Kỹ thuật RFID và ứng dụng trong dải tần HF và LF

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thế Dũng Số hiệu sinh viên: 20040577
Trần Anh Dũng Số hiệu sinh viên: 20040615
Khoá: K49 Khoa: Điện tử - Viễn thông. Ngành: Viễn Thông
1. Đầu đề đồ án:
……………Kỹ thuật RFID và ứng dụng dải tần HF …………………………………………………………….
2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
…………………………………… …………………………………………… …… ………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………….…
………………………
……………………………………………………………………………………………………………….
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
Phần thuyết minh bao gồm 3 phần
Phần 1 : Kỹ thuật RFID…………………………………………………………………………
Phần 2 : Các chuẩn RFID ứng dụng trong các dải tần …………………………………………
Phần 3 : Xây dựng hệ thống RFID hoàn chỉnh…………………………………………………
4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
……………………………………………………………………………………………………………………… ….
………………………………………………………………………………………………………………………… ……….
………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………
5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: ……TS Nguyễn Hữu Trung………………… …………………………
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: …………………………………………………………………
7. Ngày hoàn thành đồ án: ……………………………………………………………………… …………………
Ngày tháng năm

Chủ nhiệm Bộ môn Giảng viên hướng dẫn
Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày … tháng … năm …
Cán bộ phản biện
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thế Dũng Số hiệu sinh viên: 20040577
Trần Anh Dũng Số hiệu sinh viên: 20040615
Ngành: Viễn thông . Khoá: K49
Giảng viên hướng dẫn:
Cán bộ phản biện:
1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:







2. Nhận xét của cán bộ phản biện:

Ngày tháng năm
Cán bộ phản biện
( Ký, ghi rõ họ và tên )
Lời nói đầu
Được sự quan tâm ủng hộ của thầy giáo TS. Nguyễn Hữu Trung, ngay từ năm học
thứ tư (2008) chúng em đã được tham gia nghiên cứu và tìm hiểu sâu về các hệ thống
xử lý tín hiệu số cùng những ứng dụng thực tiễn đi kèm như hệ thống định vị GPS, hệ
thống đèn giao thông thông minh Trong hơn một năm qua, chúng em đã được tiếp
xúc với nhiều công nghệ mới và những kiến thức chuyên ngành bổ ích. Sau quá trình
nghiên cứu, nhận thấy được sự tiến bộ cũng như tiềm năng của công nghệ nhận dạng
RFID (Radio Frequency Identification), được sự khích lệ động viên của thầy Nguyễn
Hữu Trung, chúng em đã mạnh dạn chọn đề tài “Kỹ thuật RFID và ứng dụng trong dải
tần HF và LF“ làm đồ án tốt nghiệp của mình.
Qua đây, chúng em xin bày tỏ cảm ơn sâu sắc trước sự hướng dẫn tận tình của thầy
giáo TS.Nguyễn Hữu Trung và cô giáo TS.Nguyễn Thúy Anh trong suốt thời gian
thực hiện đề tài khóa luận tốt nghiệp này. Đồng thời, chúng em cũng xin gửi lời chân
thành cảm ơn tới các anh khóa K47 trong nhóm phát triển công nghệ đã giúp đỡ chúng
em các kiến thức thực tiễn để hoàn thành tốt đề tài khóa luận tốt nghiệp này.
Có được những kinh nghiệm và kiến thức quý báu để thực hiện đề tài cũng như để
chuẩn bị hành trang bước vào cuộc sống, chúng em luôn ghi nhớ và cảm ơn về sự giảng
dạy tần tình, sự ân cần quan tâm của các thầy cô giáo trong Khoa Điện Tử Viễn Thông
- Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trong suốt thời gian vừa qua.
Chúng em cũng xin gừi lời cảm ơn tới bạn bè, người thân đã giúp đỡ động viên
chúng em trong quá trình hoàn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp của mình.
Hà Nội, ngày… tháng… năm …

TÓM TẮT NỘI DUNG
Công nghệ RFID là một công nghệ khá mới, đặc biệt là ở Việt Nam. Tuy nhiên, có
thể khẳng định rằng: những ứng dụng mà nó mang lại giúp ích rất nhiều trong đời sống

và cho sự phát triển của khoa học kỹ thuật. Hiện nay, kỹ thuật RFID được ứng dụng
trên thế giới có thể được chia làm hai: một là ứng dụng đóng (close application) và ứng
dụng mở (open application). Trong đó ứng dụng đóng thường được dùng trong công
nghiệp hay trong các hệ thống bảo mật còn ứng dụng mở thường được dùng trong các
hệ thống phục vụ nhu cầu xã hội như quản lý thư viện hay hàng húa… Khóa luận có
cấu trúc gồm bốn chương giúp cho người đọc có một cái nhìn tổng quan về công nghệ
và đồng thời đi sâu vào phân tích thiết kế hệ thống quản lý truy nhập sử dụng công
nghệ RFID ở dải tần HF và LF.
Kỹ thuật RFID là kỹ thuật sử dụng sóng radio để trao đổi thông tin giữa hai bộ phát
và thu. Trong đó cấu trúc thẻ gồm ba lớp được thiết kế đặc biệt có cấu trúc như một bộ
phỏt siờu mỏng để giao tiếp với đầu đọc (reader). Dải tần số RFID dùng khá rộng bao
gồm các dải tần LF, HF và UHF. Tùy tứng mục đích cụ thể mà các nhà nghiên cứu lựa
chọn dải tần thích hợp cho ứng dụng của mình. Trong những ứng dụng quản lý con
người hay tài sản, ứng dụng phổ biến là việc quản lý truy nhập trong các hệ thống vào
ra hay bảo mật. Nhận biết được nhu cầu đó, bài khóa luận tập trung vào nghiên cứu và
xây dựng hệ thống truy nhập ứng dụng công nghệ RFID ở dải tần LF ( tần số 125Khz )
và dải tần HF (tần số 13,56Mhz). Tại tấn số 125Khz, hệ thống sử dụng chip reader
EM4095 (IC đọc tín hiệu) với phạm vi từ 5cm - 10cm. Tại tần số 13,56Mhz là IC
TRF7960 của hãng TI phạm vi trong vòng 5m -10m.
Bài khóa luận cũng mô tả hệ thống mô hình ứng dụng RFID ở dải tần 125Khz kết nối
với máy tính kèm theo hệ thống cửa tự động, phần mềm cơ sở dữ liệu quản lý nhân sự
và khối hiển thị LCD. Vi điểu khiến giao tiếp với chip đọc reader là PIC với ngôn ngữ
C, phần mềm cơ sở dữ liệu được viết bằng ngôn ngữ C# (sử dụng VS2005). Phần cuối
của khóa luận nêu ra các kết quả thực nghiệm và đánh giá kết quả thu được.
ABSTRACT
RFID really is a new techonogy, specially in Vietnam. There are many
applications with RFID used in the worl. Nowadays, RFID is divided to 2
applycations : the close application and the open application. The close
application is used in Industry or the secret system and the open application is
used in demand of society such as library.

These are the major contents of the project:
Chapter 1 : RFID techology and system
This chapter help us to see a basic of RFID techonogy .
Chapter 2 : Standards in RFID and applycations
There are many standards about RFID in the word. So, this chapter held for us to
understand the most popular standards.
Chapter 3 : constructing RFID system in RF and HF
Chapter 4 : Summing up

MỤC LỤC
Lời nói đầu 3
ABSTRACT 4
1.1.1Hệ thống nhận dạng mã vạch (Barcode): 16
1.3 Nguyên lý kỹ thuật RFID 18
Tín hiệu được ghi vào một con chíp nhỏ nằm trong tấm thẻ rất mỏng. Dữ liệu được
đọc ghi thông qua một thiết bị đọc ghi thẻ mà không phụ thuộc vào hướng hay phải
sắp thẳng hàng, chỉ cần tấm thẻ đó nằm trong vùng phủ sóng của thiết bị là được. . 18
Hình 1.3 : Cấu trúc thẻ tag RFID 18
Hình 1.4 Quá trình quản lý thẻ qua ănten 19
1.4 Cơ chế trao đổi năng lượng và dữ liệu 19
Cơ chế trao đổi năng lượng: 19
1.5 Hệ thổng RFID 24
1.5.1 Cấu trúc hệ thống 24
Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống RFID đơn giản 25
1.5.2.1. Thẻ thụ động: 27
Hình 1.13 Cấu trúc thẻ thụ động 27
1.5.2.2 Bán thụ động 28
1.5.2.3 Thẻ tích cực 29
Hình 1.14 Nguyên lý thẻ tích cực 29
1.5.3.1 Bộ đọc tuần tự 31

1.5.3.2 Bộ đọc mạng 31
1.5.3.3 Bộ đọc cố định 32
1.5.3.4 Bộ đọc cầm tay 34
1.5.5 Server 35
1.6 Những ưu điểm của hệ thống RFID 35
CHƯƠNG 2 37
CÁC CHUẨN RFID VÀ ỨNG DỤNG 37
2.1 Các chuẩn RFID 37
2.1.1 Điều lệ và chuẩn hoá 37
2.1.2 Một số tiêu chuẩn xây dựng cho công nghệ RFID : 38
ISO 11784 & 11785 : Các chuẩn này qui định nhận dạng tần số vô tuyến cho động
vật đưa ra khái niệm kỹ thuật và cấu trúc mã. 38
Các chuẩn ISO 11784,11785 và 14223 :được đề cập đến với việc xác định thú vật sử
dụng hệ thống RFID system 38
- ISO 11784 Code dành cho việc xác định động vật gồm 64bít 38
- ISO 14223/1 - Nhận dạng tần số vô tuyến với động vật, bộ thu phát cao cấp – giao
diện vô tuyến. 38
- ISO 11785 – Technical concept (khái niệm công nghệ ) : 38
2.2 Ứng dụng RFID vào thực tiễn 41
Hình 2.1 Dải tần ứng dụng 41
2.2.1 Trong hệ thống bưu chính viễn thông 42
Hình 2.2 Mô hình khai thác thông tin đối với thẻ RFID.
46
2.2.2 Trong hệ thống giao thông 46
Hình 2.3 Cổng ra vào sử dụng công nghệ RFID 46
2.2.3 Trong kinh doanh 47
2.2.4 Trong hệ thống thư viện : 48
Hình 2.6 Ứng dụng RFID trong quản lý thư viện 48
2.2.5 Hệ thống theo dõi và quản lý động vật 49
3.1.2.1 Khối nguồn 54

Hình 3.3 Khối nguồn 55
3.1.2.2 Khối hiển thị 55
Hình 3.4 Khối hiển thị 56
3.1.2.3 Khối xử lý trung tâm: 56
Hình 3.5 Khối xử lý trung tâm 57
3.1.2.4 Khối giao tiếp máy tính: 58
3.1.2.5 Khối rơle 59
Hình 3.7 Khối rơle 59
3.1.4 Thẻ (Tag) RFID 61
3.1.5 IC RFID 65
Hình 3.20 Mạch dao động LC 72
3.2.2.1 .Mô tả chức năng cỏc chõn của linh kiện 77
Hình 3.26 Sơ đồ chân của TRF796x 78
3.2.2.2 Cơ chế cấp nguồn 80
3.2.2.3 Các chế độ làm việc 81
3.2.2.4 Nhận tín hiệu 83
3.2.4 Kết luận 85
TÀI LIỆU THAM KHẢO 88
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1 Mô hình các hệ thống nhận dạng tự động Error: Reference source
not found 5
Hình 1.2 Minh họa công nghệ RFID Error: Reference source not found 7
Hình 1.3 Cấu trúc thẻ tag RFID Error: Reference source not found 8
Hình 1.4 Quá trình quản lý thẻ qua ănten Error: Reference source not found 9
Hình 1.5 Từ trường dao động 20
Hình 1.6 Năng lượng sinh ra từ từ trường dao động phía đầu đọc 21
Hình 1.7 Tín hiệu điều biên ASK 23
Hình 1.8 Tín hiệu điều tần FSK 23
Hình 1.9 Tín hiệu điều pha PSK 24
Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống RFID đơn giản 25

Hình 1.11 Các lớp thẻ RFID 26
Hình 1.12 Lớp mạch và anten 26
Hình 1.13 Cấu trúc thẻ thụ động 27
Hình 1.14 Nguyên lý thẻ tích cực 29
Hình 1.15 Trao đổi thông tin giữa reader và tag (bộ đọc và thẻ ) 30
Hình 1.16 Ăngten thu phát giao tiếp với thẻ RFID 34
Hình 2.1 Dải tần ứng dụng 41
Hình 2.2 Mô hình khai thác thông tin đối với thẻ RFID 46
Hình 2.3 Cổng ra vào sử dụng công nghệ RFID 46
Hình 2.4 Ứng dụng hệ thống RFID trong dây truyền sản xuất 47
Hình 2.5 Ứng dụng hệ thống RFID trong quản lý kho hàng ……………… 48
Hình 2.6 Ứng dụng RFID trong quản lý thư viện 48
Hình 3.1 Tổng quan hệ thống 54
Hình 3. 2 Sơ đồ khối hệ thống 54
Hình 3.3 Khối nguồn 55
Hình 3.4 Khối hiển thị 56
Hình 3.5 Khối xử lý trung tâm 57
Hình 3.6 Khối giao tiếp máy tính 59
Hình 3.7 Khối rơle 59
Hình 3.8 Sơ đồ thuật toán khối xử lý trung tâm 60
Hình 3.9 Sơ đồ thuật toán trên PC 61
Hình 3.10 Sơ đồ chip EM4102 63
Hình 3.11 Sơ đồ khối của IC EM4102 63
Hình 3.12 Phân chia 64 bits trong bộ nhớ của EM4102 64
Hình 3.13 Mã hóa dữ liệu dạng mã Manchester 65
Hình 3.14 Sơ đồ bố trí cỏc chõn của EM4095 66
Hình 3.15 Cấu hình EM4095 dùng trong chế độ Read Only 69
Hình 3.16 Cấu hình EM4095 dùng trong chế độ Read Write 70
Hình 3.17 Sơ đồ khối của EM4095 71
Hình 3.18 Chế độ hoạt động Read Only 71

Hình 3.19 Chế độ hoạt động Read Write 72
Hình 3.20 Mạch dao động LC 73
Hình 3.21 Mô hình tổng thể hệ thống 75
Hình 3.22 Giao diện hiển thị trên PC… ……………………………………76
Hình 3.23 Dải tần radio và ứng dụng RFID 77
Hình 3.24 Sơ đồ khối hệ thống RFID dải tần HF 7 7
Hình 3.25 Sơ đồ khối giao tiếp TRF7960 7 8
Hình 3.26 Sơ đồ chân của TRF796x 79
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT Thuật ngữ
1 RFID Radio Frequency Identification (Nhận dạng bằng sóng radio)
2 ATM Automatic Teller Machine (Máy thông báo tự động)
3 AC Alternating Current (Dòng xoay chiều)
4 DC Direct Current (Dòng môt chiều)
5 RO Read Only (Chế độ chỉ đọc)
6 RW Read Write (Chế độ ghi và đọc)
7 WORM Write Once Read Many (Chế độ ghi một lần đọc nhiều lần)
8 CRC Cyclic Redundancy Check (Thuật toán CRC)
9 ID Identification (Nhận dạng)
10 CMOS Complementary Metal-Oxide Semiconductor (Vi mạch tích hợp)
11 EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory
(Bộ nhớ vật lý ghép ngoài chỉ đọc)
12 ISO International Organization for Standardization
(Tiêu chuẩn của tổ chức quốc tế)
13 EPC Electrical Product Code (Mã điện tử của sản phẩm)
14 HDX Half Duplex (Phương thức truyền bán song công)
15 FDX Full Duplex (Phương thức truyền song công)
16 SEQ Sequential (Truyền tuần tự)
17 LF Low frequency (Tần số thấp)
18 HF High frequency (Tần số cao)

19 AM Amplitude Modulation (Điều biên)
20 OOK On-off Keying
21 ASK Amplitude Shift Keying (Điều chế biên độ)
22 FSK Frequency Shift Keying (Điều chế tần số)
23 PSK Phase Shift Keying (Điều chế pha)
24 FCC Federal Communications Commision (Ủy ban viễn thông liên bang)
25 DOC Department of Communication (Bộ viễn thông)
26 VICC Vicinity card (Họ thẻ, tập hợp các thẻ có cùng tính chất)
27 DST Digital Signature Transponder (Bộ phát đáp dấu hiệu số)
28 RSSI Received singal sthength indicator (Tín hiệu chỉ thị độ lớn tín hiệu thu)
29 SOF Start of frame (Bắt đầu một khung)
30 EOF End of frame (Kết thúc một khung)
MỞ ĐẦU
Trong vài năm gần đây thủ tục nhận dạng tự động (Auto-ID) đã trở nên rất phổ biến
trong nhiều dịch vụ công nghiệp, trong công việc liên quan tới thu thập và phân loại sản
phẩm, trong công nghiệp, trong các công xưởng sản xuất và hệ thống phân phối sản
phẩm. Thủ tục nhận dạng tự động đó giỳp chúng ta thoát khỏi việc phải cung cấp thông
tin và vất vả kiểm tra về con người, động vật, và các sản phẩm trong quá trình lưu
chuyển. Các biểu tượng mã vạch có ở khắp nơi làm nổ ra cuộc cách mạng trong việc
xác định các hệ thống trong khoảng thời gian lớn, khiến cho không đáp ứng đủ nhu cầu
khi số lượng gia tăng quá lớn của các mã vạch. Mã vạch có thể thực sự rất rẻ, nhưng
điểm sai lầm là số lượng lưu trữ thấp và thực tế là chúng không thể lập trình lại hay sửa
lại được. Giải pháp tối ưu nhất là lưu trữ dữ liệu trong chip silicon. Thông thường các
thiết bị mang dữ liệu dưới dạng tín hiệu điện được sử dụng trong cuộc sống là các thẻ
thông minh tích hợp cỏc vựng tiếp xúc (thẻ điện thoại đa năng, thẻ tài khoản ngân hàng,
…). Tuy nhiên, tiếp xúc cơ đơn thuần sử dụng trong thẻ thông minh thường không thực
tế, nhu cầu trao đổi dữ liệu giữa thiết bị nhận và phát không cần tiếp xúc còn lớn hơn.
Trong chuỗi ý kiến đưa ra, yêu cầu đòi hỏi phải xây dưng một thiết bị mang dữ liệu tín
hiệu điện có thể trao đổi với một bộ đọc sử dụng công nghệ không cần phải tiếp xúc.
Bởi vậy thủ tục sử dụng trong việc trao đổi dữ liệu, không cần tiếp xúc, hệ thống nhận

dạng bằng sóng radio ra đời, được gọi là hệ thống RFID (Radio Frequency
Identification).
Bài khóa luận với kết cấu logic sẽ giúp cho chúng ta tìm hiểu về công nghệ RFID đi
từ những kiến thức cơ bản cho tới việc thiết kế xây dựng một hệ thống RFID hoàn
chỉnh.
Chương 1 : Kỹ thuật và hệ thống RFID
Chương này giúp cho chúng ta có một cái nhìn tổng quan về kỹ thuật RFID từ
nguyên lý hoạt động đến các cấu trúc thẻ tag ( thẻ thông minh ứng dụng trong kỹ thuật
RFID).
Chương 2: Các chuẩn RFID và ứng dụng
Trên thế giới có rất nhiều các nhà nghiên cứu và các công ty phát triển công nghệ
nhận dạng sử dụng RFID. Chương II cho chúng ta thấy được cái nhìn về các chuẩn giao
thức và các tiêu chuẩn đặt ra khi xây dựng công nghệ RFID.
Chương 3: Xây dựng hệ thống RFID dải tần HF và LF
Trình bày một hệ thống RFID hoàn chỉnh với các công nghệ lựa chọn của hãng TI
(Texas Intrusments) của Mỹ và hệ thống cơ sở dữ liệu. Hai công nghệ được đưa ra với
các dải tần khác nhau LF (125Khz ) và HF (13.56Mhz).
Các giải pháp và mô hình hoàn chỉnh đươc đưa ra với những đánh giá và nhận xét
gắn với thực tiễn của nhóm sau thời gian nghiên cứu công nghệ RFID.
Chương 4: Kết luận
CHƯƠNG 1
KỸ THUẬT VÀ HỆ THỐNG RFID
Khi đề cập đến khái niệm RFID trong lĩnh vực kỹ thuật, đối với nhiều chuyên gia
lâu năm thì có thể nghĩ ngay đến khái niệm xác định hay nhận dạng có liên quan đến
sóng radio. Tuy nhiên, RFID là một công nghệ khá mới đối với những ai ít chú ý đến
lĩnh vực kỹ thuật, mặc dù nó đó được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khỏc nhau.Vỡ vậy,
trong chương 1 này, các vấn đề được đưa ra tập trung vào giải thích khái niệm RFID và
các thành phần của một hệ thống RFID thông thường. Các khái niệm sẽ giúp cho
chúng ta hiểu được tổng thể công nghệ và nguyên lý hoạt động của một hệ thổng
RFID.

1.1 Hệ thống nhận dạng tự động (Auto Identification-Auto ID):
Mã
vạch
Mã
vạch
RFID
RFID
Thẻ
thông
minh
Thẻ
thông
minh
Quang
học
Quang
học
Giọng
nói
Giọng
nói
Hệ thống
nhận dạng
tự động
Hệ thống
nhận dạng
tự động
Sinh
học
Sinh

học
Vân
tay
Vân
tay
Hình 1.1 : Mô hình cỏc hệ thống nhận dạng tự động
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 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.
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.
1.1.3 Hệ thống nhận dạng thẻ thông minh (smart card):
Thẻ thông minh là thiết bị lưu trữ dữ liệu điện tử, có loại cú thờm 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.
Qua đặc điểm của các hệ thống nhận dạng tự động trên, chúng ta có thể thấy rằng
hầu hết các hệ thống nhận dạng tự động trên đều yêu cầu kết nối vật lý tiếp xúc với
khoảng cách gần. Điều này gây rất nhiều bất tiện cho người sử dụng trong sử dụng
hoặc quản lý. Với hệ thống RIFD, việc kết nối không dây giữa thiết bị mang thông tin

và thiết bị đọc sẽ đem lại nhiều ứng dụng và tiện lợi hơn. Trong thực tế, 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.
1.2 Kỹ thuật RFID
RFID (Radio Frequency Identification) là phương pháp nhận dạng tự động dựa trên
khả năng lưu trữ và nhận dữ liệu từ xa bằng các thiết bị thẻ thông minh. Thẻ RFID có
kích thước nhỏ và có thể gắn vào sản phẩm, gắn trên người, động vật. Thẻ RFID chứa
các chip silicon và các anten cho phép nhận lệnh và đáp ứng lại bằng tần số vô tuyến
RF từ một RFID phỏt đỏp.
Hình 1.2 : Minh họa công nghệ RFID.
1.3 Nguyên lý kỹ thuật RFID
Tín hiệu được ghi vào một con chíp nhỏ nằm trong tấm thẻ rất mỏng. Dữ liệu được
đọc ghi thông qua một thiết bị đọc ghi thẻ mà không phụ thuộc vào hướng hay phải sắp
thẳng hàng, chỉ cần tấm thẻ đó nằm trong vùng phủ sóng của thiết bị là được.
Hình 1.3 : Cấu trúc thẻ tag RFID.
Hỡnh trên là cấu tạo của một tấm thẻ RFID mã hiệu V720-D52P01 của hãng
OMRON, ta có thể thấy là nó bao gồm một ăng ten là các đường mạch bằng đồng rất
mảnh và một con chíp rất nhỏ. Tất cả dữ liệu đều nằm trong con chíp này. Quá trình
trao đổi thông tin diễn ra như sau:
Khi một thẻ RFID tiến đến gần thiết bị đọc ghi thẻ, năng lượng của sóng điện từ đủ
để cung cấp cho chớp trờn thẻ và kể từ đó quá trình truyền thông bắt tay giữa thẻ và
thiết bị đọc ghi bắt đầu. Trong quá trình này, thiết bị có thể đọc ghi thông tin trên thẻ,
và sau khi đã hoàn tất việc trao đổi dữ liệu, chiếc thẻ đó sẽ được chỉ thị là không tiếp
nhận thêm thông tin gì nữa cho tới khi được lọt vào vùng phủ sóng lần tiếp theo. Hình
dưới đây sẽ mô tả kỹ hơn về quá trình này.
Hình 1.4 Quá trình quản lý thẻ qua ănten.
Khi có nhiều thẻ nằm trong vùng phủ súng thỡ bộ V720 của OMRON cũng cho
phép người dùng thiết lập các lựa chọn về chế độ truyền thông mà ở đó thiết bị đọc ghi
có thể giao tiếp ngẫu nhiên với các thẻ RFID, hoặc có thể giao tiếp với một thẻ RFID
được chỉ định rõ.

1.4 Cơ chế trao đổi năng lượng và dữ liệu
Cơ chế trao đổi năng lượng:
Có nhiều cơ chế trao đổi năng lượng tùy thuộc vào nguyên tắc ghộp nối giữa đầu
đọc và thẻ và dải tần số hoạt động. Có thể chia ra làm 4 cơ chế như sau:
- Ghép nối cảm ứng (Inductive Coupling): thường dùng ở dải tần số thấp LF
(<135Khz) và tần số cao HF (13.56 MHz).
- Ghép nối tán xạ điện từ (Electromagnetic Backscatter Coupling): thường
dùng ở dải siêu cao tần UHF (868ữ915MHz) và sóng vi ba microwave (2.5
GHz).
- Ghép nối gần (Close Coupling): phạm vi đọc rất nhỏ (< 1 cm) thường dùng ở
dải tần 1ữ10MHz.
- Ghép nối điện (Electrical Coupling).
Ở đây chúng ta chỉ tập trung nghiên cứu hệ thống ghép nối cảm ứng do dải tần hoạt
động ở tần số thấp 125 KHz. Hệ thống này thường áp dụng với thẻ thụ động luôn cần
cấp năng lượng từ đầu đọc. Ghép nối cảm ứng tức là cơ chế hoạt động dựa trên nguyên
lý cộng hưởng điện từ do mạch LC trên 2 thành phần thẻ và đầu đọc tạo ra. Như đã
trình bày ở phần thẻ RFID (1.1.1), thẻ thụ động là một thiết bị điện tử chứa dữ liệu gồm
một vi mạch đơn và một cuộn dây lớn có chức năng như một anten. Phía đầu đọc cũng
có một cuộn dây là anten, khi cấp nguồn cho đầu đọc thì sẽ có dòng điện đi qua cuộn
dây này tạo nên một trường điện từ dao động (Magnetic alternating field H) bao quanh
cuộn dây (vì trong trường hợp này thẻ luôn hoạt động thụ động cần đến năng lượng cấp
từ đầu đọc nên cuộn dây anten của đầu đọc phải tạo ra được trường điện từ ở tần số cao
và mạnh sao cho có thể xuyên qua cuộn dây và phủ kín không gian xung quanh cuộn
dây điều này phụ thuộc vào thiết kế của anten phía đầu đọc – Hình 1.10). Do bước sóng
của dải tần hoạt động lớn gấp nhiều lần so với khoảng cách giữa anten của đầu đọc và
anten của thẻ nên trường điện từ có thể được hiểu đơn giản như một từ trường dao động
liên quan đến khoảng cách giữa thẻ và đầu đọc.
Hình 1.5 Từ trường dao động (magnetic alternating field) do cuộn dây anten
trên thẻ sinh ra.
Khi thẻ đi vào vùng từ trường của đầu đọc thì năng lượng từ từ trường dao động có

thể cảm ứng sang mạch cộng hưởng qua các cuộn dây theo định luật Faraday. Nếu tần
số dao động f
G
của từ trường dao động tương ứng với tần số cộng hưởng f
R
của mạch
cộng hưởng LC thỡ trờn cuộn cảm phía thẻ sẽ xuất hiện một dòng điện cảm ứng. Dòng
điện cảm ứng này gây ra một điện áp U
i
giữa hai đầu cuộn dây trên thẻ. Điện áp sau đó
được chỉnh lưu và cung cấp năng lượng nuụi cỏc vi mạch và các khối chức năng khác
bên trong thẻ.
Phía đầu đọc có một tụ điện C
r
nối song song với cuộn dây anten, điện dung của tụ
điện được lựa chọn sao cho nó cùng với điện cảm của cuộn dây tạo thành một mạch
cộng hưởng song song với tần số cộng hưởng tương ứng với tần số truyền của đầu đọc.
Phía thẻ có tụ điện C
1
hợp với cuộn dây anten tạo thành một mạch cộng hưởng được
điều chỉnh theo tần số truyền của đầu đọc. Điện áp U
i
trên cuộn dây anten phía thẻ đạt
được cực đại phụ thuộc vào mức tăng cộng hưởng trên mạch cộng hưởng song song.
Hình 1.6 Năng lượng sinh ra từ từ trường dao động phía đầu đọc cung cấp
năng lượng cho thẻ qua ghép nối cảm ứng.
Hiệu suất truyền năng lượng giữa hai cuộn dây anten phía đầu đọc và phía thẻ tỉ lệ
với tần số hoạt động f, số vòng dây cuốn n, góc đặt giữa hai cuộn dây và khoảng cách
giữa chúng. Khi tần số f tăng thì điện cảm của cuộn dây trên thẻ và số vòng dây quấn
giảm (<135 KHz: 100 ữ 1000 vòng, 13.56 KHz: 3 ữ10 vũng). Vỡ điện áp cảm ứng trên

cuộn dây phía thẻ cũng tỉ lệ với tần số f nên giảm số vòng dây cũng ít ảnh hưởng đến
hiệu suất truyền năng lượng ở các tần số cao hơn.
Tag
Từ trường H
Các mạch cộng hưởng song song
1.4.1 Truyền dữ liệu từ thẻ sang đầu đọc
Như đã miêu tả ở trên, hệ thống ghép nối cảm ứng hoạt động dựa trên nguyên tắc
kiểu máy biến áp với cuộn sơ cấp phía đầu đọc và cuộn thứ cấp phía thẻ, khi khoảng
cách giữa hai cuộn dây này không vượt quá 0,16λ (384m) thì thẻ sẽ nằm trong trường
gần (near field) của anten phát của đầu đọc. Kết quả trả lời của thẻ trên anten đầu đọc
được thể hiện thông qua trở tháng biến đổi Z
T
của cuộn dây anten đầu đọc. Đóng và
ngắt điện trở tải trên cuộn dây anten của thẻ sẽ làm thay đổi trở kháng Z
T
và làm thay
đổi điện áp trên cuộn dây anten đầu đọc. Điều này dẫn đến việc điều chế biên độ điện
áp U
L
trên cuộn dây anten đầu đọc bởi một thẻ từ xa. Nếu thời điểm đóng ngắt điện trở
tải được điều khiển bởi dữ liệu thì dữ liệu có thể chuyển từ thẻ sang đầu đọc. Dạng
truyền dữ liệu như thế này gọi là điều biến tải. Để phục hồi dữ liệu trên đầu đọc, điện áp
trên anten đầu đọc được chỉnh lưu. Điều này thể hiện việc giải điều chế một tín hiệu đã
được điều biên.
1.4.2 Cơ chế truyền dữ liệu từ đầu đọc sang thẻ
Tất cả các phương pháp điều biến số đều có thể sử dụng trong việc truyền dữ liệu từ
thẻ sang đầu đọc bằng cơ chế truyền song công (Full Duplex – FDX) và bán song công
(Half Duplex – HDX) hoặc truyền tuần sự (Sequential – SEQ), không phụ thuộc vào tần
số hoạt động hay nguyên tắc ghép nối.
1.4.3 Các phương pháp điều chế thường dùng

- Điều chế dịch biên (Amplitude Shift Keying)
ASK là một dạng của điều chế tín hiệu số mà ở đó tín hiệu số được biểu diễn bằng
sự thay đổi biên độ của sóng mang. Biên độ của tín hiệu mang thay đổi theo chuỗi bit 1
và 0 mà vẫn giữ nguyên tần số và pha. Mức của biên độ biểu diễn cho bít logic 0 hay 1.
Chúng ta có thể hiểu rằng tín hiệu mang như là một khóa đúng cắt. Ở dạng tín hiệu điều
chế, bit logic 0 được biểu diễn bởi sự vắng mặt của sóng mang, bit logic 1 được biểu
diễn bởi sự có mặt của sóng mang và từ đó thông tin được truyền đi. Cũng giống như
AM, ASK cũng nhạy với nhiễu, bị biến dạng trong khi truyền đi. Sự điều chế và giải
điều chế tương đối ít tốn kém. Công nghệ ASK thường được dùng để truyền tín hiệu số
trên cáp quang.
Hình dưới đây mô tả bit 1 được truyền đi bằng sóng mang có biên độ E
1
và bit 0
được truyền đi bằng sóng mang có biên độ là E
2
.
Hình 1.7 Tín hiệu điều biên ASK.
Do cách giải điều chế đơn giản nên hầu hết các hệ thống đều dùng phương pháp
điều chế ASK.
- Điều chế tần số (Frequency Shift Keying)
FSK là nguyên lý điều chế tần số mà ở đó thông tin số được truyền đi qua sự thay
đổi rời rạc của tần số. FSK đơn giản nhất là FSK nhị phân gọi là BFSK, sử dụng hai tần
số riêng biệt để truyền đi hai bit 0 và 1.
Hình 1.8 Tín hiệu điều tần FSK.
- Điều chế pha tín hiệu (Phase Shift Keying):
Tín hiệu có dạng sóng dao động có tần số f (sóng mang), thay đổi pha để biểu diễn
các giá trị của tín hiệu: mỗi bit đặc trưng bởi góc pha khác nhau của tín hiệu. VD: pha =
90
o
cho bit 0, pha = -90

o
cho bit 1.
Hình 1.9 Tín hiệu điều pha PSK.
1.5 Hệ thổng RFID
1.5.1 Cấu trúc hệ thống
Một hệ thống RFID có thể gồm một số phần tử: thẻ, bộ đọc thẻ, máy chủ,
middleware và phần mềm ứng dụng. Mục đích của một hệ thống RFID là cho phép dữ
liệu được truyền bởi một thiết bị di động - thẻ đến được một bộ đọc RFID và bộ đọc xử
lý thông tin theo yêu cầu của ứng dụng cụ thể. Dữ liệu truyền từ thẻ có thể chứa thông
tin nhận dạng hoặc thông tin định vị hoặc những chi tiết về sản phẩm được đánh thẻ
như giá, màu, ngày mua, RFID lần đầu xuất hiện trong các ứng dụng truy nhập và
theo dõi những năm 1980 và nhanh chóng thu hút sự chú ý bởi khả năng theo dõi các
đối tượng đang chuyển động. Khi công nghệ được cải tiến, càng có nhiều ứng dụng sử
dụng thẻ RFID.
Trong một hệ thống RFID cụ thể, các đối tượng riêng lẻ được trang bị một thẻ nhỏ
có giá thành thấp. Thẻ này chứa một bộ phỏt đỏp (transponder) với một chip nhớ có mã
sản phẩm điện tử duy nhất. Bộ tích hợp, anten được đóng gói với bộ phỏt đỏp và bộ giải
mã, phát ra tín hiệu kích hoạt thẻ RFID nhờ đó nó có thể đọc và ghi dữ liệu. Khi một
thẻ RFID đi vào vùng điện từ trường, nó sẽ phát hiện tín hiệu kích hoạt của thẻ đọc. Bộ
đọc giải mã dữ liệu được mó hoỏ từ mạch tích hợp (chip silicon) của thẻ và dữ liệu
dược đưa vào một máy chủ. Phần mềm ứng dụng trên máy chủ sẽ xử lý dữ liệu và
thường sử dụng ngôn ngữ đánh dấu vật lý.
Lấy ví dụ về các quyển sách trong thư viện. Các cổng an ninh có thể phát hiện ra khi
nào có hoặc không có một quyển sách được kiểm tra trước khi ra khỏi thư viện. Khi
người sử dụng mang trở lại, bít bảo mật được reset và bản ghi trong hệ thống thư viện
sẽ tự động cập nhật. Trong một số giải pháp RFID, một biên lai nhận lại sẽ được tạo ra.
Ở điểm này, các vật liệu có thể được lưu trữ trong các hộp nhờ thiết bị trả lại. Que dò
trong kho sẽ xác định chi tiết vị trí lưu sách trong kho. Công cụ này được dùng để cất
sách theo đúng thứ tự.

Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống RFID đơn giản.