Thiết kế chế tạo hệ thống chống trộm trên xe gắn máy sử dụng công nghệ cao

Nội dung text: Thiết kế chế tạo hệ thống chống trộm trên xe gắn máy sử dụng công nghệ cao

1. THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM TRÊN XE GẮN MÁY SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ CAO THE DESIGN AND DEVELOPMENT OF MOTORCYCLE ANTI-THEFT ALARM SYSTEM USING HIGH-TECH DEVICES Phạm Minh Đẩu1, PGS.TS Đỗ Văn Dũng2 1Trường Cao đẳng Nghề Số 7 - BQP 2Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM 1dauckd07@gmail.com, 2dodzung@hcmute.edu.vn Tóm tắt Ở nước ta, xe máy là phương tiện giao thống phổ biến nhất hiện nay, đồng thời xe máy cũng là tài sản có giá trị của mỗi gia đình. Chủ xe luôn muốn sở hữu tài sản vừa tiện lợi, vừa an toàn tuyệt đối chống mất cấp, kiểm tra quản lý tài sản một cách dễ dàng. Hiện nay trên thị trường có nhiều thiết bị chống trộm trên xe gắn máy từ đơn giản đến phức tạp như khóa tay lái, khóa bánh xe, điều khiển từ xa, sử dụng thẻ từ. Đa số các thiết bị này khi sử dụng cần phải nhớ mật khẩu hoặc cần có chìa khóa, thẻ từ, bộ điều khiển từ xa để mở. Hệ thống chống trộm xe máy đề cập trong bài báo này sử dụng cảm biến nhận dạng vân tay để nhận biết chủ xe, hệ thống định vị toàn cầu (GPS) để xác định vị trí xe, module SIM để nhận lệnh điều khiển từ chủ xe qua thiết bị di động. Hệ thống được chế tạo thành công với các tính năng cơ bản hệ thống như bật tắt chống dắt, khởi động bằng vân tay, tìm xe, định vị xe Hệ thống đã thực nghiệm thành công các tính năng trên dòng xe máy trong nước với độ chính xác và độ tin cậy tương đối cao. Từ khóa: xe máy, hệ thống chống trộm xe máy, nhận dạng vân tay, định vị toàn cầu Abstract In Viet Nam, motorcycles are currently the most popular vehicles, and they are also valuable assets of each family. Car owners always want to own assets which are convenient, absolute anti-theft, management easily. Currently, there are many anti-theft devices on motorcycles from the simple to the complex, such as steering wheel locks, wheel locks, remote control, using RFID cards . on the market. The majority of these devices use to remember a password or have to a key, the card or remote to open. Motorcycle anti-theft system in this paper uses Fingerprint Biometric Identification Module to recognize/identify the authorized owner of the motorcycle, GPS module to determine the position of the motorcycle, SIM module to receive commands from the owner. The system has finished building with some major function such as: switch on/off the anti-theft mode, start / stop the motorcycle engine with the fingerprint scanned on the system, find the motorcycle in a short distance, track motorcycle real - time location using motorcycle map. The system has finished experimenting on the motorcycle with some major functions, which results in a rather high level of stability of the system. Keywords: Motorcycles, motorcycle anti-theft system, Fingerprint Biometric Identification, Global Positioning System 1.GIỚI THIỆU lòng bàn tay. Trong đó, công nghệ nhận dạng vân tay là được ứng dụng nhiều nhất. Ngày nay, công nghệ sinh trắc học được Người ta nhận thấy các đặc trưng vân tay ứng dụng rộng rãi trong đời sống. Hệ thống không thể dễ dàng bị thay thế, chia sẻ, hay nhân trắc học được sử dụng như: nhận diện giả mạo, .Ngoài ra, dấu vân tay của con vân tay, nhận diện khuôn mặt, nhận diện người không ai giống ai, kể cả là sinh đôi giọng nói, nhận diện tròng mắt, nhận diện cùng trứng xác suất trùng lấp dấu vân tay 1
2. giữa người này với người kia gần như là 0% (1/1,9 x 1015) [1] và không đổi trong suốt cuộc đời. Do vậy, trong việc nhận dạng một người, công nghệ này được xem là đáng tin cậy hơn so với các phương pháp truyền thống như: Mật khẩu, mã thẻ. Việc ứng dụng công nghệ nhận dạng vân tay đã có từ rất lâu. Tuy nhiên, trong khoảng một thời gian dài con người chỉ thực hiện việc đối sánh giữa hai dấu vân tay bằng Hình 1: Sơ đồ tổng quát hệ thống kỹ thuật truyền thống mang nặng tính thủ chống trộm xe máy công, các kết quả của lĩnh vực này gần như  Module nhận dạng vân tay R305: Quét không được ứng dụng trong các lĩnh vực dân vân tay của chủ quản, so sánh, gửi dữ liệu sự thông thường của đời sống mà chủ yếu cử lý về bộ xử lý (MCU) qua truyền được sử dụng trong lĩnh vực hình sự và pháp thông UART. y. Với sự phát triển ngày càng nhanh chóng  Module SIM 900A: Nhận thông tin điều của ngành công nghệ điện toán thì việc sử khiển từ một điện thoại di động khác dụng dấu vân tay để nhận dạng được áp dưới dạng tin nhắn và cuộc gọi thông qua dụng rộng rãi trong đời sống bằng hệ thống mạng điện thoại di động. Sau đó, module nhận dạng vân tay tự động (AFIS) [1]. Nhận xử lý và gửi dữ liệu về MCU thông qua dạng vân tay lên các thiết bị nhúng đã mang truyền thông UART. MCU xử lý và gửi lại nhiều lợi ích và hiệu quả không những tín hiệu điều khiển đến module SIM cho nhà phát triển công nghệ này lên thiết bị  Module GPSneo-6m: Nhận tín hiệu gửi nhúng mà còn cho xã hội. Công nghệ này về từ các vệ tinh tính toán gửi bản tin về không những được ứng dụng trong lĩnh vực MCU thông qua truyền thông UART hình sự mà còn được ứng dụng đa dạng  Bộ điều khiển (MCU) trong lĩnh vực dân sự, thương mại như việc Bộ điều khiển nhận thông tin từ các xác nhận nhân thân của cá nhân khi truy cập module vân tay, GPS, SIM 900 qua truyền mạng, hồ sơ cá nhân, khóa phòng trộm, thẻ thong UART, thông tín tốc độ động cơ và ngân hàng, hệ thống chấm công, hệ thống nút điều khiển. Sau đó, MCU xử lý dữ liệu bảo mật, nhận được và gửi tín hiệu điều khiển đến các Bên cạnh việc ứng dụng công nghệ sinh bộ chấp hành bao gồm LED hiển thị, driver trắc học vào những ứng dụng trong lĩnh vực điều khiển và thông tin phản hồi về module dân sự và quân sự thì công nghệ xác định vị SIM 900. Do đó, để đáp ứng yêu cầu trên tác trí, vận tốc, độ cao của đối tượng so với mặt giả chọn vi điều khiển ARM với kit nước biển dựa trên thống định vị toàn cầu STM32F103C8T6 làm board điều khiển chỉnh GPS đang phát triển mạnh mẽ là một công của hệ thống. cụ đắc lực cho các ngành liên quan đến việc xác định vị trí và dò đường. Nhờ công nghệ Sơ đồ kết nối các module với vi điều khiển này thì việc xác định vị trí hay tọa độ của đối tượng cực kỳ đơn giản. 2. THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM XE MÁY 2.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống Hệ thống gồm ba khối cơ bản: Tín hiệu đầu vào, bộ điều khiển (vi xử lý), bộ phận chấp hành. Hình 2: Sơ đồ nguyên lý kết nối các module với MCU. 2
3.  Bộ chấp hành thống còn có chức năng định vị để tìm vị trí Khi xe hoạt động trên đường điều kiện hiện tại của xe trong trường hợp mất cắp xảy hoạt động khác nhau, do đó ảnh hưởng ra. Cụ thể các tính năng hoạt động của hệ bởi nhiều yếu tố như nhiễu điện từ, thống sẽ được trình bày rõ như bên dưới. nhiệt độ, xung tự cảm Do đó, hệ  Chức năng an ninh thống muốn hoạt động ổn định thì ngõ  Mở nguồn xe: Để mở nguồn xe Người ra điều khiển phải cách ly với khối dùng phải áp ngón tay vào cảm biến vân điều khiển MCU. Trong đề tài, tác giả tay để hệ thống nhận dạng, nếu vân tay chọn module relay 5V- 4 kênh để điều đúng với 2 vân tay chủ quản xe được cài khiển các bộ chấp hành của hệ thống đặt trước đó thì nguồn cấp cho xe sẽ được bộ chấp hành. Khi chức năng chống kích hoạt khóa xe sẽ tự động mở nếu trộm được bật, hệ thống vô hiệu hóa đang trong trạng thái động cơ tại các vị trí: cảm biến trục  Khởi động động cơ xe: Sau khi người khuỷu, cảm biến góc nghiên, cảm biến dùng kích hoạt được nguồn của xe nếu chân chống, IC đánh lửa. tay vẫn tiếp tục đặt và giữ tại vị trí cảm biến vân tay, hệ thống khởi động động cơ đến khi động cơ đã nổ ổn định.  Tắt máy xe: Khi máy xe đang ở trạng thái hoạt động, người dùng chỉ cần đưa tay vào vị trí cảm biến hoặc ấn nút tắt động cơ sẽ tắt và hệ thống quay lại trạng thái chờ khởi động.  Chống dắt: Chế độ chống dắt là chế độ cảnh báo khi tọa độ của xe bị xê dịch ra khỏi phạm vi cho phép, khi có hiện tượng xê dịch xảy ra hệ thống sẽ báo động tại chỗ và gọi cho số điện thoại chủ quản.Hệ Hình 3: Sơ đồ bố trí hệ thống chống trộm thống tắt báo động có dấu vân tay hợp lệ trên IC đánh lửa dạng AC-CDI. hoặc tin nhắn từ số điện thoại chủ quản.  Ứng dụng điện thoại điều khiển  Chức năng điều khiển qua điện thoại Ứng dụng điều khiển hệ thống chống chủ quản trộm trên điện thoại được viết trên hệ  Mở Khóa từ xa qua tin nhắn: Soạn tin điều hành android theo cú pháp để ra lệnh cho hệ thống khóa/mở khóa khi xe đang ở chế độ tắt máy.Hệ thống sau khi thực hiện lệnh sẽ phản hồi qua tin nhắn cho số điện thoại chủ quản.  Kiểm tra tình trạng xe qua tin nhắn: Soạn tin theo cú pháp để ra lệnh cho hệ thống phản hồi tình trạng hệ thống trên xe khi xe đang ở chế độ tắt máy. Hệ thống sau khi thực hiện lệnh sẽ phản hồi Hình 4: Giao diện ứng dụng diều khiển qua tin nhắn cho số điện thoại chủ quản. tính năng chính  Kích hoạt/Ngừng chế độ chống dắt qua tin nhắn: Soạn tin theo cú pháp để ra 2.2 Hoạt động hệ thống lệnh Kích hoạt/Ngừng chế độ chống dắt Hệ thống là một thiết bị an ninh chống cho hệ thống khi xe đang ở chế độ tắt trộm dành cho xe máy, bảo mật bằng máy, hệ thống phản hồi qua tin nhắn cho phương pháp nhận diện vân tay của chủ xe. số điện thoại chủ quản. Khi có sự xâm phạm bất hợp pháp hệ thống  Kiểm tra tọa độ xe qua tin nhắn: Soạn sẽ cảnh báo tại chỗ và gởi tín hiệu cảnh báo tin theo cú pháp để ra lệnh cho hệ thống đến số điện thoại của chủ xe. Ngoài ra hệ phản hồi tình tọa độ xe trong mọi lúc, hệ 3
4. thống phản hồi qua tin nhắn cho số điện Hình 5: Giao diện hệ thống hiển thị đã bật thoại chủ quản. chống dắt  Cài đặt vân tay: Soạn tin theo cú pháp để ra lệnh cho hệ thống vào trạng thái cài đặt vân tay. Nếu xe đang ở chế độ hoạt động thì hệ thống sẽ phản hồi kết quả bận.  Đổi số điện thoại chủ quản: Soạn tin nhắn với cú pháp tương ứng gửi đến hệ thống bao gồm số điện thoại mới và mật khẩu hiện tại.  Đổi mật khẩu: Soạn tin nhắn với cú pháp tương ứng gửi đến hệ thống bao gồm mật khẩu cũ và mật khẩu mới. Việc đổi mật khẩu và số điện thoại được thực hiện tuần tự không tiến hành đồng thời. 3. THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG 3.1 Điều kiện thực nghiệm Hình 6: Tọa độ xe hiển thị trên Google map Hệ thống được lắp trên xe Dream giao 3.3 Thực nghiệm đo thời gian và công diện hệ thống và cảm biến vân tay được bố suất tiêu thụ trí gần bảng taplo xe. Thực nghiệm được Thời gian sử dụng ắc quy phụ thuộc vào thực hiện ngoài trời trong điều kiện hệ thống dung lượng ắc quy và công suất phụ tải được kết nối GPS tốt, tín hiệu sóng điện thoại tốt. tính theo công thức sau: Điện thoại được kết nối wifi hay 3G/GPRS, A. μ. V A. μ gồm phiên bản thông thường và chạy hệ t = = điều hành android được cài đặt ứng dụng P I điều khiển. Số người tham gia thực nghiệm Trong đó: đổi vân tay là 4; Sử dụng 5 sim điện thoại ba t: Thời gian sửa dụng điện ắc quy (giờ) mạng khác nhau còn hoạt động tốt. A: Dung lượng ắc quy (Ah) V: Điện áp ắc quy (V) 3.2 Thực nghiệm các tính năng cơ bản hệ P: công suất phụ tải (W) thống I: Dòng điện tiêu thụ phụ tải (A) Thực nghiệm các tính năng chống dắt, 휇: Hệ số sử dụng ắc quy khóa cổ, khởi động xe, tắt máy, tìm xe. Hệ số sử dụng ắc quy thay đổi theo mức xả Khi hệ thống thực hiện thành công sẽ ắc quy: phản hồi dưới dạng tín nhắn về chủ xe - 휇 = 0,8 − 0,9 nếu dòng xả ắc quy nhỏ hơn 20% dung lượng ắc quy. - 휇 = 0,7 nếu dòng xả ắc quy nhỏ hơn hoặc bằng 70% dung lượng ắc quy. - 휇 = 0,5 − 0,6 nếu dòng xả ắc quy lớn hơn 70% dung lượng ắc quy. Tiến hành đo thực nghiệm dòng điện tiêu thụ khi hệ thống hoạt động ở các chế độ khác nhau: - Khi hệ thống hoạt động ổn định và đang ở trạng thái chờ: 0,14A - Khi khởi động động cơ sử dụng vân tay: 0,22 mA - Khi dùng vân tay mở hệ thống: 0,18 mA - Khi hệ thống bật còi báo động: 0,19 mA 4
5. - Khi hệ thống đang nhận tín hiệu GPS: hưởng đến một số tính năng và mức độ đáp 0,18A ứng và độ nhạy của hệ thống. - Hệ thống hoạt động khi bật tính năng - Cảm biến vân tay dùng trong hệ thống chống dắt và khóa cổ: 0,18 mA dạng điện trở nên khi hoạt động dễ bị nhiễu Một số chế độ hoạt động tức thời nên trong sáng và độ nhạy chưa cao. đề tài này tác giả chọn dòng điện tiêu thụ hệ - Ứng dụng điều khiển chỉ sử dụng trên hệ thống là dòng điện duy trì khi hệ thống ổn điều hành android trên các hệ điều hành định và bật tính năng chống dắt và khóa cổ. khác không khả dụng Do đó, công suất tiêu thụ của hệ thống chống trộm Pct = 12 x 0,18 = 2,16 W. 4.2 Hướng phát triển của đề tài Dung lượng ắc quy trên xe khảo sát: 5 Ah. - Tích hợp thêm công nghệ GPRS, 3G và Dòng điện tiêu thụ của hệ thống chống trộm Bluetooth vào trong hệ thống để đảm bảo ở trạng thái chờ 0,18 A nhỏ nên ta chọn 휇 = một số tính năng của hệ thống. 0,7. - Kết hợp lắp thêm camera chụp ảnh gửi về chủ xe khi có người sử dụng xe bất hợp Do đó, thời gian duy trì hoạt động liên tục pháp. của hệ thống khi xe không hoạt động: - Thiết kế lại phần cứng sao cho các module và vi xử lý cùng tích hợp trên board duy A.μ 5 x 0,7 tct = = = 19,4 giờ nhất để giảm kích thước hệ thống, tính toán I 0,18 tối ưu hệ thống với nguồn năng lượng duy 4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN trì hạn chế trên xe gắn máy trong trạng thái chờ và khi xe hoạt động để không ảnh 4.1 Kết luận hưởng đến các hệ thống khác trên xe . 4.1.1 Kết quả đạt được - Thử nghiệm sản phẩm trong nhiều điều kiện khắc nghiệt như thử nước, thử tính - Thiết kế, lắp đặt hệ thống lên xe gắn máy năng nơi có nhiều nguồn nhiễu để đánh giá thử nghiệm thành công các tính năng của tính ổn định của hệ thống, thử độ bền hệ hệ thống. thống. - Ứng dụng công nghệ sinh trắc học mà cụ - Nghiên cứu viết ứng dụng điều khiển xe thể là nhận dạng vân tay trong việc bảo hoàn chỉnh hơn và sử dụng được trên các hệ mật thiết bị máy móc. điều hành khác nhau - Ứng dụng định vị toàn cầu GPS xác định Tài liệu tham khảo tọa độ tại một điểm bất kỳ và hiển thị vị trí điểm này trên bản đồ thông qua [1] Anil Jail, “Sharath, Atomated Fingerprint Google map. Identification anh Image”, 2011. - Ứng dụng được GSM điều khiển gọi, [2] Mukesh Kumar Thakur, Ravi Shankar nhắn tin từ thuê bao này đến thuê bao Kumar, Mohit Kumar, Raju Kumar khác thông qua mạng di động. “Wireless Fingerprint Based Security - Viết ứng dụng điều khiển hệ thống trên System Using Zigbee Technology”, 2013. điện thoại chạy hệ điều hành android [3] [4] 4.1.2 Những vấn đề tồn tại Thông tin liên hệ tác giả chính (người chịu - Do ảnh hưởng điều kiện thời tiết, địa hình trách nhiệm bài viết): nên một sô khu vực tín hiệu GPS yếu và không có nên một số tính năng của hệ thống Họ tên: Phạm Minh Đẩu sẽ ảnh hưởng như tính năng chống dắt và Đơn vị: Trường Cao Đẳng nghề số 7 định vị xe. Điện thoại: 0934156112 - Kích thước các khối còn tương đối lớn nên Email: dauckd07@gmail.com việc lắp đặt trên nhiều dòng xe sẽ gặp khó Tp. HCM, ngày tháng 11 năm 2015 khăn. XÁC NHẬN CBHD - Vùng phủ sóng của các mạng di động một số khu vực sóng yếu hoặc không có nên ảnh 5
6. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.