2.2.2.1 Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của module cảm biến vân tay cơ bản có 2 phần:
- Lấy dữ liệu hình ảnh của vân tay: Khi lấy dữ liệu, người dùng cần phải thực hiện quét dấu vân tay hai lần thông qua cảm biến quang học. Hệ thống sẽ tiến hành thuật tốn xử lý hình ảnh của 2 lần quét vân tay, tạo ra một khuôn mẫu của các vân tay dựa trên kết quả xử lý và lưu trữ lại các bản mẫu.
- So sánh dấu vân tay (có thể theo chế độ 1:1 hoặc theo 1:N): Khi người dùng thực hiện quét dấu vân tay, module sẽ chụp lại dữ liệu hình ảnh vân tay và so sánh với các mẫu vân tay đã được lưu trữ sẵn trong thư viện. Đối với 1:1, hệ thống sẽ so sánh trực tiếp vân tay với mẫu được chỉ định cụ thể trong module; đối với 1:N, hoặc tìm kiếm, hệ thống sẽ tìm kiếm trong thư viện để tìm vân tay phù hợp. Sau đó trả về kết quả đúng nếu trùng khớp hoặc kết quả sai nếu không trùng khớp dữ liệu đã được lưu trữ.
Thông số kỹ thuật
Dưới đây là thông số kỹ thuật của mô-đun cảm biến vân tay mà chúng ta đang sử dụng:
Nguồn cung cấp điện áp DC 3.6 đến 6.0V
Nguồn cung hiện tại <120mA
Màu đèn nền màu xanh lục
Giao diện UART
Tỷ lệ xấu 9600
Mức độ an toàn 5 (từ thấp đến cao: 1,2,3,4,5)
Tỷ lệ chấp nhận sai (FAR) Tỷ lệ chấp nhận sai (FAR) Tỷ lệ từ chối giả (FRR) <1.0% (mức độ bảo mật 3) Số lượng vân tay có thể lưu trữ 127
Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của cảm biến vân tay AS608
2.2.2.2 Các đặc tính
- Module tích hợp nhiều loại chip xử lý trong cùng 1 module: Cảm biến dấu vân tay quang học, bộ vi xử lý DSP tốc độ cao, bộ nhớ PLASH…
- Dễ dàng sử dụng với các tính năng bảo mật cao, thơng minh. Mức độ bảo mật điều chỉnh được: Thích hợp cho các ứng dụng khác nhau, mức độ bảo mật có thể được thiết lập điều chỉnh bởi người sử dụng.
- Người dùng có thể tiến hành phát triển kết hợp với các module khác để làm ra một loạt các sản phẩm cuối cùng, chẳng hạn như: Kiểm soát quyền truy cập, điểm danh vào lớp học hoặc chấm cơng, két an tồn, khóa cửa nhà hay cửa xe…
- Tiêu thụ điện năng thấp, giá thành khơng cao, kích thước nhỏ gọn, hiệu năng tốt.
- Khả năng chống tĩnh điện mạnh mẽ, chỉ số chống tĩnh điện đạt 15KV trở lên. - Khả năng xử lý hình ảnh tốt, có thể chụp được hình ảnh có độ phân giải lên
đến 500 dpi.
2.2.2.3 Thông số kỹ thuật
Điện áp cung cấp: DC 3.6 ~ 6.0V. Dòng cung cấp: - Dịng làm việc bình thường: 40 mA.
Chế độ quét:
- So sánh với một mẫu duy nhất (1:1).
- Tìm kiếm và so sánh với mẫu lưu trong bộ nhớ (1: N). Bộ nhớ lưu trữ mẫu: 256 bytes.
Mức độ an toàn: năm (từ thấp đến cao: 1, 2, 3, 4, 5 (cao nhất)). Tỷ lệ lỗi chấp nhận nhầm (FAR): < 0,001.
Tỷ lệ từ chối nhầm (FRR): < 0.1%.
Thời gian tìm kiếm: < 0.8 giây (1: 880, trung bình).
Giao tiếp với máy tính: UART (TTL mức logic) hoặc USB 1:1
Tốc độ truyền thông tin liên lạc (UART): (9600 x N) bps đó N = 1 ~ 12 (giá trị mặc định N = 6, tức là 57600bps)
Môi trường làm việc:
- Nhiệt độ: -10 ℃ ~ + 40 ℃ - Độ ẩm tương đối: 40% - 85%
2.2.2.4 Giao tiếp phần cứng
Giao tiếp phần cứng của module R305 được thể hiện qua bảng 2.3 :
Sốchân Tên chân
Chức năng
1 VCC Nguồn vào
2 GND Tín hiệu nối đất
3 TXD Dữ liệu đầu ra. Kiểu TTL logic
4 RXD Dữ liệu đầu vào. Kiểu TTL logic
5 VCC +5V DC
6 D- Dữ liệu âm
7 D+ Dữ liệu dương
8 GND Ground
Bảng 2.3 Chức năng các chân của cảm biến vân tay
2.2.2.5 Giao thức truyền thông nối tiếp không đồng bộ UART
Được truyền theo chế độ nối tiếp bán song công không đồng bộ. Tốc độ baud truyền 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 10bit: Với 1 bit bắt đầu (start bit) ở mức logic ‘0’, 8 bit dữ liệu với bit đầu LBS và 1 bit kết thúc (stop bit). Khơng có bit kiểm tra (check bit). Dữ liệu được truyền đi trên chân TX gồm 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 đổi tín hiệu trong 1 giây – thường sử dụng cho modem). UART là phương thức truyền nhận bất đồng bộ, nghĩa là bên nhận và bên phát không cần phải có chung tốc độ xung clock (ví dụ: xung clock của vi điều khiển khác xung clock của máy tính). Khi đó bên truyền muốn truyền dữ liệu sẽ gửi start bit (bit ‘0’) để báo cho bên thu biết để bắt đầu nhận dữ liệu và khi truyền xong dữ liệu thì stop bit (bit ‘1’) sẽ được gửi để báo cho bên thu biết kết thúc q trình truyền.
Khi có start bit thì cả hai bên sẽ dùng chung 1 xung clock (có thể sai khác một ít) với độ rộng 1 tín hiệu (0 hoặc 1) được quy định bởi baud rate, ví dụ baud rate = 9600 bps nghĩa là độ rộng của tín hiệu 0 (hoặc 1) là 1/9600 = 104ms và khi phát thì bên phát sẽ dùng baud rate chính xác (ví dụ 9600 bps) cịn bên thu có thể dùng baud rate sai lệch 1 ít (9800bps chẳng hạn). Truyền bất đồng bộ sẽ truyền theo từng frame và mỗi frame có cấu trúc như trong hình 2.10 sau đây:
Hình 2.10 Giao thức truyền thơng của AS608
Ngồi ra trong frame truyền có thể có thêm bit odd parity (bit lẻ) hoặc even parity (bit chẵn) để kiểm tra lỗi trong q trình truyền. Bit parity này có đặc điểm nếu sử dụng odd parity thì số các bit ‘1’ + odd parity bit sẽ ra một số lẻ cịn nếu sử dụng even parity thì số các bit ‘1’ + even parity bit sẽ ra một số chẵn.
Module sẽ kết nối với MCU theo kết nối sau: TXD (chân 3 của module) kết nối với RXD (chân nhận của MCU), RXD (chân 4 của module) kết nối với TXD (chân truyền của MCU).
2.2.2.6 Tài nguyên hệ thống
Có một bộ đệm hình ảnh và hai 512 byte tệp kí tự đệm bên trong khơng gian bộ nhớ RAM của module. Người dùng có thể đọc và viết bất kỳ của bộ đệm bằng cách 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 256 * 288 pixel. Khi truyền qua UART, để đẩy nhanh tốc độ, chỉ có 4 bit cao của các điểm ảnh được truyền (có nghĩa là 16 độ xám). Và hai điểm ảnh lân cận của cùng hàng sẽ hình thành một byte trước khi truyền. Khi tải lên máy tính, hình ảnh 16-xám-độ sẽ được mở rộng sang định dạng 256 mức xám. Đó là định dạng BMP 8-bit. Khi chuyển qua USB, hình ảnh 8 bit pixel, đó là 256 mức xám
- Bộ đệm tệp kí tự:
Bộ đệm kí tự CharBuffer1, CharBuffer2, có thể được sử dụng để lưu trữ cả tệp kí tự và tệp mẫu.
- Thư viện vân tay:
Hệ thống đặt ra một không gian nhất định trong Flash cho mẫu dấu vân 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 biết sau khi tự động. Lưu trữ dấu vân tay mẫu trong Flash là theo tuần tự.
2.2.2.7 Cấu hình các thơng số của hệ thống:
- Kiểm sốt tốc độ baud(Thơng 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]. Tốc độ tương ứng là 9600 baud * N bps.
- Mức độ bảo mật(Thông số thứ: 5):
Các thông số kiểm sốt các giá trị ngưỡng phù hợp với tìm kiếm của dấu vân tay và đối chiếu. Mức độ bảo mật được chia thành 5 lớp và giá trị tương ứng là 1, 2, 3, 4, 5. Ở cấp độ 1, FAR là cao nhất và FRR là thấp nhất. Còn ở cấp độ 5, FAR là thấp nhất và FRR là cao nhất.
Các thông số quyết định độ dài tối đa của các gói dữ liệu chuyển giao khi giao tiếp với máy tính trên. Giá trị của nó là 0, 1, 2, 3, tương ứng với 32 bytes, 64 byte, 128 byte, 256 byte tương ứng.
2.2.2.8 Thanh ghi trạng thái hệ thống:
Thanh ghi trạng thái hệ thống cho biết tình trạng hoạt động hiện tại của Module. Chiều dài của nó là 1 word, và có thể được đọc qua hướng dẫn ReadSysPara. Định nghĩa của thanh ghi được biểu hiện qua hình 2.11 như sau:
Hình 2.2 Định nghĩa của thanh ghi
- Busy: 1 bit. 1: Hệ thống là lệnh thực thi; 0: Hệ thống thực thi 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.
2.3 Giới thiệu công nghệ RFID 2.3.1 Giới thiệu 2.3.1 Giới thiệu
Radio Frequency Identification (RFID) là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vơ tuyến. Một thiết bị hay một hệ thống RFID được cấu tạo bởi hai thành phần chính là thiết bị đọc (RFDI reader) và thiết bị phát sóng RFID có gắn chip hay cịn gọi là tag.
Nguyên lý hoạt động của RFID là thiết bị RFID reader sẽ phát ra sóng điện từ ở một tần số nhất định, khi sản phẩm có gắn RFID tag trong vùng hoạt động sẽ cảm nhận được sóng điện từ này và thu năng lượng từ đó phát lại cho thiết bị RFID Reader biết mã số của mình. Từ đó, RFID reader có thể nhận dạng được tag nào đang trong vùng hoạt động.
Thẻ chip (tag) RFID (Hình 2.12 dưới đây là ví dụ thực tế) chứa rất nhiều mã nhận dạng khác nhau, thông thường là 32bit tương ứng với hơn 4 tỷ mã số khác nhau. Ngoài ra khi xuất xưởng mỗi thẻ chip RFID được gán một mã số khác nhau . Do vậy khi một vật được gắn chip RFID thì khả năng nhận dạng nhầm vật đó với 1 thẻ chip RFID khác là rất thấp, xác suất là 1 phần 4 tỷ.
Hình 2.3 Chip bảo mật trong thẻ RFID 2.3.2 Module RFID-RC522 Hình 2.4 Hình ảnh thực tế Module RFID-RC522 2.3.2.1 Thông số kỹ thuật - Nguồn: 3.3VDC, 13 – 26mA - Dòng ở chế độ chờ: 10-13mA - Dòng ở chế độ nghỉ: <80uA - Tần số sóng mang: 13.56MHz
- Khoảng cách hoạt động: 0～60mm (mifare1 card) - Giao tiếp: SPI
- Tốc độ truyền dữ liệu: Tối đa 10Mbit/s - Nhiệt độ hoạt động: -20 đến 80 ° C - Tốc độ cao SPI: 10Mbit /s
- Hỗ trợ: ISO / IEC 14443A /MIFAR - Kích thước: 60mm×40mm
- Có khả năng đọc và ghi.
2.3.2.2 Tính năng và đặc điểm
- MF RC522 ứng dụng cho việc tích hợp cao việc đọc và viết dữ liệu. - Giao tiếp với thẻ tại tần số 13.56MHz(HF: tần số cao).
- Là sự lựa chọn tốt cho sự phát triển của các thiết bị thông minh và thiết bị di động cầm tay.
- MF RC552 sử dụng cho việc nâng cao điều chế và giải mã điều chế thông tin giao tiếp thụ động bằng các phương pháp hồn tồn thích hợp trong tần số 13.56Mhz.
- Tương thích với bộ phát tín hiệu 14443A.
- ISO 14443A xử lý kỹ thuật để phát hiện lỗi và các khung hình.
- CRYPTO1 nhanh chóng hỗ trợ mã hóa thuật tốn để xác nhận sản phẩm là mifire.
- MF RC552 hỗ trợ mifire giao tiếp với các chuỗi bằng tốc độ cao,tốc độ truyền dữ liệu 2 chiều lên tới 424kbit/s.
- MF RC552 cũng tương tự như MF RC500, MF RC530 nhưng cũng có những đặc điểm và sự khác biệt, giao tiếp giữa nó và máy chủ ở chế độ SPI giúp giảm thiểu các kết nối hạn hẹp của PCB, giảm chi phí đáng kể. - Các MF RC552 là các module được thiết kế để dễ dàng sử dụng với các
đầu đọc thẻ mạch.
- Giá thành rẻ và được áp dụng cho sự phát triển các thiết bị cho người sử dụng.
- Nâng cao sự phát triển của các ứng dụng, đáp ứng nhu cầu về sử dụng các thiết bị đầu/cuối sử dụng thẻ nhớ RF.
- Module này có thể được nạp trực tiếp vào các khn reader khác nhau,rất thuận tiện.
2.3.2.3 Chân kết nối
- SDA(SS) chân lựa chọn chip khi giao tiếp SPI (kích hoạt mức thấp). - SCK: Chân xung trong chế độ SPI.
- MOSI(SDI): Master Data Out – Slave In trong chế độ giao tiếp SPI. - MISO(SDO): Master Data In – Slave Out trong chế độ giao tiếp SPI - IRQ: Chân ngắt.
- GND: Chân nối mass. - RST: Chân reset lại module. - VCC: Nguồn 3.3V.
2.3.2.4 Thẻ từ RFID
Hình 2.5 Thẻ từ để quét với Module RFID
Thẻ RFID (tem từ RFID)
Một thiết bị hay một hệ thống RFID được cấu tạo bởi hai thành phần chính là thiết bị đọc ( reader) và thiết bị phát mã RFID có gắn chip hay cịn gọi là tag. Hai thiết bị này
hoạt động thu phát sóng điện từ cùng tần số với nhau. Các tần số thường được sử dụng trong hệ thống RFID là 125Khz hoặc 900Mhz
Thiết bị đọc được gắn Antenna để thu – phát sóng điện từ, thiết bị phát mã RFID tag được gắn với vật cần nhận dạng, mỗi thiết bị RFID tag chứa một mã số nhất định và không trùng lặp nhau.
Đầu đọc sẽ gửi tín hiệu sóng từ tương tác với thẻ tag thông qua ăng ten, thẻ tag sẽ phản hồi lại với một mã thơng tin duy nhất. Thẻ Tag RFID có 2 loại là chủ động (Active) và thụ động (Passive).
Thẻ RFID chủ động có chứa một nguồn năng lượng cho phép nó có khả năng truyền sóng với khoảng cách đọc xa tớ 100 mét. Chính với đặc điểm khả năng đọc xa này mà thẻ RFID chủ động được ứng dụng lý tưởng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp để quản lý vị trí tài sản, cải thiện quy trình logistic.
Thẻ RFID thụ động bản thân nó khơng có nguồn năng lượng. Thay vào đó, nó được nạp năng lượng bởi năng lượng sóng từ được truyền từ các đầu đọc RFID. Bởi vì sóng radio phải đủ mạnh để truyền năng lượng lên thẻ tag, chính vì vậy thẻ RFID thu động có khoảng cách đọc khá gần thơng thường chỉ tới 25 mét.
Thẻ RFID thụ động cơ bản hoạt động dưới dạng 3 tần số như sau: - Tần số thấp (LF): 125 – 134 Khz
- Tần số cao (HF): 13.56 Mhz
- Tần số rất cao (Ultra High Frequency – UHF): 856 Mhz – 960 MHz
Thẻ RFID thụ động (tem từ mềm) chỉ chứa ba thành phần:
- Ăng-ten bắt sóng vơ tuyến tới và gửi chúng trở lại ra ngoài. - Chip tạo ra một mã nhận dạng duy nhất cho thẻ cụ thể.
- Chất nền – vật liệu lót (thường là giấy hoặc nhựa ) và ăng ten, chip từ được cố định.
Ứng dụng: SmartLock là hệ thống khóa thơng minh hoạt động độc lập với các thiết bị khác. SmartLock có thể nhận mọi loại thẻ thơng minh trên thị trường và thường được dùng với mục đích đóng, mở cửa. Khóa thông minh đang dần trở thành xu hướng mới rất ưu việt cho hệ thống các khách sạn chuyên nghiệp, chung cư và nhà thông minh.
2.4 Bàn phím ma trận 4x4 (KEYPAD 4X4)
Hình 2.6 Hình ảnh thực tế của bàn phím ma trận 4X4
2.4.1 Hoạt động của keypad 4x4
Theo Hình 2.15 trên, giả sử nút ‘2’ được nhấn, khi đó đường R1 và C2 được nối với nhau. Giả sử đường C2 được nối với GND (mass, 0V) thì R1 cũng sẽ là GND. Tuy nhiên, bằng cách kiểm tra trạng thái đường R1 chúng ta sẽ không kết luận nút ‘2’ được nhấn. Giả sử tất cả các đường C1, C2, C3, C4 đều nối với GND, nếu R1= GND thì rõ ràng ta khơng thể kết luận nút ‘1’ hay nút ‘2’ hay nút ‘3’ hay nút ‘A’ được nhấn. Kỹ thuật để khắc phục vấn đề này chính là kỹ thuật “qt” keypad. Có 2 cách qt phím là qt theo cột hoặc quét theo hàng. Sau đây là ví dụ về quét theo hàng, quét cột cũng hoàn toàn tương tự:
- Ta lần lượt xuất tín hiệu mức 0 ra các hàng (khi một hàng là mức ‘0’ thì