Ứng dụng công nghệ nhận dạng dấu vân tay vào mô hình hệ thống cửa tự động trên nền kit STM32F746G

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG DẤU

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

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

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG DẤU VÂN TAY

VÀO MÔ HÌNH HỆ THỐNG CỬA TỰ ĐỘNG

TRÊN NỀN KIT STM32F746G

GVHD: ThS PHAN VÂN HOÀN SVTH: LÊ TIN

MSSV: 11142236 SVTH: DƯƠNG CÔNG DANH MSSV: 11141356

Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2016

S K L 0 0 4 2 8 2

Trang 2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

Trang 3

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 1 năm 2016

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1 Đề tài: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG DẤU VÂN TAY VÀO HỆ

THỐNG CỬA TỰ ĐỘNG TRÊN NỀN KIT STM32F746G

2 Các số liệu, tài liệu chuẩn ban đầu

Tài liệu tiếng việt

Sư Phạm Kĩ Thuật TPHCM, 2015

Sư Phạm Kĩ Thuât TPHCM, 2014

3 Nội dung thực hiện

- Tìm hiểu kit STM32F746G Discovery của hãng ST

- Thiết kế giao diện trên LCD 480x272

- Hoàn thành tài liệu báo cáo đồ án tốt nghiệp

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

***

Trang 5

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: LÊ TIN MSSV: 11142236

DƯƠNG CÔNG DANH MSSV: 11141356

Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

Tên đề tài: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG DẤU VÂN TAY VÀO

MÔ HÌNH HỆ THỐNG CỬA TỰ ĐỘNG TRÊN NỀN KIT STM32F746G

NHẬN XÉT

1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

2 Ưu điểm :

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị (Cho phép SV được bảo vệ hay không được bảo vệ)

5 Đánh giá loại:

6 Điểm:……….(Bằng chữ : )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 1 năm 2016

Giáo viên hướng dẫn

(Ký & ghi rõ họ tên)

Trang 6

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc *******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên sinh viên: LÊ TIN MSSV: 11142236

DƯƠNG CÔNG DANH MSSV: 11141356

Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

Tên đề tàI : ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG DẤU VÂN TAY VÀO

MÔ HÌNH HỆ THỐNG CỬA TỰ ĐỘNG TRÊN NỀN KIT STM32F746G

Họ và tên giáo viên phản biện:

NHẬN XÉT

Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

7 Ưu điểm :

8 Khuyết điểm :

9 Đề nghị (Cho phép SV được bảo vệ hay không được bảo vệ)

10 Đánh giá loại:

11 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 1 năm 2016

Giáo viên phản biện

(Ký & ghi rõ họ tên)

Trang 8

sử dụng công nghệ nhận dạng dấu vân tay

Đề tài “Ứng Dụng Công Nghệ Nhận Dạng Dấu Vân Tay Vào Mô Hình Hệ Thống Cửa Tự Động Trên Nền Kit STM32F746G” được lựa chọn nhằm thực hiện ý tưởng về hệ thống bảo mật an toàn bằng dấu vân tay dành cho hệ thống cửa và chế

độ an toàn của cửa tự động Ngiên cứu dòng arm mới của hãng ST với cấu hình được nâng cấp vượt trội

Mô hình cửa tự động được lắp đặt module nhận dạng vân tay để quét vân tay người dùng Màn hình cảm ứng điện dung có kích cỡ 480x272 được tích hợp sẵn trên kit với chức năng hiển thị thông tin và điều khiển, nhập ngay trên màn hình cảm ứng Cảm biến chuyển động thân nhiệt được gắn trên cửa để quét người đi qua cửa và cảm biến dòng để xử lí các sự cố quá tải, kẹt cửa

Đồ án tốt nghiệp được triển khai với nội dung gồm 5 chương Chương 1 là sự dẫn nhập tổng quan của đề tài Các vấn đề lý thuyết liên quan và phương án thiết kế thi công cho mô hình cửa tự động được xem xét chi tiết ở chương 2 và chương 3 Chương 4 trình bày kết quả thực hiện đề tài kèm theo các phân tích Cuối cùng đồ

án tốt nghiệp được kết thúc bởi sự kết luận và hướng phát triển đề tài

Do thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp có hạn, nhóm thực hiện đề tài chỉ đạt được mô hình cửa tự động và một số chế độ yêu cầu của hệ thống Nhóm thực hiện

đề tài mong nhận sự đóng góp của thầy cô và bạn đọc

Trang 9

Project’s name of my group is” fingerprint identification technology application in

an automatic door system model base on STM32F746G Kit” is carried out ideas about safe secret system by input fingerprint for safe door system and researched new arm family’s ST

The automatic door model is installed fingerprint identification module to scan user’s fingerprint.The capacitance touch screen have 480x272 size is integrated on kit with function is displayed information and controlled.HC-SR505 sensor is hanged on the door to scan people who passed the door, current sensor is processed overload problems

According to this report, we want to show the general vision, the development of knowledge as well as the basic manual which related to the C language

Although we have finished the automatic door program, having a limited knowledge might cause us some unwanted mistakes We look forward to your ideas

as well as bug report

People who implement the project

Trang 10

Đồ Án Tốt Nghiệp

MỤC LỤC

Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp

Trang phiếu nhận xét của giáo viện hướng dẫn

Trang phiếu nhận xét của giáo viện phản biện

Lời cảm ơn i

Tóm tắt bằng Tiếng Việt ii

Tóm tắt bằng Tiếng Anh iii

Mục lục iv

Danh sách các từ viết tắt vii

Danh sách các bảng biểu viii

Danh sách các biểu đồ và hình ảnh ix

Chương 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1

1.1 Tình hình nghiên cứu 1

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

1.5.1 Đối tượng nghiên cứu 2

1.5.2 Phạm vi nghiên cứu 2

1.6 Phương pháp nghiên cứu 2

1.7 Bố cục trình bày của đồ án 3

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 Giới thiệu về ARM 4

2.2 Các dòng ARM của hãng ST 6

2.3 Kit STM32F746G Discovery 8

Trang 11

2.3.1 Giới thiệu 8

2.3.2 Cấu hình và bố trí phần cứng 11

2.4 Module nhận dạng vân tay 15

2.4.1 Giới thiệu module vân tay R305 15

2.4.2 Giao thức truyền thông 16

2.5 Cảm biến dòng điện 17

Chương 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 18

3.1 Sơ đồ khối hệ thống 18

3.1.1 Yêu cầu hệ thống 18

3.1.2 Sơ đồ khối và chức năng của mỗi khối 19

3.1.3 Nguyên lí hoạt động của hệ thống 20

3.2 Thiết kế và tính toán hệ thống 22

3.2.1 Khối nguồn 22

3.2.2 Khối nhận dạng vân tay 24

3.2.3 Khối cảm biến dòng điện 26

3.2.4 Khối công suất dành cho moto 29

3.2.5 Khối công tắc hành trình dành cho cửa 33

3.2.6 Khối cảm biến thân nhiệt 34

3.2.7 Khối điều khiển đèn 220VAC 36

3.2.8 Khối xử lý trung tâm 37

3.3 Sơ đồ kết nối của toàn hệ thống 50

Chương 4 KẾT QUẢ 51

4.1 Kết quả đạt được 51

4.1.1 Mô hình thực tế 51

4.1.2 Giao diện đăng nhập bằng vân tay mở cửa tự động 52

4.1.3 Giao diện đăng nhập bằng password mở cửa tự động 52

4.1.4 Giao diện đăng nhập hệ thống 53

Trang 12

4.1.5 Giao diện menu chính hệ thống 53

4.1.6 Giao diện thêm hoặc xóa dấu vân tay 54

4.1.7 Giao diện điều khiển động cơ bằng tay 54

4.1.8 Giao diện điều khiển thiết bị 220VAC 55

4.1.9 Giao diện thông tin 55

4.2 Đánh giá 56

4.2.1 Ưu điểm của hệ thống 56

4.2.2 Nhược điểm của hệ thống 56

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 57

5.1 Kết luận 57

5.2 Hướng phát triển đề tài 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

Trang 13

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ARM: Acorn RISC Machine

RTC: Real time clock

USART: Universal Synchronous/Asynchronous Receiver Transmitter

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

Trang 14

TRANG

Bảng 2.1 Các dòng phát triển của ARM 5

Bảng 3.1 Thông số kĩ thuật của apdapter 12V 23

Bảng 3.2 Thông số kĩ thuật của module LM2596 23

Bảng 3.3 Thông số kĩ thuật module nhận dạng vân tay 25

Bảng 3.4 Sơ đồ chân giao tiếp của module nhận dạng vân tay R305 26

Bảng 3.5 Thông số kĩ thuật module ACS712 20A 27

Bảng 3.6 Sơ đồ chân giao tiếp của module ACS 712 28

Bảng 3.7 Thông số kĩ thuật module L298 30

Bảng 3.8 Sơ đồ chân giao tiếp của module điều khiển động cơ L298… 31

Bảng 3.9 Bảng trạng thái hoạt động của module L298 32

Bảng 3.10 Thông số kĩ thuật của module HC SR505 35

Trang 15

DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH

TRANG Chương 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.1 Một số ứng dụng của ARM 4

Hình 2.2. Các dòng ARM của hãng ST 6

Hình 2.3 Kiến trúc của ARM 7

Hình 2.4 Kit STM32F746Discovery 8

Hình 2.5 So sánh khả năng xử lý số giữa M7 với SoC khác 10

Hình 2.6 Ma trận bus AXI-AHB 12

Hình 2.7 Sơ đồ khối 1 STM32F7 13

Hình 2.11 Module R305 15

Hình 2.12 Khung truyền dữ liệu 16

Hình 2.13 Định dạng gói dữ liệu 16

Hình 2.14 Sơ đồ chân và ảnh thực tế ACS 712 17

Chương 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống 19

Hình 3.2 Adapter 12V - 5A 22

Hình 3.3 Module nguồn LM2596S (5V – 3A) 23

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lí module LM2596S 24

Hình 3.5 Sơ đồ kết nối với hệ thống của module LM2596 24

Hình 3.6 Ảnh thực tế của module nhận dạng vân tay R305 25

Hình 3.7 Sơ đồ kết nối với hệ thống của module R305 26

Hình 3.8 Module cảm biến dòng ACS 712 27

Trang 16

Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý cảm biến dòng ACS 712 27

Hình 3.10 Mối quan hệ giữa dòng vào và áp ra 28

Hình 3.11 Sơ đồ kết nối module ACS712 với hệ thống 28

Hình 3.12 Module mạch cầu H điều khiển động cơ L298 29

Hình 3.13 Đồ thị biểu thị mối quan hệ Vsat và Io 29

Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lí module điều khiển động cơ L298 30

Hình 3.15 Sơ đồ chân giao tiếp của module L298 31

Hình 3.16 Ảnh thực tế cảm biến hành trình loại nhỏ 33

Hình 3.17 Sơ đồ nguyên lí của công tắc hành trình 33

Hình 3.18 Ảnh mặt trước module cảm biến thân nhiệt HC SR505 34

Hình 3.19 Ảnh mặt sau module cảm biến thân nhiệt HC SR505 34

Hình 3.20 Ngõ ra giao tiếp của module HC SR505 35

Hình 3.21 Mạch nguyên lí modules relay 4 kênh 36

Hình 3.22 Ảnh mặt trước kit STM32F746G Discovery 37

Hình 3.23 Ảnh mặt sau kit STM32F746G Discovery 37

Hình 3.24 Sơ đồ phần cứng của board STM32F746G Discovery 38

Hình 3.25 Sơ đồ chân ngõ ra của board STM32F746G Discovery 39

Hình 3.26 Sơ đồ kết nối khối trung tâm với hệ thống 39

Hình 3.27 Lưu đồ giải thuật chính của chương trình 40

Hình 3.28 Lưu đồ giải thuật tại chế độ 1 41

Hình 3.35 Lưu đồ chương trình co quét vân tay 48

Hình 3.36 Chương trình con đăng nhập password mở cửa tự động 49

Trang 17

Chương 4 KẾT QUẢ

Hình 4.1 Hình thực tế của hệ thống

Hình 4.2 Giao diện quét vân tay

Hình 4.3 Giao diện đăng nhập bằng password

Hình 4.4 Hình đăng nhập hệ thống

Hình 4.5 Hình menu của hệ thống

Hình 4.6 Thêm xóa dấu vân tay của người dùng

Hình 4.7 Điều khiển động cơ

Hình 4.8 Điều khiển đèn 220VAC

Hình 4.9 Giao diện thông tin Chương 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 18

Trang 19

Chương 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Tình hình nghiên cứu hiện nay

Trong một nền kinh tế toàn cầu hóa như hiện nay thì vấn đề bảo mật có tầm quan trọng trong việc bảo vệ thông tin cá nhân , an ninh đối với các gia đình, doanh nghiệp và mỗi quốc gia.Một trong những giải pháp để tăng tính bảo mật hiện nay được áp dụng rộng rải trong đời sống của các nước công nghiệp phát triển là sử dụng công nghệ nhận dạng dấu vân tay

Dựa vào đặc tính của dấu vân tay(di truyền, ổn định,cá biệt…) mà các quốc gia trên thế giới(Anh,Mỹ…) đã áp dụng vào các lĩnh vực như an ninh quốc phòng,tài chính ngân hàng,giáo dục…Nhưng công nghệ nhận dạng dấu vân tay còn mới mẻ ở Việt Nam,mặc dù trong ngành giáo dục ở Việt Nam đã có 1 số trường áp dụng công nghệ này như trường đại học sư phạm kỹ thuật tphcm,trường đại học Võ Trường Toản.Việc áp dụng công nghệ dấu vân tay vào trong hê thống an ninh công ty là bước đột phá quan trọng,thu hút sự quan tâm của nhiều công ty.Với tiềm năng vô cùng to lớn của công nghệ này cùng với sự ra đời của kit STM32F746G Discovery nhóm mong muốn được thử nghiệm các ứng dụng của công nghệ nhận dạng dấu

vân tay và khai thác các tính năng của kít nên nhóm chọn hướng nghiên cứu “ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG DẤU VÂN TAY VÀO MÔ HÌNH HỆ THỐNG CỬA TỰ ĐỘNG TRÊN NỀN KIT STM32F746G”

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Các điểm mới trong đề tài của nhóm:

 Sử dụng các tính năng mới của Kit ARM STM32F746G Discovery( lõi ARM Cortex mới nhất hiện nay của dòng ARM)

 Ứng dụng công nghệ nhận dạng dấu vân tay vào trong mô hình cửa tự động

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

Các mục tiêu nghiên cứu trong đề tài:

 Thiết kế và thi công mô hình cửa tự động

 Cho phép đóng mở cửa bằng cách đăng nhập dấu vân tay

 Hiển thị thông tin khi người dùng khi đăng nhập

 Cho phép chỉnh sửa thông tin

 Cho phép đóng mở cửa bằng password

 Khắc phục tình trạng kẹt cửa và đảm bảo sự ổn định của mô hình

Trang 20

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu

 Khảo sát module vân tay R305(Finger print module)

 Khảo sát thẻ nhớ SD card và cổng kết nối USB

 Tìm hiểu phương thức truyền dữ liệu

 Tìm hiểu cấu trúc vi điều khiển ARM STM32F746G Discovery

 Thiết kế phần cứng mô hình cửa tự động

 Xây dựng phần mềm

1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.5.1 Đối tượng nghiên cứu

 Kit ARM STM32F746G Discovery

 Các module liên quan như : module nhận dạng vân tay R305, module cảm biến dòng điện ACS712, module cảm biến chuyển động HC SR505, module điều khiển động cơ L298

1.5.2 Phạm vi nghiên cứu

Thiết kế một mô hình cửa tự động với chiều rộng khoảng 40 cm Và chiều cao khoảng 30 cm Mô hình đóng mở cửa cho phép mở cửa khi người dùng quét vân tay

và đăng nhập password đúng

1.6 Phương pháp nghiên cứu

Sau khi được sự chấp nhận đề tài nghiên cứu của thầy hướng dẫn, nhóm sinh viên đã từng bước tiến hành đề tài như sau :

 Tìm hiểu kit ARM STM32F746G Discovery( kết nối phần cứng và các chuẩn giao tiếp với các thiết bị ngoại vi)

 Tìm hiểu phương thức truyền nhận USART giữa module R305 với vi điều khiển arm

 Tìm hiểu, tham khảo các tài liệu có liên quan đến arm và R305

 Tiến hành thiết kế mô hình cửa tự động

 Sau khi có mô hình cửa thì nhóm tiến hành viết chương trình

 Và bước cuối cùng sau khi mô hình chạy ổn định thì nhóm tiến hành viết báo cáo

Trang 21

1.7 Bố cục trình bày của đồ án

Báo cáo đồ án bao gồm các chương:

 Chương 1 Tổng quan đề tài: Trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu hiện nay để nêu lí do tại sao chọn đề tài,tính cấp thiết của đề tài,mục tiêu nghiên cứu,nhiệm vụ nghiên cứu,đối tượng và phạm vi nghiên cứu,phương pháp nghiên cứu như thế nào

 Chương 2 Cơ sở lý thuyết: Trình bày tổng quan về arm, tìm hiểu kit STM32F746G Discovery, cảm biến vân tay R305, cảm biến dòng điện ACS712, cảm biến chuyển động PIR HC SR505

 Chương 3 Thiết kế hệ thống: Trình bày sơ đồ khối hệ thống,thiết kế và tính toán phần cứng và phần mềm của hệ thống

 Chương 4 Kết quả: Trình bày kết quả đạt được về lý thuyết và thực tếso sánh kết quả đạt được với mục tiêu ban đầu đặt ra và nhận xét kết quả đạt được

 Chương 5 Kết luận và hướng phát triển của đề tài: Trình bày ưu điểm và nhược điểm của đề tài từ đó đề ra biện pháp khắc phục các nhược điểm của đề tài và hướng phát triển của đề tài

Trang 22

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Giới thiệu về ARM

Cấu trúc[1] ARM (viết tắt từ tên gốc là Acorn RISC Machine) là một loại cấu

trúc vi xử lý 32 bit kiểu RISC( thuộc kiến trúc Hardvard, có tập lệnh rút gọn) được

sử dụng rộng rãi trong các thiết kế nhúng Do có đặc điểm tiết kiệm năng lượng, các

bộ CPU ARM chiếm ưu thế trong các sản phẩm điện tử di động, mà với các sản phẩm này việc tiêu tán công suất thấp là một mục tiêu thiết kế quan trọng hàng đầu Ngày nay ARM được ứng dụng và rộng rãi trên mọi lĩnh vực của đời sống:

Robot, máy tinh, điện thoại, xe hơi, máy giặt…

Hình 2.1 Một số ứng dụng 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 6 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

Technology bắt đầu hợp tác với Acorn để phát triển các thế hệ lõi ARM mới Kết

quả sự 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

Trang 23

Newton Vào năm 1994, Acorn dùng ARM 610 làm CPU trong các máy vi

tính RiscPC của họ

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 được sản phẩm với nhiều

Cortex-

Trang 24

Hình 2.2 Các dòng ARM của hãng ST

Trang 25

 Kiến trúc của ARM

Hình 2.3 Kiến trúc của ARM

 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 ARM, thumb, và thumb-2

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)

Trang 26

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

sử dụng để khởi động nhanh và phát triển các ứng dụng 1 cách dễ dàng

 Các đặc tính vi điều khiển này :

Trang 27

 Giao diện Quad-SPI

 Kết nối micro SD card

 14 Timers

- 2 Timer Advandced ( TIM1,TIM8)

- 10 Timer purpose (TIM2->TIM5,TIM9->TIM14)

- 2 Timer Basic( TIM6,TIM7)

 Ngõ ra cung cấp nguồn cho các ứng dụng bên ngoài là 3.3 V hoặc 5V

 5 nguồn cung cấp

- ST LINK/V2-1

- Kết nối USB HS

- Kết nối USB FS

- Kết nối VIN từ Arduino

- Kết nối nguồn 5v bên ngoài

STM32F7 Discovery cho phép người dùng phát triển và chia sẽ các ứng dụng với các vi điều khiển nối tiếp STM32F7 dựa trên lõi ARM Cortex-M7

Toàn bộ dãy các đặc tính phần cứng trên board giúp ước lượng hầu hết các thiết

bị ngoại vi( USB OTG HS,USB OTG FS, Ethernet 10/100Mb,Mcro SD Card,USART,SAI Audio DAC stereo với ngõ vào và ngõ ra jack audio,MEMS digital microphones,SDRAM,Quad-SPI Flash memory,4.3- inch color LCD-TFT với 1 bảng đa cảm ứng điện dung, ngõ vào SPDIF RCA,etc.) và phát triển các ứng dụng.ST-LINK/V2-1đã được tích hợp cung cấp 1 mạch debug cấy sẵn và chương trình cho MCU STM32

 ARM Cortex M7

Với sự ra đời của ARM Cortex-M7 đã giải quyết được bài toán hiệu năng và mức tiêu thụ năng lượng, đưa dòng chip vi điều khiển MCU của ARM lên một tầm cao mới

Trang 28

dụng phổ biến trong các thiết bị, đồng hồ thông minh và robot có khả năng nhậndạng, phản ứng nhanh theo tình huống Ngoài ra, ARM cũng sẽ cấp phép sản xuất chip Cortex- M7 cho các nhà sản xuất xe hơi, thiết bị y tế, thiết bị mạng và hệ thống lưu trữ

Cortex-M7 được định vị là dòng sản phẩm cao cấp đầy tiềm năng của ARM Đây

là dòng chip MCU 32-bit giúp tăng tốc thông dịch dữ liệu từ các cảm biến thành thông tin số Nó tăng gấp đôi hiệu năng tính toán và DSP trong khi giảm thiểu mức tiêu thụ điện năng nhờ vào công nghệ sản xuất 28nm Chip M7 hỗ trợ các thiết bị nhúng điều khiển giọng nói hoặc giao diện rich OS và còn được sử dụng trong các smartphone hoặc trên xe hơi để điều khiển các chức năng màn hình chạm và âm thanh phức tạp hơn Theo ARM, trong nhiều trường hợp, một con chip M7 có thể thay thế chức năng của một nhóm chip vi điều khiển cấp thấp

Hình 2.5 So sánh khả năng xử lý số giữa M7 với SoC khác

 Cấu trúc Cortex M7

Chip Cortex-M7 là một vi điều khiển 32-bit cao cấp nhất trong series Cortex-M của ARM cho đến hiện nay Theo ARM, Cortex-M7 có DSP (Digital Signal Processing: Xử lý tín hiệu số) cao gấp đôi so với Cortex-M4 do đó có thể xử lý cùng lúc 2 tập lệnh, giúp cho M7 có thể hoạt động ở mức xung nhịp cao hơn

Trang 29

DSP là một dạng xử lý tín hiệu số đặc biệt sử dụng cho các tác vụ phức tạp cùng lúc như giám sát động cơ tốc độ cao, xử lý các luồng dữ liệu âm thanh và hình ảnh đầu vào một cách hiệu quả

Với khả năng xử lý 2 tập lệnh cùng lúc nên M7 có thể xử lý các phép tính phức tạp nhanh hơn rất nhiều Vẫn chưa rõ là chúng sẽ được sử dụng cụ thể trong các thiết bị nào, nhưng theo nhiều nguồn tin thì phạm vi ứng dụng của Cortex-M7 rất rộng, từ điều khiển mô tơ chuyển động trong rô-bốt, máy bay không người lái, nhận dạng âm thanh, màn hình cảm ứng trên xe hơi hoặc thiết bị ngôi nhà thông minh cho đến các thiết bị đeo thông minh như đồng hồ, kính thông minh, sợi thông minh

và các cảm biến dữ liệu khác

2.3.2 Cấu hình và bố trí phần cứng

Kiến trúc hệ thống STM32F746 dựa trên 2 hệ thống sub:

 1 AXI đến đa cầu AHB chuyển đổi giao thức AXI4 thành giao thức AHB-Lite

- 3x AXI đến các cầu AHB 32 bit được kết nối ma trận bus AHB

- 1x AXI đến cầu AHB 64 bit được kết nối với bộ nhớ đệm

 1 ma trận bus multi AHB

- Ma trận bus multi AHB 32 bit liên kết với tất cả masters(CPU, DMAs,Ethernet, USB HS, LCD-TFT, and DMA2D) và slaves (Flash memory, RAM,FMC, Quad SPI, AHB and APB peripherals)

Trang 30

Hình 2.6 Ma trận bus AXI-AHB

Trang 31

Hình 2.7 Sơ đồ khối 1 STM32F7

Trang 32

Trang 33

2.4 Module nhận dạng vân tay

2.4.1 Giới thiệu module vân tay R305

R305 là module nhận dạng vân tay giao tiếp trục tiếp qua giao thức UART có thể kết nối trực tiếp đến vi điều khiển hoặc qua PC adapter Max232/USB-Serial Người

sử dụng có thể lưu trữ dữ liệu vân tay trực tiếp vào module Module có thể dễ dàng giao tiếp với các loại vi điều khiển chuẩn 3.3V hoặc 5V Có một con Led đỏ được bật sáng nằm sẵn trong ống kính trong suốt quá trình chụp vân tay Cảm biến với độ chính xác cao và có thể được nhúng vào các thiết bị như: điều khiển truy cập, két sắt, khóa cửa nhà, khóa cửa xe Có thể chứa lên đến 162 dạng vân tay khác nhau trong bộ nhớ FLASH của board

Hình 2.11 Module R305 R305 là module nhận dạng vân tay bao gồm cảm biến quang học vân tay,bộ vi xử

lý DSP(digital signal processing) tốc độ cao,hiệu suất ổn định,cấu trúc đơn giản,với một đầu vào là dấu vân tay,xử lý hình ảnh,kết hợp vân tay tìm kiếm các mẫu chức năng lưu trữ

Nguyên lý hoạt động:

Nguyên lý hoạt động của module cảm biến vân tay cơ bản gồm 2 phần:

 Lấy dữ liệu hình ảnh của vân tay

 Kết hợp các dữ liệu để tạo ra mẫu vân tay

Lấy dữ liệu hình ảnh của vân tay: khi lấy dữ liệu,module sẽ lấy dữ liệu hình ảnh vân tay 2 lần thông qua cảm biến quang học và xử lý 2 hình ảnh này để tạo ra một mẫu

Kết hợp các dữ liệu để tạo ra mẫu vân tay: quá trình này xảy ra sau khi đã có hình ảnh vân tay,đây là quá trình kết hợp 2 mẫu hình ảnh vân tay để tạo ra một mẫu.Hệ thống sẽ xử lý và lưu vào thư viện vân tay của module

Trang 34

2.4.2 Giao thức truyền thông

Module cảm biến vân tay R305 có 2 cách kết nối với vi điều khiển là kết nối thông qua chuẩn USB và kết nối thông qua UART

 Giao tiếp với vi điều khiển thông qua UART

Giao tiếp thông qua UART với tốc độ Baud mặc định là 57600 và có thể cài đặt tốc độ này trong dải 9600-115200

Khung truyền định dạng 10 bit(1 bit Start,8 bit Data với LSB là bit đầu tiên và 1 bit Stop)

Hình 2.12 Khung truyền dữ liệu

 Giao thức truyền gói dữ liệu

Định dạng gói dữ liệu

Hình 2.13 Định dạng gói dữ liệu Header(2 byte):2 byte truyền đầu tiên trong gói dữ liệu.Được mặc định giá trị 0xEF01

Adder(4 byte):4 byte địa chỉ của module.Giá trị mặc định ban đầu là 0xFFFFFFFF Package identifier(1 byte):định dạng loại gói dữ liệu

Package content:Dữ liệu.Có thể là lệnh,dữ liệu,xác nhận

Checksum (2 byte):là tổng số học của Package identifier, Package length và Package content

Trang 35

2.5 Cảm biến dòng điện

ACS 712 là IC cảm biến dòng tuyến tính dựa trên hiệu ứng Hall Chân ACS 712

dùng để chống nhiễu

Hình 2.14 Sơ đồ chân và ảnh thực tế ACS 712

 Cách sử dụng module ACS 712

 Đo dòng điện DC

Khi đo DC phải mắc nối tiếp + và - đúng chiều, dòng điện đi từ + đến -

điện thế 2.5-0V tương ứng 0 đến -20A

tính với dòng điện trong khoảng 2,5-5v tương ứng 0-20A

 Đo dòng điện AC

Khi đo dòng điện AC, do dòng điền AC không có chiều nên không quan tâm chiều

sin có độ lớn tuyến tính với dòng điện AC,0-5V(điện thế xoay chiều) tương ứng với -20A đến 20A(dòng xoay chiều)

Trang 36

 Nhận dạng, lưu trữ, thêm hoăc xóa dấu vân tay người dùng

 Yêu cầu password khi đăng nhập và khi dấu vân tay gặp sự cố yêu cầu nhập password để mở cửa tự động

 Nghiên cứu, khảo sát và thực nghiệm trên nền kit STM32F746G Discovery

 Hiển thị được thông tin người dùng lưu trữ trong thẻ nhớ

 Thiết kế giao diện, thao tác với màn hình cảm ứng điện dung

 Thiết kế, thực nghiệm trên mô hình cửa tự động

 Xử lí các sự cố như: quá tải, kẹt cửa, nhận biết các chuyển động thân nhiệt đi qua cửa

 Điều khiển các thiết bị điện dân dụng như: đèn, quạt…

 Hướng dẫn hệ thống bằng cách hiển thị trên LCD có sẵn trên kit

 Khảo sát các module như: module nhận dạng vân tay R305, module cảm biến dòng ACS 712, module cảm biến chuyển động HC SR505, module nguồn LM2596S, công tắc hành trình, module điều khiển động cơ L298, module điều khiển đèn 4 kênh bằng rơle…

Trang 37

3.1.2 Sơ đồ khối và chức năng của mỗi khối

Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống

Trang 38

Chức năng của mỗi khối trong hệ thống:

 Khối nguồn: Cung cấp nguồn hoạt động cho các khối

 Khối nhận dạng vân tay: Dùng để phát hiện, nhận dạng, lưu trữ dấu vân tay của người dùng

 Khối công tắc hành trình: Nhận trạng thái của cửa và trả về giá trị cho khỗi xử lí trung tâm

 Khối cảm biến thân nhiệt: Phát hiện vật và người khi đi qua cửa và trả về giá trị cho khối xử lí tring tâm

 Khối hiển thị: Hiển thị thông tin, hình ảnh, giao diện cho người dùng

 Khối công suất điều khiển thiết bị 220V: Nhận tín hiệu từ khối xử lí và điều khiển thiết bị 220V

 Khối công suất điều khiển động cơ: Nhận tín hiệu từ khối xử lí và điều khiển động

co DC 12V

 Khối lưu trữ: Lưu trữ thông tin người dùng, lưu trữ âm thanh, hướng dẫn sử dụng

 Khối động cơ: Nhận tín hiệu từ khối điều khiển động cơ và kết hợp với cơ cấu cửa

để điều khiển cửa

3.1.3 Nguyên lí hoạt động của hệ thống

Hoạt động của hệ thống được trình bày bởi các chế độ cho từng chức năng hoạt động:

 Chế độ 1: Chế độ thêm và xóa vân tay người dùng Ở kịch bản này hệ thống cho phép thêm hoặc xóa dấu vân tay của người dùng yêu cầu, hệ thông yêu cầu người dùng nhâp mã số, id của người dùng và nhập tên.Nếu người dùng chọn chức năng lưu trữ vân tay thì hệ thống yêu cầu nhập vân tay và lưu thông tin vào hệ thống Nếu người dùng chọn chức năng xóa dấu vân tay thì người dùng chỉ cần nhập id và chọn chức năng xóa vân tay

 Chế độ 2: Chế độ đóng cửa hoặc mở cửa Cho phép người điều khiển mặc định cho phép cửa luôn mở hay luôn đóng Trong quá trình mở cửa thì hệ thống sẽ kiểm tra

sự cố kẹt cửa nếu mà quá trình đóng hay mở cửa có sự cố kẹt cửa thì hệ thống sẽ điều khiển cửa chạy ngược lại và tự đóng hoặc mở với yêu cầu ban đầu

Định dạng
Số trang	77
Dung lượng	15,3 MB