NGHIÊN cứu và xây DỰNG hệ THỐNG THU PHÍ ĐƯỜNG bộ DÙNG CÔNG NGHỆ RFID (có code)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG
HỆ THỐNG THU PHÍ ĐƯỜNG BỘ
DÙNG CÔNG NGHỆ RFID

1


MỤC LỤC

2


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

BOT

Build-Operate-Transfer

CSDL

Cơ Sở Dữ Liệu

DCE

Data Circuit Terminating Equipment

DTE

Data Terminal Equipment

EAS

Electronic Artcle Surveillance

EIA

Electronic Industry Association

EPC

Electronic Product Code Network

HF

High Frequency

IFF

Identification Friend or Foe

LF

Low Frequency

RFID

Radio Frequency Identification

TIA

Telecommunications Industry Association

UART

Universal Asynchronous Receiver - Transmitter

UHF

Ultra High Frequency

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 4/90

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THU PHÍ ĐƯỜNG BỘ
1.1 Giới thiệu đề tài
Hệ thống mạng lưới giao thông đường bộ đóng một vai trò hết sức quan trọng
trong quá trình phát triển và hội nhập, sau khi xây dựng thì một trong những vấn đê
quan trọng là làm sao quản lý đạt hiệu quả. Trong những năm qua, hầu hết các trạm thu
phí của nước ta được thực hiện theo phương pháp thủ công, việc bán và soát vé phải có
nhân viên trực mỗi làn đường. Điêu này đã làm chậm lại quá trình lưu thông của xe khi
qua trạm, chi phí nhân công cao, khó khăn trong quản lý và số thu thực tế,… với sự
phát triển không ngừng của cuộc các mạng công nghệ lần thứ tư. Công nghệ thông tin
được ứng dụng trong rất nhiêu lĩnh vực khác nhau. Với khả năng ứng dụng rộng rãi
cùng với những chính sách phát triển, nâng cao chất lượng dịch vụ. Việc đưa công

nghệ tin học vào hỗ trợ các công việc quản lý đăng kiểm các phương tiện giao thông đã
được mọi người chú ý tới. Ứng dụng này nhằm giảm tải được công việc đăng kiểm,
quản lý một cách hiểu quả và khoa học. Và hệ thống thu phí đường bộ tự động hiện
đang là mô hình phổ biến tại nhiêu quốc gia trên thế giới.
Xuất phát từ những nhu cầu đó, đê tài nghiên cứu và xây dựng hệ thống thu phí
đường bộ dùng công nghệ RFID đã được em tìm hiểu và thực hiện. Hệ thống trên giúp
nâng cao chất lượng quản lý, thu phí đường bộ và hổ trợ trong việc kiểm soát và cập
nhật thông tin quản lý vê phương tiên giao thông. Sử dụng công nghệ nhận dạng bằng
tần số vô tuyến là công nghệ cho phép đọc dữ liệu lưu trữ trong thẻ ở phạm vi ngắn mà
không cần tiếp xúc trực tiếp. Trọng tâm của đê tài nghiên cứu là phân tích hệ thống
quản lý phương tiện giao thông và thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID.

Nghiên Cứu Và Xây Dựng Hệ Thống
Thu Phí Đường Bộ Dùng Công Nghệ RFID


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 5/90

1.2 Mục đích nghiên cứu của đề tài
• Trình bày lượng kiến thức mà em đã tích luỹ được trong thời gian học tập
tại trường.
• Tìm hiểu vê ứng dụng của công nghệ trong công việc thu phí đường bộ.
• Nâng cao khả năng tư duy và nghiên cứu của bản thân, khả năng tiếp cận
và giải quyết vấn đê.
• Qua đó có được cái nhìn sâu sắc hơn và rõ nét hơn vê hệ thống thu phí
đường bộ thông minh dùng công nghệ RFID.
1.3

Hệ thống thu phí đường bộ cũ

1.3.1 Nhược điểm
Hệ thống quản lý và cập nhật thông tin về các phương tiện giao thông chưa chặt
chẽ: hệ thống quản lý phương tiện giao thông tại Việt Nam còn mang tính chấp cục bộ,
thiếu sự đồng bộ và chặt chẽ giữa các địa phương. Việc kiểm soát đăng kiểm và cập
nhật thông tin phương tiện và thu phí đường bộ vẫn còn được thực hiện một cách thủ
công nhiêu thủ tục phức tạp. Tiêu tốn thời gian cho cả bên quản lý đăng kiểm cũng như
chủ sở hữu phương tiện và cơ quan kiểm soát.

Hình 1.1: Trạm thu phí đường bộ kiểu cũ.

Nghiên Cứu Và Xây Dựng Hệ Thống
Thu Phí Đường Bộ Dùng Công Nghệ RFID


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 6/90

Việc kiểm soát các phương tiện và chủ sở hữu còn khá bất cập: Các cơ quan kiểm
soát (công an giao thông, quản lý đường bộ ...) còn gặp nhiêu khó khăn trong việc cập
nhật và kiểm soát thông tin vê các phương tiện cũng như chủ sở hửu phương tiện.Việc
kiểm soát sẽ được thực hiện dễ dàng hơn khi cơ sở dữ liệu mang tính thống nhất và
toàn diện.
Hình thức thu phí thủ công không còn hiệu quả trong thời kì đổi mới: Chính sách
thu phí đường bộ của nước ta hiện nay còn mang tính địa phương. Gây nhiêu tranh cải
trong thời gian gần đây. Việc thu phí gặp nhiêu khó khăn cho cả bên thu lẫn bên đóng.
Các phương tiện chờ qua trạm thu phí gây ùn tắc giao thông.

Hình 1.2: Hệ thống thu phí đường bộ có thể gây ùn tắc.
1.3.2 Các giải pháp hợp lý được kiến nghị

Để đáp ứng và khắc phục các nhược điểm của hệ thống thu phí kiểu cũ thì:
•

Hệ thống quản lý phương tiện giao thông phải mang tính chất đồng bộ và
thống nhất giữa các ban ngành và địa phương.
• Đối với các cơ quan kiểm soát cần phải có thiết bị truy cập vào hệ thống
thông tin.
• Chủ phương tiện sẽ được tiếp xúc và hướng dẫn cách sử dụng công nghệ
mới, việc qua trạm thu phí sẽ nhanh và đơn giản hơn.
Nghiên Cứu Và Xây Dựng Hệ Thống
Thu Phí Đường Bộ Dùng Công Nghệ RFID


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 7/90

1.4

Hệ thống thu phí đường bộ dùng công nghệ mới

1.4.1 Những yêu cầu của hệ thống thu phí đường bộ cần
Hệ thống phải lưu trữ thông tin liên quan đến phương tiện: Chủ phương tiện,
thông tin phương tiện, … đảm bảo lưu trữ dữ liệu chặt chẽ, truy cập nhanh chóng.
Việc tìm kiếm và cập nhật thông tin phương tiện được thực hiện một cách dễ dàng
và động bộ.
Hệ thống thu phí đường bộ được thực hiện một cách minh bạch. Thống kê được
quá trình đăng kí và báo cáo thu phí.
1.4.2 Mô tả về hệ thống
Đăng nhập hệ thống: Chức năng này bắt đầu khi người dùng muốn cập nhật và tra
cứu thông tin. Hệ thống yêu cầu người dùng nhập tên và mật khẩu để truy cập vào hệ

thống.
Quản lý nhân viên: Chức năng dùng để quản lý người dùng hệ thống khi người
dùng muốn cập nhật hoặc tra cứu thông tin.
Quản lý người sử dụng và phương tiện giao thông: Chức năng này bao gồm quản
lý chủ sở hữu phương tiện, quản lý phương tiện, tra cứu thông tin, thay đổi và cập nhật
thông tin, …
Quản lý thu phí đường bộ: bao gồm quản lý phí, thống kê và báo cáo thu phí, …

Nghiên Cứu Và Xây Dựng Hệ Thống
Thu Phí Đường Bộ Dùng Công Nghệ RFID


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 8/90

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ RFID
2.1 Giới thiệu lịch sử hình thành và phát triển của công nghệ RFID
2.1.1 Giai đoạn từ năm 1880 đến năm 1960
Bảng 2.1: Giai đoạn từ năm 1880 đến năm 1960.
Năm

Các sự kiện

1880

Bắt đầu xuất hiện nên tản vê năng lượng điện từ.

1897

Gulielmo Marconi sáng chế ra radio.

1922

Sự ra đời của kĩ thuật RFID đầu tiên.

1937

NRL đã phát triển hệ thống IFF.

1950

RFID được nghiên cứu trong labs.

1958

Jack Kibly đã chế tạo được mạch tích hợp.
Công nghệ RFID có nguồn gốc từ năm 1897 khi Guglielmo Marconi đã phát

hiện ra sóng radio. RFID áp dụng các nguyên tắc vật lý cơ bản như truyên phát radio,
sóng radio một dạng năng lượng điện từ truyên và nhận dạng dữ liệu khác nhau. Dần
sau đến 1930 lịch sử phát triển RFID có sự chuyển biến rõ rệt.
Lần đầu tiên một công nghệ tương tự RFID ra đời, đó là bộ tách sóng IFF
(Identification Friend or Foe) được phát minh năm 1937 bởi người Anh và được quân
đồng minh sử dụng trong Thế Chiến lần thứ II để nhận dạng máy bay ta và địch. Kỹ
thuật này trở thành nên tảng cho hệ thống kiểm soát không lưu.

Nghiên Cứu Và Xây Dựng Hệ Thống
Thu Phí Đường Bộ Dùng Công Nghệ RFID

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 9/90

2.1.2 Giai đoạn từ năm 1960 đến năm 1990
Bảng 2.2: Giai đoạn từ năm 1960 đến năm 1990.
Năm

Các sự kiện

1960

Xuất hiện hệ thống nhận biết điện từ Electronic Artcle Surveillance.

1970

Những bằng sáng chế vê RFID liên tục được cấp.

1970-1980

Phát triển hệ thống quản lý đàn gia súc bằng RFID.

1987

Ứng dụng thương mại đầu tiên trong việc thu phí giao thông tại Nauy.

1989

Thu phí điện tử của hãng Dallas North Turnpike.
Cuối thập niên 60 đầu thập niên 70, bắt đầu xuất hiện những công ty giới thiệu

những ứng dụng mới cho RFID mà không quá phức tạp và đắt tiên. Ban đầu phát triển
những thiết bị giám sát điện tử (Electronic Artcle Surveillance – EAS) để kiểm soát
hàng (quần áo, sách, …)
Kỹ thuật RFID ngày càng được nhiêu người biết đến trong những thập niên 60
70. Bắt đầu xuất hiện nhiêu hơn những ứng dụng và kỹ thuật này càng được hoàn thiện
từ nhận biết trở thành nhận dạng.
Đến năm 1973, MarioCardullo (USA) chính thức trở thành người đầu tiên hoàn
thiện công nghệ RFID.
Việc khảo sát tỉ mỉ kỹ thuật radio được đem nghiên cứu và phát triển trong các
hoạt động thương mại cho đến thập niên 1960 và tiến triển rõ ràng vào những năm
1970 bởi các công ty, học viện và chính phủ Mỹ. Bộ năng lượng Los Alamos Nation
Laboratory đã phát triển hệ thống theo dõi nguyên liệu hạt nhân băng cách đặt thẻ vào
xe tải và đặt các đầu đọc tại các cổng của bộ phận bảo vệ. Đây là hệ thống được sử
dụng ngày nay trong các hệ thống tiển trả tiên lệ phí tự động.

Nghiên Cứu Và Xây Dựng Hệ Thống
Thu Phí Đường Bộ Dùng Công Nghệ RFID


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 10/90

RFID càng phát triển vào đầu những năm 80, có những ứng dụng rộng rãi trong
việc kiểm soát xe tại Mỹ hay đánh dấu đàn gia súc tại Châu Âu. Hệ thống RFID cũng
được ứng dụng trong việc nghiên cứu đời sống hoang dã, các thẻ RFID được gắn vào
trong những con vật, nhờ đó có thể lần theo dấu vết của chúng trong môi trường hoang
dã.
Đến thập niên 90, khi mà tần số UHF được sử dụng và thể hiện được những ưu
điểm của mình vê khoảng cách và tốc độ truyên dữ liệu thì công nghệ RFID đã đạt
được những thành tựu rực rỡ.

2.1.3 Giai đoạn từ năm 1990 – đến nay
Bảng 2.3: Giai đoạn từ năm 1990 đến nay.
Năm

Các sự kiện

1990

Hệ thống tàu lửa được trang bị công nghệ RFID tại Mỹ.
Thẻ UHF ra đời mở ra giải pháp sản xuất hàng loạt.

1991

Hãng Texas Instrument thành lập ra TIRIS (TI_RFID).

2000

Hệ thống bán hàng Wal-Mart đã ứng dụng công nghệ RFID.

2003

Kỹ thuật RFID đươc quân đội Mỹ sử dụng trong chiến tranh
IRAC.
Chuẩn EPCglobal được ra đời.
Cuối thế kỉ 20, số lượng các ứng dụng RFID hiện đại bắt đầu mở rộng theo hàm

mũ trên phạm vi toàn cầu. Dưới đây là một vài bước tiến quan trọng góp phần đẩy
mạnh sự phát triển này.
Texas Instrument đi tiên phong ở Mỹ.
Vào năm 1991, Texas Instrument đã đi tiên phong trong hệ thống RFID ở Mỹ,

công ty này đã tạo ra một hệ thống xác nhận và đăng kí Texas Instrument (TIRIS). Hệ

Nghiên Cứu Và Xây Dựng Hệ Thống
Thu Phí Đường Bộ Dùng Công Nghệ RFID


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 11/90

thống TI-RFID đã trở thành nên tảng cho phát triển và thực hiện những lớp mới của
ứng dụng RFID.
Châu Âu đã bắt đầu công nghệ RFID từ rất sớm với nhiêu công ty có thành công
trong lĩnh vực RFID như Texas Instrument (giới thiệu sản phẩm RFID), EM
Microelectronic-Marin công ty của The Swatch Group Ltd (đã thiế kế mạch tích hợp),
Microelectronic và Philips Semiconductors là hai nhà sản xuất lớn ở Châu Âu vê lĩnh
vực này.
Phát triển thẻ thụ động trong thập niên 90.
Các đây một vài năm các ứng dụng chủ yếu của thẻ RFID thụ động, thẻ dần được
sử dụng tần số siêu cao UHF là cho khoảng cách đo dần xa ra, tốc độ cũng được cải
thiện. vào thời điểm này EPCglobal được thành lập, EPCglobal đã hỗ trợ hệ thống mã
sản phẩm điện tử (Electronic Product Code Network EPC) hệ thống này đã trở thành
tiêu chuẩn cho xác nhận sản phẩm tự động.
2.2

Công nghệ RFID
RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng

công nghệ sóng vô tuyến, cho phép thiết bị đọc được thông tin chứa trong chip ở
khoảng cách xa mà không cần tiếp xúc trực tiếp, không thực hiện bất kì giao tiếp vật lý
nào giữa hai thẻ lưu trữ và thiế bị đọc. Công nghệ này cho ta phương pháp truyên nhận

dữ liệu từ một điểm đến một điểm khác.
Tần số hoạt động là một trong những thuộc tính quan trọng nhất của một hệ thống
RFID. Tại đó reader sẽ truyên đi các tín hiệu của nó. Trong hầu hết các trường hợp thì
tần số của một hệ thống RFID được quyết định bởi khoảng cách cần thiết để việc thực
hiện đọc thành công. Công nghệ này chủ yếu dùng ba loại tần số là: Tần số thấp LF, tần
số cao HF và tần số siêu cao là UHF.

Nghiên Cứu Và Xây Dựng Hệ Thống
Thu Phí Đường Bộ Dùng Công Nghệ RFID


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 12/90

Tần số thấp LF (Low Frequency): là các tần số nằm trong khoảng từ 30 KHz đến
300 KHz. Hệ thống dùng công nghệ RFID thông thường chỉ sử dụng trong phạm vi tần
số từ 125 KHz đến 134 KHz. Hệ thống dùng RFID ở tần số thấp này thường được sử
dụng các thẻ thụ động nên tốc độ truyên dữ liệu từ thẻ tới thiết bị đọc thẻ là rất thấp.
Tần số cao HF (High Frequency): là các tấn số nằm trong phạm vi từ 3 MHz đến
30 MHz. Trong đó tần số 13.56 MHz là tần số điển hình thường được sử dụng cho các
hệ thống RFID. Cũng giống như hệ thống RFID dùng tần số LF thì hệ thống HF dùng
RFID thường sử dụng các thẻ thụ động nên tốc độ truyên dữ liệu từ thẻ tới thiết bị đọc
cũng khá thấp. Ngày nay thì hệ thống dùng tần số HF được sử dụng khá rộng rãi.
Tần số siêu cao UHF (Ultra High Frequency): là các tần số nằm trong khoảng từ
300 MHz đến 1 GHz. Với tần số này thì hệ thống RFID dùng tần số UHF có thể sử
dụng được cả hai loại thẻ thụ động và tích cực. Hệ thống dùng tần số UHF RFID thụ
động thường hoạt động tại tần số 915 MHz tại Hoa Kì và 868 MHz tại các nước Châu
Âu. Còn ở hệ thống dùng UHF RFID tích cực hoạt động tại tần số 315 MHz và
433MHz. Hệ thống UHF có lợi thế có thể đạt được một tốc độ truyên nhận dữ liệu khá
nhanh giữa thẻ và thiết bị đọc. Tuy nhiên, phạm vi hoạt động của tần số này vẫn không

được chấp nhận sử dụng trên toàn thế giới.

Hình 2.1: Phổ tần số vô tuyến.

Một hệ thống RFID có ba thành phần cơ bản bao gồm: tag, đầu đọc và một máy
chủ. Dưới đây là chi tiết các thành phần trong một hệ thống RFID.
Nghiên Cứu Và Xây Dựng Hệ Thống
Thu Phí Đường Bộ Dùng Công Nghệ RFID


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 13/90

• Thẻ (tag).
• Thiết bị đọc thẻ.
• Anten của thiết bị đọc: Ngày nay một số đầu đọc đã được tích hợp anten
trực tiếp vào mạch. Kích thước của anten đã được giảm đi rất nhiêu.
• Các cảm biến, bộ truyên động, bộ báo hiệu
• Máy chủ và hệ thống phần mêm quản lý: Vê mặt lý thuyết một hệ thống
dùng công nghệ RFID có thể hoạt động độc lập mà không cần tới các
thành phần này. Tuy nhiên trong thực tế, nếu không có các thành phần này
thì hệ thống gần như vô giá trị.
• Cơ sở hạ tầng truyên thông: thành phần quan trọng này là một tập hợp cả
mạng có dây và không dây. Cơ sở hạ tầng nối tiếp để có thể kết nối các
thành phần đã liệt kê ở trên với nhau.
2.2.1 Thẻ Tag RFID
Chip nhớ là một chip thông minh cho phép lưu trữ dữ liệu và trao đổi thông tin
với bộ đọc. Các chip nhớ được sản xuất với những hình dáng khác nhau, đặc tính kỹ
thuật khác nhau để phù hợp với yêu cầu thực tế của các hệ thống tự động. Các thẻ
RFID có thể được phân thành hai loại khác nhau là thẻ thụ động, thẻ tích cực và thẻ

bán tích cực.
Thẻ thụ động không có nguồn nuôi tích hợp trên bảng mạch thẻ, nó sử dụng năng
lượng được phát ra từ đầu đọc để là nguồn năng lượng cho bản thân nó hoạt động. Thẻ
thụ động khá đơn giản vê cấu tạo và không có các bộ phận rời rạc.Thẻ thụ động có
phạm vi đọc khá đa dạng từ 1 inch (2.54 cm) đến 30 feet (xấp xỉ 9 mét). Thẻ thụ động
bao gồm: vi chip và anten.

Nghiên Cứu Và Xây Dựng Hệ Thống
Thu Phí Đường Bộ Dùng Công Nghệ RFID


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 14/90

Hình 2.2: Các thành phần của thẻ thụ động.
Các thẻ tích cực thì được tích hợp sẵn một nguồn năng lượng ở bên trong bảng
mạch thẻ. Một thẻ tích cực sử dụng nguồn năng lượng của chính nó để truyên dữ liệu
đến đầu đọc. Các bộ phận bên trong bao gồm vi xử lý, cảm biến và các cổng ra/vào.
Chúng ta có thể hiểu đơn giản nó giống như một chiếc máy tính không dây cộng thêm
một vài thuộc tính khác. Một thẻ tích cực bao gồm các thành phần như: vi chip, anten,
nguồn năng lượng nuôi thẻ và các thành phần điện tử.

Hình 2.3: Các loại thẻ đã được sản xuất hiện nay.

Nghiên Cứu Và Xây Dựng Hệ Thống
Thu Phí Đường Bộ Dùng Công Nghệ RFID


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 15/90

Thẻ bán tích cực còn gọi là thẻ bán thụ động cũng có một nguồn nuôi nằm trong
đó và cũng có các thành phần điện tử để thực hiện các chức năng đặc biệt. Tuy nhiên,
để truyên dữ liệu đi thẻ bán tích cực phải sử dụng nguồn năng lượng phát ra từ các đầu
đọc. Đây là một đặc điểm giống thẻ thụ động. Vậy tại sao lại dùng thẻ bán thụ động là
vì thẻ không sử dụng các tín hiệu của đầu đọc để kích thích bản thân nó. Do vậy, ngay
cả khi đối tượng được gắn thẻ đang di chuyển với một tốc độ lớn thì dữ liệu trên thẻ
vẫn có thể đọc được khi ta sử dụng thẻ bán thụ động.
2.2.2 Thiết bị đọc Reader RFID
Một thiết bị đọc thẻ RFID (reader) ngoài nhiệm vụ trao đổi thông tin với chip
nhớ, module reader còn cung cấp nguồn cho chip nhớ hoạt động dưới dạng sóng radio.
Module reader cũng được chế tạo với nhiêu chủng loại khác nhau để phù hợp với yêu
cầu công nghệ của các hệ thống tự động. Một Reader gồm các thành phần sau:

Hình 2.4: Các thành phần cấu tạo một thiết bị đọc RFID.

Nghiên Cứu Và Xây Dựng Hệ Thống
Thu Phí Đường Bộ Dùng Công Nghệ RFID


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 16/90

•
•
•
•
•
•
•

•

Bộ truyên tín hiệu.
Bộ nhận tín hiệu.
Bộ vi xử lý.
Bộ nhớ.
Các kênh vào/ra cho các cảm biến, bộ truyên động, bộ báo hiệu.
Khối điêu khiển.
Khối giao tiếp truyên thông.
Khối nguồn.

Bộ truyên tín hiệu được sử dụng để truyên năng lượng điện xoay chiêu và chu ky
xung thông qua anten tới các thẻ trong phạm vi đọc của nó. Đây là thành phần trong
khối thu phát tín hiệu. Hiện nay, một vài đầu đọc có thể đọc được nhiêu thẻ tại cùng
một thời điểm nhất định.
Bộ nhận tín hiệu cũng là một thành phần trong khối thu phát. Nó nhận các tín
hiệu từ thẻ thông qua anten. Sau đó gửi các tín hiệu này tới bộ vi xử lý. Ở đó nó có thể
thực hiện chuyển đổi sang định dạng số.
Bộ vi xử lý chịu trách nhiệm thực hiện các giao thức của đầu đọc để liên lạc với
từng loại thẻ phù hợp. Nó thực hiện giải mã và kiểm tra lỗi các các tín hiệu nhận được.
Ngoài ra nó còn có thêm các logic tuy chỉnh để lọc mức thấp và xử lý các dữ liệu đọc
được từ thẻ.
Bộ nhớ của một reader được sử dụng để lưu trữ dữ liệu như các thông số cấu hình
của đầu đọc và danh sách các thẻ có thể nhận được. Nếu như kết nối giữa reader đó với
các thành phần điêu khiển hoặc phần mêm bị ngắt thì tất cả các dữ liệu đọc được từ thẻ
sẽ bị mất.
Các reader không phải lúc nào cũng thực hiện công việc gửi và nhận dữ liệu liên
tục. Chính vì lý do đó mà kênh vào/ra cho cảm biến, bộ truyên động, bộ báo hiệu được
xuất hiện bên trong một mạch RFID nhằm tiết kiệm năng lượng khi nó hoạt động.
Thông thường ta hay gặp các loại cảm biến như cảm biến chuyển động, cảm biến ánh

Nghiên Cứu Và Xây Dựng Hệ Thống
Thu Phí Đường Bộ Dùng Công Nghệ RFID


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 17/90

sáng khi phát hiện có sự hiện diện của các thẻ trong vùng đọc của reader đó. Tương tự
với bộ cảm biến thì bộ báo hiệu được thiết lập phụ thuộc vào một vài điêu kiện nào đó
nhằm báo hiệu cho người sử dụng biết mạch hoạt động nhận và đọc thẻ thông qua báo
hiện đèn hoặc âm thanh.
Khối điêu khiển là một thực thể cho phép một chương trình máy tính thực hiện
liên lạc với reader đó điêu khiển các chức năng. Thông thường các nhà sản xuất sẽ tích
hợp thành phần này vào trong (ví dụ như firmware).
Khối giao tiếp truyên thông là thành phần giao tiếp cung cấp cách thức truyên
thông tin, cho phép nó tương tác với các thực thể bên ngoài thông qua thành phần điêu
khiển để truyên và nhận dữ liệu lưu trữ.
Khối nguồn thực hiện việc cung cấp năng lượng để nuôi các thành phần khác hoạt
động trên reader.

Hình 2.5: Hình mô tả cách mạch RFID hoạt động.
RFID hoạt động trên nguyên tắc: Dữ liệu được chứa trong Chip nhớ (Tag), dữ
liệu này được truyên thông qua tần số sóng vô tuyến trong phạm vi đọc của Reader nhờ
anten tích hợp sẵn trong nó. Module ASM là module trung gian có chức năng như một
bộ chuyển đổi, cho phép trao đổi thông tin giữa module reader và PC.

Nghiên Cứu Và Xây Dựng Hệ Thống
Thu Phí Đường Bộ Dùng Công Nghệ RFID

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 18/90

2.3

Ứng dụng của công nghệ RFID
RFID được ứng dụng trong các lĩnh vực: quản lý đối tượng, nhận sự; quản lý

hàng hoá bán lẻ trong siêu thị; nghiên cứu động vật học; quản lý hàng hoá trong xí
nghiệp, kho hàng…; quản lý các phương tiện giao thông qua trạm thu phí; lưu trữ
thông tin bệnh nhân trong y khoa; làm thẻ hộ chiếu, chứng minh nhân dân,… Nhiêu
công ty đã đang áp dụng thẻ RFID vào quản lý kinh doanh, kiểm soát tồn kho như:
Wal-Mart, Boeing, Toyota, Harley Davidson,…
Còn trong thu phí và kiểm soát giao thông thì RFID đúng nghĩa là một cuộc cách
mạng.Công nghệ RFID được đưa vào trạm thu phí để thực hiện những công việc sau:
Mỗi Chip nhớ sẽ chứa một mã số mang thông tin vê xe và chủ xe đang lưu thông. Khi
xe đi qua trạm thu phí thì đầu đọc được bố trí xung quanh trạm sẽ đọc mã số này và
truyên vê PC, sau đó mã số này sẽ được PC so sánh với mã số đã có sẵn trong cơ sở dữ
liệu của máy tính.
Sau đó toàn bộ thông tin vê xe mang Chip nhớ tương ứng sẽ được so sánh và hiển
thị. Chương trình lúc này sẽ tự động đối chiếu các thông tin vê xe và kiểm tra tài khoản
của chủ xe. Như vậy xe qua trạm sẽ bỏ qua được giai đoạn mua và soát vé đồng thời,
thời gian trao đổi dữ liệu giữa Chip nhớ và PC được diễn ra trong thời gian rất ngắn do
đó sẽ giảm thời gian lưu thông của xe khi qua trạm.
2.4

Mạch đọc và ghi thẻ RFID

2.4.1 Module đọc thẻ RC522
Module RFID-RC522 sử dụng IC MFRC522 có thể đọc được các loại thẻ có kết

nối không dây như NFC, thẻ từ (loại dùng làm thẻ giảm giá, thẻ xe bus, tàu điện
ngầm…).

Nghiên Cứu Và Xây Dựng Hệ Thống
Thu Phí Đường Bộ Dùng Công Nghệ RFID


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 19/90

Thông số kỹ thuật:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Điện áp hoạt động: 3.3V
Dòng điện hoạt động: 13-26 mA
Dòng tiêu thụ ở chế độ Stand by: 3.3V ; 10-13 mA
Sleep-mode: < 80uA
Tải tối đa: 30mA
Tần số hoạt động: 13.56 MHz
Khoảng cách hoạt động: 0~60 mm

Cổng giao tiếp SPI, tốc độ tối đa 10Mbps
Nhiệt độ hoạt động: -20 đến 80 độ C
Độ ẩm hoạt động: 5% - 95%
Hỗ trợ ISO/ IEC14443A/ MIFARE
Bảng 2.4: Sơ đồ chân module RFID-RC522.

Chân Kí hiệu

Mô tả

1

SDA (SS)

Chân lựa chọn chip khi giao tiếp SPI (kích hoạt ở mức thấp)

2

SCK

Chân xung trong chế độ SPI

3

MOSI (SDI)

Master Data Out – Slave In trong chế độ giao tiếp SPI

4

MISO (SDO)

Master Data In – Slave Out trong chế độ giao tiếp SPI

5

IRQ

Chân ngắt

6

GND

Chân nối đất

7

RST

Chân Reset module

8

3V3

Chân nguồn 3.3V

Nghiên Cứu Và Xây Dựng Hệ Thống
Thu Phí Đường Bộ Dùng Công Nghệ RFID

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 20/90

Hình 2.6: Module RFID-RC522.
2.4.2 Mạch chuyển RFID-RC522 sang UART
Mạch chuyển RFID-RC522 sang UART đã tích hợp sẵn tập lệnh AT giúp cho việc
giao tiếp với thẻ RFID trở nên cực kì đơn giản. Bất kì người sử dụng phổ thông nào
cũng có thể làm chủ mạch RFID RC522 với vài tập lệnh AT thông qua giao tiếp UART
quen thuộc. Mạch rất thích hợp với những người muốn tiếp cận thật nhanh với các dự
án vê thẻ RFID.
Mạch có 2 hàng rào kết nối. Hàng rào 8 chân dùng để kết nối với đầu đọc thẻ
MFRC522 (module RFID-RC522). Còn lại hàng rào 5 chân có sơ đồ chân như sau:
Bảng 2.5: Sơ đồ chân mạch chuyển RFID - RC522 sang UART.
Châ
n

Kí hiệu

Mô tả

1

GND

Chân nối đất

2

3v3

Điện áp 3.3V

3

RXD

Chân nhận dữ liệu

4

TXD

Chân truyên dữ liệu

5

IO

Chân ngắt

Nghiên Cứu Và Xây Dựng Hệ Thống
Thu Phí Đường Bộ Dùng Công Nghệ RFID


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 21/90

Mạch chuyển có hai LED trạng thái dùng để báo hiệu, LED 1 chớp tắt với chu kì

1 giây giúp báo hiệu mạch sẵn sàng hoạt động. LED 2 sẽ sáng khi phát hiện có thẻ
được đọc qua thiết bị.

LED 1

LED 2

Hình 2.7: Mạch chuyển RFID-RC522 sang UART.
Mạch chuyển này có những thông số kĩ thuật như sau:
•
•
•
•
•

Nguồn hoạt động: 3.3V
Chuẩn giao tiếp UART, baudrate 9600 hỗ trợ tập lệnh AT
Điện áp giao tiếp: hỗ trợ 3.3V hoặc 5V
Dòng điện tiêu thụ: < 10mA
Chip điêu khiển: STM8S003F3P6

2.4.3 Mạch chuyển USB UART CP2102
Mạch chuyển USB UART CP2102 sử dụng con chip CP2102 của hãng SILICON
LABS dùng để chuyển giao tiếp USB sang UART TTL và ngược lại. Hỗ trợ tốc độ
truyên: 300, 600, 1200, 1800, 2400, 4000, 4800, 7200, 9600, 14400, 16000, 19200,
28800, … và các loại tốc độ khác.
Bảng 2.6: Sơ đồ chân mạch chuyển USB UART CP2102.

Nghiên Cứu Và Xây Dựng Hệ Thống
Thu Phí Đường Bộ Dùng Công Nghệ RFID

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 22/90

Chân Kí hiệu

Mô tả

1

3v3

Điện áp 3.3V

2

DTR RST

Chân reset để nạp cho vi điêu khiển

3

5v

Nguồn điện dương (tối đa 500mA)

4

GND

Chân nối đất

5

RXD

Chân truyên dữ liệu UART, dùng kết nối
đến chân Rx của module khác.

6

TXD

Chân nhận dữ liệu UART, dùng kết nối
đến chân Tx của module khác.

Hình 2.8: Mạch chuyển USB UART CP2102.
Led nguồn trên mạch sẽ sáng khi được kết nối với máy tính, led Tx/Rx sẽ sáng
khi module nhận và gửi dữ liệu.
Để sử dụng module này cần cài đặt driver từ chính hãng Silicon labs.
2.4.4 Thẻ RFID 13.56MHz
Thẻ nhựa NFC 13.56 MHz dùng để đọc/ghi dữ liệu với tốc độ rất cao. Thẻ được
ứng dụng trong nhiêu lĩnh vực. Thẻ tương thích với module RFID RC522 13.56MHz
và các module tương tự.
Nghiên Cứu Và Xây Dựng Hệ Thống
Thu Phí Đường Bộ Dùng Công Nghệ RFID


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 23/90

Thông số kỹ thuật:
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Tương thích với thẻ philip S50
Bộ nhớ: 8Kbits, chia thành 16 vùng
Tần số hoạt động: 13.56MHz
Khoảng cách đọc: 2.5-10cm
Thời gian đọc: 1-2ms
Độ bên: 100.000 lần
Thời gian đảm bảo không mất dữ liệu: 10 năm
Kích thước: 0.87 × 85.5 × 54 mm (dày x dài x rộng)
Chuẩn : ISO 14443, ISO 10536

Hình 2.9: Thẻ nhựa NFC RFID 13.56MHz.
Mỗi thẻ NFC 13.56MHz có một ID duy nhất, ngoài ra nó có bộ nhớ riêng cho
phép ghi dữ liệu vào bên trong. Thẻ có độ bảo mật khá an toàn nhờ vào mã khoá KeyA,
khi người dùng thiết lập key này trên thẻ thì yêu cầu đầu đọc cũng phải cài đặt key này
mới có thể đọc và ghi được dữ liệu.
2.5

Giao tiếp mạch đọc ghi thẻ qua RS-232 của máy tính
Chuẩn truyên thông RS-232 được phát hiện bởi được phát triển bởi the Electronic

Industry Association and the Telecommunications Industry Association (EIA/TIA) là
một trong những kỹ thuật được sử dụng rộng rãi để ghép nối truyên dữ liệu nối tiếp
giữa một DTE (Data Terminal Equipment) và một ngoại vi DCE (Data Circuit
Terminating Equipment). Đa số các bộ DTE và DCE hiện nay đêu có các bộ truyên
Nghiên Cứu Và Xây Dựng Hệ Thống
Thu Phí Đường Bộ Dùng Công Nghệ RFID


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 24/90

nhận bất đồng bộ đa dụng (UART – Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) ở
dạng module phần cứng.
RS-232 là chuẩn giao tiếp dùng định dạng không đồng bộ, kết nối nhiêu nhất là
hai thiết bị chiêu dài kết nối lớn nhất cho phép để đảm bảo dữ liệu là 15m, với tốc độ
20kbit/s. Ngày nay tộc độ có thể cao hơn.
Các hệ thống logic hiện nay chủ yếu sử dụng các chuẩn logic TTL hay CMOS, do
đó khi cần giao tiếp bằng chuẩn RS-232 sẽ phải dùng mạch lái và thu (RS-232 driver
và receiver, hay RS-232 transceiver) để chuyển đổi giữa TTL/CMOS và RS-232 vật lý.
Các bộ phận transceiver hiện nay đã có sẵn các bơm điện tích (charge pump) để tạo ra
các mức áp RS-232 vật lý (phổ biến là +12V và -12V) từ một điện áp nguồn đơn cực
giá trị nhỏ (từ 3.3V đến 5V).
Vì chuẩn RS-232 chỉ dành cho giao tiếp giữa DTE và DCE do đó khi hai máy
tính (là các DTE) cần giao tiếp với nhau thông qua RS-232 thì cần phải có các RCE
(ví dụ như các modem) là trung gian. Các DCE này là các ngoại vi nên có thể giao tiếp
trực tiếp với nhau thông qua một chuẩn giao tiếp nào đó. Hình 2.10: hình ảnh trực quan
vê giao tiếp RS-232 giữa 2 thiết bị DTE.

Hình 2.10: Giao tiếp giữa 2 thiết bị DTE thông qua cổng RS-232.
Truyên dữ liệu qua cổng nối tiếp RS232 được thực hiện không đồng bộ nên tại
Nghiên Cứu Và Xây Dựng Hệ Thống
Thu Phí Đường Bộ Dùng Công Nghệ RFID


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 25/90

một thời điểm chỉ có một bit được truyên đi. Ở trạng thái nghỉ, các đường dữ liệu ở
trạng thái mark. Bộ truyên dữ liệu gửi một bit luôn bắt đầu bằng một bit start để thông
báo cho bộ nhận biết một kí tự sẽ được gửi đến. Bit start luôn bắt đầu bằng mức 0 (là
một space). Tiếp thao đó là các biết dữ liệu (bit data) được gửi dưới dạng mã ASCII (có
thể là 5,6,7 hoặc 8 bit dữ liệu). Sau đó là một bit parity nếu có (là bit kiểm tra bit chẵn,
bit lẻ) và cuối cùng là bit stop có thể là 1 hoặc 2 bit. Hình 2.12 minh hoạ vê quá trình
truyên dữ liệu thông qua cổng RS-232.

Hình 2.11: Mô tả quá trình truyền dữ liệu qua cổng RS-232.
Việc đọc một bit được truyên tới thường được thực hiện tại gữa bit. Nên các bộ
thu và phát thường sử dụng xung 16 lần tốc độ Baud (số bit truyên được trong mỗi giây
trên một đường tín hiệu). Bộ thu sẽ dò start bit, và sẽ đọc bit đầu tiên sau 24 chu kì
xung clock khi đã phát hiện được bit start. Các bit sau đó sẽ được đọc sau mỗi 16 chu
kì xung clock. Như vậy việc đồng bộ xung clock giữa phía thu và phía phát được thực
hiện ở mỗi bit start cho mỗi kí tự được truyên. Do đó trong trường hợp xấu nhất là
truyên 12 bit (1 start bit, 8 bit dữ liệu, 1 parity bit và 2 stop bit) chúng ta có thể chấp
nhận việc lệch giá trị xung clock giữa phía thu và phát tối đa là khoảng 3%. Do đó,
không nhất thiết phải sử dụng các bộ dao động thật chính xác để tạo xung clock cho

Nghiên Cứu Và Xây Dựng Hệ Thống

Thu Phí Đường Bộ Dùng Công Nghệ RFID