(Luận văn thạc sĩ) thiết kế, chế tạo hệ thống chống trộm trên xe gắn máy sử dụng công nghệ cao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM MINH ĐẨU

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM
TRÊN XE GẮN MÁY SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ CAO

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116

S K C0 0 4 6 4 5

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM MINH ĐẨU

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM
TRÊN XE GẮN MÁY SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ CAO

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116

Hướng dẫn khoa học : PGS.TS. ĐỖ VĂN DŨNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 – 2015


Luận văn thạc sĩ

LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC
Họ & tên: Phạm Minh Đẩu

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 07/01/1989

Nơi sinh: Long An

Quê quán: Long Khê, Cần Đước, Long An

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 132 Ấp 2, Long Khê, Cần Đước
Long An
Điện thoại cơ quan: 08.62771734

Điện thoại nhà riêng: 0934156112

Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO

Hệ đào tạo: chính quy

Thời gian đào tạo từ 09/2007 đến 01/ 2012

Nơi học trường, thành ph : Trường đại học Sư Phạm K Thuật TP.HCM
Ngành học: Cơ Khí Động L c
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi t t nghiệp: Thi cơng mơ hình động cơ
commonrail Toyota Hiace.
Ngày & nơi

o vệ đồ án, luận án hoặc thi t t nghiệp: 12 tháng 1 năm 2012,

trường đại học Sư Phạm K Thuật TP.HCM
Người hướng dẫn: ThS. Phan Nguyễn Q Tâm
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC
Thời gian
08/20012 đến
7/2013
Từ 08/2013 đến
07/2014
Từ 08/2014 đến
10/2014
Từ 11/2014 đến nay

Nơi công tác
Trường trung cấp nghề s
7
Trường Trung Cấp nghề
s 7

Trường Trung Cấp nghề
s 7
Trường Cao đẳng nghề s
7

i

Công việc đ m nhiệm
Giáo viên thỉnh gi ng khoa Sửa
Chữa Ơtơ
Giáo viên khoa Sửa Chữa Ơtơ
Phó trưởng khoa Xe Máy
Trưởng khoa Cơng Nghệ Ơtơ


Luận văn thạc sĩ

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi.
Các s liệu, kết qu nêu trong luận văn là trung th c và chưa từng được ai
cơng

trong ất kỳ cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 10 năm 2015
Ký tên và ghi rõ họ tên

Phạm Minh Đẩu

ii

Luận văn thạc sĩ

LỜI CẢM ƠN
Trong 2 năm học cao học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí
Minh, tơi đã được tiếp thu được nhiều kiến thức mới đặc biệt là kiến thức chuyên
môn từ quý Thầy, Cô. Đây là nền tảng trong việc nghiên cứu và phát triển chuyên
môn và đồng thời nâng cao được hiệu quả làm việc cũng như trong công tác giảng
dạy sau này của tơi.
Trong q trình thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ, tôi chân thành cám ơn đến
các cá nhân, tập thể đã hết lịng giúp đỡ tơi hồn thành đề tài luận văn:
Về phía Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM, Tôi xin chân thành cám ơn:


Xin cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí

Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi theo học lớp cao học chuyên ngành kỹ thuật
cơ khí đ ng lực.


Xin cảm ơn đến quý Thầy Cô tham gia giảng dạy lớp cao học niên khố

2013-2015 đã trang bị cho tơi nhiều kiến thức nền tảng giúp tơi hồn thành luận
văn tốt nghiệp.


Xin cảm ơn thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng đã hướng dẫn chỉ bảo tận tình

giúp tơi hồn thành tập luận văn này.


Xin cảm ơn các Thầy phản biện đã đóng góp nhiều ý kiến q báo giúp tơi

hồn thiện n i dung tập luận văn.


Xin cảm ơn các Thầy Cơ khoa Cơ khí Đ ng lực Trường ĐHSPKT

TP.HCM đã tận tình giúp đỡ tơi trong thời gian thực hiện luận văn.
Về phía nơi công tác trường Cao đẳng nghề số 7, tôi xin chân thành cảm ơn
Ban giám hiệu, Khoa Công nghệ ô tơ đã tạo điều kiện và giúp đỡ tận tình để tơi
tham gia khóa học và hồn thành tốt luận văn này.
TP Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 10 năm 2015
Học viên

Phạm Minh Đẩu

iii


Luận văn thạc sĩ

MỤC LỤC
Trang t a

TRANG

Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân .......................................................................................................... i
Lời 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

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

Chƣơng 1 TỔNG QUAN..................................................................................... xiv
1.1Tổng quan về hướng nghiên cứu.......................................................................1
1.1.1 Giới thiệu..................................................................................................... 1
1.1.2 Tổng quan kết qu nghiên cứu trong và ngoài nước ................................ 2
1.1.2.1 Các đề tài nghiên cứu trong nước ................................................. 2
1.1.2.2 Các đề tài nghiên cứu ngoài nước ................................................. 4
1.2 Lý do chọn đề tài .............................................................................................8
1.3 Mục đích nghiên cứu của đề tài .......................................................................8
1.4

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

1.5 Khách thể và đ i tượng nghiên cứu ...............................................................10
1.6 Nhiệm vụ nghiên cứu .....................................................................................10
1.7 Giới hạn của đề tài .........................................................................................11
1.8 Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................11
1.9 Kế hoạch th c hiện ........................................................................................11
Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT..........................................................................14
2.1 Dấu vân tay và một s đặc trưng nhận dạng ..................................................14
2.2 C m iến nhận dạng vân tay ..........................................................................16
2.2.1 Dấu vân tay gián tiếp ................................................................................ 16

vi


Luận văn thạc sĩ

2.2.2 Dấu vân tay tr c tiếp live scanner fingerprint ..................................... 17
2.3 Cấu trúc của 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 của hệ th ng định vị toàn cầu ........................... 21

2.5 Hoạt động của 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
Chƣơng 3 GIỚI THIỆU CÁC MODULE SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG ...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
Chƣơng 4 THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH .............................................40
4.1 Sơ đồ tổng qt hệ th ng ...............................................................................40
4.2 Hoạt động của 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 ứng điện thoại điều khiển hệ th ng ..................................................61
Chƣơng 5 THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ..................................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
Chƣơng 6 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI............................77
6.1 Kết luận .........................................................................................................77
6.1.1 Kết qu đạt được ....................................................................................... 77
6.1.2 Những vấn đề tồn tại ................................................................................ 77
6.2 Hướng phát triển của đề tài ............................................................................78

TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................79
PHỤ LỤC ...............................................................................................................80

viii


Luận văn thạc sĩ

Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1 Tổng qu n về hƣớng nghiên c u
1.1.1 Giới thiệu
Ngày nay, công nghệ sinh trắc học được ứng dụng rộng rãi trong đời s ng.
Hệ th ng nhân trắc học được sử dụng như: nhận diện vân tay, nhận diện khuôn
mặt, nhận diện giọng nói, nhận diện trịng mắt, nhận diện lịng àn tay. Trong
đó, cơng nghệ nhận dạng vân tay là được ứng dụng nhiều nhất. Người ta nhận
thấy các đặc trưng vân tay không thể dễ dàng ị thay thế, chia sẻ, hay gi mạo,
….Ngoài ra, dấu vân tay của con người không ai gi ng ai, kể c là sinh đôi
cùng trứng xác suất trùng lấp dấu vân tay giữa người này với người kia gần
như là 0% (1/1,9 x 1015) [1] và không đổi trong su t cuộc đời. Do vậy, trong
việc nhận dạng một người, công nghệ này được xem là đáng tin cậy hơn so
với các phương pháp truyền th ng như: Mật khẩu, mã thẻ.
Việc ứng dụng cơng nghệ nhận dạng vân tay đã có từ rất lâu. Tuy
nhiên, trong kho ng một thời gian dài con người chỉ th c hiện việc đ i sánh
giữa hai dấu vân tay ằng k thuật truyền th ng mang nặng tính thủ cơng, các
kết qu của lĩnh v c này gần như không được ứng dụng trong các lĩnh v c dân
s thông thường của đời s ng mà chủ yếu được sử dụng trong lĩnh v c hình s
và pháp y. Với s phát triển ngày càng nhanh chóng của ngành cơng nghệ điện
tốn thì việc sử dụng dấu vân tay để nhận dạng được áp dụng rộng rãi trong

đời 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 trường thiết ị
nhúng vô cùng to lớn, việc đưa công nghệ. Theo cách đ i sánh vân tay truyền
th ng, để kiểm chứng hai dấu vân tay có gi ng nhau hay khơng thì ph i dùng
kính lúp để đ i chiếu từng đường vân. Nhận dạng vân tay lên các thiết ị
nhúng đã mang lại nhiều lợi ích và hiệu qu không những cho nhà phát triển
công nghệ này lên thiết ị nhúng mà còn cho xã hội. Do đó, cơng 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 khơng những được ứng dụng trong
lĩnh v c hình s mà còn được ứng dụng đa dạng trong lĩnh v c dân s , thương
mại,…, cụ thể là: việc xác nhận nhân thân của cá nhân khi truy cập mạng, hồ
sơ cá nhân, khóa ch ng trộm, thẻ ngân hàng, hệ th ng chấm công, hệ th ng
o mật, …
Bên cạnh việc ứng dụng công nghệ sinh trắc học vào những ứng dụng
trong lĩnh v c dân s và quân s thì cơng nghệ xác định vị trí, vận t c, độ cao
của đ i tượng so với mặt nước 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 dị đường. Nhờ cơng nghệ này thì việc xác định vị trí hay tọa
độ của đ i tượng c c kỳ đơn gi n.
Ở nước ta, xe máy là phương tiện giao thông phổ iến nhất hiện nay,
đồng thời xe máy cũng là tài s n có giá trị trong mỗi gia đình. Chủ xe ln
mu n sở hữu một tài s n vừa tiện lợi trong q trình sử dụng, vừa có kh năng
t

o vệ an toàn tuyệt đ i ch ng mất cấp, kiểm tra qu n lý tài s n một cách

dễ dàng, thông minh và hiện đại.
Dưới s hướng dẫn của Thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng, học viên quyết
định th c hiện đề tài “Thiết kế, chế tạo hệ thống chống trộm trên xe gắn
máy sử dụng công nghệ c o”. Đề tài là s kết hợp ưu điểm của hai công
nghệ trên để cho ra một thiết ị có thể giúp người chủ phương tiện

o vệ và

qu n lý tài s n của mình một cách dễ dàng và tiện lợi.
1.1.2 Tổng qu n kết quả nghiên c u trong v ngo i nƣớc
1.1.2.1 C c ề t i nghiên c u trong nƣớc
Hiện nay, tình hình nghiên cứu trong nước về ứng dụng vân tay cũng
đang phát triển rộng rãi và đang dần đi vào đời s ng như máy chấm cơng điểm
danh ằng vân tay.
Bộ khoa học hình s

Bộ cơng an đang nghiên cứu và ứng 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 chứng minh nhân dân và dấu vân tay tại hiện trường hệ th ng C@ FRIS).
S n phẩm do Cục công nghệ tin học (E15) - Tổng cục k thuật - Bộ công an
nghiên cứu và phát triển [15].

Bên cạnh đó, hệ th ng định vị toàn cầu cũng được nghiên cứu rộng rãi
vào các ứng dụng th c tế. Đặc iệt, các thiết ị kiểm tra giám sát hành trình
trên các phương tiện giao thơng như 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 của 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 phương
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 chủ xe hồn tồn t động. với tính
cao, tính năng ch ng cướp 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 người. Thiết bị chỉ cho
phép xe hoạt động khi chủ xe mang theo thẻ và đứng cách xe 10m, hệ th ng
b o vệ và báo động t động bật lên khi xe bị mở khóa trái phép, người dùng
chỉ việc giữ thẻ trong người mà không cần bất cứ 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 thấy thẻ nhận diện. Do đó, thiết ị phịng ch ng hữu hiệu trong các
trường hợp dàn c nh cướp xe. S n phẩm được nghiên cứu và chế tạo tại Công
Ty TNHH MTV Công Nghệ Điện Tử MVS. Ưu điểm của s n phẩm là tiện
dụng, hệ th ng t nhận dạng chủ xe nhưng nhược điểm không tích hợp hệ
th ng định vị nên hệ th ng chỉ ch ng trộm dạng chủ động.
Trong thời gian gần đây, công ty viễn thông quân đội cho ra đời 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 như theo dõi vị trí xe, theo dõi lịch sử của xe,
c nh áo ch ng trộm, tìm kiếm cây xăng, điểm sửa xe, xác định vị trí xe trong
ãi 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 thời áo cho chủ xe ằng cách nhắn tin cho iết vị
trí xe đang ở đâu [16]. Ưu điểm của s n phẩm Smart Motor là linh hoạt, tiện
dụng, qu n lý xe xác định vị trí xe dễ dàng nhưng khi có thêm người khác sử
dụng thì hệ th ng mất đi tính linh hoạt, vấn đề

o mật hệ th ng và thay đổi

chủ qu n xe còn hạn chế.
1.1.2.2 C c ề t i nghiên c u ngo i nƣớc
Con người đã iết sử dụng dấu vân tay từ rất sớm. Vào thời cổ đại, các
thương gia ở Ba ylon đã iết dùng dấu vân tay được in lên viên đất sét trong
trao đổi hàng hóa. Ở Trung Qu c, người ta cũng đã tìm thấy các ngón tay cái
được in lên các con dấu đất sét. Nhưng ắt đầu từ thế kỷ 19, dấu vân tay mới
được đưa vào nghiên cứu chính thức [11].
Năm 1823, nhà phẫu thuật Jan Evangelista Purkyne thuộc trường đại học
Breslau đã trình ày trong luận án của mình về mẫu vân tay.
Năm 1858, William Herschel đã d a vào vết vân tay để nhận dạng tù
nhân.

Năm 1880, ác sĩ Người Anh Henry Faulds đưa ra kiến nghị lấy dấu vân
tay của tội phạm tại hiện trường x y ra vụ án và đưa ra lý luận gen vân tay.
Năm 1882, theo sáng kiến của A. Bertion, lần đầu tiên c nh sát Paris đã áp
dụng lăn ngón tay trên các hồ sơ căn cước [11].
Năm 1892, Francis Galton là người đầu chia vân tay thành 3 nhóm:
xốy, móc, sóng. Việc sử dụng các nghiên cứu khoa học của dấu vân tay ở thế
kỷ 19 đã làm tiền đề sau này cho việc ứng dụng rộng rãi công nghệ nhận dạng
vân tay trong nhiều lĩnh v c của cuộc s ng [11].

Trang 4


Luận văn thạc sĩ

Năm 1924, FBI Federal Bureau of Investigation đã thu thập và lưu trữ
hơn 250 triệu dấu vân tay của người dân để cho việc điều tra tội phạm và nhận
dạng những người ị giết [11].
Nước Anh cũng sớm sử dụng iện pháp này và đến năm 1944, họ đã lưu
trữ tới hơn 90 triệu dấu vân tay của tất c

inh lính và những người dân. Với

việc sử dụng dấu vân tay để nhận dạng, c nh sát có thể truy tìm tung tích tội
phạm, người chết, mất thẻ căn cước hoặc mắc ệnh tâm thần, …
Năm 1977, chương trình IAI's Certified Latent Print Examiner ra đời
được áp dụng để xác nhận phạm nhân trong tòa án. Với s phát triển ngày
càng nhanh chóng của khoa học k thuật, cho tới nay các ứng dụng công nghệ
này được áp dụng rộng rãi khá thành công trên thế giới. Trên máy tính cá
nhân, d a vào kích thước của cơ sở dữ liệu vân tay người ta chia s n phẩm
ứng dụng vân tay thành hai loại chính [12]:

Hệ th ng vân tay loại nhỏ: Đặc điểm chung của những hệ th ng này là
chỉ hỗ trợ s vân tay dưới 1000 vân tay. Chương trình nhận dạng vân tay trên
máy IBM Think Pad T43 cho phép người dùng đăng nhập vào windows XP
ằng cách đặt ngón tay của mình vào vùng quét của 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 thường có điểm chung là có kích thước cơ sở dữ liệu vân tay rất lớn, từ
vài chục nghìn đến hàng triệu vân tay. Đ i tượng sử dụng là những tập đồn
đa qu c gia có chi nhánh trên tồn cầu, những chính phủ điện tử cao cấp. Điều
này địi hỏi hệ th ng ph i có năng l c xử lý rất mạnh, có thể đáp ứng hàng
chục ngàn yêu cầu nhận dạng trong một giây. Những hệ th ng này thường
hoạt động trên mơi trường mạng internet và có kiến trúc client – server, bao
gồm một trung tâm xử lý nhận dạng và lưu trữ vân tay và nhiều client nằm
khắp nơi trên mạng internet toàn cầu làm nhiệm vụ thu nhận dấu vân tay. Việc
đưa các kết qu nghiên cứu của công nghệ nhân dạng vân tay lên các thiết ị
nhúng là điều tất 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 ứng dụng công nghệ
nhận dạng vân tay:
-

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

o mật của Utimaco của Đức, có thể mã hố trọn vẹn nội dung trong

ổ cứng chỉ với thao tác duy nhất của một ngón tay.
-

Đầu đọc chấm công bằng vân tay BioPointe KFR 72 là thiết ị chuyên
nghiệp để qu n lý nhân s , chấm cơng thích hợp cho tất c các u cầu
qu n lý hiện đại ở các nhà máy, trường học, khu cơng nghiệp, văn phịng,
… nhằm mục đích qu n lý nhân viên chặt chẽ, chính xác và hiệu qu . Đầu
đọc chấm 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

o nhận dạng đường vân, hình

nh chính xác kể c trong trường hợp đường vân tay ị mờ, ẩn hay mất
nét. Thiết ị nhận dạng vân tay được lắp đặt tại cửa cổng cơng ty, nhà máy,
văn phịng… Nhân viên được lần lượt đặt ngón tay đã được đăng nhập vào
đầu đọc để ghi lại chính xác thời gian và địa điểm làm việc. Từ đó, nhà
qu n lý dễ dàng có được thơng tin chính xác về thời gian làm việc, đi muộn,
vắng mặt của ất kỳ nhân viên nào trong cơng ty, có chức năng lưu trữ 720
vân tay, có thể mở rộng tới 4400 vân tay, ộ nhớ lưu trữ được 20.000 s
kiện.
-

Hãng A - DATA đã ứng dụng công nghệ nhận dạng vân tay vào s n phẩm
USB Flashdrive của mình, giúp cho dữ liệu lưu trên đó được

o vệ an toàn

hơn ao giờ hết. Khi lần đầu tiên USB được cắm vào máy tính, máy tính sẽ
yêu cầu người sử dụng đăng ký vân tay của mình. Những lần sau, khi người

sử dụng cắm USB Flash drive vào máy tính, người sử dụng sẽ được yêu cầu
nhập vào mật khẩu hay quét dấu vân tay. Nếu chưa được chứng th c ằng
mật khẩu hay ằng vân tay thì nội dung ổ USB Flashdrive hồn tồn vơ
hình trước mọi người.
-

Cơng ty FSLocks tung ra loại khố cửa tích hợp thiết ị nhận dạng vân tay,
được cho là một trong những loại khóa dành cho gia đình an tồn nhất thế

Trang 6


Luận văn thạc sĩ

giới hiện nay. Khi mu n mở cửa người mở chỉ cần đặt dấu vân tay đã được
đăng ký, thiết ị sẽ t động nhận diện và mở cửa khi dấu vân tay trùng với
dữ liệu trong ộ nhớ.
-

ADEL là tập đồn phát triển cơng nghệ nhận dạng vân tay lớn nhất thế
giới. ADEL cũng là nhà s n xuất tiên phong và hàng đầu trong việc s n
xuất khóa cửa ứng dụng cơng nghệ nhận dạng vân tay lớn nhất thế giới.
Những s n phẩm ứng dụng cơng nghệ nhận dạng vân tay gồm: Khố cửa
khách sạn, két sắt vân tay, tủ sắt vân tay.

Hình 1.1: Khóa cửa vân tay của ADEL
-

Cơng ty SID Protect của M s n xuất loại thiết ị ch ng trộm với tên gọi
SID dùng để

o vệ các loại xe hơi. Thiết ị này dùng dấu vân tay của chủ

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

o rằng chỉ những người đã được s cho phép của chủ xe mới

có thể khởi động xe. Thiết ị có thể lưu kho ng 20 dấu vân tay khác nhau.
Chủ xe là người duy nhất có quyền quyết định thêm hay ớt người dùng
chung xe, cài đặt hoặc thay đổi mã s của thiết ị.

Trang 7


Luận văn thạc sĩ

Hình 1.2: Hệ th ng ch ng trộm SID trên ơ tơ.
Với tính

o mật cao của nhận dạng vân tay, công nghệ này cũng được ứng

dụng trên các dòng điện thoại cao cấp với ứng dụng Touch ID của hãng Apple
hay Samsung như: iphone 5S, iPhone 6 plus, iPad air2, Galaxy S5, Galaxy
Note 4. Touch ID được tích hợp vào các thiết ị của Apple để người dùng có
thể thao tác nhanh khi đăng nhập vào máy, t i ứng dụng. Tính năng này được
tích hợp c m iến nhận dạng vân tay trên nút Home của điện thoại di động.
Cùng với những ứng dụng của vân tay trong lĩnh v c
những hệ th ng

o mật, trên

o vệ người ta cịn tích hợp thêm cơng nghệ định vị tồn cầu

GPS và GSM như hệ th ng khóa và giám sát xe chạy theo thời gian th c sử
dụng công nghệ GPS và GSM của 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 mất, thông tin được gửi từ người sử dụng đến vi điều khiển
dưới dạng SMS và vi điều khiển sẽ đọc tín hiệu từ GPS xác nhận vị trí chính
xác của xe sau đó gửi tọa độ vị trí về cho người sử dụng.
1.2 Lý do chọn ề tài
- Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ sinh trắc học vào các lĩnh v c đời s ng con
người d a trên tính ất iến và duy nhất của nó.
- Ứng dụng các k thuật tiên tiến, các thiết ị công nghệ cao trong việc qu n
lý, giám sát và
1.3 Mục

o vệ phương tiện, thiết ị một cách hiệu qu và t i ưu nhất.

ch nghiên c u c

ềt i

Trang 8


Luận văn thạc sĩ

Mục đích nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu xây d ng một mơ hình hệ
th ng ch ng trộm vừa có kh năng nhận iết dấu vân tay của người sử dụng

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

o vệ khi dấu vân tay không trùng với dữ

liệu đã được đăng ký đồng thời đưa ra tín hiệu c nh áo hay gửi thơng áo về
chủ xe thông qua thiết ị điện thoại di động. Mặt khác, chủ xe mu n iết vị trí
của xe mình khi cho người khác sử dụng hay khi kẻ trộm c tình di chuyển xe,
thơng qua hệ th ng định vị tồn cầu GPS chủ xe có thể xác định vị trí của xe
mình thơng qua thiết ị kết n i với internet hay sử dụng thơng tin vị trí được
gửi về từ ộ điều khiển trung tâm truy suất vị trí tr c tiếp trên thiết ị di động.
1.4 Ý ngh

kho học v thực tiễn c

ềt i

Hiện nay trên thị trường có nhiều thiết ị ch ng trộm trên xe gắn máy từ
đơn gi n đến phức tạp như khóa tay lái, khóa ánh xe…Hầu hết các thiết ị
này thường chỉ dùng 1 chìa khóa, điều khiển từ xa dùng sóng (RF, hồng
ngoại , dùng mật mã. Do đó, những ai có được chìa khóa, ộ điều khiển từ xa
hay mật mã đều có thể sử dụng dễ dàng dùng thiết ị để dị mã. Với việc sử
dụng chìa khóa thì có thể dễ dàng mở ằng các thiết ị chuyên dùng vam mở
khóa). Đ i với các thiết ị điều khiển từ xa thì dễ ị nhiễu ởi các thiết ị phát
sóng khác. Hệ th ng ch ng trộm dùng mật mã cũng phổ iến hiện nay nhưng
không hiệu qu do khó nhớ, dễ quên và dễ ị đánh cấp. Trong khi đó với đề tài
học viên th c hiện sẽ th c hiện chức năng

động cho chiếc xe. Tính năng

o vệ ch ng trộm chủ động và ị

o vệ chủ động d a vào tính ất iến và cá

nhân về vân tay của mỗi người thì hệ th ng ch ng trộm sử dụng nhận dạng
vân tay thì chỉ những người đã đăng ký dấu vân tay trong ộ nhớ thiết ị thì
mới có thể khởi động được xe, khi không ph i những người đã đăng ký sử
dụng chìa khóa mở mà khơng nhận dạng vân tay vượt quá thời gian được cài

Trang 9


Luận văn thạc sĩ

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

o vệ ị động khi mu n iết vị trí của xe tại một thời điểm do người

khác sử dụng hay khi kẻ trộm c tình di chuyển xe ằng các phương tiện khác
d a trên hệ th ng định vị tồn cầu được tích hợp sẵn trong hệ th ng. Tuy
nhiên, hệ th ng khơng thay thế hồn tồn cho công tắc máy mà là một thiết ị
hỗ trợ. Khi người sử dụng khơng may mất chìa khóa thì vẫn sử dụng vân tay
để điều khiển xe nhưng một s tính năng của xe sẽ hạn chế.
1.5 Kh ch thể v

ối tƣ ng nghiên c u

Đề tài nghiên cứu d a trên các kiến thức sau:
- Lý thuyết về sinh trắc học (vân tay) và phương 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 phương pháp xác định vị trí
của 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 Nhiệm vụ nghiên c u
- Nghiên cứu đặc trưng của các dạng vân tay, cơ chế làm việc và hoạt động
của hệ th ng nhận dạng vân tay.
- Nghiên cứu xây d ng thuật toán nhận dạng các dấu hiệu đặc trưng phân iệt
các loại vân tay khác nhau.
- Nghiên cứu khái niệm, cấu trúc, hoạt động của hệ th ng định vị tồn cầu
GPS, thuật tốn xác nhận vị trí trên GPS.
- Nghiên cứu giao tiếp giữa các module với vi điều khiển thông qua GSM.
- Thiết kế và xây d ng mơ hình hệ th ng ch ng trộm d a trên các thuật toán
đã xây d ng.

Trang 10


Luận văn thạc sĩ

- Thử nghiệm và đánh giá chất lượng và kh năng ứng dụng vào các dòng xe
gắn máy trong nước.
- Nghiên cứu, viết ứng dụng điều khiển hệ th ng trên điện thoại di động.
1.7 Giới hạn c

ềt i

Do đề tài có liên quan đến kiến thức tổng hợp của khá nhiều môn khoa
học khác nhau nên đề tài chỉ dừng ở mức độ tìm hiểu và xây d ng thuật toán
nhận dạng vân tay và xác định vị trí của đ i tượng d a vào hệ th ng định vị
toàn cầu GPS và giao tiếp giữa xe và người dùng thơng qua GSM. Sau đó, học
viên th c hiện thiết kế mơ hình, tiến hành th c nghiệm nhận dạng vân tay, xác
định vị trí d a trên hệ th ng GPS và giao tiếp người dùng với ộ điều khiển
thông qua thiết ị di động, kiểm tra hoạt động của hệ th ng để đánh giá chất
lượng của thuật tốn. Do đó, đề tài chỉ nghiên cứu lắp đặt lên xe máy Dream
để thử nghiệm các tính năng hệ th ng.
1.8 Phƣơng ph p nghiên c u
- Thu thập, nghiên cứu lý thuyết sinh trắc học, các phương 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 tượng d a trên GPS.
- Th c hiện thiết kế và thi cơng mơ hình: Mơ hình đưa ra gồm có module điều
khiển MCR, thiết ị nhận GPS, c m iến nhận dạng vân tay, module GSM.
- Phương pháp th c nghiệm đánh giá kết qu th c hiện.
- Phương pháp th ng kê.
- Phương pháp so sánh đánh giá, điều chỉnh, sửa chữa.
1.9 Kế hoạch thực hiện
- Thu thập, nghiên cứu các tài liệu liên quan về nhận dạng vân tay, xử lý tín
hiệu s .
- Thu thập nghiên cứu 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 trưng của tín hiệu nhận dạng vân tay của các
module nhận dạng vân tay.
- Tìm hiểu các phương pháp định vị trí đ i tượng d a vào GPS.
- Tìm hiểu phương thức 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 được từ
c m iến.
- Xây d ng mơ hình ch ng trộm trên xe gắn máy.
- Th c nghiệm đánh giá thuật toán, độ ổn định của thiết ị.
- Kết luận và đánh giá.
Tiến độ th c hiện được cụ thể hóa trong như sau:
TT

Thời gian

1

9/2013

Nhận chuyên đề 1 của luận văn

2

9/201312/2013

Th c hiện chuyên đề 1: Tổng quan, cơ sở lý thuyết của đề
tài

3

3/2014

Đăng ký chuyên đề 2 của luận văn
-

4

5

6

4/2014 7/2014

-

Công việc

- Th c hiện chuyên đề 2: Nội dung chuyên đề 1, đề cương
chi tiết luận văn, các vấn đề gi i quyết, hướng th c hiện
từng nội dung, các vấn đề cịn tồn tại.
- Nghiên cứu đặc tính l a chọn những thiết ị cần thiết
cho luận văn

8/2014 - -

- Nộp và b o vệ chuyên đề 2
- Nghiên cứu thuật toán điều khiển từng module và thuật

12/2014

toán điều khiển hệ th ng, thiết kế phần cứng, sơ đồ kết
n i hệ th ng.
-

- Lập trình kh i điều khiển trung tâm d a trên các thuật

12/2014 –
6/2015 -

toán đã 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 của giáo viên hướng 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 hướng dẫn
- Gặp giáo viên ph n iện
- B o vệ luận văn

Trang 13


Luận văn thạc sĩ

Chƣơng 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Dấu vân t y v một số ặc trƣng nhận dạng
Dấu vân tay được hình thành dưới tác động của hệ th ng gen di truyền mà
thai nhi được thừa hưởng và tác động của môi trường thông qua hệ th ng mạch máu
và hệ th ng thần kinh nằm giữa hạ ì và iểu ì. Một dấu vân tay được sao chép lại
từ lớp iểu ì da khi ấn ngón tay vào một ề mặt phẳng. Cấu trúc của 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 thường có độ rộng từ 100 mμ đến 300 mμ. Độ rộng của một cặp vân lồi lõm
cạnh nhau là 500 mμ. Các chấn thương như ỏng nhẹ, mịn da,…khơng nh hưởng
đến cấu trúc bên dưới của vân tay, khi da mọc lại cấu trúc này khôi phục lại như cũ.

Hình 2.1: Vân lồi và vân lõm trên ngón tay.
Các dấu vân tay khác nhau khơng thể phân iệt nhau d a vào các đường vân
lồi và vân lõm của chúng mà phân iệt thông qua các điểm ất thường điểm nhận
dạng trên đường vân.Vân lồi và vân lõm thường nằm song song với nhau, nhưng
đôi lúc chúng tạo thành điểm rẽ nhánh (bifurcation point) hay điểm kết thúc ending
point). Điểm kết thúc là những điểm nằm ở cu i đường vân. Điểm rẽ nhánh là
những điểm nằm ở vị trí phân chia đường vân từ 1 đường thành 2 đường tại ngã a
hình chữ Y. Ở mức độ tổng thể, các mẫu vân tay thể hiện các vùng vân khác nhau
mà ở đó các đường vân có hình dạng khác iệt. Những vùng này gọi là các vùng

Trang 14


Luận văn thạc sĩ

đơn có thể được phân loại thành các dạng: loop, delta và whorl (hình 2.2) và được
ký hiệu tương ứng là Ω Δ ∩. Vùng whorl có thể được mơ t

ởi 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 đã định nghĩa điểm core là “điểm nằm
về phía ắc nhất của đường vân nằm trong cùng nhất”. Th c tế, điểm core là điểm
trung tâm của vùng loop nằm về phía ắc nhất. Nếu vân tay khơng chứa các vùng
loop hay whorl thì điểm core là điểm mà tại đó độ cong của đường vân là lớn nhất.
Một s dạng core thường dùng để nhận dạng

Hình 2.3: Các phân lớp chính của vân tay.

Trang 15


Luận văn thạc sĩ

Ở mức độ cục ộ, các đặc tính quan trọng gọi là các đặc trưng (minutiae),
được tìm thấy trong các mẫu vân tay. Các đặc trưng là điểm kết thúc, hay điểm rẽ
nhánh, … Francis Galton 1822 - 1911) là người đầu tiên phân loại đặc trưng và
phát hiện chúng không thay đổi trong su t cuộc đời của một cá nhân. Vào năm
1986, viện chuẩn qu c gia M đề nghị phân loại đặc trưng theo

n loại gồm: điểm

kết thúc, điểm rẽ hai, điểm rẽ ba và điểm khơng xác định. Trong khi đó mơ hình đặc
trưng của cục điều tra liên ang Mĩ FBI chỉ phân thành hai loại: Điểm kết thúc và
điểm rẽ hai. Mỗi đặc trưng được xác định ằng hệ tọa độ (x, y) và góc tạo ởi tiếp
tuyến của đường vân tại đặc trưng và trục ngang.

Hình 2.4: Các đặc trưng phổ iến trên vân tay
2.2 Cảm biến nhận dạng vân tay
Tùy thuộc vào quá trình lấy dấu là tr c tiếp hay gián tiếp mà dấu vân tay
được lấy từ những cách sau: dấu vân tay gián tiếp và dấu vân tay tr c tiếp.
2.2.1 Dấu vân tay gián tiếp
Ở phương pháp này, hình nh dấu vân tay được lấy từ vết in của các ngón
tay thơng qua vật trung gian là giấy, tấm kính, tấm phim mỏng.

Trang 16


Luận văn thạc sĩ

Dấu lăn m c (Rolled inked fingerprint): Hình nh vân tay thu được ằng
cách lăn các ngón tay trên giấy mềm sao cho một lớp m c mỏng ám trên đầu ngón
tay, lăn ngón tay trên giấy trắng để dấu m c trên các đường vân các ngón tay in lại
trên giấy trắng sau đó dùng máy quét quang học hay máy quay để chụp lại hình nh
vân tay s hóa nh vân tay .
Dấu vân tay ẩn (latent fingerprint): Đây là một dạng đặc iệt của phương pháp
lấy dấu lăn m c. Quá trình ài tiết liên tục sẽ sinh ra mồ hôi trên các đường vân. Trong
q trình tiếp xúc liên tục của ngón tay lên các ộ phận của cơ thể hay những vật khác
sẽ để lại 1 lớp hơi ẩm hay mở trên ề mặt của vật thể đó. Trong q trình tiếp xúc với
vật thể (kính, phim trong) lớp hơi ẩm sẽ in lại trên vật thể và để lại dấu của vân tay trên
đó. Dấu vân tay này sau đó được máy quét quang học chụp lại sẽ cho hình nh vân tay.
Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong ngành pháp y.
2.2.2 Dấu vân tay trực tiếp (live scanner fingerprint)
Dấu vân tay tr c tiếp là thuật ngữ dùng để chỉ việc hình nh vân tay được lấy
tr c tiếp từ ngón tay mà khơng qua vật trung gian cũng như q trình s hóa trung
gian từ nh lăn vân tay. Trong phương pháp này, một s c m iến được sử dụng để
nhận iết vân lồi và vân lõm của dấu vân tay như c m iến nhiệt độ, c m iến điện

dung, c m iến siêu âm, gương ph n chiếu 3 chiều. Bên trong ao gồm một nguồn
phát sáng đèn LED và một camera t c độc cao (CCD) được đặt đ i điện với tấm
kính lăn tay.
Nguồn sáng chiếu tới tấm kính lăn với 1 góc và camera được đặt ở vị trí sau
cho có thể thu được nh ph n chiếu từ tấm kính. Ánh sáng ph n chiếu từ đường vân
lồi trên tấm kính xuất hiện một cách ngẫu nhiên khơng liên tục trên gương ph n
chiếu trong khi ánh sáng chiếu tới vân lõm sẽ ị hấp thu, kết qu hình nh vân tay
được camera thu lại.
Khi ngón tay được đặt trên kính lăn mặt c m iến thì các vân lồi sẽ tiếp xúc
với ề mặt kính trong khi các vân lõm sẽ khơng tiếp xúc với kính.

Trang 17