Hệ thống điểm danh bằng vân tay ứng dụng vi điều khiển ARM

Đề tài sử dụng công nghệ sinh trắc học vân tay để tiến hành điểm danh sinh viên mỗi buổi học.. Giải pháp nghĩ đến đó chính là sử dụng công nghệ nhận biết riêng biệt của từng cá nhân để t

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

HỆ THỐNG ĐIỂM DANH BẰNG VÂN TAY

ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ARM

GVHD: ThS NGUYỄN ĐÌNH PHÚ

SVTH: TRẦN ANH ĐỀ MSSV: 12141058 SVTH: TRẦN SƠN LÀNH MSSV: 12141574

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2016

S K L 0 0 4 3 4 7

Chuyên ngành: Điện Tử Công Nghiệp Mã ngành: D510302

Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1

I TÊN ĐỀ TÀI: “HỆ THỐNG ĐIỂM DANH BẰNG VÂN TAY ỨNG DỤNG VI

ĐIỀU KHIỂN ARM”

II NHIỆM VỤ

1 Các số liệu ban đầu:

Mô hình xử lý dựa trên files Excel mà người dùng đã định dạng theo 1 mẫu sẵn được lưu trữ trong thẻ nhớ SD

2 Nội dung thực hiện:

Thiết kế mô hình máy điểm danh sử dụng vi điều khiển ARM STM32F103VET6 giao tiếp với:

- SD card thông qua chuẩn SPI

- Cảm biến vân tay R305 qua chuẩn USART

- Màn hình TFT 320x240 Qua chuẩn truyền dữ liệu song song (GLCD), SPI (ADS7843)

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 23/02/2016

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/07/2016

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Ths Nguyễn Đình Phú

GVC.THS NGUYỄN ĐÌNH PHÚ

Bộ Môn Điện Tử Công Nghiệp

Tp Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 04 năm 2016

Tên đề tài: Hệ Thống Điểm Danh Bằng Vân Tay Ứng Dụng Vi Điều Khiển ARM.

GVC.THS NGUYỄN ĐÌNH PHÚ

Nhóm chúng tôi xin cam đoan:

Tất cả các số liệu và dữ liệu ghi chép trong luận văn này đều do nhóm chúng tôi tìm hiểu không có sự sao chép ở bất kì tài liệu có sẵn nào, nếu có chúng tôi sẽ trích dẫn nguồn đầy đủ

Tp Hồ Chí Minh, ngày 08 tháng 07 năm 2016

Nhóm thực hiện đề tài

Trần Anh Đề Trần Sơn Lành

Nhóm xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô khoa Điện-Điện tử, và nhất là quý Thầy Cô thuộc bộ môn Điện Tử Công Nghiệp đã tận tình chỉ dạy những kiến thức cơ bản để nhóm có thể tiến hành và hoàn tất đồ án này

Đặc biệt chúng em gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Thầy Nguyễn Đình Phú Thầy đã trực tiếp giảng dạy và tận tình hướng dẫn đồng thời tạo điều kiện tốt nhất cho nhóm trong thời gian thực hiện đồ án

Đồng cảm ơn đến các anh chị, các bạn cùng khóa đã cùng nhau san sẻ giúp đỡ và hợp tác cùng nhau trong quá trình thực hiện để đồ án, để đồ án có thể hoàn thành nhanh nhất và đúng thời gian quy định

Mặc dù trải qua và giải quyết những khó khăn và thử thách nhưng do kiến thức còn hạn chế nên trong đồ án này chúng em còn nhiều thiếu sót về nội dung và hình thức Nhóm chúng em hy vọng quý Thầy Cô thông cảm và tận tình đóng góp ý kiến quý báu để chúng em có thể tiến hành cải tiến những mô hình về sau sao cho toàn diện nhất

Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm thực hiện đề tài

Trần Anh Đề Trần Sơn Lành

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM ƠN iv

MỤC LỤC v

LIỆT KÊ HÌNH viii

LIỆT KÊ BẢNG x

TÓM TẮT xi

Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2

1.4 GIỚI HẠN 2

1.5 BỐ CỤC 2

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 GIỚI THIỆU VỀ VI XỬ LÝ ARM 4

2.1.1 Lịch sử phát triển của ARM 4

2.1.2 Kiến trúc của ARM 5

2.1.3 Giới thiệu ARM Cortex 6

2.1.4 Giới thiệu ARM Cortex M3 7

2.1.5 Giới thiệu dòng chip STM32 8

2.1.6 Giới thiệu về chip STM32F103XXX 8

2.1.7 Kiến trúc chip ARM STM32F103XXX 9

2.1.8 Cấp xung Clock cho STM32 10

2.1.9 Cấu hình BOOT cho STM32 13

2.1.10 Các chuẩn giao tiếp 14

2.2 CÔNG NGHỆ SINH TRẮC HỌC VÀ CẢM BIẾN VÂN TAY 19

2.2.1 Giới thiệu công nghệ sinh trắc học 19

2.2.2 Lịch sử công nghệ sinh trắc học 20

2.2.3 Ứng dụng công nghệ sinh trắc học 21

2.3 CẢM BIẾN VÂN TAY 25

2.3.1 Giới thiệu cảm biến vân tay 25

2.3.2 Giao tiếp phần cứng 26

2.3.3 Tài nguyên hệ thống trong cảm biến vân tay 27

2.4.1 Sơ lược về SD Card 35

2.4.2 Cấu trúc thẻ nhớ SD 36

2.4.3 Cấu trúc file ghi trong thẻ nhớ SD 37

2.5 PL2303 CHUYỂN ĐỔI CHUẨN USB SANG CHUẨN NỐI TIẾP 42

2.5.1 Giới thiệu 42

2.5.2 Đặc điểm 42

2.5.3 Sơ đồ khối 42

2.5.4 Mô tả chân linh kiện 43

2.5.5 Thông số kỹ thuật 45

2.5.6 Định dạng dữ liệu, tốc độ xung clock và tốc độ truyền 45

2.5.7 Mở rộng bộ nhớ và cấu hình thiết bị 45

2.6 MÀN HÌNH TFT LCD TOUCH SCREEN 46

2.6.1 Giới thiệu 46

2.6.2 Giao tiếp 47

2.6.3 Khảo sát các vi mạch điều khiển màn hình Touch 48

2.7 EEPROM 51

2.7.1 Giới thiệu 51

2.7.2 Mô tả chi tiết 51

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 54

3.1 GIỚI THIỆU 54

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 54

3.2.1 Sơ đồ khối 54

3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch 55

3.2.3 Khối giao tiếp máy tính 61

3.2.4 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 62

Chương 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 63

4.1 THI CÔNG HỆ THỐNG 63

4.1.1 Thi công mạch in 63

4.1.2 Lắp ráp và kiểm tra 66

4.2 ĐÓNG GÓI THI CÔNG MÔ HÌNH 68

4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 69

4.3.1 Lưu đồ giải thuật 69

4.3.2 Phần mềm lập trình 79

4.4 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG VÀ THAO TÁC 87

4.4.1 Tài liệu hướng dẫn sử dụng 87

5.1 KẾT QUẢ 90

5.2 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 96

5.3 GIỚI HẠN 96

Chương 6 KẾT LUẬN - HƯỚNG PHÁT TRIỂN 97

6.1 KẾT LUẬN 97

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 97

TÀI LIỆU THAM KHẢO 98

Hình 2.1 Một số ứng dụng của ARM 4

Hình 2.2 Kiến trúc ARM 6

Hình 2.3 Sơ đồ khối ARM Cortex-M3 8

Hình 2.4 Mô tả chân và hình ảnh thực tế của STM32F103VET6 9

Hình 2.5 Kiến trúc của ARM STM32F103XXX 10

Hình 2.6 Cách kết nối nguồn xung 8Mhz cho HSE 11

Hình 2.7 Sơ đồ cây xung Clock 12

Hình 2.8 Kết nối nguồn xung cho RTC 13

Hình 2.9 Cấu trúc SPI trong ARM 15

Hình 2.10 Giao thức Master – Slave trong giao tiếp SPI 15

Hình 2.11 Ghép nối một thiết bị 16

Hình 2.12 Ghép nối nhiều thiết bị 16

Hình 2.13 Cấu trúc USART trong ARM 17

Hình 2.14 Hỗ trợ giao tiếp ở chế độ hafl-duplex dựa trên một đường truyền 18

Hình 2.15 Giao tiếp smartcard và hồng ngoại 18

Hình 2.16 Hỗ trợ giao tiếp đồng bộ SPI 19

Hình 2.17 Giao tiếp I2C 19

Hình 2.18 Ứng dụng của công nghệ sinh trắc học 20

Hình 2.19 Sinh trắc học vân tay 22

Hình 2.20 Sinh trắc học bàn tay 22

Hình 2.21 Sinh trắc học khuôn mặt 23

Hình 2.22 Sinh trắc học dựa vào hành vi của người dùng 23

Hình 2.23 Dựa vào nhịp tim để thanh toán các hóa đơn 24

Hình 2.24 Sinh trắc học mắt Nhận diện võng mạc 24

Hình 2.25 Cảm biến vân tay R305 25

Hình 2.26 Các ngõ ra giao tiếp của cảm biến R305 26

Hình 2.27 Khung dữ liệu truyền đi của cảm biến R305 27

Hình 2.28 Cấu trúc thẻ nhớ SD 36

Hình 2.29 Sơ đồ khối của PL2303 43

Hình 2.30 Sơ đồ chân linh kiện PL2303 43

Hình 2.31 Mô tả kích thước của GLCD 46

Hình 2.32 Mô tả chân của ADS7843 48

Hình 2.33 Sơ đồ khối IC 7843 50

Hình 2.34 Mô tả chân của EEPROM 51

Hình 2.35 Lưu đồ khối trong EEPROM 24C02 52

Hình 2.36 Trạng thái START và STOP khi truyền nhận dữ liệu I2C 53

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 54

Hình 3.2 Sơ đồ kết nối với LCD Touch Screen 55

Hình 3.3 Sơ đồ kết nối với SD Card 56

Hình 3.4 Sơ đồ kết nối khối xử lý trung tâm STM32F103VET6 58

Hình 3.5 Sơ đồ kết nối khối EEPROM 59

Hình 3.6 Sơ đồ kết nối với các module: cảm biến vân tay, buzzer… 60

Hình 3.7 Khối nguồn của toàn bộ hệ thống 61

Hình 3.8 Mạch PL2303 chuyển đổi USB sang UART 61

Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 62

Hình 4.1 Mạch in lớp Top 63

Hình 4.4 Sơ đồ bố trí linh kiện mặt dưới 64

Hình 4.5 Lắp hoàn tất linh kiện 67

Hình 4.6 Mặt trước mô hình máy điểm danh 68

Hình 4.7 Mặt dưới mô hình máy điểm danh 68

Hình 4.8 Lưu đồ chương trình chính 69

Hình 4.9 Lưu đồ chương trình Menu chính 70

Hình 4.10 Chương trình cài đặt trong máy 71

Hình 4.11 Lưu đồ lấy mẫu vân tay 72

Hình 4.12 Lưu đồ xáo Admin 73

Hình 4.13 Lưu đồ thêm SV và thêm Admin cho hệ thống 74

Hình 4.14 Lưu đồ chỉnh thời gian hệ thống 74

Hình 4.15 Lưu đồ và chi tiết lần đầu sử dụng máy 75

Hình 4.16 Lưu đồ và giải thích quá trình điểm danh tự động 76

Hình 4.17 Lưu đồ và giải thích quá trình điểm danh thủ công 77

Hình 4.18 Chương trình giao tiếp máy tính 78

Hình 4.19 Chạy file setup MDK520 79

Hình 4.20 Giao diện cài đặt phần mềm MDK 520 79

Hình 4.21 Giao diện cài đặt MDK520 80

Hình 4.22 Chọn nơi lưu file cài đặt MDK 80

Hình 4.23 Quá trình cài đặt đang được thực hiện 81

Hình 4.24 Quá trình cài đặt kết thúc 81

Hình 4.25 Bắt đầu với Keli C 82

Hình 4.26 Tạo 1 Project 82

Hình 4.27 Tạo 1 file tên của Project 83

Hình 4.28 Chọn chip muốn viết chương trình 83

Hình 4.29 Tạo file c để viết chương trình 84

Hình 4.30 Add thêm file c trong thư mục gốc để tiến hành biên dịch 84

Hình 4.31 Biên dịch và kiểm tra lỗi 85

Hình 4.32 Chọn mạch nạp 85

Hình 4.33 Ngôn ngữ lập trình C# 86

Hình 4.34 Giao diện phần mềm Visual Studio 87

Hình 4.35 Quy trình thao tác của mô hình 89

Hình 5.1 Mô hình máy điểm danh hoàn thành 90

Hình 5.2 Màn hình điểm danh 91

Hình 5.3 File quản lý các lớp học trong 1 tuần 91

Hình 5.4 File quản lý 6 sinh viên trong 15 tuần 92

Hình 5.5 File riêng quản lý việc chuyên cần của một sinh viên 93

Hình 5.6 Giao diện phần mềm được xây dựng bằng C# 93

Hình 5.7 Chế độ Setup file 94

Hình 5.8 Chế độ Load File 95

Bảng 2.1 Các dòng phát triển của ARM 5

Bảng 2.2 Các chế độ BOOT trong STM32 13

Bảng 2.3 Kết nối phần cứng của R305 26

Bảng 2.4 Thanh ghi trạng thái của Module 29

Bảng 2.5 Định dạng gói dữ liệu truyền và nhận của cảm biến vân tay 30

Bảng 2.6 Ý nghĩa của gói dữ liệu truyền của cảm biến vân tay.[4] 30

Bảng 2.7 Mã xác nhận gửi về từng Module khi tiến hành giao tiếp 31

Bảng 2.8 23 mã Introduction code của các gói dữ liệu.[4] 32

Bảng 2.9 Các gói dữ liệu tương ưng với từng mã Introduction Code 33

Bảng 2.10 Định dạng gói trả về từ cảm biến về MCU 34

Bảng 2.11 Các mã Confirmation code mở rộng 34

Bảng 2.12 Mô tả chức năng các chân của SD card 36

Bảng 2.13 Các thanh ghi trong thẻ nhớ SD 37

Bảng 2.14 Cấu trúc của một ổ đĩa 37

Bảng 2.15 MBR trong SD card 38

Bảng 2.16 Thông tin của một phân vùng 38

Bảng 2.17 Cấu trúc chung của mỗi phân vùng 39

Bảng 2.18 Thông tin chứ trong 1 Boot secsor 39

Bảng 2.19 Giá trị của các mục nhập trong FAT 41

Bảng 2.20 Cấu trúc của Directory Table 41

Bảng 2.21 Mô tả chân cho chip PL2303 44

Bảng 2.22 Thông số điện áp, dòng điện và xung clock dùng cho PL2303 45

Bảng 2.23 Mã hóa dữ liệu 45

Bảng 2.24 Các thông số chính của màn hình LCD 47

Bảng 2.25 Mô tả chức năng các chân của GLCD 47

Bảng 2.26 Chức năng của ADS7843 49

Bảng 2.27 Chức năng các chân của EEPROM 24C02 52

Bảng 4.1 Danh sách linh kiện 65

Đề tài sử dụng công nghệ sinh trắc học vân tay để tiến hành điểm danh sinh viên mỗi buổi học Việc quản lý sinh viên do giáo viên phụ trách lớp đảm nhiệm Mỗi lớp sẽ được quản lý trên 1 file excel, và mỗi học sinh đều có một file excel riêng để kiểm tra chính xác khi cần

Tất cả các thông tin về lớp và thời gian vào ra của các sinh viên đều được lưu trữ trong thẻ nhớ SD Hệ thống sẽ tự động thống kê để kể giáo viên phụ trách biết chính xác tình hình lớp học

Hệ thống sẽ tự động mở máy để điểm danh và tắt máy không cho điểm danh nữa khi đến một thời điểm đã được định sẵn trong máy Tất cả các thao tác này đều do chip STM32F103VET6 đảm nhận và thực hiện thông qua các chuẩn giao tiếp

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Công nghệ bán dẫn ngày càng phát triển kéo theo đó là hàng loạt chip xử lý được các công ty phát triển Song song với sự phát triển của chip xử lý thì công nghệ cảm biến cũng tạo ra một cuộc cách mạng Các cảm biến ra đời đảm nhiệm các chức năng thay cho con người trong các quy trình công nghiệp và dân dụng đòi hỏi sự chính xác, tốc độ và khả năng làm việc liên tục mà con người không làm được

Kết hợp vi xử lý và cảm biến không chỉ nhằm giám sát các quá trình công nghiệp mà song song đó còn dùng để theo dõi tình hình sức khỏe hoặc dùng để giám sát chính những người đã tạo ra chúng Ứng dụng tiêu biểu nhất để giám sát người đó chính là máy chấm công hay là máy điểm danh

Vấn đề lớn nhất của máy chấm công từ trước đến nay là làm sao tạo ra được một thiết

bị có khả năng nhận biết chính xác đối tượng mình cần quản lý, tránh sai sót hoặc gian lận Giải pháp nghĩ đến đó chính là sử dụng công nghệ nhận biết riêng biệt của từng cá nhân để tiến hành kiểm soát, và công nghệ được nghĩ đến đầu tiên là công nghệ sinh trắc học để giải quyết vấn đề điểm danh Vì mỗi người có mỗi đặc điểm sinh trắc học khác nhau

Việc ứng dụng máy điểm danh trong công nghiệp từ đó đã được ra đời và ứng dụng rộng rãi cho tới hiện nay nhưng việc ứng dụng trong trường lớp lại được bỏ trống Ấp ủ từ

những yêu cầu trên nhóm chúng đã quyết định chọn đề tài: “Hệ thống điểm danh bằng vân

tay ứng dụng Vi điều khiển ARM” ứng dụng điểm danh trong lớp học

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Tìm hiểu về dòng chip STM32 cùng các ngoại vi giao tiếp, song song đó là tìm hiểu

về cảm biến vân tay Kết hợp cả hai thứ lại cùng với sự điều khiển từ màn hình LCD TOUCH nhằm tạo ra một thiết bị có khả năng điểm danh, ban đầu sẽ áp dụng thí điểm ở trong lớp học thực tập tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật HCM để điểm danh sinh viên mỗi buổi, sau đó cải tiến để áp dụng cho toàn trường rồi xa hơn sẽ đưa ra thị trường

để cạnh tranh

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

NỘI DUNG 1: Tìm hiểu và nắm vững các giao tiếp với Kit STM32F103VET6 NỘI DUNG 2: Tìm hiểu và giao tiếp được với cảm biến vân tay R305 thông qua UART của chip STM32

NỘI DUNG 3: Thiết kế mô hình máy điểm danh

NỘI DUNG 4: Đánh giá kết quả thực hiện mô hình

NỘI DUNG 5: Cải tiến mô hình nhằm tạo ra sản phẩm thương mại

1.4 GIỚI HẠN

Sử dụng được 2 cảm biến vân tay R305 để tiến hành điểm danh

Giao tiếp giữa cảm biến vân tay R305 và chip STM32 thông qua USART

Kết hợp thẻ nhớ SD để mở rộng khả năng lưu trữ và xử lý thông tin của mô hình Giao diện được xây dựng và xử lý trên màn hình cảm ứng TFT 3.2inch

Xử lý việc điểm danh bằng file Excel lưu sẵn trong thẻ nhớ

1.5 BỐ CỤC

Gồm có 6 chương:

Chương 1: Tổng Quan

Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết

Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế

Chương 4: Thi Công Hệ Thống Máy Điểm Danh

Chương 5: Kết Quả_Nhận Xét_Đánh Giá

Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển

Nội dung các chương:

Chương 1: Tổng Quan

Chương này trình bày vấn đề lý do tại sao chọn đề tài, mục đích nghiên cứu khi làm

để tài này, đồng thời nêu giới hạn và bố cục của toàn bộ đề tài

Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết

Chương này sẽ tìm hiểu về dòng vi xử lý ARM, lịch sử phát triển và sự đa dạng của

vi xử lý dòng này, tìm hiểu về thẻ nhớ SD, thiết bị chuyển USB sang UART, màn hình

LCD TFT, và các chuẩn giao tiếp, đồng thời tìm hiểu về công nghệ sinh trắc học nói chung

và công nghệ sinh trắc học vân tay nói riêng

Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế

Trình bày sơ đồ khối chức năng các khối, đồng thời thiết kế tính toán để thiết kế mạch điều khiển mô hình Trình bày sơ đồ toàn mạch

Chương 4: Thi Công Hệ Thống Máy Điểm Danh

Thi công hàn linh kiện lên mạch, lắp ráp kiểm tra toàn bộ mạch, đồng thời test bằng

1 chương trình cơ bản Sau đó lắp ráp thành mô hình

Trình bày lưu đồ giải thuật đồng thời giải thích cách hoạt động của toàn bộ hệ thống

Chương 5: Kết Quả Nhận Xét và Đánh Giá

Trình bày kết quả của của thiết kế mô hình và lập trình Nhận xét đánh giá mức độ hoàn thiện của mô hình đồng thời nêu những giới hạn của mô hình

Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển

Tổng kết kết quả của toàn bộ mô hình, đưa ra các hướng phát triển cho sản phẩm sau này

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 GIỚI THIỆU VỀ VI XỬ LÝ ARM

Cấu trúc ARM (Acorn RISC Machine) là một loại cấu trúc vi xử lý 32 bit kiểu RISC được sử dụng rộng rãi trong thiết kế nhúng Do đặc điểm tiết kiệm năng lượng, các bộ CPU ARM chiếm được ưu thế trong các sản phẩm điện tử di động, mà các sản phẩm này việc tiêu tán công suất thấp là một mục tiêu thiết kế hàng đầu

Ngày nay ARM được ứng dụng rộng rãi trên mọi lĩnh vực của đời sống: Robot, máy tính, điện thoại, máy giặt, máy bay, xe hơi….[2]

[Nguồn: http://www.bdti.com/InsideDSP/2014/09/25/ARM]

Hình 2.1 Một số ứng dụng của ARM

2.1.1 Lịch sử phát triển của ARM

Việc thiết kế ARM được bắt đầu từ năm 1983 trong một dự án phát triển của công ty máy tính Acorn Nhóm thiết kế hoàn thành việc phát triển mẫu gọi là ARM1 vào năm 1985,

và vào năm sau, nhóm hoàn thành sản phẩm “thực’’ gọi là ARM2 với thiết kế đơn giản chỉ gồm 30,000 transistor ARM2 có tuyến dữ liệu 32 bit, không gian địa chỉ 26 bit tức cho phép quản lý đến 64 Mbyte địa chỉ và 16 thanh ghi 32 bit Thế hệ sau, ARM3, được tạo ra với 4KB cache và có chức năng được cải thiện tốt hơn nữa

Vào những năm cuối thập niên 80, hãng máy tính Apple Computer và hãng VLSI

hợp tác này là ARM6 Mẫu đầu tiên được công bố vào năm 1992 và Apple đã sử dụng bộ

vi xử lý ARM 610 dựa trên ARM6 làm cơ sở cho PDA hiệu Apple Newton Vào năm 1994, Acorn dùng ARM 610 làm CPU trong các máy vi tính RiscPC của họ

Bảng 2.1 Các dòng phát triển của ARM

[Nguồn: Tài liệu số (2)] Trải qua nhiều thế hệ nhưng lõi ARM gần như không thay đổi kích thước ARM2 có 30,000 transistors trong khi ARM6 chỉ tăng lên đến 35,000 Ý tưởng của nhà sản xuất lõi ARM là sao cho người sử dụng có thể ghép lõi ARM với một số bộ phận tùy chọn nào đó

để tạo ra một CPU hoàn chỉnh, một loại CPU mà có thể tạo ra trên những nhà máy sản xuất bán dẫn cũ và vẫn tiếp tục tạo ra sản phẩm với nhiều tính năng mà giá thành vẫn thấp.[2]

2.1.2 Kiến trúc của ARM

Kiến trúc Số bit Tên lõi

ARMv1

ARMv2

32/26 32/26

ARM1 ARM2, ARM3

[Nguồn: https://en.wikipedia.org/wiki/ARM_architecture]

Hình 2.2 Kiến trúc ARM

2.1.3 Giới thiệu ARM Cortex

Như chúng ta đã thấy trong phần giới thiệu lịch sử phát triển các dòng ARM thì lõi Cortex là lõi nhúng kế thừa các ưu điểm từ các thế hệ lõi ARM11 về trước đó Để phù hợp với nhu cầu sử dụng, ARM Cortex được chia làm 3 dòng:

Cortex-A: Bộ xử lý dành cho hệ điều hành và các ứng dụng phức tạp Hỗ trợ tập lệnh

Cortex-R: Bộ xử lý dành cho hệ thống đòi hỏi khắc khe về đáp ứng thời gian thực

Hỗ trợ tập lệnh ARM, thumb, và thumb-2

Cortex-M: Bộ xử lý dành cho dòng vi điều khiển, được thiết kế để tối ưu về giá thành

Hỗ trợ tập lệnh Thumb-2 Dòng ARM STM32 có lõi Cortex-M

Giá trị số nằm cuối tên của 1 dòng ARM (ví dụ ARM Cortex-M3) cho biết về mức độ hiệu suất tương đối của dòng đó Theo đó dòng ARM mang số 0 sẽ có hiệu suất thấp nhất.[2]

2.1.4 Giới thiệu ARM Cortex M3

ARM Cortex-M3 được thiết kế đặc biệt để nâng cao hiệu suất hệ thống kết hợp với tiêu thụ năng lượng thấp ARM Cortex-M3 được thiết kế trên nền kiến trúc mới do đó chi phí sản xuất đủ thấp để cạnh tranh với các dòng vi điều khiển 8 và 16 bit truyền thống Sơ

đồ khối của ARM Cortex-M3

Một số đặc điểm của ARM Cotex-M3 như sau:

ARM Cortex – M3 được xây dựng dựa trên kiến trúc ARMv7-M 32 bit

Kiến trúc Harvard tách biệt Bus dữ liệu và lệnh

Đơn vị bảo vệ bộ nhớ (MPU-Memory Protection Unit): Hỗ trợ bảo vệ bộ nhớ thông qua việc phân quyền thực thi và truy xuất

Bộ vi xử lý Cortex-M3 hỗ trợ kiến trúc tập lệnh Thumb-2

Hỗ trợ kỹ thuật Bit Band giúp cho phép truy xuất dữ liệu theo bit đồng thời giảm thời gian truy xuất

Cho phép truy cập dữ liệu không xếp hàng (unaligned data accesses) đặc điểm này cho phép sử dụng hiệu quả SRAM nội

SysTick timer 24 bit hỗ trợ cho việc chạy hệ điều hành thời gian thực

Hỗ trợ lập trình và gỡ rối qua cổng JTAG truyền thống cũng như chuẩn 2 dây nhỏ gọn SWD (Serial Wire Debug)

Khối quản lý vector ngắt lồng nhau (NVIC-Nested Vectored Interrupt Controller) cho phép rút ngắt thời gian đáp ứng yêu cầu ngắt

[Nguồn: http://iprinceps.egloos.com/tag/Cortex-M3/page/1]

Hình 2.3 Sơ đồ khối ARM Cortex-M3

2.1.5 Giới thiệu dòng chip STM32

Những đặc điểm nổi trội của dòng ARM Cortex đã thu hút các nhà sản xuất IC, hơn

240 dòng vi điều khiển dựa vào nhân Cortex đã được giới thiệu Không nằm ngoài xu hướng

đó, hãng sản xuất chip ST Microelectronic đã nhanh chóng đưa ra dòng STM32 STM32 là

vi điều khiển dựa trên nền tảng lõi ARM Cortex-M3 thế hệ mới do hãng ARM thiết kế Lõi ARM Cortex-M3 là sự cải tiến từ lõi ARM7 truyền thống từng mang lại thành công cho công ty ARM.[2]

2.1.6 Giới thiệu về chip STM32F103XXX

Chip STM32F103xxx thuộc nhóm thứ 3 High-density trong 5 nhóm thuộc dòng ARM STM31F1, với bộ nhớ Flash là 512Kbytes, 11 timers, USB, CAN, ADC và các chuẩn giao tiếp khác

Với mô hình máy điểm danh sử dụng vi xử lý ARM này thì nhóm tôi quyết định chọn con chip STM32F103VET6 chính bởi vì chúng có tốc độ và dung lượng lưu trữ phù hợp với yêu cầu đặt ra, nhưng quan trọng nhất là chúng tôi đã được tiếp xúc trong quá trình học tập tại trường

[Nguồn: www.AllDataSheet.com]

Hình 2.4 Mô tả chân và hình ảnh thực tế của STM32F103VET6

Do thuộc dòng High density cùng với 512Kbytes Flash STM32F103VET6 là chip xử

lý mạnh mẽ với:

 72Mhz xung nội đem lại một tốc độ xử lý đáng kể

 5 chuẩn giao tiếp UART và USART

 4x16 bit timers, 2 basic timers

 3 x SPI, 2 x I2Ss, 2 x I2Cs

 USB, CAN, 2 x PWM timers

 3 × ADCs, 2 × DACs, 1 × SDIO.[2]

2.1.7 Kiến trúc chip ARM STM32F103XXX

Icode bus: Kết nối lõi Cortex™-M3 với bộ nhớ Flash để truyền mã lệnh

Dcode bus: Kết nối lõi Cortex™-M3 với bộ nhớ Flash để truyền dữ liệu

System bus: Kết nối lõi Cortex™-M3 với BusMatrix và BusMatrix sẽ phân quyền sử dụng bus giữa lõi ARM và khối DMA

DMA bus: Kết nối DMA với BusMatrix và BusMatrix sẽ quản lý việc truy xuất dữ liệu của CPU, DMA tới SRAM, Flash và các ngoại vi

Các cầu AHB/APB: 2 cầu AHB/APB giúp đồng bộ kết nối giữa AHB với 2 bus APB APB1 có tốc độ tối đa là 36 Mhz và APB2 đạt tốc độ tối đa 72 Mhz

BusMatrix: Phân quyền sử dụng bus giữa lõi ARM và khối DMA Việc phân quyền này dựa trên thuật toán Round-Robin (các khối sẽ thay phiên nhau truy cập bus trong 1 đơn

vị thời gian định sẵn)

Sau mỗi lần CPU bị reset thì tất cả các nguồn xung clock cấp cho ngoại vi đều bị tắt hết chỉ trừ xung clock cấp cho SRAM và FLITF

[Nguồn: www.arm.vn]

Hình 2.5 Kiến trúc của ARM STM32F103XXX

2.1.8 Cấp xung Clock cho STM32

Có 3 loại xung clock có thể đùng dùng làm xung clock cho hệ thống (SYSCLK-xung clock cấp cho khối xử lý):

HIS (High Speed Internal) nguồn xung clock tốc độ cao bên trong ARM

HSE (High Speed External) nguồn xung clock tốc độ cao bên ngoài ARM

PLL (Phase Locked Loop) nguồn xung clock lấy từ bộ nhân tần số (hay sử dụng) LSI (Low Speed Internal) nguồn xung clock tốc độ chậm 40kHz ở bên trong ARM Nguồn xung này được dùng để cấp cho independent watchdog và có thể được dùng để cấp cho RTC trong việc định thời gian tự động đánh thức CPU thoát khỏi chế độ Stop hoặc Standby

LSE (Low Speed External) nguồn xung clock tốc độ chậm thường được nối với thạch anh 32,768kHz từ bên ngoài, xung clock này có thể được dùng để cấp cho RTC

Mỗi nguồn xung clock có thể được bật tắt độc lập nhằm tiết kiệm năng lượng

Chú ý: Muốn hệ thống hoạt động ở tần số cao nhất (72Mhz) ta phải sử dụng HSE 16Mhz) kết hợp với mạch nhân tần số PLLMUL Thông thường ta chọn giá trị HSE = 8Mhz, điều này có nghĩa là ta phải kết nối thạch anh hoặc một nguồn xung clock 8Mhz bên ngoài ARM theo cách sau:[2]

(4-[Nguồn: www.alldatasheet.com]

Hình 2.6 Cách kết nối nguồn xung 8Mhz cho HSE

[Nguồn: http://www.alldatasheet.com]

Hình 2.7 Sơ đồ cây xung Clock

Ngoài ra ARM cũng còn có nguồn xung clock phụ sau:

[Nguồn: http://www.alldatasheet.com]

Hình 2.8 Kết nối nguồn xung cho RTC

Nếu không muốn dùng thạch anh hoặc clock ngoại như HSE ta có thể dùng giao động nội HSI nhưng lúc này tốc độ tối đa chỉ 64Mhz

Muốn dùng RTC định thời một cách chính xác ta phải sử dụng LSE bằng cách kết nối thạch anh hoặc bộ giao động có tần số 32.768kHz vào 2 chân OSC32_IN và OSC32_OUT theo cách hình 2.8

2.1.9 Cấu hình BOOT cho STM32

Dòng STM32F1 có 3 chế độ BOOT được chọn bởi 2 chân BOOT [1:0] theo bảng sau:

[Nguồn: Tài liệu số (2)] Trạng thái của các chân BOOT được cập nhật vào thời điểm có cạnh lên thứ 4 của xung SYSCLK sau khi Reset Việc chọn chế độ BOOT phụ thuộc vào việc cài đặt của người dùng đối với 2 chân BOOT1 và BOOT0 và trạng thái các chân BOOT này sẽ được cập nhật lại sau mỗi lần thoát khỏi chế độ Standby Boot loader được lập trình bởi hãng ST và mặc

định lưu trong bộ nhớ hệ thống Boot loader được sử dụng để nạp chương trình vào bộ nhớ Flash bằng một số chuẩn truyền nối tiếp:

Đối với dòng low, medium, high density thì boot loader sử dụng UART1 để nạp chương trình vào Flash

Đổi với dòng conectivity line thì boot loader sử dụng USART1, USART2 (remap), CAN (remap) hoặc USB OTG FS hoạt động ở chế độ DFU-Device Firmware Upgrade Trong chế độ này USART sẽ hoạt động nhờ giao động nội 8Mhz (HSI) caonf CAN

và USB chỉ có thể hoạt động nhờ giao động ngoại HSE khi kết nối với thạch anh 8 Mhz, 14,7546Mhz hoặc 25Mhz [2]

2.1.10 Các chuẩn giao tiếp

a SPI

Trong vi điều khiển ARM khối SPI (Serial Peripheral Interface) được tích hợp sẵn bên trong và nằm trên bus truyền dữ liệu ngoại vi tối ưu để tăng hiệu suất truyền dữ liệu và tối ưu khả năng tiêu thụ công suất

STM32 cung cấp hai khối điều khiển SPI có khả năng chạy ở chế độ song công duplex) với tốc độ truyền dữ liệu lên tới 18MHz Khối SPI tốc độ cao nằm trên APB2, khối SPI tốc độ thấp nằm trên APB1 Mỗi khối SPI có hệ thống thanh ghi cấu hình độc lập, dữ liệu truyền có thể dưới dạng 8-bit hoặc 16-bit, thứ tự hỗ trợ MSB hay LSB

(full-Chúng ta có thể cấu hình mỗi khối SPI đóng vai trò master hay slave

Để hỗ trợ truyền dữ liệu tốc độ cao, mỗi khối SPI có hai kênh DMA dành cho gửi và nhận dữ liệu Thêm vào đó là khối CRC dành cho cả truyền và nhận dữ liệu Khối CRC đều

có thể hỗ trợ kiểm tra CRC8 và CRC16 Các đặc tính này rất cần thiết khi sử dụng SPI để giao tiếp với MMC/SD card và USB

Sau đây là cấu trúc khối SPI:

[Nguồn: http://mbedvn.com]

Hình 2.9 Cấu trúc SPI trong ARM

Chức năng của SPI:

 SPI sử dụng phương thức truyền: Nối tiếp - Đồng bộ - Song công

 Nối tiếp: Truyền một bit dữ liệu trên mỗi nhịp truyền

 Đồng bộ: Có xung nhịp đồng bộ quá trình truyền

 Song công: Cho phép gửi, nhận đồng thời

 SPI là phương thức Master – Slave

 Thiết bị đóng vai trò Master điều khiển xung đồng bộ (SCK)

 Tất cả các thiết bị Slaver bị điều khiển bởi xung đồng bộ phát ra bởi Master SPI là giao thức trao đổi dữ liệu (Data Exchange): Một bit được gửi ra sẽ có một bit được nhận về được mô tả trong hình:

[Nguồn: https://en.wikipedia.org]

Hình 2.10 Giao thức Master – Slave trong giao tiếp SPI

Cấu hình ghép nối cơ bản trong giao tiếp SPI:

Cấu hình ghép nối 1 thiết bị

[Nguồn: https://en.wikipedia.org]

Hình 2.11 Ghép nối một thiết bị

Cấu hình ghép nối nhiều thiết bị:

Mô tả các chân sử dụng trong giao tiếp SPI:

 MISO (Master Input Slave Output)

 MOSI (Master Output Slave Input)

b USART

[Nguồn: http://mbedvn.com]

Hình 2.13 Cấu trúc USART trong ARM

Mặc dù các giao diện trao đổi dữ liệu dạng nối tiếp dần dần không còn được hỗ trợ trên máy tính, chúng vẫn còn được sử dụng rất nhiều trong lĩnh vực nhúng bởi sự tiện ích

và tính đơn giản STM32 có đến 3 khối USART (USART1, USART2, USART3) và 2 khối UART (UART4, UART5), USART1 có khả năng hoạt động đến tốc độ 4,5Mbps, các khối còn lại có tốc độ khoảng 2,25Mbps Một khối USART2, USART3, UART4 và UART5 nằm trên APB1 với xung nhịp hoạt động 72MHz, các USART1 nằm trên APB2 hoạt động

[Nguồn: http://mbedvn.com]

Hình 2.14 Hỗ trợ giao tiếp ở chế độ hafl-duplex dựa trên một đường truyền

Ngoài ra USART còn có thể dùng để tạo các giao tiếp nội (local interconnect bus) Đây là mô hình cho phép nhiều vi xử lý trao đổi dữ liệu lẫn nhau USART còn có khối encoder/decoder dùng cho giao tiếp hồng ngoại với tốc độ hỗ trợ có thể đạt đến 115200bps, hoạt động ở chế độ hafl-duplex NRZ khi xung nhịp hoạt động khoảng từ 1.4MHz cho đến 2.12Mhz Để thực hiện giao tiếp với smartcard, USART còn hỗ trợ chuẩn ISO 7618-3

[Nguồn: http://mbedvn.com]

Hình 2.15 Giao tiếp smartcard và hồng ngoại

Người dùng có thể cấu hình khối USART cho các giao tiếp đồng bộ tốc độ cao dựa trên 3 đường tín hiệu riêng biệt như SPI Khi hoạt động ở chế độ này, khối USART sẽ đóng vai trò là SPI master và có khả năng cấu hình Clock Polarity/Phase nên hoàn toàn có thể giao tiếp với các SPI slave khác

[Nguồn: http://mbedvn.com]

Hình 2.16 Hỗ trợ giao tiếp đồng bộ SPI

c I2C

Hình 2.17 Giao tiếp I2C

Tương tự như SPI, chuẩn I2C (Inter-Integrated Circuit) cũng được STM32 hỗ trợ nhằm giao tiếp với các mạch tích hợp ngoài Giao diện I2C có thể được cấu hình hoạt động ở chế

độ slave, master hay đóng vai trò bộ phân xử đường trong hệ thống multi-master Giao diện

I2C hỗ trợ tốc độ truyền chuẩn 20kHz hay tốc độ cao 400kHz Ngoài ra còn hỗ trợ 7 hoặc

10 bit địa chỉ Được thiết kế nhằm đơn giản hóa quá trình trao đổi với 2 kênh DMA cho truyền và nhận dữ liệu Hai ngắt một cho nhân Cortex, một cho định địa chỉ và truyền nhận

2.2 CÔNG NGHỆ SINH TRẮC HỌC VÀ CẢM BIẾN VÂN TAY

2.2.1 Giới thiệu công nghệ sinh trắc học

Công nghệ Sinh trắc học (Biometric) - là một công nghệ sử dụng những thuộc tính vật lý hoặc các mẫu hành vi, các đặc điểm sinh học đặc trưng như dấu vân tay, mẫu võng

mạc, giọng nói, khuôn mặt, dáng đi, để nhận diện con người Sinh trắc học (biometric)

là một công cụ kiểm tra cá nhân hữu hiệu chưa từng có trong lịch sử

Mỗi người có một đặc điểm sinh học duy nhất Dữ liệu sinh trắc học của từng cá nhân với đặc điểm khuôn mặt, ảnh chụp võng mạc, giọng nói sẽ được kết hợp với nhau bằng phần mềm để tạo ra mật khẩu dành cho những giao dịch điện tử, phương thức đó là "công nghệ sinh trắc đa nhân tố" Sự phát triển của công nghệ đã thay đổi từ việc lăn tay trên mực

và lưu trữ trên giấy sang quét trên máy và lưu trữ kỹ thuật số

[Nguồn: http://www.authorstream.com]

Hình 2.18 Ứng dụng của công nghệ sinh trắc học

2.2.2 Lịch sử công nghệ sinh trắc học

Việc sử dụng dấu vân tay và vân chân để nhận dạng đã được người Trung Quốc làm

từ thế kỉ thứ XIV Khi một đứa trẻ ra đời, người Trung Quốc đã dùng mực bôi đen chân tay

nó và in dấu lên một tờ giấy

Năm 1823, Joannes Evangelista Purkinji tìm thấy mô hình và hình dạng của ngón tay Năm 1880, Henry Faulds và W.J Herschel, trong một công trình công bố tên là

“Nature” đã đề xuất sử dụng vân tay như là phương thức đô ̣c đáo để xác đi ̣nh bản chất của con người

Năm 1892, Francis Galton đã chỉ ra rằng: Vân tay của những că ̣p song sinh, anh em

và di truyền cùng dòng máu thì có sự tương đồng, chính điều này đã mở ra ngành nhân ho ̣c Năm 1902, Harris Hawthorne Wilder đã thiết lâ ̣p hê ̣ thống cơ bản của môn hình thái

học, di truyền ho ̣c, và nghiên cứu trên chủng loại lòng bàn tay và vân tay

Năm 1930, Hiệp hội nghiên cứu hình thái sinh lý ho ̣c (viết tắt là SSPP: Society for the Study of Physiological Patterns) bắt đầu công trình nghiên cứ u 5 chủng loa ̣i vân tay và những nét đă ̣c trưng đô ̣c đáo của nó

Năm 1950, giáo sư phẫu thuật não người Canada Dr Penfield đã chỉ ra rằng có sự liên

hệ mất thiết giữa vân tay với não bô

Năm 1958, Noel Jaquin đã nghiên cứu và phát hiê ̣n ra mỗi vân tay sẽ tương ứng với một chủ ng loa ̣i tính cách

Năm 1963, Solton cũng đã xác định rằng nếu có sự bất thường của nhiễm sắc thể thì

tỉ lê ̣ bất thường của dầu vân tay cũng tăng lên

Năm 1981, giáo sư Roger W Sperry và đồng sự đã được vinh danh giải thưởng Nobel trong ngành Y sinh học vì những nghiên cứu về chức năng của não trái và não phải cũng như lý thuyết toàn não Từ đây những nghiên cứu về não bô ̣ không ngừng phát triển Từ những nghiên cứu này đã mở đường cho những phát mình sau này

Năm 1985, Tiến sĩ Chen Yi Mou - Đại học Havard nghiên cứu Sinh trắc vân tay dựa trên Thuyết Đa Thông Minh của Tiến sĩ Howard Gardner

Năm 1994, giáo sư Lin Ruei Bin đã mang khoa ho ̣c Sinh trắc dấu vân tay vào Đài Loan

Năm 2004: Trung tâm IBMBS (Trung tâm Sinh trắc học Xã hội và Hành vi ứng xử quốc tế) đã xuất bản hơn 7000 luận án về Sinh trắc vân tay

Ngày nay, Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc, Đài Loan áp dụng Sinh trắc vân tay đến các lĩnh vực giáo dục, hy vọng sẽ cải thiện chất lượng giảng dạy và nâng cao hiệu quả học tập.[3]

2.2.3 Ứng dụng công nghệ sinh trắc học

Sinh trắc học đã được phát triển trong một thời gian dài Trong những năm gần đây, công nghệ này đã vượt qua các rào cản lớn như chi phí, cách thức vận hành và khả năng truy cập tạo ra khả năng chính xác cao trong giải pháp xác thực Giống như bất kỳ công

nghệ bảo mật nào, sinh trắc học không phải giải pháp hoàn hảo Nhưng có một điều chắc chắn, sinh trắc học không còn là một hình ảnh của tương lai mà đang trở nên hiện thực Chúng ta cùng nhau lướt qua các ứng dụng của sinh trắc học đang áp dụng hiện nay:

Dấu vân tay – Fingerprint

[Nguồn: https://www.pond5.com]

Hình 2.19 Sinh trắc học vân tay

Đây là một ứng dụng phổ biến nhất trong công nghệ sinh trắc học Hiện nay cảm biến vân tay có trên hàng loạt các thiết bị di động

Máy quét tĩnh mạch lòng bàn tay - Palm Vein Reader

[Nguồn: www.pcs.com]

Hình 2.20 Sinh trắc học bàn tay

Nhận diện khuôn mặt

[Nguồn: https://eforensicsmag.com]

Hình 2.21 Sinh trắc học khuôn mặt Sinh trắc học hành vi - Behavioral Biometrics

[Nguồn: http://www.tutorialspoint.com]

Hình 2.22 Sinh trắc học dựa vào hành vi của người dùng

Nhịp tim- Cardiac Rhythm

2.3 CẢM BIẾN VÂN TAY

Trong các loại của mô hình trắc học có lẽ vân tay là một công nghệ tuy đã có từ lâu đời nhưng chưa bao giờ lỗi thời Với yêu cầu đặt ra của đề tài, nhóm chúng tôi quyết định chọn module cảm biến vân tay R305 để thực hiện mô hình

2.3.1 Giới thiệu cảm biến vân tay

[Nguồn: http://www.sunrom.com]

Hình 2.25 Cảm biến vân tay R305

Module R305 có các đặc điểm như sau:

Nguồn cung cấp từ 3.6-6V Dòng 100mA-150mA

Phương thức giao tiếp UART/USB 1.1

Chế độ so sánh kiểm tra: có 2 chế độ 1:1 và 1: N

Tốc độ Baud: từ 9600-115200bps Mặc định của module là 57600bps

Kích thước tập tin: 256bytes

Thời gian kiểm tra: rất nhanh < 0.5s

Kích thước mỗi mẫu: 512bytes

Khả năng lưu trữ trong flash: 256 mẫu

Mức độ bảo mật: Cấp 5(cao nhất)

Độ sai số cho phép (FAR - False Acceptance Rate): <0.001%

Độ sai số chính xác (FRR - False Reject Rate): <0.1%

Thời gian tìm kiếm trung bình (1:1000): <1s

Nguyên lý hoạt động của cảm biến:

Kiểm tra vân tay bao gồm 2 phần: lấy mẫu vân tay và kiểm tra vân tay (1:1, 1: N) Khi lấy mẫu, người dùng cần đặt ngón tay 2 lần Hệ thống sẽ xử lý hình ảnh vân tay

2 lần, sau đó sẽ tạo ra 1 bản chuẩn giữa 2 lần đó và lưu trữ các bản mẫu đó trong bộ nhớ Khi kiểm tra, người dùng vẫn đặt ngón tay vào vị trí của cảm biến quang học, hệ thống

sẽ tạo ra một bản mẫu của ngón tay và so sánh với những mẫu được lưu trữ trong thư viện Đối với kiểu so sánh 1:1, hệ thống sẽ so sánh trực tiếp vân tay với những mẫu được chỉ định trong Module Đối với kiểu so sánh 1: N hay tìm kiếm, hệ thống sẽ quét toàn bộ tất cả những vân tay có trong thư viện vân tay

Trong cả 2 trường hợp, hệ thống sẽ trả về kết quả phù hợp, có hoặc không có vân tay.[4]

2.3.2 Giao tiếp phần cứng

[Nguồn: http://www.8051projects.info]

Hình 2.26 Các ngõ ra giao tiếp của cảm biến R305

Kết nối cảm biến với PC

Truyền thông nối tiếp (P1)

Khi giao tiếp với thiết bị của người dùng J1 trên FG được định nghĩa như sau:

Bảng 2.3 Kết nối phần cứng của R305

Số pin Tên Kiểu Mô tả

3 TD in Data output TTL logical level

4 RD out Data input TTL logical level

[Nguồn: http://www.alldatasheet.com] Thông qua giao thức truyền thông nối tiếp, Module cảm biến vân tay sẽ kết nối với MCU ở mức điện áp từ 3.3-5V TD (Pin 3 của P1) kết nối với RXD (cổng nhận dữ liệu của MCU), RD (pin 4 của P1) kết nối với TXD (cổng xuất dữ liệu của MCU) Có thể truyền thẳng lên PC bằng chuẩn giao tiếp RS232

Giao thức truyền thông nối tiếp:

Đó là chế độ truyền thông nối tiếp bán song công không đồng bộ Tốc độ bauds mặc định của FG là 57600bps Người dùng có thể tùy chỉnh tốc độ từ 9600-115200bps

Mẫu khung truyền là 10bits Start bit là bit 0, sau đó là 8 bits dữ liệu truyền theo kiểu LSB, và cuối cùng là stop bit là bit 1 Không có bit kiểm tra

2.3.3 Tài nguyên hệ thống trong cảm biến vân tay

a Lưu ý trước khi bắt đầu

Hệ thống hỗ trợ 512byte memory (16pages* 32bytes) cho người dùng ghi vào, dữ liệu

sẽ được lưu ở đây khi mất nguồn Máy chủ có thể truy cập vào đây khi sử dụng cấu trúc ở phần PS_WriteNotepad và PS_ReadNotepad

b Bộ đệm

Đây chính là bộ đệm hình ảnh và có 2 bộ đệm dung lượng 512 bytes kí tự bên trong

bộ nhớ RAM của module Người dùng cần phải tuân theo sự hướng dẫn để có thể đọc và ghi vào bất kì bộ đệm nào nếu muốn

Khi truyền thông qua USB, hình ảnh sẽ là 8 pixel tương đương với 256 độ xám

Character file buffer:

Character file buffer, CharBuffer1, CharBuffer2 có thể được dùng để lưu cả character file và file mẫu

c Thư viện vân tay

Hệ thống thiết lập một không gian nhất định trong Flash để lưu trữ các mẫu vân tay,

đó chính là thư viện vân tay Nội dung trong thư viện sẽ không mất khi mất nguồn

Khả năng lưu của thư viện sẽ thay đổi theo khả năng lưu của Flash, hệ thống sẽ cập nhật tự động Các mẫu vân tay được lưu trữ trong Flash theo thứ tự tuần tự Giả định sức chứa của Flash được N mẫu vân tay thì thứ tự lưu vân tay sẽ là 1…N Người dùng có thể truy cập vào thư viện bằng số thứ tự của mẫu.[4]

d Thống số cấu tạo hệ thống

Khi có yêu cầu thay đổi thông số từ máy tính Đầu tiên hệ thống sẽ phản hồi bằng những cấu hình ban đầu, sau đó sẽ tiến hành sửa đổi các tham số sau đó sẽ ghi lại cấu hình vào Flash Ở lần sử dụng tiếp theo, hệ thống sẽ chạy với cấu hình mới

Điều chỉnh tốc độ Baud: Đây là thông số điều chỉnh mức độ truyền dữ liệu của cảm biến thông qua UART Điều chỉnh qua các giá trị N, N = [1:12] Tốc độ Baud sẽ tương ứng