THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG GỬI NHẬN HÀNG TỰ ĐỘNG – BẢO MẬT BẰNG VÂN TAY

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG GỬI NHẬN HÀNG TỰ
ĐỘNG – BẢO MẬT BẰNG VÂN TAY

Họ và tên sinh viên: TRẦN THANH THOA
NGUYỄN ANH KIỆT
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa: 2012-2016

TP.Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2016


THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG GỬI NHẬN HÀNG TỰ
ĐỘNG – BẢO MẬT BẰNG VÂN TAY

TÁC GIẢ

TRẦN THANH THOA – NGUYỄN ANH KIỆT

Khóa luận tốt nghiệp được đệ trình đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành Cơ Điện Tử

Giáo viên hướng dẫn:
Th.S Nguyễn Tấn Phúc

Tháng 06 năm 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TPHCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ - CÔNG NGHỆ

ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

-----------------------------------

---------------------------------


-------------Ngày 22 tháng 02 năm 2016
NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
KHOA: CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN: Cơ Điện tử
Họ và tên sinh viên: 1) Trần Thanh Thoa,

MSSV: 12153183

2) Nguyễn Anh Kiệt,

MSSV: 12153092

1. Tên đề tài :
Thiết kế, chế tạo hệ thống gửi nhận hàng tự động - bảo mật bằng dấu vân tay.
2. Nhiệm vụ giao (ghi rõ nội dung phải thực hiện):
- Tìm hiểu các phương thức gửi – nhận hàng hóa cá nhân tại các khu vực công cộng
như: bãi giữ xe, siêu thị…

- Tìm hiểu và thiết kế hệ thống bảo mật bằng dấu vân tay người gửi khi gửi và nhận
hàng.
- Thiết kế, chế tạo mô hình một hệ thống gửi - nhận có sử dụng công nghệ bảo mật đã
tìm hiểu .
3. Ngày giao: 22/2/2016.
4. Ngày hoàn thành: 15/5/2016.
5.Họ và tên người hướng dẫn:
Th.S Nguyễn Tấn Phúc
Nội dung và yêu cầu LA đã được thông qua Bộ môn
Ngày …. tháng ….. năm 2016.
Trưởng Bộ Môn

PHẦN DÀNH CHO KHOA:
-

Người duyệt:

Ngày bảo vệ:

Nội dung hướng dẫn
Tất cả.
Người hướng dẫn
Ký tên, ghi rõ họ và tên


Lời cảm ơn

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc
LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin trân trọng cảm ơn tất cả quý thầy cô ở trường Đại học Nông Lâm
TP.Hồ Chí Minh và quý Thầy Cô trong khoa Cơ Khí - Công Nghệ đã trang bị cho
chúng em những kiến thức quý báu cũng như đã giúp đỡ chúng em trong suốt quá
trình học tập tại trường.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã giúp
đỡ chúng em nhiệt tình trong thời gian thực hiện đề tài.
Chúng em cũng xin bày tỏ sự biết ơn chân thành đối với thầy Nguyễn Tấn Phúc
đã tận tình hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình làm Luận văn tốt nghiệp.
Đặc biệt, chúng em xin cảm ơn quý thầy cô trong hội đồng đã dành thời gian
nhận xét và góp ý để luận văn của chúng em hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến những người thân cũng như bạn bè
đã động viên, ủng hộ và luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng em trong suốt quá
trình hoàn thành luận văn.

TPHCM, tháng 06 năm 2016
Sinh viên thực hiện

TRẦN THANH THOA
NGUYỄN ANH KIỆT

4


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc
TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu “Thiết kế, chế tạo hệ thống gửi nhận hàng tự động – bảo mật
bằng vân tay” được thực hiện tại trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh,

thời gian từ tháng 3 đến tháng 6 năm 2016.
Đề tài đã thực hiện thành công và đạt được kết quả khả quan như xây dựng
được một mô hình gửi và nhận hàng tự động – bảo mật bằng vân tay với cơ cấu robot
gồm 3 bậc tự do được truyền động bằng vitme – đai ốc thông qua động cơ bước. Code
chương trình được lập trình bằng ngôn ngữ C trên nền phần mềm IDE của vi điều
khiển Arduino.
Xây dựng được một báo cáo hoàn chỉnh về các bước để thiết kế phần cứng lẫn
phần mềm của hệ thống gửi và nhận hàng – bảo mật bằng vân tay. Để làm tiền đề cho
các khóa sau tìm hiểu, phát triển thêm và ứng dụng sâu vào thực tế của cả hệ thống.
Nội dung báo cáo được trình bày theo bố cục sau:
+ Chương 1: Tổng quan
+ Chương 2: Cơ sở lý thuyết
+ Chương 3: Mô hình hóa và mô phỏng
+ Chương 4: Kết quả và khảo nghiệm
+ Chương 5: Kết luận
Do thời gian thực hiện còn hạn chế, trình độ và kinh nghiệm có giới hạn nên đề
tài còn nhiều thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý
thầy cô và bạn bè để đề tài của chúng em càng được hoàn thiện hơn.

5


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc
MỤC LỤC

6

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AC: .........................Alternating Current.
CCS:........................Commitment Control System
CPU:.......................Computer Processor Unit.
DC: .........................Direct Current.
IC: ..........................International Circuit.
IDE: ........................Intergrated Development Environment.
LCD: ......................Liquid Crystal Display.
RX:..........................Recceiver.
SPI:.........................Serial Peripheral Interface.
TX:..........................Transmitter
UART: ....................Universal Asynchronous Recceiver - Transmitter.

DANH MỤC HÌNH

7


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc

DANH MỤC BẢNG

8

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc

Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Lý do chọn đề tài
Trong thời đại phát triển hiện nay, vấn đề an ninh bảo mật luôn là vấn để được
đặt lên hàng đầu không chỉ được quan tâm trong lĩnh vực quốc phòng mà ngay trong
các lĩnh vực đời sống của con người. Công nghệ ngày càng hiện đại đòi hỏi chúng ta
loại bỏ các công cụ bảo mật thông thường thay vào đó là các công cụ bảo mật có tính
riêng biệt và có độ an toàn cao hơn. Bảo mật bằng vân tay đã kịp thời ra đời và phát
triển để đáp ứng đầy đủ tất cả các yếu tố trên với độ bảo mật gần như là tuyệt đối.
Đồng thời đó, nhu cầu cuộc sống của con người cũng tăng theo dẫn tới những công
việc sử dụng bằng chân tay dần bị loại bỏ thay thế vào đó là quá trình tự động và bán
tự động. Chẳng hạn như hệ thống gửi và nhận hàng tự động được sử dụng trong các
khu thương mại, các công ty, rạp chiếu phim, thư viện hay các nhà hàng,… Thay vì sử
dụng nhân viên với nhiệm vụ nhận hàng, đánh dấu hàng, đưa phiếu hàng và lưu trữ
hàng như các hệ thống gửi và nhận hàng thông thường vừa không đảm bảo độ an toàn
vừa gặp bất tiện về thời gian cũng như thủ tục sử dụng hoặc phụ thuộc quá nhiều vào
nhân viên làm phát sinh quá trình ùn tắc, chen lấn khi sử dụng.
Tại sao chúng ta không kết hợp giữa việc sử dụng chính dấu vân tay của mình để
gửi và nhận hàng một cách tự động. Khi đó quá trình gửi và nhận hàng của người sử
dụng sẽ đơn giản hơn rất nhiều không còn phải phụ thuộc vào nhân viên làm việc,
không bất tiện về mặt thời gian cũng như giải quyết các vấn đề thủ tục, chen lấn, xô
đẩy và đặc biệt đảm bảo độ bảo mật, an toàn hơn rất nhiều (gần như tuyệt đối).
Bởi những lý do đó nên nhóm em đã thực hiện nghiên cứu đề tài “THIẾT KẾ,
CHẾ TẠO HỆ THỐNG GỬI NHẬN HÀNG TỰ ĐỘNG – BẢO MẬT BẰNG VÂN
TAY”, với tính năng gửi và nhận hàng hóa một cách tự động thông qua vân tay của

con người. Khá đơn giản, người dùng chỉ cần lưu dấu vân tay khi gửi và kiểm tra dấu
vân tay khi nhận hàng theo đúng hướng dẫn có sẳn trên màn hình LCD, nếu đúng dấu
vân tay hệ thống sẽ tự động gửi trả lại hàng hóa cho người sử dụng một cách chính
xác.
1.2. Mục tiêu đề tài
Mục tiêu trước hết hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp.
Áp dụng lý thuyết đã học vào thực tế phát huy những khả năng của vi điều khiển
và các thiết bị công nghệ cao nhằm tạo ra những sản phẩm có tính ứng dụng cao trong
cuộc sống hằng ngày.
Nâng cao về khả năng lập trình các chương trình trên nền tảng board Arduino và
khả năng vẽ, thiết kế trên các phần mềm thiết kế.
Thiết kế, chế tạo và hoàn thiện mô hình gửi nhận hàng tự động – bảo mật bằng
vân tay giúp đảm bảo an toàn một cách tối đa hàng hóa cũng như bỏ đi sự bất tiện về
thời gian, thủ tục và nhân viên làm việc.
9


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc

Cải thiện khả năng gắn kết và làm việc theo nhóm.
Ngoài ra, nhóm còn muốn lấy đề tài làm nền tảng cho các khóa sau nghiên cứu,
phát triển và hoàn thiện hệ thống một cách đầy đủ hơn để ứng dụng không chỉ trong
học tập mà còn ngoài thực tế trong công nghệ gửi và nhận hàng tự động.
1.3. Nội dung đề tài
Sưu tầm, tổng hợp, tóm tắt lý thuyết về công nghệ tự động, công nghệ nhận dạng
dấu vân tay ngoài thực tế.
Thiết kế và chế tạo mô hình gửi nhận hàng tự động – bảo mật bằng vân tay với 2
chức năng sau:

+ Gửi hàng: khi người dùng muốn gửi hàng. Khi đó người dùng chỉ cần thực hiện
việc nhấn nút gửi hàng và giao diện LCD sẽ hướng dẫn thực hiện việc lưu vân tay và
vị trí đặt hàng. Sau khi việc lưu vân tay thành công và đặt hàng đúng vị trí thì hệ thống
sẽ dịch chuyển đưa hàng một ngăn nhất định theo thứ tự từ ngăn đầu tiên đến ngăn
cuối cùng. Cứ như vậy cho người tiếp theo đến gửi hàng.
+ Nhận hàng: khi người dùng muốn nhận hàng. Tương tự, khi đó người dùng chỉ
cần việc nhấn nút nhận hàng và giao diện LCD sẽ hướng dẫn thực hiện việc kiểm tra
vân tay. Sau khi kiểm tra, nếu đúng vân tay đã lưu lúc gửi hàng thì hệ thống sẽ dịch
chuyển tới ngăn chứa hàng và đưa hàng ra đúng vị trí để lấy hàng.
Khảo sát độ ổn định và tính chính xác của các thiết bị được sử dụng trong đề tài.
Khảo nghiệm tính hoàn thiện, chính xác và ổn định khi hoạt động của mô hình.
1.4. Lịch sử nghiên cứu
1.4.1 Lịch sử công nghệ nhận dạng vân tay
Thế kỉ thứ XIV, người Trung Quốc dùng mực bôi đen dấu vân tay của một cậu bé
ra đời rồi in lên giấy, đánh dấu cho công nghệ nhận dạng dấu vân tay ra đời.
Tháng 7 năm 1858, William Herschel một cai trị người Anh tại Ấn Độ do quá
bức xúc với tính gian trá đã bắt thương gia bản xứ là Rajyadhar Konai in dấu bàn tay
lên mặt sau của một tờ hợp đồng.
Khoa học về dấu vân tay được Francis Galton khởi xướng vào cuối thế kỉ thứ
XIX
Năm 1880, Henry Faulds đưa ra lý luận về số lượng vân tay RC để đánh giá mực
độ phụ thuộc của vân tay vào gen di truyền.
Năm 1968, nhà khoa học Holt đã chứng minh được rằng có thể dự đoán tương
đối chính xác tổng số lượng vân tay TRC và mức độ phụ thuộc của chúng vào gen di
truyền của mổi người.
Nữa sau thế kỉ XIX, Richard Edward Henry của Scotland Yard (cơ quan an ninh
Anh) đã phát triển phương pháp phân loại và nhận dạng dấu vân tay.
10

Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc

Năm 1892, phương pháp phân loại và nhận dạng dấu vân tay được Francis Galton
cải tiến và được sử dụng làm cơ sở thực nghiệm với độ tin cậy cao.
Năm 1924, FBI ( Federal Bureau of Investigation) đã biết lưu trữ 250 triệu vân
tay của công dân cho mục đích điều tra tội phạm và nhận dạng những người bị chết mà
không biết rõ họ tên.
Từ đó, việc sử dụng dấu vân tay để nhận dạng được áp dụng rộng rãi trong đời
sống của các nước công nghiệp phát triển. Dấu vân tay không chỉ sử dụng trong lĩnh
vực hình sự mà còn được sử dụng trong việc xác nhận nhân thân của cá nhân khi truy
cập mạng, mở khóa hay được dùng trong y học, ngân hàng,..
1.4.2 Lịch sử gửi và nhận hàng hóa bảo mật bằng vân tay
Đồ án tốt nghiệp đại học Bách Khoa Đà Nẵng năm 2013: “ Thiết kế và chế tạo
mô hình bãi giữ xe ứng dụng cảm biến vân tay”.
1.5. Đối tượng nghiên cứu
Tìm hiểu về board mạch vi xử lý Arduino Mega 2560.
Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình C trên phần mềm IDE
Tìm hiểu công nghệ nhận dạng vân tay của cảm biến vân tay R305.
Tìm hiểu về driver A3967 và driver TB6560 điều khiển động cơ bước.
Tìm hiểu nguyên lý hoạt động và cách điều khiển động cơ bước.
Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của vitme.
Tìm hiểu cách vận hành vitme qua động cơ bước.
1.6. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
Vật liệu nghiên cứu:
+ Board vi xử lý Arduino Mega 2560.
+ Module nhận diện dấu vân tay R305.
+ Module driver điều khiển động cơ bước A3967 và TB6560.
+ Cơ cấu robot: động cơ bước 1.80 NEMA, động cơ linear head, 1 vitme – đai ốc

bi, 1 vitme – đai ốc ren, 2 ụ gối đỡ, trục dẫn hướng 8y, bộ giá bi trượt SC8UU, kẹp
trục đơn dẫn hướng, con lăn, bulông, đai ốc, dây đai.
+ Vật liệu làm khung: nhôm định hình 2020, ke vuông nhôm 2020, sắt hộp vuông
12, mica 8mm và 6mm và nhôm lá mỏng.
Phần mềm nghiên cứu:
+ IDE: Phần mềm lập trình cho Arduino bằng ngôn ngử C hoặc C#.
+ SolidWorks 2010: Phần mềm thiết kế mô hình 3D và mô phỏng.
11


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc

+ Autocad 2011: Phần mềm lập bản vẽ chế tạo.
+ Proteus 8.0: Mô phỏng mạch điều khiển.
Phương pháp nghiên cứu:
+ Từ những tài liệu, sách, báo, internet có liên quan tới đề tài.
+ Tìm hiểu và phát triển dựa trên các hệ thống gửi và nhận hàng ngoài thực tế.
+ Tìm hiểu trên nền tảng các đề tài có liên quan đến cảm biến vân tay.
+ Tìm kiếm và học hỏi những kiến thức từ những người đi trước.
1.7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học:
+ Từ kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần làm cơ sở thực tiễn và lý luận để
phát triển mô hình hoàn chỉnh có thể thương mại hóa.
+ Là cơ sở, tiền đề cho các khóa sau phát triển ý tưởng và hoàn chỉnh thêm mô
hình.
+ Góp phần thêm nội dung, kiến thức làm phong phú thêm giáo trình phục vụ cho
việc giảng dạy.
+ Tạo ra cái mới trong việc liên kết giữa công nghệ tự động với vi điều khiển.

+ Tạo bước đột phá mới trong việc ứng dụng của công nghệ nhận dạng vân tay
vào nhu cầu cuộc sống.
Ý nghĩa thực tiễn:
+ Góp phần đưa ra ý tưởng mới có thể áp dụng cho công nghệ gửi và nhận hàng
hóa ngoài thực tiễn.
+ Ứng dụng rộng rãi trong các siêu thị, nhà hàng, rạp chiếu phim,..có khu gửi và
nhận hàng riêng.
+ Giải quyết những vấn đề cấp bách của một hệ thống gửi và nhận hàng thông
thường như xếp hàng, chen lấn, tốn thời gian thủ tục, phụ thuộc quá nhiều vào nhân
viên và đặc biệt vần đề an toàn, bảo mật.
+ Áp dụng cao tính tự động hóa giảm thiếu khả năng lao động của con người
cũng như thời gian, thủ tục lưu trữ hàng hóa.
+ Giá thành chi phí thấp, giảm vốn đầu tư vào tiền thuê nhân viên.
+ Thu hút vốn đầu tư, mở rộng một hình thức kinh doanh mới.
+ Khẳng định khả năng thích ứng của nền công nghiệp – tự động hóa nước nhà.

1.8. Kết quả dự kiến đạt được
12


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc

Một mô hình gửi và nhận hàng hóa tự động – bảo mật bằng vân tay thực hiện
chức năng gửi và nhận hàng hóa một cách tự động bằng dấu vân tay không giới hạn
người sử dụng với độ bảo mật và an toàn cao cụ thể như sau:
+ Khối lượng cả mô hình: 15Kg
+ Gồm 6 ngăn chứa hàng, 6 ngăn chứa pallet.
+ Kích thước mô hình: 900x450x450(mm)

+ Kích thước ngăn chứa hàng: 150x150x150 (mm)
+ Kích thước ngăn chứa Pallet: 150x150x50 (mm)
+ Kích thước Pallet: 150x120x20 (mm)
+ Kích thước hàng hóa gửi: 140x130x50 (mm)
+ Cận nặng tối đa hàng hóa gửi: 1Kg
+ Thời gian trung bình hoàn thành khi gửi một sản phẩm: 3 phút
+ Thời gian trung bình hoàn thành khi nhận một sản phẩm: 3 phút
+ Độ ổn định, tính chính xác khi hoạt động của cả mô hình: 95%.

Hình 1-1: Mô hình gửi và nhận hàng hóa tự động_bảo mật bằng vân tay dự kiến

Chương 2
13


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Vi điều khiển 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 và 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 sử dụng phổ biến bao gồm: Arduino Nano,
Arduino Uno, Arduino Mega, Arduino Pro Mini, Arduino Enthernet….
Phần này nhóm xin trình bày cấu trúc, thông số kỹ thuật, phần mềm và ứng

dụng của board Arduino Mega 2560 được sử dụng trong đề tài.

Hình 2-1: Cấu trúc board Aduino Mega 2560
+ Cấu trúc: như hình 2-1 bao gồm những phần chính như sau:
•

Power Supply: để chạy Arduino thì có thể lấy nguồn từ cổng USB
nhưng trong nhiều trường hợp không thể lấy nguồn từ máy tính thông
qua cổng USB. Lúc đó, ta có thể sử dụng nguồn một chiều có giá trị từ 6
– 20V cấp nguồn vào đây.
• USB Interface: cổng giao tiếp để nạp chương trình từ PC lên vi điều
khiển. Đồng thời cũng là cổng giao tiếp seria để truyền dữ liệu vi điều
khiển với máy tính.
• Power Pins: dãy các chân nguồn của Arduino.
• Analog Input Pins: dãy các chân nhận hoặc xuất các tín hiệu analog.
14


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc

• Vi điều khiển ATmega 2560: bộ xử lý trung tâm của toàn bộ board mạch.
• Digital Pins: dãy các chân nhận hoặc xuất tín hiệu số.
• TX/RX Leds: đèn báo hiệu khi có tín hiệu truyền và nhận dữ liệu của
board.
• Test Led 13: led dùng để kiểm tra board.
• Power Led: đèn led báo hiệu khi có nguồn nạp vào board.
+ Thông số kỹ thuật: board Arduino Mega 2560 sử dụng chip Atmega2560 với
bộ nhớ 256KB trong đó có 8KB dùng cho “bootloader”. Dung lương RAM 8KB và

4KB EEPROM. Ngoài ra, còn một số thông số khác như điện áp hoạt động, tần số hoạt
động, điện áp giới hạn, số chân analog và digital,… được thể hiển qua bảng 2-1 sau:
Bảng 2-1: Bảng thông số kỹ thuật của board Arduino Mega 2560
Vi điều khiển

Atmega2560

Điện áp hoạt động
Tần số hoạt động
Dòng điện tiêu thụ
Điện áp vào khuyên dùng
Điện áp vào giới hạn
Số chân Digital I/O
Số chân Analog
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O
Dòng ra tối đa (5V)
Dòng ra tối đa (3.3V)
Giao tiếp UART
Giao tiếp SPI

5V – DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
16MHz
30mA
7 – 12V DC
6 – 12V DC
54 (15 chân PWM)
16 (độ phân giải 10 bit)
30 mA
50 mA
50 mA

4 bộ UART
1 bộ (chân 50 đến 53) dùng vào
thư viên SPI
1 bộ
256 KB (Atmega2560) với 8 dùng bởi
bootloader
8 KB (ATmage328)
4 KB (ATmage328)

Giao tiếp I2C
Bộ nhớ Flash
RAM
EEPROM

+ Phần mềm: Môi trường phát triển tích hợp (IDE) của Arduino Mega 2560 là
một ứng dụng cross-platform được viết bằng Java làm nền tảng sau đó phát triển lên
ngôn ngữ lập trình xử lý được viết bằng ngôn ngữ C hoặc C++ với thư viện phần mềm
được tích hợp sẳn “ Wiring” giúp thao tác input/output một cách dễ dàng hơn. Khi sử
dụng người dùng chỉ cần định nghĩa 2 hàm để tạo ra một chương trình vòng thực thi có
thể chạy được.
• Setup(): hàm này chạy mỗi khi khởi động một chương trình, dùng để
thiết lập các cài đặt.
• Loop(): hàm này được gọi lặp lại cho đến khi tắt nguồn board mạch.

15


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc

+ Ứng dụng: Arduino Mega 2560 được sử dụng rộng rãi trong điều khiển tự
động. Đơn giản như mạch biến cảm ánh sáng, mạch điều khiển động cơ hay cao hơn là
ứng dụng trong các sản phẩm như robot, khinh khí cầu, máy in 3D, máy bay không
người lái, … Hệ thống Arduino có thể tương tác với nhiều thiết bị như các hệ thống
cảm biến đa dạng (cảm biến nhiệt độ, gia tốc, vận tốc, lưu lượng,..), các thiết bị hiển
thị ( đèn Ledca, LCD, ..), các module chức năng hổ trợ kết nối có dây hoặc các kết nối
không dây thông dụng, định vị GPS, nhắn tin SMS,..
2.2. Công nghệ nhận dạng vân tay và module R305
2.2.1 Công nghệ nhận dạng vân tay
Vài nét cơ bản về vân tay
+ Gờ vân tay được hình thành trong quá trình phát triển của thai nhi từ tháng
thứ 3 đến tháng thứ 4. Các đường lằn bắt đầu phát triển trên da của ngón cái và các
ngon tay khác.
+ Mục đích của những đường vân giúp cho các ngon tay cầm nắm được chắc
hơn. Những đường vân này cho phép các ngón tay có thể nắm bắt và nhận các đối
tượng.
+ Vân tay là đặc điểm đặc trưng của từng người. Mỗi người đều có một dấu vân
tay đặc trưng riêng của mình nên sẽ không có 2 dấu vân tay nào hoàn toàn giống nhau
ngay cả những cặp song sinh giống hệt nhau thì dấu vân tay cũng sẽ khác nhau. Vân
tay không do thừa kế hay di truyền. Các mô hình chung có thể giống nhau trong gia
đình nhưng mức độ 2, 3 và mức chi tiết cũng sẽ khác nhau. Sau khi hình thành các
đường vân tay này ngày càng mở rộng và thống nhất với tất cả các hướng tăng trưởng
trong cơ thể để mô hình vân tay không bao giờ thay đổi.
+ Dấu vân tay không bao giờ mất đi hay biến dạng vì bất cứ lý do nào đó. Ngay
cả khi các tế bào da bị tổn thương, da mọc lại và cũng sẽ hình thành lại dấu vân tay
như lúc đầu.
Ưu điểm dùng công nghệ vân tay trong bảo mật
+ Với nhu cầu cấp bách đối với bảo mật cao ngày càng tăng, sinh trắc học đã
được nhắm vào để tạo ra một phương pháp nhận dạng cho thế hệ tiếp nối. Sinh trắc

học là nghiên cứu cách thức con người khác nhau dựa vào các yếu tố sinh học, chẳng
hạn như làm thế nào các dấu vân tay của mổi người có hình thức khác nhau. Trong đó
hàng loạt các công nghệ sinh trắc học, nhận dạng dấu vân tay được sử dụng sớm nhất
và mang đến nhiều cơ hội hơn là sử dụng công nghệ sinh trắc học khác.
+ Nhận dạng vân tay có thể là phương pháp phức tạp nhất cho tất cả công nghệ
sinh trắc học và được xác nhận qua nhiều ứng dụng. Nhận dạng vân tay đã chứng thực
một cách đặc biệt về tính hiệu quả cao của nó và là công nghệ được đề cao xa hơn nữa
trong ngành điều tra tội phạm hơn một thế kỷ.
+ Với những thứ có thể giả hoặc mô phỏng được như dáng đi con người, gương
mặt, hoặc chữ ký thì vân tay là duy nhất hoàn hảo theo từng riêng rẻ và cố định không
thay đổi theo thời gian. Tính riêng biệt này đã minh chứng rằng nhận dạng dấu vân tay
là chính xác và hiệu quả hơn các phương pháp nhận dạng khác.
16


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc

+ Ngoài ra, vân tay có thể chụp ảnh lại và được số hóa bằng những thiết bị giá
thành thấp và nén một cách hiệu quả nên chỉ tốn một dung lượng nhỏ để lưu trữ một
lượng dữ liệu lớn các thông tin. Với những sức mạnh này, nhận dạng vân tay là một
phần chủ yếu trên thị trường an ninh và tiếp tục cạnh tranh hơn những cái khác trên
khắp thế giới ngày nay.
Quá trình xử lý nhận dạng vân tay
+ Xử lý nhận dạng vân tay bao gồm hai quy trình thiết yếu: Sự đăng ký
(Enrollment ) và sự nhận dạng (Authentication). Xem các bước thủ tục theo sơ đồ bên
dưới, hệ thống nhận dạng vân tay so sánh giữa hình ảnh vân tay đầu vào và dữ liệu đã
đăng ký trước để xác định vân tay đúng.
1. Sự đăng ký

Thu gom ảnh
vân tay

Sự rút trích
đặc điểm riêng
của vân tay

Mã vân
tay

Sự rút trích
đặc điểm riêng
của vân tay

So sánh

2. Sự nhận dạng
Thu gom ảnh
vân tay

Mã vân tay
đúng

Bước 1: Thu gom hình ảnh vân tay
+ Phương pháp thu gom hình ảnh thời gian thực là sự phân lớp một cách đại
khái là thuộc quang học (optical) và không thuộc quang học (non-optical). Phương
pháp thuộc về quang học là dựa vào hiện tượng phản xạ tuyệt đối trên bề mặt kiến
hoặc tăng cường thêm một lớp chất dẽo ở nơi mà ngón tay tiếp xúc. Mắt đọc thông
thường bao gồm một lăng kính và một khối CCD(Charged Coupled Device) hoặc là
mắt đọc hình ảnh CMOS. Trong sự tương phản, mắt đọc bán dẫn, ví dụ tiêu biểu như

những mắt đọc không thuộc quang học, khai thác những đặc tính thuộc về điện của
ngón tay chẳn hạn như là điện dung. Sóng siêu âm, nhiệt, và áp suất cũng được sử
dụng để đạt được hình ảnh đối với mắt đọc vân tay không thuộc quang học. Những
mắt đọc không thuộc quang học được nói rằng thích hợp một cách tương đối hơn đối
với sự sản xuất qui mô lớn và hạn chế về kích thước chẳn hạng như tích hợp với thiết
bị di động.
+ Dưới đây là bảng chi tiết so sánh.
Bảng 2-2: Bảng so sánh cách thu gom hình ảnh thuộc về quang học và không
thuộc về quang học
Thuộc về quang học
17

Không thuộc về quang


Luận văn tốt nghiệp
Phương
pháp đo
lường
Ưu điểm

Khuyết
điểm

Ứng dụng

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc
Ánh sáng

học

Ánh sáng, nhiệt độ, điện
dung, sóng siêu âm

Thực thi tính ổn định cao
và hình ảnh chất lượng cao

Giá thành thấp với tích
hợp kích cỡ nhỏ, tiêu thụ
nguồn thấp

Tranh giới giá thành cao để
giảm bớt về kích thước
Dể nhằm lẩn với ngón tay
có vết tích hoặc ngón tay
giả
Hệ thống chấm công và
điều khiển ra vào, điều
khiển dịch vụ ngân hàng
và bảo mật máy vi tính

Dễ bị hư bề mặt điện và
gặp khó khăn với nhiệt
độ và ngón tay khô
Bảo mật máy vi tính,
nhận dạng tài chính điện
tử, thiết bị cầm tay và
thẻ thông minh.

Bước 2: Sự rút trích đặc điểm riêng
+ Có hai cách chính để so sánh hình ảnh đầu vào và dữ liệu đã đăng ký. Một là

so sánh một hình ảnh này với hình ảnh khác một cách trực tiếp. Cách khác là so sánh
đặc tính đoạn trích từ mỗi hình ảnh vân tay. Sau cùng là được gọi là việc kết nối so
sánh đặc tính cơ bản (feature-based)/ minutia-based. Mỗi ngón tay có duy nhất một
hình thể riêng theo các đường nổi thành dòng gọi là “ridges” và những vùng lổ giữa
chúng gọi là “valleys”. Như thể hiện ở hình bên dưới, ridges được đại diện là những
đường màu đen, trong đó valleys là trắng.

Hình 2-2: Các ridges và valleys
Bước 3: Sự kết nối so sánh.
+ Sự so sánh xảy ra chỉ một lần giữa hình ảnh vân tay đầu vào và một cái được
chọn từ dữ liệu theo sự khai báo của người dùng. Kết quả đầu ra của các bước so sánh
là có hay không vân tay đầu vào đúng với một vân tay trong dữ liệu
Thị trường ứng dụng
18


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc

+ Thị trường ứng dụng vân tay đối với công nghệ nhận diện dấu vân tay bao
gồm điều khiển truy nhập và ứng dụng khóa cửa, chuột nhận dạng vân tay, điện thoại
di động thông minh, và đặc biệt trong môi trường an ninh và bảo mật.
+ Theo công nghệ tiến bộ cho phép kích cỡ mắt đọc vân tay ngày càng thu nhỏ
nhiều hơn giúp các thiết bị an ninh dùng dấu vân tay ngày càng gọn nhẹ và hiệu quả
hơn làm cho thị trường ứng dụng ngày càng mở rộng.
2.2.2 Module nhận dạng dấu vân tay R305
Đây là module nhận dạng vân tay giao tiếp trục tiếp qua giao thức UART có thể
kết nối trực tiếp đến vi điều khiển hoặc qua PC adapter Max232/USB-Serial. Người sử
dụng có thể lưu trữ dữ liệu vân tay trực tiếp vào module. Module có thể dễ dàng giao

tiếp với các loại vi điều khiển chuẩn 3.3V hoặc 5V. Có một con Led đỏ được bật sáng
nằm sẵn trong ống kính trong suốt quá trình chụp vân tay. Cảm biến với chức năng
tuyệt vời và có thể được nhúng vào các thiết bị như: điều khiển truy cập, két sắt, khóa
cửa nhà, khóa cửa xe,... Có thể chứa lên đến 162 dạng vân tay khác nhau trong bộ nhớ
FLASH của board.

Hình 2-3: Module nhận dạng vân tay R305
Thông số kỹ thuật:
+ Tích hợp xử lý hình ảnh và thuật toán xử lý trên cùng một chip.
+ Khả năng xử lý ảnh đẹp, có thể chụp ảnh tốt với độ phân giải lên đến 500dpi.
+ Tiêu thụ điện năng thấp, giá rẻ, kích thước nhỏ gọn và hiệu suất tuyệt vời.
+ Điện áp cung cấp: 3.3 ~ 5V.
+ Dòng điện tiêu thụ: 90mA, đỉnh 150mA.
19


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc

+ Độ phân giải: 500dpi.
+ Chuẩn giao tiếp: USB - UART (TTL logical logic)
+ Tốc độ Baud rate: 4800 ~ 115200bps.
+ Tốc độ quét: 0.5s.
+ Tốc độ xác nhận: 0.3s.
+ Bề mặt nhận dạng: 15 ~ 18mm.
+ Tỷ lệ lỗi chấp nhận được: 0.0001%.
+ Tỷ lệ lỗi không chấp nhận: 0.1%.
+ Nhiệt độ hoạt động được: -20 ~ 45oC.
+ Kích thước: 50 x 20 x 21.5mm.

Hình 2-4: Kích thước module cảm biến vân tay R305

Nguyên lý hoạt động của module vân tay gồm 2 phần như sau:
+ Lấy dữ liệu hình ảnh của vân tay: Khi lấy dữ liệu, module 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 trữ vào thư viện vân tay trong bộ nhớ FLASH của module.
20


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc

Nguyên lý truyền dữ liệu của module R305 với vi điều khiển
+ 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.
+ Khung truyền định dạng 10bit.

Hình 2-5: Truyền tín hiệu theo chuẩn UART giữa module R305 và Vi điều khiển
+ Để bắt đầu việc thực hiện việc truyền dữ liệu bằng UART, một Star Bit được
gởi đi, sau đó là các bit dữ liệu và kết thúc quá trình truyền là Stop bit.
• Star bit: là bit đầu tiên được truyền trong một frame truyền, bit này có chức
năng báo cho thiết bị nhận biết rằng có một gói dữ liệu sắp được truyền tới.
• Data: là gói thông tin chính mà chúng ta cần gởi và nhận.
• Parity bit: là bit dùng để kiểm tra dữ liệu truyền có đúng không (một cách
tương đối).

• Stop bit: là 01 hoặc nhiều bit báo cho thiết bị nhận rằng một gói dữ liệu đã
được gởi xong.
2.3. Module driver điều khiển động cơ bước
2.3.1. Module driver A3967
Mạch điều khiển động cơ bước A3967 dùng để điều khiển motor step một cách
đơn giản, tương thích với bất cứ tín hiệu có thể xuất ra tín hiệu xung số từ 0 đến 5V
(hoặc xung 0 đến 3.3V nếu hàn jumper SJ2 lại).
Mạch step driver A3967 sử dụng nguồn từ 7V đến 20V, nguồn cấp cho step
motor bất kỳ mức nào.
Trên board có tích hợp ic ổn áp có thể chọn mức nguồn 5V hoặc 3.3V.
Với 4 chế độ điều chỉnh vi bước: full bước, 1/2 bước, 1/4 bước, 1/8 bước thông
qua MS1 và MS2.
2.3.1.1. Cấu trúc module driver A3967

21


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc

Hình 2-6: Cấu trúc module driver A3967
Cấu trúc như hình 2-6 bao gồm những phần chính như sau:
+ Motor Coil A, B: 4 chân ra nối với động cơ bước tương thích với từng cặp.
+ Reset: khởi động lại chương của driver
+ Enable: dùng để kích hoạt các FET điều khiển động cơ.
+ Power In: cung cấp nguồn cho động cơ (từ 6 – 20V, 2A).
+ GND: chân nối đất ( 0V).
+ Output 5V: chân nguồn nuôi toàn bộ driver (không cần cấp do tích hợp sẵn
mạch nguồn LM317).

+ MS1 Input: xác định vi bước.
+ MS2 : xác định vi bước.
+ Step Input: cung cấp xung từ vi điều khiển để điều khiển động cơ. Tùy vào vi
bước mà số xung để chạy 1 bước sẽ khác nhau.
+ Direction Input: thiết lập chiều quay cho động cơ với 2 chế độ HIGH VÀ
LOW tương ứng với quay thuận và nghịch.
2.3.1.2. Cách xác định vi bước
Mặc định ban đầu của driver sẽ thực hiện vi phân 1/8 bước. Để điều khiển chạy

22


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc

Lựa chọn vi bước thông qua 2 pin MS1 và MS2 được trình bày thông qua bảng 2-3
sau:
Bảng 2-3: Bảng lựa chọn chế độ vi bước của driver A3967
MS1

MS2

Độ phân giải vi bước

LOW

LOW

Nguyên bước

HIGH

LOW

1/2 bước

LOW

HIGH

1/4 bước

HIGH

HIGH

1/8 bước

+ Nguyên bước: khi 2 chân MS1 và MS2 đồng thời ở mức LOW thì vi bước sẽ
là nguyên bước nghĩa là 1 xung vào driver thì động cơ quay tương ứng 1 bước.

Hình 2-7: Sơ đồ điều khiển nguyên bước của driver A3967
+ 1/2 bước: khi chân MS1 ở trạng thái HIGH đồng thời chân MS2 ở trang thái
LOW khi đó 2 xung vào driver thì tương ứng động cơ quay 1 bước.

23


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc

Hình 2-8: Sơ đồ điều khiển 1/2 bước của driver A3967
+ 1/4 bước: tương tự khi chân MS1 ở trạng thái LOW đồng thời MS2 ở trạng
thái HIGH khi đó 4 xung vào chân step của driver thì tương ứng động cơ quay 1 bước.

24


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc

Hình 2-9: Sơ đô điều khiển 1/4 bước của driver A3967
+ 1/8 bước: tương ứng khi đồng thời 2 chân MS1 và MS2 đều ở trạng thái HIGH khi
đó 8 xung vào driver thì tương ứng động cơ quay được 1 bước.

Hình 2-10: Sơ đồ điều khiển 1/8 bước của driver A3967

2.3.2. Module driver TB6560

Hình 2-11: Module driver TB6560

25