THIẾT kế và THI CÔNG hệ THỐNG bảo mật ỨNG DỤNG xử lý ẢNH

Thế nên bảo mật hệ thống dần được ứng dụng nhiều hơn vào thực tiễn đời sống với mục đích cơ bản nhất là để bảo vệ các tài sản như: tiền bạc, nhà cửa, hồ sơ… Hiện nay cũng có một số bài n

Trang 1

i

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

-

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG BẢO MẬT ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH

GVHD: Th.S Nguyễn Duy Thảo SVTH: Lê Hoàng Thành 15141342

Hồ Đình Vương 15141334

Tp Hồ Chí Minh – 7/2019

Trang 2

ii

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG BẢO MẬT ỨNG DỤNG

XỬ LÝ ẢNH

II NHIỆM VỤ

1 Các số liệu ban đầu:

 Bộ xử lý trung tâm: Raspberry Pi 3

 Camera: Raspberry Pi Camera Module V2

 Đọc – Quét thẻ: RFID RC522 Module

 Bàn phím: 4x4 Matrix keypad Module

 Bộ xử lý tín hiệu ngỏ ra: Arduino Uno R3

 Module điều khiển động cơ: L298 Module

 Động cơ mở cửa: Động cơ 12V DC

 Nguồn cấp: Bộ nguồn 5V và 12V DC

 Số người dùng được hệ thống nhận diện: 1

 Số thẻ RFID được sử dụng nhận diện: 2

 Số thẻ RFID được cho phép thực hiện: 1

 Số mật khẩu có thể nhập vào đúng: 1

Trang 3

iii

Thu thập dữ liệu quy trình để thiết kế một hệ thống bảo mật

Các giải pháp trong việt thiết kế mô hình

Lựa chọn các thiết bị trong việc thiết kế mô hình hệ thống bảo mật

Thiết kế hệ thống điều khiển

Thiết kế mô hình

Đánh giá kết quả thực hiện

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/03/2019

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 31/06/2019

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S Nguyễn Duy Thảo

Trang 5

Báo cáo tiến độ cho GVHD

Hoàn thiện mô hình

Tuần 10

Từ 22/05/2019

đến 29/05/2019

Viết báo cáo

Kiểm tra hoạt động của hệ thống

Trang 6

vi

Đề tài này là do nhóm đồ án tự nghiên cứu và thực hiện dựa vào một số tài liệu tham khảo trước đó và không sao chép từ tài liệu hay các công trình nào

Nhóm thực hiện

Trang 7

vii

Nhóm thực hiện đồ án xin gửi lời cảm ơn đến thầy GVHD Th.S Nguyễn Duy Thảo

đã trực tiếp hướng dẫn, tham gia đóng góp, gợi ý các ý kiến, chia sẽ nhiều những kinh nghiệm và tận tình giúp đỡ cũng như tạo điều kiện tốt và thoải mái nhất để chúng em có thể hoàn thành tốt đề tài này

Em xin gửi lời cảm ơn đến các quý thầy cô khoa Điện – Điện tử đã giúp đỡ và tạo điều kiện tốt cho chúng em thực hiện đề tài

Ngoài ra, chúng em cũng cảm ơn các bạn học ở lớp 15141DT1C cũng như 15141DT2B đã chia sẽ và giúp đỡ chúng em rất nhiều trong đề tài này

Xin chân thành cảm ơn tất cả !

Nhóm thực hiện

Trang 8

viii

Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp ii

Lịch trình thực hiện đồ án tốt nghiệp iv

Lời cam đoan vi

Lời cảm ơn vii

Mục lục viii

Liệt kê hình vẽ xi

Liệt kê bảng xiv

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu 2

1.3 Nội dung nghiên cứu 2

1.4 Giới hạn 3

1.5 Bố cục 3

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 Tổng quan về xử lý ảnh 4

2.1.1 Giới thiệu về xử lý ảnh 4

2.1.2 Các bước cơ bản trong xử lý ảnh 5

2.1.3 Phương pháp nhận diện khuôn mặt 6

2.1.4 Ngôn ngữ Python và thư viện OpenCV 7

2.2 Quy trình hoạt động của khóa cửa thông minh 12

2.2.1 Mô tả quy trình nhận diện khuôn mặt 12

2.2.2 Quá trình hoạt động của khóa thông minh bằng công nghệ RFID kết hợp với 4x4 Matrix Keypad Module 12

2.3 Giới thiệu phần cứng 13

2.3.1 Giới thiệu các chuẩn giao tiếp 13

2.3.2 Raspberry Pi 3 Model B 17

2.3.3 Camera Raspberry 22

2.3.4 Module RFID MFRC522 25

2.3.5 Giới thiệu về ma trận phím 4x4 27

Trang 9

ix

2.3.8 Module điều khiển động cơ L298 33

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 36

3.1 Giới thiệu 36

3.2 Tính toán và thiết kế hệ thống 36

3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 36

3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch 38

3.2.3 Sơ đồ kết nối toàn mạch 46

3.2.4 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch 47

CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 48

4.1 Giới thiệu 48

4.2 Lập trình cho hệ thống 49

4.2.1 Lưu đồ giải thuật 49

4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển 55

4.3 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác 59

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ – NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 63

5.1 Kết quả đạt được 63

5.2 Kết quả thực nghiệm 64

5.2.1 Mô hình sản phẩm 64

5.2.2 Khởi động hệ thống 64

5.2.3 Kết quả thực nghiệm từ việc nhận diện khuôn mặt 65

5.2.4 Chọn chế độ hoạt động cho hệ thống 66

5.2.5 Kiểm tra thông tin người dùng 68

5.2.6 Xóa và tạo thẻ thành viên mới 68

5.2.7 Kiểm tra mật khẩu và tạo mật khẩu mới 73

5.2.8 Kiểm tra hoạt động của động cơ 76

5.3 Nhận xét – đánh giá 77

5.3.1 Nhận xét 77

5.3.2 Đánh giá 78

Trang 10

x

6.1 Kết luận 81 6.2 Hướng phát triển 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO xv

Trang 11

xi

Hình Trang

Hình 2.1 Các bước trong xử lý ảnh 5

Hình 2.2 Giao diện của Raspberry chạy hệ điều hành Raspbian 8

Hình 2.3 Cửa sổ cho phép hoạt động các chuẩn giao tiếp 8

Hình 2.4 Phần mềm Python 10

Hình 2.5 Hướng dẫn mở máy ảo để sử dụng thư viện OpenCv 11

Hình 2.6 Phần trăm chu kỳ xung 15

Hình 2.7 Raspberry Pi 1 Model B 17

Hình 2.10 Sơ đồ chân Raspberry Pi 3 20

Hình 2.11 Cấu trúc phần cứng của Raspberry Pi 3 20

Hình 2.12 Raspberry Pi Camera Module 21

Hình 2.13 Raspberry Pi Camera Module V2 21

Hình 2.14 Kết nối Camera với Raspberry Pi 3 23

Hình 2.15 Mở Camera cách 1 24

Hình 2.16 Mở Camera cách 2 24

Hình 2.17 Ảnh được chụp và lưu 25

Hình 2.18 Thẻ RFID S50 loại móc khóa 25

Hình 2.19 Thẻ nhựa NFC RFID 25

Hình 2.20 RFID Reader 26

Hình 2.21 Module RFID RC522 26

Hình 2.22 Mở chạy file để kiểm tra RFID 27

Hình 2.23 Kết quả kiểm tra RFID lần 1 28

Hình 2.24 Kết quả kiểm tra RFID lần 2 28

Hình 2.25 Bàn phím ma trận 4x4 28

Hình 2.26 Sơ đồ chân ma trận phím 4x4 29

Hình 2.27 Lcd 20x4 29

Hình 2.28 Sơ đồ chân Lcd 20x4 30

Trang 12

xii

Hình 2.31 Sơ đồ chân của module L298 34

Hình 2.32 Mạch nguyên lý của module L298 34

Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống 36

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý kết nối khối thu tín hiệu hình ảnh với Raspberry 38

Hình 3.3 Kết nối Camera thực tế 39

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý kết nối RC522, ma trận phím 4x4 với Raspberry Pi 3 40

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý kết nối LCD 20x4 với Raspberry Pi 3 41

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý kết nối khối điều khiển động cơ 42

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý ngoại vi sử dụng 43

Hình 3.8 Sơ đồ kết nối thẻ nhớ với Raspberry 44

Hình 3.9 Sơ đồ chân Raspberry Pi 3 44

Hình 3.10 Sơ đồ kết nối toàn mạch 46

Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý của mạch 47

Hình 4.1 Lưu đồ chương trình chính 49

Hình 4.2 Lưu đồ chương trình nhận dạng 51

Hình 4.3 Lưu đồ chương trình xử lý ảnh chụp 52

Hình 4.4 Lưu đồ chương trình điều khiển động cơ 53

Hình 4.5 Lưu đồ chương trình cho phép chạy động cơ chạy thuận 54

Hình 4.6 Lưu đồ chương trình cho phép chạy động cơ chạy nghịch 54

Hình 4.7 Lưu đồ chương trình dừng động cơ 55

Hình 4.8 Phần mềm lập trình Arduino IDE 56

Hình 4.9 Giao diện chính của phần mềm Arduino IDE 56

Hình 4.10 Trang web phpMyadmin 57

Hình 4.11 Tạo tên bảng và số cột 58

Hình 4.12 Cài đặt các thông số cho các cột 58

Hình 4.13 Bảng đã hoàn thành 59

Hình 4.14 Bật công tắc cấp nguồn cho hệ thống 60

Hình 4.15 Lệnh mở môi trường ảo 60

Trang 13

xiii

Hình 4.17 Chạy chương trình 61

Hình 4.18 Camera đang quay video để nhận diện khuôn mặt 61

Hình 4.19 Mô hình cửa mặt trước 62

Hình 4.20 Tiến hành đọc thẻ RFID 62

Hình 5.1 Mô hình hệ thống 64

Hình 5.2 Bật khởi động Raspberry 64

Hình 5.3 Khuôn mặt đặt đúng chuẩn 65

Hình 5.4 Đúng khuôn mặt nhưng đặt quá xa 65

Hình 5.5 Nhận diện khuôn mặt của người lạ 66

Hình 5.6 LCD hiển thị khi nhận diện khuôn mặt 66

Hình 5.7 Đổi chế độ hoạt động cho hệ thống 67

Hình 5.8 Cách thức quét thẻ thành viên 68

Hình 5.9 Nhấn nút Delete để xóa thẻ 69

Hình 5.10 Sau khi xóa thẻ 69

Hình 5.11 Một thẻ RFID mới 70

Hình 5.12 Sau khi nhấn nút Insert 70

Hình 5.13 Nhập tuổi 71

Hình 5.14 Nhập giới tính 71

Hình 5.15 Kết quả của việc thêm thẻ 72

Hình 5.16 Quét thẻ đúng và cho phép nhập mật khẩu 73

Hình 5.17 Bắt đầu nhập mật khẩu 74

Hình 5.18 Mật khẩu đúng 75

Hình 5.19 Mật khẩu sai 75

Hình 5.20 Nhấn phím ‘A’ để thay đổi mật khẩu 76

Hình 5.21 Nhập đủ 5 kí tự 76

Trang 15

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay nhiều thiết bị thông minh ra đời nó có thể thay một chìa khóa để mở cửa,

có thể thay thế con người để điều khiển vật dụng thông qua một vài cử chỉ, giọng nói và đặc biệt là từ hình ảnh của con người Hệ thống bảo mật thông minh cũng đang là một trong những sản phẩm phổ biến và được giới công nghệ rất quan tâm Các hệ thống bảo mật ngày càng được tích hợp thêm nhiều các thiết bị điện tử để tăng cường tối đa độ bảo mật và tạo nên sự tin cậy cho người sử dụng Thế nên bảo mật hệ thống dần được ứng dụng nhiều hơn vào thực tiễn đời sống với mục đích cơ bản nhất là để bảo vệ các tài sản như: tiền bạc, nhà cửa, hồ sơ…

Hiện nay cũng có một số bài nghiên cứu của sinh viên cũng làm về nhận dạng khuôn mặt, đồ án tốt nghiệp của Nguyễn Thị Đài Trang và Hà Tiến Dương nghiên cứu về nhận dạng cảm xúc khuôn mặt người để điều khiển Servo mở cửa, trong đó sử dụng Arduino Uno R3 và phương pháp nhận dạng PCA để điều khiển Servo mở cửa theo 3 cảm xúc trên khuôn mặt: vui, buồn, ngạc nhiên

Công nghệ RFID đang được ứng dụng trên thế giới, chủ yếu là các nước phát triển Tuy nhiên ở Việt Nam, công nghệ RFID vẫn là công nghệ mới và vẫn chưa được áp dụng rộng rãi do thiếu công nghệ sản xuất mà phải phụ thuộc vào linh kiện từ nước ngoài

Với xu thế áp dụng mô hình tự động hóa ngày càng nhiều tại Việt Nam, việc áp dụng

mô hình khóa cửa bảo mật tự động kết hợp công nghệ RFID sẽ có nhiều ưu điểm hơn so với mô hình bảo mật truyền thống như:

 Tiết kiệm chi phí thuê nhân công

 Kiểm soát tốt hơn

 Dễ dàng quản lý tài sản

 Chi phí hoạt động giảm

Với mục tiêu muốn tiếp cận với công nghệ đang phát triển và được quan tâm trên chúng em quyết định làm đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG BẢO MẬT

Trang 16

ỨNG DỤNG XỬ LÝ ẢNH” Nhóm thực hiện đồ án mong muốn tạo ra một hệ thống bảo mật sử dụng xử lí ảnh để nhận dạng khuôn mặt kết hợp với thẻ master card RFID và mã PIN Keypad trên Raspberry Pi 3 Model B và dùng Arduino để điều khiển động cơ DC 12V

để mở hoặc đóng cửa

1.2 MỤC TIÊU

Tạo được một hệ thống bảo mật 2 phương pháp Với phương pháp thứ nhất là ứng dụng xử lí ảnh để nhận dạng khuôn mặt dựa trên ngôn ngữ Python với thư viện chính là OpenCV Phương pháp thứ hai là phương pháp dự phòng nhằm trường hợp hệ thống nhận dạng khuôn mặt không thành công vì các nguyên nhân khách quan đơn cử như mặt bị biến dạng, phương pháp thứ 2 bao gồm công nghệ RFID có chức năng cho phép Keypad hoạt động Nếu thẻ tag đưa đến đầu đọc Reader mà có UID trùng với dữ liệu được lưu thì hệ thống sẽ cho phép nhập mã PIN từ Keypad Tất cả đều được viết bằng ngôn ngữ Python

trên Board mạch Raspberry PI 3 Từ đó những mục tiêu được đặt ra trong đề tài là:

 Thiết kế được mô hình cửa tự động

 Thiết kế buồng sáng

 Thiết kế một cơ sở dữ liệu để lưu thông tin người dùng

 Thiết kế giao tiếp giữa Module RFID với máy tính

 Thiết kế cơ sở dữ liệu để lưu hình ảnh được huấn luyện

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

 Thiết kế và thi công hệ thống bảo mật

 Lắp ráp các khối điều khiển vào mô hình cửa

 Chạy thử nghiệm hệ thống bảo mật

 Cân chỉnh hệ thống

 Viết sách đồ án

 Báo cáo đề tài tốt nghiệp

1.4 GIỚI HẠN

 Thiết kế mô hình cửa để thay thế hệ thống bảo mật

 Sử dụng động cơ DC 12V để điều khiển cửa

 Nhận diện khuôn mặt bằng Camera Raspberry Pi với kit Raspberry

Trang 17

 Dùng Arduino Uno R3 để điều khiển động cơ DC 12V

 Có buồng sáng sử dụng đèn led trắng 12V để cho phương pháp nhận dạng đạt kết quả tốt trong mọi điều khiện thời tiết

 Có 3 nút nhấn: nút Mode chuyển chế độ nhận dạng, nút Insert để cài đặt thông tin và thêm thẻ mới và cuối cùng nút Delete để xóa thẻ

 Dữ liệu đọc từ thẻ RFID sẽ được lưu trên MySQL gồm có 4 thông số: Tên,

ID, tuổi, giới tính

 Dùng thẻ RFID RC522 để cho phép nhập mật khẩu từ bàn phím ma trận 4x4

Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết

Chương này trình bày về xử lý ảnh, giới thiệu ngôn ngữ Python và thư viện OpenCv, nguyên lý hoạt động của hệ thống qua hai phương pháp, giới thiệu các chuẩn giao tiếp được

sử dụng trong hệ thống, giới thiệu phần cứng

Chương 3: Thiết Kế và Tính toán

Ở chương này chúng em trình bày về: thiết kế sơ đồ khối cho hệ thống, tính toán thiết

kế cho từng khối, sơ đồ nguyên lý của toàn mạch, thiết kế buồng sáng

Chương 4: Thi công hệ thống

Chương này trình bày sơ đồ: mạch in, các linh kiện sử dụng trong mạch, thi công mô hình, lập trình hệ thống, viết lưu đồ giải thuật, viết tài liệu hướng dẫn sử dụng thao tác

Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá

Chương này trình bày kết quả của quá trình nghiên cứu, nếu ra những khó khăn trong quá trình làm và cách khắc phục, nhận xét mô hình đã làm có đạt hay không

Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển

Chương này trình bày: đánh giá mô hình hoạt động ổn hay không, đạt bao nhiêu

phần trăm so với ban đầu đặt ra

Trang 18

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH

2.1.1 Giới thiệu về xử lý ảnh [6]

Xử lý ảnh là một lĩnh vực mang tính khoa học và công nghệ Nó là một ngành khoa học mới so với nhiều ngành khoa học khác nhưng tốc độ phát triển đang rất nhanh, kích thích các trung tâm nghiên cứu, ứng dụng, đặc biệt là máy tính chuyên dụng riêng cho nó

Các phương pháp xử lý ảnh bắt đầu từ các ứng dụng chính: nâng cao chất lượng ảnh

và phân tích ảnh Ứng dụng đầu tiên được biết đến là nâng cao chất lượng ảnh báo được truyền qua cáp từ Luân Đôn đến New York từ những năm 1920 Hiện nay xử lý ảnh được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: Chính trị, y tế, giáo dục Xử lý tín hiệu là một môn học trong kỹ thuật điện tử, viễn thông và trong toán học Nghiên cứu và xử lý tín hiệu kỹ thuật

số và analog, giải quyết các vấn đề về lưu trữ, các thành phần bộ lọc, các hoạt động khác trên tín hiệu… Các tín hiệu này bao gồm truyền dẫn tín hiệu, âm thanh hoặc giọng nói, hình ảnh, và các tín hiệu khác

Cũng như xử lý dữ liệu bằng đồ hoạ, xử lý ảnh số là một lĩnh vực của tin học ứng dụng Xử lý dữ liệu bằng đồ họa đề cập đến những ảnh nhân tạo, các ảnh này được xem xét như là một cấu trúc dữ liệu và được tạo bởi các chương trình Xử lý ảnh số bao gồm các phương pháp và kỹ thuật biến đổi, để truyền tải hoặc mã hoá các ảnh tự nhiên 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

Trong số các phương pháp xử lý tín hiệu kể trên, lĩnh vực giải quyết với các loại tín hiệu mà đầu vào là một hình ảnh và đầu ra cũng là một hình ảnh, sản phẩm đầu ra được thực hiện trong một quá trình xử lý, đó chính là quá trình xử lý ảnh Nó có thể được chia thành xử lý hình ảnh tương tự và xử lý hình ảnh kỹ thuật số Để dễ tưởng tượng, xét các bước cần thiết trong xử lý ảnh Đầu tiên, ảnh tự nhiên từ thế giới ngoài được thu nhận qua các thiết bị thu (như Camera, máy chụp ảnh) sau đó nó được chuyển trực tiếp thành ảnh số tạo thuận lợi cho xử lý tiếp theo

Trang 19

2.1.2 Các bước cơ bản trong xử lý ảnh [6]

Thu nhận ảnh Tiền xử lý ảnh Phân đoạn ảnh Biểu diễn ảnh Nhận dạng ảnh

Hình 2.1 Các bước trong xử lý ảnh Phần thu nhận ảnh (Image Acquisition): Ảnh có thể nhận qua camera màu hoặc

đen trắng Thường ảnh nhận qua camera là ảnh tương tự (loại camera ống chuẩn CCIR với tần số 1/25, mỗi ảnh 25 dòng), cũng có loại camera đã số hoá (như loại CCD – Change Coupled Device) là loại photodiot tạo cường độ sáng tại mỗi điểm ảnh Camera thường dùng là loại quét dòng; ảnh tạo ra có dạng hai chiều Chất lượng một ảnh thu nhận được

phụ thuộc vào thiết bị thu, vào môi trường (ánh sáng, phong cảnh)

Tiền xử lý (Image Processing): Sau bộ thu nhận, ảnh có thể nhiễu độ tương phản

thấp nên cần đưa vào bộ tiền xử lý để nâng cao chất lượng Chức năng chính của bộ tiền xử

lý là lọc nhiễu, nâng độ tương phản để làm ảnh rõ hơn, nét hơn

Phân đoạn ảnh: Phân đoạn ảnh là tách một ảnh đầu vào thành các vùng thành phần

để biểu diễn phân tích, nhận dạng ảnh Đây là phần phức tạp khó khăn nhất trong xử lý ảnh

và cũng dễ gây lỗi, làm mất độ chính xác của ảnh Kết quả nhận dạng ảnh phụ thuộc rất nhiều vào công đoạn này

Biểu diễn ảnh: Đầu ra ảnh sau phân đoạn chứa các điểm ảnh của vùng ảnh (ảnh đã

phân đoạn) cộng với mã liên kết với các vùng lận cận Việc biến đổi các số liệu này thành dạng thích hợp là cần thiết cho xử lý tiếp theo bằng máy tính Việc chọn các tính chất để thể hiện ảnh gọi là trích chọn đặc trưng (Feature Selection) gắn với việc tách các đặc tính của ảnh dưới dạng các thông tin định lượng hoặc làm cơ sở để phân biệt lớp đối tượng này với đối tượng khác trong phạm vi ảnh nhận được Ví dụ: trong nhận dạng ký tự trên phong

bì thư, chúng ta miêu tả các đặc trưng của từng ký tự giúp phân biệt ký tự này với ký tự

khác

Nhận dạng và nội suy ảnh: Nhận dạng ảnh là quá trình xác định ảnh Quá trình này

thường thu được bằng cách so sánh với mẫu chuẩn đã được học (hoặc lưu) từ trước Nội suy là phán đoán theo ý nghĩa trên cơ sở nhận dạng Ví dụ: một loạt chữ số và nét gạch ngang trên phong bì thư có thể được nội suy thành mã điện thoại Có nhiều cách phân loai

Trang 20

ảnh khác nhau về ảnh Theo lý thuyết về nhận dạng, các mô hình toán học về ảnh được phân theo hai loại nhận dạng ảnh cơ bản: - Nhận dạng theo tham số - Nhận dạng theo cấu trúc Một số đối tượng nhận dạng khá phổ biến hiện nay đang được áp dụng trong khoa học

và công nghệ là: nhận dạng ký tự (chữ in, chữ viết tay, chữ ký điện tử), nhận dạng văn bản

(Text), nhận dạng vân tay, nhận dạng mã vạch, nhận dạng mặt người…

Cơ sở tri thức: Như đã nói ở trên, ảnh là một đối tượng khá phức tạp về đường nét,

độ sáng tối, dung lượng điểm ảnh, môi trường để thu ảnh phong phú kéo theo nhiễu Trong nhiều khâu xử lý và phân tích ảnh ngoài việc đơn giản hóa các phương pháp toán học đảm bảo tiện lợi cho xử lý, người ta mong muốn bắt chước quy trình tiếp nhận và xử lý ảnh theo cách của con người Trong các bước xử lý đó, nhiều khâu hiện nay đã xử lý theo các phương

pháp trí tuệ con người Vì vậy, ở đây các cơ sở tri thức được phát huy

2.1.3 Phương pháp nhận diện khuôn mặt

Có nhiều nghiên cứu tìm phương pháp xác định khuôn mặt người, từ ảnh xám đến ngày nay là ảnh màu Dựa vào tính chất của các phương pháp xác định khuôn mặt người trên ảnh Các phương pháp này được chia làm bốn hướng tiếp cận chính Ngoài bốn hướng này, nhiều nghiên cứu có khi liên quan đến không những một hướng tiếp cận mà có liên quan nhiều hơn một hướng chính:

 Hướng tiếp cận dựa trên tri thức

 Hướng tiếp cận dựa trên đặc trưng không thay đổi

 Hướng tiếp cận dựa trên so khớp mẫu

 Hướng tiếp cận dựa trên diện mạo

Trong đề tài này chúng em thực hiện theo hướng tiếp cận dựa trên so khớp mẫu: Dùng các mẫu chuẩn của khuôn mặt người (các mẫu này được chọn lựa và lưu trữ) để mô

tả cho khuôn mặt người hay các đặc trưng khuôn mặt Các mối tương quan giữa dữ liệu ảnh đưa vào và các mẫu dùng để xác định khuôn mặt người Và sử dụng phương pháp phân tích thành phần chính – PCA

Phương pháp nhận dạng PCA: Phân tích thành phần chính PCA (Principal

Component Analysis) là một thuật toán sử dụng phép biến đổi trực giao để biến đổi một tập hợp dữ liệu từ một không gian nhiều chiều sang một không gian mới ít chiều hơn (2 hoặc

Trang 21

3 chiều) nhằm tối ưu hóa việc thể hiện sự biến thiên của dữ liệu PCA một trong những ứng dụng hữu ích trong việc nhận dạng mặt và nén ảnh, là phương pháp phân tích dữ liệu nhiều

biến đơn giản nhất [8]

Phép biến đổi tạo ra những ưu điểm như:

 Giảm sổ chiều của không gian chứa dữ liệu: tạo ra một ảnh mới từ ảnh ban đầu, ảnh này có kích thướt nhỏ hơn nhiều so với ảnh ban đầu nhưng vẫn giữ lại những nét đặc trưng nhất từ ảnh ban đầu

 Thay vì giữ lại các trục tọa độ của không gian cũ PCA xây dựng những trục tọa độ mới nhưng có khả năng biểu diễn dữ liệu tương đương, và đảm bảo độ biến thiên của dữ liệu trên mỗi chiều mới

 Trong không gian mới, các liên kết tiềm ẩn của dữ liệu có thể được khám phá, mà nếu đặt trong không gian cũ thì khó phát hiện hơn vì những liên kết này không thể hiện rõ

 Các trục tọa độ trong không gian mới là tổ hợp tuyến tính của không gian cũ Các trục này luôn được trực giao đôi một với nhau mặc dù trong không gian ban đầu các trục có thể không trực giao

Nói một cách ngắn gọn, mục tiêu của PCA là tìm một không gian mới với số chiều nhỏ hơn không gian cũ Các trục tọa độ không gian mới được xây dựng sao cho trên mỗi trục, độ biến thiên của dữ liệu trên đó là lớn nhất

Các khái niệm toán học được sử dụng trong PCA bao gồm: Độ lệch chuẩn, phương sai, hiệp phương sai, véctơ riêng, giá trị riêng

2.1.4 Ngôn ngữ Python và thư viện OpenCV

Trước tiên để Raspberry hoạt động thì ta phải cài hệ điều hành cho nó, chúng em chọn hệ điều hành Raspbian để cài đặt cho Raspberry thông qua thẻ nhở SD 32GB

Hệ điều hành Raspbian: Đây là hệ điều hành cơ bản, phổ biến nhất và do chính

Raspberry Pi Foundation cung cấp Nó cũng được hãng khuyến cáo sử dụng, nhất là cho người mới bắt đầu làm quen với RPI Raspbian có dung lượng sau khi giải nén là khoảng gần 4GB, bạn cần tối thiểu 1 cái thẻ 4GB để có thể sử dụng Raspbian Tuy nhiên, chúng tôi

nghĩ bạn nên sử dụng thẻ tối thiểu 8GB vì bạn cần cài thêm các ứng dụng khác nữa [8]

Trang 22

Raspbian được hướng đến người dùng có mục đích:

 Sử dụng Raspberry Pi như máy tính văn phòng để lướt web, soạn văn bản, check mail và thi thoảng nghe nhạc/xem phim

 Nghiên cứu phát triển các thiết bị điều khiển tự động

 Sử dụng như một máy chủ cung cấp các dịch vụ như web, file server, printer server, Sau khi cài xong thì giao diện của Raspberry như hình:

Hình 2.2 Giao diện của Raspberry chạy hệ điều hành Raspbian

Hình 2.3 Cửa sổ cho phép hoạt động các chuẩn giao tiếp

Đây là cửa sổ để chỉnh và cho phép các chuẩn hoạt động của Raspberry

 Camera: cho phép camera

 SSH: hoặc được gọi là Secure Shell, là một giao thức điều khiển từ xa cho phép người dùng kiểm soát và chỉnh sửa server từ xa qua Internet

 VNC(Virtual Network Computing) là một công nghệ kĩ thuật dùng để chia sẻ giao

Trang 23

diện màn hình từ xa (remote desktop sharing)

 SPI: là một chuẩn đồng bộ nối tiếp để truyền dữ liệu ở chế độ song công toàn phần

 I2C: chuẩn giao tiếp nối tiếp 2 dây

Ngôn ngữ Python:

Python là một ngôn ngữ lập trình bậc cao cho các mục đích lập trình đa năng, do Guido van Rossum tạo ra và lần đầu ra mắt vào năm 1991 Python được thiết kế với ưu điểm mạnh là dễ đọc, dễ học và dễ nhớ Python là ngôn ngữ có hình thức rất sáng sủa, cấu trúc rõ ràng, thuận tiện cho người mới học lập trình Cấu trúc của Python còn cho phép người sử dụng viết mã lệnh với số lần gõ phím tối thiểu

Python là một ngôn ngữ lập trình được sử dụng phổ biến ngày nay từ trong môi trường học đường cho tới các dự án lớn Ngôn ngữ phát triển nhiều loại ứng dụng, phần mềm khác nhau như các chương trình chạy trên desktop, server, lập trình các ứng dụng web Ngoài ra Python cũng là ngôn ngữ ưa thích trong xây dựng các chương trình trí tuệ nhân tạo trong đó bao gồm machine learning Ban đầu, Python được phát triển để chạy trên nền Unix, nhưng sau này, nó đã chạy trên mọi hệ điều hành từ MS-DOS đến Mac OS, OS/2, Windows, Linux và các hệ điều hành khác thuộc họ Unix

Python do Guido van Rossum tạo ra năm 1990 Python được phát triển trong một dự

án mã mở, do tổ chức phi lợi nhuận Python Software Foundation quản lý Mặc dù sự phát triển của Python có sự đóng góp của rất nhiều cá nhân, nhưng Guido van Rossum hiện nay vẫn là tác giả chủ yếu của Python Ông giữ vai trò chủ chốt trong việc quyết định hướng phát triển của Python

Qua nhiều năm phát triển thì có nhiều phiên bản: Python 1, Python 2, Python 3 Nhóm em sử dụng phiên bản Python 3.5.7 để viết chương trình [8]

Trang 24

Giới thiệu ngôn ngữ Python

Hình 2.4 Phần mềm Python Đặc Điểm Nổi Bật Của Python

Python là ngôn ngữ có hình thức đơn giản, cú pháp ngắn gọn, sử dụng một số lượng ít các

từ khoá, do đó Python là một ngôn ngữ dễ học đối với người mới bắt đầu tìm hiểu Python

là ngôn ngữ có mã lệnh (source code hay đơn giản là code) không mấy phức tạp Cả trường hợp bạn chưa biết gì về Python bạn cũng có thể suy đoán được ý nghĩa của từng dòng lệnh trong source code

Python có nhiều ứng dụng trên nhiều nền tảng, chương trình phần mềm viết bằng ngôn ngữ Python có thể được chạy trên nhiều nền tảng hệ điều hành khác nhau bao gồm Windows, Mac OSX và Linux

Thư viện OpenCV [8]

Giới thiệu OpenCV

OpenCV (Open Source Computer Vision Library) là một thư viện mã nguồn mở, nó

là miễn phí cho những ai bắt đầu tiếp cận với các học thuật OpenCV được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như cho thị giác máy tính hay xử lý ảnh và máy học Thư viện được lập trình trên các ngôn ngữ cấp cao: C++, C, Python, hay Java và hỗ trợ trên các nền tảng Window, Linux, Mac OS, iOS và Android OpenCV đã được tạo ra tại Intel vào năm 1999 bởi Gary Bradsky, và ra mắt vào năm 2000 Opencv có rất nhiều ứng dụng: Nhận dạng ảnh, xử lý hình ảnh, phục hồi hình ảnh/video, thực tế ảo,… Ở đề tài này thư viện OpenCV được chạy

Trang 25

trên ngôn ngữ Python OpenCV được dùng làm thư viện chính để xử lý hình ảnh đầu vào

và sau đó đi nhận dạng ảnh

Đặc điểm OpenCv

OpenCV Là một thư viện mở nên sử dụng các thuật toán một cách miễn phí, cùng với việc chúng ta cũng có thể đóng góp thêm các thuật toán giúp Thư viện thêm ngày càng phát triển

Một số ứng dụng nổi bật Opencv như: Nhận dạng ảnh, Xử lý hình ảnh, Phục hồi hình ảnh/video, Thực tế ảo, ứng dụng trong Machine Learning…

Các tính năng của thư viện OpenCV:

 Đối với hình ảnh, chúng ta có thể đọc và lưu hay ghi chúng

 Về Video cũng tương tự như hình ảnh cũng có đọc và ghi

 Xử lý hình ảnh có thể lọc nhiễu cho ảnh, hay chuyển đổi ảnh

 Thực hiện nhận dạng đặc điểm của hình dạng trong ảnh

 Phát hiện các đối tượng xác định được xác định trước như khuôn mặt, mắt, xe trong video hoặc hình ảnh

 Phân tích video, ước lượng chuyển động của nó, trừ nền ra và theo dõi các đối tượng trong video

Sau khi cài đặt xong thì ta thực hiện lệnh trên Terminal để mở máy ảo

Hình 2.5 Hướng dẫn mở máy ảo để sử dụng thư viện OpenCv

Trang 26

2.2 QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA KHÓA CỬA THÔNG MINH

Bao gồm 2 quy trình: nhận diện khuôn mặt và thẻ RFID kết hợp mã PIN Với nhận

diện khuôn mặt là chính và thẻ FRID kết hợp với mã PIN làm phương pháp dự phòng 2.2.1 Mô tả quy trình nhận diện khuôn mặt

Camera sẽ phát hiện khuôn mặt và chụp ảnh khuôn mặt của người trước Camera sau

đó gửi tín hiệu hình ảnh vào hệ thống xử lý Raspberry Khi hệ thống nhận được tín hiệu từ Camera sẽ tiến hành so sánh với cơ sở dữ liệu hình ảnh đã được Training và lưu trước đó Nếu tỉ lệ trùng khớp của ảnh đầu vào với ảnh cơ sở dữ liệu đã lưu ở mức cho phép thì hệ thống sẽ mở cửa Ngược lại, nếu tỉ lệ trùng khớp dưới mức cho phép thì hệ thống sẽ không làm gì cả

2.2.2 Quá trình hoạt động của khóa thông minh bằng công nghệ RFID kết hợp với 4x4 Matrix Keypad Module

Đầu tiên ta sẽ cần đến một thẻ Tag và thẻ này sẽ được quét qua bộ đọc RFID (Module RC522), RFID sẽ thu thập dữ liệu nhận được từ thẻ Tag và đem đi so sánh nếu mã thẻ khớp với mã của cơ sở dữ liệu đã lưu thì hệ thống bắt đầu cho phép nhập mã PIN từ bàn phím và xuất dữ liệu (tên, mã UID, giới tính, tuổi) ra màn hình cho phép nhập mã PIN từ Keypad Trường hợp mã PIN trùng khớp thì LCD xuất thông báo ra màn hình “Mật khẩu đúng” và cửa sẽ mở Ngược lại mã PIN không khớp thì xuất thông báo ra màn hình kích hoạt mã PIN không thành công “Sai mật khẩu!” Trường hợp thẻ RFID không đúng với cơ sở dữ liệu thì

hệ thống không cho phép nhập mã PIN và xuất thông báo ra màn hình “Mã thẻ sai”

Ngoài ra còn có thêm 2 nút nhấn xóa và thêm thẻ Tag Khi ta có một thẻ Tag đã lưu trong hệ thống nếu ta không cần dùng nữa thì quét thẻ Tag đó vào đầu đọc Reader rồi nhấn nút xóa (BTN1) thì thẻ sẽ được xóa

Còn nếu muốn thêm thẻ thì ta chỉ cần đặt thẻ Tag vào và nhấn thêm thẻ (BTN2) thì

vi điều khiển sẽ yêu cầu ta nhập tên, tuổi, giới tính cho thẻ Tag được thêm trên LCD Khi nhập đầy đủ thì ta quét thẻ Tag vào đầu đọc lần nữa thì sẽ có thông tin được lưu hiện ra

Mã Pin cũng có thể thay đổi, lúc ta nhấn phím “A” trên Keypad thì sẽ xuất ra thông báo “Nhập mật khẩu mới” và ta bắt đầu nhập từ Keypad Nếu đủ 5 ký tự thì Password sẽ tự động lưu lại

Trang 27

2.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG

- Thiết bị đầu vào: bàn phím, chuột, màn hình Desktop, Camera, Keypad 4x4, Module RFID MFRC522

 Thiết bị đầu ra: LCD 20x4, motor 12V, dây led trắng, Arduino Uno R3

 Thiết bị điều khiển trung tâm là máy tính

 Các chuẩn truyền dữ liệu UART, SPI, I2C, RFID, PWM

 Thiết bị lưu trữ bộ nhớ RAM, ROM, thẻ nhớ

2.3.1 Giới thiệu các chuẩn giao tiếp

Giới thiệu chuẩn Uart [2]:

Có nhiều kiểu truyền dữ liệu phổ biến tích hợp trong các họ vi điều khiển bao gồm:

Truyền dữ liệu nối tiếp đồng bộ và bất đồng bộ (USART Universal Synchronous Asynchronous Receiver and Transmitter)

Truyền dữ liệu giữa các vi điều khiển với các thiết bị ngoại vi (SPI Serial Peripheral Interface) Truyền dữ liệu 2 dây (I2C: Inter-Integrated Circuit) Ở kiểu truyền nối tiếp đồng

bộ thì có 1 đường dữ liệu và 1 đường xung clock, thiết bị nào cấp xung clock thì thiết bị đóng vai trò là chủ, thiết bị nhận xung clock đóng vai trò là tớ, tốc độ truyền dữ liệu phụ thuộc vào tần số xung clock Ở kiểu truyền nối tiếp bất đồng bộ thì có 1 đường phát dữ liệu

và 1 đường nhận dữ liệu, không còn tín hiệu xung clock nên gọi là bất đồng bộ Để truyền được dữ liệu thì cả bên phát và bên nhận phải tự tạo xung clock có cùng tần số và thường gọi là tốc độ truyền dữ liệu (baud), ví dụ 2400baud, 4800baud, …, 2400baud có nghĩa là truyền 2400 bit trên 1 giây

Truyền dữ liệu đồng bộ gồm các đường truyền dữ liệu (DT) và tín hiệu xung clock (CK) – chức năng của CK dùng để dịch chuyển dữ liệu, mỗi 1 xung ck là 1 bit dữ liệu được truyền đi Trong hệ thống truyền dữ liệu đồng bộ, hệ thống nào cung cấp xung CK thì đóng vai trò là master (chủ) – những hệ thống còn lại nhận xung ck đóng vai trò là slave (tớ) Tốc độ truyền dữ liệu chính là tốc độ của xung ck – chính là tần số xung ck

Trang 28

Điều chế độ rộng xung PWM [2]:

Xung là các trạng thái cao / thấp (HIGH/LOW) về mức điện áp được lặp đi lặp lại Đại lượng đặc trưng cho 1 xung PWM (Pulse Width Modulation) bao gồm tần

số (frequency) và chu kì xung (duty cycle)

Tần số là số lần lặp lại trong 1 đơn vị thời gian Đơn vị tần số là Hz, tức là số lần lặp lại dao động trong 1 giây

Như vậy thông thường, 1 dao động sẽ bao gồm 2 trạng thái điện: mức cao (x giây)

và mức thấp (y giây) Tỉ lệ phần trăm thời gian giữa 2 trạng thái điện này chính là chu kì xung

 Với x/y = 0% ta có xung chứa toàn bộ điện áp thấp (khái niệm xung nên hiểu

Trang 29

Hình 2.6 Phần trăm chu kỳ xung

Giữa 2 vạch màu xanh lá cây là 1 xung

Công nghệ RFID [3]

Đặc điểm

Công nghệ RFID là công nghệ sử dụng sóng vô tuyến để nhận dạng tự động những đối tượng vật lý như vật thể sống hoặc vật thể thụ động Phạm vi nhận dạng của RFID bao gồm toàn bộ vật thể sống và không sống trên trái đất Hệ thống RFID sử dụng song vô tuyến có tần số từ 30kHz đến 5.8GHz

RFID sử dụng sóng vô tuyến nên có thể bị ảnh hưởng bởi vật chất bên ngoài trong quá trình lan truyền Các vật thể này có thể chia làm các loại cơ bản sau:

 Vật liệu RF_lucent sẽ trong suốt với sóng vô tuyến hay nó sẽ cho sóng vô tuyến tại một tần số nhất định đi qua mà không gây ra hao hụt năng lượng

 Vật liệu RF_opaaque là vật liệu chắn sóng vô tuyến Khi sóng vô tuyến gặp loại vật liệu này sẽ bị phản xạ và phân tán

Trang 30

 Vật liệu RF_absorbent là vật liệu hấp thụ sóng vô tuyến Khi sóng vô tuyến gặp vật

liệu này thì nó vẫn cho sóng đi qua nhưng có sự tổn hao năng lượng

Các dãy tần số của RFID bao gồm [1]:

 Tần số thấp (LF): sử dụng dãy tần số từ 125KHz đến 134KHz Hệ thống RFID hoạt động tại LF thường dùng các loại thẻ tag thụ động

 Tần số cao (HF): Có dãy tần số từ 3MHz đến 30MHz Hệ thống RFID sử dụng tần

số 13.56MHz là tần số chính sử dụng trong hệ thống tại tần số cao

 Tần số siêu cao (UHF): Hệ thống UHF tích cực hoạt động ở dãy tần số 315MHz và 433MHz Hệ thống này có thể dùng cả hai loại thẻ là thụ động và tích cực, có tốc độ truyền nhanh nhưng hoạt động kém khi môi trường có kim loại và chất lỏng

 Tần số sóng viba (sóng cực ngắn): hoạt động tại dãy tần 245GHz hoặc 5.8GHz Có thể dùng loại thẻ bán tích cực và thụ động

Giới thiệu Reader và tag

với nhau, reader luôn truyền trước rồi mới đến thẻ tag nên bắt buộc phải có Reader thì dữ

liệu mới truyền được Thẻ tag không cần tiếp xúc với Reader

Reader

Đầu đọc RFID là thiết bị kết nối không dây với thẻ để dễ dàng nhận dạng đối tượng được gắn thẻ Nó là một thiết bị đọc và ghi dữ liệu nên thẻ RFID tương thích Thời gian mà đầu đọc có thể phát năng lượng RF để đọc thẻ được gọi là chu trình làm việc của đầu đọc Đầu đọc có nhiệm vụ kích hoạt thẻ, truyền dữ liệu bằng sóng vô tuyến với thẻ, thực hiện giải điều chế và giải mã tín hiệu nhận được từ thẻ ra dạng tín hiệu cần thiết để chuyển về máy chủ, đồng thời cũng nhận lệnh từ máy chủ để thực hiện các yêu cầu truy vấn hay đọc ghi thẻ

Trang 31

Đầu đọc thẻ là hệ thần kinh trung ương của toàn bộ hệ thống phần cứng RFID thiết lập việc truyền với thành phần này và điều khiển nó, là thao tác quan trọng nhất của bất kỳ thực thể nào muốn liên kết với thiết bị phần cứng này

2.3.2 Raspberry Pi 3 Model B [8]

Raspberry Pi là một máy tính mini giá rẻ, một single-board đa chức năng, cho phép những người yêu thích công nghệ trên thế giới xây dựng những ứng dụng của riêng mình một cách dễ dàng hơn bao giờ hết

Raspberry Pi ra đời với mục đích mang kiến thức khoa học máy tính và điện tử lập trình đến gần hơn với mọi người Vậy nên những gì bạn làm được với Pi là gần như không giới hạn: điện tử, lập trình, Iot, Linux, giải trí đa phương tiện…

Từ trẻ em cho đến người lớn tuổi, từ người mới bắt đầu cho đến các chuyên gia về công nghệ ai cũng có thể sử dụng Raspberry Pi để học tập hay tạo nên các ứng dụng công nghệ của riêng mình Đó chính là điểm đặc biệt của cộng đồng Raspberry Pi

Hình 2.7 Raspberry Pi 1 Model B Hình 2.8 Raspberry Pi 2 Model B

Raspberry Pi 1 Model B “huyền thoại” được phát hành vào năm 2012 và làm nên tên tuổi của Raspberry Pi Về nguồn gốc của cái tên Raspberry Pi, phòng thí nghiệm máy tính của đại học Cambridge thường đặt tên các sản phẩm của mình bằng tên các loại trái cây, “Raspberry” nghĩa là “quả dâu” còn “Pi” là ám chỉ “python” ngôn ngữ lập trình chính thức của Raspberry Pi

Trang 32

Qua nhiều năm Raspberry Pi Foundation ra mắt nhiều phiên bản mới khác nhau và

gần nhất là Raspberry Pi 3 Model B+ với một số nâng cấp khá lớn Do yêu cầu của đề tài

còn hạn chế nên nhóm chọn Kit Raspberry Pi 3 Model B làm vi điều khiển trung tâm

 Không có tích hợp WiFi (có thể mua USB WiFi về gắn vô)

 Yêu cầu phải có kiến thức cơ bản về Linux, điện tử

Do yêu cầu của đề tài còn hạn chế nên nhóm chọn Kit Raspberry Pi 3 Model B làm vi

điều khiển trung tâm

Giới thiệu Raspberry Pi 3

Hình 2.9 Raspberry Pi 3 Model B

Raspberry Pi là một máy tính chỉ có một board mạch kích thước chỉ bằng một cái

thẻ ATM Người ta đã tích hợp mọi thứ cần thiết trong đó để bạn sử dụng như một cái máy

vi tính, chạy hệ điều hành Linux, được phát triển tại Anh bởi Raspberry Pi Foundation với

mục đích thúc đẩy việc giảng dạy về khoa học máy tính cơ bản trong các trường học và các

nước đang phát triển

Trang 33

Raspberry Pi xây dựng xoay quanh bộ xử lí soc Broadcom BCM2835 bao gồm: CPU, GPU, bộ xử lí âm thanh /video, và các tính năng khác Raspberry Pi có hai phiên bản, Model A và Model B Ở đề tài này sử dụng Kit Raspberry Pi 3 Model B vì thông dụng hơn

 Đầu nối microusb cho nguồn điện 2,5A 5VDC

 Hỗ trợ tất cả các bản phân phối ARM GNU / Linux mới nhất và Windows 10 iot

Trang 34

Sơ đồ chân:

Hình 2.10 Sơ đồ chân Raspberry Pi 3

Hình 2.11 Cấu trúc phần cứng của Raspberry Pi 3

Ưu điểm: giá rẻ, nhỏ gọn, siêu tiết kiệm điện, GPU mạnh

Nhược điểm: Máy tính nhúng xử lý vẫn còn chậm so với máy tính để bàn hay laptop

Không chạy được một số chương trình nặng

Trang 35

Raspberry Pi 3 Model B đi kèm với bộ xử lý lõi tứ 64 bit, trên một board mạch với các tính năng WiFi và Bluetooth và USB

Nó có tốc độ xử lý từ 700 MHz đến 1,4 GHz trong đó bộ nhớ RAM dao động từ 256 đến 1GB

CPU của thiết bị này được coi là bộ não của thiết bị chịu trách nhiệm thực thi các câu lệnh dựa trên hoạt động toán học và logic

GPU (bộ xử lý đồ họa) là một chip tiên tiến khác được tích hợp trong board mạch

có chức năng tính toán hình ảnh Board mạch được trang bị cáp lõi video Broadcam chủ yếu được sử dụng để chơi các trò chơi video thông qua thiết bị

Pi 3 đi kèm với các chân GPIO (General Purpose Input Output) rất cần thiết để duy trì kết nối với các thiết bị điện tử khác Các chân đầu ra đầu vào này nhận lệnh và hoạt động dựa trên chương trình của thiết bị

Cổng USB được tích hợp trên board mạch được sử dụng để khởi động thiết bị Vì RPi chạy hệ điều hành Linux, nên chỉ cần cắm bàn phím và chuột vào là có thể sử dụng mà không cần cài thêm driver

Pi 3 hỗ trợ hai tùy chọn kết nối bao gồm HDMI và RCA Video Cổng HDMI được

sử dụng để kết nối LCD hoặc TV, có thể hỗ trợ cáp phiên bản 1.3 và 1.4 Cổng RCA Video được sử dụng để kết nối các màn hình TV đời cũ sử dụng jack cắm 3,5mm mà không hỗ trợ cổng HDMI

Trang 36

2.3.3 Camera Raspberry

Hình 2.12 Raspberry Pi Camera Module Hình 2.13 Raspberry Pi Camera Module V2

Ngoài thị trường hiện có nhiều loại Module Camera được tạo ra để có thể kết nối với Raspberry một cách dễ dàng: Raspberry Pi Camera Module, Raspberry Pi Camera Module V2, Camera USB…Trong dự án này thì chưa quan tâm đến khoảng cách và độ rõ nét nên em chỉ chọn Raspberry Pi Camera Module camera này được tích hợp camera 5 megapixel có độ nhạy sáng cao

Giới thiệu Raspberry Pi Camera Module [9]

Raspberry Pi camera là module camera được chính Raspberry Pi Foundation thiết

kế và đưa vào sản xuất đại trà từ tháng 5/2013 Camera module ra đời đã làm thoả lòng rất nhiều tín đồ yêu thích raspberry Trước khi xuất hiện camera, điều duy nhất bạn có thể làm

để thêm khả năng nhận biết hình ảnh, quay phim, chụp hình cho RPi là sử dụng 1 webcam cắm vào cổng USB Với các Webcam Logotech tích hợp sẵn định dạng xuất mjpeg sẽ giúp Raspberry xử lý nhanh hơn Nhưng các webcam Logitech lại có giá thành khá cao, nhất là các webcam có độ phân giải lớn

Raspberry Pi camera được tích hợp camera 5 megapixel có độ nhạy sáng cao, có thể chụp tốt ở nhiều điều kiện ánh sáng khác nhau, cả trong nhà và ngoài trời Điểm đặc biệt

mà camera mang lại đó là chụp hình độ nét cao trong lúc quay phim

Bạn không tốn thêm cổng USB nào cho Camera vì Camera được gắn chắc chắn vào socket CSI Điều này giúp hạn chế tình trạng nghẽn băng thông cho chip xử lý USB trên

Trang 37

mạch Raspberry Chiều dài cáp nối camera đã được tính toán cẩn thận khi vừa đạt được độ dài cần thiết trong khi vẫn đảm bảo tốc độ truyền hình ảnh từ module về RPi

Hướng dẫn kết nối và kiểm tra Camera

Hình 2.14 Kết nối Camera với Raspberry Pi 3

Các bạn mua dây Bus nối cho Camera và Raspberry gồm 15 chân dài khoảng 20cm

và cắm trực tiếp vào CSI của Raspberry Pi 3

Tiếp theo các bạn thực hiện cập nhật ứng dụng mới nhất cho Raspberry Kết nối Internet và gõ hai lệnh này vào Terminal:

sudo apt-get update

sudo apt-get upgrade

Bây giờ bạn cần phải kích hoạt hỗ trợ Camera bằng Raspi-config chương trình bạn

sẽ sử dụng khi lần đầu tiên thiết lập Raspberry Pi

sudo raspi-config

Sử dụng các phím con trỏ để đến tùy chọn Camera và chọn ‘enable’ Khi thoát config thì nó sẽ yêu cầu khởi động lại

Trang 38

Hình 2.15 Mở Camera cách 1

Hình 2.16 Mở Camera cách 2

Ngoài ra bạn có thể nhấp chuột vào Menu, chọn Preferences (Tùy thích), chọn Raspberry Pi Configuration Sau đó hộp thoại sẽ hiện lên bạn chọn Tab Interfaces, chọn Enable Camera và nhấn OK Khởi động lại raspberry

Tiếp theo để kiểm tra Camera còn hoạt động hay không ta mở Terminal và gõ lệnh

raspistill –o image.jpg

Trong vòng 3s thì cửa sổ hiện lên và bạn chỉ cần tạo dáng thì sẽ chụp ngay Hình sẽ được lưu ở thư mục /home/pi Nếu có hình thì ta có thể chắc chắn rằng Camera sẽ hoạt động tốt

Trang 39

Hình 2.17 Ảnh được chụp và lưu 2.3.4 Module RFID MFRC522

Các loại thẻ tag được dùng nhiều hiện nay:

Hình 2.18 Thẻ RFID S50 loại móc khóa Hình 2.19 Thẻ nhựa NFC RFID Reader

Được gọi là vật tra hỏi, là một thiết bị đọc và ghi dữ liệu lên thẻ tag Hoạt động đọc

và ghi dữ liệu lên thẻ tag được gọi là tạo tag Thời gian mà Reader phát năng lượng để đọc thẻ tag gọi là chu kỳ làm việc của Reader

Trang 40

Hình 2.20 RFID Reader

Giới thiệu các loại đầu đọc RFID [3]

Trên thị trường có rất nhiều loại đẩu đọc RFID Nó đa dạng về kiểu, màu sắc, loại kết nối Sau đây là một số đầu đọc có trên thị trường: Đầu đọc RFID HF, Đầu đọc RFID UHF, Đầu đọc/ghi RFID HF Hình 2.5 trình bày loại đầu đọc/ghi dữ liệu rẻ nhất trên thị trường Thiết bị hoạt động ở tần số 13.56MHz Cho phép ghi/ đọc dữ liệu lên thẻ cũng như tương thích kết nối với đa số vi xử lý trên thị trường Vì những thuận lợi mà thiết bị này mang đến nên nhóm nghiên cứu đã chọn module này làm thiết bị đọc RFID chính

Giới thiệu module RFID MFRC522 [3]

Module MFRC522 là module đọc/ghi trong môi trường giao tiếp tại tần số 13.56MHz Module hỗ trợ đọc các chuẩn ISO/IEC 1443 A/MIFARE và NTAG Module MFRC522 hỗ trợ hầu hết các loại thẻ MF1xxS20, MF1xxS70 và MF1xxS50 Module còn

hỗ trợ giao tiếp và cho phép tốc độ truyền lên tới 848 kBd trong cả hai chiều đối với thẻ MIFARE

Hình 2.21 Module RFID RC522

Định dạng
Số trang	98
Dung lượng	3,72 MB