Thiết kế chế tạo hệ thống chống trộm trên xe gắn máy sử dụng thiết bị công nghệ cao

Trong quá trình thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ, tôi chân thành cám ơn đến các cá nhân, tập thể đã hết lòng giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài luận văn: Về phía Trường Đại học Sư phạm Kỹ t

LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM MINH ĐẨU

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM TRÊN XE GẮN MÁY SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ CAO

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116

S K C0 0 4 6 4 5

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC

Ngày, tháng, năm sinh: 07/01/1989 Nơi sinh: Long An

Quê quán: Long Khê, Cần Đước, Long An Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 132 Ấp 2, Long Khê, Cần Đước

Long An

Điện thoại cơ quan: 08.62771734 Điện thoại nhà riêng: 0934156112 Fax: E-mail: dauckd07@gmail.com

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO

Hệ đào tạo: chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2007 đến 01/ 2012

Nơi học trường, thành ph : Trường đại học Sư Phạm K Thuật TP.HCM Ngành học: Cơ Khí Động L c

Tên đồ án, luận án hoặc môn thi t t nghiệp: Thi công mô hình động cơ

commonrail Toyota Hiace

Ngày & nơi o vệ đồ án, luận án hoặc thi t t nghiệp: 12 tháng 1 năm 2012, trường đại học Sư Phạm K Thuật TP.HCM

Người hướng dẫn: ThS Phan Nguyễn Quí Tâm

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Từ 11/2014 đến nay Trường Cao đẳng nghề s

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các s liệu, kết qu nêu trong luận văn là trung th c và chưa từng được ai công trong ất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 10 năm 2015

Ký tên và ghi rõ họ tên

Phạm Minh Đẩu

LỜI CẢM ƠN

Trong 2 năm học cao học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh, tôi đã được tiếp thu được nhiều kiến thức mới đặc biệt là kiến thức chuyên môn từ quý Thầy, Cô Đây là nền tảng trong việc nghiên cứu và phát triển chuyên môn và đồng thời nâng cao được hiệu quả làm việc cũng như trong công tác giảng dạy sau này của tôi

Trong quá trình thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ, tôi chân thành cám ơn đến các cá nhân, tập thể đã hết lòng giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài luận văn:

Về phía Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM, Tôi xin chân thành cám ơn:

Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi theo học lớp cao học chuyên ngành kỹ thuật

cơ khí đ ng lực

2013-2015 đã trang bị cho tôi nhiều kiến thức nền tảng giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp

giúp tôi hoàn thành tập luận văn này

hoàn thiện n i dung tập luận văn

TP.HCM đã tận tình giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện luận văn

Về phía nơi công tác trường Cao đẳng nghề số 7, tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa Công nghệ ô tô đã tạo điều kiện và giúp đỡ tận tình để tôi tham gia khóa học và hoàn thành tốt luận văn này

TP Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 10 năm 2015

Học viên Phạm Minh Đẩu

T M TẮT

Đề tài “Thiết kế chế tạo hệ th ng ch ng trộm trên xe gắn máy sử dụng thiết

bị công nghệ cao” sử dụng công nghệ sinh trắc học trong việc b o mật thiết bị Đề tài sử dụng các công nghệ cao như: Nhận dạng vân tay, định vị toàn cầu (GPS), GSM…để đ m b o tính b o mật và linh hoạt của hệ th ng Các tính năng cơ n của hệ th ng:

+ Kích hoạt hoặc tắt nguồn xe (bật/tắt ch ng trộm), khởi động và tắt động cơ qua vân tay

+ Kích hoạt hoặc tắt khóa cổ xe từ xa qua tin nhắn, tắt chế độ áo động xe + Kiểm tra tình trạng hệ th ng trên xe hiện tại qua tin nhắn

+ Cài đặt vân tay người sửa dụng, đổi mật khẩu, đổi s thuê bao chủ qu n, truy xuất mật khẩu xe, kiểm tra tài kho n sim hoạt động trên xe, áo động xe khi sai vân tay

+ Kích hoạt hoặc tắt chế độ ch ng dắt trên xe

+ Tìm xe qua tọa độ của xe trên b n đồ, tìm xe trong c ly ngắn

Đề tài sử dụng module nhận dạng vân tay để xác định chủ qu n của xe, định

vị toàn cầu GPS để xác định vị trí của xe, module SIM để nhận lệnh điều khiển hệ

th ng từ chủ xe Bộ điều khiển nhận dữ liệu từ các module thông qua cổng UART,

xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển đến các bộ chấp hành, đồng thời nó cũng gửi tín hiệu ph n hồi về chủ qu n xe dưới dạng tin nhắn qua GSM

Kết qu đã hoàn thành mô hình và th c nghiệm trên xe với các tính năng cơ

b n, thử nghiệm độ ổn định của hệ th ng với sai s khá nhỏ

ABSTRACT

The project entitled “The Design and Development of Motorcycle Anti-theft Alarm System Using High-tech Devices” aims at designing and developing a security system for motorcycles usingbiometric technology for securing devices The present system integrates Fingerprint Biometric Identification System (FBIS) with Global Positioning System (GPS) and Global System for Mobile Communications (GSM) to ensure the security and operation of the system

The system consists of the main functions as follows:

 Turn on/off the ignition (activate/ deactivate the system), start/ stop the motorcycle engine with the fingerprint scanned on the system

 Lock/ unlock the start motorcycle engineby remote SMS, turn off the alarm mode

 Check the status of the system via remote SMS

 Set fingerprints to allow or disallow people to ride the motorcycle, change PIN and mobile subscriber number, disarm using PIN override, check the account

of the SIM card built in the system, alert the owner if the fingerprint does not matchwith those stored in the memory of the system

 Switch on/off the anti-theft mode on vehicle

 Track motorcycle real-time location using motorcycle map, find the motorcycle in a short distance

The system uses Fingerprint Biometric Identification Module to recognize/identify the authorized owner of the motorcycle, GPS module to determine the position of the motorcycle, SIM module to receive commands from the owner The control unit receives data from the modules through the Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) device, handles and converts them to parallel data to communicate back to the owner under the form of messages via GSM

The system has finished building the model and experimenting on the motorcycle with some major functions, which results in a rather high level of stability of the system

MỤC LỤC

Quyết định giao đề tài

Lý lịch cá nhân i

Lời cam đoan iii

C m tạ iii

Tóm tắt iv

Mục lục vi

Danh sách các chữ viết tắt ix

Danh sách các hình xi

Danh sách các ng xiv

Chương 1 TỔNG QUAN xiv

1.1Tổng quan về hướng nghiên cứu 1

1.1.1 Giới thiệu 1

1.1.2 Tổng quan kết qu nghiên cứu trong và ngoài nước 2

1.1.2.1 Các đề tài nghiên cứu trong nước 2

1.1.2.2 Các đề tài nghiên cứu ngoài nước 4

1.2 Lý do chọn đề tài 8

1.3 Mục đích nghiên cứu của đề tài 8

1.4 nghĩa khoa học và th c tiễn của đề tài 9

1.5 Khách thể và đ i tượng nghiên cứu 10

1.6 Nhiệm vụ nghiên cứu 10

1.7 Giới hạn của đề tài 11

1.8 Phương pháp nghiên cứu 11

1.9 Kế hoạch th c hiện 11

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14

2.1 Dấu vân tay và một s đặc trưng nhận dạng 14

2.2 C m iến nhận dạng vân tay 16

2.2.1 Dấu vân tay gián tiếp 16

2.2.2 Dấu vân tay tr c tiếp live scanner fingerprint 17

2.3 Cấu trúc của một hệ th ng nhận dạng vân tay 18

2.4 Hệ th ng định vị toàn cầu GPS và các thành phần cơ n 20

2.4.1 Hệ th ng định vị toàn cầu GPS - Global Positioning System) 20

2.4.2 Các thành phần cơ n của hệ th ng định vị toàn cầu 21

2.5 Hoạt động của hệ th ng GPS 25

2.6 Nguyên lý định vị và cách xác định vị trí định vị 25

2.6.1 Nguyên lý định vị GPS 25

2.6.2 Xác định kho ng cách gi để định vị 27

2.6.2.1 Định nghĩa kho ng cách gi 27

2.6.2.2 Xác định vị trí từ các kho ng cách gi 27

2.6.2.3 Nguyên tắc xác định vị trí 1 điểm 28

2.6.2.4 Tính vị trí user từ kho ng cách 28

2.7 Thành phần tín hiệu GPS 29

Chương 3 GIỚI THIỆU CÁC MODULE SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG 31

3.1 Giao tiếp cổng n i tiếp UART 31

3.1.1 Truyền thông n i tiếp không đồng ộ 31

3.1.2 Định dạng dữ liệu truyền thông n i tiếp không đồng ộ 33

3.1.3 Truyền thông n i tiếp không đồng ộ giữa hai nút 34

3.2 Module nhận dạng vân tay R305 35

3.2.1 Quá trình nhận diện vân tay trong module vân tay 35

3.2.2 Kết n i module với thiết ị 36

3.3 Giới thiệu module GPS NEO - 6m 36

3.4 Module GSM/GPRS SIM900A 37

3.5 Vi xử lý ARM Cortex M3 37

Chương 4 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 40

4.1 Sơ đồ tổng quát hệ th ng 40

4.2 Hoạt động của hệ th ng 50

4.3 Thuật toán điều khiển hệ th ng 55

4.3.1 Thuật toán xác định sai lệch tọa độ với GPS 55

4.3.2 Thuật toán điều khiển hệ th ng 56

4.4 Thiết kế ứng điện thoại điều khiển hệ th ng 61

Chương 5 THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 63

5.1 Th c nghiệm 63

5.1.1 Điều kiện th c nghiệm 63

5.1.2 Quá trình th c nghiệm 64

5.2 Đánh giá kết qu 75

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 77

6.1 Kết luận 77

6.1.1 Kết qu đạt được 77

6.1.2 Những vấn đề tồn tại 77

6.2 Hướng phát triển của đề tài 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

PHỤ LỤC 80

CCD – Charge Coupled Device

CDI – Capacitor Discharge Ignition

CPU – Central Processing Unit

CTS – Clear To Send

DC – Direct Current

DCE – Data Communication Equipment

DSP – Digital Signal Processing

DTE – Data Terminal Equipment

FBI – Federal Bureau of Investigation

GIS – Geographic Information System

GPS – Global Positioning System

GSM – Global System for Mobile Communications

LED – Light Emitting Diode

LSB – Least Significant Bit

MCU – Micro Control Unit

MSB – Most Significant Bit

MSB – Most Significant Bit

P-code – precision code

PLC – Programmable Logic Device

PRN – Pseudo Random Noise

RF – Radio frequency

RTS – Request To Send

SID – State Identification Number

SIM – Subcriber Identity Module

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1: Khóa cửa vân tay của ADEL 7

Hình 1.2: Hệ th ng ch ng trộm SID trên ô tô 8

Hình 2.1: Vân lồi và vân lõm trên ngón tay 14

Hình 2.2: Vị trí các điểm core trên vân tay 15

Hình 2.3: Các phân lớp chính của vân tay 15

Hình 2.4: Các đặc trưng phổ iến trên vân tay 16

Hình 2.5: C m iến vân tay quang học 18

Hình 2.6: Cấu trúc cơ n của hệ th ng nhận dạng vân tay 19

Hình 2.7: Mô t về hệ th ng GPS 20

Hình 2.8: Các thành phần cơ n của hệ th ng định vị toàn cầu GPS 21

Hình 2.9: Sơ đồ trí các vệ tinh trong không gian của hệ th ng GPS 22

Hình 2.10: Vị trí các trạm trong ộ phận điều khiển của hệ th ng GPS 23

Hình 2.11: Sơ đ kh i máy thu tín hiệu GPS 24

Hình 2.12: Nguyên tắc định vị toàn cầu tổng quát 26

Hình 2.13: Các dạng sóng nhận từ thiết ị thu tín hiệu GPS 30

Hình 3.1: Tín hiệu truyền ký t A trong truyền thông UART 31

Hình 3.2: Kết n i đơn gi n trong truyền thông n i tiếp 34

Hình 3.3: Kết n i truyền thông n i tiếp dùng tín hiệu ắt tay 34

Hình 3.4: Module nhận dạng vân tay R305 35

Hình 3.5: Module GPS NEO-6M 37

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý Kit STM32F103C8T6 39

Hình 3.7: Board Kit STM32F103C8T6 39

Hình 4.1: Sơ đồ tổng quát hệ th ng ch ng trộm 40

Hình 4.2: Nguyên lý mạch chuyển điện áp sơ cấp sang tín hiệu xung vuông 41

Hình 4.3: Board chuyển tín hiệu điện áp cuộn sơ cấp sang xung vuông 42

Hình 4.4: Tín hiệu t c độ động cơ xe máy hoạt động ở chế độ cầm chừng 42

Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý nút nhấn trên giao diện 43

Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý Led hiển thị trên giao diện 43

Hình 4.7: Giao diện hệ th ng ch ng trộm khi hoàn thành 44

Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý kết n i các module với MCU 45

Hình 4.9: Module relay 5V-4 kênh điều khiển ộ chấp hành 45

Hình 4.10: Sơ đồ trí vị trí ch ng trộm trên c m iến vị trí trục khuỷu 46

Hình 4.11: Sơ đồ trí vị trí ch ng trộm trên c m iến góc nghiên 47

Hình 4.12: Sơ đồ trí vị trí ch ng trộm trên c m iến góc nghiên trên xe SH điều khiển qua Engine Stop Relay 48

Hình 4.13: Sơ đồ trí vị trí ch ng trộm trên công tắc chân ch ng cạnh 48

Hình 4.14: Sơ đồ trí vị trí ch ng trộm trên IC đánh lửa dạng AC-CDI 49

Hình 4.15: Sơ đồ trí vị trí ch ng trộm trên IC đánh lửa dạng DC-CDI 50

Hình 4.16: Thuật toán xác định sai lệc tọa độ 55

Hình 4.17: Thuật toán điều khiển chương trình chính 56

Hình 4.18: Thuật toán điều khiển chương trình con trạng thái chờ 58

Hình 4.19: Thuật toán điều khiển chương trình con trạng thái sẵn sàng 58

Hình 4.20: Thuật toán điều khiển chương trình con trạng thái hoạt động 59

Hình 4.21: Thuật toán điều khiển chương trình con uzz 60

Hình 4.22: Thuật toán điều khiển chương trình con kt_GPS 60

Hình 4.23: Giao diện chính ứng dụng 61

Hình 4.24: Giao diện điều khiển chức năng chính và đổi mật khẩu hệ th ng 62

Hình 5.1: Lắp đặt hệ th ng ch ng trộm lên xe máy Dream thử nghiệm 63

Hình 5.2: Giao diện hiển thị chức năng khóa cổ đã ật 64

Hình 5.3: Tin nhắn và kết qu ph n hồi của hệ th ng với tính năng mở nguồn 66

Hình 5.4: Tin nhắn và kết qu n ph n hồi hệ th ng về chủ qu n xe với tính năng kiểm tra tình trạng xe 67

Hình 5.5: Giao diện hiển thị chức năng ch ng dắt đã ật 68

Hình 5.6: Tọa độ xe kiểm tra hiển thị trên google map 68

Hình 5.7: Cấu trúc tin nhắn và kết qu ph n hồi chức năng đổi s điện thoại chủ

qu n xe 70

Hình 5.8: Chức năng mở nguồn hoạt động hệ th ng ằng vân tay 71 Hình 5.9: Giao diện hiển thị chức năng đổi vân tay 72 Hình 5.10: Ứng dụng áo lỗi khi nhập thiếu thông tin và khi tin nhắn gửi thành

công 73

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Các chân kết n i module vân tay 36

Bảng 5.1: Kết qu thu thập từ thử nghiệm chức năng ch ng dắt 69

Bảng 5.2: Th ng kê kết qu nhận diện vân tay điều khiển hệ th ng 72

Bảng 5.3: Công suất t i tiêu thụ trên xe máy Dream 75

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng qu n về hướng nghiên c u

1.1.1 Giới thiệu

Ngày nay, công nghệ sinh trắc học được ứng dụng rộng rãi trong đời s ng

Hệ th ng nhân trắc học được sử dụng như: nhận diện vân tay, nhận diện khuôn mặt, nhận diện giọng nói, nhận diện tròng mắt, nhận diện lòng àn tay Trong

đó, công nghệ nhận dạng vân tay là được ứng dụng nhiều nhất Người ta nhận thấy các đặc trưng vân tay không thể dễ dàng ị thay thế, chia sẻ, hay gi mạo,

….Ngoài ra, dấu vân tay của con người không ai gi ng ai, kể c là sinh đôi cùng trứng xác suất trùng lấp dấu vân tay giữa người này với người kia gần như là 0% (1/1,9 x 1015) [1] và không đổi trong su t cuộc đời Do vậy, trong việc nhận dạng một người, công nghệ này được xem là đáng tin cậy hơn so với các phương pháp truyền th ng như: Mật khẩu, mã thẻ

Việc ứng dụng công nghệ nhận dạng vân tay đã có từ rất lâu Tuy nhiên, trong kho ng một thời gian dài con người chỉ th c hiện việc đ i sánh giữa hai dấu vân tay ằng k thuật truyền th ng mang nặng tính thủ công, các kết qu của lĩnh v c này gần như không được ứng dụng trong các lĩnh v c dân

s thông thường của đời s ng mà chủ yếu được sử dụng trong lĩnh v c hình s

và pháp y Với s phát triển ngày càng nhanh chóng của ngành công nghệ điện toán thì việc sử dụng dấu vân tay để nhận dạng được áp dụng rộng rãi trong đời s ng ằng hệ th ng nhận dạng vân tay t động AFIS [8] Cùng với s phát triển mạnh các s n phẩm phần mềm nhúng và một thị trường thiết ị nhúng vô cùng to lớn, việc đưa công nghệ Theo cách đ i sánh vân tay truyền

th ng, để kiểm chứng hai dấu vân tay có gi ng nhau hay không thì ph i dùng kính lúp để đ i chiếu từng đường vân Nhận dạng vân tay lên các thiết ị nhúng đã mang lại nhiều lợi ích và hiệu qu không những cho nhà phát triển công nghệ này lên thiết ị nhúng mà còn cho xã hội Do đó, công nghệ nhân