HỆ THỐNG ĐÓNG mở cửa BẰNG vân TAY (có code và mạch in đầy đủ)

HỆ THỐNG ĐÓNG mở cửa BẰNG vân TAY (có code và mạch in đầy đủ) HỆ THỐNG ĐÓNG mở cửa BẰNG vân TAY (có code và mạch in đầy đủ) HỆ THỐNG ĐÓNG mở cửa BẰNG vân TAY (có code và mạch in đầy đủ) HỆ THỐNG ĐÓNG mở cửa BẰNG vân TAY (có code và mạch in đầy đủ) HỆ THỐNG ĐÓNG mở cửa BẰNG vân TAY (có code và mạch in đầy đủ) HỆ THỐNG ĐÓNG mở cửa BẰNG vân TAY (có code và mạch in đầy đủ) HỆ THỐNG ĐÓNG mở cửa BẰNG vân TAY (có code và mạch in đầy đủ) HỆ THỐNG ĐÓNG mở cửa BẰNG vân TAY (có code và mạch in đầy đủ) HỆ THỐNG ĐÓNG mở cửa BẰNG vân TAY (có code và mạch in đầy đủ)

HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ CỬA BẰNG

VÂN TAY

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 GIỚI THIỆU

Trong thời đại phát triển hiện nay, vấn đề an toàn bảo mật và an ninh là mộtvấn đề cực kì quan trọng và cần thiết trong cuộc sống, ta có thể thấy hàng loạt cáccông nghệ có liên quan và ảnh hưởng đến vấn đề này đang được thúc đẩy ra đời

và phát triển một cách mạnh mẽ Từ vấn đề an ninh của các cơ quan, trụ sở cho tớiviệc bảo đảm an toàn các thiết bị, nhà cửa, công trình, v.v…Điển hình như việcthiết lập một hệ thống bảo vệ nhà cửa tránh sự xâm nhập của kẻ lạ cũng như vấn

đề trộm cướp Hệ thống bảo vệ đó có thể là một ổ khóa thông minh được ngườidùng cài đặt mật khẩu bằng các dãy số, hay là hệ thống được tạo nên dựa trên cơ

sở của công nghệ sinh trắc học như là nhận diện khuôn mặt, giọng nói, vân tay,…Như đã nêu ở trên, hiện tại những nơi như nhà máy, xí nghiệp, cơ quan, nhàcửa hay những nơi có sự an toàn bảo mật đặt hàng đầu thì một hệ thống bảo vệ lối

ra vào hay là phát hiện được sự xâm nhập của kẻ lạ, khả nghi, giả mạo(đặc biệtđối với các cơ quan an ninh, bệnh viện hoặc những nơi đông người,…) là vô cùngcần thiết Trong đề tài này, chúng ta sẽ nói về một hệ thống bảo vệ đóng mở cửabằng phương pháp nhận diện dựa trên công nghệ sinh trắc, và cụ thể đó là hệthống sử dụng cảm biến vân tay

1.2 YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI

• Thiết kế hệ thống đóng mở cửa bằng vân tay

• Cho phép người dùng lưu trữ trước vân tay vào cảm biến

• Khi người dùng muốn mở cửa (sử dụng một Servo quay theo góc để môphỏng đóng mở cửa) thì yêu cầu phải nhập chính xác vân tay đã lưu trữ trước

đó, khi vân tay được nhập đúng hoặc sai thì sẽ có tín hiệu báo cụ thể

• Hệ thống chạy một cách chính xác, ổn định, gọn gàng, để lắp đặt, giá cả hợplí

1.3 ĐỊNH HƯỚNG THỰC HIỆN

• Tiến hành thiết lập sơ đồ khối hệ thống

• Các quá trình xử lí ảnh cho cảm biến vân tay, nguyên lý hoạt động như thếnào

• Ngoài ra còn có các linh kiện liên quan

• Thực hiện lắp đặt phần cứng và viết code theo yêu cầu

• Cho hệ thống hoạt động, lưu vân tay, quét vân tay, động cơ Servo quay

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VÂN TAY

1.4 CÔNG NGHỆ SINH TRẮC

Được biết như một công nghệ áp dụng các đặc tính sinh học, vật lí hay cácđặc điểm đặc trưng, riêng biệt của các cá thể, cá nhân như dáng đi, vân tay, gươngmặt, con ngươi hay giọng nói…để nhận biết, nhận dạng Trong tiếng anh,Biometric có nghĩa là sinh trắc học Công nghệ sinh trắc được dùng trong việc xácnhận thông tin về một cá nhân hay nhân thân một cách hiệu quả và cực kì chínhxác

Hình 2-1: Sơ đồ khối logic chính của hệ thống sinh trắc học[Hình ảnh

được lấy từ trang Wikipedia – Sinh trắc học]

1.5 TÌM HIỂU VỀ VÂN TAY

Hình 2-2: Hình ảnh vân tay [Hình ảnh được lấy từ trang web vantayihr.com]

1.1.1 Giới thiệu

Tính tới thời điểm hiện nay, công nghệ sinh trắc mà được sử dụng lâu đờinhất và phổ biến nhất đó nhận diện dấu vân tay Mỗi cá nhân con người khi đượcsinh ra thì đểu có cho mình dấu vân tay riêng biệt, không ai giống ai, hơn hết tất

cả các loại sinh trắc khác, vân tay là dấu hiệu đặc trưng nhất trên cơ thể của mỗicon người Đặc biệt là dấu vân tay không thể nào làm giả được cho nên nó được

ưu tiên hàng đầu cho việc bảo mật

1.1.2 Lịch sử

Người Trung Quốc từ rất lâu đã biết dùng dấu vân tay để nhận diện như mỗiđứa trẻ được sinh ra, chúng sẽ được người ta lấy mực đen để bôi lên tay để in lêngiấy trắng Năm 1858, vân tay cũng đã được sử dụng ở Anh Một người đàn ôngcai trị người Anh ở Ấn Độ đã bắt một người bản xứ dung dấu tay in lên mặt saucủa một tờ hợp đồng

Francis Galton bắt đầu công cuộc khoa học vân tay ở cuối thế kỉ XIX và cảitiến sau đó đã được thực nghiệm với xác suất tin cậy lớn Một hệ thống phân loạivân tay khác cũng được tạo ra cho những nước Tây Ban Nha.

Đến nay thì càng ngày càng nhiều quốc gia phát triển và công nghê khoa họcvân tay được áp dụng mạnh mẽ Không chỉ được sử dụng trong lĩnh vực hình sự,hiện nay nó còn giúp ích rất nhiều trong việc bảo mật Nhiều ngân hàng phát triển

đã có thể sử dụng vân tay để quét trên máy ATM Không chỉ vậy, người ta có thểxác định được các bệnh tật biến đổi gen nhờ vào nhận dạng vân tay trong y học

1.1.3 Lý thuyết, nguyên lý nhận dạng dấu vân tay

Sử dụng cảm biến vân tay để nhận biết bằng cách đối chiếu hình ảnh vân tay

đã được lưu trữ trước đó trong thư viện, so với các thiết bị nhận biết thế hệ cũ thìcảm biến vân tay được áp dụng nhiều và phổ biến hơn, giúp ích rất nhiều nhưtrong việc chấm công, quản lý, kiểm soát dễ dàng, tỉ lệ sai lệch thấp

Về nguyên lý hoạt động của một cảm biến vân tay, sử dụng ngón tay áp lênbất kì một thiết bị nhận dạng vân tay nào đó, hình ảnh vân tay sẽ được quét bởithiết bị sau đó hình ảnh vân tay sẽ được đối chiếu đặc điểm với các dữ liệu đượclưu trữ từ trước trong hệ thống Trong quá trình này, dữ liệu hình ảnh sẽ đượcchuyển sang dạng dữ liệu số và kết thúc quá trình kết quả sẽ được thông báo rằngvân tay có hợp lệ hay không để tiếp tục thực hiện các chức năng tiếp theo

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG

1.6 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG

Hình 3-1: Sơ đồ khối của hệ thống

Kết nối mạch hệ thống đóng mở vân tay theo sơ đồ khối, cung cấp nguồn cho cáckhối còn lại là các khối cảm biến, khối vi xử lý và khối động cơ điều khiển đóng mởcửa Đầu tiên khối cảm biến nhận dữ liệu bên ngoài (vân tay), sau đó tương tác vớikhối điều khiển bằng các chân RX, TX, nếu dữ liệu khối điểu khiển nhận được đúngvới dữ liệu đã được lưu trữ trong thư viện thì sau đó khối điều khiển sẽ tương tác với

2 khối servo và khối hiển thị, khi yêu cầu đúng, 1 trong

Khối hiển thị(các LED)

Khối

nguồn

Khối cảm biến

Khối servo điều khiển

Khối vi điều khiển

2 LED sẽ nhận được tín hiệu và sẽ sáng lên, đồng thời khối servo sau khi nhận tínhiệu thì sẽ làm cho động cơ quay Còn lại 1 đèn LED sẽ báo sáng khi có tín hiệu làyêu cầu không đúng, phải thực hiện lại.

Linh kiện trong mỗi khối:

• Khối nguồn: 1 nguồn phát 5Vdc

• Khối cảm biến: 1 cảm biến nhận diện vân tay, ở đây em sử dụng cảm biếnFPM10

• Khối xử lý ( vi điều khiển): 1 chip ATmega328P-PU

• Khối hiển thị gồm 2 LED xanh dương và đỏ dùng để báo hiệu khi có vân tayđúng hoặc sai

• Khối động cơ: 1 Servo điều khiển động cơ, ở đây em sử dụng Servo SG90góc quay từ 0 đến 180 độ

1.7 TÌM HIỂU LINH KIỆN

1.1.4Cảm biến vân tay FPM10

Hình 3-2: Module cảm biến vân tay FPM10 [Hình ảnh lấy tử trang websosanh.vn]

Các thông số kỹ thuật:

• Tích hợp xử lý hình ảnh với thuật toán xử lý trên cùng một chip

• Khả năng xử lý ảnh đẹp, ảnh chụp với độ phân giải tới 500dpi

• Điện áp hoạt động: 3.3 đến 5V

• Dòng tiêu thụ: 90mA, dòng đỉnh 150mA

• Độ phân giải: 500dpi

• Chuẩn: USB - UART (TTL logical logic)

• Tốc độ Baud rate: 4800 đến 115200bps

• Hình ảnh được quét với tốc độ: 0.5s

• Xác nhận vân tay với vận tốc: 0.3s

• Bề mặt nhận dạng: 15 đến 18mm

• Phần trăm lỗi chấp nhận được: 0.0001%

• Phần tram lỗi không chấp nhận: 0.1%

• Nhiệt độ hoạt động: -20 đến 45 độ C

Nguyên lý hoạt động:

Cảm biến vân tay fpm10 hoạt động gồm 2 bước chính:

Xác nhận dữ liệu hình ảnh vân tay: Khi đăng kí ghi danh các mẫu vân tay vàothư viện , hình ảnh vân tay sẽ được hệ thống xác nhận hai lần thông qua cảm biếnquang học và xử lý hai hình ảnh đó để tạo ra một mẫu hoàn chỉnh

Tổng hợp dữ liệu để cho ra mẫu vân tay: Sau khi có hình ảnh vân tay, quá trìnhtổng hợp này sẽ diễn ra Hệ thống sẽ kết hợp hai vân tay của hai lần quét thànhmột mẫu sau đó sẽ lưu trữ vào thư viện vân tay

Hệ thống sẽ xử lý và sau đó nhận dạng dựa vào 2 quá trình đó là xử lý hìnhảnh và so sánh

Xử lý hình ảnh trong nhận diện vân tay:

Hình 3-3: Sơ đồ quá trình xử lý ảnh

Giải thích các bước:

Đầu tiên là tăng cường hình ảnh, hình ảnh vân tay sẽ được làm rõ sau khi lấymẫu từ đầu vào thiết bị quét Nhiều lúc các hình ảnh được lấy từ các thiết bị quétvân tay không được tốt hoặc do người dùng trong lúc nhập vân tay bị thiếu, đứtđoạn hoặc dơ bẩn, cho nên, bước đầu tiên này là bước quan trọng nhất của quátrình xưt lý ảnh, khi bước này thực hiện tốt thì mới đủ điều kiện thực hiện cácbước kế tiếp

Tiếp theo là phân tích ảnh, sau khi được phân tích, hình ảnh được loại đi các

thông tin vô ích, các thông tin làm nhiễu, ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh.Bước thứ ba là nhị phân ảnh, ảnh vân tay lúc này sẽ được nhị phân hóa thànhảnh trắng đen để phục vụ cho bước làm mỏng tiếp theo

Tiếp theo là làm mỏng, những đường vân lồi của hình ảnh vân tay sẽ được làmmỏng lại

Bước cuối cùng trong quá trình xử lý hình ảnh là rút trích ra được các đặc trưng cần thiết để tiếp tục quá trình so sánh vân tay

Nhị phân hóa

Phân tích hìnhảnh

Tăng cường

ảnh

Rút tríchđặc trưng

Làm mỏng

Hình 3-4: Sơ đồ quá trình so sánh vân tay

Giải thích quá trình so sánh vân tay dựa trên rút trích từ quá trình đầu tiên:

Đầu tiên là phân tích đặc trưng tức là trước khi tiến hành việc so sánh vân tay

ta phải phân tích được những đặc điểm quan trọng, cần thiết của các đặc trưng.Tiếp theo là kiểm tra tương đương cục bộ, để so sánh các vân tay thì thiết bị

sẽ sử dụng các thuật toán xử lý dựa trên các đặc trưng gồm tọa độ, góc, phương,hướng để nhận biết được sự giống nhau của hai vân tay được so sánh

Kiểm tra tương đương toàn cục, khi tìm được các đặc trưng vân tay giốngnhau, thuật toán sẽ tiếp tục so sánh toàn cục

Tính các điểm so sánh Tính toán được độ giống nhau, các tỷ lệ để biết được

độ giống nhau của hai hình ảnh vân tay là bao nhiêu

Tính các điểm so sánh

Kiểm tra tương đương toàn cục

Bảng 3-1: Nối dây với vi điều khiển

Module cảm biến Fpm10 Vi điều khiển

Chức năng của cảm biến:

• Lấy hình ảnh vân tay, đăng kí, lưu trữ vào thư viện vân tay của module

• Đối chiếu vân tay nhập vào với thư viện vân tay để ứng dụng cho các công việc như nhận diện hay bảo mật.v.v…

Cảm biến vân tay và một số ứng dụng:

Máy rút tiền ATM sử dụng vân tay

.

Hình 3-5: cảm biến vân tay ứng dụng vào ATM [Hình ảnh được lấy từ trang mcu.banlinhkien.vn]

Với công nghệ vân tay được áp dụng trên máy ATM, người dùng có thể thực hiện các thao tác với máy một cách nhanh chóng, tuyệt đối bảo mật, an toàn và vô cùng tiện lợi đối với các máy ATM thông thường, người dùng thường gặp phải các rủi ro khi mất thẻ tín dụng, nhưng đối với ATM sử dụng công nghệ vân tay thì rủi ro này sẽ được xóa bỏ vì người dung không cần tới thẻ tín dụng

Hình 3-6: cảm biến vân tay bảo mật trên điện thoại [Hình ảnh được lấy từ trang Quantrimang.com]

1.1.5Servo điều khiển động cơ SG90

Hình 3-7: động cơ Servo Sg90 9g Micro [Hình ảnh được lấy từ trang Mualinhkien.vn]

Các thông số kĩ thuật của Servo SG90:

Bảng 3-2: Nối dây với vi điều khiển

Hình 3-8: kết nối và điều khiển động cơ Servo SG90 [Hình ảnh được lấy từ trang Mualinhkien.vn]

1.1.6Vi điều khiển ATmega328P-PU

Hình 3-9: Vi điều khiển ATmega328P-PU [Hình ảnh được lấy từ trang tdhshop.com]

Vi điều khiển atmega328 tên đầy đủ là atmega328P-PU Nó được xem làhồn của một board Arduino, là nơi điều khiển các chức năng có trên một boardArduino.

Chỉ với một con vi điều khiển này, chúng ta có thể tạo ra được một boardArduino đơn giản, nhỏ gọn và tiện lợi

Hình 3-10: Hình ảnh một board Arduino đơn giản với ATmega328

[Hình ảnh được lấy từ trang machtudong.vn]

Các thông số vi điều khiển ATmega328:

• Kiến trúc: AVR 8 bit

• Số kênh cho xung PWM: 6 kênh

• Số Timer: gồm có tất cả 3 timer trong đó 2 timer 8 bit, 1 timer 16 bit

Lập trình trên vi điều khiển trên Arduino:

Hình 3-12: Giao diện phần mềm lập trình code cho vi điều khiển trên Arduino

CHƯƠNG 3 THI CÔNG MẠCH

1.8 SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT

Hình 4-1: Sơ đồ chương trình chính

Tiến hành

Hệ thống tiến hành lấy mẫu vân tay đăng kí để lưu trữ vào thư viện

Đưa vân tay người dung vào để hệ thống tiến hành xử lí

Trùng khớp

LED xanh dương sángServo quay

Không khớp

LED đỏ sáng

Nhìn vào sơ đồ thì khi người dùng nhập vân tay vào thiết bị quét để hệ thốngquét lấy mẫu và so sánh với những mẫu đã được lưu tại thư viện Sau khi hệ thốngquét xong sẽ có hai trường hợp xảy ra Trường hợp đầu tiên, nếu vân tay củangười dùng nhập vào là vân tay hợp lệ, trùng khớp với vân tay được lưu trong hệthống thì hệ thống sẽ nhận diện được vân tay đó và đèn báo hiệu vân tay hợp lệ làđèn màu xanh dương sẽ sáng, sau đó thì Servo quay và cửa mở Trường hợp thứ 2,nếu vân tay không khớp thì lúc đó hệ thống sẽ không tìm thấy được vân tay nàotrong thư viện hợp lệ với vân tay đó, và hệ thống sẽ báo tín hiệu vân tay sai quađèn led màu đỏ Khi đó người dung phải nhập lại.

1.9 YÊU CẦU THI CÔNG

Dùng chip vi điều khiển Atemega328 (đã được nạp code) lấy từ board Arduino

để thiết kế một board mạch riêng khác với các chức năng tương tự đã test trênboard Arduino Yêu cầu đầu tiên là phải có đầy đủ linh kiện cần thiết, sau đó tiếnhành vẽ mạch nguyên lý mô phỏng trên máy tính, sau đó sẽ chuyển sang mạch intương đương với mạch nguyên lý đó Cuối cùng khi có mạch cứng hoàn chỉnh, ta

sẽ kết nối các linh kiện cảm biến vân tay, servo, led vào đúng chân cần kết nối trênmạch cứng để kiểm tra lại kết quả xem có giống như làm trên board Arduino haykhông

1.10 KẾT QUẢ THI CÔNG

Mạch chạy đúng theo yêu cầu, mạch nhỏ gọn, thi công cũng không quá phứctạp, sau khi kiểm tra qua nhiều lần, mạch chạy khá tốt, hệ thống xác nhận vân taytrùng khớp, đèn xanh dương báo sáng, Servo chạy mô phỏng cửa mở chính xác,tuy chưa được ổn định lắm Khi hệ thống xác nhận vân tay không khớp, đèn led

đỏ sáng lên báo hiệu Với một board mạch được thiết kế như vậy, quá trình nạp lạicode hay thay đổi code cũng trở nên dễ dàng hơn, chỉ việc lấy con chip ra khỏiboard mạch được thiết kế, gắn vào board Arduino để nạp lại code

Hình 4-2: Mạch nguyên lý

Hình 4-3: Thiết kế mạch in

• Hoàn thành thiết kế và gia công mạch, kiểm tra kĩ càng, mạch tuy chưa ổnđịnh lắm nhưng cũng đã đáp ứng chạy đúng yêu cầu đề tài.

• Thiết kế được hoàn thành có thể ứng dụng cho lắp đặt thay thế các loại khóacửa dân dụng hay các loại khóa bằng mật khẩu số tại các cửa cổng tại các cơquan, xí nghiệp, trường học,…

• Hệ thống đóng mở cửa dùng cảm biến vân tay được thực hiện như đề tài có thểđược xem làm một hệ thống thông minh với các chức năng đã đạt được như:Nhận diện được người dùng qua việc xác minh hình ảnh vân tay so với thưviện vân tay đã được lưu trữ để đóng mở cửa chính xác, giảm bớt nguy cơ khi

có kẻ gian âm mưu đột nhập

Tuy nhiên bên cạnh các ưu điểm có được thì hệ thống còn có nhược điểm hạnchế đó là dễ bị phá hoại, vấn đề bảo vệ còn chưa được tốt

• Xem được ngày giờ xác nhận vân tay

• Có thể thực hiện thay đổi trực tiếp vân tay hoặc xóa bỏ được vân tay ngay trên

hệ thống

Sau cùng, hi vọng với những hướng đi phát triển như trên cùng với sự góp ýchân tình từ các thầy, các cô, đề tài này sẽ phát triển mở rộng tốt hơn, tiên tiếnhơn, thông minh hơn nữa để phục vụ được cho nhu cầu của con người

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt:

[1] Wikipedia: Sinh Trắc Học

// pin #2 is IN from sensor (GREEN wire)

// pin #3 is OUT from Arduino (WHITE wire)

pinMode(8, OUTPUT); //den xanh duong

pinMode(7, OUTPUT); //den xanh la cay

//khoi tao sensor van tay

Serial.println("Found fingerprint sensor!");

} else {

Serial.println("Did not find fingerprint sensor :(");

while (1);//vong lap vo han

Serial.println("Could not find fingerprint features");

return finger.fingerID;