TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHÓA THÔNG MINH

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

Sinh viên:

LÊ QUANG PHÚC
MSSV: 15141245
TRẦN THANH DUY
MSSV: 15141120

TP. HỒ CHÍ MINH – 6/2019


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHÓA THÔNG MINH
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

Sinh viên:

LÊ QUANG PHÚC
MSSV: 15141245

TRẦN THANH DUY
MSSV: 15141120

Hướng dẫn: ThS. LÊ MINH THÀNH

TP. HỒ CHÍ MINH – 06/2019


THÔNG TIN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
1. Thông tin sinh viên

Họ và tên sinh viên: Lê Quang Phúc

MSSV: 15141245

Email:

Điện thoại: 0368066817

Họ và tên sinh viên: Trần Thanh Duy

MSSV: 15141120

Email:

Điện thoại: 0388487784

2. Thông tin đề tài

- Tên của đề tài: Thiết kế hệ thống khóa thông minh.

- Đơn vị quản lý: Bộ môn Kỹ Thuật Máy Tính - Viễn Thông, Khoa Điện Điện Tử,
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh.
- Thời gian thực hiện: Từ ngày 18 / 02 / 2019 đến ngày 07 / 06 / 2019.
- Thời gian bảo vệ trước hội đồng: Ngày 20 / 06 / 2019.
3. Lời cam đoan của sinh viên

Chúng tôi – Lê Quang Phúc và Trần Thanh Duy cam đoan KLTN là công trình nghiên
cứu của bản thân chúng tôi dưới sự hướng dẫn của thạc sỹ Lê Minh Thành. Kết quả công
bố trong KLTN là trung thực và không sao chép từ bất kỳ công trình nào khác.
Tp.HCM, ngày tháng 06 năm 2019
SV thực hiện đồ án
(Ký và ghi rõ họ tên)

Lê Quang Phúc Trần Thanh Duy
Giảng viên hướng dẫn xác nhận quyển báo cáo đã được chỉnh sửa theo đề nghị được
ghi trong biên bản của Hội đồng đánh giá Khóa luận tốt nghiệp.
……………………………………………………………………………………………
Xác nhận của Bộ Môn

Tp.HCM, ngày tháng 06 năm 2019
Giáo viên hướng dẫn
(Ký, ghi rõ họ tên và học hàm - học vị)

Th.s Lê Minh Thành



BẢN NHẬN XÉT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
(Dùng cho giảng viên phản biện)
Đề tài: Thiết kế hệ thống khóa thông minh

Sinh viên thực hiện:

1. Lê Quang Phúc
2. Trần Thanh Duy
Giảng viên hướng dẫn: Ths. Lê Minh Thành

MSSV: 15141245
MSSV: 15141120

Nhận xét bao gồm các nội dung sau đây:
1. Tính hợp lý trong cách đặt vấn đề và giải quyết vấn đề; ý nghĩa khoa học và thực tiễn [15/100]:
Đặt vấn đề rõ ràng, mục tiêu cụ thể [5]; đề tài có tính mới, cấp thiết [5]; đề tài có khả năng ứng dụng, tính sáng tạo [5].

......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
2. Phương pháp thực hiện/ phân tích/ thiết kế [25/100]:
Phương pháp hợp lý và tin cậy dựa trên cơ sở lý thuyết [10]; có phân tích và đánh giá phù hợp [10]; có tính mới và tính sáng tạo [5].

......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
3. Kết quả thực hiện/ phân tích và đánh giá kết quả/ kiểm định thiết kế [25/100]:
Phù hợp với mục tiêu [10]; phân tích và đánh giá / kiểm thử thiết kế hợp lý [10]; có tính sáng tạo/ kiểm định chặt chẽ và đảm bảo độ tin cậy [5].

......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
4. Kết luận và đề xuất [10/100]:
Kết luận phù hợp với cách đặt vấn đề, đề xuất mang tính cải tiến và thực tiễn
phục[5].

[5]


; kết luận có đóng góp mới mẻ, đề xuất sáng tạo và thuyết

......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
5. Hình thức trình bày, bố cục và chất lượng báo cáo [15/100]:
Văn phong nhất quán, bố cục hợp lý, cấu trúc rõ ràng, đúng định dạng mẫu [5]; có tính hấp dẫn, thể hiện năng lực tốt, văn bản trau chuốt [15].

......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
6. Tài liệu trích dẫn [10/100]
Tính trung thực trong việc trích dẫn tài liệu tham khảo; tính phù hợp của các tài liệu trích dẫn; trích dẫn theo đúng chỉ dẫn APA.

......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
7. Đánh giá về sự trùng lặp của đề tài
Cần khẳng định đề tài có trùng lặp hay không? Nếu có, đề nghị ghi rõ mức độ, tên đề tài, nơi công bố, năm công bố của đề tài đã công bố.

......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
8. Những nhược điểm và thiếu sót, những điểm cần được bổ sung và chỉnh sửa*

..................................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................
Câu hỏi sinh viên phải trả lời trước hội đồng* (ít nhất 02 câu

......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
Đánh giá chung

- Điểm (Quy về thang điểm 10 không làm tròn): …………./10.
- Xếp loại chung (Xuất sắc, Giỏi, Khá, Trung bình, Yếu, Kém):………………………………..
Đề nghị của giảng viên phản biện
Ghi rõ: “Báo cáo đạt/ không đạt yêu cầu của một khóa luận tốt nghiệp kỹ sư, và được phép/ không được phép bảo vệ khóa luận tốt nghiệp”

..................................................................................................................................................................
Tp. HCM, ngày tháng 06 năm 2019
Người nhận xét
(Ký và ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN
Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Lê Minh Thành. Thầy đã
tận tình hướng dẫn, góp ý cho chúng em trong toàn bộ thời gian thực hiện đồ án
để chúng em có thể hoàn thành đồ án tốt nhất.
Nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô khoa Điện – Điện
tử, đặc biệt là quý thầy cô thuộc bộ môn Kỹ Thuật Máy Tính - Viễn Thông đã tận
tình chỉ dạy những kiến thức từ cơ bản đến chuyên sâu để nhóm có thể tiến hành
thực hiện và hoàn tất đồ án này.
Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong hội đồng bảo vệ đã dành
ra chút thời gian để xem bài luận văn tốt nghiệp này, giúp em chỉ ra mặt tích cực
và hạn chế của đồ án.
Cuối cùng, nhóm xin gửi lời cảm ơn đến bậc cha mẹ, người thân đã động viên
và giúp đỡ chúng em trong suốt con đường học tập cũng như quá trình nghiên cứu
và thực hiện đồ án. Đồng thời cảm ơn các anh chị đi trước và bạn bè đã có những
lời khuyên, lời góp ý chân thành để chúng em hoàn thiện hơn và hoàn thành đồ án
đúng thời hạn.
Mặc dù đã cố gắng thực hiện đồ án một cách tốt nhất nhưng do còn hạn chế về
mặt kiến thức nên chúng em còn nhiều thiếu sót về nội dung và hình thức. Chúng
em hy vọng quý thầy cô thông cảm và rất mong nhận được những ý kiến quý báu

từ quý thầy cô để chúng em có thể hoàn thiện hơn.
Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn !
Nhóm thực hiện đề tài

Lê Quang Phúc

vi

Trần Thanh Duy


TÓM TẮT
Khái niệm khóa cửa thông minh đã trở nên quen thuộc trong đời sống hiện
nay. Chúng xuất hiện trong các tòa nhà thông minh, khách sạn, trung tâm thương
mại và những nơi cần sự an ninh cao. Khóa cửa thông minh mở khóa dựa trên các
công nghệ hiện đại như công nghệ sinh trắc học, công nghệ RFID và tích hợp nhiều
tiện ích khác nhằm mang đến sự tiện lợi cho người dùng, nâng cao mức độ an ninh
nhưng vẫn đảm bảo tính thẩm mỹ. Trong đồ án này, hệ thống khóa thông minh sẽ
sử dụng công nghệ nhận diện vân tay và công nghệ RFID để mở khóa từ bên ngoài
cửa hoặc mở khóa bằng nút nhấn từ bên trong cửa. Ngoài ra, người dùng có thể
giám sát an ninh bên ngoài cửa từ giao diện web và chụp lại hình ảnh khi cần thiết.
Khi mở khóa nhật ký được lưu trữ với các thông tin như họ tên và thời gian mở
khóa. Người dùng có thể xem hoặc tải về dưới dạng file Excel để lưu trữ trên
website. Sau khi thực hiện thêm vân tay hoặc thêm thẻ RFID, người dùng sẽ cập
nhật thông tin cho vân tay hoặc thẻ RFID này từ website một cách nhanh chóng.

vii


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................... vi
TÓM TẮT ........................................................................................................... vii
MỤC LỤC .......................................................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH .............................................................................................. x
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................... xii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT............................................................................ xiii
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ................................................................................. 1
1.1

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ................................................................. 1

1.2

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ................................................................... 2

1.3

GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU .................................................................... 3

1.4

BỐ CỤC ................................................................................................... 3

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................... 4
2.1

CÔNG NGHỆ SINH TRẮC HỌC ........................................................ 4

2.2


CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG SÓNG VÔ TUYẾN ............................. 9

2.3

HỆ THỐNG QUẢN LÝ BẰNG WEBSITE ....................................... 10

2.4

CÁC HỆ THỐNG AN NINH ............................................................... 12

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHÓA THÔNG MINH .................... 15
3.1

YÊU CẦU HỆ THỐNG ....................................................................... 15

3.2

SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG ................................................................. 15

3.3

THIẾT KẾ TỪNG KHỐI .................................................................... 16

3.3.1

Khối cảm biến vân tay ................................................................... 16

3.3.2

Khối camera ................................................................................... 18


3.3.3

Khối đọc thẻ RFID ......................................................................... 18

3.3.4

Khối cảm biến từ ............................................................................ 20

3.3.5

Khối hiển thị ................................................................................... 21

3.3.6

Khối chuông báo ............................................................................ 22

3.3.7

Khối nút nhấn................................................................................. 23

3.3.8

Khối điều khiển chốt khóa cửa ..................................................... 23

3.3.9

Khối nguồn ..................................................................................... 24

3.3.10 Khối điều khiển trung tâm ............................................................ 25


viii


3.4

THIẾT KẾ PHẦN MỀM ..................................................................... 26

3.4.1

Lưu đồ giải thuật............................................................................ 26

3.4.2

Thiết kế giao diện website ............................................................. 31

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ ..................................................................................... 36
4.1

HÌNH ẢNH MÔ HÌNH THỰC TẾ ..................................................... 36

4.2

PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ... 42

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN ................................................................................... 55
5.1

KẾT LUẬN ........................................................................................... 55


5.2

HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ........................................................ 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 56
Phụ lục A ............................................................................................................. 58

ix


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Công nghệ sinh trắc học. ........................................................................ 4
Hình 2.2: Nhận diện khuôn mặt. ............................................................................ 5
Hình 2.3: Nhận diện mống mắt. ............................................................................. 6
Hình 2.4: Nhận diện vân tay. ................................................................................. 7
Hình 2.5: Nhận diện giọng nói. .............................................................................. 8
Hình 2.6: Công nghệ RFID. ................................................................................... 9
Hình 2.7: Giao diện điều khiển nhà thông minh. ................................................. 11
Hình 2.8: Vườn rau thông minh. .......................................................................... 11
Hình 2.9: Camera an ninh. ................................................................................... 12
Hình 2.10: Hệ thống báo động xâm nhập. ........................................................... 13
Hình 2.11: Hệ thống cảnh báo hỏa hoạn. ............................................................. 13
Hình 2.12: Khóa cửa vân tay. ............................................................................... 14
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống. ............................................................................ 15
Hình 3.2: Mô-đun cảm biến vân tay R305. .......................................................... 16
Hình 3.3: Sơ đồ kết nối Raspberry Pi với mô-đun vân tay và camera. ................ 17
Hình 3.4: Webcam Logitech C170....................................................................... 18
Hình 3.5: Mô-đun RFID. ...................................................................................... 18
Hình 3.6: Sơ đồ kết nối Raspberry Pi với mô-đun RFID. .................................... 19
Hình 3.7: Cảm biến từ MC-38. ............................................................................ 20

Hình 3.8: Nguyên lý hoạt động. ........................................................................... 21
Hình 3.9: Sơ đồ kết nối Raspberry Pi với công tắc từ. ........................................ 21
Hình 3.10: Màn hình OLED................................................................................. 21
Hình 3.11: Sơ đồ kết nối Raspberry Pi với màn hình OLED. ............................. 22
Hình 3.12: Còi buzzer 5V. ................................................................................... 22
Hình 3.13: Sơ đồ kết nối Raspberry Pi với buzzer, nút nhấn và led. ................... 23
Hình 3.14: Nút nhấn. ............................................................................................ 23
Hình 3.15: Động cơ servo MG996. ...................................................................... 24
Hình 3.16: Sơ đồ kết nối Raspberry Pi với động cơ servo................................... 24
Hình 3.17: Raspberry Pi 3. ................................................................................... 26
Hình 3.18: Lưu đồ chương trình chính. ............................................................... 27
Hình 3.19: Lưu đồ chương trình quét vân tay. ..................................................... 28
Hình 3.20: Lưu đồ chương trình đọc thẻ RFID.................................................... 29
Hình 3.21: Lưu đồ chương trình điều khiển chốt khóa cửa. ................................ 30
Hình 3.22: Lưu đồ lưu nhật ký lên cơ sở dữ liệu. ................................................ 31
Hình 3.23: Bố cục giao diện quản lý. ................................................................... 32
Hình 3.24: Tạo website mới. ................................................................................ 33
Hình 3.25: Địa chỉ URL của website. .................................................................. 34
Hình 3.26: Lưu đồ chương trình chụp ảnh. .......................................................... 34
Hình 3.27: Lưu đồ chương trình mở khóa. .......................................................... 35

x


Hình 4.1: Mặt trước của mô hình cửa. ................................................................. 36
Hình 4.2: Mặt sau của mô hình cửa. .................................................................... 37
Hình 4.3: Các bộ phận của mặt sau mô hình cửa. ................................................ 38
Hình 4.4: Kích thước của mô hình khung cửa. .................................................... 38
Hình 4.5: Thông số kích thước hộp chứa Raspberry Pi. ...................................... 39
Hình 4.6: Bộ phận xử lý. ...................................................................................... 39

Hình 4.7: Thông số kích thước khung hộp của bộ phận xử lý. ............................ 40
Hình 4.8: Cơ cấu điều khiển chốt khóa cửa. ........................................................ 40
Hình 4.9: Thông số kích thước cơ cấu điều khiển chốt khoá cửa. ....................... 41
Hình 4.10: Khung kẹp chốt khóa cửa................................................................... 41
Hình 4.11: Giao diện trang chủ website quản lý hệ thống. .................................. 42
Hình 4.12: Màn hình hiển thị thời gian hiện tại. .................................................. 42
Hình 4.13: Màn hình hiển thị trạng thái khóa “LOCKED”. ................................ 43
Hình 4.14: Trạng thái mở khóa “UNLOCKED” và tên người mở. ..................... 43
Hình 4.15: Cảnh báo khi cửa bị vô hiệu hóa. ....................................................... 43
Hình 4.16: Mở khóa bằng vân tay. ....................................................................... 44
Hình 4.17: Màn hình hiển thị khi sai vân tay. ...................................................... 44
Hình 4.18: Mở khóa bằng thẻ RFID. ................................................................... 45
Hình 4.19: Màn hình hiển thị khi sai mã thẻ ........................................................ 45
Hình 4.20: Nút mở khóa từ bên trong. ................................................................. 46
Hình 4.21: Giao diện trang đăng nhập. ................................................................ 47
Hình 4.22: Đăng ký tài khoản. ............................................................................. 47
Hình 4.23: Lấy lại mật khẩu. ................................................................................ 48
Hình 4.24: Giao diện trang chủ. ........................................................................... 48
Hình 4.25: Giao diện trang nhật ký. ..................................................................... 49
Hình 4.26: Bảng thông báo xóa hoặc tải về nhật ký. ........................................... 49
Hình 4.27: Giao diện trang camera. ..................................................................... 50
Hình 4.28: Giao diện mục hình ảnh đã lưu. ......................................................... 50
Hình 4.29: Thông báo dung lượng lưu ảnh gần đầy. ........................................... 50
Hình 4.30: Giao diện trang thông tin vân tay. ...................................................... 51
Hình 4.31: Giao diện chức năng thêm vân tay. .................................................... 51
Hình 4.32: Giao diện trang thông tin thẻ RFID. .................................................. 52
Hình 4.33: Giao diện chức năng thêm mã thẻ mới. ............................................. 52
Hình 4.34: Các khóa so sánh. ............................................................................... 53

xi



DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật cảm biến vân tay. ................................................... 17
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật mô-đun RFID......................................................... 19
Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật MC-38.................................................................... 20
Bảng 3.4: Thông số điện áp và dòng điện của các mô-đun. ................................ 24
Bảng 3.5: Thông số kỹ thuật Raspberry Pi 3. ...................................................... 26
Bảng 4.1: So sánh tính năng giữa các khóa. ........................................................ 53
Bảng 4.2: Giá thành chi tiết từng bộ phận. .......................................................... 54

xii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ đầy đủ

Từ viết tắt
RFID

Radio Frequency Identification

ADN

Acid deoxyribonucleic

PCA

Principal Components Analysis


OEM

Original Equipment Manufacturer

LAN

Local Area Network

UART

Universal Asynchronous Receiver / Transmitter

USB

Universal Serial Bus

SPI

Serial Peripheral Interface

I2C

Inter-Integrated Circuit

LCD

Liquid Crystal Display

TFT-LCD Thin Film Transistor- Liquid Crystal Display
OLED


Organic Light Emitting Diode

HTML

HyperText Markup Language

CSS
WAMP

Cascading Style Sheets
Windows-Apache-MySQL-PHP

PHP

Hypertext Preprocessor

DSI

Display Serial Interface

CSI

Camera Serial Interface

I/O

Input/Output

GPIO


General-Purpose Input/Output

DDoS

Distributed Denial of Service

CSDL

Cơ Sở Dữ Liệu

xiii


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của xã hội thì khoa học và
kỹ thuật cũng phát triển với những bước tiến vượt bậc. Tất cả những phát minh
được tạo ra nhằm phục vụ cho con người, giúp nâng cao chất lượng cuộc sống và
mang lại cảm giác thoải mái hơn. Chúng ta có thể kể đến một vài ví dụ điển hình
như robot thông minh với trí tuệ nhân tạo, lĩnh vực nhà thông minh, trang trại thông
minh hay thành phố thông minh. Đề tài tập trung nghiên cứu và thiết kế hệ thống
khóa thông minh, một phần của công nghệ nhà ở thông minh cho các căn hộ chung
cư.
Khóa cửa là một phần quan trọng của ngôi nhà giúp bảo vệ con người và tài
sản của họ trong nhà. Do đó, việc nghiên cứu ra một hệ thống khóa thông minh
đảm bảo tính an ninh nhằm khắc phục các điểm yếu của khóa truyền thống là một
vấn đề được các nhà khoa học quan tâm. Khái niệm khóa đã được phát minh ra từ
4000 năm trước [1] nhưng theo thời gian khoa học kỹ thuật phát triển, khóa truyền

thống cũng được cải tiến. Chẳng hạn như dùng mật khẩu để mở khóa [2], hình thức
mở khóa này đảm bảo tính an toàn hơn khóa truyền thống, tránh được trường hợp
chủ nhà quên hoặc đánh mất chìa khóa nhưng không được đánh giá cao vì mật
khẩu có thể bị theo dõi bởi kẻ trộm. Sau đó công nghệ nhận dạng bằng sóng vô
tuyến RFID được áp dụng vào hệ thống khóa nhằm khắc phục nhược điểm trên.
Mật khẩu sẽ được tích hợp trên thẻ RFID và người dùng sẽ mở khóa bằng cách
đưa thẻ đến gần đầu đọc để lấy thông tin thẻ, giúp loại bỏ trường hợp bị theo dõi
[3]. Trong một số trường hợp, việc mở khóa phải thực hiện tự động nhưng vẫn
đảm bảo sự an toàn, một vài nghiên cứu đã sử dụng công nghệ Bluetooth để thực
hiện điều này. Khi trong phạm vi hoạt động của khóa, hệ thống khóa sẽ tự động
kết nối với điện thoại của người dùng có chức năng Bluetooth để lấy thông tin mã
nhận dạng và xác minh với cơ sở dữ liệu, nếu tương thích cửa sẽ tự động mở [4].
Tuy nhiên phạm vi hoạt động của Bluetooth khá ngắn, người dùng không thể truy

1


cập hoặc cấp quyền để mở khóa từ khoảng cách xa. Những cải tiến trên đều có
những ưu điểm riêng nhưng chúng vẫn còn tồn tại một vài hạn chế như người dùng
có thể quên đi mật khẩu hoặc đánh mất thiết bị có quyền điều khiển cửa.
Công nghệ sinh trắc học được lựa chọn và áp dụng để tăng tính an ninh và độ
tin cậy cho các hệ thống khóa cửa. Naser Abbas Hussein và cộng sự của ông đã
thực hiện một hệ thống khóa thông minh sử dụng mật khẩu kết hợp với công nghệ
nhận diện khuôn mặt để mở khóa [5]. Hình ảnh từ camera được so sánh với cơ sở
dữ liệu của hệ thống, nếu tương thích cửa sẽ mở, ngược lại hệ thống sẽ gửi thông
báo đến e-mail của chủ sở hữu ngôi nhà. Hệ thống này buộc người dùng phải
thường xuyên kiểm tra e-mail và phản hồi lại chúng, điều này không thật sự thoải
mái đối với người dùng. Mặt khác, công nghệ nhận diện khuôn mặt không được
đánh giá cao về mức độ an ninh cũng như sự bất tiện khi sử dụng. Công nghệ nhận
diện vân tay được xem là một trong những phương pháp sinh trắc học đáng tin cậy

bởi đặc tính ổn định và duy nhất của nó. Trong công trình [6], tác giả đã thiết kế
một hệ thống khóa đơn giản dựa trên công nghệ nhận diện vân tay đồng thời kết
hợp chuông gọi cửa khi có khách. Người dùng sẽ quét vân tay từ mô-đun quét vân
tay, dữ liệu này được lưu trữ và chia thành ba loại người khác nhau là “thành viên
gia đình”, “khách quen biết” và “khách không quen biết”. Nếu là thành viên trong
gia đình, khi quét vân tay hệ thống khóa sẽ mở khóa mà không bật chuông cửa.
Nếu là khách, tùy vào từng loại khách mà hệ thống sẽ phát ra tiếng chuông cửa
khác nhau để người trong nhà có thể phân biệt. Sau khi đã xác minh được danh
tính khách, họ sử dụng một nút nhấn bên cạnh khóa để mở khóa.
Sau khi đã phân tích các ưu điểm và nhược điểm của các công trình trên, chúng
tôi lựa chọn thiết kế hệ thống khóa thông minh ứng dụng công nghệ sinh trắc học
vân tay và công nghệ RFID nhằm kế thừa các điểm mạnh và khắc phục những hạn
chế còn tồn tại. Bên cạnh đó, một số tính năng mới được thêm vào để hệ thống
khóa trở nên hoàn thiện hơn.

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Mục tiêu của đề tài là thiết kế và thi công một hệ thống khóa với tính năng mở
khóa trực tiếp bằng vân tay hoặc thẻ RFID. Ngoài ra, đề tài mong muốn xây dựng

2


một website để điều khiển và quản lý hệ thống khóa từ xa nhằm hướng đến sự tiện
lợi cho người dùng. Website được xây dựng bao gồm các tính năng mở khóa từ
xa, quan sát tình trạng an ninh và lưu lại nhật ký vào cửa.
Việc sử dụng nhiều công nghệ trên cùng hệ thống cho phép người dùng có
nhiều sự lựa chọn và mang lại cảm giác thoải mái nhất khi sử dụng.

1.3 GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU
Hệ thống khóa được thiết kế với phạm vi mô hình, chưa thể áp dụng vào thực

tế. Quá trình nghiên cứu chỉ tập trung vào thiết kế và xây dựng hệ thống để thực
hiện những tính năng đã nêu ra, không tập trung vào nghiên cứu sâu các thuật toán
nhận dạng.

1.4 BỐ CỤC
➢ Chương 1: Tổng quan. Trình bày về tình hình nghiên cứu, mục tiêu nghiên
cứu, giới hạn đề tài và bố cục của đề tài.
➢ Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương này giới thiệu về công nghệ sinh trắc
học, công nghệ RFID, các kỹ thuật sinh trắc học đang được sử dụng và ứng dụng
của nó. Ngoài ra chương còn trình bày về các hệ thống quản lý, giám sát an ninh
bằng website.
➢ Chương 3: Thiết kế hệ thống khóa thông minh. Chương này trình bày các
yêu cầu của đề tài sau đó phân tích đưa ra những phương án phù hợp cho thiết kế.
Từ cơ sở đó bắt đầu thực hiện thiết kế sơ đồ khối hệ thống, tính toán các thông số
kỹ thuật, thiết kế lưu đồ giải thuật và tiến hành lập trình cho hệ thống.
➢ Chương 4: Kết quả. Chương trình bày kết quả thi công hệ thống, hình ảnh
mô hình thực tế, quá trình thực hiện mô hình. Hướng dẫn sử dụng mô hình. Phân
tích và đánh giá hoạt động của khóa và giao diện của website.
➢ Chương 5: Kết Luận. Trình bày về những kết quả đạt được của đề tài, so
sánh với mục tiêu đã đề ra sau quá trình nghiên cứu và thi công. Đưa ra hướng phát
triển cho mô hình trong tương lai.

3


CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1

CÔNG NGHỆ SINH TRẮC HỌC

Sinh trắc học là những phương pháp nhận diện một cá thể dựa trên một hoặc

nhiều đặc điểm thể lý hoặc hành vi ứng xử. Có hai loại sinh trắc học là sinh trắc
học sinh lý và sinh trắc học hành vi [7]. Sinh trắc học sinh lý nghiên cứu những
thuộc tính vật lý, đặc điểm sinh học riêng được xem là duy nhất của mỗi con người
như vân tay, mống mắt, cấu trúc khuôn mặt hoặc ADN. Sinh trắc học hành vi cung
cấp một giải pháp bảo mật mới, nó xác định các cá nhân dựa trên cách họ tương
tác với các thiết bị như điện thoại, máy tính, chuột hoặc bàn phím. Công nghệ này
hiện đang được triển khai trong ngân hàng trực tuyến, thương mại điện tử và thị
trường xác thực bảo mật cao. Sinh trắc học hành vi không thay thế mật khẩu hoặc
các hình thức xác thực danh tính khác, nó chỉ góp phần làm tăng mức độ bảo mật
để bảo vệ dữ liệu nhạy cảm. Sinh trắc học hành vi sẽ giúp mật khẩu trở nên mạnh
mẽ hơn bằng cách cung cấp một lớp bảo mật nhận dạng bổ sung và liên tục. Mỗi
phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng tùy vào mục đích sử dụng, chúng ta
có thể kết hợp chúng với nhau để bảo mật trở nên hiệu quả hơn.

Hình 2.1: Công nghệ sinh trắc học.

4


Một số công nghệ sinh trắc học sinh lý phổ biến:
❖ Công nghệ nhận diện khuôn mặt

Hình 2.2: Nhận diện khuôn mặt.
Nhận diện khuôn mặt là công nghệ xác định danh tính một cá nhân qua một
hình ảnh kỹ thuật số hoặc một khung hình từ một nguồn video. Một số thuật toán
nhận diện khuôn mặt xác định các đặc điểm khuôn mặt bằng cách trích xuất các
ranh giới hoặc đặc điểm từ khuôn mặt của đối tượng. Tùy vào tính chất của từng
ứng dụng mà người ta sử dụng các thuật toán như PCA, Linear Discriminate

Analysis, Fisherface và một số thuật toán khác để nhận diện khuôn mặt. Một xu
hướng mới tuyên bố có thể cải thiện được độ chính xác là nhận diện khuôn mặt ba
chiều, kỹ thuật này sử dụng các cảm biến 3D để nắm bắt thông tin về hình dạng
của khuôn mặt [8]. Thông tin này sau đó được sử dụng để xác định các điểm đặc
biệt trên bề mặt của một khuôn mặt chẳng hạn như các đường viền của hốc mắt,
mũi và cằm. Một lợi thế của nhận diện khuôn mặt 3D là nó không bị ảnh hưởng
bởi những thay đổi trong ánh sáng như các kỹ thuật khác, nó cũng có thể xác định
một khuôn mặt từ nhiều góc nhìn khác nhau. Một kỹ thuật khác sử dụng các chi
tiết của da được gọi là phân tích kết cấu da. Nó đưa các đường đặc trưng, hình
dạng và các điểm nốt trên làn da của một người vào một không gian toán học. Các
thử nghiệm đã chỉ ra rằng với việc bổ sung các phân tích cấu trúc của da, hiệu quả
trong việc nhận ra khuôn mặt có thể tăng 20% đến 25% [9].

5


Nhiều quốc gia trên thế giới đã kết hợp công nghệ này vào hệ thống camera
quan sát trong thành phố để phát hiện những tên tội phạm. Trong sân bay, hệ thống
giám sát toàn sân bay sử dụng hàng trăm camera nhận diện khuôn mặt để xác định
các cá nhân đi qua sân bay. Một ứng dụng khác của công nghệ này là mở khóa
màn hình trên điện thoại. Công nghệ nhận diện khuôn mặt đã mang đến cho con
người tiện ích như:
- Tăng cường tính bảo mật cho thiết bị.
- Hệ thống tự động phát hiện và nhận diện đối tượng.
Tuy nhiên công nghệ này không được đánh giá cao vì:
-

Khó thực hiện trong một số điều kiện nhất định như thiếu ánh sáng, người

dùng đeo kính mát, một phần khuôn mặt bị che hoặc hình ảnh có độ phân giải

thấp.
- Mức độ bảo mật không cao.
❖ Công nghệ nhận diện mống mắt

Hình 2.3: Nhận diện mống mắt.
Mống mắt là một trong những bộ phận lý tưởng cho công nghệ nhận dạng sinh
trắc học vì nó ít bị tổn hại và ổn định theo thời gian. Công nghệ nhận diện mống
mắt sử dụng thuật toán hình ảnh để nhận diện một người nào đó dựa vào cấu trúc
phức tạp và độc nhất của mống mắt, thậm chí ngay cả khi họ đang đeo kính hoặc
sử dụng áp tròng từ một khoảng cách nhất định. Công nghệ này được áp dụng trên
dòng điện thoại cao cấp của Samsung nhằm mang đến một trải nghiệm mới cho
người dùng và tăng độ bảo mật.
Ưu điểm:
- Mức độ bảo mật cao.
6


- Nhận diện cực nhanh.
Nhược điểm:
- Người dùng phải nhìn thẳng vào cảm biến ở đúng góc độ, gây khó khăn khi
người sử dụng.
❖ Công nghệ nhận diện vân tay

Hình 2.4: Nhận diện vân tay.
Khoa học về dấu vân tay được Francis Galton khởi xướng vào cuối thế kỉ thứ
XIX. Argentina là quốc gia đầu tiên trên thế giới sử dụng việc lăn tay để làm
phương pháp nhận dạng thay cho phép đo người Bertillon của Alphonse Bertillon
[10]. Vân tay của con người không thay đổi theo thời gian, xác suất hai cá nhân
thậm chí hai người sinh đôi có cùng dấu vân tay là rất thấp. Đây được xem là một
trong những công nghệ sinh trắc học tin cậy nhất hiện nay bởi sự ổn định và duy

nhất của nó. Công nghệ nhận diện vân tay hoạt động theo nguyên tắc: khi đặt ngón
tay lên thiết bị đọc dấu vân tay, thiết bị này sẽ quét hình ảnh vân tay và đưa vào hệ
thống. Hệ thống sẽ xử lý hình ảnh vân tay, chuyển sang dạng dữ liệu số rồi đối
chiếu các đặc điểm của vân tay đó với dữ liệu đã được lưu trữ trong hệ thống. Nếu
dấu vân tay này khớp với dữ liệu sẽ cho phép hệ thống thực hiện các chức năng
tiếp theo [10].
Hầu hết các thiết bị di động hoặc laptop hiện nay đều sử dụng công nghệ này
để mở khóa. Không chỉ gói gọn trong phạm vi mở khoá màn hình, cảm biến vân
tay trên laptop còn giúp chúng ta nhập nhanh thông tin tài khoản trên nhiều trang
web khác nhau. Trong lĩnh vực giáo dục, sinh trắc vân tay hỗ trợ cho việc phân
tích trí thông minh của mỗi cá nhân, điểm mạnh, điểm hạn chế để từ đó giúp mỗi

7


người có thể định hướng cho sự nghiệp của mình. Ngoài ra, nhận diện vân tay còn
được sử dụng để điểm danh và chấm công trong trường học. Trong y học, dựa trên
những hình ảnh vân tay đặc trưng, người ta phát hiện ra những bệnh do sai lệch
gen như hội chứng Down, hội chứng ba nhiễm sắc thể 18 [11].
Ưu điểm:
- Hoạt động tốt trong những điều kiện ánh sáng khác nhau.
- Tốc độ xử lý nhanh.
Nhược điểm:
- Nhận diện bằng vân tay trong trường hợp ngón tay bị ướt sẽ rất khó khăn.
- Sử dụng không hiệu quả vào mùa lạnh.
Sinh trắc học hành vi:
❖ Nhận diện giọng nói

Hình 2.5: Nhận diện giọng nói.
Công nghệ này đã bắt đầu được nghiên cứu từ năm 1936, hệ thống nhận diện

giọng nói ban đầu chỉ hiểu chữ số. Năm 1952, Bell Laboratories thiết kế ra hệ
thống nhận diện chữ số từ một giọng nói nhất định là “Audrey”. Sau mười năm,
tại triển lãm World’s Fair, IBM trình diễn hệ thống “Shoebox” có thể nhận diện
16 từ tiếng Anh khác nhau. Ngày nay, nhận diện giọng nói được sử dụng rất nhiều
trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo mà Siri hay Google Assistant là những ví dụ điển
hình [12].
Ưu điểm:
- Giúp nhập liệu hay điều khiển thiết bị một cách dễ dàng.
- Hạn chế sự tác động của con người.

8


Nhược điểm:
- Quá trình ghi nhận, làm quen với giọng nói tốn thời gian.
- Bị nhiễu do môi trường.
- Giọng nói con người có thể bị thay đổi do lão hóa hoặc bị bệnh.

2.2 CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG SÓNG VÔ TUYẾN
RFID là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vô tuyến. Công nghệ này
cho phép nhận biết các đối tượng thông qua hệ thống thu phát sóng radio, từ đó có
thể giám sát, quản lý từng đối tượng. Công nghệ RFID có thể xác định đối tượng
ở khoảng cách xa từ vài mét cho tới hàng chục mét trong không gian ba chiều, đây
là một ưu điểm vượt trội của RFID so với các công nghệ khác.

Hình 2.6: Công nghệ RFID.
Một hệ thống RFID gồm hai thành phần chính là thẻ RFID và đầu đọc thông
tin trên thẻ. Thẻ RFID được cầu tạo gồm chip và ăng–ten. Chip lưu trữ một số thứ
tự duy nhất hoặc thông tin khác dựa trên loại thẻ, chúng có thể chứa từ 96 bit đến
512 bit dữ liệu. Ăng-ten có chức năng truyền thông tin từ chip đến đầu đọc, công

suất càng lớn thì phạm vi đọc càng lớn. Đầu đọc có nhiệm vụ kích hoạt thẻ, nhận
dữ liệu bằng sóng vô tuyến từ thẻ RFID. Sau đó thực hiện giải điều chế và giải mã
tín hiệu nhận được từ thẻ ra dạng tín hiệu cần thiết để chuyển về máy chủ, đồng
thời cũng nhận lệnh từ máy chủ để thực hiện các yêu cầu đọc hay ghi thẻ.
Các tần số thường được sử dụng trong hệ thống RFID:
- Tần số thấp: 125 kHz - 134,2 kHz.
- Tần số cao: 13.56 MHz.
- Tần số cực tao: 860 MHz - 960 MHz.
9


- Tần số siêu cao: 2.45 GHz [13].
Trên thực tế, RFID được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, công
nghiệp và giáo dục. Trong nông nghiệp, thẻ RFID được cấy lên vật nuôi để nhận
dạng nguồn gốc và theo dõi vật nuôi để tránh thất lạc. Trong công nghiệp, đưa vào
sản phẩm để xác định thông tin mã số series, nguồn gốc sản phẩm, kiểm soát được
sản phẩm nhập xuất. Trong thư viện, các thẻ RFID được gắn với các cuốn sách
giúp giảm thời gian tìm kiếm và kiểm kê, hạn chế tình trạng mất sách. Công nghệ
RFID còn có thể ứng dụng lưu trữ thông tin bệnh nhân trong y khoa bằng cách
mang theo người bệnh nhân, đặc biệt là bệnh nhân tâm thần.
Ngoài ra, công nghệ RFID là một phần không thể thiếu trong hệ thống kiểm
soát ra vào hiện nay. Hệ thống này có thể kiểm soát cửa ra vào trực tuyến hoặc
không trực tuyến, hiển thị thông tin của người sử dụng, giờ vào ra chính xác hoặc
phân quyền người sử dụng. Đó là lí do vì sao khóa cửa từ có mặt tại hầu hết các
công trình kiến trúc lớn nhỏ, đặc biệt là những nơi có nhu cầu sử dụng cao như
khách sạn.
Một số ưu điểm của công nghệ RFID:
- Giúp quản lý và giám sát đối tượng đơn giản hơn.
- Khả năng đọc ghi dữ liệu nhiều lần.
- Thẻ RFID hoạt động tốt trong môi trường không thuận lợi.

Triển khai hệ thống RFID trong công nghiệp giúp tự động hóa quá trình sản
xuất, tăng năng suất lao động, tăng sự thỏa mãn khách hàng và tăng lợi nhuận. Mặc
dù RFID có nhiều ưu điểm và lợi thế phát triển, tuy nhiên vẫn còn một số nhược
điểm:
- Chi phí triển khai cao.
- Khả năng kiểm soát thiết bị còn hạn chế.

2.3 HỆ THỐNG QUẢN LÝ BẰNG WEBSITE
Hệ thống quản lý bằng website ngày càng phổ biến và được ứng dụng rộng rãi
trong nhiều lĩnh vực. Hệ thống quản lý nhà thông minh là một ví dụ điển hình, các
thiết bị trong nhà như đèn, quạt hay điều hòa có thể điều khiển từ xa thông qua
giao diện website một cách dễ dàng.

10


Hình 2.7: Giao diện điều khiển nhà thông minh.
Trong nông nghiệp, các thông tin về nhiệt độ không khí, độ ẩm đất, hình ảnh
của vườn rau được cập nhật liên tục và hiển thị trên website. Người dùng có thể
theo dõi các thông số này và điều khiển các thiết bị phù hợp để chăm sóc vườn rau
ngay khi ở cơ quan hoặc bất kỳ đâu thông qua website.

Hình 2.8: Vườn rau thông minh.
Trong lĩnh vực giáo dục, quản lý thông tin của học sinh qua website cũng mang
lại nhiều tiện ích, phụ huynh có thể xác định tình trạng của con mình từ website
của nhà trường mà không cần phải đến trường học để xác minh. Đối với hệ thống
chấm công nhân viên, thông tin về họ tên và thời gian của người điểm danh sẽ
được cập nhật nhanh chóng lên website, điều này giúp công ty tiết kiệm chi phí và
đánh giá nhân viên chính xác hơn.
Qua những hệ thống kể trên, chúng ta thấy rằng quản lý hệ thống qua website

không bị giới hạn về mặt địa lý, hỗ trợ con người rất nhiều trong cuộc sống bận

11


rộn ngày nay. Hơn nữa, người dùng không cần cài đặt thêm phần mềm hổ trợ nào
khi sử dụng website bởi hầu hết các thiết bị như điện thoại, laptop hiện nay đều
trang bị sẵn trình duyệt web. Internet hầu như có mặt ở khắp mọi nơi, khi đó con
người có thể điều khiển các thiết bị, vườn rau và quản lý con của mình từ bất kỳ
nơi đâu với website.

2.4 CÁC HỆ THỐNG AN NINH
Quản lý, giám sát về trật tự công cộng và an toàn giao thông bằng hệ thống
camera trong thời đại hiện nay là rất cần thiết. Để đảm bảo an ninh cho thành phố,
các camera được lắp đặt trên nhiều tuyến đường nhằm ghi lại các trường hợp gây
rối trật tự hoặc trộm cướp, hỗ trợ trong việc xác minh danh tính của các đối tượng
vi phạm. Ngoài ra, hệ thống này còn hỗ trợ giám sát giao thông, phát hiện và xử lý
nhanh chóng các lỗi vi phạm, phát hiện các sự cố giao thông để hỗ trợ kịp thời,
giúp tiết kiệm thời gian cho lực lượng cảnh sát giao thông và chi phí cho Nhà nước.
An ninh trường học, đặc biệt là các trường mầm mon cũng đang được chú ý.
Việc trang bị hệ thống camera an ninh không chỉ giúp nhà trường theo dõi, quản
lý cơ sở vật chất mà còn giám sát hoạt động giảng dạy của giáo viên. Điều này góp
phần giảm thiểu các vụ bạo hành trẻ em trong thời gian qua. Trong sân bay đòi hỏi
mức độ an ninh cao hơn, các hệ thống camera không chỉ đơn thuần là sự ghi lại
những hình ảnh camera quan sát, mà còn tích hợp công nghệ nhận dạng và phân
tích khuôn mặt con người dù cho có nhiều nhóm người di chuyển liên tục trong
tầm quan sát của nó, hỗ trợ phát hiện các tội phạm để ngăn chặn kịp thời.

Hình 2.9: Camera an ninh.
12