Thiết Kế và Thi Công Hệ Thống Chấm Công Bằng Nhận Diện Khuôn Mặt Kết Hợp Công Nghệ RFID

Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống chấm công bằng nhận diện khuôn mặt và công nghệ RFID trên Raspberry Pi 4, ứng dụng công nghệ hiện đại.

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Đồ án tốt nghiệp

2023

82
7
0

Phí lưu trữ

30 Point

Mục lục chi tiết

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ

1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY

1.2.1. Trong nước

1.2.2. Ngoài nước

1.3. MỤC TIÊU

1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.5. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

1.6. BỐ CỤC ĐỒ ÁN

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. MẠNG CNN FACENET

2.1.1. Giới thiệu về mạng FaceNet

2.1.2. Hàm Triplet Loss

2.1.3. Mạng FaceNet được huấn luyện trước

2.2. CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG TẦN SỐ VÔ TUYẾN

2.2.1. Khái niệm về RFID

2.2.2. Các thành phần của một hệ thống RFID

2.2.3. Cơ chế truyền dữ liệu giữa tag và reader

2.2.4. Dãy tần số hoạt động của RFID

2.3. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH PYTHON

2.3.1. Khái niệm Python

2.3.2. Khái quát về thư viện Opencv

3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.1. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.1.1. Yêu cầu của hệ thống

3.1.2. Sơ đồ khối và chức năng từng khối

3.2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG

3.2.1. Khối điều khiển trung tâm và module wifi

3.2.2. Khối đọc thẻ RFID

3.2.3. Khối đọc ảnh

3.2.4. Khối thời gian thực

3.2.5. Khối điều khiển và hiển thị

3.2.6. Thiết kế hộp chứa linh kiện hệ thống

3.3. THIẾT KẾ GIAO DIỆN WEBSITE

3.3.1. Trang đăng nhập

3.3.2. Trang hiển thị chấm công

3.3.3. Trang thống kê

4. CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG

4.1. YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG

4.2. THI CÔNG HỆ THỐNG

4.2.1. Chuẩn bị linh kiện phần cứng

4.2.2. Lắp ráp phần cứng

4.3. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG

4.3.1. Cài đặt Raspbian và remote máy tính cho Raspberry Pi 4

5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN

5.1. KẾT QUẢ PHẦN CỨNG

5.1.1. Giao diện hệ thống

5.1.2. Kết quả thực hiện thử nghiệm hệ thống

5.2. KẾT QUẢ WEBSITE

5.3. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ

6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

6.1. KẾT LUẬN

6.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống chấm công bằng nhận diện khuôn mặt và RFID

Hệ thống chấm công bằng nhận diện khuôn mặt kết hợp công nghệ RFID trên Raspberry Pi 4 đang trở thành một giải pháp hiện đại cho việc quản lý nhân sự. Hệ thống này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ chính xác trong việc ghi nhận thời gian làm việc của nhân viên. Việc tích hợp công nghệ nhận diện khuôn mặt và RFID giúp đảm bảo tính bảo mật và giảm thiểu sai sót trong quá trình chấm công.

1.1. Giới thiệu về công nghệ nhận diện khuôn mặt

Công nghệ nhận diện khuôn mặt sử dụng các thuật toán phức tạp để xác định danh tính của một người dựa trên các đặc điểm khuôn mặt. Hệ thống này có thể hoạt động hiệu quả trong nhiều điều kiện ánh sáng khác nhau và có khả năng nhận diện nhanh chóng.

1.2. Tìm hiểu về công nghệ RFID

RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ sử dụng sóng vô tuyến để truyền tải dữ liệu giữa thẻ RFID và đầu đọc. Công nghệ này giúp xác thực danh tính của nhân viên một cách nhanh chóng và chính xác, đồng thời giảm thiểu khả năng giả mạo thông tin.

II. Vấn đề và thách thức trong hệ thống chấm công hiện tại

Nhiều doanh nghiệp hiện nay vẫn sử dụng các phương pháp chấm công thủ công, dẫn đến nhiều vấn đề như sai sót trong việc ghi nhận thời gian làm việc và tốn nhiều thời gian cho nhân viên. Hệ thống chấm công tự động cũng gặp phải các vấn đề như khả năng giả mạo thông tin và sự cố về đọc dữ liệu.

2.1. Những hạn chế của phương pháp chấm công truyền thống

Phương pháp chấm công truyền thống thường gặp khó khăn trong việc quản lý và theo dõi thời gian làm việc của nhân viên. Việc ghi chép thủ công dễ dẫn đến sai sót và mất thời gian.

2.2. Các vấn đề trong hệ thống chấm công tự động

Hệ thống chấm công tự động có thể gặp phải các vấn đề như khả năng giả mạo thông tin và sự cố trong việc đọc dữ liệu, ảnh hưởng đến độ chính xác của quá trình chấm công.

III. Phương pháp thiết kế hệ thống chấm công hiệu quả

Hệ thống chấm công bằng nhận diện khuôn mặt kết hợp RFID trên Raspberry Pi 4 được thiết kế với các thành phần chính như camera, module RFID và phần mềm quản lý. Việc sử dụng các công nghệ hiện đại giúp nâng cao hiệu suất và độ chính xác của hệ thống.

3.1. Thiết kế phần cứng cho hệ thống

Phần cứng của hệ thống bao gồm camera để nhận diện khuôn mặt và module RFID để xác thực danh tính. Các linh kiện này được lựa chọn kỹ lưỡng để đảm bảo tính ổn định và hiệu suất cao.

3.2. Phát triển phần mềm quản lý chấm công

Phần mềm quản lý chấm công được phát triển để ghi nhận và lưu trữ dữ liệu chấm công. Giao diện người dùng thân thiện giúp người quản lý dễ dàng theo dõi và kiểm soát thông tin.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống chấm công

Hệ thống chấm công bằng nhận diện khuôn mặt và RFID đã được triển khai tại nhiều doanh nghiệp, mang lại hiệu quả cao trong việc quản lý nhân sự. Hệ thống này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ chính xác trong việc ghi nhận thời gian làm việc.

4.1. Kết quả thử nghiệm hệ thống

Các thử nghiệm cho thấy hệ thống có độ chính xác cao trong việc nhận diện khuôn mặt và xác thực thông qua RFID. Hệ thống hoạt động ổn định và đáng tin cậy trong nhiều điều kiện khác nhau.

4.2. Lợi ích của việc áp dụng công nghệ mới

Việc áp dụng công nghệ nhận diện khuôn mặt và RFID giúp doanh nghiệp giảm thiểu sai sót trong quá trình chấm công, đồng thời nâng cao tính bảo mật và hiệu quả quản lý nhân sự.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai của hệ thống

Hệ thống chấm công bằng nhận diện khuôn mặt kết hợp RFID trên Raspberry Pi 4 đã chứng minh được tính hiệu quả và độ tin cậy. Trong tương lai, hệ thống có thể được mở rộng với nhiều tính năng mới để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của doanh nghiệp.

5.1. Đánh giá tổng quan về hệ thống

Hệ thống đã thành công trong việc thiết kế và thi công một giải pháp chấm công hiệu quả, giúp nâng cao độ chính xác và bảo mật thông tin nhân viên.

5.2. Hướng phát triển tiềm năng cho hệ thống

Các hướng phát triển tiềm năng bao gồm cải thiện khả năng nhận diện khuôn mặt trong điều kiện khó khăn và mở rộng tính năng của hệ thống để phục vụ tốt hơn cho nhu cầu quản lý nhân sự.

10/07/2025
Đồ án tốt nghiệp thiết kế và thi công hệ thống chấm công bằng nhận diện khuôn mặt kết hợp công nghệ rfid trên raspberry pi 4

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan: Nhóm sẽ trình bài về vấn đề được đề cập, giới thiệu lí do lựa chọn đề tài này, mục tiêu cụ thể của nghiên cứu, nội dung chi tiết của đề tài, giới hạn của nghiên cứu và bố cục tổ chức của bài viết. Chương 2: Cơ sở lý thuyết: Trình bày tổng thể về các thành phần cũng như chức năng của từng loại phần cứng được tích hợp trong hệ thống, liệt kê cụ thể các chi tiết có trong hệ thống để xây dựng hoàn chỉnh về mô hình. 4 Downloaded by bong bong (bongbong1@gmail.com) lOMoARcPSD|39475011 Chương 3: Xây dựng và thiết kế hệ thống: Từ những yêu cầu đề tài,nhóm tiến hành tính toán để chọn lựa các linh kiện phù hợp với hệ thống. Sau đó, thiết kế sơ đồ khối, phân tích sơ đồ khối nêu chức năng của từng khối có trong hệ thống.

Chương 4: Thi công hệ thống: Trình bày quá trình thiết kế phần cứng cho các thành phần của hệ thống, kiểm tra toàn bộ mạch, đồng thời kiểm tra bằng một chương trình cơ bản. Sau đó, chúng ta sẽ lắp ráp các thành phần thành một mô hình. Cung cấp lưu đồ giải thuật và giải thích cách hoạt động của toàn bộ hệ thống. Chương 5: Kết quả thực hiện: Trình bày về kết quả của các chức năng trong hệ thống và kết quả điều khiển thông qua hình ảnh, video.

Đưa ra các kết quả thực hiện. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển: Theo những kết quả thực nghiệm có được từ chương 5, thống kê và đưa ra kết luận tổng quan về đề tài, cũng như những gì mà nhóm đạt được và chưa đạt được của đề tài. Từ đó đưa ra những hướng phát triển để cải tiến các chức năng của hệ thống. 5 Downloaded by bong bong (bongbong1@gmail.com) lOMoARcPSD|39475011 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 MẠNG CNN FACENET 2.1 Giới thiệu về mạng FaceNet Năm 2015, các kỹ sư của Google đã công bố một kiến trúc mạng có tên là FaceNet [6] thông qua một bài báo khoa học.

Kiến trúc này đã được thiết kế để trích xuất các đặc trưng của gương mặt con người được minh họa như hình 2. Điều này đã đóng góp đáng kể cho việc phát triển các ứng dụng liên quan đến nhận diện khuôn mặt và xử lý ảnh trong các lĩnh vực như an ninh, y tế và giải trí.1: Ảnh gương mặt người được nhúng bởi FaceNet Mạng FaceNet cơ bản sẽ trích xuất các đặc trưng của gương mặt từ dữ liệu đầu vào và nén chúng thành một vectơ 128 chiều. Quá trình này cũng được thực hiện cho gương mặt cần xác định danh tính. Để xác thực gương mặt, hệ thống sẽ so sánh khoảng cách giữa hai vectơ.

Nếu khoảng cách Euclide giữa hai vectơ gương mặt là nhỏ, thì mức độ tương đồng giữa chúng là cao, cho thấy chúng thuộc về cùng một người. Qua đó, kiến trúc mạng FaceNet đã đóng góp đáng kể cho việc phát triển các ứng dụng nhận diện khuôn mặt và xử lý ảnh trong các lĩnh vực như an ninh, y tế và giải trí. 6 Downloaded by bong bong (bongbong1@gmail.com) lOMoARcPSD|39475011 Trong quá trình nghiên cứu kỹ thuật nhận diện khuôn mặt, các nhà nghiên cứu đã tìm cách chuyển đổi ảnh gương mặt thành các vectơ nhúng tương tự như FaceNet. Tuy nhiên, các kỹ thuật này thường tạo ra các vectơ nhúng có kích thước lớn, vượt quá 1000 điểm ảnh, điều này ảnh hưởng đến hiệu năng và thời gian tính toán của hệ thống.

Ngoài ra, các kỹ thuật này khi kết hợp với hàm mất mát sẽ không đạt hiệu quả cao trong việc nhận diện, do chúng chỉ học được sự giống nhau nếu hai gương mặt thuộc cùng một lớp, hoặc khác nhau nếu hai gương mặt thuộc hai lớp khác nhau. Các kỹ thuật này không học được cách phân biệt sự giống và khác nhau đồng thời trong cùng một quá trình huấn luyện. Từ những vấn đề đã đề cập ở trên, các nhà nghiên cứu đã tìm ra những cách giải quyết và áp dụng chúng vào mạng FaceNet, điều này đem lại hiệu quả lớn. Một trong những điểm tối ưu của FaceNet là việc sử dụng mạng CNN để giảm chiều dữ liệu xuống còn 128 điểm.

Điều này giúp tối ưu quá trình tính toán và tăng tốc độ suy luận, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng đến hiệu năng của hệ thống. Hàm mất mát thông thường thường không đạt hiệu quả cao trong việc nhận diện khuôn mặt do không thể học được sự giống nhau và khác nhau giữa các ảnh cùng lớp và khác lớp cùng lúc trong quá trình huấn luyện. Vì vậy, hàm mất mát được thay thế bằng hàm Triplet, giải quyết được các hạn chế trên. Hàm Triplet cho phép học đồng thời sự khác biệt giữa hai bức ảnh cùng nhóm và phân biệt được các bức ảnh khác nhóm trong một pha huấn luyện.

Điều này đem lại hiệu quả cao hơn trong việc trích xuất đặc trưng và nhận diện khuôn mặt.2 Hàm Triplet Loss Hàm triplet loss thường được sử dụng trong các ứng dụng nhận dạng khuôn mặt, trong đó một mô hình được huấn luyện để biểu diễn các khuôn mặt dưới dạng các vector. Vector này sẽ được sử dụng để so sánh giữa các khuôn mặt khác nhau. Cụ thể, ta sử dụng hàm triplet loss để huấn luyện mô hình sao cho khoảng cách giữa các vector biểu diễn cho cùng một người sẽ gần nhau hơn so với khoảng cách giữa các vector biểu diễn cho các người khác nhau. 7 Downloaded by bong bong (bongbong1@gmail.com) lOMoARcPSD|39475011 Hình 2.2: Quá trình huấn luyện hàm triplet loss Quá trình huấn luyện hàm triplet loss hình 2.2 được sử dụng để huấn luyện hệ thống nhận dạng khuôn mặt.

Để sử dụng hàm mất mát này, hệ thống sẽ chọn ra 3 tấm ảnh chứa gương mặt để huấn luyện, gồm có ảnh Anchor, Negative và Positive. Trong đó, ảnh Anchor và ảnh Positive là các ảnh có cùng một lớp, tức là cùng một người, và ảnh Negative là một ảnh khác lớp, tức là một người khác, được chọn ngẫu nhiên từ các ảnh đã được sử dụng trong quá trình huấn luyện trước đó.3 minh họa cho quá trình chọn ra 3 tấm ảnh ngẫu nhiên theo quy tắc trên để bắt đầu tính toán hàm mất mát.3: Ảnh đầu vào để tính toán trên hàm Triplet Công thức tính hàm triplet loss như sau: 8 Downloaded by bong bong (bongbong1@gmail.3) Hàm triplet loss sử dụng công thức (2.2) để tính toán khoảng cách Euclide giữa ảnh Anchor và Positive, và giữa ảnh Anchor và Negative. Mục đích của hàm Triplet là giảm khoảng cách giữa Anchor và Negative và tăng khoảng cách giữa Anchor và Positive. Vì vậy, khi chọn các tấm ảnh để huấn luyện, cần chọn sao cho ảnh Anchor và ảnh Positive thuộc cùng một lớp, tức là cùng một người, và ảnh Negative thuộc lớp khác, tức là một người khác, để tăng khả năng phân biệt giữa các người.

- Để đạt được giá trị cực đại của khoảng cách d(A, P), cần chọn ảnh Positive mà khác biệt nhất so với ảnh Anchor. Việc chọn lựa như vậy sẽ khiến cho thuật toán của hàm Triplet học được khó hơn, tuy nhiên nếu thành công trong việc phân biệt được giữa các ảnh thì mô hình mạng FaceNet sẽ trở nên thông minh hơn. - Để đạt được giá trị cực tiểu của khoảng cách d(A, P), cần chọn ảnh Positive giống nhất so với ảnh Anchor. Việc chọn lựa như vậy sẽ giúp mạng có thể phân biệt được 2 người khác nhau có gương mặt gần giống nhau.

Trong mọi trường hợp, hàm triplet loss sẽ luôn sử dụng 3 bức ảnh đầu vào để tính toán.4) Để làm cho khoảng cách giữa vế trái và vế phải của hàm triplet loss bé hơn, ta sẽ cộng thêm một hằng số không âm α vào vế trái.4) sẽ được cập nhật theo cách này.6) 9 Downloaded by bong bong (bongbong1@gmail.com) lOMoARcPSD|39475011 Dựa trên cách cộng thêm hằng số α vào vế trái để làm cho khoảng cách giữa vế trái và vế phải của hàm triplet loss bé hơn, các nhà nghiên cứu đã xây dựng được biểu thức chính thức của hàm Triplet.7) Trong quá trình huấn luyện mạng FaceNet sử dụng hàm triplet loss, cần xác định cặp ảnh (A, P) thuộc cùng một người và ảnh N là của một người khác. Theo biểu thức (2.7), quá trình tối ưu hàm mất mát này sẽ giúp cho mô hình có khả năng phân biệt tốt giữa các ảnh Positive và Negative, đồng thời giúp tăng độ chính xác trong việc nhận dạng khuôn mặt.4 minh họa sự thay đổi của hàm triplet loss trước và sau khi quá trình huấn luyện được thực hiện.4: Khoảng cách giữa các vectơ nhúng trước và sau khi đào tạo bởi hàm triple loss 2.3 Mạng FaceNet được huấn luyện trước Mạng FaceNet là một mô hình đã được đào tạo trước với một tập dữ liệu lớn để giải quyết các vấn đề tương tự. Điều này giúp người dùng tiết kiệm thời gian và công sức so với việc phải xây dựng kiến trúc và huấn luyện các trọng số từ đầu. Tuy nhiên, mô hình huấn luyện trước không thể đạt được độ chính xác tuyệt đối, nhưng vẫn giúp giải quyết các vấn đề về nhận diện khuôn mặt một cách hiệu quả.2 CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG TẦN SỐ VÔ TUYẾN 2.1 Khái niệm về RFID RFID (Radio Frequency Identification) là một công nghệ sử dụng sóng vô tuyến để xác thực dữ liệu đối tượng, giúp nhận dạng và theo dõi thông tin trong một thẻ (Tag).

Kỹ thuật này cho phép truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để chuyển dữ liệu từ các thẻ đến các đầu đọc (Reader). Thẻ RFID được gắn hoặc đính kèm vào đối tượng nhận dạng như sản phẩm, hộp hoặc sách. [7] 10 Downloaded by bong bong (bongbong1@gmail.com) lOMoARcPSD|39475011 Hiện nay, hệ thống RFID đơn giản nhất là hệ thống RFID bị động, hoạt động bằng cách Reader truyền một tín hiệu sóng vô tuyến điện từ qua anten của nó đến một con chip. Sau đó, Reader sẽ nhận thông tin phản hồi từ chip và gửi nó đến máy tính để xử lý và lưu trữ thông tin được thu thập từ chip.

Điểm đặc biệt của chip RFID là không cần tiếp xúc và không cần được tích điện, chúng hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng từ tín hiệu được gửi bởi Reader.2 Các thành phần của một hệ thống RFID Để thực hiện giải pháp RFID, một sơ đồ khối hệ thống RFID như hình 2.5 bao gồm một tập hợp các thành phần. Thông thường, một hệ thống RFID được cấu thành từ các thành phần sau: - Tag: Là bộ phận quan trọng cấu thành lên hệ thống RFID. Nó chứa các thông tin như mã sản phẩm, số seri, thông tin về vị trí, thời gian.và được sử dụng để theo dõi và xác định các đối tượng - Reader: Reader trong hệ thống RFID là một thiết bị đọc thẻ RFID.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Tài liệu có tiêu đề Hệ Thống Chấm Công Bằng Nhận Diện Khuôn Mặt Kết Hợp RFID Trên Raspberry Pi 4 trình bày một giải pháp hiện đại cho việc quản lý chấm công thông qua công nghệ nhận diện khuôn mặt và RFID. Hệ thống này không chỉ giúp tăng cường độ chính xác trong việc ghi nhận thời gian làm việc của nhân viên mà còn giảm thiểu gian lận trong quá trình chấm công. Việc sử dụng Raspberry Pi 4 làm nền tảng giúp giảm chi phí và dễ dàng triển khai trong nhiều môi trường khác nhau.

Độc giả có thể tìm hiểu thêm về các hệ thống chấm công khác qua tài liệu Hệ thống chấm công online qua rfid, nơi cung cấp cái nhìn sâu sắc về giải pháp chấm công trực tuyến hiệu quả. Ngoài ra, tài liệu Khóa luận tốt nghiệp facial recognition technology in gym management cũng sẽ giúp bạn khám phá cách công nghệ nhận diện khuôn mặt được áp dụng trong quản lý phòng tập gym, mở rộng kiến thức về ứng dụng của công nghệ này trong các lĩnh vực khác nhau. Những tài liệu này sẽ mang đến cho bạn cái nhìn toàn diện hơn về xu hướng công nghệ hiện đại trong quản lý và chấm công.