Kết hợp kỹ thuật xử lý ảnh và thẻ RFID ứng dụng hệ thống kiểm soát người vào ra cơ quan

Thông tin chung: - Tên đề tài: Kết hợp kỹ thuật xử lý ảnh và thẻ RFID ứng dụng hệ thống kiểm soát người vào ra cơ quan - Sinh viên thực hiện: Đặng Văn Đạt Nguyễn Văn Nhân Phonmelar Tan

MỤC LỤC

Contents

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC BẢNG 3

DANH MỤC HÌNH ẢNH 4

MỞ ĐẦU 10

1 Lý do chọn đề tài 10

2 Mục đích nghiên cứu 10

2.1 Mục tiêu chung 10

2.2 Mục tiêu cụ thể 10

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 11

3.1 Đối tượng nghiên cứu: 11

3.2 Phạm vi nghiên cứu: 11

4 Phương pháp nghiên cứu 11

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài 12

6 Bố cục đề tài 12

CHƯƠNG 1 13

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 13

1.1 Bài toán kiểm soát người vào ra trong cơ quan 13

1.2 Phương pháp nhận dạng ID thông qua thẻ RFID 13

1.2.1 RFID là gì? 13

1.2.2 Lịch sử hình thành thẻ RFID 14

1.2.3 Các thành phần của một hệ thống RFID 14

1.2.4 Nguyên lý hoạt động của thẻ RFID 17

1.2.5 Các dải tần số hoạt động của hệ thống RFID 17

1.2.6 Các chuẩn kết nối có liên quan 18

1.2.7 Mạch phát triển Arduino Uno R3 20

1.2.8 Thiết bị đọc thẻ RFID-RC522 26

1.3 Các kỹ thuật xử lý ảnh, nhận dạng đối tượng 27

1.3.1 Giới thiệu 27

1.3.2 Một số bộ lọc 28

1.3.3 Nhận dạng 31

1.3.4 Máy học SVM 31

CHƯƠNG 2 37

PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG 37

2.1 Đề xuất giải pháp sử dụng thẻ RFID 37

2.1.1 Mô hình giải pháp nhận dạng thẻ RFID 37

2.1.2 Phân tích giải pháp nhận dạng thẻ RFID 37

2.2 Đề xuất giải pháp nhận dạng khuôn mặt nhân viên 38

2.2.1 Mô hình giải pháp nhận dạng khuôn mặt 38

2.2.2 Phân tích giải pháp nhận dạng khuôn mặt 38

2.3 Giải pháp kết hợp kỹ thuật nhận dạng khuôn mặt và thẻ RFID 39

2.3.1 Mô hình chung 39

2.3.2 Các khối chức năng 39

2.3.3 Phân tích thiết kế chức năng 40

2.3.4 CSDL hệ thống kiểm soát người vào ra cơ quan 44

CHƯƠNG 3 47

XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ THỰC NGHIỆM 47

3.1 Xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý thông tin vào ra cơ quan 47

3.1.1 CSDL thông tin nhân viên 47

3.1.2 CSDL ảnh khuôn mặt nhân viên 47

3.2 Lắp đặt mô hình thực nghiệm 48

3.3 Các module hệ thống 49

3.3.1 Module thêm thông tin nhân viên 49

3.3.2 Module xóa và tìm kiếm thông tin nhân viên 50

3.3.3 Module xem thông tin 52

3.3.4 Module trạng thái hoạt động 53

3.4 Đánh giá kết quả thử nghiệm hệ thống 54

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

DANH MỤC CÁC BẢNG

Hình 1.8 Các bo mạch ArduinoMạch phát triển Arduino R3 22

Hình 1.15 Các bước cơ bản trong một hệ thống xử lý ảnh 29 Hình 1.16 Biểu diễn phân lớp dựa trên thuật toán SVM [5] 33 Hình 1.17 Siêu phẳng phân chia dữ liệu tốt có khoảng cách lề

xa nhất [4,5]

34

Hình 1.18 Trường hợp dữ liệu có thể phân chia tuyến tính 34 Hình 1.19 Mô tả trường hợp dữ liệu không phân chia tuyến tính 35

Hình 2.3 Mô hình kết hợp kỹ thuật nhận dạng khuôn mặt và

Hình 2.6 Biểu đồ tuần tự của chức năng xây dựng CSDL 44

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI NCKH CỦA SINH VIÊN

Năm học: 2017 - 2018

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Kết hợp kỹ thuật xử lý ảnh và thẻ RFID ứng dụng hệ thống kiểm soát người vào ra cơ quan

- Sinh viên thực hiện: Đặng Văn Đạt

Nguyễn Văn Nhân Phonmelar Tanvongphap

- Lớp: ĐH Công nghệ thông tin K56 Khoa: KT - CNTT Năm thứ: 4

- Người hướng dẫn: TS Hoàng Văn Dũng

2 Mục tiêu đề tài:

- Nghiên cứu các kỹ thuật xử lý ảnh, thẻ RFID, trí tuệ nhân tạo và máy học

- Xây dựng hệ thống kiểm soát người vào ra cơ quan

3 Kết quả nghiên cứu:

- Xây dựng được chương trình thực nghiệm mô hình hệ thống kiểm soát người vào ra

cơ quan dựa trên kỹ thuật xử lý ảnh và thẻ RFID

- Thực hiện được quá trình thử nghiệm đánh giá tính khả thi của giải pháp

4 Tính mới và sáng tạo:

- Tính mới và sáng tạo của đề tài là sự kết hợp hai giải pháp nhận dạng khuôn mặt và

nhận dạng thẻ RFID Mang lại độ tin cậy, an toàn cao hơn so với các hệ thống kiểm soát người sử dụng nhận dạng vân tay, thẻ từ…Bằng việc xác thực hai yếu tố là mã số bên trong thẻ RFID và đặc trưng khuôn mặt của mỗi nhân viên giúp giải quyết bài toán đánh cắp thẻ RFID để ra vào cơ quan Các dữ liệu thu thập được qua 2 bước định danh bằng thẻ RFID và hình ảnh khuôn mặt từ camera được phân tích và cập nhật vào hệ quản trị

cơ sở dữ liệu một cách tự động Tạo ra được sự linh hoạt, đồng bộ trong quá trình vận hành và hướng đến ứng dụng trong thực tế sau này

5 Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài:

- Mô hình hệ thống kiểm soát người vào ra cơ quan có khả năng ứng dụng cao trong thực tế, đáp ứng các yêu cầu về đảm bảo an ninh cũng như kiểm soát tốt thông tin đối tượng trong một cơ quan

- Cung cấp cho các cơ quan doanh nghiệp một hệ thống kiểm soát an ninh an toàn và hiện đại

6 Công bố khoa học của sinh viên từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp

chí nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):

Ngày tháng năm

Sinh viên chịu trách nhiệm chính

(ký, họ và tên)

Nhận xét của giảng viên hướng dẫn về những đóng góp khoa học

của sinh viên thực hiện đề tài:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH

THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

I SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN:

Họ và tên: Đặng Văn Đạt

Sinh ngày: 06 - 06 - 1996

Nơi sinh: Đức Ninh, Đồng Hới, Quảng Bình

Ngành học: Công nghệ thông tin Lớp: ĐH CNTT Khóa: 56

Khoa: Kỹ thuật - Công nghệ thông tin

Địa chỉ liên hệ: Đức Ninh, Đồng Hới, Quảng Bình

Điện thoại: 01206022148 Email: dangvandat0606@gmail.com

- Giải 3 vòng thi sơ khảo khu vực miền Trung cuộc thi quốc gia sinh viên với an toàn thông tin 2017

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

- Cùng với sự phát triển của trí tuệ nhân tạo, khoa học công nghệ và cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, việc ứng dụng các hệ thống thông minh cũng như các công nghệ kỹ thuật cao phục vụ cuộc sống ngày càng phổ biến Một hệ thống thông minh sẽ mang lại nhiều lợi ích trong tự động hóa công việc, tối đa hóa thời gian cũng như tăng năng suất lao động của con người

- Việc xây dựng và lắp đặt hệ thống thông minh quản lý nhân viên, người giao dịch vào ra cơ quan, công ty hay ngân hàng sẽ đảm bảo yêu cầu cao trong việc giữ gìn tốt an ninh, quản lý số người ra vào hằng ngày hay có nhu cầu về việc quản lý nhân viên thì hệ thống quản lý thông minh là một sự chọn lựa tối ưu, đáp ứng hầu hết các yêu cầu quan trọng hiện nay

- Hiện nay đã có một số công ty, nhà khoa học nghiên cứu và ứng dụng một số

hệ thống thông minh vào các cơ quan, công ty hay ngân hàng nhưng các hệ thống

đó đang còn hạn chế do không đồng bộ hóa về dữ liệu, chưa tích hợp các tính năng trong kiểm tra, giám sát, đảm bảo tính an toàn bảo mật và tiện dụng hoặc có sản phẩm giá thành cao, các đơn vị sử dụng chưa làm chủ được công nghệ, khó phát triển mở rộng hệ thống vì phụ thuộc vào nhà cung cấp dịch vụ Từ thực tế đó, nhóm

nghiên cứu đã chọn đề tài “Kết hợp kỹ thuật xử lý ảnh và thẻ RFID ứng dụng hệ

thống kiểm soát người vào ra cơ quan” làm đề tài nghiên cứu Kết quả nghiên cứu

sẽ giúp chủ động trong việc nắm vững, làm chủ công nghệ từ đó tạo ra một hệ

thống thông minh, an toàn và chính xác

2 Mục đích nghiên cứu

2.1 Mục tiêu chung

- Nghiên cứu các kỹ thuật xử lý ảnh, thẻ RFID, trí tuệ nhân tạo và máy học

- Xây dựng hệ thống kiểm soát người vào ra cơ quan

2.2 Mục tiêu cụ thể

- Nghiên cứu các kỹ thuật xử lý ảnh , thẻ RFID và trí tuệ nhân tạo để xây dựng

hệ thống kiểm soát người và ra cơ quan, công ty hay ngân hàng đạt hiệu quả cao Tạo ra sự tiện ích, tối ưu và tiết kiệm nhất cho các cơ quan, công ty hay ngân hàng

nhằm hướng tới người dùng phổ thông và tránh yếu tố phức tạp khi đưa ra thực tiễn

- Lắp đặt hệ thống thử nghiệm kiểm soát người vào ra cơ quan: sử dụng kỹ thuật

xử lý thẻ RFID để kiểm tra xác định thông tin của đối tượng trên mỗi thẻ RFID, đồng thời sử dụng kỹ thuật xử lý nhận dạng khuôn mặt đối tượng trong ảnh được lấy từ camera giám sát được đặt ở vị trí đối diện lối ra vào cơ quan, nhằm mục đích định danh đối tượng Các dữ liệu thu thập được qua 2 bước định danh bằng thẻ RFID và hình ảnh khuôn mặt từ camera được phân tích và cập nhật vào hệ quản trị cơ sở dữ liệu một cách tự động Tạo ra được sự linh hoạt, đồng bộ trong quá trình vận hành và hướng đến ứng dụng trong thực tế sau này

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là kỹ thuật nhận dạng và xử lý ảnh, xử lý thẻ RFID, quản trị cơ sở dữ liệu

3.2 Phạm vi nghiên cứu:

- Phạm vi nghiên cứu trong một cơ quan, giới hạn ở mức độ thực nghiệm tạo hệ thống kiểm soát sử dụng thẻ RFID kết hợp xử lý nhận dạng khuôn mặt để xác minh danh tín của các nhân viên vào ra cơ quan

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tài liệu: Nghiên cứu tài liệu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phương pháp lấy tín hiệu, đọc thẻ RFID; các phép lọc, phương pháp học máy, các thuật toán tìm kiếm và so khớp mẫu trong nhận dạng xử lý ảnh; ngôn ngữ lập trình C/C++ Các tài liệu về nhận dạng và xử lý ảnh và tài liệu liên quan đến một số nghiên cứu khác

- Phương pháp thực nghiệm: Sử dụng kỹ thuật xử lý nhận dạng thẻ RFID, xây dựng cơ sở dữ liệu SQL sever quản lý thông tin Xây dựng cơ sở dữ liệu huấn luyện nhận dạng khuôn mặt, sử dụng các kỹ thuật nhận dạng và xử lý ảnh để nhận biết được đối tượng vào ra cơ quan Xây dựng hệ thống dựa trên ngôn ngữ lập trình C/ C++, Python và hệ quản trị CSDL SQL Sever

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài

- Mô hình hệ thống kiểm soát người vào ra cơ quan có khả năng ứng dụng cao trong thực tế, đáp ứng các yêu cầu về đảm bảo an ninh cũng như kiểm soát tốt thông tin đối tượng trong một cơ quan

6 Bố cục đề tài

 Đề tài bao gồm 3 chương:

Chương 1 Nghiên cứu tổng quan

- Chương này trình bày các nội dung cơ bản, các kiến thức chuyên môn áp dụng

để giải quyết bài toán quản lý nhân viên vào ra cơ quan

Chương 2 Phân tích thiết kế hệ thống

- Phân tích mô tả các mô hình giải pháp nhận dạng khuôn mặt, nhận dạng thẻ RFID Nguyên tắc hoạt động của hệ thống kết hợp kỹ thuật nhận dạng khuôn măt

và thẻ RFID trong kiểm soát nhân viên

Chương 3 Xây dựng mô hình và thực nghiệm

- Chương này mô tả cơ sở dữ liệu ảnh, thông tin nhân viên, mô hình thực nghiệm lắp đặt hệ thống kiểm soát người vào ra cơ quan

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

1.1 Bài toán kiểm soát người vào ra trong cơ quan

Để giải quyết bài toán kiểm soát người vào ra trong cơ quan cần xác định được danh tính của từng nhân viên trong cơ quan So sánh được sự khác biệt giữa nhân viên – nhân viên, giữa nhân viên – khách, Kiểm tra rà soát quá trình hoạt động ra vào của nhân viên trong cơ quan Nhận biết các đối tượng không phải nhân viên trong

cơ quan Để làm được điều đó trước tiên cần phân tích các đặc điểm riêng biệt của nhân viên Thứ nhất, mỗi nhân viên khi đến cơ quan được trang bị một thẻ RFID trong mỗi thẻ chứa từng ID riêng biệt cho mỗi nhân viên Thứ hai, đặc điểm về hình dạng khuôn mặt của mỗi nhân viên sẽ có nét khác nhau Từ hai đặc điểm đó có thể định hướng cách giải quyết cho bài toán kiểm soát người vào ra một cách tối ưu và

an toàn đó là sử dụng kết hợp nhận dạng khuôn mặt và thẻ RFID

Trên thực tế đã có nhiều giải pháp được đưa ra để giải quyết bài toán kiểm soát người vào ra trong cơ quan như: nhận dạng dấu vân tay, thẻ từ Tuy nhiên các giải pháp trên chưa mang lại được độ tin cậy cao Hướng giải quyết nhận dạng khuôn mặt kết hợp với thẻ RFID có thể là cách giải quyết tối ưu cho bài toán này

1.2 Phương pháp nhận dạng ID thông qua thẻ RFID

1.2.1 RFID là gì?

RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến Công nghệ này cho phép nhận biết các đối tượng thông qua hệ thống thu phát sóng radio, từ đó có thể giám sát, quản lý hoặc lưu vết từng đối tượng Một

hệ thống RFID thường bao gồm 2 thành phần chính là thẻ tag (chip RFID chứa thông tin) và đầu đọc (reader) đọc các thông tin trên chip

1.2.2 Lịch sử hình thành thẻ RFID

Năm 1945, Léon Theremin phát minh ra một công cụ gián điệp cho Liên Xô, thiết

bị truyền lại các sóng vô tuyến với thông tin âm thanh Mặc dù là thiết bị nghe trộm, nhưng nó được coi như tiền thân của một hệ thống RFID bởi vì nguyên lý hoạt động của nó tương tự với sự tương tác của bộ đọc vả thẻ bị động hiện nay, đều là thẻ nhận năng lượng từ bộ đọc và phản hồi lại thông tin

Ngày 23/01/1973, một thiết bị của Mario Cardullo được tạo ra Nó là hình thức sơ khai đầu tiên của một thiết bị RFID vì nó là một bộ tiếp sóng âm thanh thụ động với

bộ nhớ Các bằng sáng chế cơ bản Cardullo bao gồm việc sử dụng RF, âm thanh và ánh sáng như là phương tiện truyền dẫn Các kế hoạch trình bày ban đầu để các nhà đầu tư trong năm 1969 cho thấy sử dụng công nghệ này có thể sử dụng trong giao thông vận tải (nhận dạng ô tô xe, hệ thống thu phí tự động, giấy phép điện tử, xe giám sát hiệu suất), ngân hàng (sổ sách điện tử, thẻ tín dụng điện tử), an ninh (nhân xác định, cửa tự động, giám sát) và y tế (xác định, lịch sử của bệnh nhân)

Một cuộc thí nghiệm đầu của các thẻ RFID, cả thụ động và bán thụ động, được thực hiện bởi Steven Depp, Alfred Koelle, và Robert Frayman tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos vào năm 1973 Các hệ sử dụng tần số 915 MHz và sử dụng thẻ 12-bit Kỹ thuật này được sử dụng bởi phần lớn các UHFID và lò vi sóng RFID tags ngày nay

1.2.3 Các thành phần của một hệ thống RFID

Dạng đơn thuần của một hệ thống RFID được tạo nên bởi hai thành phần chính

đó là thiết bị đọc - ghi (Reader/Writer) và thẻ từ (Tag)

Thiết bị đọc - ghi (Reader): là một thiết bị giao tiếp không dây, có thể phát hiện các thẻ tag có cùng tần số hoạt động ở trong một phạm vi nhất định Chức năng của thiết bị đọc - ghi là đọc, ghi dữ liệu được lưu trong thẻ từ

Hình 1.1 Thiết bị TSL’s 1128 Bluetooth UHF RFID

Hình 1.2 Reader SL500 Hình 1.3 Thiết bị đọc MFRC522

Thẻ từ (Tag): được chia làm hai loại:

+Thẻ chủ động (active) có pin và có khả năng được nhận diện bởi bộ đọc ở khoảng cách xa hơn Tuy nhiên vì có thêm nguồn pin nên kích thước của thẻ khá lớn

+Thẻ bị động (passive) không có pin, nguồn năng lượng khi hoạt động là nhờ thiết bị đọc cung cấp Ưu điểm của loại thẻ này là có kích thước rất nhỏ gọn

Cả 2 loại thẻ trên đều được cấu thành từ chip bán dẫn siêu nhỏ để lưu dữ liệu và ăng ten được thu nhỏ tuỳ theo hình thức đóng gói Mỗi thẻ khi xuất xưởng được thiết lập một nhận dạng duy nhất có độ dài từ 32-512 bit Do vậy khả năng nhận dạng nhầm lẫn gần như khó có thể xảy ra

Hình 1.4 Các loại thẻ RFID thường gặp

Tuy nhiên, để tạo nên một hệ thống đầy đủ chúng ta cần có:

- Reader

- Thẻ tag

- MCU

- Host Computer

1.2.4 Nguyên lý hoạt động của thẻ RFID

Hình 1.5 Nguyên lý hoạt động của một hệ thống RFID

Thiết bị đọc phát ra sóng điện từ ở tần số nhất định qua ăng ten (đa số các thiết bị hiện nay đều có ăng ten tích hợp sẵn ngay trên thiết bị, chúng ta không cần lắp thêm), khi thẻ từ nằm trong vùng phát sóng của thiết bị đọc, nó sẽ nhận được năng lượng và phát lại chính mã số của mình Từ đó thiết bị đọc biết chính xác được thiết bị nào đang nằm trong vùng kiểm soát

Hầu hết các hệ thống RFID thường bố trí nhiều thiết bị đọc kết nối với một máy tính trung tâm Máy tính trung tâm có nhiệm vụ nhận dữ liệu từ thiết bị đọc gửi về, phân tích, và thực thi các lệnh có liên quan tới dữ liệu được lưu trữ trong thẻ

1.2.5 Các dải tần số hoạt động của hệ thống RFID

Bảng 1.1 Các tần số hoạt động của RFID

Thẻ thông minh (ISO/IEC

15693, ISO/IEC 14443 A,B), kiểm soát đồ vật, điều khiển truy nhập

từ đường truyền USB như nguồn chính của chúng, lúc này đường truyền nguồn chỉ

có tác dụng như một sự so sánh mức điện thế của tín hiệu

Hình 1.6 Các chuẩn chân cắm USB

 Chuẩn SPI:

SPI (Serial Peripheral Interface) là một chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao do

hãng Motorola đề xuất Đây là kiểu truyền thông Master-Slave, trong đó có 1 chip Master điều phối quá trình tuyền thông và các chip Slaves được điều khiển bởi Master

vì thế truyền thông chỉ xảy ra giữa Master và Slave SPI là một cách truyền song công (full duplex) nghĩa là tại cùng một thời điểm quá trình truyền và nhận có thể xảy ra đồng thời SPI đôi khi được gọi là chuẩn truyền thông “4 dây” vì có 4 đường giao tiếp trong chuẩn này đó là SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Ouput Slave Input) và SS (Slave Select)

- SCK: Xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI, vì SPI là chuẩn truyền đồng bộ nên cần 1 đường giữ nhịp, mỗi nhịp trên chân SCK báo 1 bit dữ liệu đến hoặc đi Đây là điểm khác biệt với truyền thông không đồng bộ mà chúng ta đã biết trong chuẩn UART Sự tồn tại của chân SCK giúp quá trình tuyền ít bị lỗi và vì thế tốc độ truyền của SPI có thể đạt rất cao Xung nhịp chỉ được tạo ra bởi chip Master

- MISO– Master Input / Slave Output: nếu là chip Master thì đây là đường Input còn nếu là chip Slave thì MISO lại là Output MISO của Master và các Slaves đượcnối trực tiếp với nhau

- MOSI – Master Output / Slave Input: nếu là chip Master thì đây là đường Output còn nếu là chip Slave thì MOSI là Input MOSI của Master và các Slaves được nối trực tiếp với nhau

- SS – Slave Select: SS là đường chọn Slave cần giap tiếp, trên các chip Slave đường SS sẽ ở mức cao khi không làm việc Nếu chip Master kéo đường SS của một Slave nào đó xuống mức thấp thì việc giao tiếp sẽ xảy ra giữa Master và Slave đó Chỉ có 1 đường SS trên mỗi Slave nhưng có thể có nhiều đường điều khiển

SS trên Master, tùy thuộc vào thiết kế của người dùng

Hoạt động: mỗi chip Master hay Slave có một thanh ghi dữ liệu 8 bits Cứ mỗi xung nhịp do Master tạo ra trên đường giữ nhịp SCK, một bit trong thanh ghi dữ liệu của Master được truyền qua Slave trên đường MOSI, đồng thời một bit trong thanh ghi dữ liệu của chip Slave cũng được truyền qua Master trên đường MISO Do 2 gói

dữ liệu trên 2 chip được gởi qua lại đồng thời nên quá trình truyền dữ liệu này được gọi là “song công”

Hình 1.7 Truyền dữ liệu SPI

1.2.7 Mạch phát triển Arduino Uno R3

1.2.7.1 Giới thiệu chung về Arduino

Mạch phát triển Arduino thế hệ đầu tiên được công bố năm 2006 Nó là công cụ cho sinh viên thực hành của giáo sư Massimo Banzi giảng dạy tại trường Interaction Design Instistute Ivrea ( nước Ý )

Arduino là một nền tảng mà mọi thiết bị phần cứng đã được làm sẵn và chuẩn hoá, người dùng chỉ cần lựa chọn những thứ mình cần và lắp ghép lại Chính vì thế, Arduino rất thích hợp cho những ai không có chuyên môn về điện tử nhưng lại yêu thích phần cứng – tự động hoá

Tuy nhiên, để Arduino có thể hoạt động được thì chúng ta cần lập trình cho nó Ngôn ngữ lập trình được sử dụng là C nhưng được đơn giản hoá đi nhiều để phù hợp với những người không có chuyên môn Sự đơn giản hoá của Arduino chính là việc các phần cứng kết nối được với nó đều có các đoạn lệnh viết sẵn từ nhà sản xuất hoặc các nhà phát triển để có thể tự do sử dụng theo các mục đích khác nhau

Hình 1.8 Các bo mạch ArduinoMạch phát triển Arduino R3

Hiện nay, phiên bản Arduino Uno đã được phát triển đến thế hệ thứ 3 (R3)

Sơ đồ các khối

Hình 1.9 Cái khối chính của mạch Arduino Uno

- Khối chuyển đổi Serial – USB: giao tiếp COM ảo qua cổng USB, nạp chương trình

- Khối nguồn: cân bằng điện áp cho đúng với điện áp yêu cầu, cung cấp nguồn điện cho toàn hệ thống

- Các cổng điện áp: cung cấp điện áp đầu ra cho các thiết bị

- Các cổng Analog in: cổng logic 0-1 vào với mức điện 0-5V tương ứng

- Khối các cổng Digital in-out: có thể nhận điện áp vào hoặc xuất điện áp ra Các cổng này có thể xuất xung PWM

Bảng 1.2 Thông tin chi tiết của Arduino Uno R3

Dòng tối đa mỗi chân I/O 30 mA

Hình 1.10 Atmega 328 và sơ đồ chân kết nối

Đặc điểm:

- Cấu trúc RISC với khoảng 133 lệnh ASM, hầu hết thực hiện trong một chu

kỳ máy

- 32 thanh ghi đa năng làm việc như các vùng nhớ tốc độ cao

- Tốc độ thực hiện lệnh tối đa 16 MIPS (với thạch anh 16MHz, không chia tần)

- 32KB bộ nhớ Flash, dùng làm bộ nhớ chương trình, cho phép nạp xoá

- 2KB SRAM dùng để lưu kết quả trung gian, làm bộ nhớ vào ra và dùng cho stack

- Giao diện JTAG, cho phép nạp xoá Flash 10.000 lần, EEPROM 100.000 lần, Fulse Bits, Lock Bits

- Các chức năng ngoại vi tích hợp sẵn: 2 bộ Timer 8 bits với nhiều chế độ hoạt động, 2 bộ Timer 16 bits có bộ chia tần riêng, các chế độ đếm, định thời, so sánh (compare mode) và bắt giữ (capture mode)

- Bộ đồng hồ thời gian thực

- 2 kênh điều chế độ rộng xung PWM có độ phân giải 8bit

- 4 kênh điều chế độ rộng xung PWM có độ phân giải 2 đến 16 bits

- Bộ ADC 10bit

- Chuẩn giao tiếp TWI (I2C)

- Chuẩn truyền thông USART

- Giao diện SPI master/slave

Các cổng vào ra

Hình 1.11 Các chân cắm của ArduinoUno R3

Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi chân

đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối)

Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite() Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác

Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác

LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit

1.2.7.2 Lập trình cho Arduino

Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển

dự án này đã cũng cấp đến cho người dùng một môi trường lập trình Arduino được

gọi là Arduino IDE (Intergrated Development Environment) như hình dưới đây

- Bộ đệm của thiết bị đầu ra để kết nối ăng ten với các thành phần được giảm thiểu

- Hỗ trợ chuẩn 14443A/MIFARE

- Khoảng cách đọc/ghi với thẻ được nâng nên thành 50mm (có thể thay đổi phụ thuộc vào ăng ten)

- Hỗ trợ chuẩn mã hoá MF1xxS20, MF1xxS70, MF1xxS50 cho cả chế độ đọc/ghi

- Hỗ trợ giao tiếp tốc độ cao ISO/IEC 14443A lên tới 848 kBaud

- Giao diện máy chủ hỗ trợ: SPI lên tới 10Mbps, I2C 400kBaud ở Fast Mode và

3400 kBaud ở High-speed Mode, RS232 UART 1228.8 kBaud

- Bộ đệm FIFO xử lý 64byte gửi và nhận

- Điện áp hoạt động: 2.5 - 3.3V

1.2.8.3 Sơ đồ khối và chức năng thành phần

Hình 1.14 Sơ đồ khối của RFID-RC522

- Analog Interface: xử lý điều chế và giải điều chế tín hiệu analog

- Contactless UART: quản lý các giao thức liên kết với với Host

­ FIFO Buffer: đảm bảo dữ liệu được nhanh chóng và thuận tiện khi gửi và nhận

1.3 Các kỹ thuật xử lý ảnh, nhận dạng đối tượng

1.3.1 Giới thiệu

Những năm trở lại đây với sự phát triển của phần cứng máy tính, xử lý ảnh và đồ hoạ phát triển một cách mạnh mẽ và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống Xử lý ảnh

và đồ hoạ đóng một vai trò quan trọng trong tương tác người máy

Quá trình xử lý ảnh được xem như là quá trình thao tác ảnh đầu vào nhằm cho ra kết quả mong muốn Kết quả đầu ra của một quá trình xử lý ảnh có thể là một ảnh

“tốt hơn” hoặc một kết luận

Ảnh có thể xem là tập hợp các điểm ảnh và mỗi điểm ảnh được xem như là đặc trưng cường độ sáng hay một dấu hiệu nào đó tại một vị trí nào đó của đối tượng trong không gian và nó có thể xem như một hàm n biến P(c1, c2, , cn) Do đó, ảnh trong xử lý ảnh có thể xem như ảnh n chiều

Sơ đồ tổng quát của một hệ thống xử lý ảnh:

Hình 1.15 Các bước cơ bản trong một hệ thống xử lý ảnh

1.3.2 Một số bộ lọc

1.3.2.1 Bộ lọc Blur

Là một phép lọc làm cho trơn ảnh và khử nhiễu hạt và là một bộ lọc trung bình

Ma trận lọc (Kernel) của bộ lọc Blur có dạng:

Trong OpenCV để sử dụng Blur cho một hình ảnh, sử dụng hàm:

1 cv::blur(cv::InputArray src, cv::InputArray dst, cv::Size ksize,

cv::Point anchor = cv::Point(-1,-1), int borderType = 4)