Tài liệu ứng dụng công nghệ rfid vào quản lý học sinh

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA ĐIỆN TỬ - TIN HỌC …..  ….. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RFID VÀO QUẢN LÝ HỌC SINH GVHD: LƯU VĂN ĐẠI SVTH: NGUYỄN TẤN LỢI NGUYỄN TRUNG NHÂN LỚP: CĐ ĐTVT 10A MSSV: 308101046 308101061 Tp. HCM, tháng 6 năm 2013 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay ngành công nghệ thông tin đã có những bước phát triển vượt bậc. Chỉ từ việc phát minh ra con transistor đầu tiên năm 1947, cho đến nay các sản phẩm công nghệ thông tin đã len lỏi đến tất cả các ngành nghề trong xã hội từ ngành giáo dục, ngân hàng, tài chính đến các dịch vụ khác… Không những vậy chúng còn được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị gia dụng như máy giặt, tủ lạnh, .. đến các thiết bị gải trí truyền thông như điện thoại, Ipod, Ipad,… Trong tương lai, bên cạnh việc phát triển công nghệ vi điện tử để chế tạo ra các thế hệ bộ vi xử lí với tốc độ xử lí ngày càng nhanh, thì các hệ thống ứng dụng vẫn sẽ phát triển rất mạnh. Chính vì lẽ đó, chúng tôi đã chọn đề tài về ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RFID VÀO QUẢN LÝ HỌC SINH. Công nghệ này đã xuất hiện khá lâu nhưng cho đến nay các ứng dụng của nó vẫn chưa được triển khai rộng rãi. Với việc chọn đề tài này, chúng tôi hy vọng sẽ góp phần công sức bé nhỏ của mình vào việc triển khai và ứng dụng nó. Tuy nhiên, do điều kiện kinh tế còn khó khăn và cũng do thời gian có hạn, nên ở đây chúng tôi chỉ thiết kế và thi công hệ thống đơn giản. Để có thể triển khai áp dụng nó vào thực tế thì sẽ phải đầu tư thêm nhiều tiền bạc và thời gian để hoàn thiện sản phẩm. Song, với việc thiết kế thành công hệ thống này, chúng tôi đã thu được rất nhiều kinh nghiệm để có thể thi công các sản phẩm hoàn thiện hơn trong tương lai. Qua đây chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Lưu Văn Đại và các Thầy Cô khác trong khoa Điện Tử - Tin Học Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng đã tận tình giúp đỡ chúng em thực hiện đề tài này. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân LỜI CẢM ƠN  Để hoàn thành đồ án môn học này, chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng, nơi đã tạo cho chúng em môi trường học tập tốt, đầy đủ cơ sở vật chất, môi trường học tập thân thiện, tạo mọi điều kiện để sinh viên được học và thực hành tốt hơn. Chúng em chân thành cảm ơn Khoa Điện Tử - Tin Học đã giúp chúng em có kiến thức và môi trường thực hành tốt với đầy đủ dụng cụ trang thiết bị để chúng em có thể thực hành tốt hơn. Các thầy cô hướng dẫn nhiệt tình, kinh nghiệm, đi sâu vào vấn đề cụ thể, chi tiết, giúp HSSV hiểu và nắm bắt được phần lý thuyết để làm tốt phần thực hành và ứng dụng vào cuộc sống. Chúng em chân thành biết ơn Thầy Lưu Văn Đại là giảng viên Khoa Điện tử Tin Học Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng đã tận tình hướng dẫn và chỉnh sửa, đưa ra nhiều ý kiến đánh giá quý báu, cũng như cung cấp các tài liệu, số liệu thông tin để chúng em có thể hoàn thành tốt đồ án này. Chúng em cảm ơn thầy. Chúng em chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện Tử - Tin học trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng đã giảng dạy, hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập, giúp chúng em trang bị kiến thức và khoa học để hoàn thành đồ án và kinh nghiệm trong thực tiễn. Kính chúc quý thầy cô nhiều sức khỏe, thuận lợi trong công việc. ---------------------------------------------Tp HCM, Ngày 20 Tháng 6 Năm 2013 HSSV: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân MỤC LỤC Chương 1: Dẫn nhập ............................................................................................................ Trang 1 1.1. Đặt vấn đề ..................................................................................................................... 1 1.2. Giới hạn đề tài ............................................................................................................... 1 1.3. Mục đích nghiên cứu..................................................................................................... 2 Chương 2: Giới thiệu về công nghệ RFID ........................................................................................ 2.1. Công nghệ RFID ........................................................................................................... 3 2.2. Các khái niệm cơ bản. ................................................................................................... 3 2.2.1. Sóng..................................................................................................................... 3 2.2.2. Tần số thấp LF .................................................................................................... 5 2.2.3. Tần số cao HF ..................................................................................................... 5 2.2.4. Tần số siêu cao UHF ........................................................................................... 5 2.3. Mã hóa dữ liệu trên thẻ ................................................................................................. 6 2.3.1.Mã hóa Manchester .............................................................................................. 6 2.3.2. Mã hóa hai pha (biphase) .................................................................................... 6 2.3.3. Mã hóa PSK ........................................................................................................ 7 2.4. Thành phần của một hệ thống RFID ............................................................................. 7 2.4.1. Các thẻ RFID ...................................................................................................... 8 2.4.2. Thiết bị đọc thẻ (Reader) .................................................................................... 9 2.4.3. Anten của thiết bị đọc thẻ ................................................................................. 11 2.5. Phương thức làm việc của RFID ................................................................................. 12 2.6. Các tiêu chuẩn công nghệ RFID ................................................................................. 14 2.7. Các ứng dụng RFID ................................................................................................... 15 2.8. Xu hướng phát triển .................................................................................................... 16 2.9. Nhược điểm của hệ thống RFID ................................................................................. 16 Chương 3: Ngôn ngữ Visual Basic ................................................................................................... 3.1.Giới thiệu ..................................................................................................................... 17 3.1.1. Đối tượng và các khái niệm liên quan ................................................................ 18 3.1.2. Phương pháp lập trình hướng sự kiện ................................................................ 19 3.2. Giao tiếp máy tính bằng Visual Basic......................................................................... 19 3.2.1. Mô Tả ................................................................................................................. 19 3.2.2Các thuộc tính ....................................................................................................... 22 3.2.3. Sự kiện OnComm ............................................................................................... 26 Chương 4: Khảo sát linh kiện ........................................................................................................... 4.1. Giới thiệu vi điều khiển PIC16F877A ........................................................................ 27 4.1.1. Cấu Trúc Của PIC 16F877a .............................................................................. 27 4.1.2. Chức năng đặc biệt SFR thanh ghi.................................................................... 28 4.1.3. Các cổng xuất nhập của PIC16F877A .............................................................. 30 4.1.4. TIMER_0 .......................................................................................................... 32 4.1.5. TIMER_1 .......................................................................................................... 33 4.1.6. TIMER_2 .......................................................................................................... 34 4.1.7. ADC .................................................................................................................. 36 4.2. Giới thiệu Chip EM4095 ............................................................................................ 37 4.2.1. Mô tả ................................................................................................................ 37 4.2.2. EM 4095 ........................................................................................................... 38 4.2.3. Mô tả chức năng chung .................................................................................... 41 4.3. EM 4100 và EM4102 ................................................................................................. 44 4.3.1. Mô tả ................................................................................................................ 44 4.3.2. Chức năng ........................................................................................................ 44 4.3.3. Giá trị cực đại định mức................................................................................... 46 4.3.4. Đặc điểm về điện.............................................................................................. 46 4.3.5. Đặc điểm về thời gian ....................................................................................... 47 4.3.6. Dạng sóng theo thời gian ................................................................................. 47 4.4. Truyền Thông Qua Cổng Giao Tiếp Nối Tiếp ............................................................ 47 4.4.1. Chuẩn RS232 .................................................................................................. 47 4.4.2. Max232 ........................................................................................................... 51 Chương 5: Thiết kế hệ thống quản lí học sinh .................................................................................. 5.1. Sơ đồ khối hệ thống .................................................................................................... 52 5.1.1. Khối xử lí trung tâm ........................................................................................... 53 5.1.2. Khối nguồn ......................................................................................................... 53 5.1.3. Tag ...................................................................................................................... 53 5.1.4. Anten .................................................................................................................. 53 5.1.5. Reader ................................................................................................................. 54 5.1.6. Khối giao tiếp máy tính ...................................................................................... 54 5.1.7. Khối hiển thị ....................................................................................................... 54 5.2. Sơ đồ nguyên lí ........................................................................................................... 54 5.3. Lưu đồ giải thuật chương trình chính ......................................................................... 56 Chương 6: Kết luận và hướng phát triển ........................................................................................... 6.1. Kết luận ....................................................................................................................... 57 6.2. Hướng phát triển ......................................................................................................... 57 Tài liệu tham khảo ......................................................................................................................... 58 Phụ lục ............................................................................................................................................... Code Pic 16f877a ................................................................................................................ 59 Code phần mềm Visual basic .............................................................................................. 63 Chương 1: Dẫn nhập CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP 1.1. Đặt vấn đề Ngày nay với những ứng dụng của khoa học công nghệ vào đời sống. Thế giới đã và đang ngày một thay đổi, văn minh, hiện đại hơn. Sự phát triển của điện tử đã tạo ra những thiết bị có đặc điểm nổi bật như: độ chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ và có phần ứng dụng cao góp phần nâng cao năng suất con người. Sự ra đời công nghệ RFID (Radio frequency identification) - công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng radio) là ý tưởng độc đáo trên thế giới công nghệ RFID đã được áp dụng vào rất nhiều lĩnh vực như: an ninh, quân sự, giải trí, thương mại, bưu chính viễn thông...đem lại nhiều lợi ích to lớn. Còn ở Việt Nam khoảng vài năm trở lại đây chúng ta đã bắt đầu bắt gặp nhiều ứng dụng công nghệ RFID trong thực tiễn cuộc sống hàng ngày.Ví dụ như bãi giữ xe, hay máy chấm công nhân viên…, với mục đích tìm hiểu, nghiên cứu hoạt động và thiết kế các khối module sử dụng công nghệ RFID. Do đó mà nhóm em chọn đề tài: “Ứng dụng công nghệ RFID vào quản lí học sinh” làm đề tài tốt nghiệp. 1.2. Giới hạn đề tài Do những hạn chế khách quan như một số linh kiện chưa có trên thị trường Việt Nam, do kiến thức và thời gian có hạn đề tài chỉ giới hạn những điểm sau: Nghiên cứu công nghệ RFID. Nghiên cứu tag RFID (transponder – thẻ). Nghiên cứu Reader (bộ đọc). Thiết kế và thi công module thu phát sử dụng công nghệ RFID. Module giao tiếp giữa máy tính với reader ( EM4095 ), đọc và hiện thị nội dung thẻ ở khoảng cách gần. Thiết kế giao diện phần mền trên máy tính khi nhận được tín hiệu từ mạch điều khiển dữ liệu thẻ và hiển thị thông tin học sinh. GVHD: Lưu Văn Đại 1 SVTH: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân Chương 1: Dẫn nhập 1.3. Mục đích nghiên cứu Mục đích của thực hiện đề tài đã tiến hành nghiên cứu là: Trước tiên là để hoàn thành đồ án để đủ điều kiện tốt nghiệp. Với bản thân người thực hiện đề tài, đây chính là một cơ hội tốt để có thể tự kiểm tra lại kiến thức của mình, đồng thời có cơ hội để nỗ lực vận động tìm hiểu, tiếp cận nghiên cứu được với những vấn đề mình chưa biết, chưa hiểu rõ nhằm trang bị cho bản thân nhiều kiến thức bổ ích sau này có thể ứng dụng vào thực tế cuộc sống. Phát huy kỹ năng làm việc theo nhóm, khả năng tự suy nghĩ tìm tòi, học hỏi, phát huy năng lực của bản thân. Ngoài ra còn tạo được 1 sản phẩm có tính ứng dụng trong thực tế. GVHD: Lưu Văn Đại 2 SVTH: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân Chương 2: Giới thiệu về công nghệ RFID Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ RFID 2.1. Công nghệ RFID Công nghệ RFID 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 giao tiếp vật lý nào. Hoặc giữa hai vật không nhìn thấy. Công nghệ này cho ta phương pháp truyền 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 tag (thẻ) đến reader (bộ đọc). Tag có thể đựơc đính kèm hoặc gắn vào đối tượng được nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc giá kệ (pallet). Reader scan dữ liệu của tag và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu có lưu trữ dữ liệu của tag. Chẳng hạn các tag có thể được đặt trên kính chắn gió xe hơi để hệ thống thu phí đường có thể nhanh chóng nhận dạng và thu tiền trên các tuyến đường. Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay là hệ thống RFID bị động làm việc như sau: reader truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ qua anten của nó đến một con chip. Reader 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 bởi reader. 2.2. Các khái niệm cơ bản. 2.2.1. Sóng Sóng là một dao động vận chuyển năng lượng từ một điểm này tới điểm khác. Sóng điện từ là sóng được tạo ra bởi các electron chuyển động và dao động điện từ trường. Các sóng này có thể đi xuyên qua một số kiểu chất liệu khác nhau. Điểm có vị trí cao nhất trên một sóng được gọi là một đỉnh sóng, và điểm thấp nhất được gọi là một lõm sóng. Khoảng cách giữa hai đỉnh sóng liên tiếp hoặc hai lõm sóng liên tiếp thì được gọi là một bước sóng. Một bước sóng hoàn chỉnh của một dao động sóng được gọi là chu kỳ. Và thời gian cần thiết để một GVHD: Lưu Văn Đại 3 SVTH: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân Chương 2: Giới thiệu về công nghệ RFID sóng hoàn thành một chu kỳ, được gọi là chu kỳ dao động . Số các chu kỳ trong một giây được gọi là tần số của sóng. Tần số có đơn vị là hertz (ký hiệu Hz). Và nếu như tần số của một sóng là 1 Hz,thì có nghĩa là sóng đang dao động với tốc độ một chu kỳ trên giây. Các đơn vị khác thường được dùng là KHz (= 1,000 Hz), MHz (= 1,000,000 Hz), hoặc GHz (= 1,000,000,000 Hz). Hình dưới đây chỉ ra một vài bộ phận của một sóng Hình 2.1 Các thành phần của sóng Các sóng vô tuyến hay các sóng có tần số vô tuyến (RF) là các sóng điện từ với chiều dài bước sóng ở giữa khoảng 0.1 cm và 1,000 km hoặc là có tần số nằm trong khoảng giữa 30 Hz và 300 GHz.Ngoài ra còn có nhiều kiểu sóng điện từ khác như: tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia gamma, tia x, và các tia vũ trụ. Điều chế là quá trình thay đổi các đặc tính của một sóng vô tuyến để mã hóa một vài tín hiệu thông tin mang theo. GVHD: Lưu Văn Đại 4 SVTH: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân Chương 2: Giới thiệu về công nghệ RFID Công nghệ RFID chủ yếu dùng ba loại tần số là: tần số thấp LF, tần số cao HF, tần số siêu cao UHF .Còn loại tần số rất cao VHF thì chưa thấy có hệ thống RFID sử dụng, do vậy em không đề cập đến ở đây. 2.2.2. Tần số thấp LF: Là các tần số nằm trong khoảng giữa 30 KHz đến 300 KHz, hệ thống RFID thông thường chỉ sử dụng các tần số trong phạm vi từ 125 KHz tới 134 KHz.Còn với một hệ thống LF RFID điển hình thì thường hoạt động tại tần số là 125 KHz hoặc là 134.2 KHz. Hệ thống RFID hoạt động tại tần số thấp thường sử dụng các thẻ thụ động, nên tốc độ truyền dữ liệu từ thẻ tới thiết bị đọc thẻ là rất thấp. Song tuy nhiên, các thẻ tích cực LF cũng có thể được sử dụng bởi các nhà cung cấp. Ngày nay phạm vi tần số LF được chấp nhận sử dụng ở khắp mọi nơi trên thế giới. 2.2.3. Tần số cao HF: Là các tần số nằm trong phạm vi từ 3 MHz tới 30 MHz, trong đó 13.56 MHz là tần số điển hình thường được sử dụng cho các hệ thống RFID. Hệ thống HF RFID thường sử dụng các thẻ thụ động, nên có tốc độ truyền dữ liệu khá thấp từ thẻ tới thiết bị đọc thẻ. Ngày nay các hệ thống HF được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là trong các bệnh viện (vì ở đó nó không gây nhiễu cho các thiết bị y tế đang hoạt động khác). Và có lẽ do vậy mà phạm vi tần số HF đã được chấp nhận sử dụng hầu như khắp thế giới. 2.2.4. Tần số siêu cao UHF: Là các tần số nằm trong khoảng từ 300 MHz tới 1 GHz .Hệ thống UHF RFID thụ động thường hoạt động tại tần số 915 MHz tại Hoa Kỳ và tại 868 MHz ở các nước Châu Âu. Còn hệ thống UHF RFID tích cực hoạt động tại tần số 315 MHz và 433 MHz.Và vì vậy hệ thống UHF có thể sử dụng được cả hai loại thẻ tích cực và thụ động và có thể đạt được một tốc độ truyền dữ liệu khá nhanh giữa thẻ và thiết bị đọc thẻ. Các hệ thống UHF RFID hiện tại đã bắt đầu được triển khai rộng rãi trong các tổ chức chính phủ các nước như bộ quốc phòng Mỹ và các GVHD: Lưu Văn Đại 5 SVTH: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân Chương 2: Giới thiệu về công nghệ RFID tổ chức quốc tế,... Tuy nhiên phạm vi tần số UHF vẫn không được chấp nhận sử dụng trên toàn thế giới. Dưới đây hình ảnh minh họa phạm vi các tần số mà ta đã nói ở trên. 2.3. Mã hóa dữ liệu trên thẻ : Với mỗi loại thẻ RFID khác nhau thì có kiểu mã hóa dữ liệu của nó khác nhau. Song nói chung thì, trong thực tế có ba kiểu mã hóa dữ liệu hay được sử dụng nhất là: mã hóa Manchester, mã hóa hai pha (biphase), mã hóa PSK. Dưới đây là chi tiết về các kiểu mã hóa đó. 2.3.1 Mã hóa Manchester: Đó là một kiểu mã hóa mà luôn luôn có sự chuyển đổi từ ON tới OFF hoặc từ OFF tới ON ở chính giữa chu kì bit. Tại sự chuyển tiếp từ bit logic “1” tới bit logic “0” hoặc từ bit logic “0” tới bit logic “1” thì có sự thay đổi về pha. Giá trị “high” của dạng dữ liệu được biểu thị chuyển mạch điều biến OFF (ở hình phía dưới), còn giá trị “low” được biểu thị bằng khóa ON. Hình 2.2 Mã hóa manschester 2.3.2 Mã hóa hai pha (biphase) Tại thời điểm bắt đầu của mỗi bit, một sự chuyển đổi sẽ xuất hiện. Một bit logic “1” sẽ giữ trạng thái của nó trong toàn bộ khoảng thời gian bit và bit logic “0” sẽ chỉ ra một sự chuyển đổi ở chính giữa khoảng thời gian bit. GVHD: Lưu Văn Đại 6 SVTH: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân Chương 2: Giới thiệu về công nghệ RFID Hình 2.3 Mã hóa hai pha (biphase) 2.3.3 Mã hóa PSK Trong quá trình điều chế các chuyển mạch ON và OFF được thực hiện luân phiên cứ mỗi chu kỳ tần số sóng mang. Khi một pha xuất hiện sự thay đổi, thì Bit logic "0" được đọc từ bộ nhớ. Nếu không có bất cứ sự thay đổi về pha nào sau một chu kỳ dữ liệu, thì bit logic "1" sẽ được đọc. Hình 2.4 Mã hóa PSK 2.4 Thành phần của một hệ thống RFID Một hệ thống RFID là một tập hợp các thành phần mà nó thực thi giải pháp RFID. Một hệ thống RFID bao gồm các thành phần sau: Tag: là một thành phần bắt buộc đối với mọi hệ thống RFID. Reader: là thành phần bắt buộc. Reader anten: 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), GVHD: Lưu Văn Đại 7 SVTH: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân Chương 2: Giới thiệu về công nghệ RFID 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 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. 2.4.1 Các thẻ RFID 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 mà nó cung cấp:  Thẻ thụ động  Thẻ tích cực  Thẻ bán tích cực (hoặc bán thụ động) Dưới đây là các hình ảnh minh họa các thành phần bên trong một thẻ tích cực: Hình 2.5 Các thẻ 2.4 GHz của hãng Alien Technology Còn tiếp theo là hình ảnh thực tế của thẻ tích cực của các hãng sản xuất lớn: GVHD: Lưu Văn Đại 8 SVTH: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân Chương 2: Giới thiệu về công nghệ RFID Hình 2.6 Các thẻ tích cực dải UHF tần số thấp (303.8 MHz) của hãng RFCode,Inc 2.4.2. Thiết bị đọc thẻ (Reader): Hình 2.7 Reader cầm tay UHF của Intermec Corporation Đầu đọc thẻ RFID là một thiết bị điện tử tích hợp. Nó gồm các module như: Module giao tiếp vô tuyến sử dụng Antenna, Module mã hoá và giải mã, Module xử lý tín hiệu từ thẻ, Module truyền thông ( Hỗ trợ kết nối RS232, USB, LAN…) Các antenna có thể gắn trong đầu đọc hoặc gắn rời. Chúng có nhiệm vụ thu và phát tín hiệu sóng radio giao tiếp với thẻ. 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 GVHD: Lưu Văn Đại 9 SVTH: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân Chương 2: Giới thiệu về công nghệ RFID 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). Decommissioning thẻ có nghĩa là tách thẻ ra khỏi đối tượng được gắn thẻ và tùy ý làm mất hiệu lực hoạt động của thẻ. Thời gian mà reader có thể phát năng lượng RF để đọc thẻ được gọi là chu kỳ làm việc của reader. 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 các thành phần chính sau:  Máy phát (Transmitter).  Máy thu  Vi mạch Bộ nhớ  Các kênh nhập/xuất của các cảm biến, cơ cấu truyền động đầu từ  và bảng tín hiệu điện báo bên ngoài  Mạch điều khiển  Giao diện truyền thông.  Nguồn năng lượng. Hình 2.8 Sơ đồ khối một hệ thống RFID GVHD: Lưu Văn Đại 10 SVTH: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân Chương 2: Giới thiệu về công nghệ RFID Hình 2.9 Hệ thống RFID với các thiết bị 2.4.3. Anten của thiết bị đọc thẻ Reader truyền thông với tag thông qua anten của reader, là một thiết bị riêng mà nó được gắn vào reader tại một trong những cổng anten của nó bằng cáp. Khối phát tín hiệu trên reader sẽ điều khiển anten phát đi tín hiệu RF ra bên ngoài xung quanh nó và nhận về thông tin phản hồi từ thẻ. Do đó anten có một vị trí quan trọng tương đương với reader trong hệ thống RFID. Thông thường trong thực tế anten thường được chế tạo theo cách quấn dây theo dạng hình vuông, hoặc cũng có thể chế tạo theo kiểu các đường mạch PCB. Dưới đây là một số hình ảnh trong thực tế về anten của reader của các hãng chế tạo nổi tiếng. GVHD: Lưu Văn Đại 11 SVTH: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân Chương 2: Giới thiệu về công nghệ RFID Hình 2.10 Anten UHF phân cực trang của reader được sản xuất bởi Alien Technology Hình 2.11 Mô hình anten méo, nhô 2.5. 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 GVHD: Lưu Văn Đại 12 SVTH: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân Chương 2: Giới thiệu về công nghệ RFID tag RFID có thể giữ một số lượng lớn dữ liệu, chúng có thể chứa thông tin như chuỗi số, thời dấu, hướng dẫn cấu hình, dữ liệu kỹ thuật, sổ sách y học, và lịch trình. 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 viba đang được 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 2.12 Hoạt động giữa tag và RFID GVHD: Lưu Văn Đại 13 SVTH: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân Chương 2: Giới thiệu về công nghệ 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 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. 2.6. Các tiêu chuẩn công nghệ RFID Nhiều tiêu chuẩn công nghệ RFID được đề xuất từ nhiều tổ chức khác nhau trên thế giới. 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) GVHD: Lưu Văn Đại 14 SVTH: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân Chương 2: Giới thiệu về công nghệ RFID ERO (European Radiocommunications Office) UPU (Universal Postal Union) ASTM (American Society for Testing and Materials) CEN (Comité Européen Normalisation (European Comite for Standardization) 2.7. Các ứng dụng RFID RFID được sử dụng nhiều cho quản lý kho, quản lý đăng nhập ra/vào cho nhân viên tại xí nghiệp, nơi công sở. RFID 125kHz – 13,56 Mhz: Sử dụng cho các hệ thống đăng nhập ra/vào, thông thường gọi là công nghệ cảm ứng (proximity), khoảng cách đọc rất ngắn (khoang 10 cm). Khoảng cách đọc rất ngắn nên nếu có nhiều thiết bị Reader gắn cạnh nhau vẫn không xảy ra hiện tượng nhiễu điện từ. RFID 400 – 900 Mhz: Sử dụng cho ứng dụng quản lý kho. Vùng phủ sóng của thiết bị đọc là vô hướng nên nhiều Reader gắn cạnh nhau sẽ xảy ra hiện tương nhiễu điện từ, 2 reader không hoạt động được cùng lúc khi lắp đặt gần nhau. - Mua hàng hoá trong siêu thị. - Thẻ thanh toán điện tử. Ứng dụng trong y tế: - Bệnh án điện tử. - Quản lý thuốc. Ứng dụng trong hệ thống bảo mật, cảnh báo: - Thẻ ra vào. - Ô tô, xe máy. - Cảnh báo mất đồ vật. Ứng dụng trong lĩnh vực bưu điện, hàng không, giao thông vận tải: - Quản lý, theo dõi bưu phẩm, hàng hoá. Trạm thu phí, kiểm soát giao thông. GVHD: Lưu Văn Đại 15 SVTH: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân