MỞ ĐẦU 1. Mục đích nghiên cứu Thiết nghĩ ngày nay, vấn đề an ninh là vấn đề rất được quan tâm không chỉ trong lĩnh vực quốc phòng an ninh mà ngay trong cả đời sống hằng ngày của con người. Nhu cầu cuộc sống con người ngày càng tăng cao đòi hỏi phải loại bỏ bớt các công việc sử dụng chân tay thay vào đó là một quá trình tự động hoặc bán tự động. Chẳng hạn như trong một nhà giữ xe với quy mô nhỏ dành riêng cho gia đình, công ty nhỏ hay dành riêng cho giảng viên, công chức của một trường Đại học nào đó.
Thay vì cần có 1 người làm nhiệm vụ giữ xe hoặc sử dụng những biện pháp khóa xe, khóa cổng nhà giữ xe thông thường vừa không đảm bảo độ an toàn cao vừa có thể gặp một số bất tiện như về thời gian hoặc phụ thuộc vào người giữ xe… Trong khi đó với sự phát triển của các công nghệ tiên tiến như hiện nay, chúng ta có thể sử dụng chính dấu vân tay của mình kết hợp với một thẻ từ RFID ( có thể có hình dạng như một cái móc khóa để tiện sử dụng) để mở hoặc đóng cổng của nhà giữ xe. Khi đó quá trình gửi và lấy xe của người sử dụng sẽ đơn giản hơn không còn phụ thuộc vào người nào đó, không còn bất tiện về thời gian đặc biệt sẽ đảm bảo độ an toàn hơn rất nhiều (gần như tuyệt đối). Bởi những lí do trên nên em đã thực hiện đề tài “Ứng dụng công nghệ nhận dạng dấu vân tay và thẻ từ RFID để thiết kế mô hình nhà giữ xe tự động”, với tính năng điều khiển tự động đóng hoặc mở cửa nếu có một thẻ từ RFID trùng với dữ liệu được lập trình sẵn để mở chốt cửa bảo vệ module nhận dạng dấu vân tay và dấu vân tay của người sử dụng trùng với mã dữ liệu đã được lưu trữ trước trong bộ nhớ của module nhận diện dấu vân tay R305. 1 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Hình 1.1: Trước khi sử dụng nhà giữ xe tự động Hình 1.2: Sau khi sử dụng nhà giữ xe tự động 2 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Hình 1.2 là hình minh họa cho việc sử dụng các phương pháp giữ xe thông thường (tự khóa xe hay có người trông xe) và sau khi sử dụng nhà giữ xe tự động (quy mô nhỏ).
Ta thấy với các phương pháp giữ xe thông thường có thể không đảm bảo độ an toàn cao, gặp một số bất tiện về thời gian, vấn đề chen chút nhau khi gửi và lấy xe, có khi còn phụ thuộc vào người giữ xe. Sau khi sử dụng nhà giữ xe tự động vấn đề chen chút sẽ không còn, không còn phụ thuộc vào người giữ xe, thời gian, hạn chế tối đa việc sử dụng chân tay cho công việc gửi và lấy xe của người sử dụng nhờ đó chúng ta có thể linh động, thuận tiện hơn trong công việc. Mục tiêu đề tài Mục tiêu chung : Áp dụng lý thuyết đã học vào thực tế phát huy những khả năng của vi điều khiển và các cảm biến nhằm tạo những sản phẩm, thiết bị công nghệ cao hơn giúp đạt hiệu quả cao trong công việc. Thiết kế xây dựng mô hình nhà giữ xe tự động với việc ứng dụng công nghệ RFID, công nghệ nhận dạng dấu vân tay giúp đảm bảo an toàn tài sản, người sử dụng có thể linh động hơn cả về thời gian mà không cần sử dụng chân tay quá nhiều.
Ngoài ra khi thực hiện đề tài này em còn mong muốn lấy đề tài làm nền tảng cho các khóa sau nghiên cứu phát triển hệ thống hoàn thiện hơn nữa để tạo ra những sản phẩm công nghệ cao nhằm đáp ứng nhu cầu cuộc sống ngày càng tăng của con người. Mục tiêu cụ thể : Sưu tầm, tổng hợp, tóm tắt lý thuyết về các công nghệ hiện đại như RFID, NFC, công nghệ nhận dạng dấu vân tay. Khảo sát tính chính xác và độ ổn định của các Module RFID RC522 NFC và Module nhận dạng dấu vân tay R305. Lập các đoạn chương trình cụ thể trên nền tảng board Arduino để có thể đọc các Module RFID RC522 NFC, R305 và điều khiển các động cơ Servo, Dc.
Thiết kế, chỉnh sửa và cải tiến mô hình nhà giữ xe. 3 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Hiệu chỉnh, khảo nghiệm hoạt động của mô hình. Đề ra hướng phát triển cho mô hình. Ứng dụng những thành quả của board Arduino vào thực tế.
Những công việc chính sẽ làm : Tổng hợp, tóm tắt các tài liệu. Thiết kế phần cơ khí, mạch điện và viết chương trình điều khiển. Thi công, lắp đặt mô hình. Thử nghiệm mô hình.
Chỉnh sửa, hoàn thiện mô hình. Ý nghĩa thực tiễn Đây là một đề tài nghiên cứu mang tính thực tiễn với việc ứng dụng các công nghệ hiện đại (công nghệ RFID và công nghệ nhận dạng dấu vân tay) thiết kế những hệ thống an ninh có độ an toàn cao mà chi phí thấp, khả năng tự vận hành để phục vụ cho cuộc sống của người dân Việt Nam. Áp dụng tự động hóa để giảm thiểu quá trình sử dụng chân tay của người dân cho việc bảo vệ tài sản trong khi tăng độ an toàn của thiết bị lên nhiều lần. Nội địa hóa các thiết bị an ninh, khẳng định khả năng thích ứng của nền công nghiệp – tự động hóa nước nhà.
4 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Chương 2 TỔNG QUAN 2. Tổng quan về hệ thống an ninh dùng dấu vân tay Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của khoa học, công nghệ việc ứng dụng dấu vân tay cho việc bảo mật đã được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam và trên toàn thế giới bởi ưu điểm có độ an toàn rất cao và các thiết bị này ngày càng nhỏ gọn. Không chỉ xuất hiện trên các dòng điện thoại đời mới dùng vân tay để bảo mật như hiện nay, công nghệ nhận dạng dấu vân tay còn được xuất hiện trong các thiết bị sử dụng trong đời sống hằng ngày như khóa cửa nhà, khóa cửa xe, két vân tay… Với ưu điểm nổi bật nhất là độ an toàn gần như tuyệt đối bởi vân tay của mỗi người là duy nhất.1 là hai thiết bị an ninh sử dụng dấu vân tay để đóng mở cửa thiết bị, không chỉ tối ưu về độ an toàn mà chúng cũng đều rất nhỏ gọn.1: Khóa cửa nhà, két sắt dùng dấu vân tay Lấy ý tưởng từ việc dùng công nghệ nhận dạng dấu vân tay để bảo mật nên tôi đã thiết kế mô hình nhà giữ xe ứng dụng vân tay để điều khiển động cơ đóng mở cửa bãi giữ xe một cách tự động. Nhà giữ xe này được sử dụng với quy mô vừa (tối đa 162 người) và giữa những người sử dụng có tính tự quản với nhau.
Tức là tất cả những người 5 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 sử dụng sẽ được lấy mẫu vân tay, những mẫu vân tay này được xem như những chiếc chìa khóa nếu muốn ra vào nhà giữ xe, do đó mọi người phải có tinh thần bảo quản tài sản (xe) với nhau. Vì để bảo vệ cho module nhận diện dấu vân tay không bị hư hại do những tác nhân ngoại cảnh, tránh bụi bẩn nên tôi sử dụng thêm một module đọc thẻ RFID, module đọc thẻ RFID này sẽ đọc các thẻ RFID đã được khai báo trong thư viện để điều khiển một động cơ Servo làm cho cửa chứa module nhận diện dấu vân tay được mở giúp người dùng có thể thao tác. Tổng quan về board Arduino Arduino là bo mạch vi điều khiển mạch đơn được sử dụng để tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác. Phần cứng bao gồm một bảng mạch điện tử, phần cứng dạng nguồn mở được thiết kế từ bộ vi xử lý 8-bit Atmel AVR , hoặc 32-bit Atmel ARM.
Phần mềm cho phần cứng này bao gồm một trình biên dịch ngôn ngữ lập trình chuẩn và một bộ nạp khởi động, để có thể thực hiện các lệnh trên bộ vi điều khiển. Các board Arduino hiện nay được sử dụng phổ biến ở Việt Nam gồm có : Arduino Nano, Arduino Uno, Arduino Mega, Arduino Pro Mini, Arduino Enthernet… Hình 2.2: Cấu trúc board Arduino Mega 2560 6 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Hình 2.2 trình bày cấu trúc của một board Arduino Mega 2560. Cấu trúc này gồm các thành phần chính như sau: 1. Jack nguồn: để chạy arduino thì có thể lấy nguồn từ cổng USB ở trên, nhưng trong nhiều trường hợp không thể dùng nguồn của máy tính từ cổng USB được.
Lúc đó, ta có thể sử dụng nguồn một chiều có giá trị từ 6 – 20V cấp nguồn vào đây.Vi điều khiển AVR: đây là bộ xử lý trung tâm của toàn bộ bo mạch. Cổng USB (loại B): đây là cổng giao tiếp để ta nạp chương trình từ PC lên vi điều khiển. Đồng thời nó cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu vi điều khiển với máy tính. Hàng header: đánh số từ 0 đến 53 là hàng các chân digital , nhận vào hoặc xuất ra các tín hiệu số.
Ngoài ra có một chân GND và chân điện áp tham chiếu (AREF). Hàng header thứ hai: các chân để nhận vào hoặc xuất các tín hiệu analog. Ví dụ như đọc thông tin của các thiết bị cảm biến. Hàng header thứ ba: là hàng các chân nguồn được board arduino xuất ra.
Board Arduino Mega 2560 được sử dụng trong đề tài là loại board Arduino có số lượng cổng giao tiếp ngoại vi và dung lượng bộ nhớ nhiều nhất so với các dạng board của Arduino. Board Arduino Mega 2560 sử dụng chip ATmega2560 của ATmel, bộ nhớ chương trình lên đến 256KB trong đó có 8KB được sử dụng cho “ bootloader”. Với bộ nhớ chương trình lớn, có thể viết nhiều chương trình phức tạp, điều khiển được nhiều thiết bị hơn. Dung lượng RAM là 8KB và 4KB EEPROM.
Ngoài ra còn một số thông số kỹ thuật khác như điện áp hoạt động, tần số hoạt động, điện áp giới hạn, số chân analog, digital,… được trình bày trong bảng 2. 7 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của board Arduino Mega 2560 Vi điều khiển Atmega2560 của ATmel Điện áp hoạt động 5V – DC (chỉ được cấp qua cổng USB) Tần số hoạt động 16 MHz Dòng tiêu thụ 30 mA Điện áp vào khuyên dùng 7 – 12 V – DC Điện áp vào giới hạn 6 – 20 V – DC Số chân Digital I/O 54 (15 chân PWM) Số chân Analog 16 (độ phân giải 10bit) Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA Dòng ra tối đa (5V) 50 mA Dòng ra tối đa (3.