Đồ án cửa tự động dùng cảm BIẾN vân TAY DÙNG PIC

Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .1 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.1 Giới thiệu hệ thống nhận dạng sinh trắc học 1.1.2 Hệ thống nhận dạng vân tay 1.2 CÁC LINH KIỆN TRONG ĐỀ TÀI .3 1.2.1 Vi điều khiển 16F877A 1.2.2 Cảm biến vân tay R305 1.2.3 Các link kiện khác CHƯƠNG NHẬN DẠNG VÂN TAY 2.1 KĨ THUẬT NHẬN DẠNG VÂN TAY 2.2 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT .10 2.2.1 Sơ đồ khối 11 2.2.2 Lưu đồ giải thuật 11 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG NHẬN DẠNG VÀ THIẾT KẾ MẠCH 13 3.1 PHẦN MỀM VISUAL STUDIO VÀ PIC C COMPILER 13 3.2 MÔ PHỎNG NHẬN DẠNG VÂN TAY 14 3.2.1 Mô mạch Proteus 15 3.2.2 Chương trình điều khiển 15 3.3 MẠCH THỰC TẾ 17 CHƯƠNG KẾT LUẬN 19 4.1 KẾT LUẬN 19 4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 PHỤ LỤC A 21 DANH MỤC CÁC HÌNH HÌNH 1- CÁC ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỒNG NHẬN DẠNG VÂN TAY HÌNH 1- CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG NHẬN DẠNG VÂN TAY TỰ ĐỘNG HÌNH 1- SƠ ĐỒ CÁC CHÂN CỦA PIC16F877A .4 HÌNH 1- CÁC CHỨC NĂNG CƠ BẢN CỦA PIC .5 HÌNH 1- CẢM BIẾN VÂN TAY R305 .6 HÌNH 1- ĐỘNG CƠ SERVO .7 YHÌNH 2- MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM PHỔ BIẾN CỦA ẢNH VÂN TAY .9 HÌNH 2- SƠ ĐỒ CÁC BƯỚC NHẬN DẠNG VÂN TAY 10 HÌNH 2- PHẦN MỀM SFGDEMOV2.0 ĐỂ ĐỌC VÂN TAY .11 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí YHÌNH 3- GIAO DIỆN VISUAL STUDIO 2015 13 HÌNH 3- PIC C COMPILER 14 HÌNH 3- QUÁ TRÌNH BIÊN DỊCH ĐỂ NẠP CHO PIC 14 HÌNH 3- MÔ PHỎNG MẠCH TRÊN PROTEUS 15 HÌNH 3- GIAO DIỆN SO SÁNH VÂN TAY 15 HÌNH 3- GIAO DIỆN ĐĂNG NHẬP 16 HÌNH 3- GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN 16 HÌNH 3- KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 17 HÌNH 3- MẠCH IN 17 HÌNH 3- 10 MẠCH ĐIỀU KHIỂN 18 HÌNH 3- 11 MƠ HÌNH CỬA 18 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT GND Ground PIN Personal Identification Number ROM Read-Only Memory RAM Random Access Memory UART Universal Asynchronous Receiver – Transmitter VCC Source Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí ĐỒ ÁN Trang 1/24 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.1 Giới thiệu hệ thống nhận dạng sinh trắc học Trong thời đại ngày nay, phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật giúp cho người thuận tiện công việc ngày Với bùng nổ công nghệ thơng tin, q trình tồn cầu hóa diễn nhanh chóng, bảo mật riêng tư thơng tin cá nhân để nhận biết người hàng tỉ người trái đất địi hỏi phải có tiêu chuẩn, hệ thống đảm nhận chức Cơng nghệ sinh trắc đời đáp ứng yêu cầu Nhiều công nghệ sinh trắc phát triển, số chúng sử dụng ứng dụng thực tế phát huy hiệu cao Các đặc trưng sinh trắc thường sử dụng vân tay, gương mặt, mống mắt, tiếng nói Mỗi đặc trưng sinh trắc có điểm mạnh điểm yếu riêng, nên việc sử dụng đặc trưng sinh trắc cụ thể tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng định Các đặc trưng sinh trắc so sánh dựa vào yếu tố sau: tính phổ biến, tính phân biệt, tính ổn định, tính thu thập, hiệu quả, tính chấp nhận Trong u cầu bảo mật tìm kiếm, tính phân biệt (hai người khác đặc trưng sinh trắc phải khác nhau) ổn định (đặc trưng sinh trắc không thay đổi theo giai đoạn thời gian tương ứng với hạng mục đối sánh định) quan tâm nhiều Vân tay biết tới với tính phân biệt (tính chất cá nhân) ổn định theo thời gian cao nhất, đặc trưng sinh trắc sử dụng rộng rãi Nhận dạng sinh trắc đề cập đến việc sử dụng đặc tính hành vi thể chất (ví dụ : vân tay, gương mặt, chữ kí…) có tính chất khác biệt để nhận dạng người cách tự động Nhận dạng vân tay xem kỹ thuật nhận dạng hoàn thiện đáng tin cậy Trong tổ chức, quan an ninh, qn sự, hành chính, khoa học… ln có nhu cầu kiểm tra trả lời câu hỏi: “người có phải đối tượng hay khơng?”, “người có quyền truy cập sử dụng thiết bị đó?”, “người có biết thơng tin đó?”… Phương pháp dựa vào thẻ truyền thống (ví dụ dùng chìa khóa…), phương pháp dựa vào trí thức (ví dụ dùng mật PIN – Personal Identification Number) sử dụng phổ biến thực tế chứng minh khơng hiệu tính an tồn khơng cao khó nhớ Người ta nhận thấy đặc trưng sinh trắc dễ dàng bị thay thế, chia sẻ hay giả mạo , chúng xem đáng tin cậy nhận dạng người so với phương pháp Vân tay đặc điểm đặc biệt người tính đa dạng nó, người sở hữu dấu vân tay khác nhau, Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí trường hợp người có dấu vân tay trùng Bằng việc sử dụng vân tay mật mã, việc xác nhận người thực hệ thống nhận dạng vân tay an tồn nhanh chóng 1.1.2 Hệ thống nhận dạng vân tay Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ĐỒ ÁN Trang 2/24 Hệ thống nhận dạng:là hệ thống xác thực cá nhân cách tìm kiếm đối sánh đặc tính sinh trắc người với toàn mẫu sinh trắc lưu giữ sở liệu Hình 1- Các ứng dụng hệ thống nhận dạng vân tay Việc sử dụng vân tay để định danh cá nhân vân tay có tính bền vững Xác suất trùng lặp vân tay 10 -6 Một người với hai bàn tay có 10 ngón đầy đủ xác suất trùng lặp 20 ngón trở nên nhỏ đến mức coi Do đó, khơng có hai người khác có vân tay trùng Hơn nữa, hình dạng vân tay ổn định từ lúc sinh đến chết đi, có điều kiện thay đổi, kể nhờ biện pháp đại giải phẫu Ngày nay, tất phương pháp nhận dạng sinh trắc học ảnh vân tay sử dụng thông dụng mang lại hiệu cao việc định danh cá nhân Tổng số ứng dụng công nghệ nhận dạng vân tay chiếm tới 48,8% tổng số ứng dụng sinh trắc học, điều phản ánh nhu cầu ứng dụng lớn Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ĐỒ ÁN Trang 3/24 Hình 1- Cấu trúc hệ thống nhận dạng vân tay tự động 1.2 CÁC LINH KIỆN TRONG ĐỀ TÀI 1.2.1 Vi điều khiển 16F877A Là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit Mỗi lệnh thực thi chu kì xung clock PIC 16F877A dịng PIC phổ biến (đủ mạnh tính năng, 40 chân, Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí nhớ đủ cho hầu hết ứng dụng thông thường) Cấu trúc tổng quát PIC 16F877A sau: - K Flash ROM - 368 Bytes RAM - 256 Bytes EEPROM - ports (A, B, C, D, E) vào với tín hiệu điều khiển độc lập - định thời bits (Timer Timer 2) Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ĐỒ ÁN Trang 4/24 - Một định thời 16 bits (Timer 1) hoạt động chế độ tiết kiệm lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung Clock - bô CCP( Capture / Compare/ PWM) - biến đổi AD 10 bits, ngõ vào - so sánh tương tự (Compartor) - định thời giám sát (WatchDog Timer) - Một cổng song song bits với tín hiệu điều khiển - Một cổng nối tiếp - 15 nguồn ngắt - Có chế độ tiết kiệm lượng - Nạp chương trình cổng nối tiếp ICSP (In-Circuit Serial Programming) - Được chế tạo cơng nghệ CMOS - 35 tập lệnh có độ dài 14 bits - Tần số hoạt động tối đa 20MHz Hình 1- Sơ đồ chân PIC16F877A Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ĐỒ ÁN Trang 5/24 Hình 1- Các chức PIC 1.2.2 Cảm biến vân tay R305 Cảm biến dùng để nhận diện dấu vân tay, sử dụng cảm biến thực dễ dàng với Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí chuẩn giao tiếp UART dùng để kết nối với vi điều khiển máy vi tính thơng qua module RS232 USB-Serial Bạn lưu trữ dấu vân tay - lên đến 120 dấu vân tay vào nhớ FLASH mạch Thông số kỹ thuật: Truyền thông : UART ( TTL ) Số vân tay: 120 mặc định Có thể thiết lập mức độ bảo mật độ truyền tính linh hoạt Dòng điện tiêu thụ: < 120mA Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ĐỒ ÁN Trang 6/24 Điện áp hoạt động: DC3.6~6V Nhiệt độ: -20 - 50 độ Độ ẩm : < 85 % Kích thước : 56x20x21.5mm Phần mềm test cảm biến: SFGDemoV2.0 Hình 1- Cảm biến vân tay R305 Để giao tiếp thông qua UART kết nối sau: R305_RX(Xanh dương) > MCU_TX ( Nối Tiếp Trở 22R) R305_TX(Vàng) > MCU_RX ( Nối Tiếp Trở 22R) R305_GND(Đen) > MCU_GND R305_VCC(Đỏ) > 4.2V ( Module hoạt động ổn định 4.2V) Nguyên lí hoạt động module cảm biến vân tay gồm phần -Lấy liệu hình ảnh vân tay + Kết hợp liệu để tạo mẫu vân tay Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ĐỒ ÁN Trang 7/24 Lấy liệu hình ảnh vân tay : Khi lấy liệu ,module lấy liệu hình ảnh vân tay lần thông qua cảm biến quang học xử lí hình ảnh để tạo mẫu Kết hợp liệu để tạo mẫu vân tay : Quá trình sảy sau có hình Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí ảnh vân tay Đây trình kết hợp mẫu hình ảnh vân tay để tạo mẫu 1.2.3 Các link kiện khác Ngồi ra, đề tài cịn sử dụng link kiện động servo để làm mơ hình cửa Hình 1- Động servo Servo dạng động điện đặc biệt Không giống động thông thường cắm điện vào quay liên tục, servo quay ều ển với góc quay nằm khoảng từ o - 180o Mỗi loại servo có kích thước, khối lượng cấu tạo khác Có loại nặng 9g (chủ y ếu dùng máy bay mơ mình), có loại sở hữu momen lực l ớn (vài ch ục Newton/m), có loại khỏe nhơng sắc chắn, Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ĐỒ ÁN Trang 8/24 Động servo thiết kế hệ thống hồi tiếp vịng kín Tín hi ệu động nối với mạch điều khiển Khi động quay, vận tốc vị trí hồi tiếp mạch điều khiển Nếu có bầt kỳ lý ngăn cản chuyển động quay động cơ, cấu hồi ti ếp nhận th tín hi ệu chưa đạt vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai l ệch cho động đạt điểm xác Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ĐỒ ÁN Trang 9/24 CHƯƠNG NHẬN DẠNG VÂN TAY 2.1 KĨ THUẬT NHẬN DẠNG VÂN TAY Như nói trên, sở nhận dạng vân tay đặc điểm riêng biệt cấu tạo vân tay khác Dấu vân tay cá nhân độc Xác suất hai cá nhân - chí anh em (hoặc chị em) sinh đôi trứng - có dấu vân tay 64 tỉ Ngay ngón bàn tay có vân khác Dấu vân tay người không đổi suốt đời Người ta làm phẫu thuật thay da ngón tay, sau thời gian dấu vân tay lại Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí hồi phục ban đầu Vân tay đường có dạng dịng chảy có ngón tay người Nó tham số sinh học bất biến theo tuổi tác đặc trưng cho cá thể Cấu trúc dễ nhận thấy vân tay vân lồi (đường gợn - ridge) vân lõm (luống - valley); ảnh vân tay, vân lồi có màu tối vân lõm có màu sáng Vân lồi có độ rộng từ 100 µm đến 300 µm Hình 2- Một số đặc điểm phổ biến ảnh vân tay Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ĐỒ ÁN Trang 10/24 Hình ảnh vân tay thường biểu diễn bề mặt hai chiều Kí hiệu I ảnh vân tay cấp xám với cấp xám g I[x,y] cấp xám điểm ảnh [x,y] Kí hiệu z = S(x,y) bề mặt rời rạc tương ứng với ảnh I: S(x,y) = I[x,y] Bằng cách chọn điểm ảnh màu sáng có cấp xám 0, điểm ảnh có màu tối có cấp xám g-1, đường vân ( xuất có màu tối I tương ứng với bề mặt vân lồi khoảng khơng gian vân lồi ( có màu sáng ) tương ứng bề mặt vân lõm Trên ảnh vân tay có điểm đặc trưng (là điểm đặc biệt mà vị trí khơng trùng lặp vân tay khác nhau) phân thành hai loại: Singularity Minutiae Singularity: Trên vân tay có vùng có cấu trúc khác thường so với vùng bình thường khác (thường có cấu trúc song song), vùng goi Singularity Có hai loại Singularity Core Delta Minutiae: Khi dò theo đường vân ta thấy có điểm đường vân kết thúc (Ridge Ending) rẽ nhánh (Bifurcation), điểm gọi chung Minutiae Hình 2- Sơ đồ bước nhận dạng vân tay 2.2 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ĐỒ ÁN Trang 11/24 2.2.1 Sơ đồ khối Cảm biến R305 Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Máy tính Vi điều khiển Máy tính PIC16F877A đèn Cửa tự động dùng động servo Nguồn Cảm biến vân tay R305 kết nối với máy tính thơng qua vi điều khiển PIC16 để lấy dấu vân tay làm liệu lưu trữ (dùng phần mềm SFG2.0 để đọc dấu vân tay) Chúng ta dùng chương trình điều khiển viết phần mềm Visual Studio để điều khiển đóng, ngắt thiết đèn, cửa tự động Hình 2- Phần mềm SFGDemoV2.0 để đọc vân tay 2.2.2 Lưu đồ giải thuật Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ĐỒ ÁN Trang 12/24 Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ĐỒ ÁN Trang 13/24 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG NHẬN DẠNG VÀ THIẾT KẾ MẠCH 3.1 PHẦN MỀM VISUAL STUDIO VÀ PIC C COMPILER Visual Studio trình biên dịch mạnh mẽ Microsoft phát triển để tạo ứng dụng Windows, iOS, Android ứng dụng Web Phiên 2015 nâng cấp dựa phiên 2013 trước đó, thay đổi nhỏ giao diện bổ sung thêm Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí tính giám sát, biên dịch gỡ lỗi tiên tiến Phần mềm cho phép nhà phát triển phần mềm phát triển web phát triển chương trình máy tính, trang web Visual Studio 2015 hỗ trợ ngơn ngữ lập trình C, C ++, VB.NET, C # Chương trình điều khiển nhận dạng vân tay viết ngôn ngữ C# phần mềm Visual Studio Hình 3- Giao diện Visual Studio 2015 PIC C compiler ngơn ngữ lập trình cấp cao cho PIC viết C, chương trình viết PIC C tuân thủ theo cấu trúc ngôn ngữ lập trình C Trình biên dịch PIC C compiler chuyển Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ĐỒ ÁN Trang 14/24 chương trình theo chuẩn C thành dạng chương trình theo mã Hexa (file hex) để nạp vào nhớ PIC Hình 3- PIC C Compiler Hình 3- Quá trình biên dịch để nạp cho PIC 3.2 MÔ PHỎNG NHẬN DẠNG VÂN TAY Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ĐỒ ÁN Trang 15/24 3.2.1 Mơ mạch Proteus Hình 3- Mơ mạch Proteus 3.2.2 Chương trình điều khiển Hình 3- Giao diện so sánh vân tay Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Sau so sánh vân tay, trùng khớp nút login để ta vào giao diện đăng nhập Ở giao diện đăng nhập sử dụng username nam password nam123 Giao diện điều khiển để điều khiển thiết bị Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ĐỒ ÁN Trang 16/24 Hình 3- Giao diện đăng nhập Giao diện điều khiển để điều khiển thiết bị Hình 3- Giao diện điều khiển 3.2.3 Kết mô Chọn cổng COM từ giao diện điều khiển để kết nối với vi điều khiển thông qua kết nối UART (cổng RS232) Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ĐỒ ÁN Trang 17/24 Hình 3- Kết mơ 3.3 MẠCH THỰC TẾ Hình 3- Mạch in Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ĐỒ ÁN Trang 18/24 Hình 3- 10 Mạch điều khiển Hình 3- 11 Mơ hình cửa Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ĐỒ ÁN Trang 19/24 CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 KẾT LUẬN Ngày nay, người ta lợi dụng đặc điểm riêng biệt vân tay để xây dựng hệ thống bảo mật thông tin riêng tư cho người sở hữu chúng, từ việc dùng ổ khóa vân tay thay cho ổ khóa thơng thường việc dùng vân tay thay mật phổ biến thời đại công nghệ thông tin Người ta cần quét dấu vân tay qua thiết bị chức mở cánh cửa, đăng nhập vào hệ thống máy vi tính, qua phịng bí mật hay trạm bảo vệ bí mật Đó giải pháp an ninh tuyệt đối cho yêu cầu bảo mật người nhiều lĩnh vực kiểm soát an ninh, vào quan Trong lĩnh vực quản lý nhân sự, cảm biến vân tay hỗ trợ đắc lực cho việc quản lý chấm cơng nhà máy, xí nghiệp, công ty máy chấm công vân tay Tuy vậy, với đề tài nhiều hạn chế thiếu sót: - Việc đối sánh, nhận dạng vân tay có mức độ xác thành cơng đạt thấp - Cư sở liệu vân tay cịn ít, tốc độ xử lý ảnh vân tay để nhận dạng chậm - Chương trình chạy phần mềm Visual Studio 2015 nên việc sử dụng cịn nhiều khó khăn phức tạp 4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Nhận dạng vân tay dựa toàn điểm đặc trưng để tăng thêm độ xác Đặc biệt có điều kiện áp dụng phương pháp nhận dạng dựa vào tồn đặc tính vân tay Nâng cao liệu vân tay tốc độ xử lý, đối sánh ảnh vân tay Cố gắng tăng tính tự động, linh hoạt việc lấy mẫu, lấy vân tay kiểm tra nhận dạng, tức người cần ấn tay lên cảm biến lưu liệu vân tay người kiểm tra biết nhanh chóng Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ĐỒ ÁN Trang 20/24 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] dulieu.tailieuhoctap.vn Ket-noi.com kho tài liệu miễn phí [2] congnghe12cnn.wikispaces.com [3] http://hocdientu.vn Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ... thiết đèn, cửa tự động Hình 2- Phần mềm SFGDemoV2.0 để đọc vân tay 2.2.2 Lưu đồ giải thuật Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ĐỒ ÁN Trang 12/24 Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ĐỒ ÁN Trang 13/24... hoạt động tối đa 20MHz Hình 1- Sơ đồ chân PIC1 6F877A Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ĐỒ ÁN Trang 5/24 Hình 1- Các chức PIC 1.2.2 Cảm biến vân tay R305 Cảm biến dùng để nhận diện dấu vân tay, ... Module hoạt động ổn định 4.2V) Nguyên lí hoạt động module cảm biến vân tay gồm phần -Lấy liệu hình ảnh vân tay + Kết hợp liệu để tạo mẫu vân tay Cửa tự động dùng cảm biến vân tay ĐỒ ÁN Trang 7/24