Hệ thống y bạ điện tử sử dụng công nghệ rfid

`

TỐNG HUY TOÀN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Tống Huy Toàn

CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT Y SINH

HỆ THỐNG Y BẠ ĐIỆN TỬ
SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ RFID

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT Y SINH

KHÓA 2015B

Hà Nội – Năm 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Tống Huy Toàn

HỆ THỐNG Y BẠ ĐIỆN TỬ
SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ RFID

Chuyên ngành : Kỹ thuật y sinh

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT Y SINH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. VŨ DUY HẢI

Hà Nội – Năm 2018

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Mọi sự giúp đỡ
cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn
trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố.
Hà nội, ngày

tháng

năm 2018

Học viên thực hiện

Tống Huy Toàn

ii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................ ii
MỤC LỤC ........................................................................................................ a
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................... c
DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................. d
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ........................................................ e
TỔNG QUAN ......................................................................... 2
1.1

Đặt vấn đề ......................................................................................................2

1.2

Công nghệ RFID ............................................................................................4

1.2.1

Giới thiệu công nghệ RFID.............................................................................. 4

1.2.2

Phân loại RFID ................................................................................................ 6

1.2.3

Cấu trúc một hệ thống RFID ........................................................................... 8

1.2.3.1

Thẻ RFID .................................................................................................. 9

1.2.3.2

Đầu đọc RFID......................................................................................... 13

1.2.3.3

Truyền thông giữa thẻ và đầu đọc .......................................................... 14

1.2.3.4

Máy chủ và hệ thống phần mềm trung gian ........................................... 14

1.2.4

1.2.4.1

Ưu điểm của hệ thống RFID .................................................................. 16

1.2.4.2

Nhược điểm của hệ thống RFID ............................................................. 19

1.2.5

1.3

Ưu nhược điểm của hệ thống RFID so với các hệ thống khác ...................... 16

Ứng dụng chung của công nghệ RFID .......................................................... 20

Ứng dụng công nghệ RFID trong hệ thống y tế và giới hạn đề tài .............22

1.3.1

Ứng dụng của công nghệ RFID trong hệ thống y tế ...................................... 22

1.3.2

Giới hạn đề tài ............................................................................................... 27

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ..................................................... 28
2.1

Tổng quan hệ thống .....................................................................................28

2.2

Chỉ tiêu kĩ thuật ...........................................................................................29

2.3

Các khối chức năng của đầu đọc RFID .......................................................30

2.4

Các chức năng chính của phần mềm quản lý bệnh án điện tử ....................33

2.4.1

Kết nối đến cơ sở dữ liệu thông qua RFID .................................................... 33
a


2.4.2

Quản lý nhân viên .......................................................................................... 33

2.4.3

Quản lý bệnh nhân ......................................................................................... 34

2.4.4

Quản lý hóa đơn thanh tốn viện phí............................................................. 34

TRIỂN KHAI VÀ THỰC THI THIẾT KẾ ...................... 35
3.1

Môi trường hoạt động ..................................................................................35

3.1.1

3.1.1.1

Đầu đọc RFID......................................................................................... 35

3.1.1.2

Thẻ RFID ................................................................................................ 35

3.1.2

3.2

Phần cứng ...................................................................................................... 35

Phần mềm ...................................................................................................... 37

3.1.2.1

Mơi trường lập trình Microsoft Visual Studio........................................ 37

3.1.2.2

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server .................................... 38

Triển khai thiết kế ........................................................................................40

3.2.1

Nghiên cứu phần cứng cho hệ thống ............................................................ 40

3.2.2

Hoàn thiện phần mềm, kết nối đến hệ thống phần cứng................................ 42

3.2.2.1

Kết nối đến cơ sở dữ liệu thông qua RFID ............................................. 43

3.2.2.2

Quản lý nhân viên ................................................................................... 44

3.2.2.3

Quản lý thơng tin bệnh nhân .................................................................. 46

3.2.2.4

Quản lý hóa đơn thanh tốn viện phí ...................................................... 47

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................................ 49
4.1

Kết quả .........................................................................................................49

4.2

Đánh giá kết quả ..........................................................................................69

4.2.1

Các vấn đề đã làm được ................................................................................ 69

4.2.2

Hướng phát triển đề tài.................................................................................. 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 72
PHỤ LỤC ....................................................................................................... 73

b


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
STT

Thuật ngữ viết tắt

Thuật ngữ tiếng anh

Thuật ngữ tiếng việt

1

RFID

Radio Frequency
Identification

Công nghệ xác nhận
đối tượng bằng sóng
vơ tuyến

2

LF

Low Frequency

Tần số thấp

3

HF

High Frequency

Tần số cao

4

UHF

Ultra High Frequency

Siêu cao tần

5

ITS

Intelligent
Transportation
Systems

Giao thông thông
minh

6

OBU

On Board Unit

Mạch truyền nhận dữ
liệu

7

MCU

Micro Controller Unit

Vi điều khiển

8

ICU

Intensive Care Unit

Khu chăm sóc đặc
biệt

9

DHS

Department of
Homeland Security

Cục an ninh quốc gia
Mỹ

Bảng 1: Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

c


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1: Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ............................................... c

d


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1-1:Ứng dụng của cơng nghệ RFID trong cuộc sống hiện đại ................ 4
Hình 1-2: Mơ hình hệ thống RFID trang bị cho bệnh viện............................... 5
Hình 1-3: Triển khai bán hàng bằng RFID tại một siêu thị .............................. 5
Hình 1-4: Cấu trúc một hệ thống RFID cơ bản................................................. 8
Hình 1-5: Thẻ RFID tích cực gắn trên túi máu. .............................................. 10
Hình 1-6: Các khối cơ bản bên trong thẻ RFID tích cực ................................ 10
Hình 1-7: Thẻ RFID thụ động ......................................................................... 11
Hình 1-8 : Các thẻ RFID bán tích cực ............................................................ 12
Hình 1-9: Các thành phần của một RFID reader ............................................ 13
Hình 1-10: Sóng điện từ truyển từ anten lưỡng cực ....................................... 14
Hình 1-11: Sóng điện từ truyển từ anten phân cực cầu. ................................. 14

Hình 1-12: Mơ hình cấu trúc của phần mềm trung gian ................................. 16
Hình 1-13: Sử dụng RFID theo dõi, kiểm sốt hàng hóa trong kho. .............. 18
Hình 1-14: Sử dụng RFID trong các chuỗi cung ứng. .................................... 21
Hình 1-15: Túi máu với thẻ RFID- An toàn từ tĩnh mạch đến tĩnh mạch ...... 23
Hình 1-16: Túi máu với thẻ RFID- Thiết kế chịu được áp lực trong máy li tâm
......................................................................................................................... 24
Hình 1-17: Sử dụng RFID để quản lý trang bị vật tư y tế. ............................. 25
Hình 1-18: Sử dụng RFID trong quản lý thơng tin thuốc. .............................. 26
Hình 2-1: Sơ đồ tổng quan hệ thống y bạ điện tử sử dụng RFID ................... 28
Hình 2-2: Sơ đồ khối đầu đọc RFID LF ......................................................... 30
Hình 2-3 : Khối EM4095 và thẻ...................................................................... 33
Hình 3-1: Kiến trúc lớp thẻ RFID ................................................................... 35
Hình 3-2: Dạng tín hiệu của dữ liệu xuất ra từ thẻ ......................................... 36
Hình 3-3: Tổ chức bộ nhớ bên trong thẻ RFID ............................................... 36
Hình 3-4: Sơ đồ các khối chức năng của chip thẻ RFID ................................ 37
Hình 3-5: Tồn cảnh về Microsoft SQL server .............................................. 39
e


Hình 3-6: Dạng tín hiệu trên Ơ xi lơ cực anten thứ nhất ................................ 40
Hình 3-7: Dạng tín hiệu trên Ơ xi lơ cực anten thứ hai .................................. 40
Hình 3-8: Đầu đọc đang hoạt động quét thẻ ................................................... 41
Hình 3-9: Sơ đồ chức năng của phần mềm ..................................................... 42
Hình 3-10: Thiết kế cơ sở dữ liệu thẻ RFID kết nối thơng qua ID của nhân
viên .................................................................................................................. 43
Hình 3-11: Giao diện đăng nhập vào hệ thống khi kết nối qua thẻ RFID ...... 43
Hình 3-12: Thiết kế CSDL quản lý nhân viên ................................................ 44
Hình 3-13: Giao diện quản lý nhân viên ......................................................... 44
Hình 3-14: Giao diện thêm nhân viên ............................................................. 45
Hình 3-15: Thiết kế CSDL quản lý bệnh nhân ............................................... 46

Hình 3-16: Giao diện thêm bệnh nhân ............................................................ 46
Hình 3-17: Thiết kế CSDL Quản lý hóa đơn thanh tốn viện phí .................. 47
Hình 3-18: Hóa đơn thanh tốn viện phí và mẫu hóa đơn đi kèm .................. 48
Hình 4-1: Nhân viên y tế đăng nhập vào phần mềm hệ thống qua thẻ cá nhân
50
Hình 4-2: Giao diện sau khi đăng nhập thành cơng vào hệ thống .................. 51
Hình 4-3: Giao diện chức năng phân quyền của phần mềm ........................... 52
Hình 4-4: Giao diện phân quyền quản trị hệ thống......................................... 53
Hình 4-5: Giao diện phân quyền quản lý khác ............................................... 54
Hình 4-6: Giao diện chức năng phân quyền quản lý bác sỹ ........................... 55
Hình 4-7: Giao diện chỉ định các dịch vụ cận lâm sàng cho bệnh nhân ......... 55
Hình 4-8: Giao diện các dịch vụ kỹ thuật cận lâm sàng ................................. 55
Hình 4-9: Giao diện chỉ định các dịch vụ cận lâm sàng khác cho bệnh nhân 56
Hình 4-10: Giao diện xuất phiếu thu ............................................................... 56
Hình 4-11: Giao diện xuất phiếu khám bệnh cho bệnh nhân.......................... 57
Hình 4-12: Phiếu khám bệnh để kết luận và hướng điều trị cho bệnh nhân ... 57
Hình 4-13: Giao diện lý do nhập viện cho bệnh nhân .................................... 58
Hình 4-14: Giao diện xác nhận nhập viện cho bệnh nhân .............................. 59
f


Hình 4-15: Giao diện lập bệnh án cho bệnh nhân ........................................... 59
Hình 4-16: Giao diện quản lý giường bệnh tại khoa....................................... 60
Hình 4-17: Giao diện quản lý thuê đồ dùng .................................................... 61
Hình 4-18: Giao diện bác sỹ lập thơng tin ca mổ cho bệnh nhân ................... 62
Hình 4-19: Giao diện hiển thị chi tiết các ca mổ sẽ thực hiện ........................ 62
Hình 4-20: Giao diện quản lý hóa đơn ............................................................ 63
Hình 4-21: Giao diện Hóa đơn dịch vụ kỹ thuật ............................................ 64
Hình 4-22: Giao diện Hóa đơn dịch vụ mượn đồ ........................................... 64
Hình 4-23: Giao diện quản lý Dược ................................................................ 65

Hình 4-24: Giao diện quản lý thuốc ................................................................ 65
Hình 4-25: Giao diện quản lý kê đơn thuốc cho bệnh nhân ........................... 66
Hình 4-26: Giao diện quản lý hóa đơn thanh toán thuốc ................................ 67

g


PHẦN MỞ ĐẦU
Hệ thống y bạ điện tử không phải là một hệ thống mới, nó đã ra đời cùng
với sự phát triển của ngành điện tử tin học. Trong y tế, hệ thống y bạ điện tử
này đã xuất hiện nhiều lĩnh vực nhưng chưa có sự liên kết giữa các khâu .
Việc đưa công nghệ RFID vào ứng dụng trong hệ thống này sẽ là cầu nối
trung gian giữa khâu, giải quyết những khó khăn tồn đọng trong hệ thống giúp
đạt hiệu quả cao nhất trong hoạt động.
Xuất phát từ thực tiễn trên, với kiến thức được học trong trường đại
học, sự hướng dẫn của thầy cô, sự giúp đỡ của gia đình và bạn bè, trong
khn khổ của luận văn thạc sỹ, em đã tập trung nghiên cứu và phát triển đề
tài: “HỆ THỐNG Y BẠ ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ RFID”. Mục
đích của đề tài là tìm hiểu về cơng nghệ RFID,xây dựng phần mềm hệ thống
kết hợp với đầu đọc RFIDvà ứng dụng nó trong bệnh viện,… Cácbác sỹ chỉ
cần đọc thông tin trên thẻ RFID bằng đầu đọc RFID nối với máy tính, phần
mềm hệ thống sẽ đối chiếu với cơ sở dữ liệu và tải xuống các thông tin của
bệnh nhân, bảo hiểm, bệnh án cũ…từ đó đưa ra phương pháp điều trị.
Được sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy Vũ Duy Hải, và các thầy
cô trong Viện Điện tử Viễn thơng nói chung và Bộ mơn CNĐT và Kỹ thuật Y
sinh nói riêng, em đã xây dựng thành cơng phần mềm hệ thống kết hợp với
đầu đọc RFID có khả năng đọc các thẻ RFID. Với hệ thống này, bác sỹ có thể
dễ dàng tra cứu thơng tin bệnh nhân, từ đó chuẩn đốn và lên kế hoạch điều
trị dễ dàng…. Nhưng do thời gian, kiến thức, kinh phí cịn hạn chế nên sản
phẩmcịn đơn giản và khơng tránh khỏi những hạn chế nhất định. Kính mong

được sự góp ý của quý thầy cô và các bạn sinh viên để đề tài hoàn thiện hơn.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo Vũ Duy Hải cùng tồn thể
gia đình và bạn bè đã hỗ trợ chúng em trong quá trình làm luận văn.

1


TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Trên thế giới công nghệ RFID đã được áp dụng vào rất nhiều lĩnh vực
như: an ninh, quân sự, y tế, giải trí,thương mại, bưu chính viễn thơng… và
đem lại nhiều lợi ích to lớn. Nhiều tập đoàn hàng đầu thế giới như: hãng sản
xuất máy bay Airbus, Apple, Microsoft, Intel, Motorola, Siemens, Thing
Magic… , các tập đồn, cơng ty trong nước : tập đồn Samsung tại Bắc Ninh,
tập đồn viễn thơng qn đội Viettel, thư viện Tạ Quang Bửu đại học Bách
Khoa Hà Nội…cũng như các hệ thống siêu thị và các cơ sở bán lẻ đã áp dụng
công nghệ này trong nhiều ứng dụng khác nhau : chấm cơng, quản lý vào ra,
kiểm sốt theo dõi các sản phẩm,thiết bị, vật tư... Công nghệ RFID được xem
như cánh tay phải đắc lực trong mọi lĩnh vực của xã hội hiện đại.
Không phải là một công nghệ quá mới, nhưng việc áp dụng công nghệ
RFID trong ngành y tế ở Việt Nam thì là một vấn đề mới. Ngành y tế Việt
Nam hiện nay gặp rất nhiều khó khăn trong các khâu vận hành và quản lý,
khơng những gây khó khăn cho các cấp quản lý mà còn thiệt hại trực tiếp đến
người dân.
Các thủ tục nhập viện, ra viện , thanh tốn viện phí, khám bệnh, lấy
thuốc, chiếu chụp nội soi, nhất là các dịch vụ có liên quan bảo hiểm y tế tại
các bệnh viện phải qua nhiều cửa. Các thủ tục rườm rà khi nhập viện và thực
hiện các thao tác khám chữa bệnh, cấp thuốc khiến cho việc chăm sóc khám
chữa bệnh cho các bệnh nhân trở nên khó khăn kèm theo nhiều tiêu cực.
Khi thực hiện các thủ tục khám bệnh như chụp, chiếu, siêu âm, xin

thuốc, khám bệnh, chuyển bệnh viện, chuyển khoa ….bệnh nhân phải mang
theo nhiều giấy tờ, sổ khám bệnh có liên quan đến q trình khám và chữa
bệnh, khai báo nhiều lần, xác nhận nhiều nơi.Xếp hàng dài chờ đợi tại phòng
khám chờ đến lượt mình khám, bệnh nhân phải đợi lấy kết quả và kết luận của
bác sỹ . Đơn thuốc, hướng dẫn sử dụng thuốc và kế hoạch chăm sóc bệnh
2


nhân thực hiện thủ công không thể tránh được sai sót trong q trình chăm
sóc.
Việc quản lý hồ sơ bệnh án của bệnh nhân với các thông tin về tiền sử
bệnh, trạng thái điều trị trước của bệnh nhân, các chuẩn đốn trước đó nhiều
khi thất lạc gây khó khăn trong việc chuẩn đoán bệnh về sau.
Ngân hàng máu, tinh trùng, trứng, bộ phận cơ thể con người đều có thời
gian lưu trữ, cách sử dụng, theo dõi và cách thức bảo quản đặc biệt. Cần có
phương pháp quản lý, theo dõisát sao thông tin, nguồn gốc, thời gian , xuất
xứ, tình trạng mẫu vật để tránh những tổn thất và sai sót trong việc bảo quản,
sử dụng.
Đối với các bác sỹ từ xưa đến nay, dù công nghệ hiện đại đến mấy thì
kinh nghiệm chuẩn đốn bệnh là tài sản vô cùng quý báu nhưng hiện tại các
bệnh án đều được lưu lại dưới dạng đơn lẻ khiến cho các bác sỹ thường thiếu
kinh nghiệm chuẩn đoán bệnh, chuẩn đốn ảnh, các bệnh hiếm, lạ ít gặp dễ
dẫn đến các chuẩn đốn sai và điều trị khơng đúng phương pháp.Cần thiết có
một hệ thống có khả năng lưu trữ, tổng hợp, sàng lọc các hồ sơ bệnh án cũng
như đưa ra phương pháp điều trị các loại bệnh.
Bộ nhớ của con chip có thể chứa dữ liệu rất lớn, lớn gấp nhiều lần so
với một mã vạch, thẻ từ... Ưu việt hơn, thông tin được lưu giữ trên con chíp
có thể được thay đổi, mã hóa, khóa… dưới sự tương tác của đầu đọc. Dung
lượng lưu trữ cao của những thẻ nhãn RFID thông minh này sẽ cho phép
chúng cung cấp nhiều thông tin đa dạng như thời gian lưu trữ, ngày bày bán,

giá và thậm chí cả nhiệt độ sản phẩm.
Hình 1.1 minh họa các ứng dụng phổ biến của RFID trong cuộc sống
hiện đại.

3


Hình 1-1:Ứng dụng của cơng nghệ RFID trong cuộc sống hiện đại
1.2 Công nghệ RFID
1.2.1 Giới thiệu công nghệ RFID
Định danh sóng vơ tuyến (Radio Frequency Identification) hay RFID là
cơng nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng vơ tuyến mà khơng cần tiếp xúc
hay nhìn trực tiếp đối tượng cần định danh, kể cả đối tượng ở bên trong thùng
khi đang vận chuyển miễn là đối tượng vẫn chuyển động trong vùng đọc của
đầu đọc RFID. Công nghệ sử dụng sóng vơ tuyến để giao tiếp giữa đầu đọc
RFID và thẻ điện tử gắn trên vật thể nào đó. Mỗi thẻ này sẽ được mã hóa để
định danh chúng trong cơ sở dữ liệu. Thẻ này được đọc bởi các đầu đọc cố
định lắp trên các cửa kiểm soát hoặc bằng các đầu đọc di động, từ đó có thể
kiểm tra thông tin, giám sát, quản lý, lưu vết và theo dõi đối tượng.

4


Hình 1-2: Mơ hình hệ thống RFID trang bị cho bệnh viện
Công nghệ RFID được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, nhất là
trong quản lý vào ra, theo dõi và định vị đối tượng. Ví dụ, dùng những thẻ
RFID theo dõi nhiệt độ gắn lên hàng hóa có thể giúp nhà sản xuất theo dõi
nhiệt độ, trạng thái hàng hóa trong kho lạnh. Những thẻ này sẽ truyền thông
tin về đầu đọc, đầu đọc liên tục truyền thông tin thu được từ các thẻ để gửi về
máy tính trung tâm và xử lýcác thông tin thu được. Từ đó, nhà sản xuất có thể

truy cập vào internet từ bất cứ nơi nào cũng có thể theo dõi được thơng tin
hàng hóa của mình trong các kho lạnh.

Hình 1-3: Triển khai bán hàng bằng RFID tại một siêu thị
5


Khi mua sắm trong một siêu thị được trang bị cơng nghệ RFID, hàng
hóa đều được gắn với một thẻ RFID, thay vì việc đứng hàng giờ chờ thanh
tốn bạn có thể nhấc túi hàng vừa chọn và thanh thản đi ra khỏi siêu thị. Một
đầu đọc RFID sẽ ghi lại mọi thông tin về giá sản phẩm khi bạn đi qua, thẻ
RFID có thể thay thế cho các mã vạch trên các sản phẩm có bán tại các siêu
thị. Giúp quản lý siêu thị cập nhật ngay tất cả các mặt hàng đã bán trong siêu
thị để bổ sung lại các mặt hàng đó mà khơng phải qua q trình kiểm kê hàng.
Chúng ta cũng thường thấy nhân viên các công ty đeo thẻ nhân viên, khi ra,
vào nhân viên sẽ được định danh và lưu dấu ra vào.
Ngoài ra, 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 sản phẩm, 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, giảm
được tình trạng thất lạc sách. RFID cịn có thể ứng dụng lưu trữ thơng tin
bệnh nhân trong y khoa, mang theo người bệnh nhân, đặc biệt là bệnh nhân
tâm thần. Ngồi ra, kỹ thuật RFID cịn 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 mơ hình hệ thống quản lý bằng RFID tại sân bay được DHS (cục 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...
của công dân được áp dụng.

1.2.2 Phân loại RFID
Các hệ thống RFID có thể được tùy biến rất cao tùy vào mục đích sử
dụng, cho nên các thơng số kỹ thuật có thể khác nhau khơng nhiều giữa cùng
loại RFID. Phân biệt hệ thống RFID chủ yếu dựa vàohai đặc điểm chính sau
đây:
6


- Tần số hoạt động của hệ thống.
- Tính chất chủ động/ thụ động của thẻ RFID.
Tần số hoạt động là một trong những thuộc tính quan trọng nhất của hệ
thống RFID. Đó là tần số mà tại đó, đầu đọc RFID sẽ truyền, nhậnthông tin
với thẻ. Tần số hoạt động có mối quan hệ chặt chẽ với một thuộc tính cơ bản
khác là khoảng cách đọc ghi. Thơng thường tần số càng cao thì sẽ cho phép
khoảng cách đọc ghi càng lớn. Trong hầu hết các trường hợp, tần số hoạt
động của hệ thống RFID được lựa chọn dựa trên khoảng cách cần thiết để
thực hiện được việc đọc ghi thành công.
Phạm vi ghi đọc được xác định bằng khoảng cách giữa đầu ghi đọc và
thẻ RFID. Dựa trên khoảng cách đó chúng ta có thể chia một hệ thống RFID
theo 3 kiểu như sau:
- Trực tiếp: Đó là các hệ thống có khoảng cách ghi đọc nhỏ hơn 1 cm.
Một vài hệ thống RFID dùng tần số LF (Low Frequency) và HF (High
Frequency ) thuộc về nhóm này.
- Tầm gần: Đó là các hệ thống có khoảng cách đọc ghi trong khoảng từ 1
cm cho đến 80 cm. Đa số các hệ thống sử dụng tần số LF và HF thuộc
nhóm này.
- Tầm xa: Đó là các hệ thống có khoảng cách đọc ghi lơn hơn 100 cm.
Các hệ thống RFID hoạt động trong dải tần UHF (Ultra High
Frequency) và dải tần viba đều thuộc về nhóm này.
Tính chủ động và thụ động của thẻ cũng ảnh hưởng đến tầm đọc ghi,

tuổi thọ, giá thành và khoảng cách ghi đọc của RFID.Theo tính chất này có 3
loại thẻ RFID chính là :
- Thẻ thụ động hồn tồn – Passive Tag
- Thẻ tích cực hồn tồn – Active Tag
- Thẻ bán chủ động – Semi Active Tag

7


1.2.3 Cấu trúc một hệ thống RFID
Một hệ thống RFID hoàn chỉnh là tập hợp của nhiều thành phần nhằm
thực hiện một giải pháp nhận dạng thơng qua sóng vơ tuyến (RFID). Về cơ
bản một hệ thống RFID gồm các thành phần như sau:
- Đầu ghi đọc thẻ: Đây là một thành phần bắt buộc mà bất cứ hệ thống
RFID nào cũng phải có. Đầu đọc giao tiếp với thẻ qua anten và giao tiếp
với các thiết bị khác bằng các giao tiếp như RS232, USB, Ethenet…
- Thẻ RFID: Đây là thành phần thứ hai không thể thiếu trong một hệ
thống RFID.Nó chứa thơng tin của vật mang nó.
- Anten của đầu đọc: Đây là một bộ phận không thể thiếu của đầu đọc
nhưng thường được tách rời khỏi đầu đọc để tăng độ linh hoạt.
- Máy chủ hoặc hệ thống xử lý thơng tin: Hệ thống RFID có thể hoạt động
mà không cần tới thành phần này. Trên thực tế hầu hết các ứng dụng
thườngcó thành phần này giúp xử lý, lưu trữ và đưa ra các đáp ứng cần thiết
- Cơ sở hạ tầng truyền thông: Thành phần này là một tập hợp bao gồm cả
mạng có dây, không dây và cơ sở hạ tầng kết nối nối tiếp để có thể kết nối
các thành phần trên lại với nhau.

Hình 1-4: Cấu trúc một hệ thống RFID cơ bản
8

1.2.3.1 Thẻ RFID

Thẻ RFID là thiết bị có thể lưu trữ thông tin, dữ liệu và truyền được
thông tin, dữ liệu đó đến đầu đọc thơng qua sóng vơ tuyến. Các thẻ RFID có
thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau. Dưới đây là cách phân loại
theo tiêu chí thẻ đó có chứa nguồn năng lượng ngay trên bảng mạch của thẻ
hay khơng. Dựa trên tiêu chí này người ta phân chia thẻ RFID ra làm 3 loại là:
- Thẻ tích cực (Thẻ Active)
- Thẻ thụ động (Thẻ Passive)
- Thẻ bán tích cực (Thẻ Semi-active)
1.2.3.1.1 Thẻ tích cực (Active)
Các thẻ tích cực có sẵn một nguồn năng lượng trên bảng mạch và các
bộ phận điện tử để thực hiện các chức năng đặc biệt. Một thẻ tích cực sử dụng
nguồn năng lượng trên chính bảng mạch của nó để truyền thơng tin của nó tới
đầu đọc. Nó khơng cần nguồn năng lượng phát ra từ đầu đọc để có thể hoạt
động nên nó hồn tồn chủ động gửi thơng tin về đầu đọc.
Trong giao tiếp truyền thông giữa thẻ và đầu đọc thì thẻ ln phải thực
hiện liên lạc trước tiên, sau đó mới đến phiên của đầu đọc. Sự xuất hiện của
đầu đọc không cần thiết cho sự truyền đi của truyền thơng tin. Một thẻ tích
cực có thể phát đi thơng tin lưu trữ trên nó ra mơi trường xung quanh ngay cả
khi khơng có đầu đọc. Vì vậy, thẻ tích cực có thể được coi như một bộ phát
tín hiệu.
Một thẻ tích cực bao gồm các thành phần như sau:
- Khối xử lý tin hiệu chung
- Anten
- Nguồn năng lượng nuôi thẻ
- Các thành phần điện tử, cảm biến…
9

Hình 1-5: Thẻ RFID tích cực gắn trên túi máu.

Hình 1-6: Các khối cơ bản bên trong thẻ RFID tích cực

10


1.2.3.1.2 Thẻ thụ động (Passive)
Thẻ RFID thụ động là thẻ khơng có nguồn ni tích hợp trên bảng
mạch thẻ, thay vì thế nó sử dụng nguồn năng lượng phát ra từ đầu đọc
(reader) làm nguồn năng lượng cho nó hoạt động và thực hiện việc truyền dữ
liệu lưu trữ trên nó tới đầu đọc.
Đối với thẻ loại này thì ban đầu, đầu đọc sẽ gửi tín hiệu để liên lạc với
các thẻ trong có trong phạm vi đọc của nó trước. Tín hiệu điện từ của đầu đọc
ban đầu được chuyển thành tín hiệu điện, khi đủ năng lượng cần thiết thẻ bắt
đầu làm việc. Khi các thẻ nhận được tín hiệu của đầu đọc nó sẽ gửi lại thơng
tin phản hồi là các dữ liệu lưu trữ trên nó đến đầu đọc. Do đó, để thẻ có thể
truyền được thơng tin đi thì bắt buộc phải có sự hiện diện của đầu đọc.
Thông thường một thẻ thụ động (passive) thường có kích thước nhỏ
hơn thẻ chủ động (active) và bán chủ động (semi-active) . Một thẻ thụ động
bao gồm các thành phần chính như sau:
- Thành phần vi xử lý
- Thành phần anten
Dưới đây, là hình dạng các thẻ RFID thụ động trong thực tế.

Hình 1-7: Thẻ RFID thụ động
11

1.2.3.1.3 Thẻ bán tích cực (Semi-Active)
Các thẻ RFID bán tích cực hay cịn gọi là bán thụ động cũng có một
nguồn năng lượng nằm trên nó và có kèm theo các thành phần điện tử để thực
hiện các chức năng đặc biệt. Nguồn năng lượng nằm trên thẻ sẽ cung cấp cho
các hoạt động của thẻ. Tuy nhiên, để truyền dữ liệu đi, các thẻ bán tích cực
phải dùng nguồn năng lượng phát ra từ đầu đọc (reader).
Trong việc giao tiếp truyền thơng tin giữa thẻ và đầu đọc, thì đầu đọc
cũng phải phát tín hiệu liên lạc trước tiên, sau đó mới đến thẻ. Các thẻ bán
tích cực khơng sử dụng tín hiệu của đầu đọc để kích thích bản thân nó hoạt
động như các thẻ thụ động. Nó có thể tự kích thích bản thân nó hoạt động. Do
đó, đối tượng gắn thẻ có di chuyển với tốc độ cao thì dữ liệu trên thẻ vẫn có
thể đọc được nếu ta sử dụng thẻ bán tích cực. Thẻ bán tích cực có khoảng
cách đọc xa hơn so với thẻ thụ động. Dưới đây là hình ảnh một số thẻ bán tích
cực trong thực tế.

Hình 1-8 : Các thẻ RFID bán tích cực
Ngồi cách phân loại như trên, chúng ta có thể phân loại thẻ RFID dựa
trên cơ sở về việc hỗ trợ ghi lại dữ liệu. Theo tiêu chí này, thẻ RFID được
phân chia làm 3 loại như sau:
• Chỉ đọc (Read Only)
• Ghi đọc nhiều lần (Read Write)
• Ghi một lần, đọc nhiều lần (Write Only Read Mutil)
12


Các thẻ thụ động, tích cực hay bán tích cực đều có thể là thẻ Read Only,
Read Writehay Write Only Read Mutil.
1.2.3.2 Đầu đọc RFID

Thiết bị đọc thẻ (Reader) là thiết bị cho phép ghi hoặc đọc dữ liệu trên

các thẻ RFID. Hoạt động ghi dữ liệu lên thẻ người ta gọi là công đoạn ghi thẻ.
Sau khi ghi thẻ xong ta sẽ đưa thẻ đi vào hoạt động bằng cách gắn thẻ lên một
đối tượng nào đó. Thiết bị đọc thẻ có thể được coi là trung tâm của một hệ
thống RFID. Một thiết bị đọc thẻ bao gồm các phần như sau:
- Bộ truyền tín hiệu
- Bộ nhận tín hiệu
- Bộ vi xử lý
- Bộ nhớ
- Khối điều khiển
- Khối giao tiếp truyền thông
- Khối nguồn
- Các kênh vào ra cho các cảm biến, bộ truyền động…
Dưới đây, là hình minh họa cụ thể các thành phần của một reader.

Hình 1-9: Các thành phần của một RFID reader
13


1.2.3.3 Truyền thông giữa thẻ và đầu đọc

Thông tin được mã hóa và truyền qua lại giữa đầu đọc và thẻ thơng qua
anten dưới dạng sóng điện từ. Có 2loại anten RFID cơ bản như sau:
- Anten phân cực tuyến tính ( lưỡng cực ) : sóng điện từ nằm hoàn toàn
trong 1 mặt phẳng (dọc hoặc ngang). Loại anten này là tối ưu nhất
trong các ứng dụng mà đã biết hướng của thẻ RFID.

Hình 1-10: Sóng điện từ truyển từ anten lưỡng cực
- Anten phân cực cầu((helix, crossed dipoles, patch) : sóng điện từ ln
thay đổi phương truyền theo kiểu xoắn ốc. Loại anten này là tối ưu nhất
trong các ứng dụng mà chưa biết hướng của thẻ RFID.

Hình 1-11: Sóng điện từ truyển từ anten phân cực cầu.

1.2.3.4 Máy chủ và hệ thống phần mềm trung gian

Máy chủ và hệ thống phần mềm trung gian là tập hợp các thành phần
bao gồm cả phần cứng và mềm nằm riêng biệt với phần cứng RFID (Đầu đọc,
thẻ RFID, anten). Trong đó, phần mềm trung gian là phần mềm chịu trách
nhiệm kết nối phần cứng RFID với hệ thống thông tin người dùng hiện có, nó
chính là các cơng cụ phần mềm giúp người sử dụng làm việc trên phần cứng
RFID. Vì thế, thiếu phần mềm trung gian phần cứng RFID có thể khơng bị
14


ảnh hưởng gì nhưng nó sẽ trở nên vơ giá trị. Về cơ bản, phần mềm trung gian
có bốn chức năng chính như sau:
• Tập hợp dữ liệu: Phần mềm trung gian sẽ chịu trách nhiệm khai thác,
tập hợp và lọc dữ liệu từ nhiều đầu đọc RFID thông qua một mạng RFID.
Nó phục vụ như một vùng đệm dữ liệu được thu thập bởi các đầu đọc
RFID. Nếu không sử dụng đến bộ đệm này thì các hệ thống thơng tin
người dùng có thể sẽ bị q tải bởi các luồng dữ liệu, có thể dẫn đến mất
các dữ liệu quan trọng và nhạy cảm.
• Định tuyến dữ liệu: Phần mềm trung gian RFID tạo điều kiện thuận lợi
cho việc kết hợp các mạng RFID với các hệ thống nghiệp vụ. Ví dụ: Một
số dữ liệu được tập hợp bởi các mạng đầu đọc RFID được đưa đến làm
đầu vào cho các hệ thống kho hàng để quản lý hàng tồn kho…
• Quản lý các quy trình: Phần mềm trung gian cũng có thể dùng để kích
hoạt các sự kiện dựa trên cơ sở các quy tắc nghiệp vụ.
• Quản lý thiết bị: Phần mềm trung gian cũng được sử dụng để giám sát
và điều phối các đầu đọc RFID. Với một hệ thống lớn có đến hàng trăm,

hàng nghìn thiết bị đọc thẻ trên mạng của nó nên việc kết nối mạng, theo
dõi tình trạng hoạt động cũng như trạng thái của các đầu đọc là một công
việc hết sức quan trọng và có thể thực hiện được điều đó tốt nhất là ở lớp
phần mềm trung gian. Ngồi ra, thơng qua phần mềm trung gian chúng ta
cịn có thể thực hiện quản lý từ xa một mạng RFID. Dưới đây là hình mơ
tả cấu trúc của phần mềm trung gian RFID.

15