Hệ thống cửa thông minh sds smart door system dựa trên công nghệ RFID

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 đán

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THAM GIA XÉT GIẢI THƯỞNG "TÀI NĂNG KHOA HỌC TRẺ VIỆT NAM"

NĂM 2014 DÀNH CHO SINH VIÊN

HỆ THỐNG CỬA THÔNG MINH SDS

( SMART DOOR SYSTEM ) DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ RFID

Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ 1 (KT1)

TP Hồ Chí Minh , Tháng 5 năm 2014

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID 1

1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống RFID 1

1.2 Phân loại các hệ thống nhận dạng 2

1.2.1 Hệ thống nhận dạng bằng mã vạch (Barcode system) 2

1.2.2 Nhận dạng bằng công nghệ sinh trắc học 2

1.2.3 Hệ thống RFID (Radio Frequency Identification) 3

1.3 Hệ thống RFID ( Radio Frequency Identification ) 4

1.3.1 Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID. 4

1.3.2 Tần số hoạt động của hệ thống 6

1.3.3 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống RFID. 9

1.3.4 Các ứng dụng của hệ thống RFID 10

CHƯƠNG 2: ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG RFID 14

2.1 Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID 14

2.2 Thẻ RFID. 14

2.2.1 Giới thiệu tổng quát thẻ RFID 14

2.2.2 Phân loại thẻ RFID 16

2.3 Đầu đọc (Reader) 20

2.4 Sự mã hóa (coding) và sự điều biến (modulation) 22

2.5 Các hệ thống RFID cơ bản 25

2.5.1 Transponder 1 bit 26

2.5.2 Hệ thống song công và bán song công 27

2.5.3 Hệ thống tuần tự 28

CHƯƠNG 3: : HỆ THỐNG CỬA THÔNG MINH SDS (SMART DOOR SYSTEM ) DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ RFID 30

3.1 Giới thiệu chung về hệ thống cửa thông minh 30

3.2.1 Các yêu cầu cần đảm bảo 31

3.2.2 Phân tích các yêu cầu thiết kế 32

3.3 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của bộ SMARTDOOR 33

3.3.1 Sơ đồ khối 33

3.3.2 Nguyên lý hoạt động của bộ SMARTDOOR 34

3.3.3 Cấu trúc phần mềm quản lí hệ thống cửa thông minh 36

3.3.4 Các chức năng quản lí của SMARTDOOR 39

3.4 Mô hình thực tế tự thiết kế 40

3.4.1 Sơ đồ hệ thống 40

3.4.2 Lưu đồ giải thuật 41

3.4.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 42

3.4.4 Một số chi tiết về thành phần chính của hệ thống 42

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ - ĐÁNH GIÁ 47

4.1 Kết quả 47

4.2 Hướng phát triển 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

Hình 1.1 Barcode 2

Hình 1.2 Bảng so sánh một số hệ thống nhận dạng 4

Hình 1.3 Các tag 4

Hình 1.4 Reader 5

Hình 1.5 Sơ đồ 2 hệ thống RFID 6

Hình 2.1 Transponder và Reader là hai thành phần chính của hệ thống RFID 14

Hình 2.2 Một số loại Transponder tiêu biểu 15

Hình 2.3 Tương tác giữa Application-Reader và Reader-Transponder (mô hình Master-Slave) 20

Hình 2.4 Các khối chức năng của một bộ đọc 20

Hình 2.5 Cấu trúc của giao diện HF 21

Hình 2.6 Sơ đồ phần phần HF của chip reader em 4095 21

Hình 2.7 Dữ liệu và dòng dữ liệu trong hệ thống truyền thông số 22

Hình 2.8 Mã NRZ 23

Hình 2.9 Mã Manchester 23

Hình 2.10 Mã RZ đơn cực 24

Hình 2.11 Mã DBP 24

Hình 2.12 Mã Miller coding 24

Hình 2.13 Mã Miller coding (dạng biến thể) 25

Hình 2.14 Các hệ thống RFID khác nhau 26

Hình 2.15 Truyền dữ liệu trong hệ thống song công,bán song công và tuần tự 28

Hình 3.1 Sơ đồ Smart Door System 30

Hình 3.2 Sơ đồ khổi phần cứng SMARTDOOR 33

Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán hoạt động quá trình đọc 36

Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống 40

Hình 3.5 Mạch nguyên lý 43

Tổng quan tình hình nguyên cứu:

Kỹ thuật RFID ngày càng được nhiều người biết đến trong những thập niên 60 và 70, bắt đầu xuất hiện nhiều hơn ứng dụng này trong nhiều mặt của cuộc sống Kỹ 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 Mỹ hay đánh dấu đàn gia súc ở Châu Âu Hệ thống RFID 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

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

Lý do chọn đề tài: Muốn ứng dụng công nghệ RFID vào cuộc sống thực tiễn

hiện nay Nhằm đáp ứng nhu cầu của các nhà quản lý nhân sự,an ninh,…

Mục tiêu: Tạo ra một hệ thống cửa thông minh dựa trên công nghệ RFID Phương pháp nguyên cứu:

- Tìm hiểu những tài liệu và thiết kế có sẵn trong và ngoài nước

- Ứng dụng công nghệ RFID vào hệ thống

- Thiết kế bo mạch dùng vi điều khiển

- Kết hợp các phần mềm giao tiếp với máy tính : visual basic,…

Đối tượng và pham vi nguyên cứu:

- Công nghệ RFID

- Hệ thống cửa tại các công ty

- Dữ liệu trong quản lý nhân sự

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID

1.1 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 trữ thấp, 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 trong hệ thống RFID sẽ linh hoạt hơn

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

1.2 Phân loại các hệ thống nhận dạng

1.2.1 Hệ thống nhận dạng bằng mã vạch (Barcode system)

Mã vạch là một chuỗi mã nhị phân gồm có các vạch và các khoảng trố được sắp xếp song song Chúng được sắp xếp theo mẫu định trước và tương ứng với dữ liệu cơ sở

Dãy các chữ số tạo nên các mã vạch và các khoảng trống lớn nhỏ khác nhau Mã vạch được đọc bởi các thiết bị quang học dựa trên phản xạ của tia laze từ các vạch đen và các khoảng trắng Các mã vạch là tương tự nhau nhưng chúng lại khác nhau về cách sắp xếp và định nghĩa sẵn của người chế tạo

Nội dung mã vạch là các thông tin về sản phẩm được định nghĩa sẵn như: tên nhà sản xuất, nước sản xuất, vị trí để, tiêu chuẩn, thông tin về kích thước sản phẩm, nơi kiểm tra…

Hình 1.1: Barcode

1.2.2 Nhận dạng bằng công nghệ sinh trắc học

Hệ thống nhận dạng trên thì thuật ngữ sinh trắc học là chỉ chung cho tất

cả các thủ tục để nhận dạng con người bằng cách so sánh các đặc điểm đặc trưng nhất của mỗi người Thông thường như: dấu vân tay, giọng nói, khuôn mặt, hình dáng , võng mạc mắt, thân nhiệt và thậm chí nhịp đập tim…

Ví dụ nhận dạng dấu vân tay:

Dấu vân tay là một dạng nhận dạng phổ biến nhất được sử dụng và áp dụng trong khoa học hình sự để tìm ra tội phạm thông qua dấu vân tay để lại hiện trường

Về mặt công nghiệp thì dấu vân tay cũng được sử dụng nhận dạng con người trong quản lý vào ra Nguyên lý của hệ thống là dùng các photodiode truyền các tia hồng ngoại tới các ngón tay đặt trên đầu đọc và chúng được hấp thụ bởi hồng cầu trong máu Vùng bị hấp thụ trở thành vùng tối trong hình ảnh và được chụp lại bằng camera sau đó được quét lên máy tính và truy xuất

dữ liệu trong bộ nhớ để tìm được đối tượng cần tìm

1.2.3 Hệ thống RFID (Radio Frequency Identification)

Tên thông dụng của công nghệ này là RFID (Radio Frequency Identification) Thẻ RFID là những tấm thẻ plastic có gắn các microchip bé chỉ bằng một nửa hạt cát Chúng bắt được các tín hiệu sóng radio và đáp ứng bằng cách phát ra mã số nhận diện tương ứng Hầu như tất cả các thẻ RFID không dùng nguồn pin để cung cấp năng lượng hoạt động mà sử dụng năng

lượng từ sóng radio kích hoạt để hoạt động

Đây là loại phương tiện để nhận diện người hoặc vật qua việc truyền sóng vô tuyến Hệ thống thu dữ liệu nhận diện tự động không dây này rất chú trọng đến việc đọc và ghi thông tin mà không cần tiếp xúc và là một lọai công nghệ rất hiệu quả trong môi trường sản xuất cũng như các môi trường không thân thiện khác khi mã vạch không còn phát huy tác dụng được nữa

Hình 1.2: Bảng so sánh một số hệ thống nhận dạng

1.3 Hệ thống RFID ( Radio Frequency Identification )

1.3.1 Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID

Một hệ thống RFID gồm các bộ phận:

- Thẻ RFID (transponder/tag) : Đây là bộ phận quan trọng cấu thành lên

hệ thống RFID và được sử dụng trong tất cả các hệ thống RFID

Hình 1.3: Các tag

- Bộ đoc (Reader): Cùng với thẻ thì nó cũng là bộ phận không thể

thiếu trong hệ thống RFID

Hình 1.4: Reader

- Reader Angten : Là thành phần bắt buộc Một vài reader hiện hành

ngày nay cũng đã có sẵn anten

- Mạch điều khiển (Controller): Là thành phần bắt buộc Tuy nhiên,

hầu hết các reader mới đều có thành phần này gắn liền với chúng

- Cảm biến (sensor), cơ cấu truyền động đầu từ (actuator) và bảng

tín hiệu điện báo (annunciator): Những thành phần này hỗ trợ nhập và

xuất của hệ thống

- Máy chủ và hệ thống phần mềm: 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: là thành phần bắt buộc, nó là một tập gồm

cả hai 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

thống RFID sử dụng rất nhiều tần số khác nhau Nhưng theo thực tiễn thì phạm vi tần số thông dụng nhất, đó là:

- Tần số thấp ( LF ) ( khoảng 100kHz – 150 kHz )

- Tần số cao ( HF ) ( 10 – 15 MHz )

- Siêu cao tần ( UHF ) ( 850 – 950 MHz )

Với những tần số khác nhau thi sẽ thích hợp với những ứng dụng khác nhau

1.3.2.2 Ứng dụng của hệ thống RFID trong mỗi dải tần số khác nhau:

Các tần số khác nhau có các đặc tính cũng như sự tương thích khác nhau cho nên nó phù hợp với một số lĩnh vực ứng dụng riêng

Ví dụ:

Ở tần số thấp các thẻ sử dụng công suất ít hơn và có khả năng xuyên qua phi kim tốt hơn, nhưng chúng có nhược điểm là phạm vi đọc thẻ ngắn thường dưới 0.5m

Các thẻ làm việc ở tần số cao thì có khả năng đi qua được những vật thể làm bằng kim loại, nhưng phạm vi đọc của chúng cũng chỉ khoảng 1m

Các tấn số cao tần UHF có phạm vi đọc tốt hơn cũng như có thể truyền

dữ liệu nhanh và xa hơn so với tần thấp và tần cao (LF và HF ), nhưng chúng cần có công suất lớn hơn và khả năng xuyên qua kim loại kém Vì vậy giữa đầu đọc và thẻ phải không có vật cản

Băng tần và các ứng dụng tương ứng của RFID:

Khoảng cách đọc

từ ngắn đến trung bình

Không đắt

Điều khiển truy nhập

Khoảng cách đọc

từ ngắn đến trung bình

Không qua đắt

Điều khiển truy nhập

850-

950mHz

Khoảng cách đọc lớn

Tốc độ đọc nhanh

Yêu cầu tầm nhìn thẳng

nhận dạng và điều khiển vào

ra của xe cộ

Kiểm kê hàng hóa trước khi vào kho

2.4-

2.8gHz

Khoảng cách đọc lớn

Tốc độ đọc nhanh

Yêu cầu tầm nhìn thẳng

nhận dạng và điều khiển sự vào ra của xe cộ

1.3.3 Ƣu điểm và nhƣợc điểm của hệ thống RFID.

1.3.3.1 Ƣu điểm:

Hệ thống RFID có những tiện lơi mang lại như :

- Không phụ thuộc vào con người các hoạt động đều được tự động

- Phạm vi hoạt động lớn có thể đến vài chục mét

- Vật có thể chuyển động nhưng vẫn có thể xác định được vật và đọc/ghi lên thẻ nếu nó mang thẻ RFID

- Có thể đọc/ghi thẻ không cần tiếp xúc, trong hộp kín(trừ kim loại)

- Có thẻ chèn thêm hoặc xóa thông tin và ghi thông tin mới lên

- Có thể sử dụng được ở nhiều vị trí cũng như môi trường

- Các thẻ được nhận dạng không cần trong tầm nhìn thẳng

- Có thể sử dụng kết hợp với các hệ thống nhận dạng khác như mã vạch để

bù trừ, hoàn thiện lẫn nhau

- Có thể chống làm giả, chịu được bụi bẩn và sử dụng trong môi trường có nhiệt độ cao

- Kết hợp tốt với các phần mềm ở đầu cuối với sự cung cấp đảm bảo thời gian thực

- Ưu điểm cơ bản của RFID là an toàn, chính xác và độ tin cậy cao Thẻ RFID có thể được đọc hoặc ghi trong khoảng cách vài feet (1 feet= 0,3048 m) dù trong trạng thái động hay ở bất cứ hướng nào, bất chấp bụi bẩn, xuyên giữa các loại vật liệu như giấy, nhựa, bìa cát tông hay

gỗ Có lẽ điều rất quan trọng là nhiều thẻ RFID có thể được đọc hoặc ghi tự động cùng một lúc, trong khi mã vạch phải dùng đầu đọc đọc từng chiếc một

- Thẻ RFID có thể bao gồm chức năng chống trộm như những chiếc thẻ chống trộm điện từ truyền thống và yếu tố an ninh của chúng có thể được trang bị tự động ngay

- Và cuối cùng thẻ RFID có thể cùng tồn tại với bất cứ cơ sở hạ tầng an ninh điện từ nào, chúng liên kết được ưu điểm của hệ thống an ninh sẵn có và

ưu điểm vượt trội của hệ thống RFID

1.3.3.2 Nhƣợc điểm :

- Giá cao: Nhược điểm chính của kỹ thuật RFID là giá cao Trong khi các đầu đọc và bộ cảm ứng được dùng để đọc thông tin,tag là giá cao so với mã vạch(0.6$/tag)

- Dễ bị ảnh hưởng gây tổn thương , nếu phủ vật liệu bảo vệ từ 2 đến 3 lớp kim loại thông thường để ngăn chặn tín hiệu radio

- Việc thủ tiêu các thẻ phô ra: các thẻ RFID được dán bên trong bao bì

và được phô ra dễ thủ tiêu Điều này có nghĩa là sẽ có nhiều vấn đề khi người sử dụng biết rõ hơn về vai trò của thẻ

- Đụng độ đầu đọc: Tín hiệu từ một đầu đọc có thể giao tiếp với tín hiệu

từ nơi khác mà nơi đó tin tức chồng chéo nhau Điều này được gọi là đụng độ đầu đọc Một phương pháp tránh vấn đề là sử dụng một kỹ thuật được gọi là phân chia thời gian đa truy cập (TDTM)

- Các vấn đề đầu đọc, bộ cảm ứng cổng exit: trong khi các đầu đọc phạm vi ngắn được sử dụng cho việc thanh toán tiền và việc kiểm kê xuất hiện để đọc các thẻ

- 100 % thời gian, hiệu suất của bộ cảm ứng cổng exit thì khó giải quyết hơn Chúng luôn luôn không đọc thẻ quá hai lần khoảng cách của các đầu đọc khác Không có thư viện thực hiện một việc kiểm kê trước

và sau để xác định tỉ lệ mất mát khi RFID sử dụng cho việc bảo đảm an toàn

- Đụng độ thẻ

- Thiếu chuẩn

Tuy nhiên ta vẫn có thể khắc phục tốt các nhược điểm này

1.3.4 Các ứng dụng của hệ thống RFID

1.3.4.1 Trong công nghiệp:

RFID rất thích hợp cho việc xác định sản phẩm có giá trị đơn vị cao thôngqua quá trình lắp ráp chặt chẽ Hệ thống RFID rất bền vững trong môi trường thời tiết khắc nghiệt nên thích hợp để định danh các vật chứa, lưu giữ sản

phẩm lâu dài như container, cần cẩu, xe kéo v.v… Một mặt, các thẻ RFID cho phép xác định sản phẩm mà nó được gắn vào (Ví dụ: part number, serial number, trong hệ thống đọc/ghi, hướng dẫn quy trình lắp ráp sản phẩm phNm) Mặt khác, thông tin đầu vào được nhập bằng tay (hoặc bằng các đầu đọc mã vạch) cho phép

hệ thống điều khiển/kiểm soát Sau đó những thông tin này có thể được truy xuất bởi các đầu đọc RFID

1.3.4.2 Trong vận chuyển,phân phối và lưu thông:

Hệ thống RFID phù hợp nhất với phương thức vận tải đường ray Các thẻ có thể nhận dạng toàn bộ 12 ký tự theo chuẩn công nghiệp cho phép xác định loại xe/toa hàng, chủ sở hữu, số xe Các thẻ này được gắn vào gầm xe, toa hàng; Các ăng-ten được cài đặt ở giữa hoặc bên cạnh đường ray vận chuyển, các đầu đọc và các thiết bị hiển thị được lắp trong vòng khoảng 40 đến 100 feet dọc theo đường ray cùng các thiết bị viễn thông và thiết bị kiểm soát khác, do vậy có thể kiểm soát được các toa hàng trên ray Mục đích chính trong các ứng dụng vận chuyển theo ray là cải tiến kích thước và tốc độ vận chuyển nhanh chóng cho phép giảm kích thước xe hàng hoặc giảm thiểu chi phí cho việc đầu tư các thiết bị mới.RFID còn được ứng dụng trong hệ thống thu phí cầu đường bộ hay cho phép các hãng hàng không kiểm soát hành

lý của hành khách

1.3.4.3 Trong kinh doanh bán lẻ:

RFID có thể thay thế kỹ thuật mã vạch hiện nay, vì nó không chỉ có khả năng xác định nguồn gốc sản phẩm mà còn cho phép nhà cung cấp và đại

lý bán lẻ biết chính xác mặt hàng trên quầy và trong kho của họ Một số siêu thị lớn đã sử dụng các thẻ RFID mỏng dán lên hàng hóa thay cho mã vạch, giúp việc thanh toán nhanh chóng, dễ dàng hơn Nếu hàng hóa nào chưa thanh toán tiền đi qua cửa, máy nhận dạng vô tuyến RFID sẽ phát hiện ra và báo cho nhân viên an ninh Ngoài ra, các công ty bách hóa không còn phải lo kiểm

kho, không sợ giao nhầm hàng và thống kê số đầu sản phẩm đang kinh doanh của cả tổ hợp cửa hàng Hơn nữa họ còn có thể biết chính xác bên trong túi khách hàng vào, ra có những gì

1.3.4.4 Trong lĩnh vực an ninh:

RFID không đòi hỏi tầm nhìn giữa bộ thu phát và máy đọc, hệ thống này khắc phục được những hạn chế của các phương pháp nhận dạng tự động khác, ví dụ như mã vạch Điều này có nghĩa là hệ thống RFID có thể hoạt động hiệu quả trong các môi trường khắc nghiệt những nơi bụi bẩn, ẩm ướt quá mức hay có phạm vi quan sát bị hạn chế Một trong các lợi ích nổi bật của RFID là khả năng đọc trong các môi trường khắc nghiệt với tốc độ đáng chú ý: trong hầu hết các trường hợp thời gian phản ứng dưới 100 mili giây

1.3.4.5 Trong công tác quản lý bảo quản sản phẩm:

Việc quản lý sách tại thư viện hiện rất vất vả, việc tìm kiếm sách thủ công làm tốn thời gian và quản lý cũng chưa thực sự hiệu quả Nhờ công nghệ RFID, mỗi cuốn sách được gắn với một thẻ lưu thông tin về cuốn sách, mỗi khi cần tìm một cuốn sách nào đó, thay vì việc dò tìm phân loại từng cuốn sách, thủ thư chỉ việc dùng một đầu đọc có khả năng đọc các thẻ RFID từ xa

có thể giúp định vị cuốn sách cần tìm rất nhanh chóng, ngoài ra việc thống kế sách cuối ngày càng trở lên đơn giản Các hạt giống có giá trị, động vật thí nghiệm liên quan tới các dự án nghiên cứu lâu dài và chi phí cao, thịt và bơ sữa động vật, thú vật hoang dã và giống động vật quý hiếm, các loại

gen hiện nay vấn đề xác định tính duy nhất có thể được giải quyết thông qua ứng dụng các sáng kiến của công nghệ RFID

1.3.4.6 Trong quản lý nhân sự và chấm công:

Khi vào, ra công ty để bắt đầu hay kết thúc một ngày hoặc ca làm việc, nhân viên chỉ cần đưa thẻ của mình đến gần máy đọc thẻ (không phải nhét vào), ngay lập tức máy phát ra một tiếng bíp, dữ liệu vào, ra của nhân viên

đó đã được ghi nhận và lưu trữ trên máy chấm công Trong trường hợp nếu những nhân viên nghỉ việc, thẻ nhân viên sẽ được thu hồi và tái sử dụng mà không ảnh hưởng đến chất lượng thẻ Ưu điểm nổi bật của thẻ RFID so với thẻ

mã vạch (Barcode) hay thẻ mã từ (Mag.Stripe card) là thẻ RFID không bị trầy xước, mài mòn khi dùng Sử dụng thẻ chấm công loại cảm ứng, người phụ trách hệ thống sẽ lấy toàn bộ dữ liệu từ database của máy tính hoặc các máy đọc thẻ về, sau khi cập nhật dữ liệu sẽ có ngay báo cáo thống kê nhanh để ban giám đốc biết số lượng nhân viên đang có mặt, số nhân viên nghỉ hoặc biết được trình độ tay nghề từng nhân viên; nhân viên nào hết hạn hợp đồng lao động; bảo hiểm xã hội, bảo hiểm y tế

1.3.4.7 Trong y tế, giáo dục, vui chơi giải trí:

Công nghệ RFID có thể sử dụng cho người cũng như đồ vật Vì vậy, một số bệnh viện đang sử dụng vòng đeo tay RFID cho trẻ mới sinh và bệnh nhân cao tuổi mất trí Ngoài ra còn ứng dụng trong việc quản lý hồ sơ bệnh án Học sinh một trường đông học sinh ở Nhật dùng thẻ RFID để báo cho cha mẹ biết mình đã ra tới Các công viên giải trí ở Mỹ bán ra vé RFID sẽ bật-nháy báo cho khách biết đến lượt mình vào cuộc chơi

CHƯƠNG 2: ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG RFID

2.1 Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID

Một hệ thống RFID không thể thiếu 2 thành phần quan trọng cấu tạo nên là

- Thẻ RFID (Transponder )

- Đầu đọc (Reader)

Hình 2.1 : Transponder và Reader là hai thành phần chính của hệ thống RFID Thẻ RFID là thành phần luôn gắn lên đối tượng cần nhận dạng Nó

bao gồm một ăngten kết nối với đầu đọc và một vi mạch điện tử

Khi thẻ RFID không nằm trong phạm vi dò tìm của đầu đọc thì nó

không hoạt động mà chỉ hoạt động trong phạm vi đâu đọc

Đầu đọc là thành phần tự thiết kế và áp dụng vào tùy hoàn cảnh cũng

như vị trí có thể chỉ đọc và cũng có thể ghi/đọc tùy theo yêu cầu chế tạo

Đầu đọc thường bao gồm module thu phát sóng vô tuyến, có một khối điều khiển và ăngten dùng để kết nối Transponder Ngoài ra còn được tích hợp thêm RS232 và RS485 để truyền dữ liệu qua các hệ thống khác

2.2 Thẻ RFID

2.2.1 Giới thiệu tổng quát thẻ RFID

Thành phần của thẻ (tag) RFID bao gồm một anten dùng kết nối với đầu đọc và một con chip dùng để lưu trữ dữ liệu.Dữ liệu được đọc ghi thông qua một đầu đọc thẻ (đầu đọc RFID) mà không phụ thuộc vào hướng hay vị trí chỉ cần thẻ RFID nằm trong vùng phủ sóng (phạm vi của đầu đọc)

Hình 2.2 Một số loại Transponder tiêu biểu

Bộ nhớ chip trong thẻ RFID có thể chứa từ 96 đến 512 bit dữ liệu nhiều gấp 64 lần mã vạch Thông tin lưu trữ trên chip có thể thay đổi được bởi sự tương tác của bộ đọc Dung lượng lưu trữ cao có thể cho phép ta lưu trữ nhiều thông tin đa dạng cùng một lúc

Chíp trên thẻ được gắn kèm với một ăngten chuyển tín hiệu đến máy đọc và máy này chuyển đổi sóng điện từ từ thẻ RFID cung cấp sang một dạng

mã liên quan để xác định thông tin và xử lý cơ sở dữ liệu trên máy tính do người điều hành quản lý giám sát

Các thẻ RFID rất mỏng và có kích cỡ vừa phải tương đương như một thẻ tín dụng bình thường vì nó đơn giản cũng chỉ cần một anten và một diode

2.2.2 Phân loại thẻ RFID

Tùy thuộc vào chức năng và các chuẩn mà thẻ RFID được phân loại thành nhiều loại khác nhau :

- Có kích thước rất nhỏ và mỏng hơn một tờ giấy bình thường, do vậy nó

có thể được cấy vào dưới da

- Có tuổi thọ rất cao vì không dùng pin

- Tầm hoạt động : từ 10 cm đến vài mét, tùy theo tần số sử dụng

2.2.2.2 Thẻ chủ động (Active tag)

- Được tích hợp một nguồn giúp nó tự gửi tín hiệu đến đầu đọc.Cường độ tín hiệu của loại thẻ này, do vậy mạnh hơn tín hiệu của thẻ thụ động, cho phép nó hoạt động có hiệu quả hơn trong môi trường nước (trong cơ thể con người hay động vật) hay kim loại (xe cộ, container)

- Một số thẻ còn được tích hợp các bộ cảm biến để đo độ ẩm, độ rung, độ phóng xạ, ánh sáng, nhiệt độ

- Tuổi thọ của pin lên đến 10 năm

- Tầm hoạt động: vài trăm mét, tùy theo tần số sử dụng

Có thể phát tín hiệu qua một khoảng cách khá xa, thường thì có thể lên tới 100m

Năng lượng

Một thẻ thụ động được cấp năng lượng chỉ khi

nó nằm trong phạm vi của đầu đọc

Một thẻ tích cực thì luôn có năng lượng

Thấp, khi thẻ cho phép tín hiệu sử dụng nguồn pin nội bộ

bởi tuổi thọ của

Lượng dữ liệu

lưu trữ

Lưu trữ dữ liệu có giới hạn, thường khoảng 128 bytes

Có thể lưu trữ một lượng dữ liệu lớn hơn

2.2.2.3 Thẻ bán thụ động

- Thẻ bán thụ động 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 từ reader Thẻ bán tích cực được gọi là thẻ có hỗ trợ pin (battery-assisted tag)

- Đối 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 bằng cách sử dụng mô hình tán xạ đã được điều chế (modulated back scatter) (trong UHF và sóng vi ba)

2.2.2.4 Thẻ chỉ đọc (Read Only)

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

2.2.2.5 Thẻ cho phép ghi một lần, đọc nhiều lần (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

2.2.2.6 Thẻ đọc-ghi(Read - Write)

Thẻ RW có thể ghi dữ liệu được nhiều lần, khoảng từ 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

2.3 Đầu đọc (Reader)

Hình 2.3 : Tương tác giữa Application-Reader và

Reader-Transponder (mô hình Master-Slave)

Các bộ đọc trong tất cả các hệ thống RFID có thể được quy về hai khối chức năng cơ bản:

- Đơn vị điều khiển

- Giao diện HF, bao gồm một bộ truyền và một bộ nhận dữ liệu

Hình 2.4: Các khối chức năng của một bộ đọc

Giao diện HF của đầu đọc thực hiện các chức năng sau:

- Tạo ra công suất để làm hoạt động transponder và cung cấp công suất cho nó

- Điều chỉnh tín hiệu truyền để gửi dữ liệu đến transponder

- Sự tiếp nhận và giải mã tín hiệu tần số cao được truyền bởi một transponder

Hình 2.5: Cấu trúc của giao diện HF

Đơn vị điều khiển của reader thực hiện các chưc năng sau:

- Thực hiện giao tiếp với phần mềm ứng dụng và thực hiện các lệnh từ phần mềm ứng dụng

- Điều khiển sự giao tiếp với một transponder ( nguyên lý Master – Slave )

- Mã hóa và giải mã tín hiệu

Hình 2.6: Sơ đồ phần phần HF của chip reader em 4095