Thiết kế hệ thống kiểm soát đầu sách trong thư viện dùng công nghệ rfid

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  - PHẠM THÀNH ĐỒNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG KIỂM SOÁT ĐẦU SÁCH TRONG THƯ VIỆN DÙNG CÔNG NGHỆ RFID LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HOC TS: PHẠM VĂN BÌNH Hà Nội - Năm 2014 LỜI NĨI ĐẦU Hiện có nhiều thư viện đại học thư viện thành phố giới sử dụng vi mạch bán dẫn đặc biệt biết đến thẻ RFID RFID gắn sách, cách xếp cơng nghệ giúp cho công việc thư viện đạt hiệu tốt Hệ thống RFID sẵn sàng nơi hay lắp đặt 300 thư viện Mỹ gán hàng nghìn thẻ cho sách Bên cạnh đó, RFID ứng dụng q trình tự động hố việc mượn trả, kiểm kê, chống trộm tài liệu, mượn trả phân loại tự động tài liệu Công nghệ RFID trở thành công nghệ nhiều thư viện giới sử dụng nhằm nâng cao hoạt động thư viện Đây công nghệ tiên tiến so với công nghệ mã vạch sử dụng Mặc dù, giá thành cao vài năm tới giá sản phẩm giảm dần lựa chọn hàng đầu thư viện ưu điểm vượt trội so với cơng nghệ mã vạch Chính lẽ đó,tơi chọn đề tài về, Thiết kế hệ thống kiểm soát đầu sách thư viện dùng công nghệ RFID Công nghệ xuất lâu ứng dụng chưa triển khai rộng rãi Với việc chọn đề tài ,tơi hi vọng góp phần cơng sức bé nhỏ vào cơng việc triển khai nó.Tuy nhiên ,ở mức độ luận văn tốt nghiệp thời gian có hạn, nên thiết kế thi công hệ thống mức kiểm thử Cịn để triển khai áp dụng vào thực tế phải đầu tư thêm nhiều thời gian tiền bạc Song với việc thiết kế thành công hệ thống này, thu thêm nhiều kinh nghiệm làm bước đệm cho trở thành kỹ sư sau trường Hà Nội ngày 20/9/2014 Phạm Thành Đồng DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT Thuật ngữ STT RFID Radio Frequency Identification (Nhận dạng sóng radio) OOK On-off Keying AC Alternating Current (Dòng xoay chiều) DC Direct Current (Dịng mơt chiều) RO Read Only (Chế độ đọc) RW Read Write (Chế độ ghi đọc) WORM Write Once Read Many (Chế độ ghi lần đọc nhiều lần) CRC Cyclic Redundancy Check (Thuật toán CRC) ID Identification (Nhận dạng) 10 EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (Bộ nhớ vật lý ghép đọc) 11 ISO International Organization for Standardization (Tiêu chuẩn tổ chức quốc tế) Electrical Product Code (Mã điện tử sản phẩm) 12 EPC 13 LF 14 HF High frequency (Tần số cao) 15 AM Amplitude Modulation (Điều biên) 16 RF Radio Frequency(Sóng vơ tuyến) Low frequency (Tần số thấp) MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ RFID 1.1 Lịch sử công nghệ RFID 1.2 Các khái niệm 1.3 Các đặc điểm hệ thống RFID 1.3.1 Tần số hoạt động 1.3.2 Phạm vi đọc 1.3.3 Phương pháp ghép nối 1.4 Các thành phần hệ thống RFID 1.4.1.Thành phần thẻ 11 1.4.1.1 Thẻ thụ động 11 1.4.1.1.1 Thành phần vi chip 13 1.4.1.1.2 Thành phần anten 14 1.4.1.2 Thẻ tích cực 16 1.4.1.2.1 Khối nguồn 19 1.4.1.2.2 Các thành phần điện tử 19 1.4.1.3 Thẻ bán tích cực (hoặc thẻ bán thụ động) 19 1.4.1.4 Thẻ đọc 21 1.4.1.5 Thẻ ghi lần – đọc nhiều lần 21 1.4.1.6 Thẻ ghi – đọc 21 1.4.2 Thiết bị đọc thẻ (Reader) 22 1.4.2.1 Khối truyền tín hiệu 23 1.4.2.2 Khối nhận tín hiệu 23 1.4.2.3 Khối vi xử lý 23 1.4.2.4 Khối nhớ 23 1.4.2.5 Các kênh vào/ra cho cảm biến, truyền động, báo hiệu bên 23 1.4.2.6 Khối điều khiển 24 1.4.2.7 Khối giao tiếp truyền thông 24 1.4.2.8 Khối nguồn 24 1.4.2.9 Phân loại thiết bị đọc thẻ 24 1.4.2.9.1 Thiết bị đọc thẻ nối tiếp 25 1.4.2.9.2 Thiết bị đọc thẻ mạng 25 1.4.2.9.3 Thiết bị đọc thẻ cố định 26 1.4.2.9.4 Thiết bị đọc thẻ cầm tay 29 1.4.3 Giao tiếp thiết bị đọc thẻ thẻ 29 1.4.3.1 Kiểu điều chế backscatter 30 1.4.3.2 Kiểu transmitter 31 1.4.3.3 Kiểu transponder 32 1.4.4 Anten thiết bị đọc thẻ 32 1.4.4.1 Vùng phủ sóng anten 34 1.4.4.2 Sự phân cực anten 34 1.4.4.3 Năng lượng anten 37 1.4.5 Máy chủ hệ thống phần mềm 37 1.4.6 Cơ sở hạ tầng truyền thông 40 1.4.7 Các thành phần phụ khác 40 1.5 Các tiêu chuẩn công nghệ RFID 42 1.5.1 Tiêu chuẩn ANSI 42 1.5.2 Tiêu chuẩn EPCglobal 43 1.5.3 Tiêu chuẩn ISO 44 1.6 Quyền riêng tư tính bảo mật cơng nghệ RFID 45 1.6.1 Quyền riêng tư 45 1.6.1.1 Các biện pháp bảo vệ quyền riêng tư dựa luật pháp 45 1.6.1.2 Các biện pháp bảo vệ quyền riêng tư thông qua việc cải tiến cơng nghệ 46 1.6.2 Tính bảo mật 47 1.6.2.1 Vùng : Các thẻ RF 48 1.6.2.2 Vùng hai : Các thiết bị đọc thẻ RFID 49 1.6.2.3 Vùng ba : Tuyến dịch vụ RFID 49 1.6.2.4 Vùng bốn : Các hệ thống thông tin doanh nghiệp 49 1.7 Kết luận 50 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG QUẢN LÝ SÁCH TRONG THƯ VIỆN TRÊN THẾ GIỚI 51 2.1 Ứng dụng RFID giới Việt Nam 51 2.1.1 Ứng dụng RFID giới 51 2.1.2 Ứng dụng RFID Việt Nam 52 2.2 Quy trình hoạt động RFID lĩnh vực thư viện giới 53 2.2.1 Nhập thông tin vào thẻ 53 2.2.2 Mượn/trả tự động 54 2.2.3 Kiểm kê tự động 56 2.2.4 Chống trộm: 56 2.2.5 Phân loại tài liệu tự động 57 2.3 Nhận xét : 58 2.3.1 Ưu điểm 58 2.3.2 Nhược điểm 59 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG RFID QUẢN LÝ SÁCH TRONG PHÒNG ĐỌC 60 3.1 Sơ đồ khối hệ thống quản lý thư viện 60 3.1.1 Phòng mượn trả sách tự động : 61 3.1.2 Phòng đọc sách 61 3.2 Thiết kế hệ thống quản lý sách phòng đọc Trường Trung cấp Nghề Miền Tây nghệ An 62 3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống 63 3.2.1.1 Khối nguồn 63 3.2.1.2 Khối hiển thị 64 3.2.1.3 Khối xử lý trung tâm: 64 3.2.1.4 Khối giao tiếp máy tính: 66 3.2.1.5 Khối rơle 66 3.2.2 Thẻ (Tag) RFID 67 3.2.3 IC RFID 70 3.2.4 Thiết kế anten cho hệ thống 75 3.2.4.1 Nghiên cứu nguồn lượng trường điện từ nuôi thẻ RFID 75 3.2.4.2 Từ trường anten tạo 75 KẾT LUẬN 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 PHỤ LỤC : MỘT SỐ MÃ NGUỒN 89 CHƯƠNG TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ RFID Khoảng chục năm trở lại bắt đầu bắt gặp nhiều ứng dụng công nghệ RFID thực tiễn sống hàng ngày Đơn giản thấy, vào chuỗi siêu thị Walmart để mua hàng,khi ta cần đưa sản phẩm lại gần thiết bị đọc sau thực trả tiền.Đó hệ thống RFID điển hình mà Walmart triển khai cho chuỗi siêu thị họ khắp giới.Từ thấy điều rằng, cơng nghệ RFID giúp tiện lợi nhiều sống ngày Bây tìm hiểu hệ thống RFID nói chung để hiểu rõ hoạt động 1.1 Lịch sử công nghệ RFID RFID khái niệm ,mà lịch sử chiến thứ II Thời nước Mỹ, Anh, Đức Nhật Bản sử dụng radar để xác định máy bay vào lãnh thổ họ việc nhận dạng máy bay đối phương trở thành nhiệm vụ tối quan trọng Nhận thức vấn đề này, người Đức tìm phi cơng lộn vịng máy bay họ quay trở lại thay đổi tín hiệu phản xạ trở lại coi hệ thống RFID thụ động Bên cạnh ,Watson-Watt phát triển việc nhận dạng tích cực đối tượng bạn/kẻ thù hay gọi hệ thống IFF cho nước Anh thời gian Năm 1973 Mario W Cardullo nhận sáng chế cho việc chế tạo thành cơng thẻ tích cực RFID với nhớ ghi Và năm đặc biệt California, doanh nhân có tên Charles Walton nhận giải thưởng nhờ việc sáng chế transponder thụ động để mở cửa mà khơng cần sử dụng tới chìa khóa Thời kỳ chứng kiến công ty phát triển hệ thống tần số thấp với transponder nhỏ cịn sử dụng ngành chăn nuôi gia súc ngày Các hệ thống 125 kHz thương mại hóa khoảng thời gian từ cơng ty bắt đầu tiến tới tần số cao để sử dụng vài vùng giới Các công ty lớn bắt đầu nhận thấy tầm quan trọng RFID vào năm chín mươi kỷ trước, cụ thể IBM phát triển sáng chế hệ thống UHF RFID Tuy nhiên nửa đầu năm chín mươi coi q trình học tập cơng nghệ sản phẩm sản xuất có giá thành cao khơng có tiêu chuẩn cụ thể Năm 1999 coi năm vàng cơng nghệ mà tổ chức : tổ chức quốc tế EAN, Gillette, Uniform Code Council P&G tạo quỹ cho việc thành lập trung tâm Auto-ID học viện công nghệ MIT Hai giáo sư MIT Sanjay Sharma David Brock, người nghĩ việc đưa mã số lên thẻ RFID biết giá trị chúng điều làm thay đổi cách thức ứng dụng công nghệ chuỗi cung ứng Trong khoảng năm từ 1999 tới 2003 trung tâm Auto-ID nhận trợ giúp từ ngàn công ty , nhà cung cấp RFID Bộ Quốc Phịng Hoa Kỳ Các phòng nghiên cứu mở nhiều nước sau khơng lâu cơng nghệ cấp phép cho Uniform Code Council vào năm 2003 để thực thương mại hóa Đi đầu việc ứng dụng cơng nghệ thực tế kể đến tên tuổi lớn Wal-Mart,Metro Ngày công nghệ ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực ứng dụng vào việc chấm công công ty, hay ứng dụng vào việc ghi nhớ nguồn gốc thủy sản đông lạnh xuất khẩu, Và theo nhận định nhiều chuyên gia tương lai gần công nghệ lựa chọn tối ưu 1.2 Các khái niệm Sóng dao động vận chuyển lượng từ điểm tới điểm khác Sóng điện từ sóng tạo electron chuyển động dao động điện từ trường Các sóng xuyên qua số kiểu chất liệu khác Điểm có vị trí cao sóng gọi đỉnh sóng, điểm thấp gọi lõm sóng Khoảng cách hai đỉnh sóng liên tiếp hai lõm sóng liên tiếp gọi bước sóng Một bước sóng hồn chỉnh dao động sóng gọi chu kỳ Và thời gian cần thiết để sóng hồn thành chu kỳ,được gọi chu kỳ dao động Số chu kỳ giây gọi tần số sóng Tần số có đơn vị hertz (ký hiệu Hz) Và tần số sóng Hz,thì có nghĩa sóng dao động với tốc độ chu kỳ giây Các đơn vị khác thường dùng KHz (= 1,000 Hz), MHz (= 1,000,000 Hz), GHz (= 1,000,000,000 Hz) Hình vài phận sóng Hình 1.1 Các thành phần sóng Các sóng vơ tuyến hay sóng có tần số vơ tuyến (RF) sóng điện từ với chiều dài bước sóng khoảng 0.1 cm 1,000 km có tần số nằm khoảng 30 Hz 300 GHz.Ngồi cịn có nhiều kiểu sóng điện từ khác : tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia gamma, tia x, tia vũ trụ Điều chế q trình thay đổi đặc tính sóng vơ tuyến để mã hóa vài tín hiệu thơng tin mang theo Cơng nghệ RFID chủ yếu dùng ba loại tần số : tần số thấp LF, tần số cao HF, tần số siêu cao UHF Cịn loại tần số cao VHF chưa thấy có hệ thống RFID sử dụng, không đề cập đến Tần số thấp LF: tần số nằm khoảng 30 KHz đến 300 KHz ,hệ thống RFID thông thường sử dụng tần số phạm vi từ 125 KHz tới 134 KHz.Còn với hệ thống LF RFID điển hình thường hoạt động tần số 125 KHz 134.2 KHz Hệ thống RFID hoạt động tần số thấp thường sử dụng thẻ thụ động, nên tốc độ truyền liệu từ thẻ tới thiết bị đọc thẻ thấp Song nhiên, thẻ tích cực LF sử dụng nhà cung cấp Ngày phạm vi tần số LF chấp nhận sử dụng khắp nơi giới Tần số cao HF: Là tần số nằm phạm vi từ MHz tới 30 MHz, 13.56 MHz tần số điển hình thường sử dụng cho hệ thống RFID Hệ thống HF RFID thường sử dụng thẻ thụ động,nên có tốc độ truyền liệu thấp từ thẻ tới thiết bị đọc thẻ Ngày hệ thống HF sử dụng rộng rãi, đặc biệt bệnh viện (vì khơng gây nhiễu cho thiết bị y tế hoạt động khác) Và có lẽ mà phạm vi tần số HF chấp nhận sử dụng khắp giới Tần số siêu cao UHF: tần số nằm khoảng từ 300 MHz tới GHz Hệ thống UHF RFID thụ động thường hoạt động tần số 915 MHz Hoa Kỳ 868 MHz nước Châu Âu Cịn hệ thống UHF RFID tích cực hoạt động tần số 315 MHz 433 MHz.Và hệ thống UHF sử dụng hai loại thẻ tích cực thụ động đạt tốc độ truyền liệu nhanh thẻ thiết bị đọc thẻ Các hệ thống UHF RFID bắt đầu triển khai rộng rãi tổ chức phủ nước quốc phòng Mỹ tổ chức quốc tế, Tuy nhiên phạm vi tần số UHF không chấp nhận sử dụng toàn giới Dưới hình ảnh minh họa phạm vi tần số mà ta nói Hình 1.2 Phổ tần số vơ tuyến Bây ta nói thêm nguyên nhân gây nhiễu cho sóng điện từ.Nói chung, sóng điện từ thường bị nhiễu từ nhiều nguồn khác nhau, song chủ yếu nguồn đây: Các điều kiện thời tiết mưa ,tuyết, Tuy nhiên, nói trước đó,nguồn nhiễu ảnh hưởng với phạm vi tần số LF HF • Sự có mặt vài nguồn sóng vơ tuyến khác chẳng hạn cell phone, mobile radio, • Các dòng tĩnh điện (ESD) ESD luồng dòng điện bất ngờ qua chất liệu tình chất liệu có cách điện mức chuẩn Nếu có khác lớn điện áp tồn hai điểm chất liệu, nguyên tử hai điểm trở thành điện tích tạo thành dịng điện Ngồi cần biết thêm khái niệm khác có liên quan đến hệ thống RFID Sự xung đột thẻ : Một reader liên lạc với thẻ thời điểm Khi có nhiều thẻ cố gắng liên lạc với reader, lúc xuất hiện tượng có tên gọi “sự xung đột thẻ” Trong trường hợp này, để đáp lại truy vấn từ reader, nhiều thẻ phản hồi tín hiệu chúng tới reader thời điểm Reader cần thiết phải liên lạc sau với thẻ cách sử dụng giao thức có ứng dụng thuật toán đặc biệt Thuật toán mà sử dụng để hịa giải xung đột thẻ gọi với tên “các thuật toán chống xung đột” Hiện tại, hai kiểu thuật toán chống xung đột sử dụng rộng rãi nhất: • ALOHA cho kiểu tần số HF • Tree Walking cho kiểu tần số UHF Bằng cách sử dụng thuật toán chống xung đột trên, reader nhận dạng vài thẻ vùng đọc với chu kỳ thời gian ngắn Chính vậy, mà khiến cho ta có cảm giác reader liên lạc với thẻ gần đồng thời Sự xung đột reader :Khi vùng đọc (hoặc cửa sổ đọc) hai nhiều reader chồng lên nhau, tín hiệu từ reader giao thoa với tín hiệu từ reader khác, gây nhiễu tín hiệu Hiện tượng gọi “sự xung đột reader” Tình trạng phát sinh anten hai reader cài đặt theo cách thức mà dẫn đến can thiệp phá hoại lẫn (ví dụ như, vùng phủ sóng anten) Dẫn đến hệ là, lượng RF từ anten reader bị loại ngồi lượng RF từ anten reader khác Để tránh vấn đề này, ta phải điều chỉnh lại vị trí anten reader để cho anten reader không đối diện trực tiếp với anten reader khác Nếu tránh khỏi việc có hai anten đối diện nhau, giải pháp nên làm phân chia khoảng cách hiệu cho chúng để vùng đọc chúng không chồng lên Ngồi ra, hai anten reader tạo chồng lấp lên khơng tạo xung đột reader, lượng tới anten chuyển dịch vật Hình 3.20 Mạch điện mơ tả tượng cảm ứng từ Hệ số hỗ cảm hai cuộn dây: k= M L1L2 (3.9) Từ thông hỗ cảm sinh dịng điện I2 cuộn dây phía thu Cuộn dây phía thu có độ tự cảm L2, trở kháng cuộn dây R2, tổn hao dòng điện phần vi xử lý phía sau anten thẻ đặc trưng điện trở RL Nhờ có tượng hỗ cảm hai đầu cuộn dây L2 có điện áp cảm ứng u2: dψ di di + 2= u2 = M − L2 − i2 R2 dt dt dt • (3.10) Hiện tượng cộng hưởng: Điện áp cảm ứng u2 cuộn dây anten phía thẻ cung cấp lượng nuôi vi xử lý thẻ thụ động Để tăng cương hiệu suất hoạt động mạch thẻ, tụ C2 mắc song song với cuộn cảm L2 để tạo mạch cộng hưởng song song với tần số cộng hưởng tương ứng với tần số hoạt động hệ thống RFID Tần số cộng hưởng mạch cộng hưởng song song L2 – C2 tính theo cơng thức Thompson: f = 2π L2C2 (3.11) Trong thực tế tụ C2 ghép song song tụ C2’ (20 ữ 200 pF) tụ Cp Hình 3.21 Mạch điện tương đương thẻ RFID 78 3.2.5 Thiết kế anten cho reader Các thẻ RFID thụ động sử dụng cảm ứng từ điện áp cuộn dây anten sinh để hoạt động Cảm ứng từ điện áp xoay chiều chỉnh lưu để cung cấp nguồn điện áp cho thẻ Khi điện áp chiều đạt đến mức định, thẻ bắt đầu hoạt động Vì cách tạo tín hiệu lượng RF, reader liên lạc từ xa với thẻ mà không cần đến nguồn lượng bên ngồi cho thẻ Nên cuộn dây anten đóng vai trò quan trọng ứng dụng RFID, cung cấp lượng cho thẻ thụ động,và tạo kênh liên lạc thẻ reader Bây tìm hiểu sơ qua cách chế tạo anten công thức vật lý liên quan để tìm tham số chuẩn xác Trước tiên ta cần phải xem xét yếu tố ảnh hưởng đến cuộn dây anten ta chế tạo, chẳng hạn đặt thẻ so với cuộn dây anten (tạo góc độ), hay nên chọn dây có đường kính để trở kháng thấp giúp cho hệ số chất lượng Q anten cao lên, Theo định luật Ampe dòng điện qua dây dẫn tạo từ trường xung quanh dây dẫn Từ trường tạo phần tử dòng điện, vòng dây dẫn với chiều dài hữu hạn cho cơng thức đây: I = dịng điện r = khoảng cách tính từ trung tâm dây μ0 = π x 10-7 (H/m) Trong trường hợp đặc biệt với dây có chiều dài vơ hạn thì: α1 = -180° α2 = 0° Và biểu thức viết lại sau: 79 Hình 3.15 Tính tốn từ trường B vị trí P dịng điện I dây dẫn điện thẳng gây Từ trường tạo vòng cuộn dây anten trịn cho cơng thức: I = dịng điện a = bán kính vịng r = khoảng cách tính từ trung tâm vịng μ0 = 4π x 10-7 (H/m) Theo định luật Faraday thay đổi từ trường theo thời gian qua bề mặt bao quanh đường dẫn khép kín tạo điện áp xung quanh Hình ví dụ đơn giản ứng dụng RFID rút từ định luật Faraday Khi anten thẻ reader đặt gần nhau, thay đổi từ trường B theo thời gian tạo cuộn dây anten reader gây điện áp bên cuộn dây anten thẻ đặt gần Chính điện áp nguyên nhân dẫn đến xuất dòng điện cuộn dây Đó định luật Faraday Hình 22 Cấu hình ứng dụng RFID Điện áp gây cuộn dây anten thẻ tỉ lệ với tốc độ thay đổi thông lượng từ trường Ψ theo thời gian.Và có cơng thức : 80 N = số vòng cuộn dây anten Ψ = thơng lượng từ trường qua vịng dây Thông lượng từ trường Ψ tổng từ trường B qua toàn bề mặt cuộn dây anten,và tìm theo cơng thức: B = từ trường S = diện tích bề mặt cuộn dây Biểu thức tính tốn cho điện áp Vo sinh vịng cuộn dây là: f = tần số tín hiệu đến N = số vòng cuộn dây S = diện tích vịng (m2) Q = hệ số chất lượng mạch Βo = cường độ tín hiệu đến α = góc tới tín hiệu Trong cơng thức trên, hệ số chất lượng Q thước đo để chọn lọc tần số có Hình 23 Sự phụ thuộc hướng anten thẻ so với anten reader Điện áp cảm ứng xuất ngang qua cuộn dây anten hàm góc tín hiệu đến Điện áp cảm ứng đạt giá trị lớn cuộn dây anten đặt vị trí song song với tín hiệu đến , ta có góc α = 0.Như có nghĩa để khả đọc thẻ tốt thực tế , ta nên để thẻ theo phương song song với cuộn dây anten Ngoài chế tạo anten ta cần phải ý đến đường kính dây dựa kí hiệu số theo tiêu chuẩn quốc gia, ví dụ với Hoa Kỳ ta dựa vào số kí 81 hiệu AWG (American Wire Gauge) Dây có đường kính nhỏ trở kháng DC cao Trở kháng DC với diện tích mặt cắt ngang vị trí cho công thức: l = tổng chiều dài dây σ = độ dẫn điện dây (mho/m) S = diện tích mặt cắt ngang = π r2 a = bán kính dây Thơng thường trở kháng DC phải giữ giá trị thấp để giúp cho hệ số chất lượng Q anten cao tốt Bởi vậy, phải chọn dây có đường kính lớn tốt để chế tạo anten cho ứng dụng RFID thực tế Tại DC, điện tích mang phân bố qua tồn diện tích mặt cắt ngang dây Khi tần số tăng lên, từ trường trung tâm dây tăng lên Do đó, điện kháng gần vị trí trung tâm dây tăng dẫn đến mật độ dòng điện khu vực tăng lên Nên, điện tích di chuyển theo đường từ trung tâm dây tiến đến mép dây Và kết là, mật độ dòng giảm giảm trung tâm dây tăng vị trí gần mép dây Đây gọi hiệu ứng lớp bề mặt dây Độ sâu dây nơi mà mật độ dòng điện giảm tới 1/e, 37% (= 0.3679) giá trị dọc theo bề mặt, biết đến với tên gọi độ sâu lớp bề mặt phụ thuộc vào tần số hoạt động độ từ thẩm, độ dẫn điện mơi trường Dưới cơng thức tính tốn độ sâu lớp bề mặt: f = tần số μ (F/m) = μομr μo = π x 10-7 (h/m) μr = cho đồng, nhôm, bạc, = 4000 với chất liệu sắt tinh khiết σ = độ dẫn điện chất liệu (mho/m) = 5.8 x 107 (mho/m) với chất liệu đồng 82 = 3.82 x 107 (mho/m) với chất liệu nhôm = 4.1 x 107 (mho/m) với chất liệu vàng = 6.1 x 107 (mho/m) với chất liệu bạc Ta biết rằng, trở kháng dây tỉ lệ với tần số, tức tần số tăng trở kháng tăng, trở kháng độ sâu lớp bề mặt tạo gọi trở kháng AC Một biểu thức gấn để tính tốn trở kháng AC cho Như nói trên, phần tử dịng điện chạy qua dây dẫn tạo từ trường xung quanh Sự thay đổi từ trường theo thời gian có khả tạo dòng điện chạy qua dây dẫn khác – gọi “độ tự cảm” Độ tự cảm L phụ thuộc vào đặc điểm vật lý dây dẫn Một vịng dây có độ tự cảm lớn so với độ tự cảm đoạn dây chất liệu,và cuộn dây có nhiều vịng độ tự cảm tăng lên Ta tổng quát lại tất điều cơng thức đây, độ tự cảm L dây xác định tỷ lệ tổng thông lượng từ trường với dòng điện I qua dây: N = số vịng dây I = dịng điện Ψ= thơng lượng từ trường Từ cơng thức ta suy cơng thức tính tốn khác phù hợp với cách quấn dây ,để thu thông số cần thiết giúp cho sai số trình quấn dây giảm Độ tự cảm cuộn dây tính tốn theo nhiều cách khác Ta quấn dây theo kiểu dạng cuộn hình trịn, hình vng, hình lục giác, Ta chế tạo dạng đường mạch bảng mạch in.Ở ,tôi chọn cách quấn dây theo dạng cuộn hình trịn, với chất liệu dây quấn đồng 83 Với cuộn dây đồng có vịng đơn độ tự cảm cho cơng thức : Trong đó: a = bán kính vịng (cm) d = đường kính dây (cm) Hình 3.24 Đường kính dây vịng cuộn dây trịn Từ ta rút cơng thức tính độ tự cảm cuộn dây đồng có N vịng là: Trong đó: a = bán kính trung bình cuộn dây(cm) N = số vòng dây b = chiều dày cuộn (cm) h = độ cao cuộn dây (cm) Hình 3.25 Cuộn dây trịn có N vịng Nhìn từ cơng thức ta thấy L phụ thuộc vào bốn tham số a,h,b,N Rất khó để tính kết xác giá trị tham số tương ứng với giá trị N cần thiết.Và để dễ dàng ta cố định tham số h,(a-b) Từ ta ước lượng b theo N Ở đồ án , ta cần quấn cuộn dây có giá trị L = 720uH Tương ứng với giá trị đó, tơi xác định tham số cần thiết là: 84 A=4.75 cm B=0.3 cm N=73 vịng H=0.8 cm Trong đó: dây đồng quấn ta chọn loại đường kính 0.0515cm 85 KẾT LUẬN Công nghệ RFID trở thành công nghệ nhiều thư viện giới sử dụng nhằm nâng cao hoạt động thư viện Đây công nghệ tiên tiến so với công nghệ mã vạch sử dụng Theo dự báo nhà cung cấp sản phẩm RFID giới, giá sản phẩm có xu hướng giảm nhanh vài năm tới, xuống 20 cent/thẻ không (khoảng 3000 VNĐ) Do vậy, hội tốt không cho thư viện có vốn tài liệu đắt tiền quý mà cho tất thư viện muốn áp dụng công nghệ RFID việc nâng cao hoạt động thư viện Ở Việt Nam, để áp dụng công nghệ này, thư viện phải thực trình hiệu chỉnh liệu thư mục liệu bạn đọc, thay lại hoàn toàn nhãn đăng ký cá biệt cũ các nhãn đăng ký cá biệt mã hóa dạng mã vạch Với hệ thống thư viện trường nhằm giảm thiểu nhân lực cách quản lý đầu sách cách có hệ thống, hướng đến xây dựng hệ thống hồn tồn tự động Tơi tiếp nghiên cưu thiết kế phần mềm phần cứng hệ thống thư viện để điều khiển hồn tồn tự động công nghệ RFID Hướng phát triển Sau chế tạo thành công công nghệ RFID đẻ quản lý sách phòng đọc em đưa hướng phát triển hệ thống gồm có : - Tiếp tục xây dựng hoàn thiện khối hệ thống khác thư viện kiểm kê tự động, xếp tự động, quản lý mượn trả tự động - Phát triển xây dụng phân mềm cho hệ thống - Xây dựng phát triển hệ thống IP : kết nối hệ thống sở liệu với internet từ quản lý quan sát từ xa Đồng thời thông báo thông số hay đưa lệnh xử lý thích hợp cú điểm bất thường xảy Đây máy chủ tập hợp hệ thống thông minh vị trí khác nhau, máy chủ hiển thị điều khiển hoạt động từ xa Có kết nghiên cứu thành cơng trên, ngồi nỗ lực thân em 86 nhờ giúp đỡ tận tình giáo PGS TS Phạm Văn Bình thầy giáo khoa Điện Tử Viễn Thông Một lần em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô tận tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt thời gian nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn ! 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sandip Lahiri, RFID Sourcebook Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall PTR, 2005 [2] Himanshu Bhatt, Bill Glover, RFID Essentials Sebastopol, CA: O'Reilly, 2006 [3] Patrick J.Sweeney II, RFID For Dummies Hoboken, NJ: Wiley, 2005 [4] V.Daniel Hunt, Albert Puglia, Mike Puglia, RFID A Guide To Radio Frequence Identification Hoboken, NJ: Wiley, 2007 [5] Frank Thornton, Brad Haines, Anand M Das, Hersh Bhargava, RFID Security Rockland, Massachusetts: Syngress Publishing, 2006 [6] http://www.rfdesignline.com/howto/202101579 ,truy nhập cuối ngày 10/5/2010 [7] http://www.usb.org/ ,truy nhập cuối ngày 10/9/2014 [8] http://www.emmicroelectronic.com/Line.asp?IdLine=3/,truy nhập cuối ngày 1/5/2010 [9] http://wikipedia.org/ ,truy nhập cuối ngày 10/9/2014 [10] http://www.microchip.com/ ,truy nhập cuối ngày 10/8/2014 [11] http://www.mysql.com/ ,truy nhập cuối ngày 10/8/2014 [12] http://php.net/index.php/ ,truy nhập cuối ngày 12/8/2014 [13] http://msdn.microsoft.com/en-us/vcsharp/default.aspx,truy nhập cuối ngày 12/9/2014 88 PHỤ LỤC : MÃ NGUỒN CỦA ĐẦU ĐỌC RFID Trong phần phụ lục tơi xin phép trích dẫn số phần mã nguồn chương trình quan trọng Trong phải kể đến phần mã điều khiển đọc thẻ EM4102 descriptor mô tả thiết bị kết nối RS 232 Đó tệp em4102.c Em4102.c : // Purpose: // Inputs: Reads the ID number and data number A pointer to a byte array to fill // * The first byte will have the ID // * The last bytes will have the data // Outputs: TRUE if read successful, FALSE if read failed int1 read_em4100(int8* data) { int8 i; RF_get(sizeof(RFbuffer)*8, TRUE); // Fill the buffer with data for(i=0; i