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:

GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO SINH VIÊN THÔNG
QUA HỆ THỐNG QUÉT VÂN TAY ĐIỀU
KHIỂN QUA MẠNG INTERNET
GVHD : ThS. Võ Đức Dũng
SVTH1: Nguyễn Văn Phúc
MSSV : 13141243
SVTH2: Diệp Minh Thiện
MSSV : 13141330

Tp. Hồ Chí Minh - 1/2018


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 KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

Diệp Minh Thiện
Điện tử công nghiệp
Đại học chính quy
2013

MSSV: 13141243
MSSV: 13141330
Mã ngành: 141
Mã hệ:
1
Lớp:
13141DT3A

I. TÊN ĐỀ TÀI: GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO SINH VIÊN THÔNG QUA HỆ
THỐNG QUÉT VÂN TAY ĐIỀU KHIỂN QUA MẠNG INTERNET
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
- Nguyễn Minh Tiến, Phan Hồng Đức, “Thiết kế và thi công hệ thống đóng mở cửa
bằng vân tay sử dụng kit Arduino được giám sát bằng máy tính thông qua Internet”,
Đồ Án Tốt Nghiệp ĐH, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, 2017.
2. Nội dung thực hiện:
- Tìm hiểu và nghiên cứu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, chức năng của các module
Arduino, cảm biến vân tay R305, module Sim 800A, động cơ Servo, ma trận phím.
-

Tìm hiểu và nghiên cứu về cách lập trình Web Server, tìm hiểu về ngôn ngữ HTML,
CSS, PHP, cơ sở dữ liệu MySQL để tạo nên một trang Web hoàn chỉnh.

-


CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH

ii


TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
Tp. HCM, ngày 01 tháng 10 năm 2017

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: ...........................................................................................................
Lớp: ............................................................................... MSSV: .......................................
Họ tên sinh viên 2: ...........................................................................................................
Lớp: ............................................................................... MSSV: .......................................
Tên đề tài: .........................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Tuần/ngày

Nội dung

Xác nhận
GVHD


đấu và hoàn thành đề tài, xin cảm ơn đấng sinh thành đã luôn động viên chúng em trong
những lúc bế tắc và chán nản nhất.
Và cuối cùng chúng em xin cảm ơn các anh, chị đi trước và bạn bè đã có những lời
khuyên, lời góp ý chân thành để đề tài của chúng em có thể hoàn thiện hơn.
Một lần nữa, chúng em xin cảm ơn tất cả mọi người đã luôn ở bên cạnh và giúp đỡ
chúng em, tạo động lực để chúng em hoàn thành tốt đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn!
Người thực hiện đề tài:
Nguyễn Văn Phúc

Diệp Minh Thiện

vi


MỤC LỤC
Trang bìa ........................................................................................................................ i
Nhiệm vụ đồ án ............................................................................................................. ii
Lịch trình thực hiện đồ án tốt nghiệp ........................................................................... iv
Cam đoan ..................................................................................................................... v
Lời cảm ơn ................................................................................................................... vi
Mục lục ....................................................................................................................... vii
Liệt kê hình vẽ .............................................................................................................. x
Liệt kê bảng vẽ ............................................................................................................ xv
Tóm tắt ...................................................................................................................... xvi

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................ 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................... 1
1.2 MỤC TIÊU ......................................................................................................... 2
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ............................................................................... 2


CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ....................................................... 40
4.1 GIỚI THIỆU ....................................................................................................... 40
4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................................................... 40
4.2.1 Thi công bo mạch hệ thống ............................................................................. 42
4.2.2 Lắp ráp và kiểm tra bo mạch hệ thống ............................................................ 42
4.2.3 Thi công bo mạch module relay điều khiển ngõ ra ......................................... 42
4.2.4 Lắp ráp và khiểm tra bo mạch module relay điều khiển ngõ ra ...................... 44
4.3 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ........................................................... 45
4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển ................................................................................... 45
4.3.2 Thi công mô hình ............................................................................................. 45
4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG .................................................................................. 46
4.4.1 Lưu đồ giải thuật .............................................................................................. 46
4.4.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển ............................................................. 58
4.4.3 Phần mềm lập trình Android Studio ................................................................ 63
4.4.4 Phần mềm lập trình web .................................................................................. 69
4.5 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC ............................... 80
4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng ...................................................................... 82
4.5.2 Quy trình thao tác ............................................................................................ 83

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ................................... 85
5.1 KẾT QUẢ. .......................................................................................................... 85
5.2 NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ .............................................................................. 112

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. ......................... 114
6.1 KẾT LUẬN ...................................................................................................... 114
viii


6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................................................... 115

Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý kết nối Arduino Mega với động cơ Servo SG90 .............. 30
Hình 3.16 LCD 20x4 ..................................................................................................... 31
Hình 3.17 Mạch chuyển giao tiếp LCD sang I2C ......................................................... 31
Hình 3.18 Sơ đồ nguyên lý kết nối Arduino Mega với LCD ........................................ 32
Hình 3.19 Sơ đồ nối dây và hình ảnh thực tế của bàn phím ma trận 4x4 ..................... 32
Hình 3.20 Sơ đồ nguyên lý kết nối Arduino Mega với ma trận phím .......................... 33
Hình 3.24 Nguồn tổ ong 12V 5A .................................................................................. 36
Hình 3.25 Nguồn tổ ong 5V 4A .................................................................................... 36
Hình 3.26 Mạch giảm áp LM2596 ................................................................................ 37
Hình 3.27 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch .......................................................................... 39
Hình 4.1 Sơ đồ đi dây đã phủ đồng bo mạch hệ thống ................................................. 40
Hình 4.2 Hình dạng 3D lớp top bo mạch hệ thống ....................................................... 41
Hình 4.5 Sơ đồ bố trí linh kiện mặt trước mô hình ....................................................... 45
Hình 4.6 Hình dạng mặt bên mô hình ......................................................................... 45
x


Hình 4.7 Hình dạng mặt trên mô hình .......................................................................... 45
Hình 4.10 Lưu đồ hệ thống đóng mở cửa ..................................................................... 48
Hình 4.11 Lưu đồ mở cửa bằng vân tay ........................................................................ 49
Hình 4.12 Lưu đồ chuyển dữ liệu lên web .................................................................... 50
Hình 4.13 Lưu đồ chế độ mở cửa bằng ma trận phím .................................................. 51
Hình 4.14 Lưu đồ mở lại hệ thống khi bị khóa ............................................................. 52
Hình 4.15 Lưu đồ quản trị admin .................................................................................. 53
Hình 4.16 Lưu đồ thêm vân tay .................................................................................... 54
Hình 4.17 Lưu đồ xóa vân tay ....................................................................................... 55
Hình 4.20 Quy trình làm việc của arduino .................................................................... 58
Hình 4.21 Giao diện lập trình arduino .......................................................................... 58
Hình 4.22 Giao diện menu arduino IDE...................................................................... 59
Hình 4.23 Giao diện file menu arduino IDE ................................................................ 59

Hình 5.11 Quét vân tay người dùng mới lần 2 .............................................................. 89
Hình 5.12 Nhập ID cần xóa vân tay .............................................................................. 89
Hình 5.13 Nhập mật khẩu mở cửa ................................................................................ 90
Hình 5.14 Mở cửa bằng mật khẩu thành công .............................................................. 90
Hình 5.15 Nhập mật khẩu sai ........................................................................................ 90
Hình 5.17 Nhập mật khẩu cũ......................................................................................... 91
Hình 5.18 Nhập mật khẩu mới ...................................................................................... 91
Hình 5.20 Mở hệ thống thành công............................................................................... 92
Hình 5.22 Nhiệt độ, độ ẩm, khí gas trên Internet .......................................................... 93
Hình 5.23 Kết quả điều khiển thiết bị trên Smartphone................................................ 93
Hình 5.24 Kết quả điều khiển khiển thiết bị trên Internet............................................. 94
Hình 5.25 Kết quả trên hệ thống ................................................................................... 94
Hình 5.26 Hẹn giờ tắt/mở thiết bị trên Internet............................................................. 95
Hình 5.27 Cú pháp kiểm tra hệ thống và tin nhắn phản hồi từ hệ thống ...................... 95
Hình 5.28 Tin nhắn cảnh báo khí gas trên hệ thống vượt ngưỡng cho phép ................ 96
Hình 5.29 Cửa sổ đăng nhập hệ thống .......................................................................... 97
Hình 5.30 Trang chủ chế độ admin ............................................................................... 98
Hình 5.31 Lọc dữ liệu thời gian mở cửa ....................................................................... 98
Hình 5.32 Xuất file Excel thống kê thời gian mở cửa .................................................. 99
Hình 5.33 Nội dung file Excel thống kê thời gian mở cửa ........................................... 99
Hình 5.34 Tổng kết thời gian ........................................................................................ 100
Hình 5.35 Xuất file Excel tổng kết thời gian ................................................................ 100
Hình 5.36 Nội dung file Excel tổng kết thời gian ......................................................... 100
Hình 5.37 Danh sách quản lý người dùng ..................................................................... 102
Hình 5.38 Xuất file Excel danh sách quản lý người dùng ............................................ 102
Hình 5.39 Thêm người dùng ......................................................................................... 103
Hình 5.40 Phản hồi ........................................................................................................ 103
Hình 5.41 Trang chủ supervisor .................................................................................... 103
xii


cho nhu cầu của con người. Những ứng dụng hiện hữu của công nghệ nhận dạng vân tay
như quét vân tay để đóng mở cửa, quản lí số lượng cá nhân ra vào hay điểm danh chấm
công trong một công ty, bệnh viện hay trường học,…
Được sự gợi ý từ giáo viên hướng dẫn cũng như mong muốn tìm hiểu các công nghệ
đang phát triển trên thế giới. Nên nhóm thực hiện đồ án này với mong muốn chế tạo ra một
hệ thống giám sát và cảnh báo thời gian ra vào lớp học của sinh viên thông qua việc quét
vân tay. Hệ thống quét vân tay sử dụng kit Arduino được giám sát và cảnh báo bằng máy
tính qua Internet bao gồm:
Hệ thống bao gồm cửa được đóng mở bằng hệ thống quét vân tay hoặc bằng ma trận
phím. Quá trình quét vân tay sẽ được gửi lên Internet nhằm thống kê thời gian ra vào lớp
học, số lần đi trễ, số ngày vắng, thông tin sinh viên, giảng viên… Hệ thống cho phép thêm
vân tay hay xóa vân tay người dung, đổi mật khẩu,… Hệ thống sẽ gửi cảnh báo về mail
của người dùng về thời gian ra vào cũng như số ngày trễ, vắng.
Mô hình sử dụng kit Arduino Mega 2560 làm vi điều khiển trung tâm để điều khiển
các module mở rộng như cảm biến vân tay R305, Sim 800, ma trận phím,…
Cửa được điều khiển bằng động cơ servo qua việc quét vân tay hay nhập mật khẩu.
Người dùng dễ dàng tương tác sử dụng thông qua cảm biến vân tay, ma trận phím. Giám
sát và cảnh báo người dùng thông qua mạng Internet.

xvi


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong thời đại ngày nay, sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật đã giúp
cho con người thuận tiện hơn trong các công việc hằng ngày. Với sự bùng nổ về công
nghệ thông tin, quá trình toàn cầu hóa diễn ra nhanh chóng, sự bảo mật riêng tư thông
tin cá nhân cũng như để nhận biết một người nào đó trong hàng tỉ người trên trái đất

bao gồm Arduino, module cảm biến vân tay, động cơ servo và ma trận phím để làm một
hệ thống quét vân tay quản lí sinh viên và gửi dữ liệu lên Internet, cảnh báo số lần vi
phạm của sinh viên thông qua việc mail thông báo cho sinh viên.
1.2 MỤC TIÊU
Tìm hiểu và nghiên cứu về kit Arduino, module cảm biến vân tay R305, thiết bị điện
và cách kết nối giữa các module để hoàn thành mô hình hoàn thiện.
Xây dựng hệ thống quét dấu vân tay để điều khiển đóng mở cửa qua cảm biến vân
tay và dữ liệu vân tay sẽ được gửi lên Internet thông qua module Sim 800A.
Dữ liệu vân tay, thống kê thời gian ra vào, số lần ra vào, số lần trễ so với quy định
của người dùng sẽ được quản lý thông qua Internet.
Cảnh báo sinh viên ra số lần ra vào, số lần trễ, vắng bằng cách gửi bảng thống kê về
mail của người dùng.
1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN
 NỘI DUNG 1: Tìm hiểu và nghiên cứu về cấu tạo phần cứng, nguyên lý hoạt
động, tính năng của các module Arduino, R305, động cơ servo, ma trận phím.
 NỘI DUNG 2: Tìm hiểu và nghiên cứu về lập trình Web Server, tìm hiểu về
ngôn ngữ HTML, CSS, PHP, cơ sở dữ liệu MySQL, gửi thông tin đến mail sinh
viên.
 NỘI DUNG 3: Các giải pháp thiết kế hệ thống, thi công mô hình.
 NỘI DUNG 4: Thiết kế hệ thống điều khiển, lưu đồ giải thuật và chương trình
điều khiển mô hình hệ thống.
 NỘI DUNG 5: Thiết kế hoàn chỉnh mô hình thực tế.
 NỘI DUNG 6: Tiến hành chạy thử nghiệm mô hình hệ thống.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
 NỘI DUNG 7: Cân chỉnh mô hình hệ thống.
 NỘI DUNG 8: Viết sách luận văn.

Từ những kết quả đạt được để đánh giá quá trình hoàn thành được bao nhiêu phần trăm.
 Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển
Trình bày về những kết quả mà đồ án đạt được, những hạn chế, từ đó rút ra kết luận
và hướng phát triển để giải quyết các vấn đề tồn đọng để đồ án hoàn thiện hơn.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH


CHUONG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1

TỔNG QUAN VỀ ARDUINO

Hình 2.1. Các loại Board Arduino

2.2.1 Giới thiệu
Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tác với các
thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ hoặc các thiết bị khác. Đặc điểm nổi bật của
Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng, với một ngôn ngữ lập
trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít am hiểu về điện tử và lập
trình cũng có thể sử dụng một cách dễ dàng. Arduino có mức giá thấp, phù hợp với nhu
cầu người dùng, có tính chất nguồn mở và cộng đồng người dùng đông đảo. Với lợi thế
đến từ giá thành cũng như lợi thế về cộng đồng người dùng, không quá ngạc nhiên khi
được biết số người sử dụng Arduino trải rộng từ học sinh phổ thông đến sinh viên đại
học.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH


Vân tay [1] là do các gai da đội lớp biểu bì lên mà thành. Đó là nơi tập kết miệng
các tuyến mồ hôi, tuyến bã nhờn… Nó đã định hình khi con người còn là cái thai 4 tháng
trong bụng mẹ. Khi đứa bé ra đời, lớn lên, vân tay được phóng đại nhưng vẫn giữ nguyên
dạng cho đến khi về già. Nếu tay có bị bỏng, bị thương, bị bệnh thì khi lành, vân tay lại
tái lập y hệt như cũ. Chỉ khi có tổn thương sâu huỷ hoại hoàn toàn, sẹo chằng chịt mới
xoá mất vân tay.
Vân tay không ai giống ai, đặc sắc nhất là vân ngón cái và ngón trỏ.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH


CHUONG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

b. Giới thiệu về nhận dạng vân tay
Từ xa xưa, con người đã nhận ra mỗi cá nhân đều có một vân tay riêng nhưng chưa
có một cơ sở khoa học nào để nghiên cứu và nhận dạng. Nhưng đến thế kỷ 16, các kỹ
thuật vân tay khoa học hiện đại đã xuất hiện và từ đó các lí thuyết và chương trình mô
tả, nhận dạng vân tay mới phát triển mau chóng. Năm 1888, Francis Galton giới thiệu
các đặc trưng chi tiết phục vụ cho đối sánh vân tay.
Nhưng đến đầu thế kỉ 20, nhận dạng vân tay chính thức được chấp nhận như một
phương pháp nhận dạng cá nhân có giá trị và trở thành tiêu chuẩn trong pháp luật. Ví
dụ, năm 1924 FBI đã thiết lập một cơ sở dữ liệu có 810.000 thẻ vân tay.

2.2.2 Việc ứng dụng công nghệ nhận dạng vân tay hiện nay
Trên thế giới hiện nay đã xuất hiện nhiều sản phẩm công nghệ cao sử dụng phương
pháp nhận dạng vân tay như khóa vân tay, máy chấm công vân tay, máy tính xách tay,
điện thoại thông minh... Tuy nhiên đây vẫn là vấn đề còn chưa được nghiên cứu nhiều
ở Việt Nam. Ở nước ta, phương pháp này mới chỉ phổ biến ở việc quản lý nhân sự thông
qua chứng minh thư nhân dân và phục vụ điều tra phá án. Các sản phẩm công nghệ cao
nói trên chúng ta vẫn phải nhập khẩu với giá thành khá cao, do đó chúng vẫn chưa được
phổ biến rộng rãi.


Binarization

Minutiae Extraction

Hình 2.2. Sơ đồ quá trình xử lý ảnh
Mục đích của quá trình này được biểu diễn qua hình 2.2 là tăng cường ảnh vân tay,
sau đó, rút trích các đặc trưng vân tay từ ảnh đã được tăng cường. Quá trình này được
thực hiện qua các bước nhỏ sau:
-

Tăng cường ảnh (Image Enhancement): Ảnh được lấy từ thiết bị đầu đọc vân

tay sẽ được làm rõ. Do các thiết bị đầu đọc vân tay không lấy ảnh tốt hay do vân tay của
người dùng trong lúc lấy bị hao mòn, dơ bẩn, hay do lực ấn ngón tay trong lúc lấy vân
tay. Vì vậy, bước này là một trong các bước quan trọng nhất của quá trình này để làm
rõ ảnh vân tay để rút trích các đặc trưng đúng và đầy đủ.
-

Phân tích ảnh (Image Analysis): Thông qua phân tích ảnh, ảnh sẽ được loại

bỏ những thông tin làm nhiễu hay những thông tin không cần thiết.
-

Nhị phân hóa (Binarization): Nhị phân hóa ảnh vân tay thành ảnh trắng đen.

Bước này phục vụ cho bước Làm mỏng vân tay. Bước này có thể có hoặc không vì phục
thuộc vào thuật toán rút trích đặc trưng.
-


-

Phân tích đặc trưng (Minutiae Analysis): Phân tích các đặc điểm cần thiết

của các đặc trưng để phục vụ cho việc so sánh vân tay.
-

Xét độ tương tự cục bộ (Local Similarily): Thuật toán so sánh vân tay sẽ dựa

vào các thông tin cục bộ của các đặc trưng (gồm: tọa độ (x, y), hướng của đặc trưng, góc
tạo bởi tiếp tuyến của đường vân tại đặc trưng và trục ngang) của vân tay để tìm ra các
cặp đặc trưng giống nhau giữa hai vân tay.
-

Xét độ tương tự toàn cục (Global Similarily): Từ nhưng khu vực tương tự

nhau trên cục bộ, thuật toán sẽ tiếp tục mở rộng so sánh trên toàn cục.
-

Tính điểm so sánh (Calculate Matching Score): Tính toán tỷ lệ độ giống nhau

giữa các cặp đặc trưng. Điểm so sánh này sẽ cho biết độ giống nhau của hai ảnh vân tay
là bao nhiêu.

2.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG


Thiết bị đầu vào: bàn phím ma trận 4x4, module cảm biến vân tay R305,
Module Ethernet Shield, Module Bluetooth HC-05.