Giới thiệu công nghệ RFID và một số hệ thống RFID cơ bản
Nhận dạng vô tuyến RFID và một số công nghệ nhận dạng khác
1.2.1 Hệ thống nhận dạng sử dụng mã vạch [5]
Mó vạch là hỡnh gồm nhiều sọc ủứng, rộng và hẹp ủược in ủể ủại diện cho cỏc mó số dưới dạng mỏy cú thể ủọc ủược
Hình 1.3 Mã vạch trong quản lý bán hàng
Hệ thống quản lý bằng mã vạch là công nghệ nhận dạng và thu thập dữ liệu tự động, dựa trên nguyên tắc gán cho đối tượng cần quản lý một dãy số hoặc dãy chữ và số, sau đó thể hiện dưới dạng mã vạch để dễ dàng quét và nhận diện Trong quản lý hàng hóa, dãy số và mã vạch được gọi là mã số mã vạch (MSMV) của sản phẩm.
Mã vạch Universal Product Code (UPC) được in trên hầu hết các sản phẩm tại siêu thị, giúp quản lý hàng hóa hiệu quả Khi mã vạch được quét qua thiết bị quét quang học ở quầy thanh toán, máy tính sẽ đối chiếu số hiệu sản phẩm với cơ sở dữ liệu giá và in ra giá tiền tương ứng.
1.2.2 Hệ thống nhận dạng sử dụng ký tự quang học
Nhận dạng ký tự quang học (OCR) là công nghệ cho phép máy tính nhận diện và chuyển đổi chữ in và chữ viết tay thành văn bản số Sử dụng phần mềm OCR, máy quét có khả năng quét các trang tài liệu in và chuyển đổi các ký tự thành định dạng văn bản mà các chương trình xử lý từ có thể sử dụng.
1.2.3 Hệ thống nhận dạng sử dụng thẻ nhựa
Thẻ thông minh là một hệ thống lưu trữ dữ liệu điện tử có kích thước tương đương thẻ tín dụng, chứa thông tin và thường tích hợp một bộ vi xử lý điều khiển nhiều chức năng phục vụ nhu cầu người sử dụng Khác với thẻ từ có sọc từ bên ngoài, thẻ thông minh lưu trữ thông tin bên trong, mang lại độ an toàn cao hơn Thẻ thông minh thường được sử dụng cho các thiết bị cần xác minh danh tính người sử dụng, tạo ra các phương thức truy cập cho hệ thống bảo mật Thẻ thông minh đầu tiên là thẻ điện thoại trả trước, được đưa vào sử dụng vào năm 1984.
Có 2 loại thẻ thông minh cơ bản khác nhau dựa vào tính năng bên trong của nó: thẻ nhớ và thẻ vi xử lý
Trong thẻ nhớ, bộ nhớ thường là EEPROM được truy cập qua hệ thống logic tuần tự, có thể kết hợp với các thuật toán bảo mật đơn giản Các chức năng của thẻ nhớ thường được tối ưu hóa cho một ứng dụng cụ thể, mặc dù tính linh hoạt của nó bị giới hạn Tuy nhiên, thẻ bộ nhớ có ưu thế về giá cả, chính vì lý do này mà thẻ bộ nhớ được sử dụng rộng rãi.
Hình 1.4 Cấu trúc thẻ nhớ có bảo mật
Thẻ vi xử lý là thành phần quan trọng chứa bộ vi xử lý kết nối với các loại bộ nhớ như RAM, ROM và EEPROM Với tính linh hoạt cao, thẻ vi xử lý hiện nay có khả năng tích hợp nhiều ứng dụng khác nhau trong cùng một thẻ thông minh.
Hỡnh 1.5 Cấu trỳc thẻ vi xử lý ủa ứng dụng
1.2.4 Hệ thống nhận dạng sử dụng Sinh trắc học
Nhận dạng giọng nói là phương pháp xác thực dựa trên việc kiểm tra các đặc trưng của giọng nói của người dùng so với một mẫu tham chiếu đã được lưu trữ trước đó Nếu giọng nói khớp với mẫu tham chiếu, hệ thống sẽ thực hiện yêu cầu của người dùng.
Fingerprinting procedures, also known as dactyloscopy, involve comparing fingerprint patterns and the skin layers on the fingertips The system analyzes data from collected samples and compares it to stored reference samples for identification.
1.2.5 Hệ thống nhận dạng sử dụng công nghệ RFID [4]
Hệ thống RFID có mối liên hệ chặt chẽ với thẻ thông minh, nơi dữ liệu được lưu trữ trên thiết bị mang dữ liệu điện tử Tuy nhiên, khác với thẻ thông minh, RFID không phụ thuộc vào sự tiếp xúc vật lý để cung cấp năng lượng và trao đổi dữ liệu Thay vào đó, hệ thống này sử dụng sóng radio và trường điện từ để thực hiện các chức năng của mình.
Cấu trúc một hệ thống nhận dạng RFID
Hệ thống nhận dạng RFID bao gồm ba thành phần chính: thẻ, thiết bị đọc (reader) và cơ sở dữ liệu Một hệ thống RFID toàn diện tích hợp các thành phần này để hoạt động hiệu quả.
- Th ẻ RFID (RFID Tag, Transponder - bộ phỏt ủỏp) ủược lập trỡnh ủiện tử với thông tin duy nhất
- Cỏc reader (ủầu ủọc) hoặc sensor (cỏc cảm biến) ủể truy vấn cỏc thẻ
- Antenna thu, phát sóng vô tuyến
Máy chủ (host computer) là nơi mà máy chủ và hệ thống phần mềm tương tác với hệ thống ủược tải Nó cũng có khả năng phân phối phần mềm đến các thiết bị đọc (reader) và cảm biến.
Cơ sở hạ tầng truyền thông là thành phần thiết yếu, bao gồm cả mạng có dây và không dây, cùng với các thiết bị kết nối cần thiết để liên kết các thành phần khác nhau, nhằm đảm bảo việc truyền tải thông tin hiệu quả.
Hình 1.7 Cấu trúc một hệ thống nhận dạng RFID 1.3.1 Thẻ RFID
Thẻ RFID, hay còn gọi là bộ phát ủng, là thiết bị lưu trữ dữ liệu trong hệ thống RFID, bao gồm một phần tử kết nối và một vi mạch điện tử Thẻ này được cấu tạo từ hai phần chính.
+ Chip: lưu trữ một số thứ tự duy nhất hoặc thông tin khác dựa trên loại thẻ: read-only, read-write, hoặc write-once-read-many
+ Antenna ủược gắn với vi mạch truyền thụng tin từ chip ủến reader Antenna càng lớn cho biết phạm vi ủọc càng lớn
Cỏc thẻ RFID ủược phõn loại dựa trờn việc thẻ cú chứa một cung cấp nguồn gắn bờn trong hay là ủược cung cấp bởi thiết bị chuyờn dụng:
+ Bỏn tớch cực (Semi-active, cũn gọi bỏn thụ ủộng - semi-passive)
Hỡnh 1.8 Cấu trỳc thẻ RFID thụ ủộng
Loại thẻ này không có nguồn bên trong và sử dụng năng lượng từ reader để hoạt động và truyền dữ liệu lưu trữ Với cấu trúc đơn giản và không có thành phần động, thẻ này có thời gian sống dài và khả năng chịu đựng tốt trong điều kiện môi trường khắc nghiệt Khi thẻ và reader giao tiếp, reader luôn phải truyền dữ liệu trước, do đó, reader là yếu tố bắt buộc để thẻ có thể truyền dữ liệu của mình.
Thẻ thụ ủộng ủược ủọc ở khoảng cỏch từ 11cm ở trường gần (ISO 14443), ủến 10m ở trường xa (ISO 18000-6), và cú thể lờn ủến 183m khi kết hợp với ma trận
Thẻ thụ ủộng nhỏ hơn và cũng rẻ hơn thẻ tớch cực hoặc bỏn tớch cực
Cỏc thẻ thụ ủộng cú thể thực thi ở tần số low, high, ultrahigh, hoặc microwave
Thẻ thụ ủộng bao gồm những thành phần chớnh sau:
* Vi mạch: Vi mạch thông thường gồm có:
Bộ chỉnh lưu (power control/rectifier) chuyển đổi nguồn AC từ tín hiệu antenna của reader thành nguồn DC, cung cấp năng lượng cho các thành phần khác của vi mạch.
- Máy tách xung (Clock extractor): rút tín hiệu xung từ tín hiệu antenna của reader
Bộ điều chế (Modulator) có chức năng điều chỉnh tín hiệu nhận được từ reader Thẻ được gắn trong tín hiệu sẽ được điều chế, và sau đó tín hiệu này sẽ được truyền trở lại reader.
- Đơn vị luận lý (Logic unit): chịu trách nhiệm cung cấp giao thức truyền giữa thẻ và reader
Bộ nhớ vi mạch là nơi lưu trữ dữ liệu, thường được phân đoạn thành nhiều block hoặc field Khả năng addressability cho phép đọc hoặc ghi dữ liệu vào bộ nhớ riêng của vi mạch Một block nhớ có thể chứa nhiều loại dữ liệu khác nhau, như thông tin nhận dạng đối tượng gắn thẻ và các bit checksum để kiểm tra độ chính xác của dữ liệu Sự tiến bộ trong công nghệ đã cho phép thu nhỏ kích thước vi mạch xuống dưới mức hạt cát, nhưng kích thước của thẻ lại phụ thuộc vào chiều dài anten của nó.
Antenna của thẻ RFID đóng vai trò quan trọng trong việc thu nhận năng lượng từ tín hiệu của reader, giúp thẻ hoạt động và thực hiện việc gửi hoặc nhận dữ liệu Antenna này được gắn vào vi mạch, là trung tâm của hoạt động thẻ.
Antenna có nhiều dạng, đặc biệt là UHF, với chiều dài tương ứng với bước sóng hoạt động của thẻ Một antenna lưỡng cực bao gồm một dây dẫn điện, thường là ống, bị ngắt ở trung tâm Tổng chiều dài của antenna lưỡng cực bằng nửa bước sóng tần số được sử dụng để tối ưu hóa năng lượng truyền từ tín hiệu antenna của reader đến thẻ Reader có khả năng đọc thẻ ở nhiều hướng khác nhau.
Chiều dài của antenna trên thẻ thường lớn hơn nhiều so với vi mạch, do đó ảnh hưởng đến kích thước vật lý của thẻ Antenna có thể được thiết kế dựa trên một số yếu tố quan trọng.
- Khoảng cỏch ủọc của thẻ với reader
- Hướng cố ủịnh của thẻ ủối với reader
- Hướng tựy ý của thẻ ủối với reader
- Loại sản phẩm riêng biệt
- Vận tốc của ủối tượng ủược gắn thẻ
- Độ phân cực antenna của reader
Các ủiểm kết nối giữa vi mạch của thẻ và antenna là những điểm yếu nhất của thẻ Nếu bất kỳ ủiểm kết nối nào bị hỏng, thẻ sẽ không hoạt động hoặc hiệu suất làm việc sẽ giảm sút đáng kể.
Hiện nay, anten của thẻ được xây dựng bằng một mảnh kim loại mỏng như đồng, bạc hoặc nhôm Tuy nhiên, trong tương lai, có thể sẽ in trực tiếp anten lên nhãn thẻ, hộp và sản phẩm sử dụng bằng cách sử dụng một loại mực dẫn có chứa đồng, carbon và niken.
Hình 1.9 Một số loại thẻ RFID tích cực
Thẻ tích cực có nguồn năng lượng nội tại, chẳng hạn như pin hoặc năng lượng mặt trời, cho phép thực hiện các nhiệm vụ chuyên dụng Chúng sử dụng năng lượng này để truyền dữ liệu đến reader mà không cần nguồn năng lượng từ thiết bị đọc Các thành phần điện tử bên trong bao gồm vi mạch, cảm biến và cổng vào/ra, tất cả đều được cấp nguồn bởi năng lượng nội tại Trong quá trình truyền dữ liệu, thẻ tích cực luôn gửi thông tin trước, sau đó mới đến reader Điều này cho phép thẻ phát dữ liệu cho các khu vực lân cận ngay cả khi không có reader ở gần.
Khoảng cách ủọc của thẻ tớch cực là 100 feet (khoảng 30.5 m) hoặc hơn, khi mỏy phỏt tớch cực của loại thẻ này ủược dựng ủến Thẻ tớch cực bao gồm 4 thành phần chính.
+ Vi mạch: Kích cỡ và khả năng làm việc vi mạch thường lớn hơn vi mạch trong thẻ thụ ủộng
Phương thức giao dịch và các thông số cơ bản của hệ thống RFID
1.4.1 Phương thức giao dịch trong hệ thống RFID
Hệ thống RFID bao gồm ba thành phần cơ bản: tag, đầu đọc và máy chủ Tag RFID có cấu tạo từ chip bán dẫn nhỏ và anten được thu nhỏ trong nhiều hình thức khác nhau Mỗi tag được lập trình với một nhận dạng duy nhất, cho phép theo dõi khụng dõy các đối tượng hoặc con người gắn tag.
Hệ thống RFID sử dụng bốn băng tần chính: tần số thấp (LF), tần số cao (HF), siêu cao tần (UHF) và sóng cực ngắn (viba) Hiện nay, các hệ thống trong siêu thị chủ yếu hoạt động ở băng tần UHF, trong khi các hệ thống RFID cũ sử dụng băng tần LF và HF Băng tần viba đang được dành cho các ứng dụng trong tương lai.
Các tag có thể được cấp nguồn bởi một bộ pin thu nhỏ trong tag (các tag tích cực) hoặc bởi thiết bị đọc (reader) mà nó "đánh thức" tag để yêu cầu trả lời khi tag đang trong phạm vi (tag thụ động).
Hỡnh 1.14 Hoạt ủộng trao ủổi giữa tag và reader trong hệ thống RFID
Reader bao gồm một anten liên lạc với tag và một thiết bị điện tử kết nối mạng với máy chủ Đơn vị này tiếp nhận tín hiệu giữa máy chủ và tất cả các tag trong phạm vi hoạt động của anten, cho phép kết nối đồng thời với hàng trăm tag Nó cũng thực hiện các chức năng bảo mật như mã hóa/giải mã và xác thực người dùng Reader có khả năng phát hiện tag ngay cả khi không nhìn thấy chúng.
Hệ thống RFID hoạt động dựa trên nguyên lý phát tín hiệu qua anten với tần số cố định Khi một đối tượng gắn thẻ điện tử vào khu vực có tần số này, sẽ xảy ra hiện tượng cảm ứng điện Thẻ điện tử sau khi nhận tín hiệu sẽ phát ra thông tin đã được lưu trữ hoặc phản hồi bằng một tần số tín hiệu Đầu đọc, sau khi thu nhận tín hiệu từ thẻ thông qua anten, sẽ tiến hành giải mã và gửi dữ liệu đến hệ thống quản lý kho để tiếp tục xử lý.
Hệ thống quản lý sử dụng mối quan hệ logic để xác định danh tính của thẻ điện tử, sau đó tiến hành xử lý và kiểm soát.
Hầu hết các mạng RFID bao gồm nhiều tag và nhiều đầu đọc được kết nối với nhau qua một máy tính trung tâm, thường là một trạm làm việc nhỏ gọn Máy chủ chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu mà các đầu đọc thu thập từ các tag, đồng thời chuyển đổi dữ liệu giữa mạng RFID và các hệ thống công nghệ thông tin lớn hơn, nơi mà quản lý dây chuyền hoặc cơ sở dữ liệu quản lý có thể thực hiện Middleware đóng vai trò là phần mềm kết nối hệ thống RFID với hệ thống IT, giúp quản lý luồng dữ liệu hiệu quả.
1.4.2 Quỏ trỡnh trao ủổi giữa Reader với tag
Tùy thuộc vào kiểu thẻ sử dụng, giao tiếp truyền thông tin giữa một reader và một thẻ cú thể là một trong cỏc cỏch dưới ủõy:
Phương pháp truyền thông tin bằng kỹ thuật điều chế backscatter được triển khai với cả thẻ thụ động và thẻ phát tích cực Trong phương pháp này, reader gửi một tín hiệu sóng liên tục (CW) RF, bao gồm tín hiệu năng lượng điện xoay chiều và tín hiệu xung tới thẻ tại tần số của súng mang Anten của thẻ cung cấp năng lượng cho vi chip trên thẻ thông qua đầu nối vật lý Để phục vụ cho mục đích đọc thẻ, vi chip phải được đưa lên mức điện áp 1.2V, trong khi để ghi dữ liệu, điện áp cần đạt khoảng 2.2V từ tín hiệu của reader Sau đó, vi chip thực hiện điều chế hoặc phân chia tín hiệu đầu vào thành một dãy các mẫu On và Off biểu thị dữ liệu và truyền dữ liệu trở lại Khi reader nhận được tín hiệu đã được điều chế, nó thực hiện giải mã mẫu và nhận dữ liệu trên thẻ.
Trong phương pháp truyền thông backscatter, reader luôn phải thực hiện "bắt chuyện" trước khi giao tiếp với thẻ Thẻ sử dụng kiểu truyền thông này không thể liên lạc được khi reader vắng mặt, vì nó phụ thuộc vào năng lượng từ reader để truyền dữ liệu.
Kiểu truyền thông này chỉ được triển khai với các thẻ tích cực, trong đó thẻ phát gửi các thông điệp của nó tới môi trường xung quanh theo các khoảng cách chuẩn, bất chấp sự hiện diện hay vắng mặt của người đọc Do đó, trong kiểu truyền thông này, thẻ luôn phải thực hiện "bắt chuyện" trước người đọc.
Kiểu truyền thông tin này được triển khai thông qua thẻ đặc biệt gọi là transponder Trong chế độ này, thẻ thường ở trạng thái "ngủ" khi không có truy vấn từ bất kỳ reader nào Trong trạng thái này, thẻ sẽ gửi đi theo chu kỳ một thông điệp để kiểm tra xem có reader nào đang lắng nghe hay không Khi một reader nhận được một thông điệp truy vấn, nó có thể "đánh thức" thẻ để thẻ thoát khỏi trạng thái "ngủ" Khi thẻ nhận lệnh từ reader, nó sẽ bắt đầu hoạt động trở lại như một thẻ transmitter.
Dữ liệu trờn thẻ chỉ ủược gửi ủi khi cú một reader cụ thể truy vấn nú
Hình 1.18 Kiểu transponder 1.4.3 Các thông số cơ bản của một hệ thống RFID [2]
Hệ thống RFID bao gồm nhiều thông số quan trọng Khi sử dụng hệ thống này, cần chú ý đến từng thông số của các thành phần riêng biệt như thẻ tag, reader, antenna và máy tính chủ.
Thẻ tag của RFID là bộ phận dựng ủể lưu trữ thụng tin liờn quan tới ủối tượng do ủo thẻ tag cú cỏc thụng số cơ bản sau:
Thẻ tag có các chức năng cơ bản như đọc tag, kill/disable, ghi một lần (write once) hoặc ghi nhiều lần (write many), mã hóa và bảo mật Khi nhiều tag đặt cạnh nhau, bộ đọc sẽ gặp khó khăn trong việc nhận biết thời điểm kết thúc một phản ứng của một tag và khi nào bắt đầu một phản ứng khác Tuy nhiên, với thẻ anti-collision, bộ đọc có thể nhận biết thời gian phản ứng đến bộ đọc.
Tần số hoạt động của tag RFID bao gồm các băng tần như tần số thấp (LF), tần số cao (HF), siêu cao tần (UHF) và vi sóng RFID sử dụng sóng điện từ để giao tiếp và thu nhận năng lượng, tương tự như các thiết bị radio Hệ thống RFID được thiết kế để không gây cản trở cho các thiết bị khác, đảm bảo an toàn cho các ứng dụng như dịch vụ khẩn cấp và truyền hình.
Bảng 1.2: Khoảng tần số của RFID
Bảng 1.3: Khoảng cỏch ủọc của RFID
Thẻ tag được chia thành ba loại: tag thụ động, tag tích cực và tag phản tích cực Mỗi loại thẻ tag có những ưu điểm và nhược điểm riêng, tùy thuộc vào ứng dụng và điều kiện để lựa chọn cho phù hợp.
Một số ứng dụng hiện tại của RFID
1.5.1 Ứng dụng trong kho hàng [2]
Hiện nay, quản lý kho hàng là một trong những thách thức lớn nhất đối với các nhà quản lý, bao gồm các vấn đề như hàng tồn kho, số liệu không chính xác, quản lý thủ công và cập nhật thông tin không kịp thời Những yếu tố này có thể làm tăng giá thành sản phẩm và ảnh hưởng đến chiến lược cũng như kế hoạch của công ty Công nghệ RFID đã ra đời, giúp việc quản lý kho hàng trở nên thuận tiện và hiệu quả hơn rất nhiều.
Khi nhập hàng vào kho thành phẩm, sản phẩm sẽ được gắn thẻ RFID Nhân viên sẽ đẩy sản phẩm qua cửa nhập hàng, nơi có thiết bị đọc RFID được lắp đặt Thiết bị này sẽ tự động quét tất cả các thẻ RFID gắn trên sản phẩm mà không cần nhìn thấy chúng Dữ liệu thu được sẽ được truyền thẳng đến phần mềm server để đối chiếu và so sánh số lượng nhập kho, hoặc tạo phiếu nhập kho mới với các thông tin quản lý cần thiết.
Kể từ lỳc này sản phẩm ủược quản lý thụng qua thẻ RFID ủược gắn trờn sản phẩm b.Quy trình xuất hàng - bán hàng
Nhân viên thực hiện quy trình xuất hàng và bán hàng bằng cách sử dụng thiết bị đọc RFID lắp đặt tại cửa xuất Khi sản phẩm đi qua, đầu đọc RFID sẽ nhận diện tất cả các thẻ RFID gắn trên sản phẩm mà không cần nhìn thấy chúng Dữ liệu thu được sẽ được truyền trực tiếp đến phần mềm server để kiểm tra, so sánh số lượng xuất kho hoặc bán hàng, từ đó tạo phiếu xuất kho hoặc phiếu bán hàng mới với các thông tin quản lý cần thiết.
Hình 1.19 RFID ứng dụng trong quản lý kho hàng c Quy trình kiểm kê và tìm kiếm vị trí sản phẩm
Trong quy trình kiểm kê kho hàng, nhân viên chỉ cần sử dụng phần mềm để xác định số lượng và vị trí chính xác của từng sản phẩm Phần mềm sẽ hỗ trợ xuất báo cáo hoặc cập nhật số liệu theo yêu cầu của nhà quản lý, đảm bảo tính chính xác và minh bạch trong việc kiểm tra nguồn gốc sản phẩm.
Khi sản phẩm được xuất cho khách hàng, nếu gặp lỗi hoặc vấn đề cần giải quyết, công ty có thể truy tìm thông tin về sản phẩm thông qua RFID gắn trên sản phẩm Việc tìm kiếm thông tin có thể thực hiện bằng đầu đọc RFID hoặc nhập tay mã số sản phẩm vào hệ thống Tất cả thông tin liên quan đến sản phẩm sẽ được hiển thị, giúp công ty có được thông tin chính xác và đưa ra phương án giải quyết vấn đề một cách tối ưu.
1.5.2 Ứng dụng trong công nghệ Ôtô
Công nghệ RFID đang ngày càng phổ biến trong các loại ổ khóa hiện đại Các chìa khóa ô tô được trang bị chip tag, kết nối với antena và bộ reader trong hộp điều khiển Khi người dùng đưa chìa khóa RFID vào ổ khóa, thiết bị sẽ nhận tín hiệu từ tag và kiểm tra mã số Nếu mã số trùng khớp với mã đã cài đặt trước, ổ khóa sẽ mở Với tính năng bảo mật cao nhờ vào mã số phức tạp, công nghệ RFID đang dần thay thế ổ khóa cơ truyền thống, đồng thời tăng cường an toàn cho các thiết bị như chìa khóa xe hơi và chìa khóa cửa.
1.5.3 Ứng dụng trong quản lý thư viện
Tất cả sách báo trong thư viện sẽ được gắn chip RFID, giúp quản lý dễ dàng hơn Khu vực kiểm soát cho mượn và trả sách sẽ sử dụng đầu đọc thẻ, giúp nhân viên nhanh chóng nạp thẻ cho sách báo và kiểm tra tình trạng cho mượn.
Thiết bị đọc thẻ cầm tay giúp tìm kiếm và kiểm tra thông tin sách báo trong thư viện, giảm chi phí quản lý nhân sự và tạo sự thuận tiện trong việc quản lý và tìm kiếm tài liệu.
Hình 1.20 RFID trong thư viện 1.5.4 Ứng dụng RFID trong siêu thị [2]
Việc áp dụng công nghệ RFID vào dây chuyền logistics mang lại nhiều lợi ích rõ rệt trong quản lý kho, bao gồm tăng cường hiệu suất vận chuyển, nhận hàng và cung cấp, đồng thời giảm chi phí lao động, xếp hàng và thất thoát kiểm kê Các thiết bị đọc RFID được lắp đặt tại các cửa bến tàu có khả năng phát hiện thẻ trên hàng hóa hoặc pallet khi đi qua Đầu đọc sẽ gửi lệnh đến thẻ để thu thập thông tin nhận dạng, sau đó chuyển tiếp dữ liệu này đến máy tính Máy tính sẽ ghi lại cơ sở dữ liệu kiểm kê dựa trên tình trạng hàng hóa là nhập hay xuất Nếu hệ thống sử dụng thẻ thông minh, máy tính còn có thể ghi lại ngày giao nhận và thời gian trên thẻ.
Thẻ RFID là công nghệ tiên tiến giúp các doanh nghiệp bán lẻ đơn giản hóa quy trình kiểm kê hàng hóa và giảm thiểu mất mát trong quá trình bán hàng Việc áp dụng thẻ RFID mang lại hiệu quả kinh tế cho doanh nghiệp, đồng thời tạo ra nhiều sự lựa chọn và giá cả hợp lý hơn cho người tiêu dùng Ngoài ra, thanh toán khi mua sắm trở nên thuận tiện hơn nhờ vào hệ thống thanh toán tự động sử dụng thẻ RFID, giúp khách hàng không cần xếp hàng chờ nhân viên kiểm tra và tính giá từng mặt hàng Thẻ RFID đã thay thế hệ thống thẻ dữ liệu truyền thống, cho phép nhà cung cấp ghi nhận thông tin chi tiết về sản phẩm và thời gian trưng bày ngay trên thẻ.
Các thẻ RFID thường bị mất hoặc hư hỏng, nhưng chúng có khả năng lưu trữ dữ liệu an toàn trên sản phẩm thông qua tần số radio khoảng 13 MHz Khác với các thẻ truyền thống, thẻ RFID không dễ bị phá hủy bởi các yếu tố như dịch chuyển hay thời tiết, và dữ liệu được bảo vệ cho đến khi được ghi lại bằng thiết bị chuyên dụng.
Hình 1.21 Ứng dụng RFID trong siêu thị 1.5.5 Ứng dụng RFID trong tính phí giao thông
Hệ thống giao thông hiện đại sử dụng thẻ RFID như một phương tiện thanh toán tiện lợi Thẻ này cho phép người dùng thanh toán tại các cửa hàng bách hóa, trạm xăng, tàu điện ngầm, xe buýt, bãi đỗ xe và taxi Ngoài ra, hệ thống cũng áp dụng cho việc thu phí tại các trạm thu phí trên xa lộ, giúp lái xe không cần dừng lại để thanh toán Các đầu thu tự động sẽ quét thẻ gắn trên xe và gửi hóa đơn về nhà, từ đó giảm thiểu tình trạng kẹt xe trên các tuyến đường chính và xa lộ, đồng thời hỗ trợ thu phí lưu thông tại các khu vực hạn chế trong thành phố.
Một số hệ thống RFID cơ bản
Một bit là đơn vị nhỏ nhất của thông tin, có hai trạng thái: 1 hoặc 0 Điều này có nghĩa là chỉ có hai trạng thái được trình bày bởi transponder 1 bit.
Transponder 1 bit, mặc dù bị giới hạn, vẫn rất phổ biến và chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị chống trộm tại cửa hàng, như hệ thống EAS, để giám sát hàng hóa điện tử.
Hệ thống EAS bao gồm các linh kiện chính như antenna của reader, phần tử bảo mật và thiết bị vô hiệu hóa sau khi giao dịch kết thúc Trong các hệ thống hiện đại, việc vô hiệu hóa thường diễn ra khi món hàng được quét tại quầy thanh toán Một số hệ thống còn tích hợp bộ kích hoạt để kích hoạt lại phần tử bảo mật sau khi vô hiệu hóa Một điểm nổi bật của hệ thống là tốc độ phát hiện phụ thuộc vào độ rộng của cổng, tức khoảng cách tối đa giữa transponder và antenna của reader.
Transponder 1 bit gồm 5 thành phần:
1.6.2 Hệ thống song công và bán song công [4]
Transponder 1 bit thường khai thác các hiệu ứng vật lý đơn giản để nhận dạng, sử dụng một vi mạch làm thiết bị mang dữ liệu với dung lượng lưu trữ lên tới vài kByte Để đọc hoặc ghi dữ liệu, cần thực hiện truyền dữ liệu giữa transponder và reader, có thể là song công, bán song công hoặc tuần tự.
Trong truyền thông song công, dữ liệu từ transponder được truyền xen kẽ với dữ liệu từ reader Ở tần số dưới 30MHz, hệ thống thường áp dụng phương pháp load modulator để điều chế dữ liệu, cho phép việc truyền tải hiệu quả hơn.
Trong truyền song công: dữ liệu từ transponder và reader có thể truyền cùng một lúc
Cả hai phương pháp đều yêu cầu truyền năng lượng liên tục từ reader đến transponder, không phụ thuộc vào hướng truyền dữ liệu Ngược lại, trong các hệ thống tuần tự (SEQ: Sequential system), việc truyền năng lượng từ transponder đến reader bị giới hạn trong một chu kỳ thời gian Dữ liệu được truyền từ transponder đến reader chỉ xuất hiện trong những khoảng dừng của năng lượng cung cấp cho transponder.
Quá trình truyền dữ liệu được mô tả như sau: dữ liệu được truyền từ thiết bị đọc (reader) đến bộ chuyển đổi (transponder) qua đường truyền downlink Ngược lại, dữ liệu từ bộ chuyển đổi được gửi trở lại thiết bị đọc qua đường truyền uplink.
Hình 1.22 Truyền dữ liệu trong hệ thống song công, bán công, tuần tự 1.6.3 Hệ thống tuần tự
In a sequential system (SEQ), data and energy are transmitted from a reader to a data-carrying device, and subsequently, the data is sent back from the transponder to the reader.
Cấu trỳc của ủầu ủọc
Giới thiệu chung về READER trong RFID
Một reader ủiển hỡnh bao gồm một Module tần số vụ tuyến (mỏy phỏt và mỏy thu), đóng vai trò là đơn vị điều khiển và phần tử kết nối với bộ phỏt ủỏp Bên cạnh đó, các reader còn được trang bị giao diện bổ sung như RS232, RS485 để có thể chuyển tiếp dữ liệu thu được đến các hệ thống khác như PC hoặc hệ thống điều khiển robot.
Các thành phần chính của reader bao gồm:
Kết nối vào/ra với các cảm biến và cơ cấu truyền động đầu từ là rất quan trọng Bảng tín hiệu điện báo bên ngoài, mặc dù không bắt buộc, thường được cung cấp cùng với một reader thương mại.
+ Mạch ủiều khiển (cú thể nú ủược ủặt ở bờn ngoài)
2.1.1 Luồng dữ liệu trong ứng dụng
Phần mềm được thiết kế để đọc hoặc ghi dữ liệu vào thiết bị mang dữ liệu không tiếp xúc (transponder) yêu cầu người dùng cũng phải có khả năng giao tiếp không tiếp xúc Việc truy xuất dữ liệu từ thiết bị này càng thông suốt càng tốt để đảm bảo hiệu quả sử dụng.
Quá trình đọc và ghi dữ liệu trên thiết bị không tiếp xúc được thực hiện theo nguyên lý Master - Slave, trong đó tất cả các hoạt động của reader chỉ được kích hoạt khi nhận lệnh đọc ghi từ phần mềm.
Nguyên lý truyền Master-Slave giữa reader và transponder yêu cầu transponder phải nằm trong vùng liên lạc của reader để thực hiện lệnh từ phần mềm Trong mối quan hệ này, reader đóng vai trò là master, trong khi transponder chỉ phản ứng với các lệnh từ reader và không hoạt động độc lập, ngoại trừ những transponder chỉ đọc.
Một lệnh ủọc ủơn giản nhất từ phần mềm ủến reader cú thể xỏc ủịnh một chuỗi liên tiếp các bước liên lạc giữa reader và một transponder
Chức năng chính của reader là kích hoạt thiết bị mang dữ liệu (transponder) và thiết lập thứ tự liên lạc với thiết bị này Nó cũng đảm nhiệm việc truyền dữ liệu giữa phần mềm và thiết bị mang dữ liệu không tiếp xúc Tất cả các tính chất liên lạc không dây, bao gồm kết nối, chống xung, và quy trình xác nhận, đều được điều khiển hoàn toàn bởi reader.
2.1.2 Sơ ủồ khối của reader
Các loại reader khác nhau chủ yếu khác biệt về kiểu liên kết (cảm ứng - điện từ), thứ tự giao tiếp (FDX, HDX, SEQ), và thủ tục truyền dữ liệu từ transponder đến reader (load modulation, tán xạ lùi, hài phụ) Tuy nhiên, tất cả các reader đều tương tự nhau về hoạt động và cách thiết kế.
Tất cả các hệ thống có thể được đơn giản hóa thành hai khối chức năng chính: hệ thống điều khiển và mạch HF, trong đó mạch HF bao gồm một bộ phát và một bộ thu.
Các thành phần của READER
Mạch HF của reader thực hiện những chức năng chủ yếu sau :
- Phát một tín hiệu tần số cao mang năng lượng nhằm kích hoạt cho transponder và cung cấp năng lượng cho nó
- Điều chế tớn hiệu truyền ủi ủể gửi dữ liệu ủến cho transponder
Kiểm tra và giải điều chế tín hiệu HF nhận được từ transponder là một bước quan trọng Mạch HF có hai đường tín hiệu riêng biệt, tương ứng với hai chiều dữ liệu gửi và nhận từ transponder Dữ liệu được truyền đến transponder thông qua Transmitter Arm, trong khi dữ liệu nhận được từ transponder sẽ được xử lý trong Receiver Arm.
Hỡnh 2.3 Sơ ủồ khối mạch HF của hệ thống RFID liên kết cảm ứng
2.2.1.1 Hệ thống liên kết cảm ứng
Một tín hiệu ở tần số hoạt động của hệ thống, chẳng hạn như 135kHz hoặc 13.56MHz, được phát ra từ Transmitter Arm thông qua một bộ dao động ổn định.
Tín hiệu dao động được nạp vào module điều chế được kiểm soát bởi tín hiệu baseband của hệ thống mã hóa tín hiệu Tín hiệu baseband ở mức TTL chứa chuỗi tín hiệu nhị phân được mã hóa theo kiểu Manchester, Miller, hoặc NRZ Cách thức điều chế tín hiệu đầu ra phụ thuộc vào bộ điều chế ASK hoặc PSK Riêng điều chế FSK chỉ được sử dụng khi tín hiệu baseband được nạp trực tiếp vào bộ tổng hợp tần số.
Tớn hiệu ủược ủiều chế ủược khuếch ủại ủến mức cần thiết bằng mạch khuếch ủại rồi ủược tỏch ủến hộp antenna
Bộ lọc thông dải với sườn dốc trong Receiver Arm bắt ủầu ở hộp antenna có vai trò quan trọng trong các hệ thống FDX/HDX, giúp ngăn chặn tín hiệu không mong muốn và lọc ra tín hiệu từ transponder Đối với các hệ thống điều chế tín hiệu sử dụng sóng mang phụ, bộ lọc này cũng không thể bị xem nhẹ, vì tín hiệu phát và thu không chỉ tách biệt nhau bởi tần số sóng mang phụ Các sóng mang phụ trong hệ thống 13,56MHz bao gồm 847kHz và 212kHz.
2.2.1.2 Hệ thống viba - bán song công
Sự khác biệt chính giữa hệ thống viba và hệ thống cảm ứng tần số thấp nằm ở bộ tổng hợp tần số Tần số hoạt động thường là 2,45 GHz, không thể phát trực tiếp bởi một bộ dao động trực tiếp thạch anh Thay vào đó, tần số này chỉ có thể được tạo ra bằng cách nhân các tần số thấp lại với nhau Việc điều chế được duy trì trong suốt quá trình nhờ vào tần số thấp, vì vậy quá trình điều chế được thực hiện ở tần số này.
Hỡnh 2.4 Sơ ủồ khối mạch HF trong hệ thống Viba
Một vài hệ thống viba cú một directional coupler ủể tỏch biệt tớn hiệu truyền ủi của hệ thống từ một tớn hiệu tỏn xạ lựi của transponder
Một bộ coupler định hướng bao gồm một cặp cổng Khi cả bốn cổng được điều chỉnh phù hợp và công suất $P_1$ được cấp cho cổng 1, công suất này sẽ được phân phối cho cổng 2 và 3, trong khi cổng 4 không nhận công suất Tương tự, nếu công suất được cấp tại cổng 3, nó sẽ được chia cho cổng 1 và 2.
2.2.1.3 Hệ thống tuần tự - SEQ Đối với một hệ thống RFID tuần tự, trường HF của reader chủ yếu ủược phỏt ủi là ủể cung cấp năng lượng cho transponder và gửi cỏc lệnh cho nú
Transponder gửi dữ liệu đến reader trong khi reader không phát tín hiệu Bộ phát và bộ thu trên reader được kích hoạt tuần tự, do đó chúng cũng phát và thu tín hiệu một cách tuần tự.
Hỡnh 2.5 Sơ ủồ khối mạch HF trong hệ thống SEQ
Độc giả có thể chuyển đổi ngay lập tức giữa bộ phát và thu thông qua một khoá chuyển mạch Chức năng này thường được thực hiện bởi diode PIN trong kỹ thuật vô tuyến.
Bộ thu trong hệ thống SEQ không yêu cầu những đặc điểm đặc biệt, cho phép thiết kế với độ nhạy cao nhất Nhờ vào sức mạnh tín hiệu trong máy phát không gây nhiễu trong quá trình nhận tín hiệu, khoảng cách hoạt động của hệ thống có thể được mở rộng tương ứng với năng lượng.
2.2.2 Đơn vị ủiều khiển Đơn vị ủiều khiển của reader thực hiện những nhiệm vụ sau:
- Trao ủổi với phần mềm và thực thi những lệnh từ phần mềm
- Điều khiển liên lạc với một transponder (Nguyên lý master - slave)
- Mã hoá và giải mã tín hiệu
Trong những hệ thống phức tạp hơn thỡ ủơn vị ủiều khiển cũn cú thờm những chức năng sau:
- Thực thi cỏc giải thuật chống xung ủột
- Mật mó và giải thuật mó luồng dữ liệu ủược truyền ủi giữa transponder và reader
- Thực hiện thủ tục xác nhận giữa transponder và reader
Đơn vị điều khiển của reader thường bao gồm một bộ vi xử lý để thực hiện các chức năng phức tạp Các thủ tục bảo mật như luồng ciphering giữa transponder và reader, cũng như mã hóa tín hiệu, thường được thực hiện trong module ASIC nhằm giảm bớt các bước tính toán cho bộ vi xử lý Lý do thực hiện ASIC có thể được truy xuất thông qua bus vi xử lý.
Hỡnh 2.7 Sơ ủồ mó húa thụng tin và giải mó tớn hiệu bằng ủơn vị ủiều khiển của reader
Dữ liệu trao đổi giữa phần mềm và đơn vị điều khiển của reader được thực hiện thông qua giao tiếp RS232 và RS485 Tín hiệu vào máy tính cần phải ở dạng mã NRZ (8).
- bit bất ủồng bộ) Tốc ủộ baud thường là 1200bd, 4800bd, 9600bd … Những giao thức khỏc nhau ủược sử dụng cho giao thức truyền thụng
Giao tiếp giữa mạch HF và đơn vị điều khiển được đặc trưng bởi trạng thái của mạch HF thông qua các nhị phân Trong hệ thống điều chế ASK, mức 1 tương ứng với trạng thái "tín hiệu HF on" và mức 0 tương ứng với "tín hiệu HF off".
Reader truyền thông với tag thông qua anten, là thiết bị gắn vào reader tại cổng anten Chiều dài cáp thường từ 6-25 feet, nhưng có thể thay đổi Một reader có thể hỗ trợ tối đa 4 anten, được gọi là phần tử kết nối, tạo trường điện từ để kết nối với tag Anten phát tín hiệu RF từ máy phát reader và nhận phản ứng từ tag, do đó vị trí anten rất quan trọng cho việc đọc chính xác, mặc dù reader cần đặt gần anten do giới hạn chiều dài cáp Một số reader cố định cũng có anten bên trong, dẫn đến vị trí anten bằng 0 Anten của RFID reader thường có hình dạng hộp vuông hoặc chữ nhật.
Hình 2.8 Antena phân cực tần số UHF
* Dấu vết của anten(Antenna Footprint)
Dấu vết anten của reader xác định phạm vi đọc, hay còn gọi là read window Nó cũng được biết đến như mụ hình anten, với ba miền kích thước có hình dáng gần giống hình elip hoặc hình cầu nhô ra trước anten.
Trong miền này, năng lượng của anten tồn tại, vỡ vậy reader cú thể ủọc tag ủặt trong miền này dễ dàng
Hỡnh 2.9 Mụ hỡnh antena ủơn giản
Phân loại REDER
2.3.1 Phân loại theo giao diện của Reader
Reader có thể được phân loại theo hai tiêu chuẩn khác nhau Tiêu chuẩn đầu tiên là giao diện mà reader cung cấp cho việc truyền thông Dựa trên tiêu chuẩn này, reader có thể được phân loại thành các loại khác nhau.
2.3.1.1 Serial reader (Reader nối tiếp)
Reader nối tiếp sử dụng kết nối RS-232 hoặc RS-485 để truyền dữ liệu trong ứng dụng Cả hai loại kết nối này đều có giới hạn về chiều dài cáp, nhưng RS-485 cho phép cáp dài hơn RS-232 Ưu điểm của reader nối tiếp là độ tin cậy cao hơn so với reader mạng, vì vậy việc sử dụng loại reader này được khuyến khích để giảm thiểu sự phụ thuộc vào kênh truyền.
Nhược điểm của serial reader là phụ thuộc vào chiều dài tối đa của cáp sử dụng để kết nối với máy tính Thêm vào đó, trên một máy chủ thường có số cổng nối tiếp bị hạn chế, có thể cần nhiều máy chủ hơn để kết nối tất cả các serial reader Một vấn đề khác là việc bảo trì, nếu phần mềm hệ thống cần được cập nhật, nhân viên bảo trì phải xử lý từng reader Tốc độ truyền dữ liệu nối tiếp thường thấp hơn tốc độ truyền dữ liệu mạng, dẫn đến chi phí bảo trì cao hơn và thời gian chết kéo dài.
2.3.1.2 Network reader (Reader hệ thống)
Network reader kết nối với máy tính thông qua cả mạng có dây và không dây, hoạt động như một thiết bị mạng Tuy nhiên, chức năng giám sát SNMP chỉ có sẵn trên một số loại network reader, do đó không phải tất cả các reader đều có thể được giám sát như các thiết bị mạng chuẩn Ưu điểm của network reader là không phụ thuộc vào chiều dài tối đa của cáp kết nối với máy tính, đồng thời sử dụng ít máy chủ hơn so với serial reader Hơn nữa, phần mềm hệ thống của reader có thể được cập nhật từ xa qua mạng, giúp giảm nhẹ khâu bảo trì và chi phí sở hữu hệ thống RFID loại này.
Nhược điểm của network reader là việc truyền thông tin không đáng tin cậy qua serial reader Khi việc truyền bị rớt, chương trình phụ trợ không thể được xử lý, dẫn đến việc hệ thống RFID có thể ngừng hoạt động hoàn toàn Thông thường, reader có bộ nhớ trong để lưu trữ các lần đọc tag, chức năng này có thể giúp giảm thiểu thời gian chết mạng trong thời gian ngắn.
2.3.2 Phõn loại dựa trờn tớnh chuyển ủộng của Reader
Việc phõn loại thứ hai dựa trờn tớnh chuyển ủộng của reader
+ Cố ủịnh một chỗ (stationary) + Cầm tay (hand-held)
Reader cố định được lắp đặt trên tường, cổng hoặc các vị trí thích hợp trong phạm vi hoạt động Những vị trí này thường là cố định, ví dụ như một số reader có thể gắn trên thang máy hoặc bên trong xe chở hàng Khác với tag, reader không chịu được môi trường khắc nghiệt, vì vậy nếu lắp đặt ngoài trời hoặc trên các đối tượng chuyển động, cần phải gắn đúng cách Reader cố định thường cần anten bên ngoài để đọc tag và có thể cung cấp đến 4 cổng anten bên ngoài Chi phí cho reader cố định thường thấp hơn so với reader cầm tay, và đây là loại phổ biến nhất hiện nay.
Hỡnh 2.13 Reader cố ủịnh dải tần UHF cú 4 kờnh antena
Máy in RFID là thiết bị có khả năng in mã vạch và tạo tag RFID trên thẻ thông minh (smart label) trong quá trình hợp nhất Thẻ thông minh bao gồm một mã vạch cùng tag RFID được gắn vào Các thông tin như địa chỉ người gửi, người nhận, thông tin sản phẩm và chữ cũng có thể được in trên mã vạch Máy in RFID ghi tag smart label để xác nhận quá trình ghi là hợp lệ; nếu không thành công, máy in sẽ loại bỏ smart label đã in Thiết bị này ngăn chặn việc tạo tag RFID mà không có mã vạch tương ứng Hiện nay, nhiều công ty đang sử dụng mã vạch và máy in RFID như bước đầu trong việc áp dụng công nghệ RFID Thông tin mã vạch cung cấp nhận dạng dễ đọc cho đối tượng được gắn tag Các hệ thống hiện tại có thể tiếp tục sử dụng dữ liệu mã vạch với hoặc không có thay đổi Phạm vi của mã vạch có thể cung cấp ID tag ở dạng dễ đọc Tag RFID cung cấp khả năng tự động xác định đối tượng và nhiều lợi ích khác.
Hỡnh 2.14 Reader cố ủịnh cú khả năng in Tag smart
Reader cầm tay là loại thiết bị đọc di động, thường có anten bên trong Mặc dù những thiết bị này có thể nhỏ gọn và dễ sử dụng, nhưng các cải tiến kỹ thuật hiện nay đã cho phép sản xuất các reader cầm tay phức tạp với giá thành thấp hơn.
