28 Trang 12 11 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮTA AFC Automatic Friquency Control Bộ tự động điều chỉnh tần số ALU Arithmetic and Logic Unit Đơn vị toán học- logic ASK Amplitude Shift Keying K
PHẠM VĂN TRANH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM VĂN TRANH NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TIN HỌC TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ RFID VÀ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TIN HỌC KHOÁ 2009 - 2011 HÀ NỘI - 2011 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131364511000000 MỤC LỤC Trang Nội dung Mục lục Danh mục hình vẽ Danh mục bảng biểu .10 Danh sách từ viết tắt .11 Lời cam đoan 14 Mở đầu 15 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG TỰ ĐỘNG 1.1 Mã vạch (Barcode) 18 1.2 Nhận dạng ký tự quang học (OCR) 19 1.3 Phương pháp sinh trắc học (Biometric) 20 1.3.1 Nhận dạng giọng nói 20 1.3.2 Nhận dạng vân tay .21 1.4 Thẻ thông minh (Smart card) 21 1.4.1 Thẻ nhớ (memory card) 22 1.4.2 Thẻ chíp (microprocessor card) 23 1.5 Hệ thống RFID 24 1.6 Kết luận 25 CHƯƠNG CÔNG NGHỆ RFID .26 2.1 RFID gì? Tần số sử dụng quy chuẩn 26 2.1.1 RFID gì? 26 2.1.2 Tần số sử dụng quy chuẩn RFID 27 2.1.2.1 Tần số thấp (LF) 27 2.1.2.2 Tần số cao (HF) 27 2.1.2.3 Tần số siêu cao (UHF) 27 2.1.2.4 Dải tần viba 29 2.1.3 Các quy chuẩn RFID 29 2.2 Các thành phần hệ thống RFID 31 2.3 Phân loại nguyên lý hoạt động RFID 32 2.3.1 Phân loại theo phương pháp cấp nguồn cho thẻ 32 2.3.1.1 Thẻ thụ động (Passive tag) 33 2.3.1.2 Thẻ chủ động (Active tag) 34 2.3.1.3 Thẻ bán chủ động (Semi-active tag) 35 2.3.2 Phân loại theo phương thức truyền liệu thẻ đầu đọc 36 2.3.2.1 Thẻ RFID bit 36 2.3.2.1.1 Thẻ bit sử dụng tần số vô tuyến 37 2.3.2.1.2 Thẻ bít sử dụng sóng viba 39 2.3.2.1.3 Thẻ bit sử dụng phương pháp chia tần 41 2.3.2.1.4 Thẻ bit sử dụng phương pháp âm từ (Acoustomagnetic) 42 2.3.2.2 Hệ thống RFID song công bán song công 43 2.3.2.2.1 Hệ thống ghép điện cảm 43 2.3.2.2.2 Ghép điện từ tán xạ ngược (backscatter) 47 2.3.2.2.3 Hệ thống RFID ghép gần (Close coupling) 50 2.3.2.3 Hệ thống RFID 52 2.3.2.3.1 Hệ thống RFID ghép điện cảm 52 2.3.2.3.2 Hệ thống RFID sử dụng sóng âm bề mặt 54 2.4 Mã hóa, điều chế, bảo mật chống đụng độ RFID 57 2.4.1 Mã hóa điều chế 57 2.4.1.1 Mã hóa băng 57 2.4.1.2 Điều chế số 59 2.4.1.2.1 Khóa dịch biên (ASK) 59 2.4.1.2.2 Khóa dịch tần 2FSK 60 2.4.1.2.3 Khóa dịch pha 2PSK 61 2.4.2 Bảo mật liệu 61 2.4.2.1 Thủ tục xác thực lẫn 61 2.4.2.2 Bảo mật truyền liệu 64 2.4.2.2.1 Mã hóa luồng (stream ciphering) 65 2.4.3 Đa truy cập, chống đụng độ 66 2.4.3.1 ALOHA 69 2.4.3.2 Slotted ALOHA 71 2.5 Ưu nhược điểm ứng dụng RFID 72 2.5.1 Ưu điểm 72 2.5.2 Hạn chế 73 2.5.3 Ứng dụng RFID 74 2.6 Kết luận 79 CHƯƠNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG RFID CHỦ ĐỘNG HOẠT ĐỘNG Ở TẦN SỐ 433MHz 80 3.1 Yêu cầu kỹ thuật đặt hệ thống giải pháp thực 80 3.2 Giới thiệu ADF7020-1 Atmega88 81 3.2.1 ADF7020-1 81 3.2.1.1 Tính ứng dụng 82 3.2.1.1.1 Tính 82 3.2.1.1.2 Ứng dụng 83 3.2.1.2 Kiến trúc ADF7020-1 84 3.2.1.2.1 Khối tổng hợp tần số 85 3.2.1.2.2 Khối phát 87 3.2.1.2.2 Khối thu 90 3.2.1.3 Lập trình cho ADF 7020-1 phầm mềm hỗ trợ 94 3.2.2 Vi điều khiển ATmega88, ATmega128 97 3.2.2.1 Tính 97 3.2.2.2 Kiến trúc Atmega48/88/128 99 3.2.2.2 Khối xử lý trung tâm (CPU) 99 3.2.2.2 Tổ chức nhớ 103 3.2.2.3 Các chế độ tiếp kiệm lượng Atmega 48/88/168 105 3.2.2.3.1 Chế độ rỗi (Idle) 106 3.2.2.3.2 Chế độ giảm nhiễu cho ADC 106 3.2.2.3.3 Chế độ power-down 106 3.2.2.3.4 Chế độ tiết kiệm lượng (power-save) 106 3.2.2.3.5 Chế độ chờ (stand-by) 106 3.3 Thiết kế hệ thống RFID hoạt động tần số 433MHz 106 3.3.1 Thiết kế thẻ 106 3.3.1.1 Sơ đồ khối chức 106 3.3.1.2 Sơ đồ mạch nguyên lý 107 3.3.2 Thiết kế đầu đọc 109 3.3.2.1 Sơ đồ khối chức 109 3.3.2.2 Sơ đồ nguyên lý Error! Bookmark not defined 3.4 Kết luận 111 CHƯƠNG 4.ỨNG DỤNG RFID TRONG QUẢN LÝ KHÁCH SẠN 4.1 Phân tích 112 4.1.1 Cơ cấu hành khách sạn vừa nhỏ 112 4.1.2 Các nghiệp vụ lễ tân khách sạn 113 4.1.3 Các thông tin cần quản lý 115 4.1.4 Các yêu cầu chức ứng dụng 117 4.2 Thiết kế 118 4.2.1 Thiết kế phần cứng 118 4.2.1.1 Sơ đồ khối hệ thống .118 4.2.1.2 Các khối chức mạng RS485 119 4.2.2 Thiết kế phần mềm 122 4.2.2.1 Sơ đồ chức – Biểu đồ tương tác – Biểu đồ 118 4.2.2.2 Thiết kế sở liệu……………….……………………………… 125 KẾT LUẬN CHUNG 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO 132 PHỤ LỤC 133 Phụ lục Mô tả chân ghi ADF7020-1 133 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1 Cấu trúc mã vạch EVN [2] 19 Hình Mã vạch ghi mã số sách (ISBN)[2] 19 Hình Phơng chữ OCR [2] 20 Hình Vân tay đặc điểm dùng để nhận dạng [2] 21 Hình kiến trúc điển hình thẻ nhớ [2] 23 Hình Kiến trúc điển hình thẻ chíp [2] 23 Hình Thẻ sim có khả lưu trữ 64kbyte liệu 24 Hình Các dải tần dành cho ứng dụng RFID 27 Hình 2 Hệ thống RFID điển hình [1] 32 Hình Thẻ thụ động 2.4GHz chế tạo Alien Technology [1] 33 Hình Thẻ thụ động 915 MHz chế tạo Intermec Corporation [1] 33 Hình Thẻ chủ động liên lạc theo kiểu hỏi đáp [1] 34 Hình Thẻ chủ động liên lạc theo kiểu chủ động phát [1] 35 Hình Thẻ chủ động có phát chuyển động chế tạo RFCODE [1] 35 Hình nguyên lý hoạt động thiết bị EAS sử dụng tần số vơ tuyến [2] 38 Hình Ăng ten khung đầu đọc (cao 1.20–1.60m) (trái) thẻ (phải) [2] 39 Hình 10 Thẻ bit sử dụng sóng viba [2] 40 Hình 11 thẻ bit sử dụng sóng viba vùng đọc đầu đọc [2] 40 Hình 12 Hệ thống EAS sử dụng phương pháp chia tần [2] 41 Hình 13 hệ thống RFID sử dụng thẻ bít âm từ [2] 43 Hình 14 hệ thống rfid ghép điện cảm [2] 43 Hình 15 Các thiết kế khác thẻ ghép điện cảm [2] 44 Hình 16 Đầu đọc RFID ghép điện cảm hoạt động tần số < 135KHz [2] 45 Hình 17 Hệ thống RFID truyền liệu phương pháp điều chế tải 46 Hình 18 Phổ tần tín hiệu điều chế tải với sóng mang phụ [2] 47 Hình 19 Thẻ RFID tán xạ ngược có pin cấp nguồn cho vi chíp [2] 49 Hình 20 Nguyên lý hoạt động thẻ RFID tán xạ ngược [2] 50 Hình 21 Đầu đọc thẻ hệ thống ghép gần [2] 51 Hình 22 ghép điện dung đầu đọc thẻ hệ thống ghép gần [2] 52 Hình 23 Sơ đồ khối thẻ hệ thống RFID [2] 54 Hình 24 điện áp tụ tích điện thẻ chu kỳ phát liệu [2] 54 Hình 25 Layout vủa thẻ SAW [2] 55 Hình 26 Các kiểu mã hóa băng sư dụng RFID [2] 58 Hình 27 Tín hiệu điều chế ASK [2] 60 Hình 28 điều chế 2FSK [2] 60 Hình 29 Điều chế 2PSK [2] 61 Hình 30 Thủ tục xác thực lẫn đầu đọc thẻ [2] 62 Hình 31 Thủ tục xác thực lẫn nhau[2] 63 Hình 32 Sự cơng vào q trình truyền liệu [2] 64 Hình 33 Dữ liệu phát bảo vệ hiệu nhờ mã hóa [2] 65 Hình 34 Trong thủ tục one-time pad, khóa mã [2] 66 Hình 35 Phát khóa mã tạo mã giả ngẫu nhiên [2] 66 Hình 36 Phát quảng bá từ đầu đọc tới thẻ [2] 67 Hình 37 Đa truy cập [2] 68 Hình 38 Giao thức ALOHA [2] 70 Hình 39 So sánh lưu lượng hai giao thức ALOHA Slotted ALOHA [2] 71 Hình 40 Một thẻ HF chế tạo tập đoàn Maxell [2] 73 Hình 41 Trạm thu phí giao thơng tự động Singapore [2] 75 Hình 42 Vé máy bay hãng Lufthansa (Đức) [2] 75 Hình 43 Vé xe buýt sử dụng công nghệ RFID Hàn Quốc (Bus Card) [2] 75 Hình 44 Hệ thống RFID gắn vào đường ray đầu máy quản lý tàu [2] 76 Hình 45 Thẻ RFID (thẻ EPC) sử dụng Wal-Mart [9] 76 Hình 46 Máy in thẻ (kiêm đầu đọc) thẻ RFID gắn vào hang hóa [2] 77 Hình 47 chìa khóa xe tơ tích hợp thẻ RFID chống trơm [2] 77 Hình 48 Thẻ vào cửa tích hợp vào đồng hồ đeo tay [2] 78 Hình 49 Thẻ RFID cấy vào gia súc [2] 78 Hình 50 Hệ thống tự động vắt sữa bò với hỗ trợ RFID [2] 69 Hình 51 Chíp RFID cấy da [2] 79 Hình Cấu trúc chân ADF 7020-1 [3] 84 Hình Sơ đồ khối chứa ADF7020-1 [3] 84 Hình 3 Mạch tạo dao động tham chiếu [3] 85 Hình Mạch lọc [3] 86 Hình VCO, mạch lọc chia N [3] 86 Hình quan hệ tần số hoạt động với tổng cảm kháng [3] 87 Hình Bộ dao động điều khiển điện áp (VCO) [3] 87 Hình Cấu hình PA chế độ điều chế FSK/GFSK [3] 88 Hình Cấu hình PA chế độ điều chế ASK/OOK [3] 88 Hình 10 Thực điều chế FSK [3] 89 Hình 11 Bộ khuếch đại tạp âm thấp trộn tần [3] 91 Hình 12 Khối đo RSSI [3] 91 Hình 13 Giải điều chế FSK tương quan [3] 94 Hình 14 Giải điều chế FSK tuyến tính [3] 94 Hình 15 Sơ đồ thời gian giao diện nối tiếp 95 Hình 16 Sơ đồ thời gian tín hiệu readback [3] 95 Hình 17 Sơ đồ thời gian liệu thu 96 Hình 18 Sơ đồ thời gian liệu phát [3] 96 Hình 19 Cấu hình chân Atmega88 với kiểu đóng gói TQFP [5] 99 Hình 20 Sơ đồ khối AVR [5] 101 Hình 21 Kiến trúc khối xử lý trung tâm (CPU) [5] 102 Hình 22 Cấu trúc thực lệnh song song [5] 102 Hình 23 Sơ đồ thời gian thực phép tính ALU [5] 103