Tìm hiểu công nghệ nhận dạng vô tuyến RFID

MỤC LỤC
Danh mục các bảng
Số hiệu bảng Tên bảng Trang
2.1 Khoảng tần số RFID 21
2.2 Khoảng đọc RFID 22
2.3 Các memorybank của thẻ 60
Danh mục hình vẽ
Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang
1.1 Thiết bị IFF kề bên là thiết bị RFID ngày nay 9
1.2 Các mốc quan trọng trong giai đoạn đầu của RFID 9
1.3 Những mốc quan trọng từ 1960 đến 1990 11
1.4 Những mốc quan trọng từ 1990 đến nay 13
1.5 Mô hình hệ thống RFID 13
1.6 Một số mẫu thẻ thông dụng 14
1.7 Hệ thống RFID với các thiết bị 15
1.8 Hoạt động giứa các thẻ và đầu đọc RFID 16
1.9 Mô hình hoạt động của hệ thống RFID 17
2.1 Một số dạng anten 19
2.2 Thẻ dạng nút và thẻ dạng chuỗi khóa 22
2.3 Thẻ dạng thẻ 23
2.4
Thẻ dán trên quần áo, thẻ thư viện, thẻ được tích hợp với
nhãn hành lý
23
1
2.5 Thẻ cấy dưới da 24
2.6 Một loại thẻ có kích thước rất nhỏ 24
2.7 Tương quan về kích thước của “bột thẻ “ với sợi tóc 24
2.8 Hoạt động của thẻ thụ động 25
2.9 Các thành phần của thẻ thụ động 26
2.10 Các thành phần của vi mạch 26

2.11 Anten thẻ 28
2.12 Một số loại thẻ thụ động 29
2.13 Một loại thẻ tích cực 31
2.14 Cấu tạo thẻ tích cực và bán tích cực 33
2.15 Thẻ bán tích cực 34
2.16 Thẻ SAW 36
2.17 Hoạt động của thẻ SAW 36
2.18 Một số dạng thẻ EAS 38
2.19 Cách bố trí vật lý của bộ nhớ trên thẻ 40
2.20 Mã hóa nhận dạng pure 42
2.21 Mã vạch UPC 43
2.22 Chuyển đổi từ GTIN sang SGTIN 43
2.23 Sơ đồ trạng thái của đầu đọc Slotted Aloha 45
2.24 Sơ đồ trạng thái của thẻ Slotted Aloha 46
2.25 Cây nhị phân 47
2.26 Sơ đồ trạng thái của giao thức Adaptive Binary Tree 48
2.27 Khe STAC 49
2.28 Sơ đồ trạng thái giao thức STAC 50
2.29 Thủ tục master-slaver giữa Application, đầu đọc và thẻ 56
2.30 Các thành phần logic của đầu đọc 59
2.31 Một số loại đầu đọc cố định 62
2.32 Các loại đầu đọc cầm tay 63
2.33 Dòng thông tin trong hệ thống RFID 64
2.34 Thông báo bất đồng bộ 65
2.35 Thông báo đạt được đồng bộ 66
2.36 Anten đầu đọc 68
2.37 Mô hình anten đơn giản và loại méo, nhô 69
2.38 Mô hình multipath 69
3.1 Thẻ RFID dành cho nhân viên 72
3.2

Dùng đầu đọc để kiểm tra bệnh nhân có đeo thẻ RFID
trên tay
74
3.3 Sử dụng RFID trong nhà kho 76
3.4 Sử dụng đầu đọc để tìm sách 77
3.5 Sử dụng RFID cho bò 79
2
3.6
Sử dụng thiết bị cầm tay để đọc thông tin từ thẻ gắn trên
tai của bò
80
3.7 Một chú gấu Bắc Cực được gắn thẻ để theo dõi 81
3.8 RFID được sử dụng để tăng tốc cho các trạm thu phí 82
3.9 Thẻ gắn trên ô tô và hệ thống thu phí FasTrack 83
3.10 Hệ thống điều khiển truy nhập 85
3.11 Một số hình ảnh về thiết bị điều khiển truy nhập 86
3.12 Hệ thống kiemr soát ra vào bãi đậu xe 87
3.13 Các thẻ RFID được tích hợp với nhãn hành lý tiêu chuẩn 88
3.14 Hộ chiếu RFID của Mỹ 88
3.15 Trạm thu phí tự động ở Hà Nội 90
3.16 Gửi xe 92
3.17 Dùng đầu đọc để kiểm tra vé khi khách lấy xe 92
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, nhiều công nghệ
mới ra đời với mục đích làm cho mọi việc trở nên đơn giản, tiện lợi nhằm đáp ứng nhu
cầu ngày càng cao của con người trong mọi lĩnh vực. Do vậy các công nghệ mới càng
hướng đến khả năng không dây làm cho con người được giải phóng, tự do và thoải mái
hơn.Và nhận dạng tự động là một trong những công nghệ có thể đáp ứng được nhu cầu
đó . Nhận dạng tự động (Automatic Identification) là công nghệ dùng để giúp các máy
nhận dạng các đối tượng mà không cần nhập dữ liệu vào bằng nhân công. Các công

nghệ nhận dạng tự động như : các mã vạch (Bar Codes), các thẻ thông minh, công nghệ
sinh trắc học (biometric), nhận dạng đặc trưng quang học (Optical character
Recognition-OCR) và nhận dạng tần số vô tuyến RFID (Radio Frequency Iditification).
Trong đó, RFID được coi là một cuộc cách mạng của hệ thống nhúng và môi trường
tương tác hiện nay. Công nghệ này đã và đang được phát triển mạnh ở nhiều nước trên
thế giới với những ứng dụng rất đa dạng trong các lĩnh vực : sản xuất kinh doanh ( các
3
dây chuyền sản xuất công nghiệp, trong chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản, các của hàng,
siêu thị, trạm thu phí, bãi đậu xe, …), an ninh, y tế, …
Công nghệ RFID đã được nghiên cứu ( từ khoảng những năm 1930) và ứng dụng
từ khá sớm, nhưng trong vòng khoảng mười năm trở lại đây công nghệ này mới thực
sữ được phát triển rầm rộ. Công nghệ RFID sẽ hết sức cần thiết cho sự phát triển của
thế giới do đó nhiều nước đã và đang xúc tiến các công tác triển khai công nghệ này.
Việt Nam cũng không phải là ngoại lệ, tuy khái niệm RFID cũng chưa thực sự phổ biến
nhưng với xu hướng chung của thế giới, Việt Nam cũng đang nghiên cứu và từng bước
triển khai công nghệ này vào cuộc sống để phục vụ nhu cầu của người dân trong nước.
Với mục đích giới thiệu về công nghệ mới này, đồ án “ Tìm hiểu công nghệ
nhận dạng vô tuyến RFID” sẽ giúp người đọc hiểu rõ hơn về khái niệm, thành phần,
phương thức hoạt động cũng như những ứng dụng của nó. Đồ án này bao gồm 3
chương :
Chương 1 : Giới thiệu về công nghệ RFID
Chương 2 : Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID
Chương 3 : Ứng dụng của RFID
Đồ án này cũng chỉ bước đầu tìm hiểu về công nghệ RFID nên nội dung thiên về
phần lý thuyết. Trong quá trình thực hiện, tuy được sự giúp đỡ của giáo viên hướng
dẫn và có tham khảo nhiều tài liệu nhưng với kiến thức còn hạn chế nên có thể còn
nhiều thiếu sót, tôi rất mong được các thầy cô và bạn bè góp ý để đồ án của tôi được tốt
hơn.
4
Chương I :Giới thiệu về công nghệ RFID

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ RFID
1.1. Giới thiệu sơ lược về RFID :
Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ cho phép một thiết
bị đọc thông tin chứa trong chip không tiếp xúc trực tiếp ở khoảng cách xa, không thực
hiện bất kỳ giao tiếp vật lý nào hoặc giữa hai vật không nhìn thấy nhau. 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 thẻ (tag) đến các đầu đọc (reader). Thẻ có thể được đính kèm hoặc
gắn vào đối tượng được nhận dạng (bao gồm cả con người). Đầu đọc scan dữ liệu của
thẻ và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu có lưu trữ dữ liệu của thẻ.
Công nghệ RFID cho phép nhận biết đối tượng thông qua thu phát sóng giúp cho
con người có thể giám sát quản lý dễ dàng hơn ,ít mắc lỗi, tốn ít thời gian và giảm thiểu
nhân lực quản lý. Ví dụ các công ty chỉ việc sử dụng máy tính để quản lý các sản phẩm
của mình từ xa nhờ việc gắn thẻ lên sản phẩm nhờ đó họ có thể biết các thông tin về
chúng (số lượng, nguồn gốc,đặc điểm,hạn sử dụng,…) không phải kiểm kho, không sợ
giao nhầm hàng,…Hoặc khi đi siêu thị thay vì phải xếp hàng chờ tính tiền (bằng
phương pháp code bar hay còn gọi là mã vạch ) thì chỉ cần đẩy xe hàng qua cổng giám
sát , thiết bị tự động sẽ nhận dạng món hàng , các nhân viên không cần phải lướt mã
vạch của sản phẩm qua đầu đọc nữa,…Đó chỉ là một vài ví dụ trong số rất nhiều ứng
dụng của RFID.
Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay là hệ thống RFID bị động làm việc như
sau: đầu đọc truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ qua anten của nó đến một con
chip. Đầu đọc nhận thông tin trở lại từ chip và gửi nó đến máy tính điều khiển đầu đọc
5
Chương I :Giới thiệu về công nghệ RFID
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 đầu đọc.
1.2. Lịch sử phát triển của RFID :
• Năm 1897 : Guglielmo Marconi phát hiện sóng vô tuyến làm nền tảng cho

sự phát triển của RFID.
Lịch sử RFID đánh dấu từ những năm 1930 nhưng công nghệ RFID có nguồn gốc
từ năm 1897 khi Guglielmo Marconi phát hiện ra sóng radio. RFID áp dụng các nguyên
tắc vật lý cơ bản như truyền phát radio một dạng năng lượng điện từ truyền và nhận
dạng dữ liệu khác nhau.
• Năm 1937 : phòng thử nghiệm nghiên cứu Naval U.S phát triển hệ thống
IFF ứng dụng trong thế chiến thứ 2.
Vào những năm 1930 cả Army và Navy đều gặp phải những thử thách khi xác
định
những mục tiêu trên mặt đất, trên biển và trên bầu trời. Vào năm 1937 phòng thử
nghiệm nghiên cứu Naval U.S phát triển hệ thống xác định Friend-or-Foe (IFF) cho phép
những đối tượng thuộc về quân ta (friend) ví dụ máy bay Allied có thể phân biệt với máy
bay địch (foe). Kỹ thuật này trở nên phổ biến trong hệ thống điều khiển lưu thông hàng
không bắt đầu vào cuối thập niên 50.
• Những năm 50 :
Những ứng dụng của sóng RF vào trong việc xác định vật thể trong suốt thập niên
50 giới hạn chủ yếu trong quân đội, phòng lab nghiên cứu, trong các doanh nghiệp lớn
bởi vì những thiết bị này có giá rất cao và kích thước lớn. Những thiết bị to lớn và cồng
kềnh này là tiền thân của những hệ thống gọi là RFID ngày nay.
Hình 2.1 mô tả hình ảnh của một thiết bị IFF kề bên là thiết bị RFID ngày
nay.
6
Chương I :Giới thiệu về công nghệ RFID
Hình 1.1 - Thiết bị IFF và thiết bị RFID ngày nay.
• Cuối những năm 60 đầu những năm 70 : nhiều công ty đưa ra nhiều sản
phẩm tốt hơn nhờ những công nghệ tiên tiến.
Những công nghệ mới giúp những sản phẩm này gọn hơn và giá rẻ hơn như: công
nghệ
tích hợp trong IC, chip nhớ lập trình được, vi xử lý, những phần mềm ứng dụng
hiện đại

ngày nay và những ngôn ngữ lập trình làm cho công nghệ RFID đang có xu
hướng chuyển sang lĩnh vực thương mại rộng lớn.

Hình 1.2 - Các mốc quan trọng trong giai đoạn đầu của RFID
1880s : Những hiểu biết cơ
bản về năng lượng điện từ
1897 :
Guglielmo
Marconi phat hiện
ra sóng điện từ
1922 : Xuất
hiện những ý
tưởng giám sát
tiến bộ bằng
hệ thống Radar
xung quanh
công nghệ
RFID
1937 : NRF phát triển hệ
thống IFF
Đầu1950s : Công
nghệ RFID được sử dụng trong
các phòng lab nghiên cứu
Cuối 1950s : IFF trở
thành cơ sở cho những
hệ thống điều khiển
không lưu của thế giới
1958 : Jack Kilby
phát minh mạch
tích ở Texas

Instrument
7
Chương I :Giới thiệu về công nghệ RFID
Nhiều công ty như Sensormatic and Checkpoint Systems giới thiệu những sản
phẩm mới ít phức tạp hơn và ứng dụng rộng rãi hơn.Những công ty này bắt đầu phát
triển thiết bị giám sát điện tử (electronic article surveillance EAS)để bảo vệ và kiểm kê
sản phẩm như quần áo trong cửa hàng, sách trong thư viện. Hệt hống RFID thương mại
ban đầu này chỉ là hệ thống RFID thẻ một bit (1-bit thẻ) giá rẻ để xây dựng, thực hiện và
bảo hành. Thẻ không đòi hỏi nguồn pin (loại thụ động)dễ dàng đặt vào sản phẩm và thiết
kế để khởi động chuông cảnh báo khi thẻ đến gần bộ đọc, thường đặt tại lối ra vào, phát
hiên sự có mặt của thẻ.
• Suốt thập kỷ 70 : ngành công nghiệp sản xuất, vận chuyển bắt đầu nghiên
cứu và phát triển những dự án để tìm cách dùng IC dựa trên hệ thống RFID.
Có nhiều ứng dụng trong công nghiệp tự động, xác định thú vật, theo dõi lưu
thông. Trong giai đoạn này thẻ có IC tiếp tục phát triển và có các đặc tính: bộ nhớ ghi
được, tốc độ đọc nhanh hơn và khoảng cách đọc xa hơn.
• Đầu thập niên 80 : công nghệ phức tạp RFID được áp dụng trong nhiều ứng
dụng.
Hệ thống RFID đặt tại đường ray ở Mỹ, đánh dấu thú vật trên nông trại ở châu Âu
và còn dùng trong nghiên cứu động vật hoang dã đánh dấu các loài thú quý và nguy hiểm,
…
• Những năm 90 : RFID được ứng dụng ở nhiều nước đặc biệt là trong hệ
thống thu phí điện tử.
Hệ thống thu phí điện tử trở nên phổ biến ở Thái Bình Dương:Ý,Tây Ban Nha, Bồ
Đào Nha… và ở Mỹ: Dallas, New York và New Jersey. Những hệ thống này cung cấp
những dạng truy cập điều khiển phức tạp hơn bởi vì nó còn bao gồm cả máy trả tiền.
Đầu năm 1990, nhiều hệ thống thu phí ở Bắc Mỹ tham gia một lực lượng mang
tên E-ZPass Interagency Group (IAG) cùng nhau phát triển những vùng có hệ thống thu
8
Chương I :Giới thiệu về công nghệ RFID

phí điện tử tương thích với nhau. Đây là cột mốc quan trọng để tạo ra những ứng dụng
tiêu chuẩn. Hầu hết những tiêu chuẩn tập trung các đặc tính kỹ thuật như tần số hoạt
động và giao thức giao tiếp phần cứng.
E-Zpass còn là một thẻ đơn tương ứng với một tài khoản trên một phương tiện. Thẻ
của xe sẽ truy cập vào đường cao tốc của hệ thống thu phí mà không phải dừng lại. E-
Zpass giúp lưu thông dễ dàng hơn và giảm lực lượng lao động để kiểm soát vé và thu tiền.
Cùng vào thời điểm này, thẻ khóa (card RFID) sử dụng phổ biến thay thế cho các
thiết bị máy móc điều khiển truy nhập truyền thống như khóa kim loại và khóa số.
Những sản phẩm này còn được gọi là thẻ thông minh không tiếp xúc cung cấp thông tin
về người dùng, trong khi giá thành thấp để sản xuất và lập trình.
Điều khiển truy nhập RFID tiếp tục có những bước tiến mới. Các nhà sản xuất xe
hơi đã dùng thẻ RFID trong gần một thập kỉ qua cho hệ thống đánh lửa xe hơi và nó đã
làm giảm khả năng trộm cắp xe.
Hình 1.3 - Những mốc quan trọng từ năm 1960 đến 1990
• Cuối thế kỉ 20 : RFID được phát triển trên
phạm vi toàn cầu.
Dưới đây là một vài bước tiến quan trọng góp phần đẩy mạnh sự phát
triển này.
Texas Instrument đi tiên phong ở Mỹ
1960s : công ty
Sensormatic and
Checkpoint
Systems đưa ra
sản phẩm thiết bị
giám sát điện tử
EAS
1970s : nổi lên nhiều
sáng chế về RFID
1970s : Giants
RCA, Fairchild

and Raytheon
tích cực theo
đuổi công nghệ
RFID
1970s và 1980s : những ứng dụng thưong mại của
RFID dưới dạng phát triển của việc đánh dấu động
vật và tự động hóa trong nhà máy
1989 : hệ
thống thu phí
điện tử qua
Dallas North
Turnpike
1987 : Ứng dụng thương mại đầu tiên của
hệ thống thu phí điện tử ở Norway
9
Chương I :Giới thiệu về công nghệ RFID
Vào năm 1991, Texas Instrument đã đi tiên phong trong hệ thống RFID ở
Mỹ,công ty đã tạo ra một hệ thống xác nhận và đăng ký Texas Instrument (TIRIS). Hệ
thống TI-RFID
(Texas Instruments Radio Frequency Identification System) đã trở
thành nền tảng cho phát
triển và thực hiện những lớp mới của ứng dụng RFID.
Châu Âu đã bắt đầu công nghệ RFID từ rất sớm
Ngay cả trước khi Texas Instrument giới thiệu sản phẩm RFID, vào năm 1970
EM
Microelectronic-Marin một công ty của The Swatch Group Ltd đã thiết kế mạch
tích hợp năng lượng thấp cho những đồng hồ của Thụy Sỹ. Năm 1982 Mikron
Integrated Microelectronics phát minh ra công nghệ ASIC và năm 1987 phát triển công
nghệ đặc biệt
liên quan đến việc xác định thẻ thông minh. Ngày nay EM

Microelectronic và Philips
Semiconductors là hai nhà sản xuất lớn ở châu Âu về lĩnh vực
RFID.
Phát triển thẻ thụ động trong thập niên 90
Cách đây một vài năm các ứng dụng chủ yếu của thẻ RFID thụ động (như đ
iều
khiển truy nhập
,
giám sát điện tử , thanh toán tiền, đánh dấu tài liệu, xác định hàng hóa
trên máy bay, chống trộm cho xe hơi, xác định động vật, định thời cho thể thao,…) mới
được ứng dụng ở tần số thấp (LF) và tần số cao (HF) của phổ RF. Cả LF
và HF đều giới
hạn khoảng cách và tốc độ truyền dữ liệu.Vì những mục đích thực tế
khoảng cách
của những ứng dụng này đo bằng inch. Việc giới hạn tốc độ ngăn cản việc đọc thẻ của ứng
dụng khi hàng trăm thậm chí hàng ngàn thẻ cùng có mặt trong trường của bộ đọc tại
một thời điểm. Cuối thập niên 90 thẻ thụ động cho tần số siêu cao (UHF) làm cho
khoảng cách xa hơn, tốc độ cao hơn, giá cả rẻ hơn, thẻ thụ động này đã vượt qua những
giới hạn của nó. Với
những thuộc tính thêm vào hệ thống RFID dựa trên tần số UHF
được lựa
chọn cho những ứng dụng dây chuyền cung cấp như quản lý nhà kho, kiểm kê
sản phẩm.
• Cuối những năm 1990 đầu năm 2000 :
10
Chương I :Giới thiệu về công nghệ RFID
Các nhà phân phối như Wal-Mart,Target, Metro Group và các cơ quan chính phủ
như U.S. Department of Defense (DoD) bắt đầu phát triển và yêu cầu việc sử dụng
RFID bởi nhà cung cấp. Vào thời điểm này EPCglobal được thành lập, EPCglobal đã hỗ
trợ hệ thống mã sản phẩm điện tử (Electronic Product Code Network EPC) hệ thống này

đã trở thành tiêu chuẩn cho xác nhận sản phẩm tự động.
Hình 1.4 - Những mốc quan trọng từ năm 1990 đến nay
1.3. Thành phần của hệ thống RFID :
Một hệ thống RFID là một tập hợp các thành phần mà nó thực thi giải pháp RFID.
Hình 1.5 - Mô hình hệ thống RFID.
Một hệ thống RFID bao gồm các thành phần sau :
1990 : E-Z Pass mở
đường cho việc tạo
nên các chuẩn mức
độ ứng dụng cho
1990s : các ứng dụng
RFID rất phát triển
1990s : đường sắt, xe hơi
được trang bị RFID
1991 : Texas Instruments thành
lập TIRIS (tên goi sau này của
TI-Rfid)
Cuối 1990s : các
thẻ UHF mở ra
những khả năng
mới trong việc
giải quyết quản
lý dây chuyền
cung cấp
2000s : Wal-
Mart, Target
và nhiều nhà
bán lẻ khác
yêu cầu sử
dụng RFID

cho các nhà
cung cấp của
họ
2003 : công nghệ
RFID được bộ quốc
phòng Mỹ sủ dụng
trong việc … quyền
tự do của Irac
2003 : EPCglobal được
thành lập từ MIT
Auto- ID labs
11
Chương I :Giới thiệu về công nghệ RFID
 Thẻ (Tag) : (là một thành phần bắt buộc đối với mọi hệ thống RFID) gồm chip
bán dẫn và anten nhỏ trong các hình thức đóng gói.
Hình 1.6 - Một số mẫu thẻ thông dụng
 Đầu đọc (Reader) : (là thành phần bắt buộc) thực hiện việc ghi đọc trên thẻ và
giao tiếp với máy chủ.
 Anten của đầu đọc : (là thành phần bắt buộc) làm nhiệm vụ bức xạ, thu sóng
điện từ và gia công tín hiệu. Một vài đầu đọc hiện nay cũng đã có sẵn anten.
 Mạch điều khiển (Controller): (là thành phần bắt buộc)
cho phép các thành
phần bên ngoài giao tiếp điều khiển chức năng của đầu đọc và các thành phần khác như
annunciation, actuator,… Ngày nay mạch điều khiển thường được tích hợp sẵn trong
đầu đọc .
 Cảm biến (sensor) , cơ cấu chấp hành (actuator) và bảng tín hiệu điện
báo
(annunciator) : những thành phần này hỗ trợ nhập và xuất của hệ thống.
 Máy chủ (host) và hệ thống phần mềm (software system) : về mặt lý
thuyết, một hệ thống RFID có thể

hoạt động độc lập không có thành phần này. Thực tế,
một hệ thống RFID gần như không có ý nghĩa nếu không có thành phần này.
 Cơ sở hạ tầng truyền thông (communication infrastructure) : là thành
phần bắt buộc, gồm cả hai
mạng có dây và không dây và các bộ phận kết nối tuần tự để
12
Chương I :Giới thiệu về công nghệ RFID
kết nối các thành phần đã liệt kê ở trên với nhau để chúng truyền với nhau hiệu quả.

Hình 1.7 - Hệ thống RFID với các thiết bị
1.4. Phương thức hoạt động của RFID :
Một hệ thống RFID có ba thành phần cơ bản: thẻ, đầu đọc, và một máy chủ. Thẻ
RFID gồm chip bán dẫn nhỏ và anten được thu nhỏ trong một số hình thức đóng gói.
Mỗi
thẻ được lập trình với một nhận dạng duy nhất cho phép
theo dõi không dây đối tượng
hoặc con người đang gắn thẻ đó vì các chip được sử dụng trong thẻ RFID có thể giữ một
số lượng lớn dữ liệu, chúng có thể chứa thông tin về đối tượng được gắn thẻ.
Cũng như phát sóng tivi hay radio, hệ thống RFID cũng sử dụng bốn băng thông
tần số chính : tần số
thấp (LF), tần số cao (HF), siêu cao tần (UHF) hoặc sóng cực
13
Chương I :Giới thiệu về công nghệ RFID
ngắn (viba).Các hệ thống
trong siêu thị ngày nay hoạt động ở băng thông UHF, trong
khi các hệ thống RFID cũ sử dụng băng thông LF và HF. Băng thông vi ba đang được
để dành cho các ứng dụng trong tương lai.
Các thẻ có thể được cấp nguồn bởi một bộ pin thu nhỏ trong thẻ (các thẻ tích cực)
hoặc bởi đầu đọc mà nó “wake up” (đánh thức) thẻ để yêu cầu trả lời khi thẻ đang trong
phạm vi (thẻ thụ động).

Đầu đọc gồm một anten liên lạc với thẻ và một đơn vị đo điện tử học đã được nối
mạng
với máy chủ. Đơn vị đo tiếp sóng giữa máy chủ và tất cả các thẻ trong phạm vi
đọc của
anten, cho phép một đầu đọc liên lạc đồng thời với hàng trăm thẻ. Nó cũng thực
thi các chức năng bảo mật như mã hóa/ giải mã và xác thực người dùng. Đầu đọc có thể
phát hiện thẻ ngay
cả khi không nhìn thấy chúng.
Khi thẻ đi vào vùng sóng điện từ nó sẽ phát hiện tín hiệu kích hoạt từ đầu đọc và
nó sẽ phát thông tin nhận dạng đến đầu đọc. Đầu đọc giải mã dữ liệu được mã hóa trong
chip (sóng vô tuyến phản xạ từ thẻ ) và đưa vào máy chủ để xử lý .
Hình 1.8 Hoạt động giữa thẻ và đầu đọc RFID
Hình 1.8 - Hoạt động của thẻ và đầu đọc RFID
14
NĂNG
LƯỢNG
DỮ LIỆU
(nếu thẻ có
tính năng ghi)
Dữ liệu theo
sự thay đổi
cường độ từ
trường
Đóng gói bằng thủy tinh hoặc
chất dẻo ( tương quan về kích
thước của thẻ và đầu đọc
được phóng đại để dễ quan
sát)
Vùng trường xa
Vùng trường gần

Sự truyền sóng EM
Từ trường xoay chiều trong vùng trường gần
CUỘN
DÂY
Từ trường
chịu ảnh
hưởng bởi dữ
liệu thẻ
Chương I :Giới thiệu về công nghệ RFID
Hầu hết các mạng RFID gồm nhiều thẻ và nhiều đầu đọc
được nối mạng với
nhau bởi một máy tính trung tâm (máy chủ), hầu như thường là một trạm làm việc gọn
để bàn. Máy chủ xử lý dữ liệu mà các đầu đọc thu thập từ các thẻ và dịch nó giữa mạng
RFID và các hệ thống công nghệ thông tin lớn hơn, mà nơi đó quản lý dây chuyền hoặc
cơ sở dữ liệu quản lý có thể thực thi. Middleware là phần mềm nối hệ thống RFID với
một hệ thống IT quản lý luồng dữ liệu.
Hình 1.9 - Mô hình hoạt động của hệ thống RFID
15
Chương II :Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID
CHƯƠNG II
CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG
RFID
2.1. Thẻ RFID :
2.1.1. Giới thiệu chung :
Thẻ RFID là một thiết bị có thể lưu trữ và truyền dữ liệu đến một đầu đọc trong
một môi trường không tiếp xúc bằng sóng vô tuyến. Thẻ RFID mang dữ liệu về một vật,
một sản phẩm (item) nào đó và gắn lên sản phẩm đó. Mỗi thẻ có các bộ phận lưu trữ dữ
liệu bên trong và cách giao tiếp với dữ liệu đó.
Dữ liệu có thể là một số nhận dạng đơn giản được lưu giữ trong một thẻ chỉ đọc
hoặc dữ liệu một dòng phức tạp bao gồm dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ bổ sung

của thẻ. Các thẻ này phức tạp hơn có thể chứa dữ liệu như các mục như ngày sản xuất,
số lượng rất nhiều, số serial, hoặc thậm chí tích hợp cảm biến để theo dõi nhiệt độ
trung bình hoặc lưu trữ dữ liệu khác.
Thẻ RFID gồm chip bán dẫn nhỏ ( bộ nhớ của chip có thể chứa tới 96 bit đến 512
bit dữ liệu nhiều gấp 64 lần so với mã vạch ) và anten được thu nhỏ trong một số hình
thức đóng gói. Vài thẻ RFID giống như những nhãn giấy và được ứng dụng để bỏ vào
hộp và đóng gói. Một số khác được sáp nhập thành các vách của các thùng chứa plastic
được đúc. Còn một số khác được xây dựng thành miếng da bao cổ tay. Mỗi thẻ được
lập trình với một nhận dạng duy nhất cho phép theo dõi không dây đối tượng hoặc con
người đang gắn thẻ đó
Thông thường mỗi thẻ RFID có một cuộn dây hoặc anten nhưng không phải tất cả
RFID đều có vi chip và nguồn năng lượng riêng.
16
Chương II :Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID
Hình 2.1 Một số dạng anten
2.1.2. Dung lượng, tần số hoạt động và khoảng đọc của thẻ :
2.1.2.1. Dung lượng :
Dung lượng thông tin RFID Thẻ có thể lưu trữ được phụ thuộc nhà cung cấp và loại
ứng dụng, thông thường nó có thể mang lượng thông tin không lớn hơn 2 Kb - đủ để lưu
trữ dữ liệu về món đồ đang nằm trong diện cần quản lý. Các công ty đang nỗ lực tìm
kiếm sử dụng các miếng Thẻ đơn giản 96 bit các số thứ tự riêng, các vi chip đơn giản này
chế tạo dễ và rẻ đồng thời tiện dụng hơn cho các ứng dụng ở nơi các món hàng cần phải
đóng gói.
2.1.2.2. Tần số hoạt động :
Tần số hoạt động là tần số điện từ thẻ dùng để giao tiếp hoặc thu được năng lượng.
Các thẻ và đầu đọc phải được chỉnh về cùng một tần số để liên lạc với nhau vì vậycần
phải chọn tần số đúng cho các ứng dụng cần triển khai. Phổ điện từ mà RFID thường
hoạt động là tần số thấp (LF), tần số cao (HF), siêu cao tần (UHF) và vi sóng
(Microwave). Các tần số khác nhau có đặc tính khác nhau nên thích hợp với các ứng
dụng khác nhau. Ví dụ như thẻ làm việc ở tần số thấp thích hợp cho việc nhận dạng các

17
Chương II :Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID
đối tượng phi kim và đối tượng chứa nhiều nước (hoa qua tươi, ) nhưng khoảng cách
có thể nhận dạng lại ngắn. Còn thẻ hoạt động ở tần số cao thì thích hợp với việc nhận
dạng đối tượng bằng kim loại (bao gói,…) và các món đồ chứa nhiều nước với khoảng
cách nhận dạng lớn hơn. Đối với thẻ ở tần số siêu cao thì có thể chuyển dữ liệu nhanh
hơn ở tần số cao và thấp (nhưng cần công suất lớn hơn và khả năng truyền qua kim loại
thấp hơn ),…
Bảng 2.1 - Khoảng tần số RFID
Tên Khoảng tần số Tần số ISM
LF 30300 kHz < 135 kHz
HF 330 MHz 6.78 MHz, 13.56 MHz, 27.125 MHz, 40.680 MHz
UFH 300 MHz-3 GHz 433.920 MHz, 869 MHz, 915 MHz
Microwave > 3 GHz 2.45 GHz, 5.8 GHz, 24.125 GHz
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.
Trong hoạt động, tần số RFID thực tế bị giới hạn bởi những mức tần số nằm bên
phần
Industrial Scientific Medical (ISM). Tần số thấp hơn 135kHz không phải là tần
số ISM,
nhưng trong khoảng này hệ thống RFID dùng nguồn năng lượng từ trường và
hoạt động ở khoảng cách ngắn vì vậy nhiễu phát ra ít hơn tại tần số khác.
Hiện nay thế giới chưa có thống nhất được chuẩn chung cho tần số RFID. Phần lớn
các nước ấn định vùng tần số vô tuyến 125 kHz hoặc 134Khz cho các hệ thống RFID ở
tần số thấp, 13.56 MHz cho tần số cao. Nhưng hệ thống UHF RFID mới ra đời giữa thập
kỉ 90 và các nước không đồng ý dùng vùng riêng của phổ UHF cho RFID nên ở châu Âu
thì sử dụng tần số 868 MHz trong khi Mỹ thì sử dụng 915 MHz, còn Nhật đang tìm
kiếm để mở băng tần 960 MHz,…
2.1.2.3. Khoảng đọc của thẻ :

18
Chương II :Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID
Khoảng đọc của các
RFID Thẻ thu động phụ thuộc rất nhiều tham số như : tần số
làm việc, công suất bộ đọc, can nhiễu từ các thiết bị vô tuyến khác, . . . Thông thường các
việc ở tần số thấp đọc được trong khoảng cách 50cm hoặc ngắn hơn thế. Các thẻ làm
việc ở tần số cao đọc được từ khoảng cách 3m và các thẻ ở dải tần UHF đọc được từ
9m. Ở những nơi cần đọc ở khoảng cách dài hơn ví dụ như phải đeo bám các toa xe lửa
cần sử dụng các thẻ tích cực có nguồn riêng, khoảng cách đọc có thể đến 100 m hoặc xa
hơn thế nữa.
Bảng 2.2 - Khoảng đọc RFID
Tên
Khoảng cách đọc lớn
nhất cho thẻ thụ động
Ứng dụng
LF 50cm
Xác định thú nuôi và các sản phẩm ở khoảng
cách gần
HF 3m Cổng vào các tòa nhà
UFH 9m Hộp, kệ
Microwave > 10m Phân loại xe hơi
2.1.3. Các thuộc tính và đặc điểm của thẻ :
Các thẻ có 2 hoạt động cơ bản là :
 Gắn thẻ: bất kì thẻ nào cũng được gắn lên item theo nhiều cách
 Đọc thẻ: thẻ RFID phải có khả năng giao tiếp thông tin qua sóng radio theo nhiều
cách.
Nhiều thẻ còn có một hoặc nhiều thuộc tính hoặc đặc điểm sau:
 Kill/disable: Nhiều thẻ cho phép bộ đọc ra lệnh cho nó ngưng các chức năng.
Sau khi thẻ nhận chính xác “kill code”, thẻ sẽ không đáp ứng lại bộ đọc.
 Ghi một lần (write once): Với thẻ được sản xuất có dữ liệu cố định thì các dữ

liệu này được thiết lập tại nhà máy, nhưng với thẻ ghi một lần dữ liệu của thẻ có thể
được thiết lập một lần bởi người dùng sau đó dữ liệu này không thể thay đổi.
19
Chương II :Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID
 Ghi nhiều lần (write many): nhiều kiểu thẻ có thể được ghi dữ liệu nhiều lần.
 Anti-collision : Khi nhiều thẻ đặt cạnh nhau, bộ đọc sẽ gặp khó khăn để nhận
biết khi
nào đáp ứng của một thẻ kết thúc và khi nào bắt đầu một đáp ứng khác.
Với thẻ anti
collision sẽ nhận biết được thời gian đáp ứng đến bộ đọc.
 Mã hóa và bảo mật (Security and encryption): Nhiều thẻ có thể tham gia vào
các giao tiếp có mật mã, khi đó thẻ chỉ đáp ứng lại bộ đọc chỉ khi cung cấp đúng
password.
Một số đặc điểm vật lý :
Thẻ RFID mang dữ liệu được gắn lên sản phẩm có hình dạng và kích thước khác
nhau và đặt trong những môi trường làm việc khác nhau
.
Càng ngày hình dạng của thẻ
ngày càng phong phú, kích thước ngày càng được thu nhỏ để tiện lợi cho các mục đích sử
dụng khác nhau. Dưới đây là một số dạng thẻ :
 Thẻ hình cúc áo hoặc đĩa làm bằng PVC, nhựa thông thường có một lỗ ở giữa để
móc. Thẻ này bền và có thể sử dụng lại được.
 Thẻ nhỏ gắn vào các sản phẩm như: quần áo, đồng hồ, đồ trang sức Những thẻ
này có hình dạng chìa khóa và chuỗi khóa.
Hình 2.2 - Thẻ dạng nút và dạng khóa
 Thẻ RFID có hình dạng như thẻ tín dụng còn gọi là các thẻ thông minh không tiếp
xúc.
20
Chương II :Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID
Hình 2.3 - Thẻ dạng thẻ

 Thẻ trong hộp thủy tinh có thể hoạt động trong các môi trường ăn mòn hoặc trong
chất lỏng
 Thẻ có dạng nhãn dán được có thể được dán lên quần áo, sách (thư viện), hành lý,
…
Hình 2.4 - Thẻ trên dán trên quần áo, thẻ thư viện
 Các dạng thẻ được cấy trên cơ thể người, động vật.
21
Chương II :Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID
Hình 2.5 - Thẻ cấy dưới da
Với công nghệ ngày càng phát triển, các nhà sản xuất đã thu gọn kích thước của
thẻ đến mức bất ngờ, loại thẻ nhỏ nhất hiện nay là loại thẻ bột có kích thước chỉ 0.05 x
0.05 mm (của Hitachi sản xuất ).

Hình 2.6 - Một loại thẻ có kích thước rất nhỏ (Hitachi)
Hình 2.7 Tương quan về kích thước của “bột thẻ “ với một sợi tóc
22
Chương II :Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID
2.1.4. Phân loại thẻ :
Tất cả các thẻ đều có các điểm chung, phân loại thẻ giúp dễ dàng tìm hiểu về cách thức
làm việc của thẻ. Có nhiều cách phân loại thẻ : dựa trên nguồn cung cấp, các đặc điểm
vật lý, các giao diện không khí“air interface” (cách mà chúng giao tiếp được với bộ
đọc), khả năng lưu trữ và xử lý thông tin,…
Sau đây là phương pháp phương pháp phân loại thẻ thường được sử dụng đó là
dựa theo nguồn năng lượng cung cấp cho thẻ :
 Thụ động (Passive)
 Tích cực (chủ động )(Active)
 Bán tích cực (Semi-active, cũng như bán thụ động semi-passive)
2.1.4.1. Thẻ thụ động :
Loại thẻ này không có nguồn bên trong, sử dụng nguồn nhận được từ đầu đọc để
hoạt động và truyền dữ liệu được lưu trữ trong nó cho đầu đọc. Đầu đọc phát sóng vô

tuyến, thẻ sẽ thu và nó sẽ được chỉnh lưu để cung cấp nguồn điện cho thẻ. Thẻ bắt đầu
hoạt động khi dòng điện một chiều sau khi chỉnh lưu đạt được một giá trị xác định nào
đó.
Đối với loại thẻ này, khi thẻ và đầu đọc truyền thông với nhau thì đầu đọc luôn
truyền trước rồi mới đến thẻ. Cho nên bắt buộc phải có đầu đọc để thẻ có thể truyền dữ
liệu của nó.
Hình 2.8 - Hoạt động của thẻ thụ động
23
Chương II :Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID
Thẻ thụ động có cấu trúc đơn giản và không có các thành phần động. Thẻ như thế
có một thời gian sống dài và thường có sức chịu đựng với điều kiện môi trường khắc
nghiệt. Chẳng hạn, một số thẻ thụ động có thể chịu đựng các hóa chất gặm mòn như acid,
nhiệt độ lên tới 400°F (xấp xỉ 204°C)và nhiệt độ cao hơn nữa. Ngoài ra, thẻ thụ động nhỏ
hơn và cũng rẻ hơn thẻ tích cực hoặc thẻ bán tích cực(vì không có bộ nguồn cung cấp
gắn liền trên mạch) và nó còn có nhiều phạm vi đọc, ít hơn 1 inch đến khoảng 30 feet
(xấp xỉ 9 m). Chính vì thế nên phần lớn thẻ RFID hiện nay là thẻ thụ động.
Thẻ thụ động bao gồm những thành phần chính sau: anten và vi mạch (microchip).
Hình 2.9 - Các thành phần của thẻ thụ động
a. Vi mạch :
Hình 2.10 - Các thành phần của vi mạch
24
Chương II :Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID
Trong đó:
 Bộ chỉnh lưu (power control/rectifier) : chuyển nguồn AC từ tín hiệu
anten của đầu đọc thành nguồn DC. Nó cung cấp nguồn đến các thành phần
khác của vi mạch.
 Máy tách xung (Clock extractor) : rút tín hiệu xung từ tín hiệu anten của đầu
đọc.
 Bộ điều chế (Modulator) : điều chỉnh tín hiệu nhận được từ đầu đọc. Đáp
ứng của thẻ

được gắn trong tín hiệu đã điều chế, sau đó nó được truyền trở lại đầu đọc.
 Đơn vị luận lý (Logic unit) : chịu trách nhiệm cung cấp giao thức truyền giữa
thẻ và
đầu đọc
 Bộ nhớ vi mạch (memory) : được dùng lưu trữ dữ liệu. Bộ nhớ này thường
được phân đoạn (gồm vài block hoặc field). Addressability có nghĩa là có khả năng phân
tích (đọchoặc ghi) vào bộ nhớ riêng của một vi mạch của thẻ. Một block nhớ của thẻ có
thể giữ nhiều loại dữ liệu khác nhau, ví dụ như một phần của dữ liệu nhận dạng đối tượng
được gắn thẻ,các bit checksum (chẳng hạn kiểm tra lỗi CRC) kiểm tra độ chính xác của dữ
liệu được truyền v.v…
Sự tiến bộ của kỹ thuật cho phép kích thước của vi mạch nhỏ đến mức nhỏ hơn
hạt cát. Tuy nhiên, kích cỡ của thẻ không được xác định bởi kích thước vi mạch của nó
mà bởi chiều dài anten của nó.
b. Anten :
Anten của thẻ được dùng để lấy năng lượng từ tín hiệu của đầu đọc để làm tăng sinh
lực cho thẻ hoạt động, gửi hoặc nhận dữ liệu từ đầu đọc. Anten này được gắn vào vi
mạch. Anten là trung tâm đối với hoạt động của thẻ.
Có thể có nhiều dạng anten, nhất là với tần số UHF, chiều dài anten tương ứng với
bước sóng hoạt động của thẻ. Một anten lưỡng cực bao gồm một dây dẫn điện (chẳng hạn
25