Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghệ thông tin và truyền thông phát triển mạnh mẽ, việc xác thực danh tính và bảo mật thông tin cá nhân trở thành yêu cầu thiết yếu trong công tác quản lý nhân sự tại các cơ quan, doanh nghiệp. Các giải pháp sinh trắc học truyền thống như nhận diện khuôn mặt, nhận diện giọng nói hay quét vân tay đã và đang được triển khai rộng rãi. Trong số đó, công nghệ nhận dạng vân tay được đánh giá là phương thức ổn định, có độ tin cậy cao nhờ đặc tính sinh học bất biến: dấu vân tay của mỗi cá nhân là duy nhất và không thay đổi theo thời gian hay độ tuổi. Song song đó, sự phát triển của mô hình Vạn vật kết nối (IoT) trong kỷ nguyên công nghiệp 4.0 mở ra khả năng tích hợp các thiết bị nhúng với mạng Internet nhằm tối ưu hóa việc quản lý dữ liệu từ xa.

Đề tài "Điểm danh nhân viên bằng hệ thống quét vân tay, điều khiển thông qua Website" được thực hiện dưới dạng Báo cáo Đồ án 1 thuộc ngành Công nghệ Kỹ thuật Máy tính, Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. Đồ án do hai sinh viên Bùi Hữu Thịnh (MSSV: 18119195) và Tôn Thất Bảo Toàn (MSSV: 18119200) thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Đậu Trọng Hiển vào tháng 5/2021.

Mục tiêu nghiên cứu của đồ án được xác định gồm ba nội dung chính:

  1. Tìm hiểu, nghiên cứu vi điều khiển ESP32, module cảm biến vân tay AS608, bàn phím ma trận 4x4, màn hình LCD 1602 và phương thức kết nối giữa các module phần cứng để hoàn thiện mô hình.
  2. Xây dựng mô hình thu nhận vân tay, đẩy dữ liệu định danh lên cơ sở dữ liệu thời gian thực Firebase (Firebase Realtime Database) phục vụ việc lưu trữ.
  3. Thống kê thời gian ra vào của nhân viên và quản lý các tác vụ thêm, xóa, tra cứu thông tin nhân sự thông qua giao diện website.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống nhúng quản lý chấm công, tập trung vào sự phối hợp giữa vi điều khiển trung tâm và các module ngoại vi. Phạm vi ứng dụng được xác định hướng tới các đơn vị quy mô nhỏ như quán cà phê, văn phòng làm việc bán thời gian hoặc cơ sở sử dụng lao động thời vụ. Phạm vi kỹ thuật giới hạn ở khả năng lưu trữ tối đa 120 mẫu vân tay của module AS608 và hệ thống website vận hành trên môi trường mạng nội bộ cục bộ, chưa đăng ký tên miền công cộng trên Internet.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án ứng dụng các khối kiến thức chuyên ngành về kỹ thuật máy tính, truyền thông nối tiếp và kỹ thuật lập trình nhúng, phối hợp với công nghệ phát triển web và cơ sở dữ liệu đám mây:

  • Vi điều khiển ESP32 NodeMCU-32S: Đóng vai trò bộ xử lý trung tâm, hỗ trợ kết nối mạng không dây Wi-Fi, sở hữu số lượng chân vào/ra (GPIO) lớn đáp ứng nhu cầu giao tiếp đồng thời với nhiều ngoại vi.
  • Module cảm biến vân tay AS608: Sử dụng công nghệ cảm quang, tích hợp sẵn bộ xử lý tín hiệu số (DSP) chuyên dụng trên cùng một vi mạch để xử lý ảnh và thuật toán so khớp vân tay nội bộ. Module giao tiếp với vi điều khiển thông qua chuẩn UART (mức logic TTL), hỗ trợ tốc độ truyền từ 9.600 bps đến 115.200 bps (mặc định 57.600 bps), điện áp hoạt động 3,6VDC (khuyến nghị 3,3VDC), dòng tiêu thụ trung bình 40mA và bộ nhớ trong lưu được 120 dấu vân tay.
  • Module thời gian thực DS1307: Thiết bị đếm thời gian thực cung cấp dữ liệu năm, tháng, ngày, giờ, phút, giây qua giao tiếp I2C. Thiết bị tích hợp pin dự phòng với khả năng duy trì hoạt động trên 5 năm khi nguồn chính bị ngắt.
  • Màn hình LCD 1602 kèm mạch chuyển đổi I2C: Màn hình hiển thị 2 dòng, mỗi dòng 16 ký tự. Việc ghép nối thêm mạch chuyển đổi PCF8574 giúp giảm số lượng chân kết nối với vi điều khiển xuống còn 4 dây (VCC, GND, SDA, SCL).
  • Bàn phím ma trận 4x4 (Keypad 4x4): Thiết bị đầu vào gồm 16 phím bấm bố trí theo ma trận 4 hàng và 4 cột, phục vụ việc nhập dữ liệu cấu hình thời gian thực.
  • Chuẩn giao tiếp UART và I2C: Chuẩn I2C vận hành theo mô hình Master-Slave trên 2 đường truyền (SDA và SCL). Chuẩn UART truyền nhận dị bộ với khung truyền tuần tự 5 bước: tiếp nhận dữ liệu song song từ bus, chèn bit Start/Parity/Stop thành chuỗi, truyền chuỗi tới bộ thu, bộ thu loại bỏ các bit điều khiển và chuyển đổi ngược lại thành dữ liệu song song.
  • Nền tảng phần mềm và dịch vụ đám mây: Cơ sở dữ liệu đám mây Firebase Realtime Database của Google hoạt động theo cấu trúc NoSQL; môi trường phát triển tích hợp Arduino IDE (Java/C++) biên dịch nạp mã nguồn cho ESP32; trình soạn thảo Sublime Text 3 phục vụ xây dựng giao diện web bằng HTML, CSS và JavaScript.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được áp dụng theo quy trình thiết kế và chế tạo hệ thống kỹ thuật (Hardware-Software Co-design). Nhóm tác giả triển khai lắp ghép từng phân khối trên bo mạch thử nghiệm (Test Board), kiểm tra tín hiệu giao tiếp, sau đó tích hợp toàn diện hệ thống phần cứng và xây dựng lưu đồ giải thuật cho từng chế độ vận hành. Nguồn dữ liệu bao gồm tín hiệu số thu nhận trực tiếp từ cảm biến AS608, thanh ghi thời gian của DS1307 và các trường dữ liệu người dùng được lưu trữ, đồng bộ hai chiều trên Firebase.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được tổ chức thành cấu trúc 7 khối chức năng gắn kết chặt chẽ: Khối nguồn, Khối xử lý trung tâm, Khối cảm biến vân tay, Khối thời gian thực, Khối hiển thị, Khối ma trận phím và Khối Web kèm cơ sở dữ liệu.

Khối chức năng Linh kiện / Công nghệ Vai trò kỹ thuật chính Nguồn cấp Chuẩn giao tiếp
Xử lý trung tâm ESP32 (NodeMCU-32S) Thu thập tín hiệu, điều phối hoạt động, gửi dữ liệu lên Firebase 5VDC (Adapter / USB) Wi-Fi, UART, I2C, GPIO
Cảm biến vân tay AS608 Quét ảnh, trích xuất đặc trưng, so khớp vân tay (tối đa 120 mẫu) 3,3VDC (từ ESP32) UART (57.600 bps)
Thời gian thực DS1307 Cung cấp dữ liệu thời gian thực độc lập; có pin dự phòng > 5 năm 3,3VDC (từ ESP32) I2C (chung bus LCD)
Hiển thị & Báo động LCD 1602 (I2C) & LED Hiển thị thông báo trạng thái, chế độ; LED onboard cảnh báo 5VDC (LCD), 3,3VDC (LED) I2C (LCD), GPIO (LED)
Ma trận phím Keypad 4x4 Nhập thông số cài đặt lại ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây Không cấp nguồn rời GPIO quét hàng/cột
Khối nguồn T89 / Cáp USB Hạ áp nguồn vào cung cấp đường 5V và 3,3VDC (dòng ra 800mA) Adapter ngoài Trực tiếp
Giao diện & Dữ liệu HTML, CSS, JS, Firebase Quản lý thêm/xóa ID, xem lịch sử chấm công, lưu trữ đám mây Nền tảng Cloud REST API / WebSockets

Hệ thống kết nối dây giữa ESP32 NodeMCU-32S với các linh kiện ngoại vi được phân bổ chi tiết qua các chân GPIO:

Thiết bị ngoại vi Chân tín hiệu thiết bị Chân kết nối trên ESP32 Chú thích chức năng
Module AS608 Dây 1 (VCC)
Dây 2 (TX)
Dây 3 (RX)
Dây 4 (GND)		 3.3V
GPIO16 (RX2)
GPIO17 (TX2)
GND		 Nguồn hoạt động 3,3V
Nhận dữ liệu từ AS608
Truyền lệnh sang AS608
Chân nối đất chung
Module DS1307 VCC
GND
SDA
SCL		 3.3V
GND
GPIO21
GPIO22		 Cấp nguồn 3,3V
Nối đất chung
Đường truyền dữ liệu I2C
Đường xung nhịp I2C
LCD 1602 + I2C GND
VCC
SDA
SCL		 GND
5V
GPIO21
GPIO22		 Nối đất chung
Cấp nguồn 5V
Chung đường SDA với DS1307
Chung đường SCL với DS1307
Keypad 4x4 R1, R2, R3, R4
C1, C2, C3, C4		 GPIO12, GPIO14, GPIO27, GPIO26
GPIO25, GPIO33, GPIO32, GPIO35		 4 đường quét hàng
4 đường quét cột

Về mặt phần mềm, hệ thống vận hành theo 4 lưu đồ giải thuật chuyên biệt:

  1. Chế độ mặc định (Điểm danh): Khi khởi động, hệ thống lập tức vào trạng thái chờ quét vân tay. Khi nhân viên đặt ngón tay vào cảm biến AS608, nếu mã vân tay trùng khớp với mẫu đã đăng ký, màn hình LCD hiển thị thông báo nhận dạng thành công, đồng thời ESP32 trích xuất mốc thời gian từ DS1307 và đẩy dữ liệu ID cùng thời gian lên Firebase. Nếu phát hiện vân tay lạ quét liên tục nhiều lần, đèn LED onboard sẽ phát tín hiệu cảnh báo.
  2. Chế độ cài đặt thời gian: Nhấn phím * trên Keypad để chuyển từ chế độ mặc định sang cài đặt. Người dùng nhập lần lượt các giá trị năm, tháng, ngày, giờ, phút, giây; mỗi giá trị được xác nhận hoàn tất bằng phím *. Dữ liệu mới được ghi thẳng vào các thanh ghi của DS1307.
  3. Chế độ thêm vân tay: Được kích hoạt từ giao diện Web. Người quản trị nhập ID mới trên website, tín hiệu được chuyển xuống Firebase và gửi về ESP32. Màn hình LCD yêu cầu người dùng đặt ngón tay lên cảm biến, sau đó nhấc ngón tay ra và đặt lại lần thứ hai để xác thực mẫu. Khi hai lần quét khớp nhau, mã vân tay được lưu trữ vào bộ nhớ AS608 và thông báo thành công hiển thị trên LCD.
  4. Chế độ xóa vân tay: Người quản trị lựa chọn ID cần xóa trên website. Tín hiệu xóa gửi về ESP32 qua Firebase để xóa bỏ dữ liệu vân tay tại vị trí ID tương ứng trong AS608, sau đó màn hình LCD hiển thị thông báo "Deleted" và tự động quay về chế độ mặc định.

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Chương 1 thiết lập lý do lựa chọn đề tài xuất phát từ nhu cầu bảo mật và quản lý nhân sự bằng công nghệ sinh trắc học vân tay kết hợp IoT. Tác giả công bố ba mục tiêu nghiên cứu cụ thể, phân tích đối tượng và phạm vi ứng dụng trong các doanh nghiệp nhỏ. Lịch trình nghiên cứu được xác lập chi tiết theo tiến độ từng tuần:

Khoảng thời gian Nội dung công việc triển khai thực tế
Tuần 25 (15/03 - 21/03) Lựa chọn đề tài, nghiên cứu tài liệu sơ lược
Tuần 26 (22/03 - 28/03) Lên ý tưởng tổng quát (module phần cứng, giao diện web, chức năng từng khối)
Tuần 27 - 29 (29/03 - 18/04) Nghiên cứu lý thuyết module, ngôn ngữ lập trình và cơ sở dữ liệu Firebase
Tuần 30 - 31 (19/04 - 02/05) Triển khai kết nối từng module riêng rẽ với bộ xử lý trung tâm ESP32
Tuần 32 (03/05 - 09/05) Kết nối đồng bộ tất cả các module phần cứng trên sơ đồ toàn hệ thống
Tuần 33 - 34 (10/05 - 23/05) Lập trình giao diện web, tích hợp đồng bộ dữ liệu với Firebase
Tuần 14 - 15 (24/05 - 06/06) Hoàn thiện sản phẩm thực nghiệm, kiểm thử và viết báo cáo đồ án

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2 trình bày chi tiết cơ sở lý thuyết và cấu tạo của các linh kiện phần cứng cùng chuẩn truyền thông:

  • Cung cấp sơ đồ chân và thông số kỹ thuật của board ESP32 NodeMCU-32S.
  • Trình bày nguyên lý sinh trắc vân tay, cấu tạo cảm biến AS608, quy trình xử lý ảnh và thuật toán đối sánh mẫu.
  • Phân tích cấu trúc 7 thanh ghi đầu tiên của IC thời gian thực DS1307 lưu trữ giây, phút, giờ, thứ, ngày, tháng, năm dưới dạng mã nhị phân BCD.
  • Giới thiệu màn hình LCD 1602 kết hợp module chuyển đổi giao tiếp I2C và nguyên lý quét bàn phím ma trận 4x4.
  • Làm rõ nguyên lý vận hành của bus I2C (giao thức Master-Slave với địa chỉ định danh) và khung truyền UART qua quy trình 5 bước truyền nhận dữ liệu.

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Chương 3 đưa ra các quyết định kỹ thuật và tính toán cấu trúc mạch:

  • Giải thích nguyên nhân chọn ESP32 thay vì ESP8266: do hệ thống cần tích hợp đồng thời nhiều module ngoại vi, ESP8266 bị giới hạn số lượng chân GPIO dẫn đến thiếu chân giao tiếp.
  • Phân tích việc bổ sung module thời gian thực phần cứng DS1307: ban đầu nhóm dự định đồng bộ giờ qua Internet thông qua Web, tuy nhiên do website chạy cục bộ (local) không thể bật liên tục 24/7, nếu tắt web hệ thống sẽ mất khả năng ghi nhận thời gian; việc tích hợp DS1307 với nguồn pin dự phòng giải quyết triệt để vấn đề này.
  • Lựa chọn giải pháp chuyển đổi I2C cho LCD 1602 nhằm tiết kiệm dây kết nối, cho phép dùng chung hai chân GPIO21 (SDA) và GPIO22 (SCL) với DS1307.
  • Xây dựng sơ đồ nguyên lý toàn mạch và tính toán khối nguồn T89 với nguồn cấp 5VDC/3,3VDC dòng 800mA.

CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG

Chương 4 mô tả quá trình hiện thực hóa mô hình từ lý thuyết sang thực nghiệm:

  • Lắp ráp mạch thực tế trên bo cắm thử nghiệm (Test Board), sử dụng cáp cấp nguồn trực tiếp qua cổng USB của bo ESP32 trong giai đoạn thử nghiệm.
  • Cài đặt và cấu hình phần mềm Arduino IDE để lập trình điều khiển cho ESP32.
  • Sử dụng phần mềm Sublime Text 3 biên soạn mã nguồn giao diện web bằng HTML, CSS, JavaScript; cấu hình kết nối trực tiếp tới cơ sở dữ liệu Firebase Realtime Database.
  • Xây dựng các lưu đồ giải thuật điều khiển và biên soạn tài liệu hướng dẫn vận hành: quy trình khởi động, quy trình cài đặt lại thời gian bằng bàn phím ma trận và quy trình thao tác trên website (thêm ID, xóa ID, xem lịch sử ra vào và tra cứu thông tin nhân viên).

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - ĐÁNH GIÁ

Chương 5 ghi nhận kết quả vận hành thực tế của mô hình:

  • Hệ thống hoạt động chính xác ở chế độ mặc định: nhận diện vân tay, hiển thị thông báo ID lên màn hình LCD và cập nhật dữ liệu điểm danh lên Firebase.
  • Chế độ cài đặt thời gian vận hành ổn định qua các bước nhập năm, tháng, ngày, giờ, phút, giây từ bàn phím.
  • Các thao tác thêm ID mới (với hai lần quét xác thực) và xóa ID thành công từ giao diện website, hiển thị trạng thái tương ứng trên màn hình LCD.
  • Tác giả thực hiện đánh giá kỹ thuật khách quan: hệ thống còn tồn tại độ trễ từ 3 đến 4 giây để dữ liệu đẩy lên web do thuật toán chưa tối ưu; hệ thống phụ thuộc hoàn toàn vào kết nối Wi-Fi liên tục do chưa có bộ nhớ đệm lưu trữ tạm thời khi mất mạng.

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Chương 6 đúc kết toàn bộ kết quả của đồ án, khẳng định hệ thống đã đáp ứng đầy đủ các mục tiêu thiết kế ban đầu. Đồng thời, tác giả tổng hợp các hạn chế còn tồn đọng và đề xuất các giải pháp nâng cấp, mở rộng hệ thống trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Hệ thống điểm danh bằng vân tay đã hoàn thiện việc chế tạo phần cứng và lập trình điều khiển với các kết quả cụ thể:

  • Thiết lập thành công giao tiếp đồng bộ giữa vi điều khiển ESP32 với module cảm biến vân tay AS608 (UART), IC thời gian thực DS1307 (I2C), màn hình LCD 1602 (I2C) và bàn phím ma trận 4x4 (GPIO).
  • Nhận dạng chính xác danh tính nhân viên thông qua dấu vân tay và tự động đẩy dữ liệu thời gian điểm danh lên cơ sở dữ liệu Firebase.
  • Thực hiện đầy đủ các chức năng quản trị từ xa thông qua giao diện Web: thêm mới nhân viên (yêu cầu quét xác thực 2 lần), xóa nhân viên theo ID, tra cứu hồ sơ và xuất lịch sử vào ra theo từng nhân sự.
  • Tích hợp đèn LED onboard trên ESP32 làm cơ chế cảnh báo khi có vân tay lạ quét nhiều lần không hợp lệ.
  • Duy trì thời gian điểm danh chính xác ngay cả khi ngắt kết nối máy tính hoặc tắt giao diện web nhờ pin dự phòng của DS1307.

Các kiến nghị và giải pháp kỹ thuật do nhóm tác giả đề xuất:

  • Tích hợp thêm các module nghiệp vụ nhân sự trên giao diện web như: thuật toán tự động tính toán số lần đi trễ, thống kê giờ làm việc và tính toán bảng lương.
  • Bổ sung cơ chế tự động gửi cảnh báo khi nhân viên có số lần đi trễ chạm ngưỡng quy định của cơ quan.
  • Mở rộng quy mô ứng dụng sang các doanh nghiệp lớn bằng cách nâng cấp cảm biến có dung lượng lớn hơn (như R301 lưu 500 vân tay, R303S lưu 1.000 vân tay) và triển khai hệ thống máy chủ cơ sở dữ liệu độc lập thay vì phụ thuộc Firebase.

Đóng góp kỹ thuật của đồ án thể hiện ở giải pháp tích hợp phần cứng hợp lý: khắc phục hạn chế chân vào/ra bằng cách phối hợp giao tiếp I2C cho nhiều thiết bị (LCD và DS1307); giải quyết bài toán độc lập thời gian khi web không online liên tục; và thiết lập mô hình quản lý hai chiều giữa phần cứng IoT và giao diện web thông qua Firebase Realtime Database mà không cần dựng máy chủ backend phức tạp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Văn bản báo cáo đồ án thẳng thắn chỉ ra các hạn chế kỹ thuật còn tồn tại trong quá trình thực nghiệm:

  • Độ trễ truyền nhận dữ liệu: Hệ thống ghi nhận độ trễ từ 3 đến 4 giây để dữ liệu điểm danh từ vi điều khiển được cập nhật và hiển thị hoàn tất trên website do thuật toán xử lý và giao tiếp chưa được tối ưu hóa.
  • Phụ thuộc hoàn toàn vào kết nối mạng: Hệ thống chưa được thiết kế bộ nhớ lưu trữ đệm tạm thời (offline storage/buffer). Khi mạng Wi-Fi bị gián đoạn, thiết bị không thể lưu trữ bản ghi điểm danh, dẫn đến nguy cơ mất dữ liệu vào ra.
  • Giao diện và phạm vi triển khai: Giao diện website còn đơn giản, chưa bắt mắt; website mới chỉ chạy trong mạng nội bộ cục bộ, chưa đăng ký tên miền công cộng để nhân viên có thể tự truy cập từ xa.
  • Chức năng quản trị: Chưa có các tiện ích phân tích dữ liệu chuyên sâu như tính lương hay đánh giá chuyên cần.

Hướng nghiên cứu tiếp được nhóm tác giả xác định bao gồm:

  • Tối ưu hóa thuật toán nhúng trên ESP32 nhằm giảm thiểu tối đa thời gian trễ 3-4 giây khi truyền thông với đám mây.
  • Bổ sung khối bộ nhớ đệm (EEPROM, Flash hoặc thẻ nhớ SD) giúp thiết bị ghi nhận dữ liệu điểm danh ngoại tuyến khi mất sóng Wi-Fi và tự động đồng bộ khi có kết nối trở lại.
  • Nâng cấp cảm biến vân tay công suất lớn hơn, thiết lập hệ cơ sở dữ liệu riêng biệt cho quy mô nhà máy, xí nghiệp.
  • Cải tiến giao diện website chuyên nghiệp hơn và tích hợp thuật toán tự động cảnh báo nhân viên đi trễ theo quy chế nội bộ.

Giá trị tham khảo

Báo cáo đồ án mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Máy tính, Điện tử - Viễn thông, Công nghệ Thông tin: Là tài liệu tham khảo trực tiếp cho các môn học Đồ án 1, Đồ án 2, Đồ án Hệ thống nhúng và Đồ án chuyên ngành IoT.
  • Người làm đề tài về thiết bị đầu cuối thông minh: Đáng tham khảo ở sơ đồ phối ghép phần cứng chi tiết, sơ đồ nguyên lý toàn mạch kết nối ESP32 với AS608, DS1307, LCD 1602 qua I2C và ma trận phím.
  • Lập trình viên IoT mới tiếp cận: Đáng tham khảo ở mô hình kết nối đồng bộ trực tiếp giữa vi điều khiển nhúng với Firebase Realtime Database và phương thức phân luồng xử lý 4 chế độ hoạt động (mặc định, cài đặt thời gian, thêm vân tay, xóa vân tay) mà không cần cấu hình máy chủ web backend độc lập.

Câu hỏi thường gặp

Module cảm biến vân tay AS608 sử dụng trong đề tài có những thông số kỹ thuật nào nổi bật?

Module AS608 có khả năng lưu trữ tối đa 120 mẫu vân tay, tích hợp sẵn chip xử lý ảnh và thuật toán so khớp vân tay trực tiếp. Thiết bị sử dụng chuẩn giao tiếp UART (TTL) với tốc độ mặc định là 57.600 bps (hỗ trợ từ 9.600 đến 115.200 bps), điện áp hoạt động 3,6VDC (khuyến nghị cấp 3,3VDC để tránh cháy cảm biến) và dòng tiêu thụ trung bình ở mức 40mA (dao động từ 30 đến 60mA).

Vì sao nhóm tác giả lựa chọn ESP32 NodeMCU-32S thay vì vi điều khiển ESP8266?

Mặc dù cả hai dòng chip đều hỗ trợ kết nối Internet phục vụ mô hình IoT, nhóm tác giả chọn ESP32 do yêu cầu kết nối đồng thời nhiều module ngoại vi (cảm biến AS608, LCD 1602, DS1307, bàn phím ma trận 4x4 gồm 8 chân tín hiệu và đèn LED cảnh báo). Bo mạch ESP8266 bị giới hạn về số lượng chân GPIO nên không đủ chân đáp ứng hệ thống phần cứng này.

Tại sao hệ thống cần sử dụng module DS1307 thay vì đồng bộ thời gian trực tiếp qua Internet?

Website của hệ thống là web nội bộ chưa đăng ký tên miền công cộng, do đó người quản trị không thể duy trì web hoạt động liên tục 24/7. Nếu tắt website, hệ thống sẽ mất nguồn cấp dữ liệu thời gian thực từ Internet để ghi nhận giờ vào ra. Việc bổ sung module phần cứng DS1307 (kèm pin dự phòng duy trì hoạt động hơn 5 năm) giúp hệ thống tự chủ thời gian hoàn toàn, đảm bảo tính liên tục của dữ liệu điểm danh.

Các chế độ vận hành của hệ thống được kích hoạt bằng những phương thức nào?

Chế độ mặc định (chờ điểm danh) tự động kích hoạt ngay sau khi cấp nguồn. Chế độ cài đặt thời gian được kích hoạt thủ công bằng cách nhấn phím * trên bàn phím ma trận 4x4. Hai chế độ thêm vân tay và xóa vân tay chỉ được kích hoạt khi có tín hiệu điều khiển từ người quản trị gửi từ giao diện website thông qua Firebase về vi điều khiển.

Hạn chế kỹ thuật lớn nhất được nhóm tác giả ghi nhận trong báo cáo là gì?

Hạn chế lớn nhất của hệ thống là độ trễ truyền dữ liệu lên web còn rơi vào khoảng 3 đến 4 giây do thuật toán chưa tối ưu, cùng với việc thiết bị chưa có bộ nhớ đệm lưu trữ tạm thời khi mất sóng Wi-Fi, khiến hệ thống bắt buộc phải duy trì kết nối mạng không dây liên tục để không bị gián đoạn dữ liệu.

Kết luận

Đồ án "Điểm danh nhân viên bằng hệ thống quét vân tay, điều khiển thông qua Website" của nhóm sinh viên Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh đã thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công mô hình chấm công ứng dụng IoT trên nền vi điều khiển ESP32 và cảm biến AS608. Hệ thống đáp ứng tốt các yêu cầu nhận dạng vân tay, hiển thị thông tin cục bộ trên LCD, hiệu chỉnh thời gian độc lập qua RTC DS1307 và đồng bộ dữ liệu quản trị hai chiều với Firebase Realtime Database. Dù còn tồn tại hạn chế về độ trễ 3-4 giây và sự phụ thuộc vào sóng Wi-Fi, đề tài đã chứng minh tính khả thi kỹ thuật cao, mở ra hướng ứng dụng thiết thực cho các đơn vị sử dụng lao động quy mô vừa và nhỏ.