Đang tải... (xem toàn văn)
Đề tài luận văn: HỆ THỐNG ACCESS CONTROL XÁC THỰC BẰNG CẢM BIẾN VÂN TAY VÀ NHẬN DIỆN KHUÔN MẶT được thực hiện bởi Sinh viên Khoa Điện Điện Tử của Đại Học Bách Khoa TPHCM. Một trong các vấn đề khá quan trọng của Smart Home là đảm bảo an ninh, cảnh báo các trường hợp khẩn cho người sử dụng biết nhằm phục vụ công tác đảm bảo an toàn cho ngôi nhà. Trong luận văn này em xin trình bày hệ thống Access Control xác thực bằng cảm biến vân tay và khuôn mặt, gọi thoại khi các trường hợp cảnh báo xảy ra.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆ N – ĐIỆ N TỬ BỘ MÔN VIỄN THÔNG -o0o - LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ THỐNG ACCESS CONTROL XÁC THỰ C BẰNG CẢM BIẾN VÂN TAY VÀ NHẬN DIỆN KHUÔN MẶT GVHD: ThS ĐINH QUỐC H NG SVTH: TRẦN SUNG MSSV: 41203196 TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH CỘ NG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lậ p – T Tự do – H Hạnh phúc -✩ - -✩ - Số: /BKĐT Khoa: Điện – Điện tử Bộ Môn: Viễn Thông NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỌ VÀ TÊN: TR Ầ N SUNG NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Đề tài: MSSV: 41203196 LỚP: DD12DV1 HỆ THỐ NG ACCESS CONTROL CONTROL XÁC THỰ C BẰ NG CẢM BIẾ N VÂN TAY VÀ NHẬ N DIỆ N KHUÔN MẶT Nhiệm vụ (Yêu cầu về nội dung số liệu ban đầu): Ngày giao nhiệm vụ luận văn: . Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Họ và tên người hướ ng ng dẫn: Nội dung yêu cầu LVTN đượ c thông qua Bộ Môn Tp.HCM, ngày… tháng… năm 20 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN: Ngườ i duyệt (chấm sơ bộ): Đơn vị: Ngày bảo vệ : Điểm tổng k ết: Nơi lưu trữ luận văn: . NGƯỜI HƯỚ NG NG DẪN CHÍNH TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – – ĐIỆN TỬ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o- Ngày tháng năm 20 PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN ( Dành Dành cho người hướng dẫn) TRẦN SUNG MSSV: 41203196 Ngành: VIỄN THÔNG 1. Đề tài: “ Hệ th ống Access Control xác th ự c cảm biến vân tay nhận diện khuôn mặt ”. 2. Họ tên người hướng dẫn: ThS ĐINH QUỐC HÙNG 3. Tổng quát về bản thuyết minh: Số trang Số chương Số bảng số liệu Số hình vẽ Số tài liệu tham khảo Phần mềm tính tốn 4. Tổng quát về các vẽ: bản A1 bản A2 khổ khác - Số bản vẽ: - Số bản vẽ tay số bản vẽ trên máy tính 5. Những ưu điểm LVTN: Họ và tên: 6. Những thiếu sót LVTN: 7. Đề nghị: Đượ c bảo vệ , Khơng đượ c bảo vệ 8. câu hỏi sinh viên tr ả lờ i trướ c Hội Đồng: a) Bổ sung thêm để bảo vệ , b) c) 9. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB): Điểm ……………………. ghi rõ họ tên) Ký tên ( ghi LỜ I CẢM ƠN Xin chân thành gửi lờ i cảm ơn tới ThS Đinh Quốc Hùng tận tình giúp đỡ em em suốt học k ỳ vừa qua Những l ờ i nhận xét, góp ý, hướ ng ng d ẫn thầy đã giúp em thấy đượ c khuyết điểm để ngày khắc phục tốt hơn. Xin chân thành gửi lờ i cảm ơn tớ i tồn thể q thầy trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh giảng dạy, hướ ng ng dẫn tạo điều kiện, môi trườ ng ng học tậ p tốt cho em ngày tháng học tậ p trườ ng ng Xin kính chúc sức khỏe chân thành cảm ơn. Tp H ồ Chí Minh, ngày 12 tháng năm 2017 Sinh viên Trần Sung MỤC LỤC PHẦN I GIỚ I THIỆU CHUNG PHẦN II LÝ THUYẾT TỔNG QUAN CHƯƠNG GIỚ I THIỆU VỀ RASPBERRY PI 3 1.1 Giớ i thiệu Raspberry Pi 1.2 Hệ điều hành Raspbian 1.3 Giớ i thiệu về camera Pi CHƯƠNG GIỚ I THIỆU MODULE ESP8266 8 2.1 Giớ i thiệu về Module ESP8266 NodeMCU 2.2 Cảm biến vân tay ZFM ZFM CHƯƠNG GIỚ I THIỆU VỀ MODULE SIM900A 16 3.1 Giớ i thiệu module SIM900A 16 3.2 Giớ i thiệu về tậ p lệnh AT 17 CHƯƠNG GIỚ I THIỆU PHẦN MỀM LẬP TRÌNH TRÌNH VÀ GIAO TH Ứ C 21 4.1 Phần mềm lậ p trình biên dịch 21 4.2 Giao thức MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) 29 PHẦN III TIẾN TRÌNH THỰ C HIỆN 31 CHƯƠNG CẤU TRÚC PHẦN CỨ NG NG 31 5.1 5.2 Yêu cầu đặt đối vớ i hệ thống Access Control 3311 Sơ đồ khối tổng quát mối liên hệ giữa Access Control hệ thống Smart Home 3311 5.3 Sơ đồ khối hệ thống Smart Home 32 5.4 Thiết k ế và thực hệ thống Access Control 33 5.4.1 Yêu cầu phương pháp thiết k ế 33 5.4.2 Sơ đồ khối mạch Access control 34 CHƯƠNG CẤU TRÚC PHẦN MỀM 36 6.1 Mơ hình chương trình phần mềm 36 6.2 Giải thuật 38 6.2.1 Giải thuật nhận diện dấu vân tay 38 6.2.2 Giải thuật nhận diện khuôn mặt 39 6.2.3 Giải thuật gọi điện có báo động 40 6.2.4 Giải thuật điều khiển cửa xác thực thành công 41 PHẦN IV KẾT QUẢ VÀ HƯỚ NG NG PHÁT TRIỂN 42 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰ C NGHIỆM .42 7.1 K ết quả thi công phần cứng 42 7.2 K ết quả thiết k ế phần mềm 43 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚ NG NG PHÁT TRIỂN. 46 8.1 K ết luận 46 8.2 ng phát triển 46 Hướ ng TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 1.1 Mơ hhình ình tổng quát hệ thống Access Control Module SIM900A 2 Hình 1.2 Raspberry Pi Mo Model del B[13] Hình 1.3 Cấu hình phần cứng Module Raspberry Pi 5 Hình 1.4 Logo hệ điều hành raspbian 6 Hình 1.5 Camera Raspberry Pi 7 Hình 2.1 ESP8266 NodeMCU 8 Hình 2.2 Cảm biến vân tay ZFM – 20 series 9 Hình 3.1 Module SIM900A 16 Hình 4.1 Logo Python 21 Hình 4.2 Logo A Arduino rduino IDE 22 ESP8266 NodeMCU 22 Hình 4.3 Cài đặt Arduino IDE lậ p trình cho ESP8266 Hình 4.4 Cài đặt Arduino IDE lậ p trình cho ESP8266 ESP8266 NodeMCU 23 Hình 4.5 Logo OpenCV 25 Hình 4.6 Các đặc trưng Haar L Like ike 27 Hình 4.7 4.7 Đặc trưng haar -like -like vùng mắt 28 Hình 4.8 Mơ hình MQTT 29 Hình 5.1 Sơ đồ khối mối liên hệ Ac Access cess Control hệ thống Smart Home 31 32 Hình 5.2 Sơ đồ khối hệ thống Smart Home Hình 5.3 Module k ết nối Wifi ESP8266 33 Hình.5.4 Sơ đồ khối Mạch Access control hệ thống 34 Hình 5.5 Mơ hình Access Control 34 Hình 6.1 Mơ hình phần mềm hệ thống SmartHome 36 Hình 6.2 Mơ hình chương trình cho hệ thống Access Control 36 Hình 6.3 Mơ hình gọi thoại có báo động 37 Hình 7.1 Mơ hình tổng thể của hệ thống 42 Hình 7.2 Mơ hình Access Control 43 Hình 7.3 Giao diện Access Control 43 Hình 7.4 Giao diện nhận dạng dấu vân tay 44 Hình 7.5 Lấy mẫu vân tay 44 Hình 7.6 Giao diện hoạt động Module SIM900A 45 PHẦN I GIỚ I THIỆU CHUNG Luận văn tốt nghiệ p GVHD: ThS Đinh Quốc Hùng SVTH: Tr ần Sung Tổng quan Trong bối cảnh nay, xu hướ ng ng sử dụng thiết bị điện tử thông minh ngày tr ởở nên nên phổ biến Trong thiết bị như smartphone, tablet, laptop… chạy hệ điều hành iOs, Android, Window trở thành thành thiết b ị thi ết thực, không thể thiếu sống hàng ngày công việ c SmartHome trở thành thành lĩnh vực mũi nhọ n sự phát triển công nghệ Internet of Thing SmartHome giúp sống người ngày văn minh, đại, tiện nghi an toàn Một vấn đề khá quan tr ọng c SmartHome đảm bảo an ninh, cảnh báo trườ ng ng hợ p khẩn cho ngườ i sử dụng biết nhằm phục vụ cơng tác đảm bảo an tồn cho ngơi nhà Trong luận văn em xin trình bày hệ thống Access Control xác thực cảm biến vấn tay khuôn mặt, gọi thoại trườ ng ng hợ p cảnh báo xảy Tình hình nghiên cứu nướ c - Trên phạm vi tồn cầu, u, nhà nhà thơng minh đượ c xem lĩnh vực có dư địa phát triển r ất lớ n n Theo hãng nghiên cứu Gartner, cơng nghệ nhà thơng minh có thể đóng góp 1,9 nghìn tỷ USD cho kinh tế thế giới vào năm 2020 Các đại gia công nghệ như Microsoft, Apple, Google, Samsung… tỏ ra sốt sắng với xu hướ ng ng loạt vụ thâu tóm Google mua lại Nest (hãng sản xuất bộ điều khiển nhiệt độ thơng minh thi ết bị báo khói), Samsung mắt hệ thống nhà thơng minh khép kín thi ết b ị của hãng, Apple giớ i thiệu tảng phát triển ứng dụng nhà thông minh HomeKit - Tại Việt Nam, vớ i xu hướng tăng trưở ng ng m ạnh c th ị trườ ng, ng, nhà thông minh dần tr ở ở thành thành lĩnh vực hấ p dẫn mà không “đại gia" công nghệ nào muốn bỏ qua, có doanh nghiệ p cơng nghệ Việt Thị trườ ng ng nhà thông minh ở Vi Việt Nam lại cạnh tranh khốc liệt vớ i sự góp mặt hàng loạt thương hiệu nướ c lẫn nướ c c. - Nhắc đến thương hiệu nhà thơng minh đến từ nướ c ngồi, khơng thể không k ể đến: hãng Schneider Pháp, Smartg4 Mỹ, Gamma Gamma JSC, Arteor hãng Legrand (Pháp), My Home hãng Bticino (Ý), WattStopper (M ỹ), Mhouse, Home access, Came với đại lý thức NTMC, Hager (Pháp), Crestron (M ỹ) Luận văn tốt nghiệ p GVHD: ThS Đinh Quốc Hùng SVTH: Tr ần Sung - Raspberry Pi máy tính nhúng, có kh ả năng kết hợ p thêm màng hình LCD pi camera pi có thể thực chức nhận diện khuôn mặt hệ thống - Raspberry Pi giao tiế p qua ethernet ho wifi 5.4.2. Sơ đồ khối mạch Access control Hình.5.4 Sơ đồ khố i M ạch Access control hệ thố n ng g Hình 5.5 Mơ hình hình Access Control Control 34 Luận văn tốt nghiệ p GVHD: ThS Đinh Quốc Hùng SVTH: Tr ần Sung Phân tích nhiệm vụ chức khối: - Vi xử lý trung tâm ESP8266 - K ết nối, nhận lệnh điều khiển từ Home Controller - Đưa tín hiệu điều khiển - Cảm biến vân tay Fingerprint Sensor - Nhận dạng dấu vân tay truy cậ p, truy xuất ID tương ứng vớ i dấu vân tay gán đăng kí cho Module ESP8266. - Đối vớ i dấu vân tay chưa đăng kí, fingerprint fi ngerprint sẽ khơng truy xuất ID lên Module ESP8266 - Raspberry Pi chạy chương trình nhận diện khuôn mặt nhận đượ c từ Camera Pi - Nếu nhận dạng đượ c khn mặt đăng kí, Raspberry Pi sẽ gửi ID tương ứng vớ i khuôn mặt gán đăng kí lên Home Control. - Nếu khơng phải khn mặt đăng kí, Raspberry sẽ không gửi lên ID 35 Luận văn tốt nghiệ p GVHD: ThS Đinh Quốc Hùng SVTH: Tr ần Sung CHƯƠNG 6. CẤU TRÚC PHẦN MỀM 6.1 Mơ hình chương trình phần mềm a. Mơ hình hệ thống SmartHome Hình 6.1 Mơ hình hình phần mề m hệ thố ng ng SmartHome b. Mơ hình chương trình hệ thống Access Control Hình 6.2 Mơ hình chương trình cho hệ thố ng ng Access Control 36 Luận văn tốt nghiệ p GVHD: ThS Đinh Quốc Hùng SVTH: Tr ần Sung Mô tả cơ hoạt động hệ thống - Cảm biến nhận diện dấu vân tay giao ti ế p UART với ESP8266 để nhận lệnh điều khiển t ừ ESP8266 xuống, bao gồm lệnh đăng kí dấu vân tay mớ i,i, nhận diện dấu vân tay đăng kí xóa dấu vân tay bộ nhớ không dùng đến - ESP8266 giao tiế p vớ i Server qua giao thức MQTT để gửi dữ liệu nhận đượ c từ cảm biến vân tay lên cho server, đồ ng thờ i nhận chờ lệnh từ server gửi xuống điều khiển hoạt động cảm biến - Raspberry Pi nhận di diện khuôn mặt người thông qua camera, sau thơng qua wifi hoạt Ethernet báo cho server bi ết về đối tượ ng ng nhận diện để có hình thức hoạt động phù hợ p c. Mơ hình chương trình gọi thoại có báo động Hình 6.3 Mơ hình hình gọi thoại có báo động Mơ tả cơ bản: Khi có trườ ng ng hợp báo động xảy ra, Server sẽ xuất lệnh gọi cho số điện thoại lưu database server Raspberry thông qua giao tiế p UART truyền cho Module SIM900A 37 Luận văn tốt nghiệ p GVHD: ThS Đinh Quốc Hùng SVTH: Tr ần Sung 6.2 Giải thuật 6.2.1 Giải thuật nhận diện dấu vân tay Đăng kí mớ i Xác thự c 38 Luận văn tốt nghiệ p GVHD: ThS Đinh Quốc Hùng SVTH: Tr ần Sung Xóa 6.2.2. Giải thuật nhận diện khn mặt Đăng kí khn mặt mớ i huấn luyện tạo sỡ d dữ liliệu 39 Luận văn tốt nghiệ p GVHD: ThS Đinh Quốc Hùng SVTH: Tr ần Sung Xác thự c 6.2.3. Giải thuật gọi điện có báo động 40 Luận văn tốt nghiệ p GVHD: ThS Đinh Quốc Hùng SVTH: Tr ần Sung 6.2.4. Giải thuật điều khiển cử a xác thự c thành công 41 PHẦN IV KẾT QUẢ NG PHÁT TRIỂN VÀ HƯỚ NG Luận văn tốt nghiệ p GVHD: ThS Đinh Quốc Hùng SVTH: Tr ần Sung CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰ C NGHIỆM 7.1 Kết quả thi công phần cứ ng ng ổ ng Hình 7.1 Mơ hình hình t ổ ng thể ccủa hệ thố n ng g 42 Luận văn tốt nghiệ p GVHD: ThS Đinh Quốc Hùng SVTH: Tr ần Sung Hình 7.2 Mơ hình Access Control Control 7.2. Kết quả thiết kế phần mềm Hình 7.3 Giao di diện Access Control 43 Luận văn tốt nghiệ p GVHD: ThS Đinh Quốc Hùng SVTH: Tr ần Sung ấ u vân tay Hình 7.4 Giao di diện nhận d ạng d ấ Hình 7.5 Lấ y mẫ u vân tay 44 Luận văn tốt nghiệ p GVHD: ThS Đinh Quốc Hùng SVTH: Tr ần Sung Hình 7.6 Giao di diện hoạt động Module SIM900A 45 Luận văn tốt nghiệ p GVHD: ThS Đinh Quốc Hùng SVTH: Tr ần Sung NG PHÁT TRIỂN CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚ NG 8.1 Kết luận Phần cứng mô hình hoạt động ổn định Phần mềm hoạt động linh hoạt, có thể update thêm, bớ t dữ liệu Hệ thống cảnh báo tốt Phần nh ận di ện b ằng d ấu vân tay tương đối xác, nhiên phần nh ận diện khuôn mặt chưa xác lắm, đơi lúc có sự nhần lẫn ngườ i vớ i ngườ i khác, thể hiện rõ người có nét tương đồng Ngun nhân camera chất lượ ng ng yếu, giải thuật nh ận di ện chưa đượ c xác, bị ảnh hưở ng ng bớ i background, ánh sáng 8.2 Hướ ng ng phát triển Đối vớ i phần nhận diện khuôn mặt, nghiên cứu thêm nhận diện mắt k ết hợ p cả 2 sẽ tăng thêm độ chính xác. ng hợ p cụ thể khi Phát triển báo động gọi thoại, sang nhắn tin trườ ng có sự cố như rị ga, cháy, để biết xác vị trí trườ ng ng hợ p cụ thể. Hệ thống Access Control chức nhận diện mở ccửa phát triển thêm chức khác đóng tắt đèn, điều khiển thiết bị. 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://answers.opencv.org/ http://answers.opencv.org/ face-detection-recog face-detection-recognition-not-working/ nition-not-working/ [2] http://thecodacus.com/opencv-python-face-detection/ [3] https://face-recognition.readthedocs.io/en/latest/_modules/face_recognition/api [4] http://installing-opencv-3-0-for-both-python-2-7-and-python-3-on-your-raspberry-pi-2 [5] http://academia.edu/FPM10_R305_Fingerprint_Sensor_Interfacing_with_Arduino [6] http://mcu.banlinhkien.vn/threads/module-sim-900a.4234/ [7] https://www.npmjs.com/package/zfm20 [8] http://arduino.vn/bai-viet/1496-esp8266-ket-noi-internet-phan-1-cai-dat-esp8266-lammot-socket-client-ket-noi-toi [9] http://arduino.vn/bai-viet/1497-esp8266-ket-noi-internet-phan-2-arduino-gap-esp8266- hai-dua-noi-chuyen-bang-json [10] http://arduino.vn/bai-viet/1236-tim-hieu-giao-thuc-mqtt [11 11]] https://www.raspberrypi.org/ ... minh Nhiệm vụ? ?luận văn? ? -? ? Tìm hiểu nghiên cứu Access control cụ thể như sau: ? ?Nhận diện khuôn mặt để mở ccửa vào nhà. · ? ?Nhận diện dấu vân tay để mở ccửa vào nhà. · -? ? Sử dụng Module... cho ngơi nhà Trong luận văn em xin trình bày hệ ? ?thống Access Control xác thực cảm biến vấn tay khuôn mặt, gọi thoại trườ ng ng hợ p cảnh báo xảy Tình hình nghiên cứu nướ c -? ? Trên phạm vi... liên hệ? ?giữ a Access Control hệ? ?thống Smart Home HOME Access Control Ngườii dùng Ngườ CONTROLLER Hình 5.1 Sơ đồ khố i mố i liên hệ? ?Acce ? ?Access ss Control Control hệ? ?thố ng ng Smart Home -? ? Phân