quản lý thư viện rfid

Ap dụng công nghệ vào Thiết kế quản lí thư viện dùng RFID, dùng để làm khóa luận đồ án môn học hiệu quả trong nhận trả sách tự động giúp cho việc nhận và trả sách dễ dàng và nhanh chóng hơn. Điều này phù hợp để thực hiện đồ án môn học mà giá cả phải chăn nữa

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID 1.1 Giới thiệu công nghệ RFID

Khái niệm

Công nghệ RFID là một công nghệ nhận dạng đối tượng sử dụng sóng vô tuyến, cho phép thiết bị đọc được thông tin đối tượng qua con chip mà không cần tiếp xúc trực tiếp, không có giao tiếp vật lý và ở khoảng cách xa Nói cách khác, RFID cung cấp phương pháp truyền, nhận dữ liệu điểm – điểm

Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để truyền dữ liệu từ các thẻ đến các đầu đọc Thẻ RFID có kích thước nhỏ và có thể gắn vào sản phẩm, gắn trên người, động vật Thẻ RFID chứa các chip silicon và các angten cho phép nhận lệnh và đáp ứng lại bằng tần số vô tuyến RF từ một RFID phát đáp Reader quét dữ liệu của thẻ và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu có lưu trữ dữ liệu của thẻ Đều là công cụ nhận dạng nhưng RFID đã phát triển hơn mã vạch - công cụ dùng để chứa thông tin về sản phẩm như: nước sản xuất, tên doanh nghiệp, lô hàng, tiêu chuẩn chất lượng đăng ký, thông tin về kích thước sản phẩm, nơi kiểm tra

RFID sử dụng phương pháp truyền và nhận dữ liệu từ một điểm đến các điểm khác có khoảng cách và đầu đọc không nhất thiết phải thấy thẻ; khả năng giả mạo gần như không thể (phương pháp mã vạch rất dễ giả mạo); có khả năng đọc/ghi khi cập nhật thông tin và dung lượng dữ liệu lớn; khả năng đồng thời quét nhiều thẻ một lúc RFID tái sử dụng nhiều lần với thời gian lâu, chịu được các điều kiện khắc nghiệt hơn mã vạch.

Lịch sử hình thành

Bằng sáng chế đầu tiên được gắn liền với tên viết tắt RFID được cấp cho Charles Walton vào năm 1983, tuy nhiên RFID có nguồn gốc sớm hơn

Năm 1945, Leon Theremin phát minh ra một công cụ nghe lén cho chính phủ Liên Xô cũ bằng cách truyền các sóng tần số vô tuyến được tạo thành do sự phản xạ của các sóng âm thanh Thiết bị này là một thiết bị chuyển đổi âm thanh thụ động chứ không phải là một thẻ nhận dạng và chính là thiết bị đầu tiên sử dụng nguyên lý như một hệ thống RFID thụ động Thiết bị của Leon Theremin cấp bằng sang chế vào ngày 23 tháng 1 năm 1973 là tổ tiên thực sự đầu tiên của hệ thống RFID hiện đại, vì nó là một transponder phát thanh thụ động được trang bị bộ nhớ

Những năm 1990, RFID trở nên phổ biến đến mức các tiêu chuẩn bắt đầu xuất hiện, được sử dụng rộng rãi bởi người tiêu dùng và các công ty trên toàn cầu.

Những cải tiến RFID năm 2000 là: cải tiến công nghệ dẫn đến thiết bị thu nhỏ, chi phí của RFID tiếp tục giảm và khả năng nhận diện được gia tăng

Với chi phí giảm, giá thành rẻ, độ tin cậy cao, RFID đang được phổ biến với đời sống thường nhật của chúng ta hơn.

Phân loại

Hệ thống RFID có thể phân loại dựa trên: nguồn cung cấp thẻ và tần số hoạt động.

Phân loại dựa trên nguồn cung cấp thẻ:

Phân loại dựa trên tần số hoạt động:

Tần số hoạt động của RFID là tần số sóng điện từ phát ra từ đầu aten trên đầu đọc và thẻ, cho biết tốc độ và khoảng cách truyền/ nhận dữ liệu RFID hoạt động ở tần số cao tương đương với phạm vi đọc xa, tốc độ đọc nhanh nhưng tốn nhiều năng lượng RFID sử dụng sóng từ 125 KHz đến 5,8GHz được chia làm 4 dải tần: Low – Frequency, High – Frequency, Ultrahigh – Frequency, Microware – Frequency.

Hình 1.2 Các dải tần số hoạt động RFID

- Low – Frequency: 125 KHz – 134 KHz, phù hợp với các ứng dụng phạm vi ngắn như hệ thống chống trộm, khóa tự động

- High – Frequency: 10 MHz – 15 MHz, với phạm vi quét khoảng 1m, thích hợp cho các ứng dụng đọc các item như quản lý hiệu sách, theo dõi hành lý trên máy bay

- Ultrahigh – Frequency: 860 MHz – 960 MHz, cho phép khoảng cách đọc lên đến vài mét, thích ứng cho các ứng dụng dây chuyền vì tốc độ và phạm vi của nó, được ứng dụng trong quản lý hàng tại các nhà kho, các dây chuyền sản xuất tự động

- Microware – Frequency: 2,45 GHz – 5,8 GHz, cho phép khoảng cách truyền xa hơn, tốc độ nhanh, lên đến vài chục mét, giá thành đắt

Bảng 1.1 Đặc điểm, giá thành và ứng dụng của các tần số RFID tương ứng

Tần số Đặc điểm Giá thành Ứng dụng

Dễ dàng xuyên qua các vật phi kim

Khoảng cách đọc: ngắn- trung bình

Không đắt Điều khiển truy nhậpKiểm kê

Tốc độ đọc trung bình

Khoảng cách đọc: ngắn – trung bình

Không quá đắt Điều khiển truy nhập

Khoảng cách đọc lớn Tốc độ đọc nhanh Yêu cầu tầm nhìn thẳng Đắt Hệ thống nhận dạng và điều khiển vào ra của xe cộ

Kiểm kê hoàng hoá trước khi vào kho

Khoảng cách đọc lớn Tốc độ đọc nhanh Yêu cầu tầm nhìn thẳng Đắt Hệ thống nhận dạng và điều khiển vào ra của xe cộ

Thành phần cấu tạo

Một hệ thống RFID bao gồm 3 thành phần chính là :

- Thẻ: thẻ điện tử có anten và chip chứa thông tin thẻ.

- Đầu đọc: chứa chip và anten để giao tiếp, đọc thông tin thẻ.

- Máy chủ (Host computer – server) và cơ sở dữ liệu dùng để nhận, lưu trữ, xử lý các thông tin được truyền đến từ đầu đọc.

Hình 1.3 Hệ thống RFID Đầu đọc và các thẻ giao tiếp qua các sóng điện từ, nơi mà các thông tin đã được mã hóa thành các tín hiệu điện từ Tùy theo thiết kế mà ta có thể phân ra làm 2 chế độ trong giao tiếp đó là: đầu đọc nói trước (Reader talks first) và thẻ Đầu đọc và máy tính giao tiếp với nhau thông qua một phần mềm điều khiển, phần mềm này giúp người điều khiển dễ dàng theo dõi, vận hành, quản lý và cập nhật các thông tin trong hệ thống RFID.

Thẻ RFID là thiết bị được gắn trên đối tượng cần nhận dạng, chứa thông tin về đối tượng đó Nó sẽ truyền thông tin này về cho đầu đọc để định danh đối tượng hoặc truyền các thông tin tùy vào mục đích sử dụng của thẻ, khi đó nó sẽ truyền các thông tin mà các cảm biến này có được về cho đầu đọc. a Các đặc điểm chính của thẻ RFID

Thẻ RFID có những đặc điểm:

- Tính đóng gói: các thẻ có thể được gắn vào các nút nhựa PVC, các lọ nhỏ bằng thủy tinh, các nhãn giấy hay các tấm nhựa Chúng có thể được gắn vào trang sức, treo vào xâu chìa khóa, hoặc gắn vào đầu các chìa khóa Chuẩn DIN/ISO 69873 định nghĩa một chuẩn cho phép các thẻ có thể được gắn vào bên trong các thiết bị máy móc Một số thẻ dùng trong các dây chuyền lắp ráp xe hơi được thiết kế và đóng gói để không bị phá hủy bởi nhiệt độ cao của những căn phòng làm khô sơn Tóm lại, cách thức đóng gói thẻ là rất đa dạng.

Hình 1.4 Tính đóng gói của thẻ RF

- Tính móc nối: Tính móc nối đề cập đến cách thức đầu đọc và thẻ truyền thông cho nhau Các phương pháp móc nối khác nhau có những điểm mạnh-yếu riêng Sự lựa chọn phương pháp đặc biệt ảnh hưởng tới phạm vi liên lạc, giá thành của thẻ và các điều kiện gây ra nhiễu.

- Khả năng lưu trữ thông tin: Có nhiều loại thẻ có vùng nhớ khác nhau.Thẻ chỉ đọc chỉ lưu trữ một giá trị cụ thể duy nhất tại nhà máy Người dùng có thể ghi 1 giá trị vào các thẻ “ghi một lần”, trong khi các thẻ “ghi nhiều lần” cho phép thay đổi giá trị nhiều lần Một số thẻ cũng có thể thu thập các thông tin mới, như nhiệt độ hay tần suất đọc, trên chính nó Dung lượng vùng nhớ của thẻ đi từ 1 bit dùng để chống trộm đến các thẻ có thể lưu trữ vài ngàn byte dùng trong các dây chuyền sản xuất xe hơi. b Phân loại thẻ RF

Phân loại theo tiêu chí có năng lượng trực tiếp: thẻ có năng lượng trực tiếp (thẻ tích cực), thẻ không có năng lượng trực tiếp (thẻ thụ động) và thẻ bán tích cực.

Loại thẻ này không có nguồn bên trong, sử dụng nguồn nhận được từ đầu đọc để hoạt động và truyền dữ liệu được lưu trữ trong nó cho đầu đọc Thẻ thụ động có thành phần đơn giản, giá thành rẻ nên dễ dàng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội như: y tế, quản lý cửa hàng, thư viện, giao thông vận tải,

Thẻ thụ động có cấu trúc đơn giản và không có các thành phần động Thẻ như thế có một thời gian sống dài và thường có sức chịu đựng với điều kiện môi trường khắc nghiệt Chẳng hạn, một số thẻ thụ động có thể chịu đựng các hóa chất gặm mòn như acid, nhiệt độ lên tới 400°F (xấp xỉ 204°C) và cao hơn nữa

Hình 1.5 Thẻ RF thụ động Đối với loại thẻ này, khi thẻ và đầu đọc truyền thông với nhau thì đầu đọc luôn truyền trước rồi mới đến thẻ Cho nên bắt buộc phải có đầu đọc để thẻ có thể truyền dữ liệu của nó Thẻ thụ động nhỏ hơn thẻ tích cực hoặc thẻ bán tích cực Nó có nhiều phạm vi đọc, ít hơn 1 inch đến khoảng 30 feet (xấp xỉ 9 m)

Hình 1.6 Nguyên lý hoạt động của thẻ RF thụ động

Thẻ thụ động bao gồm những thành phần chính sau:

- Vi mạch: Vi mạch thẻ thụ động thường bao gồm: bộ chỉnh lưu, máy tách xung, bộ điều chế, đơn vị logic, bộ nhớ vi mạch.

- Anten: Anten thẻ thụ động được gắn vào vi mạch, dùng để lấy năng lượng từ tín hiệu của đầu đọc để làm năng lượng cho thẻ hoạt động và giao tiếp với đầu đọc Một anten được thiết kế dựa vào các nhân tố: khoảng cách đọc và hướng đọc của thẻ với đầu đọc, vận tốc của đối tượng gắn thẻ, loại sản phẩm riêng biệt, Đặc điểm của thẻ thụ động:

- Khung truyền của một gói dữ liệu là cố định

- Giao thức truyền không thay đổi dẫn đến tính bảo mật kém.

- Bù lại thẻ thụ động có giá thành rẻ hơn

- Hoạt động tốt trong môi trường khắc nghiệt.

Thẻ tích cực có một nguồn năng lượng bên trong (chẳng hạn một bộ pin hoặc có thể là những nguồn năng lượng khác như sử dụng nguồn năng lượng mặt trời) và điện tử học để thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng Thẻ tích cực sử dụng nguồn năng lượng bên trong để truyền dữ liệu cho đầu đọc Nó không cần nguồn năng lượng từ đầu đọc để truyền dữ liệu

Thẻ tích cực cho phép truyền xa hơn, lên đến vài chục mét tùy theo thiết kế, khung truyền có thể do người dùng tự định nghĩa giúp nâng cao tính bảo mật, giao thức truyền có thể tùy biến trong quá trình sử dụng, dữ liệu truyền nhận phong phú

Hình 1.7 Thẻ RF tích cực

Thời lượng pin là điều các nhà sản xuất cần quan tâm ở thẻ tích cực, phụ thuộc vào năng lượng tích được cũng như chất lượng của pin Tuy nhiên, thời lượng pin còn chịu ảnh hưởng bởi công suất truyền cũng như khoảng cách truyền Một giây truyền vài lần hay vài giây truyền một lần, khoảng cách xa đòi hỏi việc tiêu thụ điện năng của thẻ càng lớn Việc trang bị thêm pin, những vi mạch tốt hơn và bộ nhớ lớn hơn làm thẻ tích cực có kích thước lớn hơn và giá thành cao hơn. Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và đầu đọc, thẻ luôn truyền trước, rồi mới đến đầu đọc Vì sự hiện diện của đầu đọc không cần thiết cho việc truyền dữ liệu nên thẻ tích cực có thể phát dữ liệu của nó cho những vùng lân cận nó thậm chí trong cả trường hợp đầu đọc không có ở nơi đó Loại thẻ tích cực này (truyền dữ liệu liên tục khi có cũng như không có đầu đọc hiện diện) cũng được gọi là máy phát (transmitter)

Loại thẻ tích cực khác ở trạng thái ngủ hoặc nguồn yếu khi không có đầu đọc Đầu đọc đánh thức thẻ này khỏi trạng thái ngủ bằng cách phát một lệnh thích hợp Trạng thái này tiết kiệm nguồn năng lượng, vì vậy loại thẻ này có thời gian sống dài hơn thẻ tích cực được gọi là máy phát kể trên

Thêm nữa là vì thẻ chỉ truyền khi được thẩm vấn nên số nhiễu RF trong môi trường cũng bị giảm xuống Loại thẻ tích cực này được gọi là một máy phát/máy thu hoặc một bộ tách sóng - thẻ có thể hoạt động ở chế độ máy phát và máy thu Thẻ này chỉ truyền khi được đầu đọc thẩm vấn Thẻ ở trạng thái ngủ hoặc nguồn giảm khi không được đầu đọc thẩm vấn Vì vậy tất cả thẻ này có thể được gọi là transponder Khoảng cách đọc của thẻ tích cực là 100 feet (xấp xỉ 30.5 m) hoặc hơn nữa khi máy phát tích cực của loại thẻ này được dùng đến.

Các thành phần chính của thẻ tích cực:

- Vi mạch: Vi mạch thẻ tích cực có kích cỡ và khả năng làm việc thường lớn hơn vi mạch trong thẻ thụ động.

- Anten: Anten dùng để truyền/ nhận tín hiệu của đầu đọc.

Ưu, nhược điểm của công nghệ RFID

RFID cũng như bất kì công nghệ nào khác cũng có những ưu, nhược điểm nhất định: Ưu điểm:

- Khả năng nhận dạng một lúc nhiều đối tượng làm giảm thời gian kiểm tra, giảm ách tắc so với các hệ thống khác.

- Khả năng đọc/ ghi dữ liệu nhiều lần giúp tái sử dụng thẻ

- Xử lý hoàn toàn tự động, giảm chi phí trong việc sử dụng nhân công

- Hoạt động tương đối tốt trong cả môi trường không thuận lợi (thời tiết nóng, khói bụi, mưa, sương mù, ).

- Cập nhật, thay đổi dữ liệu trực quan, dễ dàng

- Khả năng phân biệt đối tượng chính xác, tin cậy.

- Giá thành hệ thống khá cao.

- Đầu đọc có khả năng chồng lấn lên nhau.

- Hạn chế trong kiểm soát thiết bị.

- Thẻ có khả bị nhiễu sóng bởi kim loại và môi trường.

Mặc dù RFID có nhiều ưu điểm và lợi thế phát triển, tuy nhiên vẫn còn một số hạn chế cần khắc phục mà điều quan trọng nhất là làm chủ công nghệ này để giảm giá thành sản phẩm và dễ dàng đưa công nghệ RFID đến gần hơn với cuộc sống.

Ứng dụng

Trên thế giới công nghệ RFID được ứng dụng khá phổ biến trong các nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội: y tế, công nghiệp, vận tải, kinh doanh, bán lẻ, thư viện, quản lý nhân sự, Cụ thể:

- Trong vận chuyển, phân phối và lưu thông: Hệ thống RFID phù hợp nhất với phương thức vận tải đường ray Các thẻ có thể nhận dạng toàn bộ 12 ký tự theo chuẩn công nghiệp cho phép xác định loại xe/ toa hàng, chủ sở hữu, số xe. Các thẻ này được gắn vào gầm xe, toa hàng Các anten được cài đặt ở giữa hoặc bên cạnh đường ray vận chuyển, các đầu đọc và các thiết bị hiển thị được lắp theo chuẩn trong vòng 40 – 100 feet dọc theo đường ray cùng các thiết bị viễn thông và thiết bị kiểm soát khác, do vậy có thể kiểm soát được các toa hàng trên ray Mục địch chính trong các ứng dụng vận chuyển theo ray là cải tiến kích thước và tốc độ vận chuyển nhanh chóng cho phép giảm kích thước xe hàng hoặc giảm thiểu chi phí cho việc đầu tư thiết bị mới RFID còn được ứng dụng trong hệ thống thu phí cầu đường bộ ray cho phép các hãng hàng không kiểm soát hành lý của hành khách.

Hình 1.11 Ứng dụng RFID trong vận chuyển

- Trong công nghiệp: RFID rất thích hợp cho việc xác định sản phẩm có giá trị đơn vị cao thông qua quá trình lắp ráp chặt chẽ Hệ thống RFID rất bền vững trong môi trường thời tiết khắc nghiệt nên thích hợp để định danh các vật chứa, lưu giữ sản phẩm lâu dài như container, cần cẩu, xe kéo Một mặt, các thẻ

RF cho phép xác định sản phẩm mà nó được gắn vào Mặt khác, thông tin đầu vào được nhập bằng tay (hoặc bằng các đầu đọc mã vạch) cho phép hệ thống điều khiển/ kiểm soát Sau đó những thông tin này có thể được truy xuất bởi các đầu đọc RF.

Hình 1.12 Ứng dụng của RFID trong quản lý nhà kho

- Trong kinh doanh bán lẻ: RFID có thể thay thế kỹ thuật mã vạch hiện nay, vì nó không chỉ có khả năng xác định nguồn gốc sản phẩm mà còn cho phép nhà cung cấp và đại lý bán lẻ biết chính xác mặt hàng trên quầy và trong kho của họ Một số siêu thị lớn đã sử dụng các thẻ RFID mỏng dán lên hàng hoá thay cho mã vạch, giúp việc thanh toán nhanh chóng, dễ dàng hơn Nếu hàng hoá chưa thanh toán tiền đi qua cửa, máy nhận dạng vô tuyến FRID sẽ phát hiện ra và báo cho nhân viên an ninh Ngoài ra, các công ty bách hoá không còn phải lo kiểm kho, không sợ giao nhầm hàng và thống kê số sản phẩm đang kinh doanh của các tổ hợp cửa hàng Hơn nữa, họ biết chính xác bên trong túi khách hàng ra, vào có những gì.

Hình 1.13 Ứng dụng RFID trong cửa hàng

- Trong lĩnh vực an ninh: RFID không đòi hỏi tầm nhìn giữa bộ thu phát và máy đọc, hệ thống này khắc phục được những hạn chế của các phương pháp nhận dạng tự động khác, ví dụ như mã vạch Điều này có nghĩa là hệ thống RFID có thể hoạt động hiệu quả trong các môi trường khắc nghiệt những nơi bụi bẩn, ẩm ướt quá mức hay có phạm vi quan sát bị hạn chế Một trong các lợi ích nổi bật của RFID là khả năng đọc trong các môi trường khắc nghiệt với tốc độ đáng chú ý: trong hầu hết các trường hợp thời gian phản ứng dưới 100 mili giây.

- Trong công tác quản lý bảo quản tài sản: việc quản lý sách tại thư viện hiện rất vất vả, việc tìm kiếm sách thủ công làm tốn thời gian và quản lý cũng chưa thực sự hiệu quả Nhờ công nghệ RFID, mỗi cuốn sách được gắn với một thẻ lưu thông tin về cuốn sách, mỗi khi cần tìm một cuốn sách nào đó, thay vì việc dò tìm phân loại từng cuốn sách, thủ thư chỉ việc dùng một đầu đọc có khả năng đọc các thẻ RFID từ xa có thể giúp định vị cuốn sách cần tìm rất nhanh chóng, ngoài ra việc thống kế sách cuối ngày càng trở lên đơn giản Các hạt giống có giá trị, động vật thí nghiệm liên quan tới các dự án nghiên cứu lâu dài và chi phí cao, thịt và bơ sữa động vật, thú vật hoang dã và giống động vật quý hiếm, các loại gen…hiện nay vấn đề xác định tính duy nhất có thể được giải quyết thông qua ứng dụng các sáng kiến của công nghệ RFID.

Hình 1.14 Ứng dụng RFID trong quản lý thư viện

- Trong y tế, giáo dục, vui chơi giải trí, công nghệ RFID có thể sử dụng cho người cũng như đồ vật Vì vậy, một số bệnh viện đang sử dụng vòng đeo tay RFID cho trẻ mới sinh và bệnh nhân cao tuổi mất trí Ngoài ra còn ứng dụng trong việc quản lý hồ sơ bệnh án… Học sinh một trường đông học sinh ở Nhật dùng thẻ RFID để báo cho cha mẹ biết mình đã ra tới Các công viên giải trí ở

Mỹ bán ra vé RFID sẽ bật - nháy báo cho khách biết đến lượt mình vào cuộc chơi và ngày nay các Event tại VN đã bắt đầu ứng dụng RFID để kiểm soát khách ra vào sự kiện…

Hình 1.15 Quản lý bệnh nhân qua RFID

- Trong quản lý nhân sự và chấm công, khi vào, ra công ty để bắt đầu hay kết thúc một ngày hoặc ca làm việc, nhân viên chỉ cần đưa thẻ của mình đến gần máy đọc thẻ (không phải nhét vào), ngay lập tức máy phát ra một tiếng bíp, dữ liệu vào, ra của nhân viên đó đã được ghi nhận và lưu trữ trên máy chấm công. Trong trường hợp nếu những nhân viên nghỉ việc, thẻ nhân viên sẽ được thu hồi và tái sử dụng mà không ảnh hưởng đến chất lượng thẻ Ưu điểm nổi bật của thẻ RFID so với thẻ mã vạch (Barcode) hay thẻ mã từ (Mag Stripe card) là thẻ RFID không bị trầy xước, mài mòn khi dùng Sử dụng thẻ chấm công loại cảm ứng, người phụ trách hệ thống sẽ lấy toàn bộ dữ liệu từ các máy đọc thẻ về, sau khi cập nhật dữ liệu sẽ có ngay báo cáo thống kê nhanh để ban giám đốc biết số lượng nhân viên đang có mặt, số nhân viên nghỉ hoặc biết được trình độ tay nghề từng nhân viên; nhân viên nào hết hạn hợp đồng lao động; bảo hiểm xã hội, bảo hiểm y tế…

Từ những ứng dụng trên, có thể nói ứng dụng công nghệ RFID đang từng ngày nâng cao chất lượng cuộc sống của chúng ta.

PHÂN TÍCH HỆ THỐNG QUẢN LÝ SÁCH THƯ VIỆN SỬ DỤNG RFID 2.1 Yêu cầu hệ thống

Cấu trúc và hoạt động của hệ thống

Một hệ thống tiêu biểu các thiết bị RFID cho thư viện thường gồm các thành phần chính như sau: a Cổng an ninh thư viện

Cổng an ninh hoạt động với tính năng nhận dạng bằng sóng vô tuyến (Radio Frequency Identiication) Các tài liệu có dán một nhãn RFID đã được kích hoạt (activate) tính năng chống trộm sẽ phát ra âm báo và đèn hiệu nếu một người mượn hay một khách mang tài liệu đi giữa các anten Chức năng chống trộm chỉ được vô hiệu hóa (de-activate) khi tài liệu được mượn tại quầy thủ thư hoặc tại các trạm tự phục vụ có chức năng đăng ký mượn tài liệu.

Khi thư viện bổ sung thêm tài liệu mới, những tài liệu này sẽ được dán nhãn RFID và ghi thông tin định danh, đăng kí cá biệt tài liệu lên chip Đây chính là cơ sở để các máy RFID có thể xác định được đó là tài liệu gì trong suốt chu trình lưu thông của tài liệu Ngoài ra, trạm thủ thư còn hoạt động như một trạm lưu thông, có các chức năng cho phép mượn/trả tài liệu Tại quầy thủ thư, khi phát sinh một yêu cầu mượn/trả, (các) tài liệu sẽ được đặt lên trạm để đọc thông tin trên chip RFID gắn trong tài liệu Lúc này thủ thư chỉ việc kết hợp với thông tin bạn đọc qua thẻ để thực hiện giao dịch mượn/trả này thông qua một lần nhấn nút trên phần mềm Tính năng an ninh (EAS) trên các tài liệu được bỏ kích hoạt và giao dịch được ghi nhận trên CSDL.

Hình 2.1 Trạm thủ thư c Thiết bị kiểm kê tìm kiếm tài liệu

Thiết bị kiểm kê cầm tay LibAssist hoạt động bằng pin, với thiết kế không dây có khả năng kết nối trực tiếp hoặc gián tiếp tới dữ liệu của thư viện, thông qua đó giúp việc kiểm kê của thư viện trở nên dễ dàng hơn Thủ thư chỉ việc dùng thiết bị này quét qua các giá có chứa tài liệu gắn chip RFID Thiết bị sẽ tự động ghi lại các tài liệu có trên giá, qua đó thủ thư có thể xác định được số lượng tài liệu có trong kho.

Hình 2.2 Thiết bị kiểm kê cầm tay d Trạm tự mượn, trả tài liệu (self-service station)

Trạm tự mượn/trả tài liệu cung cấp cho thư viện một trải nghiệm mới về mô hình tự phục vụ Nó nhận dạng tài liệu qua một đầu đọc RFID và kiểm tra thông tin cũng như tình trạng của tài liệu (mượn/trả). Bạn đọc có thể tự mượn hoặc trả tài liệu thông qua một màn hình cảm ứng với các thao tác đơn giản mà không cần sự trợ giúp của thủ thư.

Hình 2.3 Trạm tự phục vụ mượn, trả tài liệu e Trạm thủ thư đa năng

Một thiết bị có khả năng đáp ứng đa dạng các nhu cầu của bạn đọc và của thủ thư là trạm thủ thư đa năng Trạm được tích hợp với một máy tính “Tất cả trong một” (All-in-one) đi kèm với một màn hình cảm ứng,cho phép hoạt động như một trạm thủ thư thông thường (lập trình và lưu thông) cho cán bộ thủ thư Bên cạnh đó đối với bạn đọc, trạm cho phép hoạt động như một trạm tự mượn trả tài liệu (self-service station).

Hình 2.4 Trạm thủ thư đa năng f Giá trả sách thông minh

Giá trả sách thông minh bao gồm một hệ thống giá có tích hợp các ăng ten với chức năng đọc thông tin thẻ RFID được gắn trong tài liệu và một cột thông tin (info-column) hiển thị thông tin tài liệu cùng thông tin người trả Người dùng đơn giản chỉ việc đặt tài liệu lên giá và kiểm tra lại thông tin hiển thị trên màn hình Tài liệu đã được trả, tính năng an ninh được tự động bật mà không cần phải có sự hỗ trợ của thủ thư.

Hình 2.5 Giá trả sách thông minh g Hệ thống trả sách 24/7 và tự động phân loại sách

Nhu cầu trả sách bất kể thời gian trong ngày là nhu cầu vô cùng thiết yếu của bạn đọc Thực tế đã chứng minh nhiều bất cập khi bạn đọc phải chờ đợi đến giờ thư viện mở cửa thì mới có thể trả tài liệu mà mình đã mượn trước đó Chính vì vậy, thiết bị trả sách 24h là một giải pháp hữu hiệu cho nhu cầu này Thông thường thiết bị trả sách 24h được kết hợp với một hệ thống phân loại tài liệu tự động (đặt bên trong thư viện) Một hệ thống đầy đủ thường bao gồm: hộp trả sách (dropbox), băng chuyền phân loại, các thùng đựng sách dạng xe đẩy (số lượng thùng có thể thay đổi theo nhu cầu của thư viện).

Thiết bị trả sách 24h thường được chia làm 2 loại chính:

- Dạng đặt ngoài trời (outdoor): Hộp trả sách được thiết kế đặc biệt, có khả năng chịu được thời tiết (nắng, mưa) Hộp thường được gắn lên tường mặt ngoài của thư viện, phía sau tích hợp các băng chuyền phân loại và thùng đựng sách.

- Dạng đặt trong nhà (indoor):Hộp trả sách thường được gắn lên tường bên trong thư viện, phía sau tích hợp các băng chuyền phân loại và thùng đựng sách.

Hình 2.6 Hệ thống trả sách 24/7 h Thẻ/chip RFID

Thẻ (chip) RFID được cấu tạo mềm mỏng có chứa chíp vi xử lý

Về hình dạng, thường thẻ dùng cho sách có dạng hình vuông hoặc chữ nhật còn thẻ dùng cho CD/DVD được thiết kế tròn.

Hình 2.7 Chip RFID dùng cho CD/DVD Chip RFID dùng cho sách

2.2.2 Hoạt động của hệ thống

Hình 2.8 Mô hình vận hành hệ thống RFID trong thư viện

Mô tả trình tự vận hành của hệ thống:

- Tài liệu bổ sung vào thư viện sẽ được phân loại, đăng kí cá biệt và dán nhãn, chính là các chip RFID, sau đó đưa tới trạm lập trình (1) Tại trạm lập trình (1) chip RFID sẽ được nạp các thông tin cần thiết Chíp gắn trên tài liệu sau khi nạp thông tin sẽ luôn ở trạng thái đã được kích hoạt (activated) Tài liệu sau đó được chuyển tới kho sách (2) xếp lên giá sẵn sàng lưu thông phục vụ bạn đọc.

- Bạn đọc có thể đăng ký mượn tài liệu bằng 2 cách sau:

 Cách 1: Mượn tài liệu tại trạm lưu thông (3): Tại đây thủ thư sẽ kiểm tra thông tin tài liệu trong chip RFID gắn trên tài liệu Trạm sẽ tự động nhận dạng tài liệu theo các thông tin đã được lập trình trên chipRFID và xác nhận cho mượn (check-out) Đồng thời chip RFID gắn trên tài liệu sẽ được bỏ kích hoạt (de-activated) tính năng chống trộm(EAS) và bạn đọc có thể mang tài liệu ra khỏi thư viện.

 Cách 2: Mượn tài liệu tại các trạm tự mượn/trả (5) thường được đặt ở đầu các khu vực giá sách: Bạn đọc cần có thẻ ID (thẻ thư viện) (bao gồm thông tin họ tên, ngày sinh, mã số, khoa, lớp…) để đăng ký mượn. Trạm sẽ tự động kiểm tra thông tin các tài liệu trên chip RFID và xác nhận cho mượn (check-out) với thông tin trên thẻ ID, đồng thời bỏ kích hoạt (de-activated) tính năng chống trộm Sau khi hoàn thành, bạn đọc sẽ nhận được một biên lai ghi thông tin về việc mượn tài liệu và có thể mang tài liệu ra khỏi thư viện.

- Sau khi đã làm đầy đủ thủ tục mượn tài liệu, bạn đọc sẽ mang ra ngoài theo hướng đặt cổng an ninh (4) Nếu đăng ký đúng thủ tục nghĩa là chip RFID trên tài liệu đã được bỏ kích hoạt tính năng an ninh và cổng sẽ không báo động Ngược lại, nếu chưa đúng thủ tục hoặc bạn đọc cố ý lấy trộm tài liệu, cổng an ninh sẽ báo động bằng còi và đèn hiệu.

- Khi bạn đọc tới trả tài liệu, tài liệu trả sẽ được kích hoạt tính năng chống trộm và đưa vào xếp giá Để trả tài liệu bạn đọc có thể chọn một trong những cách sau:

 Cách 1: Trả tài liệu tại trạm lưu thông (3): Thủ thư sẽ nhận lại tài liệu sau đó kiểm tra thông tin tài liệu trên trạm lưu thông Sau khi trạm lưu thông nhận dạng đúng tài liệu của thư viện, nó sẽ tự động thêm tài liệu vào danh sách tài liệu sẵn sàng cho mượn của thư viện (check-in) đồng thời kích hoạt tính năng chống trộm Tài liệu sẽ được đưa vào xếp giá sau đó.

Các vấn đề sự cố và giải pháp khắc phục

2.3.1 Trường hợp thẻ RF không hợp lệ

Thẻ không hợp lệ là khi thẻ dán trên sách chưa được nhập vào cơ sở dữ liệu quản lý sách của thư viện Trường hợp này được phát hiện thông qua việc máy tính đối chiếu mã sách thu được qua thiết bị kiểm kê, trạm thủ thư Khi đó cần phải bổ sung mã RF kèm theo thông tin sách vào cơ sở dữ liệu.

2.3.2 Trường hợp một thẻ RF không giao tiếp hoặc giao tiếp nhiều lần với đầu đọc

Mỗi xe chỉ phải trả phí một lần khi đi qua một trạm, đồng nghĩa với mỗi thẻ chỉ giao tiếp một lần trong vùng phủ sóng của một trạm Vì vậy, dựa vào thiết kế anten đầu đọc, tầm phủ sóng các anten và tốc độ xe trong làn đường để tính toán thời gian gửi bản tin của đầu đọc

Giả sử, tốc độ tối đa của phương trên làn đường là 30 km/h hay 8,3 m/s, khoảng cách tối đa anten trên thẻ nhận được tín hiệu từ anten đầu đọc là 20m. Khi đó, thời gian mà xe nằm trong vùng phủ sóng của đầu đọc là khoảng 20/ 8,3

= 2,4 s Vậy nếu cài đặt thời gian đầu đọc phát hai bản tin liên tiếp nhau là khoảng 2 s thì sẽ giải quyết được vấn đề.

THIẾT KẾ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ SÁCH THƯ VIỆN ỨNG

Thiết kế phần cứng

3.1.1 Thiết kế đầu đọc Đầu đọc bao gồm 3 thành phần chính, đó là: vi điều khiển, khối RF và khối giao tiếp với máy tính.

- Vi điều khiển: là khối xử lý chính của đầu đọc, có chức năng lập trình tất cả các giao thức giao tiếp giữa đầu đọc - thẻ và giữa đầu đọc – máy tính Nó điều khiển hoạt động của khối RF và khối giao tiếp với máy tính.

- Khối giao tiếp với máy tính: có chức năng truyền dữ liện qua máy tính, dùng chuẩn UART, USB hoặc Ethenet (đồ án sử dụng chuẩn Ethenet).

- Khối RF: có nhiệm vụ thu phát sóng điện từ, biến đổi các bản tin đã được mã hoá (là những dữ liệu dưới dạng byte) thành sóng điện từ rồi truyển trong không gian. a Lựa chọn linh kiện cho đầu đọc

Sau khi tham khảo thị trường, để phù hợp với vi điều khiển và yêu cầu của hệ thống, em chọn module Kit Arduino UNO R3

Kit Arduino Uno R3 được xây dựng với phân nhân là vi điều khiển ATmega328P sử dụng thạch anh có chu kì dao động là 16 MHz Trên board còn có 1 nút reset, 1 ngõ kết nối với máy tính qua cổng USB và 1 ngõ cấp nguồn sử dụng jack 2.1mm lấy năng lượng trực tiếp từ AC-DC adapter hay thông qua ắc -quy nguồn.

- Dùng nhiều trong các mạch điện tử.

- Được ứng dụng để làm các sản phẩm điện tử

- Tương thích với broad Ardunio.

- Vi điều khiển: ATmega328 họ 8 bit

- Tần số hoạt động: 16Mhz.

- Điện áp hoạt động: 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

- Dòng điện tiêu thụ: 30 mA

- 6 chân đầu vào tương tự (độ phân giải 10bit)

- Bộ nhớ Flash: 32 KB, bộ nhớ RAM: 2KB

Hình 4.17 Vi xử lý ATmega328 Đặc điểm của vi xử lý ATmega328:

- 2 Bộ đếm thời gian 8 bit với chế độ so sánh và bộ đếm so sánh riêng biệt

- 1 Bộ đếm thời gian 16 bit với bộ đếm trước, chế độ so sánh và chế độ chụp riêng biệt

- Bộ đếm thời gian thực với Bộ tạo dao động riêng biệt

- Sáu bộ điều khiển xung nhịp

- ADC sáu kênh 10 bit bao gồm nhiệt độ đo lường

- USART nối tiếp có thể lập trình

- Giao diện nối tiếp SPI chính / Slave

- Giao diện nối tiếp 2 dây định hướng Byte (tương thích Philips I2C)

- Hẹn giờ theo dõi lập trình với bộ tạo dao động trên chip riêng

- Bộ so sánh tương tự trên chip b Module RF - MFRC522

Về khối RF, dựa theo những phân tích phía trên, khoảng cách tối thiểu để anten đầu đọc và anten thẻ RF có thể giao tiếp là 10m Sau khi tham khảo thị trường, để đáp ứng yêu cầu hệ thống, em lựa chọn IC Đặc điểm của IC này là khoảng cách truyền giữa 2 IC là 15m – 17m trong môi trường lý tưởng và có thể gia tăng nếu nâng cấp thêm anten Ngoài ra, nó có thể dễ dàng mua được trong các cửa hàng linh kiện điện tử, cộng thêm ưu điểm dể giao tiếp, tiết kiệm năng lượng (sử dụng nguồn 3,3V).

MFRC522 là IC đọc/ ghi tích hợp cao cho giao tiếp không tiếp xúc ở mức 13,56 MHz Đầu đọc MFRC522 hỗ trợ ISO/ IEC 14443A/ MIFARE và NTHER.

Bộ phát bên trong của MFRC522 có thể điều khiển ăng-ten đầu đọc / ghi được thiết kế để giao tiếp với thẻ và bộ tiếp sóng ISO / IEC 14443 A / MIFARE mà không cần thêm mạch hoạt động Module máy thu cung cấp một triển khai mạnh mẽ và hiệu quả cho giải điều chế và giải mã tín hiệu từ các thẻ tương thích ISO/ IEC 14443 A/ MIFARE và bộ tiếp sóng Mô-đun kỹ thuật số quản lý hoàn chỉnh ISO/ IEC 14443 Một khung và chức năng phát hiện lỗi (chẵn lẻ và CRC).

IC MFRC522 hỗ trợ các sản phẩm MF1xxS20, MF1xxS70 và MF1xxS50 Máy bay phản lực hỗ trợ giao tiếp không tiếp xúc và sử dụng MIFARE tốc độ truyền cao hơn lên đến 848 kBd theo cả hai hướng.

Các giao diện máy chủ sau được cung cấp:

- Giao diện ngoại vi nối tiếp (SPI)

- UART nối tiếp (tương tự như RS232 với các mức điện áp phụ thuộc vào nguồn điện áp pin)

Tính năng và lợi ích:

- Mạch tương tự tích hợp cao để giải điều chế và giải mã các phản ứng

- Trình điều khiển đầu ra được đệm để kết nối anten với số lượng tối thiểu

- Hỗ trợ ISO/ IEC 14443 A/ MIFARE và NTHER

- Khoảng cách hoạt động thông thường ở chế độ đọc/ Ghi lên tới 50 mm tùy thuộc vào

- Kích thước anten và điều chỉnh

- Cung cấp năng lượng nội bộ bổ sung cho IC thẻ thông minh được kết nối qua MFIN/ MFOUT

- Giao diện máy chủ được hỗ trợ

 Giao diện I 2 C bus lên tới 400 kBd ở chế độ nhanh, lên tới 3400 kBd ở chế độ tốc độ cao

- Bộ đệm FIFO xử lý gửi và nhận 64 byte

 UART nối tiếp RS232 lên đến 1228,8 kBd, với các mức điện áp phụ thuộc vào pin cung cấp điện áp

- Chế độ ngắt linh hoạt

- Thiết lập lại cứng với chức năng năng lượng thấp

- Tắt nguồn theo chế độ phần mềm

- Bộ định thời lập trình

- Bộ tạo dao động trong để kết nối với tinh thể thạch anh 27,12 MHz

- Tự kiểm tra nội bộ

- Dòng làm việc : 13 – 26mA/3.3V-DC

- Dòng ở chế độ nghỉ :