tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật ứng dụng công nghệ RFID vào hệ thống quản lý nhân sự

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những thập niên gần đây, công cuộc công nghiệp hoá hiện đại
hoá ngày càng phát triển mạnh mẽ. Khoa học kỹ thuật đã có những bước
phát triển mạnh đặc biệt là trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử, điều khiển và tự
động hóa.
Ở nước ta hiện nay, việc phát triển các sản phẩm điện tử tích hợp và
hệ thống tự động hóa đã và đang là xu hướng phát triển được ứng dụng rộng
rãi trong mọi hoạt động của đời sống. Sự phát triển nhanh chóng của nó đã
mang lại những thay đổi to lớn trong đời sống hàng ngày. Việc các máy móc
thiết bị trở lên linh hoạt hơn, thông minh hơn và làm việc với năng suất cao
là nhờ có sự hoạt động thông minh của các bộ vi xử lý ( microprocessor ), vi
điều khiển ( microcontroller), và các bộ xử lý tín hiệu số ( Digital Singer
Processor ).
Với các bộ vi xử lý, vi điều khiển và các bộ xử lý tín hiệu số hiện nay
được tích hợp trong các sản phẩm, nó có thể điều khiển được các hệ thống,
giám sát các quá trình sản xuất trong hầu hết những lĩnh vực của đời sống
con người từ ngành ngân hàng, tài chính, công nghiệp, nông nghiệp đến các
ngành bán buôn bán lẻ hàng hóa trên thị trường và đặc biệt nó còn giám sát
và quản lý con người trong quá trình làm việc, lao động trong các nhà máy,
cơ quan, xí nghiệp. Nhiều lĩnh vực con người rất khó kiểm soát và quản lý
đòi hỏi phải sử dụng nhiều nhân công, chi phí cao. Với công nghệ sử dụng
tần số vô tuyến điện chúng ta có thể giám sát và quản lý một cách dễ dàng,
giảm thiểu chi phí và không tốn nhiều công sức.
Hiện nay quản lý nguồn nhân lực tại các công ty là một trong những
vẫn đề then chốt để các cấp lãnh đạo có cái nhìn tổng thể nhất về doanh
nghiệp và con người. Nhưng việc quản lý này thông thường chỉ triển khai
một cách thô sơ, không đồng bộ, nhất quán và chủ yếu thực hiện bằng tay.
Sử dụng máy tính để quản lý nhân sự đã được thực hiện ở nhiều công ty,
đơn vị, tổ chức, và thể hiện thế mạnh của nó. Tuy nhiên, mỗi công ty lại có
cách xây dựng đặc thù riêng trong việc quản lý nguồn nhân lực khác nhau.
Nắm bắt xu hướng của công nghệ trong nước và trên thế giới, em đã chọn đề

tài: “ Ứng dụng công nghệ RFID vào hệ thống quản lý nhân sự (Radio
Frequency Indentification)”. nhằm mục đích nghiên cứu, định hướng phát
triển một ứng dụng mới đi vào thực tiễn.
Công nghệ RFID 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, em
hi vọng sẽ góp một phần nào đó vào công cuộc phát triển, nhân rộng ứng
dụng của nó, để mọi người biết đến công nghệ hữu ích như thế nào. Tuy
nhiên thời gian đầu tư còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai sót
và hạn chế rất mong được sự góp ý của các thày giáo, cô giáo trong Khoa
điện tử và các bạn đồng nghiệp góp ý để luận văn của em được hoàn thiện
hơn. Qua đây em cũng xin chân thành cám ơn thầy giáo hướng dẫn TS. Bùi
Trung Thành cùng các thầy cô trong Khoa điện tử Trường Đại học Kỹ thuật
Công nghiệp Thái Nguyên và các bạn đã giúp đỡ tận tình để em hoàn thành
Luận văn này.
Thái Nguyên, ngày tháng năm 2012
Học viên thực hiện
Trần Văn Thực
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RFID
1.1. Sơ lược về các hệ thống nhận dạng tự động
1.1.1. Hệ thống mã vạch (Barcode system)
1.1.2. Nhận dạng ký tự quang học (Optical character recognition – OCR)
1.1.3. Phương thức sinh trắc học (Biometric procedures)
1.1.4. Thẻ thông minh (Smart Cards)
1.1.5. Hệ thống RFID (RFID System)
1.2. Giới thiệu chung về nhận dạng vô tuyến RFID
1.2.1. Lịch sử phát triển của hệ thống RFID
1.2.2. Khái niệm RFID
1.2.3. Các đặc điểm của một hệ thống RFID
1.3. Các ứng dụng của RFID hiện nay
1.3.1. RFID trong việc sử phạt

1.3.2. RFID trong an ninh quốc gia
1.3.3. Trong hệ thống viễn thông
1.3.4. Ứng dụng quản lý thư viện
1.3.5. Ứng dụng trong quản lý bán hàng
1.3.6. Nhận dạng động vật
1.3.7. Cấy ghép vào con người
1.3.8. Tính phí trong giao thông
1.4. Ưu nhược điểm của hệ thống RFID
1.4.1. Ưu điểm
1.4.2. Nhược điểm
1.5. So sánh các hệ thống ID khác nhau
1.6. Tóm tắt chương 1
- Khái quát sơ lược về các hệ thống nhận dạng tự động như: Hệ thống
nhận dạng mã vạch, Hệ thống nhận dạng ký tự sinh học, Hệ thống nhận
dạng phương thức sinh trắc học, Hệ thống nhận dạng thẻ thông minh, Hệ
thổng RFID.
- Trình bày được lịch sử phát triển của hệ thống RFID, khái niệm
RFID, Ưu nhược điểm của hệ thống và so sánh được với các hệ thống nhận
dạng khác trong thực tế.
- Các ứng dụng RFID hiện hành
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Các thành phần của một hệ thống RFID.
Các thành phần chính trong hệ thống RFID là thẻ, reader và cơ sở dữ
liệu.
Một hệ thống RFID hoàn thiện bao gồm các thành phần:
- Thẻ RFID (RFID Tag, Transponder - Bộ phát đáp) đực lập trình
điện tử với thông tin duy nhất.
- Các reader (đầu đọc) hoặc sensor (cảm biến) để truy vấn các thẻ.
- Anten thu, phát sóng vô tuyến.
- Host computer - server, nơi mà máy chủ và hệ thống phần mềm giao

diện với hệ thống được tải. Nó cũng có thể phân phối phần mềm trong các
reader và cảm biến. Cơ sở hạ tầng truyền thông: Là thành phần bắt buộc, nó
là một tập gồm cả hai mạng có dây và không dây, 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 một cách hiệu quả.
Hình 2.1. Hệ thống RFID hoàn thiện
2.1.1. Thẻ RFID
Thẻ RFID (Bộ phát đáp - transpoder), thiết bị lưu trữ dữ liệu thực tế
của một hệ thống RFID, thường bao gồm một phần tử kết nối (Coupling
element) và một vi chíp điện tử.
Hình 2.2. Layout của thiết bị mang dữ liệu, transponder. Hình bên
trái transponder ghép cảm ứng với antenna cuộn dây, hình bên phải
transponder viba với antenna dipole
Thẻ gồm có 2 phần chính:
- Chip: lưu trữ một số thứ tự duy nhất hoặc thông tin khác dựa trên loại thẻ:
read-only, read-write, hoặc write-once-read-many.
- Anten được gắn với vi mạch truyền thông tin từ chip đến reader. Anten
càng lớn cho biết phạm vi đọc càng xa.
Các thẻ RFID được phân loại dựa trên việc thẻ có chứa một cung cấp
nguồn gắn bên trong hay là được cung cấp bởi thiết bị chuyên dụng:
- Thụ động (Passive)
- Tích cực (Active)
- Bán tích cực (Semi-active, còn gọi bán thụ động - semi-passive)
2.1.2. Mã hóa dữ liệu trên thẻ.
2.1.2.1. Mã hóa Manchester.
2.1.2.2. Mã hóa hai pha (Biphase)
2.1.2.3. Mã hóa PSK
2.2. Reader (Đầu đọc thẻ)
Một reader điển hình chứa một module tần số vô tuyến (máy phát và
máy thu) là một đơn vị điều khiển và là phần tử kết nối đến bộ phát đáp.

Ngoài ra các Reader còn 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.
Một reader có cấu trúc layout như Hình 2.8 dưới đây:
Hình 2.9. Cấu trúc layout cơ bản của một reader
Các thành phần chính của Reader bao gồm:
- Phát (Transmitter)
- Máy Thu (Receiver)
- Anten
- Vi mạch (Microprocessor)
- Bộ nhớ (Memory)
- Kênh vào/ra đối với các cảm biến, cơ cấu truyền động đầu từ, bảng tín hiệu
điện báo bên ngoài (mặc dù nói đúng ra đây là những thành phần không bắt
buộc, chúng hầu như luôn được cung cấp với một Reader thương mại).
- Mạch điều khiển (có thể nó được đặt ở bên ngoài)
- Mạch truyền thông
- Nguồn năng lượng
2.2.1. Máy phát
2.2.2. Máy thu
2.2.3. Anten của Reader
2.2.4. Vi mạch
2.2.5. Bộ nhớ

2.2.6. Các kênh nhập/xuất của các cảm biến, cơ cấu truyền động đầu từ và
bảng tín hiệu điện báo bên ngoài.
2.2.7. Mạch điều khiển
2.2.8. Giao diện truyền thông
2.3. Phân loại Reader
2.3.1. Reader nối tiếp
2.3.2. Reader mạng
2.4. Cơ chế truyền cơ bản giữa thẻ và Reader
2.4.1. Kiểu điều chế Backscatter
2.4.2. Kiểu Transmitter
2.4.3. Kiểu Transponder
2.5. Tóm tắt chương 2
- Nêu được cấu trúc và nguyên lý hoạt động của một số thẻ RFID
trong thực tế. Các phương pháp mã hóa dữ liệu trên thẻ Tag.
- Trình bày các khối cấu thành nên đầu đọc thẻ Reader, phân loại
Reader, cơ chế truyền giao tiếp giữa thẻ và Reader.
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG SẢN PHẨM
3.1. Yêu cầu thiết kế
Mục tiêu của Luận văn là thiết kế một hệ thống quản lý nhân sự dựa trên
công nghệ RFID đơn giản có khả năng.
• Đọc, ghi và hiển thị dữ liệu từ tag RFID
• Giao tiếp và hiển thị dữ liệu trên máy tính.
• Khoảng cách đọc là 5 cm – 10cm.
• Giá thành vừa phải, thiết kế nhỏ gọn.
• Lưu tag và nhận diện tag đã lưu, nếu đúng tag đã lưu thì tác động
relay
3.2. Yêu cầu hệ thống
Thiết kế một hệ thống quản lý nhân viên sử dụng công nghệ RFID ở
mức độ thử nghiệm. Hệ thống sẽ bao gồm một Reader, thẻ RFID chuẩn,
Reader sẽ giao tiếp với máy tính thông qua chuẩn gián tiếp RS 232.

Để có thể triển khai hệ thống vào thực tế, thì mỗi nhân viên khi đi
qua cổng phải mang theo thẻ RFID. Bên trong chíp chỉ chứa mã số của nhân
viên. Ở cổng trang bị một đầu đọc thẻ – Reader, một máy chủ có cài đặt sẵn
phần mềm quản lý, Reader được nối với máy tính thông qua một dây cáp
RS232 để truyền kết quả về máy tính.
Đầu tiên, mỗi nhân viên sẽ đưa thẻ lại gần Reader. Thiết bị này sẽ
thực hiện đọc mã số của nhân viên trên thẻ, sau đó truyền mã số này về máy
tính thông qua dây cáp RS232. Phần mềm trên máy tính dựa vào mã số đó
để truy cập cơ sở dữ liệu về nhân viên và và hiển thị thời gian đi làm của
nhân viên đó. Sau mỗi lần, thông tin về thời gian đi làm của nhân viên qua
mỗi ngày được cập nhật và tổng kết báo cáo tháng (nếu có).
3.3. Sơ đồ khối hệ thống RFID
Hình 3.1. Sơ đồ khối hệ thống RFID
3.4. Nguyên lý hoạt động của mạch
3.5. Chọn phương pháp thiết kế
3.5.1. Khối xử lý trung tâm
3.5.2 Khối hiển thị
3.5.3 Khối đọc thẻ (Reader)
3.5.4. Thẻ (Tag)
Hình 3.2. Thẻ cảm ứng (proximity)
Là thẻ nhựa có sử dụng ăngten tích hợp và sử dụng sóng radio để
giao tiếp với đầu đọc thẻ. Thẻ cảm ứng là thẻ chỉ đọc (read-only), không
có khả năng ghi lại hoặc xóa thông tin trên thẻ. Dữ liệu lưu trữ trên thẻ
thông thường là 4 đến 10 số. Thẻ cảm ứng thường được sử dụng như thẻ
READER
KHỐI
XỬ LÝ
TAG
MÁY TÍNH
( PC )

ID, thẻ nhân viên, thẻ chìa khóa…rất tiện lợi cho việc ra vào, tiết kiệm thời
gian và không phải quẹt thẻ.
3.5.5. Khối giao tiếp máy tính
3.6. Hoạt động của thẻ thụ động EM 4100
3.6.1. Sơ đồ khối bên trong của EM 4100
Hình 3.5. Sơ đồ khối bên trong của chip EM 4100
Chíp EM 4100 bao gồm các khối: Full Wave Rectifer, Extractor,
Data Modulator, Sequencer, Data Encoder, Memory Array. Đầu tiên nguồn
năng lượng xoay chiều được tạo ra bởi từ trường trên cuộn dây đính kèm với
chíp EM 4100 ở bên ngoài. Sau đó điện áp xoay chiều này được đưa qua
khối Full Wave Rectifer để chỉnh lưu bằng một cầu nối Gratez để cung cấp
nguồn điện áp một chiều ở bên trong nuôi chip. Khi bít cuối cùng được gửi
đi, thì chip sẽ tiếp tục quay trở lại với bit đầu tiên cho đến khi nào không còn
năng lượng nuôi nó nữa. Chip hoạt động dựa theo xung chủ được tạp ra bởi
khối Clook Extractor sử dụng một trong hai cuộn dây ở bên ngoài (ở hình
trên là cuộn COIL1). Đầu ra từ khối Clock Extractor sau đó đi đến điều
khiển khối Sequencer. Đây là khối cung cấp tất cả các tín hiệu cần thiết để
địa chi hóa mảng bộ nhớ và mã hóa tuần tự dữ liệu đầu ra.
3.6.2. Tổ chức bộ nhớ của chip EM 4100
3.7. Thiết kế khối Reader
Chip EM 4095 trước đây tên là P4095, là một bộ phát công nghệ
mạch tích hợp CMOS với mục đích sử dụng trong một trạm RFID cơ sở để
thực hiện các chức năng sau:
- Điều khiển anten với tần số sóng mang.
- Thực hiện điều chế AM để có thể ghi lên Transponder.
- Thực hiện giải điều chế AM của tín hiệu của tín hiệu điều chế từ
anten được tạo ra bởi các bộ thu phát (Transponder).
Ngoài ra chúng ta cũng cần biết thêm về các đặc trưng chính của chip
RFID.
- Có tích hợp hệ thống PLL để tự điều chỉnh được tần số sóng mang

đến tần số dao động anten.
- Không cần tới thạch anh dao động bên ngoài chỉ yêu cầu phạm vi
tần số sóng mang từ 100 to 150 KHz.
- Điều khiển trực tiếp anten sử dụng các bridge driver.
- Truyền dữ liệu bằng OOK (điều chế biên độ 100%) sử dụng các cầu
điều khiển
- Truyền dữ liệu bằng cách điều chế biên độ với hệ số điều chỉnh điều
chế có thể thay đổi được từ bên ngoài bằng cách dùng single ended driver.
- Hỗ trợ nhiều giao thức Transponder thích hợp (ví dụ như: EX 400X,
EM 4050, EM4150, EM 4070, EM 4096)
- Có chế độ “ngủ” tại mức 1A.
- Thích hợp với phạm vi nguồn năng lượng USB nên dễ dàng hơn
trong việc thiết kế Reader sử dụng nguồn năng lượng từ đường USB của
máy tính.
- Chịu được phạm vi nhiệt độ từ -40
0
tới 85
0
.
- Có kiểu đóng gói nhỏ gọn.
Sơ đồ chân IC 4095

Hình 3.7 Sơ đồ chân IC 4095
3.7.1. Các trình điều khiển
3.7.2. PLL (Phase Locked Loop)
3.7.3 Khối tiếp nhận
3.7.4. Tín hiệu RDY/CLK
3.8. Khối xử lý tín hiệu
3.8.1. Sơ đồ chân
Hình 3.13. Sơ đồ chân PIC16F886

3.8.2. Một vài thống số về vi điều khiển PIC 16F886
3.8.3. Các cổng xuất nhập của PIC 16F886
3.8.4. Timer trong PIC16F886
3.9. Bộ hiển thị LCD
3.10. Khối giao tiếp với máy tính
3.10.1. MAX232.
3.10.2. Quá trình truyền dữ liệu
3.11. Tính toán các thông số mạch
Hệ thống hoạt động tại tần số: f = 125KHz và phạm vi nhiệt độ môi
trường xung quanh từ - 40
o
C tới 85
o
C.
Độ tự cảm của anten thường được chọn trong phạm vi từ 300µH tới
800µH. Ở đây ta chọn độ tự cảm và hệ số chất lượng của anten là:
L
A
= 725 µH ±1%
Q = 40
Trở kháng tính theo công thức:
R
ANT
=
QA
fLA
π
2
R
ANT

= 14,23 Ω (3.1)
Ta giả thiết trở kháng điều khiển anten và các điện áp nguồn cung cấp
năng lượng cho anten dưới đây.
R
AD
= 3 Ω
V
DD
- V
SS
= 5V
Hệ thống hoạt động tại tần số 125KHz nên điện dung cộng hưởng
C
RES
được tính theo công thức:
C
RES
=
A
Lf
2
)2(
1
π
(3.2)
Và ta tính được kết quả là: C
RES
= 2,24nF
Bằng cách cho anten được điều khiển theo hình cầu điều khiển và áp dụng
công thức:

I
ANT ( peak )
=
ADSERANT
SSDD
RRR
VV
2
4
++
−
π
(3.3)
Và V
ANT ( peak )
=
RES
peakANT
fC
I
π
2
)(
(3.4)
Ta sẽ tính được các đại lượng dòng và điện áp tại anten của Reader
với R
SER
= 0
I
ANT ( peak )

= 315mA
V
ANT ( peak )
= 179V
Đầu ra tín hiệu tại DEMOD_IN được giới hạn bởi hệ số phân chia d
C
(Tức là làm mát đi một phần tín hiệu ban đầu với hệ số d
C
), để nó có thể đáp
ứng các chế độ đọc khác nhau của EM4095. Như các sơ đồ chỉ ra dưới đây,
ta thấy chíp EM 4095 thiên nhiều hơn vè chế độ đọc nên chíp này khá uyển
chuyển về mặt thiết kế. Tức là dùng chíp này để thiết kế một Reader cho
nhiều loại thẻ khác nhau. Chẳng hạn như thẻ chỉ đọc EM4100, thẻ đọc – ghi
EM 4150, thẻ EM 4069…Sơ đồ trên chỉ giành cho riêng các thẻ đọc EM
4100.
Hình 3.17. Tín hiệu anten tại DEMOD_IN đã được phân chia hệ số d
C
Với mỗi chế độ đọc, để cho trạng thái tín hiệu tại chân DEMOD_IN
tốt nhất có thể thì giá trị của tụ điện phân chia nên được định lượng với sai
số thấp. Ta có thể định lượng giá trị đó dựa trên bất đẳng thức sau:
D
C
<
max__
)(
INDEMOD
ppANT
V
V
(3.5)

Tại V
DEMOD_IN_PP
= 4V
pp
thì hệ số phân chia d
C
= 35.Ngoài ra tỷ lệ phân
chia có thể được thực hiện theo cách sử dụng điện chuẩn. Ví dụ với tụ điện
C
DV2
thì giá trị tốt nhất nên chọn nằm trong phạm vi 1nF tới 2nF. Tương tự
như vậy ta cũng chọn được giá trị các tụ điện khác liên quan tới hệ số phân
chia d
C
là:
C
RES
= 2,2nF
C
DV1
= 47pF
C
DV2
= 1,5nF
V
DD
- V
SS

Để tính toán giá trị cộng hưởng C

0
tốt nhất nên tính đến sự xuất hiện
của các tụ điện C
DV1
và C
DV2
như công thức dưới đây:
C
0
= C
RES
+
CDV2 CDV1
CDV2* CDV1
+
(3.6)
Và từ đây ta có thể tính lại giá trị tần số cộng hưởng theo công thức
dưới để tăng thêm độ chinh xác trong thực tế.
F =
0
*2
1
CL
A
π
(3.7)
Còn giá trị C
DEC
và C
DC2

ta đã thiết lập mặc định ban đầu:
C
DEC
= 100nF
C
FCAP
= 10nF
Vậy tóm lại cuối cùng ta chọn giá trị của các linh kiện sử dụng là:
C
DEC
= 100nF
C
GANT
= 100nF
C
FCAP
= 10nF
C
RES
= 2,2nF
C
DV1
= 47pF
C
DV2
= 1,5nF
L
A
= 725 µH
3.11.1. Thiết kế anten cho Reader

Các thẻ thụ động sẽ sử dụng cảm ứng từ do điện áp cuộn anten sinh ra để
hoạt động. Cảm ứng từ của điện áp xoay chiều này được chỉnh lưu để cung
cấp một nguồn điện áp cho thẻ. Khi điện áp một chiều đó đạt đến một mức
độ nhất định, thẻ bắt đầu hoạt động. Vì vậy, bằng cách tạo ra một tín hiệu
năng lượng RF, Reader có thể liên lạc được từ xa với thẻ mà không cần đến
nguồn năng lượng bên ngoài thẻ (ví dụ như pin).
Nên cuộn dây anten đóng vai trò rất quan trọng trong các ứng dụng
RFID, nó cung cấp năng lượng cho các thẻ thụ động và tạo ra một kênh liên
lạc giữa thẻ với Reader. Bây giờ chúng ta tìm hiểu sơ qua về cách chế tạo
anten cùng các công thức vật lý liên quan để tìm ra các tham số chuẩn nhất.
Trước tiên ta cần phải xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến cuộn dây
anten ta chế tạo, chẳng hạn như đặt thẻ so với cuộn dây như thế nào? Tạo ra
góc bao nhiêu độ? Hay nên chọn dây có đường kính bao nhiêu để trở kháng
của nó là thấp nhất và hệ số chất lượng Q của anten là bao nhiêu?
Theo định luật Ampe, khi một dòng điện đi qua đầu dây dẫn thì nó
tạo ra một từ trường xung quanh dây dẫn đó. Từ trường được tạo ra bởi một
phần tử dòng điện, trên một vòng dây dẫn với chiều dài hữu hạn cho bởi
công thức:
Β
Φ
=
r
o
π
µ
4
Ι
(cos
2
α

-cos
1
α
) (weber/m
2
) (3.8)
Trong đó: I: dòng điện
R: khoảng cách tính từ tâm dây

10*4
πµ
=o
7−
(H/m)
Trong trường hợp đặc biệt với một dây có chiều dài vô hạn thì:
1
α
=-180
0

2
α
=0
0
Và biểu thức trên được viết lại như sau:
BΦ=
r
o
π
µ

2
Ι
(weber/m
2
) (3.9)
Hình 3.18. Từ trường B tại vị trí P do dòng điện I gây ra trên một dây dẫn
thẳng
Từ trường tạo ra bởi một vòng cuộn dây anten được cho bởi công
thức:
B
Wire
dL
I
0
α1
α
α2
P
R
Z
B
1
=
2/322
2
)(2
0
ra
a
+

ΙΝ
µ
=
)
3
1
(
2
2
aoΙΝ
µ
for r
2
>>a
2
(3.10)
Trong đó:
I: Dòng điện
a: Bán kính dây
r: Bán kính vòng dây
o
µ
=4
π
*10
7−
(H/m)
Theo định luật Faraday thì sự thay đổi của từ trường theo thời gian
qua một bề mặt bao quanh bởi một đường dẫn khép kín sẽ tạo ra một điện áp
xung quanh nó. Dưới đây chỉ ra một ví dụ đơn giản của một ứng dụng RFID

được rút ra từ định luật Faraday. Khi anten của thẻ và Reader được đặt gần
nhau, thì sự thay đổi của từ trường B theo thời gian được tạo ra bởi dây
anten
Reader sẽ gây ra một điện áp bên trong cuộn dây anten của thẻ đặt
gần đó. Chính điện áp này là nguyên nhân gây dẫn đến sự xuất hiện dòng
điện trên cuộn dây đó. Đó chính là định luật Faraday.
Hình 3.19. Cấu hình một ứng dụng RFID
Điện áp gây ra trên cuộn dây anten của thẻ tỉ lệ với tốc độ thay đổi
của thông lượng từ trường ψ theo thời gian. Nó có công thức:
V=-N
dt
d
ψ
(3.11)
Tag coil
Tag
Reader coil
Reader
Electronics
Tuning
Circuit
N: Số vòng của cuộn dây anten
ψ
: Thông lượng từ trường qua mỗi vòng dây
Thông lượng từ trường
ψ
là tổng từ trường B đi qua toàn bộ bề mặt
cuộn dây anten và được tìm ra theo công thức:
ψ
=

∫
B*ds (3.12)
B: Từ trường
S: Diện tích bề mặt cuộn dây
Biểu thức tính toán cho điện áp Vo trong một vòng dây là:
Vo = 2
απ
cosfNSQBo
(3.13)
F: Tần số của tín hiệu đến
N: Số vòng của cuộn dây
S: Diện tích vòng dây (m
2
)
Q: Hệ số chất lượng của mạch
Bo: Cường độ của tín hiệu đến
α
: Góc tới của tín hiệu
Trong công thức ở trên, hệ số chất lượng Q là thước chọn lọc tần số có lợi:
Hình 3.20. Sự phụ thuộc về hướng của anten thẻ so với anten Reader
Điện áp cảm ứng xuất hiện đi ngang qua cuộn dây anten là một hàm
của góc các hiệu đến. Điện áp cảm ứng đạt giá trị lớn nhất khi cuộn dây
anten đặt tại vị trí song song với các tín hiệu, tại đó ta sẽ có góc
α
= 0. Như
vậy có nghĩa là để khả năng đọc thẻ tốt nhất trong thực tế, ta nên để theo
phương song song với cuộn dây anten.
Ngoài ra, khi chế tạo anten, ta cũng cần phải chú ý đến đường kính
dây dựa vào số kí hiệu AWG (American Wire Gauge). Dây có đường kính
Tag

a
B-field
càng nhỏ thì trở kháng DC của nó càng cao. Trở kháng DC với diện tích mặt
cắt ngang như nhau tại các vị trí được cho bởi công thức:
R
DC
=
S
σ
1
=
2
1
a
σπ
(Ω) (3.14)
Trong đó: L: Tổng chiều dài dây

σ
: Độ dẫn điện của dây (MHO/m)
S: Diện tích mặt cắt ngang
a: Bán kính dây
Thông thường trở kháng DC phải được giữ ở giá trị thấp nhất có thể
để giúp cho hệ số chất lượng Q của anten càng cao càng tốt. Bởi vậy, phải
chọn dây có đường kính càng lớn càng tốt để chế tạo anten cho các ứng
dụng
RFID trong thực tế.
Khi tần số tăng lên, từ trường tại trung tâm của dây tăng và dẫn đến
mật độ của dòng điện trong khu vực củng tăng lên. Nên diện tích di chuyển
theo đường từ trung tâm dây và tăng tại vị trí gần mép dây. Kết quả là mật

độ dòng sẽ giảm tại trung tâm dây và tăng tại vị trí gần mép dây. Đây là một
hiệu ứng lớp bề mặt của dây. Độ sâu của dây tại nơi mà mật độ dòng điện
giảm tới 1/e hay là 37% giá trị dọc theo bề mặt, được biết đến với tên gọi là
độ sâu lớp bề mặt và phụ thuộc vào tần số hoạt động và độ từ thẩm, độ dẫn
điện của môi trường. Dưới đây là công thức tính toán độ sâu lớp bề mặt:
δ
=
µσπ
f
1
(3.15)
Trong đó: f: Tần số

µ
(F/m) =
ro
µµ

7
10*4
−
=
πµ
o
(H/m)
1
µ
=1 cho đồng, nhôm, bạc…
= 4000 với chất liệu là sắt tinh khiết

σ
: Độ dẫn điện của chất liệu (MHO/m)

7
10*8,5=
σ
(MHO/m)
Ta biết rằng trở kháng của dây tỉ lệ với tần số, tức là tần số tăng thì
trở kháng cũng tăng, và trở kháng do sâu lớp bề mặt tạo ra thì được gọi là trở
kháng AC. Một biểu thức gần đúng tính toán các trở kháng AC được cho
bởi công thức:
R
AC
=
Aactive
σ
1
≈
δσπ
a2
1
=
a2
1
πσ
µ
f
(Ω)
= (R
dc

)
δ
2
a
(Ω) (3.16)
Aactive ≈
δπ
a2
Như đã nói ở trên, một phần tử dòng điện chạy qua một dây dẫn sẽ
tạo ra một từ trường xung quanh nó. Sự thay đổi về từ trường theo thời gian
có khả năng tạo ra một dòng điện chạy qua một dây dẫn khác và được gọi là
“ Độ tự cảm ”. Độ tự cảm L phụ thuộc vào các đặc điểm vật lý của dây dẫn.
Một vòng dây thì có độ tự cảm lớn hơn so với độ tự cảm của đoạn dây cùng
chất liệu, và một đoạn dây càng có nhiều vòng thì độ tự cảm của nó càng
tăng lên. Ta sẽ tổng quát lại tất cả các điều đó bằng một công thức cơ bản
nhất dưới đây, ở đó độ tự cảm L của dây được xác định bằng tỷ lệ của tổng
thông lượng từ trường với dòng điện I chạy qua:
L =
I
N
ψ
( Henry ) (3.17)
Trong đó: N: Số vòng dây
I: Dòng điện
Ψ: Thông lượng của từ trường
Từ công thức này ta có thể suy ra được các công thức tính toán khác
phù hợp với từng cách quấn dây, để thu được các thông số cần thiết giúp cho
sai số trong quá trình quấn dây giảm đi.
Độ tự cảm của cuộn dây có thể được tính toán theo nhiều cách khác
nhau. Ta cũng có thể quấn dây theo dạng hình tròn, hình vuông, hình lục

giác…Ta cũng có thể chế tạo dưới dạng các đường mạch trên một bảng
mạch in. Ở đây tôi chọn cách quấn dây theo dạng hình tròn với chất liệu
quấn dây là đồng.
Với một cuộn dây đồng chỉ có một vòng đơn thì độ tự cảm của nó
được cho bởi công thức:
L = 0.01257 (a)[2.303log
10
(
2
16
−
d
a
)] (3.18)
Trong đó: a: Bán kính vòng dây ( cm )
D: Đường kính dây ( cm )
Hình 3.21. Đường kính dây và một vòng cuộn dây
Từ đó rút ra công thức tính độ tự cảm của cuộn dây đồng có N vòng
là: L =
bha
aN
1096
)(31.0
2
++
( µH ) (3.19)
Trong đó: a: Bán kính trung bình cuộn dây
N: Số vòng dây
b: Chiều dài cuộn dây ( cm )
h: Độ cao cuộn dây ( cm )

Hình 3.22. Cuộn dây có N vòng dây
a
d
ab
N
a
h
b
Từ công thức ta thấy rằng L phụ thuộc vào các tham số a, b, N, h, rất
khó tính ra két quả chính xác giá trị của từng tham số tương ứng với giá trị
cần thiết. Để dễ dàng trong việc tính toán ta cố định các tham số h, a, b. Từ
đó ta sẽ tính ra N. Ở luận văn này ta cần quấn cuộn dây có giá trị L =
725µH. Tương ứng với giá trị đó ta xác định được các tham số cần thiết là:
a = 3cm
b = 0,2cm
h = 0,3cm
N = 30 vòng
Dây quấn ta chọn loại đường kính là 0,01cm
3.11.2. Tính toán giá trị X
Trong bộ Reader sử dụng IC EM4095 phạm vi hoạt động với tần số là f =
125KHz. Tần số này ta coi như một xung nhịp chuẩn để bộ đếm (Counter)
đếm lên 1 giá trị. Thời gian để bộ đếm đếm lên 1 giá trị là:
T =
KHz125
1
(giây) (3.20)
Ta lại có chế độ baud = 2KHz ( Tức là số bít truyền trong 1 giây – giá
trị này đã được nhà sản xuất mã hóa ). Vậy truyền 1 bít sẽ tốn mất một
khoảng thời gian là: T’ =
KHz2

1
(giây)
Mà tối thiểu để có thể xảy ra sự thay đổi giữa bit này với bít kia là
nửa chu kỳ bít tức là: T’/2 =
KHz4
1
(giây) (3.21)
Từ 3.1 và 3.2 ta suy ra được:
X*
KHz125
1
=
KHz4
1
(giây)
Suy ra X = 31,1
Vậy nếu gọi Δt là khoảng thời gian giữa 2 lần bắt sườn liên tiếp thì:
Nếu Δt > 40: đảo bít
Nếu Δt < 40: không đảo bít
3.12. Lưu đồ thuật toán

Begin
Xử lý ngắt Capture
Phát hiện sườn ở
chân IPC
Đo số xung Clock
giữa hai sườn
Số xung
Clock > 40
Bít_save = 0

Bít value = ~ bit value
Bit _save = 0
Rf_bit_store(bit_value)
Đủ 128 bit
Tìm header
Kiểm tra Parity
Tách 40 bit dữ liệu
và hiển thị
Stop
Bít save = ~ bit save
False
False
True
True
Hình 3.23. Lưu đồ thuật toán
3.13. Sơ đồ nguyên lý
3.14. Sơ đồ mạch PCB
CONTROLLER
READER
OUT PUT
POWER RS232