ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP QUẢN LÝ VẬT NUÔI BẰNG HỆ THỐNG NHÚNG VÀ RFI

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN- ĐIỆN TỬ
ĐỀ TÀI:

QUẢN LÝ VẬT NUÔI BẰNG
HỆ THỐNG NHÚNG VÀ RFID

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Nga
SVTH: Trần Trung Hiếu
Vũ Đức Duy
LỚP:

101012B

Tp. Hồ Chí Minh - 07/2014


PHẦN I


TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TP. HỒ CHÍ MINH
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
Tp. HCM, Ngày tháng năm 2014

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:
Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:

Trần Trung Hiếu
Vũ Đức Duy
Kỹ thuật Điện - Điện tử
Đại học chính quy
2010

MSSV: 10101043
MSSV: 10101023
Mã ngành:
01
Mã hệ:
1
Lớp:
101012B

I. TÊN ĐỀ TÀI: ‘‘QUẢN LÝ VẬT NUÔI BẰNG HỆ THỐNG NHÚNG VÀ RFID”.
II. NHIỆM VỤ

1. Các yêu cầu thực hiện, thông số của đề tài:
- Nghiên cứu kit vi điều khiển ARM STM32F103VET6, biết cách giao tiếp với các
ngoại vi như: LED, phím nhấn, màn hình TFT 3.2 inch, thẻ nhớ SD…Biết cách giao tiếp
máy tính.
- Nghiên cứu module RDM 880, thẻ Tag RFID, nguyên lý đọc ghi dữ liệu bằng
công nghệ sóng RFID cũng như giao tiếp với kit vi điều khiển ARM

STM32F103VET6.
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
2. Các vấn đề tồn tại của ĐATN có liên quan đã thực hiện ở các khóa trước:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
3. ĐATN giải quyết được vấn đề gì, tính mới, tính cải tiến, tính tối ưu:
- Nghiên cứu chip ARM STM32F103VET6 thế hệ mới.

3


-

Ứng dụng cụ thể vào module RDM 880 để đọc ghi dữ liệu trên thẻ Tag.
Dùng kit nhúng thay cho vi điều khiển thông thường, do đó giao diện dễ sử dụng,
ứng dụng rộng rãi hơn trong thực tế.
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
4. Kết quả đạt được của ĐATN sau khi thực hiện:
- Đã biết sử dụng kit ARM STM32F103VET6 giao tiếp được với một số ngoại
vi, giao tiếp với máy tính, module RDM 880 và điều khiển đọc ghi dữ liệu trên thẻ Tag,
- Lưu trữ dữ liệu trên thể nhớ SD Card.
- Đồ án thực hiện tương đối hoàn chỉnh.
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Ths. Nguyễn Văn Nga

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

4


ThS. Nguyễn Văn Nga
ĐẠI HỌC SPKT TPHCM
Khoa Điện - Điện Tử
Bộ Môn Điện Tử Công Nghiệp

TS. Nguyễn Thanh HảiTRƯỜNG
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Tp. Hồ Chí Minh, Ngày

tháng

năm 2014

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Trần Trung Hiếu
MSSV: 10101043
Lớp: 101012
Họ tên sinh viên 2: Vũ Đức Duy
MSSV: 10101023
Lớp: 101012B
Tên đề tài: ‘‘QUẢN LÝ VẬT NUÔI BẰNG HỆ THỐNG NHÚNG VÀ RFID”.
Tuần/ngày
1
3

5
7
9
11
13
15

Nội dung

Xác nhận GVHD

Nghiên cứu phần cứng Kit STM32F103VET6.
Viết chương trình điều khiển các ngoại vi đơn giản:
LED, nút nhấn, màn hình TFT 3.2 inch.
Nghiên cứu thẻ nhớ SD Card, chuẩn truyền SPI
Viết chương trình giao tiếp giữa Kit
STM32F103VET6 với thẻ nhớ SD Card.
Nghiên cứu Module RDM 880, phương thức truyền
dữ liệu bằng RFID.
Viết chương trình giao tiếp giữa Kit
STM32F103VET6 với Module RDM 880.
Kết hợp giữa Kit STM32F103VET6, Module RDM
880 và thẻ nhớ SD Card.
Hoàn thiện đồ án tốt nghiệp.
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

ThS. Nguyễn Văn Nga

5

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời đại khoa học công nghệ phát triển như vũ bão hiện nay, ngày càng có
nhiều công nghệ mới được áp dụng vào thực tiễn. Tại Việt Nam, trong những năm gần đây
đã xuất hiện và ứng dụng rộng rãi một công nghệ mới, đó là RFID (Radio Frequency
Identification- Nhận dạng tần số sóng vô tuyến).
RFID nổi lên tại Việt Nam nhờ có sự hỗ trợ hữu hiệu từ công nghệ số và bán dẫn. Dự
báo trong vòng từ 3-5 năm tới, một số lĩnh vực tiềm năng của RFID sẽ xuất hiện như thẻ
thông minh (Smart card), chứng minh nhân dân, hộ chiếu điện tử (E-passport), ngành may
mặc, lĩnh vực giày dép, đông lạnh, xuất khẩu nông sản, hệ thống giao thông công cộng,
quản lý hành lý cho tổng công ty hàng không, chăn nuôi...
Với những tính năng ưu việt của mình, hiện nay công nghệ RFID đã và đang được
triển khai ngày càng nhiều trong các ứng dụng của cuộc sống. Với mục đích tìm hiểu phần
nào công nghệ mới này để áp dụng vào lĩnh vực chăn nuôi, nhóm đã thực hiện đồ án
“QUẢN LÝ VẬT NUÔI BẰNG HỆ THỐNG NHÚNG VÀ RFID”.
Đề tài này ứng dụng những kiến thức đã được học về vi xử lý, hệ thống nhúng,
truyền số liệu để thiết kế một hệ thống sử dụng công nghệ RFID. Mặc dù nhóm thực hiện
đề tài đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt ra và đúng thời hạn nhưng chắc chắn sẽ
không tránh khỏi những thiếu sót, mong quý Thầy/Cô và các bạn sinh viên thông cảm.
Nhóm thực hiện đề tài mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý Thầy/Cô và các
bạn sinh viên.
Xin chân thành cảm ơn!
Nhóm thực hiện đề tài
Trần Trung Hiếu
Vũ Đức Duy

6

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình làm đồ án, nhóm thực hiện đã nhận được nhiều sự
giúp đỡ và động viên từ Thầy Cô giáo và các bạn để đồ án hoàn thành đúng tiến
độ và đạt được những yêu cầu đã đề ra ban đầu.
Nhóm thực hiện trân trọng gởi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Thầy
NGUYỄN VĂN NGA, người đã có sự định hướng và tận tình hướng dẫn đề tài
trong suốt quá trình thực hiện đề tài này.
Nhóm thực hiện cũng xin chân thành cảm ơn sự tận tình dạy dỗ và giúp đỡ
của và các Thầy Cô trong Khoa Điện-Điện Tử trong hơn bốn năm qua.
Cuối cùng, nhóm cũng chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các bạn cùng
khoá trong quá trình làm đồ án và trong suốt thời gian học tại Trường ĐH Sư
Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM.

Nhóm thực hiện đề tài
Trần Trung Hiếu
Vũ Đức Duy

MỤC LỤC

7


LIỆT KÊ HÌNH

CHƯƠNG II
CHƯƠNG IV

Hình 4. 1. Các thành phần bên trong mô hình.

Hình 4. 2. Mô hình hoàn chỉnh (khi chưa cấp nguồn)
Hình 4. 3. Màn hình chờ
Hình 4. 4. Giao diện đọc khi không có thẻ
Hình 4. 5. Giao diện khi có thẻ
Hình 4. 6. Giao diện ghi khi có thẻ
Hình 4. 7. Giao diện ghi khi không có thẻ
Hình 4. 8. Giao diện bàn phím ảo trong quá trình ghi thông tin

8


LIỆT KÊ BẢNG

PHẦN II

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN

Chương I: Tổng quan

10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
I.

ĐẶT VẤN ĐỀ.

Thế kỷ 21 là thế kỷ của khoa học và công nghệ, lấy nền tảng từ những phát minh đột
phá của thế kỷ 20, khoa học công nghệ thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đã có
những có nhiều thành tựu đáng ghi nhận.
Nhằm phục vụ cuộc sống con người tốt hơn, công nghệ RFID đã được nghiên cứu và
phát triển trên nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó có hệ thống quản lý vật nuôi.
Theo số liệu thống kê của Bộ Nông nghiệp Mỹ, đến năm 2007, khoảng 9% trong tổng
số bò nuôi lấy sữa ở Mỹ được đeo thẻ RFID. Nhưng Bộ Nông nghiệp Mỹ cho rằng, tỷ lệ
này tăng rất nhanh trong hai năm tiếp theo vì mức giá thẻ RFID rẻ, chỉ từ 2-3 đô-la Mỹ cho
một thẻ. Tổng chi phí đầu tư cho một hệ thống thẻ RFID như nói trên rẻ hơn 20 lần so với
hệ thống đọc do một công ty tư nhân độc quyền cung cấp. Đó là chưa kể đến hệ thống thẻ
RFID mới giúp mang lại hiệu quả quản lý đàn bò và sản lượng sữa cao hơn.
Tại Việt Nam, vào tháng 11/ 2011, Bộ trưởng Bộ Khoa học và công nghệ Nguyễn Quân
đã trao quyết định phê duyệt dự án khoa học công nghệ “Thiết kế và chế tạo chip, thẻ, đầu
đọc RFID và xây dựng hệ thống ứng dụng” cho ĐH Quốc gia TP.HCM. Dự án có tổng
kinh phí đầu tư gần 146 tỉ đồng, gồm ba đề tài lớn và hai dự án sản xuất thử nghiệm, được
thực hiện trong bốn năm. Điều đó chứng tỏ được lợi ích to lớn mà công nghệ này sẽ mang
lại.
Trong lĩnh vực quản lý vật nuôi, khi áp dụng công nghệ RFID, chúng ta có thể theo dõi
tình trạng vật nuôi đến từng cá thể một cách chính xác, có hệ thống. Điều này có ý nghĩa to
lớn trong việc giám sát sức khỏe, tốc độ sinh trưởng, phòng tránh dịch bệnh kịp thời… Tuy
nhiên, tại Việt Nam hiện nay, tình hình áp dụng công nghệ RFID vào quản lý trang trại
chăn nuôi còn ít, một phần vì công nghệ còn mới tại Việt Nam, cũng như giá thành đầu
đọc thẻ còn cao…
Với mong muốn nắm bắt được công nghệ mới này vào quản lý vật nuôi ở Việt Nam,
nhóm nghiên cứu đã chọn đề tài “QUẢN LÝ VẬT NUÔI BẰNG HỆ THỐNG NHÚNG
VÀ RFID” làm đề tài tốt nghiệp của mình.
Trong đề tài này, nhóm đã quyết định sử dụng Kit nhúng STM32F103VET6 làm khối

điều khiển giao tiếp với người dùng. Trong những năm gần đây, cũng như công nghệ
RFID thì hệ thống nhúng cũng phát triển rất mạnh bởi những ưu điểm của nó như nhỏ gọn,
dễ sử dụng, hiệu suất cao, tiêu hao ít năng lượng, điều khiển chính xác và ổn định. Việc kết
hợp giữa hệ thống nhúng với RFID sẽ giúp tạo ra được một hệ thống quản lý vật nuôi đáp
ứng được những yêu cầu của đề tài.

Chương I: Tổng quan

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

II.

MỤC TIÊU ĐỀ TÀI.

Thiết kế, thi công được một hệ thống quản lý vật nuôi bằng hệ thống nhúng và RFID
đơn giản, dễ sử dụng, hoạt động ổn định, tiến tới mục tiêu đưa vào sử dụng rộng rãi trong
chăn nuôi. Một số yêu cầu đối với bộ sản phẩm:

-

Hoạt động ổn định trong thời gian dài trong môi trường thực tế.
Bộ sản phẩm có thiết kế gọn nhẹ, có tính thẩm mỹ cao. Dễ dàng sửa chữa và thay

-

thế linh kiện khi có sự cố và hư hỏng.
Giao tiếp với người dùng đơn giản, dễ dàng sử dụng, hỗ trợ nhiều loại thẻ khác

-

nhau.
Tối ưu hóa các thành phần để giảm tối đa chi phí thi công.

III.

GIỚI HẠN ĐỀ TÀI.

Trong phạm vi đề tài, hệ thống có thể đọc, ghi dữ liệu về các thông số của vật nuôi như
cân nặng, tuổi (tháng), xuất xứ, chủng loại… lên thẻ Tag RFID, đồng thời lưu trữ được
thông tin lên thẻ nhớ.
Hiện nay trên thị trường có khá nhiều sản phẩm có chức năng đọc, ghi thẻ RFID, tùy
thuộc vào mục đích sử dụng mà mỗi sản phẩm có những đặc điểm và tính năng riêng biệt
của nó. Với mục tiêu đề ra ban đầu, nhóm thực hiện đề tài chỉ thiết kế sản phẩm có những
chức năng cơ bản nhất của một hệ thống RFID ứng dụng trong chăn nuôi:

-

IV.

Có thể đọc, ghi dữ liệu về các thông số của vật nuôi như tên, tuổi, cân nặng, xuất
xứ lên thẻ tag RFID.
Lưu trữ thông tin đã ghi vào thẻ lên thẻ nhớ SD để quản lí trên máy tính.
Tương tác với người dùng qua màn hình cảm ứng 3.2”.
Nhập thông tin để ghi vào thẻ dễ dàng qua bàn phím ảo trên màn hình cảm ứng.
Một số tính năng chưa có của bộ sản phẩm:
+ Không hỗ trợ giao tiếp với thiết bị đo cân nặng để ghi trực tiếp vào thẻ.
+ Không hỗ trợ tính năng đọc, ghi nhiều thẻ cùng một lúc.

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Sau khi tìm hiểu thông tin về đề tài, cùng với những hiểu biết sẵn có và tìm kiếm thông
tin từ những đồ án các khóa trước đã thực hiện, nhóm thực hiện đề tài xác định các đối
tượng cần nghiên cứu là:
-

Vi điều khiển: kiến trúc ARM, các thông số kỹ thuật phù hợp với yêu cầu đề tài.

-

Hệ thống RFID: khái niệm về RFID, các đặc điểm của công nghệ RFID, các chế
độ kết nối, cách thức hoạt động.

Chương I: Tổng quan

12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-

Một số thiết bị ngoại vi để giao tiếp với vi điều khiển như: SD card, màn hình cảm
ứng…

V.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Do điều kiện về môi trường nghiên cứu, nhóm em không có điều kiện làm việc trong

các phòng LAB với nhiều thiết bị hỗ trợ, do đó phương pháp nghiên cứu chủ yếu là:

-

Tham khảo tài liệu: các đồ án liên quan đến đề tài mà các khóa trước đã thực hiện,
tìm kiếm thông tin trên Internet.
Phương pháp mô phỏng kết hợp thực nghiệm: sử dụng phần mềm DEMO RFID
giao tiếp thẻ RFID trên máy tính, sử dụng phần mềm Hercules để giả lập kết nối
giữa vi điều khiển với máy tính.
Thực hiện kết nối vi điều khiển với module RFID trên thực tế.

Chương I: Tổng quan

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG II
CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương I: Tổng quan

14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
I.

CÔNG NGHỆ RFID

1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID.
Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) cho phép một thiết bị đọc thông
tin chứa trong chip không tiếp xúc trực tiếp ở khoảng cách xa, không thực hiện bất kỳ giao
tiếp vật lý nào hoặc giữa hai vật không nhìn thấy. Công nghệ này cho ta phương pháp
truyền nhận dữ liệu từ một điểm đến điểm khác.
Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để
truyền dữ liệu từ các tag (thẻ) đến các reader (bộ đọc). Tag có thể được đính kèm hoặc
gắn vào đối tượng được nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc giá kê (pallet).
Reader scan dữ liệu của tag và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu có lưu trữ dữ liệu của tag.
Chẳng hạn, các tag 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.

2. HỆ THỐNG RFID
2.1.

Các thành phần của một hệ thống RFID.

Một hệ thống RFID 13.56 Mhz bao gồm: thẻ (tags), bộ đọc thẻ (tag readers), máy
chủ (servers), anten, và phần mềm ứng dụng (application software).
Mục đích của hệ thống là cho phép dữ liệu có thể được truyền bởi thiết bị lưu động, gọi
là thẻ, được đọc bởi bộ đọc RFID và xử lý theo những gì cần của ứng dụng cụ thể.

2.2.

Yêu cầu hệ thống RFID 13.56 Mhz.

2.2.1. Đầu đọc ( Reader)
Một reader là một module tần số vô tuyến (máy phát và máy thu). Ngoài ra, reader còn
được kết nối với một giao diện bổ sung (RS232, RS485…) để chúng có thể chuyển dữ liệu

đọc đến các 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
transponder tương thích. Hoạt động ghi dữ liệu lên thẻ bằng reader được gọi là tạo thẻ.
Quá trình tạo thẻ và kết nối 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 của phần cứng này.
Một reader có cấu trúc layout như sau:

Chương I: Tổng quan

15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 2. 1. Cấu trúc layout cơ bản của một reader.

−
−
−
−
−

Máy phát (Transmitter).
Máy thu (Recever).
Vi mạch (Microprocessor).
Bộ nhớ.
Kênh vào/ra đối với các cảm biến, cơ cấu truyền động đầu từ, bảng tín hiệu 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 bên ngoài).
− Mạch truyền thông.
− Nguồn năng lượng.
Các thành phần chính của reader

 Máy phát
Máy phát của reader truyền nguồn AC và chu kỳ xung đồng hồ qua anten của nó đến
thẻ trong phạm vi đọc cho phép, nó chịu trách nhiệm gửi tín hiệu của reader đến môi
trường xung quanh và nhận lại đáp ứng của thẻ qua anten của reader.

 Máy thu
Máy thu nhận tín hiệu tương tự từ thẻ qua anten của mạch đọc để nó truyền thông với
thẻ tương thích với nó. Nó thực hiện việc giải mã và kiểm tra lỗi tín hiệu nhận tương tự
nhận từ máy thu.

 Bộ nhớ

Chương I: Tổng quan

16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Bộ nhớ dùng lưu trữ dữ liệu như các tham số cấu hình reader và một bản kê khai các lần
đọc. Vì vậy nếu việc kết nối giữa reader và hệ thống mạch điều khiển/phần mềm bị hỏng
thì tất cả dữ liệu thẻ đã đọc không bị mất.

 Các kênh nhập/xuất của các cảm biến, cơ cấu truyền động đầu từ và bảng
tín hiệu điện báo bên ngoài.
Các reader hoạt động không liên tục, Reader chỉ làm việc khi có thẻ quét qua, do đó
việc bật reader suốt sẽ gây lãng phí năng lượng và ảnh hưởng đến chu kỳ làm việc của
reader.
Thành phần này cung cấp một cơ chế bật và tắt reader tùy thuộc vào các sự kiện bên
ngoài. Có một số loại cảm biến như cảm biến về ánh sáng hoặc sự chuyển động để phát
hiện các đối tượng được gắn thẻ trong phạm vi đọc của reader. Cảm biến này cho phép
reader bật lên để đọc thẻ. Thành phần này cũng cho phép reader truy xuất cục bộ tùy thuộc
vào một số điều kiện qua một bảng tín hiệu điện báo (chẳng hạn, báo bằng âm thanh) hoặc
cơ cấu truyền động đầu từ (chẳng hạn, mở hoặc đóng van an toàn, di chuyển một cánh tay
robot,…).

 Mạch điều khiển
Mạch điều khiển là một thực thể cho phép thực thể bên ngoài là con người hoặc chương
trình máy tính giao tiếp, điều khiển các chức năng của reader, điều khiển bằng tín hiệu
điện báo và cơ cấu truyền động đầu từ kết hợp với reader này. Thường thì các nhà sản xuất
hợp nhất thành phần này vào reader (như phần mềm hệ thống (firm ware)).

 Giao diện truyền thông
Thành phần giao diện truyền thông cung cấp các lệnh truyền đến reader, nó cho phép
tương tác với các thực thể bên ngoài qua mạch điều khiển, để truyền dữ liệu của nó, nhận
lệnh và gởi lại đáp ứng. Thành phần giao diện này cũng có thể xem là một phần của mạch
điều khiển hoặc là phương tiện truyền giữa mạch điều khiển và các thực thể bên ngoài.
Thực thể này có những đặc điểm quan trọng cần xem nó như một thành phần độc lập.
Reader có thể có một giao diện tuần tự. Giao diện tuần tự là loại giao diện phổ biến nhất
nhưng các reader thế hệ sau sẽ được phát triển giao diện mạng thành một tính năng chuẩn.
Các reader phức tạp có các tính năng như tự phát hiện bằng chương trình ứng dụng, có gắn
các web server cho phép reader nhận lệnh và trình bày kết quả dùng một trình duyệt web
chuẩn.

 Nguồn năng lượng

Chương I: Tổng quan

17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Thành phần này cung cấp nguồn năng lượng cho các thành phần của reader. Nguồn
năng lượng được cung cấp cho các thành phần này qua một dây dẫn điện được kết nối với
một ngõ ra bên ngoài thích hợp.

2.2.2. Phân loại mạch đọc
Reader được phân loại chủ yếu theo tiêu chuẩn là giao diện mà reader cung cấp cho
việc truyền thông. Trong tiêu chuẩn này, reader có thể được phân loại ra như sau:

− Serial reader.
− Network reader.
 Serial reader– Reader nối tiếp
Serial reader sử dụng liên kết serial để truyền với một ứng dụng. Reader kết nối đến
cổng serial của máy tính dùng kết nối tuần tự RS232 hoặc RS485. Cả hai loại kết nối này
đều có giới hạn trên về chiều dài cáp sử dụng kết nối reader với máy tính. Chuẩn RS485
cho phép cáp dài hơn chuẩn RS232.
Ưu điểm của serial reader là có độ tin cậy cao hơn network reader. Vì vậy sử dụng
reader loại này được khuyến khích nhằm làm tối thiểu sự phụ thuộc vào một kênh truyền.
Nhược điểm của serial reader là phụ thuộc vào chiều dài tối đa của cáp sử dụng để kết
nối một reader với máy tính. Thêm nữa, thường thì trên một máy chủ thì số cổng serial bị
hạn chế. Tốc độ truyền dữ liệu serial thường thấp hơn tốc độ truyền dữ liệu mạng. Những
nhân tố này dẫn đến chi phí bảo dưỡng cao hơn và thời gian chết đáng kể.

 Network reader – Reader mạng
Network reader kết nối với máy tính sử dụng cả mạng dây và không dây. Thực tế,
reader hoạt động như thiết bị mạng.
Ưu điểm của network reader là không phụ thuộc vào chiều dài tối đa của cáp kết nối
reader và máy tính. Sử dụng ít máy chủ hơn so với serial reader. Thêm nữa là phần mềm
hệ thống của reader có thể được cập nhật từ xa qua mạng.
Nhược điểm của network reader là việc truyền không đáng tin cậy bằng serial reader.

2.2.3. Cơ chế truyền cơ bản giữa thẻ và reader.
Tùy thuộc vào loại thẻ, việc truyền giữa reader và thẻ có thể theo một trong những cách
sau:

− Modulate backscatter – tán xạ điều chế
− Kiểu máy phát (transmitter type)

Chương I: Tổng quan

18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trước khi nghiên cứu sâu vào loại truyền thông, ta phải hiểu được khái niệm near field
(trường gần) và far field (trường xa).
Phạm vi giữa anten của reader và một bước sóng của sóng RF được phát bởi anten được
gọi là near field. Phạm vi ngoài bước sóng của sóng RF đã phát ra từ anten của reader gọi
là far field. Các hệ thống RFID thụ động hoạt động ở băng tần LF và HF sử dụng việc
truyền thông near field trong khi băng tần UHF và sóng vi ba sử dụng far field. Cường độ
tín hiệu trong truyền thông near field yếu đi lập phương khoảng cách từ anten của reader.
Trong far field, nó giảm đi bình phương khoảng cách từ anten của reader. Cho nên truyền

thông far field được kết hợp với phạm vi đọc dài hơn truyền thông near field.

Hình 2. 2. Cơ chế truyền ở trường gần, trường xa giữa thẻ và reader.

Tiếp theo so sánh việc đọc thẻ và ghi thẻ. Việc ghi thẻ mất nhiều thời gian hơn việc đọc
thẻ trong cùng điều kiện vì hoạt động ghi gồm nhiều bước, bao gồm việc xác minh ban
đầu, xóa dữ liệu còn tồn tại trên thẻ, ghi dữ liệu mới lên thẻ. Và giai đoạn xác minh lần
cuối. Thêm nữa là dữ liệu được ghi trên thẻ theo khối bằng nhiều bước. Vì vậy việc ghi thẻ
có thể mất cả trăm giây mới hoàn thành cùng với việc tăng kích thước dữ liệu. Ngược lại,
có một số thẻ có thể được đọc trong khoảng thời gian này với cùng reader. Việc ghi thẻ là
quá trình dễ bị ảnh hưởng cần đặt thẻ gần anten của reader hơn khoảng cách đọc tương
ứng. Việc đặt gần nhằm cho phép anten của thẻ có thể nhận được đủ năng lượng từ tín hiệu

Chương I: Tổng quan

19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
anten của reader để cấp nguồn cho vi mạch của nó giúp nó có thể thực thi các lệnh ghi.
Nhu cầu năng lượng đối với quá trình ghi thường cao hơn quá trình đọc.

 Modulated backscatter – điều chế tán xạ
Việc truyền modulater áp dụng cho cả thẻ thụ động và bán tích cực. Trong kiểu truyền
thông này, reader gửi đi tín hiệu RF sóng liên tục (continuos wave – CW) gồm có nguồn
AC và tín hiệu xung cho thẻ cùng tần số sóng mang (carrier frequency – tần số mà reader
hoạt động). Nhờ việc kết nối (nghĩa là cơ chế truyền năng lượng giữa reader và thẻ) mà
anten của thẻ cung cấp nguồn điện cho vi mạch. Từ kích thích thường ám chỉ việc vi mạch
của thẻ thụ động nhận năng lượng từ tín hiệu của reader để tự tiếp sinh lực. Vi mạch cần
khoảng 1.2V từ tín hiệu của reader để tiếp sinh lực đối với việc đọc. Còn đối với việc ghi

thì vi mạch thường cần khoảng 2.2V từ tín hiệu của reader. Hiện nay, vi mạch điều chỉnh
thay đổi tín hiệu nhận thành một chuỗi mô hình mở, tắt trình bày dữ liệu của nó và truyền
nó trở lại. Khi reader nhận tín hiệu đã điều chế, nó giải mã mô hình và thu được dữ liệu
thẻ.
Vì vậy trong mô hình truyền modulated backscatter, reader luôn “talks” trước sau đó
mới tới thẻ. Thẻ sử dụng mô hình này không thể truyền khi không có mặt reader vì nó phụ
thuộc hoàn toàn vào năng lượng của reader để truyền dữ liệu của nó.

Hình 2. 3. Cơ chế truyền modulated backscatter của thẻ thụ động.

Chương I: Tổng quan

20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 2. 4. Cơ chế truyền modulated backscatter của thẻ bán thụ động.

 Kiểu máy phát.
Kiểu truyền này chỉ áp dụng cho thẻ tích cực. Trong kiểu truyền này, thẻ phát tán thông
điệp xung quanh môi trường với khoảng cách theo quy định, bất kể reader có hay không có
mặt ở đó. Vì vậy trong kiểu truyền này, thẻ luôn luôn “talks” trước reader.

Hình 2. 5. Cơ chế truyền kiểu máy phát của thẻ tích cực.

2.3.

Thẻ Tag.

2.3.1. Giới thiệu.
Là loại thẻ thụ động gồm có 2 phần:

− Chip: lưu trữ một số thứ tự duy nhất hoặc thông tin khác dựa trên loại thẻ: readonly, read-write, hoặc write-once-read-many.
− Anten được gắn với vi mạch truyền thông tin từ chip đến bộ đọc. Anten càng lớn
cho biết phạm vi đọc càng lớn.

Chương I: Tổng quan

21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Thẻ thụ động không có nguồn điện bên trong. Sóng vô tuyến phát ra từ reader sẽ truyền
một dòng điện nhỏ đủ để kích hoạt hệ thống mạch điện trong thẻ giúp nó gửi lại tín hiệu
hồi đáp.Có thể truyền mã số nhận dạng và lưu trữ một số thông tin về đối tượng được nhận
dạng.

Hình 2. 6. Sơ đồ khối của một thẻ thụ động

2.3.2. Mô tả chung các tính năng của thẻ Mifare.

 Truyền dữ liệu và năng lượng không tiếp xúc.
Trong sơ đồ kết cấu của thẻ Mifare, một con chíp MF1 IC S50 được kết nối với một
vòng antenna và được gắn chìm vào một thân nhựa để tạo thành thẻ thông minh không tiếp
xúc. Không cần dùng Pin cho việc chuyền dữ liệu. Khi thẻ Mifare được đặt trước antenna
của thiết bị đọc thẻ (Read Write Device – RWD), giao thức truyền dữ liệu RF tốc độ cao
cho phép truyền dữ liệu với tốc độ 106 kBit/s.

 Lọc nhiễu

Tính năng lọc nhiễu thông minh cho phép thiết bị có thể hoạt động với nhiều hơn
một thẻ trong cùng một môi trường (Vd: Trong trường hợp người dùng để thẻ trong ví
chung với nhiều thẻ khác, tính năng lọc nhiễu cho phép đầu đọc thẻ đọc thẻ phù hợp).
Thuật toán lọc nhiễu sẽ lựa chọn từng thẻ một và đảm bảo việc đọc/ghi dữ liệu trên thẻ
được tiến hành một cách tuần tự và chính xác đối với thẻ được lựa chọn mà dữ liệu không
bị ảnh hưởng bởi các thẻ khác trong cùng môi trường.

Chương I: Tổng quan

22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 2. 7. Phương thức giao tiếp giữa thẻ Mifare và đầu đọc.
 Thuận tiện
Thẻ Mifare được thiết kế tối ưu hoá sự tiện dụng cho người dùng thẻ. Khả năng truyền
dữ liệu tốc độ cao cho phép việc đọc ghi được tiến hành chỉ trong thời gian 100 ms. Do
vậy người dùng thẻ Mifare không phải dừng lại trước antenna của đầu đọc. Việc này thuận
lợi cho vật nuôi có mật độ cao, cần phải đọc, ghi nhanh chóng.

 Tính năng đa ứng dụng
Thẻ Mifare cung cấp tính năng đa ứng dụng thực sự tương thích với các đặc tính
của một thẻ chíp. Hai mã khoá khác nhau cho mỗi cung từ dữ liệu hỗ trợ hệ thống sử dụng
nhiều mô hình khoá khác nhau.

2.4.

Truyền thông giữa thẻ RFID và bộ đọc.

Việc truyền giữa bộ đọc và thẻ theo kiểu Modulated backscatter. Trong kiểu truyền
thông này, bộ đọc gửi đi tín hiệu RF sóng liên tục (continuos wave-CW) gồm có nguồn
AC và tín hiệu xung cho thẻ cùng tần số sống mang (carrier frequency-tần số mà bộ đọc
hoạt động).
Nhờ việc kết nối (nghĩa là cơ chế truyền năng lượng giữa bộ đọc và thẻ) mà anten của
thẻ cung cấp nguồn điện cho vi mạch. Vi mạch cần khoảng 1.2V từ tín hiệu của bộ đọc để
tiếp năng lượng đối với việc đọc. Còn đối với việc ghi thì vi mạch thường cần khoảng

Chương I: Tổng quan

23


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.2V từ tín hiệu của bộ đọc. Hiện nay vi mạch điều chỉnh, thay đổi tín hiệu nhập thành một
chuỗi mô hình mở, tắt trình bày dữ liệu của nó và truyền nó trở lại. Khi bộ đọc nhận tín
hiệu đã điều chế, nó giải mã mô hình và thu được dữ liệu thẻ.
Trong mô hình truyền modulated backscatter, bộ đọc luôn nói trước sau đó mới đến thẻ.
Thẻ sử dụng mô hình này không thể truyền khi không có bộ đọc vì nó phụ thuộc hoàn toàn
vào năng lượng của bộ đọc để truyền dữ liệu của nó.
Thời gian ghi thẻ mất nhiều hơn việc đọc thẻ trong cùng điều kiện vì hoạt động ghi gồm
nhiều bước, bao gồm việc xác minh ban đầu, xóa dữ liệu còn tồn tại trên thẻ, ghi dữ liệu
mới lên thẻ, và giai đoạn xác minh lần cuối. Thêm nữa là dữ liệu được ghi trên thẻ theo
khối bằng nhiều bước.
Vì vậy việc ghi thẻ có thể mất cả trăm giây mới hoàn thành cùng với việc tăng kích
thước dữ liệu. Ngược lại, có một số thẻ có thể được đọc trong khoảng thời gian này với
cùng bộ đọc. Việc ghi thẻ là một quá trình dễ bị ảnh hưởng cần đặt thẻ gần anten của bộ
đọc hơn khoảng cách đọc tương ứng. Việc đặt gần nhằm cho phép anten của thẻ có thể
nhận được đủ năng lượng từ tín hiệu anten của bộ đọc để cấp nguồn cho vi mạch của nó
giúp nó có thể thực thi các lệnh ghi.

Nhu cầu năng lượng đối với quá trình ghi thường cao hơn quá trình đọc. Quá trình ghi
có thể thất bại. Tuy nhiên không phải đặt thẻ gần bộ đọc trong suốt quá trình đọc. Trong
suốt quá trình ghi thẻ, các thẻ khác không cần đặt trong phạm vi ghi của bộ đọc. Mặt khác,
trong một số trường hợp, chúng có thể được ghi ngẫu nhiên chứ thẻ cần ghi thì không được
ghi. Phạm vi ghi này không liên quan đến quá trình đọc khi nhiều thẻ có thể tồn tại trong
phạm vi đọc của bộ đọc cùng lúc.

2.5.

Phạm vi hoạt động.

Phạm vi hoạt động phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố điển hình :

−
−
−
−
II.

Vị trí của thẻ tag
Phạm vi hoạt động của thẻ tag và reader ảnh hưởng của môi trường xung quanh
Tốc độ di chuyển của thẻ tag trong phạm vi của reader.
Trong các ứng dụng khi đưa thẻ vào khu vực nhận biết thì những yếu tố khoảng
cách và tốc độ là cần thiết .
VI ĐIỀU KHIỂN STM32

1. SƠ LƯỢC VỂ ARM, STM, CORTEX-M3
Cấu trúc ARM (viết tắt từ tên gốc là Acorn RISC Machine) là một loại cấu trúc vi xử
lý 32-bit kiểu RISC (viết tắt của Reduced Instructions Set Computer - Máy tính với tập

Chương I: Tổng quan

24


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
lệnh đơn giản hóa) được sử dụng rộng rãi trong các thiết kế nhúng. Do có đặc điểm tiết
kiệm năng lượng, các bộ CPU ARM chiếm ưu thế trong các sản phẩm điện tử di động, mà
với các sản phẩm này việc tiêu tán công suất thấp là một mục tiêu thiết kế quan trọng hàng
đầu.
Dòng ARM Cortex là một bộ xử lí thế hệ mới đưa ra một kiến trúc chuẩn cho nhu
cầu đa dạng về công nghệ. Không giống như các chip ARM khác, dòng Cortex là một lõi
xử lí hoàn thiện, đưa ra một chuẩn CPU và kiến trúc hệ thống chung.

Hình 2. 8. Cấu trúc của VĐK Cortex-M3

2. VI ĐIỀU KHIỂN STM 32
Khối trung tâm của STM32 là bộ vi xử lý Cortex-M3. Bộ vi xử lý Cortex-M3 là một
lõi vi điều khiển được tiêu chuẩn hóa bao gồm hệ thống ngắt (interrupt system), SysTick
timer (được thiết kế cho hệ điều hành thời gian thực), hệ thống kiểm lỗi (debug system) và
memory map.
STMicroelectronics đã đưa ra thị trường bốn dòng vi điều khiển dựa trên ARM7 và
ARM9, nhưng STM32 là một bước tiến quan trọng trên đường cong chi phí và hiệu suất.

Chương I: Tổng quan

25