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

Chia sẻ: Trần Thị Tan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:116

Thêm vào BST

Báo xấu

75
lượt xem 19
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là 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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: 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 Họ tên sinh viên: Dương Quốc Trung MSSV: 15141316 Nguyễn Văn Phong MSSV: 15141237 Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 41 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2015 Lớp: 15141DT1B 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 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ----o0o---- – Y SINH 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 Tuần 4 Tìm hiểu Arduino Mega 2560 R3 và LCD TFT cảm 16/09/2019 ứng 3.2 inch. Tuần 5 Giao tiếp giữa module cảm biến vân tay R305 và 23/08/2019 Arduino. Tuần 6 Giao tiếp giữa LCD TFT cảm ứng, cảm biến thời gian 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