Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, chế tạo mô hình phân loại sản phẩm sử dụng công nghệ RFID

1.
2.
3.

Danh mục từ viết tắt
RFID: Radio frequency identification - công nghệ nhận dạng đối tượng bằng
sóng radio.
CMND: Chứng minh nhân dân.
NFC: Near Field Communication.

1


Lời nói đầu
Ngày nay ngành công nghệ thông tin đã có những bước phát triển vượt
bậc. Chỉ từ việc phát minh ra con transistor đầu tiên năm 1947, cho đến nay các
sản phẩm công nghệ thông tin đã len lỏi đến tất cả các ngành nghề trong xã hội
từ ngành giáo dục, ngân hàng, tài chính đến các dịch vụ khác…
Chính vì lẽ đó, chúng em đã chọn đề tài về “Thiết kế, chế tạo mô hình
phân loại sản phẩm sử dụng công nghệ RFID”. Công nghệ này đã xuất hiện
khá lâu nhưng cho đến nay các ứng dụng của nó vẫn chưa được triển khai rộng
rãi. Với việc chọn đề tài này, chúng em hi vọng sẽ góp phần công sức bé nhỏ của
mình vào việc triển khai và ứng dụng nó. Tuy nhiên, do điều kiện kinh tế còn
khó khăn và cũng do thời gian có hạn, nên ở đây bọn em chỉ thiết kế và thi công
hệ thống đơn giản. Để có thể triển khai áp dụng nó vào thực tế thì sẽ phải đầu tư
thêm nhiều tiền bạc và thời gian để hoàn thiện sản phẩm. Song, với việc thiết kế
thành công hệ thống này, chúng em đã thu được rất nhiều kinh nghiệm để có thể
thi công các sản phẩm hoàn thiện hơn trong tương lai.
Qua đây chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Tiến Dũng và các
thầy cô khác trong khoa Điện- Điện Tử Trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật
Hưng Yên đã tận tình giúp đỡ chúng em thực hiện đề tài này

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Văn Điển
Bùi Thị Thanh Nhài

2


Chương 1 Tổng quan về đề tài
1.1 Đặt vấn đề
Ngày nay với những ứng dụng của khoa học công nghệ vào đời sống. Thế
giới đã và đang ngày một thay đổi, văn minh, hiện đại hơn. Sự phát triển của
điện tử đã tạo ra những thiết bị có đặc điểm nổi bật như: độ chính xác cao, tốc độ
nhanh, gọn nhẹ và có phần ứng dụng cao góp phần nâng cao năng suất con
người.
Sự ra đời công nghệ RFID (Radio frequency identification - công nghệ
nhận dạng đối tượng bằng sóng radio) là một ý tưởng độc đáo .Trên thực tế,
RFID được ứng dụng rất nhiều như: cấy lên vật nuôi để nhận dạng nguồn gốc và
theo dõi vật nuôi tránh thất lạc và bị đánh cắp; đưa vào sản phẩm công nghiệp để
xác định thông tin mã số series, nguồn gốc sản phẩm, kiểm soát được sản phẩm
nhập xuất… Trong thư viện, các thẻ RFID được gắn với các cuốn sách giúp giảm
thời gian tìm kiếm và kiểm kê, chống được tình trạng ăn trộm sách. RFID còn có
thể ứng dụng lưu trữ thông tin bệnh nhân trong y khoa (mang theo người bệnh
nhân, đặc biệt là bệnh nhân tâm thần). Ngoài ra, kỹ thuật RFID còn xác định vị
trí, theo dõi, xác thực sự đi lại của mọi người, các đối tượng giúp nâng cao an
ninh ở biên giới và cửa khẩu như mô hình hệ thống quản lý bằng RFID tại sân
bay được DHS (hội an ninh quốc gia Mỹ) áp dụng từ 1/2005. Tại Mỹ từ tháng
10/2006 và tại Anh, Đức, Trung Quốc từ 2008, hộ chiếu và CMND gắn chip
RFID lưu các thông tin như tên tuổi, quốc tịch, giới tính, ngày tháng năm sinh,
nơi sinh, ảnh số…

Công nghệ RFID đã có mặt trên thế giới từ thập niên 70 nhưng mới chỉ
xuất hiện ở Việt Nam trong những năm gần đây vào khoảng cuối năm 2009 nhờ
có sự hỗ trợ hữu hiệu từ công nghệ số và bán dẫn, trong đó có những con chip
nhận dạng rất nhỏ được gắn vào tem thuốc, động vật, sản phẩm. Dự báo, trong
vòng từ 3-5 năm tới, công nghệ phổ biến sẽ là chip RFID 0,18 micromet.
3


-

Còn ở Việt Nam khoảng vài năm trở lại đây chúng ta đã bắt đầu bắt gặp
nhiều ứng dụng công nghệ RFID trong thực tiễn cuộc sống hàng ngày, ví dụ như
bãi giữ xe, hay máy chấm công nhân viên… Với mục đích nghiên cứu hoạt động
và thiết kế các khối module sử dụng công nghệ RFID, nhóm em lựa chọn đề tài
“Thiết kế chế tạo mô hình phân loại sản phẩm sử dụng công nghệ RFID” .
1.2 Lý do chọn đề tài
Với xu thế công nghiệp hóa đang diễn ra nhanh chóng, cùng với sự phát
triển của nền kinh tế Việt nam hiện nay, đồng thời các khu công nghiệp, nhà máy,
văn phòng với đủ loại quy mô và ngành nghề khác nhau đang ngày một tăng lên
cả về số lượng và quy mô hoạt động.
Để vận hành một đơn vị sản xuất kinh doanh, cần đòi hỏi rất nhiều hạng
mục như vật tư, máy móc, thiết bị, công nghệ, con người và kèm theo đó là rất
nhiều những tài nguyên hay những quy trình nhằm đảm bảo quá trình sản xuất
kinh doanh diễn ra một cách bài bản và có hiệu quả cao. Một phần không thể
thiếu để quản lý con người và hiệu suất làm việc chính là hệ thống quản lý nhân
sự. Mục tiêu này về cơ bản là nhằm đảm bảo cho quá trình điều hành sản xuất
được hiệu quả và cao hơn nữa là tối ưu hóa.
1.3 Tính cấp thiết, mục đích nghiên cứu
Với bản thân người thực hiện đề tài, đây chính là một cơ hội tốt để có thể tự
kiểm tra lại kiến thức của mình, đồng thời có cơ hội để nỗ lực vận động tìm hiểu,

tiếp cận nghiên cứu được với những vấn đề mình chưa biết, chưa hiểu rõ nhằm
trang bị cho bản thân nhiều kiến thức bổ ích sau này có thể ứng dụng vào thực tế
cuộc sống.
Phát huy kỹ năng làm việc theo nhóm, khả năng tự suy nghĩ tìm tòi, học hỏi,
phát huy năng lực của bản thân.
Ngoài ra còn tạo được 1 sản phẩm có tính ứng dụng trong thực tế.
1.4 Mục đích của đề tài
Tìm hiểu và nghiên cứu công nghệ RFID.
4


-

-

Thiết kế và thi công mạch sử dụng công nghệ RFID, đồng thời giao tiếp giữa
máy tính với reader đọc và hiển thị nội dung thẻ ở khoảng cách gần.
Mạch điện không qua phức tạp, đảm bảo sự an toàn và dễ sử dụng.
Giá thành vừa phải .
1.5 Nhiệm vụ của đề tài
Thiết kế được mô hình.
Thiết kế phần cứng, lập lưu đồ thuật toán và viết chương trình theo yêu cầu:
phân loại và đếm sản phẩm theo từng loại mã.
Bảo vệ quá tải ngắn mạch.
Hiển thị số lượng sản phẩm trên LCD.
Thuyết trình đầy đủ, trình bày khoa học.

5

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

•
•

2.1 Giới thiệu về công nghệ RFID
2.1.1 Khái niệm
Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ nhận dạng
đối tượng bằng sóng vô tuyến, cho phép một thiết bị đọc thông tin chứa trong
chip ở khoảng cách xa, không cần tiếp xúc trực tiếp, không thực hiện bất kì giao
tiếp vật lý nào giữa hai vật không nhìn thấy. Công nghệ này cho ta phương pháp
truyền, nhận dữ liệu từ một điểm đến một điểm khác.
Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần số vô tuyến
để truyền dữ liệu từ các tag(thẻ) đến các reader(bộ đọc). Tag có thẻ đính kèm
hoặc gắn vào các đối tượng được nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc góa
kê. Reader scan dữ liệu của tag và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu có lưu trữ dữ
liệu của tag.
Ba thành phần tag, reader và anten là những khối chính của một hệ thống
RFID. Khi thay đổi về năng lượng, kích thước, thiết kế anten, tần số hoạt động,
số lượng dữ liệu, phần mềm để quản lý và xuất dữ liệu tạo ra rất nhiều ứng
dụng. Công nghệ RFID có thể giải quyết rất nhiều bài toán kinh doanh thực tế.
2.1.2 Thành phần của 1 hệ thống RFID
Một hệ thống RFID là một tập hợp các thành phần nhằm thực hiện một giải
pháp RFID. Nói chung một hệ thống RFID bao gồm các thành phần dưới đây :
Thẻ : Đây là một thành phần bắt buộc của bất cứ hệ thống RFID nào
Thiết bị đọc thẻ: Đây cũng là một thành phần bắt buộc.
Angten của thiết bị đọc thẻ: Đây cũng là một thành phần bắt buộc phải có. Ngày

•

nay một số reader đã được tích hợp anten lên trên nó,vì vậy kích thước của nó đã
giảm đi rất nhiều.
Khối điều khiển: Đây là một thành phần quan trọng, tuy nhiên hầu hết các reader

•

thế hệ mới đã tích hợp thành phần này lên chúng.
Các cảm biến, bộ truyền động, bộ báo hiệu: Đây là các thành phần tùy chọn,

•

được sử dụng ở đầu vào và ra hệ thống RFID.
6


•

Máy chủ và hệ thống phần mềm: Trên lý thuyết, một hệ thống RFID có thể hoạt

•

động 1 cách độc lập mà không cần tới thành phần này. Tuy nhiên trong thực tế,
nếu không có thành phần này thì hệ thống RFID gần như vô giá trị.
Cơ sở hạ tầng truyền thông: Thành phần quan trọng này là một tập hợp bao gồm
cả mạng có dây và không dây, cơ sở hạ tầng kết nối nối tiếp, để có thể kết nối
các thành phần đã liệt kê phía trên với nhau.
Dưới đây là biểu đồ một hệ thống RFID:

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống RFID [3]
Còn dưới đây là mô hình một mẫu của biểu đồ trên với các thành

phần cụ thể trong thực tế:

7


a.

Hình 2.2 Một ví dụ về hệ thống RFID trong thực tế [3]
Bây giờ ta sẽ đi chi tiết vào từng thành phần của hệ thống RFID.
2.1.3 Các thẻ RFID
Phân loại theo dải tần số
Tần số phụ thuộc vào kích cỡ của các sóng radio được sử dụng trong việc
giao tiếp giữa các thành phần hợp thành nên hệ thống. Hệ thống RFID trên toàn
thế giới hoạt động chủ yếu theo ba nhóm: tần số thấp (LF), tần số cao (HF) và
tần số siêu cao (UHF). Các sóng radio truyền khác nhau tại mỗi dải tần số với
nhiều thuận lợi và hạn chế trong mối liên kết với việc sử dụng mỗi nhóm tần số.
Nếu một hệ thống RFID hoạt động tại một dải tần số thấp, thì nó sẽ có phạm vi
đọc ngắn hơn và tốc độ đọc dữ liệu cũng chậm hơn, nhưng lại tăng khả năng đọc
trên các bề mặt chất lỏng, trong phạm vi gần hoặc trên các bề mặt kim loại. Nếu
một hệ thống hoạt động tại một dải tần số cao, nhìn chung nó sẽ có tốc độ
8


•

chuyển dữ liệu nhanh hơn, và phạm vi đọc cũng sẽ dài hơn so với các hệ thống
sử dụng dải tần số thấp, tuy nhiên nó lại nhạy cảm với sự can thiệp của sóng
radio gây ra bởi các chất lỏng và các chất kim loại trong môi trường.
LF RFID

•

Nhóm LF bao phủ tần số trong khoảng từ 30KHz tới 300 KHz. Các hệ
thống LF RFID tiêu biểu thì hoạt động tại 125 KHz, mặc dù có một vài hệ thống
hoạt động tại 134 KHz. Nhóm tần số này đáp ứng phạm vi đọc ngắn chỉ khoảng
10 cm, và có tốc độ đọc chậm hơn so với các dải tần số cao, tuy nhiên nó lại
không dễ bị tác động bởi sự can thiệp của sóng radio.
Các ứng dụng LF RFID bao gồm việc kiểm soát tài sản và theo dõi vật
nuôi.
Các tiêu chuẩn cho hệ thống theo dõi động vật LF được miêu tả rõ trong
ISO 14223 và ISO/IEC 18000-2. Dải LF không được công nhận như một ứng
dụng thực sự trên toàn thế giới bởi một vài khác biệt trong các mức độ tần số và
năng lượng trên toàn thế giới.
HF RFID
Nhóm HF hoạt động trong phạm vi từ 3 MHZ đến 30 MHz. Đa số các hệ
thống HF RFID hoạt động tại 13,56 MHz với phạm vi đọc vào khoảng giữa 10
cm tới 1 mét. Các hệ thống HF thí nghiệm độ nhạy vừa phải để can thiệp.
HF RFID thường được sử dụng cho việc bán vé, thanh toán, và các ứng
dụng chuyển dữ liệu.
Có một vài tiêu chuẩn HF RFID được đặt ra như tiêu chuẩn ISO 15693
cho việc theo dõi các mặt hàng, hay các tiêu chuẩn ECMA-340 và ISO/IEC
18092 cho Near Field Communication (NFC) – thiết bị tầm ngắn được sử dụng
trong việc trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị. Các tiêu chuẩn HF khác bao gồm:
tiêu chuẩn ISO/IEC 14443 A và tiêu chuẩn ISO/IEC 14443 cho công nghệ
MIFARE được sử dụng trong các thẻ thông minh và các thẻ ở khoảng cách gần;
và tiêu chuẩn JIS X 6319-4 cho FeliCa – một hệ thống thẻ thông minh thường
được sử dụng trong các thẻ tính tiền điện tử.
9

•

UHF RFID
Nhóm UHF hoạt động trong phạm vi từ 300 MHz đến 3 GHz. Các hệ
thống tuân theo tiêu chuẩn UHF Gen2 cho hệ thống RFID sử dụng nhóm từ 860
đến 960 MHz. Trong khi có một số khác biệt giữa tần số từ vùng này đến vùng
khác, nhưng hệ thống UHF Gen2 RFID tại hầu hết các nước lại hoạt động trong
khoảng giữa 900 và 915 MHz.
Phạm vi đọc của các hệ thống UHF thụ động có thể ở trong khoảng 12
mét, và UHF RFID có tốc độ chuyển dữ liệu nhanh hơn so với LF hay HF. UHF
RFID thường nhạy cảm nhất với các sự can thiệp, nhưng nhiều nhà chế tạo sản
phẩm UHF đã tìm ra các cách để thiết kế thẻ, ăng-ten, và đầu đọc nhằm duy trì
được hiệu suất cao ngay cả trong các môi trường có điều kiện khó khăn. Các thẻ
UHF thụ động dễ chế tạo và chi phí sản xuất cũng rẻ hơn so với các thẻ LF và
HF.
UHF RFID được sử dụng trong đa dạng các ứng dụng, từ quản lý việc
kiểm kê hàng hóa trong các hoạt động bán lẻ tới chống hàng dược phẩm giả, hay
cài đặt cấu hình cho các thiết bị không dây. Phần lớn các dự án RFID mới đang
sử dụng UHF đều trái với LF và HF, tạo ra sự phân khúc nhanh nhất trong thị
trường RFID.
Nhóm UHF được quy định bởi một tiêu chuẩn toàn cầu gọi là tiêu chuẩn
ECPglobal Gen2 (ISO 18000-6C) UHF.

10


b.
•

Hình 2.3 Giới thiệu về các thông số của giải tần số UHF, HF và LF trong RFID

Hệ thống RFID chủ động, thụ động và BAP
Các hệ thống chủ động

•

Tại các hệ thống RFID chủ động , các thẻ tự có cho riêng mình hệ thống
điều khiển và nguồn năng lượng. Thường thường thì nguồn năng lượng đó chính
là Pin. Các thẻ chủ động sẽ truyền đi các tín hiệu của chúng để chuyển thành
thông tin rồi được lưu trữ trong các mạch vi xử lý của chúng.
Hệ thống RFID chủ động hoạt động điển hình trong nhóm UHF và cung
cấp phạm vi đọc lên đến 100 mét. Nhìn chung, các thẻ chủ động được sử dụng
cho nhiều mục đích như các xe đường sắt, các container lớn tái sửu dụng, và các
tài sản khác cần được theo dõi ở khoảng cách dài.
Có hai loại thẻ chủ động chính là: các hệ thống tiếp sóng và đèn hiệu. Các
hệ thống tiếp sóng được đánh thức khi chúng nhận được tín hiệu radio từ một
đầu đọc, và sau đó năng lượng sẽ bật và phản ứng lại bằng việc truyền tín hiệu
quay trở lại. Bởi vì tiết kiệm Pin, nên hệ thống tiếp sóng sẽ không tích cực phát
ra sóng radio cho đến khi chúng nhận được tín hiệu từ đầu đọc.
Các đèn hiệu được sử dụng ở đa số các hệ thống định vị thời gian thực
(RTLS), cốt để việc theo dõi chính xác vị trí của một tài sản được thực hiện liên
tục. Không giống với các hệ thống tiếp sóng, đèn hiệu không được bật bởi tín
hiệu của đầu đọc. Thay vào đó, chúng nhả ra các tín hiệu tại các khoảng thời
gian được đặt trước. Phụ thuộc vào cấp độ của việc yêu cầu chính xác địa điểm,
các đèn hiệu có thể được thiết lập để nhả ra tín hiệu mỗi lần trong vài giây, hoặc
một lần mỗi ngày. Mỗi tín hiệu đèn hiệu được nhận bởi các ăng-ten đầu đọc được
đặt xung quanh chu vi của các khu vực đang bị giám sát, và liên kết với thông tin
ID của thẻ và vị trí.
Hệ thống RFID thụ động

11

Trong các hệ thống RFID thụ động, đầu đọc và các ăng-ten đầu đọc gửi
tín hiệu radio đến thẻ. Thẻ RFID sau đó sử dụng tín hiệu được truyền để bật
nguồn năng lượng, và phản xạ năng lượng ngược trở lại đầu đọc.

•

Các hệ thống RFID thụ động có thể hoạt động ở các nhóm tần số thấp
(LF), tần số cao (HF), hay tần số siêu cao (UHF). Khi các phạm vi của hệ thống
thụ động bị giới hạn bởi năng lượng của backscatter của thẻ (tín hiệu radio phản
xạ từ thẻ quay trở lại đầu đọc), thì phạm vi của chúng ít hơn 10 mét. Bởi các thẻ
thụ động không yêu cầu nguồn năng lượng hay hệ thống điều khiển, mà chỉ yêu
cầu một thẻ chip và ăng-ten, nên chúng thường có chi phí rẻ hơn, nhỏ hơn và dễ
chế tạo hơn các thẻ chủ động.
Các thẻ thụ động có thể được đóng gói theo nhiều cách khác nhau, tùy
thuộc vào mỗi yêu cầu ứng dụng cụ thể. Lấy một ví dụ, chúng có thể được gắn
lên mọt chất nền, hoặc kẹp vào giữa một lớp chất dính và một nhãn giấy để tạo
ra các thẻ RFID thông minh. Các thẻ thụ động cũng có thể được gắn vào đa dạng
các thiết bị hoặc đóng gói để tạo ra thẻ có thể chịu được các điều kiện nhiệt độ
cực đoan hay các chất hóa học gay gắt.
Các giải pháp RFID thụ động hữu ích cho nhiều ứng dụng, và thường
được triển khai để theo dõi hàng hóa trong chuỗi cung ứng, để kiểm kê số lượng
tài sản trong nền công nghiệp bán lẻ, để xác nhận các sản phẩm như dược
phẩm,.. và để gắn vào năng lực RFID trong hàng loạt các thiết bị. Hệ thống
RFID thụ động thậm chí có thể được sử dụng trong các nhà kho và các trung tâm
phân phối, mặc dù phạm vi của nó ngắn hơn, bằng việc đặt các đầu đọc tại các
điểm nhất định để theo dõi qúa trình vận chuyển tài sản.
Các hệ thống trợ Pin thụ động (BAP)
Các thẻ BAP RFID là một loại thẻ thụ động kết hợp với một đặc trưng vô

cùng quan trọng của thẻ chủ động. Trong khi đa số các thẻ thụ động RFID sử
dụng năng lượng từ tín hiệu của đầu đọc RFID để kích hoạt con chip của thẻ và
tán xạ chúng tới đầu đọc, thì các thẻ BAP lại sử dụng ngườn năng lượng tích
12


hợp (thường là Pin) để kích hoạt con chip, bởi vậy toàn bộ nguồn dữ liệu được
lưu trữ từ đầu đọc đều có thể được sử dụng cho việc tán xạ. Không giống các hệ
thống tiếp sóng, các thẻ BAP không tự có cho chúng hệ thống điều khiển.

Hình 2.4 Một số loại hệ thống RFID
2.1.4 Thiết bị đọc thẻ (Reader)
Một RFID reader là một thiết bị cho phép đọc hoặc ghi tới các thẻ RFID
thích hợp. Hành động ghi dữ liệu lên thẻ bởi một reader được gọi là công đoạn
tạo thẻ. Công đoạn tạo thẻ cùng với việc gắn thẻ đó lên một đối tượng nào đó
được gọi là quy trình đưa thẻ đi vào hoạt động. Quãng thời gian một reader có
thể phát xạ năng lượng RF để đọc các thẻ được gọi là chu trình hoạt động của
reader.
13


-

•

Reader là hệ thống thần kinh trung tâm của toàn bộ phần cứng hệ thống
RFID. Một reader có các thành phần chính dưới đây:
Bộ truyền tín hiệu
Bộ nhận tín hiệu
Bộ vi xử lý

Bộ nhớ
Các kênh vào/ra cho các cảm biến, bộ truyền động và bộ báo hiệu ở bên ngoài.
Khối điều khiển
Khối giao tiếp truyền thông
Khối nguồn
Dưới đây là hình minh họa cụ thể các thành phần đó trong một reader:

Hình 2.5 Các thành phần bên trong Reader [1]
Khối truyền tín hiệu
Bộ truyền tín hiệu của reader được sử dụng để truyền năng lượng điện
xoay chiều và chu kỳ xung thông qua anten của chính nó tới các thẻ nằm trong
phạm vi đọc của nó. Đây là một phần của bộ thu phát tín hiệu, là thành phần mà
chịu trách nhiệm gửi tín hiệu của reader tới môi trường xung quanh và nhận
thông tin trả lại từ thẻ thông qua anten của reader. Các cổng anten của reader sẽ
được kết nối tới thành phần thu phát của chính nó. Hiện nay, một vài reader
có thể hỗ trợ nên tới bốn cổng anten. Điều đó có nghĩa là reader có thể nhận dạng
được nhiều thẻ tại cùng một thời điểm.
14


•

Khối nhận tín hiệu

•

Thành phần này cũng là một phần của khối thu phát. Nó nhận các tín hiệu
tương tự từ thẻ thông qua anten của reader. Sau đó nó gửi các tín hiệu này tới bộ
vi xử lý của reader, ở đó nó sẽ thực hiện chuyển đổi sang định dạng số.
Khối vi xử lý

•

Thành phần này chịu trách nhiệm thực hiện các giao thức của reader để
liên lạc với từng loại thẻ phù hợp. Nó sẽ thực hiện giải mã và kiểm tra lỗi của
các tín hiệu tương tự từ bộ nhận tín hiệu. Ngoài ra, nó còn bao gồm thêm logic
tùy chỉnh để lọc mức thấp và xử lý dữ liệu đọc được từ thẻ.
Khối bộ nhớ

•

Bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ dữ liệu chẳng hạn như các thông số cấu
hình của reader và danh sách các thẻ có thể đọc được. Nếu như kết nối giữa
reader và thành phần điều
khiển hoặc hệ thống phần mềm bị ngắt,thì tất cả
dữ liệu đọc được từ thẻ sẽ bị mất.
Các kênh vào/ra cho các cảm biến, bộ truyền động và bộ báo hiệu ở bên
ngoài.
Các reader không phải luôn hoạt động để đọc thẻ tại tất cả các thời điểm.
Xét cho cùng, thì các thẻ chỉ phải xuất hiện tại các thời điểm chính trong vùng
đọc của nó, và cũng để cho reader được rảnh rỗi để tiết kiệm năng lượng. Chính
vì mục đích đó mà ta phải sử dụng thành phần này. Nó cung cấp một kết cấu cơ
học để bật hay tắt reader phụ thuộc vào các sự kiện ở bên ngoài. Thông thường ta
hay gặp các loại cảm biến, chẳng hạn như một cảm biến chuyển động hay một
cảm biến ánh sáng, để phát hiện sự hiện diện của các đối tượng được gắn thẻ
trong vùng đọc của reader. Sau đó cảm biến có thể thiết lập reader để đọc thẻ
này. Tương tự, thành phần này cũng cho phép reader cung cấp một vài đầu ra nội
bộ phụ thuộc vào một vài điều kiện nào đó qua một bộ báo hiệu (ví dụ như, phát
ra một âm thanh cảnh báo).
Khối điều khiển

15


•

Khối điều khiển là một thực thể mà cho phép một thực thể ở bên ngoài,
hoặc là con người hoặc là một chương trình máy tính, thực hiện liên lạc
với reader và điều khiển các chức năng của nó cũng như điều khiển bộ
báo hiệu và bộ truyền động được kết hợp với reader đó. Thông
thường,các nhà sản xuất sẽ tích hợp thành phần này vào bên trong bản
thân reader (ví dụ như firmware). Tuy nhiên, nó cũng có thể được đóng
gói lại như một thành phần phần cứng hoặc phần mềm riêng biệt mà người
sử dụng sẽ phải mua nó đi kèm cùng với reader.
Khối giao tiếp truyền thông

•

Thành phần giao tiếp truyền thông cung cấp cách thức truyền thông tin tới
reader, cho phép nó tương tác với các thực thể ở bên ngoài, thông qua một thành
phần điều khiển, để chuyển dữ liệu lưu trữ trong nó và để nhận lệnh và gửi trở lại
các phản hồi tương ứng. Thực thể này có các đặc tính quan trọng khiến nó cần
phải được chế tạo ra như một thành phần độc lập. Một reader cũng có thể có kiểu
truyền thông nối tiếp giống như giao tiếp mạng máy tính ta thường thấy. Đó là
kiểu giao tiếp có khả năng phổ biến thịnh hành nhất trong các kiểu giao
tiếp có thể của reader , tuy nhiên các phiên bản reader sắp tới đây lại đang phát
triển các giao diện mạng như là các chuẩn đặc trưng tiến tiến của tương lai.
Khối nguồn
Thành phần này thực hiện việc cung cấp năng lượng để nuôi các thành
phần khác trên reader
2.1.5 Anten của thiết bị đọc thẻ

Reader truyền thông với tag thông qua anten của reader, là một thiết bị
riêng mà nó được gắn vào reader tại một trong những cổng anten của nó bằng
cáp. Khối phát tín hiệu trên reader sẽ điều khiển anten phát đi tín hiệu RF ra bên
ngoài xung quanh nó và nhận về thông tin phản hồi từ thẻ. Do đó anten có một vị
trí quan trọng tương đương với reader trong hệ thống RFID. Thông thường trong
thực tế anten thường được chế tạo theo cách quấn dây theo dạng hình vuông,
16


hoặc cũng có thể chế tạo theo kiểu các đường mạch PCB. Dưới đây là một số
hình ảnh trong thực tế về anten của reader của các hãng chế tạo nổi tiếng.

Hình 2.6 Anten UHF phân cực của reader được sản xuất bởi Alien Technology

Hình 2.7 Mô hình anten méo, nhô [3]
2.1.6 Phương thức làm việc của RFID
Một hệ thống RFID có ba thành phần cơ bản: tag, đầu đọc, và một máy
chủ. Tag RFID gồm chip bán dẫn nhỏ và anten được thu nhỏ trong một số hình
thức đóng gói. Vài tag RFID giống như những nhãn giấy và được ứng dụng để
bỏ vào hộp và đóng gói. Một số khác được dán vào các vách của các thùng
chứa làm bằng plastic. Còn một số khác được xây dựng thành miếng da bao cổ
tay. Mỗi tag được lập trình với một nhận dạng duy nhất cho phép theo dõi
không dây đối tượng hoặc con người đang gắn tag đó. Bởi vì các chip được sử
dụng trong tag RFID có thể giữ một số lượng lớn dữ liệu, chúng có thể chứa
17


thông tin như chuỗi số, thời dấu, hướng dẫn cấu hình, dữ liệu kỹ thuật, sổ sách y
học, và lịch trình. Cũng như phát sóng tivi hay radio, hệ thống RFID cũng sử
dụng bốn băng thông tần số chính: tần số thấp (LF), tần số cao (HF), siêu cao tần

(UHF) hoặc sóng cực ngắn (viba). Các hệ thống trong siêu thị ngày nay hoạt
động ở băng thông UHF, trong khi các hệ thống RFID cũ sử dụng băng thông
LF và HF. Băng thông viba đang được để dành cho các ứng dụng trong tương
lai.
Các tag có thể được cấp nguồn bởi một bộ pin thu nhỏ trong tag (các tag
tích cực) hoặc bởi reader mà nó “wake up” (đánh thức) tag để yêu cầu trả lời khi
tag đang trong phạm vi (tag thụ động). Tag tích cực đọc xa 100 feet tính từ
reader và có thể là tag RW (với bộ nhớ được viết lên và xóa như một ổ cứng
máy tính) hoặc là tag RO. Tag thụ động có thể được đọc xa reader 20 feet và có
bộ nhớ RO. Kích thước tag, giá cả, dải đọc, độ chính xác đọc/ghi, tốc độ dữ liệu
và chức năng hệ thống thay đổi theo đặc điểm nêu ra trong thiết kế và dải tần
hệ thống FRID sử dụng.
Reader gồm một anten liên lạc với tag và một đơn vị đo điện tử học đã
được nối mạng với máy chủ. Đơn vị đo tiếp sóng giữa máy chủ và tất cả các
tag trong phạm vi đọc của anten, cho phép một đầu đọc liên lạc đồng thời với
hàng trăm tag.Nó cũng thực thi các chức năng bảo mật như mã hóa/ giải mã và
xác thực người dùng. Reader có thể phát hiện tag ngay cả khi không nhìn thấy
chúng. Hầu hết các mạng RFID gồm nhiều tag và nhiều đầu đọc được nối
mạng với nhau bởi một máy tính trung tâm, hầu như thường là một trạm làm
việc gọn để bàn. Máy chủ xử lý dữ liệu mà các reader thu thập từ các tag và dịch
nó giữa mạng RFID và các hệ thống công nghệ thông tin lớn hơn, mà nơi đó
quản lý dây chuyền hoặc cơ sở dữ liệu quản lý có thể thực thi. Middleware là
phần mềm nối hệ thống RFID với một hệ thống IT quản lý luồng dữ liệu.

18


•
•
•

Hình 2.8 Hoạt động giữa tag và RFID [1]
2.1.7 Giao tiếp giữa thiết bị đọc thẻ và thẻ
Tùy thuộc vào kiểu thẻ sử dụng,giao tiếp truyền thông tin giữa một reader và
một thẻ có thể là một trong các cách dưới đây:
Kiểu điều chế backscatter
Kiểu transmitter
Kiểu transponder
a. Kiểu điều chế backscatter
Phương pháp truyền thông tin theo kiểu điều chế backscatter được triển khai
với cả các thẻ thụ động cũng như là với các thẻ bán tích cực. Trong kiểu truyền
thông tin này, reader gửi đi một tín hiệu sóng liên tục (CW) RF có bao gồm thêm
tín hiệu năng lượng điện xoay chiều và tín hiệu xung tới thẻ tại tần số của sóng
mang (là tần số mà tại đó reader hoạt động). Thông qua đầu nối vật lý , anten của
thẻ sẽ cung cấp năng lượng tới vi chip trên thẻ. Thông thường để phục vụ cho mục
đích đọc thẻ,thành phần vi chip phải được đưa lên tới mức điện áp
1.2 vôn. Còn để thực hiện ghi, vi chip thường phải đưa lên khoảng 2.2 vôn từ tín
hiệu của reader. Sau đó vi chip thực hiện điều chế hoặc phân chia tín hiệu đầu vào
thành một dãy các mẫu on và off biểu thị dữ liệu của nó và thực hiện truyền dữ liệu
đó trở lại. Khi reader nhận được tín hiệu đã được điều chế này, nó thực hiện giải mã
mẫu và nhận được dữ liệu trên thẻ.
19


Do đó, trong phương pháp truyền thông tin theo kiểu điều chế backscatter,
reader luôn luôn phải thực hiện "bắt chuyện" trước ,tiếp sau đó mới tới phiên thẻ.
Thẻ sử dụng kiểu truyền thông này sẽ không thể liên lạc được tại các thời
điểm vắng mặt reader bởi vì nó phụ thuộc vào lượng năng lượng có trên reader để
truyền dữ liệu của bản thân nó. Hình dưới minh họa kiểu truyền thông backscatter.

Hình 2.9 Điều chế backscatter [3]
b. Kiểu điều chế transmitter
Kiểu truyền thông tin này chỉ được triển khai với các thẻ tích cực. Trong kiểu
truyền thông này, thẻ phát đi các thông điệp của nó tới môi trường xung quanh theo
các khoảng cách chuẩn, bất chấp có sự hiện diện hay vắng mặt reader. Do đó,trong
kiểu truyền thông tin này, thẻ luôn luôn phải thực hiện "bắt chuyện" trước reader.
Hình dưới minh họa phương pháp truyền thông tin theo kiểu transmitter.

c.

Hình 2.10 Kiểu transmitter [3]
Kiểu điều chế transponder
Kiểu truyền thông tin này được triển khai với kiểu thẻ đặc biệt có tên gọi là
transponder. Trong kiểu truyền thông tin này, thẻ thường ở trạng thái "ngủ" khi
20


•

không có truy vấn từ bất cứ reader nào. Trong trạng thái này, thẻ phải gửi đi theo
chu kỳ một thông điệp để kiểm tra xem có reader nào đang lắng nghe nó không.
Khi một reader nhận được chẳng hạn một thông điệp truy vấn, nó có thể "đánh
thức " thẻ để nó kết thúc trạng thái ”ngủ”. Khi thẻ nhận được lệnh này từ reader, nó
thoát khỏi trạng thái hiện tại và bắt đầu hoạt động trở lại như một thẻ transmitter ở
trên. Dữ liệu trên thẻ chỉ được gửi đi khi có một reader cụ thể truy vấn nó. Hình
dưới chỉ ra kiểu truyền thông tin transponder.
2.1.8 Các ứng dụng RFID
RFID là một công nghệ có tính ưu việt cao, giúp việc quản lý được diễn ra dễ
dàng, thuận lợi và nhanh chóng hơn. Trên đây chỉ là một vài ứng dung của công
nghệ này trong quản lý.

Trong giao thông
Ở nước ngoài, công nghệ này thường được dùng để thu phí giao thông đường
bộ một cách tự động. Với tần số là 900 Mhz và 2.45 Ghz, thẻ RFID được gắn trực
tiếp trên xe, đầu đọc thẻ sẽ được gắn ở trạm. Khi xe chạy qua, đầu đọc sẽ nhận
dạng và tự động trừ phí. Đây chính là một trong những giải pháp tối ưu khắc phục
tình trạng kẹt xe ở các trạm thu phí. Đồng thời hạn chế được sự thất thoát xảy ra
khi thu phí bằng các hình thức truyền thống.

21


•

Hình 2.11 Ví dụ về ứng dụng của công nghệ RFID trong giao thông
Trong quản lý kho hàng
Với công nghệ RFID cho phép việc kiểm tra hàng trong kho một cách dễ
dàng và thuận tiện hơn. Đặc biệt là đối với các sản phẩm cồng kềnh và có trọng
lượng khá nặng. Bạn chỉ cần dán nhãn RFID vào các sản phẩm, cuối mỗi ngày làm
việc bạn tiến hành kiểm hàng bằng cách mở thiết bị quét RFID lên. Thiết bị này sẽ
giúp bạn kiểm tra kho và đưa ra những dữ liệu của tất cả các hàng hoá. Sau đó bạn
chỉ việc đưa những dữ liệu này vào máy tính xử lý qua phần mềm kiểm kho. Việc
áp dụng công nghệ này sẽ giúp bạn tiết kiệm khá nhiều thời gian, nhân công và chi
phí dùng để kiểm kho. Đồng thời loại bỏ được những mặt hạn chế khi dùng cách
kiểm tra hàng hoá như trước đây.
Nhập kho:
Sau khi sản phẩm đã trải qua quá trình kiểm tra, sản phẩm sẽ được phân loại và
chuyển vào kho:

22

Hình 2.12 Quy trình nhập kho
Xuất kho:

•

Hình 2.13 Quy trình xuất kho
Trong quản lý lưu thông hàng hoá
Có thể nói đây là một ứng dụng vô cùng hoàn hảo khi kết hợp cùng với
Internet, gprs và cloud. Công nghệ này cho phép bạn có thể dễ dàng theo dõi các
món hàng của bạn đã được đưa đến đâu trong lộ trình di chuyển. Ngoài ra, bạn sẽ
dễ dàng kiểm soát các sản phẩm, hàng hoá giá trị trong quá trình vận chuyển đường
dài. Ứng dụng công nghệ này sẽ giúp bạn giải quyết được những mặt hạn chế trong
việc quản lý sự lưu thông hàng hoá - một trong những vấn đề khiến các doanh
nghiệp phải đau đầu.

Hình 2.14 Ứng dụng RFID quản lý lưu thông hàng hoá dễ dàng hơn
23


•

Trong thư viện
Chúng ta thường phải đối mặt với những bất cập thường thấy ở các thư viện
truyền thống như việc tra cứu tài liệu, mượn và trả sách luôn gặp khó khăn. Điều
này khiến cho các thư viện tốn nhiều thời gian và nhân công mà còn dễ bị thất lạc
sách và người đọc khó có thể tra cứu những tài liệu cần dùng. RFID ra đời giúp
người dùng khắc phục những khó khăn đó. Bạn chỉ cần dán nhãn RFID vào những
quyển sách, tiếp đến là đưa đến trạm lập trình. Ở đây sau khi điền các thông tin cần
thiết, chip RFID sẽ ở tình trạng luôn kích hoạt. Sách sẽ được chuyển về kho đặt

trên những kệ sách và bạn có thể mượn sách một cách dễ dàng.

Hình 2.15 Công nghệ RFID được ứng dụng trong quản lý thư viện
Bên cạnh những ứng dụng nổi bật đó còn rất nhiều những ứng dụng thiết
thực cho quản lý như: quản lý nhà máy, quản lý chấm công, quản lý bãi giữ xe,
quản lý nhà ăn, quản lý sinh viên, quản lý bệnh viện, khóa cửa dùng công nghệ
RFID, chống trộm xe honda…
2.1.9 Ưu, nhược điểm của hệ thống RFID
*Ưu điểm:
Không phải sắp xếp: Lưu dấu, kiểm soát các đối tượng mà không cần phải
sắp xếp. Điều này tiết kiệm thời gian xử lý dữ liệu hệ thống rất nhiều.
Kiểm kê với tốc độ cao mà không cần tiếp xúc: Nhiều đối tượng có thể được quét
24


*Nhược điểm:
- Giá cao: Nhược điểm chính của công nghệ RFID là giá cao.
- Dễ bị ảnh hưởng: có thể làm tổn hại hệ thống RFID bởi việc phủ vật liệu bảo vệ
từ 2 đến 3 lớp kim loại thông thường để ngăn chặn tín hiệu radio.
- Việc thủ tiêu các tag: các tag RFID được dán bên trong bao bì và được phô ra dễ
thủ tiêu. Điều này có nghĩa là sẽ có nhiều vấn đề khi người sử dụng biết rõ hơn về
vai trò của thẻ tag.
- Những liên quan riêng người sử dụng: Vấn đề với hệ thống RFID thư viện ngày
nay là các tag chứa thông tin tĩnh mà nó có thể được đọc dễ dàng bằng các đầu đọc
tag trái phép.
- Đụng độ đầu đọc: Tín hiệu từ một đầu đọc có thể giao tiếp với tín hiệu từ nơi khác
mà nơi đó tin tức chồng chéo nhau. Điều này được gọi là đụng độ đầu đọc. Một
phương pháp tránh vấn đề này là sử dụng kỹ thuật phân chia thời gian đa truy cập
(TDTM).
2.2 Giới thiệu về modul đọc thẻ RFID-RC522

2.2.1 Mô tả
Module RFID RC522 là 1 modul sử dụng IC MFRC522 của Phillip dùng để
đọc và ghi dữ liệu cho thẻ NFC tần số 13.56mhz, với mức giá rẻ thiết kế nhỏ gọn,
module này là sự lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng về ghi đọc thẻ RFID.

Hình 2.16 Modul RFID RC522
25