(Đồ án hcmute) thiết kế hệ thống điểm danh sinh viên dùng công nghệ rfid

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỂM DANH SINH VIÊN
DÙNG CÔNG NGHỆ RFID

GVHD: ThS. NGUYỄN VĂN HIỆP
SVTH: HUỲNH THANH TÙNG
MSSV: 12141256
SVTH: ĐẶNG MINH DUY
MSSV: 12141034

SKL 0 0 4 5 6 6

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2017

do an


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỂM DANH
SINH VIÊN DÙNG CÔNG NGHỆ RFID

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hiệp
SVTH: Huỳnh Thanh Tùng
MSSV: 12141256
SVTH: Đặng Minh Duy
MSSV: 12141034

Tp. Hồ Chí Minh - 01/2017

do an


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỂM DANH
SINH VIÊN DÙNG CÔNG NGHỆ RFID
GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hiệp

SVTH: Huỳnh Thanh Tùng
MSSV: 12141256
SVTH: Đặng Minh Duy
MSSV: 12141034

Tp. Hồ Chí Minh - 01/2017

do an


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Thế giới ngày nay với sự phát triển bùng nổ của khoa học kỹ thuật đem lại nhiều

tiện ích thiết thực hơn cho cuộc sống con người. Các công nghệ mới ra đời để đáp ứng
những nhu cầu ngày càng cao của con người trong mọi lĩnh vực.
RFID, … Trong đó cơng nghệ RFID (Radio Frequency Identification) đang

phát triển gần như vô hạn, công nghệ RFID thật sự đã tạo mới bước đột phá trong khoa
học.
Hiện nay, số lượng sinh viên trên một khóa học ở trường ta là rất lớn vì vậy việc
điểm danh sinh viên bằng cách truyền thống sẽ gây mất thời gian cũng như sai sót
trong việc tổng hợp danh sách để đánh giá chuyên cần. Nhận thấy sự cần thiết của việc
ứng dụng công nghệ thông tin và công nghệ RFID vào việc hỗ trợ giáo viên điểm
danh, nhóm chúng em đã thực hiện đề tài: “Thiết kế hệ thống điểm danh sinh viên
”. Đề tài sẽ kết hợp công nghệ RFID và thiết bị di động để thiết

kế hệ thống linh hoạt có thể giúp giảng viên tiết kiệm thời gian trong việc điểm danh,
t
. Đồng thời giúp sinh viên cũng có thể
của mình để có sự điều chỉnh hợp lý. Từ đó giúp việc
giảng dạy và học tập hiệu quả hơn.
Một số đề tài đã nghiên cứu về vấn đề này như: “Xây dựng hệ thống hổ trợ điểm
danh sinh viên”[3], “Ứng dụng công nghệ RFID vào quản lý học sinh”[4]. Đặc điểm
của những đề tài này là thiết bị điểm danh được đặt cố định và giao tiếp với máy tính
để cập nhật dữ liệu. Do vậy việc xây
Hệ thống chúng em xây dựng thì việc quản lý sẽ được thực hiện trên điện thoại
của giảng viên. Từ đó việc điểm danh sẽ linh động theo ý muốn của giảng viên.Vì hệ

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
thống không cần cố định nên việc

sẽ rất dễ dàng.

1.2
Đồ án nguyên cứu và thực hiện nhằm áp dụng những kiến thức đã học trong
để tạo ra một hệ thống có điểm danh sinh viên tự động.
Đồ án này được thực hiện nhằm mục đích tạo ra một hệ thống có thể giúp giảng viên
quản lý việc điểm danh sinh viên, thống kê đưa ra kết quả để cuối kì giảng viên có thể
đánh giá tình trạng chuyên cần của sinh viên. Đồng thời có thể giúp sinh viên có thể

theo dõi tình trạng chun cần của bản thân.

1.3

NỘI DUNG 1: P

RFID

RC522.

NỘI DU
HC05.
NỘI DU
NỘI DU
Bluetooth.
NỘI DU
NỘI DU

1.4
Ứng dụng được viết cho một giảng viên và các sinh viên theo học các khóa học
của giảng viên đó.

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Hệ thống chỉ điểm danh theo thẻ khơng xác định chính xác chủ thẻ đã điểm danh
hay không.

BỐ CỤC

1.5.

Chương 1: Tổng Quan
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Chương 3:
Chương 4: Thi Công
Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá.
Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển.

Chương 1: Tổng quan.
Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung
nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.

Chương 3:

.

Chương 4:

Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

Chương 6

t luận và

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

4


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1

GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ RFID

2.1.1 Khái niệm về

RFID

RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ xác nhận dữ liệu đối tượng
bằng sóng vơ tuyến để nhận dạng, theo dõi và lưu thông tin trong một thẻ (Tag).
Reader quét dữ liệu thẻ và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu lưu trữ dữ liệu của thẻ [1].
Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vơ tuyến để

truyền dữ liệu từ các thẻ đến các Reader. Thẻ có thể được đính kèm hoặc gắn vào đối
tượng nhận dạng chằng hạn như sản phẩm, hộp hoặc sách…
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 vơ 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 khơng tích điện,
chúng hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng nhận từ tín hiệu được gửi bởi reader
2.1.2 Các 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 [1]:
Tag: là bộ phận quan trọng cấu thành lên hệ thống RFID và được sử dụng trong
tất cả các hệ thống RFID.
Reader: là thành phần bắt buộc để truy vấn thẻ.
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), 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 khơng có thành phần này. Thực tế, một hệ thống RFID gần như
khơng có ý nghĩa nếu khơng có thành phần này.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

5

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.

Sơ đồ khối hệ thống RFID.

Hình 2.2. Các thành phần của hệ thống RFID

a.

Thẻ RFID ( Tag )

Thẻ RFID là một thiết bị có thể lưu trữ và truyền dữ liệu đến một reader trong
một môi trường không tiếp xúc bằng sóng vơ tuyến. Tag RFID mang dữ liệu về một
vật, một sản phẩm (item) nào đó và gắn lên sản phẩm đó. Mỗi tag có các bộ phận lưu
trữ dữ liệu bên trong và cách giao tiếp với dữ liệu đó.
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP

do an

6


Phân loại thẻ RFID
Các tag RFID có thể được phân loại theo hai phương pháp khác nhau.
Dựa trên việc tag có chứa nguồn cung cấp gắn bên trong hay là được cung
cấp bởi reader:


Thụ động (Passive)



Tích cực (Active)



Bán tích cực (Semi-active, cũng như bán thụ động semi-passive)

TAG thụ động
Loại tag này khơng có nguồn bên trong, sử dụng nguồn nhận được từ reader
để hoạt động và truyền dữ liệu được lưu trữ trong nó cho reader. Tag thụ động
có cấu trúc đơn giản và khơng có các thành phần động.
Đối với loại tag này, khi tag và reader truyền thông với nhau thì reader ln
truyền trước rồi mới đến tag. Cho nên bắt buộc phải c reader để tag có thể
truyền dữ liệu của nó.
Tag thụ động bao gồm những thành phần chính sau:


Vi mạch (microchip).



Anten.

Các thành phần của Tag thụ động

Một vi mạch của thẻ thụ động bao gồm các khối như hình vẽ dưới đây:

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

7


. Những thành phần cơ bản của một vi mạch

 Bộ chỉnh lưu (power control/rectifier): chuyển nguồn AC từ tín hiệu
anten của reader thành nguồn DC . Chính nguồn điện một chiều này sẽ cung
cấp năng lượng tới các thành phần khác của vi mạch.
 Bộ tách xung (Clock extractor): tách tín hiệu xung từ tín hiệu anten của
reader.
 Bộ điều chế (Modulator): điều chế tín hiệu nhận được từ reader. Đáp
ứng của tag được nhúng trong tín hiệu đã điều chế sau đó được truyền trở lại
reader
 Đơn vị luận lý (Logic unit): chịu trách nhiệm cung cấp giao thức
truyền giữa tag và reader
 Bộ nhớ vi mạch (memory): được dùng lưu trữ dữ liệu. Bộ nhớ này
thường được phân đoạn (gồm vài block hoặc field). Ở đây ta cần chú ý đến
thuật ngữ addressability, nghĩa là khả năng đánh địa chỉ (đọc hoặc ghi) các vị
trí bộ nhớ riêng lẻ của một vi mạch trên tag. 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,...)
TAG tích cực

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP

do an

8


Thẻ tích cực có một nguồn năng lượng bên trong (chẳng hạn một bộ pin, hoặc
có thể là những nguồn năng lượng khác nhau như sử dụng nguồn năng lượng mặt
trời) và điện tử học để thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng. Thẻ tích cực sử
dụng nguồn năng lượng bên trong để truyên dữ liệu cho reader. Điện tử học bên
trong gồm bộ vi mạch, cảm biến và các cổng vào/ra được cấp nguồn bởi năng
lượng bên trong nó.
Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và reader, thẻ ln truyền
trước, rồi mới đến reader. Vì sự hiện diện của reader không cần thiết cho việc
truyền dữ liệu nên thẻ tích cực có thể phát dữ liệu của nó cho những vùng lân cận
nó thâm chí trong cả trường hợp khơng có reader ở nơi đó.
Tag tích cực bao gồm các thành phần chính sau:
 Vi mạch (microchip) : cấu tạo và chức năng giống với tag thụ động
nhưng kích thước vi xử lý và khả năng thì lớn hơn.
 Anten : Nó có thể là một dạng của module RF có thể truyền tín hiệu của
Tag và nhận tín hiệu của reader tương ứng.
 Nguồn năng lượng trên bên trong tag : 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. Một trong những nhân tố quyết định độ bền của pin là tốc độ truyền dữ liệu
của thẻ. 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.
 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 (transmitter), và tùy theo lựa
chọn cụ thể mà nó có thể thực hiện được các chức năng đặc biệt chẳng hạn

như việc tính tốn, hoặc hoạt động như một cảm biến,... Ta cần chú ý rằng khi
số các chức năng tăng nên thì kích thước vật lý của phần này tăng lên, và vì
vậy kích thước thẻ cũng tăng lên.
TAG bán tích cực

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP

do an

9


Tag bán tích cực có một nguồn năng lượng bên trong (chẳng hạn là bộ pin) và
điện tử học bên trong để thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng. Nguồn bên trong
cung cấp năng lượng cho tag hoạt động. Tuy nhiên trong q trình truyền dữ liệu,
tag bán tích cực sử dụng nguồn từ reader.
Phân loại thẻ RFID dựa trên khả năng hỗ trợ ghi chép dữ liệu

TAG read only (RO)
Thẻ RO có thể được lập trình (tức là ghi dữ liệu lên thẻ RO) chỉ một lần. Dữ
liệu có thể được lưu vào thẻ tại xí nghiệp trong lúc sản xuất. 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 khách
hàng dựa trên ứng dụng. Loại thẻ này được sử dụng trong các ứng dụng kinh
doanh và hàng không nhỏ.
TAG write once, read many (WORM)
Thẻ WORM có thể được ghi dữ liệu một lần, mà thường thì khơng 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 tồn dữ liệu và là loại thẻ phổ biến nhất trong lĩnh vực kinh doanh
ngày nay.
TAG read write (RW)
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 (lập trình lại). Sự an tồn dữ liệu là một thách thức đối với thẻ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

10


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 cơng nghệ thẻ
phát triển thì chi phí thẻ giảm xuống.

b. READER
Một reader điển hình chứa một Module tần số vơ tuyến (máy phát và máy thu) là
một đơn vị điều khiển và là phần tử kết nối đến bộ phát đáp. Ngồi ra các reader cịn
được gắn với một giao diện bổ sung (RS232, RS485…) để chúng có thể chuyển tiếp
dữ liệu đọc được đến một hệ thống khác (PC, hệ thống điều khiển robot…)
Reader RFID được gọi là vật tra hỏi (interrogator), là một thiết bị đọc và ghi dữ
liệu các thẻ RFID tương thích. Hoạt động ghi dữ liệu lên thẻ bằng reader được gọi là
tạo thẻ. Quá trình tạo thẻ và kết hợp thẻ với một đối tượng được gọi là đưa thẻ vào

hoạt động (commissioning the tag).
Reader là hệ thần kinh trung ương của toàn hệ thống, phần cứng RFID thiết lập
việc truyền với thành phần này và điều khiển nó, là thao tác quan trọng nhất của bất kỳ
thực thể nào muốn liên kết với thực thể phần cứng này.

Các thành phần chính của reader bao gồm:
Máy phát (Transmitter): Truyền nguồn AC và chu kỳ xung đồng hồ qua
antenna của nó đến thẻ trong phạm vi đọc cho phép, nó chịu trách nhiệm gửi tín
hiệu của reader đến môi trường xung quanh và nhận lại đáp ứng của thẻ qua
antenna của reader.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

11


Máy thu (Receiver): Nhận tín hiệu tương tự từ thẻ qua antenne của reader.
Sau đó nó gửi những tín hiệu này cho vi mạch của reader, tại nơi này nó được
chuyển thành tín hiệu số tương đương (có nghĩa là dữ liệu mà thẻ đã truyền cho
reader được biểu diễn ở dạng số).
Vi mạch (Microprocessor): Thành phần này chịu trách nhiệm cung cấp giao
thức cho reader để nó truyền thơng với thẻ tương thích với nó. Nó thực
hiện việc giải mã và kiểm tra lỗi tín hiệu tương tự nhận từ máy thu.
Bộ nhớ: Bộ nhớ dùng lưu trữ dữ liệu như các tham số cấu hình reader và một
bản kê khai các lần đọc thẻ. Vì vậy nếu việc kết nối giữa reader và hệ thống mạch
điều khiển/phần mềm bị hỏng thì tất cả dữ liệu thẻ đã được đọc không bị mất.
Kênh vào/ra đối với các cảm biến, cơ cấu truyền động đầu từ, bảng tín
hiệu điện báo bên ngồi: Các reader khơng cần bật suốt. Các thẻ có thể chỉ xuất
hiện lúc nào đó và rời khỏi reader mãi cho nên việc bật reader suốt sẽ gây lãng phí

năng lượng. Thêm nữa là giới hạn vừa đề cập ở trên cũng ảnh hưởng tới chu kỳ
làm việc của reader. Thành phần này cung cấp một cơ chế bật và tắt reader tùy
thuộc vào các sự kiện bên ngồi
Mạch điều khiển (có thể nó được đặt ở bên ngoài): Là một thực thể cho
phép thực thể bên ngoài là con người hoặc chương trình máy tính giao tiếp, điều
khiển các chức năng của reader, điều khiển bảng tín hiệu điện báo và cơ cấu truyền
động đầu từ kết hợp với reader này.
Mạch truyền thông: Cung cấp các lệnh truyền đến reader, nó cho phép
tương tác với các thực thể bên ngoài qua mạch điều khiển, để truyền dữ liệu của
nó, nhận lệnh và gửi lại đáp ứng. Thành phần này cũng có thể xem như là một
phần của mạch điều khiển hoặc là phương tiện truyền giữa mạch điều khiển và các
thực thể bên ngoài.
Nguồn năng lượng: Thành phần này cung cấp năng lượng cho các thành
phần của reader. Nguồn năng lượng được được cung cấp cho các thành phần này
qua một dây dẫn điện được kết nối với một ngỏ ra bên ngồi thích hợp.
Phân loại Reader

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

12


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

Serial reader sử dụng liên kết serial để truyền với một ứng dụng. Reader kết nối
đến cổng serial của máy tính dùng kết nối tuần tự RS232 hoặc RS485. Cả hai loại
kết nối này đều có giới hạn trên về chiều dài cáp sử dụng kết nối reader với máy
tính. Chuẩn RS485 cho phép cáp dài hơn chuẩn RS232.
Ưu điểm của serial reader là phụ thuộc vào chiều dài tối đa của cáp sử dụng để
kết nối một reader với một máy tính. Thêm nữa, thường thì trên một máy chủ thì số
cổng serial bị hạn chế. Tốc độ truyền dữ liệu serial thường thấp hơn tốc độ truyền dữ
liệu mạng. Những nhân tố này dẫn đến chi phí bảo dưỡng cao hơn và thời gian
chết đáng kể.
Network Reader
Network reader kết nối với máy tính sử dụng cả mạng dây và không dây. Thực tế,
reader hoạt động như thiết bị mạng.
Ưu điểm của network reader là không phụ thuộc vào chiều dài tối đa của cáp kết
nối reader với máy tính. Sử dụng ít máy chủ hơn so với serial reader. Thêm nữa là
phần mềm hệ thống của reader có thể được cập nhật từ xa qua mạng. Nhược điểm
của network reader là việc truyền không đáng tin cậy bằng serial reader.

khác:
Reader cố định

c. Cơ chế truyền dữ liệu giữa tag và bộ đọc.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

13


Tùy thuộc vào loại thẻ, việc truyền giữa bộ đọc và thẻ có thể theo một trong

những cách sau đây:
−
−

Kiểu máy phát

−

Kiểu bộ

Trong phương thức truyền thông này, reader truyền đi một tín hiệu RF sóng liên
tục chứa nguồn AC và tín hiệu xung clock đ

.
Kiểu máy phát
Loại truyền thơng này ch ứng dụng vào loại tag tích cực. Trong phương thức
truyền tin này, tag phát đi tin của n

ng t

n quan tâm là có reader hay khơng. Vì vậy tag luôn luôn truyền
trước reader.
Kiểu bộ phát - đáp
Trong loại truyền thông này, tag sẽ vào chế độ “ngủ” h

ngủ. Khi
tag nhận lệnh này tag sẽ thoát khi chế độ ngủ và trở lại hoạt động như tag phát.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

14


2.1.3 Tần số vô tuyến hoạt động của RFID
Tần số hoạt động của thẻ RFID là tần số điện từ 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). Hệ thống RFID khơng 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 2.1: Khoảng tần số RFID

2.2

GIỚI THIỆU VỀ HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID

Android là một hệ điều hành có mã nguồn mở dựa trên nền tảng Linux được thiết kế
dành cho các thiết bị di độngcó màn hình cảm ứng như điện thoại thơng minh và máy
tính bảng. Ban đầu, Android được phát triển bởi Tổng cơng ty Android, với sự hỗ trợ
tài chính từ Google, sau này được chính Google mua lại vào năm 2005 và hệ điều hành
Android đã ra mắt vào năm 2007. Chiếc điện thoại đầu tiên chạy Android là HTC
Dream được bán vào ngày 22 tháng 10 năm 2008.
Giao diện người dùng của Android dựa trên nguyên tắc tác động trực tiếp, sử dụng
cảm ứng chạm tương tự như những động tác ngoài đời thực như vuốt, chạm, kéo dãn
và thu lại để xử lý các đối tượng trên màn hình

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP

do an

15


Từ khi ra đời hệ điều hành Android đã trải qua nhiều lần nâng cấp hệ điều hành như
hình

Hình 2.6. Các thế hệ của hệ điều hành Android

2.2.1 Kiến trúc hệ điều hành Android

Hình 2.7. Kiến trúc hệ điều hành Android

Linux kernel
Ở dưới cùng của các tầng trên là Linux – Linux 2.6 với khoảng 115 bản vá lỗi.
Tầng này cung cấp chức năng hệ thống cơ bản như quản lý các tiến trình, quản lý bộ

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

16


nhớ, quản lý thiết bị như máy ảnh, bàn phím, màn hình hiển thị, v.v…Ngồi ra, nhân
Linux xử lý tất cả các vấn đề về Mạng và một loạt các trình điều khiển thiết bị giao
tiếp với phần cứng ngoại vi[2].
Libraries
Tầng này là một tập hợp các thư viện bao gồm trình duyệt web mã nguồn mở sử
dụng WebKit engine, thư viện libc, cơ sở dữ liệu SQLite là một kho lưu trữ hữu ích

cho việc lưu trữ và chia sẻ dữ liệu của ứng dụng, có các thư viện để chơi/ghi lại âm
thanh và video, các thư viện SSL chịu trách nhiệm về bảo mật Internet, v.v…[2].
Android Runtime
Đây là phần thứ ba của kiến trúc Android. Phần này cung cấp một thành phần
quan trọng được gọi là Dalvik Virtual Machine – một loại máy ảo Java được thiết kế
đặc biệt và tối ưu hóa cho Android[2].
Dalvik VM sử dụng các tính năng cốt lõi của Linux như quản lý bộ nhớ và đa luồng,
những tính năng này đều có trong ngôn ngữ Java . Dalvik VM cho phép tất cả các ứng
dụng Android chạy trong tiến trình riêng của nó[2].
Android Runtime cũng cung cấp một tập các thư viện lõi cho phép các nhà phát triển
ứng dụng Android viết các ứng dụng Android sử dụng ngơn ngữ lập trình Java (J2SE).
Application Framework
Tầng Application Framework cung cấp nhiều dịch vụ cấp cao hơn cho các ứng
dụng trong ở dạng các class trong Java. Các nhà phát triển ứng dụng được phép sử
dụng các dịch vụ này trong các ứng dụng của họ. (Ví dụ: dịch vụ kết nối Internet, dịch
vụ SMS,…)
Applications
Bạn sẽ viết ứng dụng và các ứng dụng mà bạn viết được cài đặt ở tầng này
2.2.2 Vòng đời ứng dụng Android.
Android có cơ chế quản lý các tiến trình (process) theo chế độ ưu tiên (priority).
Các tiến trình có độ ưu tiên thấp sẽ bị giải phóng mà khơng cảnh báo nhằm đảm bảo
tài ngun
Các loại tiến trình trong android :

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

17

Foreground process: là process của ứng dụng hiện thời đang được người dùng
tương tác.
Visible process: là process của ứng dụng mà activity đang hiển thị đối với
người dùng (onPaused() của activity được gọi).
Service process: là Service đang running.
Background process: là process của ứng dụng mà các activity của nó ko hiển
thị với người dùng (onStoped() của activity được gọi).
Empty process: process khơng có bất cứ 1 thành phần nào active.
2.2.3 Các thành phần trong một ứng dụng Android
Activity
Activity là thành phần tối quan trọng của bất kỳ một ứng dụng Android nào, được
dùng để hiển thị một giao diện và nắm bắt các hoạt động xảy ra trên giao diện đó.
Một ứng dụng thường bao gồm nhiều Activity được ràng buộc với nhau. Thông
thường, một trong những Activity được quy dịnh là Activity chính (MainActivity),
được trình bày cho người dùng xem khi ứng dụng chạy lần đầu. Mỗi Activity sau đó
co thể gọi Activity khác để thực hiện các hành động khác nhau.
Mỗi Activity muốn hoạt động thì phải khai báo trong AndroidMenifest.xml.
Trạng thái của mỗi Activity :
Running: Activity đang hiển thị trên màn hình.
Pause: Activity vẫn hiển thị nhưng không thể tương tác.
Stop: Activity cũ thay thế Activity mới.
Kill: Khi hệ thống thiếu bộ nhớ nó sẽ giải phóng theo nguyên tắc ưu tiên.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

18

Hình 2.8. Vịng đời của một ứng dụng Android

Khi một Activity được khởi tạo nó phải được onCreate(), trải qua các trạng thái
OnStart(), OnResume thì Activity được running. Khi một Activity khác được khởi tạo
thì Activity cũ sẽ được đưa vào trạng thái OnPause, nếu không sữ dụng nữa sẽ bị rơi
vào trạng thái OnStop() và bị OnDestroy(). Khi gọi Activity đó trở lại, khi ở trạng thái
OnPause() thì Activity chỉ cần OnResume, khi ở trạng thái OnStop() thì cần
OnRestart() và OnStart() thì mới trở lại. Nếu Activity đã bik kill thì phải OnCreate()
mới trở lại được.
Intent
Được sử dụng để truyền các thông báo nhằm khởi tạo một Activity hoặc Service
để thực hiện cơng việc bạn mong muốn.
Service
BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

19


Thành phần chạy ẩn của Android. Service sử dụng để update dữ liệu, đưa ra các cảnh
báo (notification) và không bao giờ hiển thị cho
người dùng thấy
Content Provider
Kho dữ liệu chia sẻ, được dùng để quản lý và chia sẽ dữ liệu giữa các ứng dụng
Broadcast Receiver
Thành phần thu nhận các intent từ bên ngoài gửi tới
Notification
Đưa ra các cảnh báo mà không làm cho các Activity phải ngừng hoạt động

Activity, Service, Broadcast Receiver và Content Provider là những thành phần chính
cấu thành nên ứng dụng Android, bắt buộc phải khai báo trong AndroidManifest

2.3

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BLUETOOTH

2.3.1 Khái niệm về Bluetooth
Bluetooth là công nghệ cho truyền thông không dây tầm gần giữa các thiết bị
điện tử. Công nghệ này hỗ trợ việc truyền dữ liệu qua các khoảng cách ngắn giữa các
thiết bị di động và cố định, tạo nên các mạng cá nhân không dây (Wireless Personal
Area Network-PANs).
Phạm vi hoạt động của thiết bị Bluetooth là khoảng 10m. Bluetooth truyền dữ
liệu với tốc độ 1Mb/s, nhanh gấp 3 và 8 lần tốc độ trung bình của cổng song song và
cổng serial tương ứng. Kết nối Bluetooth là vô hướng và sử dụng dãy tầng 2.40 – 2.48
GHz.
2.3.2 Đăc điểm của công nghệ Bluetooth
Ưu điểm :
Tiêu thụ năng lượng thấp, cho phép ứng dụng được nhiều loại thiết bị bao gồm
các thiết bị cầm tay và điện thoại di động.
Giá thành ngày một giảm.
Khoảng cách giao tiếp cho phép giữa hai thiết bị đầu cuối có thể lên đến 10m

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

20

Bluetooth sử dụng băng tần 2.4GHz. Tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt tới mức
tối đa 1Mbps mà các thiết bị không cần phải trực tiếp thấy nhau.
Dễ dàng trong việc phát triển ứng dụng: Bluetooth kết nối một ứng dụng này
với một ứng dụng khác thông qua chuẩn Bluetooth profiles, do đó có thể độc lập về
phần cứng cứng như hệ điều hành sử dụng.
Tính tương thích cao, được nhiều nhà sản xuất phần cứng cũng như phần mềm
hỗ trợ.
Nhược điểm:
Khoảng cách kết nối còn ngắn so với công nghệ mạng không dây khác.
Tốc độ truyền không cao.
Bị nhiễu bởi các thiết bị sử dụng sóng radio khác.
Hạn chế về kỹ thuật bảo mật.
2.3.3 Cách thức hoạt động của Bluetooth
a.

Kỹ thuật nhảy tần số
Việc truyền dữ liệu trong Bluetooth được thực hiện bằng kỹ thuật nhảy tần số.

Đây là kỹ thuật phân chia giải băng tần thành một tập hợp các kênh hẹp và thực hiện
việc truyền trên các kênh đó bằng việc nhảy qua các kênh theo một thứ tự nào đó, có
nghĩa là các gói tin được truyền trên những tần số khác nhau.
Giải băng tần ISM 2.4GHz được chia thành 79 kênh, với tốc độ nhảy là 1600 lần
trong một giây, điều đó sẽ giúp tránh nhiễu tốt và chiều dài các gói tin ngắn lại, tăng
tốc độ truyền thơng.
b.

Cấu trúc của gói tin
Mỗi gói tin chứa 3 phần: Access Code, Header, Payload.

Hình 2.9. Cấu trúc gói tin Bluetooth

Kích thước của Access Code, Header là cố định.
Access Code: Gồm 72 bits, dùng trong việc đồng bộ, định danh, và báo hiệu.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

21


Header: Gồm 32 bits trong đó
3 bits dùng trong việc định địa chỉ.
4 bits tiếp cho biết loại gói tin.
1 bits điều khiển luồng.
1 bits ARQ cho biết gói tin là Boardcast khơng có ACK.
1 bits Sequencing : lọc bỏ những gói tin trùng do truyền lại.
8 bits HEC : kiểm tra tính tồn ven của Header.
Có tổng cộng là 18 bits, các bit này sẽ được mã hóa với 1/3 FEC để có được 54 bits.
PayLoad : chứa dữ liệu truyền đi, có thể thay đổi từ 0 đến 2744. Payload có thể là
dữ liệu Voice hoặc data.
Cơ chế phát hiện và sữa lỗi

c.

Có 3 phương pháp để kiểm tra tính đúng đắn của gói tin truyền đi:
Forwad Error Correction: thêm 1 số bit kiểm tra vào phần Header hoặc
PayLoad của gói tin.
Automatic Repeat Request : dữ liệu sẽ được truyền lại cho tới khi bên nhận
gửi thông báo là đã nhận đúng

Cyclic Redundancy Check: mã CRC thêm vào các gói tin để kiểm chứng các
gói tin có đúng không.
Bluetooth dùng kỹ thuật sữa lỗi tiên tiến FCE (Forwad Error Correction) cho
phép phát hiện, sữa lỗi sai và truyền đi tiếp.

2.4

GIỚI THIỆU VỀ FIREBASE

Hình 2.10 Logo Firebase

Firebase là một dịch vụ cơ sở dữ liệu thời gian thực hoạt động trên nền tảng đám
mây được cung cấp bởi Google nhằm giúp các lập trình phát triển nhanh các ứng dụng
bằng cách đơn giản hóa các thao tác với cơ sở dữ liệu.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

do an

22