THIẾT kế, CHẾ tạo hệ THỐNG CHỐNG TRỘM TRÊN XE gắn máy sử DỤNG CÔNG NGHỆ CAO

Luận văn thạc sĩ

M CL C
Trang t a

TRANG

Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân .......................................................................................................... i
L i cam đoan .......................................................................................................... iii
C m tạ .................................................................................................................... iii
Tóm tắt .................................................................................................................... iv
Mục lục ................................................................................................................... vi
Danh sách các chữ viết tắt ....................................................................................... ix
Danh sách các hình .................................................................................................. xi
Danh sách các
Ch

ng ............................................................................................... xiv

ng 1 T NG QUAN..................................................................................... xiv

1.1Tổng quan về h ớng nghiên c u.......................................................................1
1.1.1 Giới thiệu..................................................................................................... 1
1.1.2 Tổng quan kết qu nghiên c u trong và ngoài n ớc ................................ 2
1.1.2.1 Các đề tài nghiên c u trong n ớc ................................................. 2
1.1.2.2 Các đề tài nghiên c u ngoài n ớc ................................................. 4
1.2 Lý do chọn đề tài .............................................................................................8
1.3 Mục đích nghiên c u c a đề tài .......................................................................8
1.4

nghĩa khoa học và th c tiễn c a đề tài .........................................................9

1.5 Khách thể và đ i t ợng nghiên c u ...............................................................10
1.6 Nhiệm vụ nghiên c u .....................................................................................10
1.7 Giới hạn c a đề tài .........................................................................................11
1.8 Ph ơng pháp nghiên c u ...............................................................................11
1.9 Kế hoạch th c hiện ........................................................................................11
Ch

ng 2 C

S

Lụ THUY T..........................................................................14

2.1 D u vân tay và một s đặc tr ng nhận dạng ..................................................14
2.2 C m iến nhận dạng vân tay ..........................................................................16
2.2.1 D u vân tay gián tiếp ................................................................................ 16

vi


Luận văn thạc sĩ

2.2.2 D u vân tay tr c tiếp live scanner fingerprint ..................................... 17
2.3 C u trúc c a một hệ th ng nhận dạng vân tay ...............................................18
2.4 Hệ th ng định vị toàn cầu GPS và các thành phần cơ

n .............................20

2.4.1 Hệ th ng định vị toàn cầu GPS - Global Positioning System) ............ 20
2.4.2 Các thành phần cơ

n c a hệ th ng định vị toàn cầu ........................... 21

2.5 Hoạt động c a hệ th ng GPS .........................................................................25
2.6 Nguyên lý định vị và cách xác định vị trí định vị ..........................................25
2.6.1 Nguyên lý định vị GPS ............................................................................ 25
2.6.2 Xác định kho ng cách gi để định vị ...................................................... 27
2.6.2.1 Định nghĩa kho ng cách gi ........................................................ 27
2.6.2.2 Xác định vị trí từ các kho ng cách gi ........................................ 27
2.6.2.3 Nguyên tắc xác định vị trí 1 điểm ............................................... 28
2.6.2.4 Tính vị trí user từ kho ng cách .................................................... 28
2.7 Thành phần tín hiệu GPS ...............................................................................29
Ch

ng 3 GI I THI U CÁC MODULE S

D NG TRONG H TH NG ...31

3.1 Giao tiếp cổng n i tiếp UART .......................................................................31
3.1.1 Truyền thông n i tiếp không đồng ộ ..................................................... 31
3.1.2 Định dạng dữ liệu truyền thông n i tiếp không đồng ộ ....................... 33
3.1.3 Truyền thông n i tiếp không đồng ộ giữa hai nút ................................ 34
3.2 Module nhận dạng vân tay R305 ...................................................................35
3.2.1 Quá trình nhận diện vân tay trong module vân tay ................................ 35
3.2.2 Kết n i module với thiết ị ...................................................................... 36
3.3 Giới thiệu module GPS NEO - 6m ................................................................36
3.4 Module GSM/GPRS SIM900A ...................................................................37
3.5 Vi xử lý ARM Cortex M3 ..............................................................................37

Ch

ng 4 THI T K VÀ THI CỌNG MỌ HỊNH .............................................40

4.1 Sơ đồ tổng quát hệ th ng ...............................................................................40
4.2 Hoạt động c a hệ th ng .................................................................................50

vii


Luận văn thạc sĩ

4.3 Thuật toán điều khiển hệ th ng ......................................................................55
4.3.1 Thuật toán xác định sai lệch tọa độ với GPS .......................................... 55
4.3.2 Thuật toán điều khiển hệ th ng ............................................................... 56
4.4 Thiết kế ng điện thoại điều khiển hệ th ng ..................................................61
Ch

ng 5 TH C NGHI M VÀ ĐÁNH GIÁ K T QU ..................................63

5.1 Th c nghiệm ..................................................................................................63
5.1.1 Điều kiện th c nghiệm ............................................................................. 63
5.1.2 Quá trình th c nghiệm.............................................................................. 64
5.2 Đánh giá kết qu ............................................................................................75
Ch

ng 6 K T LU N VÀ H

NG PHÁT TRI N Đ TÀI............................77

6.1 Kết luận .........................................................................................................77
6.1.1 Kết qu đạt đ ợc ....................................................................................... 77
6.1.2 Những v n đề tồn tại ................................................................................ 77
6.2 H ớng phát triển c a đề tài ............................................................................78
TÀI LI U THAM KH O.....................................................................................79
PH L C ...............................................................................................................80

viii


Luận văn thạc sĩ

DANH SÁCH CÁC CH

VI T T T

AC – Alternating Current
AFIS – Automated Fingerprint Identification System
AT – Attention
C/A – Coarse/Acquisition
CCD – Charge Coupled Device
CDI – Capacitor Discharge Ignition
CPU – Central Processing Unit
CTS – Clear To Send
DC – Direct Current
DCE – Data Communication Equipment
DSP – Digital Signal Processing
DTE – Data Terminal Equipment
FBI – Federal Bureau of Investigation
GIS – Geographic Information System

GPS – Global Positioning System
GSM – Global System for Mobile Communications
LED – Light Emitting Diode
LSB – Least Significant Bit
MCU – Micro Control Unit
MSB – Most Significant Bit
MSB – Most Significant Bit
P-code – precision code
PLC – Programmable Logic Device
PRN – Pseudo Random Noise
RF – Radio frequency
RTS – Request To Send
SID – State Identification Number

ix


Luận văn thạc sĩ

SIM – Subcriber Identity Module
TTL – Time to Live
UART – The Universal Asynchronous Receiver/Transmitter
USB – Universal Serial Bus
WGS – World Geodetic System

x


Luận văn thạc sĩ

DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1: Khóa cửa vân tay c a ADEL .................................................................... 7
Hình 1.2: Hệ th ng ch ng trộm SID trên ô tô. .......................................................... 8
Hình 2.1: Vân lồi và vân lõm trên ngón tay. ........................................................... 14
Hình 2.2: Vị trí các điểm core trên vân tay. ............................................................ 15
Hình 2.3: Các phân lớp chính c a vân tay. ............................................................. 15
Hình 2.4: Các đặc tr ng phổ iến trên vân tay ....................................................... 16
Hình 2.5: C m iến vân tay quang học ................................................................... 18
Hình 2.6: C u trúc cơ

n c a hệ th ng nhận dạng vân tay. ................................... 19

Hình 2.7: Mô t về hệ th ng GPS ........................................................................... 20
Hình 2.8: Các thành phần cơ
Hình 2.9: Sơ đồ

n c a hệ th ng định vị toàn cầu GPS. ................... 21

trí các vệ tinh trong không gian c a hệ th ng GPS .................. 22

Hình 2.10: Vị trí các trạm trong ộ phận điều khiển c a hệ th ng GPS. ................ 23
Hình 2.11: Sơ đ kh i máy thu tín hiệu GPS. ......................................................... 24
Hình 2.12: Nguyên tắc định vị toàn cầu tổng quát. ................................................. 26
Hình 2.13: Các dạng sóng nhận từ thiết ị thu tín hiệu GPS................................... 30
Hình 3.1: Tín hiệu truyền ký t A trong truyền thông UART. ............................... 31
Hình 3.2: Kết n i đơn gi n trong truyền thông n i tiếp. ......................................... 34

Hình 3.3: Kết n i truyền thông n i tiếp dùng tín hiệu ắt tay. ................................ 34
Hình 3.4: Module nhận dạng vân tay R305. ........................................................... 35
Hình 3.5: Module GPS NEO-6M. .......................................................................... 37
Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý Kit STM32F103C8T6. ................................................. 39
Hình 3.7: Board Kit STM32F103C8T6. ................................................................. 39
Hình 4.1: Sơ đồ tổng quát hệ th ng ch ng trộm. .................................................... 40
Hình 4.2: Nguyên lý mạch chuyển điện áp sơ c p sang tín hiệu xung vuông. ........ 41
Hình 4.3: Board chuyển tín hiệu điện áp cuộn sơ c p sang xung vuông. ................ 42
Hình 4.4: Tín hiệu t c độ động cơ xe máy hoạt động

xi

chế độ cầm chừng. ........... 42


Luận văn thạc sĩ

Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý nút nh n trên giao diện................................................. 43
Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý Led hiển thị trên giao diện. .......................................... 43
Hình 4.7: Giao diện hệ th ng ch ng trộm khi hoàn thành. ..................................... 44
Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý kết n i các module với MCU. ...................................... 45
Hình 4.9: Module relay 5V-4 kênh điều khiển ộ ch p hành. ................................ 45
Hình 4.10: Sơ đồ

trí vị trí ch ng trộm trên c m iến vị trí trục khuỷu. .............. 46

Hình 4.11: Sơ đồ

trí vị trí ch ng trộm trên c m iến góc nghiên. ...................... 47

Hình 4.12: Sơ đồ

trí vị trí ch ng trộm trên c m iến góc nghiên trên xe SH điều

khiển qua Engine Stop Relay. .............................................................. 48
Hình 4.13: Sơ đồ

trí vị trí ch ng trộm trên công tắc chân ch ng cạnh. .............. 48

Hình 4.14: Sơ đồ

trí vị trí ch ng trộm trên IC đánh lửa dạng AC-CDI. ............. 49

Hình 4.15: Sơ đồ

trí vị trí ch ng trộm trên IC đánh lửa dạng DC-CDI. ............. 50

Hình 4.16: Thuật toán xác định sai lệc tọa độ. ........................................................ 55
Hình 4.17: Thuật toán điều khiển ch ơng trình chính. ........................................... 56
Hình 4.18: Thuật toán điều khiển ch ơng trình con trạng thái ch ......................... 58
Hình 4.19: Thuật toán điều khiển ch ơng trình con trạng thái sẵn sàng. ................ 58
Hình 4.20: Thuật toán điều khiển ch ơng trình con trạng thái hoạt động. .............. 59
Hình 4.21: Thuật toán điều khiển ch ơng trình con uzz. ...................................... 60
Hình 4.22: Thuật toán điều khiển ch ơng trình con kt_GPS. ................................. 60
Hình 4.23: Giao diện chính ng dụng. .................................................................... 61
Hình 4.24: Giao diện điều khiển ch c năng chính và đổi mật khẩu hệ th ng. ........ 62
Hình 5.1: Lắp đặt hệ th ng ch ng trộm lên xe máy Dream thử nghiệm. ................ 63
Hình 5.2: Giao diện hiển thị ch c năng khóa cổ đư ật. ......................................... 64
Hình 5.3: Tin nhắn và kết qu ph n hồi c a hệ th ng với tính năng m nguồn. ..... 66
Hình 5.4: Tin nhắn và kết qu n ph n hồi hệ th ng về ch qu n xe với tính năng

kiểm tra tình trạng xe. .......................................................................... 67
Hình 5.5: Giao diện hiển thị ch c năng ch ng dắt đư ật. ...................................... 68
Hình 5.6: Tọa độ xe kiểm tra hiển thị trên google map. ......................................... 68

xii


Luận văn thạc sĩ

Hình 5.7: C u trúc tin nhắn và kết qu ph n hồi ch c năng đổi s điện thoại ch
qu n xe. ................................................................................................ 70
Hình 5.8: Ch c năng m nguồn hoạt động hệ th ng ằng vân tay. ........................ 71
Hình 5.9: Giao diện hiển thị ch c năng đổi vân tay. ............................................... 72
Hình 5.10:

ng dụng áo lỗi khi nhập thiếu thông tin và khi tin nhắn gửi thành
công. .................................................................................................... 73

xiii


Luận văn thạc sĩ

DANH SÁCH CÁC B NG
B NG

TRANG

B ng 3.1: Các chân kết n i module vân tay ............................................................36
B ng 5.1: Kết qu thu thập từ thử nghiệm ch c năng ch ng dắt ............................69

B ng 5.2: Th ng kê kết qu nhận diện vân tay điều khiển hệ th ng .......................72
B ng 5.3: Công su t t i tiêu thụ trên xe máy Dream ..............................................75

xiv


Luận văn thạc sĩ

Ch

ng 1

T NG QUAN
1.1 T ng qu n v h

ng nghiên c u

1.1.1 Gi i thi u
Ngày nay, công nghệ sinh trắc học đ ợc ng dụng rộng rưi trong đ i s ng.
Hệ th ng nhân trắc học đ ợc sử dụng nh : nhận diện vân tay, nhận diện khuôn
mặt, nhận diện giọng nói, nhận diện tròng mắt, nhận diện lòng àn tay. Trong
đó, công nghệ nhận dạng vân tay là đ ợc ng dụng nhiều nh t. Ng

i ta nhận

th y các đặc tr ng vân tay không thể dễ dàng ị thay thế, chia sẻ, hay gi mạo,
….Ngoài ra, d u vân tay c a con ng

i không ai gi ng ai, kể c là sinh đôi

cùng tr ng xác su t trùng l p d u vân tay giữa ng

i này với ng

i kia gần

nh là 0% (1/1,9 x 1015) [1] và không đổi trong su t cuộc đ i. Do vậy, trong
việc nhận dạng một ng

i, công nghệ này đ ợc xem là đáng tin cậy hơn so

với các ph ơng pháp truyền th ng nh : Mật khẩu, mư thẻ.
Việc ng dụng công nghệ nhận dạng vân tay đư có từ r t lâu. Tuy
nhiên, trong kho ng một th i gian dài con ng

i chỉ th c hiện việc đ i sánh

giữa hai d u vân tay ằng k thuật truyền th ng mang nặng tính th công, các
kết qu c a lĩnh v c này gần nh không đ ợc ng dụng trong các lĩnh v c dân
s thông th

ng c a đ i s ng mà ch yếu đ ợc sử dụng trong lĩnh v c hình s

và pháp y. Với s phát triển ngày càng nhanh chóng c a ngành công nghệ điện
toán thì việc sử dụng d u vân tay để nhận dạng đ ợc áp dụng rộng rưi trong
đ i s ng ằng hệ th ng nhận dạng vân tay t động AFIS [8]. Cùng với s
phát triển mạnh các s n phẩm phần mềm nhúng và một thị tr

ng thiết ị

nhúng vô cùng to lớn, việc đ a công nghệ. Theo cách đ i sánh vân tay truyền
th ng, để kiểm ch ng hai d u vân tay có gi ng nhau hay không thì ph i dùng
kính lúp để đ i chiếu từng đ

ng vân. Nhận dạng vân tay lên các thiết ị

nhúng đư mang lại nhiều lợi ích và hiệu qu không những cho nhà phát triển
công nghệ này lên thiết ị nhúng mà còn cho xư hội. Do đó, công nghệ nhân

Trang 1


Luận văn thạc sĩ

dạng vân tay đề cập trong luận văn này chính là hệ th ng nhận dạng vân tay t
động trên hệ th ng nhúng. Công nghệ này không những đ ợc ng dụng trong
lĩnh v c hình s mà còn đ ợc ng dụng đa dạng trong lĩnh v c dân s , th ơng
mại,…, cụ thể là: việc xác nhận nhân thân c a cá nhân khi truy cập mạng, hồ
sơ cá nhân, khóa ch ng trộm, thẻ ngân hàng, hệ th ng ch m công, hệ th ng
o mật, …
Bên cạnh việc ng dụng công nghệ sinh trắc học vào những ng dụng
trong lĩnh v c dân s và quân s thì công nghệ xác định vị trí, vận t c, độ cao
c a đ i t ợng so với mặt n ớc iển d a trên th ng định vị toàn cầu GPS đang
phát triển mạnh mẽ là một công cụ đắc l c cho các ngành liên quan đến việc
xác định vị trí và dò đ

ng. Nh công nghệ này thì việc xác định vị trí hay tọa

độ c a đ i t ợng c c kỳ đơn gi n.
n ớc ta, xe máy là ph ơng tiện giao thông phổ iến nh t hiện nay,

đồng th i xe máy cũng là tài s n có giá trị trong mỗi gia đình. Ch xe luôn
mu n s hữu một tài s n vừa tiện lợi trong quá trình sử dụng, vừa có kh năng
t

o vệ an toàn tuyệt đ i ch ng m t c p, kiểm tra qu n lý tài s n một cách

dễ dàng, thông minh và hiện đại.
D ới s h ớng dẫn c a Thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng, học viên quyết
định th c hiện đề tài ắThi t k , ch t o h th ng ch ng tr m trên xe g n
máy s d ng công ngh c o”. Đề tài là s kết hợp u điểm c a hai công
nghệ trên để cho ra một thiết ị có thể giúp ng

i ch ph ơng tiện

o vệ và

qu n lý tài s n c a mình một cách dễ dàng và tiện lợi.
1.1.2 T ng qu n k t qu nghiên c u trong vƠ ngoƠi n
1.1.2.1 C c

tƠi nghiên c u trong n

c

c

Hiện nay, tình hình nghiên c u trong n ớc về ng dụng vân tay cũng
đang phát triển rộng rưi và đang dần đi vào đ i s ng nh máy ch m công điểm
danh ằng vân tay.
Bộ khoa học hình s

Bộ công an đang nghiên c u và ng dụng công

nghệ sinh trắc học ằng vân tay trong việc truy nguyên tội phạm qua vân tay

Trang 2


Luận văn thạc sĩ

trên ch ng minh nhân dân và d u vân tay tại hiện tr

ng hệ th ng C@ FRIS).

S n phẩm do Cục công nghệ tin học (E15) - Tổng cục k thuật - Bộ công an
nghiên c u và phát triển [15].
Bên cạnh đó, hệ th ng định vị toàn cầu cũng đ ợc nghiên c u rộng rãi
vào các ng dụng th c tế. Đặc iệt, các thiết ị kiểm tra giám sát hành trình
trên các ph ơng tiện giao thông nh hộp đen ô tô, thiết ị ch ng trộm xe
máy…
Hệ th ng ch ng trộm trên xe gắn máy sử dụng điện thoại c a công ty
gi i pháp phần mềm Setech Việt với s n phẩm S-Bike Pro [14]. Đây là thiết ị
định vị và c nh áo trộm xe máy. S n phẩm là s kết hợp giữa hai ph ơng
pháp định vị là GPS và Cell-ID c i tiến để tăng độ chính xác khi định vị vị trí
xe. S n phẩm tiện dụng có thể gắn tích hợp trên nhiều dòng xe máy khác nhau.
Thiết ị ch ng trộm xe máy HYPERION sử dụng công nghệ wireless k
thuật s , gi i pháp nhận diện ch xe hoàn toàn t động. với tính
cao, tính năng ch ng c ớp xe máy giúp

o mật c c

o vệ hoàn h o cho xe máy một cách

đơn gi n và an toàn. Thiết bị ch ng trộm xe máy HYPERION gồm 2 phần:
Hộp điều khiển gắn trong xe và thẻ nhận diện giữ bên ng

i. Thiết bị chỉ cho

phép xe hoạt động khi ch xe mang theo thẻ và đ ng cách xe 10m, hệ th ng
b o vệ và báo động t động bật lên khi xe bị m khóa trái phép, ng
chỉ việc giữ thẻ trong ng

i dùng

i mà không cần b t c thao tác gì khác. Hệ th ng sẽ

hú còi báo động sau 9 giây và tắt động cơ sau 12 giây nếu xe đang nổ máy mà
không tìm th y thẻ nhận diện. Do đó, thiết ị phòng ch ng hữu hiệu trong các
tr

ng hợp dàn c nh c ớp xe. S n phẩm đ ợc nghiên c u và chế tạo tại Công

Ty TNHH MTV Công Nghệ Điện Tử MVS.

u điểm c a s n phẩm là tiện

dụng, hệ th ng t nhận dạng ch xe nh ng nh ợc điểm không tích hợp hệ
th ng định vị nên hệ th ng chỉ ch ng trộm dạng ch động.
Trong th i gian gần đây, công ty viễn thông quân đội cho ra đ i thiết ị
c nh áo ch ng trộm Smart Motor điều khiển ằng điện thoại di động. Smart

Motor là gi i pháp ch ng trộm và định vị xe máy và giám sát hành trình xe

Trang 3


Luận văn thạc sĩ

máy thông minh thông qua mạng di động Viettel và hệ th ng định vị toàn cầu
GPS. S n phẩm cho phép điều khiển xe máy ằng điện thoại, remote điều
khiển từ xa với nhiều tiện ích nh theo dõi vị trí xe, theo dõi lịch sử c a xe,
c nh áo ch ng trộm, tìm kiếm cây xăng, điểm sửa xe, xác định vị trí xe trong
ưi đỗ, ra lệnh tắt máy xe từ xa. Khi ị tác động trái phép, thiết ị Smart Motor
sẽ c nh áo ằng còi, đồng th i áo cho ch xe ằng cách nhắn tin cho iết vị
trí xe đang

đâu [16].

u điểm c a s n phẩm Smart Motor là linh hoạt, tiện

dụng, qu n lý xe xác định vị trí xe dễ dàng nh ng khi có thêm ng
dụng thì hệ th ng m t đi tính linh hoạt, v n đề

i khác sử

o mật hệ th ng và thay đổi

ch qu n xe còn hạn chế.
1.1.2.2 C c

tƠi nghiên c u ngoƠi n

Con ng
th ơng gia

c

i đư iết sử dụng d u vân tay từ r t sớm. Vào th i cổ đại, các
Ba ylon đư iết dùng d u vân tay đ ợc in lên viên đ t sét trong

trao đổi hàng hóa.

Trung Qu c, ng

i ta cũng đư tìm th y các ngón tay cái

đ ợc in lên các con d u đ t sét. Nh ng ắt đầu từ thế kỷ 19, d u vân tay mới
đ ợc đ a vào nghiên c u chính th c [11].
Năm 1823, nhà phẫu thuật Jan Evangelista Purkyne thuộc tr

ng đại học

Breslau đư trình ày trong luận án c a mình về mẫu vân tay.
Năm 1858, William Herschel đư d a vào vết vân tay để nhận dạng tù
nhân.
Năm 1880, ác sĩ Ng
tay c a tội phạm tại hiện tr

i Anh Henry Faulds đ a ra kiến nghị l y d u vân
ng x y ra vụ án và đ a ra lý luận gen vân tay.

Năm 1882, theo sáng kiến c a A. Bertion, lần đầu tiên c nh sát Paris đư áp
dụng lăn ngón tay trên các hồ sơ căn c ớc [11].
Năm 1892, Francis Galton là ng

i đầu chia vân tay thành 3 nhóm:

xoáy, móc, sóng. Việc sử dụng các nghiên c u khoa học c a d u vân tay

thế

kỷ 19 đư làm tiền đề sau này cho việc ng dụng rộng rãi công nghệ nhận dạng
vân tay trong nhiều lĩnh v c c a cuộc s ng [11].

Trang 4


Luận văn thạc sĩ

Năm 1924, FBI Federal Bureau of Investigation đư thu thập và l u trữ
hơn 250 triệu d u vân tay c a ng
dạng những ng

i dân để cho việc điều tra tội phạm và nhận

i ị giết [11].

N ớc Anh cũng sớm sử dụng iện pháp này và đến năm 1944, họ đư l u
trữ tới hơn 90 triệu d u vân tay c a t t c

inh lính và những ng

i dân. Với

việc sử dụng d u vân tay để nhận dạng, c nh sát có thể truy tìm tung tích tội
phạm, ng

i chết, m t thẻ căn c ớc hoặc mắc ệnh tâm thần, …

Năm 1977, ch ơng trình IAI's Certified Latent Print Examiner ra đ i
đ ợc áp dụng để xác nhận phạm nhân trong tòa án. Với s phát triển ngày
càng nhanh chóng c a khoa học k thuật, cho tới nay các ng dụng công nghệ
này đ ợc áp dụng rộng rưi khá thành công trên thế giới. Trên máy tính cá
nhân, d a vào kích th ớc c a cơ s dữ liệu vân tay ng

i ta chia s n phẩm

ng dụng vân tay thành hai loại chính [12]:
Hệ th ng vân tay loại nhỏ: Đặc điểm chung c a những hệ th ng này là
chỉ hỗ trợ s vân tay d ới 1000 vân tay. Ch ơng trình nhận dạng vân tay trên
máy IBM Think Pad T43 cho phép ng

i dùng đăng nhập vào windows XP

ằng cách đặt ngón tay c a mình vào vùng quét c a máy thay vì ph i đánh
mật khẩu.
Hệ th ng vân tay loại lớn: Những hệ th ng nhận dạng vân tay loại lớn
này th

ng có điểm chung là có kích th ớc cơ s dữ liệu vân tay r t lớn, từ

vài chục nghìn đến hàng triệu vân tay. Đ i t ợng sử dụng là những tập đoàn
đa qu c gia có chi nhánh trên toàn cầu, những chính ph điện tử cao c p. Điều
này đòi hỏi hệ th ng ph i có năng l c xử lý r t mạnh, có thể đáp ng hàng
chục ngàn yêu cầu nhận dạng trong một giây. Những hệ th ng này th
hoạt động trên môi tr

ng

ng mạng internet và có kiến trúc client – server, bao

gồm một trung tâm xử lý nhận dạng và l u trữ vân tay và nhiều client nằm
khắp nơi trên mạng internet toàn cầu làm nhiệm vụ thu nhận d u vân tay. Việc
đ a các kết qu nghiên c u c a công nghệ nhân dạng vân tay lên các thiết ị
nhúng là điều t t yếu nhằm phục vụ cho mục đích tiện dụng, chuyên dụng và

Trang 5


Luận văn thạc sĩ

phổ iến hơn trong th c tế. Các thiết ị nhúng tiêu iểu ng dụng công nghệ
nhận dạng vân tay:
-

Lenovo ra mắt máy tính xách tay dòng ThinkPad đầu tiên sử dụng công
nghệ

o mật c a Utimaco c a Đ c, có thể mã hoá trọn vẹn nội dung trong

ổ c ng chỉ với thao tác duy nh t c a một ngón tay.

-

Đầu đọc ch m công bằng vân tay BioPointe KFR 72 là thiết ị chuyên
nghiệp để qu n lý nhân s , ch m công thích hợp cho t t c các yêu cầu
qu n lý hiện đại

các nhà máy, tr

ng học, khu công nghiệp, văn phòng,

… nhằm mục đích qu n lý nhân viên chặt chẽ, chính xác và hiệu qu . Đầu
đọc ch m công ằng vân tay BioPointe KFR 72 sử dụng công nghệ sinh
trắc học với các ộ vi xử lý t c độ cao đ m
nh chính xác kể c trong tr

ng hợp đ

o nhận dạng đ

ng vân, hình

ng vân tay ị m , ẩn hay m t

nét. Thiết ị nhận dạng vân tay đ ợc lắp đặt tại cửa cổng công ty, nhà máy,
văn phòng… Nhân viên đ ợc lần l ợt đặt ngón tay đư đ ợc đăng nhập vào
đầu đọc để ghi lại chính xác th i gian và địa điểm làm việc. Từ đó, nhà
qu n lý dễ dàng có đ ợc thông tin chính xác về th i gian làm việc, đi muộn,
vắng mặt c a

t kỳ nhân viên nào trong công ty, có ch c năng l u trữ 720

vân tay, có thể m rộng tới 4400 vân tay, ộ nhớ l u trữ đ ợc 20.000 s
kiện.
-

Hãng A - DATA đư ng dụng công nghệ nhận dạng vân tay vào s n phẩm
USB Flashdrive c a mình, giúp cho dữ liệu l u trên đó đ ợc

o vệ an toàn

hơn ao gi hết. Khi lần đầu tiên USB đ ợc cắm vào máy tính, máy tính sẽ
yêu cầu ng

i sử dụng đăng ký vân tay c a mình. Những lần sau, khi ng

sử dụng cắm USB Flash drive vào máy tính, ng

i

i sử dụng sẽ đ ợc yêu cầu

nhập vào mật khẩu hay quét d u vân tay. Nếu ch a đ ợc ch ng th c ằng
mật khẩu hay ằng vân tay thì nội dung ổ USB Flashdrive hoàn toàn vô
hình tr ớc mọi ng
-

i.

Công ty FSLocks tung ra loại khoá cửa tích hợp thiết ị nhận dạng vân tay,
đ ợc cho là một trong những loại khóa dành cho gia đình an toàn nh t thế

Trang 6


Luận văn thạc sĩ

giới hiện nay. Khi mu n m cửa ng

i m chỉ cần đặt d u vân tay đư đ ợc

đăng ký, thiết ị sẽ t động nhận diện và m cửa khi d u vân tay trùng với
dữ liệu trong ộ nhớ.
-

ADEL là tập đoàn phát triển công nghệ nhận dạng vân tay lớn nh t thế
giới. ADEL cũng là nhà s n xu t tiên phong và hàng đầu trong việc s n
xu t khóa cửa ng dụng công nghệ nhận dạng vân tay lớn nh t thế giới.
Những s n phẩm ng dụng công nghệ nhận dạng vân tay gồm: Khoá cửa
khách sạn, két sắt vân tay, t sắt vân tay.

Hình 1.1: Khóa cửa vân tay c a ADEL
-

Công ty SID Protect c a M s n xu t loại thiết ị ch ng trộm với tên gọi
SID dùng để

o vệ các loại xe hơi. Thiết ị này dùng d u vân tay c a ch

xe để ch ng trộm. Thiết ị SID ng dụng công nghệ vân tay sinh trắc học
nhằm đ m

o rằng chỉ những ng

i đư đ ợc s cho phép c a ch xe mới

có thể kh i động xe. Thiết ị có thể l u kho ng 20 d u vân tay khác nhau.
Ch xe là ng

i duy nh t có quyền quyết định thêm hay ớt ng

chung xe, cài đặt hoặc thay đổi mư s c a thiết ị.

Trang 7

i dùng


Luận văn thạc sĩ

Hình 1.2: Hệ th ng ch ng trộm SID trên ô tô.
Với tính

o mật cao c a nhận dạng vân tay, công nghệ này cũng đ ợc ng

dụng trên các dòng điện thoại cao c p với ng dụng Touch ID c a hưng Apple
hay Samsung nh : iphone 5S, iPhone 6 plus, iPad air2, Galaxy S5, Galaxy
Note 4. Touch ID đ ợc tích hợp vào các thiết ị c a Apple để ng

i dùng có

thể thao tác nhanh khi đăng nhập vào máy, t i ng dụng. Tính năng này đ ợc
tích hợp c m iến nhận dạng vân tay trên nút Home c a điện thoại di động.
Cùng với những ng dụng c a vân tay trong lĩnh v c
những hệ th ng

o vệ ng

o mật, trên

i ta còn tích hợp thêm công nghệ định vị toàn cầu

GPS và GSM nh hệ th ng khóa và giám sát xe chạy theo th i gian th c sử
dụng công nghệ GPS và GSM c a Pravada P.Wankhade và Prof. S.O. Dahad
[16]. Hệ th ng này sử dụng hệ th ng nhúng kết n i với điện thoại thông qua
GSM. Khi xe ị m t, thông tin đ ợc gửi từ ng

i sử dụng đến vi điều khiển

d ới dạng SMS và vi điều khiển sẽ đọc tín hiệu từ GPS xác nhận vị trí chính
xác c a xe sau đó gửi tọa độ vị trí về cho ng
1.2 Lý do ch n

i sử dụng.

tài

- Nghiên c u, ng dụng công nghệ sinh trắc học vào các lĩnh v c đ i s ng con
ng
-

i d a trên tính

ng dụng các k thuật tiên tiến, các thiết ị công nghệ cao trong việc qu n

lý, giám sát và
1.3 M c

t iến và duy nh t c a nó.

o vệ ph ơng tiện, thiết ị một cách hiệu qu và t i u nh t.

ch nghiên c u c

tƠi

Trang 8


Luận văn thạc sĩ

Mục đích nghiên c u c a đề tài là nghiên c u xây d ng một mô hình hệ
th ng ch ng trộm vừa có kh năng nhận iết d u vân tay c a ng

i sử dụng

vừa có thể xác định đ ợc chính xác vị trí c a xe d a trên hệ th ng định vị toàn
cầu GPS. D a trên các thuật toán nhận dạng vân tay đư nghiên c u và lập trình
trong ộ nhớ, ộ điều khiển sẽ đ a ra tín hiệu điều khiển cho phép xe hoạt
động khi d u vân tay đ ợc kiểm tra trùng với dữ liệu vân tay đư đ ợc đăng ký
trong ộ nhớ hoặc ật ch c năng

o vệ khi d u vân tay không trùng với dữ

liệu đư đ ợc đăng ký đồng th i đ a ra tín hiệu c nh áo hay gửi thông áo về
ch xe thông qua thiết ị điện thoại di động. Mặt khác, ch xe mu n iết vị trí
c a xe mình khi cho ng

i khác sử dụng hay khi kẻ trộm c tình di chuyển xe,

thông qua hệ th ng định vị toàn cầu GPS ch xe có thể xác định vị trí c a xe
mình thông qua thiết ị kết n i với internet hay sử dụng thông tin vị trí đ ợc
gửi về từ ộ điều khiển trung tâm truy su t vị trí tr c tiếp trên thiết ị di động.
1.4 ụ ngh

kho h c vƠ th c ti n c
Hiện nay trên thị tr

tƠi

ng có nhiều thiết ị ch ng trộm trên xe gắn máy từ

đơn gi n đến ph c tạp nh khóa tay lái, khóa ánh xe…Hầu hết các thiết ị
này th

ng chỉ dùng 1 chìa khóa, điều khiển từ xa dùng sóng (RF, hồng

ngoại , dùng mật mư. Do đó, những ai có đ ợc chìa khóa, ộ điều khiển từ xa
hay mật mư đều có thể sử dụng dễ dàng dùng thiết ị để dò mư. Với việc sử
dụng chìa khóa thì có thể dễ dàng m

ằng các thiết ị chuyên dùng vam m

khóa). Đ i với các thiết ị điều khiển từ xa thì dễ ị nhiễu

i các thiết ị phát

sóng khác. Hệ th ng ch ng trộm dùng mật mư cũng phổ iến hiện nay nh ng
không hiệu qu do khó nhớ, dễ quên và dễ ị đánh c p. Trong khi đó với đề tài
học viên th c hiện sẽ th c hiện ch c năng
động cho chiếc xe. Tính năng
nhân về vân tay c a mỗi ng
vân tay thì chỉ những ng

o vệ ch ng trộm ch động và ị

o vệ ch động d a vào tính

t iến và cá

i thì hệ th ng ch ng trộm sử dụng nhận dạng

i đư đăng ký d u vân tay trong ộ nhớ thiết ị thì

mới có thể kh i động đ ợc xe, khi không ph i những ng

i đư đăng ký sử

dụng chìa khóa m mà không nhận dạng vân tay v ợt quá th i gian đ ợc cài

Trang 9

Luận văn thạc sĩ

đặt hay nhận dạng vân tay ị sai v ợt quá s lần quy định thì thì hệ th ng sẽ
phát ra tín hiệu c nh áo và khóa toàn ộ hoạt động hệ th ng trên xe. Tính
năng

o vệ ị động khi mu n iết vị trí c a xe tại một th i điểm do ng

i

khác sử dụng hay khi kẻ trộm c tình di chuyển xe ằng các ph ơng tiện khác
d a trên hệ th ng định vị toàn cầu đ ợc tích hợp sẵn trong hệ th ng. Tuy
nhiên, hệ th ng không thay thế hoàn toàn cho công tắc máy mà là một thiết ị
hỗ trợ. Khi ng

i sử dụng không may m t chìa khóa thì vẫn sử dụng vân tay

để điều khiển xe nh ng một s tính năng c a xe sẽ hạn chế.
1.5 Kh ch th vƠ

it

ng nghiên c u

Đề tài nghiên c u d a trên các kiến th c sau:
- Lý thuyết về sinh trắc học (vân tay) và ph ơng pháp nhận dạng vân tay.
- Lý thuyết về truyền thông n i tiếp UART.
- Lý thuyết về hệ th ng định vị toàn cầu GPS và ph ơng pháp xác định vị trí

c a thiết ị d a vào hệ th ng GPS.
- Lý thuyết xử lý tín hiệu s DSP.
- Lý thuyết k thuật nhận dạng vân tay với mạng nơ - ron nhân tạo.
- Lập trình C căn

n với vi điều khiển ARM, AVR.

- Các phần mềm hỗ trợ cho đề tài: Flash Loader Demonstrator, Keil C MDK
ARM, Proteus 8.0.
1.6 Nhi m v nghiên c u
- Nghiên c u đặc tr ng c a các dạng vân tay, cơ chế làm việc và hoạt động
c a hệ th ng nhận dạng vân tay.
- Nghiên c u xây d ng thuật toán nhận dạng các d u hiệu đặc tr ng phân iệt
các loại vân tay khác nhau.
- Nghiên c u khái niệm, c u trúc, hoạt động c a hệ th ng định vị toàn cầu
GPS, thuật toán xác nhận vị trí trên GPS.
- Nghiên c u giao tiếp giữa các module với vi điều khiển thông qua GSM.
- Thiết kế và xây d ng mô hình hệ th ng ch ng trộm d a trên các thuật toán
đư xây d ng.

Trang 10


Luận văn thạc sĩ

- Thử nghiệm và đánh giá ch t l ợng và kh năng ng dụng vào các dòng xe
gắn máy trong n ớc.
- Nghiên c u, viết ng dụng điều khiển hệ th ng trên điện thoại di động.
1.7 Gi i h n c

tƠi

Do đề tài có liên quan đến kiến th c tổng hợp c a khá nhiều môn khoa
học khác nhau nên đề tài chỉ dừng

m c độ tìm hiểu và xây d ng thuật toán

nhận dạng vân tay và xác định vị trí c a đ i t ợng d a vào hệ th ng định vị
toàn cầu GPS và giao tiếp giữa xe và ng

i dùng thông qua GSM. Sau đó, học

viên th c hiện thiết kế mô hình, tiến hành th c nghiệm nhận dạng vân tay, xác
định vị trí d a trên hệ th ng GPS và giao tiếp ng

i dùng với ộ điều khiển

thông qua thiết ị di động, kiểm tra hoạt động c a hệ th ng để đánh giá ch t
l ợng c a thuật toán. Do đó, đề tài chỉ nghiên c u lắp đặt lên xe máy Dream
để thử nghiệm các tính năng hệ th ng.
1.8 Ph

ng ph p nghiên c u

- Thu thập, nghiên c u lý thuyết sinh trắc học, các ph ơng pháp nhận dạng
vân tay, các tài liệu xử lý tín hiệu s , tài liệu về mạng nơ - ron nhân tạo.
- Thu thập các tài liệu về hệ th ng định vị toàn cầu GPS và cách xác định vị trí
vận t c đ i t ợng d a trên GPS.
- Th c hiện thiết kế và thi công mô hình: Mô hình đ a ra gồm có module điều
khiển MCR, thiết ị nhận GPS, c m iến nhận dạng vân tay, module GSM.

- Ph ơng pháp th c nghiệm đánh giá kết qu th c hiện.
- Ph ơng pháp th ng kê.
- Ph ơng pháp so sánh đánh giá, điều chỉnh, sửa chữa.
1.9 K ho ch th c hi n
- Thu thập, nghiên c u các tài liệu liên quan về nhận dạng vân tay, xử lý tín
hiệu s .
- Thu thập nghiên c u về hệ th ng định vị toàn cầu GPS.

Trang 11


Luận văn thạc sĩ

- Tìm hiểu hoạt động và l a chọn module nhận dạng vân tay phù hợp với đề
tài.
- Tìm hiểu và phân tích các đặc tr ng c a tín hiệu nhận dạng vân tay c a các
module nhận dạng vân tay.
- Tìm hiểu các ph ơng pháp định vị trí đ i t ợng d a vào GPS.
- Tìm hiểu ph ơng th c giao tiếp giữa vi xử lý với các module.
- Xây d ng các thuật toán nhận dạng vân tay d a trên tín hiệu nhận đ ợc từ
c m iến.
- Xây d ng mô hình ch ng trộm trên xe gắn máy.
- Th c nghiệm đánh giá thuật toán, độ ổn định c a thiết ị.
- Kết luận và đánh giá.
Tiến độ th c hiện đ ợc cụ thể hóa trong nh sau:
TT

Th i gian

Công việc

1

9/2013

Nhận chuyên đề 1 c a luận văn

2

9/201312/2013

Th c hiện chuyên đề 1: Tổng quan, cơ s lý thuyết c a đề
tài

3

3/2014

Đăng ký chuyên đề 2 c a luận văn
- Th c hiện chuyên đề 2: Nội dung chuyên đề 1, đề c ơng

4

5

4/2014 7/2014

8/2014 12/2014

chi tiết luận văn, các v n đề gi i quyết, h ớng th c hiện

từng nội dung, các v n đề còn tồn tại.
- Nghiên c u đặc tính l a chọn những thiết ị cần thiết
cho luận văn
- Nộp và b o vệ chuyên đề 2
- Nghiên c u thuật toán điều khiển từng module và thuật
toán điều khiển hệ th ng, thiết kế phần c ng, sơ đồ kết
n i hệ th ng.
- Lập trình kh i điều khiển trung tâm d a trên các thuật

6

12/2014 –
6/2015

toán đư xây d ng.
- Kết n i các kh i điều khiển với kh i điều khiển trung
tâm

Trang 12

Ghi
chú


Luận văn thạc sĩ

- Kiểm tra hoạt động hệ th ng, đánh giá thuật toán.
- Gặp và xin nhận xét c a giáo viên h ớng dẫn.
7

6/2015 8/2015

- Thử nghiệm hệ th ng
- Nhận xét đánh giá hệ th ng
- Hoàn chỉnh nội dung luận văn

8

8/2015 –
10/2015

- Gặp giáo viên h ớng dẫn
- Gặp giáo viên ph n iện
- B o vệ luận văn

Trang 13


Luận văn thạc sĩ

Ch

C
2.1 Dấu vơn t y vƠ m t s

S

ng 2

Lụ THUY T

ặc tr ng nh n d ng

D u vân tay đ ợc hình thành d ới tác động c a hệ th ng gen di truyền mà
thai nhi đ ợc thừa h

ng và tác động c a môi tr

ng thông qua hệ th ng mạch máu

và hệ th ng thần kinh nằm giữa hạ ì và iểu ì. Một d u vân tay đ ợc sao chép lại
từ lớp iểu ì da khi n ngón tay vào một ề mặt phẳng. C u trúc c a vân tay là các
vân lồi và vân lõm hình 2.1 . Vân lồi có màu t i trong khi vân lõm có màu sáng.
Vân lồi th

ng có độ rộng từ 100 mμ đến 300 mμ. Độ rộng c a một cặp vân lồi lõm

cạnh nhau là 500 mμ. Các ch n th ơng nh

ỏng nhẹ, mòn da,…không nh h

ng

đến c u trúc bên d ới c a vân tay, khi da mọc lại c u trúc này khôi phục lại nh cũ.

Hình 2.1: Vân lồi và vân lõm trên ngón tay.
Các d u vân tay khác nhau không thể phân iệt nhau d a vào các đ
lồi và vân lõm c a chúng mà phân iệt thông qua các điểm
dạng trên đ

ng vân.Vân lồi và vân lõm th

t th

ng vân

ng điểm nhận

ng nằm song song với nhau, nh ng

đôi lúc chúng tạo thành điểm rẽ nhánh (bifurcation point) hay điểm kết thúc ending
point). Điểm kết thúc là những điểm nằm
những điểm nằm
hình chữ Y.
mà

đó các đ

vị trí phân chia đ

cu i đ

ng vân từ 1 đ

ng vân. Điểm rẽ nhánh là
ng thành 2 đ

ng tại ngư a

m c độ tổng thể, các mẫu vân tay thể hiện các vùng vân khác nhau

ng vân có hình dạng khác iệt. Những vùng này gọi là các vùng

Trang 14


Luận văn thạc sĩ

đơn có thể đ ợc phân loại thành các dạng: loop, delta và whorl (hình 2.2) và đ ợc
ký hiệu t ơng ng là Ω Δ ∩. Vùng whorl có thể đ ợc mô t

i hai vùng loop đ i

diện nhau.

Hình 2.2: Vị trí các điểm core trên vân tay.
Một vài thuật toán đ i sánh vân tay căn lề nh vân tay theo một điểm trung
tâm gọi là điểm core. Vào năm 1900, Henrry đư định nghĩa điểm core là “điểm nằm
về phía ắc nh t c a đ

ng vân nằm trong cùng nh t”. Th c tế, điểm core là điểm

trung tâm c a vùng loop nằm về phía ắc nh t. Nếu vân tay không ch a các vùng
loop hay whorl thì điểm core là điểm mà tại đó độ cong c a đ
Một s dạng core th

ng dùng để nhận dạng

Hình 2.3: Các phân lớp chính c a vân tay.

Trang 15

ng vân là lớn nh t.


Luận văn thạc sĩ

m c độ cục ộ, các đặc tính quan trọng gọi là các đặc tr ng (minutiae),
đ ợc tìm th y trong các mẫu vân tay. Các đặc tr ng là điểm kết thúc, hay điểm rẽ
nhánh, … Francis Galton 1822 - 1911) là ng

i đầu tiên phân loại đặc tr ng và

phát hiện chúng không thay đổi trong su t cuộc đ i c a một cá nhân. Vào năm
1986, viện chuẩn qu c gia M đề nghị phân loại đặc tr ng theo

n loại gồm: điểm

kết thúc, điểm rẽ hai, điểm rẽ ba và điểm không xác định. Trong khi đó mô hình đặc
tr ng c a cục điều tra liên ang Mĩ FBI chỉ phân thành hai loại: Điểm kết thúc và
điểm rẽ hai. Mỗi đặc tr ng đ ợc xác định ằng hệ tọa độ (x, y) và góc tạo
tuyến c a đ

i tiếp

ng vân tại đặc tr ng và trục ngang.

Hình 2.4: Các đặc tr ng phổ iến trên vân tay
2.2 C m bi n nh n d ng vân tay
Tùy thuộc vào quá trình l y d u là tr c tiếp hay gián tiếp mà d u vân tay
đ ợc l y từ những cách sau: d u vân tay gián tiếp và d u vân tay tr c tiếp.

2.2.1 Dấu vân tay gián ti p
ph ơng pháp này, hình nh d u vân tay đ ợc l y từ vết in c a các ngón
tay thông qua vật trung gian là gi y, t m kính, t m phim mỏng.

Trang 16