Hệ thống khóa tự động đóng mở của bằng vân tay môn hệ thống nhúng full code

Đồ án môn học hệ thống nhúng. Đề tài : Hệ thống khóa tự động bằng vân tay. Trong thời đại phát triển hiện nay, vấn đề an toàn bảo mật và an ninh là một vấn đề cực kì quan trọng và cần thiết trong cuộc sống, ta có thể thấy hàng loạt các công nghệ có liên quan và ảnh hưởng đến vấn đề này đang được thúc đẩy ra đời và phát triển một cách mạnh mẽ. Từ vấn đề an ninh của các cơ quan, trụ sở cho tới việc bảo đảm an toàn các thiết bị, nhà cửa, công trình, v.v…Điển hình như việc thiết lập một hệ thống bảo vệ nhà cửa tránh sự xâm nhập của kẻ lạ cũng như vấn đề trộm cướp. Hệ thống bảo vệ đó có thể là một ổ khóa thông minh được người dùng cài đặt mật khẩu bằng các dãy số, hay là hệ thống được tạo nên dựa trên cơ sở của công nghệ sinh trắc học như là nhận diện khuôn mặt, giọng nói, vân tay,…• Thiết kế hệ thống đóng mở cửa bằng vân tay

ĐỒ ÁN MƠN HỆ THỐNG NHÚNG HỆ THỐNG ĐĨNG CỬA BẰNG VÂN TAY MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .VIII DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .IX DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT X CHƯƠNG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 GIỚI THIỆU 1.2 YÊU CẦU ĐỀ TÀI .2 1.3 ĐỊNH HƯỚNG THỰC HIỆN CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VÂN TAY .3 2.1 CÔNG NGHỆ SINH TRẮC 2.2 TÌM HIỂU VỀ VÂN TAY 2.2.1 Giới thiệu 2.2.2 Lịch sử .4 2.2.3 Lý thuyết, nguyên lý nhận dạng dấu vân tay .5 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG .6 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG .6 3.2 TÌM HIỂU LINH KIỆN 3.2.1 Cảm biến vân tay FPM10 3.2.2 Servo điều khiển động SG90 13 3.2.3 Vi điều khiển ATmega328P-PU 14 CHƯƠNG THI CÔNG MẠCH 17 4.1 SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT 17 4.2 YÊU CẦU THI CÔNG 18 4.3 KẾT QUẢ THI CÔNG 18 CHƯƠNG KẾT LUẬN 20 5.1 KẾT LUẬN .20 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 PHỤ LỤC A 23 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ HÌNH 2-1: SƠ ĐỒ KHỐI LOGIC CHÍNH CỦA KHỐI SINH TRẮC HỌC .3 HÌNH 2-2: HÌNH ẢNH VÂN TAY HÌNH 3-1: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG HÌNH 3-2: MODULE CẢM BIẾN VÂN TAY FPM10A HÌNH 3-3: SƠ ĐỒ QUY TRÌNH XỬ LÝ ẢNH .9 HÌNH 3-4: SƠ ĐỒ QUÁ TRÌNH SO SÁNH VÂN TAY .10 HÌNH 3-5: CẢM BIẾN VÂN TAY ỨNG DỤNG VÀO ATM .11 HÌNH 3-6: CẢM BIẾN VÂN TAY BẢO MẬT TRÊN ĐIỆN THOẠI .12 HÌNH 3-7: ĐỘNG CƠ SERVO SG90 .13 HÌNH 3-8: KẾT NỐI VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ SERVO SG90 14 HÌNH 3-9: VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA328P-PU 14 HÌNH 3-10: MƠ HÌNH MỘT BOARD MẠCH ĐƠN GIẢN VỚI ATMEGA328 15 HÌNH 3-11: SƠ ĐỒ CHÂN CỦA VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA328P-PU 15 HÌNH 3-12: GIAO DIỆN PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CODE .16 HÌNH 4-1: SƠ ĐỒ CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH 17 HÌNH 4-2: MẠCH NGUYÊN LÝ 19 HÌNH 4-2: THIẾT KẾ MẠCH IN 19 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂ BẢNG 3-1: CẢM BIẾN VÂN TAY KẾT NỐI DÂY VỚI VI ĐIỀU KHIỂN…… YBẢNG 3-2: SERVO SG90 KẾT NỐI DÂY VỚI VI ĐIỀU KHIỂN……………… DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ĐỒ ÁN Trang 1/28 CHƯƠNG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 GIỚI THIỆU Trong thời đại phát triển nay, vấn đề an toàn bảo mật an ninh vấn đề quan trọng cần thiết sống, ta thấy hàng loạt cơng nghệ có liên quan ảnh hưởng đến vấn đề thúc đẩy đời phát triển cách mạnh mẽ Từ vấn đề an ninh quan, trụ sở việc bảo đảm an tồn thiết bị, nhà cửa, cơng trình, v.v…Điển việc thiết lập hệ thống bảo vệ nhà cửa tránh xâm nhập kẻ lạ vấn đề trộm cướp Hệ thống bảo vệ ổ khóa thơng minh người dùng cài đặt mật dãy số, hệ thống tạo nên dựa sở công nghệ sinh trắc học nhận diện khn mặt, giọng nói, vân tay,… Như nêu trên, nơi nhà máy, xí nghiệp, quan, nhà cửa hay nơi có an tồn bảo mật đặt hàng đầu hệ thống bảo vệ lối vào phát xâm nhập kẻ lạ, khả nghi, giả mạo(đặc biệt quan an ninh, bệnh viện nơi đông người,…) vô cần thiết Trong đề tài này, nói hệ thống bảo vệ đóng mở cửa phương pháp nhận diện dựa công nghệ sinh trắc, cụ thể hệ thống sử dụng cảm biến vân tay Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 2/28 1.2 YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI  Thiết kế hệ thống đóng mở cửa vân tay  Cho phép người dùng lưu trữ trước vân tay vào cảm biến  Khi người dùng muốn mở cửa (sử dụng Servo quay theo góc để mơ đóng mở cửa) yêu cầu phải nhập xác vân tay lưu trữ trước đó, vân tay nhập sai có tín hiệu báo cụ thể  Hệ thống chạy cách xác, ổn định, gọn gàng, để lắp đặt, giá hợp lí 1.3 ĐỊNH HƯỚNG THỰC HIỆN  Tiến hành thiết lập sơ đồ khối hệ thống  Các q trình xử lí ảnh cho cảm biến vân tay, nguyên lý hoạt động  Ngồi cịn có linh kiện liên quan  Thực lắp đặt phần cứng viết code theo yêu cầu  Cho hệ thống hoạt động, lưu vân tay, quét vân tay, động Servo quay Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 3/28 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VÂN TAY 1.4 CÔNG NGHỆ SINH TRẮC Được biết công nghệ áp dụng đặc tính sinh học, vật lí hay đặc điểm đặc trưng, riêng biệt cá thể, cá nhân dáng đi, vân tay, gương mặt, hay giọng nói…để nhận biết, nhận dạng Trong tiếng anh, Biometric có nghĩa sinh trắc học Công nghệ sinh trắc dùng việc xác nhận thông tin cá nhân hay nhân thân cách hiệu xác Hình 2-1: Sơ đồ khối logic hệ thống sinh trắc học[Hình ảnh lấy từ trang Wikipedia – Sinh trắc học] Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 4/28 1.5 TÌM HIỂU VỀ VÂN TAY Hình 2-2: Hình ảnh vân tay [Hình ảnh lấy từ trang web vantayihr.com] 1.1.1 Giới thiệu Tính tới thời điểm nay, công nghệ sinh trắc mà sử dụng lâu đời phổ biến nhận diện dấu vân tay Mỗi cá nhân người sinh đểu có cho dấu vân tay riêng biệt, không giống ai, hết tất loại sinh trắc khác, vân tay dấu hiệu đặc trưng thể người Đặc biệt dấu vân tay làm giả ưu tiên hàng đầu cho việc bảo mật 1.1.2 Lịch sử Người Trung Quốc từ lâu biết dùng dấu vân tay để nhận diện đứa trẻ sinh ra, chúng người ta lấy mực đen để bôi lên tay để in lên giấy trắng Năm 1858, vân tay sử dụng Anh Một người đàn ông cai trị người Anh Ấn Độ bắt người xứ dung dấu tay in lên mặt sau tờ hợp đồng Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 13/28 1.1.5Servo điều khiển động SG90 Hình 3-7: động Servo Sg90 9g Micro [Hình ảnh lấy từ trang Mualinhkien.vn] Các thông số kĩ thuật Servo SG90:  Kích thước: 22.2 x 11.8.32 mm  Momen xoắn: 1.8kg/cm  Tốc độ: 60 độ 0.1 giây  Điện áp cho phép: 4.8V gần 5V  Nhiệt độ hoạt động: đến 55 ºC Kết nối dây điều khiển: Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 14/28 Bảng 3-2: Nối dây với vi điều khiển Servo SG90 Dây đỏ Dây nâu Dây cam Vi điều khiển 5V GND (chân phát xung) Hình 3-8: kết nối điều khiển động Servo SG90 [Hình ảnh lấy từ trang Mualinhkien.vn] 1.1.6Vi điều khiển ATmega328P-PU Hình 3-9: Vi điều khiển ATmega328P-PU [Hình ảnh lấy từ trang tdhshop.com] Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 15/28 Vi điều khiển atmega328 tên đầy đủ atmega328P-PU Nó xem hồn board Arduino, nơi điều khiển chức có board Arduino Chỉ với vi điều khiển này, tạo board Arduino đơn giản, nhỏ gọn tiện lợi Hình 3-10: Hình ảnh board Arduino đơn giản với ATmega328 [Hình ảnh lấy từ trang machtudong.vn] Hình 3-11: Sơ đồ chân vi điều khiển ATmega328 [Hình ảnh lấy từ trang machtudong.vn] Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 16/28 Các thơng số vi điều khiển ATmega328:  Kiến trúc: AVR bit  Với nhịp xung lớn nhất: 20MHz  Bộ nhớ EEPROM: 1KB  Bộ nhớ RAM: 2KB  Bộ nhớ FLASH: 32 KB  Điện áp cho phép: 1.8V đến 5.5V  Số kênh cho xung PWM: kênh  Số Timer: gồm có tất timer timer bit, timer 16 bit Lập trình vi điều khiển Arduino: Hình 3-12: Giao diện phần mềm lập trình code cho vi điều khiển Arduino CHƯƠNG THI CƠNG MẠCH Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 17/28 1.8 SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT Tiến hành Hệ thống tiến hành lấy mẫu vân tay đăng kí để lưu trữ vào thư viện Đưa vân tay người dung vào để hệ thống tiến hành xử lí Trùng khớp LED xanh dương sáng Servo quay Không khớp LED đỏ sáng Hình 4-1: Sơ đồ chương trình Giải thích sơ đô giải thuật: Sơ đồ đưa cách nhìn tổng quát hệ thống quét vân tay người dùng sử dụng để thực việc đóng mở cửa theo nhu cầu Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 18/28 Nhìn vào sơ đồ người dùng nhập vân tay vào thiết bị quét để hệ thống quét lấy mẫu so sánh với mẫu lưu thư viện Sau hệ thống quét xong có hai trường hợp xảy Trường hợp đầu tiên, vân tay người dùng nhập vào vân tay hợp lệ, trùng khớp với vân tay lưu hệ thống hệ thống nhận diện vân tay đèn báo hiệu vân tay hợp lệ đèn màu xanh dương sáng, sau Servo quay cửa mở Trường hợp thứ 2, vân tay khơng khớp lúc hệ thống khơng tìm thấy vân tay thư viện hợp lệ với vân tay đó, hệ thống báo tín hiệu vân tay sai qua đèn led màu đỏ Khi người dung phải nhập lại 1.9 YÊU CẦU THI CÔNG Dùng chip vi điều khiển Atemega328 (đã nạp code) lấy từ board Arduino để thiết kế board mạch riêng khác với chức tương tự test board Arduino Yêu cầu phải có đầy đủ linh kiện cần thiết, sau tiến hành vẽ mạch nguyên lý mơ máy tính, sau chuyển sang mạch in tương đương với mạch nguyên lý Cuối có mạch cứng hồn chỉnh, ta kết nối linh kiện cảm biến vân tay, servo, led vào chân cần kết nối mạch cứng để kiểm tra lại kết xem có giống làm board Arduino hay không 1.10 KẾT QUẢ THI CÔNG Mạch chạy theo yêu cầu, mạch nhỏ gọn, thi công không phức tạp, sau kiểm tra qua nhiều lần, mạch chạy tốt, hệ thống xác nhận vân tay trùng khớp, đèn xanh dương báo sáng, Servo chạy mơ cửa mở xác, chưa ổn định Khi hệ thống xác nhận vân tay không khớp, đèn led đỏ sáng lên báo hiệu Với board mạch thiết kế vậy, trình nạp lại code hay thay đổi code trở nên dễ dàng hơn, việc lấy chip khỏi board mạch thiết kế, gắn vào board Arduino để nạp lại code Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 19/28 Hình 4-2: Mạch nguyên lý Hình 4-3: Thiết kế mạch in CHƯƠNG KẾT LUẬN 1.11 KẾT LUẬN Kết đạt trình đề tài em là: Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 20/28  Hồn thành thiết kế gia cơng mạch, kiểm tra kĩ càng, mạch chưa ổn định đáp ứng chạy yêu cầu đề tài  Thiết kế hồn thành ứng dụng cho lắp đặt thay loại khóa cửa dân dụng hay loại khóa mật số cửa cổng quan, xí nghiệp, trường học,…  Hệ thống đóng mở cửa dùng cảm biến vân tay thực đề tài xem làm hệ thống thông minh với chức đạt như: Nhận diện người dùng qua việc xác minh hình ảnh vân tay so với thư viện vân tay lưu trữ để đóng mở cửa xác, giảm bớt nguy có kẻ gian âm mưu đột nhập Tuy nhiên bên cạnh ưu điểm có hệ thống cịn có nhược điểm hạn chế dễ bị phá hoại, vấn đề bảo vệ chưa tốt 1.12 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Sản phẩm mạch làm đạt yêu cầu đề không vào chuyên sâu hạn chế thời gian kiến thức chưa đủ nên mạch làm bị thiếu chun mơn cịn sơ sài, có thời gian, hội nghiên cứu tốt nghiên cứu kỹ hơn, em mong đề tài có thêm chức như:  Xem ngày xác nhận vân tay  Có thể thực thay đổi trực tiếp vân tay xóa bỏ vân tay hệ thống Sau cùng, hi vọng với hướng phát triển với góp ý chân tình từ thầy, cô, đề tài phát triển mở rộng tốt hơn, tiên tiến hơn, thông minh để phục vụ cho nhu cầu người Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 21/28 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Wikipedia: Sinh Trắc Học Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 22/28 PHỤ LỤC A #include #include #include Servo myservo; int servoPin = 11; int getFingerprintIDez(); // pin #2 is IN from sensor (GREEN wire) // pin #3 is OUT from Arduino (WHITE wire) SoftwareSerial mySerial(2, 3); Adafruit_Fingerprint finger = Adafruit_Fingerprint(&mySerial); //khai bao chan UART sensor finger void setup() { pinMode(8, OUTPUT); //den xanh duong pinMode(7, OUTPUT); //den xanh la cay Serial.begin(9600); Serial.println("fingertest"); myservo.attach(servoPin); // set the data rate for the sensor serial port finger.begin(57600);//(9600*N), N(1-6), default N=6 if (finger.verifyPassword()) { Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 23/28 //khoi tao sensor van tay Serial.println("Found fingerprint sensor!"); } else { Serial.println("Did not find fingerprint sensor :("); while (1);//vong lap vo han } Serial.println("Waiting for valid finger "); } void loop() // vòng lặp { digitalWrite(8, HIGH); digitalWrite(7, HIGH); Serial.println("testfinger"); getFingerprintID(); delay(50); getFingerprintIDez(); delay(1000); } uint8_t getFingerprintID() { uint8_t p = finger.getImage(); switch (p) { case FINGERPRINT_OK: Serial.println("Image taken"); break; case FINGERPRINT_NOFINGER: Serial.println("No finger detected"); Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 24/28 return p; case FINGERPRINT_PACKETRECIEVEERR: Serial.println("Communication error"); return p; case FINGERPRINT_IMAGEFAIL: Serial.println("Imaging error"); return p; default: Serial.println("Unknown error"); return p; } // OK success! p = finger.image2Tz(); switch (p) { case FINGERPRINT_OK: Serial.println("Image converted"); break; case FINGERPRINT_IMAGEMESS: Serial.println("Image too messy"); return p; case FINGERPRINT_PACKETRECIEVEERR: Serial.println("Communication error"); return p; case FINGERPRINT_FEATUREFAIL: Serial.println("Could not find fingerprint features"); return p; case FINGERPRINT_INVALIDIMAGE: Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 25/28 Serial.println("Could not find fingerprint features"); return p; default: Serial.println("Unknown error"); return p; } // OK converted! p = finger.fingerFastSearch(); if (p == FINGERPRINT_OK) { Serial.println("Found a print match!"); digitalWrite(7, LOW); delay(1000); digitalWrite(7, HIGH); } else if (p == FINGERPRINT_PACKETRECIEVEERR) { Serial.println("Communication error"); return p; } else if (p == FINGERPRINT_NOTFOUND) { digitalWrite(8, LOW); delay(2000); digitalWrite(8, HIGH); Serial.println("Did not find a match"); return p; } else { Serial.println("Unknown error"); return p; } // found a match! Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 26/28 Serial.print("Found ID #"); Serial.print(finger.fingerID); Serial.print(" with confidence of "); Serial.println(finger.confidence); } // returns -1 if failed, otherwise returns ID # int getFingerprintIDez() { uint8_t p = finger.getImage(); if (p != FINGERPRINT_OK) return -1; p = finger.image2Tz(); if (p != FINGERPRINT_OK) return -1; p = finger.fingerFastSearch(); if (p != FINGERPRINT_OK) return -1; // found a match! Serial.print("Found ID #"); Serial.print(finger.fingerID); Serial.print(" with confidence of "); Serial.println(finger.confidence); if(finger.confidence>100) { myservo.write(90); delay(2000); myservo.write(-90); }else{ Serial.println("Try Again"); Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 27/28 } return finger.fingerID; Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ... cơng nghệ sinh trắc, cụ thể hệ thống sử dụng cảm biến vân tay Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 2/28 1.2 YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI  Thiết kế hệ thống đóng mở cửa vân tay ... động, lưu vân tay, quét vân tay, động Servo quay Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 3/28 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VÂN TAY 1.4 CÔNG NGHỆ SINH TRẮC Được biết cơng nghệ áp dụng... quát hệ thống quét vân tay người dùng sử dụng để thực việc đóng mở cửa theo nhu cầu Hệ thống đóng mở cửa vân tay SVTH: Trần Minh Trí ĐỒ ÁN Trang 18/28 Nhìn vào sơ đồ người dùng nhập vân tay vào