Thiết kế và thi công thiết bị nhận dạng dùng sóng RF báo cáo nghiên cứu khoa học

Tình hình trên thế giới: Tại các nước phát triển như: Tại Mỹ: thẻ tín dụng, thẻ visa, nhà ga, tàu điên ngầm, sân bay… Tại Ấn Độ: thu phí cầu đường, quản lý bệnh nhân… Tại Trung Quốc:

PHẦN B NỘI DUNG CHƯƠNG 1: CHƯƠNG DẪN NHẬP

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Khoa học kĩ thuật ngày càng phát triển và thay đổi từng ngày Ngày càng có nhiều công nghệ mới ra đời thay thế cho công nghệ cũ Những thành tựu của công nghệ mới này được ứng dụng vào đời sống hằng ngày và mang lại nhiều tiện ích

cho con người Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) là một điển hình

Ngày nay, trên thế giới Công nghệ RFID được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực kinh doanh, an ninh, ngân hàng, y học,…tuy nhiên ở Việt Nam công nghệ này chưa được phổ biến nhiều Là một nước đi sau, chúng ta có lợi thế áp dụng những công nghệ tiên tiến nhất để phát triển, như vậy chúng ta sẽ tiết kiệm được thời gian

Tình hình trên thế giới:

Tại các nước phát triển như:

Tại Mỹ: thẻ tín dụng, thẻ visa, nhà ga, tàu điên ngầm, sân bay…

Tại Ấn Độ: thu phí cầu đường, quản lý bệnh nhân…

Tại Trung Quốc: chứng minh thư RFID, hộ chiếu điện tử…

Nhật bản: Kiểm soát trẻ em bằng công nghệ RFID…

và rất nhiều quốc gia khác trên thế giới đã và đang sử dụng công nghệ RFID

Tình hình trong nước:

Tại Việt Nam hiên nay đã có nhiều ứng dụng công nghệ RFID được triển khai:

Trạm thu phí tự động: Xa lộ Hà nội (gần Cầu Sài Gòn, TP.HCM), Chơn

Thành - tỉnh Bình Phước, Định An - Đức Trọng - Lâm Đồng,…

Hệ thống đỗ xe tự động: tại Hầm đậu xe tòa nhà The Manor HCM

Bãi giữ xe thông minh: tai các trung tâm thương mại, bệnh viện, siêu thị

Thương xá TAX, Hùng vương PLAZA, siêu thị coop mark…

Sổ khám bệnh điên tử: ứng dụng công nghệ RFID

1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Khi đi tìm hiểu những ứng dụng thực tế của công nghệ RFID và hiệu quả thiết thực mà nó đem lại ta có thể khăng định rằng đây là một công nghệ tiên tiến có rất nhiều tiềm năng ứng dụng

Lý do Công nghệ RFID chưa được triển khai rộng rãi ở Việt Nam là do chi phí đầu tư cho một hệ thống RFID còn cao và do chưa khai thác được nhiều ứng dụng của công nghệ này Nhận định được những điều đó và thấy được tiềm năng ứng

dụng của công nghệ tiên tiến này em đã chọn đề tài:

“ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG THIẾT BỊ NHẬN DẠNG DÙNG SÓNG RF ”

ứng dụng công nghệ RFID (Radio Frequency Identification - công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng radio)

Với mục đích góp phần nhỏ vào việc giới thiệu về công nghệ RFID tới mọi

người và thiết kế một mô hình ứng dụng thưc tế của công nghệ RFID

1.3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI

• Nghiên cứu công nghệ RFID

• Nghiên cứu Tag RFID (transponder - thẻ)

• Nghiên cứu reader (bộ đọc)

• Thiết kế mô hình giao tiếp vi điều khiển với máy tính điều khiển cửa tự động

• Thiết kế giao diện phần mềm quản lý

• Khi nhận được tín hiệu từ reader thì hiển thị dữ liệu của thẻ và thông tin

được lưu trong cơ sở dữ liệu

1.4 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

• Rèn luyện một số kỹ năng nghiên cứu, đọc, hiểu tài liệu, làm việc độc lập

• Ứng dụng những kiến thức đã học để nghiên cứu công nghệ tiên tiến trên thế giới để áp dụng trong hoàn cảnh thực tế

• Tìm hiểu công nghệ RFID và các ứng dụng của RFID

• Tìm hiểu cách thiết kế và thi công mạch đọc và hiển thị dữ liệu từ tag RFID

• Nghiên cứu về quá trình giao tiếp giữa máy tính và vi điều khiển

• Thiết kế giao diện phần mềm điều khiển quản lý

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

• Sử dụng những kiến thức cơ bản đã học về điện tử cơ bản, kỹ thuật số, vi xử lý.…

• Tham khảo các tài liệu ở thư viện, Internet

• Tham khảo ý kiến từ thầy cô, bạn bè

• Ứng dụng các phần mềm điện tử: Orcad, PIC CCS-C, Proteus, Visual C#,

SQL Database…

1.6 KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU

Tuần 1: Xác định tên đề tài, đăng ký đề tài với khoa

Tuần 2-4: Thu thập tài liệu, soạn đề cương nghiên cứu

Tuần 5-7: Đọc, xử lý tài liệu và tham khảo một số mạch RFID có sẵn

Tuần 8- 10: Thiết kế mạch giao tiếp máy tính và vi điều khiển

Tuần 11-13: Thi công phần cứng mô hình cửa tự động

Tuần 14- 16: Viết giao diện phần mềm quản lý giao tiếp máy tính

Tuần 17-18: Chạy thử và hoàn thiện chương trình

Tuần 19: Hoàn tất bài thuyết trình và in thử cuốn báo cáo

Tuần 20: Hoàn tất các phần và nộp đề tài

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID 2.1 LỊCH SỬ CÔNG NGHỆ RFID

như mã vạch nhưng nó có nhiều ưu điểm và hiệu quả hơn Hệ thống RFID lần đầu tiên được sừ dụng vào năm 1940 do quân đội sử dụng để phân biệt máy bay của mình và máy bay của địch Các thẻ RFID được đặt trên máy bay của đồng minh

và những thẻ đó sẽ gửi thông tin nhận dạng của máy bay hàm ý là “quân mình” khi được truy vấn bởi tín hiệu radar Hệ thống đó được gọi là IFF (Identify: Friend or Foe) Sau đó vòng xoay của sự phát triển RFID đã được lặp lại Năm 1950 là 1 thời đại của việc khảo sát của kĩ thuật RFID theo sự phát triển trong sóng radio và radar vào năm 1930 và 1940 Năm 1960 mở đầu cho việc khảo sát RFID của những năm

1970 Các hoạt động thương mại đang diễn ra vào những năm 1960 và các công nghệ cảm biến và các điểm kiểm tra (checkpoint) đã được tìm ra vào cuối những năm 1960 Các công ty đó đã phát triển kỹ thuật sử dụng thiết bị giám sát sản phẩm điện tử (EAS) để chống lại việc trộm cắp EAS được người ta cho rằng là sẽ được

sử dụng rộng rãi trong thương mại và RFID cũng được phát triển Đến những năm

1980 thì đó là những năm RFID được triển khai 1 cách rộng rãi và được phát triển dưới nhiều dạng khác nhau đặc biệt là ở Mỹ và được sử dụng cho việc vận chuyển, kiểm tra nhân sự và với phạm vi nhỏ hơn là cho việc giám sát động vật Còn ở châu âu sự quan tâm lớn nhất cho các hệ thống giám sát động vật ở khoàng cách ngắn, trong công nghiệp và trong các ứng dụng liên quan và nó cũng được phát triển rộng rãi ở Ý, Pháp, Tây Ban Nha, Thổ Nhĩ Kỳ, và Nauy v.v Đến những năm 1990 là một thập niên quan trọng cho RFID một khi nó là trọng tâm của sự triển khai các hệ thống tính cước điện tử ở Mỹ Hệ thống tính cước điện tử trên đường cao tốc được hình thành đầu tiên trên thế giới vào năm 1991 tại Oklahoma, nơi đó xe cộ có thể đi qua điểm tính cước điện tử để nộp phí con đường mình đi

mà không bị cản trở bởi các trạm tính cước hoặc và cả các camera theo dõi để cưỡng chế Tập hợp các hệ thống tính cước và quản lí giao thông đầu tiên trên thế

giới được thiết lập gần vùng Houston vào năm 1992 Sự quan tâm đến RFID cho các ứng dụng ở châu âu trong suốt những năm 1990 Cả công nghệ viba và cảm ứng đều được tìm ra và được sử dụng cho việc tính cước, điều khiển truy nhập và

sự đa dạng hóa các ứng dụng trong thương mại

Bảng 2.1 Tóm tắt quá trình phát triển của RFID

2.2 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG RFID

Các hệ thống RFID có thể được phân biệt với nhau theo ba cách khác nhau

dựa trên các thuộc tính đặc trưng dưới đây:

• Tần số hoạt động

• Phạm vi đọc

• Phương pháp ghép nối vật lý

2.2.1 Tần số hoạt động

Tần số hoạt động là thuộc tính quan trọng nhất của một hệ thống RFID Đó

là tần số mà tại đó, reader sẽ truyền đi các tín hiệu của nó Nó gắn kết chặt chẽ với một thuộc tính điển hình, đó là đọc từ một khoảng cách xa Trong hầu hết

các trường hợp, tần số của một hệ thống RFID được quyết định bởi khoảng cách cần thiết để việc thực hiện đọc thành công

2.2.2 Phạm vi đọc

Phạm vi đọc của một hệ thống RFID được xác định là khoảng cách giữa thẻ

và reader Từ đây ta thấy một hệ thống RFID có thể được phân chia thành ba kiểu dưới đây:

• Trực tiếp: Đó là các hệ thống có phạm vi đọc thấp hơn 1 cm Một vài hệ thống LF và HF RFID thuộc về nhóm này

• Tầm gần: Đó là các hệ thống có phạm vi đọc từ 1 cm tới 100 cm Đa phần các hệ thống RFID hoạt động tại các dải tần LF và HF thuộc về nhóm này

• Tầm xa: Đó là các hệ thống có phạm vi đọc lớn hơn 100 cm Các hệ thống RFID đang hoạt động trong dải tần UHF và phạm vi tần số vi ba thuộc về nhóm này

2.2.3 Phương pháp ghép nối vật lý

Việc ghép nối vật lý mà ta đề cập tới ở đây là nói tới phương pháp sử dụng

để ghép nối giữa thẻ và anten (tức là, đó là một cơ chế mà theo đó năng lượng được dịch chuyển từ thẻ tới anten) Dựa trên tiêu chí này, có ba kiểu hệ thống RFID khác nhau dưới đây:

• Từ trường: Đó là các kiểu hệ thống RFID được biết tới như là các hệ thống được ghép nối theo kiểu điện kháng Một vài hệ thống RFID LF và HF

là thuộc về nhóm này

• Điện trường: Đó là các kiểu hệ thống RFID được biết tới như là các hệ thống được ghép nối theo kiểu điện dung Nhóm này cũng chủ yếu bao gồm các hệ thống RFID LF và HF

• Điện từ trường: Phần lớn các hệ thống RFID thuộc lớp này cũng được gọi là các hệ thống backscatter Các hệ thống RFID hoạt động trong phạm vi

dải tần số UHF và vi ba thuộc về nhóm này

2.3 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG RFID

Một hệ thống RFID là một tập hợp các thành phần nhằm thực hiện một giải

pháp RFID Nói chung một hệ thống RFID bao gồm các thành phần dưới đây:

• Thẻ: Đây là một thành phần bắt buộc của bất cứ hệ thống RFID nào

• Thiết bị đọc thẻ: Đây cũng là một thành phần bắt buộc

• Anten của thiết bị đọc thẻ: Đây là cũng là một thành phần bắt buộc phải

có Ngày nay một số reader đã được tích hợp anten lên trên nó, vì vậy kích thước của nó đã giảm đi rất nhiều

• Khối điều khiển: Đây là một thành phần quan trọng Tuy nhiên hầu hết các reader thế hệ mới đều đã tích hợp thành phần này lên trên chúng

• Các cảm biến, bộ truyền động, bộ báo hiệu: Đây là các thành phần tùy chọn, được sử dụng ở đầu vào và đầu ra hệ thống RFID

• Máy chủ và hệ thống phần mềm: Về mặt lý thuyết, một hệ thống RFID có thể hoạt động một cách độc lập mà không cần tới thành phần này.Tuy nhiên trong thực tế, nếu không có thành phần này thì hệ thống RFID gần như vô giá trị

• Cơ sở hạ tầng truyền thông: Thành phần quan trọng này là một tập hợp bao gồm cả mạng có dây và không dây và cơ sở hạ tầng kết nối nối tiếp, để có thể kết nối các thành phần đã liệt kê phía trên với nhau

Dưới đây là sơ đồ của một hệ thống RFID:

Hình 2.1: Sơ đồ khối của một hệ thống RFID

2.4 PHƯƠNG THỨC LÀM VIỆC CỦA RFID

Một hệ thống RFID có ba thành phần cơ bản: tag, đầu đọc, và một máy chủ Tag RFID gồm chip bán dẫn nhỏ và anten được thu nhỏ trong một số hình thức đóng gói Vài tag RFID giống như những nhãn giấy và được ứng dụng để bỏ vào hộp và đóng gói Một số khác được dán vào các vách của các thùng chứa làm

bằng plastic Còn một số khác được xây dựng thành miếng da bao cổ tay Mỗi

tag được lập trình với một nhận dạng duy nhất cho phép theo dõi không dây đối tượng hoặc con người đang gắn tag đó Bởi vì các chip được sử dụng trong tag RFID có thể giữ một số lượng lớn dữ liệu, chúng có thể chứa thông tin nh ư chuỗi số, thời dấu, hướng dẫn cấu hình, dữ liệu 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 viba đang đư ợc để dành cho các ứng dụng trong tương lai Các tag có thể được cấp

nguồn bởi một bộ pin thu nhỏ trong tag (các tag tích cực) hoặc bởi reader mà nó

“wake up” (đánh thức) tag để yêu cầu trả lời khi tag đang trong phạm vi (tag thụ

động)

Hình 2.2 Hoạt động giữa tag và reader RFID

Tag tích cực đọc xa 100 feet tính từ reader và có thể là tag RW (với bộ nhớ

được viết lên và xóa như một ổ cứng máy tính) hoặc là tag RO Tag thụ động có thể được đọc xa reader 20 feet và có bộ nhớ RO Kích thước tag, giá cả, dải đọc,

độ chính xác đọc/ghi, tốc độ dữ liệu và chức năng hệ thống thay đổi theo đặc điểm nêu ra trong thiết kế và dải tần hệ thống FRID sử dụng Reader gồm một anten liên lạc với tag 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 tag trong phạm vi đọc của anten, cho phép một đầu đọc liên lạc đồng thời với hàng trăm tag Nó cũng thực thi các chức năng bảo mật như mã hóa/ giải mã và xác thực người dùng Reader

có thể phát hiện tag ngay cả khi không nhìn thấy chúng Hầu hết các mạng RFID

gồm nhiều tag và nhiều đầu đọc được nối mạng với nhau bởi một máy tính trung tâm, hầu như thường là một trạm làm việc gọn để bàn Máy chủ xử lý dữ liệu mà các reader thu thập từ các tag và dịch nó giữa mạng RFID và các hệ thống công nghệ thông tin lớn hơn, mà nơi đó quản lý dây chuyền hoặc c ơ 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

2.5 Các tiêu chuẩn công nghệ

Nhiều tiêu chuẩn công nghệ RFID đã được đề xuất từ nhiều tổ chức khác nhau trên thế giới Để mô tả đầy đủ về các tiêu chuẩn đó, có lẽ phải cần đến cả một cuốn sách về nó Nên ở đây ta chỉ đề cập sơ qua về một số tiêu chuẩn đang sử dụng ngày nay và được đa số các công ty sản xuất các thiết bị RFID tuân thủ theo Dưới đây là tên các tiêu chuẩn chính cùng tên các các tổ chức định nghĩa nó

đi kèm theo:

• ANSI (American National Standards Institute)

• AIAG (Automotive Industry Action Group)

• EAN.UCC (European Article Numbering Association International, Uniform Code Council)

• EPCglobal

• ISO (International Organization for Standardization)

• ETSI (European Telecommunications Standards Institute)

• ERO (European Radiocommunications Office)

• UPU (Universal Postal Union)

• ASTM (American Society for Testing and Materials)

• CEN (Comité Européen Normalisation (European Comite for

Bây giờ ta sẽ tìm hiểu sơ qua về hai tiêu chuẩn ANSI và EPCglobal để có cái nhìn tổng quan về chúng

2.5.1 Tiêu chuẩn ANSI

ANSI là một tổ chức tư nhân phi lợi nhuận, thường chủ động đề ra các tiêu chuẩn và các hệ thống đánh giá chuẩn của Hoa Kỳ Nhiệm vụ của viện là nâng cao khả năng cạnh tranh toàn cầu của Hoa Kỳ trong kinh doanh cũng như chất

lượng cuộc sống người dân Hoa Kỳ bằng cách thúc đẩy và tạo sự đồng thuận tình nguyện về các tiêu chuẩn, các hệ thống đánh giá, và bảo vệ tính toàn vẹn của chúng Một vài tiêu chuẩn chính của ANSI về công nghệ RFID mà nó đã được sử dụng trong các ứng dụng thực tế được đề cập dưới đây:

• ANS INCITS 371 Thông tin về vị trí của các hệ thống thời gian thực Cái này bao gồm ba phần như dưới đây:

Phần 1 Các giao thức giao tiếp trên không tại dải tần 2.4 GHz

Phần 2 Các giao thức giao tiếp trên không tại dải tần 433 MHz

Phần 3 Giao tiếp với các chương trình ứng dụng

• ANS MH10.8.4 Tiêu chuẩn ANSI cho các ứng dụng RFID với các container bằng nhựa có thể sử dụng lại được

2.5.2.Tiêu chuẩn EPCglobal

EPCglobal, Inc, là một liên doanh giữa các tổ chức quốc tế UCC và EAN

Mục đích của EPCglobal là để thiết lập các tiêu chuẩn trên toàn thế giới về

thiết kế và triển khai thực hiện thông qua EPC (Electronic Product Code) và

EPCglobal Network Các đặc điểm kỹ thuật EPCglobal nhắm đến mục tiêu là

hoạt động của các chuỗi cung ứng và được xem là các đặc điểm kỹ thuật hứa hẹn nhất cho công nghệ RFID trên toàn cầu, ngoài ra nó cũng có thể áp dụng được cho mảng rất rộng các ứng dụng khác nữa Dưới đây ta sẽ tìm hiểu qua

về EPCglobal Network, cái được xem là thành phần nền tảng của EPCglobal

EPCglobal Network là một tập hợp các công nghệ, có thể cung cấp tự động,

nhận dạng thời gian thực và chia sẻ dữ liệu thông minh của một danh mục mặt hang cả ở bên trong và bên ngoài một doanh nghiệp Tất cả các cái này rất phù hợp với các hoạt động của một chuỗi cung ứng trong một doanh nghiệp, tuy nhiên nó cũng có thể triển khai được với các kiểu ứng dụng khác nữa Năm thành phần công nghệ chính tạo nên các tiêu chuẩn EPCglobal Network, bao gồm:

• Electronic Product Code (EPC)

• Data-collection hardware bao gồm các loại thẻ và reader EPC Cái này

cũng được biết tới như là hệ thống ID

• EPCglobal middleware

• Discovery Services (DS), Ví dụ, ONS (Object Naming Service) là thuộc

thành phần này

• EPC Information Services (EPCIS)

EPC (Electronic Product Code) là một tấm nhận dạng đã được cấp phép, mà

có thể nhận diện được bất kỳ danh mục mặt hàng nào trong một chuỗi cung ứng Nó rất đơn giản và nhỏ gọn và có thể tạo ra số lượng rất lớn các định danh duy nhất Đồng thời, nó cho phép đưa vào các mã kế thừa và các tiêu chuẩn cho phù hợp với từng hoàn cảnh cụ thể chẳng hạn như:

• Global Trade Identity Number (GTIN) Cái này cung cấp một số

EAN-UCC duy nhất trên toàn cầu phục vụ cho việc nhận dạng các sản phẩm và các dịch vụ

• Unique Identification (UID) Cái này được sử dụng để đánh số theo dõi

tài sản của Bộ Quốc Phòng Mỹ

• Global Location Number (GLN) Cái này được sử dụng để biểu thị các vị

trí, các đối tác thương mại, và các thực thể pháp lý

• Serial Shipping Container Code (SSCC) Cái này được sử dụng để nhận

dạng đơn vị vận chuyển chẳng hạn như một khay để hàng,một thùng các tông, Ngày nay một công ty đang sử dụng mã vạch trong các hoạt động của

họ có thể có một cách dễ dàng để chuyển sang sử dụng công nghệ RFID bằng cách dùng EPC Một mã EPC có thể được sử dụng để xác định các thuộc tính khác nhau của một danh mục mặt hàng, chẳng hạn như:

• Phiên bản EPC được sử dụng

• Thông tin nhận dạng nhà sản xuất

• Kiểu sản phẩm

• Chuỗi số duy nhất của danh mục mặt hàng

2.5.3 Tiêu chuẩn ISO

ISO là một mạng lưới các viện tiêu chuẩn quốc gia của 146 quốc gia, trên

cơ sở mỗi nước là một thành viên, với trung tâm đặt tại Geneva, Thụy Sĩ ISO

là một tổ chức phi chính phủ ISO có các ủy ban kỹ thuật (Technical Committee-TC) và các hội đồng kỹ thuật chung (Joint Technical Councils -JTC) được tham gia xây dựng các tiêu chuẩn có liên quan đến RFID bao gồm:

• ISO 6346 Nhận dạng và đánh dấu mã cước vận chuyển container

• ISO 11784 Tần số vô tuyến xác định cấu trúc mã số nhận dạng động vật

sử dụng RFID Tuy nhiên, nó không chỉ ra bất cứ đặc tính nào của giao thức truyền giữa một thẻ RFID và một reader

2.6 CÁC ỨNG DỤNG CỦA RFID

- Điều khiển truy nhập: khóa và các thiết bị cố định

- Quy trình quản lý

- RFID trong việc xử phạt

- Người hoặc súc vật: trẻ em, bệnh nhân, vận động viên, gia súc, thú kiểng

- Tài sản: hành lý trên máy bay, thiết bị, hàng hóa

- Lưu thông: hệ thống thu phí tự động: Fastrak, EZ-pass

- Vé: vào cổng khu trượt tuyết, nhà hát

- Thẻ tín dụng

2.6.1 RFID trong việc xử phạt

Công nghệ RFID tạo điều kiện xử phạt dễ dàng, thay đổi các nhiệm vụ thường

lệ mà nó đòi hỏi nhiều thời gian thành các nhiệm vụ điện tử được thực thi tự động với chi phí thấp Thêm nữa là có thể lưu lại 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 an toàn cho bộ phận nhân viên

2.6.2 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 nước Mỹ

2.6.3 Điều khiển truy nhập

Dùng các thiết bị RFID làm các thẻ khóa điện tử điều khiển truy nhập thay cho

các khóa kim loại như trước đây Điểm thuận lợi của thẻ khóa này là thẻ khó bị dập

ép và dễ dàng hủy bỏ khi bị đánh cắp và thất lạc chúng ta chỉ cần xóa bỏ thẻ từ cơ

sở dữ liệu truy nhập hoặc tạo ra báo động khi các thẻ này được sử dụng

Thẻ này còn được dùng trong quản lý nhân viên làm giảm số lượng nhân viên

bảo vệ Khoảng cách đọc thường giới hạn khoảng 1 foot hoặc nhỏ hơn Một trong

những nhà sản xuất thẻ này là Hughes Identification Devices (HID) đã cung cấp các

loại thẻ có tần số 125kHz hoặc 13.56MHz và lưu trữ khoảng 2 đến 16 kbits dữ liệu

đọc/ghi Khóa RFID còn dùng trong xe hơi để chống trộm Xe hơi chỉ hoạt động

được khi có mặt của cả 2 khóa: khóa kim loại và khóa RFID làm giảm nguy cơ mất

trộm

Hình 2.3 ứng dụng thẻ truy nhập

2.7 NHƯỢC ĐIỂM CỦA RFID

Giá cao: Nhược điểm chính của công nghệ RFID là giá cao

Dễ bị ảnh hưởng: có thể làm tổn hại hệ thống RFID bởi việc phủ vật liệu bảo

vệ từ 2 đến 3 lớp kim loại thông thường để ngăn chặn tín hiệu radio Cũng có thể tổn hại

hệ thống RFID bởi việc đặt hai item đối ngược, điều đó có thể hủy các tín hiệu Điều

này đòi hỏi kiến thức về kỹ thuật và sự canh thẳng hàng cẩn thận

Việc thủ tiêu các tag: các tag 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 tag

Những liên quan riêng tư người sử dụng: Vấn đề với hệ thống RFID thư

viện ngày nay là các tag chứa thông tin tĩnh mà nó có thể được đọc dễ dàng bằng các đầu đọc tag trái phép

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 này là sử dụng kỹ thuật phân chia thời gian đa truy cập

CHƯƠNG 3: TAG RFID

3.1Tần số hoạt động

Tần số hoạt động là tần số điện từ mà tag dùng để giao tiếp hoặc thu được

năng lượng 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) 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 ứng dụng như radio cho các dịch vụ khẩn cấp hoặc truyền hình

Bảng 3.1: Khoảng tần số RFID

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

Bảng 3.2: Khoảng đọc của tần số RFID

Gần đây tag UHF giảm giá dẫn đến việc sử dụng tag trong các ứng dụng tăng lên khi trước đó tag LF và HF được dùng chủ yếu Tuy nhiên tag UHF không được dùng thay thế cho tag LF trong kiểu tag cấy hoặc tag vi sóng trong các ứng dụng khoảng cách lớn (khoảng cách đọc hơn 10m)

3.2 Phân loại Tag

Một thẻ RFID là một thiết bị có thể lưu trữ và truyền được được dữ liệu tới reader

không phải theo cách tiếp xúc trực tiếp mà bằng cách sử dụng các sóng vô tuyến Các thẻ RFID có thể được phân loại theo hai cách khác nhau Dưới đây là

cách phân loại thứ nhất, dựa trên cơ sở thẻ đó có chứa nguồn năng lượng ngay trên bảng mạch thẻ hay không hoặc dựa trên cơ sở các chức năng đặc biệt hỗ trợ ghi chép dữ liệu:

lẽ chính vì vậy các thẻ thụ động tồn tại khá lâu trong điều kiện môi trường khắc nghiệt Đối với loại thẻ này, để thực hiện truyền thông tin giữa thẻ và reader thì

Reader luôn luôn phải liên lạc trước tiên, tiếp sau đó mới tới lượt thẻ Vì vậy sự hiện diện của reader là bắt buộc để thẻ có thể truyền được dữ liệu của nó Thẻ thụ động thông thường nhỏ hơn so với thẻ tích cực và thẻ bán tích cực Nó có một phạm

vi đọc khá đa dạng từ 1 inch (=2.54cm) tới khoảng 30 feet (xấp xỉ 9 mét) Có lẽ bởi vậy mà thẻ thụ động bao giờ cũng rẻ hơn thẻ tích cực hay thẻ bán tích cực Một thẻ thụ động bao gồm các thành phần chính dưới đây:

Hình 3.2 Các thẻ LF của hãng Texas Instruments

Hình 3.3 Các thẻ 2.45 GHz của hãng Alien Technology

Hình 3.4 Các thẻ 915 MHz của hãng Intermec Corporatio

3.2.1.1 Thành phần vi chip

Một vi chip của thẻ thụ động bao gồm các khối như chỉ ra ở hình vẽ dưới đây:

Hình 3.5 Sơ đồ các khối của vi chip

Khối Power control/rectifier thực hiện chuyển đổi nguồn điện xoay chiều thu

được từ tín hiệu phát ra ở anten của reader thành nguồn điện một chiều Chính

nguồn điện một chiều này sẽ cung cấp năng lượng tới các thành phần khác của vi

chip Xung từ khối Clock Extractor thực hiện tách xung tín hiệu từ tín hiệu thu được do anten của reader phát ra Sau đó khối Modulator sẽ điều chế tín hiệu nhận

được Thông tin mà thẻ trả lại để truyền tới reader được nhúng vào bên trong tín hiệu đã được điều chế Bộ nhớ của vi chip được sử dụng để lưu trữ dữ liệu Bộ nhớ này thường được chia thành các phần (bao gồm các khối hoặc là các trường) Ở đây

ta cần chú đến thuật ngữ addressability, nghĩa là khả năng đánh địa chỉ (đọc hoặc

ghi) các vị trí bộ nhớ riêng lẻ của một vi chip Một khối bộ nhớ của thẻ có thể lưu trữ được nhiều kiểu dữ liệu khác nhau, chẳng hạn như một phần của đối tượng dữ liệu được sử dụng để nhận dạng thẻ, các bit kiểm tra tổng (ví dụ, cyclic redundancy check [CRC]) để kiểm tra độ chính xác của dữ liệu đã được truyền,

3.2.1.2.Thành phần anten

cho thẻ, phục vụ cho việc gửi hoặc nhận dữ liệu tới reader Anten này được gắn tiếp xúc vật lý với vi chip của thẻ Trong thực tế có rất nhiều cách thiết kế anten, tuy nhiên chúng ta cần phải chú rằng chiều dài của anten tỷ lệ trực tiếp với chiều dài bước sóng hoạt động của thẻ Ngoài ra còn có một khái niệm nữa cũng rất quan

trọng, đó là “lưỡng cực” (dipole) Một anten lưỡng cực có thể là một dây điện thẳng

(ví dụ, với chất liệu là đồng) bị đứt quãng tại điểm giữa Chiều dài tổng cộng của một anten lưỡng cực bằng một bước sóng của tần số được sử dụng để tối ưu hóa

năng lượng chuyển từ tín hiệu của anten reader tới thẻ Với một anten lưỡng cực

kep (dual dipole) thì nó bao gồm hai lưỡng cực, nên có thể giảm đi rất nhiều tính

nhạy cảm thẳng hướng của thẻ Chính vì vậy mà, reader có thể đọc thẻ tại nhiều

hướng khác nhau Còn một lưỡng cực gấp (folded dipole) là bao gồm hai hoặc

nhiều dây điện thẳng kết nối song song và mỗi cái có chiều dài bằng nửa chiều dài bước sóng (của tần số được sử dụng) Khi hai dây được nối lại, thì kết quả tạo ra

“một lưỡng cực gấp-2 day”.Tương tự như vậy ba dây kết nối song song sẽ tạo ra

“một lưỡng cực gấp-3 day” Hình dưới chỉ ra hình dạng minh họa một vài kiểu

anten này

Hình 3.6 Các kiểu anten lưỡng cực

Chiều dài anten của thẻ thường lớn hơn rất nhiều so với microchip của thẻ, và do đó

nó quyết định đến kích thước vật lý sau cùng của thẻ Ngoài ra có một vài thông số

ta cần chú ý khi thiết kế thẻ:

• Khoảng cách đọc thẻ được tính từ reader

• Hướng nhận biết thẻ so với reader

•Hướng bất kỳ của thẻ so với reader

• Các kiểu riêng biệt của sản phẩm

• Tốc độ di chuyển của đối tượng được gắn thẻ

• Các điều kiện hoạt động đặc thù

• Sự phân cực của anten reader

3.2.2Tag tích cực

Các thẻ RFID tích cực có sẵn một nguồn năng lượng ở trên bảng mạch thẻ (ví dụ

như, có pin kèm theo, hoặc là dạng nguồn năng lượng khác) và các bộ phận điện tử

để thực hiện các chức năng đặc biệt Một thẻ tích cực sử dụng nguồn năng lượng ở trên bảng mạch thẻ của chính nó để truyền dữ liệu của nó tới reader Nó không phải cần đến năng lượng phát ra từ reader để truyền dữ liệu Các bộ phận điện tử ở trên bảng mạch thẻ có thể bao gồm bộ vi xử lý, cảm biến, và các cổng vào/ra Ví dụ, các thành phần điện tử này thực hiện đo một khoảng nhiệt độ nào đó và sinh ra dữ liệu

về giá trị nhiệt độ trung b.nh.Sau đó chúng sẽ sử dụng dữ liệu này để quyết định các tham số khác chẳng hạn như ngày kết thúc của mặt hàng được gắn thẻ Rồi tiếp đó thẻ có thể truyền thông tin này tới reader Chúng ta có thể hình dung thẻ tích cực giống như một chiếc máy tính không dây cộng thêm với vài thuộc tính khác (ví dụ,

có thể bao gồm thêm một cảm biến hoặc một tập hợp các cảm biến) Trong giao tiếp truyền thông tin giữa thẻ và reader, thì thẻ luôn luôn phải thực hiện liên lạc trước tiên, tiếp sau đó mới tới phiên reader Bởi vậy sự hiện diện của reader không cần thiết cho sự truyền đi của dữ liệu, một thẻ tích cực có thể phát đi dữ liệu lưu trữ trong nó tới các khu vực xung quanh ngay cả khi không có reader Có lẽ vì vậy mà kiểu thẻ này cũng được gọi là một bộ phát tín hiệu Khoảng cách đọc thẻ của một thẻ tích cực có thể là 100 feet (xấp xỉ 30.5 mét) hoặc lớn hơn Một thẻ tích cực bao gồm các thành phần:

Hình 3.7 Các thành phần bên trong một thẻ tích cực

Hình 3.8 Các thẻ tích cực dải UHF tần số thấp (303.8 MHz) của hãng RFCode,

3.2.2.1Khối nguồn

Tất cả các thẻ tích cực đều có mang một nguồn năng lượng trên nó (ví dụ, có một

pin nhỏ kèm theo) để cung cấp năng lượng tới các thành phần điện tử và để nó thực hiện truyền dữ liệu đi Nếu như sử dụng một pin làm nguồn năng lượng, thì một thẻ tích cực có thể sử dụng được ít nhất khoảng từ 2 tới 7 năm phụ thuộc vào độ bền của pin Một trong những nhân tố quyết định độ bền của pin là tốc độ truyền dữ liệu của thẻ Ví dụ, giả thiết rằng một thẻ tích cực được chế tạo mặc định là cứ thực hiện truyền một lần sau vài giây Nếu như bạn tăng nó lên, tức là thiết lập cứ truyền một lần sau một vài phút thậm chí là một vài giờ, thì bạn đã làm cho tuổi thọ sử dụng pin lâu hơn Ngoài ra, các cảm biến nằm trên bảng mạch thẻ và các bộ xử lý tiêu thụ năng lượng ít cũng có thể góp phần làm cho tuổi thọ của pin ngắn đi

3.2.2.2 Các thành phần điện tử

Các thành phần điện tử nằm trên bảng mạch thẻ cho phép thẻ hoạt động như một

bộ phát tín hiệu (transmiter), và tùy theo lựa chọn cụ thể mà nó có thể thực hiện được các chức năng đặc biệt chẳng hạn như việc tính toán, hoặc hoạt động như một cảm biến, Thành phần này cũng có thể cung cấp thông tin cho việc kết nối với các cảm biến ở bên ngoài Cho nên, tùy theo kiểu cảm biến gắn vào, mà thẻ có thể thực hiện được rất nhiều các chức năng cảm biến Nói chung, phạm vi các chức năng của thành phần này là không giới hạn Ta cần chú ý rằng khi số các chức năng tăng nên thì kích thước vật lý của phần này tăng nên, và vì vậy kích thước thẻ cũng tăng lên Tuy nhiên điều này hoàn toàn có thể chấp nhận được với các thẻ tích cực Vì vậy

mà, các thẻ tích cực có thể triển khai tới một phạm vi rộng các ứng dụng hiện nay

3.2.3 Tag bán tích cực (Semi-Passive)

Các thẻ bán tích cực cũng có một nguồn năng lượng nằm trên nó và có kèm thêm

các thành phần điện tử để thực hiện các chức năng đặc biệt Nguồn năng lượng nằm trên bảng mạch thẻ cung cấp năng lượng cho các hoạt động của thẻ Tuy nhiên,để truyền dữ liệu đi, thẻ bán tích cực phải sử dụng năng lượng phát ra từ reader.Đây là một đặc điểm giống với thẻ thụ động Vì vây kiểu thẻ này cũng được gọi dưới cái