TỎNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID,

Xuất phát từ những ý tưởng đó em đã thực hiện một sự kết hợp cả 3 cơ chế bảo mật trong đề tài “KHOÁ CỬA DÙNG HỆ THỐNG BẢO MẬT TÍCH HỢP” bao gồm bàn phím Password, thẻ RFID và nhận diện d

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Tổng quan

Đề tài: “KHOÁ CỬA DÙNG HỆ THỐNG BẢO MẬT TÍCH HỢP” Đề tài tập trung 3 vấn đề chính sau:

 Nghiên cứu công nghệ nhận dạng bằng tần số vô tuyến RFID

 Nghiên cứu cách thức nhận dạng vân tay

 Xây dựng mô hình xâm nhập và điều khiển thiết bị - mô hình cửa An Ninh bao gồm phầm mềm và card điều khiển

Hệ thống bảo mật đóng mở cửa hoạt động theo trình tự ưu tiên, bắt đầu bằng việc nhập mã Password qua bàn phím, tiếp theo là quét thẻ RFID để xác thực nhanh chóng và chính xác, cuối cùng là xác nhận bằng dấu vân tay để đảm bảo an toàn tối đa Hệ thống còn tích hợp màn hình LCD giúp dễ dàng thao tác, chỉnh sửa thông số và cũng nâng cao trải nghiệm người dùng khi vận hành.

Mục tiêu và nội dung thực hiện

 Tìm hiểu và xây dựng mô hình hoạt động của hệ thống

 Nghiên cứu cách thức hoạt động của các hệ thống bảo mật

 Xây dựng và lập trình bảo mật bằng công nghệ vô truyến RFID

 Xây dựng và lập trình bảo mật bằng công nghệ nhận dạng dấu vân tay

 Thiết kế lập trình giao tiếp kết hợp với LCD và bàn phím

 Điều khiển hoạt động đóng mở cửa thông qua động cơ DC.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Hiện tại cửa an ninh với nhận dạng dấu vân tay và RFID đang được sử dụng cho các mục đích sau:

Quản lý các đối tượng có giá trị trong cùng một khu vực địa lý là yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành Ví dụ, quản lý máy tính xách tay trong một tòa nhà, thiết bị y tế trong bệnh viện hoặc sách trong thư viện giúp kiểm soát số lượng, loại, trạng thái và hạn sử dụng của các tài sản này Việc quản lý chặt chẽ các đối tượng này giúp tối ưu hoá việc sử dụng và bảo trì, đồng thời nâng cao an ninh và giảm thiểu rủi ro thất thoát hoặc hư hỏng Đây là giải pháp cần thiết cho mọi tổ chức nhằm duy trì hoạt động liên tục, hiệu quả và bảo vệ tài sản có giá trị trong khu vực.

Khoá cửa dùng hệ thống bảo mật tích hợp

Hệ thống quản lý truy cập kiểm soát ra vào các phòng ban chức năng bằng đầu đọc vân tay, thẻ và mã PIN Chỉ những vân tay, thẻ hoặc mã PIN hợp lệ mới được phép ra vào, đảm bảo an ninh và đúng trách nhiệm, quyền hạn của từng cá nhân.

Quản lý trạng thái của các đối tượng trong quá trình vận chuyển giữa các khu vực địa lý khác nhau là yếu tố quyết định hiệu quả của chuỗi cung ứng Đây là quá trình quan trọng trong việc giám sát và kiểm soát tình trạng của thiết bị, nguyên liệu và hàng hóa khi di chuyển qua các vùng địa lý khác nhau Việc quản lý trạng thái giúp đảm bảo tính liên tục của quá trình vận chuyển, giảm thiểu rủi ro mất mát hoặc chậm trễ, và tối ưu hóa hoạt động logistics trong các dây chuyền cung ứng Chính vì vậy, sử dụng các giải pháp công nghệ tiên tiến để theo dõi và điều phối trạng thái của hàng hóa là bước thiết yếu để nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của chuỗi cung ứng toàn diện.

Kiểm soát vào ra nhà máy được ghi nhận chính xác tại tất cả các thời điểm, đảm bảo an ninh và quản lý hiệu quả Các khu vực như cổng vào nhà máy áp dụng cấp thẻ khách hàng khi có người đến giao dịch, giúp thuận tiện trong việc theo dõi và kiểm soát truy cập.

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID

Giới thiệu về RFID

RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ nhận dạng không tiếp xúc sử dụng tần số radio, cho phép thiết bị đọc ghi dữ liệu từ thẻ thông minh và tự động chuyển dữ liệu này vào hệ thống máy tính Kết hợp công nghệ RFID với xác nhận bằng password hoặc nhận dạng khuôn mặt qua phương pháp PCA (Principal Component Analysis) giúp nâng cao tính bảo mật và độ chính xác Công nghệ này đáp ứng nhu cầu kiểm soát an ninh quy mô lớn, trở thành giải pháp phổ biến trong đời sống hàng ngày như hệ thống giám sát, quản lý vào ra, và các ứng dụng an ninh khác.

Các loại thẻ

Các thẻ RFID có thể được phân loại ở dạng: thụ động, bán thụ động (hay bán tích cực), hoặc tích cực

Thẻ RFID thụ động không có nguồn cung cấp bên trong, hoạt động dựa vào dòng điện cảm biến từ tín hiệu tần số vô tuyến để cung cấp năng lượng cho mạch tích hợp CMOS, giúp phát đáp lại tín hiệu Hầu hết các thẻ thụ động nhận tín hiệu qua sóng mang tán xạ ngược lại từ đầu đọc, yêu cầu anten phải thiết kế để vừa nhận năng lượng vừa truyền tín hiệu phản hồi Đặc biệt, chip của thẻ RFID có thể lưu trữ dữ liệu trong bộ nhớ EEPROM ngoài việc chỉ nhận dạng ID (GUID) Nhờ không có nguồn cung cấp cố định, các thẻ RFID thụ động có kích thước nhỏ gọn, chỉ khoảng 0.15 mm x 0.15 mm, thậm chí mỏng hơn một tờ giấy (7.5 micron), phù hợp để gắn dưới da hoặc phù hợp với nhiều kích thước khác nhau từ tem bưu điện đến thẻ bưu chính.

Các thẻ thụ động RFID có khoảng cách đọc thực tế từ vài milimet đến vài mét, phụ thuộc vào tần số vô tuyến và thiết kế của anten Nhờ thiết kế đơn giản, các anten này dễ sản xuất và thích hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau Các thẻ thụ động không yêu cầu nguồn điện, có thể nhỏ gọn hơn và có thời gian tồn tại không giới hạn Đặc biệt, các thẻ không làm từ silicon mà thay vào đó sử dụng vật liệu bán dẫn polime đang được phát triển bởi nhiều công ty toàn cầu Năm 2005, PolyIC (Đức) và Philips (Hà Lan) đã thử nghiệm in các thẻ polime hoạt động ở tần số 13.56MHz, mở ra khả năng thương mại hóa những thẻ này với chi phí thấp, dễ in như tờ tạp chí, giúp giảm giá thành so với các thẻ silicon truyền thống.

Thẻ RFID bán thụ động gần giống với thẻ thụ động về mặt cấu tạo, nhưng sử dụng pin nhỏ hơn để cấp nguồn liên tục cho IC Loại pin này giúp thẻ không cần thiết kế anten lấy nguồn từ tín hiệu, do đó các anten được tối ưu để xử lý tín hiệu bị tán xạ Nhờ đó, các thẻ RFID bán thụ động có khả năng phản hồi nhanh hơn, dù khả năng hoạt động ổn định và hiệu quả không bằng các loại thẻ tích cực.

Thẻ RFID tích cực cung cấp nguồn năng lượng bên trong, giúp chúng ổn định hơn và ít lỗi hơn so với thẻ thụ động, nhờ khả năng kết nối liên tục với đầu đọc Với nguồn onboard, các thẻ tích cực có thể phát tín hiệu công suất cao hơn, hoạt động hiệu quả trong môi trường có tần số vô tuyến thay đổi, như nước hoặc kim loại nặng, và ở khoảng cách xa hơn đến vài trăm mét Thời gian pin của thẻ RFID tích cực có thể lên tới 10 năm, đáp ứng các nhu cầu lâu dài của hệ thống cần theo dõi Ngoài ra, nhiều loại thẻ tích cực còn tích hợp các cảm biến như cảm biến nhiệt để giám sát độ ẩm, nhiệt độ của các sản phẩm dễ hỏng, giúp nâng cao hiệu quả quản lý và kiểm soát trong các ngành công nghiệp.

Khóa cửa sử dụng hệ thống bảo mật tích hợp cảm biến phản ứng với các yếu tố môi trường như độ ẩm, va đập, ánh sáng, phóng xạ, nhiệt độ và khí như etylen để nâng cao độ an toàn Các thẻ tích cực có dải hoạt động rộng hơn (khoảng 300 feet) và bộ nhớ lớn hơn so với thẻ thụ động, cho phép lưu trữ nhiều dữ liệu hơn từ bộ phát đáp Hiện nay, thẻ tích cực nhỏ nhất chỉ bằng đồng xu và có giá chỉ vài đô la, phù hợp với nhiều ứng dụng bảo mật hiện đại.

Hệ thống RFID

2.3.1 Nguyên tắc hoạt động của công nghệ RFID

Kỹ thuật RFID yêu cầu sử dụng thẻ thông minh nhỏ gọn để gắn lên các vật thể cần quản lý như hàng hóa hoặc người Thẻ RFID chứa chip silicon và anten, cho phép nhận lệnh và phản hồi bằng tần số vô tuyến RF từ đầu đọc RFID Tín hiệu được ghi vào thẻ và có thể được đọc mà không phụ thuộc vào hướng của thẻ, chỉ cần thẻ nằm trong vùng phủ sóng của thiết bị.

Hình 2.1 Hệ thống đọc thẻ RFID

Khi một thẻ RFID tiếp xúc gần với thiết bị đọc, năng lượng sóng điện từ đủ để cung cấp nguồn cho thẻ RFID và khởi động quá trình trao đổi dữ liệu Quá trình này bắt đầu khi thẻ RFID nhận năng lượng từ sóng điện từ, cho phép thiết bị đọc ghi có thể đọc và ghi dữ liệu một cách dễ dàng Công nghệ RFID giúp quá trình xác thực và giao tiếp diễn ra nhanh chóng, đảm bảo hiệu quả và chính xác trong các ứng dụng CB.

Hệ thống khóa cửa tích hợp công nghệ bảo mật ghi thông tin trực tiếp trên thẻ, giúp nâng cao an ninh cho toàn bộ quá trình truy cập Sau khi trao đổi dữ liệu hoàn tất, thẻ sẽ bị vô hiệu hóa để không tiếp nhận thêm thông tin mới cho đến khi đi vào vùng phủ sóng tiếp theo Công nghệ này đảm bảo tính bảo mật, ngăn chặn người khác can thiệp hoặc sao chép thông tin trái phép Khi thẻ được kích hoạt trở lại trong vùng phủ sóng mới, hệ thống sẽ tiếp tục xác thực chính xác người dùng, nâng cao hiệu quả kiểm soát truy cập.

2.3.2 Xây dựng hệ thống RFID phục vụ bài toán xác thực

Bộ đầu đọc RFID nhận thông tin từ thẻ tag, sau đó truyền về cho máy tính theo chuẩn RS232 (truyền nối tiếp)

2.3.3 Cơ chế truyền giữa đầu đọc RFID và thẻ RFID Đầu đọc RFID truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ qua anten của nó đến một con chip được gắn trên thẻ RFID Reader nhận thông tin trở lại từ chip và gửi nó đến máy tính điều khiển đầu đọc và xử lý thông tin tìm được từ con chip Các con chip không tiếp xúc không tích điện, chúng hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng chúng nhận từ tín hiệu được gửi bởi reader Đây là một phương pháp đáng tin cậy để phát hiện và giám sát điện tử, một dạng mới của phương pháp truyền thông tin vô tuyến Cũng có thể

Khoá cửa sử dụng hệ thống bảo mật tích hợp RFID như một loại mã vạch điện tử, giúp nâng cao an ninh hiệu quả Dữ liệu trên RFID được mã hóa dưới dạng bít, đảm bảo tính bảo mật và chính xác khi truyền tải Hệ thống này sử dụng sóng vô tuyến để truyền và nhận diện dữ liệu, mang lại tiện ích trong việc kiểm soát truy cập một cách nhanh chóng và an toàn.

Cổng RS232 thường được kết nối qua một giắc cắm (gọi là cổng COM), có thể sử dụng 2 chân hoặc toàn bộ các chân (pin) của cổng này, phù hợp với nhiều loại cổng COM như 9, 16 hoặc 25 chân để phục vụ các chức năng khác nhau Trong trường hợp chỉ cần truyền hoặc nhận tín hiệu giữa hai thiết bị, chỉ cần sử dụng các chân cần thiết của cổng RS232 để đảm bảo hoạt động hiệu quả và tiết kiệm tài nguyên.

RS232 sử dụng phương thức truyền thông không đối xứng, bao gồm một dây truyền hoặc nhận dữ liệu và một dây nối đất (GND hoặc mass) Tín hiệu RS232 được truyền dưới dạng điện áp chênh lệch giữa dây dẫn và đất, giúp đảm bảo tín hiệu ổn định và giảm nhiễu Việc sử dụng dây dẫn đơn giản này phù hợp cho các hệ thống truyền dữ liệu khoảng cách ngắn, đảm bảo truyền tải an toàn và hiệu quả.

232 có ngưỡng điện áp qui ước là -15V (volt) tới -3V và 3V tới 15V (hoặc - 5V, +5V, sự khác biệt giữa hai giá trị 3, và -3V này được gọi là noise magin

- biên độ dao động của nhiễu)

 Tín hiệu có áp lớn +3V được coi có logic 0 hoặc có giá trị cao (H)

 Tín hiệu có áp nhỏ hơn –3V được coi có logic 1 hoặc giá trị thấp (L)

 Điện áp từ -3V tới +3V không có ý nghĩa

Trong các hệ thống truyền dữ liệu, phạm vi từ -3V đến 3V không được định nghĩa rõ ràng, gây ra giới hạn đối với các tín hiệu logic thay đổi từ thấp lên cao hoặc ngược lại Tín hiệu cần vượt qua quãng quá độ trong thời gian ngắn hợp lý để đảm bảo hoạt động chính xác Điều này đòi hỏi hạn chế điện dung của các thiết bị và đường truyền để duy trì tốc độ truyền dữ liệu tối đa Tốc độ truyền dữ liệu phụ thuộc vào chiều dài của dây dẫn, với hầu hết hệ thống hiện nay chỉ hỗ trợ tốc độ 19,2 kBd tối đa trên khoảng cách 30-50 mét, đảm bảo hiệu quả truyền tải dữ liệu ổn định.

Hệ thống RFID bao gồm các phần tử chính như thẻ RFID, bộ đọc thẻ, máy chủ, middleware và phần mềm ứng dụng, nhằm mục đích truyền dữ liệu từ thiết bị di động là thẻ RFID đến bộ đọc và xử lý thông tin phù hợp với yêu cầu của ứng dụng Công nghệ RFID giúp lưu trữ và truyền dữ liệu nhanh chóng, chính xác, hỗ trợ quản lý và theo dõi tài sản hiệu quả Việc sử dụng hệ thống RFID mang lại lợi ích về tăng cường hiệu suất làm việc, giảm thiểu lỗi và nâng cao trải nghiệm người dùng trong các lĩnh vực như logistics, kho vận, bán lẻ và sản xuất Thẻ RFID đóng vai trò trung tâm trong hệ thống, giúp thiết bị di động truyền dữ liệu dễ dàng đến bộ đọc để xử lý phù hợp với các ứng dụng đa dạng.

Khoá cửa sử dụng hệ thống bảo mật tích hợp có khả năng truyền dữ liệu từ thẻ, có thể chứa thông tin nhận dạng hoặc định vị người dùng Ngoài ra, thẻ còn lưu trữ các chi tiết về sản phẩm như giá, màu sắc, ngày mua nhằm nâng cao tính bảo mật và trải nghiệm người dùng.

Trong hệ thống RFID, các đối tượng được gắn thẻ nhỏ giá thành thấp chứa bộ phát đáp và chip nhớ có mã sản phẩm điện tử duy nhất Khi thẻ RFID đi vào vùng hoạt động của trường điện từ, nó sẽ nhận được tín hiệu kích hoạt từ bộ đọc, giúp hệ thống đọc và ghi dữ liệu chính xác Dữ liệu được mã hóa từ chip của thẻ RFID sau đó truyền về máy chủ để xử lý, thường thông qua phần mềm ứng dụng sử dụng ngôn ngữ đánh dấu vật lý (PML) Hệ thống RFID tích hợp anten, bộ phát đáp, và bộ giải mã để đảm bảo hoạt động hiệu quả trong việc theo dõi và quản lý đối tượng.

Các quyển sách trong thư viện được quản lý chặt chẽ nhờ hệ thống an ninh và công nghệ RFID, giúp phát hiện khi nào sách được kiểm tra ra hoặc trả vào Khi người dùng mang sách trở lại, hệ thống sẽ tự động cập nhật và reset các thiết bị bảo mật, đảm bảo tính chính xác trong quản lý sách Một số giải pháp RFID còn tạo ra biên lai nhận lại, giúp theo dõi quá trình trả sách dễ dàng hơn Hệ thống còn sử dụng các thiết bị trả lại để lưu trữ sách vào trong các hộp, tối ưu hóa quá trình kiểm soát và lưu trữ Que dò kho giúp xác định chính xác vị trí của sách trong kho, hỗ trợ sắp xếp sách đúng thứ tự, nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên thư viện.

TỔNG QUAN VỀ NHẬN DIỆN DẤU VÂN TAY

Lịch sử phát triển

Việc sử dụng vân tay bắt nguồn từ thời kỳ cổ đại, bắt đầu từ khi con người sử dụng các tấm thẻ bằng đất sét để giao dịch kinh doanh trong thời kỳ Babylon cổ đại Trong lịch sử, dấu vân tay cũng đã xuất hiện trên các con dấu đất sét ở Trung Quốc Tuy nhiên, mãi đến thế kỷ 19, các nghiên cứu khoa học về vân tay mới được công bố rộng rãi, mở ra một thời kỳ phát triển mới trong công nghệ xác thực dựa trên vân tay.

Việc sử dụng những nghiên cứu khoa học ở những năm 1800 như là một phát minh, công nghệ vân tay đã được ứng dụng vào đầu thế kỷ 20 Vào năm

Vào năm 1924, FBI đã bắt đầu lưu trữ khoảng 250 tỷ vân tay của công dân để phục vụ công tác điều tra tội phạm và nhận dạng người chết không rõ danh tính Đầu những năm 1900 đánh dấu bước ngoặt quan trọng trong công nghệ vân tay với sự ra đời của phương pháp “live-scan”, giúp thu hình ảnh vân tay không cần sử dụng mực in FBI thông báo kế hoạch loại bỏ các thẻ vân tay giấy trong hệ thống AFIS (IAFIS), mở ra một bước tiến lớn cho công nghệ Live-Scan ngày nay.

Công nghệ nhận dạng vân tay không chỉ用于 mục đích pháp lý mà còn được ứng dụng chính thức trong kinh doanh từ năm 1968 tại các nhóm an ninh trên phố Wall Hiện nay, vân tay đang trở thành phương pháp nhận dạng hiệu quả và đáng tin cậy trong nhiều lĩnh vực, bao gồm tài chính, y học, kinh tế điện tử và kiểm soát truy cập, khóa cửa Ứng dụng hiện đại nhất của công nghệ vân tay phát triển nhờ vào sự tiến bộ vượt bậc của các mắt đọc vân tay dạng nén, mang lại độ chính xác và nhanh chóng trong nhận dạng.

Xử lý nhận dạng vân tay

Xử lý nhận dạng vân tay gồm hai quy trình chính là đăng ký (Enrollment) và nhận dạng (Authentication) Quá trình này hoạt động dựa trên việc hệ thống so sánh hình ảnh vân tay đầu vào với dữ liệu đã đăng ký trước nhằm xác thực danh tính chính xác và nhanh chóng Các bước thủ tục được mô tả rõ ràng trong sơ đồ giúp người dùng dễ dàng hiểu rõ quy trình xác thực bằng vân tay.

Quá trình thu thập dấu vân tay được thực hiện qua các phương pháp quét khác nhau như quét quang học và quét điện dung, đều tạo ra hình ảnh chính xác của ngón tay Trong phương pháp quét quang học, trung tâm là hệ thống CCD (Charge Coupled Device), sử dụng cảm biến ánh sáng tương tự camera kỹ thuật số để ghi lại hình ảnh vân tay CCD hoạt động dựa trên các photosite nhạy cảm với ánh sáng, chuyển đổi photon thành tín hiệu điện và ghi nhận từng pixel thể hiện vị trí của ánh sáng trên ngón tay Các pixel sáng tối kết hợp thành hình ảnh chi tiết của vân tay, và bộ chuyển đổi ADC chuyển đổi tín hiệu từ dạng analog sang digital, giúp tạo ra hình ảnh số hóa chính xác để xác thực dấu vân tay.

Thu thập dấu vân tay

Lưu dấu vân tay vào bộ nhớ

Quy trình quét bắt đầu khi bạn đặt ngón tay lên một đĩa thủy tinh và để hệ thống CCD chụp ảnh Máy quét sử dụng nguồn điện riêng và thường trang bị mảng diode phát sáng nhằm tỏa sáng các đường vân trên ngón tay Sau đó, hệ thống CCD sẽ tạo ra hình ảnh đảo ngược của ngón tay và lưu trữ vào hồ sơ bộ nhớ, đảm bảo quá trình quét diễn ra chính xác và hiệu quả.

Trước khi so sánh hình ảnh nhận được với dữ liệu có sẵn, bộ xử lý quét đảm bảo hình ảnh đủ rõ bằng cách kiểm tra độ tối pixel trung bình và sẽ từ chối quét nếu ảnh quá sáng hoặc quá tối Nếu ảnh bị từ chối, máy quét điều chỉnh thời gian phơi sáng rồi quét lại; nếu đạt độ tối hợp lý, hệ thống tiếp tục kiểm tra độ phân giải của ảnh Bộ xử lý sẽ quan sát các đường thẳng di chuyển ngang dọc trên ảnh để xác định độ phân giải, với ảnh chất lượng tốt có các đường thẳng vuông góc với vân tay gồm các phần xen kẽ tối sáng rõ nét Khi hình ảnh đạt độ sắc nét và độ sáng mong muốn, hệ thống mới tiến hành so sánh hình ảnh đó với dữ liệu vân tay trong hồ sơ.

Hệ thống máy quét quang học có hai chức năng chính: lấy hình ảnh ngón tay và xác định xem dấu vân tay trong ảnh có khớp với mẫu có sẵn hay không Các thiết bị này giúp đảm bảo an ninh và xác thực danh tính một cách chính xác và đáng tin cậy Công nghệ quét quang học ngày càng phát triển nhằm nâng cao hiệu quả và tốc độ xử lý các dữ liệu dấu vân tay, phục vụ tốt hơn trong các ứng dụng bảo mật và nhận diện.

Thu thập dấu vân tay

Tạo mẫu và lưu dấu vân tay trong bộ đệm

Tìm kiếm dấu vân tay trong bộ nhớ

So sánh 2 mẫu dấu vân tay

Hình 3.1 So sánh dấu vân tay

Trong thực tế, phương pháp so sánh vân tay không đơn giản như hình ảnh chồng lớp các vân tay lên nhau để tìm khớp như trong phim ảnh, vì hình ảnh bị nhòe hoặc thay đổi theo thời gian có thể khiến các mẫu vân tay trông rất khác nhau Thay vào đó, các máy quét vân tay thường tập trung vào so sánh các đặc điểm đặc trưng của vân tay như điểm bắt đầu của đường vân hoặc điểm rẽ nhánh, giúp nâng cao độ chính xác và giảm tiêu tốn năng lượng xử lý cũng như hạn chế rủi ro bị đánh cắp dữ liệu vân tay.

Hình 3.2 thể hiện các điểm vân nhận dạng quan trọng trong quá trình xác thực dấu vân tay Để khớp hai dấu vân tay, hệ thống không cần phải tìm tất cả các điểm nối, mà chỉ cần xác định một số lượng đủ lớn các điểm chung Số lượng điểm này phụ thuộc vào từng chương trình quét vân tay cụ thể, đảm bảo quá trình đối chiếu diễn ra chính xác và hiệu quả hơn.

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

Sơ đồ nguyên lý

Hình 4.1 Khối điều khiển xử lý trung tâm

Khối cách ly và điều khiển động cơ DC

Hình 4.3 Khối OPTO cách ly

- PIC 16F877A là loại vi điều khiển 8bit tầm trung của hãng microchip

- PIC 16F877A có kiến trúc Havard, sử dụng tập lệnh kiểu RISC

(Reduced Instruction Set Computer) với chỉ 35 lệnh cơ bản

- Tất cả các lệnh được thực hiện trong một chu kì lệnh ngoại trừ các lệnh rẽ nhánh

Hình 4.5 Sơ đồ chân của PIC 16F877A

 PIC 16F877A bao gồm các khối chức năng sau

 Timer0 : Bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit

 Timer1 : Bộ đếm 16 bit , có thể thực hiện chức năng đếm dựa vào xung Clock ngoại vi khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ Sleep

 Timer2 : Bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số Postcaler

 Hai bộ Capture/ so sánh / điều chế độ rộng xung

 Các chuẩn giao tiếp SSP, SPI và I2C

 Chuẩn giao tiếp USART với 9 bit địa chỉ

 Có 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit và hai bộ so sánh

Hình 4.6 Các khối chức năng của PIC 16F877A

 Giao thức truyền thông USART

USART là một trong hai chuẩn giao tiếp nối tiếp quan trọng, còn gọi là giao diện giao tiếp hoặc SCI, dùng để kết nối với các thiết bị ngoại vi, thiết bị điều khiển hoặc máy tính Các dạng USART ngoại vi đóng vai trò thiết yếu trong việc truyền nhận dữ liệu một cách hiệu quả và ổn định.

 Tốc độ baud do BRG tạo ra được tính bởi công thức sau:

Hình 4.7 Công thức tính tốc độ Baud

- Trong đó X là giá trị của thanh ghi RSBRG( X là số nguyên từ

- ULN2003 là tổ hợp của 7 mạch Darlington được tích hợp lại Nó được dùng rộng rãi trong các ứng dụng điều khiển động cơ, Led,…

- Mỗi một kênh của UNL2003 có thể cho dòng đi qua tối đa 0.5A

Hình 4.8 Sơ đồ chân UNL2003

Sơ đồ mạch của mỗi kênh

Text LCD là loại màn hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị các dòng chữ hoặc số theo bảng mã ASCII Khác với các màn hình LCD lớn hơn, Text LCD được chia thành các ô riêng biệt, mỗi ô chỉ có khả năng hiển thị một ký tự ASCII, giúp dễ dàng hiển thị thông tin dạng dòng chữ đơn giản Mỗi ô của Text LCD gồm các “chấm” tinh thể lỏng, sự kết hợp giữa “ẩn” và “hiện” các chấm này tạo thành ký tự cần hiển thị, với các mẫu ký tự đã được định nghĩa sẵn Kích thước của Text LCD thường được xác định bằng số ký tự trên mỗi dòng và tổng số dòng của màn hình, như ví dụ LCD 16x2 có 2 dòng và mỗi dòng hiển thị tối đa 16 ký tự.

Các màn hình Text LCD theo chuẩn HD44780U thường có 16 chân, trong đó có 14 chân kết nối trực tiếp với bộ điều khiển và 2 chân dành cho nguồn cung cấp cho đèn LED nền Thứ tự các chân thường được sắp xếp một cách rõ ràng để dễ dàng kết nối và thao tác trong các dự án điện tử Sử dụng các loại LCD này giúp hiển thị dữ liệu rõ ràng, dễ cấu hình phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.

Hình 4.10 Sơ đồ chân LCD

MODULE đầu đọc RDM880

Tần số làm việc 13.56MHz Chức năng Có khả năng đọc và ghi dữ liệu thẻ

Tốc độ Baud 9600-115200bit/s(configurable, default

9600) Giao tiếp Chuẩn RS232,RS485,TTL

Nguồn cung cấp DC 5V(±5%) Dòng hoạt động < 70mA Tầm đọc >60mm(phụ thuộc vào thẻ/ anten)

Hình 4.12 Sơ đồ chức năng các chân RFID

Hình 4.13 Sơ đồ nối dây giữa RFID và máy tính

4.5.2 Phương thức giao tiếp RFID và PIC

Pic truyền cho RFID READER theo Format sau:

STX STATION ID DATA LENGTH CMD DATA[0 N] BCC ETX

(BCC) = STATION ID DATALENGTH CMD DATA[0]  …  DATA[n], Ở đây  là cổng “EOR”

RFID READER sẽ phản hồi cho PIC theo Format sau:

STX STATION ID DATA LENGTH STATUS DATA[0 N] BCC ETX

(BCC) = STATION ID DATA LENGTH STATUS DATA[0]  …  DATA[n], ở đây  là cổng “EOR”

STX 1 0xAA- ”Start of Text’ mã bắt đầu của chuổi

DADD 1 Địa chỉ của thiết bị RFID trong trường hợp dùng nhiều RFID kết nối với nhau

1 Độ dài của các byte dữ liệu trong chuổi

LENGTH= Number_of_Bytes (TIME/STATUS + DATA[0 N] )

CMD 1 Mã lệnh của PIC truyền cho đầu đọc Reader

STATUS 1 Byte trạng thái báo tình trạng thực hiện lệnh của

0 – 123 Dữ liệu trong quá trình truyền và nhận

BCC 1 Bite cộng tổng  kiểm tra lỗi trong quá trình truyền

ETX 1 0xBB:’END of TEXT’ kết thúc chuỗi của Format

Bảng 4.1 Chú giải các thành phần trong lệnh trong Format RFID

0x80 SetAddress Set địa chỉ reader dùng để thiết lập địa chỉ của bộ Reader (giới hạn của nó là từ 0~255)

0x81 SetBaudrate Set tốc độ baudrate cho bộ Reader

0x82 SetSerlNum Thiết lập Serial Number cho bộ Reader (The

Seial Number is 8 byte) 0x83 GetSerlNum Lấy số Serial Number và Address của Reader 0x84 Write_UserInfo Thiết lập thông tin người dùng

0x85 Read_UserInfo Đọc thông tin người dùng

0X86 Get_VersionNum Đọc firmware version number phần mềm của

Reader 0x88 Control_Led Bật On/Off đèn led

0x89 Control_Buzzer Bật On/Off còi Buzzer

Bảng 4.2 Lệnh hệ thống module RFID

MODULE điều khiển động cơ L298

Hình 4.14 MODULE điều khiển động cơ DC

Dual H-Bridge Module sử dụng IC ST L298N tích hợp nguyên khối 15-pin kiểu Multiwatt, điện áp và dòng tải cao, được thiết kế để chấp nhận mức điện áp logic tiêu chuẩn TTL và tải điện cảm như Solenoids, 2 động cơ DC hoặc 1 động cơ bước 4 dây Hai Enable

Hệ thống khóa cửa sử dụng cơ chế bảo mật tích hợp với các inputs cho phép kích hoạt hoặc vô hiệu hóa các thiết bị độc lập dựa trên tín hiệu đầu vào Các cực E của transistor dưới trong mỗi cầu được nối chung và xuất ra ngoài qua các chân SENSE A và SENSE B, giúp kết nối với điện trở để cung cấp nguồn đầu vào bổ sung, hỗ trợ hoạt động của logic với điện áp thấp hơn.

 Trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ 42 x 50 mm

 Tản nhiệt cho tải nặng

 Hai cổng dò dòng điện

 Lựa chọn chuyển đổi nguồn

 2 DC motor, 4 dây 2 pha Step motor

 1 Led chỉ báo nguồn và 4 Led chỉ báo chiều Motor

 4 lỗ tiêu chuẩn dễ cố định

 Điều khiển lập trình MCU

 Điều khiển máy công cụ

4.6.3 Các thông số Kỹ Thuật

 Logic power output Vss: +5~+7V (internal supply +5V)

 Controlling level: Low -0.3V~1.5V, high: 2.3V~Vss

 Enable signal level: Low -0.3V~1.5V, high: 2.3V~Vss

Bảng 4.3 Trạng thái hoạt động của L298

Hình 4.15 Sơ đồ nguyên lý của MODULE điều khiển động cơ DC

Động cơ DC motor

Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều

Nguyên tắc hoạt động của động cơ DC dựa trên sự tương tác giữa stator và rotor, trong đó stator thường gồm các cặp nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện tạo ra từ trường cố định Rotor có các cuộn dây quấn nối với nguồn điện một chiều, tạo ra từ trường khi dòng điện chạy qua Bộ phận chỉnh lưu đóng vai trò quan trọng trong việc đổi chiều dòng điện liên tục khi rotor quay, giúp duy trì quá trình hoạt động ổn định Thường bộ chỉnh lưu gồm cổ góp và chổi than tiếp xúc để điều khiển dòng điện trong rotor một cách hiệu quả.

Khi dòng điện chạy qua cuộn dây quấn quanh lõi sắt non, lực tác động lên các cạnh của cuộn dây gây ra sự quay của rotor theo nguyên lý bàn tay trái của Fleming Để duy trì chuyển động liên tục và đúng chiều, bộ cổ góp điện thực hiện chuyển mạch dòng điện sau mỗi 1/2 chu kỳ Tuy nhiên, vấn đề xuất hiện khi mặt của cuộn dây song song với các đường sức từ trường, gây ra tình trạng lực quay bằng 0 do cuộn dây lệch vị trí.

90 o so với phương ban đầu của nó, khi đó Rô to sẽ quay theo quán tính

Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của rotor

Pha 2: Rotor tiếp tục quay

Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1.

Module vân tay

Hình 4.16 Module nhận dạng vân tay R305

– Vân tay loại cảm biến: quang học

– Giao diện: USB1.1 / UART (TTL mức logic)

– RS232 tốc độ truyền thông tin liên lạc: 4800BPS ~ 115200BPS (thay đổi)

– Chụp ảnh bề mặt 15-18 (mm)

– Tốc độ xác nhận: 0,3 giây

– Dung lượng lưu trữ: 1000 (từ 0 đến địa chỉ 999)

– Cấp độ bảo vệ: 5 (1,2,3,4,5 (cao nhất))

– Làm việc hiện tại: Khoảng 90 mA, Peak 150mA

– Nhiệt độ hoạt động môi trường: -20 đến 45 ° centigrades

 Vi điều khiển sẽ kết nối tới Module và gửi tới module các tập lệnh tương ứng để thực thi qua chuẩn TTL Một số tập lệnh phổ biến :

- Verify Password: xác nhận mật khẩu trước khi cho phép thay đổi thông số module

- Set Password: Cài đặt mật khẩu thay cho mật khẩu mặc định của nhà sản xuất

- Set System Parameter: Thiết lập các thông số ban đầu cho module như tốc độ baud, mức độ bảo mật (thường là 3), địa chỉ

- Collect Imager: Kiểm tra nếu có vân tay thì lấy mẫu và đưa vào vùng đệm ảnh

- Generate File: Tạo file đặc tính từ vùng Imager Buffer và lưu trở lại vào Buffer1 hoặc Buffer2

- Generate Template:Mã hoá hình ảnh dấu vân tay và lưu vào Buffer1 hoặc Buffer2

- Store Template: Lưu dấu vân tay vào vùng đệm trong bộ nhớ dùng để lưu trữ hoặc kiểm tra dấu vân tay có sẵn trong cơ sở dữ liệu

- Match: So sánh 2 mẫu vân tay trong 2 bộ đệm

- Search Finger: Tìm kiếm mẫu vân tay trong thư viện bộ nhớ

- Delete: Xóa mẫu vân tay

- Empty: Xóa toàn bộ thư viện trong bộ nhớ.

Chuyển mạch 4053

Sơ đồ chân chuyển mạch 4053

Hình 4.18 Sơ đồ chân chuyển mạch IC 4053

Bảng trạng thái của IC 4053

Bảng 4.4 Trạng thái của chuyển mạch IC 4053

Sơ đồ giải thuật

4.10.1 Đăng kí dấu vân tay

4.10.2 So sánh dấu vân tay và điều khiển

4.10.3 Quyét thẻ RFID kết hợp Password và đóng mở cửa

Hình ảnh kết quả nghiên cứu

Hình 4.19 Phần cứng điều khiển trung tâm

Hình 4.20 Mạch cứng tổng quan

Hình 4.22 Mode dấu vân tay

Định dạng
Số trang	70
Dung lượng	3,02 MB