Tìm hiểu công nghệ nhận dạng vô tuyến RFID

nghệ mới ra đời với mục đích làm cho mọi việc trở nên đơn giản, tiện lợi nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người trong mọi lĩnh vực. Do vậy các công nghệ mới càng hướng đến khả năng không dây làm cho con người được giải phóng, tự do và thoải mái hơn.Và nhận dạng tự động là một trong những công nghệ có thể đáp ứng được nhu cầu đó . Nhận dạng tự động (Automatic Identification) là công nghệ dùng để giúp các máy nhận dạng các đối tượng mà không cần nhập dữ liệu vào bằng nhân công. Các công nghệ nhận dạng tự độngnhư : các mã vạch (Bar Codes), các thẻ thông minh, công nghệ sinh trắc học (biometric), nhận dạng đặc trưng quang học (Optical character Recognition-OCR) và nhận dạng tần số vô tuyến RFID (Radio Frequency Iditification). Trong đó, RFID được coi là một cuộc cách mạng của hệ thống nhúng và môi trường tương tác hiện nay. Công nghệ này đã và đang được phát triển mạnh ở nhiều nước trênthế giới với những ứng dụng rất đa dạng trong các lĩnh vực : sản xuất kinh doanh ( các dây chuyền sản xuất công nghiệp, trong chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản, các của hàng, siêu thị, trạm thu phí, bãi đậu xe, …), an ninh, y tế, … Công nghệ RFID đã được nghiên cứu ( từ khoảng những năm 1930) và ứng dụng từ khá sớm, nhưng trong vòng khoảng mười năm trở lại đây công nghệ này mới thực sữ được phát triển rầm rộ. Công nghệ RFID sẽ hết sức cần thiết cho sự phát triển của thế giới do đó nhiều nước đã và đang xúc tiến các công tác triển khai công nghệ này. Việt Namcũng không phải là ngoại lệ, tuy khái niệm RFID cũng chưa thực sự phổ biến nhưng với xu hướng chung của thế giới, Việt Nam cũng đang nghiên cứu và từng bước triển khai công nghệ này vào cuộc sống để phục vụ nhu cầu của người dân trong nước. Với mục đích giới thiệu về công nghệ mới này, đồ án “ Tìm hiểu công nghệ nhận dạng vô tuyến RFID” sẽ giúp người đọc hiểu rõ hơn về khái niệm, thành phần, phương thức hoạt động cũng như những ứng dụng của nó. Đồ án này bao gồm 3 chương : Chương 1 : Giới thiệu về công nghệ RFID Chương 2 : Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID Chương 3 : Ứng dụng của RFID

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

BÁO CÁO THỰC HÀNHCẢM BIẾN VÀ HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG

NHẬN XÉT GIẢNG VIÊN

Hà Nội, ngày …… tháng …… năm 201…

MỤC LỤC

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ RFID

1.1 Giới thiệu sơ lược về RFID : 5

1.2 Lịch sử phát triển của RFID : 6

1.3 Thành phần của hệ thống RFID : 7

1.4 Phương thức hoạt động của RFID : 8

CHƯƠNG II : CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG RFID 2.1 Thẻ RFID : 10

2.1.1 Giới thiệu chung : 10

2.1.2 Dung lượng, tần số hoạt động và khoảng đọc của thẻ : 11

2.1.2.1 Dung lượng : 11

2.1.2.2 Tần số hoạt động : 11

2.1.2.3 Khoảng đọc của thẻ : 12

2.1.3 Các thuộc tính và đặc điểm của thẻ : 13

2.1.4 Phân loại thẻ : 16

2.1.4.1 Thẻ thụ động : 16

2.1.4.2 Thẻ tích cực : 19

2.1.4.3 Thẻ bán tích cực : 20

2.1.5 Giao thức thẻ : 22

2.1.5.1 Phương thức lưu trữ dữ liệu trên thẻ : 23

2.1.5.2 Thủ tục Singulation và Anten Collession : 26

2.1.5.3 Cách khắc phục sự cố Communicationthẻ : ……….32

2.2 Đầu đọc : 32

2.2.1 Giới thiệu chung : 32

2.2.2 Thành phần vật lý và thành phần logic của đầu đọc : 33

2.2.2.1 Thành phần vật lý : 33

2.1.1.2 Thành phần logic : 34

2.2.3 Phân loại : 35

2.2.3.1 Phân loại theo giao diện đầu đọc : 35

2.2.3.2 Phân loại dựa trên tính chuyển động của đầu đọc : 36

2.2.4 Giao thức đầu đọc và giao thức của đại lý cung cấp : 36

2.2.4.1 Giao thức đầu đọc : 36

2.2.4.2 Giao thức do đại lý cung cấp : 39

2.2.5 Anten của đầu đọc : 39

Chương III :Ứng dụng của RFID 41

Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, nhiều công nghệ mới ra đời với mục đích làm cho mọi việc trở nên đơn giản, tiện lợi nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người trong mọi lĩnh vực Do vậy các công nghệ mới càng hướng đến khả năng không dây làm cho con người được giải phóng, tự do và thoải mái hơn.Và nhận dạng tự động là một trong những công nghệ có thể đáp ứng được nhu cầu đó Nhận dạng tự động (Automatic

Identification) là công nghệ dùng để giúp các máy nhận dạng các đối tượng mà không cần nhập dữ liệu vào bằng nhân công Các công nghệ nhận dạng tự

độngnhư : các mã vạch (Bar Codes), các thẻ thông minh, công nghệ sinh trắc học (biometric), nhận dạng đặc trưng quang học (Optical character Recognition-OCR)

và nhận dạng tần số vô tuyến RFID (Radio Frequency Iditification)

Trong đó, RFID được coi là một cuộc cách mạng của hệ thống nhúng và môi

trường tương tác hiện nay Công nghệ này đã và đang được phát triển mạnh ở nhiều nước trênthế giới với những ứng dụng rất đa dạng trong các lĩnh vực : sản xuất kinh doanh ( các dây chuyền sản xuất công nghiệp, trong chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản, các của hàng, siêu thị, trạm thu phí, bãi đậu xe, …), an ninh, y tế,

Với mục đích giới thiệu về công nghệ mới này, đồ án “ Tìm hiểu công nghệ

nhận dạng vô tuyến RFID” sẽ giúp người đọc hiểu rõ hơn về khái niệm, thành phần, phương thức hoạt động cũng như những ứng dụng của nó Đồ án này bao gồm 3 chương :

Chương 1 : Giới thiệu về công nghệ RFID

Chương 2 : Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID

Chương 3 : Ứng dụng của RFID

Chương 1 : Giới thiệu về công nghệ RFID

1.1 Giới thiệu sơ lược về RFID:

Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ cho phép một thiết

bị đọc thông tin chứa trong chip không tiếp xúc trực tiếp ở khoảng cách xa, không thực hiện bất kỳ giaotiếp vật lý nào hoặc giữa hai vật không nhìn thấy nhau Công nghệ này cho ta phương pháptruyền, nhận dữ liệu từ một điểm đến điểm khác

Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để

truyền dữ liệu từ các thẻ (tag) đến các đầu đọc (reader) Thẻ có thể được đính kèm hoặc gắn vào đối tượng được nhận dạng (bao gồm cả con người) Đầu đọc scan dữliệucủa thẻ và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu có lưu trữ dữ liệu củathẻ Công nghệ RFID cho phép nhận biết đối tượng thông qua thu phát sóng giúp cho con người có thể giámsát quản lý dễ dàng hơn ,ít mắc lỗi, tốn ít thời gian và giảm thiểu

nhân lực quản lý Ví dụ các công ty chỉ việc sử dụng máy tính để quản lý các sản phẩm của mình từ xa nhờ việc gắn thẻ lên sản phẩm nhờ đó họ có thể biết các thông tin về chúng (số lượng, nguồn gốc,đặc điểm,hạn sử dụng,…) không phải kiểm kho, không sợ giao nhầm hàng,…Hoặc khi đi siêu thị thay vì phải xếp hàng chờ tính tiền (bằng phương pháp code bar hay còn gọi là mã vạch ) thì chỉ cần đẩy xe hàng qua cổng giám sát , thiết bị tự động sẽ nhận dạng món hàng , các nhân viên không cần phải lướt mã vạch của sản phẩm qua đầu đọc nữa,…Đó chỉ là một vài ví dụ trong số rất nhiều ứng dụng của RFID Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay là hệ thống RFID bị động làm việc như sau: đầu đọc truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ qua anten của nó đến một con chip Đầu đọc nhận thông tin trở lại từ chip và gửi nó đến máy tính điều khiển đầu đọc và xử lý thông tin lấy được từ chip Các chip không tiếp xúc không tích điện, chúng hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng nhận từ tín hiệu được gửi bởiđầu đọc

1.2 Lịch sử phát triển của hệ thống RFID

Thế giới ta trong giai đoạn đổi mới và phát triển mà trong đó nền công nghiệp hóa,

tự động hóa ngày càng được ứng dụng nhiều và đặc biệt nền công nghệ tự động hóa nhận dạng (Auto-ID) đang trở nên phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp dịch vụ, công nghiệp thương mại và trong nhiều nhà máy sản xuất Công nghệ nhận dạng tồn tại giúp cho chúng ta có thể nhận được các thông tin về đối tượng nhận dạng : con người, tài sản,vật nuôi, … Công nghệ mã vạch (Barcode) đã mang lại sự thay đổi đáng

kể, nhưng nó chỉ mang là bước đầu của một ngành công nghệ và còn có nhiều thiếu sót khi mà số lượng

đối tượng cần nhận dạng ngày một tăng lên Ưu điểm của công nghệ mã vạch là giá thành thấp, khuyết điểm là khả năng lưu trữthấp, không có khả năng lập trình lại Các thiết bị mang dữ liệu điện tử phổ biến nhất trong cuộc sống hàng ngày là loại thẻ thông minh dựa trên một môi trường tiếp xúc (ví dụ: thẻ điện thoại, thẻ tín dụng, thẻ ngân hàng …).Tuy nhiên thiết bị tiếp xúc với thẻ thông minh thường không linh hoạt Hệ thống RFID ( RFID : Radio Frequency Identification) ra đời nhằm khắc phục những nhược điểm trên Sự truyền dữ liệu không cần phải tiếp xúc giữa thiết bị mang dữ liệu và đầu đọc của nó tronghệthống RFID sẽ linh hoạt hơn

Kỹthuật RFID ngày càng được nhiều người biết đến trong những thập niên 60 và

thuật này ngày càng được hoàn thiện, từ nhận biết trở thành nhận dạng (from detection

to unique identification) RFID tiên tiến vào đầu những năm 80, có những ứng dụng rộng rãi trong việc kiểm soát xe tại Mỹhay đánh dấu đàn gia súc ở Châu Âu Hệ thốngRFID cũng đựơc ứng trong đời sống hoang dã, các thẻ RFID được gắn vào con vật, nhờ thế mà có thể lần theo dấu vết của chúng trong môi trường thiên nhiên hoang dã

Hệ thống RFID là hệ thống nhận dạng dữ liệu tự động và không dây, cho phép việc đọc và ghi dữ liệu và không cần tiếp xúc trực tiếp với hệ thống Chúng tỏ ra rất hữu ích trong sản xuất và hoạt động được trong những điều kiện môi trường mà kỹ thuật khác không thể làm được Tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng các hệ thống RFID ngày càng nhiều và mở ra một thị trường đầy tiềm năng cho các nhà nghiên cứu và sản xuất Tuy nhiên, để đón nhận , vận dụng và phát triển 1 hệ thống mới này, chúng ta cần có sự hiểu biết nhất định về chúng

Ngày nay các công nghệ mới đều hướng đến sự giản đơn, tiện lợi và một cách đặc trưng quan trọng là khả năng không dây (wireless) Một thiết bị chủ yếu trong hướng phát triển này là “Bộ nhận dạng tần số bằng sóng vô tuyến:RFID” (RFID: Radio Frequency Identification) làm cho con người được giải phóng, tự do và thỏa mái hơn

về khả năng tự động của nó

1.3 Thành phần của hệ thống RFID:

Một hệ thống RFID là một tậphợp các thành phần mà nó thực thi giải pháp RFID

Hình 1.Mô phỏng hệ thống

Mộthệ thống RFID bao gồm các thành phần sau :

▪ Thẻ (Tag) : (là một thành phần bắt buộc đối với mọi hệ thống RFID) gồm chip bán

dẫn và anten nhỏ trong các hình thức đóng gói

▪ Đầu đọc (Reader) : (là thành phần bắt buộc) thực hiện việc ghi đọc trên thẻ và

giao tiếp với máy chủ

▪ Anten của đầu đọc : (là thành phần bắt buộc) làm nhiệm vụ bức xạ, thu sóng

điện từvà gia côngtín hiệu Một vàiđầu đọchiện nay cũng đã có sẵn anten

▪ Mạch điều khiển (Controller): (là thành phần bắt buộc) cho phép các thành

phần bên ngoài giao tiếp điều khiển chức năng của đầu đọc và các thành phần khác như annunciation, actuator,… Ngày nay mạch điều khiển thường được tích hợp sẵn trong đầu đọc

▪ Cảm biến (sensor) , cơ cấu chấp hành (actuator) và bảng tín hiệu điện báo

(annunciator) :những thành phần này hỗ trợ nhập và xuất của hệ thống

▪ Máy chủ (host) và hệ thống phần mềm (software system) :

về mặt lý thuyết, một hệ thống RFID có thể

hoạt động độc lập không có thành phần này Thực tế,

một hệ thống RFID gần như không có ý nghĩa nếu không có thành phần này

▪ Cơ sở hạ tầng truyền thông (communication infrastructure) : là thành

phần bắt buộc, gồm cả hai mạng có dây và không dây và các bộ phận kết nối tuần tự

để kết nối các thành phầnđã liệt kêở trên với nhau để chúng truyền với nhau hiệu quả

Hình 2: Hệ thống RFID với các thiết bị

1.4 Phương thức hoạt động của RFID:

Một hệ thống RFID có ba thành phần cơ bản: thẻ, đầu đọc, và một máy chủ Thẻ RFID gồm chip bán dẫn nhỏ và anten được thu nhỏ trong một số hình thức đóng gói Mỗi thẻ được lập trình với một nhận dạng duy nhất cho phép

theo dõi không dây đối tượng hoặc con người đang gắn thẻ đó vì các chip được sử dụngtrong thẻ RFID có thể giữ một số lượng lớn dữ liệu, chúng có thể chứa thông tin

về đối tượng được gắn thẻ Cũng như phát sóng tivi hay radio, hệ thống RFID cũng sử

dụng bốn băng thông tần số chính : tần số thấp (LF), tần số cao (HF), siêu cao tần (UHF) hoặc sóng cực ngắn (viba).Các hệ thống trong siêu thị ngày nay hoạt động ở băng thông UHF, trong khi các hệ thống RFID cũ sử dụng băng thông LF và HF Băng thông vi ba đang được để dành cho các ứng dụng trongtương lai.

Các thẻ có thể được cấp nguồn bởi một bộ pin thu nhỏ trong thẻ (các thẻ tích cực) hoặcbởi đầu đọc mà nó “wake up” (đánh thức) thẻ để yêu cầu trả lời khi thẻ đang trong phạm vi (thẻ thụ động)

Đầu đọc gồm một anten liên lạc với thẻ và một đơn vị đo điện tử học đã được nối mạng với máy chủ Đơn vị đo tiếp sóng giữa máy chủ và tất cả các thẻ trong phạm vi đọc của anten, cho phép một đầu đọc liên lạc đồng thời với hàng trămthẻ Nó cũng thực thi các chức năng bảo mật như mã hóa/ giải mã và xác thực người dùng Đầu đọc

có thể phát hiệnthẻngay cả khi không nhìn thấy chúng

Khi thẻ đi vào vùng sóng điện từ nó sẽ phát hiện tín hiệu kích hoạt từ đầu đọc và

nó sẽ phát thông tin nhận dạng đến đầu đọc Đầu đọc giải mã dữ liệu được mã hóa trong chip (sóngvô tuyến phản xạ từthẻ) và đưa vào máy chủ để xử lý

Hình 3: Hoạt động củathẻ và đầu đọc RFIDHầu hết các mạng RFID gồm nhiều thẻ và nhiều đầu đọc được nối mạng với nhau bởi một máy tính trung tâm (máy chủ), hầu như thường là một trạm làm việc gọn

để bàn Máy chủ xử lý dữ liệu mà các đầu đọc thu thập từ các thẻ và dịch nó giữa mạng RFID và các hệ thống công nghệ thông tin lớn hơn, mà nơi đó quản lý dây chuyền hoặc cơ sở dữ liệu quản lý có thể thực thi Middleware là phần mềm nối hệ thống RFID với một hệ thống IT quản lý luồng dữ liệu

Hình 4: Mô hình hoạt động của hệ thống RFID

CHƯƠNG II:CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG RFID

2.1 Thẻ RFID:

2.1.1 Giới thiệu chung :

Thẻ RFID là một thiết bị có thể lưu trữ và truyền dữ liệu đến một đầu đọc trong một môi trường không tiếp xúc bằng sóng vô tuyến Thẻ RFID mang dữ liệu về một vật, một sản phẩm (item) nào đó và gắn lên sản phẩm đó Mỗi thẻ có các bộ phận lưu trữ dữ liệu bên trong và cách giao tiếp với dữ liệu đó

Dữ liệu có thể là một số nhận dạng đơn giản được lưu giữ trong một thẻ chỉ đọc hoặc dữ liệu một dòng phức tạp bao gồm dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ bổ sung của thẻ Các thẻ này phức tạp hơn có thể chứa dữ liệu như các mục như ngày sản xuất,

số lượng rất nhiều, số serial, hoặc thậm chí tích hợp cảm biến để theo dõi nhiệt độ trung bình hoặc lưu trữ dữ liệu khác

Thẻ RFID gồm chip bán dẫn nhỏ ( bộ nhớ của chip có thể chứa tới 96 bit đến 512 bit

dữ liệu nhiều gấp 64 lần so với mã vạch ) và anten được thu nhỏ trong một số hình thức đóng gói Vài thẻ RFID giống như những nhãn giấy và được ứng dụng để bỏ vào hộp và đóng gói Một số khác được sáp nhập thành các vách của các thùng chứa plastic được đúc Còn một số khác được xây dựng thành miếng da bao cổ tay Mỗi thẻđược lập trình với một nhận dạng duy nhất cho phép theo dõi không dây đối tượng hoặc con người đang gắn thẻ đó

Thông thường mỗi thẻ RFID có một cuộn dây hoặc anten nhưng không phải tất cả RFID đều có vi chip và nguồn năng lượng riêng

Hình 5 Một số dạng anten

2.1.2 Dung lượng, tần số hoạt động và khoảng đọc của thẻ :

2.1.2.1 Dung lượng :

Dung lượng thông tin RFID Thẻ có thể lưu trữ được phụ thuộc nhà cung cấp và loại

ứng dụng, thông thường nó có thể mang lượng thông tin không lớn hơn 2 Kb - đủ để lưu trữ dữ liệu về món đồ đang nằm trong diện cần quản lý Các công ty đang nỗ lực tìm kiếm sử dụng các miếngThẻ đơn giản 96 bit các số thứ tự riêng, các vi chip đơn giản này chế tạo dễ và rẻ đồng thời tiện dụng hơn cho các ứng dụng ở nơi các món hàng cần phải đóng gói

2.1.2.2 Tần số hoạt động :

Tần số hoạt động là tần số điện từ thẻ dùng để giao tiếp hoặc thu được năng lượng Các thẻ và đầu đọc phải được chỉnh về cùng một tần số để liên lạc với nhau vì vậycần phải chọn tần số đúng cho các ứng dụng cần triển khai Phổ điện từ mà RFID thường hoạt động là tần số thấp (LF), tần số cao (HF), siêu cao tần (UHF) và vi sóng

(Microwave) Các tần số khác nhau có đặc tính khác nhau nên thích hợp với các ứng dụng khác nhau Ví dụ như thẻ làm việc ở tần số thấp thích hợp cho việc nhận dạng các đối tượng phi kim và đối tượng chứa nhiều nước (hoa qua tươi, ) nhưng khoảng cách có thể nhận dạng lại ngắn Còn thẻ hoạt động ở tần số cao thì thích hợp với việc nhận dạng đối tượng bằng kim loại (bao gói,…) và các món đồ chứa nhiều nước với khoảng cách nhận dạng lớn hơn Đối với thẻ ở tần số siêu cao thì có thể chuyển dữ liệu nhanh hơn ở tần số cao và thấp (nhưng cần công suất lớn hơn và khả năng truyền qua kim loại

thấp hơn ),…

Bảng2.1 - Khoảng tần số RFID

Vì hệ thống RFID truyền đi bằng sóng điện từ, chúng cũng được điều chỉnh như thiết bị radio.Hệ thống RFID không được gây cản trở các thiết bị khác, bảo vệ các ứngdụng như radio cho các dịch vụ khẩn cấp hoặc truyền hình

Trong hoạt động, tần số RFID thực tế bị giới hạn bởi những mức tần số nằm bên phần Industrial Scientific Medical (ISM)

Tần số thấp hơn 135kHz không phải là tần số ISM,

nhưng trong khoảng này hệ thống RFID dùng nguồn năng lượng từ trường và

hoạt động ở khoảng cách ngắn vì vậy nhiễu phát ra ít hơn tại tần số khác

Hiện nay thế giới chưa có thống nhất được chuẩn chung cho tần số RFID Phần lớn các nước ấn định vùng tần số vô tuyến 125 kHz hoặc 134Khz cho các hệ thốngRFID ởtần số thấp, 13.56 MHz cho tần số cao Nhưng hệ thống UHF RFID mới ra đời giữa thập kỉ 90 và các nước không đồng ý dùng vùng riêng của phổ UHF cho RFID nênở châu Âu thì sử dụng tần số 868 MHz trong khi Mỹ thì sử dụng 915 MHz, còn Nhật đang tìm kiếm để mở băng tần 960 MHz,…

2.1.2.3 Khoảng đọc của thẻ :

Khoảng đọc của các RFID Thẻ thu động phụ thuộc rất nhiều tham số như : tần số làm việc, công suất bộ đọc, can nhiễu từ các thiết bị vô tuyến khác, Thông thường các việc ở tần số thấp đọc được trong khoảng cách 50cm hoặc ngắn hơn thế Các thẻ làm việc ở tần số cao đọc được từ khoảng cách 3m và các thẻ ở dải tần UHF đọc được

từ 9m Ở những nơi cần đọc ở khoảng cách dài hơn ví dụ như phải đeo bám các toa xelửa cần sử dụng các thẻ tích cực có nguồn riêng, khoảng cách đọc có thể đến 100 m hoặc xa hơn thế nữa

Bảng 2.2- Khoảng đọc RFID

2.1.3 Các thuộc tính và đặc điểm của thẻ :

Các thẻ có 2 hoạt động cơ bản là :

▪Gắnthẻ:bất kìthẻnào cũng được gắn lên item theo nhiều cách

▪ Đọc thẻ:thẻ RFID phải có khả năng giao tiếp thông tin qua sóng radio theo nhiều

Cách

Nhiềuthẻcòn có một hoặc nhiều thuộc tính hoặc đặc điểm sau:

▪ Kill/disable: Nhiều thẻ cho phép bộ đọc ra lệnh cho nó ngưng các chức năng

Sau khi thẻ nhận chính xác “kill code”,thẻsẽ không đáp ứng lại bộ đọc

▪ Ghi một lần (write once): Với thẻ được sản xuất có dữ liệu cố định thì các dữ

liệu này được thiết lập tại nhà máy, nhưng với thẻ ghi một lần dữ liệu của thẻ có thể được thiết lập một lần bởi người dùng sau đó dữ liệu này không thể thay đổi

▪ Ghi nhiều lần(write many):nhiều kiểuthẻcó thể được ghi dữ liệu nhiều lần

▪ Anti-collision : Khi nhiều thẻ đặt cạnh nhau, bộ đọc sẽ gặp khó khăn để nhận

biết khi

nào đáp ứng của một thẻ kết thúc và khi nào bắt đầu một đáp ứng khác

Vớithẻ anticollision sẽ nhận biết được thời gian đáp ứng đến bộ đọc

▪ Mã hóa và bảo mật (Security and encryption): Nhiều thẻ có thể tham gia vào

các giao tiếp có mật mã, khi đó thẻ chỉ đáp ứng lại bộ đọc chỉ khi cung cấp đúng password

Một số đặc điểmvật lý :

Thẻ RFID mang dữ liệu được gắn lên sản phẩm có hình dạng và kích thước khác nhau và đặt trong những môi trường làm việc khác nhau Càng ngày hình dạng của thẻ ngày càng phong phú, kích thước ngày càng được thu nhỏ để tiện lợi cho các mục đích

sử dụng khác nhau Dưới đây là một số dạngthẻ:

▪ Thẻ hình cúc áo hoặc đĩa làm bằng PVC, nhựa thông thường có một lỗ ở giữa để móc Thẻnày bền và có thể sử dụng lại được

▪Thẻ nhỏ gắn vào các sản phẩm như: quần áo, đồng hồ, đồ trang sức Những thẻ này cóhình dạng chìa khóa và chuỗi khóa

▪ThẻRFID có hình dạng như thẻ tín dụng còn gọi là các thẻ thông minh không tiếp xúc

▪Thẻtrong hộp thủytinh có thể hoạt động trong các môi trường ăn mòn hoặc trong chấtlỏng

▪Thẻ có dạng nhãn dán được có thể được dán lên quần áo, sách (thư viện), hành lý,…

▪Các dạngthẻđượccấy trên cơ thể người, động vật.

Với công nghệ ngày càng phát triển, các nhà sản xuất đã thu gọn kích thước của thẻ đến mức bất ngờ, loại thẻ nhỏ nhất hiện nay là loại thẻ bột có kích thước chỉ 0.05 x0.05 mm (củaHitachisản xuất )

2.1.4 Phân loại thẻ :

Tất cả các thẻ đều có các điểm chung, phân loại thẻ giúp dễ dàng tìm hiểu về cách thức làm việc của thẻ Có nhiều cách phân loại thẻ : dựa trên nguồn cung cấp, các đặcđiểm vật lý, các giao diện không khí“air interface” (cách mà chúng giao tiếp được với

bộ đọc), khả năng lưu trữ và xử lý thông tin,…

Sau đây là phương pháp phương pháp phân loại thẻ thường được sử dụng đó là dựa theo nguồn năng lượng cung cấp chothẻ:

Đối với loại thẻ này, khi thẻ và đầu đọc truyền thông với nhau thì đầu đọc luôn truyền trước rồi mới đến thẻ Cho nên bắt buộc phải có đầu đọc để thẻ có thể truyền

dữ liệu của nó

Hình 6: Hoạt động củathẻthụ động

Thẻ thụ động có cấu trúc đơn giản và không có các thành phần động Thẻ như thế

có một thời gian sống dài và thường có sức chịu đựng với điều kiện môi trường khắc nghiệt Chẳng hạn, một sốthẻthụ động có thể chịu đựng các hóa chất gặm mòn như acid, nhiệt độ lên tới 400°F (xấp xỉ 204°C)và nhiệt độ caohơn nữa Ngoài ra,thẻ thụ động nhỏ hơn và cũng rẻ hơn thẻ tích cực hoặc thẻ bán tích cực(vì không có bộ nguồn cung cấp gắn liền trên mạch) và nó còn có nhiều phạm vi đọc, ít hơn 1 inch đến khoảng 30 feet (xấp xỉ 9 m).Chính vì thế nên phần lớnthẻRFID hiện nay làthẻthụ động

Thẻthụ động bao gồm những thành phần chính sau: anten và vi mạch (microchip)

Hình 7: Các thành phần củathẻ thụ động

a Vi mạch:

Hình 8: -Các thành phần của vi mạch

Trong đó:

▪ Bộ chỉnh lưu (power control/rectifier) : chuyển nguồn AC từ tín hiệu

anten của đầu đọc thành nguồn DC Nó cung cấp nguồn đến các thành phần khác của vi mạch

▪ Máy tách xung (Clock extractor) : rút tín hiệu xung từ tín hiệu anten của đầu đọc

▪ Bộ điều chế (Modulator) :

điều chỉnh tín hiệu nhận được từ đầu đọc Đáp

ứng của thẻ

được gắn trong tín hiệu đãđiều chế, sau đó nó được truyền trở lạiđầu đọc

▪ Đơn vị luận lý (Logic unit) :

chịu trách nhiệm cung cấp giao thức truyền giữa

thẻ và đầu đọc

▪ Bộ nhớ vi mạch (memory) : được dùng 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 (đọchoặc ghi) vào bộ nhớ riêng của một vi mạch của thẻ Một block nhớ của thẻ có thể giữ nhiều loại dữliệu khác nhau, ví dụ như một phần của dữ liệu nhận dạng đối tượng

được gắnthẻ,các bit checksum (chẳng hạn kiểm tra lỗi CRC) kiểm tra độ chính xác của dữ liệu được truyềnv.v…

Sự tiến bộ của kỹ thuật cho phép kích thước của vi mạch nhỏ đến mức nhỏ hơnhạt cát Tuy nhiên, kích cỡ của thẻ không được xác định bởi kích thước vi mạch của nó

mà bởichiều dài anten của nó

b Anten:

Anten củathẻđược dùng để lấy năng lượng từ tín hiệu củađầu đọcđể làm tăng sinh lực cho thẻ hoạt động, gửi hoặc nhận dữ liệu từ đầu đọc Anten này được gắn vào vi mạch Antenlà trung tâm đối với hoạt động của thẻ Có thể có nhiều dạng anten, nhất là với tần số UHF, chiều dài anten tươngứng với

bước sóng hoạt động củathẻ Một anten lưỡng cực bao gồm một dây dẫn điện (chẳng hạn đồng) mà nó bị ngắt ở trung tâm Chiềudài tổng cộng của một antenlưỡng cực bằng nửa bước sóng tần số được dùng nhằm tốiưu nănglượng truyền

từ tín hiệu anten củađầu đọc đếnthẻ.Một anten lưỡng cực bao gồm hai cực,có thể giảm được độ nhạy chuẩn trực củathẻ

(thẻ’s alignment sensitivity).Đầu đọccó thể đọc thẻnàyở nhiều hướng khác nhau Folded dipole bao gồm hai hoặc nhiều dây dẫn điện được nối song song nhau và mỗi dây bằng nửa chiều dài bước sóng của tần số được dùng Khi hai dây dẫn được cuộn vào nhau thì folded dipole được gọi là 2-wire folded dipole.Loại 3-wire folded dipole bao gồm ba dây dẫn điện được nối sóng song nhau

o Hướng cố định củathẻđối vớiđầu đọc

o Hướng tùy ý củathẻđối vớiđầu đọc

o Loại sản phẩm riêng biệt

o Vận tốc của đối tượng được gắnthẻ

o Độ phân cực anten củađầu đọc

2.1.4.2 Thẻ tích cực :

Thẻ tích cực có nguồn cung cấp bên trong (chẳng hạn một bộ pin hoặc có thể

là những nguồn năng lượng khác như sử dụng nguồn năng lượng mặt trời) vàđiện tử học để thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng Chúng có tầm hoạt độngrộng hơn và bộ nhớ nhiều hơn do đó có khả năng lưu trữ thông tin từ các bộphát đáp

Thẻtích cực bao gồm các thành phần chính sau:

∙ Vi mạch (microchip)

∙ Anten

∙ Nguồn cung cấp bên trong

∙ Điện tử học bên trong

Hai thành phần đầu tiên đã được mô tả ở trên Sau đây, hai thành phần nguồn

và điện tử học :

a Nguồn cung cấp bên trong :

Tất cả các thẻ tích cực đều mang một nguồn năng lượng bên trong để cungcấp nguồn và truyền dữ liệu Nếu sử dụng bộ pin thì thẻ tích cực thường kéodài tuổi thọ từ 2 đến 7 nămtùy thuộc vào thời gian sống của bộ pin Một trongnhững nhân tố quyết định thời gian sống của bộ pin là tốc độ truyền dữ liệu củathẻ Nếu khoảng cách đó càng rộng thì bộ pin càng tồn tại lâu và vì thế thờigian sống củathẻcũng dài hơn Chẳng hạn, thẻ tích cực truyền mỗi lần vài giây.Nếu tăng thời gian này để thẻ có thể truyền mỗi lần vài phút hoặc vài giờ thìthời gian sống của bộ pin được kéo dài Cảm biến và bộ xử lý bên trong sửdụng nguồn nănglượng có thể làm giảm thời gian sống của bộ pin Khi bộ pintrong thẻ tích cực hoàn toàn phóng điện thì thẻ ngừng truyền thông điệp Đầuđọcđang đọc những thông điệp này không biết bộ pin củathẻcó bị chết hay làsản phẩm được gắn thẻ biến mất khỏi phạm vi đọc của nó trừ khi thẻ truyềntình trạng

pinchođầu đọcnày

b 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 cáctham số động nào đó, hoặc hoạt động như một cảm biến, v.v… Thành phần nàycũng 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 đượcgắn vào Nói cách khác thì phạm vi làm việc của thành phần này hầu như vôhạn Vì vậy khả năng làm việc và kích thước của thành phần

này tăng thì thẻ cũng tăng kích thước Có thể tăng kích thước với điều kiện là

nó có thể được triển khai (nghĩa là được gắn đúng cách vào đối tượng cần đượcgắn thẻ)

Hình 10: Cấu tạothẻtích cực và bán tích cực

2.1.4.3 Thẻ bán tích cực :

Thẻbán tích cực cónguồn cung cấpbên trong (chẳng hạn là bộ pin) và điện tửhọc bên trong để thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng Nguồn bên trong cung cấp năng lượng cho thẻ hoạt động Tuy nhiên trong quá trình truyền dữ liệu, thẻ bán tích cực sử dụng nguồn từ đầu đọc Thẻ bán tích cực được gọi là

thẻ có hỗ trợ pin (battery-assisted thẻ) Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và đầu đọc thì đầu đọc luôn

truyền trước rồi đếnthẻ Ưu điểm của thẻ bán tích cực so với thẻ thụ động là thẻbán tích cực không sử dụng tín hiệu của đầu đọc 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 năng lượng lực cho thẻ bán tích cực, thẻ có thể nằm trong phạm vi đọc của đầu đọc 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 dữliệu không thànhcông)

Phạm vi đọc của thẻ bán tích cực có thể lên đến 100 feet (xấp xỉ 30.5 m) với điều kiện lý tưởng bằng cách sử dụng mô hình tán xạ đã được điều chế

(modulated back scatter)trongUHF và sóng vi ba

❖ ThẻRO :

Thẻ Read Only (RO) có thể được lập trình (tức là ghi dữ liệu lên thẻ RO) chỉ một lần Dữ liệu có thể được lưu vàothẻtạitrong lúc sản xuất.Việc này được thực hiện như sau: các fuse riêng lẻ trên vi mạch của thẻ được lưu cố định bằngcách 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 (lập trình tại nhà máy) 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 ứngdụng nhỏ màkhông thực tế đối với quy mô sản xuất lớn hoặc khi dữ liệu củathẻ cần được làm theo yêu cầu của khách hàng dựa trên ứng dụng Loại thẻ này được sử dụng trong các ứng dụng kinh doanh và hàng không nhỏ

❖ ThẻWORM :

Thẻ Write Once, Read Many (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(lập trình theo trường) Loại thẻ này có giá cả và hiệu suất tốt, có an toàn dữ liệu và là loại thẻ phổ biếnnhất trong lĩnh vực kinh doanh ngày nay

❖ ThẻRW :

Thẻ RW có thể ghi dữ liệu được nhiều lần, khoảng từ 10.000 đến 100.000 lầnhoặc có thể hơn nữa Việc này đem lại lợi ích rất lớn vì dữ liệu có thể được ghi bởi đầu đọc 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 (có thể lập trình

lại) 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 côngnghệthẻphát triển thì chi phíthẻgiảm xuống

Một số kiểuthẻkhác :

❖ThẻSAW ( Surface Acoustic Wave) :

Thẻ SAW hoạt động tại tần số vi sóng như thẻ tán xạ ngược và không có bộ

vi xử lý.Thẻ SAW có thể mã hóa thông số tại thời điểm sản xuất Anten bên tráiở bên của bộnhận xung vi sóng từ bộ đọc và cấp cho nó bộ chuyển đổi cảm biến xen kẽ (khối ở phía bên trái) Bộ chuyển đổi bao gồm một điện áp sẽ rung khi nó nhận được xung vi sóng Những rung động này tạo ra sóng âm di

chuyển qua thẻ tác động với các miếng phản xạ (bên phải).ThẻSAW hoạt động

ở chế độ giao tiếp SEQ Thẻ SAW khác với các thẻ dựa trên vi mạch.Thẻ SAWbắt đầu xuất hiện trên thị trường và có thể được sử dụng rộng rãi trong tương lai Hiện tại thì thiết bị SAW được sử dụng trong các mạng điện thoại tế bào, tivi màu, v.v… Thẻ SAW sử dụng sóng RF năng lượng thấp hoạt động trong băng tần ISM 2.45 GHz Không giống như các thẻ dựa trên vi mạch,thẻ SAW không cần nguồn DC để tiếp sinh lực hoạt động cho nó truyền dữ liệu Sau đây

là hình trình bày cách hoạt động của loại thẻ này

❖Thẻ Non-RFID

Khái niệm gắnthẻvà truyềnvô tuyến ID duy nhất của nó đếnđầu đọckhông phải là vùng sóng dành riêng Có thể sử dụng các loại truyền vô tuyến khác chomục đích này Chẳng hạn có thể sử dụng sóng siêu âm hoặc sóng hồng ngoại đối với việc truyền thông giữathẻvớiđầu đọc Việc truyền siêu âm có ưu điểm

là không gây ra nhiễu với thiết bị điện hiện có và không thể xuyên qua tường

Vì thế những hệ thống gắn thẻ siêu âm có thể được triển khai trong bệnh viện

mà nơi đó kỹ thuật như thế này có thể cùng tồn tại với thiết bị y tế hiện có Thêm nữa là đầu đọc siêu âm và thẻ phải nằm trong cùng phòng đầu đọc đọc được dữ liệu củathẻ Điều này giúp dễ kiểm soát tài sản.Thẻ hồng ngoại sử dụng ánh sáng để truyền dữ liệu đến đầu đọc Vì ánh sáng không thể xuyên quatường nên thẻ và đầu đọc hồng ngoại phải đặt trong cùng phòng để truyền với nhau Nếu có vật cản nguồn sáng của thẻ thì thẻ không còn truyền với đầu đọcnữa (đây là mộtnhược điểm)

❖Thẻmột bit EAS:

Thẻ giám sát điện tử (Electronic Article Surveillance EAS) là loại thẻ tiêu biểu cho mục đích chống trộm Sách thư viện hay các băng video cho thuê có thể gắn các thẻ EAS theo dạng mỏng hoặc nhãn Thậm chí nhiềuthẻ được thiết

kế để có thể làm hỏng sản phẩm nếu sản phẩm bị di chuyển trái phép hoặc bị trộm

ThẻEAS cònđược gọi làthẻ “1 bit vì chúng có thể truyền thông tin theo một bit Với 1 bit thì chỉ biết có sự hiện diện của thẻ hay không Nếu phát hiện thẻ thì trả lời “1” hoặc “Yes” Ngược lại sẽ là “0” hoặc “No”.thẻEAS là loạithẻđơn giản nhất và giá rẻ

ThẻEAS không có vi chip và bộ nhớ lưu trữ, là loạithẻthụ động dùng kiểu điều chế thích hợp cho nhừng kiểu bộ ghép và tạo ra các kí hiệu đặc biệt để bộ đọc nhận biết được tán xạ ngược.thẻEAS tạo ra đáp ứng theo nhiều kiểu khác nhau