Nghiên cứu về các dải tần số ứng dụng trong kỹ thuật RFID

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ




Đinh Xuân Phi






NGHIÊN CỨU VỀ CÁC DẢI TẦN SỐ ỨNG DỤNG
TRONG KỸ THUẬT RFID





Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Mã số: 2.07.00





LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. TRẦN MINH







Hà Nội -

- ii -
MỤC LỤC

Lời cam đoan ……………………………………………………………………i
Mục lục …………………………………………………………………………ii
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ……………………………………… iv
Danh mục các biểu bảng ……………………………………………………… v
Danh mục các hình vẽ ………………………………………………………… vi
MỞ ĐẦU …………………………………………………… …………… viii

CHƢƠNG 1 1
HỆ THỐNG RFID VÀ CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN 1
1.1 Hệ thống RFID. 1
1.1.1 Hệ thống nhận dạng tự động (Auto Identification-Auto ID). 1

1.1.1.1 Hệ thống nhận dạng mã vạch (Barcode): 1
1.1.1.2 Hệ thống nhận dạng sinh học: 3
1.1.1.3 Hệ thống nhận dạng thẻ thông minh(smart card): 3
1.1.2 Khái niệm về hệ thống RFID. 4
1.1.3 Cấu tạo chung của hệ thống RFID. 5
1.1.4 Phân loại hệ thống RFID. 6
1.1.5 Hệ thống RFID thụ động. 7
1.1.6 Ƣu điểm, nhƣợc điểm và ứng dụng của hệ thống RFID. 8
1.1.6.1 Ƣu điểm: 8
1.1.6.2 Nhƣợc điểm: 9
1.1.7 Ứng dụng. 9
1.2 Anten trong hệ thống RFID. 10
1.2.1 Lý thuyết anten trong hệ thống RFID. 10
1.2.1.1 Độ lớn của từ trƣờng: 10
1.2.1.2 Từ thông và mật độ từ trƣờng: 12
1.2.1.3 Dòng điện và từ trƣờng: 13
1.2.1.4 Điện áp cảm ứng trong vòng anten: 15
1.2.1.5 Xác định đƣờng kính anten: 17
1.2.2 Các loại anten dùng trong hệ thống RFID. 18
1.3 Nguyên lý hệ thống RFID thụ động. 19
1.3.1 Mạch tƣơng đƣơng của anten. 20
1.3.2 Năng lƣợng cung cấp cho thẻ thụ động 21
1.3.3 Sự phản xạ và sự khử. 23
1.3.4 Điều chế

. 24
CHƢƠNG 2 26
CÁC DẢI TẦN ĐANG SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG RFID 26
2.1 Tần số và quy định. 26
- iii -

2.1.1 Dải tần số thấp(LF). 28
2.1.2 Dải tần số cao(HF). 28
2.1.3 Dải tần số siêu cao tần(UHF). 28
2.1.4 Dải tần viba( Microwave Frequency). 29
2.2 Thực trạng sử dụng tần số trong RFID. 31
2.3 Các điều lệ và tiêu chuẩn 34
2.3.1 Các điều lệ 34
2.3.2 Các tiêu chuẩn 36
2.3.3 Các pháp chế cho RFID 38
2.4 Quy định về việc sử dụng dải tần đối với hệ thống RFID ở Việt Nam. 39
2.4.1 Điều kiện về tần số. 39
2.4.2 Điều kiện về phát xạ 40
2.4.2.1 Phát xạ chính: 40
2.4.2.2 Phát xạ giả: 40
2.4.3 Một số nhận xét đánh giá. 40
CHƢƠNG 3 45
NGHIÊN CỨU VỀ CÁC KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÁC DẢI TẦN CHO HỆ
THỐNG RFID 45
3.1 Tag trƣờng-gần 45
3.1.1 Tác động của chất liệu kim loại lên anten tag 45
3.1.2 Tác động của nƣớc lên hoạt động của anten tag 48
3.2 Tag trƣờng-xa 49
3.2.1 Tác động của chất liệu kim loại lên anten tag 50
3.2.2 Tác động của nƣớc lên anten tag 53
3.3 Ví dụ thiết kế 56
3.4 Đo đạc thực nghiệm. 59
KẾT LUẬN 63
Kết luận. 63
Hƣớng nghiên cứu trong tƣơng lai 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………….65

- v -
DANH MỤC BIỂU BẢNG

Bảng 2-1: Các đặc tính của RF đối với một số loại vật liệu khác nhau 27
Bảng 2-2: Các quy định tần số cho RFID trên thế giới. 30
Bảng 2-3: Các tần số vô tuyến sử dụng trong RFID. 31
Bảng 2-4: Tóm tắt các đặc tính và các ứng dụng thông dụng nhất đối với các dải tần
số cho RFID. 32
Bảng 2-5: Ứng dụng sóng vô tuyến ở Đức trong dải tần từ 9 đến 135kHz 41
Bảng 3-1: Tác động của kim loại lên anten Tag làm việc tại tần số 915MHz 53
Bảng 3-2: Tác động của nước lên anten Tag làm việc tại tần số 915MHz 56
Bảng 3-3: Kết quả đo đạc tại dải tần HF của Tag khi gắn lên các vật chất khác nhau
58
Bảng 3-4: Kết quả đo đạc tại dải tần UHF của Tag khi gắn lên các vật chất khác
nhau 58
Bảng 3-5: Kết quả đo đạc tại dải tần UHF của Tag khi gắn lên hai vật chất khác
nhau là kim loại và nước 61

- vi -
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Mô hình các hệ thống nhận dạng tự động. 1
Hình 1.2: Các bước đọc mã vạch. 2
Hình 1.3: Thẻ thông minh. 4
Hình 1.4: Bộ đọc và bộ thu phát tự động là các thành phần không thể thiếu trong
hầu hết các hệ thống RFID. 5
Hình 1.5: Mô hình hệ thống RFID thụ động. 8
Hình 1.6: Các phương pháp xử lý dữ liệu. 9
Hình 1.7: Mô hình cơ bản của anten. 14
Hình 1.8: Đồ thị từ trường của anten. 14
Hình 1.9: Ảnh hưởng của góc hoạt dộng đối với điện áp cảm ứng trên anten. 17
Hình 1.10: Các loại anten dùng trong hệ thống RFID. 19
Hình 1.11: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của anten thụ động 20
Hình 1.12: Mạch tương đương của anten trên thẻ thụ động. 20
Hình 1.13: Mô hình năng lượng của anten. 22
Hình 1.14: Cấu trúc và mạch tương đương của điốt Schottky. 22
Hình 1.15: Sự phụ thuộc của năng lượng vào và điện áp ra trên anten. 23
Hình 1.16: Nguyên lý điều chế . 25
Hình 2.1: Dải tần chính dành cho ứng dụng RFID. 26
Hình 2.2: Dải tần cho RFID hoạt động tại dải UHF trên thế giới. 29
Hình 2.3: Sự phân bố ước tính của thị trường toàn cầu về các bộ phát đáp ở những
dải tần số khác nhau (đơn vị: triệu cái) 44
Hình 3.1: Anten cuộn gần với bề mặt kim loại: (a) phân bố từ trường của anten cuộn
với một bề mặt kim loại; (b) Sử dụng hộp ferit để làm giảm tác động của kim loại.
46
Hình 3.2: Sự thay đổi về độ tự cảm theo kim loại, được tính toán bằng phần mềm
IE3D; kích thước của kim loại là 200mm x 200mm. 48

- vii -
Hình 3.3: Cho thấy độ tự cảm của anten cuộn dưới ảnh hưởng của tấm kim loại với
sự có mặt của chất liệu ferit giữa chúng. Độ tự cảm của anten cuộn là 2,7µH tại tần
số 13,56MHz khi sử dụng một miếng ferit dày 1mm. 48
Hình 3.4: Độ tự cảm của anten cuộn với sự tác động của nước. 49
Hình 3.5: Tăng ích của anten là một hàm của khoảng cách so với tấm kim loại (tính
toán bởi phần mềm IE3D). 51
Hình 3.6: Phần thực của trở kháng đầu vào anten là một hàm của khoảng cách tính
từ tấm kim loại (tính toán bởi phần mềm IE3D) 52
Hình 3.7: Phần ảo của trở kháng đầu vào của anten là một hàm của khoảng cách
tính từ tấm kim loại (tính toán bởi IE3D). 52
Hình 3.8: Hệ số truyền công suất của anten là một hàm của khoảng cách từ tấm kim
loại (tính toán bởi IE3D) 53
Hình 3.9: Độ tăng ích của anten là một hàm của khoảng cách so với nước (tính toán
bởi IE3D). 54
Hình 3.10: Phần thực của trở kháng đầu vào anten là một hàm của khoảng cách so
với nước (tính toán bởi phần mềm IE3D). 55
Hình 3.11: Phần ảo của trở kháng đầu vào anten là một hàm của khoảng cách so với
nước (tính toán bởi phần mềm IE3D). 55
Hình 3.12: Hệ số truyền công suất của anten là một hàm của khoảng cách so với
nước (tính toán bởi phần mềm IE3D). 56
Hình 3.13: Thiết lập đo đạc để đánh giá tác động của các đối tượng lên tag RFID:
(a) thiết lập đo đạc và các đối tượng được chọn; (b) tag được sử dụng để đánh giá.
57
Hình 3.14: Hệ thống thực nghiệm. 59
Hình 3.15: Hệ thống báo là chưa có thẻ. 60
Hình 3.16: Hệ thống báo là đã phát hiện được thẻ 60
Hình 3.17: Hệ thống báo là đã phát hiện được nhiều thẻ. 61

- iv -
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CLK
Clock
Xung nhịp
CPU
Central Processor Unit
Bộ xử lý trung tâm
DOC
Department of Communication
Bộ Viễn thông
EM
Electromagnetic
Trường điện từ
EPC
Electronic Product Code
Mã sản phẩm điện tử
ERP
Effective Radiated Power
Công suất phát xạ chính
FCC
Federal Communications Commision
Uỷ ban Viễn thông liên bang
HF
High Frequency
Tần số cao
ISM
Industrial- Scientific- Medical
Ytế- Khoa học- Công nghiệp

ISO
International Standards Organization
Tổ chức chuẩn quốc tế
LBT
Listen Before Talk
Nghe trước khi nói
LF
Low Frequency
Tần số thấp
MPHPT
Ministry of Public Management,
Home Affairs, Posts and
Telecommunication
Bộ quản lý công cộng, Bộ nội
vụ, Bộ Bưu chính Viễn thông
RAM
Random Access Memory
Bộ nhớ truy cập trực tiếp
RF
Radio Frequency
Tần số vô tuyến
RFID
Radio Frequency Identification
Nhận dạng vô tuyến điện
ROM
Read Only Memory
Bộ nhớ chỉ đọc
RST
Reset
Khởi động lại

SAC
Standardization Administration of
China
Tổ chức quản lý chuẩn quốc
gia Trung Quốc
SHF
Super High Frequency
Tần số quá cao
UHF
Ultra High Frequency
Tần số siêu cao



- viii -

MỞ ĐẦU
Trong nhiều thập niên gần đây (1950- 2007), nhờ có sự phát triển của công
nghệ điện tử, công nghệ thông tin mà nền kinh tế (văn minh nhân loại) phát triển
mạnh mẽ như hiện nay và giúp loài người có được nhiều sự thuận tiện trong sản
xuất, quản lý, theo dõi và kiểm tra. Trước đây sự quản lý, giám sát thường do chính
con người thực hiện. Nhưng ngày nay do nhu cầu của sự phát triển, con người muốn
thoát ra khỏi công việc này để nhường chỗ cho các thiết bị, máy móc khác. Chính vì
vậy hệ thống nhận dạng tự động đã ra đời.
Ngày nay các hệ thống nhận dạng tự động phát triển rất mạnh mẽ và trở nên
khá phổ biến trong các ngành như công nghiệp, dịch vụ, mua sắm, phân phối, quản
lý và được sử dụng tại rất nhiều các cơ quan, nhà máy, bệnh viện và các tổ chức
khác. Các hệ thống nhận dạng tự động bao gồm: mã vạch, thẻ từ, …và hệ thống
RFID. Chúng cung cấp cho chúng ta các thông tin về con người, hàng hoá, động vật
trong việc di chuyển.

Sự ra đời của công nghệ nhận dạng tần số vô tuyến (Radio Frequency
Identification- RFID) thực sự là một cuộc cách mạng mới trong quản lý tài sản nói
chung và công nghệ đeo bám phục vụ mục đích quản lý trở thành mối quan tâm của
thế giới thương mại.
Việc ứng dụng hệ thống RFID vào thực tế cuộc sống là rất cần thiết và phù
hợp. Nó cần được nghiên cứu kỹ để áp dụng vào trong từng lĩnh vực cụ thể sao cho
đạt được hiệu quả cao nhất. Chính vì vậy việc đầu tư nghiên cứu để tìm ra các giải
pháp nhằm tăng tính hiện thực và hiệu quả sử dụng là hết sức cần thiết. Điều này đã
được các nhà sản xuất, các nhà cung cấp hết sức quan tâm.
Dải tần số theo quy định của thế giới thì rất rộng, nhưng có nhiều dải tần số
trong dải tần tổng thể đã được quy định cho các lĩnh vực khác, vậy dải tần dành cho
hệ thống RFID sẽ quy định ra sao? Hệ thống RFID làm việc tại các dải tần theo quy
định có những đặc điểm gì? Ảnh hưởng của môi trường xung quanh đến hoạt động
của hệ thống này như thế nào? Từ những suy nghĩ đó, em đã quyết định chọn đề tài:
“ Nghiên cứu về các dải tần số ứng dụng trong kỹ thuật RFID”.
- ix -

Nội dung của đề tài được chia làm 3 chương như sau:
Chương 1: Hệ thống RFID và các nguyên lý cơ bản. Mở đầu bằng cách trình
bày về hệ thống RFID (Cấu tạo, hoạt động, phân loại, hệ thống RFID thụ động,…).
Phần tiếp theo nêu nội dung về cách xây dựng anten trong hệ thống RFID. Sau cùng
là phần trình bày về nguyên lý của hệ thống RFID thụ động.
Chương 2: Các dải tần đang sử dụng trong hệ thống RFID. Chương này
trình bày chi tiết đặc điểm của từng loại dải tần đang được sử dụng cho RFID trên
Thế Giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng
Chương 3: Nghiên cứu về các khả năng ứng dụng các dải tần cho hệ thống
RFID. Đây được coi là chương quan trọng và có ý nghĩa nhất của luận văn. Trong
chương này trình bày ảnh hưởng của môi trường mà thực chất là hai yếu tố quan
trọng (nước và kim loại) lên hoạt động của Tag trường gần và Tag trường xa.
Tóm lại, đề tài nghiên cứu về các dải tần số ứng dụng trong kỹ thuật RFID là

một đề tài mới. Tuy nhiên do sự áp dụng của hệ thống RFID còn hạn chế ở nước ta
nên nội dung của đề tài chưa thực sự sâu rộng. Trong nội dung của luận văn chắc sẽ
không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong quý thầy cô và các bạn đọc quan
tâm đóng góp ý kiến để luận văn được hoàn thiện hơn.
- 1 -

CHƢƠNG 1
HỆ THỐNG RFID VÀ CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN
1.1 Hệ thống RFID.
1.1.1 Hệ thống nhận dạng tự động (Auto Identification-Auto ID).
Trong những năm gần đây, các hệ thống nhận dạng tự động ngày càng phát
triển và trở nên khá phổ biến trong các ngành như công nghiệp dịch vụ, mua sắm,
phân phối, quản lý và được sử dụng tại rất nhiều các cơ quan, nhà máy, bệnh viện
và các tổ chức khác. Chúng cung cấp cho chúng ta các thông tin về con người, hàng
hoá, động vật trong việc di chuyển. Ví dụ: mã vạch, thẻ từ, …và hệ thống RFID. [9]












Hình 1.1: Mô hình các hệ thống nhận dạng tự động.
1.1.1.1 Hệ thống nhận dạng mã vạch (Barcode):
Hệ thống nhận dạng tự động bằng mã vạch đã đạt được nhiều thành công và

được ứng dụng, phát triển mạnh mẽ nhất. Mã vạch là hệ thống mã nhị phân được
tạo nên bởi các vạch và khoảng trống xắp xếp song song với nhau. Chúng được xắp
xếp theo một quy ước định trước, các phần của mã vạch đại diện cho dữ liệu cần mã

Mã
vạch

RFID
Thẻ
thông
minh

Quang
học

Giọng
nói

Hệ thống
nhận dạng
tự động

Sinh
học

Vân
tay
- 2 -

hóa. Mã vạch có thể được đọc bởi đầu đọc laser thông qua sự phản xạ khác nhau

của dòng laser đối với các vạch đen và khoảng trống màu trắng.





















Hình 1.2: Các bước đọc mã vạch.
Bộ đọc mã vạch hay còn được gọi là máy quét sẽ đọc các mã vạch. Bộ quét
mã vạch thường sử dụng chùm sáng để quét ngang qua mã vạch. Thông thường việc
quét trực tiếp là không thích hợp. Tuy nhiên, trong suốt quá trình quét chùm ánh
sáng không được dịch chuyển khỏi vùng có mã vạch. Vì thế nếu muốn tăng độ dài
mã vạch thì phải tăng độ rộng của chùm sáng để vùng mã vạch không nằm ngoài
Hướng quét
Mã vạch

Chùm sáng
Mã vạch được quét bởi máy quét
Tín hiệu tương tự đã được mã hoá
Tín hiệu số đã được mã hoá để tạo ra
dữ liệu mã vạch
- 3 -

chùm sáng trong quá trình quét. Trong suốt quá trình xử lý quét, bộ đọc sẽ đọc độ
lớn mật độ phản xạ ánh sáng bởi các vùn đen trắng của mã vạch. Vạch đen hấp thụ
ánh sáng, vùng trắng phản xạ ánh sáng. Một linh kiện điện tử được gọi là
photodiode hoặc photocell sẽ chuyển đổi giá trị chùm sáng này thành dòng điện
(còn được gọi là tín hiệu tương tự). Sau đó mạch điện tử sẽ giải mã dòng điện này ra
dữ liệu số. Dữ liệu này được biểu diễn dưới dạng mã ASCII. Một bộ đọc mã vạch
đơn có thể đọc được vài ký hiệu. Hình 1.2 chỉ ra quá trình mô tả ở trên. [5]
1.1.1.2 Hệ thống nhận dạng sinh học:
Hệ thống nhận dạng sinh học thường dùng để nhận dạng các sinh vật sống
trong đó nhận dạng con người là chủ yếu. Trong hệ thống nhận dạng tự động, nhận
dạng sinh học có độ chính xác khá cao qua việc so sánh các đặc điểm riêng của mỗi
người. Trong thực tế, có rất nhiều các hệ thống nhận dạng sinh học như: nhận dạng
vân tay, nhận dạng giọng nói và nhận dạng võng mạc.
1.1.1.3 Hệ thống nhận dạng thẻ thông minh (smart card):
Thẻ thông minh là thiết bị lưu trữ dữ liệu điện tử, có loại có thêm một chip
để xử lý thông tin. Chúng thường được thiết kế trong một thẻ nhựa có kích thước
như thẻ điện thoại. Để hoạt động, thẻ thông minh phải được đưa vào đầu đọc thẻ,
thẻ được kết nối với đầu đọc thông qua các tiếp xúc điện. Thẻ được cung cấp năng
lượng và xung đồng bộ bởi đầu đọc thông qua tiếp xúc điện đó. Dữ liệu truyền giữa
đầu đọc và thẻ được truyền theo dạng nối tiếp hai chiều.
Thẻ thông minh gồm có hai loại: thẻ chỉ có bộ nhớ và thẻ có bộ nhớ và vi xử
lý.
- 4 -

a) Thẻ nhớ b) Thẻ vi xử lý
Hình 1.3: Thẻ thông minh.
Qua đặc điểm của các hệ thống nhận dạng tự động trên, chúng ta có thể thấy
hầu hết các hệ thống nhận dạng tự động trên đều có cách kết nối vật lý hay quang
học. Điều này gây rất nhiều bất tiện cho con người khi sử dụng hoặc quản lý. Việc
kết nối không dây giữa thiết bị mang thông tin và thiết bị đọc sẽ đem lại nhiều thoải
mái và tiện lợi hơn. Trong thực tế, không những chúng ta có thể truyền dữ liệu
không dây mà chúng ta còn có thể truyền năng lượng từ đầu đọc cho thiết bị di động
thông qua việc sử dụng công nghệ không dây này. Các thiết bị sử dụng công nghệ
không dây để truyền đạt năng lượng và dữ liệu được gọi là hệ thống RFID (Radio
frequency identification - hệ thống nhận dạng dùng sóng radio).
1.1.2 Khái niệm về hệ thống RFID.
Hệ thống nhận dạng tự động RFID cũng tương tự như hệ thống nhận dạng
bằng thẻ thông minh trên. Nó cũng là thiết bị lưu trữ dữ liệu rất thuật tiện, có thể
mang theo được, đó chính là thẻ RFID. Tuy nhiên, điểm khác biệt của hệ thống
RFID đó chính là năng lượng cung cấp cho thẻ và việc truyền dữ liệu giữa đầu đọc
và thẻ không phải thông qua các kết nối vật lý hay quang học mà thông qua điện
trường do đầu đọc phát ra.
Hệ thống RFID lấy năng lượng từ trường điện từ của sóng radio, và nhận
dạng dựa vào tần số sóng radio mang thông tin đó. Do những đặc tính ưu việt của
công nghệ của hệ thống RFID so với các hệ thống nhận dạng tự động khác, hệ
- 5 -

thống RFID ngày nay được ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực và ngày càng phát
triển.
1.1.3 Cấu tạo chung của hệ thống RFID.
Một hệ thống RFID bao giờ cũng gồm có hai thành phần chính đó là: Bộ đọc
và bộ thu phát tự động (Hình 1.4).
 Bộ thu phát tự động (còn gọi là thiết bị nhận và phát lại sóng_

Transponder-tag): thường gọi là thẻ được gắn trên đối tượng cần nhận dạng.
Thẻ cấu tạo bởi một anten và một chip có cấu trúc bao gồm các mạch điều
chế cơ bản và một bộ nhớ.








Hình 1.4: Bộ đọc và bộ thu phát tự động là các thành phần không thể thiếu trong
hầu hết các hệ thống RFID.
Mục đích của mạch anten là cảm ứng năng lượng và gửi tín hiệu đã điều chế
đi. Giới hạn đọc của thẻ phụ thuộc vào mạch anten và kích thước của anten đó.
Mạch anten làm từ một mạch cộng hưởng LC hoặc một anten dipol tuỳ thuộc
vào tần số sóng mang. Mạch cộng hưởng LC dùng cho trường hợp tần số sóng
mang nhỏ hơn 100MHz. Trong dải tần số này, giao tiếp giữa đầu đọc và thẻ xảy ra
tại vùng từ trường lai ghép giữa hai anten.
Mạch anten được thiết kế để mở rộng tối đa vùng từ trường giữa hai anten đó
phụ thuộc các lý do sau:
+) Mạch LC phải được chỉnh tới tần số sóng mang của đầu đọc.
+) Tăng tối đa từ thông Q
Bộ đọc
RFID
Ứng dụng
Thành phần ghép
(cuộn cảm, sóng của
anten)
Bộ thu phát

tự động
- 6 -

+) Tăng tối đa kích thước của anten trong giới hạn cho phép tuỳ theo ứng
dụng.
Thẻ được chia làm hai loại đó là thẻ tích cực và thẻ thụ động.
Thẻ tích cực là thẻ mà cấu tạo của nó bao gồm cả nguồn điện, cung cấp năng
lượng trực tiếp cho hoạt động của thẻ.
Thẻ thụ động là thẻ mà cấu tạo của nó không có nguồn năng lượng đi kèm.
Thẻ thụ động hoạt động dựa vào nguồn năng lượng từ năng lượng cảm ứng thông
qua sóng mang do đầu đọc phát ra.
Thông tin lưu trữ trên thẻ có thể chỉ được đọc hoặc vừa đọc vừa ghi lại tuỳ
thuộc vào thiết kế của thẻ.
 Bộ đọc (Reader): Các đầu đọc RFID dùng để kích hoạt các thẻ thụ động
với năng lượng từ sóng radio và lấy thông tin từ thẻ đó.
Để thực hiện chức năng này, đầu đọc bao gồm các khối cơ bản như bộ phận
phát và thu sóng radio và bộ phận mã hoá/giải mã tín hiệu dữ liệu. Ngoài ra, đầu
đọc còn phải có cả bộ phận giao tiếp với máy tính (COM hoặc USB). Dựa vào độ
phức tạp và mục đích ứng dụng, đầu đọc có thể có thêm nhiều các bộ phận khác.
Bộ phận truyền dẫn sóng bao gồm một bộ tạo sóng mang, anten và một mạch
điều chỉnh. Anten và mạch điều chỉnh phải được thiết kế và điều chỉnh sao cho hoạt
động tốt nhất.
Tín hiệu sau khi nhận sẽ được giải mã và hoàn thiện bởi bộ vi xử lý. Bằng
thuật toán mã hoá, bộ vi xử lý sẽ xử lý và giải mã tín hiệu, sau đó dữ liệu có thể
được truyền tới máy tính.
1.1.4 Phân loại hệ thống RFID.
Hệ thống RFID có thể được phân loại theo hai cách sau:
 Theo chức năng đọc, ghi của thẻ:
Theo chức năng trên, hệ thống RFID được chia làm hai loại đó là: Hệ thống
RFID chỉ có thể đọc nội dung trên thẻ và hệ thống RFID có khả năng vừa đọc vừa

ghi nội dung trên thẻ.
 Theo nguồn năng lượng cung cấp cho thẻ:
- 7 -

Hệ thống được chia làm hai loại đó là hệ thống RFID tích cực và hệ thống
RFID thụ động tương ứng với thẻ tích cực và thẻ thụ động.
Hệ thống RFID tích cực và thụ động có cấu tạo tương tự nhau, chỉ khác nhau
vể nguồn cung cấp năng lượng. Mặt khác, hệ thống RFID tích cực không thể hiện
hết các đặc tính và chức năng của anten trong trường điện từ. Trong khi đó, hệ
thống RFID thụ động khá đơn giản để sử dụng và có chi phí thấp hơn so với hệ
thống RFID tích cực. Không những thế chúng còn thể hiện được hết các đặc tính
của anten và cũng đáp ứng được hầu hết các yêu cầu của các ứng dụng thông
thường. Vì vậy, hệ thống RFID thụ động được ứng dụng và triển khai rộng rãi trong
rất nhiều các tổ chức, công ty và ngày càng phát triển mạnh.
1.1.5 Hệ thống RFID thụ động.
Hệ thống RFID thụ động bao gồm 2 thành phần chính đó là: đầu đọc, thẻ thụ
động . Thẻ cấu tạo bởi một anten và một chip có cấu trúc bao gồm các mạch điều
chế cơ bản và một bộ nhớ không sử dụng điện. Thẻ được cung cấp năng lượng bởi
điện trường do sóng mang tần số radio phát ra từ đầu đọc. Tín hiệu sóng radio này
gọi là tín hiệu mang. Khi sóng mang RF tới từ đầu đọc anten trên thẻ thì sinh ra một
dòng điện xoay chiều trên anten ở thẻ. Dòng điện xoay chiều này sẽ được chỉnh lưu
thành dòng một chiều cung cấp năng lượng cho thiết bị hoạt động. Các chức năng
của thiết bị sẽ hoạt động khi dòng điện một chiều đó đạt tới một giá trị nhất định.
Thông tin lưu trữ trong bộ nhớ lúc đó sẽ được truyền tới đầu đọc thông qua việc
phản xạ hoặc hấp thụ sóng mang được phát từ đầu đọc. Bằng cách xác định tín hiệu
phản hồi, thông tin lưu trữ trong thẻ sẽ được xác định chính xác.
Trong vài năm gần đây, số lượng các nhu cầu sử dụng hệ thống tăng vọt. Hầu
hết các ứng dụng đều có yêu cầu riêng đối với hệ thống RFID như yếu tố hình dạng,
giao thức truyền thông, tần số sử dụng, v.v…Mặt khác, thẻ thụ động là thiết bị
không sử dụng nguồn năng lượng đi theo mà sử dụng năng lượng do tín hiệu từ đầu

đọc cung cấp bởi nó chỉ yêu cầu nguồn năng lượng hoạt động rất nhỏ (vài micro
ampre). Do đó, phạm vi hoạt động (khoảng cách để giao tiếp giữa đầu đọc và thẻ) là
vấn đề quan tâm hàng đầu. Phạm vi hoạt động thay đổi tuỳ theo các yếu tố trong
- 8 -

thiết kế như tần số, mức năng lượng, khả năng cảm nhận của đầu đọc, kích thước
của anten, tỷ số truyền dữ liệu, giao thức truyền, dòng tiêu thụ của chip, v.v…
Trong vài năm gần đây, các ứng dụng sử dụng tần số cao (4-20Mhz) và sóng
viba (2.45GHz) đã bắt đầu phát triển bởi sự tiến bộ của công nghệ chế tạo chip. Đối
với mỗi giải tần số đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Nhưng dải tần số cao (4-
20Mhz) có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với dải tần số thấp và sóng vi ba. Do đó, dải
tần này ngày nay được sử dụng nhiều trong các ứng dung của hệ thống RFID.
Một ví dụ cơ bản về hệ thống RFID thụ động:
Error!

Hình 1.5: Mô hình hệ thống RFID thụ động.
1.1.6 Ƣu điểm, nhƣợc điểm và ứng dụng của hệ thống RFID.
1.1.6.1 Ưu điểm:
 Khả năng xử lý đồng thời: RFID có khả năng xử lý đồng thời nhiều đối
tượng cùng một lúc trong khi các hệ thống nhận dạng tự động khác xử lý đơn hoặc
xử lý theo chuỗi. Điều này làm tăng đáng kể tốc độ kiểm tra và giảm lượng ách tắc
hơn các hệ thống khác.



Bộ đọc
Máy tính
Anten đọc
Anten thẻ
Vi chíp

Thẻ
Kích hoạt và
đáp ứng
- 9 -











a) xử lý đơn b) xử lý nối tiếp c) xử lý đồng thời

Hình 1.6: Các phương pháp xử lý dữ liệu.
 Khả năng xử lý không cần nhân công: Trong khi các hệ thống khác đòi
hỏi phải có nhân công trực tiếp thao tác để có thể nhận dạng thì hệ thống RFID có
thể nhận dạng mà không cần đến sự hỗ trợ của con người.
 Khả năng cập nhật, thay đổi dữ liệu trực tiếp: Hệ thống RFID có khả năng
đọc/ghi thông tin trên thẻ một cách dễ dàng.
1.1.6.2 Nhược điểm:
 Giá thành của hệ thống RFID hiện nay vẫn còn cao, chưa thể áp dụng
rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực cần nhận dạng.
 Các chuẩn của công nghệ RFID hiện nay vẫn chưa được thống nhất.
1.1.7 Ứng dụng.
 Ứng dụng trong quản lý và theo dõi nhân sự, hàng hóa:
- Quản lý nhân sự (công nhân, nhân viên, sinh viên,…)

- Kiểm kê hàng hóa xuất nhập qua cửa khẩu hoặc kho hàng.
- Quản lý thư viện, bảo tàng.
 Ứng dụng trong hệ thống mua sắm và thanh toán.
- Mua hàng hoá trong siêu thị
- Vé xe bus
 Ứng dụng trong y tế.
- Bệnh án điện tử
- 10 -

 Ứng dụng trong hệ thống bảo vệ, cảnh báo.
- Ô tô, xe máy.
 Ứng dụng trong giao thông
- Xác định vị trí của tàu
- Xác định lưu lượng xe
 Ứng dụng trong thể thao.
- Điền kinh
- Bóng đá
1.2 Anten trong hệ thống RFID.
1.2.1 Lý thuyết anten trong hệ thống RFID. [9]
Hầu hết các hệ thống RFID hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng lai ghép.
Do đó, để hiểu được cách năng lượng và dữ liệu truyền như thế nào chúng ta cần
phải hiểu rõ về các nguyên lý vật lý của hiện tượng từ trường. Phần này sẽ trình bày
về các nguyên lý của trường điện từ theo quan điểm của RFID.
1.2.1.1 Độ lớn của từ trường:
Mọi điện tích chuyển động hay dòng điện chạy trong vật dẫn đều kèm theo
nó một điện trường xung quanh nó. Cường độ của từ trường có thể được chứng
minh bằng thực nghiệm bởi lực tác động lên một cái kim từ hay dòng điện thứ hai.
Cường độ của từ trường được xác định bởi độ lớn H của từ trường không phụ thuộc
vào tính chất của môi trường xung quanh.



 sdHI


(1.45)
Chúng ta có thể dùng công thức trên để tính độ lớn H của từ trường đối với
các loại vật dẫn khác nhau.
- 11 -


Đối với vật dẫn thẳng, độ lớn của từ trường tại khoảng cách r được tính theo
công thức:

r
H

2
1


Vòng dây dẫn thường được dùng làm anten để tạo ra từ trường biến thiên
ứng dụng trong các thiết bị đọc/ghi dựa trên hiện tượng lai ghép cảm ứng trong hệ
thống RFID.

- 12 -

Độ lớn H của từ trường của một điểm di chuyển từ tâm của cuộn theo trục x
sẽ giảm khi khoảng cách x tăng.
Độ lớn H của từ trường dọc theo truc x tính như sau:

322
2
)(2 xR
RNI
H



Trong đó:
N là số vòng của cuộn.
R là bán kính của cuộn.
x là khoảng cách tính từ tâm theo trục x.
Điều kiện giới hạn của phương trình là: d<<R và

2x
.
Tại khoảng cách bằng 0 hay ở giữa tâm của vòng công thức trên có dạng đơn
giản là:

R
NI
H
2



Chúng ta có thể tính độ lớn H của từ trường đối với vòng hình chữ nhật với
các cạnh là
ba
tại khoảng cách x sử dụng phương trình trên. Đây là dạng thường

sử dụng làm anten phát.















































2
2
2
2
2
22
2
1
2
1
.
22
4

x
b
x
a
x
ba
abIN
H


Theo công thức trên ta thấy một điều thú vị là: đối với những anten nhỏ thì từ
trường tại tâm anten theo trục x (x<R) là lớn nhất, trong khi đó đối với anten có bán
kính lớn thì từ trường tại những điểm ở xa tâm (x>R) theo trục x lại có cường độ từ
trường lớn hơn. Đây chính là cơ sở để thiết kế anten cảm ứng lai ghép cho hệ thống
RFID.
1.2.1.2 Từ thông và mật độ từ trường:
- 13 -

Tổng số đường từ trường đi qua một diện tích A được gọi là thông lượng

.

AB


Mối quan hệ giữa từ thông B và độ lớn H của từ trường là:

HHB
r



0

1.2.1.3 Dòng điện và từ trường:
Định luật Ampe chỉ ra rằng, dòng điện chạy trong một dây dẫn sẽ tạo ra một
từ trường xung quanh dây dẫn đó. Từ trường đó được tạo ra bởi các dòng điện tích,
đối với dây dẫn tròn và có chiều dài không lớn ta có:


2
12
0
Weber)cos(cos
4
m
r
I




Trong đó:
I: dòng điện
r: khoảng cách đến tâm của dây
0
μ
: hệ số từ thẩm của môi trường
(
(H/m) 104
7



0
μ
)
Trong trường hợp đặc biệt với dây có độ dài không hạn chế ta có:

0
2
0
1
0
180





Phương trình trên có thể viết lại là:


 )Weber(
2
2
0
m
r




(1.46)


- 14 -












Hình 1.7: Mô hình cơ bản của anten.
Từ trường tạo bởi một anten vòng:
 
47.1
1
2
)(2
3
2
0
22
2
0
2

3









r
INa
ra
INa
z

với
22
ar 

I: dòng điện; a: bán kính của vòng anten; r: khoảng cách từ vòng trung tâm
0
μ
: hệ số từ thẩm của môi trường (
(H/m) 104
7


0
μ

)
Phương trình trên cho ta thấy, cường độ từ trường giảm dần với tỷ lệ
3
1 r
.







Hình 1.8: Đồ thị từ trường của anten.
- 15 -

Nó có biên độ cực đại trong mặt phẳng của vòng và tỷ lệ trực tiếp với dòng
điện và số vòng N của anten.
Phương trình trên thường được dùng để tính toán dòng điện cần thiết trong
mỗi vòng cho khoảng cách đọc.
1.2.1.4 Điện áp cảm ứng trong vòng anten:
Hình vẽ trên chỉ cho chung ta thấy một dạng đơn giản của ứng dụng RFID.
Khi anten của thẻ và bộ đọc ở gần nhau thì từ trường biến thiên B được tạo bởi
anten của đầu đọc sẽ tạo ra một điện áp tại anten của thẻ đặt gần đó. Điện áp cảm
ứng đó sẽ sinh ra dòng điện cảm ứng chạy trong vòng dây anten ở thẻ. Đây chính là
định luật Faraday. Dòng điện cảm ứng trong vòng anten ở thẻ có giá trị bằng tỷ lệ
thay đổi của mật độ từ trường

trên thời gian.
dt
d

NV


(1.48)
Trong đó:
N= số vòng của cuộn anten


= mật độ từ trường.
Dấu âm chỉ ra rằng điện áp cảm ứng ngược chiều với dòng từ trường tạo ra
nó.
Mật độ từ trường

trong phương trình trên là tổng của từ trường B xuyên
qua bề mặt của cuộn anten và được tính bởi:

 dSB
(1.49)
Trong đó: B: từ trường
S: diện tích bề mặt của vòng.


: tích góc trong (cos góc giữa hai vector) vector B và diện tích S
chú ý: tích trên là tích số…
Việc trình bày góc trong giữa 2 vector trên chỉ ra rằng tổng từ trường xuyên
qua mặt phẳng của anten ảnh hưởng trực tiếp tới lõi của anten. Cos của góc trong
đấy đạt giá trị nhỏ nhất khi góc đấy bằng 90
0
và đạt giá trị lớn nhất khi góc đấy
bằng 0

0
.
- 16 -

Thông lượng từ thông qua lõi của anten đạt giá trị lớn nhất khi hai cuộn
anten ở đầu đọc và thẻ ở vị trí song song với nhau. Điều này làm cho điện áp cảm
ứng thu được lớn dẫn tới khoảng cách hoạt động được nâng lên.
Từ phương trình (1.47)và (1.49), phương trình (1.48) có thể viết lại là:
)(
2
21
2



 dSB
dt
d
N
dt
d
NV














dS
ra
aNi
dt
d
N
2
3
)(2
22
2
110
2




dt
di
ra
aNN
1
2322
2
210

)(2










dt
di
M
1

(1.50)

Trong đó:
V: điện áp trong lõi thẻ
i
1
: dòng điện trong lõi đầu đọc
a: bán kính của lõi đầu đọc
b: bán kính của lõi thẻ
r: khoảng cách giữa hai cuộn
M: hỗ cảm giữa hai cuộn, được tính bởi:









2322
2
210
)(2
)(
ra
abNN
M

(1.51)
Điện áp trên lõi thẻ lớn hay nhỏ phụ thuộc vào hỗ cảm giữa hai cuộn ở thẻ và
ở đầu đọc. Điện áp cảm ứng trên lõi thẻ giảm theo tỷ lệ
3
r
do đó khoảng cách hoạt
động cũng giảm theo tỷ lệ đó.