Nghiên cứu thiết kế mô hình nhà giữ xe thông minh giải quyết ùn tắc

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH
VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH DÀNH CHO NHÀ
XE TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH

Sinh viên thực hiện

:NGUYỄN TRỌNG VŨ

Lớp

: 54 K2 – KT ĐTTT

Giảng viên hƣớng dẫn :THS. PHAN DUY TÙNG

NGHỆ AN - 2018

i


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của cơng nghệ chế tạo thiết bị tự động
hóa, kết hợp với những thành tựu trong công nghệ vi điện tử và công nghệ thông
tin, đã cho phép tạo nên một giải pháp tự động hố hồn tồn trong nhiều lĩnh vực.
Có thể nói, tự động hố đã trở thành xu hƣớng tất yếu của bất kỳ quốc gia, lãnh thỗ

nào.
Hai trong những ứng dụng rất nổi bật của công nghệ điện tử và kỹ thuật nhận
dạng tự động và kỹ thuật báo động điện tử. Các công nghệ nhận dạng tự động nhƣ:
các mã vạch, các thẻ thông minh, công nghệ sinh trắc học, nhận dạng đặc trƣng
quang học và nhận dạng tần số vô tuyến RFID. Các thiết bị báo động điện tử nhƣ:
hệ thống báo cháy, hệ thống báo trộm bằng chng, hệ thống đóng mở cửa sử dụng
mật mã,... ứng dụng của hai kỹ thuật này góp phần rất lớn trong việc bảo vệ an tồn
dụng cụ và tài sản của ngƣời sử dụng.
Xuất phát từ thực trạng hiện nay nhà xe trƣờng đại học Vinh vẫn đang áp dụng
cách thông thƣờng là ghi vé thủ cơng dẫn tới tình trạng ùn tắc, một nhu cầu về bãi
đỗ xe thông minh dành cho nhà xe trƣờng đại học Vinh là yêu cầu cấp bách. Một
mặt giảm tắc nghẽn giao thơng, nó cịn đem lại thẩm mỹ. Để tối ƣu việc gửi xe cho
thuận tiện, không gây bất lợi, phiền toái cho ngƣời sử dụng và giảm nhân lực trông
xe, em đã chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế mơ hình nhà giữ xe thơng minh giải
quyết ùn tắc ”.
Ngoài việc hoàn thành đồ án tốt nghiệp với những cơng việc trên đây thì nó cịn
có ý nghĩa sâu sắc đối với những sinh viên thực hiện. Sinh viên đƣợc thực hành
những kiến thức đã học đƣợc từ ghế nhà trƣờng. Từ những lần làm đồ án đề tài thì
đã giúp cho sinh viên làm quen hơn với những thiết bị những cảm biến mà trƣớc giờ
chỉ nằm trên giấy, từ đó tăng thêm niềm đam mê, kích thích cho sinh viên nghiên
cứu và sáng tạo.
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu thực hiện đề tài em đã hoàn thành
đƣợc đề tài đƣợc giao. Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:
Ban giám hiệu, cán bộ công nhân viện nhà trƣờng đã giúp đỡ em trong suốt
thời gian học tập tại trƣờng.
Các thầy cô trong viện kỹ thật và công nghệ đã dạy những kiến thức cơ bản và
chuyên ngành. Đặc biệt xin cảm ơn đến thầy Th.s Phan Duy Tùng, ngƣời trực tiếp
hƣớng dẫn đề tài đã hỗ trợ cho em rất nhiều về kiến thức, tài liệu và cơ sở vật chất
để em có thể hồn thành tốt đề tài.

ii


MỤC LỤC
LỜI NĨI ĐẦU ............................................................................................................ i
DANH MỤC HÌNH ẢNH ..........................................................................................v
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ...........................................................................v
TÓM TẮT ĐỒ ÁN.................................................................................................... vi
CHƢƠNG I.CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG ..............................................................1
1.1. Thực trạng nhà xe trƣờng đại học vinh ................................................................1
1.2. Một số mơ hình bãi đỗ xe hiện nay ......................................................................1
1.2.1 Đỗ xe tự động dạng thang máy (Card Lift) ................................................1
1.2.2 Đỗ xe tự động dạng xếp hình ......................................................................2
1.2.3. Đỗ xe tự động hệ thống thang nâng di chuyển ..........................................3
1.3. Giải pháp thời gian đỗ xe .....................................................................................6
1.4 Kết luận chƣơng ....................................................................................................7
CHƢƠNG II. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN CỨNG .........................................................8
2.1. Giới thiệu về công nghệ RFID .............................................................................8
2.1.1.Khái niệm ....................................................................................................8
2.1.2. Một hệ thống RFID ....................................................................................9
2.1.3 Các khoảng cách đọc chuẩn của thiết bị RFID .........................................11
2.1.4 Dải tần hoạt động của hệ thống RFID ......................................................11
2.1.5 RFID và tính bảo mật an ninh...................................................................11
2.1.6 Nhƣợc điểm của hệ thống RFID ...............................................................12
2.1.7 Các ứng dụng nổi bật của công nghệ RFID ..............................................12
2.2. Kit vi điều khiển Arduino ..................................................................................15
2.2.1 Khái niệm ..................................................................................................15
2.2.2. Những đặc điểm nổi bật của Arduino ......................................................16
2.2.3. Cơng cụ lập trình Arduino .......................................................................16
2.2.4. Phần cứng của Arduino ...........................................................................17

2.2.5 Các ứng dụng nổi bật của board mạch Arduino .......................................17
2.3 Module USB-TLL CH340 ..................................................................................20
iii


2.4 Động cơ Servo SG90...........................................................................................21
2.5 Kết luận chƣơng ..................................................................................................21
CHƢƠNG III. THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH NHÀ GIỮ XE THÔNG
MINH ........................................................................................................................22
3.1 Thiết kế ................................................................................................................22
3.1.1 Sơ đồ thiết kế của bãi đỗ xe ......................................................................23
3.1.2 Sơ đồ khối .................................................................................................24
3.1.3 Lƣu đồ thuật tốn ......................................................................................24
3.2 Chế tạo mơ hình nhà giữ xe thông minh .............................................................25
3.3 Sản phẩm .............................................................................................................26
3.4 Chạy thử nghiệm mô hình ...................................................................................26
3.5 kết luận chƣơng ...................................................................................................27
KẾT LUẬN ...............................................................................................................28
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................29
PHỤ LỤC ..................................................................................................................30

iv


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Nhà xe trƣờng Đại học Vinh ............................................................................1
Hình 1.2 Đỗ xe tự động dạng thang máy.........................................................................2
Hình 1.3 Đỗ xe tự động dạng xếp hình ...........................................................................2
Hình 1.4 Đỗ xe tự động hệ thống thang nâng di chuyển .................................................3
Hình 1.5 Trạm đỗ xe thơng minh ....................................................................................4

Hình 1.6 Bãi đỗ xe tự động đặc biệt ở châu Âu .............................................................. 4
Hình 1.7 Bãi đỗ xe dạng tầng hầm ..................................................................................5
Hình 1.8 Bãi đỗ xe dạng bán tự động ..............................................................................5
Hình 1.9 Bãi đỗ xe tại các vùng ngoại thành...................................................................6
Hình 1.10 Quản lý vé xe thủ cơng ...................................................................................6
Hình 1.11 Vé giữ xe sử dụng cơng nghệ in mã vạch ......................................................7
Hình 2.1 Thẻ RFID ..........................................................................................................9
Hình 2.2 Hệ thống làm việc của thẻ RFID ....................................................................10
Hình 2.3 RFID gắn lên hàng hóa giúp nhà sản xuất theo dõi nhiệt độ ......................... 13
Hình 2.4 Ứng dụng thẻ RFID trong trạm thu phí .......................................................... 14
Hình 2.5 RFID đóng mở thanh barie ra vào ..................................................................14
Hình 2.6 Một số chức năng của các chân trên board mạch Arduino ............................ 15
Hình 2.7 KitArduino ......................................................................................................17
Hình 2.8 Máy in 3D Makerbot điều khiển bằng Arduino Mega2560 ........................... 18
Hình 2.9 Robot di động tự tránh vật cản dùng camera CMUCam và Arduino nano ....18
Hình 2.10 Một thiết bị UAV.......................................................................................... 19
Hình 2.11 Một thiết bị Arduino .....................................................................................19
Hình 2.12Ambilight với Arduino ..................................................................................20
Hình 2.13 Module USB-TLL CH340 ............................................................................20
Hình 2.14 Động cơ Servo SG90 ....................................................................................21
Hình 3.1Sơ đồ thiết kế của bãi đỗ xe .............................................................................23
Hình 3.2Sơ đồ khối của bãi đỗ xe .................................................................................24
Hình 3.3Lƣu đồ thuật tốn cổng vào. ............................................................................24
Hình 3.4 Lƣu đồ thuật tốn cổng ra ...............................................................................24
Hình 3.5 Sản phẩm thực tế nhà xe thơng minh ............................................................. 26
Hình 3.6 Kết quả khảo sát khi dùng vé không hợp lệ ...................................................26
Hình 3.7 Kết quả khảo sát khi dùng vé không hợp lệ ...................................................27

v

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
RFID

Radio Frequency Identification

USB

Universal Serial Bus

LCD

Liquid Crystal Display

LED

Light Emitting Diode

UAV

Unmanned Aerial Vehicle

PC

Nhận dạng qua tần số vô tuyến
Là một chuẩn kết nối tuần tự đa dụng
trong máy tính
Màn hình tinh thể lỏng
Điốt phát quang
Thiết bị bay khơng ngƣời lái

Personal Computer

Máy tính cá nhân

vi


TĨM TẮT ĐỒ ÁN
Đồ án “Nghiên cứu thiết kế mơ hình nhà giữ xe thơng minh giải quyết ùn tắc ”
nhằm giải quyết vấn đề ùn tắc nhà dữ xe đại học Vinh. Mơ hình thiết kế bao gồm cổng
và cổng ra và cổng vào tách biệt. Ở các cổng có sự phân làn: vé tháng và vé ngày.
Cơng nghệ RFID đƣợc sử dụng nhằm kiểm soát sự ra vào. Mơ hình thiết kể hoạt động
ổn định và có thể áp dụng thực tế
ABSTRACT
The project " Research and design of the intelligent car park to solve traffic
congestion " aims to solve the problem of parking lot congestion in Vinh University.
The design consists of a gateway and gateway and a separate gateway. At the gates
there are fog lanes: monthly tickets and day tickets. RFID technology is used to
control access. The design model is stable and practically applicable

vii


CHƢƠNG I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG
Hiện nay những ứng dụng của phần cứng đƣợc sử dụng ngày càng nhiều và phổ
biến, đi qua các trung tâm thành phố lớn chúng ta có thể thấy những bãi đỗ xe thơng
minh có sử dụng module đọc thẻ để kiểm sốt lƣợng xe ra vào một cách hồn tồn tự
động, chúng trơng khá đẹp mắt và tiện lợi. Ngoài ra, module đọc thẻ còn đƣợc sử dụng
vào rất nhiều lĩnh vực khác trong cuộc sống nhƣ: ứng dụng thẻ từ RFID để đóng mở

cửa, ứng dụng quản lý xe ra vào, ứng dụng trạm thu phí tự động.
1.1. Thực trạng nhà xe trƣờng đại học vinh
Theo thống kê hiện nay trƣờng Đại Học Vinh có 4 viện, 11 khoa đào tạo với 54
ngành đào tạo đại học 37 chuyên ngành đào tạo thạc sĩ và 16 chuyên ngành đào tạo
tiến sĩ với trên 40000 sinh viên, học viên , nghiên cứu sinh[1]. Theo khảo sát ƣớc tính
có khoảng 50% sinh viên đi xe máy. Để đáp ứng nhu cầu gửi xe của các sinh viên thì
hiện nay nhà trƣờng có 3 bãi đỗ xe chính là nhà xe cổng chính với sức chứa 10000 xe
và 2 nhà xe cổng phụ đƣờng Bạch Liêu và đƣờng Nguyễn Văn Trỗi.
Mặc dù đã có 3 nhà xe nhƣng vẫn xảy ra tình trạng ùn tắc vì lƣu lƣợng sinh viên
q đơng hơn nữa nhà xe đang áp dụng hình thức ghi vé cũng nhƣ quản lý thủ cơng.

Hình 1.1 Nhà xe trƣờng Đại học Vinh
Hiện nay, để giải quyết vấn đề ùn tắc nhà xe trƣờng Đại Học Vinh là xây dựng
một hệ thống bãi đỗ xe thơng minh .
1.2. Một số mơ hình bãi đỗ xe hiện nay
1.2.1 Đỗ xe tự động dạng thang máy (Card Lift)
Với hệ thống đỗ xe tự động dùng thang máy, lái xe sẽ đƣa xe vào buồng thang
máy, thang nâng xe đến tầng đỗ xe, lái xe đƣa xe ra khỏi thang máy và lái xe vào vị trí
đỗ xe.
1


Hình 1.2Đỗ xe tự động dạng thang máy
Đặc điểm:
- Tiết kiệm diện tích đƣờng di chuyển nội bộ của xe khi lên xuống giữa các tầng
bên trong bãi đỗ xe, tuy nhiên vẫn tốn diện tích di chuyển cho xe trong từng tầng.
- Tốc độ nâng hạ chậm do có xe và ngƣời với hệ thống 1 thang máy thì thời gian
lấy xe ra vào rất lâu.
- Hiện nay dạng đỗ xe tự động này ít phổ biến.
1.2.2 Đỗ xe tự động dạng xếp hình

Hình 1.3 Đỗ xe tự động dạng xếp hình
Mơ hình này đỗ xe tự động dạng xếp hình lắp đặt rất phổ biến ngồi trời trên các
đƣờng phố, hệ thống đỗ xe tự động thƣờng có số lƣợng nhỏ (10 - 30 xe), rất cơ động
và lấy xe nhanh chóng, dễ dàng. Lắp thơng dụng cho các cơng trình qui mơ nhỏ (1
2


tầng hầm đỗ xe) để tăng số lƣợng đỗ xe, rất phù hợp cho việc điều chỉnh thiết kế tự lái
thông thƣờng lên gấp đôi số lƣợng xe (bằng cách nâng 1 tầng puzzle) hoặc gấp ba
(thêm 1 tầng pit âm bên dƣới) mà ít ảnh hƣởng thiết kế có sẵn, tiết kiệm chi phí xây
dựng do khơng phải xây thêm sàn cho các tầng xe, tuy nhiên vẫn cần đƣờng dẫn cho
xe vào vị trí đỗ xe. Thời gian lấy xe lâu (bình quân 2.5 phút) cho hệ thống trên 30 xe
nên không phù hợp cho các hệ thống số lƣợng xe > 30 xe, luôn luôn phải thiết kế chừa
1 cột trống để xếp hình (tức 1 vị trí trống cho mỗi tầng).
1.2.3. Đỗ xe tự động hệ thống thang nâng di chuyển

Hình 1.4 Hệ thống đỗ xe tự động thang nâng di chuyển
Ƣu điểm:
- Điều khiển đơn giản với màn hình cảm ứng (Touch screen)
- Hệ thống lắp ngầm hoặc nổi
- Do 1 hệ thống cơ khí vừa có chức năng nâng hạ, vừa có chức năng di chuyển nên
rất nhanh hỏng, phải đầu tƣ chi phí bảo dƣỡng và thay thế thƣờng xuyên, thời gian lấy
xe ra khá lâu do phải xử lý từng lệnh ra hoặc vào.
- Hệ thống đỗ xe tự động này thích hợp với bãi xe từ 100 – 500 xe.
Hệ thống sàn bê tông dùng robot:
- Robot phải luôn luôn hoạt động nên rất nhanh hỏng.
- Sử dụng robot để lấy xe ra vào vị trí, robot nâng 2 bánh nên không phù hợp với
loại xe số tự động.
- Sàn đỗ xe là sàn bê tông với yêu cầu cao về độ chính xác của mặt phẳng nên rất

khó thi cơng.
- Loại robot nâng 4 bánh xe đƣợc nghiên cứu tại Nhật Bản.
Hệ thống sàn kết cấu thép dùng pallet:
3


- Vận hành pallet đơn giản hơn và giảm bớt 1 thao tác đƣa robot vào vị trí nên
giảm thời gian nhận và trả xe.
- Có thể tháo lắp di chuyển dễ dàng so với sàn bê tông.
- Phải bảo dƣỡng kết cấu thép định kỳ.
Các nƣớc phát triển trên thế giới đã xây dựng các bãi đỗ xe rất hiện đại nhƣ:

Hình 1.5Trạm đỗ xe thơng minh

Hình 1.6 Bãi đỗ xe tự động đặc biệt ở châu Âu
Tại các thành phố lớn ở nƣớc ta, các nhà quản lý đƣa ra phƣơng án xây bãi đỗ xe
dạng tầng hầm hoặc dạng bãi đỗ xe bán tự động,… vì quỹ đất dành cho giao thông của
các thành phố lớn là quá ít.

4


Hình 1.7 Bãi đỗ xe dạng tầng hầm

Hình 1.8 Bãi đỗ xe dạng bán tự động
Tại các vùng ngoại thành do quỹ dành cho giao thông nhiều hơn nên các bãi đỗ
xe không yêu cầu công nghệ cao.
5

Hình 1.9 Bãi đỗ xe tại các vùng ngoại thành
1.3 Giải pháp tiếc kiệm thời gian đƣa xe vào nơi đỗ
Tại bãi đỗ xe hiện nay, vẫn đang thực hiện việc ghi vé và quản lí thủ cơng đã gây
khơng ít khó khăn cho nhân viên cũng nhƣ gây cũng nhƣ gây sự ùn tắc và phiền toán
cho sinh viên . Ngồi ra, theo cách giữ xe thơng thƣờng nhƣ xé vé tay, ghi biển số
xe,mất thời gian thanh toán tiền … gây mất mỹ quan cũng nhƣ không đảm bảo về tính
bảo mật, thƣờng xảy ra sự cố mất xe với những thủ đoạn tinh vi của kẻ gian nhƣ tráo
biển số, tráo vé bấm trên xe.

Hình 1.10 Quản lý vé xe thủ công
Một số nơi đã sử dụng công nghệ in mã vạch là một bƣớc tiến đáng kể đối với
việc giữ xe bằng cách thủ công thông thƣờng, nó nâng cao đƣợc hiệu quả với thời gian
xử lý xe ra vào. Song, nguồn giấy in nhiệt là không thể tái sử dụng, hết lƣợt xe của

6


khách hàng, nó sẽ trở thành rác. Ngồi ra, vào mùa mƣa, những vé xe này sẽ bị thấm
nƣớc, dẫn đến tình trạng mờ mã vạch, máy qt khơng thể qt đƣợc.

Hình 1.11 Vé giữ xe sử dụng cơng nghệ in mã vạch
Để giải quyết vấn đề ùn tắc bãi đỗ xe và những khó khăn trong việc quản lí bãi
giữ xe chúng ta nên “ Chế tạo nhà xe thơng minh ” bởi nó có những lợi ích sau:
- Giảm ùn tắc, tai nạn giao thông do để xe dƣới lòng đƣờng.
- Tạo cho khách hàng cảm giác tiện nghi, thoải mái trong việc tính tiền tự động.
- Giảm nhân công trông giữ xe.
- Việc phân làn giúp dễ dàng trong việc quản lý cũng nhƣ giảm quỹ thời gian khi
thanh toán.
- Hệ thống này sử dụng loại thẻ RFID để thay thế cho loại giấy in nhiệt. Đây là một
loại thẻ đặc biệt, có tính bảo quản cao, góp phần làm giảm sự thất thốt tài chính cũng

nhƣ nâng cao mỹ quan tại bãi giữ xe.
1.4 Kết luận chƣơng
Qua chƣơng này chúng tơi đã tìm hiểu ngun nhân sự ùn tắc nhà xe trƣờng đại
học Vinh. Cũng nhƣ tìm hiểu đƣợc 1 số hệ thống bãi đỗ xe thông minh trên thế giới.

7


CHƢƠNG II. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN CỨNG
2.1 Giới thiệu về công nghệ RFID
2.1.1Khái niệm
RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ nhận dạng bằng sóng vơ
tuyến, là một phƣơng pháp nhận dạng tự động dựa trên việc lƣu trữ dữ liệu từ xa, sử
dụng thiết bị thẻ RFID và một đầu đọc RFID.
Thẻ RFID có thể thay thế cho các mã vạch trên các sản phẩm có bán tại các siêu
thị bán lẻ. Thay vì phải đƣa thiết bị vào sát mã vạch để qt, RFID cho phép thơng tin
có thể đƣợc truyền qua những khoảng cách nhỏ mà không cần một tiếp xúc vật lý nào
cả.[2]
Dạng đơn giản nhất đƣợc sử dụng hiện nay là hệ thống RFID bị động làm việc
nhƣ sau: bộ nhớ truyền tín hiệu tần số vơ tuyến từ ăng-ten của nó đến một con chip. Bộ
nhớ nhận thông tin trở lại từ chip và gửi nó đến máy tính điều khiển đầu đọc và xử lý
thơng tin lấy đƣợc từ chip. Các chíp khơng tích điện, chúng hoạt đọng bằng cách sử
dụng năng lƣợng nhận từ tín hiệu đƣợc gửi bởi bộ nhớ.
Thẻ RFID đƣợc đƣa vào sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực nhƣ: Quản lý nhân sự,
quản lý hàng hóa vào/ra siêu thị, nhà kho, theo dõi động vật, quản lý xe cộ qua trạm
thu phí, làm thẻ hộ chiếu,…
Ví dụ: Bạn vào trong một siêu thị để mua đồ, mọi hàng hóa đều đƣợc 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, một hóa đơn đƣợc tự động in ra mà bạn không cần phải

quét (mã vạch) của từng món hàng. [3]

8


Hình 2.1 Thẻ RFID
2.1.2 Một hệ thống RFID
Thẻ RFID (transponder): là một vi mạch kết hợp với một ăng-ten trong một gói
nhỏ gọn; bao bọc bên ngồi thẻ RFID đƣợc thiết kế để cho phép các thẻ RFID đƣợc
gắn vào một đối tƣợng để đƣợc theo dõi.
Ăng-ten của thẻ nhận tín hiệu từ một đầu đọc RFID hoặc máy quét và sau đó trả
về tín hiệu, thƣờng là với một số dữ liệu bổ sung (nhƣ một số duy nhất nối tiếp hoặc
thông tin tùy chỉnh khác).
Cảm biến: để đọc thơng tin từ các thẻ, có thể đặt cố định hoặc lƣu động.
Ăng ten: là thiết bị liên kết giữa thẻ và thiết bị đọc. Thiết bị đọc phát xạ tín hiệu
sóng để kích họat và truyền nhận với thẻ.
Máy chủ: thu nhận, xử lý dữ liệu, phục vụ giám sát, thống kê, điều khiển,…
Cơ sở hạ tầng truyền thông: thành phần bắt buộc, nó là một tập gồm cả hai mạng
có dây và khơng dây, các bộ phận kết nối tuần tự để kết nối các thành phần trong hệ
thống để chúng truyền thông với nhau hiệu quả.

9


Hình 2.2 Hệ thống làm việc của thẻ RFID
Thẻ RFID có thể rất nhỏ, tƣơng đƣơng kích thƣớc của một hạt gạo. Tuy nhiên,
tùy từng ứng dụng mà nó có thể có kích thƣớc lớn hơn. Ví dụ nhƣ 50x25mm,
35x25mm là những RFID nhãn hoặc thậm chí là bằng bìa một cuốn sách.
Các loại thẻ RFID
Gồm 03 loại:

Thẻ thụ động (passive tag): là thẻ khơng có nguồn năng lƣợng. Ngay khi mà
dịng điện đƣợc gây ra bởi những tín hiệu sóng radio đi vào trong ăng-ten cung cấp đủ
năng lƣợng cho mạch tích hợp CMOS (IC) trong thẻ, mạch bắt đầu hoạt động và thẻ
truyền tín hiệu phản hồi trả lại. Điều này có nghĩa là khi thẻ thụ động đi qua máy đọc,
năng lƣợng của sóng radio phát từ máy đọc sẽ cung cấp năng lƣợng cho chip và “đánh
thức” nó để thu nhận thơng tin mà nó lƣu giữ. Điều này có nghĩa là ăng-ten phải thiết
kế để thu đƣợc năng lƣợng từ cả hai tín hiệu đến và tín hiệu phản lại truyền ra. Chính
vì nó khơng có nguồn ni bên trong thẻ nên những thẻ thụ động và nhãn dán thụ động
có kích thƣớc khá nhỏ và vì thế nó cũng khơng thể có khoảng cách đọc quá xa.
Thẻ bán chủ động (semi-active tag): tƣơng đối giống với thẻ thụ động trừ phần
thêm một pin nhỏ. Pin này cho phép IC của thẻ đƣợc cấp nguồn liên tục, giảm bớt sự
cần thiết trong thiết kế ăng-ten thu năng lƣợng từ tín hiệu quay lại. Các thẻ bán thụ
động khơng chủ động truyền tín hiệu vơ tuyến về đầu đọc, mà nó nằm im bảo tồn năng
lƣơng cho tới khi nó nhận đƣợc tín hiệu vơ tuyến từ đầu đọc nó sẽ kích hoạt hệ thống
hoạt động. Thẻ bán chủ động RFID nhanh hơn trong sự phản hồi lại và vì vậy khỏe
hơn trong việc đọc số truyền so với thẻ thụ động. Do đó khoảng cách đọc của nó cũng
xa hơn so với thẻ thụ động.
Thẻ chủ động (active tag): là loại thẻ khác với thẻ thụ động và bán chủ động,
thẻ chủ động RFID có nguồn năng lƣợng trong chính bản thân nó đƣợc sử dụng cung
10


cấp nguồn cho tất cả các IC và phát ra tín hiệu. Chúng thƣờng đƣợc gọi là đèn hiệu bởi
vì chúng phát các tín hiệu mà chúng nhận đƣợc. Thẻ chủ động có vùng hoạt động rộng
hơn, có thể lên tới vài chục mét, trong khi bộ nhớ của nó cũng lớn hơn cho phép nhận
và truyền nhiều dữ liệu hơn và thời gian hoạt động của nó thƣờng khoảng 3 đến 5 năm.
Đặc điểm nổi bật
Sử dụng hệ thống khơng dây thu phát sóng radio. Khơng sử dụng tia sáng nhƣ mã
vạch.
Thơng tin có thể đƣợc truyền qua những khoảng cách nhỏ mà khơng cần tiếp xúc

vật lý nào.
Có thể đọc đƣợc thông tin xuyên qua các môi trƣờng, vật liệu nhƣ: bê tông, tuyết,
sƣơng mù, băng đá, sơn và các điều kiện môi trƣờng thách thức khác mà mã vạch và
các công nghệ khác không thể phát huy hiệu quả.[4]
Thẻ RFID có thể đọc trong khoảng thời gian < 10ms. Và sẽ cịn có hiệu quả trong
các ứng dụng thực tiễn phát sinh trong đời sống.
2.1.3Các khoảng cách đọc chuẩn của thiết bị RFID
Khoảng cách đọc phụ thuộc vào một số thông số và điều kiện cụ thể, tùy thuộc
vào thẻ là chủ động hay thụ động. Phần lớn thẻ RFID thụ động có khoảng cách đọc ,
tùy thuộc vào giải tần số của đầu đọc.
Hệ thống RFID sử dụng dải tần UHF sẽ có khoảng cách đọc lớn hơn, thậm chí có
những hệ thống khoảng cách đọc có thể lên tới 300 feet (100 m) phụ thuộc vào từng
ứng dụng cụ thể.
2.1.4 Dải tần hoạt động của hệ thống RFID
Khi phải lựa chọn một hệ thống RFID, yêu cầu đầu tiên là chọn dải tần hoạt động
của hệ thống.
Tần số thấp (125 KHz): dải đọc ngắn tốc độ đọc thấp.
Dải tần cao (13.56 MHz): khoảng cách đọc ngắn tốc độ đọc trung bình. Phần lớn
thẻ thụ động sử dụng dải này.
Dải tần cao hơn: Dải đọc từ ngắn đến trung bình, tốc độ đọc trung bình đến cao.
Phần lớn thẻ chủ động sử dụng tần số này.
Dải siêu cao tần (868-928 MHz): dải đọc rộng, tốc độ đọc cao. Phần lớn dùng thẻ
chủ động và một số thẻ thụ động cao tần.
Dải vi sóng (2.45-5.8 GHz): dải đọc rộng tốc độ đọc lớn.
2.1.5 RFID và tính bảo mật an ninh
Thẻ chíp RFID có rất nhiều mã nhận dạng khác nhau, thơng thƣờng là 32 bít
tƣơng ứng với hơn 4 tỷ mã số khác nhau. Ngoài ra khi xuất xƣởng mỗi thẻ chip RFID
đƣợc gán một mã số khác nhau . Do vậy khi một vật đƣợc gắn chip RFID thì khả năng
nhận dạng nhầm vật đó với 1 thẻ chip RFID khác là rất thấp, xác suất là 1 phần 4 tỷ.
11

RFID khơng khác gì so với hệ thống thẻ ghi nợ, máy điện thoại di động, thẻ thu
phí, thẻ tín dụng về phƣơng diện bảo mật thông tin cá nhân. Các nhà cung cấp sản
phẩm RFID đang cố gắng tăng cƣờng tính bảo mật và cân bằng giữa sự tiện dụng và
các khả năng đe dọa đến bảo mật cá nhân thông qua các giao thức nhƣ: giao thức
không dây, chống giả mạo, mã hóa dữ liệu để tăng tính an tồn cho cơng nghệ và sản
phẩm thƣơng mại hóa.
2.1.6 Nhƣợc điểm của hệ thống RFID
Một số nhƣợc điểm của RFID:
Hệ thống RFID có giá thành cao.
Dễ bị ảnh hƣởng: có thể làm tổn hại hệ thống RFID bởi việc phủ vật liệu bảo vệ
từ 2 đến 3 lớp kim loại thơng thƣờng để ngăn chặn tín hiệu radio. Cũng có thể tổn hại
hệ thống RFID bởi việc đặt hai mục đối ngƣợc, điều đó có thể hủy các tín hiệu, phải
đòi hỏi kiến thức về kỹ thuật và sự cặn thẳng hàng cẩn thận.
Việc tiêu hủy thẻ: các thẻ RFID đƣợc dán bên trong bao bì và đƣợc phơ ra dễ hƣ
hỏng. Vì vậy, sẽ có nhiều vấn đề khi ngƣời sử dụng biết rõ hơn về vai trò của thẻ.
Những liên quan riêng tƣ ngƣời sử dụng: vấn đề hệ thống RFID thƣ viện ngày nay
là các thẻ chứ thơng tin mà nó có thể đƣợc đọc dễ dàng bằng các đầu đọc thẻ trái phép.
Nhiễu 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 nhƣ vậy đƣợc gọi là nhiễu đầu đọc. Một phƣơng
pháp tránh vấn đề này là sử dụng kỹ thuật phân chia thời gian đa truy cập (TDTM).
2.1.7 Các ứng dụng nổi bật của công nghệ RFID
Ứng dụng quản lý lƣu thơng hàng hóa
Đây là ứng dụng tuyệt vời nhất của công nghệ RFID trên cơ sở kết hợp với
Internet, GPRS, Cloud cho phép chúng ta theo dõi đƣợc món hàng đƣợc vận chuyển đã
đi đến đâu trong suốt lộ trình vận chuyển. Đặc biệt với những hàng hóa quan trọng,
vận chuyển xuyên biển, đƣờng dài,… giúp việc theo dõi, kiểm tra, giám sát trở nên
cực kỳ đơn giản.
Ví dụ: dùng những thẻ RFID theo dõi nhiệt độ gắn lên hàng hóa có thể giúp nhà

sản xuất theo dõi nhiệt độ kho lạnh. Những thẻ này truyền dữ liệu qua đầu đọc, đầu
đọc liên tục truyền dữ liệu thu đƣợc từ các thẻ để truyền về máy tính trung tâm và lƣu
lại dữ liệu thu đƣợc. Từ đó, nhà sản xuất có thể truy cập vào internet từ bất cứ nơi nào
cũng có thể theo dõi đƣợc dữ liêu bảo quản hàng hóa của mình trong các kho lạnh.

12


Hình 2.3 RFID gắn lên hàng hóa giúp nhà sản xuất theo dõi nhiệt độ
Ứng dụng quản lý kho hàng:
Công nghệ RFID cho vấn đề kiểm tra kho hàng và hàng tồn kho, đặc biệt rất hữu
ích cho những kho hàng với loại hàng nặng, cồng kềnh… Việc ứng dụng công nghệ
RFID cho các kho hàng loại này, cuối mỗi ngày bạn chỉ cần bật thiết bị quét RFID lên
nó sẽ giúp bạn thu thập dữ liệu tất cả các hàng hóa có dán nhãn RFID. Việc cịn lại
thật đơn giản, bạn chỉ cần đổ dữ liệu vào máy tính và phần mềm kiểm kho sẽ giúp bạn
tất cả. Việc này giúp giảm rất nhiều chi phí quản lý kho hàng, kiểm kê kho hàng…
tránh đƣợc nhiều thất thoát.
Ứng dụng quản lý thu phí đƣờng bộ tự động:
Với tần số 900 Mz và 2.45 Ghz cho phép đọc dữ liệu từ thẻ RFID ở khoảng cách
xa (vài mét đến vài chục mét) và lƣớt rất nhanh qua đầu đọc đã mở ra khả năng ứng
dụng hiệu quả vào việc thu phí giao thơng đƣờng bộ tự động, khi các xe không phải
dừng lại mua vé nhƣ truyền thống mà chỉ cần gắn thẻ RFID trên xe, khi chạy qua đầu
đọc sẽ tự nhận dạng và trừ phí tự động. Việc này giúp xe cơ giới lƣu thông thuận tiện
và tránh kẹt xe tại các điểm thu phí, cũng nhƣ thất thốt từ việc thu phí theo truyền
thống.

13


Hình 2.4 Ứng dụng thẻ RFID trong trạm thu phí

Bên cạnh những ứng dụng nổi bật đó cịn rất nhiều những ứng dụng thiết thực
cho quản lý nhƣ: quản lý nhà máy, quản lý thƣ viện, quản lý chấm công, quản lý bãi
giữ xe, quản lý nhà ăn, quản lý sinh viên, quản lý bệnh viện, khóa cửa dùng cơng nghệ
RFID, chống trộm xe honda.

Hình 2.5 RFID đóng mở thanh barie ra vào
14


2.2 Kit vi điều khiển Arduino
2.2.1 Khái niệm
Arduino là một bo mạch vi xử lý đƣợc dùng để lập trình tƣơng tác với các thiết
bị phần cứng nhƣ cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác

Hình 2.6 Một số chức năng của các chân trên board mạch Arduino
Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sung
giúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác. Một khía cạnh quan trọng
của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép ngƣời dùng kết nối với CPU
của board với các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi. Arduino chính thức
thƣờng sử dụng các dịng chip megaAVR, đặc biệt là ATmega8, ATmega168,
ATmega328, ATmega1280, và ATmega2560. Một vài các bộ vi xử lý khác cũng đƣợc
sử dụng bởi các mạch Arduino tƣơng thích. Hầu hết các mạch gồm một bộ điều chỉnh
tuyến tính 5V và một thạch anh dao động 16 MHz (hoặc bộ cộng hƣởng ceramic trong
một vài biến thể), mặc dù một vài thiết kế nhƣ LilyPad chạy tại 8 MHz và bỏ qua bộ
điều chỉnh điện áp onboard do hạn chế về kích cỡ thiết bị. Một vi điều khiển Arduino
cũng có thể đƣợc lập trình sẵn với một boot loader cho phép đơn giản là upload
chƣơng trình vào bộ nhớ flash on-chip, so với các thiết bị khác thƣờng phải cần một bộ
nạp bên ngoài. Điều này giúp cho việc sử dụng Arduino đƣợc trực tiếp hơn bằng cách
cho phép sử dụng 1 máy tính gốc nhƣ là một bộ nạp chƣơng trình.
Board Arduino sẽ đƣa ra hầu hết các chân I/O của vi điều khiển để sử dụng cho những

mạch ngoài. Arduino Uno đƣa ra 14 chân I/O kỹ thuật số, 6 trong số đó có thể tạo
xung PWM (điều chế độ rộng xung) và 6 chân input analog, có thể đƣợc sử dụng nhƣ
là 6 chân I/O số. Những chân này đƣợc thiết kế nằm phía trên mặt board, thơng qua
các header cái 0.10-inch (2.5 mm).[5]
15


2.2.2 Những đặc điểm nổi bật của Arduino
Sử dụng với ngƣời mới bắt đầu.
Mã nguồn mở và phần mềm mở rộng: các phần mềm Arduino đƣợc công bố nhƣ
là công cụ mã nguồn mở, có thể đƣợc chia sẻ dễ dàng và mở rộng bởi các lập trình
viên có kình nghiệm. Ngơn ngữ có thể đƣợc mở rộng qua thƣ viện C++.
Mã nguồn mở và mở rộng phần cứng: các thiết bị của nền tảng Arduino đƣợc
thiết kế và sử dụng theo dạng module nên việc tùy biến phần cứng cũng dễ dàng hơn.
Đơn giản và nhanh: rất đơn giản để lắp ráp, lập trình và sử dụng thiết bị.
Dễ dàng chia sẻ: mọi ngƣời có thể dễ dàng chia se mã nguồn với nhau mà không
phải lo lắng về ngôn ngữ hay hệ điều hành. - Chạy trên đa nền tảng: việc lập trình trên
Arduino có thể thực hiện trên các nền tảng khác nhau bao gồm Windows, Mac OS,
Linux trên desktop và iOS, Android trên di động.
Ngôn ngữ lập trình đơn giản, dễ hiểu: ngơn ngữ lập trình cho thiết bị Arduino rất
dễ tiếp cận và dễ dàng
Không tốn kém: mạch Arduino tƣơng đối rẻ tiền so với các nền tảng vi điều
khiển khác. Ngoài ra, các module Arduino có thể đƣợc lắp ráp bằng tay để tiết kiệm
chi phí.
2.2.3 Cơng cụ lập trình Arduino
Tuy là một bo mạch nhỏ, Arduino có thể dùng vào rất nhiều ứng dụng thú vị
khác nhau. Vậy để phát triển ứng dụng dựa trên Arduino, ta cần:
- Cài đặt Arduino IDE.
- Dây kết nối USB loại A-B.
- Bo mạch Arduino.

Ngôn ngữ lập trình của Arduino chính là C/C++, nhƣng so với lập trình lập trình
trực tiếp với vi điều khiển, lập trình với Arduino đơn giản hơn nhiều vì chỉ giao tiếp
với phần cứng thơng qua các thƣ viện, có thể xem nhƣ các lớp C++ wrapper lên các
giao tiếp với phần cứng. Trên Internet, có khá nhiều các library viết sẵn để điều khiển
ngoại vi: LCD, sensor, motor... nên việc cần làm chỉ là kết hợp chúng với nhau để tạo
ứng dụng cho riêng.

16


2.2.4 Phần cứng của Arduino

Hình 2.7 KitArduino
Đối với chúng ta lập trình cho Arduino thì trƣớc tiên quan tâm những thành phần
đƣợc đánh số ở trên:
- Cổng USB (1): đây là cổng giao tiếp để ta upload code từ PC lên vi điểu khiển.
Đồng thời nó cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu giữa vi điểu khiển với máy tính.
- Jack nguồn (2): để chạy Arduino thì có thể lấy nguồn từ cổng USB ở trên,
nhƣng không phải lúc nào cũng có thể cắm với máy tính đƣợc. Lúc đó, ta cần một
nguồn 9V đến 12V.
- Hàng Header (3): đánh số từ 0 đến 12 là hàng digital pin, nhận vào hoặc xuất ra
các tín hiệu số. Ngồi ra có một pin đất (GND) và pin điện áp tham chiếu (AREF).
- Hàng header thứ hai (4): chủ yếu liên quan đến điện áp đất, nguồn.
- Hàng header thứ ba (5): các chân để nhận vào hoặc xuất ra các tín hiệu analog.
Ví dụ nhƣ đọc thơng tin của các thiết bị cảm biến.
- Vi điều khiển AVR (6): đây là bộ xử lý trung tâm của toàn bo mạch. Với mỗi
mẫu Arduino khác nhau thì con chip này khác nhau. Ở con Arduino Uno này thì sử
dụng ATMega328.
2.2.5 Các ứng dụng nổi bật của board mạch Arduino
Arduino đƣợc chọn làm bộ não xử lý của rất nhiều thiết bị từ đơn giản đến phức

tạp. Trong số đó có một vài ứng dụng thực sự chứng tỏ khả năng vƣợt trội của Arduino
do chúng có khả năng thực hiện nhiều nhiệm vụ rất phức tạp. Sau đây là một số ứng
dụng nổi bật của Arduino.
Máy in 3D
Một cuộc cách mạng khác cũng đang âm thầm định hình nhờ vào Arduino, đó là
sự phát triển máy in 3D nguồn mở Reprap. Máy in 3D là công cụ giúp tạo ra các vật
17


thể thực trực tiếp từ các file CAD 3D. Công nghệ này hứa hẹn nhiều ứng dụng rất thú
vị trong đó có cách mạng hóa việc sản xuất cá nhân.

Hình 2.8 Máy in 3D Makerbot điều khiển bằng Arduino Mega2560
Robot
Do kích thƣớc nhỏ gọn và khả năng xử lý mạnh mẽ, Arduino đƣợc chọn làm bộ
xử lý trung tâm của rất nhiều loại robot, đặc biệt là robot di động.

Hình 2.9 Robot di động tự tránh vật cản dùng camera CMUCam và Arduino nano

18