cửa AN NINH DÙNG cảm BIẾN vân TAY dùng microsoft visual studio (có code và sơ đồ mạch)

TÊN ĐỀ TÀI: CỬA AN NINH DÙNG
CẢM BIẾN VÂN TAY


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.........................................................................................VIII
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.......................................................................................IX
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.....................................................................................X
CHƯƠNG 1. TÌM HIỂU LINH KIỆN...............................................................................1
1.1

CẢM BIẾN VÂN TAY R305...........................................................................................1

1.1.1

Giới thiệu:...........................................................................................................1

1.1.2

Một vài thông số của cảm biến R305..................................................................2

1.1.3

Nguyên lý hoạt động...........................................................................................3

1.1.4

Giao tiếp với vi điều khiển thông qua UART......................................................3

1.1.5

Giao thức truyền gói dữ liệu...............................................................................4

1.2

PIC16F877A..............................................................................................................4

1.2.1

Giới thiệu............................................................................................................4

1.2.2

Chức năng...........................................................................................................6

1.2.3

Các cổng xuất nhập của PIC16F877A...............................................................7

CHƯƠNG 2. THIÊT KẾ MẠCH........................................................................................8
2.1

SƠ ĐỒ KHỐI................................................................................................................8

2.2

MÔ PHỎNG TRÊN PROTEUS.........................................................................................9

2.3

LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT.................................................................................................10

CHƯƠNG 3. THI CÔNG...................................................................................................11
3.1

GIAO TIẾP UART GIỮA PIC VÀ MÁY TÍNH...............................................................11

3.1.1

Giới thiệu...........................................................................................................11

3.1.2

Các thông số cơ bản trong truyền nhận UART.................................................12

3.2

PHẦN MỀN MICROSOFT VISUAL STUDIO..................................................................12

3.3

THIẾT KẾ PHẦN MỀM................................................................................................14

3.4

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG..........................................................................................15

3.5

THI CÔNG PHẦN CỨNG..............................................................................................16

3.5.1

Sơ đồ mạch in....................................................................................................16

3.5.2

Mạch thực tế.....................................................................................................17

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN, ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.......................19
4.1

KẾT LUẬN.................................................................................................................19

4.2

ỨNG DỤNG................................................................................................................19

4.3

HƯỚNG PHÁT TRIỂN.................................................................................................19

TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................20
PHỤ LỤC A.........................................................................................................................21


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
HÌNH 1-1: HÌNH ẢNH CẢM BIẾN VÂN TAY

R305.................................................1

HÌNH 1-2: KHUNG TRUYỀN ĐỊNH DẠNG 10BIT.......................................................3
HÌNH 1-3: ĐỊNH DẠNG GÓI DỮ LIỆU...........................................................................4
HÌNH 1-3: SƠ ĐỒ CHÂN CỦA CHIP 40 CHÂN.............................................................5
HÌNH 1-4: CÁC CHỨC NĂNG CƠ BẢN..........................................................................6
HÌNH 2-1: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH.............................................................................8
HÌNH 2-2: HÌNH MÔ PHỎNG...........................................................................................9
HÌNH 3-1: GIAO TIẾP UART...........................................................................................11
HÌNH 3-2: GIAO DIỆN CHÍNH CỦA PHẦN MỀM.....................................................13
HÌNH 3-3: CỬA SỔ LÀM VIỆC.......................................................................................13
HÌNH 3-4: GIAO DIỆN SO SÁNH VÂN TAY................................................................14
HÌNH 3-5: GIAO DIỆN ĐĂNG NHẬP............................................................................14
HÌNH 3-6: GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN............................................................................15
HÌNH 3-7: LAYOUT MẠCH IN.......................................................................................16
HÌNH 3-8: SƠ ĐỒ MẠCH IN............................................................................................17
HÌNH 3-9: MẠCH THỰC TẾ...........................................................................................17
HÌNH 3-10: MẠCH IN THỰC TẾ....................................................................................18

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
CCP

Capture / Compare/ PWM


EPPROM

Electrically Erasable Programmable Read-Only Memor

ICSP

In-Circuit Serial Programming

ROM

Read-Only Memory

RAM

Random Access Memory

RISC

Reduced Instruction Set Computer

UART

Universal Asynchronous Receiver/Transmitte


Trang 1/30

CHƯƠNG 1.

TÌM HIỂU LINH KIỆN

1.1 Cảm biến vân tay R305
1.1.1

Giới thiệu:
Module được cấu tạo bởi các phần mềm và phần cứng, chẳng hạn như cảm biến dấu
vân tay quang học, bộ xử lý DSP tốc độ cao, vân tay hiệu suất cao thuật toán tương phản,
và như vậy, trong đó có bộ sưu tập dấu vân tay, đăng ký dấu vân tay, vân tay và so sánh
các tính năng tìm kiếm.

Hình 1-1: Hình ảnh cảm biến vân tay R305.

Ứng dụng:
Bảo mật thông tin.
Tham gia kiểm soát truy cập, an toàn (tủ), máy POS, quầy đạn, các sản phẩm ô tô
vân tay
Đặc tính sản phẩm:

Cửa an ninh dùng cảm biến vân tay.


Trang 2/30

Chức năng hoàn hảo, các mô-đun vân tay có thể hoàn thành việc thu thập dấu vân
tay, đăng ký dấu vân tay, vân tay tương phản và chức năng tìm kiếm dấu vân tay một cách
độc lập.
Khả năng thích ứng mạnh và các thuật toán hiệu suất cao, nó có khả năng mạnh mẽ
để loại khác nhau, chẳng hạn như những ngón tay khô, ướt ngón tay, ngón tay và kết cấu
ánh sáng đều có tỷ lệ biết chữ cao và điều chỉnh tốt, biểu diễn chịu lỗi.
Mạnh mẽ khả năng kháng tĩnh điện, đó là tốt áp dụng cho các khu vực nơi mà môi
trường khô và dễ dàng tĩnh điện.
Phát triển ứng dụng đơn giản, các nhà phát triển không cần phải có chuyên môn
vân tay, họ có thể phù hợp với từ lệnh cung cấp, phát triển các sản phẩm ứng dụng vân tay
của mình.

1.1.2
Một vài thông số của cảm biến R305.
 Thông số kỹ thuật:
Loại cảm biến vân tay: Quang học
Cảm biến Cuộc sống: 100 triệu lần
Chỉ số tĩnh: 15KVBacklight: sáng màu xanh lá cây
Giao diện: USB1.1 / UART (mức logic logic TTL)
Tốc độ truyền thông RS232: 4800BPS ~ 115200BPS có thể thay đổi
Kích thước: 55 * 32 * 21.5mm
Hình ảnh Chụp bề mặt 15-18 (mm)
Tốc độ xác minh: 0.3 giây
Tốc độ quét: 0.5 giây
Kích thước tệp ký tự: 256 byte
Kích thước khuôn mẫu: 512 byte
Dung lượng lưu trữ: 250
Mức độ an ninh: 5 (1,2,3,4,5 (cao nhất))
Tỷ lệ chấp nhận sai (FAR): 0.0001%
Tỷ lệ từ chối sai (FRR): 0.1%
Nghị quyết 500 DPI
Cửa an ninh dùng cảm biến vân tay.


Trang 3/30

Điện áp: 3,6-6,0 VDC
Dòng hoạt động: Tiêu biểu 90 mA, Peak 150mA
Cách so khớp: 1: N
Môi trường hoạt động Nhiệt độ: -20 đến 45 ° C
1.1.3 Nguyên lý hoạt động.
Nguyên lí hoạt động của module cảm biến vân tay cơ bản gồm 2 phần.

Lấy dữ liệu hình ảnh của vân tay: Khi lấy dữ liệu ,modul sẽ lấy dữ liệu hình ảnh vân
tay 2 lần thông qua cảm biến quang học và xử lí 2 hình ảnh này để tạo ra một mẫu
Kết hợp các dữ liệu để tạo ra mẫu vân tay: Quá trình này sảy ra sau khi đã có hình ảnh
vân tay .Đây là quá trình kết hợp 2 mẫu hình ảnh vân tay để tạo ra một mẫu .Hệ thống sẽ
xử lí để lưu chữ vào thư viện vân tay của module.
1.1.4 Giao tiếp với vi điều khiển thông qua UART.
Giao tiếp thông qua UART với tốc độ Baud mặc định là 57600 và có thể cài đặt tốc độ
này trong dải từ 9600 -> 115200

Hình 1-2: Khung truyền định dạng 10bit.

1.1.5 Giao thức truyền gói dữ liệu.

Hình 1-3: Định dạng gói dữ liệu

Header (2byte): 2 byte truyền đầu tiên trong gói dữ liệu .Được mặc định giá trị
0xEF01
Adder (4byte): 4 byte địa chỉ của module .Giá trị mặc định ban đầu là 0xFFFFFFFF
Package identifier(1 byte) : Định dạng loại gói dữ liệu
0x01 : Gói lệnh
0x02 : Gói dữ liệu
Cửa an ninh dùng cảm biến vân tay.


Trang 4/30

0x07 : Gói xác nhận
0x08 : Gói kết thúc dữ liệu
Package length(2 byte): chiều dài gói dữ liệu tính từ Package content đến Checksum
Đơn vị chiều dài là byte

Package content : Dữ liệu .Có thể là lệnh,dữ liệu,xác nhận
Checksum(2 byte) : Là tổng số học của Package identifier ,Package length ,Package
conten.
1.2 PIC16F877A.
1.2.1 Giới thiệu.
Là loại vi điều khiển 8bit tầm trung của hãng microchip.
Có kiến trúc Havard, sử dụng tập lệnh kiểu RISC với chỉ 35 lệnh cơ bản.
Tất cả các lệnh được thực hiện trong một chu kì lệnh ngoại trừ các lệnh rẽ nhánh.

Hình 1-3: Sơ đồ chân của chip 40 chân.

Cửa an ninh dùng cảm biến vân tay.


Trang 5/30

 Cấu trúc tổng quát:
8 K Flash ROM.
368 Bytes RAM.
256 Bytes EEPROM.
5 ports (A, B, C, D, E) vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập.
2 bộ định thời 8 bits (Timer 0 và Timer 2).
Một bộ định thời 16 bits (Timer 1) có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng
lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung Clock ngoài.
2 bô CCP.
1 bộ biến đổi AD 10 bits, 8 ngõ vào.
2 bộ so sánh tương tự (Compartor).
1 bộ định thời giám sát (WatchDog Timer).
Một cổng song song 8 bits với các tín hiệu điều khiển.
Một cổng nối tiếp.

15 nguồn ngắt.
Có chế độ tiết kiệm năng lượng.
Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP
Được chế tạo bằng công nghệ CMOS
35 tập lệnh có độ dài 14 bits.
Tần số hoạt động tối đa 20MHz.
1.2.2 Chức năng.

Cửa an ninh dùng cảm biến vân tay.


Trang 6/30

Hình 1-4: Các chức năng cơ bản.

1.2.3 Các cổng xuất nhập của PIC16F877A.
Cổng xuất nhập (I/O port) chính là phương tiện mà vi điều khiển dùng để tương tác
với thế giới bên ngoài. Sự tương tác này rất đa dạng và thông qua quá trình tương tác đó,
chức năng của vi điều khiển được thể hiện một cách rõ ràng.
Một cổng xuất nhập của vi điều khiển bao gồm nhiều chân ( I/O pin), tùy theo cách bố
trí và chức năng của vi điều khiển mà số lượng cổng xuất nhập thông thường, một số chân
xuất nhập còn có thêm chức năng khác để thể hiện sự tác động của các đặc tính nêu trên
đối với thế giới bên ngoài.
Chức năng của từng chân xuất nhập trong mỗi cổng hoàn toàn có thể được xác lập và
điều khiển được thông qua các thanh ghi SFR liên quan đến chân xuất nhập đó.
Vi điều khiển PIC16F877A có 5 cổng xuất nhập, bao gồm PORTA, PORTB, PORTC,
PORTD và PORTE.

Cửa an ninh dùng cảm biến vân tay.

Trang 7/30

CHƯƠNG 2.
2.1 Sơ đồ khối.

Cửa an ninh dùng cảm biến vân tay.

THIÊT KẾ MẠCH


Trang 8/30

Hình 2-1: Sơ đồ khối của mạch.

 Trong đó:
Khối máy tính (laptop): điều khiển thiết bị dùng lệnh on/ off thiết bị, hiển thị và so
sánh dấu vân tay.
Khối vi xử lý (Pic16F877A): Xử lý lệnh từ máy tính để điều khiển thiết bị.
Khối cảm biến vân tay: đọc dấu vân tay.
Khối relay board: thực hiện lệnh on/ off từ máy tính bằng cách đóng ngắt công tắc.
Các khối thiết bị: biểu thị lênh từ máy tinh bằng cách bật/ tắt
Khối nguồn: cung cấp nguồn cho thiết bị.
 Ghi chú: có thể thay thế khối relay board, khối thiết bị, khối nguồn thành 1 đèn
LED để dễ dàng kiểm tra kết quả.

Cửa an ninh dùng cảm biến vân tay.


Trang 9/30

2.2 Mô phỏng trên Proteus.

Hình 2-2: Hình mô phỏng.

2.3 Lưu đồ giải thuật.
Bắt đầu

Khởi tạo hệ thống

Nhập dấu vân tay

So sánh vân tay
Cửa an ninh dùng cảm biến vân tay.


Trang 10/30

Nhập username và pass

Điều khiển

Chọn cổng COM

Giá trị = 0,..,7

Thiết bị 1,..,4 ON/OFF

Ngắt cổng COM

Kết thúc

CHƯƠNG 3.

THI CÔNG

3.1 Giao tiếp UART giữa Pic và máy tính.
3.1.1 Giới thiệu.
. UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter. Thường là một
mạch tích hợp được sử dụng trong việc truyền dẫn dữ liệu nối tiếp giữa máy tính và các
thiết bị ngoại vi. Rất nhiều vi điều khiển hiện nay đã được tích hợp UART, vì vấn đề tốc
độ và độ điện dụng của UART không thể so sánh với các giao tiếp mới hiện nay nên các
dòng PC & Laptop đời mới không còn tích hợp cổng UART. Như các bạn đã biết giao
tiếp SPI và I2C có 1 dây truyền dữ liệu và 1 dây được sử dụng để truyền xung clock
(SCL) để đồng bộ trong giao tiếp. Với UART thì không có dây SCL, vấn đề được giải
Cửa an ninh dùng cảm biến vân tay.


Trang 11/30

quyết khi mà việc truyền UART được dùng giữa 2 vi xử lý với nhau, đồng nghĩa với việc
mỗi vi xử lý có thể tự tạo ra xung clock cho chính nó xử dụng.
Để bắt đầu cho việc truyền dữ liệu bằng UART, một START bit được gửi đi, sau đó là
các bit dữ liệu và kết thúc quá trình truyền là STOP bit.

Hình 3-1: Giao tiếp UART.

Như hình các bạn có thể thấy. Khi ở trạng thái chờ mức điện thế ở mức 1 (high). Khi
bắt đầu truyền START bit sẻ chuyển từ 1 xuống 0 để báo hiệu cho bộ nhận là quá trình
truyền dữ liệu sắp xảy ra. Sau START bit là đến các bit dữ liệu D0-D7 (Theo hình vẽ các

bit này có thể ở mức High or Low tùy theo dữ liệu). Sau khi truyền hết dữ liệu thì đến Bit
Parity để bộ nhận kiểm tra tính đúng đắn của dữ liệu truyền (vấn đề này mình sẽ giải thích
rõ hơn trong tài liệu CRC trong thời gian tới). Cuối cùng là STOP bit là 1 báo cho thiết bị
rằng các bit đã được gửi xong. Thiết bị nhận sẽ tiến hành kiểm tra khung truyền nhằm
đảm báo tính đúng đắn của dữ liệu.
3.1.2 Các thông số cơ bản trong truyền nhận UART.
Baund rate (tốc độ baund ): Khoảng thời gian dành cho 1 bit được truyền. Phải được
cài đặt giống nhau ở gửi và nhận.
Frame (khung truyền ): Khung truyền quy định về số bit trong mỗi lần truyền.
Start bit : là bit đầu tiên được truyền trong 1 Frame. Báo hiệu cho thiết bị nhận có một
gói dữ liệu sắp đc truyền đến. Bit bắt buộc.
Data : dữ liệu cần truyền. Bit có trọng số nhỏ nhất LSB được truyền trước sau đó đến
bit MSB.
Parity bit : kiểm tra dữ liệu truyền có đúng không.

Cửa an ninh dùng cảm biến vân tay.


Trang 12/30

Stop bit : là 1 hoặc các bit báo cho thiết bị rằng các bit đã được gửi xong. Thiết bị
nhận sẽ tiến hành kiểm tra khung truyền nhằm đảm bảo tính đúng đắn của dữ liệu. Bit bắt
buộc.
3.2 Phần mền Microsoft Visual Studio.
Là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) từ Microsoft.
Sử dụng để phát triển chương trình máy tính cho Microsoft Windows, cũng như các
trang web, các ứng dụng web và các dịch vụ web.
Sử dụng nền tảng phát triển phần mềm của Microsoft như Windows API, Windows
Forms, Windows Presentation Foundation, Windows Store và Microsoft Silverlight.
Có thể sản xuất cả hai ngôn ngữ máy và mã số quản lý.

Visual Studio hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau và cho phép trình biên tập mã
và gỡ lỗi để hỗ trợ (mức độ khác nhau) hầu như mọi ngôn ngữ lập trình. Các ngôn ngữ
tích hợp gồm có C,[4] C++ và C++/CLI (Visual C++), VB.NET (Visual Basic.NET), C#
(Visual C#) và F#. Hỗ trợ cho các ngôn ngữ khác như J++/J#, Python và Ruby thông qua
dịch vụ cài đặt riêng rẽ. Ngoài ra cũng hỗ trợ XML/XSLT, HTML/XHTML, JavaScript và
CSS.

Hình 3-2: Giao diện chính của phần mềm.

Cửa an ninh dùng cảm biến vân tay.


Trang 13/30

Hình 3-3: Cửa sổ làm việc.

Cửa an ninh dùng cảm biến vân tay.


Trang 14/30

3.3 Thiết kế phần mềm.
Giao diện điều khiển:

Hình 3-4: Giao diện so sánh vân tay.

Hình 3-5: Giao diện đăng nhập.

Cửa an ninh dùng cảm biến vân tay.

Trang 15/30

Hình 3-6: Giao diện điều khiển.

3.4 Nguyên lý hoạt động.
Đầu tiên chúng ta click vào “Lấy dấu vân tay” để mở phần mềm “SFGDemo” để
lấy dấu vân tay. Sau khi lấy hoàn thành ta lưu hình ảnh lại.
Kế tiếp ta click vào biểu tượng thư mục để mở hình ảnh đã có và hình ảnh mới
lưu và click tiếp vào nút “chạy” để so sánh hai dấu vân tay.
Nếu hai dấu vân tay chính xác thì nút “Login” sẽ hiện lên. Nhấn vào và ta sẽ vào
Form Login.
Ở Form này, ta sẽ nhập username và password để đăng nhập. Khi username và
password chính xác thì nút “ Control” sẽ hiện. Click vào đó chúng ta sẽ qua Form
mới là Form điều khiển.
Ở Form điều khiển này ta có thể chọn cổng COM của phòng cần điều khiển sau
đó điều khiển các thiết bị theo ý muốn.
Nếu muốn kết thúc ta nhấn nút “Thoát”.
3.5 Thi công phần cứng.
3.5.1 Sơ đồ mạch in.
Để tạo mach in chúng ta có thê sử dụng nhiều phần mềm khác nhau. Ở đây
chúng ta sử dụng Proteus 8.

Cửa an ninh dùng cảm biến vân tay.


Trang 16/30

Hình 3-7: Layout mạch in

Cuối cùng ta vào Output -> Print Layout -> Printer -> Name: Foxit Reader PDF
Printer -> OK, ta được mạch như sau:

Cửa an ninh dùng cảm biến vân tay.


Trang 17/30

Hình 3-8: Sơ đồ mạch in.

3.5.2 Mạch thực tế.

Hình 3-9: Mạch thực tế.

Cửa an ninh dùng cảm biến vân tay.


Trang 18/30

Hình 3-10: Mạch in thực tế.

CHƯƠNG 4.

KẾT LUẬN, ỨNG DỤNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

4.1 Kết luận.

Cửa an ninh dùng cảm biến vân tay.

Trang 19/30

Mach hoạt động đúng theo yêu cầu:
Hiển thị được đươc dấu vân tay và so sánh được.
Có thê điều khiển được thiết bị.
Sử dụng được mật khẩu để đăng nhập.
Điều khiển thiết bị có thời gian trễ.
So sánh dấu vân tay khá chính xác.
4.2 Ứng dụng.
Mạch có thể được sử dụng ở nhiều nơi khác nhau như cửa nhà, cửa phòng, cửa
các loại dùng để bảo hiểm.
4.3 Hướng phát triển.
Có thể thay thế sử dụng kết hợp mạng Internet để thông báo.
Có thể thêm chức năng lưu thời gian biểu của người sử dụng.
Kết hợp nhiều thiết bị vô tuyến để có thể điều khiển từ xa.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trang web:
[1].
[2]. />
Cửa an ninh dùng cảm biến vân tay.