ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RFID QUẢN LÍ BÃI GIỮ XE VÀ NHÂN VIÊN

TÓM TẮT LUẬN VĂNLuận văn “Ứng dụng cộng nghệ RFID quản lí bãi giữa xe và nhân viên” tập trug vào nghiên cứu và giải quyết các vấn đề: Tìm hiểu công nghệ RFID. Truyền nhận dữ liệu giữ reader và thẻ qua máy tính. Truyền nhận dữ liệu giữ reader và thẻ qua vi điều khiển. Truyền nhận dữ liệu giữa vi điều khiển và máy tính qua mạng LAN. Vi ết chương trình “quản lí bãi giữ xe” và “quản lí nhân viên”.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN VIỄN THÔNG

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RFID QUẢN LÍ BÃI GIỮ XE VÀ NHÂN VIÊN

GVHD: Ths Đinh Quốc Hùng SVTH: Văn Tấn Thanh 40902420

Trần Vũ Thịnh 40902632

TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Thành phố Hồ Chí Minh Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

     

Số: /BKĐT Khoa: Điện – Điện tử Bộ Môn: Viễn Thông NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Họ và tên: VĂN TẤN THANH MSSV: 40902420 Họ và tên: TRẪN VŨ THỊNH MSSV: 40902632 Ngành: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG LỚP: DD09KSVT 1 Đầu đề luận văn: “Ứng dụng công nghệ RFID quản lí bãi giữa xe và nhân viên” 2 Nhiệm vụ ( Yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):

3 Ngày giao nhiệm vụ luận văn: 4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 5 Họ và tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn

Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua Bộ Môn

Ngày tháng năm 2014

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN:

Người duyệt (chấm sơ bộ):

Đơn vị:

Ngày bảo vệ:

Điểm tổng kết:

Nơi lưu trữ luận văn:

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

o0o

Ngày tháng năm 2014

PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN

(Dành cho người phản biện)

Ngành: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG LỚP: DD09KSVT

1 Đề tài: “Ứng dụng công nghệ RFID quản lí bãi giữa xe và nhân viên”

2 Họ tên người phản biện: ….………

3 Tổng quát về bản thuyết minh:

5 Những ưu điểm chính của LVTN:

6 Những thiếu sót chính của LVTN:

7 Đề nghị: Được bảo vệ , Bổ sung thêm để bảo vệ , Không được bảo vệ 

8 3 câu hỏi sinh viên trả lời trước Hội Đồng:

a)

b)

c)

9 Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB): Điểm ………

Ký tên (ghi rõ họ tên)

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

o0o Ngày tháng năm 2014

PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN

(Dành cho người hướng dẫn)

Ngành: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG LỚP: DD09KSVT

1 Đề tài: “Ứng dụng cộng nghệ RFID quản lí bãi giữa xe và nhân viên”

2 Họ tên người hướng dẫn: ThS ĐINH QUỐC HÙNG

3 Tổng quát về bản thuyết minh:

5 Những ưu điểm chính của LVTN:

6 Những thiếu sót chính của LVTN:

7 Đề nghị: Được bảo vệ , Bổ sung thêm để bảo vệ , Không được bảo vệ 

8 3 câu hỏi sinh viên trả lời trước Hội Đồng:

a)

b)

c)

9 Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB): Điểm ………

Ký tên (ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, chúng em muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên, Thạc sĩ Đinh Quốc Hùng, trong thời gian vừa qua, đã hướng dẫn và giúp đỡ chúng em nghiên cứu từ đồ án 2, thực tập tốt nghiệp đến luận văn tốt nghiệp Những lời nhận xét, góp ý và hướng dẫn của giáo viên đã giúp chúng em có một định hướng đúng trong quá trình thực hiện đề tài, giúp chúng em nhìn ra được ưu khuyết điểm của đề tài và từng bước khắc phục để ngày một tốt hơn

Đồng thời chúng em cũng muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình và bạn bè đã động viên và cổ vũ tinh thần chúng em trong suốt quãng thời gian học tập, đặc biệt là bố mẹ chúng em, người đã chăm lo và hi sinh rất nhiều cho chúng em để chúng em có thể chuyên tâm học tập

Bên cạnh đó, chúng em muốn nói lời cảm ơn đến những giáo viên đã đứng trên bục giảng truyền đạt kinh nghiệm, kiến thức cho chúng em trong suốt 4 năm đại học vừa qua

Một lần nữa, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến bố mẹ, thầy cô và bạn bè, những người luôn ở cạnh động viên, giúp đỡ và cổ vũ tinh thần cho chúng em

Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 12 năm 2013 VĂN TẤN THANH

TRẦN VŨ THỊNH

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Luận văn “Ứng dụng cộng nghệ RFID quản lí bãi giữa xe và nhân viên” tập trug vào nghiên cứu và giải quyết các vấn đề:

- Tìm hiểu công nghệ RFID

- Truyền nhận dữ liệu giữ reader và thẻ qua máy tính

- Truyền nhận dữ liệu giữ reader và thẻ qua vi điều khiển

- Truyền nhận dữ liệu giữa vi điều khiển và máy tính qua mạng LAN

- Viết chương trình “quản lí bãi giữ xe” và “quản lí nhận viên”

Nhóm sinh viên thực hiện

VĂN TẤN THANH TRẦN VŨ THỊNH

MỤC LỤC

Trang bìa i

Lời cảm ơn ii

Tóm tắt luận văn iii

Mục lục iv

Danh sách hình vẽ vii

Danh sách bảng biểu ix

PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 2

1.1 Giới thiệu 2

1.2 Đặt vấn đề 2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID 3

2.5 Đầu đọc (Reader) 3

2.6 Cơ sở dữ liệu (Database) 3

2.7 Điều lệ và chuẩn hóa 3

2.8 Một số tiêu chuẩn sử dụng cho công nghệ RFID 3

2.9 Tần số vô tuyến hoạt động của RFID 3

2.10 Ứng dụng của RFID 3

2.11 Ưu, nhược điểm của hệ thống RFID 3

2.1 Sơ lược về các hệ thống nhận diện tự động 4

2.1.1 Hệ thống mã vạch 4

2.1.2 Nhận dạng ký tự quang học (Optical character recognition – OCR) 4

2.1.3 Phương thức sinh trắc học (Biometric - procedures) 4

2.1.4 Thẻ thông minh (Smart card) 5

2.1.5 Hệ thống RFID (RFID system) 6

2.2 Giới thiệu chung về nhận dạng vô tuyến RFID 7

2.2.1 Lịch sử phát triển của hệ thống RFID 7

2.2.2 Khái niệm RFID 10

2.2.3 So sánh các hệ thống ID khác nhau 10

2.3 Các thành phần của một hệ thống RFID 11

2.4 Phân loại thẻ RFID 11

2.4.1 Dựa vào nguồn cung cấp cho thẻ 12

2.4.1.1 Thẻ thụ động 12

2.4.1.2 Thẻ tích cực 14

2.4.1.3 Thẻ bán tích cực (bán thụ động) 15

2.4.2 Dựa vào việc lưu trữ dữ liệu 16

2.4.2.1 Thẻ read only (RO) 16

2.5.1 Sơ lược về đầu đọc 17

2.5.2 Các thành phần chính của đầu đọc 19

2.5.3 Phân loại reader 20

2.5.3.1 Serial reader 20

2.5.3.2 Network reader 20

2.5.4 Cơ chế truyền cơ bản giữa thẻ và reader 21

2.6 Cơ sở dữ liệu (Database) 23

2.7 Điều lệ và chuẩn hóa 24

2.8 Một số tiêu chuẩn sử dụng cho công nghệ RFID 24

2.9 Tần số vô tuyến hoạt động của RFID 24

2.10 Ứng dụng của RFID 25

2.10.1 RFID trong xử phạt 26

2.10.2 RFID trong an ninh quốc gia 26

2.10.3 Ứng dụng trong quản lý thư viện 27

2.10.4 Ứng dụng trong quản lý bán hàng 27

2.11 Ưu, nhược điểm của hệ thống RFID 28

2.11.1 Ưu điểm 28

2.11.2 Nhược điểm 29

CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT VỀ XỬ LÝ ẢNH 31

3.1 Các hệ thống nhận dạng biển số xe 31

3.2 Xử lý ảnh 31

3.3 Mạng Neural nhân tạo 31

3.1 Các hệ thống nhận dạng biển số xe 32

3.2 Xử lý ảnh 32

3.2.1 Các loại ảnh cơ bản: 32

3.2.2 Kỹ thuật chuyển ảnh sang ảnh mức xám (Gray Level): 33

3.2.3 Lược đồ mức xám (Histogram): 33

3.3.4 Xử lý ảnh bằng thuật toán K-means: 34

3.3.5 Lọc trung vị (Median): 35

3.3.6 Bộ lọc BlobsFiltering: 36

3.3 Mạng Neural nhân tạo 36

3.3.1 Giới thiệu: 36

3.3.2 Ứng dụng của Neural Network 38

3.3.3 Mô hình một Neural nhân tạo 38

3.3.4 Mạng Neural một lớp 41

3.3.5 Mạng Neural truyền thẳng 3 lớp 42

3.3.6 Thiết lập mạng Neural 42

3.3.6.1 Các bước chuẩn bị thiết lập mạng 43

3.3.6.2 Các bước thiết kế mạng: 44

3.3.7 Mạng Mạng Nuôi Tuyến Lan Truyền Nguợc 45

3.3.8 Huấn luyện cho mạng lan truyền ngược 45

3.3.8.1 Cấu trúc mạng lan truyền ngược 45

3.3.8.2 Huấn luyện cho mạng lan truyền ngược: 48

3.3.9 Ứng dụng mạng Neural trong lĩnh vực nhận dạng 54

PHẦN II: THIẾT KẾ THI CÔNG VÀ KẾT QUẢ THỰC HIỆN 57

CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG QUẢN LÍ NHÂN VIÊN 58

4.1Giới thiệu hệ thống quản lý nhân viên 59

4.2 Nội dung thực hiện hệ thống 59

4.3 Giới thiệu mô hình thực hiện hệ thống 60

4.3.1 Giới thiệu phần cứng Client 60

4.3.1.1 Reader RDM880 60

4.3.1.2 Arduino – Compatible 61

4.3.1.3 Ethernet Shield - ENC28J60 for Arduino 62

4.3.2 Phần cứng Server 63

4.3.3 Mô hình hoạt động client – server 63

4.3.4 Sơ đồ giải thuật sử dụng trong hệ thống 65

4.4 Kết quả thi công hệ thống quản lí nhân viên 67

4.4.1Mục quản lý hệ thống 67

4.4.1.1 Lưu đồ giải thuật 67

4.4.1.2 Kết quả thi công 67

CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG QUẢN LÍ BÃI GIỮ XE 72

5.1 Giới thiệu hệ thống quản lý bãi giữ xe 73

5.2 Nội dung thực hiện hệ thống 73

5.3 Giới thiệu mô hình thực hiện hệ thống 73

5.3.1 Giới thiệu phần cứng Client 73

5.3.2 Phần cứng Server 74

5.4 Thi công hệ thống quản lí bãi xe 74

5.4.1 Sơ đồ khối dạng biển số 74

5.4.1.1 Thu nhận ảnh 75

5.4.1.2 Trích biển số, xử lý ảnh biển số và tách ký tự chữ số xe mô tô 75

5.4.1.3 Nhận dạng ký tự đơn trên biển số bằng mạng Neural nhân tạo 85

5.4.2 Dữ liệu thử nghiệm: 86

5.4.3 Kết quả thử nghiệm: 87

5.5 Kết quả thi công hệ thống quản lí bãi xe 88

5.5.1 Hướng dẫn và mô tả hoạt động chương trình 88

5.5.2 Giao diện chương trình 89

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 91

6.1 Công việc hoàn thành 91

6.2 Hạn chế 91

6.3 Hướng phát triển 91

6.1 Công việc hoàn thành 92

6.2 Hạn chế 92

6.3 Hướng phát triển 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1 Mã vạch 4

Hình 2 Kiến trúc tiêu biểu của thẻ bộ nhớ có logic bảo mật 5

Hình 3 Kiến trúc cơ bản của một thẻ vi xử lý 6

Hình 4 Hệ thống RFID 7

Hình 5 Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1 0 – 1960 8

Hình 6 Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1 60 – 1990 8

Hình 7 Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1 0 – 2009 9

Hình Hệ thống RFID toàn diện 11

Hình layout của thiết bị mang dữ liệu 12

Hình 10 Cấu trúc của một thẻ thụ động 12

Hình 11 Một số loại thẻ tích cực 14

Hình 12 Cấu trúc của một thẻ bán tích cực 16

Hình 13 Cấu trúc layout cơ bản của một reader 18

Hình 14 Cơ chế truyền ở trường gần, trường xa giữa thẻ và reader 21

Hình 15 Cơ chế truyền modulated backscatter của thẻ thụ động 22

Hình 16 Cơ chế truyền modulated backscatter của thẻ bán thụ động 23

Hình 17 Cơ chế truyền kiểu máy phát của thẻ tích cực 23

Hình 1 Ứng dụng công nghệ RFID vào thư viện 27

Hình 1 Ứng dụng công nghệ RFID trong siêu thị 28

Hình 20 Ảnh nhận t camera (a) và ảnh đã chuyển sang ảnh mức xám (b) 33

Hình 21 Lược đồ mức xám của các loại ảnh 34

Hình 22 Mô hình toán học tổng quát của mạng Neural 37

Hình 23 Neural một ng vào 39

Hình 24 Neural có nhiều ng vào 39

Hình 25 Các hàm truyền cơ bản 40

Hình 26 Mô hình mạng Neural một lớp 41

Hình 27 Mạng Neural truyền thẳng 3 lớp 42

Hình 2 Cấu trúc mạng Neural tiến 45

Hình 2 Cấu tạo một Neural 45

Hình 30 Hàm truyền logsig 46

Hình 31 Hàm truyền tansig 46

Hình 32 Hàm truyền pureline (tuyến tính) 46

Hình 33 Cấu trúc mạng một lớp 47

Hình 34 Mạng 2 lớp d ng Neural tagsig và pureline 47

Hình 35 Mạng bị quá khớp với mẫu học 52

Hình 36 Mạng được ngưng tiến trình huấn luyện đúng lúc 54

Hình 37 Mô hình Access Control 60

Hình 3 Reader RDM 0 60

Hình 3 Arduino – Compatible 61

Hình 40 Ethernet Shield - ENC28J60 for Arduino 62

Hình 41 Mô hình hoạt động Server - Client 64

Hình 42 Lưu đồ giải thuật của Server trong hệ thống 65

Hình 43 Lưu đồ giải thuật của Client trong hệ thống 66

Hình 44 Lưu đồ đăng nhập phần mềm quản lí 67

Hình 45 Giao diện đăng nhập 67

Hình 46 Giao diện chính phần mềm quản lí 68

Hình 47 Thao tác hệ thống 68

Hình 52 uản lý bãi xe 71

Hình 53 Thao tác mục trợ giúp 71

Hình 54 Mô hình quản lí bãi giữ xe 73

Hình 55 Lưu đồ nhận dạng biển số 74

Hình 56 Lưu đồ tách biển số t ảnh 77

Hình 57 Phân tích phổ ngang cho ảnh chứa biển số 78

Hình 5 Tách d ng chứa biển số 78

Hình 5 Phân tích phổ ngang cho ảnh chứa biển số 79

Hình 60 Tách biển số 79

Hình 61 Một số ảnh sau khi tách được biển số 79

Hình 62 Ảnh bảng số 80

Hình 63 Ảnh bảng số (Gray level) 80

Hình 64 Ảnh bảng số (K-mean) 80

Hình 65 Ảnh bảng số (Invert) 81

Hình 66 Ảnh bảng số (Median) 81

Hình 67 Ảnh bảng số (BlobsFiltering) 81

Hình 6 Lưu đồ tách kí tự t biển số 82

Hình 6 Lược đồ chiếu ngang để tách d ng 83

Hình 70 Lược đồ chiếu dọc để tách ký tự 83

Hình 71 Kết quả tách ký tự 83

Hình 72 Một số hình ảnh tách ký tự 84

Hình 73 Chuẩn hóa ký tự về 20 x 10 85

Hình 74 Cấu trúc mạng nhận diện số 86

Hình 75 Cấu trúc mạng nhận diện chữ 86

Hình 76 Giao diện chương trình quản lí bãi xe 89

Hình 77 Hoạt động khi xe vào 89

Hình 7 Hoạt động khi ID thẻ và biển số xe tr ng khớp 90

Hình 7 Hoạt động khi ID thẻ và biển số xe không tr ng khớp 90

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1 Ký tự quang học 4

Bảng 2 So sánh một số hệ thống nhận dạng 11

Bảng 3 Tần số hoạt động của RFID 25

Bảng 4Thông số kĩ thuật RDM 0 61

Bảng 5 Thông số kĩ thuật Arduino – Compatible 62

Bảng 6 Phần cứng Server 63

Bảng 7 Bảng mô tả thông tin ảnh biển số xe mô tô 75

Bảng Mô tả điều kiện tập ảnh IMG_TEST 87

Bảng Cấu hình máy tính chạy thử nghiệm 87

Bảng 10 Bảng thống kê kết quả thử nghiệm trên tập dữ liệu 87

Phần I

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID

Chương 3: LÝ THUYẾT VỀ XỬ LÍ ẢNH

Phần I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 GIỚI THIỆU

1.2 ĐẶT VẤN ĐỀ

Chươn g 1: GIỚI THIỆU CHUNG

Chương 1

1.1 Giới thiệu

Ngày nay công nghệ cao là ngành khoa học mới nhưng có tốc độ phát triển rất nhanh trên toàn thế giới, sự phát triển của nó thể tính bằng t ng giây, t ng phút một Những ứng dụng của công nghệ thông tin cũng rộng khắp trong tất cả các lĩnh vực khoa học như: giáo dục, y tế, kinh tế, văn hóa,…nó góp phần giúp đời sống con người ngày càng hiện đại, giảm đi những công việc nặng nhọc trong đời sống hằng ngày Công nghệ RFID được ứng dụng khá rộng rãi hiện nay Có thể kể

ra hàng loạt các lĩnh vực đã áp dụng kỹ thuật RFID như: vận chuyển và phân phối và lưu thong, công nghiệp, kinh doanh bán lẻ, lĩnh vực an ninh, công tác quản lý bảo quản tài sản, quản lý nhân

sự và chấm công, y tế, giáo dục, vui chơi giải trí,… Ở đề tài này chúng em sẽ thực hiện hệ thống bãi giữ xe và access control ứng dụng công nghệ RFID

Xuất phát t vấn đề này, chúng em đã đề xuất một phương án là xây dựng hệ thống bãi giữ xe

và hệ thống access control sử dụng chung một cơ sở dữ liệu trong một tòa nhà, một công ty thành một hệ thống đồng nhất

2.1 Sơ lược về các hệ thống nhận diện tự động

2.2 Giới thiệu chung về nhận dạng vô tuyến RFID

2.3 Các thành phần của một hệ thống RFID

2.4 Phân loại thẻ RFID

2.5 Đầu đọc (Reader)

2.6 Cơ sở dữ liệu (Database)

2.7 Điều lệ và chuẩn hóa

2 Một số tiêu chuẩn sử dụng cho công nghệ RFID

2.9 Tần số vô tuyến hoạt động của RFID

2.10 Ứng dụng của RFID

2.11 Ưu, nhược điểm của hệ thống RFID

Chươn g 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID

Chương 2

2.1 Sơ lược về các hệ thống nhận diện tự động

2.1.1 Hệ thống mã vạch

Mã vạch là hình gồm nhiều vạch sọc đứng, rộng và hẹp để đại diện cho các mã số dưới dạng máy có thề đọc được Các mã sọc phù hợp với tiêu chuẩn Universal Product Code (UPC) được in trên hầu hết các sản phẩm được bày bán tại các siêu thị hiện nay Khi hình mã sọc được kéo quét qua dụng cụ quét quang học ở quầy kiểm tra thu tiền, máy tính sẽ đối chiếu số hiệu sản phẩm với

cơ sở dữ liệu các danh sách giá và in ra giá tiền ứng với mã đó

Hình 1 Mã vạch

2.1.2 Nhận dạng ký tự quang học (Optical character recognition – OCR)

Nhận dạng ký tự quang học là sự cảm nhận bằng máy các chữ in và các chữ đánh máy Bằng phần mềm OCR, các máy quét có thể quét trên một trang chữ in và các ký tự sẽ được biến thành các văn bản theo qui cách tài liệu của chương trình xử lý t

Bảng 1 Ký tự quang học

2.1.3 Phương thức sinh trắc học (Biometric - procedures)

 Nhận dạng giọng nói (Voice identification): Là phương thức được thực hiện bằng cách kiểm tra các đặc trưng của giọng nói của người nói với một mẫu có trước, nếu tương ứng thì đáp ứng sẽ thực hiện yêu cầu của người nói

 Nhận dạng dấu vân tay (Fingerprinting procedures): Tiến trình này thực hiện dựa trên mẫu nhú và lớp da trên đầu ngón tay Hệ thống sẽ phân tích dữ liệu t các mẫu mà nó đọc được và đem so sánh với mẫu đã được lưu trữ

2.1.4 Thẻ thông minh (Smart card)

Thẻ thông minh là một hệ thông lưu trữ điện tử Nó có kích thước khoảng bằng thẻ tín dụng có thể chứa thông tin và trong hầu hết các trường hợp thì nó chứa một bộ vi xử lý điều khiển nhiều chức năng đáp ứng nhu cầu người sử dụng Không giống như thẻ t có nhiều vạch t ngoài mặt thẻ, thẻ thông minh lưu trữ thông tin bên trong nó vì thế an toàn hơn nhiều Thẻ thông minh thường được dung cho những thiết bị cần xác minh chủ quyền của người sử dụng, và nó tạo ra những mã truy cập cho hệ thống bảo an Thẻ thông minh đầu tiên là thẻ điện thoại trả trước được đưa vào sử dụng năm 1 4

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

 Thẻ nhớ

Trong thẻ nhớ, bộ nhớ thường là EEPROM được truy cập sử dụng hệ thống logic tuần

tự, nó cũng có thể kết hợp với giải thuật bảo mật đơn giản bằng cách sử dụng hệ thống này Các chức năng của thẻ nhớ thường được tối ưu hóa cho một ứng dụng cụ thể Tính linh hoạt của nó bị giới hạn, tuy nhiên về mặt tích cực thẻ bộ nhớ có ưu thế về giá Chính vì lý do đó

Hình 3 Kiến trúc cơ bản của một thẻ vi xử lý.

ROM được lập trình mặt nạ tạo kết hợp thành hệ thống hoạt động (mã lập trình cao hơn) cho bộ vi xử lý và được chèn trong quá trình sản xuất chip Nội dung của nó được xác lập trong quá trình sản xuất, tương tự cho các chip khác trong quá trình sản xuất và chúng không thể lập trình được

EEPROM của chip chứa dữ liệu ứng dụng và các mã chương trình liên quan tới ứng dụng Việc đọc hay ghi dữ liệu được điều khiển bởi hệ điều hành

RAM là bộ nhớ làm việc tạm thời cho của bộ vi xử lý Dữ liệu của nó có thể mất đi khi mất điện

Các loại thẻ vi xử lý được ứng dụng trong các ứng dụng có độ bảo mật Các loại thẻ thông minh được sử dụng trong hệ thống điện thoại di động GSM Tùy chọn của việc lập trình vi xử lý cũng thuận lợi cho việc tạo ra các ứng dụng mới

2.1.5 Hệ thống RFID (RFID system)

Hệ thống RFID liên hệ rất gần với thẻ thông minh Cũng như hệ thống thẻ thông minh, dữ liệu được lưu trữ trên thiết bị mang dữ liệu điện tử là bộ phát đáp Tuy nhiên không giống như thẻ thông minh, năng lượng cung cấp cho thiết bị mạng dữ liệu và cho việc thay đổi dữ liệu giữ nó và đầu đọc/phát tín hiệu không dựa trên sự tiếp xúc điện mà thay vào đó là sử dụng t tính và trường điện t

Hình 4 Hệ thống RFID

2.2 Giới thiệu chung về nhận dạng vô tuyến RFID

2.2.1 Lịch sử phát triển của hệ thống RFID

Các công nghệ ngày nay hướng tới sự đơn giản, tiện lợi và đặc trưng luôn được ưu tiên hàng đầu là khả năng không dây Thiết bị không dây ngày càng phát triển rộng rãi giúp cho con người được giải phóng, tự do và thoải mái hơn Công nghệ RFID ra đời đã tạo ra cuộc cách mạng trong môi trường tương tác hiện nay

RFID là một trong những kỹ thuật được đánh giá cao và phát triển nhanh chóng trong thời gian ngắn Lần đầu tiên một công nghệ tương tự đó là bộ tách song IFF (Identification Friend or Foe) được phát minh năm 1 37 bởi người Anh và được quân đồng minh sử dụng trong thế chiến II để nhận dạng máy bay ta và địch Kỹ thuật này trở thành nền tảng cho hệ thống kiểm soát không lưu vào thập niên 50 Nhưng trong khoảng thời gian này, do chi phí quá cao và kích thước quá lớn của

hệ thống nên chúng chỉ được sử dụng trong quân đội, phòng nghiên cứu và những trung tâm thương mại lớn

Hình 5 Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1880 – 1960

Hình 6 Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1960 – 1990

Cuối thập niên 60 và đầu thập niên 70, bắt đầu xuất hiện những công ty những ứng dụng mới cho RFID mà không quá phức tạp và đắt tiền Ban đầu phát triển những thiết bị giám sát điện tử (Electronic Article Surveillance – EAS) để kiểm soát hàng hóa chẳng hạn như quần áo hay sách trong thư viện

Kỹ thuật RFID ngày càng được nhiều người biết đến Trong những năm thập niên 60 và 70, bắt đầu xuất hiện nhiều hơn những ứng dụng của kỹ thuật này trong nhiều mặt của cuộc sống Kỹ thuật này ngày càng được hoàn thiện, t nhận biết đến nhận dạng

Đến năm 1 73, Mario Cadullo (USA) chính thức trở thành người đầu tiên hoàn thiện công nghệ RFID

Việc khảo sát tỉ mỉ kỷ thuật radio được đem nghiên cứu và phát triển trong các cho đến thập niên 1960 và tiến triển rõ vào những năm 1 70 bởi các công ty, học viện và chính phủ Mỹ Chẳng hạn, bộ năng lượng Los Alamos Nation Laboratory đã phát triển hệ thống theo dõi nguyên liệu hạt nhân bằng cách đặt thẻ vào xe tải và đặt các reader tại các cổng của bộ phận bảo vệ Đây là hệ thống được sử dụng ngày nay trong các hệ thống trả tiền lệ phí tự động Kỹ thuật này cải tiến so với các kỹ thuật trước như các mã vạch trên hàng hóa và các thẻ card viền có tính t

RFID tiên tiến vào đầu những năm 0, có những ứng dụng rộng rãi trong việc kiểm soát xe tại

Mỹ hay đánh dấu đàn gia súc tại châu Âu, hệ thống RFID cũng được ứng dụng trong việc nghiên cứu đời sống hoang dã, các thẻ RFID được gắng vào trong những con vật, nhờ đó có thể lần theo dấu vết của chúng trong môi trường hoang dã Đến thập niên 90, khi mà tần số UHF được sử dụng

và thể hiện được những ưu điểm của mình về khoảng cách và tốc độ truyền dữ liệu thì công nghê RFID đã đạt được những thành công rực rỡ

Hình 7 Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1990 – 2009

Mặc dù những nguyên lý cơ bản của kỹ thuật RFID đã tồn tại t thời Marconi nhưng chúng ta chỉ mới bắt đầu bàn đến những tiềm năng to lớn của nó t cuối thế kỷ 20 Những năm đầu thế kỷ

21 đã đánh dấu những mốc chuyển biến quan trọng của RFID Kỹ thuật RFID hiện nay đang được

sử dụng trong cả khu vực kinh tế tư nhân và nhà nước, t việc theo d i sách trong thư viện đến việc xác nhận một chiếc chìa khóa khởi động xe Các nhà bán lẽ tầm cỡ đang yêu cầu các nhà cung cấp lớn sử dụng thẻ RFID, cùng với những tiến bộ kỹ thuật và giảm giá cả đã thúc đẩy sự phát triển của RFID

Tại Việt Nam hiện nay, nhu cầu sử dụng RFID ngày càng nhiều và mở ra một thị trường vô cũng tiềm năng cho các nhà nghiên cứu, sinh viên và các nhà sản xuất Tuy nhiên để có thể vận dụng và phát triển một hệ thống, chúng ta cần có sự hiểu biết nhất định về chúng

2.2.2 Khái niệm RFID

Là công nghệ xác định dữ liệu đối tượng bằng song vô tuyến để nhận dạng, theo d i và lưu thông tin trong một thẻ

Kỹ thuật RFID có liên quan đến hệ thống không dây cho phép một thiết bị đọc thông tin được chứa trong một chip không tiếp xúc trực tiếp ở khoảng cách xa mà không thực hiện bất kỳ giao tiếp vật lý nào hoặc yêu cầu một sự nhìn thấy giữa hai cái Nó cho ta phương thức truyền và nhận

dữ liệu t điểm này đến điểm khác

Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay là hệ thống RFID bị động hoạt động như sau: một RFID reader truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện t qua ăn ten của nó đến một con chip không tiếp xúc Reader nhận thông thông tin trả lại t chip và gửi nó đến máy tính điều khiển đầu đọc và

xử lý thông tin tìm được t chip Các con chip không tiếp xúc, không tích điện, chúng hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng chúng nhận t tín hiệu được gửi bởi một reader

Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông tin không dây trong giải tần sóng vô tuyến để truyền dữ liệu t thẻ đến các reader Thẻ có thể được đính kèm hoặc gắn vào đối tượng nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp

bọc

Sai hoàn toàn

Sai hoàn toàn

Không ảnh hưởng

và vị trí hưởng

hưởng Chi phí mua Rất thấp Trung bình Rất cao Thấp Trung bình thấp

Các thành phần chính của một hệ thống RFID là thẻ, reader và cơ sơ dữ liệu

Một hệ thống RFID toàn diện bao gồm 4 thành phần:

 Thẻ RFID được lập trình điện tử với thông tin duy nhất

 Các reader hoặc các sensor để truy vấn các thẻ

 Antenna thu/phát sóng vô tuyến

 Host – computer server, nơi mà máy chủ và hệ thống phần mềm giao diện với hệ thống được tải Nó cũng có thể phân phối phần mềm trong các reader và cảm biến Cơ sở hạ tầng truyền thông: là phần bắt buộc, nó là một tập gồm 2 mạng có dây và không dây và các bộ phận kết nối tuần tự để kết nối các thành phần đã liệt kê ở trên với nhau để chúng truyền với nhau hiệu quả

Hình 8 Hệ thống RFID toàn diện

2.4 Phân loại thẻ RFID

Thẻ RFID, thiết bị lưu trữ dữ liệu thực tế của một hệ thống RFID, bao gồm một phần tử kết nối và một vi chip điện tử

Hình 9 layout của thiết bị mang dữ liệu

Thẻ có 2 phần chính:

 Chip: lưu trữ số thứ tự duy nhất hoặc thông tin khác dựa trên loại thẻ

 Antenna được gắn với vi mạch truyền thông tin t chip đến reader Antenna càng lớn cho biết phạm vi đọc càng lớn

2.4.1 Dựa vào nguồn cung cấp cho thẻ

2.4.1.1 Thẻ thụ động

Hình 10 Cấu trúc của một thẻ thụ động Loại thẻ này không có nguồn bên trong (on-board), sử dụng nguồn nhận được t reader để tiếp sinh lực hoạt động và truyền dữ liệu được lưu trữ trong nó cho reader Thẻ thụ động có cấu trúc

đơn giản và không có các thành phần động Thẻ có thể có khoảng thời gian sống dài và thường có sức chịu đựng với điều kiện môi trường khắc nghiệt

Đối với loại thẻ này, khi thẻ và reader truyền thông với nhau thì reader luôn luôn truyền trước rồi mới đến thẻ Cho nên bắt buộc phải có reader để thẻ có thể truyền dữ liệu của nó

Thẻ thụ động được đọc ở khoảng cách t 11cm ở trường gần (ISO 14443), đến 10m ở trường

xa (ISO 18000-6), và có thể lên đến 183m khi kết hợp với ma trận

Thẻ thụ động nhỏ hơn và cũng rẻ hơn thẻ tích cực hoặc bán tích cực Các thẻ thụ động có thể thực thi ở tần số low, high, ultrahigh, hoặc microwave Thẻ thụ động bao gồm những thành phần chính sau:

 Vi mạch

Vi mạch thông thường gồm có:

- Bộ chỉnh lưu (power control/rectifier): chuyển nguồn AC t tín hiệu antenna của reader thành nguồn DC Nó cung cấp nguồn đến các thành phần khác của vi mạch

- Máy tách xung (Clock extractor): rút tín hiệu xung t tín hiệu antenna của reader

- Bộ điều chế (Modulator): điều chỉnh tín hiệu nhận được t reader Đáp ứng của thẻ được gắn trong tín hiệu đã điều chế, sau đó nó 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 (memory): được d ng lưu trữ dữ liệu Bộ nhớ này thường được phân đoạn (gồm vài block hoặc field) Addressability có nghĩa là có khả năng phân tích (đọc hoặc ghi) vào bộ nhớ riêng của một vi mạch của thẻ Một block nhớ của thẻ có thể giữ nhiều loại dữ liệu khác nhau, ví dụ như một phần của dữ liệu nhận dạng đối tượng được gắn thẻ, các bit checksum (chẳng hạn kiểm tra lỗi CRC) kiểm tra độ chính xác của dữ liệu được truyền v.v… Sự tiến bộ của kỹ thuật cho phép kích thước của vi mạch nhỏ đến mức nhỏ hơn hạt cát Tuy nhiên, kích cỡ của thẻ không được xác định bởi kích thước vi mạch của nó mà bởi chiều dài antenna của nó

 Antenna

Antenna của thẻ được d ng để lấy năng lượng t tín hiệu của reader để làm tăng sinh lực cho thẻ hoạt động, gửi hoặc nhận dữ liệu t reader Antenna này được gắn vào vi mạch, antenna là trung tâm đối với hoạt động của thẻ

Có thể có nhiều dạng antenna, nhất là UHF, chiều dài antenna tương ứng với bước sóng hoạt động của thẻ Một antenna lưỡng cực bao gồm một dây dẫn điện (chẳng hạn đồng) mà nó

bị ngắt ở trung tâm Chiều dài tổng cộng của một antenna lưỡng cực bằng nửa bước sóng

tần số được dùng nhằm tối ưu năng lượng truyền t tín hiệu antenna của reader đến thẻ Reader có thể đọc thẻ này ở nhiều hướng khác nhau Chiều dài antenna của thẻ thường lớn hơn nhiều so với vi mạch của thẻ vì vậy nó quyết định kích cỡ vật lý của thẻ Một antenna có thể được thiết kế dựa trên một số nhân tố sau đây:

- Khoảng cách đọc của thẻ với reader

- Hướng cố định của thẻ đối với reader

- Hướng tùy ý của thẻ đối với reader

- Loại sản phẩm riêng biệt

- Vận tốc của đối tượng được gắn thẻ

- Độ phân cực antenna của reader

Những điểm kết nối giữa vi mạch của thẻ và antenna là những kết nối yếu nhất của thẻ Nếu có bất kỳ điểm kết nối nào bị hỏng thì xem như thẻ không làm việc được hoặc có thể hiệu suất làm việc giảm đáng kể

Hiện tại, antenna của thẻ được xây dựng bằng một mảnh kim loại mỏng (chẳng hạn đồng, bạc hoặc nhôm) Tuy nhiên, trong tương lai có thể sẽ in trực tiếp antenna lên nhãn thẻ, hộp và sản phẩm đóng gói bằng cách sử dụng một loại mực dẫn có chứa đồng, cacbon và niken

2.4.1.2 Thẻ tích cực

Hình 11 Một số loại thẻ tích cực

Thẻ tích cực có một nguồn năng lượng bên trong (chẳng hạn một bộ pin, hoặc có thể là những nguồn năng lượng khác như sử dụng nguồn năng lượng mặt trời) và điện tử học để thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng Thẻ tích cực sử dụng nguồn năng lượng bên trong để truyền dữ liệu cho

reader Nó không cần nguồn năng lượng t reader để truyền dữ liệu Điện tử học bên trong gồm

bộ vi mạch, cảm biến và các cổng vào/ra được cấp nguồn bởi nguồn năng lượng bên trong nó Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và reader, thẻ luôn truyền trước, rồi mới đến reader Vì sự hiện diện của reader không cần thiết cho việc truyền dữ liệu nên thẻ tích cực có thể phát dữ liệu của nó cho những vùng lân cận nó thậm chí trong cả trường hợp reader không có

ở nơi đó Khoảng cách đọc của thẻ tích cực là 100 feet (xấp xỉ 30.5 m) hoặc hơn nữa khi máy phát tích cực của loại thẻ này được d ng đến

 Cung cấp nguồn bên trong

 Điện tử học bên trong

Hai thành phần đầu tiên (vi mạch, antenna) đã được mô tả trong phần trước Sau đây, hai thành phần sau sẽ được được trình bày:

 Nguồn năng lượng bên trong

Tất cả các thẻ tích cực đều mang một nguồn năng lượng bên trong để cung cấp nguồn cho điện tử học bên trong và truyền dữ liệu Nếu sử dụng bộ pin thì thẻ tích cực thường kéo dài tuổi thọ t 2 đến 7 năm tùy thuộc vào thời gian sống của bộ pin Một trong những nhân tố quyết định thời gian sống của bộ pin là tốc độ truyền dữ liệu của thẻ Nếu khoảng cách đó càng rộng thì bộ pin càng tồn tại lâu và vì thế thời gian sống của thẻ cũng dài hơn

 Điện tử học bên trong

Điện tử học bên trong cho phép thẻ hoạt động như một máy phát và cho phép nó thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng như tính toán, hiển thị giá trị các tham số động nào đó, hoặc hoạt động như một cảm biến, v.v… Thành phần này cũng có thể cho phép chọn lựa kết nối với các cảm biến bên ngoài Vì vậy thẻ có thể thực thi nhiều nhiệm vụ thông minh, tùy thuộc vào loại cảm biến được gắn vào

2.4.1.3 Thẻ bán tích cực (bán thụ động)

Thẻ bán tích cực có một nguồn năng lượng bên trong (chẳng hạn là bộ pin) và điện tử học bên trong để thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng Nguồn bên trong cung cấp sinh lực cho thẻ hoạt động Tuy nhiên trong quá trình truyền dữ liệu, thẻ bán tích cực sử dụng nguồn t reader Thẻ bán tích cực được gọi là thẻ có hỗ trợ pin (battery-assisted tag)

Hình 12 Cấu trúc của một thẻ bán tích cựcĐối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và reader thì reader luôn truyền trước rồi đến thẻ Tại sao sử dụng thẻ bán tích cực mà không sử dụng thẻ thụ động? Bởi vì thẻ bán tích cực không sử dụng tín hiệu của reader như thẻ thụ động, nó tự kích động, nó có thể đọc ở khoảng cách

xa hơn thẻ thụ động Bởi vì không cần thời gian tiếp sinh lực cho thẻ bán tích cực, thẻ có thể nằm trong phạm vi đọc của reader ít hơn thời gian đọc quy định (không giống như thẻ thụ động) Vì vậy nếu đối tượng được gắn thẻ đang di chuyển ở tốc độ cao, dữ liệu thẻ có thể vẫn được đọc nếu

sử dụng thẻ bán tích cực Thẻ bán tích cực cũng cho phép đọc tốt hơn ngay cả khi gắn thẻ bằng những vật liệu chắn tần số vô tuyến (RF-opaque và RF-absorbent) Sự có mặt của những vật liệu này có thể ngăn không cho thẻ thụ động hoạt động đúng dẫn đến việc truyền dữ liệu không thành công Tuy nhiên, đây không phải là vấn đề khó khăn đối với thẻ bán tích cực

Phạm vi đọc của thẻ bán tích cực có thể lên đến 100 feet (xấp xỉ 30.5 m) với điều kiện lý tưởng

2.4.2 Dựa vào việc lưu trữ dữ liệu

2.4.2.1 Thẻ read only (RO)

Thẻ RO có thể được lập trình (tức là ghi dữ liệu lên thẻ RO) chỉ một lần.Dữ liệu có thể được lưu vào thẻ tại xí nghiệp trong lúc sản xuất Việc này được thực hiện như sau: các fuse riêng lẻ trên vi mạch của thẻ được lưu cố định bằng cách sử dụng chùm tia laser Sau khi thực hiện xong, không thể ghi đè dữ liệu lên thẻ được nữa Thẻ này được gọi là factory programmed Nhà sản xuất loại thẻ này sẽ đưa dữ liệu lên thẻ và người sử dụng thẻ không thể điều chỉnh được Loại thẻ này chỉ tốt đối với những ứng dụng nhỏ mà không thực tế đối với quy mô sản xuất lớn hoặc khi dữ liệu của thẻ cần được làm theo yêu cầu của khác hàng dựa trên ứng dụng Loại thẻ này được sử dụng trong các ứng dụng kinh doanh và hàng không nhỏ

2.4.2.2 Thẻ write once, read many (WORM)

Thẻ WORM có thể được ghi dữ liệu một lần, mà thường thì không phải được ghi bởi nhà sản xuất mà bởi người sử dụng thẻ ngay lúc thẻ cần được ghi Tuy nhiên trong thực tế thì có thể ghi được vài lần (khoảng 100 lần) Nếu ghi quá số lần cho phép, thẻ có thể bị phá hỏng vĩnh viễn Thẻ WORM được gọi là field programmable

Loại thẻ này có giá cả và hiệu suất tốt, có an toàn dữ liệu và là loại thẻ phổ biến nhất trong lĩnh vực kinh doanh ngày nay

2.4.2.3 Thẻ read write (RW)

Thẻ RW có thể ghi dữ liệu được nhiều lần, khoảng t 10.000 đến 100.000 lần hoặc có thể hơn nữa Việc này đem lại lợi ích rất lớn vì dữ liệu có thể được ghi bởi reader hoặc bởi thẻ (nếu là thẻ tích cực) Thẻ RW gồm thiết bị nhớ Flash và FRAM để lưu dữ liệu Thẻ RW được gọi là field programmable hoặc reprogrammable Sự an toàn dữ liệu là một thách thức đối với thẻ RW Thêm vào nữa là loại thẻ này thường đắt nhất Thẻ RW không được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng ngày nay, trong tương lai có thể công nghệ thẻ phát triển thì chi phí thẻ giảm xuống

2.5 Đầu đọc (Reader)

2.5.1 Sơ lược về đầu đọc

Một reader điển hình chứa một Module tần số vô tuyến (máy phát và máy thu) là một đơn vị điều khiển và là phần tử kết nối đến bộ phát đáp Ngoài ra các reader c n được gắn với 1 một giao diện bổ sung (RS232, RS4 5…) để chúng có thể chuyển tiếp dữ liệu đọc được đến một hệ thống khác (PC, hệ thống điều khiển robot…)

Reader RFID được gọi là vật tra hỏi (interrogator), là một thiết bị đọc và ghi dữ liệu các thẻ RFID tương thích Hoạt động ghi dữ liệu lên thẻ bằng reader được gọi là tạo thẻ Quá trình tạo thẻ và kết hợp thẻ với một đối tượng được gọi là đưa thẻ vào hoạt động (commissioning the tag) Reader là hệ thần kinh trung ương của toàn hệ thống, phần cứng RFID thiết lập việc truyền với thành phần này và điều khiển nó, là thao tác quan trọng nhất của bất kỳ thực thể nào muốn liên kết với thực thể phần cứng này

Một reader có cấu trúc layout như Hình 13 dưới đây:

Hình 13 Cấu trúc layout cơ bản của một readerCác thành phần chính của reader bao gồm:

- Mạch điều khiển (có thể nó được đặt ở bên ngoài)

- Mạch truyền thông

- Nguồn năng lượng

2.5.2 Các thành phần chính của đầu đọc

 Máy phát

Máy phát của reader truyền nguồn AC và chu kỳ xung đồng hồ qua antenna của nó đến thẻ trong phạm vi đọc cho phép, nó chịu trách nhiệm gửi tín hiệu của reader đến môi trường xung quanh và nhận lại đáp ứng của thẻ qua antenna của reader

 Máy thu

Máy thu nhận tín hiệu tương tự t thẻ qua antenna của reader Sau đó nó gởi những tín hiệu này cho vi mạch của reader, tại nơi này nó được chuyển thành tín hiệu số tương đương (có nghĩa là dữ liệu mà thẻ đã truyền cho reader được biểu diễn ở dạng số)

 Các kênh nhập/xuất của các cảm biến, cơ cấu truyền động đầu từ và bảng tín

hiệu điện báo bên ngoài

Các reader không cần bật suốt Các thẻ có thể chỉ xuất hiện lúc nào đó và rời khỏi reader mãi cho nên việc bật reader suốt sẽ gây lãng phí năng lượng Thêm nữa là giới hạn

v a đề cập ở trên cũng ảnh hưởng đến chu kỳ làm việc của reader Thành phần này cung cấp một cơ chế bật và tắt reader tùy thuộc vào các sự kiện bên ngoài Có một số loại cảm biến như cảm biến về ánh sáng hoặc sự chuyển động để phát hiện các đối tượng được gắn thẻ trong phạm vi đọc của reader Cảm biến này cho phép reader bật lên để đọc thẻ Thành phần này cũng cho phép reader cung cấp xuất cục bộ tùy thuộc vào một số điều kiện qua một bảng tín hiệu điện báo (chẳng hạn, báo bằng âm thanh) hoặc cơ cấu truyền động đầu t (chẳng hạn, mở hoặc đóng van an toàn, di chuyển một cánh tay robot, v.v…)

 Mạch điều khiển

Mạch điều khiển là một thực thể cho phép thực thể bên ngoài là con người hoặc chương trình máy tính giao tiếp, điều khiển các chức năng của reader, điều khiển bảng tín hiệu điện báo và cơ cấu truyền động đầu t kết hợp với reader này Thường thì các nhà sản xuất hợp nhất thành phần này vào reader (như phần mềm hệ thống (firmware) chẳng hạn)

 Giao diện truyền thông

Thành phần giao diện truyền thông cung cấp các lệnh truyền đến reader, nó cho phép tương tác với các thực thể bên ngoài qua mạch điều khiển, để truyền dữ liệu của nó, nhận lệnh và gửi lại đáp ứng Thành phần giao diện này cũng có thể xem là một phần của mạch điều khiển hoặc là phương tiện truyền giữa mạch điều khiển và các thực thể bên ngoài Thực thể này có những đặc điểm quan trọng cần xem nó như một thành phần độc lập Reader có thể có một giao diện tuần tự Giao diện tuần tự là loại giao diện phổ biến nhất nhưng các reader thế hệ sau sẽ được phát triển giao diện mạng thành một tính năng chuẩn Các reader phức tạp có các tính năng như tự phát hiện bằng chương trình ứng dụng,

có gắn các Web server cho phép reader nhận lệnh và trình bày kết quả dùng một trình duyệt Web chuẩn

 Nguồn năng lượng

Thành phần này cung cấp nguồn năng lượng cho các thành phần của reader Nguồn năng lượng được cung cấp cho các thành phần này qua một dây dẫn điện đượckết nối với một ngõ ra bên ngoài thích hợp

2.5.3 Phân loại reader

Reader được phân loại chủ yếu theo tiêu chuẩn là giao diện mà reader cung cấp cho việc truyền thông Trong tiêu chuẩn này, reader có thể được phân loại ra như sau:

2.5.3.1 Serial reader

Serial reader sử dụng liên kết serial để truyền với một ứng dụng Reader kết nối đến cổng serial của máy tính dùng kết nối tuần tự RS232 hoặc RS485 Cả hai loại kết nối này đều có giới hạn trên về chiều dài cáp sử dụng kết nối reader với máy tính Chuẩn RS485 cho phép cáp dài hơn chuẩn RS232

Ưu điểm của serial reader là có độ tin cậy cao hơn network reader Vì vậy sử dụng reader loại này được khuyến khích nhằm làm tối thiểu sự phụ thuộc vào một kênh truyền

Nhược điểm của serial reader là phụ thuộc vào chiều dài tối đa của cáp sử dụng để kết nối một reader với một máy tính Thêm nữa, thường thì trên một máy chủ thì số cổng serial bị hạn chế Tốc độ truyền dữ liệu serial thường thấp hơn tốc độ truyền dữ liệu mạng Những nhân tố này dẫn đến chi phí bảo dưỡng cao hơn và thời gian chết đáng kể

2.5.3.2 Network reader

Network reader kết nối với máy tính sử dụng cả mạng dây và không dây Thực tế, reader hoạt động như thiết bị mạng

Ưu điểm của network reader là không phụ thuộc vào chiều dài tối đa của cáp kết nối reader với máy tính Sử dụng ít máy chủ hơn so với serial reader Thêm nữa là phần mềm hệ thống của reader

có thể được cập nhật t xa qua mạng

Nhược điểm của network reader là việc truyền không đáng tin cậy bằng serial reader

2.5.4 Cơ chế truyền cơ bản giữa thẻ và reader

Tùy thuộc vào loại thẻ, việc truyền giữa reader và thẻ có thể theo một trong những cách sau đây:

- Modulated backscatter

- Kiểu máy phát (transmitter type)

Trước khi nghiên cứu sâu vào loại truyền thông, ta phải hiểu được khái niệm near field và far field

Phạm vi giữa antenna của reader và một bước sóng của sóng RF được phát bởi antenna được gọi là near field Phạm vi ngoài bước sóng của sóng RF đã phát t antenna của reader được gọi là far field Các hệ thống RFID thụ động hoạt động ở băng tần LF và HF sử dụng việc truyền thông near field trong khi trong băng tần UHF và sóng vi ba sử dụng far field Cường độ tín hiệu trong truyền thông near field yếu đi lập phương khoảng cách t antenna của reader Trong far field, nó giảm đi bình phương khoảng cách t antenna của reader Cho nên truyền thông far field được kết hợp với phạm vi đọc dài hơn truyền thông near field

Hình 14 Cơ chế truyền ở trường gần, trường xa giữa thẻ và reader

Tiếp theo so sánh việc đọc thẻ và ghi thẻ Việc ghi thẻ mất nhiều thời gian hơn việc đọc thẻ trong c ng điều kiện vì hoạt động ghi gồm nhiều bước, bao gồm việc xác minh ban đầu, xóa dữ liệu còn tồn tại trên thẻ, ghi dữ liệu mới lên thẻ, và giai đoạn xác minh lần cuối Thêm nữa là dữ liệu được ghi trên thẻ theo khối bằng nhiều bước Vì vậy việc ghi thẻ có thể mất cả trăm giây mới hoàn thành cùng với việc tăng kích thước dữ liệu Ngược lại, có một số thẻ có thể được đọc trong khoảng thời gian này với cùng reader Việc ghi thẻ là một quá trình dễ bị ảnh hưởng cần đặt thẻ gần antenna của reader hơn khoảng cách đọc tương ứng Việc đặt gần nhằm cho phép antenna của thẻ có thể nhận được đủ năng lượng t tín hiệu antenna của reader để cấp nguồn cho vi mạch của

nó giúp nó có thể thực thi các lệnh ghi Nhu cầu năng lượng đối với quá trình ghi thường cao hơn quá trình đọc

 Modulated backscatter

Việc truyền modulated backscatter áp dụng cho cả thẻ thụ động và bán tích cực Trong kiểu truyền thông này, reader gửi đi tín hiệu RF sóng liên tục (continuos wave-CW) gồm có nguồn AC và tín hiệu xung cho thẻ cùng tần số mang (carrier frequency-tần số mà reader hoạt động) Nhờ việc kết nối (nghĩa là cơ chế truyền năng lượng giữa reader và thẻ)

mà antenna của thẻ cung cấp nguồn điện cho vi mạch T kích thích thường ám chỉ việc vi mạch của thẻ thụ động nhận năng lượng t tín hiệu của reader để tự tiếp sinh lực Vi mạch cần khoảng 1.2V t tín hiệu của reader để tiếp sinh lực đối với việc đọc C n đối với việc ghi thì vi mạch thường cần khoảng 2.2V t tín hiệu của reader Hiện nay vi mạch điều chỉnh, thay đổi tín hiệu nhập thành một chuỗi mô hình mở, tắt trình bày dữ liệu của nó và truyền nó trở lại Khi reader nhận tín hiệu đã điều chế, nó giải mã mô hình và thu được dữ liệu thẻ

Vì vậy trong mô hình truyền modulated backscatter, reader luôn “talks” trước sau

đó mới tới thẻ Thẻ sử dụng mô hình này không thể truyền khi không có mặt reader vì nó phụ thuộc hoàn toàn vào năng lượng của reader để truyền dữ liệu của nó

Hình 15 Cơ chế truyền modulated backscatter của thẻ thụ động

Hình 16 Cơ chế truyền modulated backscatter của thẻ bán thụ động

 Kiểu máy phát

Kiểu truyền này chỉ áp dụng cho thẻ tích cực Trong kiểu truyền này, thẻ phát tán thông điệp xung quanh môi trường với khoảng cách theo qui định, bất kể reader có hay không có mặt ở đó Vì vậy, trong kiểu truyền này, thẻ luôn luôn “talks” trước reader

Hình 17 Cơ chế truyền kiểu máy phát của thẻ tích cực

2.6 Cơ sở dữ liệu (Database)

Database là hệ thống thông tin phụ trợ để theo dõi và chứa thông tin về item có đính thẻ Thông tin được lưu trong database bao gồm định danh item, phần mô tả, nhà sản xuất, hoạt động của item, vị trí Kiểu thông tin chứa trong database sẽ biến đổi tùy theo ứng dụng Chẳng hạn

dữ liệu được lưu trữ trong hệ thống thu lệ phí đường sẽ khác với dữ liệu được lưu trữ cho một dây chuyền cung cấp cũng như khác với quản lý nhân viên trong một công ty Các database cũng có thể được kết nối đến các mạng khác như mạng LAN để kết nối database qua Internet Việc kết nối này cho phép dữ liệu chia sẻ với một database cục bộ mà thông tin được thu thập trước tiên t nó

2.7 Điều lệ và chuẩn hóa

Không có tổ chức toàn cầu nào quản lý tần số sử dụng cho RFID Về nguyên tắc, mọi quốc gia đều có thể thiết lập các qui định cho riêng mình Các tổ chức chính quản lý cấp phát tần số cho RFID là:

- Mỹ: FCC (Federal Communications Commision)

- Ủy ban viễn thông liên bang

- Canada: DOC (Department of Communication): Bộ viễn thông

- Châu Âu: ERO, CEPT, ETSI, và các uỷ ban quốc gia (các uỷ ban quốc gia phải phê chuẩn một tần số xác định để sử dụng trước khi nó có thể sử dụng ở quốc gia này)

- Nhật: MPHPT (Ministry of Public Management, Home Affair, Post and Telecommunication)

- Bộ quản lý vấn đều chung trong nước và cộng động về bưu chính viễn thông)

- Trung Quốc: Bộ công nghệ thông tin

- Úc: Uỷ ban truyền thông đa phương tiện Úc

- NewZealand: Bộ phát triển kinh tế

Các thẻ RFID tần số thấp (LF: 125kHz -134,2kHz and 140kHz - 148,5kHz) và tần số cao (HF: 13,56MHz) có thể được sử dụng toàn cầu mà không cần cấp phép Các tần số UHF (UHF: 868MHz - 2 MHz) không được sử dụng toàn cầu do nó không có chuẩn toàn cầu riêng

2.8 Một số tiêu chuẩn sử dụng cho công nghệ RFID

ISO 11784 & 11785: các chuẩn này qui định nhận dạng tần số vô tuyến cho động vật đưa ra khái niệm kỹ thuật và cấu trúc mã

ISO 14223/1: nhận dạng tần số vô tuyến với động vật, bộ thu phát cao cấp – giao diện vô tuyến

ISO 10536: quy định về tần số sóng mang phụ và quá trình điều chế…

EPC global: đây là nền tảng chuẩn nó gần như được chuẩn hóa quốc tế theo qui tắc của ISO

2.9 Tần số vô tuyến hoạt động của RFID

Việc chọn tần số radio là đặc điểm hoạt động chính của hệ thống RFID Tần số xác định tốc độ truyền thông và khoảng cách đọc thẻ Nói chung, tần số cao hơn cho biết phạm vi đọc dài hơn Mỗi ứng dụng phù hợp với một kiểu tần số cụ thể do ở mỗi tần số thì sóng radio có đặc điểm khác

nhau Chẳng hạn sóng có tần số thấp (low-frequency) có thể xuyên qua tường tốt hơn sóng có tần

số cao hơn nó, nhưng tần số cao có tốc độ đọc nhanh

Có 4 tần số chính được sử dụng cho hệ thống RFID: low, high, ultrahigh, microwave

- Low-frequency: băng tần t 125KHz - 134KHz Băng tần này phù hợp với phạm vi ngắn như hệ thống chống trộm, nhận dạng động vật và hệ thống khóa tự động

- High-frequency: băng tần 13,56MHz Tần số cao cho phép độ chính xác cao hơn với phạm vi 3foot (3*0,3048m xấp xỉ 1m), vì thế giảm rủi ro đọc sai thẻ Vì vậy nó thích hợp với việc đọc item.Các thẻ thụ động 13,56 MHz được đọc ở tốc độ 10 đến 100 thẻ trên giây

và ở phạm vi 3feet Các thẻ high-frequency được dùng trong việc theo dõi vật liệu trong các thư viện và kiểm soát hiệu sách, theo dõi pallet, truy cập, theo dõi hành lý vận chuyển bằng máy bay và theo d i item đồ trang sức

- Ultrahigh-frequency: các thẻ hoạt động ở 900MHz và có thể được đọc ở khoảng cách dài hơn các thẻ high-frequency, phạm vi t 3 đến 15feet Tuy nhiên các thẻ này dễ bị ảnh hưởng bởi các nhân tố môi trường hơn các thẻ hoạt động ở các tần số khác Băng tần 900MHz thực sự phù hợp cho các ứng dụng dây chuyền cung cấp vì tốc độ và phạm vi của

nó Các thẻ thụ động ultrahigh-frequency có thể được đọc ở tốc độ 100 đến 1000 thẻ trên giây Các thẻ này thường được sử dụng trong việc kiểm tra pallet và container, xe chở hàng

và toa trong vận chuyển tàu biển

- Microwave frequency: băng tần 2,45GHz và 5,8GHz, có nhiều sóng radio bức xạ t các vật thể ở gần có thể cản trở khả năng truyền thông giữa reader và thẻ tag Các thẻ microwave RFID thường được dùng trong quản lý dây chuyền cung cấp

Tần số thấp (100 - 500kHz)

Sử dụng trong phạm vi ngắn và trung bình Chi phí thấp

Tốc độ đọc dữ liệu thấp

Tần số trung bình (10 - 15MHz)

Sử dụng trong phạm vi ngắn và trung bình Chi phí thấp

Tốc độ đọc dữ liệu trung bình

Tần số cao ( 50 -950MHz, 2,4 - 5,8 GHz) Sử dụng trong phạm vi bán kính rộng Chi phí cao

Tốc độ đọc dữ liệu cao Bảng 3 Tần số hoạt động của RFID

2.10 Ứng dụng của RFID

Các ứng dụng thương mại cho đầu tư và cung cấp việc quản lý chuyền đang khiến cho sự phát triển và gia tăng công nghệ RFID Wal-Mart®, trung tâm bán lẻ lớn nhất thế đã thúc sự gia tăng này bởi việc yêu cầu các nhà cung cấp sử dụng thẻ RFID Wal-Mart yêu cầu 100 nhà cung cấp lớn

nhất bắt đầu làm thẻ pallet và cho vào hộp các thẻ RFID thụ động trước tháng 1 năm 2005, thúc đẩy các nhà bán lẻ khác thực hiện kế họach tương tự Với sự phát triển của Wal-Mart, nhiệm vụ RFID là đưa công nghệ này thành xu thế chủ đạo và làm cho nó sinh lợi nhiều hơn

2.10.1 RFID trong xử phạt

Cũng c ng những khả năng làm cho ý tưởng RFID quản lý dây chuyền có thế mạnh trong việc phạt, an ninh quốc gia, và luật pháp Các ứng dụng gồm đặc tính kiểm tra (chẳng hạn súng cầm tay, thiết bị liên lạc, máy tính), kiểm tra bằng chứng, passport và kiểm tra visa, kiểm tra cán bộ trong các tiện nghi và xâm nhập hệ thống điều khiển trong các tòa nhà hoặc các phòng (chẳng hạn như các thiết bị ra vào không khóa) Công nghệ RFID được xây dựng trong việc xử phạt và an ninh quốc gia rộng hơn trong luật pháp

Công nghệ RFID tạo điều kiện xử phạt dễ dàng, thay đổi các nhiệm vụ thường lệ mà nó đ i hỏi nhiều thời gian thành các nhiệm vụ điện tử được thực thi tự động với chi phí thấp Thêm nữa

là thúc đẩy hoạt động lưu, tạo hệ thống hoàn chỉnh, hiệu quả hơn Việc sử dụng hệ thống RFID làm tăng an ninh, giảm bạo lực, tạo ra môi trường antoàn cho bộ phận nhân viên

2.10.2 RFID trong an ninh quốc gia

Hội an ninh quốc gia Mỹ (DHS) đã nắm bắt RFID như một công nghệ được chọn cho việc cải tiến an ninh ở biên giới Mỹ và cửa khẩu Công nghệ RFID là ý tưởng xác định vị trí, theo dõi và xác thực sự đi lại của mọi người và các đối tượng mà họ vào ra Mỹ Nó dùng kỹ thuật sinh trắc học để xác minh nhận dạng của các khách nước ngoài ở sân bay và cảng Một ngón tay trỏ của khách được scan để lấy dấu tay và một ảnh số được chụp Dấu tay và ảnh được d ng để xác thực tài liệu thông hành của khách, được ghi lại và được kiểm tra đối chiếu với các danh sách phần tử khủng bố Các du khách thẻ có một số ID duy nhất mà nó liên kết với dấu tay số của họ, hình ảnh

và thông tin cá nhân khác trong cơ sở dữ liệu an ninh quốc gia Ý tưởng này là sẽ sử dụng các thẻ chỉ đọc thụ động không thể thay đổi gì được trên nó Thông tin cá nhân sẽ không được lưu trên thẻ Công nghệ RFID cải tiến khả năng của hải quan Mỹ và nhân viên bảo vệ biên giới để so khớp

sự vào ra ở biên giới lãnh thổ nhanh chóng, chính xác và đáng tin cậy Thẻ sẽ cho phép tự động ghi việc ra vào của du khách trong khách bộ hành, xe cộ và có thể cho nhân viên biên giới kiểm tra nhanh lượng thời gian hành khách ở lại Mỹ và họ có ở quá mức visa hay không

2.10.3 Ứng dụng trong quản lý thư viện

Tất cả các sách báo trong thư viện sẽ được gắn chip RFID lên t ng cuốn Tại khu vực kiểm soát cho mượn và trả sách (check in/out) đều được gắn đầu đọc thẻ để nhân viên dễ dàng nạp thẻ

cho sách báo và kiểm tra tình trạng của sách báo cho mượn

Ngoài ra, còn có một thiết bị đọc thẻ cầm tay để có thể tìm kiếm và kiểm tra thông tin về sách báo trong thư viện Điều này đã làm giảm chi phí về mặt quản lý nhân sự cũng như tạo ra sự thuân tiện trong việc quản lý và tìm kiếm sách báo

Hình 18 Ứng dụng công nghệ RFID vào thư viện

2.10.4 Ứng dụng trong quản lý bán hàng

Hướng sát nhập công nghệ RFID thành dây chuyền được thúc đẩy bởi sự có lợi mà dễ thấy trong bản kiểm kê: tăng lượt vận chuyển, nhận, cung cấp có năng suất, giảm giá cho việc lao động chân tay, xếp hàng và sự thất thoát kiểm kê Các reader được cài lúc chất hàng ở các cửa bến tàu

có thể phát hiện thẻ trên hàng hóa hoặc các pallet qua các cửa Đầu đọc gửi một lệnh đến thẻ để phát các nhận dạng của chúng, thu thập thông tin này và chuyển tiếp đến máy tính Và máy tính ghi cơ sở dữ liệu kiểm kê dựa vào hàng hóa đó là nhập hay xuất Nếu hệ thống sử dụng các thẻ thông minh, thì máy tính có thể ghi ngày giao/nhận và thời gian trên thẻ

Thẻ RFID là sự phát triển hữu ích và là công nghệ hấp dẫn, giúp cho các đơn vị bán lẻ đơn giản hóa việc kiểm kê hàng hóa và hạn chế việc mất mát trong quá trình bán hàng Với việc thẻ RFID đem lại hiệu quả kinh tế cho các doanh nghiệp, người tiêu dùng sẽ có thêm nhiều sự lựa