NGHIÊN cứu, THIẾT kế và xây DỰNG hệ THỐNG THU PHÍ GIAO THÔNG điện tử ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RFID THỤ ĐỘNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG
HỆ THỐNG THU PHÍ GIAO THÔNG ĐIỆN TỬ
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RFID THỤ ĐỘNG

1

Sinh viên thực hiện:

HỒ ANH TUẤN
Lớp ĐT4 – K55

Giảng viên hướng dẫn:

TS. NGÔ VŨ ĐỨC


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG
HỆ THỐNG THU PHÍ GIAO THÔNG ĐIỆN TỬ
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RFID THỤ ĐỘNG

Sinh viên thực hiện:

HỒ ANH TUẤN

Lớp ĐT4 – K55

Giảng viên hướng dẫn: TS. NGÔ VŨ ĐỨC
Cán bộ phản biện:

2

TS. PHẠM NGUYỄN THANH LOAN


Đánh giá quyển đồ án tốt nghiệp
(Dùng cho giảng viên hướng dẫn)
Giảng viên đánh giá:......................................................
Họ và tên Sinh viên:................................................ MSSV:…………………
Tên đồ án: ................................... ................................... ...................................
…………………………………………………………………………………..

Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:
Rất kém (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5)

Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)
Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và các giả
1 thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như phạm vi ứng 1 2
dụng của đồ án
2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế)
1 2
3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề
1 2
Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả đạt
4
1 2
được
Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)
Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp thực
5
1 2
hiện dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ thống
Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết quả đều
6
1 2
được phân tích và đánh giá thỏa đáng.
Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa kết
7 quả đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp lập luận 1 2
để đề xuất hướng giải quyết có thể thực hiện trong tương lai.
Kỹ năng viết (10)
Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương logic
và đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được đánh số
8 thứ tự và được giải thích hay đề cập đến trong đồ án, có căn lề, dấu 1 2
cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu chương và kết luận
chương, có liệt kê tài liệu tham khảo và có trích dẫn đúng quy định

Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập
9
1 2
luận logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.)
Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)
Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải
SVNC khoa học giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa học
10a
(quốc tế/trong nước) từ giải 3 trở lên/ Có đăng ký bằng phát minh
sáng chế
Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị sinh viên
nghiên cứu khoa học nhưng không đạt giải từ giải 3 trở lên/Đạt
10b
giải khuyến khích trong các kỳ thi quốc gia và quốc tế khác về
chuyên ngành như TI contest.
10c Không có thành tích về nghiên cứu khoa học
Điểm tổng
Điểm tổng quy đổi về thang 10

3

3

4

5

3
3

4
4

5
5

3

4

5

3

4

5

3

4

5

3

4

5

3

4

5

3

4

5

5

2
0
/50


4


3. Nhận xét thêm của Thầy/Cô (giảng viên hướng dẫn nhận xét về thái độ và tinh thần
làm việc của sinh viên)
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
......................................

Ngày: /
/201
Người nhận xét
(Ký và ghi rõ họ tên)

5


Đánh giá quyển đồ án tốt nghiệp
(Dùng cho cán bộ phản biện)
Giảng viên đánh giá:......................................................
Họ và tên Sinh viên:................................................ MSSV:…………………
Tên đồ án: ................................... ................................... ...................................
…………………………………………………………………………………..
Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:
Rất kém (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5)
Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)
Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và các giả
1 thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như phạm vi ứng 1 2
dụng của đồ án
2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế)
1 2
3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề
1 2
Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả đạt
4
1 2
được
Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)
Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp thực

5
1 2
hiện dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ thống
Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết quả đều
6
1 2
được phân tích và đánh giá thỏa đáng.
Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa kết
7 quả đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp lập luận 1 2
để đề xuất hướng giải quyết có thể thực hiện trong tương lai.
Kỹ năng viết (10)
Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương logic
và đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được đánh số
8 thứ tự và được giải thích hay đề cập đến trong đồ án, có căn lề, dấu 1 2
cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu chương và kết luận
chương, có liệt kê tài liệu tham khảo và có trích dẫn đúng quy định
Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập
9
1 2
luận logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.)
Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)
Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải
SVNC khoa học giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa học
10a
(quốc tế/trong nước) từ giải 3 trở lên/ Có đăng ký bằng phát minh
sáng chế
Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị sinh viên
nghiên cứu khoa học nhưng không đạt giải từ giải 3 trở lên/Đạt
10b
giải khuyến khích trong các kỳ thi quốc gia và quốc tế khác về

chuyên ngành như TI contest.
10c Không có thành tích về nghiên cứu khoa học
Điểm tổng
Điểm tổng quy đổi về thang 10

6

3

4

5

3
3

4
4

5
5

3

4

5

3

4

5

3

4

5

3

4

5

3

4

5

3

4

5

5

2
0
/50


3. Nhận xét thêm của Thầy/Cô
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
..................................................................................................................................................
......................................
Ngày: /
/201
Người nhận xét
(Ký và ghi rõ họ tên)

7


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều nước triển khai hệ thống giao thông
thông minh ITS (Intelligent Transportation Systems). Đây là một giải pháp hiện
đại, phát huy tính hiệu quả và được triển khai trên nhiều quốc gia phát triển. Trong
đó, hệ thống thu phí điện tử ETC (Electronic Toll Collection) là bộ phận quan trọng
cấu thành trong hệ thống ITS. Hệ thống thu phí điện tử đã cho thấy được những lợi
ích vượt trội của nó mang lại so với cách thu phí thủ công trước đây. Tuy nhiên, ở
Việt Nam vẫn chưa có một hệ thống thu phí tự động nào thực sự hoàn chỉnh và hiện
đại. Do đó, hệ thống thu phí điện tử là đề tài đã được nghiên cứu trong nhiều dự án
với nhiều phương pháp khác nhau, mỗi phương pháp lại có những ưu điểm và hạn

chế của nó. Trong số đó, các phương pháp sự dụng công nghệ RFID là phổ biến. Và
để khai thác những thuận lợi, tránh và khắc phục những nhược điểm của các
phương pháp đã nghiên cứu trước đó, sở Khoa học và Công nghệ Hà Nội đã đề xuất
phương án xây dựng hệ thống thu phí điện tử sử dụng công nghệ RFID thụ động
theo tiêu chuẩn ISO 18000 – 6C, băng tần UHF 865 – 868 MHz. Chúng em dựa
trên định hướng đó, sẽ xây dựng một hệ thống thu phí điện tử dùng công nghệ
RFID thụ động, với mục tiêu là xây dựng được một hệ thống thu phí hoàn chỉnh và
khả thi cho triển khai trong thực tế.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Ngô Vũ Đức- bộ môn Điện tử Kĩ
thuật máy tính, TS. Lê Minh Tuấn- Sở Khoa học và Công nghệ Hà Nội cùng các
bạn sinh viên nhóm SystemVLSI đã giúp đỡ và hướng dẫn tận tình để em có thể
hoàn thành được đề tài tốt nghiệp này!

8


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Tình hình giao thông Việt Nam đến hiện tại là một vấn đề đang rất được
quan tâm bởi vẫn còn khá nhiều điểm hạn chế chưa được xử lý và nâng cấp như
tình trạng ùn tắc thường xuyên xảy ra, chất lượng giao thông chưa cao, thiếu tính
hiện đại trong hệ thống... Để giải quyết những vẫn đề đó, đã và đang có rất nhiều
giải pháp được nghiên cứu, triển khai nhằm cài thiện tình trạng giao thông. Trong
đó, việc xây dựng hệ thống thu phí điện tử là một trong những giải pháp cần thiết và
cấp bách. Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và xây dựng hệ thống thu phí giao thông điện
tử ứng dụng công nghệ RFID thụ động” đặt ra với mục tiêu chung là xây dựng hệ
thống thu phí điện tử hoàn thiện, bao gồm:
− Chế tạo thiết bị nhúng đọc thẻ RFID thụ động. Sử dụng thiết bị này
đọc dữ liệu từ thẻ RFID được gắn lên thiết bị tham gia giao thông.
Sau đó truyền dữ liệu đọc được đến máy tính tại trạm thu phí theo
giao thức TCP-IP. Máy tính tại trạm thu phí sẽ xử lý, kiểm tra thông

tin tài khoản của chủ phương tiện và tự động trừ phí.
− Xây dựng cơ sở dữ liệu thực tế cho hệ thống, đảm bảo tính đầy đủ, an
toàn bảo mật và truy xuất nhanh.
− Xây dựng được các thuật toán lọc thẻ và đọc thẻ chính xác, xử lý
được các trường hợp gian lận, làm giả thẻ.
− Xây dựng được hệ thống phần mềm dùng trong hệ thống, các trang
web hỗ trợ cho việc quản lý và truy xuất thông tin từ cơ sở dữ liệu.
Qua quá trình nghiên cứu, thiết kế và phát triển, nhóm nghiên cứu đã xây
dựng hoàn chỉnh hệ thống thu phí giao thông gồm các phần như trên, sử dụng công
nghệ RFID thụ động theo tiêu chuẩn ISO 18000 – 6C, băng tần UHF 865 – 868
MHz. Trong đề tài này, công việc chính em đã thực hiện bao gồm: tối ưu bản thiết
kế của đầu đọc RFID được kế thừa để tạo nên một sản phầm đầu đọc thẻ RFID
hoàn chỉnh; xây dựng xong thuật toán đọc thẻ và lọc thẻ mới để tăng cường tính
nhanh chóng, chính xác và bảo mật cho hệ thống; xây dựng phần mềm khởi tạo
người dùng mới cho hệ thống và tương tác trực tiếp với cơ sở dữ liệu thực tế.
9


ABSTRACT
Vietnam traffic situation at present is a problem that is is of particular
concern because there are still many limitations that have not been processed and
upgraded as congestion often occurs, traffic is not high quality, lack modernity in
the system ... To solve the problems that were and are many solutions being studied,
implemented to improve traffic conditions. In particular, the construction of
electronic toll system is one of the solutions necessary and urgent. The project
"Study, design and construction of transport systems electronic toll collection
applications passive RFID technology," poses with the common goal of building
electronic toll system improvement, including:
− Create embedded devices read passive RFID tags. Use this device to
read data from RFID tags are attached to equipment in traffic. Then

transfer data is readed to a computer at toll booths under the TCP-IP.
Computers at toll stations will processing, check the owner's account
information and automatic vehicle debited.
− Construction of the actual database system, ensuring complete, secure
and fast access security.
− Construction of the filtering algorithms correct card and card reader,
handle cases of fraud, forgery card.
− Develop a software system used in the system, the support site for
managing and retrieving information from databases.
Through the research, design and development, the team has developed a
complete system of traffic charges including parts as above, using passive RFID
technology according to ISO 18000 - 6C, the UHF band 865-868 MHz. In this
project, the main task they have performed include: optimizing the design of RFID
reader is inherited product to create a complete RFID card reader; built card reader
and filtering algorithms new cards to enhance the rapid, accurate and secure system;
10


build software initialization new user to the system and interact directly with the
actual database.

11


MỤC LỤC

12


DANH SÁCH HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

13


DANH SÁCH BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN  

14


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

RFID

Radio Frequency Identification

ITS

Intelligent Transportation
System
Electronic Toll Collection &
Transportation Management
Electronic Toll Collection
On Board Unit

ETTM
ETC
OBU

UI
DAQ

SYSM
USB
UHF
HF
LF
AVI

User interface
Data acquition
System Management
Univeral Serial Bus
Ultra-high frequency
High Frequency
Low Frequency
Automatic Vehicle
Identification
Automatic Vehicle
Classification

AVC

15

Công nghệ nhận dạng bằng sóng
vô tuyến.
Hệ thống giao thông thông minh
Quản lý giao thông và thu phí điện
tử.
Hệ thống thu phí điện tử
Thiết bị điện tử được sử dụng

trong thu phí tự động cùng với hệ
thống tương thích được lắp đặt tại
trạm thu phí.
Khối tương tác với người dùng.
Khối thu nhận dữ liệu.
Quản lý hệ thống.
Chuẩn kết nối tuần tự đa dụng.
Siêu cao tần
Cao tần
Tần số thấp
Bộ phận nhận dạng (định danh)
phương tiện tự động
Bộ phận phân loại phương tiện tự
động


MỞ ĐẦU
Ở Việt Nam, hệ thống thu phí đang từng bước được hiện đại. Nhưng vẫn tồn
tại các trạm thu phí giao thông đường bộ với số lượng nhân viên trực còn khá
nhiều, xe qua trạm còn phải qua nhiều giai đoạn xử lý như mua vé, soát vé làm mất
nhiều thời gian, giảm tốc độ lưu thông, gây ùn tắc. Chính vì điều này sẽ mang lại
hiệu quả kinh tế chưa cao, mất mỹ quan đô thị. Vấn đề này đã được quan tâm và
đã có những nghiên cứu, thiết kế và chế tạo, triển khai trạm thu phí tự động ở một
số nơi ở nước ta. Tuy nhiên có nhiều phương pháp và cách triển khai khác nhau.
Trong đó có nhiều dự án phát triển cho hệ thống thu phí tự động ứng dụng công
nghệ RFID. Nhưng còn có nhiều hạn chế như khoảng cách đọc thẻ gần, không lọc
được thẻ, chưa có giải pháp bảo mật, thẻ cấp người dùng với giá thành cao, hệ
thống lắp đặt còn phức tạp... Cụ thể như sau:
 Đối với các điểm thu phí đang hoạt động, hiện đang tồn tại một số điểm
hạn chế sau:

• Công nghệ hoàn toàn phụ thuộc vào nước ngoài do chưa làm chủ
được các khâu nghiên cứu, sản xuất phần mềm ứng dụng và đầu đọc
thẻ.
• Việc lựa chọn thẻ RFID bán tích cực và thiết bị OBU (On Board Unit)
trên công nghệ DSRC tích cực (hệ thống thu phí triển khai tại
TP.Hồ Chí Minh) chưa phù hợp với tình hình tài chính của người sử
dụng, gây khó khăn cho công tác triển khai trên phạm vi rộng.
 Đối với các đề tài, luận án nghiên cứu thực hiện trong nước, hiện đang tồn
tại các vấn đề lớn sau:
• Lựa chọn công nghệ RFID chưa hợp lý dẫn tới khoảng cách giao tiếp
giữa thẻ và đầu đọc ngắn hoặc phải có thêm thiết bị để tăng khoảng
cách giao tiếp gây phức tạp cho người sử dụng.
• Hệ thống phần mềm quản trị cơ sở dữ liệu, phần mềm điều khiển
hệ thống đơn giản, quy mô nhỏ, không có khả năng mở rộng hệ
thống do không làm việc trên nền web.
• Số lượng thẻ hoạt động đồng thời bị giới hạn.
• Chưa có giải pháp bảo mật an toàn thông tin thẻ của người sử
dụng cũng như chống sao chép thẻ.
16


Để khắc phục nhược điểm trên nhóm nghiên cứu đã thiết kết, xây dựng và
phát triển hệ thống thu phí giao thông tự động ứng dụng công nghệ RFID thụ động
theo tiêu chuẩn ISO 18000 – 6C, băng tần UHF (Ultra-high frequency) 865 – 868
MHz. Công nghệ này được lựa chọn dựa trên các tiêu chí kỹ thuật và kinh tế xã hội
như: Có khả năng ứng dụng được với nhiều loại hình thu phí, phù hợp với băng tần
số đã được Cục tần số vô tuyến cấp phát, tuân thủ tiêu chuẩn quốc tế để có thể sử
dụng thiết bị và thẻ từ nhiều nhà cung cấp khác nhau, lắp đặt dễ dàng, tiện lợi và an
toàn cho người sử dụng, có chi phí đầu tư thấp giúp tiết kiệm nguồn ngoại tệ nhập
khẩu, phù hợp với điều kiện kinh tế của đại bộ phận người sử dụng... Việc sử

dụng những ưu điểm trên của công nghệ RFID thụ động sẽ góp phần rất lớn trong
việc giải quyết những hạn chế tồn tại trong các phương pháp cũ. Hệ thống được xây
dựng đã giải quyết được nhiều vấn đề và có rất nhiều ưu việt rõ ràng như thu phí
nhanh, độ tin cậy cao, có giải pháp bảo mật cao, dễ mở rộng, chi phí hoạt động rẻ
hơn, giảm chi phí cho người dùng, giảm được ùn tắc giao thông, phát huy được tính
hiện đại, hiệu quả của hệ thống thu phí nói riêng và hệ thống giao thông thông minh
nói chung.
Trong phạm vi đồ án này, công việc chính em đã thực hiện bao gồm: tối ưu
bản thiết kế của đầu đọc RFID được kế thừa để tạo nên một sản phầm đầu đọc thẻ
RFID hoàn chỉnh; xây dựng xong thuật toán đọc thẻ và lọc thẻ mới để tăng cường
tính nhanh chóng, chính xác và bảo mật cho hệ thống; xây dựng phần mềm khởi tạo
người dùng mới cho hệ thống và tương tác trực tiếp với cơ sở dữ liệu thực tế. Phần
còn lại của đề tài, bao gồm tạo cơ sở dữ liệu cho hệ thống, xây dựng giao diện các
trang web và xây dựng phần mềm thu phí tại PC sẽ do một nhóm khác thực hiện.
Trong báo cáo này, em xin trình bày về phần công việc mà em đã thực hiện
trong đề tài, và những kết quả cụ thể đã đạt được. Nội dung báo cáo đồ án được
trình bày theo bố cục như sau:
Chương 1: “Cơ sở lý thuyết”. Chương này sẽ trình bày về nền tảng lý thuyết
được nghiên cứu để ứng dụng vào việc giải quyết bài toán đặt ra của đề tài. Cụ thể
17


là: Lý thuyết công nghệ RFID, Lý thuyết về hệ thống nhúng Linux và Các giao thức
sử dụng.
Chương 2: “Xây dựng hệ thống” sẽ là chương giới thiệu về hệ thống cần xây
dựng, các bộ phận cấu thành, công nghệ sử dụng và mô hình hoạt động của hệ
thống. Trong chương này cũng sẽ chỉ ra các công việc cần phải thực hiện để xây
dựng được hệ thống hoàn chỉnh.
Chương 3: “Nội dung thực hiện” sẽ trình bày về các công việc mà em đã
thực hiện trong đề tài này cùng với kết quả đạt được được cho mỗi công việc.

Chương 4: Kết luận chung cho các chương trong đồ án. Chương này nhấn
mạnh những vấn đề đã giải quyết đồng thời trình bày các vấn đề vẫn chưa được giải
quyết và đưa ra kiến nghị, đề xuất, hướng phát triển của đề tài trong thời gian tiếp
theo.

18


CHƯƠNG 1.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Công nghệ RFID
1.1.1 Giới thiệu
Công nghệ nhận dạng bằng tần số vô tuyến, hay công nghệ RFID, là một tập
hợp các công nghệ cho phép đọc dữ liệu từ nguồn lưu trữ (thẻ RFID) trong khoảng
cách ngắn mà không cần tiếp xúc. Nhờ đó, công nghệ RFID cho phép nhận dạng tự
động nhanh và chính xác.
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 nguyên tắc vật lý cơ bản như truyền phát radio, sóng radio một năng lượng
điện từ truyền và nhận dạng dữ liệu khác nhau. Sau thời giai dài phát triển, cho đến
nay, RFID được coi là một công nghệ nhận dạng có thể thay thế cho công nghệ
nhận dạng sử dụng mã vạch và hiện đang được triển khai ở nhiều nước trên thế giới.
So với một hệ thống mã vạch, hệ thống RFID có một số ưu điểm như: giao tiếp
nhiều – nhiều (tức là, một thẻ RFID có thể được đọc bởi nhiều đầu đọc và một đầu
đọc có thể đọc được nhiều thẻ cùng lúc), truyền dẫn dữ liệu bằng sóng vô tuyến
thay vì truyền dẫn quang như hệ thống mã vạch nên không cần đường truyền trực
tiếp (line of sign), và bản chất tính toán của hệ thống (dễ tin học hóa). Nhờ những
ưu điểm này, công nghệ RFID mới được ứng dụng rất rộng rãi trong các lĩnh vực

đời sống và kinh tế bao gồm quản lý tài sản, quản lý kho hàng, bến bãi, giám sát
hàng hóa đang trong quá trình vận chuyển, thu phí bến bãi, thu phí giao
thông đường bộ, ...
Một hệ thống RFID bao gồm các bộ phát đáp chứa dữ liệu, được gọi là
“thẻ” hay “tag” và các thiết bị đầu đọc để truy nhập dữ liệu trên các thẻ gọi là “thiết
bị đọc thẻ”, “thiết bị đọc/ghi thẻ” hoặc “đầu đọc thẻ”, “đầu đọc/ghi thẻ”. Kỹ thuật
RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để truyền dữ liệu
19


từ các thẻ (tag) đến các đầu đọc (reader). Thẻ có thể được đính kèm hoặc gắn vào
đối tượng được nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc giá kê (pallet). Đầu đọc
tiến hành đọc dữ liệu của thẻ và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu có lưu trữ dữ liệu
của thẻ. Chẳng hạn, các thẻ có thể được đặt trên kính chắn gió xe hơi để hệ thống
thu phí đường có thể nhanh chóng nhận dạng và thu tiền trên các tuyến đường.
Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay là hệ thống RFID thụ động làm
việc như sau: đầu đọc truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ qua ăng ten 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 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.
1.1.2 Thành phần của hệ thống RFID
Một hệ thống RFID là tập hợp các thành phần mà nó thực thi giải pháp
RFID. Một hệ thống RFID bao gồm các thành phần:
− Thẻ (Tag): là một thành phần bắt buộc đối với mọi hệ thống RFID.
− Đầu đọc (Reader): là thành phần bắt buộc.
− Ăng ten đầu đọc (Reader anten): là thành phần bắt buộc. Một vài đầu
đọc hiện hành ngày nay cũng đã có sẵn ăng ten.
− Mạch điều khiển (Controller): là thành phần bắt buộc. Tuy nhiên, hầu
hết các reader mới đều có thành phần này gắn liền với chúng.

− Cảm biến (sensor), cơ cấu chấp hành (actuator) và bảng tín hiệu điện
báo (annunciator): những thành phần này hỗ trợ nhập và xuất của hệ
thống.
− Máy chủ và hệ thống phần mềm: Về mặt lý thuyết, một hệ thống
RFID có thể hoạt động độc lập 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: là thành phần bắt buộc, nó là một tập gồm
cả hai mạng có dây và không dây và các bộ phận kết nối tuần tự để
20


kết nối các thành phần đã liệt kê ở trên với nhau để chúng truyền với
nhau hiệu quả.
Các hình dưới đây mô tả tổng quát về một hệ thống RFID

Hình 1.1 Sơ đồ khối một hệ thống RFID [2]
1.1.2.1 Thẻ RFID
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. Thông thường,
mỗi thẻ RFID đều có một cuộn dây hoặc ăn ten nhưng không phải tất cả các thẻ đều
có vi chip và nguồn năng lượng riêng.
Thẻ RFID có thẻ được phân loại dựa theo tần số hoạt động hoặc theo đặc
điểm nguồn nuôi của thẻ. Dựa trên đặc điểm nguồn điện cung cấp cho thẻ, sẽ có 3
loại thẻ RFID bao gồm: thẻ thụ động (Passive), thẻ tích cực (Active) và thẻ bán tích
cực (Semi-active, cũng như bán thụ động semi-passive).
 Thẻ thụ động:
Là loại thẻ 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. Thẻ thụ động có

21


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.
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. Thẻ thụ động nhỏ hơn thẻ tích cực hoặc thẻ bán tích cực.
Nó có nhiều phạm vi đọc, ít hơn 1 inch đến khoảng 30 feet (xấp xỉ 9 mét ). Hai
thành phần chính của thẻ thụ động là vi mạch (microchip) và ăng ten:

Hình 1.2 Các thành phần của một thẻ RFID thụ động [2]
Vi mạch của thẻ gồm các thành phần cơ bản sau [2]:
− Bộ chỉnh lưu (power control/rectifier): chuyển nguồn AC từ tín hiệu
ăng ten 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 ăng
ten 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.

22


Ăng ten 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. Ăng ten
được gắn vào vi mạch và là trung tâm đối với hoạt động của thẻ. Có thể có nhiều
dạng ăng ten, chiều dài ăng ten tương ứng với bước sóng hoạt động của thẻ.
 Thẻ tích cực (Active).
Thẻ tích cực ngoài vi mạch và ăng ten như thẻ thụ động ra thì còn có một
nguồn năng lượng bên trong và điện tử học để thực thi những nhiệm vụ chuyên
dụng. Nguồn năng lượng bên trong để cung cấp nguồn và truyền dữ liệu. Điện
tử học cho phép thẻ hoạt động như một máy phát và cho phép nó thực thi những
nhiệm vụ chuyên dụng như tính toán, hiển thị giá trị các tham số động nào đó,
hoặc hoạt động như một cảm biến, v.v…
Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và đầu đọc, thẻ luôn
truyền trước, rồi mới đến đầu đọc. Vì sự hiện diện của đầu đọc không cần thiết cho
việc truyền dữ liệu nên thẻ tích cực có thể phát dữ liệu của nó cho những vùng
lân cận nó thậm chí trong cả trường hợp đầu đọc không có ở nơi đó. Loại thẻ
tích cực này cũng được gọi là máy phát (transmitter). Loại thẻ tích cực khác ở
trạng thái ngủ hoặc nguồn yếu khi không có đầu đọc. Đầu đọc đánh thức thẻ này
khỏi trạng thái ngủ bằng cách phát một lệnh thích hợp. Khoảng cách đọc của thẻ
tích cực là 100 feet (xấp xỉ 30.5 m) hoặc hơn nữa khi máy phát tích cực của loại thẻ
này được dùng đến.

Hình 1.3 Cấu trúc thẻ tích cực [2].
23


 Thẻ bán tích cực (Semi-active, cũng như bán thụ động semi-passive).[2]
Thẻ bán tích cực có một nguồn năng lượng bên trong (chẳng hạn là bộ pin)
và điện tử học bên trong để thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng. Nguồn bên
trong cung cấp sinh lực cho thẻ hoạt động. Tuy nhiên trong quá trình truyền dữ
liệu, thẻ bán tích cực sử dụng nguồn từ đầu đọc. Thẻ bán tích cực được gọi là thẻ
có hỗ trợ pin (battery-assisted tag). Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền

giữa thẻ và đầu đọc thì đầu đọc luôn truyền trước rồi đến thẻ. Tại sao sử dụng
thẻ bán tích cực mà không sử dụng thẻ thụ động? Bởi vì thẻ bán tích cực không
sử dụng tín hiệu của đầu đọc như thẻ thụ động, nó tự kích động, nó có thể đọc ở
khoảng cách xa hơn thẻ thụ động. Bởi vì không cần thời gian tiếp năng lượng
cho thẻ bán tích cực, thẻ có thể nằm trong phạm vi đọc của đầu đọc ít hơn
thời gian đọc quy định (không giống như thẻ thụ động).

Hình 1.4 Thẻ bán tích cực [2]
1.1.2.2 Đầu đọc (Reader):
Đầu đọc RFID được gọi là vật tra hỏi (interrogator), là một thiết bị có chức
năng đọc và ghi dữ liệu lên thẻ RFID tương thích. Đầu đọc là hệ thần kinh trung
24


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.

Hình 1.5 Các thành phần của một đầu đọc[2]
• Máy phát (Transmitter): Máy phát của đầu đọc truyền nguồn AC và
chu kỳ xung đồng hồ qua ăng ten của nó đến thẻ trong phạm vi đọc
cho phép, chịu trách nhiệm gửi tín hiệu của đầu đọc đến môi trường
xung quanh và nhận lại đáp ứng của thẻ qua ăng ten của đầu đọc.
• Máy thu (Receiver): Thành phần này cũng là một phần của máy thu
phát. Nó nhận tín hiệu tương tự từ thẻ qua ăng ten của đầu đọc. Sau
đó nó gửi những tín hiệu này cho vi mạch của đầu đọc.
• Vi mạch (Microprocessor): Thành phần này chịu trách nhiệm cung
cấp giao thức cho đầu đọc để nó truyền thông với thẻ tương thích
với nó, thực hiện việc giải mã và kiểm tra lỗi tín hiệu tương tự nhận
từ máy thu. Thêm nữa là vi mạch có thể chứa luận lý để thực hiện

việc lọc và xử lý dữ liệu đọc được từ thẻ.
• Bộ nhớ: Bộ nhớ dùng lưu trữ dữ liệu như các tham số cấu hình đầu
đọc và một bản kê khai các lần đọc thẻ.
25