Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tải bản đầy đủ - 0trang

Luận văn tốt nghiệp



GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc



• Vi điều khiển ATmega 2560: bộ xử lý trung tâm của toàn bộ board mạch.

• Digital Pins: dãy các chân nhận hoặc xuất tín hiệu số.

• TX/RX Leds: đèn báo hiệu khi có tín hiệu truyền và nhận dữ liệu của

board.

• Test Led 13: led dùng để kiểm tra board.

• Power Led: đèn led báo hiệu khi có nguồn nạp vào board.

+ Thông số kỹ thuật: board Arduino Mega 2560 sử dụng chip Atmega2560 với

bộ nhớ 256KB trong đó có 8KB dùng cho “bootloader”. Dung lương RAM 8KB và

4KB EEPROM. Ngoài ra, còn một số thơng số khác như điện áp hoạt động, tần số hoạt

động, điện áp giới hạn, số chân analog và digital,… được thể hiển qua bảng 2-1 sau:

Bảng 2-1: Bảng thông số kỹ thuật của board Arduino Mega 2560

Vi điều khiển



Atmega2560



Điện áp hoạt động

Tần số hoạt động

Dòng điện tiêu thụ

Điện áp vào khuyên dùng

Điện áp vào giới hạn

Số chân Digital I/O

Số chân Analog

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O

Dòng ra tối đa (5V)

Dòng ra tối đa (3.3V)

Giao tiếp UART

Giao tiếp SPI



5V – DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

16MHz

30mA

7 – 12V DC

6 – 12V DC

54 (15 chân PWM)

16 (độ phân giải 10 bit)

30 mA

50 mA

50 mA

4 bộ UART

1 bộ (chân 50 đến 53) dùng vào

thư viên SPI

1 bộ

256 KB (Atmega2560) với 8 dùng bởi

bootloader

8 KB (ATmage328)

4 KB (ATmage328)



Giao tiếp I2C

Bộ nhớ Flash

RAM

EEPROM



+ Phần mềm: Môi trường phát triển tích hợp (IDE) của Arduino Mega 2560 là

một ứng dụng cross-platform được viết bằng Java làm nền tảng sau đó phát triển lên

ngơn ngữ lập trình xử lý được viết bằng ngôn ngữ C hoặc C++ với thư viện phần mềm

được tích hợp sẳn “ Wiring” giúp thao tác input/output một cách dễ dàng hơn. Khi sử

dụng người dùng chỉ cần định nghĩa 2 hàm để tạo ra một chương trình vòng thực thi có

thể chạy được.

• Setup(): hàm này chạy mỗi khi khởi động một chương trình, dùng để

thiết lập các cài đặt.

• Loop(): hàm này được gọi lặp lại cho đến khi tắt nguồn board mạch.



15



Luận văn tốt nghiệp



GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc



+ Ứng dụng: Arduino Mega 2560 được sử dụng rộng rãi trong điều khiển tự

động. Đơn giản như mạch biến cảm ánh sáng, mạch điều khiển động cơ hay cao hơn là

ứng dụng trong các sản phẩm như robot, khinh khí cầu, máy in 3D, máy bay khơng

người lái, … Hệ thống Arduino có thể tương tác với nhiều thiết bị như các hệ thống

cảm biến đa dạng (cảm biến nhiệt độ, gia tốc, vận tốc, lưu lượng,..), các thiết bị hiển

thị ( đèn Ledca, LCD, ..), các module chức năng hổ trợ kết nối có dây hoặc các kết nối

không dây thông dụng, định vị GPS, nhắn tin SMS,..

2.2. Công nghệ nhận dạng vân tay và module R305

2.2.1 Công nghệ nhận dạng vân tay

Vài nét cơ bản về vân tay

+ Gờ vân tay được hình thành trong quá trình phát triển của thai nhi từ tháng

thứ 3 đến tháng thứ 4. Các đường lằn bắt đầu phát triển trên da của ngón cái và các

ngon tay khác.

+ Mục đích của những đường vân giúp cho các ngon tay cầm nắm được chắc

hơn. Những đường vân này cho phép các ngón tay có thể nắm bắt và nhận các đối

tượng.

+ Vân tay là đặc điểm đặc trưng của từng người. Mỗi người đều có một dấu vân

tay đặc trưng riêng của mình nên sẽ khơng có 2 dấu vân tay nào hoàn toàn giống nhau

ngay cả những cặp song sinh giống hệt nhau thì dấu vân tay cũng sẽ khác nhau. Vân

tay không do thừa kế hay di truyền. Các mơ hình chung có thể giống nhau trong gia

đình nhưng mức độ 2, 3 và mức chi tiết cũng sẽ khác nhau. Sau khi hình thành các

đường vân tay này ngày càng mở rộng và thống nhất với tất cả các hướng tăng trưởng

trong cơ thể để mơ hình vân tay khơng bao giờ thay đổi.

+ Dấu vân tay không bao giờ mất đi hay biến dạng vì bất cứ lý do nào đó. Ngay

cả khi các tế bào da bị tổn thương, da mọc lại và cũng sẽ hình thành lại dấu vân tay

như lúc đầu.

Ưu điểm dùng công nghệ vân tay trong bảo mật

+ Với nhu cầu cấp bách đối với bảo mật cao ngày càng tăng, sinh trắc học đã

được nhắm vào để tạo ra một phương pháp nhận dạng cho thế hệ tiếp nối. Sinh trắc

học là nghiên cứu cách thức con người khác nhau dựa vào các yếu tố sinh học, chẳng

hạn như làm thế nào các dấu vân tay của mổi người có hình thức khác nhau. Trong đó

hàng loạt các công nghệ sinh trắc học, nhận dạng dấu vân tay được sử dụng sớm nhất

và mang đến nhiều cơ hội hơn là sử dụng công nghệ sinh trắc học khác.

+ Nhận dạng vân tay có thể là phương pháp phức tạp nhất cho tất cả công nghệ

sinh trắc học và được xác nhận qua nhiều ứng dụng. Nhận dạng vân tay đã chứng thực

một cách đặc biệt về tính hiệu quả cao của nó và là cơng nghệ được đề cao xa hơn nữa

trong ngành điều tra tội phạm hơn một thế kỷ.

+ Với những thứ có thể giả hoặc mô phỏng được như dáng đi con người, gương

mặt, hoặc chữ ký thì vân tay là duy nhất hồn hảo theo từng riêng rẻ và cố định không

thay đổi theo thời gian. Tính riêng biệt này đã minh chứng rằng nhận dạng dấu vân tay

là chính xác và hiệu quả hơn các phương pháp nhận dạng khác.

16



Luận văn tốt nghiệp



GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc



+ Ngồi ra, vân tay có thể chụp ảnh lại và được số hóa bằng những thiết bị giá

thành thấp và nén một cách hiệu quả nên chỉ tốn một dung lượng nhỏ để lưu trữ một

lượng dữ liệu lớn các thông tin. Với những sức mạnh này, nhận dạng vân tay là một

phần chủ yếu trên thị trường an ninh và tiếp tục cạnh tranh hơn những cái khác trên

khắp thế giới ngày nay.

Quá trình xử lý nhận dạng vân tay

+ Xử lý nhận dạng vân tay bao gồm hai quy trình thiết yếu: Sự đăng ký

(Enrollment ) và sự nhận dạng (Authentication). Xem các bước thủ tục theo sơ đồ bên

dưới, hệ thống nhận dạng vân tay so sánh giữa hình ảnh vân tay đầu vào và dữ liệu đã

đăng ký trước để xác định vân tay đúng.

1. Sự đăng ký

Thu gom ảnh

vân tay



Sự rút trích

đặc điểm riêng

của vân tay



Mã vân

tay



Sự rút trích

đặc điểm riêng

của vân tay



So sánh



2. Sự nhận dạng

Thu gom ảnh

vân tay



Mã vân tay

đúng



Bước 1: Thu gom hình ảnh vân tay

+ Phương pháp thu gom hình ảnh thời gian thực là sự phân lớp một cách đại

khái là thuộc quang học (optical) và không thuộc quang học (non-optical). Phương

pháp thuộc về quang học là dựa vào hiện tượng phản xạ tuyệt đối trên bề mặt kiến

hoặc tăng cường thêm một lớp chất dẽo ở nơi mà ngón tay tiếp xúc. Mắt đọc thơng

thường bao gồm một lăng kính và một khối CCD(Charged Coupled Device) hoặc là

mắt đọc hình ảnh CMOS. Trong sự tương phản, mắt đọc bán dẫn, ví dụ tiêu biểu như

những mắt đọc không thuộc quang học, khai thác những đặc tính thuộc về điện của

ngón tay chẳn hạn như là điện dung. Sóng siêu âm, nhiệt, và áp suất cũng được sử

dụng để đạt được hình ảnh đối với mắt đọc vân tay không thuộc quang học. Những

mắt đọc khơng thuộc quang học được nói rằng thích hợp một cách tương đối hơn đối

với sự sản xuất qui mô lớn và hạn chế về kích thước chẳn hạng như tích hợp với thiết

bị di động.

+ Dưới đây là bảng chi tiết so sánh.

Bảng 2-2: Bảng so sánh cách thu gom hình ảnh thuộc về quang học và khơng

thuộc về quang học

Thuộc về quang học

17



Không thuộc về quang



Luận văn tốt nghiệp

Phương

pháp đo

lường

Ưu điểm



Khuyết

điểm



Ứng dụng



GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc

Ánh sáng



học

Ánh sáng, nhiệt độ, điện

dung, sóng siêu âm



Thực thi tính ổn định cao

và hình ảnh chất lượng cao



Giá thành thấp với tích

hợp kích cỡ nhỏ, tiêu thụ

nguồn thấp



Tranh giới giá thành cao để

giảm bớt về kích thước

Dể nhằm lẩn với ngón tay

có vết tích hoặc ngón tay

giả

Hệ thống chấm cơng và

điều khiển ra vào, điều

khiển dịch vụ ngân hàng

và bảo mật máy vi tính



Dễ bị hư bề mặt điện và

gặp khó khăn với nhiệt

độ và ngón tay khơ

Bảo mật máy vi tính,

nhận dạng tài chính điện

tử, thiết bị cầm tay và

thẻ thơng minh.



Bước 2: Sự rút trích đặc điểm riêng

+ Có hai cách chính để so sánh hình ảnh đầu vào và dữ liệu đã đăng ký. Một là

so sánh một hình ảnh này với hình ảnh khác một cách trực tiếp. Cách khác là so sánh

đặc tính đoạn trích từ mỗi hình ảnh vân tay. Sau cùng là được gọi là việc kết nối so

sánh đặc tính cơ bản (feature-based)/ minutia-based. Mỗi ngón tay có duy nhất một

hình thể riêng theo các đường nổi thành dòng gọi là “ridges” và những vùng lổ giữa

chúng gọi là “valleys”. Như thể hiện ở hình bên dưới, ridges được đại diện là những

đường màu đen, trong đó valleys là trắng.



Hình 2-2: Các ridges và valleys

Bước 3: Sự kết nối so sánh.

+ Sự so sánh xảy ra chỉ một lần giữa hình ảnh vân tay đầu vào và một cái được

chọn từ dữ liệu theo sự khai báo của người dùng. Kết quả đầu ra của các bước so sánh

là có hay khơng vân tay đầu vào đúng với một vân tay trong dữ liệu

Thị trường ứng dụng

18



Luận văn tốt nghiệp



GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc



+ Thị trường ứng dụng vân tay đối với công nghệ nhận diện dấu vân tay bao

gồm điều khiển truy nhập và ứng dụng khóa cửa, chuột nhận dạng vân tay, điện thoại

di động thông minh, và đặc biệt trong môi trường an ninh và bảo mật.

+ Theo công nghệ tiến bộ cho phép kích cỡ mắt đọc vân tay ngày càng thu nhỏ

nhiều hơn giúp các thiết bị an ninh dùng dấu vân tay ngày càng gọn nhẹ và hiệu quả

hơn làm cho thị trường ứng dụng ngày càng mở rộng.

2.2.2 Module nhận dạng dấu vân tay R305

Đây là module nhận dạng vân tay giao tiếp trục tiếp qua giao thức UART có thể

kết nối trực tiếp đến vi điều khiển hoặc qua PC adapter Max232/USB-Serial. Người sử

dụng có thể lưu trữ dữ liệu vân tay trực tiếp vào module. Module có thể dễ dàng giao

tiếp với các loại vi điều khiển chuẩn 3.3V hoặc 5V. Có một con Led đỏ được bật sáng

nằm sẵn trong ống kính trong suốt quá trình chụp vân tay. Cảm biến với chức năng

tuyệt vời và có thể được nhúng vào các thiết bị như: điều khiển truy cập, két sắt, khóa

cửa nhà, khóa cửa xe,... Có thể chứa lên đến 162 dạng vân tay khác nhau trong bộ nhớ

FLASH của board.



Hình 2-3: Module nhận dạng vân tay R305

Thơng số kỹ thuật:

+ Tích hợp xử lý hình ảnh và thuật tốn xử lý trên cùng một chip.

+ Khả năng xử lý ảnh đẹp, có thể chụp ảnh tốt với độ phân giải lên đến 500dpi.

+ Tiêu thụ điện năng thấp, giá rẻ, kích thước nhỏ gọn và hiệu suất tuyệt vời.

+ Điện áp cung cấp: 3.3 ~ 5V.

+ Dòng điện tiêu thụ: 90mA, đỉnh 150mA.

19



Luận văn tốt nghiệp



GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc



+ Độ phân giải: 500dpi.

+ Chuẩn giao tiếp: USB - UART (TTL logical logic)

+ Tốc độ Baud rate: 4800 ~ 115200bps.

+ Tốc độ quét: 0.5s.

+ Tốc độ xác nhận: 0.3s.

+ Bề mặt nhận dạng: 15 ~ 18mm.

+ Tỷ lệ lỗi chấp nhận được: 0.0001%.

+ Tỷ lệ lỗi không chấp nhận: 0.1%.

+ Nhiệt độ hoạt động được: -20 ~ 45oC.

+ Kích thước: 50 x 20 x 21.5mm.



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



Nguyên lý hoạt động của module vân tay gồm 2 phần như sau:

+ Lấy dữ liệu hình ảnh của vân tay: Khi lấy dữ liệu, module sẽ lấy dữ liệu hình

ảnh vân tay 2 lần thơng qua cảm biến quang học và xử lí 2 hình ảnh này để tạo ra một

mẫu.

+ Kết hợp các dữ liệu để tạo ra mẫu vân tay: Quá trình này sảy ra sau khi đã có

hình ảnh vân tay .Đây là q trình kết hợp 2 mẫu hình ảnh vân tay để tạo ra một mẫu.

Hệ thống sẽ xử lí để lưu trữ vào thư viện vân tay trong bộ nhớ FLASH của module.

20



Luận văn tốt nghiệp



GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc



Nguyên lý truyền dữ liệu của module R305 với vi điều khiển

+ Giao tiếp thông qua UART với tốc độ Baud mặc định là 57600 và có thể cài

đặt tốc độ này trong dải từ 9600 -> 115200.

+ Khung truyền định dạng 10bit.



Hình 2-5: Truyền tín hiệu theo chuẩn UART giữa module R305 và Vi điều khiển

+ Để bắt đầu việc thực hiện việc truyền dữ liệu bằng UART, một Star Bit được

gởi đi, sau đó là các bit dữ liệu và kết thúc q trình truyền là Stop bit.

• Star bit: là bit đầu tiên được truyền trong một frame truyền, bit này có chức

năng báo cho thiết bị nhận biết rằng có một gói dữ liệu sắp được truyền tới.

• Data: là gói thơng tin chính mà chúng ta cần gởi và nhận.

• Parity bit: là bit dùng để kiểm tra dữ liệu truyền có đúng khơng (một cách

tương đối).

• Stop bit: là 01 hoặc nhiều bit báo cho thiết bị nhận rằng một gói dữ liệu đã

được gởi xong.

2.3. Module driver điều khiển động cơ bước

2.3.1. Module driver A3967

Mạch điều khiển động cơ bước A3967 dùng để điều khiển motor step một cách

đơn giản, tương thích với bất cứ tín hiệu có thể xuất ra tín hiệu xung số từ 0 đến 5V

(hoặc xung 0 đến 3.3V nếu hàn jumper SJ2 lại).

Mạch step driver A3967 sử dụng nguồn từ 7V đến 20V, nguồn cấp cho step

motor bất kỳ mức nào.

Trên board có tích hợp ic ổn áp có thể chọn mức nguồn 5V hoặc 3.3V.

Với 4 chế độ điều chỉnh vi bước: full bước, 1/2 bước, 1/4 bước, 1/8 bước thông

qua MS1 và MS2.

2.3.1.1. Cấu trúc module driver A3967



21



Luận văn tốt nghiệp



GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc



Hình 2-6: Cấu trúc module driver A3967

Cấu trúc như hình 2-6 bao gồm những phần chính như sau:

+ Motor Coil A, B: 4 chân ra nối với động cơ bước tương thích với từng cặp.

+ Reset: khởi động lại chương của driver

+ Enable: dùng để kích hoạt các FET điều khiển động cơ.

+ Power In: cung cấp nguồn cho động cơ (từ 6 – 20V, 2A).

+ GND: chân nối đất ( 0V).

+ Output 5V: chân nguồn ni tồn bộ driver (khơng cần cấp do tích hợp sẵn

mạch nguồn LM317).

+ MS1 Input: xác định vi bước.

+ MS2 : xác định vi bước.

+ Step Input: cung cấp xung từ vi điều khiển để điều khiển động cơ. Tùy vào vi

bước mà số xung để chạy 1 bước sẽ khác nhau.

+ Direction Input: thiết lập chiều quay cho động cơ với 2 chế độ HIGH VÀ

LOW tương ứng với quay thuận và nghịch.

2.3.1.2. Cách xác định vi bước

Mặc định ban đầu của driver sẽ thực hiện vi phân 1/8 bước. Để điều khiển chạy



22



Luận văn tốt nghiệp



GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc



Lựa chọn vi bước thông qua 2 pin MS1 và MS2 được trình bày thơng qua bảng 2-3

sau:

Bảng 2-3: Bảng lựa chọn chế độ vi bước của driver A3967

MS1



MS2



Độ phân giải vi bước



LOW



LOW



Nguyên bước



HIGH



LOW



1/2 bước



LOW



HIGH



1/4 bước



HIGH



HIGH



1/8 bước



+ Nguyên bước: khi 2 chân MS1 và MS2 đồng thời ở mức LOW thì vi bước sẽ

là nguyên bước nghĩa là 1 xung vào driver thì động cơ quay tương ứng 1 bước.



Hình 2-7: Sơ đồ điều khiển nguyên bước của driver A3967

+ 1/2 bước: khi chân MS1 ở trạng thái HIGH đồng thời chân MS2 ở trang thái

LOW khi đó 2 xung vào driver thì tương ứng động cơ quay 1 bước.



23



Luận văn tốt nghiệp



GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc



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

+ 1/4 bước: tương tự khi chân MS1 ở trạng thái LOW đồng thời MS2 ở trạng

thái HIGH khi đó 4 xung vào chân step của driver thì tương ứng động cơ quay 1 bước.



24



Luận văn tốt nghiệp



GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Phúc



Hình 2-9: Sơ đô điều khiển 1/4 bước của driver A3967

+ 1/8 bước: tương ứng khi đồng thời 2 chân MS1 và MS2 đều ở trạng thái HIGH khi

đó 8 xung vào driver thì tương ứng động cơ quay được 1 bước.



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



2.3.2. Module driver TB6560



Hình 2-11: Module driver TB6560



25



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×