NGHIÊN cứu bài TOÁN bật tắt THIẾT bị BẰNG vân TAY ỨNG DỤNG tại PHÒNG THÍ NGHIỆM kỹ THUẬT điện tử

Một trongnhững ứng dụng quan trọng của nó cảm biến vân tay dùng để nhận dạng vân tay, được sử dụng rộng rãi trong các khóa cửa vân tay, bật tắt các thiết bị điện dân dụng nhưbóng đèn, bả

- -ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

HỆ: ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU BÀI TOÁN BẬT TẮT THIẾT BỊ BẰNG VÂN TAY ỨNG

DỤNG TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

Giáo viên hướng dẫn

Sinh viên thực hiện 1

TS.MAI TRUNG THÁI NGUYỄN THỊ OANH K165520207022

HOÀNG THỊ LỆ THỦY K165520207031

K52 KĐT.01

Thái Nguyên – 2021

BỘ MÔN KỸ

THUẬT ĐIỆN TỬ

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Sinh viên thực hiện 1

Sinh viên thực hiện 2

LớpNgày giao đề: 20/11/2020

: Nguyễn Thị Oanh - K165520207022 :Hoàng Thị Lệ Thủy -K165520207031 : K52KĐT.01

Ngày hoàn thành: 17/01/2021

1 Tên đề tài

Nghiên cứu bài toán bật tắt thiết bị bằng vân tay ứng dụng tại phòng thí nghiệm kỹ thuật điện tử

2 Yêu cầu của các bước thực hiện

1- Giới thiệu và phân tích các yêu cầu của bài toán thiết kế

2- Trình bày tổng quan về nhận dạng vân tay và bật tắt thiết bị

3- Mô tả cụ thể trình tự các bước thiết kế, các kết quả minh họa

4- Kết luận và hướng phát triển

Thái Nguyên , ngày tháng năm 2021

Giáo viên hướng dẫn

(Ký , ghi rõ họ tên)

Thái Nguyên , ngày tháng năm 2021

Giáo viên chấm

(Ký , ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

LỜI CÁM ƠN 1

LỜI MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH 3

1.1 Tổng quan nhà thông minh 3

1.2 Các xu hướng của nhà thông minh 4

1.2.1 Xu hướng nhà thông minh trên thế giới 4

1.2.2 Xu hướng nhà thông minh ở Việt Nam 4

1.2.3 Các chức năng chính của nhà thông minh 4

1.3 Các hệ thống cơ bản trong nhà thông minh 5

1.3.1 Hệ thống quản lý chiếu sáng 5

1.3.2 Hệ thống kiểm soát vào ra 5

1.3.3 Hệ thống giải trí đa phương tiện 5

1.3.4 Hệ thống quản lý cấp điện, nước, gas 6

1.3.5 Hệ thống cảm biến và báo động, báo cháy 6

1.3.6 Hệ thống điều hòa không khí, kiểm soát môi trường 6

1.3.7 Hệ thống các công tắc điều khiển trạng thái 6

1.3.8 Hệ thống mạng, xử lý trung tâm và sự kết hợp hoạt động 6

1.4 Ứng dụng nhà thông minh tại PTN 409- Kỹ thuật điện tử 7

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NHẬN DIỆN VÂN TAY 10

2.1 Giới thiệu về công nghệ nhận diện vân tay 10

2.2 Ứng dụng công nghệ điểm danh tự động 13

2.3 Hệ thống hiện thời 14

2.4 Phương án đề xuất 14

3.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống 16

3.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 16

3.1.3 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống 17

3.2 Thiết kế hệ thống phần mềm 23

3.2.1 Lưu đồ thuật toán 23

3.2.2 Giới thiệu phần mềm Blynk 23

3.3 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống 26

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ SẢN PHẨM THỰC 27

4.1 Kết quả và sản phẩm thực 27

4.1.1 Các bước thêm dấu vân tay 27

4.1.2 Xóa vân tay 32

4.2 Kết luận và hướng phát triển 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO 34

PHỤ LỤC 35

Hình 1-2 Không gian bên trong phòng 409 – Bộ môn Kỹ thuật Điện tử 8

Hình 1-3 Bên phải và trái nhìn từ cửa vào phòng 409 8

Hình 2-1 Cấu trúc cơ bản của hệ thống nhận diện vân tay 10

Hình 2-2 Một số hình ảnh về vân tay 12

Hình 3-1 Sơ đồ khối của hệ thống 16

Hình 3-2 Module ESP8266 17

Hình 3-3 Sơ đồ chân chip Esp8266 18

Hình 3-4 Dạng thực của 1 LCD 20x4 19

Hình 3-5 Hình ảnh thực tế của cảm biến vân tay R305 21

Hình 3-6 Kích thước chi tiết và sơ đồ chân của cảm biến nhận dạng vân tay R305 22

Hình 3-7 Lưu đồ thuật toán của hệ thống 23

Hình 3-8 Các phần của blynk 24

Hình 3-9 Giao diện phần mềm blynk trong đồ án 25

Hình 3-10 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống 26

Hình 4-1 Bắt đầu chương trình 27

Hình 4-2 Nhấn nút thêm trên phần mềm blynk 28

Hình 4-3 Nhập id người dùng 28

Hình 4-4 Đăng kí vân tay 29

Hình 4-5 Đặt vân tay lần 1 29

Hình 4-6 Đặt vân tay lần 2 30

Hình 4-7 Vân tay đã được lưu 30

Hình 4-8 Nhận dạng vân tay bật thiết bị 31

Hình 4-9 Nhận dạng vân tay tắt thiết bị 31

Hình 4-10 Xóa vân tay 32

LỜI CÁM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn giảng viên hướng dẫn – thầy giáo T.S Mai Trung Thái và các thầy cô trong bộ môn Kỹ thuật điện tử đã giúp đỡ em rất nhiều trong

quá trình tìm hiểu, thiết kế và hoàn thành đề tài Những buổi trao đổi cùng các thầy

cô đã giúp chúng em có được những định hướng đúng đắn và đưa ra các phươngpháp tốt để thực hiện đề tài này

Xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong Khoa Kỹ thuật điện tử, những người đã dìudắt chúng em suốt 4 năm ở Đại học

Xin cảm ơn bạn bè và anh chị khóa trên, những người đã cùng chúng em học tập,san sẻ khó khăn, trong đó có những ủng hộ tinh thần quý giá

Và cuối cùng, nhưng quan trọng nhất, xin cám ơn ba mẹ và những người thân,những người ủng hộ chúng con về mọi mặt Không có sự quan tâm đó, chúng conkhông thể hoàn thành tốt đồ án này

Trong quá trình tiến hành nghiên cứu và tìm hiểu, mặc dù nhận được sự hướng dẫntận tình của thầy, cô và sự cố gắng của bản thân nhưng do kinh nghiệm còn hạn chếnên không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được những ý kiếnđóng góp và nhận xét đánh giá quý báu của các thầy cô để đồ án của em được hoànthiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 17 tháng 01 năm 2021

Sinh Viên

Nguyễn Thị Oanh – Hoàng Thị Lệ Thủy

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay nhu cầu cấp bách đối với bảo mật ngày càng tăng, sinh trắc học đãđược để ý tới để tạo ra một phương pháp nhận dạng cho thế hệ tiếp nối Trong số hàngloạt công nghệ sinh trắc học, nhận dạng vân tay được sử dụng thời gian sớm nhất vàmang đến nhiều cơ hội hơn là sử dụng những công nghệ sinh trắc học khác Một trongnhững ứng dụng quan trọng của nó cảm biến vân tay dùng để nhận dạng vân tay, được

sử dụng rộng rãi trong các khóa cửa vân tay, bật tắt các thiết bị điện dân dụng nhưbóng đèn, bảo mật máy tính xách tay, máy chấm công, các thiết bị trong khoa họchình sự, nhờ tính bảo mật và tiện lợi cao

Trong thời kỳ công nghiệp hóa và hiện đại hóa như ngày nay, các thiết bị điện

tử, tự động hóa đóng một vai trò rất quan trọng, đặc biệt là trong quá trình sản xuất ởcác phân xưởng, nhà máy cũng như là trong đời sống gia đình Áp dụng những kiếnthức đạt được trong quá trình học tại trường, cùng với công nghệ được coi là thiết thựcnhư hiện nay, em quyết định chọn đề tài“NGHIÊN CỨU BÀI TOÁN BẬT TẮT

THIẾT BỊ BẰNG VÂN TAY ỨNG DỤNG TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM

Trong khi thực hiện đồ án, do kiến thức còn hạn chế do vậy mà đồ án của chúng

em cò nhiều thiếu sót mong các thầy cô đóng góp và bổ sung ý kiến để đồ án củachúng em được hoàn thiện hơn!

Qua đó, em xin chân thành cám ơn thầy Mai Trung Thái cùng toàn bộ các thầy

cô trong bộ môn đã nhiệt tình giúp đỡ và hướng dẫn chúng em hoàn thành đề tài của

đồ án

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Oanh Hoàng Thị Lệ Thủy

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH

1.1 Tổng quan nhà thông minh

Một ngôi nhà thế nào được gọi là Nhà thông minh? Smart Home là một kháiniệm tuy không quá xa lạ với dân công nghệ (IT) nhưng vẫn còn khá xa lạ với đa sốngười dân nói chung Hiểu theo cách đơn giản nhất , Smart Home là ngôi nhà mà ở đómọi thiết bị liên quan đến điện năng đều được điều khiển trực tiếp bằng bản công tắccảm ứng hay điều khiển từ xa qua những nút chạm hiển thị trên màn hình smartphone , tablet,máy tính cá nhân (PC,laptop)

Theo nghĩa tương đối đầy đủ Smart Home là ngôi nhà được tích hợp nhữngcông nghệ tân tiến về kỹ thuật điện-điện tử-tin học để quản lý và điều khiển các thiết

bị điện theo mong muốn của chủ nhà mọi lúc , mọi nơi theo những chương trình đượccài đặt theo ngữ cảnh , lịch trình , cảm biến tự động

Như vậy sự khác biệt với một ngôi nhà bình thường mà ở đó mọi việc quản lý

và điều khiển thiết bị điện đều thực hiện bằng cách thủ công cơ học theo nguyên tắcMở/Tắt (On/Off) thì Smart Home đã tiến lên một đẳng cấp khác về điều khiển , quản

lý thiết bị một cách thông minh hơn rất nhiều

Hình 1-1 Mô hình Smart house

Nhà thông minh đang và sẽ là một xu hướng công nghệ tất yếu trên thế giới, trởthành tiêu chuẩn của nhà ở hiện đại trong kỷ nguyên Internet of Things (IoT) – kết nốivạn vật qua internet Bên cạnh đó, sự tiện nghi và tiết kiệm năng lượng cũng dần trởthành một tiêu chuẩn cần thiết nhằm nâng cao chất lượng cuộc sống của chúng ta Vậyhãy bắt đầu cho một “kỷ nguyên công nghệ” mới.

Công nghệ và thiết bị cho ngôi nhà thông minh đang được các công ty trongngành xây dựng quan tâm nhiều Tại châu Âu, ngày càng có nhiều điều luật bắt buộccác ngôi nhà mới xây phải có chứng chỉ thân thiện môi trường, như cách nhiệt tốt,giảm tiêu thu điện, nước và khí đốt, …Ở Việt nam, gần đây hàng loạt các căn hộ ở khu

đô thị lớn như Phú Mỹ Hưng, Royal City, Times City, Ecopark, Vinhomes CentralPark, chung cư, tòa nhà như Penthouse tại Hà Nội, Watermark Tower Hồ Tây, CănPenthouse cao cấp tại Lạc Trung – Hà Nội, Căn Penhouse cao cấp tại chung cư HoàngThành TOWER – Hà Nội, thậm chí những căn biệt thự riêng lẻ ở các tỉnh khắp cácmiền tổ quốc đã và đang được đưa công nghệ thông minh vào nhà ở mang lại sự tiệnnghi và đẳng cấp cho tổ ấm

1.2 Các xu hướng của nhà thông minh

1.2.1 Xu hướng nhà thông minh trên thế giới

Đối với các ông lớn về công nghệ thì cuộc cánh mạng công nghệ 4.0 và côngnghệ IoT được xem là cơ hội tỉ USD trên thị trường đầy tiềm năng này Theo mộtthống kê của công ty nghiên cứu thị trường Statista thì vào năm 2020 giá trị thị trườngcủa Smarthome -nhà thông minh dự báo đạt tới 43 tỉ USD Con số này tăng gấp 3 lần

so với năm 2014 Xu hướng nhà thông minh được dự báo như một trong những ứngdụng công nghệ một cách toàn diện nhất vào cuộc sống, là cả một căn nhà chứ khôngchỉ là một thiết bị thông minh

1.2.2 Xu hướng nhà thông minh ở Việt Nam

Với những tiềm năng phát triển đó, có nhiều nhà phát triển và xâm nhập thịtrường nhà thông minh Việt Nam như Lumi, Bkav… hay tới các nhà đầu tư nướcngoài khác Tuy chỉ mới phát triển từ 3 -5 năm nay, nhưng nhiều đơn vị trong nước đãnắm được thị phần phân phối nhà thông minh tại Việt Nam khá lớn như Lumi, Bkav.Các doanh nghiệp ở Việt Nam phần lớn cung cập các giải pháp nhà thông minh thiên

về giải pháp an ninh, an toàn, điều khiển thiết bị thông qua smartphone, điều khiển qualoa thông minh, …

1.2.3 Các chức năng chính của nhà thông minh

o Điều khiển chiếu sáng (on/off, dimmer, timer, logic, …)

o Điều khiển mành, rèm, cửa cổng

o Hệ thống an ninh báo động, báo cháy

o Điều khiển điều hòa, máy lạnh

o Hệ thống âm thanh đa vùng

Hệ thống chiếu sáng sẽ được tích hợp chung với các hệ thống khác hoặc sẽđược tách riêng ra để điều khiển độc lập Các giải pháp đều nhằm tối ưu hóa hệthống và giúp gia chủ điều khiển dễ dàng hơn Các giải pháp kết hợp sẽ được tínhđến để tự động hóa tới mức tối đa

1.3.2 Hệ thống kiểm soát vào ra.

Các thiết bị chiếu sáng như bóng đèn sợi đốt, đèn neon, đèn ngủ, trang trí…được sử dụng rất nhiều Vì vậy nếu phối hợp chiếu sáng không hợp lý sẽ dẫn tới bị “ônhiễm” ánh sáng Ngoài ra, việc chiếu sáng như vậy còn gây lãng phí điện, giảm tuổithọ thiết bị Bên cạnh đó số lượng đèn dùng để chiếu sáng là khá lớn, gia chủ sẽ gặpnhững bất tiện nhỏ trong việc bật tắt, điều chỉnh độ sáng cho phù hợp

Hệ thống chiếu sáng sẽ được tích hợp chung với các hệ thống khác hoặc sẽđược tách riêng ra để điều khiển độc lập Các giải pháp đều nhằm tối ưu hóa hệ thống

và giúp gia chủ điều khiển dễ dàng hơn Các giải pháp kết hợp sẽ được tính đến để tựđộng hóa tới mức tối đa

1.3.3 Hệ thống giải trí đa phương tiện.

Ngôi nhà là nơi sinh hoạt của một gia đình có thể gồm nhiều thế hệ và mỗi thế hệlại có nhu cầu giải trí khác nhau Do đó, một hệ thống giải trí đa phương tiện sẽ cungcấp cho các thành viên những hoạt động giải trí phù hợp…

1.3.4 Hệ thống quản lý cấp điện, nước, gas.

Đối với một ngôi nhà bình thường thì việc cung cấp và đo lường các chỉ số điệnnước đều phải thông qua các cơ quan nhà nước

Ngôi nhà thông minh cung cấp giải pháp nhằm đo lường và báo lại các thông sốđiện, nước thường xuyên, kết hợp với hệ thống quản lý chiếu sáng và hệ thống kiểmsoát vào ra, từ đó tự động bật/tắt các thiết bị trong nhà nhằm tiết kiệm năng lượng.Ngoài ra, các cảm biến sẽ giúp hạn chế và cảnh báo các nguy cơ khác như rò rỉ gas,mực nước ở bể chứa thấp, bể đường ống nước, cháy chập điện…

1.3.5 Hệ thống cảm biến và báo động, báo cháy.

Hệ thống các cảm biến là thành phần quan trọng trong bất kì hệ thống nào củangôi nhà, các cảm biến có nhiệm vụ gửi các thông số đo được về cho bộ xử lý trungtâm để có giải pháp phù hợp với từng gói dữ liệu và xử lý từng tình huống tươngứng

Các cảm biến cơ bản như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến gas, cảm biến ápsuất, cảm biến hồng ngoại…

1.3.6 Hệ thống điều hòa không khí, kiểm soát môi trường.

Thông thường thì một ngôi nhà cần có những không gian xanh, nó không chỉ giúpcác thành viên trong gia đình thư giãn mà còn giúp điều hòa không khí Việc xây dựng

và duy trì màu xanh trong ngôi nhà là cần thiết, do đó hệ thống điều hòa không khí vàkiểm soát môi trường sẽ giúp ích rất nhiều trong việc chăm sóc cây như độ ẩm cầnthiết, hay là ánh sáng phù hợp…

1.3.7 Hệ thống các công tắc điều khiển trạng thái.

Hệ thống các công tắc và bảng hiển thị sẽ cung cấp thông tin cũng như nhận lệnhđiều khiển từ gia chủ Đảm bảo sự tương tác hai chiều giữa các thành viên và hệ thống

tự động Hệ thống bao gồm: các điều khiển từ xa, các công tắc gắn tường, các bảngđiều khiển tương tác HMI, điện thoại thông minh…

1.3.8 Hệ thống mạng, xử lý trung tâm và sự kết hợp hoạt động.

Ngôi nhà thông minh được đánh giá cao và khác hẳn những ngôi nhà bình thường

là do nó được trang bị một hệ thống mạng điều khiển và toàn bộ các thay đổi và điềukhiển tự động trong ngôi nhà được xử lý đồng nhất thông qua hệ thống mạng và xử lýtrung tâm Nó có vai trò quan trọng, làm nhiệm vụ liên kết các hệ thống khác trongngôi nhà lại với nhau, điều phối của hệ thống chấp hành một cách nhịp nhàng theo cácđiều kiện tác động được lập trình từ trước Chúng ta gọi đó là các hoạt cảnh – hay làcác điều kiện môi trường trong ngôi nhà Một vài sự kết hợp tiêu biểu:

 Hệ thống chiếu sáng với Hệ thống xử lý trung tâm có thể được lập trình theo thóiquen của người sử dụng Các thiết bị chiếu sáng sẽ hoạt động theo chu trình thờigian đặt trước

 Hệ thống chiếu sáng kết hợp với Hệ thống cảm biến cung cấp khả năng tự độngđiều khiển ánh sáng như: đèn tự động tắt khi không có người trong phòng, một sốkhu vực tự sáng đèn khi qua 18h…

 Hệ thống cảnh báo kết hợp với hệ thống chiếu sáng: khi có vấn đề xảy ra như cháy

nổ, phát hiện ăn trộm…các bóng đèn sẽ chớp sáng liên tục, đồng thời sẽ có tiếngcòi báo hiệu

 Hệ thống cảm biến kết hợp với hệ thống xử lý trung tâm báo cáo tình trạng lưu trữđiện trong các UPS, báo cáo mực nước trong bồn chứa…nhằm đảm bảo nguồncung cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày

 Hệ thống giải trí đa phương tiện kết hợp với hệ thống chiếu sáng nhằm đem lạinhững giây phút thư giãn cho thành viên trong gia đình

1.4 Ứng dụng nhà thông minh tại PTN 409- Kỹ thuật điện tử

Bộ môn Kỹ thuật Điện tử tiền thân là bộ môn: Điện tử - Đo lường – Cơ sở Kỹ thuậtđược thành lập tháng 10 năm 1972 thuộc Khoa Điện – Trường ĐH Kỹ thuật côngnghiệp Với sự phát triển mạnh mẽ bộ môn cả về số lượng và chuyên môn, được sựnhất trí của Đảng ủy nhà trường, Bộ môn Kỹ thuật Điện tử được thành lập vào ngành28/11/1980 theo quyết định số 159/QĐ-CB Kể từ tháng 5 năm 2005, Bộ môn đã tách

ra khỏi khoa Điện, cùng với một số bộ như Điện tử Viễn thông, Đo lường và Điềukhiển tự động, sát nhập vào Trung tâm máy tính, hình thành nên Khoa Điện tử

Văn phòng Bộ môn Kỹ thuật Điện tử được đặt ngay tại phòng số 9 nằm trên tầng 4của Nhà thí nghiệm, trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Là nơi cácthầy cô giáo trong Bộ môn Kỹ thuật Điện tử tổ chức các sự kiện quan trọng của Bộ

môn cũng đồng thời là nơi trao đổi, làm việc trực tiếp giữa các thầy cô và các bạn sinhviên trong Bộ môn và các Bộ môn trong Khoa khác của trường.

Hình 1-2 Không gian bên trong phòng 409 – Bộ môn Kỹ thuật Điện tử

Với diện tích phòng vào khoảng hơn 20 m², phòng 409 có không gian thoáng mát,rộng rãi, mát mẻ và yên tĩnh để làm việc, học tập nghiên cứu của các thầy cô giáo vàcác bạn sinh viên trong Bộ môn Phòng có 3 cửa sổ được bố trí rèm cửa tự động nằm ở

vị trí cao nên nhờ đó mà phòng có thể đón nhận được nhiều ánh sáng từ bên ngoàichiếu vào, hệ thống đèn chiếu sáng có tất cả 8 cụm đèn chia đề cho từng vùng diện tích

để đảm bảo người học tập và làm việc ở dưới luôn có đủ lượng ánh sáng cần thiếtkhông gây hại cho mắt, tiếp đo là hệ thống điều hòa với 3 chiếc được lắp phía trên bànlàm việc để đảm bảo phòng luôn mát mẻ về mùa hè, phòng cũng được trang bị 6 chiếcquạt trần để hỗ trợ giảm bớt cái nóng khi nhiệt độ thời tiết lên cao

quạt trần để hỗ trợ giảm bớt cái nóng khi nhiệt độ thời tiết lên cao

Hình 1-3 Bên phải và trái nhìn từ cửa vào phòng 409

Ngoài ra, các bức tranh của các thế hệ cựu sinh viên khóa trước lớp KĐT được treotrên tường ở phía tay phải khi bước vào, tivi cùng biển chữ trang trí cho Bộ môn và bộbàn bàn ghế mang phong cách văn phòng, tất cả hòa vào nhau để trang trí cho phòng

409 trở nên đẹp, tinh tế, sang trọng hơn như phòng khách của ngôi nhà, làm người sinhhoạt bên trong quên đi cảm giác là mình đang đến nơi làm việc, học tập Điều này vôcùng ý nghĩa trong việc tạo cảm giác hứng thú, thoải mái dễ chịu để nghiên cứu vàsáng tạo của thầy và trò trong Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử

Mang sứ mệnh là một nơi làm bệ phóng ý tưởng cho các kỹ sư tương lai, các thầy

cô giáo trong Bộ môn Kỹ thuật Điện tử đã đề xuất tân trang lại phòng 409 Và để đónggóp và mục tiêu lớn lao đó, nhóm đề tài đồ án của chúng em đã lấy trực tiếp phòng

409 làm Nhà thông minh để ứng dụng lắp đặt thiết bị chiếu sáng tối ưu là công tắc cảmứng, bởi vì phòng 409 không chỉ là diện mạo, là bộ mặt của Bộ môn Kỹ Thuật Điện

Tử nói chung mà còn là nơi làm việc chung của các thầy cô và các bạn sinh viên trong

Bộ môn nói riêng nên việc áp dụng những giải pháp mới, thiết bị công nghệ hiện đạivào sử dụng trong phòng 409 sẽ làm thay đổi không chỉ về hình thức đẹp bên ngoàicủa phòng 409 mà còn thể hiện được sự nỗ lực, tiến bộ từng ngày của cả thầy và trò

Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NHẬN DIỆN VÂN TAY 2.1 Giới thiệu về công nghệ nhận diện vân tay

Sinh trắc học hay “Công nghệ sinh trắc học” là công nghệ sử dụng những thuộctính vật lý, đặc điểm sinh học riêng của mỗi cá nhân như vân tay, mống mắt, khuônmặt, để nhận diện Đây được coi là công cụ xác thực nhân thân hữu hiệu nhất màngười ta sử dụng phổ biến vẫn là vân tay, nhận diện vân tay được xem là một trongnhững phương pháp sinh trắc tin cậy nhất

Mặc dù vậy cho tới ngày nay, vẫn chưa có bằng chứng xác thực 100% vân taytrên các ngón tay tuyệt đối mang tính cá nhân và không hề lặp lại Câu trả lời chínhxác chỉ có được khi đem so sánh mẫu vân tay mười đầu ngón tay của một người vớimẫu vân tay mười đầu ngón tay của hơn bảy tỉ người còn lại Tuy nhiên không xét tớimột phần nhỏ lý do ấy có thể rút ra một số tính chất cơ bản của vân tay để nó trở thànhphổ biến trong ứng dụng nhận dạng vân tay và định danh con người đó là:

- Tính “phổ thông”: mọi người đều có

- Tính cá nhân và không lặp lại: xác xuất trùng khớp với người khác gần nhưbằng không

-Tính “bất biến”: hình dạng tổng thể của vân tay trên các ngón tay của conngười không thay đổi theo thời gian Ngay cả trường hợp bị chấn thương nhẹ, dấu vântay vẫn có khả năng khôi phục lại

Hệ thống nhận diện vân tay là hệ thống xác thực một cá nhân bằng cách tìmkiếm và đối sánh đặc tính sinh trắc của người này với toàn bộ các mẫu sinh trắc đượclưu giữ trong cơ sở dữ liệu

Hình 2-4 Cấu trúc cơ bản của hệ thống nhận diện vân tay

Hệ thống này gồm 2 phần chính:

- Verification (Xác nhận dấu vân tay): Đầu tiên một người sẽ cung cấp dấu vân

tay cùng với thông tin hoặc đặc điểm cá nhân của người đó như họ tên, ngày sinh,quê quán… (trong chứng minh thư) hoặc là Username, tên tài khoản, các quyền hạncủa ngươi đó,…(trong bảo mật) Bước này nhằm tạo ra một cơ sở dữ liệu tương ứngdấu vân tay và các đặc điểm liên quan Nguyên lý cơ bản của hệ thống này là sửdụng các diot phát sáng để truyền các tia hồng ngoại gần (Near Infrared NIR) tớingón tay và chúng sẽ được hấp thụ lại bởi hồng cầu trong máu Vùng các tia bị hấpthụ trở thành vùng tối trong hình ảnh và được chụp lại bởi camera CCD Sau đó,hình ảnh được xử lý và tạo ra hình ảnh mẫu vân tay Mẫu vân tay được chuyển đổithành tín hiệu số và là dữ liệu để nhận dạng người sử dụng chỉ trong vòng chưa đến

2 giây Công nghệ truyền ánh sáng của Hitachi cho phép ghi lại rõ nét sơ đồ vân nhờ

độ tương phản cao và khả năng tương thích với mọi loại da tay, kể cả da khô, da dầuhay có vết bẩn, vết nhăn hoặc bị khiếm khuyết do tạo hoá trên bề mặt của các ngóntay Lượng dữ liệu nhỏ đó là căn cứ cho việc nhận dạng và tạo nên một hệ thống nhỏgọn, an toàn, thân thiện và nhanh nhất trên thế giới Hệ thống này có thể lưu trữ hìnhảnh từ 6.000 - 8.000 dấu vân tay trong một máy và mỗi người có thể được nhận dạngbởi 1 trong 5 dấu vân tay khác nhau đã đăng ký trước đó Ưu điểm vượt trội của hệthống này là chỉ tương tác với cơ thể sống nên việc bắt chước, giả mạo hoặc ăn cắp

dữ liệu là điều hoàn toàn bất khả thi

- Identification (Nhận diện dấu vân tay): Dấu vân tay sẽ được đưa thu thập từ

một sensor để đối chiếu với database chứa các vân tay để truy ra các đặc điểm muốntruy xuất Việc đối sánh ảnh vân tay cần nhận dạng chỉ cần được tiến hành trên các dấuvân tay có trong cơ sở dữ liệu thuộc loại đã được xác định nhờ quá trình phân loại.Đây là giai đoạn quyết định xem hai ảnh vân tay có hoàn toàn giống nhau hay không

và đưa ra kết quả nhận dạng, tức là ảnh vân tay cần nhận dạng tương ứng với vân taycủa cá thể nào đã được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu

Hình 2-5 Một số hình ảnh về vân tay

Trên các ảnh vân tay có các điểm đặc trưng (là những điểm đặc biệt mà vị trícủa nó không trùng lặp trên các vân tay khác nhau) được phân thành 2 loại: Singularity

và Minutiae

Singularity: Trên vân tay có những vùng có cấu trúc khác thường so với những

vùng bình thường khác (thường có cấu trúc song song), những vùng như vậy gọi là

Singularity (thường có 3 loại là: delta, whorl, loop).

Phân tích ở mức toàn cục, mẫu vân tay thể hiện những vùng mà tại đó nhữngđường vân mang hình dạng đặc biệt Do có nhược điểm cần lưu ý đó là cũng có những

vân tay không chứa những vùng Singularity có kiểu whorl hoặc loop vì thế khó xác

định được điểm Core ( kiểu Arch) 5 lớp chính của một vân tay bao gồm: Left Loop,Right Loop, Whorl, Arch, Tented Arch

Minutiae: Khi dò theo từng đường vân tay ta sẽ thấy có những điểm đường vân

kết thúc hoặc rẽ nhánh, những điểm này thường được gọi chung là trích điểm

Minutiae.

Một cách toàn diện, những đặc trưng quan trọng khác được gọi là Minutiae Nó

có nghĩa là chi tiết vụn vặt, trong ngữ cảnh của vân tay nó đề cập đến những tháchthức khác nhau mà những đường vân bị gián đoạn, nó không thay đổi trong thời giansống của một cá nhân

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 sở hữu chúng, từ việcdùng các ổ khóa thông thường thay thế cho các ổ khóa vân tay 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 mở 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 chúng 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 sở dữ liệu

Trên thế giới hiện nay đã xuất hiện nhiều sản phẩm công nghệ cao sử dụngphương pháp nhận dạng vân tay như khóa vân tay, máy chấm công vân tay, máy tínhxách tay, Tuy nhiên đây vẫn là vấn đề còn chưa được nghiên cứu nhiều ở Việt Nam

Ở nước ta, phương pháp này mới chỉ phổ biến ở việc quản lý nhân sự thông qua chứngminh thư nhân dân và phục vụ điều tra phá án Các sản phẩm công nghệ cao nói trênchúng ta vẫn phải nhập khẩu với giá thành khá cao, do đó chúng vẫn chưa được phổbiến rộng rãi

2.2 Ứng dụng công nghệ điểm danh tự động

Điểm danh là một công việc thực tế rất hay được thực hiện trong các trườnghọc, cơ quan, xí nghiệp Điểm danh để kiểm tra học sinh, sinh viên có đến lớp học đầy

đủ không, điểm danh để chấm công lao động tại các cơ quan, xí nghiệp Tuy nhiên,công tác điểm danh còn khá nhiều bất cập Nếu điểm danh bằng cách đọc tên hoặc kýtên thì tốn rất nhiều thời gian, không chính xác vì có thể người này điểm danh thay chongười kia, còn nếu điểm danh bằng quẹt thẻ thì có thể xảy ra tình trạng người này quẹtthẻ giúp người khác Có một phương pháp được đánh giá tốt hơn, dễ áp dụng hơn màhiệu quả lại cao hơn, ít gây phiền hà cho người khác đó là hệ thống điểm danh tự độngdựa vào nhận diện dấu vân tay.Nhận diện dấu vân tay là quá trình thu thập ảnh vân taytrực tiếp thông qua thiết bị cảm biến mà không cần thông qua bước trung gian là in ảnhvân tay trên giấy Quá trình thu nhận ảnh vân tay người ta dùng cách đặt các ngón taytrực tiếp vào thiết bị cảm biến để thu nhận hình ảnh

Với mục đích tự động quá trình điểm danh, cải thiện hiệu suất làm việc nên hệthống điểm danh bằng vân tay được ra đời và sử dụng rộng rãi.

2.3 Hệ thống hiện thời

Hiện tại các doanh nghiệp, nhà xưởng thường sử dụng phương pháp điểm danh bằngthẻ từ và đang có hướng chuyển đổi sang điểm danh qua vân tay Quá trình điểmdanh hoàn toàn tự động và cơ chế thực hiện khá đơn giản

Vấn đề đặt ra đó là, nếu lưu trữ thông tin nhận dạng trên thiết bị vân tay, thì cơ

sở dữ liệu sẽ bị giới hạn về số lượng (thông thường là 1000) bản ghi Đồng thời, thôngtin được lưu trữ mang tính đơn thuần, sơ sài và không thể áp dụng cho những bài toánlớn như điểm danh theo từng ngày và từng ca làm việc Bởi vì, nếu muốn triển khaidựa trên thời gian, đơn vị làm việc, thời gian ra vào… phải có sự tương tác giữa thiết

bị với một cơ sở dữ liệu phức tạp hơn

Vì những lý do đó, đồ án đề xuất phương pháp thiết kế hệ thống điểm danh

sử dụng công nghệ nhận dạng vân tay, có kết hợp với cơ sở dữ liệu lưu trữ trên máytính Cho phép điểm danh tự động dựa trên sự sắp xếp thời gian làm việc của côngnhân

2.4 Phương án đề xuất

Hệ thống điểm danh vân tay mới sẽ cho phép điểm danh tự động thông qua vân tay,nhưng phải giải quyết được 2 vấn đề chính về giới hạn số lượng mẫu đối sánh và lưutrữ thông tin dưới dạng cấu trúc phù hợp để áp dụng vào bài toán thực tế, tức là dựavào thời gian làm việc / thời gian ra vào/ tính tiền lương

Về cơ bản, hệ thống bao gồm các thành phần:

- Thiết bị cảm biến vân tay (trong đồ án sử dụng module R305)

- Bộ điều khiển cho phép download / upload thông tin điểm danh lên máytính

- Khối địa chỉ theo thời gian thực để xác định các tham số như giờ, phút,ngày, tháng

- Phần mềm cho phép thực hiện điểm danh tự động, tạo service cung cấp dữliệu, quản lý thông tin điểm danh, chỉnh sửa, sắp xếp thời gian làm việc Đồng thờilập báo cáo, thống kê ngày công lao động

Với những thành phần trên, hệ thống phải đảm bảo yêu cầu tối thiểu là chophép điểm danh tự động dựa vào mã vân tay, từ các tham số ngày và thời gian để xácđịnh đúng thời gian thực hiện điểm danh.

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.1 Thiết kế hệ thống phần cứng

3.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống

Hình 3-6 Sơ đồ khối của hệ thống

Chức năng từng khối:

Chức năng của từng khối:

• Khối cảm biến vân tay: Sử dụng cảm biến vân tay R305 để lấy dấu vân tay,

trích xuất ra đặc trưng ứng với mỗi đối tượng Kết nối với khối esp8266 để gửi

dữ liệu đã nhận được, phục vụ chức năng xác thực thông tin hoặc thêm thông tin người dùng vào cơ sở dữ liệu

• Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho cảm biến với esp8266

• Khối hiển thị: LCD hiển thị thông tin người dùng , hiển thị trạng thái bật / tắt

thiết bị

• ESP8266 : Bộ xử lý trung tâm , kết nối cảm biến vân tay , LCD và điều khiển

các thiết bị ngoại vi

• Thiết bị : Cơ cấu chấp hành khi được ESP gửi xuống

• Smartphone : Sử dụng ứng dụng blynk giúp người dùng điều khiển thiết bị

thông qua mạng internet

3.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Hệ thống nhận dấu vân tay thông qua cảm biến được gửi về ESP8266 xử lý dữ liệu ,Nếu kết quả trả về cơ sở dữ liệu chính xác hiển thị id người dùng và bật/tắt thiết

bị.Ngoài ra thiết bị có thể bật tắt qua phần mềm blynk trên smartphone.Hệ thống cóthể thêm dấu vân tay thông qua xác minh trên phần mềm blynk hoặc xóa dấu vântay

3.1.3 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống

a Modul điều khiển trung tâm

Chức năng: Giao tiếp với cảm biến vân tay, đọc dữ liệu từ cảm biến vân tay, xử

lý dữ liệu và gửi lên máy tính, nhận dữ liệu từ máy tính xử lý và hiển thị lên LCD

Sử dụng module ESP8266:

Giới thiệu về module ESP8266

ESP8266 là dòng chip tích hợp Wi-Fi 2.4Ghz có thể lập trình được, rẻ tiền đượcsản xuất bởi một công ty bán dẫn Trung Quốc: Espressif Systems

Được phát hành đầu tiên vào tháng 8 năm 2014, đóng gói đưa ra thị trường dạng Môdun ESP-01, được sản xuất bởi bên thứ 3: AI-Thinker Có khả năng kết nối Internetqua mạng Wi-Fi một cách nhanh chóng và sử dụng rất ít linh kiện đi kèm Với giá cả

có thể nói là rất rẻ so với tính năng và khả năng ESP8266 có thể làm được

ESP8266 có một cộng đồng các nhà phát triển trên thế giới rất lớn, cung cấpnhiều Module lập trình mã mở giúp nhiều người có thể tiếp cận và xây dựng ứng dụngrất nhanh

Hiện nay tất cả các dòng chip ESP8266 trên thị trường đều mang nhãnESP8266EX, là phiên bản nâng cấp của ESP8266

Hình 3-7 Module ESP8266

• Sơ đồ chân của modul:

Hình 3-8 Sơ đồ chân chip Esp8266

Những chân quan trọng trong mục đích sử dụng:

Các chân GPIO: 18, 19, 20, 21, 22, 23, 19, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 26, 25 sửdụng với tín hiệu vào ra

Các ADC: 6 thường sử dụng đọc tín hiệu analog

Các chân nguồn cung cấp điện cho esp: 11, 17, 29, 30

Các chân nạp và điều khiển chip: 7, 27, 28, 31, 32

Ngoài ra các chân tín hiệu còn hỗ trợ các tính năng khác: PWM,…

Thông số phần cứng:

- 32-bit RISC CPU : Tensilica Xtensa LX106 running at 80 MHz

- Hổ trợ Flash ngoài từ 512KiB đến 4MiB

- 64KBytes RAM thực thi lệnh

- 96KBytes RAM dữ liệu

- 64KBytes boot ROM

- Chuẩn wifi EEE 802.11 b/g/n, Wi-Fi 2.4 GHz Tích hợp TR switch, balun, LNA, khuếch đại công suất và matching network Hổ trợ WEP, WPA/WPA2,Open network

ô chỉ hiển thị được một kí tự duy nhất

LCD 20x4 nghĩa là loại LCD có 4 dòng và mỗi dòng chỉ hiển thị được 20 kí tự.Đây là loại màn hình được sử dụng rất phổ biến trong các loại mạch điện

Thông số kĩ thuật của LCD 20x4:

- Điện áp: 5V

- Ngõ giao tiếp: 16 chân

- Màu sắc: xanh lá hoặc xanh dương

- Module hỗ trợ giao tiếp với vi điều khiển: LCD I2C 16x2

Hình 3-9 Dạng thực của 1 LCD 20x4

Bảng chức năng các chân của LCD:

1 Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND

của mạch điều khiển

2 Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với

VCC=5V của mạch điều khiển

3 Điều chỉnh độ tương phản của LCD

4 Chân chọn thanh ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0”

(GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi

+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ởchế độ “ghi” – write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ

“đọc” – read) + Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trongLCD

5 Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic “0”

để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế

độ đọc

6 Chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus

DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E.+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp nhận)thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition)của tín hiệu chân E

+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiệncạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đếnkhi nào chân E xuống mức thấp

7-14 Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có 2

chế độ sử dụng 8 đường bus này:

+ Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB làbit DB7

+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bitMSB là DB7

15 Nguồn dương cho đèn nền

16 GND cho đèn nền

Bảng 3.1 Sơ đồ chân LCD 20x4

c Khối cảm biến vân tay

Chức năng: Nhận dạng vân tay, giao tiếp với vi điều khiển thông qua UART, gửi

dữ liệu vân tay tới vi điều khiển để xử lý

Sử dụng cảm biến vân tay R305:

Hình 3-10 Hình ảnh thực tế của cảm biến vân tay R305

Kích thước chi tiết và sơ đồ chân của cảm biến nhận dạng vân tay R305

Hình 3-11 Kích thước chi tiết và sơ đồ chân của cảm biến nhận dạng vân tay

trình

• Cảm biến nhận dạng vân tay R305 có khả năng lưu nhiều vân tay cho 1 ID (1 người), thích hợp cho các ứng dụng bảo mật, khóa cửa, sinh trắc học,

3.2 Thiết kế hệ thống phần mềm

3.2.1 Lưu đồ thuật toán

Hình 3-12 Lưu đồ thuật toán của hệ thống

3.2.2 Giới thiệu phần mềm Blynk

Blynk là một phần mềm mã nguồn mở được thiết kế cho các ứng dụngIoT(Internet of Things) Ứng dụng giúp người dùng điều khiển phần cứng từ xa , cóthể hiển thị dữ liệu cảm biến , lưu trữ dữ liệu , biến đổi dữ liệu hoặc làm nhiều việckhác

Khi bạn ấn vào một nút nhấn trên phần mềm lập tức bóng đèn sáng lên và ngược lại !Nền tảng Blynk có ba phần chính

Hình 3-13 Các phần của blynk

 Blynk App – Ứng dụng Blynk cho phép khởi tạo giao diện cho các dự án củamình

 Blynk Server – Chịu trách nhiệm giao tiếp qua lại hai chiều giữa điện thoại

và phần cứng Bạn có thể sử dụng server của Blynk nhưng sẽ bị giới hạnđiểm Enegry Trong các hướng dẫn sau này mình sẽ sử dụng Server riêngcủa mình! Và bạn cũng có thể sử dụng nó

 Blynk Library – Thư viện chứa các nền tảng phổ biến , giúp việc giao tiếpphần cứng với Server dễ dàng hơn

 Từ phần phần mềm Blynk trên smartphone đã thiết lập các icon, phím bấm,chức năng điều khiển thiết bị cuối, như quạt thông minh Hệ thống quạt cũng

sẽ trả lời lại phần mềm bằng các thông báo, đèn báo,…Quá trình chuyểngiao tiếp các thiết bị với nhau được tiến hành thông qua sever blynk

Ứng dụng của Blynk:

Ứng dụng của Blynk: Sử dụng trong mục đích IoT, nhà thông minh, nghiên cứukhoa học,…