Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện tử truyền thông: Thiết kế và thi công tủ đựng vật dụng của giảng viên bảo mật bằng vân tay

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG TỦ ĐỰNG
VẬT DỤNG CỦA GIẢNG VIÊN
BẢO MẬT BẰNG VÂN TAY
GVHD: ThS Nguyễn Văn Hiệp
SVTH:

MSSV:

Dương Quốc Trung

15141316

Nguyễn Văn Phong

15141237

TP Hồ Chí Minh - 12/2019


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG TỦ ĐỰNG
VẬT DỤNG CỦA GIẢNG VIÊN
BẢO MẬT BẰNG VÂN TAY
GVHD: ThS Nguyễn Văn Hiệp
SVTH:

MSSV:

Dương Quốc Trung

15141316

Nguyễn Văn Phong

15141237

TP Hồ Chí Minh - 12/2019
i


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

----o0o----

Tp. HCM, ngày 20 tháng 11 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chuyên ngành:

Dương Quốc Trung
Nguyễn Văn Phong
Điện tử công nghiệp

MSSV: 15141316
MSSV: 15141237
Mã ngành: 41

Hệ đào tạo:

Đại học chính quy

Mã hệ:

Khóa:

2015

Lớp: 15141DT1B

Họ tên sinh viên:

1

I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG TỦ ĐỰNG VẬT DỤNG CỦA GIẢNG
VIÊN BẢO MẬT BẰNG VÂN TAY
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
- Vi điều khiển: Arduino mega 2560, ESP8266.
- Các loại module: DS1307, Relay.
- Cảm biến: Vân tay R305.
- Màn hình hiển thị: LCD TFT 3.2 inches touch screen
- Nguồn: Tổ ong 12V, ổn áp LM2596, UPS12V, Pin.
2. Nội dung thực hiện:
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của cảm biến vân tay R305.
- Tìm hiểu các chuẩn truyền thông như USART, SPI.
- Thiết kế và thi công tủ đựng vật dụng thô.
- Thiết kế và thực hiện đi dây các thiết bị trong tủ.
- Thiết kế phần mềm thông báo trên điện thoại Android.
- Viết chương trình điều khiển cho Arduino và ESP8266, nạp code và chạy thử
nghiệm sản phẩm.
- Chỉnh sửa và hoàn thiện hệ thống.
- Thực hiện viết luận văn báo cáo.

- Tiến hành báo cáo đề tài tốt nghiệp.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

26/8/2019

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

20/12/2019

V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Nguyễn Văn Hiệp
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

ii


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
– Y SINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o----

Tp. HCM, ngày 20 tháng 10 năm 2019

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Dương Quốc Trung

Lớp: 15141DT1B
MSSV: 15141316
Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Văn Phong
Lớp: 15141DT1B
MSSV: 15141237
Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG TỦ ĐỰNG VẬT DỤNG CỦA GIẢNG
VIÊN BẢO MẬT BẰNG VÂN TAY
Xác nhận
Tuần/ngày
Nội dung
GVHD
Tuần 3
Tìm hiểu về cảm biến vân tay R305.
09/09/2019
Tìm hiểu Arduino Mega 2560 R3 và LCD TFT cảm
Tuần 4
16/09/2019 ứng 3.2 inch.
Giao tiếp giữa module cảm biến vân tay R305 và
Tuần 5
23/08/2019 Arduino.
Giao tiếp giữa LCD TFT cảm ứng, cảm biến thời gian
Tuần 6
30/09/2019 thực DS1307 và Arduino.
Tuần 7
07/10/2019
Kết hợp giao tiếp và trao đổi dữ liệu giữa R305, LCD
Tuần 8
TFT cảm ứng, DS1307 và Arduino.
14/10/2019
Tuần 9

Tìm hiểu về Firebase cập nhật dữ liệu điều khiển giữa
21/10/2019
Firebase và ESP8266.
Tuần 10
Thiết kế ứng dụng trên điện thoại android.
28/10/2019
Thiết kế sơ đồ nguyên lý phần cứng của hệ thống.
Tuần 11
Thiết kế mạch PCB cho hệ thống.
04/11/2019
Viết chương trình arduino và ESP8266.
Tuần 12
Thiết kế và thi công tủ đựng vật dụng.
11/112019
Tuần 13
18/11/2019 Tiến hành chạy thử nghiệm phần cứng.
Tuần 14 Lắp ráp phần cứng vào tủ, đi dây và hoàn thiện.
25/11/2019
Tuần 15 Kiểm tra lại phần cứng, giao tiếp giữa phần cứng và
02/12/2019 ứng dụng trên điện thoại.
Tuần 16 Kiểm tra lại toàn bộ hệ thống.
09/12/2019 Tiến hành viết báo cáo cho đề tài.
Tuần 17 Hoàn thiện đề tài.
16/12/2019
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)
iii


LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này là do nhóm tự thực hiện dưới sự hướng dẫn của giảng viên ThS Nguyễn
Văn Hiệp. Đề tài dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay
công trình đã có trước đó.

Nhóm thực hiện đề tài

Dương Quốc Trung

Nguyễn Văn Phong

iv


LỜI CẢM ƠN
Nhóm em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Văn Hiệp, người đã trực
tiếp hướng dẫn và giúp đỡ tạo điều kiện để nhóm hoàn thành tốt đề tài này. Mặc dù kiến
thức của nhóm còn hạn chế nhưng thầy đã nhiệt tình giúp đỡ, vạch ra hướng đi sao cho
phù hợp.
Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Giảng viên khoa Điện - Điện Tử, trường Đại Học
Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã giúp đỡ nhóm trong quá trình thực hiện đồ án.
Ngoài ra nhóm còn nhận sự quan tâm, giúp đỡ của gia đình, bạn bè, các anh chị trong
trường để hoàn thành đồ án này. Do kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện
không tránh khỏi sai sót mong thầy cô và các bạn góp ý để nhóm có thể hoàn thành đồ
án tốt nhất.
Xin chân thành cảm ơn!

Nhóm thực hiện đề tài

Dương Quốc Trung

Nguyễn Văn Phong

v


MỤC LỤC
Trang bìa...........................................................................................................................i
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .............................................................................. ii
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .................................................... iii
LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................iv
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................v
MỤC LỤC ......................................................................................................................vi
LIỆT KÊ HÌNH ..............................................................................................................ix
LIỆT KÊ BẢNG ........................................................................................................... xii
TÓM TẮT.................................................................................................................... xiii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .........................................................................................1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ......................................................................................................1
1.2 MỤC TIÊU ...........................................................................................................2
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................2
1.4 GIỚI HẠN ............................................................................................................2
1.5 BỐ CỤC ...............................................................................................................2
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................4
2.1 TỔNG QUAN VỀ TỦ ĐỒ BẢO MẬT.................................................................4
2.1.1 Giới thiệu tủ đồ bảo mật và đặc điểm của tủ bảo mật ....................................4
2.1.2 Ứng dụng của tủ đồ bảo mật...........................................................................5
2.2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG VÂN TAY ............................6
2.2.1 Lịch sử ra đời nhận dạng vân tay ...................................................................6
2.2.2 Hệ thống nhận dạng vân tay ...........................................................................7
2.2.3 Ứng dụng công nghệ nhận dạng vân tay hiện nay .........................................9
2.3 TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID ..............................................10

2.3.1 Khái niệm hệ điều hành android...................................................................10
2.3.2 Giao diện ......................................................................................................11
2.3.3 Ứng dụng ......................................................................................................12
2.3.4 Ưu và nhược điểm của hệ điều hành Android ..............................................13
2.4 TỔNG QUAN VỀ FIREBASE ...........................................................................14
2.4.1 Lịch sử và khái niệm ....................................................................................14
2.4.2 Các tính năng chính ......................................................................................15
2.4.3 Ưu và nhược điểm của Firebase ...................................................................17
2.5 CÁC CHUẨN TRUYỀN DỮ LIỆU ...................................................................18
2.5.1 Chẩn giao tiếp I2C ........................................................................................18
vi


2.5.2 Chuẩn truyền thông UART ..........................................................................20
2.5.3 Chuẩn truyền thông SPI................................................................................21
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ............................................................. 22
3.1 GIỚI THIỆU ........................................................................................................22
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ........................................................22
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ........................................................................22
3.3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH .................................................................23
3.3.1 Khối cảm biến vân tay ..................................................................................23
3.3.2 Vi điều khiển ................................................................................................ 26
3.3.3 Khối module thời gian thực ..........................................................................28
3.3.4 Khối module wifi ..........................................................................................29
3.3.5 Khối điều khiển và hiển thị ..........................................................................31
3.3.6 Khối module relay ........................................................................................34
3.3.7 Khóa chốt điện .............................................................................................. 35
3.3.8 Khối nguồn ...................................................................................................36
3.4 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ TOÀN MẠCH ................................................................ 40
CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG ....................................................................41

4.1 GIỚI THIỆU ........................................................................................................41
4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG .....................................................................................41
4.2.1 Thi công Board mạch ...................................................................................41
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra .......................................................................................42
4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ............................................................ 43
4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển ................................................................................43
4.3.2 Thi công tủ ....................................................................................................44
4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ...................................................................................49
4.4.1 Lưu đồ giải thuật ..........................................................................................49
4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển ..........................................................57
4.4.3 Phần mềm lập trình cho điện thoại, máy tính ...............................................58
4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC ................................ 61
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ................................................69
5.1 GIỚI THIỆU ........................................................................................................69
5.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ......................................................................................69
5.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM...............................................................................70
5.3.1 Thiết kế thi công tủ .......................................................................................70
5.3.2 Phần cứng, giao diện điều khiển...................................................................72
vii


5.3.3 App android ..................................................................................................78
5.4 NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ ...................................................................................80
5.4.1 Nhận xét ........................................................................................................80
5.4.2 Đánh giá ........................................................................................................80
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN..........................................82
6.1 KẾT LUẬN .........................................................................................................82
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ......................................................................................82
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................83
PHỤ LỤC .....................................................................................................................84

viii


LIỆT KÊ HÌNH
Hình

Trang

Hình 2.1. Tủ đồ bảo mật bằng vân tay ............................................................................4
Hình 2.2. Tủ đồ bảo mật bằng mật mật khẩu và khóa .....................................................5
Hình 2.3. Một số hình ảnh vân tay được sử dụng thời xưa .............................................7
Hình 2.4. Cấu trúc cơ bản của hệ thống nhận dạng vân tay ............................................8
Hình 2.5. Thanh toán mua hàng bằng dấu vân tay ..........................................................9
Hình 2.6. Máy chấm công ............................................................................................. 10
Hình 2.7. Khóa cửa bảo mật vân tay .............................................................................10
Hình 2.8. Logo hệ điều hành Android ...........................................................................11
Hình 2.9. Giao diện của thiết bị chạy hệ điều hành Android ........................................11
Hình 2.10. Thanh trạng thái của thiết bị chạy hệ điều hành Android ...........................12
Hình 2.11. Kho ứng dụng Google Play Store ................................................................ 13
Hình 2.12. Biểu tượng của nền tảng Firebase ............................................................... 14
Hình 2.13. Cây Json của Realtime Database .................................................................15
Hình 2.14. Các thiết bị tương tác với Realtime Database .............................................16
Hình 2.15. Xác thực người dùng qua Authentication....................................................17
Hình 2.16. Các thiết bị gửi và nhận tin nhắn qua Firebase Cloud Messaging ..............17
Hình 2.17. Giao diện hiển thị các project của Firebase .................................................18
Hình 2.18. Bus I2C và các thiết bị ngoại vi...................................................................18
Hình 2.19. Trình tự truyền bit trên đường truyền ..........................................................19
Hình 2.20. Truyền thông UART....................................................................................20
Hình 2.21. Giao tiếp SPI................................................................................................ 21

Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống .......................................................................................22
Hình 3.2. Module cảm biến vân tay R305 .....................................................................23
Hình 3.3. Hình dạng bên ngoài và kích thước module R305 ........................................24
Hình 3.4. Các chân kết nối của module cảm biến vân tây R305 ...................................25
Hình 3.5. Sơ đồ kết nối cảm biến vân tay với vi điều khiển .........................................25
Hình 3.6. Board arduino mega 2560 .............................................................................26
Hình 3.7. Sơ đồ và kí hiệu chân trên arduino mega 2560 .............................................28
Hình 3.8. Mạch thời gian thực RTC I2C DS1307 .........................................................28
Hình 3.9. Sơ đồ kết nối module DS1307 với vi điều khiển ..........................................29
Hình 3.10. Module Wifi NodeMCU ESP8266 .............................................................. 29
Hình 3.11. Sơ đồ kết nối module ESP8266 với vi điều khiển .......................................30
Hình 3.12. Màn hình LCD TFT 3.2 Inches ...................................................................31
Hình 3.13. Shield LCD TFT 3.2 Inches cho Arduino Mega .........................................33
Hình 3.14. Sơ đồ kết nối Shield LCD TFT với vi điều khiển .......................................33
Hình 3.15. Module relay 6 kênh ....................................................................................34
Hình 3.16. Sơ đồ kết nối relay với vi điều khiển...........................................................35
Hình 3.17. Khóa chốt điện LY-03 12V .........................................................................35
Hình 3.18. Nguồn tổ ong 12V-5A .................................................................................36
Hình 3.19. Mạch ổn áp LM2596 ...................................................................................37
Hình 3.20. Mạch chuyển nguồn tự động UPS 12V .......................................................37
Hình 3.21. Pin Cell 18650 4200mAh 3.7V ...................................................................38
Hình 3.22. Mạch chuyển nguồn UPS và ổn áp LM2596 ..............................................39
ix


Hình 3.23. Sơ đồ nguyên lý hệ thống ............................................................................40
Hình 4.1. PCB mặt trên .................................................................................................41
Hình 4.2. PCB mặt dưới ................................................................................................ 41
Hình 4.3. Mặt trên board ............................................................................................... 42
Hình 4.4. Mặt dưới board .............................................................................................. 42

Hình 4.5. Mặt trên board khi lắp linh kiện ....................................................................43
Hình 4.6. Mặt dưới board khi lắp linh kiện ...................................................................43
Hình 4.7. Hình ảnh sau khi lắp mạch lên mica .............................................................. 43
Hình 4.8. Thông số kích thước của tủ trên thiết kế .......................................................44
Hình 4.9. Hình ảnh mặt trước của tủ sau khi hoàn thiện ...............................................45
Hình 4.10. Hình ảnh mặt trước mạch điều khiển khi lắp lên tủ ....................................46
Hình 4.11. Đi dây mạch điều khiển ...............................................................................47
Hình 4.12. Đi dây cho khóa điện và đèn báo ................................................................ 48
Hình 4.13. Lưu đồ chương trình chính ..........................................................................49
Hình 4.14. Lưu đồ chương trình con chọn chế độ .........................................................50
Hình 4.15. Lưu đồ chương trình gửi đồ.........................................................................51
Hình 4.16. Lưu đồ chương trình lấy đồ .........................................................................52
Hình 4.17. Lưu đồ chương trình thêm vân tay .............................................................. 53
Hình 4.18. Lưu đồ của chương trình con quét vân tay của chế độ gửi đồ và lấy đồ .....54
Hình 4.19. Lưu đồ chương trình con quét vân tay của chế độ thêm vân tay.................55
Hình 4.20. Lưu đồ của ESP8266 ...................................................................................56
Hình 4.21. Giao diện phần mềm lập trình Arduino IDE ...............................................57
Hình 4.22. Giao diện phần mềm Android Studio ..........................................................59
Hình 4.23. Giao diện phần thiết kế giao diện cho ứng dụng .........................................60
Hình 4.24. Ánh xạ các đối tượng trong giao diện với các câu lệnh .............................. 60
Hình 4.25. Giao diện phần lập trình Java ......................................................................61
Hình 4.26. Giao diện chính của hệ thống ......................................................................61
Hình 4.27. Quét vân tay gửi đồ .....................................................................................62
Hình 4.28. Gửi đồ thành công .......................................................................................62
Hình 4.29. Quét vân tay lấy đồ ......................................................................................63
Hình 4.30. Thông báo lấy đồ thành công ......................................................................63
Hình 4.31. Thông báo nhập mật khẩu ...........................................................................64
Hình 4.32. Giảng viên nhập mật khẩu ...........................................................................64
Hình 4.33. Quét vân tay lần 1 ........................................................................................64
Hình 4.34. Quét vân tay lần 2 ........................................................................................65

Hình 4.35. Thêm vân tay thành công ............................................................................65
Hình 4.36. Giao diện bắt đầu của ứng dụng ..................................................................66
Hình 4.37. Người quản lí đăng nhập. ............................................................................66
Hình 4.38. Giao diện bên trong chế độ người dùng ......................................................67
Hình 4.39. Giao diện bên trong chế độ quản lý ............................................................. 68
Hình 5.1. Hình ảnh thực tế mặt trước tủ sau khi hoàn thiện .........................................70
Hình 5.2. Mặt bên phải tủ sau khi hoàn thiện................................................................ 71
Hình 5.3. Board mạch lắp bên trong tủ .........................................................................72
Hình 5.4. Mặt trước board điều khiển ...........................................................................73
Hình 5.5. Giao diện chính.............................................................................................. 74
Hình 5.6. Quét vân tay gửi đồ .......................................................................................74
x


Hình 5.7. Gửi đồ thành công .........................................................................................74
Hình 5.8. Quét vân tay lấy đồ ........................................................................................75
Hình 5.9. Thông báo lấy đồ thành công ........................................................................75
Hình 5.10. Thông báo nhập mật khẩu ...........................................................................76
Hình 5.11. Giao diện nhập mật khẩu .............................................................................76
Hình 5.12. Quét vân tay lần 1 ........................................................................................76
Hình 5.13. Quét vân tay lần 2 ........................................................................................77
Hình 5.14. Thêm vân tay thành công ............................................................................77
Hình 5.15. Giao diện bắt đầu của ứng dụng ..................................................................78
Hình 5.16. Người quản lí đăng nhập .............................................................................78
Hình 5.17. Giao diện bên trong chế độ người dùng ......................................................79
Hình 5.18. Giao diện bên trong chế độ quản lý ............................................................. 79

xi

LIỆT KÊ BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 3.1: Kí hiệu và chức năng của các chân trên cảm biến vân tay R305 ..................25
Bảng 3.2: Thông số Ardiuno Mega 2560 ......................................................................27
Bảng 3.4: Mô tả chức năng các chân của GLCD ..........................................................31
Bảng 3.5: Thông số, giá trị các linh kiện sử dụng .........................................................36
Bảng 5.1: Số liệu thực nghiệm ......................................................................................80

xii


TÓM TẮT
Trong những năm gần đây, công nghệ bảo mật vân tay đã và đang được ứng dụng
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống. Nhận thấy việc gửi đồ của giảng viên trong
trường Đại học ngày chưa được đề cao về sự thuận tiện cũng như tính bảo mật. Đề tài
này nhằm mục đích thiết kế và thi công được tủ đựng vật dụng của giảng viên với
phương pháp bảo mật bằng vân tay.

xiii


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Thế giới đang trong làn sóng của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0. Công nghệ bảo
mật ngày càng được nâng cấp và sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng của đời sống. Đặc

biệt, bảo mật bằng vân tay dù không còn là điều gì đó quá mới mẻ nhưng vẫn là một
trong những công nghệ được áp dụng phổ biến để giải quyết các vấn đề như giám sát tự
động, bảo mật dữ liệu, xác thực cá nhân trong các cơ quan, doanh nghiệp. Ngoài ra công
nghệ này còn được sử dụng trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học pháp y và tội phạm.
Quét vân tay là một công nghệ bảo mật sử dụng dấu vân tay của một người để xác định
danh tính của người đó. Như chúng ta đều biết mỗi người sẽ sở hữu cấu trúc vân tay
riêng biệt, thể hiện sự đặc trưng cho từng cá nhân. Điều này thường được gọi là dấu vân
tay sinh trắc học. Sinh trắc học là cách nghiên cứu về con người khác nhau dựa trên các
yếu tố sinh học. Ngay cả các cặp song sinh giống hệt nhau cũng không chia sẻ cùng một
tập hợp các dấu vân tay. Dấu vân tay của một người giống như một thẻ nhận dạng, và
đây cũng là nền tảng cốt lõi để sáng tạo ra công nghệ bảo mật vân tay.
Trước đây cũng có khá nhiều đồ án tốt nghiệp nghiên cứu về các ứng dụng sử dụng
công nghệ vân tay như đề tài “Điểm danh sinh viên bằng vân tay” của Nguyễn Khắc
Thành, trong đó sử dụng Arduino Mega 2560, module vân tay R305, phần mềm C# để
tạo giao diện và SQL Server để tạo cơ sở dữ liệu lưu trữ thông tin sinh viên [4]. Tác giả
Trần Anh Đề và Trần Sơn Lành nghiên cứu đề tài “Hệ thống điểm danh bằng vân tay sử
dụng vi điều khiển ARM” sử dụng vi điều khiển STM32F103VET6 giao tiếp với SD
card, cảm biến vân tay R305 và hiển thị thông tin lên LCD TFT 320x240. Mô hình xử
lý dựa trên files Excel mà người dùng đã định dạng theo 1 mẫu sẵn được lưu trữ trong
thẻ nhớ SD [5].
Qua những thông tin trên, nhóm em quyết định làm đề tài “Thiết kế và thi công tủ
đựng vật dụng của giảng viên bảo mật bằng vân tay”. Hệ thống sử dụng vi điều khiển
trung tâm là module Arduino và module Wifi Node MCU ESP8266, cảm biến vân tay
R305, khóa điện tử, LCD TFT hiển thị thông tin và các đèn led báo trạng thái. Người
dùng có thể nhận thông báo về trạng thái hộc tủ của mình thông qua ứng dụng cài đặt
trên điện thoại sử dụng hệ điều hành Android [1].

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.2 MỤC TIÊU
Thiết kế và thi công được tủ đựng vật dụng cho giảng viên bảo mật bằng vân tay.
Giúp việc gửi đồ của giảng viên trở nên nhanh chóng, thuận tiện và nâng cao khả năng
bảo mật.

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- NỘI DUNG 1: Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của cảm biến vân tay R305.
- NỘI DUNG 2: Tìm hiểu các chuẩn truyền thông USART, SPI, I2C.
- NỘI DUNG 3: Tìm hiểu và giao tiếp được cảm biến vân tay R305, module thời
gian thực DS1307, module Wifi ESP8266 với Arduino Mega 2560.
- NỘI DUNG 4: Thiết kế app bằng Android Studio.
- NỘI DUNG 5: Thiết kế và thi công tủ đựng vật dụng.
- NỘI DUNG 6: Đánh giá kết quả thực hiện.

1.4 GIỚI HẠN
- Tủ có kích thước 145x85x40 cm, gồm 6 hộc chứa.
- Tích hợp LCD TFT cảm ứng để hiển thị thông tin và điều khiển.
- Sử dụng module vân tay R305.
- Thời gian chứa vật dụng trong tủ tối đa là 1 tuần.
- Hiển thị thông tin tủ và thông báo cho người dùng qua app cài đặt trên các thiết bị
sử dụng hệ điều hành Android.
- Cho phép quản trị viên điều khiển từ xa thông qua app android.
- Có tích hợp UPS (mạch chuyển nguồn tự động) cấp nguồn dự phòng lúc mất điện.

1.5 BỐ CỤC
- Chương 1: Tổng quan

Chương này trình bày đặt vấn đề, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu,
các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương này trình bày lý thuyết về các module, cảm biến và linh kiện sử dụng trong
hệ thống, các chuẩn truyền thông, giao thức.
- Chương 3: Thiết kế và tính toán
Chương này thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lí của các khối trong hệ thống và
thực hiện tính toán thiết kế.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
- Chương 4: Thi công hệ thống
Chương này trình bày lưu đồ giải thuật, thiết kế app android, viết chương trình hệ
thống, thiết kế sơ đồ mạch in PCB.
- Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá
Chương này trình bày kết quả thi công phần cứng và kết quả hình ảnh thực tế của
tủ, nhận xét đánh giá chung về sản phẩm.
- Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
Trong chương này sẽ đưa ra kết quả đạt được, phân tích những ưu nhược điểm và
đề xuất hướng phát triển đề tài.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 TỔNG QUAN VỀ TỦ ĐỒ BẢO MẬT
2.1.1 Giới thiệu tủ đồ bảo mật và đặc điểm của tủ bảo mật
Tủ đồ bảo mật đang dần trở thành thiết bị phổ biến và được ứng dụng ở nhiều nơi bởi
mỗi cá nhân, gia đình hay tập thể đều có những giấy tờ, vật dụng quan trọng cần được
bảo mật. Tủ bảo mật là loại tủ có kích thước, hình dáng giống như tủ đựng hồ sơ, tài liệu
bình thường nhưng có tính bảo mật cao hơn. Tủ thường được dùng để cất giữ những
giấy tờ hồ sơ quan trọng, tài sản riêng. Tủ bảo mật được thiết kế tiêu chuẩn với các loại
phổ biến là tủ 2 cánh, 4 cánh và 6 cánh. Ngoài ra, tủ còn được thiết kế theo yêu cầu, mục
đích và nhu cầu cụ thể của từng người sử dụng.
Hiện nay có nhiều công nghệ bảo mật được tích hợp trong tủ đồ để nâng cao khả năng
bảo vệ cho tài sản như mật khẩu số, thẻ RFID, vân tay sinh trắc học,…mà phổ biến nhất
là mật khẩu số và thẻ RFID vình sự đơn giản và giá thành phù hợp với đại đa số người
sử dụng. Công nghệ vân tay cũng đã được ứng dụng nhiều trong các sản phẩm máy
chấm công, cửa thông minh, tủ thông minh,…tuy nhiên giá thành cao hơn khiến cho
chúng chỉ được sử dụng trong các cơ quan, môi trường đặc thù chứ chưa quá phổ biến
cho người dùng thông thường.

Hình 2.1. Tủ đồ bảo mật bằng vân tay
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.2. Tủ đồ bảo mật bằng mật mật khẩu và khóa
Đặc điểm của tủ bảo mật:
- Được làm từ vật liệu thép sơn tĩnh điện dày từ 0.8 mm đến 1.2 mm (tùy theo nhu cầu

của người sử dụng) nên có độ bền rất cao. Chất liệu thép sơn tĩnh điện giúp tủ bảo
mật có độ bóng, mịn tuyệt đối, đặc biệt là khả năng chống ăn món, chống oxi hóa.
- Đáy tủ có hệ thống bánh xe sắt giúp việc di chuyển tủ sang các vị trí khác nhau dễ

dàng ( vì tủ có trọng lượng lớn)
- Đặc điểm quan trọng nhất của tủ bảo mật chính là hệ thống bảo mật của tủ nằm trên

các cánh tủ. Với công nghệ bảo mật khác nhau như khóa mã (mật khẩu) riêng biệt,
khóa chìa 4 cạnh,… hệ thống an toàn giúp cánh được bảo vệ an toàn gây khó khăn
với những nguy cơ cố tình cạy, phá trong thời gian ngắn.
2.1.2 Ứng dụng của tủ đồ bảo mật
- Tủ bảo mật được sử dụng phổ biến trong các công ty, trường học để bảo quản những

dụng cụ, hồ sơ quan trọng, có giá trị, tránh việc xâm phạm tủ một cách có chủ ý khi
chưa được phép.
- Hạn chế việc mất cắp những đồ đạc được lưu trữ trong tủ.

Ngoài ra với tính bảo mật và độ bền cao, tủ bảo mật còn được ưa chuộng trong môi
trường quân đội, nơi đề cao tính bảo mật và kỷ luật để bảo quản giấy tờ của lãnh đạo,
quân tư trang của quân nhân.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

5


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG VÂN TAY

2.2.1 Lịch sử ra đời nhận dạng vân tay
Từ thế kỉ thứ XIV, việc sử dụng dấu vân tay và vân chân để nhận dạng đã được người
Ấn Độ áp dụng. Khi một đứa trẻ ra đời, người Trung Quốc đã dùng mực bôi đen chân
tay nó và in dấu lên một tờ giấy. Người Mỹ bắt đầu sử dụng dấu vân tay vào tháng 7
năm 1858. William Idiot, một quan cai trị người Singapore tại Lào, 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
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 (Ridge Count) để đánh giá
mức độ phụ thuộc của vân tay vào gen di truyền. Năm 1868 nhà bác học Roberts chỉ ra
rằng mỗi ngón tay có một môi trường phát triển vi mô khác nhau. Năm 1968 nhà bác
học Holt đã chứng minh được rằng có thể dự đoán tương đối chính xác tổng số lượng
vân tay TRC (Total Ridge Count) và mức độ phụ thuộc của chúng vào gen di truyền của
mỗi người. Vào nửa sau của thế kỉ XIX, Richard Edward Henry của Scotland Yard (cơ
quan an ninh của Anh) đã phát triển phương pháp phân loại và nhận dạng dấu vân tay.
Phương pháp này được Francis Galton cải tiến vào năm 1892. Juan Vucetich đã tạo ra
một hệ thống phân loại khác cho các nước dùng tiếng Tây Ban Nha. Sau Vụ án Francisca
Rojas ở Necochea, Argentina trở thành quốc gia đầu tiên trên thế giới chính thức thừa
nhận việc lăn tay để làm phương pháp nhận dạng thay cho phép đo người Bertillon của
Alphonse Bertillon.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

6


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.3. Một số hình ảnh vân tay được sử dụng thời xưa
2.2.2 Hệ thống nhận dạng vân tay

Hệ thống nhận dạng vân tay hoạt động theo nguyên tắc: Khi đặt ngón tay lên trên một
thiết bị đọc dấu vân tay, ngay lập tức thiết bị này sẽ quét hình ảnh ngón tay đó và đưa
vào hệ thống. Hệ thống sẽ xử lý dấu vân tay, chuyển sang dạng dữ liệu số rồi đối chiếu
các đặc điểm của vân tay đó với dữ liệu đã được lưu trữ trong hệ thống. Nếu dấu vân
tay này khớp với dữ liệu sẽ cho phép hệ thống thực hiện các chức năng tiếp theo.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

7


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.4. Cấu trúc cơ bản của hệ thống nhận dạng vân tay
-

Hệ thống này gồm 2 phần:

- Verification (Xác nhận dấu vân tay): Đầu tiên một người sẽ cung cấp dấu vân tay
cùng với thông hoặc đặc điểm cá nhân của người đó như họ tên, ngày sinh, quê
quán..Bước này nhằm tạo ra một cơ sở dữ liệu tương ứng dấu vân tay và các đặc điểm
liên quan. Nguyên lý cơ bản của hệ thống này là sử dụng các diot phát sáng để truyền
các tia gần hồng ngoại (Near Infrared NIR) tới ngón tay và chúng sẽ được hấp thụ lại
bởi hồng cầu trong máu. Vùng các tia bị hấp thụ trở thành vùng tối trong hình ảnh và
được chụp lại bởi camera CCD. Sau đó, hình ảnh được xử lý và tạo ra mẫu vân tay. Mẫu
vân tay được chuyển đổi thành tín hiệu số và là dữ liệu để nhận dạng người sử dụng chỉ
trong vòng chưa đến 2 giây
- Identification (Nhận diện dấu vân tay): Dấu vân tay sẽ được đưa thu thập từ một
sensor để đối chiếu với database chứa các vân tay để truy ra các đặc điểm muốn truy
xuất. Việc đối sánh ảnh vân tay cần nhận dạng chỉ cần được tiến hành trên các vân tay

(có trong cơ sở dũ liệu) thuộc loại đã được xác định nhờ quá trình phân loại. Đây là giai
đoạn quyết định xem hai ảnh vân tay có hoàn toàn giống nhau hay không và đưa ra kết
quả nhận dạng, tức là ảnh vân tay cần nhận dạng tương ứng với vân tay của cá thể nào
đã được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu.
-

Có 2 phương pháp nhận dạng vân tay thường được sử dụng là:

- Phương pháp 1: Dựa vào các đặc tính cụ thể của dấu vân tay, như điểm cuối, điểm rẽ
nhánh của các vân trên tay.
- Phương pháp 2: So sánh toàn bộ đặc tính của dấu vân tay.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

8


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.2.3 Ứng dụng công nghệ nhận dạng vân tay hiện nay
Ngày nay với sự phát triển của khoa học công nghệ, công nghệ nhận dạng vân tay đã
được phát triển và ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực của đời sống. Những thiết bị
điện tử có khả năng sử dụng dữ liệu sinh trắc học trong thời gian thực để bảo vệ thông
tin bí mật của con người. Con người sẽ không phải tạo, lưu giữ hay ghi nhớ mật khẩu
dành cho thư điện tử, thẻ ngân hàng.
Dấu vân tay không những được 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 hoặc mở khoá. Một số
ngân hàng đã bắt đầu thanh toán thẻ ATM sử dụng máy đọc vân tay. Trong y học, dựa
trên những bức tranh vân tay đặc trưng, người ta phát hiện ra những bệnh do sai lệch
gen. Chính phủ một số nước đã thực hiện việc thắt chặt an ninh và quản lý hộ chiếu bằng
cách thử nghiệm công nghệ nhận dạng vân tay. Tại Mỹ, thẻ tín dụng sắp tới kỳ trở thành

đồ cổ, trong các chuỗi siêu thị Thrifway, khách hàng trả tiền mua hàng bằng cách nhận
dạng vân tay.

Hình 2.5. Thanh toán mua hàng bằng dấu vân tay
Hiện nay đã có trên 100 quốc gia sử dụng hộ chiếu điện tử bằng công nghệ nhận dạng
vân tay. Sử dụng vân tay được đánh giá là một giải pháp bảo mật hữu hiệu và xác nhận
nhân thân chính xác.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

9


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tại Việt Nam, công nghệ nhận dạng vân tay đã đang đi vào đời sống với các ứng dụng
như: chấm công, điểm danh nhân viên, thanh toán online trên smartphone,..Các thiết bị
bảo vệ sử dụng vân tay như khóa cửa, két sắt,..

Hình 2.6. Máy chấm công

Hình 2.7. Khóa cửa bảo mật vân tay

 Ưu và nhược điểm của công nghệ cảm biến vân tay:
Ưu điểm:
- Mở khoá thiết bị hoặc ứng dụng chỉ với một cú chạm.
- Tính xác thực cao vì vân tay mỗi người là duy nhất.
- Yên tâm bởi hệ thống sẽ cho nhận dạng nhiều ngón tay khác nhau.
Nhược điểm:
- Cảm biến vân tay chỉ là một hệ thống xác thực, nếu ứng dụng vào điện thoại
thì nguy cơ về thất thoát vệ dữ liệu trên điện thoại người sử dụng là rất cao, khi

bạn ngủ hoặc mất ý thức thì chính ngón tay sẽ mở khoá tất cả.

2.3 TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID
2.3.1 Khái niệm hệ điều hành android
Android là một hệ điều hành dựa trên nền tảng Linux được thiết kế dành cho các thiết
bị di động có màn hình cảm ứng như điện thoại thông minh và máy tính bảng. Ban đầu,
Android được phát triển bởi Android, Inc. Với sự hỗ trợ tài chính từ Google và sau này
được chính Google mua lại vào năm 2005. Android ra mắt vào năm 2007 cùng với tuyên
bố thành lập liên minh thiết bị cầm tay mở: một hiệp hội gồm các công ty phần

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

10


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
cứng, phần mềm, và viễn thông với mục tiêu đẩy mạnh các tiêu chuẩn mở cho các thiết
bị di động. Chiếc điện thoại đầu tiên chạy Android được bán vào năm 2008.

Hình 2.8. Logo hệ điều hành Android
2.3.2 Giao diện
Giao diện người dùng của Android dựa trên nguyên tắc tác động trực tiếp, sử dụng
cảm ứng chạm tương tự như những động tác ngoài đời thực như vuốt, chạm, kéo giãn
và thu lại để xử lý các đối tượng trên màn hình. Sự phản ứng với tác động của người
dùng diễn ra gần như ngay lập tức, nhằm tạo ra giao diện cảm ứng mượt mà.

Hình 2.9. Giao diện của thiết bị chạy hệ điều hành Android
Các thiết bị Android sau khi khởi động sẽ hiển thị màn hình chính, điểm khởi đầu với
các thông tin chính trên thiết bị, tương tự như khái niệm desktop (bàn làm việc) trên
máy tính để bàn. Màn hính chính Android thường gồm nhiều biểu tượng (icon) và tiện

ích (widget); biểu tượng ứng dụng sẽ mở ứng dụng tương ứng, còn tiện ích hiển thị
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

11