ĐẶT VẤN ĐỀ Trong thời buổi hiện nay, công nghệ đang phát triển bùng nổ và đóng vai trò quan trọng trong đời sống của con người. Từ đó, vấn đề bảo mật thông tin cá nhân được đặt lên hàng đầu để nhận biết một người nào đó trong hàng tỉ người trên trái đất. Công nghệ sinh trắc được ra đời để đảm bảo yêu cầu trên. Nhiều công nghệ sinh trắc đã và đang được phát triển, một số chúng đang được sử dụng trong các ứng dụng thực tế và đạt hiệu quả cao.
Các đặc trưng sinh trắc được sử dụng hiện nay có thể kể đến là vân tay gương mặt, giọng nói. Mỗi đặc trưng đều có những ưu và nhược điểm riêng, nên việc sử dụng đăc trưng sinh trắc nào còn tùy thuộc vào yêu cầu của mỗi ứng dụng. Trong số đó, nhận dạng bằng vân tay được xem là một trong những kỹ thuật nhận dạng hoàn thiện và đáng tin cậy nhất. Với những điều được kể ở trên, nhóm sinh viên quyết định thực hiện đồ án 1 với tên đề tài: “ĐIỂM DANH NHÂN VIÊN BẰNG HỆ THỐNG QUÉT VÂN TAY, ĐIỀU KHIỂN THÔNG QUA WEBSITE” nhằm mục đích tạo ra hệ thống quản lý nhân viên trong một khu vực nhất định, bao gồm việc giám sát giờ ra giờ vào của một nhân viên, đồng thời lưu trữ thông tin dữ liệu của nhân viên đó trên Internet.
Với đặc tính ưu việt của vân tay là không bao giờ thay đổi và độc nhất trong suốt cuộc đời, Vân tay là một tham số sinh học không thay đổi theo tuổi tác đặc trưng cho mỗi cá thể. Mô hình IOT là mô hình rất phổ biến trong thời đại 4.0, việc các sản phẩm có mô hình IOT đang rất được ưu chuộng. Do đó, nhóm đã quyết định thực hiện sản phẩm của mình gồm 1 module cảm biến vân tay, vi điều khiển ESP32 NodeMCU, tất cả dữ liệu sẽ được lưu trên firebase và sẽ có 1 giao diện website để tương tác và quản lý.MỤC TIÊU Tìm hiểu và nghiên cứu về ESP32, module cảm biến vân tay AS608, bàn phím ma trận 4x4, LCD 1602, cách kết nối giữa các module để hoàn thiện mô hình. Xây dựng mô hình quét vân tay, lấy dữ liệu vân tay đưa lên real-time database trên firebase để lưu trữ dữ liệu.
Thống kê thời gian vào ra của nhân viên và quản lý trên website. Một khung truyền dữ liệu UART c.Nguyên lý hoạt động -Bước 1: bộ phát nhận dữ liệu song song từ đường bus. -Bước 2: bộ phát thêm các bit start, bit check parity và bit stop và sắp xếp lại dưới dạng chuỗi. -Bước 3: Bộ phát sẽ truyền dữ liệu theo dạng chuỗi tới bộ thu.
-Bước 4: bộ thu loại bỏ đi các bit start, bit parity và bit stop từ gói dữ liệu. -Bước 5: bộ thu chuyển đổi dữ liệu từ dạng chuỗi sang dạng song song sau đó gửi dữ liệu này lên đường bus của thiết bị đầu cuối. 18 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 3.GIỚI THIỆU Đề tài : “Điểm danh nhân viên bằng hệ thống quét vân tay, điều khiển thông qua Website” bao gồm: Hệ thống có các chức năng chính như sau : Khi ra vào cửa thì nhân viên phải quét vân tay, sau đó dữ liệu sẽ được truyền lên Firebase Database để kiểm tra thời gian ra vào. Chúng ta dùng web ( nội bộ, chưa đăng ký tên vùng trên internet) để thao tác với hệ thống.
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống Hình 3.Sơ đồ khối hệ thống Chức năng từng khối: Khối nguồn: cung cấp nguồn 5V cho khối xử lý trung tâm board ESP32 (NodeMCU-32S). Khối hiển thị dùng chung nguồn 5V với khối xử lý trung tâm. Khối thời gian thực và khối cảm biến vân tay dùng nguồn 3.3V từ ESP32 Khối xử lý trung tâm: thu thập dữ liệu từ các thiết bị sau đó xử lý và điều khiển, thi hành các công việc được lập trình sẵn.
Khối này do board ESP32 ( NodeMCU-32S) thực hiện. Khối cảm biến vân tay: tiến hành quét và xác thực sau đó đưa dữ liệu đến cho khối trung tâm xử lý. Khối này do module cảm biến vân tay AS608 thực hiện. 19 Khối hiển thị: hiển thị thông tin chế độ, các thông báo mà khối xử lý trung tâm yêu cầu hiển thị.
Khối này do module LCD1602-I2C thực hiện. Ngoài ra còn sử dụng một con LED ( onboard ESP32 ) để hiển thị cảnh báo khi có vân tay lạ quét quá nhiều lần. Khối ma trận phím: cho phép chuyển sang chế độ cập nhật thời gian cho khối thời gian thực. Khối này do bàn phím ma trận 4x4 ( Keypad 4x4) thực hiện.
Khối thời gian thực: cung cấp dữ liệu thời gian cho khối xử lý trung tâm. Khối này do module DS1307 thực hiện. Khối Web : bao gồm giao diện web để người quản lí, thực hiện các thao tác như: thêm ID, xóa ID… Và cơ sở dữ liệu Firebase để lưu trữ dữ liệu mà khối xử lý trung tâm đưa lên mạng Internet. Tính toán và thiết kế mạch a.Khối xử lý trung tâm ( NodeMCU-32S) NodeMCU-32S là một board sử dụng chip ESP32, chip này rất phổ biến trong lĩnh vực IoT.
Với ý tưởng đưa dữ liệu lên mạng Internet ( cụ thể là Firebase Database ) , thì chúng em phân vân giữa ESP8266 và ESP32. Nhưng việc kết hợp khá nhiều module thì ESP8266 bị hạn chế về số lượng chân , nên để hợp lí nhất thì chúng em chọn sử dụng ESP32.Khối cảm biến vân tay ( AS608) Hình 3.Mối quan hệ của khối xử lý trung tâm và khối cảm biến vân tay Khối cảm biến sẽ gửi tín hiệu về khối xử lý, khối xử lý sẽ nhận tín hiệu và thực hiện theo những gì được lập trình ( gửi dữ liệu lên Firebase , khởi động LED cảnh báo…) .Đồng thời khối cảm biến vân tay thay đổi chế độ làm việc khi khối xử lý trung tâm yêu cầu. Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại cảm biến vân tay như đầu đọc vân tay R303S có khả năng lưu trữ 1000 mẫu vân tay,R301 có khả năng lưu trữ 500 mẫu… Do đề tài thực hiện chỉ ở quy mô nhỏ nên nhóm lựa chọn module AS608 có khả năng lưu trữ 120 vân tay. Cảm biến vân tay AS608 tích hợp xử lý ảnh và thuật toán xử lý trên cùng một chip, giúp khối xử lý chỉ cần nhận tín hiệu digital mà không cần thực hiện bất kì thuật toán xử lý ảnh nào.
Chuẩn giao tiếp UART ( TTL ) từ 9600-115200 bps, sử dụng tốc độ mặc định là 57600 bps đảm bảo truyền và nhận chính xác dữ liệu. Một số thông số khác như : +Điện áp cung cấp : 3.6VDC ( thường cấp 3.3VDC, lưu ý quan trọng nếu cấp lớn hơn thì cảm biến có thể cháy ngay lập tức ). +Dòng tiêu thụ: 30~60mA, trung bình ở 40mA. Cách nối dây cho cảm biến AS608 vào Board NodeMCU-32S theo thứ tự chân: +Dây số 1:Nối vào chân nguồn 3.3V của Board ESP32.
+Dây số 2 ( TX ) : Nối vào GPIO16 (RX) của Board ESP32. +Dây số 3 ( RX ) : Nối vào GPIO17 (TX) của Board ESP32. +Dây số 4 : Nối vào GND của Board ESP32. +Những dây còn lại bỏ trống.Sơ đồ kết nối giữa NodeMCU-32S với AS608 c.Khối thời gian thực ( DS1307) Lúc đầu với ý tưởng khối Web sẽ thực hiện việc lấy dữ liệu thời gian thực từ Internet, nhưng chúng em đã gặp vấn đề là nếu chúng em tắt Web ( vì chúng em sử dụng Web nội bộ không đăng ký tên miền nên chúng em không thể cho nó hoạt động liên tục ) thì hệ thống sẽ không thể cập nhật thời gian vào ra của nhân viên để đưa dữ liệu lên Firebase.
Nên chúng em quyết định thêm khối thời gian thực vào để giúp khắc phục vấn đề này. DS1307 là một module thời gian thực phổ biến. Nó cung cấp dữ liệu thời gian cho ESP32 xử lý. DS1307 sử dụng giao tiếp I2C cùng chuẩn giao tiếp với LCD giúp chúng em tiết kiệm dây kết nối.
Nếu hệ thống mất điện thì DS1307 vẫn có một viên pin dự phòng để chạy đến khi hệ thống có điện lại, dung lượng viên pin này có thể giúp cho module hoạt động hơn 5 năm khi không có nguồn cấp. DS1307 sử dụng giao tiếp I2C nên các chân được kết nối như sau: +Chân số 1 ( DS ): bỏ trống. + Chân số 4 (VCC): nối với nguồn 3. +Chân số 5 (GND): nối với GND của ESP32.Sơ đồ kết nối giữa NodeMCU-32S với DS1307 d.Khối hiển thị ( LCD 1602 ) Việc sử dụng LCD thuần mất quá nhiều dây để kết nối điều này gây khó khăn vì số lượng chân của bộ xử lý có hạn.
Nên chúng em quyết định sử dụng module chuyển đổi I2C cho LCD để tiết kiệm dây kết nối. Sau khi kết nối LCD với module I2C thì số chân kết nối chỉ cần 4 dây : VCC,GND,SCL,SDA.Module LCD1602-I2C 23 Các chân của LCD-I2C được kết nối với ESP32 như sau: +Chân số 1 (GND ): kết nối với GND của ESP32. +Chân số 2 (VCC): kết nối với nguồn 5V. +Chân số 3 ( SDA) : kết nối với GPIO21 của ESP32.
+Chân số 4 (SCL): kết nối với GPIO22 của ESP32.Sơ đồ kết nối NodeMCU-32S với LCD1602-I2C e. Khối ma trận phím 4x4 ( Keypad 4x4) Ta cần một bàn phím để thực hiện chuyển vào chế độ cài đặt lại thời gian cho hệ thống. Và các phím nhấn để giúp ta nhập dữ liệu thời gian để cài đặt lại. Vì thế chúng em chọn bàn phím ma trận 4x4.
Sơ đồ nguyên lý của bàn phím và hình ảnh thực tế của nó như hình dưới : 24 Hình 3.Sơ đồ nối dây và hình ảnh thực tế của bàn phím ma trận 4x4 Các dây của bàn phím được kết nối với ESP32 như sau: +R1,R2,R3,R4: lần lượt nối với GPIO12,GPIO14,GPIO27,GPIO26 của ESP32. +C1,C2,C3,C4: lần lượt nối với GPIO25,GPIO33,GPIO32,GPIO35 của ESP32.Sơ đồ kết nối NodeMCU-32S với Keypad 4x4 25 f. Khối nguồn ( T89 ) Module nguồn T89 sử dụng kết hợp module giảm áp 3. Sử dụng Adapter để cấp nguồn sau đó cho đầu ra là 3.3 và 5VDC giúp cấp nguồn cho ESP32.
Dòng ra của module này ở khoảng 800mA. Khối Web *Ý tưởng thiết kế: chúng tối dự định thiết kế một web đơn giản có những chức năng như sau: + Có mục thêm ID cho hệ thống. + Có mục xóa ID khỏi hệ thống. + Có mục kiểm tra lịch sử ra vào của nhân viên.
+ Có mục tra cứu thông tin nhân viên. Web sẽ được kết nối Firebase Database để truy xuất dữ liệu .