kí tự lưu trữ trong vùng DDRAM sẽ thamchiếu với từng bitmap kí tự được lưu trữ trong CGROM đã được định nghĩa trướchoặc đặt trong vùng do người sử dụng định nghĩa

Lưu ý là để truy cập vào DDRAM, ta phải cung cấp địa chỉ cho AC theo mãHEX

Bộ phát kí tự ROM - CGROM

Bộ phát kí tự ROM (Character Generator ROM: CGROM) chứa các kiểubitmap cho mỗi kí tự được định nghĩa trước mà LCD có thể hiển thị, như được trìnhbày bảng mã ASCII

Mã kí tự lưu trong DDRAM cho mỗi vùng kí tự sẽ được tham chiếu đến một

vị trí trong CGROM

Ví dụ, mã kí tự số hex 0×53 lưu trong DDRAM được chuyển sang dạng nhịphân 4 bit cao là DB[7:4] = “0101” và 4 bit thấp là DB[3:0] = “0011” chính là kí tựchữ „S‟ sẽ hiển thị trên màn hình LCD

Bộ phát kí tự RAM – CGRAM

Bộ phát kí tự RAM (Character Generator RAM: CGRAM) cung cấp vùng nhớ

để tạo ra 8 ký tự tùy ý Mỗi ký tự gồm năm cột tám hang

2.3.2 Động cơ servo SG90

Động cơ RC Servo 9G là động phổ biến dùng trong các mô hình điều khiểnnhỏ và đơn giản như cánh tay robot Động cơ có tốc độ phản ứng nhanh, được tíchhợp sẵn Driver điều khiển động cơ, dễ dàng điều khiển góc quay bằng phương phápđiều độ rộng xung PWM

Bảng 2.7 các thông số của động cơ RC Servo 9G

Hình 2.12 Hình ảnh thực tế của động cơ servo SG90

Nguyên lý hoạt động:

Các động cơ servo được điều khiển thông qua đường tín hiệu điều khiển,thường là màu cam Tín hiệu động rộng xung PMW được gửi đến dây tín hiệu điềukhiển xác định chiều động cơ sẽ quay, thuận hay ngược chiều kim đồng hồ Tín hiệuđược biết đến như là điều chế xung tỷ lệ PPM PPM sử dụng 1-2ms trong 20ms chu

kỳ thời gian để mã hóa thông tin Servo sẽ nhận xung trong mỗi 20ms Độ dài củaxung sẽ xác định động cơ chạy bao xa Xung 1.5ms sẽ làm động cơ quay 1 góc 90

độ Nếu xung ngắn hơn 1.5ms, động cơ sẽ gay trục gần tới 0 độ Nếu xung dài hơn1.5ms, trục động cơ sẽ quay gần đến 180 độ Năng lượng cho động cơ tỷ lệ vớikhoảng cách cần di chuyển Nếu trục động cơ cần di chuyển với khoảng cách lớnthì động cơ sẽ chạy với tốc độ tối đa Nếu cần động cơ di chuyển một góc nhỏ, động

cơ sẽ chạy với tốc độ chậm hơn Khi động cơ servo tiến đến vị trí mong muốn, nó

sẽ giữ ở vị trí đố cho tới khi có tín hiệu mới

Hình 2.13 Nguyên lý hoạt động của động cơ servo SG90

Giới hạn quay:

Các servo khác nhau ở góc quay được với cùng tín hiệu 1 – 2 ms (hoặc bất kỳ)được cung cấp Nếu ta cố điều khiển servo vượt quá những giới hạn cơ học của nó,hiện tượng này kéo dài hơn vài giây sẽ làm bánh răng của động cơ bị phá hủy

2.4 Hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL Server

2.4.1 Giới thiệu chung

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu (Database Management System) có thể hiểu là hệ

thống được thiết kế để quản lí một khối lượng dữ liệu nhất định một cách tự động

và có trật tự Các hành động quản lý này bao gồm chỉnh sửa, xóa, lưu thông tin vàtìm kiếm (truy xuất thông tin) trong một nhóm dữ liệu nhất định

Nói một cách dễ hiểu hơn, hệ quản trị cơ sở dữ liệu là hệ thống tự động giúpngười dùng có thể kiểm soát các thông tin, tạo, cập nhật và duy trì các CSDL

Hình 2.14 Các thành phần chính của hệ quản trị cơ sở dữ liệu

• Dữ liệu siêu dữ liệu

Ðáy kiết trúc là thiết bị nhớ ngoài lưu trữ dữ liệu và siêu dữ liệu Trong phầnnày không chỉ chứa dữ liệu được trữ trong CSDL mà chứa cả các siêu dữ liệu, tức làthông tin cấu trúc của CSDL Ví dụ: Trong hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ, cácsiêu dữ liệu bao gồm các tên của các quan hệ, tên các thuộc tính của các quan hệ, vàcác kiểu dữ liệu đối với các thuộc tính này

• Bộ quản lý lưu trữ

Nhiệm vụ của bộ quản lý lưu trữ là lấy ra các thông tin được yêu cầu từ nhữngthiết bị lưu trữ dữ liệu và thay đổi những thông tin này khi được yêu cầu bởi cácmức trên nó của hệ thống

• Bộ xử lý câu hỏi

Bộ xử lý câu hỏi điều khiển không chỉ các câu hỏi mà cả các yêu cầu thay đổi

dữ liệu hay siêu dữ liệu Nhiệm vụ của nó là tìm ra cách tốt nhất một thao tác đượcyêu cầu và phát ra lệnh đối với bộ quản lý lưu trữ và thực thi thao tác đó