Ứng dụng rfid trong quản lý thời gian và trạng thái đi học của sinh viên tại trường đại học quảng bình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH
KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
------

TANVÔNGPHĂP PHONMÊLA

ỨNG DỤNG RFID TRONG QUẢN LÝ THỜI GIAN
VÀ TRẠNG THÁI ĐI HỌC CỦA SINH VIÊN
TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
Hệ đào tạo: Chính quy
Khóa học: 2014 - 2018
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN:
TS. Hoàng Văn Dũng

QUẢNG BÌNH, 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết
quả nghiên cứu nêu trong khoá luận là trung thực. Nghiên cứu này chưa từng được
công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Những tài liệu thu thập của các tác
giả khác sử dụng trong khóa luận đều có trích dẫn ở tài liệu tham khảo và chú thích
có nguồn gốc.

Sinh viên

Tanvôngphăp Phonmêla

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

Xác nhận của giảng viên hướng dẫn

Hoàng Văn Dũng


LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện bài báo cáo khoá luận này em đã nhận được sự quan
tâm giúp đỡ tận tình của nhiều cá nhân, tập thể trong và ngoài trường.
Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới giảng viên TS. Hoàng Văn
Dũng - Người đã trực tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu và thực
hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong khoa Kỹ thuật - Công
nghệ thông tin Trường Đại học Quảng Bình đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ
em trong suốt quá trình học tập và rèn luyện tại trường.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn vô hạn tới gia đình, người thân và bạn bè đã luôn
sát cánh bên em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài.
Mặc dù trong quá trình nghiên cứu đề tài, bản thân em có những cố gắng nhất
định, song do khả năng và thời gian còn hạn chế nên đề tài không tránh khỏi những
thiếu sót. Em kính mong nhận được sự góp ý chân thành của các thầy cô giáo và các
bạn để đề tài của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Quảng Bình, ngày

tháng

năm 2018

Sinh viên

Tanvôngphăp Phonmêla


MỤC LỤC
PHẦN I: MỞ ĐẦU .....................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài .....................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................1

2.1. Mục tiêu chung .....................................................................................................1
2.2. Mục tiêu cụ thể .....................................................................................................1
3. Đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu .......................................................2
3.1. Đối tượng nghiên cứu...........................................................................................2
3.2. Phạm vi nghiên cứu. .............................................................................................2
3.3. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................2
4. Nội dung nghiên cứu ...............................................................................................2
5. Kết quả đạt được .....................................................................................................2
PHẦN II: NỘI DUNG ................................................................................................3
CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................3
1.1. Tổng quan về hệ thống RFID ...............................................................................3
1.1.1. Kỹ thuật RFID ...................................................................................................3
1.1.2. Lịch sử hình thành của RFID ............................................................................3
1.1.3. Các thành phần của một hệ thống RFID. ..........................................................4
1.1.4. Nguyên lý hoạt động của RFID ........................................................................6
1.1.5. Các dài tần số hoạt động của hệ thống RFID ....................................................7
1.2. Các chuẩn kết nối .................................................................................................8
1.3. Các phần mềm liên quan ....................................................................................10
CHƯƠNG II. ARDUINO VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN .....................................11
2.1. Giới thiệu chung về Arduino ..............................................................................11
2.2. Lập trình cho Arduino .......................................................................................16
2.3. Thiết bị đọc thẻ RFID-RC522 ............................................................................16
2.3.1. Các tính năng...................................................................................................17
2.3.2. Sơ đồ khối và chức năng thành phần ..............................................................18
2.3.3. Cách kết nối chuẩn SPI ...................................................................................18
2.4. Thẻ MIFARE S50 .............................................................................................19
2.4.1. Cấu tạo ............................................................................................................19
2.4.2. Tiêu chuẩn kĩ thuật .........................................................................................20

2.4.3. Sơ đồ khối ......................................................................................................20
2.4.4. Tổ chức dữ liệu ...............................................................................................20
CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG .............................................22
3.1. Các khối chính và chức năng .............................................................................22
3.2. Mô hình kết nối ..................................................................................................23
3.3. Kết nối phần cứng ..............................................................................................23
3.4. Giải pháp sử dụng thẻ RFID ..............................................................................24
3.4.1. Mô hình giải pháp nhận dạng thẻ RFID ..........................................................24
3.4.2. Nguyên tắc hoạt động: ....................................................................................24
3.4.3. Phân tích thiết kế chức năng. ..........................................................................24
3.4.3.1. Mô hình chức năng.......................................................................................24
3.4.3.2. Chức năng quản lý user ................................................................................25
3.4.4. CSDL hệ thống kiểm soát thời gian và trạng thái đi học của sinh viên ..........27
3.4.4.1. Mô hình thiết kế cơ sở dữ liệu .....................................................................27
3.4.4.2. Các bảng trong CSDL ..................................................................................28
CHƯƠNG IV: CÀI ĐẶT THỰC NGHIỆM .............................................................30
4.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý thông tin, thời gian và trạng thái đi học của sinh
viên ............................................................................................................................30
4.2. Lắp đặt mô hình thực nghiệm ............................................................................31
4.3. Ngôn ngữ lập trình .............................................................................................32
4.3.1. Ngôn ngữ lập trình Visual Basic .....................................................................32
4.3.2. Các module hệ thống .......................................................................................32
4.3.2.1. Module đăng nhập ........................................................................................32
4.3.2.2. Module kết nối RFID, CAMERA ................................................................33
4.3.2.3. Module chụp hình và thêm,sửa thông tin sinh viên .....................................35
4.3.2.4. Module tìm kiếm và xóa thông tin sinh viên ...............................................36
4.3.2.5. Module thời gian và trạng thái đi học của sinh viên ....................................37
4.4. Đánh giá kết quả thử nghiệm hệ thống ..............................................................38
PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................40
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................41

PHỤ LỤC ..................................................................................................................42


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ATM

Automated Teller Machine

ALU

Arithmetic logic unit

AREF

Analog Reference

ASM

Area Sales Manager

AVR

Automatic Voltage Regulator

ADC

Analog to Digital Converter

BASIC

Beginner's All-purpose Symbolic Instruction Code

CSDL

Cơ sở dữ liệu

DC

Direct Current

EEPROM

Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory

GUI

Graphical User Interface

GND

Ground

IC

Inter-Intergrated Circuit

IEC

International Electrotechnical Commission

ISO

International Organization for Standardization

IDE

Intergrated Development Environment

Jtag

Join test action group

LED

Light Emitting Diode

MISO

Master Input Slave Output

MOSI

Master Ouput Slave Input

MIPS

Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages

NFC

Near-Field Communications

NXP

Next eXPerience

FIFO

first-in, first-out

PWM

Pulse Width Modulation)

RFID

Radio Frequency Identification

RISC

Reduced Instruction Set Computer

Rx

Receiver

RF

Radio Frequency Radiation

SCK

Serial Clock

SPI

Serial Peripheral Interface

SQL

Structured Query Language

SS

Slave Select

TTL

Transistor-transistor logic

USB

Universal Serial Bus

USART

universal synchronous and asynchronous receiver-transmitter

UART

Universal Asynchronous Receiver/Transmitter


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1: Các tần số hoạt động của RFID ..................................................................... 7
Bảng 2: Thông tin chi tiết của Arduino Uno R3 ....................................................... 13
Bảng 3: Kịch bản quản lý user .................................................................................. 25
Bảng 4: Kịch bản xây dựng cơ sở dữ liệu ................................................................. 26
Bảng 5: Quản lý User ................................................................................................ 28
Bảng 6: Thông tin sinh viên ...................................................................................... 28
Bảng 7: Thời gian và trạng thái ................................................................................. 29
Bảng 8: Kết quả quá trình thử nghiệm hệ thống RFID ............................................. 39


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Các thành phần chính của hệ thống RFID ..................................................... 4
Hình 2: Thiết bị TSL’s 1128 Bluetooth UHF RFID[2] ................................................ 4
Hình 3: Reader SL500[2].............................................................................................. 5
Hình 4: Thiết bị đọc RFID-RC522[2] .......................................................................... 5
Hình 5: Ví dụ một số thẻ RFID[3] ................................................................................ 6
Hình 6: Nguyên lý hoạt động của một hệ thống RFID ............................................... 6
Hình 7: Một số chuẩn chân cắm USB[5] ...................................................................... 9
Hình 8: Quá trình truyền dữ liệu SPI [6] .................................................................... 10
Hình 9: Các bo mạch Arduino Mạch phát triển Arduino R3 [7] ................................ 11
Hình 10: Arduino Uno[8] ........................................................................................... 12
Hình 11: Hình ảnh Atmega 328 và sơ đồ chân kết nối [2] ......................................... 14
Hình 12: Các chân vào ra của ArduinoUno [4] .......................................................... 15
Hình 13: Arduino IDE ............................................................................................... 16
Hình 14: Thiết bị đọc RFID-RC522 ......................................................................... 17

Hình 15: Sơ đồ khối của RFID-RC522 [9] ................................................................. 18
Hình 17: Thẻ MIFARE S50 ...................................................................................... 19
Hình 19: Sơ đồ khối thẻ MIFARE S50 [10] ................................................................ 20
Hình 20: Tổ chức dữ liệu trong thẻ MIFARE S50 [10] .............................................. 21
Hình 21: Các khối chính của hệ thống ...................................................................... 22
Hình 22: Mô hình kết nối thực tế hệ thống ............................................................... 23
Hình 23: Sơ đồ chân kết nối Arduino và RFID-RC522 ............................................ 23
Hình 24: Kết nối thực tế hệ thống ............................................................................. 23
Hình 25: Mô hình kỹ thuật nhận dạng thẻ RFID ...................................................... 24
Hình 26: Mô hình chức năng hệ thống...................................................................... 24
Hình 27: Biểu đồ tuần tự của chức năng quản lý user .............................................. 26
Hình 28: Biểu đồ tuần tự của chức năng xây dựng CSDL........................................ 27
Hình 29: Mô hình cơ sở dữ liệu ................................................................................ 27
Hình 30: CSDL thông tin Quản lý User .................................................................... 30
Hình 31: CSDL thông tin sinh viên .......................................................................... 30
Hình 32: CSDL thông tin Thời gian và Trạng thái của sinh viên ............................. 31


Hình 33: Mô hình thực nghiệm ................................................................................. 31
Hình 34: Module đăng nhập vào phần mềm ............................................................. 32
Hình 35: Module Kết nối RFID,CAMERA .............................................................. 33
Hình 36: Module chụp hình và thêm,sửa thông tin sinh viên ................................... 35
Hình 37: Module xóa và tìm kiếm thông tin sinh viên ............................................. 36
Hình 38: Module xem thời gian và trạng thái sinh viên ........................................... 38


PHẦN I: MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin vào mọi lĩnh vực của
đời sống xã hội thì việc sử dụng máy tính trong công tác quản lý đã trở nên phổ biến,

nó là một trong những yếu tố không thể thiếu nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả
trong công tác quản lý.
Trong công tác quản lý sinh viên việc xác định, tìm kiếm và điều chỉnh bổ sung
thông tin sinh viên bằng cách thông thường thường mất nhiều thời gian và còn nhiều
công đoạn gây khó khăn trong công tác quản lý. Bên cạnh đó, vấn đề an ninh bảo mật,
cũng như sự ngắn gọn trong quản lí thông tin thì đòi hỏi phải cần có một phương pháp
biểu diễn thông tin mới hiệu quả hơn.
Quản lý thông tin dưới dạng thẻ RFID (Radio Frequency Identification) là một
trong những phương pháp được nhiều nơi áp dụng và sử dụng hiệu quả. Tại trường
Đại học Quảng Bình việc quản lý thông tin dưới dạng thẻ sinh viên truyền thống còn
nhiều thủ tục và công đoạn, bên cạnh đó tình trạng đi học không đúng giờ, nghỉ học, đi
học hộ của một số bạn sinh viên gây khó khăn trong công tác quản lý giảng dạy cũng
như chất lượng học tập của sinh viên. Ðể góp phần vào việc quản lý thông tin đó một
cách nhanh chóng và hiệu quả em đã chọn đề tài “Ứng dụng RFID trong quản lý
thời gian và trạng thái đi học của sinh viên tại Trường Đại học Quảng Bình” làm
đề tài nghiên cứu nhằm phục vụ cho công tác xác minh, điểm danh cũng như nhanh
chóng tìm kiếm và điều chỉnh thông tin sinh viên qua thẻ RFID.
2. Mục tiêu nghiên cứu
2.1. Mục tiêu chung
- Nghiên cứu xây dựng một hệ thống quản lý hoàn chỉnh.
- Xây dựng hệ thống ứng dụng trong trường Đại học Quảng Bình
2.2. Mục tiêu cụ thể
- Nghiên cứu các bài toán để xây dựng nên hệ thống, cách phân bố dữ liệu, cấu
trúc của một hệ thống ứng dụng trong thực tế nhằm đạt hiệu quả cao. Tạo ra sự tiện
ích, tối ưu và tiết kiệm nhất cho các cơ quan nhằm hướng tới người dùng phổ thông và
tránh yếu tố phức tạp khi đưa ra thực tiễn.
- Thử nghiệm ứng dụng cho người quản lý về quản lý thời gian và trạng thái đi
học của sinh viên ở trường Đại học Quảng Bình một cách dễ dàng, không phải tốn
1

nhiều thời gian và công sức và có thể cập nhật phát triển hệ thống một cách nhanh
chóng, tạo ra một hệ thống quản lý hiệu quả.
3. Đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu.
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là cách xây dựng hệ thống quản lý, xây dựng
cấu trúc dữ liệu, quản trị cơ sở dữ liệu.
3.2. Phạm vi nghiên cứu.
- Phạm vi nghiên cứu trong trường Đại học Quảng Bình, giới hạn ở mức độ thực
nghiệm tạo hệ thống quản lý thời gian và trạng thái đi học của sinh viên tại Trường
Đại học Quảng Bình.
3.3. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp tài liệu: Nghiên cứu tài liệu về phân tích và thiết kế hệ thống, liên
kết cơ sở dữ liệu các, ngôn ngữ lập trình Visual Basic, thẻ RFID, bảng mạch Arduino
và các tài liệu về xây dựng hệ thống .
- Phương pháp thực nghiệm: Xây dựng hệ thống quản thời gian và trạng thái đi
học của sinh viên tại Trường Đại học Quảng Bình. Xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu
thông tin của sinh viên . Xây dựng hệ thống dựa trên ngôn ngữ lập trình Visual Basic
và hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL Sever.
4. Nội dung nghiên cứu
- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết: tổng quan về hệ thống RFID, các chuẩn kết nối và các
phần mềm có liên quan.
- Nghiên cứu thiết kế hệ thống xây dựng nên một hệ thống quản lý.
- Cài đặt thực nghiệm để xây dựng một hệ thống ứng dụng hoàn chỉnh.
5. Kết quả đạt được
- Hiểu được RFID là gì?
- Biết được lịch sử hình thành, các thành phần của một hệ thống và nguyên lý
hoạt động của RFID
- Nghiên cứu thành công các bài toán để xây dựng nên hệ thống, cách phân bố dữ
liệu, cấu trúc của một hệ thống ứng dụng.

- Xây dựng được hệ thống ứng dụng cho người quản lý về quản lý thời gian và
trạng thái đi học của sinh viên.

2


PHẦN II: NỘI DUNG
CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1. Tổng quan về hệ thống RFID
1.1.1. Kỹ thuật RFID
RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ cho phép một thiết bị đọc
thông tin chứa trong chip không cần 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 nhau. Công nghệ
này cho ta phương pháp truyền, nhận dữ liệu từ một điểm đến một điểm khác. [2]
Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để
truyền dữ liệu từ các thẻ từ (tag) đến các thiết bị đọc (reader). Thẻ từ có thể được đính
kèm hoặc gắn vào đối tượng được nhận dạng, chẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc giá kê
(pallet). Thiết bị đọc quét dữ liệu của thẻ từ và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu có lưu
trữ dữ liệu của thẻ từ. Ví dụ: các thẻ từ 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 bị động làm việc
như sau: thiết bị đọc truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ qua anten của nó đến
vi chip. Thiết bị 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 thiết bị đọc.
1.1.2. Lịch sử hình thành của RFID
Năm 1945, Léon Theremin phát minh ra một công cụ gián điệp cho Liên Xô
bằng cách truyền các sóng vô tuyến phụ với tin tức audio. Thiết bị này là một thiết bị
chuyển đổi âm thanh thụ động chứ không phải là một thẻ nhận dạng và nó được coi
như tiền thân của một hệ thống RFID bởi vì nguyên lý hoạt động của nó tương tự với

sự tương tác của bộ đọc vả thẻ bị động hiện nay, đều là thẻ nhận năng lượng từ bộ đọc
và phản hồi lại thông tin[4].
Năm 1948 , Harry Stockman cho ra đời tập tài liệu "Communication by Means of
ReflectedPower“ nghiên cứu về RFID.
Ngày 23/01/1973, một thiết bị của Mario Cardullo được tạo ra. Nó là hình thức
sơ khai đầu tiên của một thiết bị RFID vì nó là một bộ tiếp sóng âm thanh thụ động với

3


bộ nhớ. Các bằng sáng chế cơ bản Cardullo bao gồm việc sử dụng RFID, âm thanh và
ánh sáng như là phương tiện truyền dẫn.
Một cuộc thí nghiệm đầu của các thẻ RFID, cả thụ động và bán thụ động, được
thực hiện bởi Steven Depp, Alfred Koelle, và Robert Frayman tại Phòng thí nghiệm
Quốc gia Los Alamos vào năm 1973. Các hệ sử dụng tần số 915 MHz và sử dụng thẻ
12-bit. Kỹ thuật này được sử dụng bởi phần lớn các UHFID và lò vi sóng RFID tags
ngày nay.[4]
1.1.3. Các thành phần của một hệ thống RFID.
Một hệ thống RFID được tạo nên bởi ba thành phần chính đó là thiết bị đọc/ghi
(Reader/Write), thẻ Tag và Host Computer-server.

Hình 1: Các thành phần chính của hệ thống RFID
- Thiết bị đọc/ghi (Reader/Write): là một thiết bị kết nối không dây với thẻ để dễ
dàng nhận dạng được đối tượng gắn thẻ, có thể phát hiện các thẻ tag có cùng tần số
hoạt động ở trong một phạm vi nhất định. Thiết bị đọc/ghi có chức năng đọc/ghi dữ
liệu được lưu trong thẻ từ[4].

Hình 2: Thiết bị TSL’s 1128 Bluetooth UHF RFID[4]

4

Hình 3: Reader SL500[4]

Hình 4: Thiết bị đọc RFID-RC522[4]

- Thẻ từ (Tag): Là một thẻ có gắn chip và anten, được lập trình điện tử với thông
tin duy nhất. Chíp là nơi lưu trữ một số thứ tự duy nhất hoặc thông tin khác dựa trên
loại thẻ: read-only, read-write,… còn anten được gắn với vi mạch truyền thông từ chip
đến reader. Anten càng lớn cho biết phạm vi đọc càng lớn.
Thẻ từ được chia làm 2 loại là thẻ chủ động và thẻ bị động:
+ Thẻ chủ động (active tag): có pin và có khả năng nhận diện bởi bộ đọc ở
khoảng cách xa. Tuy nhiên thẻ có kích thước khá lớn do có thêm nguồn pin. Tuổi thọ
của pin khoảng từ 3-7 năm.
+ Thẻ bị động (passive tag): không có pin. Bên trong mạch là một mạch cảm ứng
nhỏ, nguồn năng lượng cho thẻ khi hoạt động là nhờ thiết bị đọc cung cấp, phạm vi
đọc của thẻ ngắn hơn 1m. Thẻ có ưu điểm là kích thước nhỏ và nhẹ.
Cả 2 loại thẻ trên đều được cấu thành từ chip bán dẫn siêu nhỏ để lưu dữ liệu và
ăng ten được thu nhỏ tuỳ theo hình thức đóng gói. Mỗi thẻ khi xuất xưởng được thiết
lập một nhận dạng duy nhất có độ dài từ 32-512 bit. Do vậy khả năng nhận dạng nhầm
lẫn gần như khó có thể xảy ra[3].

5


Hình 5: Ví dụ một số thẻ RFID[3]
- Host Computer-server: là nơi mà máy chủ và hệ thống phần mềm giao diện với
hệ thống được tải.
1.1.4. Nguyên lý hoạt động của RFID

Hình 6: Nguyên lý hoạt động của một hệ thống RFID
Thiết bị đọc (reader) sẽ phát ra sóng điện tử ở một tần số nhất định qua ăng ten
(đa số các thiết bị hiện nay đều có ăng ten tích hợp sẵn ngay trên thiết bị, chúng ta
không cần lắp thêm) và thiết bị RFID tag khi ở trong vùng đó sẽ thu tầng sóng đó và
phát lại cho thiết bị Reader biết mã số của mình. Từ đó thiết bị đọc (reader) sẽ nhận
biết được Tag nào đang trong vùng hoạt động.
Hầu hết các hệ thống RFID thường bố trí nhiều thiết bị đọc kết nối với một máy
tính trung tâm. Máy tính trung tâm có nhiệm vụ nhận dữ liệu từ thiết bị đọc gửi về,
phân tích và thực thi các lệnh có liên quan tới dữ liệu được lưu trữ trong thẻ.
6


1.1.5. Các dài tần số hoạt động của hệ thống RFID
Tần số hoạt động là tần số điện từ thẻ để truyền thông hay thu được năng lượng.
Tần số xác định tốc độ truyền thông và khoảng cách đọc thẻ. Tần số cao hơn cho biết
phạm vi đọc dài hơn.
Bảng 1: Các tần số hoạt động của RFID
Dải tần số

Khoảng
cách đọc

Tốc độ

Chú thích
Dải tần số này phù hợp với phạm vi

125 KHz - 134 KHz

10 cm

Chậm

ngắn như hệ thống chống trộm, nhận
dạng động vật và hệ thống khóa tự
động.

13.56 MHz

Tối đa

Trung

1m

bình

Thích hợp với việc đọc item theo dõi
vật liệu trong thư viện và kiểm soát
sách, điều khiển truy cập.
Nhận dạng phần trong của các

433 MHz

Tối đa

Trung

container vận chuyển tàu biển trong

2m

bình

các khu vực công nghiệp và thương
mại, ứng dụng trong quốc phòng

865 – 868 MHz
(Châu Âu, Nam Mỹ
và nhiều Châu Á)
902 – 928 MHz

Tối đa
3m

Cao

Kiểm soát đồ vật

(Bắc Mĩ)

2,45 - 5,8 GHz

3.1 – 10 GHz

Tối
đa 100m

200 m

Ứng dụng trong các ngành công
Cao

nghiệp, quản lý dây chuyền cung
cấp.

Cao

7

Ứng dụng trong các ngành công
nghệ đặc biệt


1.2. Các chuẩn kết nối
- Chuẩn USB:
USB (Universal Serial Bus) là một chuẩn kết nối tuần tự đa dụng trong máy tính.
USB sử dụng để kết nối các thiết bị ngoại vi với máy tính, chúng thường được thiết kế
dưới dạng các đầu cắm cho các thiết bị tuân theo chuẩn cắm và chạy mà với tính năng
cắm nóng thiết bị (nối và ngắt các thiết bị không cần phải khởi động lại hệ thống) [1]
Đặc trưng của USB:
+ Với công nghệ hiện nay thì 1 USB cho phép mở rộng 127 thiết bị kết nối cùng
vào một máy tính thông qua một cổng USB duy nhất (bao gồm các hub USB);
+ Với USB 2.0 chuẩn tốc độ cao, đường truyền đạt tốc độ tối đa đến 480 Mbps,
tức là 60 MB/s. Còn với USB 3.0 tốc độ tối đa là 4.8 – 5 Gbps, tức 600 – 625 MB/s.
+ Dây cáp USB gồm hai sợi nguồn (+5V và dây chung GND) cùng một cặp gồm
hai sợi dây xoắn để mang dữ liệu.
+ Trên sợi nguồn, máy tính có thể cấp nguồn lên tới 500mA ở điện áp 5V một
chiều (DC).
+ Những thiết bị tiêu thụ công suất thấp (ví dụ: chuột, bàn phím, loa máy tính

...) với công suất thấp bằng với nguồn cấp thì sẽ được máy tính cấp nguồn trực tiếp
thông qua cổng USB mà không cần nguồn cấp riêng cho các thiết bị ngoại vi đó (thậm
chí các thiết bị giải trí số như SmartPhone, PocketPC ngày nay sử dụng các cổng USB
để sạc pin). Với các thiết bị cần sử dụng nguồn công suất lớn (như máy in, máy
quét,...) không sử dụng nguồn điện từ đường truyền USB như nguồn chính của chúng,
lúc này đường truyền nguồn chỉ có tác dụng như một sự so sánh mức điện thế của tín
hiệu.
+ Đặc điểm thuận lợi của USB chính là cắm nóng, tức là thiết bị có thể cắm vào
sử dụng sau đó rút ra rồi lại cắm vào sử dụng được mà không phải mất công khởi động
lại hệ thống.
+ Nhiều thiết bị USB có thể được chuyển về trạng thái tạm ngừng hoạt động khi
máy tính chuyển sang chế độ tiết kiệm điện [7].

8


Hình 7: Một số chuẩn chân cắm USB[7]
- Chuẩn SPI:
SPI (Serial Peripheral Interface – Giao diện ngoại vi nối tiếp) là một chuẩn
truyền thông nối tiếp tốc độ cao do hãng Motorola đề xuất nhằm đảm bảo sự liên hợp
giữa các vi điều khiển và thiết bị ngoại vi một cách đơn giản. Đây là kiểu truyền thông
Master-Slave, trong đó có 1 chip Master điều phối quá trình tuyền thông và các chip
Slaves được điều khiển bởi Master vì thế truyền thông chỉ xảy ra giữa Master và Slave.
SPI là một cách truyền song công (full duplex) nghĩa là tại cùng một thời điểm
quá trình truyền và nhận có thể xảy ra đồng thời. SPI đôi khi được gọi là chuẩn truyền
thông “4 dây” vì có 4 đường giao tiếp trong chuẩn này đó là SCK (Serial Clock),
MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Ouput Slave Input) và SS (Slave
Select).
+ SCK: Xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI, vì SPI là chuẩn truyền đồng bộ nên cần
1 đường giữ nhịp, mỗi nhịp trên chân SCK báo 1 bit dữ liệu đến hoặc đi. Đây là điểm

khác biệt với truyền thông không đồng bộ mà chúng ta đã biết trong chuẩn UART. Sự
tồn tại của chân SCK giúp quá trình tuyền ít bị lỗi và vì thế tốc độ truyền của SPI có
thể đạt rất cao. Xung nhịp chỉ được tạo ra bởi chip Master.
+ MISO– Master Input / Slave Output: Chân MISO dùng để truyền dữ liệu ra
khỏi Modun SPI khi đặt cấu hình là Slave và nhận dữ liệu khi đặt cấu hình là Master.
MISO của Master và các Slaves được nối trực tiếp với nhau.
+ MOSI – Master Output / Slave Input: Chân MOSI dùng để truyền dữ liệu ra
khỏi Mođun SPI khi đặt cấu hình là Master và nhận dữ liệu khi đặt cấu hình là Slave.
MOSI của Master và các Slaves được nối trực tiếp với nhau.
9


+ SS – Slave Select: SS là đường chọn Slave cần giap tiếp, trên các chip Slave
đường SS sẽ ở mức cao khi không làm việc. Nếu chip Master kéo đường SS của một
Slave nào đó xuống mức thấp thì việc giao tiếp sẽ xảy ra giữa Master và Slave đó. Chỉ
có 1 đường SS trên mỗi Slave nhưng có thể có nhiều đường điều khiển SS trên Master,
tùy thuộc vào thiết kế của người dùng.
Nguyên lý hoạt động: để bắt đầu hoạt động thì kéo chân SS xuống thấp và kích
hoạt clock ở cả Maser và Slave. Mỗi chip Master hay Slave có một thanh ghi dữ liệu 8
bits. Cứ mỗi xung nhịp do Master tạo ra trên đường giữ nhịp SCK, một bit trong thanh
ghi dữ liệu của Master được truyền qua Slave trên đường MOSI, đồng thời một bit
trong thanh ghi dữ liệu của chip Slave cũng được truyền qua Master trên đường MISO.
Do 2 gói dữ liệu trên 2 chip được gởi qua lại đồng thời nên quá trình truyền dữ liệu
này được gọi là “song công” [6].

Hình 8: Quá trình truyền dữ liệu SPI [6]
1.3. Các phần mềm liên quan
- Phần mềm lập trình phần mềm hệ thống: Visual Studio 2013
- Phần mềm quản trị cơ sở dữ liệu: SQL Server 2008
- Phần mềm lập trình mạch phát triển Arduino: Arduino IDE

- Driver USB Arduino.

10


CHƯƠNG II. ARDUINO VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
2.1. Giới thiệu chung về Arduino
Arduino là một bo mạch vi điều khiển do một nhóm giáo sư và sinh viên Ý thiết
kế và đưa ra đầu tiên vào năm 2005[1]
Arduino là một nền tảng mà mọi thiết bị phần cứng đã được làm sẵn và chuẩn
hoá, người dùng chỉ cần lựa chọn những thứ mình cần và lắp ghép lại.
Chính vì thế, Arduino rất thích hợp cho những ai không có chuyên môn về điện
tử nhưng lại yêu thích phần cứng – tự động hoá.
Để Arduino có thể hoạt động được thì chúng ta cần lập trình cho nó. Phần mềm
để lập trình cho mạch ardunio là phần mềm IDE, ngôn ngữ lập trình được sử dụng là C
hoặc C++ nhưng được đơn giản hoá đi nhiều, các phần cứng kết nối được với nó đều có
các đoạn lệnh viết sẵn từ nhà sản xuất hoặc các nhà phát triển để có thể tự do sử dụng
theo các mục đích khác nhau[8].

Hình 9: Các bo mạch Arduino Mạch phát triển Arduino R3 [8]
Hiện nay, phiên bản Arduino Uno đã được phát triển đến thế hệ thứ 3 (R3).

11


Sơ đồ chân của Arduino:

Hình 10: Arduino Uno [5]
- Cáp USB (1): Arduino sử dụng cáp USB để giao tiếp với máy tính. Thông qua
cáp USB chúng ta có thể nạp chương trình cho Arduino hoạt động, ngoài ra USB còn

là nguồn cho Arduino.
- Nguồn (2): cân bằng điện áp cho đúng với điện áp yêu cầu, cung cấp nguồn
điện cho toàn hệ thống. Bo mạch hoạt động với nguồn ngoài ở điện áp từ 5 –20 volt,
tuy nhiên nếu sử dụng nguồn lớn hơn 12 volt thì sẽ có hiện tượng nóng và làm hỏng bo
mạch. Vì vậy nên dùng nguồn ổn định là 5 đến dưới 12 volt.
- Các cổng điện áp (Chân 5V và chân 3.3V) (3): cung cấp điện áp đầu ra cho các
thiết bị.
- Các cổng Analog in (4): cổng logic 0-1 vào với mức điện 0-5V tương ứng.
- Các cổng Digital in-out (5,6): Arduino Uno có 14 chân digital với chức năng
input và output, có thể nhận điện áp vào hoặc xuất điện áp ra.
- Reset (7): dùng đểreset Arduino.
- Vi xử lý ATmega 328 (8): thu thập dữ liệu từ cảm biến, xử lý dữ liệu, xuất tín
hiệu ra,…

12


Thông tin:
Các thông tin chi tiết của Arduino Uno R3 được tóm tắt qua bàng sau:
Bảng 2: Thông tin chi tiết của Arduino Uno R3
Vi điều khiển

ATmega328

Điện áp hoạt động

5V – DC

Tần số hoạt động

16 MHz

Dòng tiêu thụ

30 mA

Điện áp khuyên dung

7-12V – DC

Điện áp giới hạn

6-20V – DC

Số chân Digital

14 (6 chân PWM)

Số chân Analog

6

Dòng tối đa mỗi chân I/O

30 mA

Dòng ra tối đa chân 5V

500 mA

Dòng ra tối đa chân 3.3V

50 mA

Bộ nhớ Flash

32KB (0.5 KB sử dụng làm bootloader)

SRAM

2 KB

EEPROM

1 KB

Xung nhịp

16 MHz

Vi điều khiển:
Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là: ATmega8 (Board
Arduino Uno r2), ATmega168, ATmega328 (Board Arduino Uno r3). Điểm khác biệt
của 3 vi điều khiển này là dung lượng bộ nhớ Flash.
Mạch Arduino UNO R3 với thiết kế tiêu chuẩn sử dụng vi điều khiển ATmega328.
Đây là bộ xử lý chính trên board, trung tâm của toàn bộ board Arduino Uno[4].

13

Hình 11: Hình ảnh Atmega 328 và sơ đồ chân kết nối [4]
Đặc điểm của Atmega 328:
- Cấu trúc RISC với khoảng 133 lệnh ASM, hầu hết thực hiện trong một chu kỳ
máy.
- 32 thanh ghi đa năng làm việc như các vùng nhớ tốc độ cao.
- Tốc độ thực hiện lệnh tối đa 16 MIPS (với thạch anh 16MHz, không chia tần).
- Bộ nhớ chương trình (FLASH): 32KB, cho phép nạp xoá.
- Bộ nhớ EEPROM: 1 KBytes, dùng để lưu các biến ngay cả khi không được cấp
điện.
- Bộ nhớ RAM: 2KB, dùng để lưu kết quả trung gian, làm bộ nhớ vào ra và dùng
cho stack.
- Giao diện JTAG, cho phép nạp xoá Flash 10.000 lần, EEPROM 100.000 lần,
Fulse Bits, Lock Bits.
- Các chức năng ngoại vi tích hợp sẵn: 3 timer gồm 2 timer 8-bit và 1 timer 16bit. 2 bộ Timer 8 bits với nhiều chế độ hoạt động, 1 bộ Timer 16 bits có bộ chia tần
riêng, các chế độ đếm, định thời, so sánh (compare mode) và bắt giữ (capture mode).
- Bộ đồng hồ thời gian thực.
- Số kênh xung PWM: 6 kênh (1timer 2 kênh), trong đó 2 kênh điều chế độ rộng
xung PWM có độ phân giải 8 bit và 4 kênh điều chế độ rộng xung PWM có độ phân
giải 2 đến 16 bits.
- Bộ ADC 10bit.
- Chuẩn giao tiếp TWI (I2C).
- Chuẩn truyền thông USART.
- Giao diện SPI master/slave.
14