(TIỂU LUẬN) đề tài THIẾT kế và CHẾ tạo KHÓA THÔNG MINH NHẬN DIỆN KHUÔN mặt

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬTKHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT ĐIỆN -ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ T

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN -ĐIỆN TỬ

Người hướng dẫn: Ths Trần Duy Chung

tê

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT ĐIỆN -ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH: KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHÓA THÔNG MINH NHẬN DIỆN

KHUÔN MẶT

Người hướng dẫn: Ths Trần Duy Chung

Sinh viên thực hiện: Tưởng Thanh Phúc

Nguyên Thanh Huy

1811505120326

Lớp: 18D3Lớp: 18D4

Đà Nẵng, 6/2022

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự do - Hạnh phú́c

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: Th.s TRẦN DUY CHUNG

1 Tên đề tài:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO KHÓA THÔNG MINH NHẬN DIỆN KHUÔN MẶT

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Cảnh báo sai mật khẩu và mở̉ khóa từ xa qua điện điện thoại Tài liệu ban đầu:

- Tìm hiểu các thông tin qua các trạng mạng, và tham khảo các sách, báo tài liệu chuyên nghành

- Tài liệu về lập trình vi điều khiển, các chuẩn giao tiếp

3 Nội dung chính của đồ án:

Chương 1 : Tổng Quan chung Trình bày về đặt vấn để dẫn nhập lý do chọn đề

tài , mục tiêu , nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án

Chương 2 : Cơ Sở̉ Lý Thuyết Trình bày về các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề

mà đề tải sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài

Chương 3 : Tính Toán Và Thiết Kế Giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài

mà mình thiết kế và các tính toán, thiết kế gồm những phần nào Thiết kế sơ đồ

khối hệ thống, sơ đồ nguyên lý toản mạch, tính toán thiết kế mạch

Chương 4 : Thi Công Hệ Thống Trình bày về quá trình vẽ mạch in lắp ráp các thiết

bị, đo kiểm tra mạch, lắp ráp mô hình Thiết kế lưu để giải thuật cho chương trình

và viết chương trình cho hệ thống Hướng dẫn quy trình sử dụng hệ thống

4 Các sản phẩm dự kiến

- Hoàn thành sản phẩm có thể mở̉ khóa bằng nhận dạng khuôn mặt

5 Ngày giao đồ án: 2/3/2022

6 Ngày nộp đồ án: 2/6/2022

Đà Nẵng, ngày 05 tháng 03 năm 2022

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc lậdp - Tự do - Hạ dnh phú́c

Chương 1 : Tổng Quan chung Trình bày về đặt vấn để dẫn nhập lý do chọn đề

tài , mục tiêu , nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án

Chương 2 : Cơ Sở̉ Lý Thuyết Trình bày về các lý thuyết có liên quan đến các vấn đề

mà đề tải sẽ dùng để thực hiện thiết kế, thi công cho đề tài

Chương 3 : Tính Toán Và Thiết Kế Giới thiệu tổng quan về các yêu cầu của đề tài

mà mình thiết kế và các tính toán, thiết kế gồm những phần nào Thiết kế sơ đồ

khối hệ thống, sơ đồ nguyên lý toản mạch, tính toán thiết kế mạch

Chương 4 : Thi Công Hệ Thống Trình bày về quá trình vẽ mạch in lắp ráp các thiết

bị, đo kiểm tra mạch, lắp ráp mô hình Thiết kế lưu để giải thuật cho chương trình

và viết chương trình cho hệ thống Hướng dẫn quy trình sử dụng hệ thống

7 Kế́t quả dự kiế́n đạ dt được

- Hoàn thành sản phẩm khóa thông minh nhận diện bằng khuôn mặt 8 Tiế́n độ thực hiệdn

TT Thời gian Nội dung công việdc Kế́t quả dự kiế́n đạ dt được

Lên ý tưở̉ng cho đề tài Tìm hiểu

1 Tuần 1 và chọn đề tài lên kế hoạch chi

tiết

2 Tuần 2 Chọn đề tài và ghi đề cương

nhiệm vụ của đề tàiTìm hiểu các đề tài và xây dựng

3 Tuần 3 mô hình khóa thông minh nhận

diện khuôn mặt

4 Tuần 4 Gặp GVHD để báo cáo về hướng

thực hiện đề tài

5 Tuần 5 Tìm hiểu về esp32 cam

6 Tuần 6 Nghiên cứu thiết kế chế tạo phần

cứng

7 Tuần 7 Lập trình điều khiển

8 Tuần 8 Lập trình điều khiển giao tiếp về

phần cứng

9 Tuần 9 Lập trình điều khiển , lắp ráp linh

kiện

10 Tuần 10 Sắp xếp bố trí cho hợp lí

11 Tuần 11 Báo cáo tiến độ cho GVHD.

Hoàn thiện mô hình

12 Tuần 12 Viết báo cáo.

13 Tuần 13 Kiểm tra hoạt động của hệ thống.

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin gửi đến Thầy Trần Duy Chung lời cảm ơn chân thành và sâusắc nhất Nhờ có sự hướng dẫn và giú́p đỡ tận tình của Thầy trong suốt thời gian qua,

em đã có thể thực hiện và hoàn thành Đồ Án Tốt Nghiệp Những lời nhận xét, góp ý

và hướng dẫn tận tình của Thầy đã giú́p em có một định hướng đú́ng đắn trong suốtquá trình thực hiện Đề tài giú́p em nhìn ra được những ưu, khuyết điểm của Đề tài vàtừng bước hoàn thiện hơn

Đồng thời, em xin trân trọng cảm ơn các Thầy Cô của trường Đai hoc Sư pham

Kỹ thuât nói chung và của khoa Điện- Điện Tử nói riêng đã dạy dỗ chú́ng em suốtquãng thời gian ngồi trên ghế giảng đường Đại học Những lời giảng của Thầy Cô trênbục giảng đã trang bị cho chú́ng em những kiến thức và giú́p chú́ng em tích lũy thêmnhững kinh nghiệm

Bên cạnh đó, xin cảm ơn sự hỗ trợ và giú́p đỡ của bạn bè trong thời gian học tậptại trường Đại học Sư pham Kỹ thuât và trong quá trình hoàn thành Đô An Tốt Nghiệpnày

i

Đề tài này là do nhóm em tự thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Trân DuyChung dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã

có trước đó

Những thống số hay số liệu trong đề tài chưa được bảo vệ hay báo cáo trước đó Những trích dẫn, ghi chú́, số liệu, hình ảnh trong đề tài được ghi tên và nguồn gốc rõràng

Chú́ng em cam đoan những lời ở̉ trên là đú́ng sự thật và trung thực, nếu có bất kìphát giác nào thì nhóm xin chịu trách nhiệm

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Hiện nay, cùng với sự phát triển của xã hội, vấn đề an ninh bảo mật đang đượcyêu cầu khắt khe tại mọi quốc gia trên thế giới Các hệ thống nhận dạng con ngườiđược ra đời với độ tin cậy ngày càng cao Một trong các bài toán nhận dạng con ngườirất được quan tâm hiện nay là nhận dạng khuôn mặt, bài toán nhận dạng khuôn mặtphục vụ mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực của đời sống đặc biệt ở̉ những lĩnh vực côngnghệ cao yêu cầu bảo đảm an ninh, bảo mật…

Vì vậy đề tài: “Thiêt kê va chê tạo khóa thông minh nhận diên bằng khuôn

mặt” là đề tài nóng hổi và càng ngày được con người tìm cách hoàn thiện nó để mang

iii

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

LỜI CẢM ƠN i

CAM ĐOAN ii

TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ vii

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT x

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 4

1.1 Nhu cầu về khóa thông minh 4

2.1 Tổng quan về khóa cửa 4

2.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của khóa cửa [14] 4

2.1.2 Tìm hiểu các loại khóa trên thị trường hiện nay 7

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10

2.1 Công nghệ sinh trắc và bảo mật [5] 10

2.2 Phát hiện khuôn mặt [15] 11

2.3 Nhân dang khuôn măt [25] 12

2.3.1 Nhân dang truyên thông 14

2.3.2 Nhân dang 3D 14

2.4 Nhận dạng vân tay [18] 15

2.5 Tổng quan xử lý ảnh [16] 16

2.6 Công nghệ RFID [24] 17

2.7 Giới thiệu phần mềm 18

2.7.1 Arduino IDE [6] 18

iv

2.8 Giới thiệu linh kiện 24

2.8.1 Giơi thiêu vê Module ESP32 CAM [9] 24

2.8.2 Giới thiệu về module ESP32 [21] 26

2.8.3 Cảm biến nhận dạng vân tay AS608 [13] 28

2.8.4 Module Relay [23] 29

2.8.5 Ô khoa điên tư LY-03 [12] 30

2.8.6 Module RFID RC522: [11] 31

2.8.7 Module chuyển đổi FT232RL [19] 32

2.8.8 Bàn phím mềm 4x4 [3] 32

2.8.9 Module tăng áp XL6009 [10] 33

2.8.10 Module giảm áp LM2596 [1] 34

2.8.11 Màn hình LCD 1602 và module I2C [2] 35

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH THIÊT KÊ HÊ THỐNG 37

3.1 Sơ đồ khối hệ thống 37

3.1.1 Yêu cầu đề tài 37

3.1.2 Thiết kế sơ đồ khối 37

3.1.3 Chức năng các khối 37

3.2 Thiết kế đề tài 38

3.2.1 ESP32 CAM 38

3.2.2 ESP32 39

3.2.3 Nguồn 41

CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐ́NG 42

4.1 Thi công sản phẩm 42

4.1.1 Mạch in 42

4.1.2 Mạch in 3D 42

4.1.3 Mạch sau khi thi công 44

4.2 Mô hình sản phẩm và quá trình hoạt động 44

4.2.1 Mô hình sản phẩm 44

4.2.2 Quá trình hoạt động 47

KÊT QUA, NHÂN XET VÀ ĐANH GIA 48

KÊT LUÂN VA ĐỊNH HƯƠNG PHAT TRIỂN 49

TÀI LIÊU THAM KHAO 50

PHỤ LỤC

vi

Bảng 2.1: Thông số ESP32 CAM [9] 24

Bảng 2.2: Thông số ESP32 [21] 27

Bảng 2.3: Thông số kỹ thuật cảm biến vân tay [13] 28

Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật module RFID [11] 31

Bảng 2.5: Thông số kỹ thuật module FT232RL [19] 32

Bảng 2.6: Thông số module XL6009 [10] 34

Bảng 2.7: Thông số kỹ thuật Module LM2596 [1] 35

Bảng 2.8: Thông số module I2C [2] 36

HÌnh 1.1: Khóa then cài [14] 5

Hình 1.2: Khóa dây xích [14] 5

Hình 1.3: Khóa chốt nổi [14] 6

Hình 1.4: Khóa dạng ổ [14] 6

Hình 1.5: Khóa điện tử 7

Hình 1.6: Cơ chế mở̉ khóa [7] 7

Hình 1.7: Khóa vân tay 8

Hình 1.8: Khóa bằng thẻ từ 8

Hình 1.9: Khóa bằng mật khẩu số 9

Hinh 2.1: Sơ đô khôi logic chinh cua hê thông sinh trăc hoc [26] 11

Hình 2.2: Công nghệ phát hiện khuôn mặt [17] 12

Hình 2.3: Hệ thống nhận diện khuôn mặt [15] 13

Hình 2.4: Công nghệ nhận dạng vân tay [18] 16

Hình 2.5: Công Nghệ RFID [24] 17

Hình 2.6: Biểu tượng Arduino IDE [6] 18

Hình 2.7: Giao diện khở̉i tạo phần mềm Arduino IDE 19

Hình 2.8: Ứng dụng telegram trên Google Play 20

Hình 2.9: Tìm kiếm botfather 20

Hình 2.10: Cửa sổ lệnh của botfather 21

Hình 2.11: Thông báo tạo bot thành công 22

Hình 2.12: Tìm kiếm idbot 23

Hình 2.13: Nhận ID User 23

Hình 2.14 Module ESP32- CAM [9] 24

Hình 2.15: Hinh anh cac chân ESP32 Cam [9] 25

Hình 2.16: module ESP32 [21] 26

Hình 2.17: Các chân của ESP32 [21] 27

Hình 2.18 Cảm biến nhận dạng vân tay AS608 [13] 28

Hình 2.19 Relay [23] 29

Hinh 2.20: Ô khoa điên tư LY-03 [12] 30

Hình 2.21: Module RFID RC522 [11] 31

Hình 2.22: Module FT232RL [19] 32

viii

Hình 2.24: Module tăng áp XL6009 [10] 33

Hình 2.25: Module giảm áp LM2596 [1] 34

Hình 2.26: Màn hình LCD 1602 [2] 35

Hình 2.27: Module I2C [2] 36

Hinh 3.1: Sơ đồ khối 37

Hình 3.2: Pin 18650 38

Hình 3.3: Lưu đồ thuật toán ESP32 CAM 39

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý ESP32 40

Hình 3.5: Lưu đồ thuật toán ESP32 40

Hình 3.6: Sơ đồ nguồn của mạch 41

Hình 3.7: Sơ đồ nguồn của khóa điện 41

Hình 4.1: Mạch in khối ESP32 42

Hình 4.2: Mạch in 3D mặt trước 43

Hình 4.3: mạch in 3D mặt sau 43

Hình 4.4: Mạch sau khi thi công 44

Hình 4.5: Mô hình sau khi hoàn thiện 45

Hình 4.6: Lấy địa chỉ IP 46

Hình 4.7: Giao diện web ESP32 CAM 46

Hình 4.8: Cảnh báo gửi về Telegram 47

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT

CHỮ VIẾT TẮT:

IoT: Internet of thing

RFID: Radio Frequency Identification

API: Application Programming Interface

LCD: Liquid Crystal Display

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Từ xưa con người luôn mong muốn chế tạo một thiết bị "biết suy nghĩ và làmviệc giống như con người" Để chế tạo được những con Robot có khả năng "suy nghĩ"

và "tự hoạt động độc lập" gần giống như con người, ngoài các yêu cầu về phần cứng

và phần mềm điều khiển thì yếu tố quan trọng không thể thiếu đó là "thị giác máy tính(Computer Vision)" "Thị giác máy tính" tương tự như "đôi mắt" của con người, nhờ

đó Robot có thể "quan sát" được thế giới xung quanh chú́ng để có thể đưa ra phản ứngvới bên ngoài Vài chục năm qua, con người đã tạo ra các cảm biến, vi xử lý hình ảnhgiống (và ở̉ mức độ nào đó còn tốt hơn) khả năng nhìn của mắt người Những thấukính lớn hơn, hoàn hảo về mặt quang học cùng các điểm ảnh phụ bán dẫn nhỏ tới mứcnano mét giú́p các camera ngày nay có độ chính xác và nhạy đáng kinh ngạc, camera

có thể chụp hàng ngàn ảnh mỗi giây và nhận diện từ xa với độ chính xác cao

Ở nước ta, hoạt động nghiên cứu và thiết kế các hệ thống nhận dạng đang cónhững bước đầu phát triển trong các trường đại học Các đề tài nghiên cứu khoa học và

đồ án trước đây chủ yếu tập trung vào các mảng nhận dạng dấu vân tay để hỗ trợ điềukhiển trong các hệ thống an ninh… Tuy nhiên, các đề tài liên quan tới giao tiếp giữangười và máy tính thông qua nhận dạng khuôn mặt kết hợp với nhận dạng vân tay vẫnchưa được phát triển đầy đủ

Trong thơi đai phat triên hiên nay, vân đê bao mât va an ninh la môt vân đê cưc

ki quan trong va cân thiêt trong cuôc sông, ta co thê thây đươc hang loat cac công nghê

co liên quan va anh hưởng đên vân đê nay đang thúc đây đơi sống phat triên manh me

Tư vân đê an ninh cua cac cơ quan, tru sở cho tơi viêc đam bao an toan cac thiêt bi,nha cưa, công trinh,…Điên hinh như môt thiêt lâp môt hê thông bao vê nha cưa tranh

sư xâm nhâp cua ngươi la cung như vân đê trôm cươp Hê thông đo co thê la môt ôkhoa thông minh đươc ngươi dung cai đăt mât khâu la nhưng con sô, ki tư, hay băngvân tay, khuôn măt,…

Nhận thấy đây là hướng phát triển mới và có tiềm năng ứng dụng cao, đồ án

“Thiết kế va chế tạo khóa thông minh nhậdn diệdn gương mặdt” kết hợp với các biện

pháp bảo mật hiện có như nhận diện vân tay, thẻ từ và mật khẩu để tạo nên một hệ khóa bảo mật đảm bảo an ninh

Thiết kế và chế tạo khóa thông minh nhận diện khuôn mặt

Mục tiêu đề tài

- Nhận diện được khuôn mặt người, nhận diện được vân tay, mở̉ khóa được bằng mật khẩu và RFID

- Tìm hiểu cách thức vận hành của quá trình phát hiện và nhận dạng khuôn mặt

- Nghiên cứu các vấn đề thực tiễn cần giải quyết, đề ra các phương án giải quyết vấn đề khó khăn

- Tìm hiểu cách thức vận hành, kết nối của ESP32 CAM và ESP32

- Tìm hiểu về phần mềm Arduino IDE, cách viết code và cài đặt các thư viện hỗ trợ

Đối tương và phạ dm vi nghiên cứu

a Đối tượng nghiên cứu

- Thiết bị điều khiển trung tâm: ESP32 CAM, ESP32

- Các thiết bị kết nối: màn hình LCD 1602, cảm biến vân tay, RFID, keypad

- Các phương pháp, thuật toán để phục vụ cho việc phát hiện và nhận diện khuônmặt người và vân tay

- Nghiên cứu các bộ thư viện phục vụ cho quá trình xử lý

b Phạ̣m vi nghiên cứu

- Tìm hiểu và sử dụng cảm biến nhận dạng vân tay AS608, ESP32 CAM, ESP32,RFID, Keypad, LCD 1602

- Nghiên cứu, tìm hiểu về nhận dạng khuôn mặt (Face Recognition) và phát hiện khuôn mặt (Face Detection)

- Nghiên cứu cách gửi và nhận dữ liệu qua ứng dụng telegram

Phương pháp nghiên cứu

- Sử dụng phương pháp luận để tìm hiểu, thu thập, phân tích, các tài liệu có liên quan

- Nghiên cứu các thành phần có trong khóa thông minh

Kế́t quả dự kiế́n

Mạch sẽ mở̉ khóa khi nhận dạng được khuôn mặt hoặc đú́ng vân tay, đú́ng thẻ từ

và mặt khẩu hoặc có thể mở̉ khóa qua ứng dụng Có thông báo và cảnh báo về điệnthoại qua ứng dụng, chụp hình gửi về điện thoại khi sai khuôn mặt

Sinh viên thực hiện: Tưở̉ng Thanh Phú́c- Nguyễn Thanh Huy Người hướng dẫn: Ths Trần Duy Chung

Nội dung bố cục

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương 2: Cơ sở̉ lý thuyết

Chương 3: Phân tích thiết kế hệ thống

Chương 4: Thi công hệ thống

Thiết kế và chế tạo khóa thông minh nhận diện khuôn mặt

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Nhu cầu về khó́a thông minh

Hiện nay, với sự phát triển của các ứng dụng điện toán đám mây và các giao tiếpkhông dây, việc “ thông minh hóa’’ các hoạt động trong cuộc sống hằng ngày rất đượcquan tâm và phát triển Bắt đầu từ những thói quen sử dụng điện thoại thông minh, trợ

lí ảo thông minh giú́p sắp xếp thời gian biểu hay thông báo lịch hẹn, hay các ứng dụngtài chính thông minh giú́p cân đối tài chính cá nhân, gia đình… Cho đến những cảnhbáo tắc đường, chỉ đường khi tham gia giao thông, tất cả giờ đây nằm gọn trong tú́iquần của bạn Và tất nhiên, nhà thông minh cũng bắt đầu trở̉ thành một xu thế, khichiếc điện thoại thông minh giú́p ta kiểm soát ngôi nhà của mình qua SMS hay Email

về mọi thứ ta muốn như nhiệt độ phòng, bật tắt đèn từ xa, kiểm soát điện năng tiêuthụ… và quan trọng nhất là vấn đề an ninh cho ngôi nhà của mình

Để đáp ứng nhu cầu đó, khóa thông minh được sinh ra để người dùng có thể bảo

vệ được tài sản của mình và đương nhiên là sẽ đáng tin cậy hơn rất nhiều so với cácloại khóa truyền thống Các loại khóa thông minh hiện nay sử dụng 3 cơ chế khóachính đó là: mở̉ khóa bằng thẻ từ, mở̉ khóa bằng nhận diện vân tay, mở̉ khóa bằngphím số Ngoài những loại khóa thông minh hiên nay, mở̉ khóa bằng “nhận diện khuônmặt” cũng là đề tài về tính bảo mật an ninh cũng đang được nghiên cứu

Không chỉ vậy, khóa thông minh có chức năng chính là tăng cường độ tin cậy vềbảo mật, do nó có thể ứng dụng vào nhiều hệ thống khác nhau như khóa cửa, khóaphòng, khóa cửa tủ, két sắt…

Với hiệu năng làm việc, độ tin cậy và tính ứng dụng cao, khóa thông minh dầntrở̉ thành xu thế tất yếu trong cuộc sống hằng ngày của con người

2.1 Tổng quan về khó́a cửa

2.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của khó́a cửa [14]

Để có được một bộ khóa cửa như hiện nay, khóa cửa đã trải qua nhiều giai đoạnphát triển, có thể tóm lược qua các cột mốc sau:

Đây là những loại “khóa” đơn giản trong giai đoạn con người bắt đầu có ý thức giữ gìn nhà cửa, tránh sự xâm nhập của kẻ gian Khóa cửa dưới dạng then cài có kết

Sinh viên thực hiện: Tưở̉ng Thanh Phú́c- Nguyễn Thanh Huy Người hướng dẫn: Ths Trần Duy Chung

cấu khá đơn giản nhưng ngược lại cũng có tác dụng khá hữu hiệu trong việc đảm bảo

an ninh cho chủ nhà

Hình 1.1: Khóa then cài [14]

Bước phát triển hơn nữa, người ta đã biết sử dụng dây xích nối một đầu bên cửa

và một đầu cố định (để giữ cửa khỏi mở̉ ra bằng cách mấu điểm cuối của sợi dây vớimột cái móc nằm ở̉ mặt sau của cánh cửa)

Hình 1.2: Khóa dây xích [14]

Thiết kế và chế tạo khóa thông minh nhận diện khuôn mặt

Là hình thức biến thể của then cài và dây xích Đó là một thanh hình dẹp bằngkim loại gắn nổi trên cánh cửa, để giữ cửa khỏi mở̉ ra bằng cách chốt (cài) vào khungbao của bộ cửa

Hình 1.3: Khóa chốt nổi [14]

Những bộ khóa cửa đầu tiên ra đời rất đơn giản thường làm bằng gỗ ( loại tốt)với hệ chìa chữ L rất đơn giản

Khi các vật liệu bằng kim loại phát triển ổ khóa cửa chuyển qua làm bằng kimloại rắt đa dạng về kiểu dáng, hoa văn, màu sắc, nhưng chung quy ta lại có thể phânbiệt từng giai đoạn của nó thông qua hệ chìa

Hình 1.4: Khóa dạng ổ [14]

Sinh viên thực hiện: Tưở̉ng Thanh Phú́c- Nguyễn Thanh Huy Người hướng dẫn: Ths Trần Duy Chung

Ngày nay với những tiến bộ trong ngành kỹ thuật điện, điện tử… chú́ng ta cònthấy những loại khóa không sử dụng những loại chìa truyền thống mà dùng các hìnhthức khác để mở̉ như thẻ từ, vân tay, mật khẩu,…

Hình 1.5: Khóa điện tử

2.1.2 Tìm hiểu các loạ̣i khó́a trên thị trường hiện nay

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại khóa cửa, rất đa dạng về mẫu mã và chủng loại đáp ứng các nhu cầu khác nhau của khách hàng:

Gồm hai phần là ổ khóa và chìa khóa, làm bằng kim loại cứng và nhiều hìnhdạng Khóa được mở̉ khi có chìa khóa với các mép răng trên mép khóa đú́ng với thứ tựcác chốt nhỏ trong ổ khóa nhằm nâng các chốt nhỏ đó lên gây mất tác dụng ổ khóa

Hình 1.6: Cơ chế mở̉ khóa [7]

Thiết kế và chế tạo khóa thông minh nhận diện khuôn mặt

Khóa vân tay hay khóa cửa bằng vân tay là loại khóa dùng vân tay thay cho chìa khóa để mở̉ cửa

Hình 1.7: Khóa vân tay

Khóa từ là một loại khóa được làm bằng kim loại, nhưng thay vì cách đú́t chìavào xoay để mở̉ như khóa cơ thông thường thì sẽ sử dụng 1 thẻ từ ( hình dáng giốngnhư thẻ ATM ) để đóng mở̉ Khóa từ còn có tên tiếng Anh là Nopass

Hình 1.8: Khóa bằng thẻ từ

Sinh viên thực hiện: Tưở̉ng Thanh Phú́c- Nguyễn Thanh Huy Người hướng dẫn: Ths Trần Duy Chung

Loại khóa này sử dụng mật mã bằng số đã được lập trình, cài đặt từ trước để mở̉ khóa thay cho cách mở̉ khóa bằng chìa thông thường.

Hình 1.9: Khóa bằng mật mã số

Thiết kế và chế tạo khóa thông minh nhận diện khuôn mặt

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Công nghệd sinh trắc và bảo mậdt [5]

Sinh trắc học hay Công nghệ sinh trắc học (tiếng Anh: Biometric) là công nghệ

sử dụng những thuộc tính vật lý, đặc điểm sinh học riêng của mỗi cá nhân như vân tay,khuôn mặt, mống mắt, tĩnh mạch,…để nhận diện, xác thực bảo mật

Nhiều công nghệ sinh trắc đã và đang được phát triển, một số chú́ng đang được

sử dụng trong các ứng dụng thực tế và phát huy hiệu quả cao Các đặc trưng sinh trắcthường được sử dụng là vân tay, gương mặt, mống mắt, tiếng nói Mỗi đặc trưng sinhtrắc có điểm mạnh và điểm yếu riêng, nên việc sử dụng đặc trưng sinh trắc cụ thể làtùy thuộc vào yêu cầu của mỗi ứng dụng nhất định Các đặc trưng sinh trắc có thể được

so sánh dựa vào các yếu tố sau: tính phổ biến, tính phân biệt, tính ổn định, tính thuthập, hiệu quả, tính chấp nhận Trong yêu cầu về bảo mật và tìm kiếm, tính phân biệt(hai người khác nhau thì đặc trưng sinh trắc này phải khác nhau) và ổn định (đặc trưngsinh trắc này không thay đổi theo từng giai đoạn thời gian tương ứng với hạng mục đốisánh nhất định) được quan tâm nhiều hơn cả Vân tay đã được biết tới với tính phânbiệt (tính chất cá nhân) và ổn định theo thời gian cao nhất, vì vậy nó là đặc trưng sinhtrắc được sử dụng rộng rãi nhất Nhận dạng sinh trắc đề cập đến việc sử dụng các đặctính hành vi và thể chất (ví dụ: vân tay, gương mặt, chữ kí…) có tính chất khác biệt đểnhận dạng một người một cách tự động Nhận dạng vân tay và nhận dạng khuôn mặtđược xem là một trong những kỹ thuật nhận dạng hoàn thiện và đáng tin cậy nhất.Trong các tổ chức, cơ quan an ninh, quân sự, hành chính, khoa học… luôn có nhu cầukiểm tra và trả lời các câu hỏi: “người này có phải là đối tượng đó hay không?”,

“người này có được quyền truy cập và sử dụng thiết bị đó?”, “người này có được biếtnhững thông tin đó?”… Phương pháp dựa vào thẻ bài truyền thống (ví dụ dùng chìakhóa…), phương pháp dựa vào trí thức (ví dụ dùng mật khẩu và PIN – PersonalIdentification Number) đã được sử dụng phổ biến nhưng thực tế đã chứng minh làkhông hiệu quả vì tính an toàn không cao Người ta nhận thấy các đặc trưng sinh trắckhông thể dễ dàng bị thay thế, chia sẻ hay giả mạo , chú́ng được xem là đáng tin cậyhơn trong nhận dạng một người so với các phương pháp trên Vân tay và khuôn mặt lànhững đặc điểm khá đặc biệt của con người bở̉i vì tính đa dạng của nó, mỗi người sở̉hữu một dấu vân tay và khuôn mặt khác nhau Chưa có thông tin trường hợp mà cónhững người cùng dấu vân tay và khuôn mặt trùng nhau Bằng việc sử dụng vân tay và

Sinh viên thực hiện: Tưở̉ng Thanh Phú́c- Nguyễn Thanh Huy Người hướng dẫn: Ths Trần Duy Chung

khuôn mặt, việc xác nhận một người có thể được thực hiện bằng một hệ thống nhậndạng vân tay và khuôn mặt hoàn toàn an toàn.

Theo thống kê, mật khẩu hiện nay đã có nhiều phương pháp bị tấn công và bị

kẻ gian đánh cắp khá dễ dàng Đây là vấn đề khiến cho người dùng cảm thấy đau đầu.Nếu đặt mật khẩu quá dài và phức tạp sẽ khiến người dùng khó nhớ, đặt mật khẩungắn lại dễ bị các hacker đánh cắp, chiếm đoạt tài sản của người dùng Do vậy, giảipháp xác thực sinh trắc học đang được người dùng hướng đến và sẽ phát triển mạnh

mẽ ngay trong tương lai gần

Hinh 2.1: Sơ đô khôi logic chinh cua hê thông sinh trăc hoc [26]

2.2 Phát hiệdn khuôn mặdt [15]

Face detection (phát hiện khuôn mặt) là tính năng dùng để phát hiện có sự hiệndiện của khuôn mặt con người mà không so sánh sự khác nhau giữa các khuôn mặt.Phát hiện khuôn mặt là việc làm tiên quyết khi cần đi sâu vào bất cứ một bài toán, tác

vụ nào đối với xử lý khuôn mặt Việc khoanh vùng cũng như xác định chính xác vị trívật thể nhằm mục đích loại bỏ phần nhiễu, phần hình ảnh không thuộc đối tượng, có

Thiết kế và chế tạo khóa thông minh nhận diện khuôn mặt

khả năng làm tăng đáng kể độ chính xác đối với các nhiệm vụ như phân tích, phân loại

dự đoán sau đó

Hình 2.2: Công nghệ phát hiện khuôn mặt [17]

2.3 Nhận dạng khuôn mặt [25]

Nhân dang khuôn măt là một ứng dụng máy tính tự động xác định hoặc nhậndạng một người nào đó từ một bức hình ảnh kỹ thuật số hoặc một khung hình video từmột nguồn video Một trong những cách để thực hiện điều này là so sánh các đặc điểmkhuôn mặt chọn trước từ hình ảnh và một cơ sở̉ dữ liệu về khuôn mặt

Hệ thống này thường được sử dụng trong các hệ thống an ninh và có thể được sosánh với các dạng sinh trắc học khác như các hệ thống nhận dạng vân tay hay tròngmắt

Các công ty lớn như Facebook, Apple và Google đang tích cực nghiên cứu vấn

đề này để cung cấp các dịch vụ như tìm kiếm trực quan, tự động gắn thẻ bạn bè trongcác bài đăng trên phương tiện truyền thông xã hội và khả năng sử dụng khuôn mặt củabạn để mở̉ khóa điện thoại di động, hay có thể thanh toán dịch vụ Các cơ quan thựcthi pháp luật cũng rất quan tâm, chủ yếu để nhận diện khuôn mặt trong hình ảnh kỹthuật số

Sinh viên thực hiện: Tưở̉ng Thanh Phú́c- Nguyễn Thanh Huy Người hướng dẫn: Ths Trần Duy Chung

Phát hiện tội phạm nguy hiểm công nghệ nhận dạng khuôn mặt đang được một

số lực lượng cảnh sát sử dụng để hỗ trợ vào việc thực thi pháp luật Ví dụ, các nhânviên ở̉ Ireland có ý định sử dụng công nghệ này để giú́p xác định các nghi phạm ở̉ cáckhu vực đông đú́c Các nhân viên ở̉ New York đã sử dụng công nghệ này để bắt giữmột nghi can trong vụ hỏa hoạn

Ngoài ra, các sĩ quan cảnh sát Trung Quốc tại đường sắt cao tốc Zhengzhou Eastở̉ thủ phủ tỉnh Hà Nam cũng đang sử dụng công nghệ này để giú́p xác định các nghiphạm Hệ thống của họ sử dụng thiết bị di động được kết nối với máy ảnh, được gắntrên một cặp kính râm

Quét khuôn mặt để mở̉ khóa điện thoại “Mở̉ khóa bằng khuôn mặt” là tính năngcho phép mở̉ khóa điện thoại thông minh, cụ thể ở̉ đây là Android bằng cách sử dụng

“bản thiết kế”, tức là bản đồ cấu trú́c độc đáo của khuôn mặt Vào tháng 6/2018, theoeWeek.com, Google đã cấp bằng sáng chế một công nghệ có thể biến những biểu cảmtrên khuôn mặt như một cái nháy mắt, một nụ cười,… thành một mã để mở̉ khóa cácthiết bị Hi vọng điều này sẽ khó khăn hơn để giả mạo

Hỗ trợ trong việc thanh toán vào tháng 7/2018, một công ty Phần Lan, Uniqul đãtạo ra một hệ thống có thể thanh toán tiền thông qua nhận dạng khuôn mặt Tại mộtcửa hàng, thay vì thanh toán bằng tiền mặt hoặc thẻ tín dụng, chỉ cần đưa ra một biểucảm cho máy quét để mua hàng Một bài báo của Huffington Post mô tả công nghệmới này, họ đã sử dụng nhận dạng khuôn mặt làm phương pháp bảo mật chính

Thiết kế và chế tạo khóa thông minh nhận diện khuôn mặt

Hình 2.3: Hệ thống nhận dạng khuôn mặt [15]

Có hai phương pháp nhận dạng khuôn mặt đó là nhận dạng truyền thống (2D)

và nhận dạng 3D:

2.3.1 Nhận dạng truyền thông.

Một số thuật toán nhận dạng khuôn mặt xác định các đặc điểm khuôn mặt bằngcách trích xuất các ranh giới, hoặc đặc điểm, từ một hình ảnh khuôn mặt của đốitượng Ví dụ, một thuật toán có thể phân tích các vị trí tương đối, kích thước, và/hoặchình dạng của mắt, mũi, gò má, và cằm Những tính năng này sau đó được sử dụng đểtìm kiếm các hình ảnh khác với các tính năng phù hợp Các thuật toán bình thường hóamột bộ sưu tập các hình ảnh khuôn mặt và sau đó nén dữ liệu khuôn mặt, chỉ lưu dữliệu hình ảnh nào là hữu ích cho việc nhận dạng khuôn mặt Một hình ảnh mẫu sau đóđược so sánh với các dữ liệu khuôn mặt Một trong những hệ thống thành công sớmnhất dựa trên các kỹ thuật phù hợp với mẫu áp dụng cho một tập hợp các đặc điểmkhuôn mặt nổi bật, cung cấp một dạng đại diện của khuôn mặt được nén

Các thuật toán nhận dạng có thể được chia thành hai hướng chính, là hình học, đó

là nhìn vào tính năng phân biệt, hoặc trắc quang (đo sáng), là sử dụng phương pháp

Sinh viên thực hiện: Tưở̉ng Thanh Phú́c- Nguyễn Thanh Huy Người hướng dẫn: Ths Trần Duy Chung

thống kê để 'chưng cất' một hình ảnh thành những giá trị và so sánh các giá trị với các mẫu để loại bỏ chênh lệch.

Các thuật toán nhận dạng phổ biến bao gồm Principal Component Analysis (Phép phân tích thành phần chính) sử dụng các khuôn mặt riêng, Linear Discriminate

Analysis (Phân tích biệt tuyến tính), Elastic Bunch Graph Matching sử dụng thuật toán

Fisherface, các mô hình Markov ẩn, Multilinear Subspace Learning (Luyện nhớ không gian con đa tuyến) sử dụng đại diện cơ căng, và theo dõi liên kết động thần kinh.

2.3.2 Nhận dạng 3D

Một xu hướng mới nổi lên, tuyên bố cải thiện được độ chính xác, là nhận dạngkhuôn mặt ba chiều Kỹ thuật này sử dụng các cảm biến 3D để nắm bắt thông tin vềhình dạng của khuôn mặt Thông tin này sau đó được sử dụng để xác định các tínhnăng đặc biệt trên bề mặt của một khuôn mặt, chẳng hạn như các đường viền của hốcmắt, mũi và cằm

Một lợi thế của nhận dạng khuôn mặt 3D là nó không bị ảnh hưở̉ng bở̉i những thayđổi trong ánh sáng như các kỹ thuật khác Nó cũng có thể xác định một khuôn mặt từmột loạt các góc nhìn, trong đó có góc nhìn nghiêng Các điểm dữ liệu ba chiều từ mộtkhuôn mặt cải thiện lớn độ chính xác cho nhận dạng khuôn mặt Nghiên cứu 3D đượctăng cường bở̉i sự phát triển của các bộ cảm biến tinh vi giú́p nắm bắt hình ảnh chụpkhuôn mặt 3D được tốt hơn Các cảm biến hoạt động bằng cách chiếu ánh sáng có cấutrú́c lên gương mặt Hàng chục hoặc nhiều hơn nữa các bộ cảm biến hình ảnh này cóthể được đặt lên trên cùng một con chip CMOS-mỗi cảm biến sẽ thu một phần khácnhau của hình ảnh

Ngay cả một kỹ thuật 3D hoàn hảo cũng có thể gặp khó khăn bở̉i các sắc tháibiểu cảm trên gương mặt Để đạt được mục tiêu đó một nhóm tại Technion (viện côngnghệ Israel tại Haifa) đã áp dụng các công cụ từ hình học metric để giải quyết các biểu

lộ cảm xú́c như phép đẳng cự Một công ty có tên Vision Access tạo ra một giải phápvững chắc cho nhận dạng khuôn mặt 3D Công ty này sau đó đã được mua lại bở̉i công

ty truy cập sinh trắc học Bioscrypt Inc Công ty đã phát triển một phiên bản được gọi

là 3D FastPass

Thiết kế và chế tạo khóa thông minh nhận diện khuôn mặt

2.4 Nhậdn dạ dng vân tay [18]

Ngày nay, người ta cũng lợi dụng các đặc điểm riêng biệt của vân tay để xâydựng các hệ thống bảo mật các thông tin riêng tư cho người sở̉ hữu chú́ng, từ việcdùng các ổ khóa vân tay thay thế cho các ổ khóa thông thường cho đến việc dùng vântay thay thế mật khẩu đã quá phổ biến trong thời đại công nghệ thông tin Người ta chỉcần quét dấu vân tay của mình qua các thiết bị chức năng là có thể mở̉ được một cánhcửa, đăng nhập vào hệ thống máy vi tính, qua một phòng bí mật hay các trạm bảo vệ bímật Đó là giải pháp an ninh tuyệt đối cho những yêu cầu bảo mật của con người trongnhiều lĩnh vực như: Kiểm soát an ninh trong các cơ quan của Chính phủ, trong quânđội, ngân hàng, trung tâm lưu trữ dữ liệu hoặc để kiểm soát ra vào của nhân viên tạicác trung tâm thương mại, các tập đoàn, các đại sứ quán

Trong lĩnh vực quản lý nhân sự, phương pháp nhận dạng vân tay còn hỗ trợ đắclực cho việc quản lý và chấm công tại các nhà máy, xí nghiệp, công ty bằng máy cácmáy chấm công vân tay Tuy nhiên, phổ biến nhất có lẽ là dấu vân tay của chú́ng taqua mặt sau của chứng minh thư để xác định một cách nhanh nhất các đặc điểm, hồ sơcủa một công dân đã được lưu trong cơ sở̉ dữ liệu

Hình 2.4: Công nghệ nhận dạng vân tay

[18] 2.5 Tổng quan xử lý ảnh [16]

Sinh viên thực hiện: Tưở̉ng Thanh Phú́c- Nguyễn Thanh Huy Người hướng dẫn: Ths Trần Duy Chung

Xử lý ảnh là đối tượng nghiên cứu của lĩnh vực thị giác máy, là quá trình biếnđổi từ một ảnh ban đầu sang một ảnh mới với các đặc tính và tuân theo ý muốn củangười sử dụng Xử lý ảnh có thể gồm quá trình phân tích, phân lớp các đối tượng, làmtăng chất lượng, phân đoạn và tách cạnh, gán nhãn cho vùng hay quá trình biên dịchcác thông tin hình ảnh của ảnh.

Cũng như xử lý dữ liệu bằng đồ hoạ, xử lý ảnh số là một lĩnh vực của tin học ứngdụng Xử lý dữ liệu bằng đồ họa đề cập đến những ảnh nhân tạo, các ảnh này đượcxem xét như là một cấu trú́c dữ liệu và được tạo bở̉i các chương trình Xử lý ảnh sốbao gồm các phương pháp và kỹ thuật biến đổi, để truyền tải hoặc mã hoá các ảnh tựnhiên Mục đích của xử lý ảnh gồm:

- Biến đổi ảnh làm tăng chất lượng ảnh

- Tự động nhận dạng ảnh, đoán nhận ảnh, đánh giá các nội dung của ảnh

Nhận biết và đánh giá các nội dung của ảnh là sự phân tích một hình ảnh thànhnhững phần có ý nghĩa để phân biệt đối tượng này với đối tượng khác, dựa vào đó ta

có thể mô tả cấu trú́c của hình ảnh ban đầu Có thể liệt kê một số phương pháp nhậndạng cơ bản như nhận dạng ảnh của các đối tượng trên ảnh, tách cạnh, phân đoạn hìnhảnh,… Kỹ thuật này được dùng nhiều trong y học (xử lý tế bào, nhiễm sắc thể), nhậndạng chữ trong văn bản

2.6 Công nghệd RFID [24]

RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ nhận dạng đối tượng bằngsóng vô tuyến Công nghệ này cho phép nhận biết các đối tượng thông qua hệ thốngthu phát sóng radio, từ đó có thể giám sát, quản lý hoặc lưu vết từng đối tượng Một hệthống RFID thường bao gồm 2 thành phần chính là thẻ tag (chip RFID chứa thông tin)

và đầu đọc (reader) đọc các thông tin trên chip

Điểm cộng của công nghệ RFID là có thể đọc được dữ liệu qua đường dẫn vôtuyến ở̉ khoảng cách từ 50cm – 10m – một con số cực kỳ ấn tượng Khác với những

mã vạch thông thường, RFID không sử dụng tia sáng và tiếp xú́c vật thể trực tiếp

Thiết kế và chế tạo khóa thông minh nhận diện khuôn mặt

Thậm chí, RFID còn đọc dữ liệu xuyên qua các vật liệu như: bê tông, tảng băng,

đá, sơn,…, trong điều kiện khắc nghiệt Đây là một lợi thế của RFID mà không thể tìmthấy ở̉ bất kỳ công nghệ hoặc mã vạch nào

Hình 2.5: Công nghệ RFID [24]

Hoạt động của hệ thống RFID:

Đầu đọc thẻ sẽ phát ra sóng điện từ ở̉ một tần số nhất định rồi truyền qua thiết bịphát mã (Antenne) đến thẻ RFID trong vùng hoạt động Khi ấy, thẻ RFID sẽ thu nhậntần số đó và phát lại cho hệ thống RFID biết mã số của mình Lú́c này, đầu đọc sẽ biếtđược thẻ nào đang hoạt động trong vùng sóng điện từ

Trong quá trình hoạt động, hệ thống RFID sẽ kích hoạt một số tính năng hữu íchnhư:

- Thẻ kích hoạt cảnh báo trong quá trình di chuyển

- Cho phép người đọc và thẻ tương tác với nhau

- Dữ liệu được đọc và lưu trữ tự động

- Thẻ có thể mang mã của một sản phẩm duy nhất hoặc được tiêu chuẩn hóa

- Dữ liệu của thẻ tương thích với hệ thống WMS và ERP

Sinh viên thực hiện: Tưở̉ng Thanh Phú́c- Nguyễn Thanh Huy Người hướng dẫn: Ths Trần Duy Chung

- Tính năng bảo mật cao, khó sao chép hoặc giả mạo.

2.7 Giới thiệdu phần mềm

2.7.1 Arduino IDE [6]

Arduino IDE là phần mềm mã nguồn mở̉ trọng điểm được sử dụng để viết vàbiên dịch mã vào module Arduino

Hình 2.6: Biểu tượng Arduino IDE [6]

Môi trường lập trình Arduino IDE có thể chạy trên ba nền tảng phổ biến nhấthiện nay là Windows, Macintosh OSX và Linux Do có tính chất nguồn mở̉ nên môitrường lập trình này hoàn toàn miễn phí và có thể mở̉ rộng thêm bở̉i người dùng cókinh nghiệm

Ngôn ngữ lập trình có thể được mở̉ rộng thông qua các thư viện C++ Và dongôn ngữ lập trình này dựa trên nền tảng ngôn ngữ C của AVR nên người dùng hoàntoàn có thể nhú́ng thêm code viết bằng AVR C vào chương trình nếu muốn