Đồ án Hệ thống nhận dạng biển số xe sử dụng công nghệ xử lý ảnh

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Quyển đồ án này ứng dụng nghiên cứu lý thuyết về công nghệ RFID của các anh chị các khoá trước , từ đó kết hợp với công nghệ xử lý ảnh thiết

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP

-

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:

HỆ THỐNG NHẬN DẠNG BIỂN SỐ XE ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ ẢNH

GVHD : ThS NGUYỄN VĂN NGA SVTH : NGUYỄN THANH ĐIỀN MSSV : 07101228

Tp Hồ Chí Minh - 07/2012

PHẦN A

GIỚI THIỆU

ĐỒ ÁN ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Nga

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thanh Điền

Lợi Quốc Quang

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TP HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Tp HCM, ngày 20 tháng 7 năm 2012

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Nguyễn Thanh Điền MSSV: 07101228

Lợi Quốc Quang MSSV: 07101215

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 01

Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1

I TÊN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG NHẬN DẠNG BIỂN SỐ XE ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ

XỬ LÝ ẢNH

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Tìm hiểu công nghệ RFID

2 Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh

3 Lập trình ngôn ngữ C++

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 12/02/2012

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/07/2012

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Nguyễn Văn Nga

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

ThS Nguyễn Văn Nga THS.GV NGUYỄN ĐÌNH PHÚ

LỜI CẢM ƠN

&

Sau hơn bốn tháng thực hiện, chúng em đã hoàn thành đồ án đúng thời gian quy định của nhà trường Có được kết

quả đó ngoài sự nỗ lực của nhóm thực hiện đề tài còn có sự hướng

dẫn tận tình của thầy hướng dẫn, quý thầy cô trong khoa Điện-Điện

tử và các bạn sinh viên trong lớp 07101BD

Chúng em chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Điện tử đã tận tình giảng dạy và truyền đạt những kiến thức quý báu

Điện-cho chúng em trong suốt những năm học qua

Chúng em xin gởi lời chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn

Nga đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và chia sẻ những ý kiến quý báu

trong thời gian thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn!

Trân trọng

Nhóm thực hiện đồ án Nguyễn Thanh Điền Lợi Quốc Quang

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển mà đặc biệt là công nghệ kỹ thuật điện tử và công nghệ xử lý ảnh Vì thế, các thế hệ vi mạch đã không ngừng cải tiến và phát triển để đáp ứng những nhu cầu phục vụ cho đời sống con người ngày càng thuận tiện hơn Sự kết hợp giữa các thế hệ vi điều khiển cùng với công nghệ nhận dạng tự động dựa qua việc lưu trữ dữ liệu từ xa sử dụng thiết bị thẻ và đầu đọc thẻ sẽ làm cho việc quản lý dữ liệu cũng như xử lý ảnh trở nên thuận tiện hơn

Để vận dụng những kiến thức đã học nhằm thiết kế một hệ thống ứng dụng vào đời sống, người học phải tích lũy những kỹ năng lập trình, kiến thức cơ bản và chuyên sâu Đồng thời, người học phải nghiên cứu lý thuyết, thiết kế, thi công mạch mới có thể hiểu rõ nguyên lý hoạt động của sản phNm thi công Đó chính những kỹ năng của sinh viên ngành kỹ thuật Điện-Điện tử

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Tp HCM, ngày tháng năm 2012

Giáo viên phản biện

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Tp HCM, ngày tháng năm 2012

Giáo viên hướng dẫn

1.1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, khoa học kỹ thuật nói chung và kỹ thuật điện tử nói riêng đang phát triển

nhanh chóng với hàng loạt các giải pháp công nghệ điện tử ra đời mà ứng dụng của nó vào

đời sống là rất quan trọng Chính vì thế, các sinh viên học ngành công nghệ điện tử không

những tiếp thu các kiến thức ở đã học mà còn phải tìm hiểu và nghiên cứu thêm các công

nghệ điện tử tiên tiến trên thế giới, để có thể đáp ứng được yêu cầu cao của thị trường lao

động Sự ra đời của RFID là một ý tưởng độc đáo và là một công nghệ mới, đang dần hoàn

thiện và được đánh giá có nhiềm tiềm năng để thay thế công nghệ mã vạch trong tương lai

không xa Việc nhanh chóng nghiên cứu, làm chủ và đưa công nghệ này vào ứng dụng thực

tiễn ở Việt Nam sẽ mang lại những lợi ích to lớn

Sự kết hợp giữa công nghệ xử lý ảnh và công nghệ RFID hứa hẹn sẽ tạo ra một trong

những sản phNm công nghệ mới có hiệu quả rất cao cả về mặt khoa học lẫn thực tiễn Một

trong những điểm nổi bậc của công nghệ này chính là khả năng quản lý Do đó, với mong

muốn tăng cường khả năng quản lý xe ra, vào một cách hiện đại và hiệu quả hơn (đặc biệt là

trong quá trình quản lý xe ra vào của hệ thống giữ xe), nhóm đề xuất chọn đề tài “HỆ

v Tìm hiểu công nghệ RFID

• Tổng quan về công nghệ RFID

• Phân tích các thành phần của hệ thống RFID

• Tìm hiểu tình hình ứng dụng công nghệ RFID

v Tìm hiểu giao thức truyền thông nối tiếp RS232 và RS485

• Khái niệm và các đặc trưng của các chuNn giao tiếp

• Tìm hiểu yêu cầu thiết kế mạch đọc RFID

• Thiết kế mạch đọc transponder và giao tiếp với máy tính

• Thiết kế mạch chuyển đổi USB – RS232

v Thiết kế phần mềm

• Thiết kế phần mềm trung gian giao tiếp giữa mạch đọc và hệ thống máy chủ

• Thiết kế phần mềm xử lý ảnh

1.3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

v Đối tượng nghiên cứu :

• Thẻ RFID, reader RFID, IC EM4095, vi điều khiển PIC16F877A

• Ngôn ngữ lập trình C++

v Phạm vi nghiên cứu

• Ứng dụng công nghệ RFID

• Thi công KIT reader RFID sử dụng IC4095

• Kết hợp ứng dụng công nghệ xử lý ảnh và công nghệ RFID để thi công

hệ thống nhận dạng biển số xe

• Hệ thống nhận dạng biển số xe nhận dạng được đúng biển số xe ra vào

• Hạn chế của hệ thống là một lúc không đọc được nhiều thẻ tag

• Điều khiển được thanh chắn khi xác nhận đúng biển số xe

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Quyển đồ án này ứng dụng nghiên cứu lý thuyết về công nghệ RFID của các anh chị

các khoá trước , từ đó kết hợp với công nghệ xử lý ảnh thiết kế 1 hệ thống hệ thống nhận

dạng biển số xe được lập trình trên kiến thức về vi điều khiển và xử lý ảnh sử dụng ngôn

ngữ C, C++ Vì vậy nhóm thực hiện đề tài hy vọng quyển đồ án này sẽ tiếp tục là nguồn

tài liệu tham khảo để hoàn thiện hệ thống giữ xe thông minh

1.5 Tình hình nghiên cứu

Hiện nay một số mô hình ứng dụng RFID tại Việt Nam: Giải pháp kiểm soát vào ra,

chấm công điện tử, kiểm soát thang máy đang được áp dụng tại công ty TECHPRO Việt

Nam; Trạm thu phí xa lộ Hà Nội; Hệ thống kiểm soát bãi đỗ xe tự động tại hầm đậu xe tòa

nhà The Manor TP.HCM; Ngành vận chuyển hậu cần (logistics), kiểm soát toàn bộ hàng

hóa từ nơi sản xuất cho đến nơi tiêu thụ cuối cùng

Hiện nay trên các diễn đàn điện tử có rất nhiều tài liệu nghiên cứu về RFID giúp cho

sinh viên dễ dàng tiếp cận công nghệ này Thông qua các diễn đàn này nhóm thực hiện đề

tài nhận thấy có rất nhiều thành viên đã thực hiện thiết kế được nhiều hệ thống ứng dụng

trên thực tế như quản lý thông tin sinh viên, khóa cửa,…

Với những tài liệu thu thập và kiến thức tích lũy nhóm thực hiện đề tài lựa chọn ngôn

ngữ C,C++ để thiết kế một ứng dụng như nhận dạng biển số xe

1.6 Phương pháp nghiên cứu

Đây là một đề tài khá hay và áp dụng được vào thực tế nhưng trong thời gian thực

hiện đồ án nhóm thực hiện đề tài gặp rất nhiều khó khăn khi thu thập nguồn tài liệu

Nhóm thực hiện đề tài sử dụng hai phương pháp chủ yếu:

v Phương pháp tham khảo tài liệu:

Nguồn tài liệu chủ yếu bằng cả tiếng Anh và tiếng Việt được tìm kiếm trên mạng internet

Tham khảo tài liệu nghiên cứu của các anh chị năm trước làm đồ án để lại

v Phương pháp thực hành:

Thiết kế và thi công kit reader RFID để dễ dàng nắm bắt được lý thuyết

Lập trình cho vi điều khiển và lập trình xử lý ảnh

2.1 Hệ thống RFID ( Radio Frequency Identification)

Tên thông dụng của công nghệ này là RFID (Radio Frequency Identification)

Transponder là những tấm thẻ plastic có gắn các microchip bé chỉ bằng một nửa hạt cát

Chúng bắt được các tín hiệu sóng radio và đáp ứng bằng cách phát ra mã số nhận diện tương

ứng Hầu như tất cả các transponder không dùng nguồn pin để cung cấp năng lượng hoạt

động mà sử dụng năng lượng từ sóng radio kích hoạt để hoạt động

Đây là loại phương tiện để nhận diện người hoặc vật qua việc truyền sóng vô tuyến

Hệ thống thu dữ liệu nhận diện tự động không dây này rất chú trọng đến việc đọc và ghi thông

tin mà không cần tiếp xúc và là một lọai công nghệ rất hiệu quả trong môi trường sản xuất

cũng như các môi trường không thân thiện khác khi mã vạch không còn phát huy tác dụng

được nữa

2.2.1 Tần số hoạt động của RFID

Transponder và reader giao tiếp với nhau ở cùng một tần số Do hệ thống RFID

truyền nhận với nhau thông qua sóng vô tuyến và khoảng cách cũng như khả năng truyền

nhận phụ thuộc rất nhiều vào tần số chính vì vậy mà các hệ thống RFID sử dụng rất nhiều

tần số khác nhau Nhưng theo thực tiễn thì phạm vi tần số thông dụng nhất, đó là tần số

thấp (LF) (khoảng 125kHz – 150 kHz), tần số cao (HF) (10 – 15 MHz) và siêu cao tần

(UHF) (850 – 950 MHz) Với những tần số khác nhau thì sẽ thích hợp với những ứng dụng

UHF 868 tới 928 Mhz 3m (10m) Trung bình Rất cao

Bảng 2.1 – Các dải tần số hoạt động của hệ thống RFID

2.2.2 Ứng dụng của hệ thống RFID trong mỗi dải tần số khác nhau

Các tần số khác nhau có các đặc tính cũng như sự tương thích khác nhau cho nên nó

phù hợp với một số lĩnh vực ứng dụng riêng

Ví dụ: Ở tần số thấp các thẻ sử dụng công suất ít hơn và có khả năng xuyên qua phi

kim tốt hơn, nhưng chúng có nhược điểm là phạm vi đọc thẻ ngắn thường dưới 0.5m

Các thẻ làm việc ở tần số cao thì có khả năng đi qua được những vật thể làm bằng kim

loại, nhưng phạm vi đọc của chúng cũng chỉ khoảng 1m

Các tần số cao tần UHF có phạm vi đọc tốt hơn cũng như có thể truyền dữ liệu nhanh

và xa hơn so với tần thấp và tần cao (LF và HF), nhưng chúng cần có công suất lớn hơn và

khả năng xuyên qua kim loại kém Vì vậy giữa reader và thẻ phải không có vật cản

- Kiểm kê hàng hóa trước khi vào kho

Bảng2.2 – Băng tần và các ứng dụng tương ứng của RFID

2.3 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống RFID

2.3.1 Ưu điểm của hệ thống RFID

v Ưu điểm của hệ thông RFID có thể chia ra 2 mốc thời gian như sau :

• Hiện tại : những ưu điểm này có thể ứng dụng trực tiếp vào sản phNm công

nghệ ngày nay

• Tương lai : Những ưu điểm này có thể được ứng dụng trong thời gian tới

hoặc có thể tăng cường những tính năng như một công nghệ hoàn thiện cho sau này

• Sự cách ly ( không tiếp xúc) : một tag có thể đọc mà không cần có một sự

tiếp xúc nào giữa tag và đầu đọc RFID

• Có khả năng ghi dữ liệu : có thể ghi dữ liệu lên tag RFID read-write nhiều

lần

• Không cần nhìn thấy : đầu đọc RFID có thể đọc được tag RFID mà không

cần “nhìn thấy” nhau

• Phạm vi đọc : Tag RFID có thể đọc từ vài inch đến 100 feet (30.48 m)

• Dung lượng lưu trữ dữ liệu : Tag RFID có thể lưu trữ vài bytes dữ liệu từ

một dung lượng lớn dữ liệu

• Hỗ trợ đọc đa kênh : Nó cho phép sử dụng một đầu đọc để đọc được nhiều

tag trong vùng hoạt động của nó với thời gian ngắn

• Khả năng thích ứng : Tag RFID có thể duy trì hoạt động trong điều kiện

môi trường tương đối bất lợi

• Hoạt động thông minh : Tag RFID ngoài việc mang và truyền và dữ liệu, nó

còn được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ khác

• Độ chính xác : có thể đọc chính xác đến 100%

2.3.2 Nhược điểm của hệ thống RFID

Những nhược điểm hiện tại của hệ thống RFID bao gồm :

• Kém hiệu quả với những vật chắn sóng RF và những vật hấp thụ sóng RF:

công nghệ ngày nay làm việc không hiệu quả với những vật liệu này, trong một số trường hợp còn trở nên nguy hiểm

• Ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường : điều kiện môi trường xung quanh

tác động mạnh đến ứng dụng RFID

• Giới hạn đọc tag : một hạn chế là có bao nhiêu tag đươc đọc cùng lúc

• Ảnh hưởng nhiễu phần cứng : một giải pháp RFID có thể bị ảnh hưởng tiêu

cực nếu phần cứng không được lắp đặt đúng cách (như vị trí và hướng anten)

• Hạn chế khả năng chi phối năng lượng sóng RF : mặc dù RFID không cần

nhìn thấy, có một giới hạn là năng lượng RF có thể tiếp cận ở độ sâu bao nhiêu mặc dù có thể xuyên qua vật “sáng” với RF

• Công nghệ non-trẻ : mặc dù công nghệ RFID đang trải qua những thay đổi

nhanh chóng nhưng những thay đổi đó báo hiệu sự bất tiện khi không cảnh giác

2.4 Ứng dụng của hệ thống RFID

• Quản lý đối tượng, nhân sự

• Kiểm soát vào ra ,chấm công điện tử ,kiểm soát thang máy

• Quản lý hàng hóa bán lẻ trong siêu thị

• Nghiên cứu động vật học

• Quản lý hàng hóa trong xí nghịêp, nhà kho

• Quản lý xe cộ qua trạm thu phí

• Lưu trữ thông tin bệnh nhân trong y khoa(mang theo người bệnh nhân đặc biệt

3.1 Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID

Các thành phần chính trong hệ thống RFID là thẻ, đầu đọc (reader) và cơ sở dữ

liệu Tuy nhiên, một hệ thống RFID toàn diện bao gồm 4 thành phần :

Thẻ RFID (RFID tag, Transponder) được lập trình điện tử với thông tin duy

nhất

Các đầu đọc (Reader) hoặc cảm biến (sensor) để truy vấn các thẻ

Anten thu, phát sóng vô tuyến

Host computer – server, nơi mà máy chủ và hệ thống phần mềm giao diện

với hệ thống được tải Nó cũng có thể phân phối phần mềm trong các reader và cảm biến

Cơ sở hạ tầng truyền thông là thành phần bắt buộc, nó là một tập gồm cả hai mạng có dây

và không dây và các bộ phận kết nối tuần tự để kết nối các thành phần đã liệt kê ở trên với

nhau để chúng truyền với nhau hiệu quả

Hình 3.1 – Hệ thống RFID toàn diện

3.2 Transponder

3.2.1 Giới thiệu tổng quát transponder

Thành phần của transponder bao gồm một anten dùng kết nối với reader và một con

chip dùng để lưu trữ dữ liệu Dữ liệu được đọc ghi thông qua một reader thẻ (reader RFID)

mà không phụ thuộc vào hướng hay vị trí chỉ cần transponder nằm trong vùng phủ sóng

(phạm vi của reader)

Hình 3.2 – Hình dạng của một transponder điển hình

Hình 3.3 – Cấu trúc bên trong một transponder

Bộ nhớ chip trong transponder có thể chứa từ 96 đến 512 bit dữ liệu nhiều gấp 64

lần mã vạch Thông tin lưu trữ trên chip có thể thay đổi được bởi sự tương tác của reader

Dung lượng lưu trữ cao có thể cho phép ta lưu trữ nhiều thông tin đa dạng cùng một lúc

Chip trên thẻ được gắn kèm với một anten chuyển tín hiệu đến máy đọc và máy này

chuyển đổi sóng điện từ từ transponder cung cấp sang một dạng mã liên quan để xác định

thông tin và xử lý cơ sở dữ liệu trên máy tính do người điều hành quản lý giám sát

Các transponder rất mỏng và có kích cỡ vừa phải tương đương như một thẻ tín

dụng bình thường vì nó đơn giản cũng chỉ cần một anten và một diode

3.2.2 Phân loại transponder

Tùy thuộc vào chức năng và các chuNn mà transponder được phân loại thành nhiều

• Thẻ cho phép ghi một lần, đọc nhiều lần (Write once Read many, WORM)

• Thẻ ghi – đọc (Write - Read)

3.2.2.1 Thẻ thụ động (Passive tag)

Không có nguồn điện bên trong Sóng vô tuyến phát ra từ reader sẽ truyền một

dòng điện nhỏ đủ để kích hoạt hệ thống mạch điện trong thẻ giúp nó gửi lại tín hiệu hồi

đáp

Có thể truyền mã số nhận dạng và lưu trữ một số thông tin về đối tượng được nhận

dạng

Có kích thước rất nhỏ và mỏng hơn một tờ giấy bình thường, do vậy nó có thể được

cấy vào dưới da

Có tuổi thọ rất cao

Tầm hoạt động : từ 10 cm đến vài mét, tùy theo tần số sử dụng

Giá thành : khoảng 0,2 đô-la

Hình 3.4 – Sơ đồ khối của một thẻ thụ động

3.2.2.2 Thẻ chủ động (Active tag)

Được tích hợp một nguồn điện giúp nó tự gửi tín hiệu đến reader Cường độ tín

hiệu của loại thẻ này, do vậy mạnh hơn tín hiệu của thẻ thụ động, cho phép nó hoạt động

có hiệu quả hơn trong môi trường nước (trong cơ thể con người hay động vật) hay kim loại

(xe cộ, container)

Một số thẻ còn được tích hợp các bộ cảm biến để đo độ Nm, độ rung, độ phóng xạ,

ánh sáng, nhiệt độ

Tuổi thọ của pin lên đến 10 năm

Tầm hoạt động: vài trăm mét, tùy theo tần số sử dụng

Giá thành : 10-25 đô la

Có thể phát tín hiệu qua một khoảng cách khá xa, thường thì có thể lên tới 100m

Năng lượng

Một thẻ thụ động được cấp năng lượng chỉ khi nó nằm trong phạm

vi của reader

Một thẻ tích cực thì luôn có năng lượng

Cường độ trường

điện từ

Cao, khi thẻ từ lấy công suất từ trường điện từ được cung cấp bởi reader

Thấp, khi thẻ cho phép tín hiệu sử dụng nguồn pin nội bộ

Tuổi thọ Rất cao

Dưới 5 năm, vì bị giới hạn bởi tuổi thọ của pin

Lượng dữ liệu lưu

trữ

Lưu trữ dữ liệu có giới hạn, thường khoảng 128 bytes

Có thể lưu trữ một lượng dữ liệu lớn hơn

Bảng 3.1 – So sánh thẻ thụ động và thẻ tích cực

3.2.2.3 Thẻ bán thụ động (Semi –Passive tag)

Thẻ bán tích cực có một nguồn năng lượng bên trong (chẳng hạn là bộ pin) và điện

tử học bên trong để thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng Nguồn bên trong cung cấp năng

lượng cho thẻ hoạt động Tuy nhiên trong quá trình truyền dữ liệu, thẻ bán tích cực sử

dụng nguồn từ reader Thẻ bán tích cực được gọi là thẻ có hỗ trợ pin (battery-assisted tag)

Hình 3.5 : Cấu trúc của thẻ bán thụ động

Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và reader thì reader luôn truyền

trước rồi đến thẻ Tại sao sử dụng thẻ bán tích cực mà không sử dụng thẻ thụ động ? Bởi vì

thẻ bán tích cực không sử dụng tín hiệu của reader như thẻ thụ động, nó tự kích động, nó

có thể đọc ở khoảng cách xa hơn thẻ thụ động Bởi vì không cần thời gian tiếp năng lượng

cho thẻ bán tích cực, thẻ có thể nằm trong phạm vi đọc của reader ít hơn thời gian đọc quy

định (không giống như thẻ thụ động) Vì vậy nếu đối tượng được gắn thẻ đang di chuyển ở

tốc độ cao, dữ liệu thẻ có thể vẫn được đọc nếu sử dụng thẻ bán tích cực Thẻ bán tích cực

cũng cho phép đọc tốt hơn ngay cả khi gắn thẻ bằng những vật liệu chắn tần số vô tuyến

(RF-opaque và RF-absorbent) Sự có mặt của những vật liệu này có thể ngăn không cho

thẻ thụ động hoạt động đúng dẫn đến việc truyền dữ liệu không thành công Tuy nhiên, đây

không phải là vấn đề khó khăn đối với thẻ bán tích cực

Phạm vi đọc của thẻ bán tích cực có thể lên đến 100 feet (xấp xỉ 30.5 m) với điều

kiện lý tưởng bằng cách sử dụng mô hình tán xạ đã được điều chế (modulated back scatter)

(trong UHF và sóng vi ba)

3.2.2.4 Thẻ chỉ đọc (Read Only)

Thẻ RO có thể được lập trình (tức là ghi dữ liệu lên thẻ RO) chỉ một lần Dữ liệu có

thể được lưu vào thẻ tại xí nghiệp trong lúc sản xuất Việc này được thực hiện như sau: các

cầu chì riêng lẻ trên vi mạch của thẻ được gắn cố định bằng cách sử dụng chùm tia laser

Sau khi thực hiện xong, không thể ghi đè dữ liệu lên thẻ được nữa Thẻ này được gọi là

factory programmed Nhà sản xuất loại thẻ này sẽ đưa dữ liệu lên thẻ và người sử dụng thẻ

không thể điều chỉnh được Loại thẻ này chỉ tốt đối với những ứng dụng nhỏ mà không

thực tế đối với quy mô sản xuất lớn hoặc khi dữ liệu của thẻ cần được làm theo yêu cầu

của khác hàng dựa trên ứng dụng Loại thẻ này được sử dụng trong các ứng dụng kinh

doanh và hàng không nhỏ

3.2.2.5 Thẻ cho phép ghi một lần, đọc nhiều lần (WORM)

Thẻ WORM có thể được ghi dữ liệu một lần, mà thường thì không phải được ghi

bởi nhà sản xuất mà bởi người sử dụng thẻ ngay lúc thẻ cần được ghi Tuy nhiên trong

thực tế thì có thể ghi được vài lần (khoảng 100 lần) Nếu ghi quá số lần cho phép, thẻ có

thể bị phá hỏng vĩnh viễn Thẻ WORM được gọi là field programmable Loại thẻ này có

giá cả và hiệu suất tốt, có an toàn dữ liệu và là loại thẻ phổ biến nhất trong lĩnh vực kinh

doanh ngày nay

3.2.2.6 Thẻ đọc-ghi(Read - Write)

Thẻ RW có thể ghi dữ liệu được nhiều lần, khoảng từ 10.000 đến 100.000 lần hoặc

có thể hơn nữa Việc này đem lại lợi ích rất lớn vì dữ liệu có thể được ghi bởi reader hoặc

bởi thẻ (nếu là thẻ tích cực) Thẻ RW gồm thiết bị nhớ Flash và FRAM để lưu dữ liệu Thẻ

RW được gọi là field programmable hoặc reprogrammable Sự an toàn dữ liệu là một thách

thức đối với thẻ RW Thêm vào nữa là loại thẻ này thường đắt nhất Thẻ RW không được

sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng ngày nay, trong tương lai có thể công nghệ thẻ phát

triển thì chi phí thẻ giảm xuống

• Dạng Disks và dạng coins

Dạng cấu trúc phổ biến nhất được gọi là “disk” hoặc “coin”, một transponder tiêm

vào trong một vỏ tròn, với giới hạn đường kính từ vài millimetres đến 10 centimetres

Thường có một lỗ tròn ở trung tâm để định vị

Hình 3.6 – Các dạng cấu trúc khác nhau của disk transponder

• Dạng glass housing

Dạng transponder này được ứng dụng trong các hệ thống nhận dạng động vật Nó

được tiêm vào dưới lớp da của động vật

Hình 3.7 – Cấu trúc củatransponder thủy tinh

Chip RFID được đặt trong các ống thủy tinh, kích thước từ 12 -32 mm Cuộn dây

anten của transponder có kích thước khoảng 0.03mm và quấn quanh một lõi ferit sắt

Hình 3.8 – Cấu trúc bên trong củatransponder thủy tinh

• Dạng plastic housing

Dạng plastic housing được phát triển trong các ứng dụng yều cầu tính cơ học cao

Dạng này có thể dễ dàng tích hợp vào trong các sản phNm khác nhau, ví dụ như chìa khóa

xe ô tô

Hình 3.9 – Dạng thẻ nhựa,sản ph:m của Philips Electronics

• Dạng key và key fobs

Các transponder được tích hợp vào trong các chìa khóa cho các hệ thống cố định

hoặc các ứng dụng khóa cửa yêu cầu độ an toàn cao Trong các ứng dụng này, transponder

đóng vai trò làm chìa khóa và reader làm nhiệm vụ khóa

Hình 3.10 : Transponder dạng key, sản ph:m của Intermarketing

• Dạng thẻ thông minh không tiếp xúc

Hình 3.11 – Transponder dạng thẻ không tiếp xúc

Dạng thẻ thông minh được phát triển dựa trên thẻ tín dụng , thẻ điện thoại Một ưu

điểm của dạng thẻ này là diện tích cuộn dây lơn nên nó có khả năng làm tăng phạm vi hoạt

động của hệ thống RFID

• Dạng Coil-on-chip

Trong các dạng cấu trúc của transponder được kể trên, các transponder có hai phần

riêng biệt đó là cuộn dây của transponder đóng vai trò như là một angten, và chip

transpoder Dưới đây là dạng transponder mà chúng ta đã tích hợp chip và cuộn dây của

transponder Vì vậy mà dạng transponder này thường có kích thước rất nhỏ khoảng 3mm

Hình 3.12 – Transponder dạng coil-on-chip

Ngoài ra còn có các dạng cấu trúc khác như: dạng smartlabel, dạng clock

3.3 Đầu đọc (Reader)

Một reader điển hình một module tần số vô tuyến (máy phát và máy thu) là một

đơn vị điều khiển và là phần tử kết nối đến bộ phát đáp Ngoài ra, các reader còn được gắn

với một giao diện bổ sung (RS232,RS485…) để chúng có thể chuyển dữ liệu đọc đến các

hệ thống khác (PC, hệ thống điều khiển robot…)

Reader RFID được gọi là vật tra hỏi (interrogator), là một thiết bị đọc và ghi dữ

liệu các transponder tương thích Hoạt động ghi dữ liệu lên thẻ bằng reader được gọi là tạo

thẻ Quá trình tạo thẻ và kết nối thẻ với một đối tượng được gọi là đưa thẻ vào hoạt động

(commissioning the tag)

Reader là hệ thần kinh trung ương của toàn hệ thống, phần cứng RFID thiết lập

việc truyền với thành phần này và điều khiển nó, là thao tác quan trọng nhất của bất kỳ

thực thể nào muốn liên kết với thực thể của phần cứng này

Một reader có cấu trúc layout như sau:

Hình 3.13 – Cấu trúc layout cơ bản của một reader

Các thành phần chính của reader bao gồm:

• Máy phát (Transmitter)

• Máy thu (Recever)

• Vi mạch (Microprocessor)

• Bộ nhớ

• Kênh vào/ra đối với các cảm biến, cơ cấu truyền động đầu từ, bảng tín hiệu báo bên

ngoài (mặc dù nói đúng ra đây là nhưng thành phần không bắt buộc, chúng hầu như luôn

được cung cấp với một reader thương mại)

• Mạch điều khiển (có thể nó được đặt bên ngoài)

• Mạch truyền thông

• Nguồn năng lượng

3.3.1 Các thành phần chính của reader

v Máy phát

Máy phát của reader truyền nguồn AC và chu kỳ xung đồng hồ qua anten của nó

đến thẻ trong phạm vi đọc cho phép, nó chịu trách nhiệm gửi tín hiệu của reader đến môi

trường xung quanh và nhận lại đáp ứng của thẻ qua anten của reader

v Máy thu

Máy thu nhận tín hiệu tương tự từ thẻ qua anten của mạch đọc để nó truyền thông

với thẻ tương thích với nó Nó thực hiện việc giải mã và kiểm tra lỗi tín hiệu nhận tương tự

nhận từ máy thu

v Bộ nhớ

Bộ nhớ dùng lưu trữ dữ liệu như các tham số cấu hình reader và một bản kê khai

các lần đọc Vì vậy nếu việc kết nối giữa reader và hệ thống mạch điều khiển/phần mềm bị

hỏng thì tất cả dữ liệu thẻ đã đọc không bị mất

v Các kênh nhập/xuất của các cảm biến, cơ cấu truyền động đầu từ

và bảng tín hiệu điện báo bên ngoài

Các reader không cần bật suốt Các thẻ có thể chỉ xuất hiện lúc nào đó và rời khỏi

mạch đọc mãi cho nen việc bật reader suốt sẽ gây lãng phí năng lượng Thêm nữa là giới

hạn vừa đề cập ở trên cũng ảnh hưởng đến chu kỳ làm việc của reader Thành phần này

cung cấp một cơ chế bật và tắt reader tùy thuộc vào các sự kiện bên ngoài Có một số loại

cảm biến như cảm biến về ánh sáng hoặc sự chuyển động để phát hiện các đối tượng được

gắn thẻ trong phạm vi đọc của reader Cảm biến này cho phép reader bật lên để đọc thẻ

Thành phần này cũng cho phép reader cung cấp xuất cục bộ tùy thuộc vào một số điều kiện

qua một bảng tín hiệu điện báo (chẳng hạn, báo bằng âm thanh) hoặc cơ cấu truyền động

đầu từ (chẳng hạn, mở hoặc đóng van an toàn, di chuyển một cánh tay robot,…)

v Mạch điều khiển

Mạch điều khiển là một thực thể cho phép thực thể bên ngoài là con người hoặc

chương trình máy tính giao tiếp, điều khiển các chức năng của reader, điều khiển bảng tín

hiệu điện báo và cơ cấu truyền động đầu từ kết hợp với reader này Thường thì các nhà sản

xuất hợp nhất thành phần này vào reader (như phần mềm hệ thống (firm ware))

v Giao diện truyền thông

Thành phần giao diện truyền thông cung cấp các lệnh truyền đến reader, nó cho

phép tương tác với các thực thể bên ngoài qua mạch điều khiển, để truyền dữ liệu của nó,

nhận lệnh và gởi lại đáp ứng Thành phần giao diện này cũng có thể xem là một phần của

mạch điều khiển hoặc là phương tiện truyền giữa mạch điều khiển và các thực thể bên

ngoài Thực thể này có những đặc điểm quan trọng cần xem nó như một thành phần độc

lập Reader có thể có một giao diện tuần tự Giao diện tuần tự là loại giao diện phổ biến

nhất nhưng các reader thế hệ sau sẽ được phát triển giao diện mạng thành một tính năng

chuNn Các reader phức tạp có các tính năng như tự phát hiện bằng chương trình ứng dụng,

có gắn các web server cho phép reader nhận lệnh và trình bày kết quả dùng một trình duyệt

web chuNn

v Nguồn năng lượng

Thành phần này cung cấp nguồn năng lượng cho các thành phần của reader Nguồn

năng lượng được cung cấp cho các thành phần này qua một dây dẫn điện được kết nối với

một ngõ ra bên ngoài thích hợp

3.3.2 Phân loại mạch đọc

Reader được phân loại chủ yếu theo tiêu chuNn là giao diện mà reader cung cấp cho

việc truyền thông Trong tiêu chuNn này, reader có thể được phân loại ra như sau:

• Serial reader

• Network reader

v Serial reader– Reader nối tiếp

Serial reader sử dụng liên kết serial để truyền với một ứng dụng Reader kết nối đến

cổng serial của máy tính dùng kết nối tuần tự RS232 hoặc RS485 Cả hai loại kết nối này

đều có giới hạn trên về chiều dài cáp sử dụng kết nối reader với máy tính ChuNn RS485

cho phép cáp dài hơn chuNn RS232

Ưu điểm của serial reader là có độ tin cậy cao hơn network reader Vì vậy sử dụng

reader loại này được khuyến khích nhằm làm tối thiểu sự phụ thuộc vào một kênh truyền

Nhược điểm của serial reader là phụ thuộc vào chiều dài tối đa của cáp sử dụng để

kết nối một reader với máy tính Thêm nữa, thường thì trên một máy chủ thì số cổng serial

bị hạn chế Tốc độ truyền dữ liệu serial thường thấp hơn tốc độ truyền dữ liệu mạng

Những nhân tố này dẫn đến chi phí bảo dưỡng cao hơn và thời gian chết đáng kể

v Network reader – Reader mạng

Network reader kết nối với máy tính sử dụng cả mạng dây và không dây Thực tế,

reader hoạt động như thiết bị mạng

Ưu điểm của network reader là không phụ thuộc vào chiều dài tối đa của cáp kết

nối reader và máy tính Sử dụng ít máy chủ hơn so với serial reader Thêm nữa là phần

mềm hệ thống của reader có thể được cập nhật từ xa qua mạng

Nhược điểm của network reader là việc truyền không đáng tin cậy bằng serial

reader

3.3.3 Cơ chế truyền cơ bản giữa thẻ và reader

Tùy thuộc vào loại thẻ, việc truyền giữa reader và thẻ có thể theo một trong những

cách sau:

• Modulate backscatter – tán xạ điều chế

• Kiểu máy phát (transmitter type)

Trước khi nghiên cứu sâu vào loại truyền thông, ta phải hiểu được khái niệm near

field (trường gần) và far field (trường xa)

Phạm vi giữa anten của reader và một bước sóng của sóng RF được phát bởi anten

được gọi là near field Phạm vi ngoài bước sóng của sóng RF đã phát ra từ anten của reader

gọi là far field Các hệ thống RFID thụ động hoạt động ở băng tần LF và HF sử dụng việc

truyền thông near field trong khi băng tần UHF và sóng vi ba sử dụng far field Cường độ

tín hiệu trong truyền thông near field yếu đi lập phương khoảng cách từ anten của reader

Trong far field, nó giảm đi bình phương khoảng cách từ anten của reader Cho nên truyền

thông far field được kết hợp với phạm vi đọc dài hơn truyền thông near field

Hình 3.14 – Cơ chế truyền ở trường gần, trường xa giữa thẻ và reader

Tiếp theo so sánh việc đọc thẻ và ghi thẻ Việc ghi thẻ mất nhiều thời gian hơn việc

đọc thẻ trong cùng điều kiện vì hoạt động ghi gồm nhiều bước, bao gồm việc xác minh ban

đầu, xóa dữ liệu còn tồn tại trên thẻ, ghi dữ liệu mới lên thẻ Và giai đoạn xác minh lần

cuối Thêm nữa là dữ liệu được ghi trên thẻ theo khối bằng nhiều bước Vì vậy việc ghi thẻ

có thể mất cả trăm giây mới hoàn thành cùng với việc tăng kích thước dữ liệu Ngược lại,

có một số thẻ có thể được đọc trong khoảng thời gian này với cùng reader Việc ghi thẻ là

quá trình dễ bị ảnh hưởng cần đặt thẻ gần anten của reader hơn khoảng cách đọc tương

ứng Việc đặt gần nhằm cho phép anten của thẻ có thể nhận được đủ năng lượng từ tín hiệu

anten của reader để cấp nguồn cho vi mạch của nó giúp nó có thể thực thi các lệnh ghi

Nhu cầu năng lượng đối với quá trình ghi thường cao hơn quá trình đọc

v Modulated backscatter – điều chế tán xạ

Việc truyền modulater áp dụng cho cả thẻ thụ động và bán tích cực Trong kiểu

truyền thông này, reader gửi đi tín hiệu RF sóng liên tục (continuos wave – CW) gồm có

nguồn AC và tín hiệu xung cho thẻ cùng tần số sóng mang (carrier frequency – tần số mà

reader hoạt động) Nhờ việc kết nối (nghĩa là cơ chế truyền năng lượng giữa reader và thẻ)

mà anten của thẻ cung cấp nguồn điện cho vi mạch Từ kích thích thường ám chỉ việc vi

mạch của thẻ thụ động nhận năng lượng từ tín hiệu của reader để tự tiếp sinh lực Vi mạch

cần khoảng 1.2V từ tín hiệu của reader để tiếp sinh lực đối với việc đọc Còn đối với việc

ghi thì vi mạch thường cần khoảng 2.2V từ tín hiệu của reader Hiện nay, vi mạch điều

chỉnh thay đổi tín hiệu nhập thành một chuỗi mô hình mở, tắt trình bày dữ liệu của nó và

truyền nó trở lại Khi reader nhận tín hiệu đã điều chế, nó giải mã mô hình và thu được dữ

liệu thẻ

Vì vậy trong mô hình truyền modulated backscatter, reader luôn “talks” trước sau

đó mới tới thẻ Thẻ sử dụng mô hình này không thể truyền khi không có mặt reader vì nó

phụ thuộc hoàn toàn vào năng lượng của reader để truyền dữ liệu của nó

Hình 3.15 – Cơ chế truyền modulated backscatter của thẻ thụ động

Hình 3.16 : Cơ chế truyền modulated backscatter của thẻ bán thụ động

v Kiểu máy phát

Kiểu truyền này chỉ áp dụng cho thẻ tích cực Trong kiểu truyền này, thẻ phát tán

thông điệp xung quanh môi trường với khoảng cách theo quy định, bất kể reader có hay

không có mặt ở đó Vì vậy trong kiểu truyền này, thẻ luôn luôn “talks” trước reader

Hình 3.17 – Cơ chế truyền kiểu máy phát của thẻ tích cực

3.4 Database

Database là hệ thống thông tin phụ trợ để theo dõi và chứa thông tin về item có

đính thẻ Thông tin được lưu trong database bao gồm item, phần mô tả, nhà sản xuất, hoạt

động của item, vị trí Kiểu thông tin chứa trong database sẽ biến đổi tùy theo ứng dụng

Chẳng hạn dữ liệu được lưu trữ trong hệ thống thu lệ phí đường sẽ khác với dữ liệu được

lưu cho một dây chuyền cung cấp cũng như khác với quản lý nhân viên trong một công ty

Các database cũng có thể được kết nối đến các mạng khác như mạng LAN để đưa database

lên Internet Việc kết nối này cho phép dữ liệu chia sẻ với một database cục bộ mà thông

tin được thu thập trước tiên từ nó

3.5 Phương thức làm việc của RFID

Một hệ thống RFID đơn giản nhất có ba thành phần cơ bản: thẻ, reader, và một

máy chủ Transponder gồm chip bán dẫn nhỏ và anten được thu nhỏ trong một số hình

thức đóng gói Mỗi thẻ được lập trình với một nhận dạng duy nhất cho phép theo dõi

không dây đối tượng hoặc con người đang gắn thẻ đó Bởi vì các chip được sử dụng trong

transponder có thể giữ một số lượng lớn dữ liệu, chúng có thể chứa thông tin như chuỗi số,

thời dấu, hướng dẫn cấu hình, dữ liệu kỹ thuật, sổ sách y học, và lịch trình

Hình 3.18 : Quá trình làm việc của thẻ và reader

Các thẻ có thể được cấp nguồn bởi một bộ pin thu nhỏ trong thẻ (các thẻ tíchcực)

hoặc bởi reader mà nó “wake up” thẻ để yêu cầu trả lời khi thẻ đang trong phạm vi (thẻ

passive)

Thẻ tích cực đọc xa 100 feet tính từ reader và có thể là thẻ “thông minh” (với

bộ nhớ được viết lên và xóa như một ổ cứng máy tính) hoặc là thẻ RO Thẻ thụ động có

thể được đọc xa reader 20 feet và có bộ nhớ RO Kích thước thẻ và giá cả, dải đọc, độ

chính xác đọc/ghi, tốc độ dữ liệu và chức năng hệ thống thay đổi theo đặc điểm nêu ra

trong thiết kế và dải tần hệ thống RFID sử dụng Thẻ nhận sóng truyền từreader và nhờ bộ

chuyển đổi sang DC và nhờ bộ điều chế để nhận chuỗi bit từ reader truyền tới Tiếp đến

thẻ gửi sóng mang chứa dữ liệu phát đến reader Sau đó được điều chế (giả sử dùng QAM)

là một số phức và được xếp vào biểu đồ chòm sao theo quy luật mã Gray trên 2 trục Re

(thực) và Im(ảo) Vị trí của mỗi điểm tín hiệu (số phức) trên biểu đồ chòm sao phản ánh

thông tin về biên độ và pha của các sóng mang Quá trình biến đổi FFT sẽ biến đổi các số

phức biểu diễn các sóng mang trong miền tần số thành các số phức biểu diễn các sóng

mang trong miền thời gian rời rạc Trong thực tế các thành phần Re và Im được biểu diễn

bằng chuỗi nhị phân được bộ điều chế IQ sử dụng đểđiều chế sóng mang cũng được biểu

diễn bằng một chuỗi nhị phân Chuỗi nhị phân sau điều chế IQ được biến đổi DA để nhận

được tín hiệu trong băng tần cơ bản Quá trình xử lý ở phía thẻ sẽ thực hiện biển đổi FFT

để tạo các điểm điều chế phức của từng sóng mang phụ trong symbol OFDM (bản chất

của quá trình tạo tín hiệu OFDM là phân tích chuỗi bit đầu vào thành các sóng mang đã

được điều chế theo một kiểu nào đó trong miền thời gian liên tục), sau khi giải định vị

(Demapping) xác định biểu đồ bit tương ứng các tổ hợp bit được cộng lại để khôi phục

dòng dữ liệu đã truyền

Hình 3.19 – Quá trình truyền nhận dữ liệu giữa thẻ và reader

Reader gồm một anten liên lạc với thẻ và một đơn vị đo điện tử học đã được nối

mạng với máy chủ Đơn vị đo tiếp sóng giữa máy chủ và tất cả các thẻ trong phạm vi đọc

của anten, cho phép một reader liên lạc với hàng trăm thẻ đồng thời Nó cũng thực thi các

chức năng bảo mật như mã hóa/ giải mã và xác thực người dùng

Reader có thể phát hiện thẻ ngay cả khi không nhìn thấy chúng Hầu hết các mạng

RFID gồm nhiều thẻ và nhiều reader được nối mạng với nhau bởi một máy tính trung tâm,

hầu như thường là một trạm làm việc gọn để bàn Máy chủ xử lý dữ liệu mà các reader thu

thập từ các thẻ và dịch nó giữa mạng RFID và các hệ thống công nghệ thông tin lớn hơn,

mà nơi đó quản lý dây chuyền hoặc cơ sở dữ liệu quản lý có thể thực thi “Middleware”

phần mềm nối hệ thống RFID với một hệ thống quản lý luồng dữ liệu

3.6 Nguyên lý Master – Slave giữa phần mềm ứng dụng, reader,

transponder

Một phần mềm ứng dụng được thiết kế để đọc dữ liệu từ một bộ mang dữ liệu

không tiếp xúc (transponder) hoặc ghi dữ liệu lên một bộ mang dữ liệu không tiếp xúc, yêu

cầu một reader không tiếp xúc như là một giao diện Sự ghi /đọc dữ liệu bao gồm một bộ

mang dữ liệu không tiếp xúc hoạt động dựa trên nguyên lý Master – Slave Điều này có

nghĩa là tất cả các hoạt động của transponder, reader đều được khởi tạo bằng phần mềm

ứng dụng Trong một hệ thống cấu trúc có thứ bậc thì phần mềm ứng dụng đóng vai trò là

trạm chủ, trong khi reader đóng vai trò như là trạm tớ, chỉ hoạt động khi lệnh ghi/đọc nhận

được từ phần mềm ứng dụng

Hình 3.20 – Nguyên lý Master – Slave giữa phần mềm ứng dụng, reader,

transponder

Để thực hiện một lệnh từ phần mềm ứng dụng, đầu tiên reader thực hiện việc giao

tiếp với một transponder Lúc này reader đóng vai trò là trạm chủ đối với transponder Do

đó các transponder chỉ thực hiện những lệnh từ reader và không bao giờ hoạt động độc lập

Một lệnh đọc đơn giản gửi từ phần mềm ứng dụng đến reader có thể khởi tạo một chuỗi

các bước truyền thông giữa reader và transponder

3.7 Tiêu chunn để lựa chọn hệ thống RFID

3.7.1 Tần số hoạt động

RFID 125kHz – 13,56 Mhz: Sử dụng cho các hệ thống đăng nhập ra/vào, thông

thường gọi là công nghệ cảm ứng (proximity), khoảng cách đọc rất ngắn (khoảng 10 cm)

Khoảng cách đọc rất ngắn nên nếu có nhiều thiết bị reader gắn cạnh nhau vẫn không xảy ra

hiện tượng nhiễu điện từ

RFID 400 – 900 Mhz: Sử dụng cho ứng dụng quản lý kho Vùng phủ sóng của thiết

bị đọc là vô hướng nên nhiều reader gắn cạnh nhau sẽ xảy ra hiện tương nhiễu điện từ, 2

reader không hoạt động được cùng lúc khi lắp đặt gần nhau

RFID 2.45 Ghz – 5.8Ghz: Hoàn toàn khác với RFID tần số thấp nêu trên, khoảng

cách đọc lên đến 10m, vận tốc di chuyển của thẻ (ID-Tag) cao (120km/h) vẫn đọc tốt, giới

hạn và định hướng được vùng giao tiếp của thiết bị đọc (Reader), không nhiễu điện từ

(hiện tương giao thoa sóng) khi có hơn 2 Reader lắp đặt gần nhau, không trả phí sử dụng

tần số, không trùng với sóng GSM, ID-Tag tiết kiệm pin với thời gian sử dụng là 6 năm

- Tốc độ di chuyển của transponder trong phạm vi của reader

Trong các ứng dụng khi đưa thẻ vào khu vực nhận biết thì những yếu tố khoảng

cách và tốc độ là cần thiết

3.7.3 Yêu cầu tính bảo mật

Các hệ thống nhận dạng luôn đòi hỏi phải có tính bảo mật cao, đặc biệt hệ thống

RFID đó là điều kiện bắt buộc, ví dụ sự mã hóa, sự xác nhận, phải được giải quyết rất cNn

thận để loại bỏ được nhiễu xuất hiện trong quá trình hệ thống hoạt động Do yêu cầu bảo

mật mà hệ thống RFID được chia làm hai nhóm:

- Các ứng dụng trong công nghiệp hay các ứng dụng trong chu trình kín

- Các ứng dụng trong công cộng có liên quan đến tài sản/tiền

3.7.4 Yêu cầu về khả năng bộ nhớ

Kích cỡ của dữ liệu được quyết định bởi khả năng lưu trữ của bộ nhớ Dung lượng

bộ nhớ ảnh hưởng đến yêu cầu về lượng thông tin Dữ liệu chủ yếu được lưu trữ trong cơ

sở dữ liệu của máy tính điều khiển Nếu dữ liệu cần ghi lên transponder thì ta cần có bộ

nhớ EEPROM hoặc RAM

Các bộ nhớ EEPROM chủ yếu được sử dụng trong các hệ thống kết nối cảm ứng,

dung lượng bộ nhớ khoảng 16 byte đến 8 Kbyte

Bộ nhớ RAM với pin hỗ trợ chủ yếu dùng cho sóng ngắn dung lượng nằm trong

khoảng 256 byte đến 64 Kbyte

3.8 Sự mã hóa (coding) và sự điều biến (Modulation)

Hình 3.21 – Dữ liệu và dòng dữ liệu trong hệ thống truyền thông số

Tương tự, sự trao đổi dữ liệu giữa reader và transponder trong một hệ thống RFID

yêu cầu ba khối chức năng chính Từ reader đến transponder – chiều trao đổi dữ liệu, gồm

có: khối mã hóa tín hiệu và “điều biến” trong reader, khối trao đổi trung gian (transmission

medium), khối “giải điều biến” và giải mã tín hiệu trong transponder

Một hệ thống mã hóa tín hiệu mang thông tin được truyền và tín hiệu tương ứng

của nó và làm cho nó phù hợp nhất với các đặc điểm của khối truyền phát trung gian Quá

trình này cung cấp thông tin có độ bảo vệ để chống lại nhiễu hoặc sự xung đột và chống lại

sự thay đổi đặc điểm của một tín hiệu nào đó Sự mã hóa tín hiệu không được nhầm lẫn với

sự “điều biến”, và vì vậy nó mã hóa dựa trên dải cơ bản

- “ Điều biến ” là quá trình làm thay đổi các thông số của tín hiệu của bộ mang tần số

ví dụ như biên độ, tần số, và pha của nó trong mối quan hệ với tín hiệu “ điều biến “ và dải

tín hiệu cơ bản

- Sự truyền trung gian một thông tin trên một khoảng cách định trước Trong các hệ

thống RFID, từ trường và sóng điện từ được sử dụng làm phương tiện truyền tin

- Sự “giải điều biến “ là một thủ tục “ điều biến “ thêm vào để phục hồi lại tín hiệu ở

giải cơ bản Như là thông tin nguồn ( tín hiệu đầu ) trong cả transponder và reader, và vì

vậy thông tin được truyền lần lượt theo cả hai chiều “điều biến” và “giải điều biến”

- Chức năng của giải mã tín hiệu là khôi phục lại thông tin nguồn ở dạng mã cơ bản

và để phát hiện ra lỗi truyền và sự mất mát của tín hiệu

Các dạng mã hóa:

Trong mã vạch sử dụng các số “0” và “1” để biểu diễn Trong các hệ thống RFID

thường sử dụng các thủ tục mã hóa sau: NRZ, Manchester, Unipolar RZ, DBP, Miller…

+ Mã NRZ, một số “1” nhị phân đại diện cho một tín hiệu mức cao, và một số “0”

đại diện cho một tín hiệu ở mức thấp Mã NRZ được sử dụng hầu như không phù hợp với

sự điều biến FSK hay PSK

Hình 3.22 – Mã NRZ

+ Mã Manchester, một số nhị phân “1” đại diện cho sự chuyển đổi tín hiệu từ mức

cao sang mức thấp và một số nhị phân “0” đại diện cho sự chuyển đổi tín hiệu từ mức thấp

sang mức cao Mã Manchester thường được sử dụng để truyền dữ liệu từ transponder đến

reader

Hình 3.23 : Mã Manchester

+ Mã RZ đơn cực, một số “1” nhị phân đại diện cho một tín hiệu ở mức cao trong

thời gian nửa chu kỳ đầu tiên, và một số “0” nhị phân đại diện cho một tín hiệu ở mức thấp

trong toàn bộ thời gian còn lại của chu kỳ

Hình 3.24 – Mã RZ đơn cực

+ Mã DBP, một số “0” nhị phân được mã hóa bởi sự chuyển đổi tín hiệu từ mức

này sang mức khác trong một nửa chu kỳ, và một số “1” nhị phân được mã hóa bởi phần

còn lại của chuyển đổi Hơn nữa, mức tín hiệu bị đảo ngược ở thời điểm ban đầu của mỗi

khoảng thời gian trích mẫu, vì vậy tín hiệu mẫu có thể dễ dàng được khôi phục ở bộ nhận

Hình 3.25 – Mã DBP

+ Mã Miller, một số “1” nhị phân đại diện bởi một sự chuyển đổi mức tín hiệu

trong một nửa thời gian trích mẫu, một số “0” nhị phân đại diện bởi sự kéo dài của mức

“1” sang khoảng thời gian trích mẫu tiếp theo Một chuổi các con số “0” tạo nên một sự

chuyển đổi ở thời điểm bắt đầu của một thời gian trích mẫu, vì vậy mà tín hiệu mẫu có thể

dễ dàng được khôi phục ở bộ nhận

Hình 3.26 – Mã Miller

+ Mã Miller biến thể, trong dạng biển thể này của mã Miller mỗi sự chuyển đổi

được thay bằng một xung “tiêu cực”.Dạng mã này rất phù hợp với các hệ thống RFID kết

nối cảm ứng để truyền dữ liệu từ reader tới transponder

Hình 3.27 – Mã Miller (dạng biến thể)

5.1 Chunn RS232

Ghép nối qua cổng nối tíếp RS-232 là một trong những kỹ thuật được sử dụng rộng rãi

nhất để ghép nối các thiết bị ngoại vi với máy tính Qua cổng nối tiếp có thể ghép nối chuột,

modem, thậm chí cả máy in (ví dụ các loại máy in Apple), bộ biến đổi A/D, các thiết bị đo

lường… Số lượng và chủng loại các thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng nối tiếp đứng hàng

đầu trong số các khả năng ghép nối với máy tính Cách ghép nối này sử dụng phương pháp

truyền thông theo kiểu nối tiếp, nghĩa là trong một thời điểm chỉ có một bit được gửi đi dọc

theo một đường truyền ChuNn RS-232 dùng một đường dẫn để truyền dữ liệu và một đường

dẫn khác để nhận dữ liệu

5.1.1 Vài nét về nguồn gốc:

ChuNn RS-232 (RS = Recommended Standard) khi mới chỉ là chuNn không chính thức

đã được nhiều công ty máy tính và thiết bị đo lường chấp nhận Sau đó, Hiệp hội Các nhà

công nghiệp Điện tử (EIA: The Electronic Industries Association) đã xây dựng thành một tiêu

chuNn chính thức vào năm 1962 Đáng tiếc là tiêu chuNn này chỉ cho phép sử dụng đường

truyền ngắn với tốc độ bit thấp, thí dụ như tốc độ bit là 19600 bps (bits per second) và khoảng

cách cực đại là 20 mét Các tiêu chuNn truyền thông nối tiếp ra đời sau như RS- 422, RS-449

và RS-485 cho phép truyền trên đường cáp rất dài với tốc độ bit cao Chẳng hạn RS-422 cho

phép truyền với tốc độ lên đến 10 Mbps và khoảng cách hơn 1000 mét, đồng thời có thể sử

dụng cáp xoắn 2 sợi, cáp đồng trục và cáp quang

Có hai phiên bản RS-232 được lưu hành trong thời gian tương đối dài là RS-232B và

RS-232C Cho đến nay, RS-232B là phiên bản đã cũ, nay đã ít được sử dụng Còn RS-232C

hiện vẫn còn tồn tại và thường được gọi ngắn gọn là chuNn RS-232 (nhưng đây không phải là

phiên bản ban đầu năm 1962) Ở một số nước Tây Âu, người ta còn gọi chuNn ghép nối

RS-232 là chuNn V24

EIA đã công bố tiêu chuNn RS-232C với nỗ lực nhằm tạo ra khả năng ghép nối các

thiết bị do nhiều nhà sản xuất làm ra mà không đòi hỏi có một tiêu chuNn đặc biệt cho từng

trường hợp

Ngày nay, hầu hết các máy tính đều được trang bị một hay vài cổng nối tiếp RS-232,

có thể là loại 9 chân hoặc 25 chân tùy đời máy và tùy mainboard hỗ trợ Việc thiết kế giao

tiếp với cổng RS-232 cũng tương đối dễ dàng, đặc biệt khi chọn chế độ hoạt động là không

đồng bộ và dốc độ truyền dữ liệu thấp Các mạch điện tích hợp cả bộ phát và bộ nhận RS-232

đã được các nhà sản xuất khác nhau thiết kế và chế tạo rất thành công, ví dụ như Motorola,

National Semiconductor…

Các chip bộ phát RS-232 tiếp nhận mức điện áp TTL ở lối vào và biến đổi chúng

thành các mức dành riêng cho RS-232 để truyền Các chip bộ nhận thì làm việc ngược lại: tiếp

nhận tín hiệu lối vào theo chuNn RS-232 và biến đổi sang các mức TTL tương ứng Các bộ

phận này đều nằm trên bản mạch chính hoặc trên một card vào/ra

5.1.2 Các đặc trưng điện

5.1.2.1 Các mức điện áp đường truyền

Tiêu chuNn RS-232 đầu tiên ngay từ khi ra đời đã mang vẻ lỗi thời của các chuNn TTL

Lý do là chuNn RS-232 vẫn sử dụng các mức điện áp tương thích TTL để mô tả các mức logic

0 và 1, giống như trường hợp cổng máy in (cổng song song) Ngoài mức điện áp, tiêu chuNn

cũng cố định các giá trị trở kháng tải được đấu vào bus của bộ nhận và các trở kháng ra của

bộ phát

Các mức điện áp của hai tiêu chuNn RS-232 cải tiến là RS-232B và RS-232C được mô

tả trong bảng sau:

ChuNn Mức logic 0 Mức logic 1

RS-232B +5V đến +25V -25V đến -5V

RS-232C +3V đến +12V -12V đến -3V

Bảng 5.1 – Chu:n điện áp RS-232

Ghi chú: Các mức điện áp trong phạm vi từ -3V +3V là trạng thái chuyển tiếp, còn

trong các phạm vi -5V -3V và +3V +5V không được xác định và sẽ dẫn đến các kết quả

không thể dự tính trước (đối với chuNn RS-232B)

• Trở kháng tải về phía bộ nhận của mạch phải nằm trong khoảng từ 3000Ωđến 7000Ω

• Tốc độ truyền / nhận dữ liệu cực đại là 100 Kbps

• Các lối vào của bộ nhận phải có điện dung nhỏ hơn 2500 pF

• Độ dài của cáp nối giữa máy tính và thiết bị ghép nối qua cổng nối tiếp không thể vượt

quá 15 m nếu không sử dụng modem

• Các giá trị tốc độ Baud chuNn là: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600,

19200, 28800, 38400, 56000, 115200 …

5.1.3 Đầu nối trên máy tính PC

Hầu hết các máy tính cá nhân hiện nay đều được trang bị ít nhất là một cổng nối tiếp

RS-232 Số lượng cổng có thể là 2, 3 hoặc thậm chí lên tới 4 Khi đó người ta quy ước đánh

số thứ tự các cổng là COM1, COM2, COM3 và COM4 (nếu có) Có hai kiểu đầu nối được sử

dụng cho cổng nối tiếp RS-232 là loại 9 chân (DB9) hoặc 25 chân (DB25) Tuy có cùng số

chân với cổng song song (còn gọi là cổng máy in LPT) là 25 chân, nhưng cổng nối tiếp 25

chân trên máy tính là cổng đực (male) còn cổng song song là cổng cái (female) Nhờ đặc điểm

này mà ta có thể phân biệt 2 loại cổng với nhau

Sơ đồ chân của cổng nối tiếp 9 chân và 25 chân như sau:

Hình 5.1 – Sơ đồ chân của cổng nối tiếp 9 chân

Hình 5.2 – Sơ đồ chân của cổng nối tiếp 25 chân

D25 D9 Tín hiệu Hướng truyền Mô tả

1 - - - Nối đất bảo vệ

2 3 TxD DTE DCE Dữ liệu truyền

3 2 RxD DCE DTE Dữ liệu nhận

4 7 RTS DTE DCE DTE yêu cầu truyền dữ liệu

5 8 CTS DCE DTE DCE sẵn sàng nhận dữ liệu

6 6 DSR DCE DTE DCE sẵn sàng làm việc

7 5 GND - Nối đất

8 1 DCD DCE DTE DCE phát hiện sóng mang

20 4 DTR DTE DCE DTE sẵn sàng làm việc

22 9 RI DCE DTE Báo chuông

23 - DSRD DCE DTE Dò tốc độ truyền

24 - TSET DTE DCE Tín hiệu định thời truyền đi từ DTE

15 - TSET DCE DTE Tín hiệu định thời truyền từ DCE để

14 - STxD DTE DCE Dữ liệu truyền thứ 2

16 - SRxD DCE DTE Dữ liệu nhận thứ 2

19 - SRTS DTE DCE Yêu cầu gởi thứ 2

13 - SCTS DCE DTE Xóa để gởi thứ 2

12 - SDSRD DCE DTE Dò tốc độ truyền thứ 2

9 - Dành riêng cho chế độ Test

10 - Dành riêng cho chế độ Test

Bảng 5.2 – Chức năng các chân của RS232

5.1.4 Quá trình truyền dữ liệu

Việc truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp RS-232 được thực hiện theo kiểu không đồng

bộ Vì thế, tại một thời điểm chỉ có một bit được truyền Bộ truyền gửi một bit bắt đầu (start

bit) để thông báo cho bộ nhận biết một ký tự sẽ được gửi đến trong lần truyền bit tiếp theo

ASCII (có thể là 4, 5, 6, 7 hoặc 8 bit dữ liệu) Sau đó là một bit chẵn lẻ (parity bit, có thể có

hoặc không) và cuối cùng là bit dừng (stop bit, có thể là 1, 1.5 hoặc 2 bit dừng)

5.1.4.2 Tốc độ Baud

Một trong các tham số đặc trưng cho quá trình truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp

RS-232 là tốc độ truyền nhận dữ liệu, còn gọi là tốc độ bit Tốc độ bít được định nghĩa là số bít

truyền trong 1 giây Cả bộ truyền và bộ nhận phải thiết lập để hoạt động cùng với tốc độ bit

này

Ngoài tốc độ bit còn có một thuật ngữ khác được sử dụng để mô tả tốc độ truyền, đó là

tốc độ Baud Tốc độ bit phản ánh tốc độ thực tế mà các bit được truyền, còn tốc độ Baud liên

quan đến tốc độ mà các phần tử mã hóa dữ liệu được sử dụng để diễn tả các bit được truyền

Bởi vì một phần tử báo hiệu sự mã hóa một bit, nên khi đó hai tốc độ là đồng nhất Chỉ trong

các odem, do có thêm quá trình biến đổi nên tốc độ bit mới khác tốc độ Baud

Một số tốc độ Baud thường dùng: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600,

19200, 28800, 38400, 56000, 115200 …

Một trong những yêu cầu quan trọng khi sử dụng chuNn truyền thông nối tiếp RS-232

là thời gian chuyển mức logic không được vượt quá 4% thời gian truyền 1 bit Vì thế, nếu tốc

độ bit càng cao, thời gian truyền 1 bit càng nhỏ, thì thời gian chuyển mức logic phải càng nhỏ

Vấn đề này làm giới hạn tốc độ Baud và khoảng cách truyền Ví dụ, với tốc độ Baud là 19200,

ta có thể truyền xa nhất là 50 feet (khoảng 15,24 m)

Thực chất của quá trình kiểm tra lỗi khi truyền dữ liệu là bổ sung thêm dữ liệu vào

dòng dữ liệu được truyền để tìm ra hoặc sửa chữa một lỗi trong quá trình truyền ChuNn

RS-232 sử dụng một kỹ thuật đơn giản được gọi là kiểm tra chẵn lẻ (parity checking)

Một bit chẵn lẻ (parity bit) được bổ sung vào dữ liệu được truyền để cho thấy số lượng

các bit “1” được gửi trong một khung truyền là chẵn (parity chẵn) hoặc lẻ (parity lẻ) Đây là

một phương pháp đơn giản để mã hóa lỗi và chỉ cần một cổng XOR để tạo ra parity bit Parity

bit được bổ sung vào dữ liệu được truyền bằng cách chèn nó vào một vị trí chính xác của bit

trong thanh ghi dịch.sau khi đã đếm xem có bao nhiêu bit “1” được gửi Một parity bit chỉ có

thể tìm ra một số lẻ các lỗi, chẳng hạn như 1, 3, 5, 7, … Nếu như có một số chẵn các bit mắc

lỗi thì parity bit sẽ trùng giá trị với trường hợp không mắc lỗi và không thể phát hiện ra lỗi Vì

thế, kỹ thuật mã hóa lỗi này thường không được sử dụng trong trường hợp có khả năng một

vài bit bị mắc lỗi

5.1.5 Bắt tay (Hand –shaking)

Việc truyền dữ liệu có thể tiến hành theo 3 cách: không có bắt tay, bắt tay bằng phần

cứng và bắt tay bằng phần mềm

5.1.5.1 Truyền dữ liệu không bắt tay

Trong cách truyền dữ liệu này, người ta giả thiết rằng bộ nhận (receiver) có thể đọc dữ

liệu từ bộ đệm nhận (receive buffer) trước khi ký tự khác được nhận về Dữ liệu được gửi từ

vị trí kết nối với chân TxD của bộ truyền (transmitter) và được nhận ở vị trí nối với chân RxD

của bộ nhận Khi DTE (chẳng hạn như một máy tính) nối với DTE khác thì TxD của thiết bị

này sẽ nối với với RxD của thiết bị kia và ngược lại Đồng thời các chân DTR và DSR được

nối nhau, RTS và CTS được nối nhau trên cùng một thiết bị

Hình 5.2 – Sơ đồ nối chân giữa DTE và DCE

Bắt tay phần cứng làm dừng các ký tự trong bộ đệm nhận để khỏi bị ghi đè lên Các

đường dẫn được sử dụng đều được kích hoạt ở mức cao Khi bộ truyền muốn truyền dữ liệu,

nó cho đường dẫn RTS ở trạng thái hoạt động, rồi giám sát đường dẫn CTS cho tới khi đường

dẫn này chuyển sang trạng thái hoạt động Nếu CTS vẫn còn đang ở trạng thái chưa hoạt động

nghĩa là bộ nhận đang bận, không thể nhận dữ liệu Khi bộ nhận đọc từ bộ đệm nhận xong,

đường dẫn RTS sẽ tự động chuyển sang trạng thái kích hoạt động để báo cho bộ truyền là nó

đã sẵn sàng nhận dữ liệu Việc nhận dữ liệu cũng diễn ra tương tự với việc truyền dữ liệu, khi

đó các đường dẫn DSR và DTR được sử dụng

5.2 Chunn RS-232 và RS-485

232 và 485 là 2 chuNn truyền thông nối tiếp thông dụng nhất Trong khi

RS-232 được sử dụng rất rộng rãi vì được tích hợp trong mọi máy tính cá nhân thì chuNn RS-485

được ra đời để áp dụng trong công nghiệp, nơi tồn tại những yêu cầu mà RS-232 không đáp

ứng được Giới hạn của chuNn RS-232 là ở tốc độ truyền thấp, khoảng cách truyền ngắn, khả

năng chống nhiễu kém và chỉ có thể giao tiếp 2 thiết bị với nhau Trong khi đó chuNn RS-485

có thể đáp ứng được tất cả các yêu cầu này:

• Tốc độ truyền cao tới hơn 100 kbps ở khoảng cách 1200m

• Giao tiếp được nhiều DTE với nhau cùng trên một đường truyền

• Khả năng triệt nhiễu cao

ChuNn RS-232 sử dụng 3 chân Phát, Thu và Đất chung và quy định mức logic theo

chuNn điện áp TTL Vì mức logic được xác định bằng điện áp chênh lệch tuyệt đối so với đất

nên rất dễ bị nhiễu can thiệp Còn chuNn RS-485 sử dụng 2 chân truyền tín hiệu cho kênh phát

hoặc thu và mức logic được xác định bởi điện áp chênh lệch tương đối giữa 2 chân này Điện

áp chênh lệch này lên tới vài chục volt và 2 đường dây truyền riêng biệt nên khi xuất hiện

nhiễu chúng cùng 1 tác động như nhau nên RS-485 triệt nhiễu cực kỳ tốt Vì mỗi kênh truyền

có 2 đường dây nên có thể xoắn 2 đường dây này lại để tăng khả năng chống nhiễu

Hình 5.3 - Ảnh hưởng của từ nhiễu lên dây truyền sóng

Sau đây là bảng tóm tắt các đặc tính khi so sánh 2 chuNn truyền RS232 và RS285

Chế độ hoạt động Song công toàn phần Song công bán phần

Cấu trúc mạng Điểm – Điểm Đa điểm

Khoảng cách truyền tối đa 15m 1200m

Tốc độ truyền tối đa ở 15m 20Kbs 35Mbs

Tốc độ truyền tối đa ở 1200m 100Kbs

Bảng 5.3 - So sánh RS232 và RS485