BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN

--------------

NGUYỄN HỮU HỒNG

NGHIÊN CỨU CƠNG TÁC QUẢN LÝ HỌC SINH
TẠI TRƯỜNG PHỔ THÔNG VỚI CÔNG NGHỆ

RFID VÀ NHẬN DẠNG KHUÔN MẶT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

ĐÀ NẴNG, 2024

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN

--------------

NGUYỄN HỮU HOÀNG
NGHIÊN CỨU CÔNG TÁC QUẢN LÝ HỌC SINH
TẠI TRƯỜNG PHỔ THÔNG VỚI CÔNG NGHỆ

RFID VÀ NHẬN DẠNG KHUÔN MẶT

Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số: 848 01 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Người hướng dẫn khoa học: TS. PHẠM VĂN TRUNG

ĐÀ NẴNG, 2024

i

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin được bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn TS.
Phạm Văn Trung đã truyền đạt kinh nghiệm, kiến thức, và tạo mọi điền kiện
tốt nhất để tơi hồn thành luận văn này.

Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trường Đại học Duy Tân đã
giảng dạy, truyền đạt cho tôi những tri thức mới, phương pháp và kinh
nghiệm trong cách tiếp cận tri thức mới, phương pháp nghiên cứu khoa học và
ứng dụng các kết quả nghiên cứu vào đời sống xã hội trong q trình học tập
của khóa học.

Xin chân thành cảm ơn các anh chị lớp cao học Khoa học máy tính khố
K24MCS.2 tại Quảng Ngãi và các bạn đồng nghiệp đã tạo điền kiện thuận lợi,
động viên về mặt tinh thần cho tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận
văn tốt nghiệp.

Cuối cùng tôi muốn dành lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình tôi, những
người luôn dành cho tôi những lời động viên, những hỗ trợ kịp thời nhất giúp
tơi hồn thành tốt khóa học và luận văn này.

Xin chân thành cảm ơn.
Học viên


Nguyễn Hữu Hoàng

ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những nội dung trình bày luận văn này là kết quả tìm
hiểu, nghiên cứu của bản thân dưới sự hướng dẫn của TS. Phạm Văn Trung
và tham khảo từ các nhà nghiên cứu đi trước. Nội dung tham khảo, kế thừa,
phát triển từ các cơng trình đã được cơng bố được trích dẫn, ghi rõ nguồn gốc.
Nếu có gì sai phạm tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Học viên

Nguyễn Hữu Hoàng

iii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN...................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN............................................................................................ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.......................................................................vii
DANH MỤC BẢNG.....................................................................................viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH..............................................................................ix
MỞ ĐẦU..........................................................................................................1

1.Lý do chọn đề tài.......................................................................................1
2.Mục tiêu nghiên cứu..................................................................................1
3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.............................................................2

4.Phương pháp nghiên cứu...........................................................................2
5.Bố cục của luận văn...................................................................................3
Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT...................................................................5
1. Tổng quan về công nghệ RFID..........................................................................5
1.1. Giới thiệu về RFID (Radio Frequency Identification).............................5
1.2. Đặc trưng cơ bản của hệ thống RFID........................................................5

1.2.1. Thẻ RFID........................................................................................6
1.2.2. Đầu đọc (Reader)..........................................................................10
1.2.3. Sự mã hóa (Coding) và điều chế (Modulation) dữ liệu................13
1.2.4. Các hệ thống RFID cơ bản...........................................................16
1.3. Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống RFID..........................................18
1.3.1. Ưu điểm..............................................................................................18
1.3.2. Nhược điểm của hệ thống RFID.......................................................19
1.4. Ứng dụng của RFID..................................................................................20
2. Bài toán nhận diện khuôn mặt.....................................................................21
2.1. Nhận diện khuôn mặt và nhận dạng khuôn mặt....................................21

iv

2.2. Các phương pháp nhận diện và nhận dạng khuôn mặt..........................22
2.2.1. Phát hiện khuôn mặt (Face Detection)............................................22
2.2.2. Nhận dạng khuôn mặt ( Face Recognition)....................................28
2.2.3. Những khó khăn của hệ thống nhận dạng khuôn mặt....................30

2.3. Phương pháp phát hiện khuôn mặt Haar-like – Adaboost.....................31
2.3.1. Áp dụng đặc trưng Haar-like để phát hiện khuôn mặt...................34
2.3.2. Số lượng đặc trưng Haar-like..........................................................36
2.3.3. Ảnh tích hợp.......................................................................................37
2.3.4. Adaboost.............................................................................................39

2.3.5. Phân lớp với Cascade.......................................................................45

2.4. Ứng dụng của nhận dạng:.........................................................................47
3. Tổng kết chương:........................................................................................47
Chương 2. NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ RFID VÀ
NHẬN DẠNG KHUÔN MẶT TRONG QUẢN LÝ HỌC SINH..............48
1. Đặt vấn đề:..................................................................................................48
2. Đánh giá tổng quan về hệ thống:.................................................................49
3. Phân tích hệ thống:.....................................................................................50

3.1. Xác định yêu cầu:......................................................................................50
3.2. Mơ tả tính năng của hệ thống:..................................................................51
3.3. Phân tích chức năng:.................................................................................53

3.3.1. Chức năng nhận diện khuôn mặt......................................................53
3.3.2. Chức năng nhận dạng khuôn mặt:...................................................54
3.3.3. Chức năng nhận dạng thẻ từ RFID..................................................54
3.3.4. Chức năng liên kết với Telegram, lưu trữ dữ liệu..........................55
3.4. Phân tích lựa chọn cơng cụ:.....................................................................56
3.4.1. Công nghệ nhận diện khuôn mặt:....................................................56
3.4.2. Công nghệ RFID:.............................................................................57

v

3.4.3. Tương tác người dùng với hệ thống:...............................................57
3.5 . Kế hoạch triển khai..................................................................................57

3.5.1. Khởi tạo và cài đặt hệ thống.............................................................57
3.5.2. Nhận diện khuôn mặt........................................................................58
3.5.3. Đọc thẻ RFID.....................................................................................58

3.5.4. Xử lý dữ liệu và gửi thông báo.........................................................58
3.5.5. Ghi lại dữ liệu....................................................................................58
3.5.6. Quản lý trạng thái và cập nhật giao diện người dùng...................59
4. Đánh giá tính khả thi...................................................................................59
5. Tổng kết chương:........................................................................................60
Chương 3. XÂY DỰNG ỨNG DỤNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ RFID
VÀ NHẬN DẠNG KHUÔN MẶT TRONG QUẢN LÝ HỌC SINH.......61
1. Cấu hình phần cứng.....................................................................................61
1.1. Lựa chọn thiết bị........................................................................................61
1.2. Giao thức kết nối thiết bị..........................................................................62
2. Xây dựng chương trình...............................................................................63
2.1. Một số thuật tốn sử dụng trong xây dựng chương trình.......................63
2.1.1. Thuật toán nhận diện khn mặt......................................................63
2.1.2. Thuật tốn xử lý main Arduino........................................................64
2.1.3. Thuật toán quét thẻ từ RFID.............................................................65
2.1.4. Thuật toán đo khoảng cách bằng cảm biến khoảng cách HC-SR04
........................................................................................................................ 65
2.2. Xây dựng ứng dụng...................................................................................65
2.2.1. Modun nhận dạng khuôn mặt...........................................................65
2.2.2. Modun nhận dạng thẻ từ RFID và xử lý dữ liệu.............................68
3. Cài đặt thực nghiệm....................................................................................81
4. Tổng kết chương..........................................................................................81

vi

TỔNG KẾT....................................................................................................82
TÀI LIỆU THAM KHẢO
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (Bản sao)

vii


Từ viết tắt DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
RFID
AI Giải thích
PCA Radio Frequency Identification
ASK Artificial Intelligence
FSK Principal Component Analysis
PSK Amplitude Shift Keying
HA Frequency Shift Key
Phase Shift Keying
Haar-like Adaboost

viii
DANH MỤC BẢNG

ix

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Transponder và Reader.....................................................................6
Hình 1.2: Hình dạng của một Transponder điển hình.......................................6
Hình 1.3: Hoạt động giữa Reader và Transponder..........................................10
Hình 1.4 : Các thành phần logic của một Reader............................................11
Hình 1.5: Hệ thống truyền tải dữ liệu..............................................................13
Hình 1.6: Các dạng điều chế tín hiệu trong hệ thống RFID............................14
Hình 1.7: Mã hóa tín hiệu bằng cách thay đổi các dịng mã...........................15
Hình 1.8: Các hệ thống RFID khác nhau........................................................17
Hình 1.9: Nhận diện khn mặt......................................................................21
Hình 1.10: Nhận dạng khn mặt...................................................................22
Hình 1.11: Nhận diện dựa trên tri thức...........................................................23

Hình 1.12: Nhận dạng dựa trên phương pháp đối sánh mẫu...........................27
Hình 1.13: Tập dữ liệu phát triển mơ hình học máy.......................................27
Hình 1.14: Hệ thống nhận dạng khn mặt....................................................29
Hình 1.15: Các đặc trung Haar-like................................................................33
Hình 1.16: Đặc trưng cạnh..............................................................................34
Hình 1.17: Đặc trưng đường...........................................................................34
Hình 1.18: Đặc trưng tâm xung quanh............................................................34
Hình 1.19: Ví dụ về đặc trung Haar-like.........................................................35
Hình 2.1: Sơ đồ thuật tốn nhận dạng khn mặt...........................................53
Hình 2.2: Sơ đồ thuật tốn nhận dạng khn mặt...........................................54
Hình 2.3: Sơ đồ thuật tốn qt thẻ từ RFID..................................................55
Hình 2.4: Sơ đồ thuật tốn kết nối Telegram và Excel...................................56
Hình 3.1: Sơ đồ kết nối mô phỏng..................................................................62

1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Cuộc cách mạng 4.0 như một làn sóng mới thổi vào nền giáo dục Việt

Nam. Nhiều cơng nghệ được đưa vào áp dụng trong việc giảng dạy và quản lý
để tăng chính xác, tiện dụng. Sau khi tìm hiểu cũng như khảo sát nhu cầu của
người dùng nhận ra rằng việc điểm danh thủ công hiện nay sẽ gặp rất nhiều
hạn chế trong tính chính xác cũng như tiêu tốn rất nhiều thời gian của người
quản lý. Nó bất tiện, tốn thời gian, và thiếu tính trực quan.

Chính vậy mà tơi, dưới sự hướng dẫn của thầy Phạm Văn Trung, cùng
với quá trình tìm hiểu nghiên cứu đã tạo ra giải pháp để quản lý học sinh bằng
công nghệ RFID và nhận dạng gương mặt, giúp việc điểm danh chính xác và

trung thực, tiết kiệm thời gian hơn.

Giải pháp này sẽ là công cụ đắc lực để hỗ trợ giáo viên trong việc quản
lý học sinh.

2. Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá tình hình quản lý học sinh tại một số trường phổ thông ở Việt
Nam và các vấn đề gặp phải trong quá trình quản lý.

Tìm hiểu về cơng nghệ RFID, nhận diện khuôn mặt và một số ứng dụng

Đề xuất công tác quản lý học sinh bằng công nghệ RFID và nhận diện
khuôn mặt để nâng cao hiệu quả quản lý và giảm thiểu các vấn đề gặp phải
trong quá trình quản lý.

Xây dựng ứng dụng RFID trong công tác quản lý học sinh.

2

Chứng minh hiệu quả của việc sử dụng công nghệ RFID trong quản lý
học sinh, bao gồm: tính chính xác, thời gian và chi phí, an tồn và bảo mật.

Mở rộng kiến thức của bản thân về các công nghệ nhận diện khuôn mặt
và RFID trong xu thế hiện nay
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu:
 Hoạt động của học sinh và nhân viên quản lý tại trường phổ thông.
 Công nghệ RFID

 Nhận diện khuôn mặt bằng AI
 Ngôn ngữ xây dựng ứng dụng Arduino, Python
- Phạm vi nghiên cứu:
 Nghiên cứu sử dụng công nghệ RFID và nhận dạng khuôn mặt trong
quản lý học sinh tại một số trường phổ thông ở Việt Nam.
 Phân tích và đánh giá hiệu quả của việc sử dụng công nghệ RFID và
nhận dạng khuôn mặt trong quản lý học sinh.
 Đề xuất các giải pháp cải tiến công tác quản lý học sinh bằng công
nghệ RFID và nhận dạng khuôn mặt.
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Tìm hiểu về cơng nghệ RFID, các ứng
dụng của RFID trong công tác quản lý; tìm hiểu cơng nghệ nhận diện khn

3

mặt bằng AI; tìm hiểu thực trạng quy trình quản lý học sinh và các vấn đề gặp
phải trong quá trình quản lý.

Phương pháp điều tra khảo sát: Thực hiện điều tra khảo sát để đánh giá
tình hình quản lý học sinh tại các trường phổ thông ở Việt Nam, các vấn đề
gặp phải trong quá trình quản lý, sự chấp nhận và sẵn sàng áp dụng công nghệ
RFID, nhận diện khuôn mặt trong quản lý học sinh.

Phương pháp thực nghiệm: - Lập trình xây dựng ứng dụng thử nghiệm
với công nghệ RFID và nhận diện khuôn mặt trong quản lý học sinh tại một
số trường phổ thông, phân tích hiệu quả của việc sử dụng cơng nghệ RFID và
nhận diện khuôn mặt trong quản lý học sinh, từ đó đưa ra những đề xuất cải
tiến.

Phương pháp phân tích đánh giá: Sử dụng các phương pháp phân tích

đánh giá như phân tích SWOT để đánh giá tình hình quản lý học sinh và đề
xuất cải tiến công tác quản lý học sinh bằng công nghệ RFID và nhận diện
khuôn mặt.

5. Bố cục của luận văn

TÊN ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU CÔNG TÁC QUẢN LÝ HỌC SINH
TẠI TRƯỜNG PHỔ THÔNG VỚI CÔNG NGHỆ RFID VÀ NHẬN
DẠNG KHUÔN MẶT”

PHẦN MỞ ĐẦU

PHẦN NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1. Tổng quan về công nghệ RFID

4

1.1. Giới thiệu về RFID
1.2. Đặc trưng cơ bản của hệ thống RFID
1.3. Ưu nhược điểm của hệ thống RFID
1.4. Ứng dụng của RFID
2. Bài tốn nhận diện khn mặt
2.1. Nhận diện khuôn mặt và nhận dạng khuôn mặt
2.2. Các phương pháp nhận diện và nhận dạng khuôn mặt
2.3. Phương pháp phát hiện khuôn mặt Haar-like – Adaboost
2.4. Ứng dụng của nhận dạng khuôn mặt
3. Tổng kết chương

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ RFID
VÀ NHẬN DẠNG KHUÔN MẶT TRONG QUẢN LÝ HỌC SINH
1. Đặt vấn đề
2. Đánh giá tổng quan về hệ thống
3. Phân tích hệ thống

3.1. Xác định yêu cầu
3.2. Mơ tả tính năng của hệ thống
3.3. Phân tích chức năng
3.4. Phân tích lựa chọn cơng cụ
3.5. Kế hoạch triển khai
4. Đánh giá tính khả thi

5

5. Tổng kết chương
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ
RFID VÀ NHẬN DẠNG KHUÔN MẶT TRONG QUẢN LÝ HỌC SINH
1. Cấu hình phần cứng

1.1. Lựa chọn thiết bị
1.2. Giao thức kết nối thiết bị
2. Xây dựng chương trình
2.1. Một số thuật toán sử dụng trong chương trình
2.2. Xây dựng ứng dụng
3. Cài đặt thực nghiệm
4. Tổng kết chương
TỔNG KẾT

6


Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1. Tổng quan về công nghệ RFID

1.1. Giới thiệu về RFID (Radio Frequency Identification)

RFID (Radio Frequency Identification), hay nhận dạng qua tần số vô
tuyến, là một công nghệ dùng kết nối sóng vơ tuyến để tự động xác định và
theo dõi các thẻ nhận dạng gắn vào vật thể.

Hay nói cách khác, kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong
dải tần sóng vơ tuyến để truyền dữ liệu từ các tag (thẻ) đến reader (bộ đọc).
Tag có thể đươc đính kèm hoặc gắn vào đối tượng được nhận dạng chẳng hạn
sản phẩm, hộp hoặc giá kệ (pallet). Reader scan dữ liệu của tag và gửi thông
tin đến cơ sở dữ liệu có lưu trữ dữ liệu của tag. Chăng hạn các tag có thể được
đặt trên kính chẵn gió xe hơi để hệ thống thu phí đường có thể nhanh chóng
nhận dạng và thu tiền trên các tuyến đường.

Điểm nổi bật của RFID là công nghệ không sử dụng tia sáng như mã
vạch, khơng tiếp xúc trực tiếp. Một vài loại thẻ có thể được đọc xuyên qua
các môi trường, vật liệu như: bê tông, tuyết, sương mù, băng đá, sơn, và các
điều kiện môi trường thách thức khác mà mã vạch và các công nghệ khác
không thể phát huy hiệu quả.

1.2. Đặc trưng cơ bản của hệ thống RFID
Cấu tạo của một hệ thống RFID bao gồm 2 thành phần chính:
o Thẻ RFID (Transponder)
o Đầu đọc (Reader)


7

Hình 1.1: Transponder và Reader
Thẻ RFID (Transponder) là thành phần gắn lên đối tượng cần nhận
dạng, có nhiều hình dạng khác nhau tùy thuộc vào mục đích. Nó bao gồm
một Anten kết nối với đầu đọc và một vi mạch điện tử. Thẻ RFID chỉ hoạt
động trong phạm vi đầu đọc;
Đầu đọc (RFID Reader) có nhiều hình dạng kích thước khác nhau,
gồm có một bộ phát sóng radio là một khối điều khiển và một bộ phận nhận
tín hiệu là Anten dùng để kết nối Transponder, đầu đọc này cũng sử dụng
một bộ vi điều khiển để truyền dữ liệu qua các hệ thống khác. Đầu đọc là
thành phần tự thiết kế và áp dụng vào tùy hoàn cảnh cũng như vị trí có thể
chỉ đọc và cũng có thể ghi/đọc tùy theo yêu cầu chế tạo;
1.2.1. Thẻ RFID
1.2.1.1. Giới thiệu tổng quát thẻ RFID
Một thẻ RFID (Transponder) bao gồm một con chip dùng để xử lý và
lưu trữ dữ liệu cùng với một anten dùng kết nối với đầu đọc. Dữ liệu được
đọc hoặc ghi thông qua một đầu đọc thẻ (Reader) khi nằm trong vùng phủ
sóng của đầu đọc mà khơng phụ thuộc vào hướng hay vị trí của thẻ RFID

Hình 1.2: Hình dạng của một Transponder điển hình

8

Kích thước của thẻ RFID thường rất nhỏ, chỉ vài cm, điều này giúp nó dễ
dàng gắn vào các đối tượng quản lý như sản phẩm, hàng hóa, động vật hoặc
ngay cả con người

Chip trong thẻ RFID có khả năng lưu trữ dữ liệu, và bộ nhớ của nó
thường được thiết kế để chứa từ 96 đến 512 bit dữ liệu, tùy thuộc vào loại thẻ

và mục đích sử dụng. Trong số dữ liệu được lưu trữ có thể có các thơng tin
như số serial, thơng tin sản phẩm, ngày sản xuất, thông tin vận chuyển, hay
bất kỳ thông tin nào khác cần thiết để định danh và quản lý đối tượng. Chip
trên thẻ được gắn kèm với một Anten chuyển tín hiệu đến đầu đọc và đầu đọc
chuyển đổi sóng điện từ từ thẻ RFID cung cấp sang một dạng mã liên quan để
xác định thông tin và xử lý cơ sở dữ liệu trên máy tính do người điều hành
quản lý giám sát.

1.2.1.2 Phân loại thẻ RFID (Transponder)
Tùy thuộc vào chức năng và các chuẩn mà thẻ RFID được phân loại
thành nhiều loại khác nhau :
o Thẻ thụ động (Passive tag)
o Thẻ tích cực (Active tag)
o Thẻ bán thụ động (Semi-Pasive tag).
- Phân loại theo khả năng ghi/ đọc dữ liệu :
o Thẻ chỉ đọc (Read Only).
o Thẻ cho phép ghi một lần, đọc nhiều lần (Write once Read many,
WORM).
o Thẻ ghi – đọc (Write - Read)
- Thẻ thụ động (Passive tag)

9

 Cấu tạo: Thẻ RFID thụ động bao gồm một ăng-ten và mạch vi mạch
(microchip hoặc IC), nhưng khơng có nguồn năng lượng riêng. Thẻ lấy năng
lượng từ sóng RF của đầu đọc.

 Nguyên lý hoạt động: Thẻ RFID thụ động phản hồi tín hiệu RF từ đầu
đọc bằng cách sử dụng năng lượng từ sóng RF của đầu đọc. Thẻ khơng tự
phát tín hiệu RF.


 Ưu điểm: Kích thước nhỏ, chi phí thấp, khơng cần thay pin, phù hợp
cho các ứng dụng địi hỏi kích thước nhỏ và giá thành thấp.

 Tầm hoạt động : từ 10 cm đến vài mét, tùy theo tần số sử dụng.
- Thẻ chủ động (Active tag)

 Cấu tạo: Thẻ RFID chủ động bao gồm một ăng-ten, mạch vi mạch
(microchip hoặc IC) và nguồn năng lượng riêng (thường là pin) bên trong.

 Nguyên lý hoạt động: Thẻ RFID chủ động tự phát tín hiệu RF và có
phạm vi đọc lớn hơn. Đầu đọc tương tác với thẻ bằng cách thu và phát sóng
tín hiệu RF.

 Ưu điểm: Phạm vi đọc rộng, bộ nhớ lớn, phù hợp cho các ứng dụng
cần theo dõi trong phạm vi xa và địi hỏi tính tương tác cao.

 Tầm hoạt động: vài trăm mét, tùy theo tần số sử dụng
- Thẻ bán thụ động (Semi –Passive tag)

 Cấu tạo: Thẻ RFID bán chủ động tương tự như thẻ thụ động, nhưng có
thêm nguồn năng lượng điện (thường là pin) để hỗ trợ hoạt động của thẻ.

 Nguyên lý hoạt động: Thẻ RFID bán chủ động sử dụng năng lượng từ
pin để cung cấp cho mạch vi mạch và tăng cường khả năng truyền tín hiệu
RF.