Quản lý điểm danh sinh viên nhân viên thông qua ứng dụng winform + Cơ sở dữ liệu SQL + thẻ RFID ( Hoặc vân tay) (Có thể thay đổi quẹt thẻ RFID sang vân tay, nội dung đề tài vẫn tương tự như trong video review) 1, Tổng quan đề tài Hệ thống quản lý việc sinh viên – nhân viên điểm danh, thông qua phần mềm máy tính ( tự viết code, sử dụng ngôn ngữ lập trình C ) và hệ quản trị dữ liệu SQL (sử dụng các câu lệnh SQL để lưu trữ, cập nhật, loại bỏ, tìm kiếm và truy xuất thông tin từ cơ sở dữ liệu), từ đó giám sát được thời gian ra vào của sinh viên, thông tin sinh viên, lịch sử điểm danh của sinh viên 2, Thành phần đồ án a, Phần cứng : Gồm 2 phần : 1 phần là mạch chủ master, được cắm vào máy tính để nhận dữ liệu 1 phần là hôp điểm danh slave – được đặt tại lớp học, để sinh viên quẹt thẻ RFID điểm danh , module đọc RFID để đọc thẻ, kit Arduino Nano được lập trình để xử lý thông tin , LCD hiển thị, module Zigbee truyền nhận thông tin lên máy tinh. b, Phần mềm ( Tự lập trình 100% Không phải ứng dụng có sẵn trên mạng ) Gồm phần mềm máy tính để người quản lý tương tác, giám sát sinh viên điểm danh, và Database SQL lưu trữ cơ sở dữ liệu của các thông tin sinh viên điểm danh 3, Tính năng Phần 1 và 2 truyền thông với nhau qua bộ truyền Zigbee. Giao diện máy tính sẽ quản lý việc sinh viên điểm danh vào lớp học, có thể xem lại lịch sử điểm danh Thêm bớt sinh viên vào hệ quản lý dữ liệu Cài đặt thời khóa biểu của từng ngày, và đẩy lên SQL, từ đó hiện thị chính xác trạng thái điểm danh của sinh viên : Đi muộn, đến sớm, đã điểm danh ra về... Tất cả dữ liệu sẽ dụng cơ sở dữ liệu SQL để lưu trữ Quản lý dữ liệu giáo viên chủ nhiệm, chia theo từng lớp Quản lý dữ liệu lớp học, mỗi lớp học sẽ có dữ liệu sinh viên và thời khóa biểu riêng Xuất dữ liệu điểm danh, dữ liệu sinh viên, giao viên ra file excel Import thông tin sinh viên , giáo viên từ file excel, nếu bị trùng dữ liệu id card, phần mềm sẽ thông báo cho người dùng biết để xử lý Ứng dụng phân quyền quản trị : tức là sẽ có tài khoản admin, tài khoản khách, tài khoản admin có thể tác động sửa chữa thông tin, còn tài khoản khách chỉ được phép xem. Các bảng dữ liệu thông kê điểm danh, thông tin sv, thông tin giao viên có bộ lọc thông tin, dễ dàng tra cứu Tốc độ phản hồi giữa Slave và phần mềm cực nhanh, chỉ tầm 0.1s Mỗi lần sinh viên quẹt thẻ điểm danh, nếu thông tin sv đã được thêm, mạch sẽ load tên sinh viên từ SQL , hiển thị lên LCD, nếu thông tin sv chưa được đăng ký, mạch sẽ thông báo thông tin chưa được đăng ký Mạch PCB được tự thiết kế vừa khít vs hộp điện, mạch được đặt gọn trong hộp bảo vệ, tăng tính thẩm mỹ và hoàn thiện cho đề tài. Và rất nhiều chức năng khác nữa , để nắm chi tiết hơn ae xem video review Các bạn có nhu cầu hỗ trợ đồ án ,đặt đồ án, các sản phẩm điện tử, liên hệ :
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giới thiệu RFID
RFID chính là viết tắt của thuật ngữ Radio Frequency Identification, ta có thể hiểu đây chính là việc nhận dạng qua tần số vô tuyến RFID là một công nghệ dùng kết nối sóng vô tuyến để cho phép một thiết bị đọc thông tin chứa trong chip không cần tiếp xúc trực tiếp ở khoảng cách xa, không thực hiện bất kỳ giao tiếp vật lý nào hoặc giữa hai vật không nhìn thấy Công nghệ này cho ta phương pháp truyền , nhận dữ liệu từ một điểm đến một điểm khác.
Hình 2 1 Công nghệ RFID Lịch sử RFID đánh dấu từ những năm 1930 nhưng có nguồn gốc từ khí Guglielmo Macrconi phát hiện ra sóng radio Và rồi sau đó các ứng dụng của RFID ngày càng được sự dụng nhiều hơn trong các công việc như xác định vật thể, thiết bị giám sát vật thể, theo dõi lưu thông, đánh dấu thú vật,
Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để truyền dữ liệu từ các tag(thẻ) đến các reader (bộ đọc) Tag có thể được đính kèm hoặc gắn vào đối tượng được nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc giá kê Reader scan dữ liệu của tag và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu có lưu trữ dữ liệu của tag Ví dụ : các tag có thể được đặt trên kính chắn gió xe hơi để hệ thống thu phí đường có thể nhanh chóng nhận dạng và thu tiền trên các tuyến đường.
Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay là hệ thống RFID bị động với nguyên lý hoạt động như sau: thiết bị reader sẽ phát ra sóng điện từ ở một tần số nhất định qua anten của nó đến một con chip Reader nhận thông tin trở lại từ chip và gửi nó đến máy tính điều khiển đầu đọc và xử lý thông tin lấy được từ chip Các chip không tiếp xúc không tích điện, chúng hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng nhận từ tín hiệu được gửi bởi reader.
Thành phần của một hệ thống RFID
Hệ thống RFID gồm 4 thành phần chính: thẻ RFID, reader, Antenna và Server.
Là một thành phần bắt buộc đối với mọi hệ thống RFID, được lập trình điện tử với thông tin duy nhất, gồm chip và antena
Thẻ RFID là vật được gắn trên các đồ vật để định danh và hỗ trợ theo dõi các vật đó theo nhu cầu của hệ thống Ví dụ: chúng ta có thể gắn thẻ lên tai bò để theo dõi bò ngoài đồng cỏ, gắn lên hàng hóa để hỗ trợ kiểm kho, gắn lên tài liệu để tìm kiếm một cách nhanh chóng
Thẻ RFID tương tác với đầu đọc RFID và ăng ten nhờ sóng điện từ Đầu đọc hoặc ăng ten sẽ phát sóng điện từ tới thẻ RFID gần đó Năng lượng của sóng điện từ sẽ được định hướng nhờ ăng ten, tạo thành dòng điện để cung cấp cho chip bên trong thẻ Khi chip hoạt động, nó sẽ gửi lại thông tin thẻ về cho ăng ten và đầu đọc Người dùng có thể xử lý thông tin trong thẻ bằng nhiều phương pháp khác nhau.
Thẻ RFID là một thiết bị lưu trữ và truyền dữ liệu đến một đầu đọc trong một môi trường tiếp xúc bằng sóng vô tuyến Thẻ RFID mang dữ liễcghu một vật một sản phẩm (item…) nào đó và gắn lên sản phẩm đó Mỗi thẻ có các phần lưu trữ dữ liệu bên trong và cách giao tiếp với dữ liệu đó Vài thẻ RFID giống như những nhãn giấy và được ứng dụng để bỏ vào hộp và đóng gói Một số khác được sáp nhập thành vách của thùng chứa plastic được đúc Còn một số khác được xây dựng thành miếng da bao cổ tay Mỗi thẻ được lập trình với một nhận dạng duy nhất cho phép theo dõi không dây đối tượng hoặc con người đang gần thẻ đó Thông thường mỗi thẻ RFID có một cuộn đây hoặc anten nhưng không phải tất cả RFID đều có vi chip và nguồn năng lượng riêng.
Một số thông tin ngắn gọn về thẻ RFID:
- Phần lớn thẻ RFID không sử dụng pin, mà lấy năng lượng từ sóng điện từ.
- Các loại thẻ sử dụng pin có thể truyền phát dữ liệu ở khoảng cách xa hơn rất nhiều so với loại trên.
- Thẻ RFID có thể đọc khi bị che bởi vật khác, đây là điểm nổi trội so với mã vạch.
- Tầm đọc của thẻ có thể ngắn trong khoảng vài centimet, và cũng có thể kéo dài tới vài chục mét.
- Mỗi loại thẻ sẽ có cấu tạo ăng ten riêng biệt để tối ưu hóa khả năng đọc.
Hình 2 2 Cấu tạo thẻ RFID
Về cơ bản, thẻ RFID sẽ có hai bộ phận quan trọng nhất là chip và ăng ten, trong đó:
- Ăng ten có nhiệm vụ nhận sóng điện từ, cung cấp năng lượng cho chip và gửi lại thông tin về đầu đọc.
- Chip có nhiệm vụ xử lý thông tin, chứa dữ liệu độc nhất của thẻ Chỉ có một vài công ty chuyên sản xuất chip RFID, và sự khác biệt giữa các loại chip nằm ở dung lượng bộ nhớ.
Chip của thẻ RFID có 4 Memory Bank, được phân biệt như sau:
- EPC Memory Bank: chứa mã điện tử của sản phẩm (Electronic Product Code), có thể có dung lượng từ 96 tới 496 bit Một số nhà sản xuất sử dụng các dãy chữ số ngẫu nhiên và độc nhất, một số khác lại sử dụng các dãy số ngẫu nhiên nhưng có thể lặp lại.
- User Memory Bank: chứa dữ liệu người dùng, có thể có dung lượng từ 32 bit cho tới 64kbit Không phải chip nào cũng có User Memory Bank, và dữ liệu này có thể cung cấp thông tin chi tiết hơn về sản phẩm như loại hàng hóa, lần bão dưỡng cuối cùng hoặc số Serial.
- Reserved Memory Bank: chứa mã truy cập, cho phép người dùng mã hóa thẻ và phải có mã này thì thẻ mới đọc được.
- TID Memory Bank: chứa định danh thẻ, là một dãy số ngẫu nhiên và duy nhất, được đặt bởi nhà sản xuất và không thể thay đổi Cần cấu hình riêng để đầu đọc có thể đọc TID thay cho EPC.
2.2.2 Thiết bị đọc thẻ Đầu đọc FRlD (hay còn gọi là interrogator) là thiết bị kết nối không dây với thẻ để dễ dàng nhận dạng đối tượng được gắn thẻ Nó là một thiết bị đọc và ghi dữ liệu nên thẻ FRID tương thích Thời gian mà đầu đọc có thể phát năng lượng RF để đọc thẻ được gọi là chu trình làm việc của đầu đọc Đầu đọc có nhiệm vụ kích hoạt thẻ, truyền dữ liệu bằng sóng vô tuyến với thẻ, thực hiện giải điều chế và giải mã tín hiệu nhận được từ thẻ ra dạng tín hiệu cần thiết để chuyển về máy chủ, đồng thời cũng nhận lệnh từ máy chủ để thực hiện các yêu cầu truy vấn hay đọc ghi thẻ. Đầu đọc thẻ là hệ thần kinh trung ương của toàn bộ 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 thiết bị phần cứng này.
- Máy phát: Máy phát của đầu đọc truyền nguồn AC và chu kỳ xung đồng hồ qua anten của nó đến thẻ trong phạm vi được cho phép Đây là một phần của máy phát thu, thành phần chịu trách nhiệm gửi tín hiệu của đầu đọc đến môi trường xung quanh và nhận lại đáp ứng của thẻ qua anten của đầu đọc anten của đầu đọc có thế được gắn với mỗi cổng anten Hiện tại thì một số đầu đọc có thể hỗ trợ lên đến 4, 8,16, 32 cổng anten.
- Máy thu: Nó nhận tín hiệu tương tự từ thẻ qua anten của đầu đọc Sau đó gửi những tín hiệu này tới vi mạch của đầu đọc và chuyển dữ liệu thành dữ liệu được biểu thị dưới dạng số.
- Vi mạnh: Cung cấp giao thức cho đầu đọc để nó kết nối với thẻ tương thích của nó Nó thực hiện giải mã và kiểm tra lỗi tín hiệu tương tự nhận từ máy thu Ngoài ra vi mạch còn có chứa bộ xử lý để thực hiện việc lọc và xử lý dữ liệu đọc được từ thẻ.
- Bộ nhớ: Bộ nhớ dùng lưu dữ liệu như các tham số cấu hình đầu đọc và hệ thống bán kê khai số lần đọc thẻ Vì vậy nếu kết nối giữa đầu đọc và hệ thống vi mạch bị hỏng thì dữ liệu cũng không bị mất Tuy nhiên, dung lượng của bộ nhớ sẽ giới hạn số thẻ đọc được trong một khoảng thời gian. Nếu trong quá trình đọc mà việc kết nối bị hỏng thì một phần dữ liệu đã lưu sẽ bị mất ( bị ghi đè bởi các thẻ khác được đọc sau nó).
- Các kênh vào ra của cảm biến, cơ cấu chấp hành, bảng tín hiệu điện báo bên ngoài: Có một số loại cảm biến như cảm biến về ánh sáng hoặc chuyển động để phát hiện các đối tượng được gắn thẻ trong phạm vi của đầu đọc Cảm biến này cho phép đầu đọc bật lên để đọc thẻ.
- Mạch điều khiển: Cho phép thành phần bên ngoài là con người hoặc chương trình máy tính giao tiếp, điều khiển với đầu đọc này Nó có thể đi liền với đầu đọc (như phần mềm hệ thống firmware) hoặc được tách riêng thành một phần mềm hoặc phần cứng và phải mua chung với đầu đọc.
- Giao diện truyền thông: Cung cấp các lệnh cho đầu đọc, nó cho phép tương tác với các thành phần bên ngoài qua mạch điều khiển, để truyền dữ liệu của nó, nhận lệnh và gửi lại phản hồi Có thể xem nó là một phần của mạch điều khiển.
- Nguồn năng lượng: Thành phần này cung cấp nguồn năng lượng cho các thành phần của đầu đọc.
Hình 2 4 Các thành phần của một Reader
2.2.3 Anten thu phát sóng vô tuyến
Phương thức làm việc
Một hệ thống RFID có ba thành phần cơ bản: thẻ, đầu đọc, và một host computer RFID hoạt động trên nền tảng sóng vô tuyến kết hợp với máy tính quản lý bao gồm thẻ, đầu đọc thẻ và máy tính chủ Thẻ RFID gắn vào sản phẩm được tích hợp chip bán dẫn và ăng-ten thu sóng Đầu đọc thẻ nhận tín hiệu từ thẻ RFID từ xa, có thể lên đến 50m tùy vào nguồn năng lượng được cung cấp cho thẻ RFID, chuyển dữ liệu đến máy tính để phân tích và xử lý thông tin về đối tượng đó.
Hình 2 9 Truyền nhận trong hệ thống RFIDVài thẻ RFID giống như những nhãn giấy và được ứng dụng để bỏ vào hộp và đóng gói Một số khác được sáp nhập thành các vách của các thùng chứa plastic được đúc Còn một số khác được xây dựng thành miếng da bao cổ tay. 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 thẻ RFID có thể giữ một số lượng lớn dữ liệu, chúng có thế chứa thông tin như chuỗi số, hướng dẫn cấu hình, dữ liệu kỹ thuật, sổ sách y học, và lịch trình. Cũng như phát sóng tivi hay radio, hệ thống RFID cũng sử dụng bốn băng thông tần số chính: tần số thấp (LF), tần số cao (HF), siêu cao tần (UHF) hoặc sóng cực ngắn (viba) Các hệ thống trong siêu thị ngày nay hoạt động ở băng thông UHF, trong khi các hệ thống RFID cũ sử dụng băng thông LF và HF Băng thông viba đang được để dành cho các ứng dụng trong tương lai.
Các thẻ RFID có thế được cấp nguồn bởi một bộ pin thu nhỏ trong thẻ (các thẻ active) hoặc bởi một RFID reader mà nó “Wake up" thẻ để yêu cầu trả lời khi thẻ đang trong phạm vi (thẻ passive).
Hình 2 10 Hoạt động giữa tag và reader trong hệ thống RFID
Thẻ active RFID có thể được đọc xa 100m từ RFID reader và là thẻ
“thông minh" (với bộ nhớ được viết lên và xóa như một ổ cứng máy tính) hoặc là thẻ chỉ đọc.Thẻ passive RFID có thể được đọc xa RFlD reader 10m và nói chung là bộ nhớ chỉ đọc 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 FRlD sử dụng.
RFID reader gồm một anten liên lạc với thẻ RFID và một đơn vị đo điện tử học đã được nối mạng với host computer Đơn vi đo tiếp sóng giữa host computer và tất cả các thẻ trong phạm vi đọc của anten, cho phép một đầu đọc 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 Đầu đọc RFID có thế phát hiện thẻ ngay cả khi không nhìn thấy chúng.
Hầu hết các mạng RFID gồm nhiều thẻ và nhiều đầu đọc được nối mạng với nhau bởi một máy tính trung tâm Host xử lý dữ liệu mà các đầu đọc thu thập từ các thẻ và chuyển tiếp giữa mạng RFID và các hệ thống kỹ thuật 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 IT(Information Technology) quản lý luồng dữ liệu.
Các tiêu chuẩn công nghệ RFID
Tiêu chuẩn của RFID là những hướng dẫn quan trọng về kỹ thuật hay các đặc điểm chi tiết kỹ thuật của tất cả các sản phẩm RFID Các tiêu chuẩn này nhằm cung cấp thông tin về cơ chế vận hành của hệ thống RFID, thông tin của tần số hoạt động, cách truyền dữ liệu, cách thu – phát tín hiệu giữa đầu đọc RFID và các thẻ từ.
Các tiêu chuẩn RFID có nhiệm vụ đảm bảo rằng các sản phẩm RFID hoạt động với nhau một cách tương thích và hoàn hảo Chúng hoạt động tự động hóa với nhau, không cần phải phụ thuộc vào đại lý hay người tiêu dùng phải tác động vào chúng Đồng thời, các tiêu chuẩn RFID còn cung cấp các thông tin quan trọng, nhằm hướng dẫn các nhà sản xuất hay người chế tạo có thể phát triển bổ sung thêm các sản phẩm khác hay cải tiến sản phẩm hiện có.
Ngoài ra, các tiêu chuẩn RFID còn có giá trị đặc biệt khác, đó là giúp các công ty, các ngành công nghiệp có ứng dụng sản phẩm RFID mở rộng thị trường và tăng tính cạnh tranh hơn, đặc biệt là cạnh tranh về giá Điều này sẽ giúp thúc đẩy các sản phẩm RFID luôn ở trong cuộc đua hạ giá thành và tăng chất lượng.
Tiêu chuẩn RFID còn có giá trị làm tăng tính chính xác, tính ứng dụng và sự phát triển, phổ biến rộng rãi của các sản phẩm công nghệ.
Các tiêu chuẩn RFID được xác lập, hoàn thiện và ban hành bởi các cơ quan thuộc các ngành công nghiệp cụ thể trong phạm vi quốc gia, khu vực hay toàn cầu Đối với các tiêu chuẩn trong phạm vi quốc tế, thì khung nội dung của các tiêu chuẩn sẽ có nhiều phần hơn Tổ chức quốc tế ban hành tiêu chuẩn RFID hiện nay gồm: EPCglobal (tổ chức liên hợp GS1), Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC), Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế (ISO) Và Ủy ban Đa kỹ thuật (JTC 1) – một Ủy ban được thành lập bởi ISO và IEC Bên cạnh đó, các đơn vị quy định khu vực sử dụng cũng có vai trò không nhỏ trong việc chi phối giá trị sử dụng của RFID, bao gồm: Ủy ban Truyền thông Liên bang (FCC) do Hoa Kỳ phụ trách, Viện Tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu (ETSI) tại Châu Âu Tại các khu vực khác cũng có các cơ quan quy định quy chế tiêu chuẩn riêng của mình.
Các tổ chức giám sát tiêu chuẩn RFID ứng dụng trong các ngành công nghiệp, cụ thể bao gồm các Hiệp hội Đường sắt Mỹ (AAR), Nhóm Tiêu chuẩn Công nghiệp ô tô (AIAG), các Hiệp hội Vận tải đường bộ Mỹ (ATA) và Hiệp hội Vận tải Hàng không Quốc tế (IATA) Ngoài ra, các nhóm Sáng chế và cải tiến RFID GS1 VICS (VILRI) có nhiệm vụ giám sát các tiêu chuẩn xoay quanh lĩnh vực dán, gắn thẻ, tạo nhãn hiệu và việc ứng dụng công nghệ RFID trong suốt các khâu trong chuỗi kinh doanh bán lẻ.
Hiện tại, hệ thống RFID thụ động UHF là loại hệ thống RFID duy nhất được quy định bởi tiêu chuẩn quốc tế, có phạm vi ứng dụng toàn cầu.
Các hệ thống RFID chủ động, RFID thụ động LF, RFID thụ động HF và loại hệ thống RFID thụ động UHF, tất cả đều có tiêu chuẩn quy định riêng của mình, quyết định đến đặc tính từng sản phẩm ứng dụng có liên quan.
Như đã nói đến ở trên, hệ thống RFID thụ động UHF hiện nay là loại duy nhất được quy định bởi duy nhất một hệ tiêu chuẩn quốc tế Tiêu chuẩn này được gọi là EPCglobal UHF Gen 2 V1 hay UHF Gen 2 UHF Gen 2 được định nghĩa là một loại giao thức truyền thông của một hiện tượng tán xạ ngược thụ động, chúng chỉ nhận dạng được tín hiệu vô tuyến từ đầu đọc RFID có mức dải tần số là 860MHz – 960MHz.
Các bài thử nghiệm kiểm tra chất lượng nhằm chứng nhận EPCglobal bao gồm các nội dung: Kiểm tra sự phù hợp, tương thích của hệ thống; Đảm bảo rằng các sản phẩm RFID đều phù hợp với chế độ, tiêu chuẩn UHF Gen 2; cuối cùng là những bài thử nghiệm nhằm kiểm tra chắc chắn rằng các giao diện của các loại đầu đọc được thiết kế đúng để tương thích hoàn toàn với những sản phẩm Gen 2 khác Trong khi hầu hết các thẻ RFID thụ động lấy tín hiệu sóng tần từ đầu đọc làm năng lượng hoạt động, kích hoạt vi mạch trong thẻ (IC) và tán xạ lại tín hiệu đến đầu đọc, thẻ BAP thì lại sử dụng một nguồn điện được tích hợp sẵn trong thẻ ( thường là pin) để khởi động các vi mạch, khi đó toàn bộ năng lượng nhận được từ đầu đọc sẽ được tán xạ ngược hoàn toàn đến đầu đọc Tuy nhiên, không giống như bộ phận phát đáp tín hiệu, thẻ BAP không có bộ phận ăng-ten cho mình.
Phiên bản mới nhất của tiêu chuẩn UHF Gen 2 (hay còn được gọi là UHF Gen 2 V2, gọi tắt là G2) đang trong quá trình chờ kiểm nghiệm và phê duyệt. Tiêu chuẩn mới này được xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn V1 ban đầu, nhưng được cải tiến hơn về khả năng bảo mật thông tin dữ liệu chia sẻ trong hệ thống RFID được kỹ lưỡng và mạnh mẽ hơn, không chỉ nhằm bải vệ dữ liệu mà còn nhằm ngăn ngừa tình trạng bị thẻ giả trà trộn.
Với tiêu chuẩn G2, người dùng có thể ẩn tất cả, ẩn một phần, hoặc xóa dữ liệu trong bộ nhớ thẻ từ, tùy thuộc vào thiết lập quyền truy cập của đầu đọc và vi mạch Nhằm khắc phục tình trạng đầu đọc hay thẻ bị truy cập trộm hay thậm chí là sửa đổi dữ liệu trong thẻ Điều này sẽ có tác dụng ngăn cản các hành vi trộm cắp dữ liệu hoặc trà trộn, làm giả thẻ.
Các tiêu chuẩn G2 cũng cung cấp một giải pháp chống hàng giả hữu hiệu liên quan đến lĩnh vực thẻ chứng thực mã hóa Thẻ UHF Gen 2 V1 có cơ chế hoạt động là sẽ tán xạ ngược tín hiệu đến đầu đọc, cho nên chúng có nhược điểm là dễ bị sao chép để làm giả thẻ Còn với phên bản tiêu chuẩn G2 thì khác, mỗi lần đầu đọc gửi một tín hiệu đến vi mạch trong thẻ, nó sẽ gửi kèm lệnh là một dãy số bí mật khác nhau và thẻ từ sẽ nhận lệnh và phản hồi lại đúng mã số chính xác mà đầu đọc cần để nhận dạng được tốt và bảo mật hơn.
Có thể nói, ngày nay, chính công nghệ RFID và hàng loạt ứng dụng bất tận của chúng đã góp phần không nhỏ làm thay đổi bộ mặt thế giới, giúp nâng cao chất lượng sống của con người thêm tiện nghi và hiện đại Hy vọng với những thông tin mà bài viết cung cấp ở trên sẽ giúp bạn có được cái nhìn cơ bản, rõ hơn về tiêu chuẩn RFID cũng như vai trò, tầm quan trọng của chúng trong việc ứng dụng và phát triển hệ thống RFID trong cuộc sống hằng ngày.
Ứng dụng, ưu điểm và nhược điểm của hệ thống RFID
Ứng dụng: RFID được ứng dụng trong các lĩnh vực sau:
- Trong giao thông vận tải:
Ở các nước phát triển công nghệ RFID được sử dụng để thu phí đường bộ một cách tự động Với tần số là 900 Mhz và 2.45 Ghz, thẻ RFID được gắn trực tiếp trên xe, đầu đọc thẻ sẽ được gắn ở trạm Theo đó khi có xe chạy qua đầu đọc có thể nhận dạng và ngay lập tức tự động trừ phí Phương pháp này giải quyết được tình trạng tắc nghẽn, giúp tránh thất thoát cho công việc thu phí và giảm thiểu tối đa nguồn nhân sự cần sử dụng.
Hình 2 11 Ứng dụng công nghệ RFID
Việc quản lí kho bãi và phân phối trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết nhờ công nghệ RFID RFID có thể được gắn trên các đầu máy, toa xe lửa hay RFID được sử dụng để bảo dưỡng máy bay, xác định hành lí, hàng hóa tại sân bay Các công ty bưu chính viễn thông có thể sử dụng để giám sát các bưu phẩm được vận chuyển quốc tế giữa các trung tâm bưu chính quốc tế với nhau Họ có thể giám sát thời gian vận chuyển các bưu phẩm có gắn thẻ RFID, điều đó giúp các vấn đề quản lý và giải quyết các vấn đề một cách nhanh gọn, tiết kiệm.
- Trong kinh doanh: RFID có thể thay thế kĩ thuật mã vạch hiện nay bởi ngoài việc xác định được nguồn gốc người quản lí còn có thể biết được chính xác mặt hàng trên quầy hay trong kho Việc sử dụng các thẻ RFID mỏng thay cho mã vạch tại các siêu thị lớn giúp đảm bảo an toàn tránh việc thất thoát hàng hóa Việc kiểm kho cũng sẽ được giảm bớt.
An ninh, kiểm soát : Hệ thống RFID khắc phục được hạn chế của các phương pháp nhận dạng tự động Hệ thống có thể hoạt động hiệu quả trong các môi trường khắc nghiệt, những nơi bụi bẩn, ẩm ướt thậm chí cả ở những nơi phạm vi quan sát bị hạn chế Một trong đó là khả năng đọc trong các môi trường khắc nghiệt với tốc độ đáng chú ý, hầu hết các trường hợp thời gian phản ứng dưới 100 mili giây.
Y tế, giáo dục: Công nghệ RFID không những được sử dụng cho vật mà còn có thể được sử dụng cho con người Ở các bệnh viện vòng đeo tay RFID được mang cho các trẻ em mới sinh và những người già mất trí Việc quản lí hồ sơ bệnh án cũng có thể sử dụng công nghệ này. Ngành giáo dục cũng dần áp dụng công nghệ RFID trong công tác quản lí các thiết bị, tài sản, vật tư.
Khả năng sử dụng mạnh mẽ: Thẻ RFID được gắn lên đến đối tượng cần theo dõi Thẻ này có thể đính lên bất cứ sản phẩm nào, từ vỏ hộp, đế giày Một thẻ tag RFID cho phép bạn có thể sửa đổi thông tin của thẻ đó hàng nghìn lần Nghĩa là một thẻ tag RFID có thể sử dụng nhiều lần Một thẻ đã được ghi dữ liệu thì rất có có thể thay đổi.
Vượt trội công nghệ cũ: Ưu thế của công nghệ RFID so với các mã vạch là các hệ thống RFID không cần đến một tia quét của máy quét mới có thể đọc được mã vạch Các tia quét giữa một thẻ và thiết bị đọc để có thể làm việc vì các sóng vô tuyến có khả năng lan truyền qua nhiều chất liệu rắn khác nhau Trong các ứng dụng quản lý tại hầu hết các thời điểm đều có một số lượng lớn hàng hóa di chuyển Nên rất khó để bạn có thể đưa từng mã vạch qua máy quét mã vạch được Đây chính là ưu điểm lớn của công nghệ RFID so với công nghệ mã vạch thông thường Phạm vi đọc của mã vạch có thể có được một khoảng khá dài Thông thường các phạm vi đọc đó có giá trị vàokhoảng cỡ vài chục cm Tuy nhiên các phạm vi đọc của các thẻ RFID lại có một khoảng thay đổi khá rộng Chúng bị phụ thuộc vào tần số hoạt động của hệ thống Thông thường, các phạm vi đọc của các thẻ RFID có thể chạy từ vài cm tới vài mét 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.
Tính bảo mật nâng cao: Dữ liệu mã vạch có tính bảo mật rất thấp Bởi vì các mã vạch cần thiết phải có một tia quét đi qua nên phải được đặt rõ ràng ở bên ngoài bao bì Do vậy bất cứ ai với một máy quét mã vạch chuẩn hoặc chỉ với một chiếc camera cũng có thể xem trộm hoặc ghi lại dữ liệu trên đó Nhưng với các hệ thống RFID thì lại được cung cấp một mức bảo mật cao hơn rất nhiều Việc đọc được các thẻ RFID là không hề dễ dàng bạn cần phải có những thiết bị chuyên dụng mới có thể kết nối được chúng Cũng như các thiết bị phụ trợ để có thể thu thập được dữ liệu đó Không đơn giản là có thể đọc được các ký tự bằng mắt thường một cách dễ dàng.
Tính ổn định và tương thích môi trường cao: Các thẻ tag RFID có khả năng chịu đựng tốt hơn với bụi bẩn và môi trường khắc nghiệt so với công nghệ mã vạch Các mã vạch có thể sẽ không đọc được nếu như chúng bị bao phủ bởi bụi bẩn, hoặc là bị rách nát Hay chúng có thể dễ dàng hỏng khi đang hoạt động trong một môi trường với ánh sáng cường độ cao cũng có thể gây trở ngại cho máy quét mã vạch Với các mã vạch thực hiện đọc bằng tay đôi khi hiện trạng không thể đọc được mã vạch vẫn diễn ra Rõ ràng như vậy rất bất tiện và ảnh hưởng nhiều tới hoạt động chung của toàn hệ thống Với các hệ thống RFID, các thuật toán và các tính năng RW, có thể loại bỏ được việc sản phẩm phải quét nhiều lần mới thu được dữ liệu.
RFID vẫn đắt hơn mã vạch Việc gắn thẻ RFID ở cấp độ mặt hàng cho các sản phẩm thành phẩm rẻ tiền là chi phí nghiêm ngặt Tuy nhiên,RFID có thể cung cấp ROI thông qua việc gắn thẻ các bộ phận hoặc hàng hóa đắt tiền hơn và trong trường hợp ứng dụng vòng kín liên quan đến tài sản có thể tái sử dụng (như pallet), chi phí của thẻ có thể được khấu hao trong một thời gian dài.
Hầu hết các đối tác thương mại không sử dụng RFID Để có được lợi ích đầy đủ của RFID trong sản xuất, các nhà cung cấp và người tiêu dùng sẽ cần khả năng gắn thẻ hàng hóa hoặc đọc thẻ RFID trong cơ sở của riêng họ Nếu không có sự tham gia của họ (phải trả một số chi phí), sẽ có khoảng trống trong tầm nhìn.
RFID phức tạp hơn mã vạch Đầu đọc RFID phải được định cấu hình cẩn thận để đảm bảo bạn có thể quét thành công 100 phần trăm thẻ Do đó, phải thực hiện nhiều thử nghiệm hơn với RFID so với mã vạch để đảm bảo giải pháp hoạt động bình thường Môi trường sản xuất thường bao gồm rất nhiều kim loại, chất lỏng và hóa chất - tất cả đều có thể cản trở hiệu suất của công nghệ RFID Tuy nhiên, tỷ lệ đọc và hiệu suất khoảng cách cũng có thể khó để hoàn hảo.
Quản lý dữ liệu Thẻ RFID cung cấp nhiều dữ liệu hơn mã vạch,nhưng bạn phải có hệ thống doanh nghiệp để quản lý dữ liệu đó và biến nó thành thông tin kinh doanh hữu ích Nếu không, hệ thống của bạn có thể bị quá tải với những thông tin vô ích.
Một số giao thức truyền thông giao tiếp trong mạch điện tử
UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter – Bộ truyền nhận dữ liệu không đồng bộ) là một giao thức truyền thông phần cứng dùng giao tiếp nối tiếp không đồng bộ và có thể cấu hình được tốc độ. a ) Cấu tạo
Gồm hai đường truyền dữ liệu độc lập là TX (truyền) và RX (nhận)
Chân Tx (truyền) của một chip sẽ kết nối trực tiếp với chân Rx (nhận) của chip khác và ngược lại Quá trình truyền dữ liệu thường sẽ diễn ra ở 3.3V hoặc 5V.
Uart là một giao thức giao tiếp giữa một master và một slave Trong đó 1 thiết bị được thiết lập để tiến hành giao tiếp với chỉ duy nhất 1 thiết bị khác.
Dữ liệu truyền đến và đi từ Uart song song với thiết bị điều khiển Khi tín hiệu gửi trên chân Tx (truyền), bộ giao tiếp Uart đầu tiên sẽ dịch thông tin song song này thành dạng nối tiếp và sau đó truyền tới thiết bị nhận Chân Rx (nhận) của Uart thứ 2 sẽ biến đổi nó trở lại thành dạng song song để giao tiếp với các thiết bị điều khiển.
Hình 2 12 Giao thức UART b) Khung truyền
Dữ liệu đi vào ở đầu thu của đường dữ liệu trong truyền dữ liệu nối tiếp là một dãy các số 0 và 1, và rất khó để hiểu được ý nghĩa của các dữ liệu ấy nếu bên phát và bên thu không cùng thống nhất về một tập các luật, một thủ tục, về cách dữ liệu được đóng gói, bao nhiêu bit tạo nên một ký tự và khi nào dữ liệu bắt đầu và kết thúc Bên cạnh tốc độ baud, khung truyền là một yếu tố quan trọng tạo nên sự thành công khi truyền và nhận Khung truyền bao gồm các quy định về số bit trong mỗi lần truyền, các bit “báo” như bit Start và bit Stop, các bit kiểm tra như Parity, ngoài ra số lượng các bit trong một data hay thứ tự truyền các bit trên đường truyền cũng được quy định bởi khung truyền.
Hình 2 13 Khung truyền dữ liệu
- Start là bit đầu tiên được truyền trong một frame truyền, bit này có chức năng báo cho thiết bị nhận biết rằng có một gói dữ liệu sắp được truyền tới Start là bit bắt buộcphải có trong khung truyền, và nó là một bit thấp (0).
- Data hay dữ liệu cần truyền là thông tin chính mà chúng ta cần gởi và nhận Số lượng bit data tùy thuộc vào các loại vi điều khiển khác nhau, thường thì data có 8bit Trong truyền thông nối tiếp UART, bit có trọng số nhỏ nhất (LSB – Least Significant Bit, bit bên phải) của data sẽ được truyền trước và cuối cùng là bit có trọng số lớn nhất (MSB – Most Significant Bit, bit bên trái) Tuy nhiên thứ tự truyền này có thể được cài đặt bởi người dùng.
- Parity là bit dùng để kiểm tra dữ liệu truyền có đúng không (một cách tương đối) Có 2 loại parity là parity chẵn (even parity) và parity lẻ (odd parity) Parity chẵn nghĩa là số lượng số “1” trong dữ liệu bao gồm bit parity luôn là số chẵn Ngược lại tổng số lượng các số “1” trong parity lẻ luôn là số lẻ.
- Stop bits là 01 hoặc nhiều bit báo cho thiết bị nhận rằng một gói dữ liệu đã được gởi xong Sau khi nhận được stop bits, thiết bị nhận sẽ tiến hành kiểm tra khung truyền để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu Stop bits là các bit bắt buộc xuất hiện trong khung truyền. c) Các chế độ hoạt động
Uart truyền dữ liệu nối tiếp, theo 1 trong 3 chế độ:
- Simplex: Chỉ tiến hành giao tiếp một chiều.
- Half duplex: Dữ liệu sẽ đi theo một hướng tại 1 thời điểm.
Hình 2 15 Truyền bán song công
- Full duplex: Thực hiện giao tiếp đồng thời đến và đi từ mỗi master và slave.
I2C ( Inter – Integrated Circuit) là 1 giao thức giao tiếp nối tiếp đồng bộ được phát triển bởi Philips Semiconductors, sử dụng để truyền nhận dữ liệu giữa các IC với nhau chỉ sử dụng hai đường truyền tín hiệu.
Các bit dữ liệu sẽ được truyền từng bit một theo các khoảng thời gian đều đặn được thiết lập bởi 1 tín hiệu đồng hồ
Bus I2C thường được sử dụng để giao tiếp ngoại vi cho rất nhiều loại IC khác nhau như các loại vi điều khiển, cảm biến, EEPROM, … a) Cấu tạo :
- I2C sử dụng 2 đường truyền tín hiệu.
- SCL - Serial Clock Line : Tạo xung nhịp đồng hồ do Master phát đi.
- SDA - Serial Data Line : Đường truyền nhận dữ liệu.
Hình 2 17 Mô hình giao tiếp I2C
- Giao tiếp I2C bao gồm quá trình truyền nhận dữ liệu giữa các thiết bị chủ tớ, hay Master - Slave
- Thiết bị Master là 1 vi điều khiển, nó có nhiệm vụ điều khiển đường tín hiệu SCL và gửi nhận dữ liệu hay lệnh thông qua đường SDA đến các thiết bị khác.
- Các thiết bị nhận các dữ liệu lệnh và tín hiệu từ thiết bị Master được gọi là các thiết bị Slave Các thiết bị Slave thường là các IC, hoặc thậm chí là vi điều khiển
- Master và Slave được kết nối với nhau như hình trên Hai đường bus SCL và SDA đều hoạt động ở chế độ Open Drain, nghĩa là bất cứ thiết bị nào kết nối với mạng I2C này cũng chỉ có thể kéo 2 đường bus này xuống mức thấp (LOW), nhưng lại không thể kéo được lên mức cao Vì để tránh trường hợp bus vừa bị 1 thiết bị kéo lên mức cao vừa bị 1 thiết bị khác kéo xuống mức thấp gây hiện tượng ngắn mạch Do đó cần có 1 điện trở ( từ 1 – 4,7 kΩ) để giữ mặc định ở mức cao ) để giữ mặc định ở mức cao b) Khung truyền I2C
Bắt đầu 7 bit địa chỉ Bit Read/
NACK 8 Bit dữ liệu Bit ACK/
- Khối bit địa chỉ: Thông thường quá trình truyền nhận sẽ diễn ra với rất nhiều thiết bị, IC với nhau Do đó để phân biệt các thiết bị này, chúng sẽ được gắn 1 địa chỉ vật lý 7 bit cố định.
- Bit Read/Write: Bit này dùng để xác định quá trình là truyền hay nhận dữ liệu từ thiết bị Master Nếu Master gửi dữ liệu đi thì ứng với bit này bằng
‘0’, và ngược lại, nhận dữ liệu khi bit này bằng ‘1’.
Giới thiệu về Winform C#
Windows Forms là một thư viện lớp Graphical User Interface(GUI) được đóng gói trong Net Framework Mục đích chính của nó là cung cấp một giao diện dễ dàng hơn để phát triển các ứng dụng cho máy tính để bàn, máy tính bảng, PC Nó cũng được gọi là WinForms Các ứng dụng được phát triển bằng cách sử dụng Windows Forms hoặc WinForms được gọi là ứng dụng Windows Forms chạy trên máy tính để bàn. Ưu điểm của SCADA Winform là giao diện rất thân thiện giống như một cửa sổ trên máy tính thông thường Các mã nguồn gần như mở hoàn toàn cho phép người thiết kế dễ dàng tiếp cận các tài nguyên Giao diện kéo thả dễ sử dụng; Gắn các event cho các button chỉ cần double click, lại hỗ trợ quá trời event như click, hover,…; Việc viết code cũng vô cùng trực quan: từ việc lấy text từ TextBox cho tới show dữ liệu bằng MessageBox, hoặc dùng Grid để kết nối SQL Hiện nay cũng có rất nhiều các nhà máy đang sử dụng giao diện dựa trên nền tảng này khó có thể chuyển đổi sang sử dụng một nền tảng khác do tính tương thích với các hệ thống cũ cũng như thói quen vận hành tại nhà máy của các nhân viên lâu năm Do phần mềm mã nguồn mở nên cũng có thể dễ dàng tiếp cận mới nhiều cấu hình phần cứng và dễ dàng mở rộng phạm vi hoạt động.
Nhược điểm của nền tảng Winform C# này là nguồn thư viện sẵn có là tương đối ít các giao diện đồ họa sẵn có mà phải thiết kế xây dựng thêm các nền giao diện bằng lập trình tương đối khó khăn với những kỹ sư thuần về học thuật điều khiển, đây cũng là một trở ngại cho các công ty mới thành lập lựa chọn giải pháp này để cung cấp cho khách hàng vì thời gian phát triển tương đối là dài.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Nguyên lý hoạt động của hệ thống
- Sau khi thiết bị được cấp nguồn nó sẽ chờ đợi đến khi bắt cặp được với master Sau khi ta đã kết nối thành công thì thiết bị sẽ vào trạng thái sẵn sàng nhận thẻ điểm danh
- Khi sinh viên quẹt thẻ, arduino sẽ nhận được mã thẻ RFID và tiến hành gửi về cho máy tính qua module zigbee, tại đây máy tính sẽ đối chiếu với cơ sở dữ liệu hiện có trên máy
- Cơ sở dữ liệu hoạt động như sau:
Người dùng (admin hoặc nhân viên) đăng nhập thông qua tài khoản trong bảng Account.
Giáo viên được gán cho mỗi lớp trong bảng Classes.
Sinh viên được đăng ký vào từng lớp trong bảng Students.
Thông tin điểm danh được ghi lại trong bảng Attendance và có thể được cập nhật thông qua các sự kiện như check-in và check-out.
Thời khóa biểu của các lớp được quản lý trong bảng ThoiKhoaBieu.
- Nếu thẻ tồn tại hay không tồn tại thì máy tính sẽ phản hồi tín hiệu điểm danh thành công/ không thành công về thiết bị để thông báo.
Sơ đồ khối hệ thống
Dựa vào nguyên lý nêu trên ta đưa ra được sơ đồ khối của phần cứng:
Hình 3 1 Sơ đồ khối hệ thống Các khối được thiết kế để lần lượt đáp ứng các tính năng yêu cầu ban đầu của thiết bị.
- Khối nguồn: Cung cấp điện áp hoạt động cho các linh kiện trên mạch phần cứng.
- Khối xử lý trung tâm:
Nhận thông tin thẻ thu được từ khối đọc dữ liệu thẻ.
Xử lý thông tin thu được rồi truyền đến khối hiển thị cũng như khối Zigbee để truyền về máy tính.
Đợi phản hồi từ máy tính thông qua module Zigbee và đưa ra thông báo phù hợp
Truyền nhận dữ liệu giữa mạch và người dùng.
Xử lý yêu cầu người dùng, phân tách và truyền dữ liệu sang cho khối xử lý trung tâm thực hiện.
- Khối hiển thị: Thu hồng ngoại - Hiển thị các thông tin nhận được từ khối xử lý trung tâm.
- Khối đọc dữ liệu thẻ: Đọc các thẻ RFID rồi truyền dữ liệu về khối xử lý trung tâm.
- Khối USB to COM: giúp khối truyền thông giao tiếp với máy tính một cách dễ dàng hơn.
Yêu cầu thiết kế
- Từ sơ đồ tổng quan cũng như các lý thuyết về công nghệ đã được tìm hiểu ở chưởng 2 ta đưa ra được các yêu cầu thiết kế phần cứng cho thiết bị như sau:
Kết nối và truyền nhận dữ liệu qua mạng không dây trong phạm vi lớp học.
- Đưa ra các phương hướng thiết kế chi tiết.
- Tính toán và lựa chọn linh kiện phù hợp.
Lựa chọn thiết bị
Các thiết bị có thể sử dụng nhiều công nghệ truyền thông khác nhau để trao đổi thông tin trong các kết nối IOT như công nghệ WIFI, Blutooth,BLE(Blutooth Low Energy) , RF( Radio Frequency), Zigbee, Lora, …
Hình 3 2Một số giao thức không dây thường được sử dụng
Mỗi công nghệ truyền tin không dây như vậy lại có những ưu nhược điểm khác nhau và được ứng dụng tuỳ từng hoàn cảnh cụ thể.
- Giao thức không dây LoRa
LoRa là viết tắt của Long Range và thuộc nhóm công nghệ truyền thông không dây thường có đặc điểm là tầm xa và tiêu thụ điện năng thấp
Giải pháp này thay đổi sự thỏa hiệp trước đây giữa khoảng cách truyền dẫn và mức tiêu thụ điện năng, cung cấp cho người dùng một hệ thống đơn giản cho phép sử dụng phạm vi dài, tuổi thọ pin dài, dung lượng cao và do đó mở rộng mạng lưới cảm biến Hiện tại, LoRa hoạt động chủ yếu ở các dải tần số tự do toàn cầu 169 MHz, 315 MHz, Châu Á 433 MHz, EU868 MHz, US915 MHz.
Công nghệ LoRa có các đặc điểm tầm xa, tiêu thụ điện năng thấp (thời lượng pin dài), đa nút và chi phí thấp.
- IEEE 802.15.4: Giao thức không dây ZigBee
LPWAN là tổ chức phát triển nhanh nhất về công nghệ không dây hiện nay và ZigBee là một tiêu chuẩn mở, toàn cầu được thiết kế cho mạng M2M.
Công nghệ cung cấp chi phí thấp và tiêu thụ điện năng thấp, làm cho nó trở thành một giải pháp lý tưởng cho nhiều ứng dụng công nghiệp Các giao thức không dây ZigBee cung cấp mã hóa AES 128-bit.
- IEEE 802.11: Giao thức không dây Wi-Fi
WiFi sử dụng sóng vô tuyến (RF) để cho phép hai thiết bị giao tiếp với nhau. Công nghệ này thường được sử dụng để kết nối các thiết bị như máy tính, máy tính bảng và điện thoại di động với bộ định tuyến để truy cập Internet.
Nó có thể được sử dụng để kết nối hầu như bất kỳ hai thiết bị phần cứng nào. WiFi là mạng không dây cục bộ do IEEE phát triển chạy trên các tiêu chuẩn 802.11.
Các giao thức WiFi có thể sử dụng cả băng tần UHF ISM 2.4GHz toàn cầu và băng tần vô
- IEEE 802.15.1: Giao thức không dây Bluetooth và BLE
Bluetooth và Bluetooth Năng lượng thấp (BLE) là công nghệ giao thức không dây được sử dụng để truyền dữ liệu trong khoảng cách ngắn Công nghệ này thường được sử dụng cho các thiết bị nhỏ có thể kết nối với điện thoại di động và máy tính bảng của người dùng Ví dụ, công nghệ này chủ yếu được sử dụng trong các hệ thống thoại khác nhau.
Bluetooth năng lượng thấp kém hơn các giao thức không dây Bluetooth tiêu chuẩn và được sử dụng trong các thiết bị theo dõi thể dục, đồng hồ thông minh hoặc phần cứng nhỏ khác kết nối các thiết bị để truyền dữ liệu không dây mà không ảnh hưởng đáng kể đến năng lượng pin trong điện thoại của người dùng.
Ta có thể tóm gọn các nội dung so sánh về các giao thức truyền thông qua hình sau:
Bảng 2: So sánh các giao thức
Trong đồ án này với mục đích chính là điểm danh sinh viên với các giảng đường đại học tương đối lớn để tránh các nhiễu không mong muốn cũng như tối ưu được khoảng cách và điện năng sử dụng nên Zigbee là giao thức hoàn toàn phù
Sau khi đã chọn được phương thức truyền thông phù hợp ta tiến hành tính toán và lựa chọn phần cứng phù hợp. Để thiết kế một mạch thu và phát sóng zigbee đòi hỏi một lượng kiến thức lớn về công nghệ truyền phát sóng cũng như thiết kế mạch phần cứng chống nhiễu,… do vậy giải pháp đưa ra là tìm một module có sẵn trên thị trường để có thể tích hợp vào phần cứng hệ thống và sử dụng một cách dễ dàng
Module thu phát RF Zigbee CC2530 Uart 2.4g sử dụng IC CC2530 có khoảng cách truyền nhận xa lên đến 250m, module truyền nhận theo chuẩn truyền sóng Zigbee 2.4G rất ổn định Với chuẩn giao tiếp UART dễ dàng kết nối với vi điều khiển và máy tính, cấu hình nhanh chóng bằng nút nhấn.
Mạch thu phát RF này có khả năng cấu hình thành mạng truyền nhận không dây với nhiều nút, điểm thông qua giao thức Zigbee Module có thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm năng lượng.
Hình 3 3 : Module thu phát RF Zigbee CC2530 Uart 2.4g sử dụng IC CC2530
Thông số kỹ thuật của Module thu phát RF Zigbee CC2530 Uart 2.4g:
- Điện áp làm việc: 3 ~ 5.5 VDC.
- Tốc độ truyền điểm-điểm: lên đến 3300Bps (đo ở khoảng cách 1m).
- Khoảng cách truyền: 250m (ở điều kiện lý tưởng).
- Baudrate có thể cài đặt: 2400, 4800,… 115200.
Với các thông số như trên cùng với thiết kế nhỏ gọn và giá tiền hợp lý(178 000 vnd) thì module trên sẽ được chọn để truyền thông trong đồ án.
Vì sử dụng module nên trên mạch ta chỉ cần vẽ một header 4 để có thể kết nối với module một cách dễ dàng và thuận tiện.
3.4.2 Khối xử lý trung tâm
Một số các dòng vi điều khiển thường được sử dụng hiện nay như AVR, ARM, 8051 và PIC Ta có một bảng so sánh sự khác biệt chính giữa các dòng vi điều khiển.
Bảng 3: So sánh một số vi điều khiển trên thị trường
8-bit cho lõi tiêu chuẩn 8/16/32-bit 8/32-bit
Chủ yếu 32-bit và cũng có 64- bit
PIC, UART, USART, LIN, CAN, Ethernet, SPI, I2S
UART, USART, SPI, I2C, (AVR đặc biệt hỗ trợ CAN, USB, Ethernet)
UART, USART, LIN, I2C, SPI, CAN, USB, Ethernet, I2S, DSP, SAI (giao diện âm thanh nối tiếp), IrDA
Tốc độ 12 chu kỳ xung
1 chu kỳ xung 1 chu kỳ xung
ISA CLSC Một số tính năng của RISC RISC RISC
Kiến trúc Harvard Biến đổi Kiến trúc
Harvard đã biến nhớ Neumann đổi
Trung bình Thấp Thấp Thấp
Các họ Các biến thể
PIC16,PIC17, PIC18, PIC24, PIC32
Tiny, Atmega, Xmega, AVR mục đích đặc biệt
Cộng đồng Rộng Rất tốt Rất tốt Rộng
Apple, Nvidia, Qualcomm, Samsung Electronics, và TI
(so với các tính năng cung cấp)
Rất rẻ Trung bình Trung bình Trung bình
Các vi điều khiển phổ biến
PIC18fXX8, PIC16f88X, PIC32MXX
LPC2148, ARM Cortex-M0 đến ARM Cortex- M7,
Có thể nói các dòng vi điều khiển kiến trúc Arm đang là những mẫu có tốc độ xử lý cũng như các thông số khác tốt hơn nhưng các dòng vi điều khiển khác cũng hoàn toàn hỗ trợ đầy đủ các ngoại vi cần thiết cho đồ án vì vậy ta cần xét đến một yếu tố vô cũng quan trọng là giá
Các con chip vi xử lý hiện nay có kích thước rất nhỏ và rất nhiều chân điều này gây khó khăn trong việc hàn vào mạch do vậy để thuận tiện em chọn các module tích hợp sẵn các dòng chip vi điều khiển.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THEO SỐ LIỆU THỰC ĐỊA
Thiết kế phần cứng
4.1.1 Sơ đồ mạch nguyên lý
Sau những tính toán và lựa chọn linh kiện ở trên ta có được mạch nguyên lý như hình dưới đây.
Hình 4 1 Sơ đồ mạch nguyên lý
Mạch được thiết kế dựa trên phần mềm Altium designer, một phần mềm chuyên dụng cho vẽ mạch điện tử.
Sau khi vẽ xong mạch nguyên lý ta chỉ cần update sang file PCB để đi dây theo các luật đã định sẵn Một số lưu ý khi đi dây mạch PCB như sau:
- Phủ mass GND hai mặt top và bottom cho toàn mạch
- Đi dây lớn hơn với đường nguồn và nhỏ hơn với đường tín hiệu
- Hạn chế đường tín hiệu bẻ góc 90 độ, nên bẻ các góc 450
- Không được đi dây dưới thạch anh dao động.
- Đi dây có ít lỗ xuyên nhất.
- Các tụ decoupling phải được đặt gần IC nhất có thể
Hình 4 2 Đi dây cho mạch
Hình 4 3 Ảnh 3D của mặt trước
Lưu đồ thuật toán
Hình 4 4 Lưu đồ thuật toán toàn hệ thống.
- Sau khi thiết bị được cấp nguồn nó sẽ chờ đợi đến khi bắt cặp được với master.
- Sau khi ta đã kết nối thành công thì thiết bị sẽ vào trạng thái sẵn sàng nhận thẻ điểm danh
- Khi sinh viên quẹt thẻ, arduino sẽ nhận được mã thẻ RFID và tiến hành gửi về cho máy tính qua module zigbee, tại đây máy tính sẽ đối chiếu với cơ sở dữ liệu hiện có trên máy.
- Nếu thẻ tồn tại hay không tồn tại thì máy tính sẽ phản hồi tín hiệu điểm danh thành công/ không thành công về thiết bị để thông báo.
Một số bảng lưu trữ dữ liệu
Trong đồ án này em sử dụng SQL để quản lý cơ sở dữ liệu
Dưới đây là các bảng SQL được sử dụng:
Hình 4 5 Bảng account Bảng có tên là "Account" trong cơ sở dữ liệu Dưới đây là giải thích ý nghĩa của từng cột:
Đây là một cột chứa tên người dùng (hoặc tên tài khoản).
Kiểu dữ liệu là NVARCHAR, có độ dài tối đa 100 ký tự.
Được đặt làm khóa chính (PRIMARY KEY), có nghĩa là giá trị trong cột này phải là duy nhất và không thể là NULL.
- DisplayName (NVARCHAR(100) NOT NULL DEFAULT N'Hello'):
Đây là một cột chứa tên hiển thị của người dùng.
Kiểu dữ liệu là NVARCHAR, có độ dài tối đa 100 ký tự.
Không được để trống (NOT NULL).
Giá trị mặc định của cột là 'Hello' khi không có giá trị nào được cung cấp.
- PassWord (NVARCHAR(1000) NOT NULL DEFAULT 0):
Đây là một cột chứa mật khẩu của người dùng.
Kiểu dữ liệu là NVARCHAR, có độ dài tối đa 1000 ký tự.
Không được để trống (NOT NULL).
Giá trị mặc định của cột là 0 khi không có giá trị nào được cung cấp
- Type (INT NOT NULL DEFAULT 0):
Đây là một cột chứa loại người dùng (hoặc tài khoản).
Kiểu dữ liệu là INT (số nguyên).
Không được để trống (NOT NULL).
Giá trị mặc định của cột là 0 khi không có giá trị nào được cung cấp.Trong trường hợp này, có một chú thích nhấn mạnh rằng 1 đại diện cho quyền admin, trong khi 0 đại diện cho nhân viên (staff).
Hình 4 6Bảng attendance Đây là bảng có tên là "Attendance" trong cơ sở dữ liệu Dưới đây là giải thích ý nghĩa của từng cột:
- attendance_id (INT IDENTITY PRIMARY KEY):
Đây là một cột chứa ID của bản ghi điểm danh.
Kiểu dữ liệu là INT (số nguyên) và được đặt làm khóa chính (PRIMARY KEY).
Cột này được cấp phát giá trị tự động thông qua tính năng IDENTITY, nghĩa là giá trị sẽ tự động tăng lên mỗi khi một bản ghi mới được thêm vào.
Đây là một cột chứa ID của sinh viên liên quan đến điểm danh.
Kiểu dữ liệu là INT (số nguyên).
Có ràng buộc khóa ngoại (FOREIGN KEY) với cột "student_id" trong bảng "Students".
- DateCheckIn (DATETIME NOT NULL DEFAULT GETDATE()):
Đây là một cột chứa thời điểm sinh viên bắt đầu điểm danh.
Kiểu dữ liệu là DATETIME.
Không được để trống (NOT NULL).
Giá trị mặc định của cột là thời điểm hiện tại khi không có giá trị nào được cung cấp.
Đây là một cột chứa thời điểm sinh viên kết thúc điểm danh.
Kiểu dữ liệu là DATETIME.
Đây là một cột chứa trạng thái điểm danh của sinh viên.
Kiểu dữ liệu là NVARCHAR, có độ dài tối đa 50 ký tự.
Hình 4 7 Bảng thời khóa biểu Đây là bảng có tên "ThoiKhoaBieu" trong cơ sở dữ liệu Dưới đây là giải thích ý nghĩa của từng cột:
- ID (INT PRIMARY KEY IDENTITY(1,1)):
Đây là một cột chứa ID của thời khóa biểu.
Kiểu dữ liệu là INT (số nguyên) và là khóa chính (PRIMARY KEY).
Cột này sẽ được tự động tăng giá trị mỗi khi một bản ghi mới được thêm vào, bắt đầu từ 1 (IDENTITY(1,1)).
Đây là một cột chứa thông tin về thứ trong tuần của thời khóa biểu.
Kiểu dữ liệu là NVARCHAR, có độ dài tối đa là 20 ký tự.
Không được để trống (NOT NULL).
Đây là một cột chứa thời gian bắt đầu học trong ngày.
Kiểu dữ liệu là TIME.
Không được để trống (NOT NULL).
Đây là một cột chứa thời gian kết thúc học trong ngày.
Kiểu dữ liệu là TIME.
Không được để trống (NOT NULL).
Đây là một cột chứa ID của lớp học liên quan đến thời khóa biểu.
Kiểu dữ liệu là INT (số nguyên).
Có ràng buộc khóa ngoại (FOREIGN KEY) với cột "Class_id" trong bảng "Classes".
Hình 4 8: Bảng sinh viên Đây là bảng có tên "Students" trong cơ sở dữ liệu Dưới đây là giải thích ý nghĩa của từng cột:
- student_id (INT IDENTITY(20230001, 1) PRIMARY KEY):
Đây là một cột chứa ID của sinh viên.
Kiểu dữ liệu là INT (số nguyên) và được đặt làm khóa chính (PRIMARY KEY).
Cột này sẽ được tự động tăng giá trị mỗi khi một bản ghi mới được thêm vào, bắt đầu từ 20230001 và tăng lên 1 cho mỗi bản ghi mới (IDENTITY(20230001, 1)).
Đây là một cột chứa thông tin về thẻ sinh viên.
Kiểu dữ liệu là VARCHAR, có độ dài tối đa là 20 ký tự.
Đây là một cột chứa tên của sinh viên.
Kiểu dữ liệu là NVARCHAR, có độ dài tối đa là 255 ký tự.
Đây là một cột chứa địa chỉ email của sinh viên.
Kiểu dữ liệu là VARCHAR, có độ dài tối đa là 255 ký tự.
Đây là một cột chứa số điện thoại của sinh viên.
Kiểu dữ liệu là VARCHAR, có độ dài tối đa là 20 ký tự.
Đây là một cột chứa ID của lớp học mà sinh viên đó thuộc về.
Kiểu dữ liệu là INT (số nguyên).
Có ràng buộc khóa ngoại (FOREIGN KEY) với cột "class_id" trong bảng "Classes".
Thiết kế ứng dụng
Hình 4 9: Tab điểm danh của ứng dụng Đây là Tab Điểm danh có chức năng:
- Thống kê dữ liệu điểm danh đã có, với đầy đủ thông tin ngày giờ điểm danh của học sinh/sinh viên, có thể chọn thời gian từ trước lâu tới hiện tại.
- Xuất dữ liệu điểm danh ra file excel tiện quản lí.
- Các chức năng Thêm, xóa, sửa tìm kiếm và xem cơ bản.
- Thêm thông tin sinh viên mới.
- Xóa: Click chuột vào đối tượng rồi nhấn Xóa.
- Sửa: Khi mình chọn vào tối tượng muốn sửa và sửa thông tin thành công, nhấn vào nút Sửa nó sẽ lưu sự thay đổi đó.
- Xem: khi bấm lọc các đối tượng, nút này sẽ giúp ta xem được các đối tượng đã lọc như mong muốn.
- Chức năng xuất dữ liệu học sinh/sinh viên ra file excel.
- Import sinh viên: Ta sẽ có một form dữ liệu sinh viên được tạo trước từ file excel sau nó nhập vào ứng dụng điều này giúp cải thiện thời gian hơn, không cần phải nhập thủ công từng sinh viên vào app nữa.
- Chức năng tìm kiếm nhanh chóng.
Hình 4 11Tab tài khoản Đối với tài khoản Admin là tài khoản mức 1 chúng ta có thêm một cửa sổ mới. Ở của sổ này ta có thêm các chức năng như thống kê, xuất file excel, thêm hoặc xoá thẻ tương ứng với học sinh, sinh viên Ta sẽ nắm quyền admin của úng dụng Còn với tài khoản User (mức 0) chỉ xem được trạng thái điểm danh thôi,không thay đổi chỉnh sửa được
Hình 4 12Tab Thời gian biểu
- Các chức năng Thêm, sửa, lọc, xem tổng quan
- Chỉnh sửa khung giờ vào, ra của buổi học
Hai tab còn lại là Giáo viên và Lớp, trong này ta vẫn có các chức năng tương tự như Tab Sinh viên
4.5 Cách kết nối hệ cơ sở dữ liệu với Winform
Sau khi đã tạo được cơ sở dữ liệu SQL và thiết kế thành công giao diện và tính năng ứng dụng Winform, ta tiến hành kết nối chúng với nhau:
- Bước 1: Mở file QLSV.snl bằng ứng dụng Visual Studio, vào Server
Explorer -> Click chuột phải Data Connections -> Add Connection, hộp thoại như hình dưới xuất hiện.
Hình 4 15 Hộp thoại Add Connection
- Bước 2: Tại Data source -> Change -> chọn Microsoft SQL Sever
Hình 4 16 Hộp thoại Database Properties của Microsoft SQL Sever
- Bước 3: Tại Sever Name điền đúng tên như đã khởi tạo từ đầu ở cơ sở dữ liệu SQL như hình 4.16.
- Bước 4: Chọn Test Connection -> Nhập Database name -> OK.
Vậy là ta đã xong bước kết nối để ứng dụng có thể truy vấn dữ liệu với hệ cơ sở dữ liệu SQL.
THIẾT KẾ MÔ HÌNH
Kết quả mô hình
Hình 5 1Thiết bị khi đưa vào sử dụng
Bảng mạch PCB được thiết kế theo kích thước của vỏ hộp nhưa, nên PCB đặt vừa với vỏ hộp, tăng tính thẩm mỹ và hoàn thiện của sản phẩm Vỏ hộp cũng được lựa chọn là loại mặt kinh trong suốt, giúp có thể nhìn thấy các thông tin của LCD mà không cần cắt khoét nắp hộp
Hình 5 2 Mặt trước có LCD thông báo
Tất cả linh kiện được kết nối bảng mạch PCB, giúp tiết kiệm diện tích, gọn gàng
Các linh tụ điện và trở được lựa chọn là loại linh kiện dán, giảm thiểu diện tích bảng mạch
Hình 5 4Mạch chủ cắm vào máy tính
Thiết bị master cắm vào máy tính để nhận tín hiệu bao gồm 1 mạch chuyển đổiUSB TO COM CH340, được nối với Zigbee, tín hiệu truyền nhận vs hộp điểm danh thông qua Zigbee, sau đó sẽ truyền về mạch USB TO COM CH340, sau đó truyền về máy tính Hai thiết bị trên sử dụng chuẩn giao tiếp UART nên cần 4 sợi dây điện để nối với nhau.
Hình 5 5 Màn hình LCD báo quẹt thẻ thành công
Kết quả ứng dụng
Hình 5 6 Giao diện ứng dụng lúc quẹt thẻ để điểm danh
Hình 5 7 Tab điểm danh với đầy đủ thông tin khi bấm “ Thống kê” (Admin)
Từ đây ta có thể lọc lớp, môn học riêng để xuất file Excel riêng biệt từng môn như các hình bên dưới :
Hình 5 8 Xuất file kết quả điểm danh ra excel
Hình 5 9 Xuất riêng môn có tên “ TDH”
Hình 5 10 Xuất riêng môn có tên “ Điện Tử Số “
Hình 5 11 Giao diện đăng nhập ứng dụng
Hình 5 12 Chọn cổng COM để kết nối thiết bị
KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
Nhận Xét
Hệ thống có thể dùng thẻ RFID đã được nhập vào hệ thống để kiểm soát số lượng sinh viên ra vào lớp cùng với thông tin về thời gian ra vào lớp để cho giảng viên dễ dàng kiểm soát số sinh viên đi học muộn cũng như vắng buổi học đó Giảng viên có thể kiểm soát danh sách trên ứng dụng window được xây dựng dựa trên Winform cũng như xuất file excel để dễ dàng lưu trữ
Giá thành rẻ hơn so với các thiết bị trên thị trường.
Giúp giáo viên dễ dàng kiểm soát số lượng sinh viên tham gia lớp học.
Thuận lợi và nhanh chóng trong quá trình điểm danh sinh viên, giúp tiết kiệm thời gian.
Mạch vẫn còn to cần tối ưu thiết kế mạch hơn nữa.
Phải mang theo thẻ bên người.
Chưa thể nhập trực tiếp thời khóa biểu trên trang của nhà trường, cần phải nhập thủ công vào ứng dụng.
Hướng phát triển
- Thêm các tính năng khác như điểm danh bằng vân tay, điểm danh bằng khuôn mặt.
- Tiếp tục hoàn thiện phần cứng để nhỏ gọn và thẩm mĩ hơn nữa.
- Hỗ trợ chế độ tiết kiệm năng lượng (Sleep mode).
- Tính năng Import thời khóa biểu từ trang web trường.
- Đưa vào sử dụng ở các trường học.
Kết luận
Trong thời gian nghiên cứu và thiết kế sản phẩm với sự hỗ trợ từ ThS.Xxx, em đã hoàn thành đồ án” Thiết kế hệ thống quản lý điểm danh RFID thông qua ứng dụng Winform”
Trong thời gian nghiên cứu đồ án, em đã có cơ hội áp dụng kiến thức mà mình đã học được trong quá khứ để giải quyết vấn đề trong thực tế cũng như mài giũa khả năng sáng tạo và kỹ năng giải quyết vấn đề Bên cạnh đó, em cũng đã có cơ hội tích luỹ thêm kiến thức về cách tìm kiếm, đọc hiểu tài liệu tiếng anh và cách sử dụng phần mềm thiết kế, lập trình.
Tuy nhiên, do kiến thức có hạn của bản thân nên trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện đồ án,em không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được những đóng góp quý báu của cô để sản phẩm ngày càng hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !