ĐỀ tài hệ THỐNG ĐÓNG mở cửa sử DỤNG cảm BIẾN vân TAY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ CỬA SỬ DỤNG CẢM BIẾN VÂN TAY NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Sinh viên: VÕ TRẦN CHƯƠNG MSSV: 18161193 NGUYỄN THANH LÂM GVHD: MSSV: 18161239 TS PHẠM NGỌC SƠN THÁNG 3/2021 LỜI CẢM ƠN Trước tiên nhóm chúng em xin dành lời cảm ơn chân thành đến Thầy Cô khoa Điện - Điện tử truyền đạt, cung cấp cho chúng em kiến thức cần thiết để vận dụng thực tiễn đề tài Và đặc biệt TS Phạm Ngọc Sơn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cho chúng em suốt trình thực đồ án, thầy nhiệt tình hướng dẫn giai đoạn cần làm, cần chuẩn bị cách để tiếp cận nghiên cứu đề tài hiệu Do kiến thức bị giới hạn nên trình thực đồ án chúng em khơng thể tránh khỏi sai sót Kính mong thầy dẫn thêm để nhóm rút kinh nghiệm, hoàn thành tốt đồ án môn học Chúng em xin chân thành cảm ơn ! MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI .7 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.5 BỐ CỤC ĐỀ TÀI CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA8 .9 2.2 LCD (LIQUID CRYSTAL DISPLAY) 12 2.3 KEYPAD 4X4 14 2.4 CẢM BIẾN NHẬN DẠNG VÂN TAY AS608 .15 2.5 NÚT NHẤN .17 2.6 LED ĐƠN 18 2.7 IC ỔN ÁP AMS1117-3,3V .18 2.8 NGUỒN ADAPTER 5V-2A VÀ JACK DC CÁI 5,5 MM 19 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG 21 3.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ 21 3.2 SƠ ĐỒ KHỐI 21 3.3 CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI 22 3.3.1 Khối vi điều khiển 22 3.3.2 Khối nút nhấn 23 3.3.3 Khối hiển thị 24 3.3.4 Khối cảm biến 26 3.3.5 Khối nguồn .26 3.4 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 27 3.5 HÌNH ẢNH MẠCH IN .29 3.6 PHẦN MỀM .30 3.6.1 Lưu đồ giải thuật 30 3.6.2 Lưu đồ giải thuật mở khóa vân tay 31 3.6.3 Lưu đồ giải thuật đổi mật 32 3.6.4 Lưu đồ giải thuật thêm vân tay .33 3.6.5 Lưu đồ giải thuật xóa vân tay 35 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN .36 4.1 HÌNH ẢNH THỰC TẾ CỦA MƠ HÌNH PHẦN CỨNG .36 4.2 NHẬN XÉT .40 CHƯƠNG KẾT LUẬN 45 5.1 ƯU ĐIỂM 45 5.2 KHUYẾT ĐIỂM .45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 DANH MỤC HÌNH ẢNH 10 11 12 12 12 13 13 14 16 17 18 19 20 20 21 22 24 25 26 27 28 29 29 30 31 36 37 37 38 38 39 39 40 40 41 41 DANH MỤC BẢNG 26 27 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 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 đảm bảo 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 Với thiết kế số bấm nên hệ thống tiện lợi sử dụng Tuy nhiên, kẻ lạ dị dãy số ổ khóa khoảng thời gian định nên chưa giải pháp tối ưu Hiện nơi nhà máy, xí nghiệp, quan, nhà cửa hay nơi đặc biệt quan an ninh, bệnh viện,… vấn đề bảo mật tránh xâm nhập trái phép vô cần thiết Vì nhằm nâng cao u cầu tính an toàn để bảo vệ tài sản thao tác đơn giản, dễ sử dụng, có hệ thống đáp ứng yêu cầu hệ thống bảo vệ đóng mở cửa phương pháp nhận diện dựa cơng nghệ sinh trắc cụ thể “Hệ thống đóng mở cửa sử dụng cảm biến vân tay” 1.2 Mục tiêu đề tài Vận dụng kiến thức học thiết kế hệ thống đóng mở cửa vân tay, cho phép người dùng lưu trữ trước vân tay Khi người dùng muốn mở cửa yêu cầu phải nhập xác vân tay lưu trữ trước đó, vân tay nhập sai có thị kết cụ thể Bên cạnh mở rộng thêm số chức phục vụ người dùng thêm chức mở khóa mật (trường hợp quét vân tay), đổi mật khẩu, thêm vân tay, xóa vân tay 1.3 Giới hạn đề tài - Không sử dụng mở khóa vân tay ngồi trời mưa - Cảm biến vân tay không sử dụng cho người vân tay nhiều mồ hôi, vân tay bị mờ,… 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Thu thập tài liệu, tham khảo ứng dụng liên quan có trước - Tham khảo ý kiến thực theo hướng dẫn giảng viên 1.5 Bố cục đề tài - Chương 1: Tổng quan Ở chương này, vấn đề dẫn đến định chọn đề tài, giới hạn, phương pháp nghiên cứu đề tài, bố cục đặt vấn đề - Chương 2: Cơ sở lý thuyết Ở chương này, trình bày linh kiện sử dụng đề tài - Chương 3: Thiết kế thi công phần cứng Ở chương này, trình bày yêu cầu thiết kế, sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý, nguyên lý hoạt động, lưu đồ giải thuật mạch in đề tài - Chương 4: Kết thực Ở chương này, trình bày kết đạt sau thiết kế thi công - Chương 5: Kết luận hướng phát triển Ở chương tổng kết lại, trình bày ưu điểm, khuyết điểm trình nghiên cứu hướng phát triển đề tài - Tài liệu tham khảo CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Vi điều khiển ATMega8 Vi điều khiển ATMega8 sản phẩm hãng ATMEL thuộc dòng Mega AVR Dịng vi điều khiển có đặc điểm sau: - Thanh đa dụng có 32 ghi - Nếu dùng thạch anh 16 Mhz tốc độ tối đa đạt 16MIPS - Bộ nhớ Flash dùng lập trình ISP có 8KB - Có 512 byte EFPROM - Có 1K SRAM - Bộ nhớ EFPROM có chu kỳ ghi xóa 100 nghìn lần nhớ Flash Rom 10 nghìn lần - Khả ngoại vi: + Có couter/timer 8bit, couter/timer 16 bit + Bộ đếm thời gian thực với dao động riêng + Có kênh PWM + Đối với kiểu vỏ PDIP có kênh ADC 10 bits kiểu vỏ TQFP có kênh ADC 10 bits + Sử dụng giao tiếp nối tiếp TWI, có chân ngắt INT0 INT1 tương ứng chân PD2 PD3 + Lập trình nối tiếp USART, giao tiếp nối tiếp SPI master/slave + Bộ so sánh analog on-chip - I/O gồm: + 23 ngõ vào/ra +Đối với kiểu vỏ PDIP đóng gói 28 chân Hình 3-11 Lưu đồ đổi mật 33 3.6.3 Lưu đồ giải thuật mở khóa vân tay Hình 3-12 thể lưu đồ mở khóa vân tay 34 Hình 3-12 Lưu đồ mở khóa vân tay 3.6.4 Lưu đồ giải thuật thêm vân tay Hình 3-13 thể lưu đồ thêm vân tay 35 Hình 3-13 Lưu đồ thêm vân tay 3.6.5 Lưu đồ giải thuật xóa vân tay Hình 3-14 thể lưu đồ xóa vân tay 36 Hình 3-14 Lưu đồ xóa vân tay CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN 4.1 Hình ảnh thực tế mơ hình phần cứng Hình ảnh giao diện sản phẩm sau thiết kế thi cơng thể hình 4-1 Hình 4-1 Hình ảnh giao diện sản phẩm Ở giao diện có hai chế độ cho người dùng sử dụng: Chế độ mở khóa vân tay Người dùng cần đặt ngón tay lên cảm biến AS608 để tiến hành mở khóa 37 Hình 4-2 thể vân tay, hình LCD hiển thị “Đã mở khóa” Tuy nhiên, trường hợp hệ thống không nhận dạng vân tay vân tay bị ướt, bị mờ, không để vị trí cảm biến,… hình LCD hiển thị “Khơng tìm thấy” Ngun lý hoạt động vi điều khiển gửi cho cảm biến vân tay chuỗi liệu để chờ nhận vân tay từ người dùng Nếu giá trị trả khác khỏi chế độ Nếu nghĩa có vân tay vi điều khiển lại gửi chuỗi liệu khác để tiến hành tạo đặc điểm vân tay Nếu giá trị trả khác chế độ Ngược lại vi điều khiển gửi tiếp chuỗi liệu để tiến hành tìm kiếm vân tay từ đặc điểm tạo nhớ Nếu trả giá trị nghĩa có, vi điều khiển hiển thị thơng báo LCD “Đã mở khóa” Ngược lại hiển thị “Khơng tìm thấy” Hình 4-2 Hình ảnh mở khóa khơng tìm thấy vân tay Chế độ tùy chọn Nhấn phím * thực chế độ tùy chọn Lúc hệ thống yêu cầu nhập mật để vào chế độ tùy chọn Mật gồm có số nhập từ bàn phím keypad 4x4 thể hình 4-3 38 Hình 4-3 Hình ảnh nhập mật từ keypad 4x4 Hình 4-4 thể nhập mật khẩu, hình LCD hiển thị “Mật đúng” Nếu nhập sai, hình LCD hiển thị “Mật sai” Tuy nhiên, nhập mật sai lần, hệ thống bị vơ hiệu hóa phải can thiệp vào phần mềm hệ thống để mở lại giao diện ban đầu Hình 4-4 Hình ảnh hiển thị mật khẩu, sai mật vơ hiệu hóa 39 Sau nhập mật khẩu, hình LCD hiển thị giao diện gồm có bốn chức cho người dùng sử dụng thể hình 4-5 Hình 4-5 Hình ảnh hiển thị giao diện chế độ tùy chọn Nhấn phím A để thực chức mở khóa mật Màn hình LCD hiển thị “Đã mở khóa” hình 4-6 40 Hình 4-6 Hình ảnh hiển thị mở khóa mật Nhấn phím B để thực chức đổi mật hình 4-7 Mật phải gồm số nhập từ bàn phím keypad 4x4 Để đảm bảo không nhập sai mật mới, hệ thống yêu cầu nhập lại mật lần Vi điều khiển chờ nhận liệu từ bàn phím keypad Sau đủ kí tự nhận từ keypad vi điều khiển lại chờ nhận kí tự nhập lại từ keypad Tiếp đến, vi điều khiển so sánh liệu nhận được, giống lưu mật vào eeprom thơng báo LCD đổi thành công, ngược lại thông báo LCD đổi thất bại Hình 4-7 Hình ảnh hiển thị đổi mật Hình 4-8 thể nhập mật lần giống nhau, hình LCD hiển thị “Đổi thành công” hệ thống ghi nhận mật để mở khóa, cịn mật cũ xóa bỏ khỏi hệ thống Nếu nhập mật lần khác với lần 1, hình LCD hiển thị “Đổi thất bại” hệ thống giữ lại mật cũ 41 Hình 4-8 Hình ảnh hiển thị đổi mật thành cơng thất bại Nhấn phím C để thực chức thêm vân tay Khi hình LCD hiển thị “Đặt vân tay” hình 4-9 để yêu cầu người dùng đặt vân tay vào cảm biến nhận dạng vân tay Vi điều khiển gửi cho cảm biến vân tay chuỗi liệu để chờ nhận vân tay từ người dùng Nếu giá trị trả khác vi điều khiển tiếp tục gửi chuỗi liệu để chờ nhận vân tay Nếu nghĩa có vân tay vi điều khiển lại gửi chuỗi liệu khác để tiến hành tạo đặc điểm vân tay Nếu giá trị trả khác thơng báo LCD thêm thất bại Ngược lại, vi điều khiển tiếp tục gửi chuỗi liệu để chờ nhận vân tay tạo đặc điểm ban đầu Nếu giá trị trả 0, vi điều khiển gửi chuỗi liệu so sánh đặc điểm vừa tạo Còn trả khác 0, thơng báo LCD thêm thất bại Ngược lại , tiếp tục gửi chuỗi liệu để tạo đặc điểm chung từ đặc điểm vân tay sau lưu lại đặc điểm với ID Nếu giá trị trả thơng báo LCD thêm thành công, ghi ID vào eeprom 42 Hình 4-9 Hình ảnh hiển thị yêu cầu đặt vân tay lên cảm biến Vân tay gắn mã ID lưu trữ vào nhớ hệ thống Có thể lưu trữ tối đa 200 vân tay khác hệ thống Sau hệ thống lưu trữ hồn tất, hình LCD hiển thị “Thêm thành công”, nhiên, hệ thống so sánh hình ảnh vân tay nhận từ cảm biến khơng khớp với nhau, hình LCD hiển thị “Thêm thất bại” hình 4-10 Hình 4-10 Hình ảnh hiển thị thêm vân tay thành công thất bại Nhấn phím D để thực chức xóa vân tay Khi hình LCD hiển thị “Đặt vân tay” hình 4-9 để yêu cầu người dùng đặt vân tay vào cảm biến nhận dạng vân tay Vi điều khiển gửi cho cảm biến vân tay chuỗi liệu để chờ nhận vân tay từ người dùng Nếu giá trị trả khác vi điều khiển tiếp tục gửi chuỗi liệu để chờ nhận vân tay Nếu nghĩa có vân tay vi điều khiển lại gửi chuỗi liệu khác để tiến hành tạo đặc điểm vân tay Nếu giá trị trả khác thơng báo LCD xóa thất bại Ngược lại vi điều khiển gửi tiếp chuỗi liệu để tiến hành tìm kiếm vân tay từ đặc điểm tạo nhớ Nếu trả giá trị khác thơng báo LCD: xóa thất bại Cịn ngược lại vi điều khiển tiếp tục gửi chuỗi liệu để xóa vân tay nhớ 43 cảm biến Nếu giá trị trả 0, LCD thơng báo xóa thành cơng, vi điều khiển xóa ID vân tay eeprom Ngược lại LCD hiển thị xóa thất bại Hệ thống xác định ID vân tay tiến hành xóa ID khỏi hệ thống, đồng nghĩa với việc vân tay khơng cịn lưu trữ hệ thống Sau xóa thành cơng, hình LCD hiển thị “Xóa thành cơng” hình 4-11 Hình 4-11 Hình ảnh hiển thị xóa vân tay thành cơng Tuy nhiên, hệ thống khơng xóa vân tay, vân tay chưa gắn ID trước đó,… hình LCD hiển thị “Khơng tìm thấy” hình 4-2 Nhấn phím # để trở giao diện sản phẩm hình 4-1 4.2 Nhận xét - Thiết kế thi cơng mơ hình phần cứng thành cơng - Mơ hình chạy ổn định, xác đáp ứng với yêu cầu ban đầu thiết kế - Màn hình thị đơn giản, dễ nhìn thao tác thiết lập, sử dụng chức tương đối dễ sử dụng người dùng 44 - Tuy nhiên kinh phí hạn chế, linh kiện điện tử mơ hình chưa phải thiết bị tốt nhất, chất lượng mơ hình cịn hạn chế, chưa thẩm mỹ CHƯƠNG KẾT LUẬN 5.1 Ưu điểm - Đã vận dụng kiến thức liên quan môn điện tử vi xử lý vào đề tài - Hiểu nắm bắt thêm cấu tạo, nguyên lý hoạt động linh kiện điện tử cảm biến vân tay, servo, vi điều khiển họ AVR cụ thể ATMega8 - Rèn luyện thêm kỹ lập trình code, kỹ thi công mạch như: ủi mạch, rửa mạch, khoan hàn mạch 5.2 Khuyết điểm Bên cạnh mặt tích cực, mơ hình cịn có nhiều hạn chế sau: 45 - Không sử dụng quét vân tay ngồi trời mưa - Cảm biến vân tay khơng sử dụng cho người vân tay nhiều mồ hôi, vân tay bị mờ,… - Vẫn có khả chép vân tay để mở khóa trái phép TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lâm Quang Chuyên, giáo trình vi điều khiển, trường Cao đẳng Công thương TP HCM, 2016 [2] Nguyễn Đình Phú, Trương Ngọc Anh, giáo trình vi xử lý, nhà xuất Đại học quốc gia TP HCM, 2015 [3] Hangzhou refers Security Technology Co.,Ltd, ZFM-20 Series Fingerprint identification module, 2017 [4] Trần Thu Hà (chủ biên), giáo trình điện tử bản, nhà xuất đại học quốc gia TP HCM, 2013 46 47 ... nghệ sinh trắc cụ thể ? ?Hệ thống đóng mở cửa sử dụng cảm biến vân tay? ?? 1.2 Mục tiêu đề tài Vận dụng kiến thức học thiết kế hệ thống đóng mở cửa vân tay, cho phép người dùng lưu trữ trước vân tay. .. đổi mật khẩu, thêm vân tay, xóa vân tay 1.3 Giới hạn đề tài - Khơng sử dụng mở khóa vân tay ngồi trời mưa - Cảm biến vân tay khơng sử dụng cho người vân tay nhiều mồ hôi, vân tay bị mờ,… 1.4 Phương... sau: 45 - Không sử dụng quét vân tay trời mưa - Cảm biến vân tay không sử dụng cho người vân tay nhiều mồ hơi, vân tay bị mờ,… - Vẫn có khả chép vân tay để mở khóa trái phép TÀI LIỆU THAM KHẢO