CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY Thế giới luôn luôn thay đổi và tân tiến ở nhiều lĩnh vực nói chung và lĩnh vực công nghệ nói riêng. Mỗi con người trong chúng ta không bao giờ thỏa mãn với hiện tại đang có, do đó các cuộc bùng nổ và cách mạng công nghệ 4.0 vẫn diễn ra liên tục không ngừng nghỉ đã tạo ra những bước nhảy vượt bậc, giúp cho con người ngày càng thuận tiện, an toàn hơn trong cuộc sống hằng ngày. Để đáp ứng các nhu cầu của con người, các công nghệ bảo mật nói chung và hệ thống cửa điện tử nói riêng cũng không ngừng nâng cấp và được sử dụng rộng rãi hơn. Hệ thống khóa cửa điện tử không phải là một thiết bị quá mới mẻ nhưng hiện nay vẫn là một trong những thiết bị được con người ngày càng chú trọng nghiên cứu phát triển chung với các thiết bị di động khác như smartphone, ipad,…Song hành với đó là quá trình toàn cầu hóa diễn ra nhanh chóng, vấn đề bảo mật thông tin riêng tư cá nhân như cũng để nhận biết một người nào đó trong hàng tỉ người trên Trái Đất đòi hỏi phải có một tiêu chuẩn phù hợp, hệ thống đảm nhận chức năng đó và công nghệ sinh trắc được ra đời và giải quyết các vấn đề trên.
Công nghệ sinh trắc luôn luôn gắn liền với các tính năng bảo mật cho các thiết bị điện tử thông minh hiện đại ngày nay. Các đặc trưng sinh trắc thường thấy trong các thiết bị gần gũi đời sống như sử dụng vân tay, nhận diện khuôn mặt, quét mống mắt, lắng nghe giọng nói. Không có đặc trưng sinh trắc nào là toàn diện, mỗi đặc trưng đều có điểm mạnh và điểm yếu khác nhau, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng hay ứng cụ thể nào đó. Một trong số đặc điểm sinh trắc được sử dụng lâu đời và rộng rãi nhất đó là nhận dạng dấu vân tay bởi sự hiệu quả cao và kỹ thuật nhận dạng hoàn thiện đáng tin cậy.
Thuận theo xu hướng phát triển về ứng dụng IoT (mạng lưới vạn vật), khóa cửa điện tử được các nhà phát triển cho phép kết nối với các thiết bị thông minh 1 khác như smartphone, ipad thông qua một ứng dụng đi kèm, giúp tương tác và hỗ trợ người dùng một cách tiện lợi trong việc đóng mở cửa từ xa, kiểm soát trạng thái và thông tin đã lưu trữ trong hệ thống khóa cửa. Với việc kế thừa từ các khóa cửa đời mới có sẵn trên thị trường là Lockin X1 của hãng Xiaomi và tìm hiểu thêm một số chức năng tiện lợi khác từ các hãng Bosch, hoặc hãng khóa điện tử trong nước được hợp tác giữa Lumi và Việt Tiệp. Qua đó nhóm quyết định th ực hiện đề tài “ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG KHÓA CỬA ĐIỆN TỬ ” với chi phí phải chăng với các khu sinh hoạt nhỏ lẻ như các dãy trọ sinh viên, khu sống tập thể. Để đảm bảo tính an ninh cho khu sinh hoạt, hệ thống có trang bị phần lịch sử hoạt động đóng mở cửa cũng như một số thao tác khác trên cửa với thời gian thực tế, chúng được hiển thị rõ ràng trên ứng dụng android đi kèm.
Song song với tính an ninh, hệ thống còn hỗ trợ người chủ quản lý và chỉnh sửa danh sách thông tin của các dấu vân tay một cách dễ dàng.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Với mong muốn thiết kế được hệ thống cửa điện tử an toàn và có khả năng ứng dụng vào thực tế, nhóm đặt ra các mục tiêu về phần cứng và phần ứng dụng di động. - Phần cứng được xây dựng để đáp ứng các chức năng như: mở khóa thông qua nhập mật khẩu từ bàn phím ma trận 4x4, cảm biến vân tay phía bên ngoài và nút nhấn phía bên trong. Ngoài ra, có thể thêm, chỉnh sửa, xóa mật khẩu và dấu vân tay. Hệ thống có khả năng thông báo các thao tác hướng dẫn người dùng và cảnh báo khi hệ thống sắp hết pin.
Kết nối được WiFi và truyền nhận dữ liệu với Firebase. Lưu trữ thông tin trong bộ nhớ FLASH để tránh mất thông tin khi reset hệ thống. Khi bị cúp điện hoặc mất sóng WiFi, hệ thống vẫn thực hiện được chức năng đóng mở cửa bằng vân tay, mật khẩu và nút bấm. - Xây dựng được ứng dụng di động có thể đăng nhập, mở khóa, hiển thị chi tiết thời gian lịch sử các hoạt động, danh sách người đăng ký và lượng phần 2 trăm pin còn lại của hệ thống.
Cài đặt được các thông số cho hệ thống như âm lượng và thời gian cho phép cửa mở. Có thể thông báo cho người dùng khi sắp hết pin, có người cố gắng đăng nhập trái phép, cửa mở lâu hơn thời gian cho phép.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG KHÓA CỬA ĐIỆN TỬ ” của nhóm có những giới hạn như sau. - Đề tài hướng đến khóa cửa điện tử sử dụng cho hộ gia đình hoặc khu sống tập thể có số lượng ít hơn 120 người. - Hệ thống chủ yếu sử dụng các module trên thị trường.
- Hệ thống không có các chức năng nhận diện giọng nói, khuôn mặt, chỉ có thể mở khóa bằng vân tay, mở khóa bằng mật khẩu và mở khóa từ xa qua ứng dụng trên điện thoại thông minh. - Đề tại không tập trung sử lý khóa cơ.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu và tìm hiểu các tài liệu: nhóm nghiên cứu đã tiến hành xem xét và nghiên cứu các tài liệu, sách, bài báo, internet, các diễn đàn quốc tế, các bài báo cáo và nghiên cứu trước đó liên quan đến khóa cửa điện tử thông minh. Qua quá trình này, nhóm đã tổng hợp và tạo ra một cái nhìn tổng quát về lợi ích, ưu điểm và nhược điểm của hệ thống khóa cửa điện tử. - Thu thập và phân tích dữ liệu: nhóm đã thu thập dữ liệu từ nguồn thông tin thực tế, bao gồm khảo sát, phỏng vấn và quan sát trực tiếp các loại khóa trên thị trường.
Mục đích là hiểu rõ hơn về nhu cầu, yêu cầu và hạn chế của người dùng thực tế khi sử dụng khóa cửa điện tử thông minh. Dựa trên dữ liệu thu thập, nhóm đã phân tích và đề xuất các giải pháp để giải quyết các hạn chế hiện tại của khóa cửa điện tử trong thực tế. - Đánh giá và so sánh kết quả: nhóm đã đánh giá kết quả nghiên cứu và so sánh với các mục tiêu đã đề ra ban đầu. Qua quá trình so sánh và đánh giá, 3 nhóm đã xem xét rõ các ưu điểm, hạn chế và khả năng áp dụng của khóa cửa điện tử thông minh trong hộ gia đình và khu trọ nhỏ.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng nghiên cứu: + Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của các phần cứng kit ESP32, module cảm biến vân tay AS 608, DFPlayer mini, bàn phím ma trận,… + Tìm hiểu, nghiên cứu các ngôn ngữ lập trình liên quan đến phát triển và tùy chỉnh các chức năng của hệ thống khóa cửa điện tử thông minh.
+ Lập trình ứng dụng di động Android bằng công cụ Kodular và tìm hiểu về phương thức giao tiếp trung gian giữa các ứng dụng khác nhau API. + Nguồn pin có thể sạc cung cấp cho toàn bộ hệ thống. - Phạm vi: nghiên cứu dựa trên các mô hình đã có sẵn trên thị trường, tích hợp thêm các chức năng mới và ứng dụng di động, giúp đề tài để phù hợp cho hộ gia đình và nhà trọ.6 BỐ CỤC QUYỂN BÁO CÁO Nội dung báo cáo sẽ được tổ chức theo cấu trúc gồm 6 chương như sau: - Chương 1: Tổng quan Chương đầu tiên giới thiệu tổng quan về đề tài, nhấn mạnh tính cấp thiết của nghiên cứu. Mục tiêu nghiên cứu và nhiệm vụ của đề tài, giới hạn của đề tài, trình bày phương pháp nghiên cứu được sử dụng, xác định đối tượng và phạm vi nghiên cứu, bố cục của báo cáo.
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương này trình bày các lý thuyết về phần cứng, phần mềm và các dịch vụ được sử dụng trong toàn bộ thống khóa cửa điện tử. - Chương 3: Thiết kế và thi công hệ thống Trình bày quy trình thiết kế hệ thống khóa cửa điện tử thông minh, bao gồm tính toán và sơ đồ khối. Mô tả sơ đồ nguyên lý và lưu đồ giải thuật 4 của hệ thống. Trình bày cách thiết kế ứng dụng di động bằng công cụ Kodular, sơ đồ thiết kế mạch in PCB.
- Chương 4: Kết quả thực hiện Chương này sẽ trình bày kết quả thi công phần cứng và phần mềm của hệ thống, giải thích bằng hình ảnh thực tế về mô hình hệ thống khóa cửa, từ đó đưa ra nhận xét và đánh giá về hệ thống. - Chương 5: Kết luận và hướng phát triển Chương cuối sẽ trình bày về kết quả thông qua các hình ảnh, video thực tế của hệ thống khóa điện tử và liệt kê các mục tiêu đã hoàn thành so với các mục tiêu đã đề ra ban đầu, phân tích ưu điểm và nhược điểm của hệ thống, từ đó đề xuất hướng phát triển tiếp theo và cải thiện đề tài. 5 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 CÔNG NGHỆ CẢM BIẾN VÂN TAY 2.1 Giới thiệu về công nghệ nhận dạng dấu vân tay Công nghệ nhận dạng dấu vân tay là một phương pháp tiên tiến và đáng tin cậy để xác định và phân biệt cá nhân dựa trên các đặc điểm độc nhất của dấu vân tay. Mỗi ngón tay của con người có một mẫu vân tay riêng biệt, không trùng lặp và không thay đổi suốt đời.
Nguyên lý hoạt động của công nghệ này là so sánh mẫu vân tay từ người dùng với dữ liệu vân tay đã lưu trữ trong hệ thống. Trong lĩnh vực khóa cửa vân tay, có các công nghệ cảm biến phổ biến như cảm biến quang học, cảm biến điện trở, cảm biến siêu âm và cảm biến dạng hình. Các công nghệ này nhằm ghi lại và xác định các đặc điểm độc nhất của dấu vân tay, đảm bảo tính bảo mật và độ chính xác cao trong việc xác thực người dùng.2 Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang học Hình 2.1 Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang học [1] Công nghệ cảm biến quang học sử dụng ánh sáng để quét và lấy mẫu dấu vân tay. Cảm biến quang học sử dụng đèn LED chiếu sáng vùng da chứa vân tay, sử dụng hệ thống máy ảnh giúp phát hiện, tạo hình ảnh dấu vân tay bằng cách xác định các vùng sáng và tối được tạo ra bởi các vân tay.