hệ thống RFID

báo cáo RFID bộ môn kỹ thuật truyền thông không dây Một hệ thống RFID tối thiểu gồm những thiết bị sau: - Thẻ RFID (RFID Tag, còn được gọi là transponder): là một thẻ gắn chíp và Anten - Thẻ RFID có thể thay thế cho các mã vạch trên các sản phẩm có bán tại các siêu thị bán lẻ. Thay vì phải đưa thiết bị vào sát mã vạch để quét, RFID cho phép thông tin có thể được truyền qua những khoảng cách nhỏ mà không cần một tiếp xúc vật lý nào cả. - Thẻ RFID được đưa vào sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực như: Quản lý nhân sự, quản lý hàng hóa vào/ra siêu thị, nhà kho, ... theo dõi động vật, quản lý xe cộ qua trạm thu phí, làm thẻ hộ chiếu … Có 2 loại thẻ RFID là RFID passive tag và RFID active tag: Passive tags: Không cần nguồn ngoài và nhận năng lượng từ thiết bị đọc, khoảng cách đọc ngắn. Active tags: Được nuôi bằng PIN, sử dụng với khoảng cách đọc lớn - Thiết bị đọc thẻ RFID (hay còn gọi là đầu đọc-reader): để đọc thông tin từ các thẻ, có thể đặt cố định hoặc lưu động. - Antenna: là thiết bị liên kết giữa thẻ và thiết bị đọc. Thiết bị đọc phát xạ tín hiệu sóng để kích họat và truyền nhận với thẻ. - Server: nhu nhận, xử lý dữ liệu, phục vụ giám sát, thống kê, điều khiển,..

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN TỬ



BÁO CÁO SẢN PHẨM

Môn : Kỹ thuật truyền thông không dây

Giảng viên: ThS Bùi Như Phong

Lớp: 20221FE6019001

Khóa : 14

Thành viên nhóm 14: Vũ Tiến Minh MSV: 2019603263

Nguyễn Như Hội MSV: 2019603296 Nguyễn Hữu Minh MSV: 2019603266 Phùng Xuân Kiều MSV: 2019602383

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH ẢNH 3

LỜI NÓI ĐẦU 4

Lý do chọn đề tài 4

Mục đích của đề tài: 4

Phương pháp nghiên cứu: 4

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 5

1.1 Giới thiệu về công nghệ RFID 5

1.1.1 RFID là gì? 5

1.1.2 Hệ thống RFID 6

1.1.3 Nguyên lí hoạt động của RFID 7

1.1.4 Dải tần hoạt động của hệ thống RFID 7

1.1.5 Ứng dụng RFID trong sản xuất 8

1.1.7 Ưu, nhược điểm của RFID trong sản xuất 10

1.2 Giới thiệu về module NRF24L01 12

1.3.Giới thiệu về Arduino 14

CHƯƠNG II THIẾT KẾ HỆ THỐNG 17

2.1.Ý tưởng thiết kế 17

2.1.1 Yêu cầu sản phẩm 17

2.1.2.Các linh kiện chính sử dụng trong mạch 18

2.3 Sơ đồ nguyên lí 19

2.4 Sơ đồ mạch 20

CHƯƠNG III THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 22

3.1 Mô hình hoàn thiện 22

3.2.Thực nghiệm 23

3.3 Đánh giá 24

3.4 Hướng phát triển 25

PHỤ LỤC 26

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 1 RFID là gì 5

Hình 1 2 Các phần trong hệ thống RFID 6

Hình 1 3 Nguyên lí hoạt động của hệ thống RFID 7

Hình 1 4 Ứng dụng RFID 10

Hình 1 5 Ứng dụng RFID trong quản lí kho hàng 11

Hình 1 6 Ứng dụng RFID trong hệ thống kiểm soát ra vào 12

Hình 1 7 Ưu điểm RFID với bar code 13

Hình 1 8 Module NRF24L01 15

Hình 1 9 Tần số hoạt động của NRF24L01 17

Hình 1 10 Arduino Uno R3 19

LỜI NÓI ĐẦU

Mục đích của đề tài:

Nhằm nâng cao kiến thức và giúp tìm hiểu rõ hơn về công nghệ truyền thông không dây RFID, các cách thiết lập, cách vận hành và nguyên lý, là tiền đề để ứng dụng công nghệ vào những phát minh mới trong tương lai

Mong muốn tự nghiên cứu, tự thiết kế một sản phẩm sử dụng cho môn học, bằng những kiến thức đã được thầy cô chỉ dạy

Mong muốn có thể giúp nâng cao tay nghề trong lĩnh vực điện tử, nâng cao khả năng tìm tòi, sáng tạo, vận dụng những kiến thức được học trong sách vở vào thực tế

Nâng cao khả năng viết và trình bày báo cáo, khả năng thuyết trình trước đông người

Mô hình của nhóm chúng em sẽ gồm một mạch chủ thu nhận tín hiệu và một mạch điện thực thi, nhiệm vụ của mạch thực thi là đo đạc các tham số từ môi trường, nhận tín hiệu từ khối mạch chủ để hiển thị lên màn hình LCD Khối mạch chủ sẽ nhận

dữ liệu gửi từ khối thực thi qua module NRF24L01 để hiển thị thông tin lên màn hình

Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp nghiên cứu đề tài :

+ Phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết

+ Phương pháp tham khảo tài liệu

+Phương pháp phân tích đánh giá kết quả

Cụ thể:

 Tìm hiểu về công nghệ RFID trong thực tế

 Tìm hiểu về module NRF24L01 và các module liên quan

 Tìm hiểu về module Arduino UNO R3

 Tìm hiểu về giao tiếp giữa 2 module

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu về công nghệ RFID

1.1.1 RFID là gì?

Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) cho phép một thiết bị đọcthông tin chứa trong chip không tiếp xúc trực tiếp ở khoảng cách xa, không thực hiệnbất kỳ giao tiếp vật lý nào hoặc giữa hai vật không nhìn thấy Công nghệ này cho taphương pháp truyền, nhận dữ liệu từ một điểm đến điểm khác

Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến đểtruyền dữ liệu từ các tag (thẻ) đến các reader (bộ đọc) Tag có thể được đính kèm hoặcgắn vào đối tượng được nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc giá kệ (pallet).Reader scan dữ liệu của tag và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu có lưu trữ dữ liệu củatag Chẳng hạn, các tag có thể được đặt trên kính chắn gió xe hơi để hệ thống thu phíđường 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 làm việcnhư sau: reader truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ qua anten của nó đến mộtcon chip Reader nhận thông tin trở lại từ chip và gửi nó đến máy tính điều khiển đầuđọc 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

Hình 1 1 RFID là gì

1.1.2 Hệ thống RFID

Một hệ thống RFID tối thiểu gồm những thiết bị sau:

- Thẻ RFID (RFID Tag, còn được gọi là transponder): là một thẻ gắn chíp vàAnten

- Thẻ RFID có thể thay thế cho các mã vạch trên các sản phẩm có bán tại cácsiêu thị bán lẻ Thay vì phải đưa thiết bị vào sát mã vạch để quét, RFID cho phépthông tin có thể được truyền qua những khoảng cách nhỏ mà không cần một tiếp xúcvật lý nào cả

- Thẻ RFID được đưa vào sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực như: Quản lý nhân

sự, quản lý hàng hóa vào/ra siêu thị, nhà kho, theo dõi động vật, quản lý xe cộ quatrạm thu phí, làm thẻ hộ chiếu …

Có 2 loại thẻ RFID là RFID passive tag và RFID active tag:

Passive tags: Không cần nguồn ngoài và nhận năng lượng từ thiết bị đọc,khoảng cách đọc ngắn

Active tags: Được nuôi bằng PIN, sử dụng với khoảng cách đọc lớn

- Thiết bị đọc thẻ RFID (hay còn gọi là đầu đọc-reader): để đọc thông tin từ cácthẻ, có thể đặt cố định hoặc lưu động

- Antenna: là thiết bị liên kết giữa thẻ và thiết bị đọc Thiết bị đọc phát xạ tínhiệu sóng để kích họat và truyền nhận với thẻ

- Server: nhu nhận, xử lý dữ liệu, phục vụ giám sát, thống kê, điều khiển,

Hình 1 2 Các phần trong hệ thống RFID

Đặc điểm của hệ thống RFID:

 Hệ thống RFID sử dụng hệ thống không dây thu phát sóng radio, không

mã vạch và các công nghệ khác không thể phát huy hiệu quả

1.1.3 Nguyên lí hoạt động của RFID

Thiết bị RFID reader phát ra sóng điện từ ở một tần số nhất định, khi thiết bị

RFID tag trong vùng hoạt động sẽ cảm nhận được sóng điện từ này và thu nhận năng

lượng từ đó phát lại cho thiết bị RFID Reader biết mã số của mình Từ đó thiết bị

RFID reader nhận biết được tag nào đang trong vùng hoạt động

Hình 1 3 Nguyên lí hoạt động của hệ thống RFID

1.1.4 Dải tần hoạt động của hệ thống RFID

Khi phải lựa chọn một hệ thống RFID, yêu cầu đầu tiên là chọn dải tần hoạt

động của hệ thống

 Tần số thấp - Low frequency 125 KHz: Dải đọc ngắn tốc độ đọc thấp

 Dải tần cao - High frequency 13.56 MHz: Khoảng cách đọc ngắn tốc độ

đọc trung bình Phần lớn thẻ Passive sử dụng dải này

 Dải tần cao hơn - High frequency: Dải đọc từ ngắn đến trung bình, tốc

độ đọc trung bình đến cao Phần lớn thẻ Active sử dụng tần số này.

 Dải siêu cao tần - UHF frequency 868-928 MHz: Dải đọc rộng Tốc độ đọc cao Phần lớn dùng thẻ Active và một số thẻ Passive cao tần sử dụng dải này.

 Dải vi sóng - Microwave 2.45-5.8 GHz: Dải đọc rộng tốc độ đọc lớn.

1.1.5 Ứng dụng RFID trong sản xuất

Hình 1 4 Ứng dụng RFID

Bằng sự hỗ trợ của công nghệ RFID, rất nhiều công việc được thực hiện củacon người đã được giảm thiểu và thay thế bằng hệ thống thiết bị mang lại hiệu quả tốthơn, chất lượng hơn Ví dụ:

 Trong việc quản lý kho, hệ thống RFID được sử dụng để phân loại dễ

dàng các loại vật tư, sản phẩm trong kho thông qua hệ thống tag RFID được gắn lên

từng vật tư và thiết bị đọc tag RFID Các dữ liệu thực tế của kho như vị trí, số lượng,phân loại sẽ được thu thập thông qua hệ thống RFID và đưa về lưu trữ, hiển thị tại hệthống máy chủ của kho Từ đó các thao tác xuất nhập kho được kiểm soát nhanh vàhiệu quả hơn

Hình 1 5 ứng dụng RFID trong quản lí kho hàng

 Trong sản xuất các sản phẩm theo dây truyền, hệ thống RFID được sử

dụng để thay thế thẻ Kaban giúp kiểm soát tốt hơn dây chuyền sản xuất, xác định rõbán thành phẩm đang được gia công ở công đoạn nào và kiểm soát được theo thời gianthực Ngoài ra, việc kiểm soát này cũng giúp tránh các lỗi phát sinh hoặc sự tồn đọngbán thành phẩm trên dây truyền

 Trong việc bảo quản, vận chuyển các sản phẩm tới hệ thống tiêu thụ, hệ

thống RFID được sử dụng cho quá trình theo dõi nhiệt độ, độ ẩm với nhiệm vụ truyền

những dữ liệu này về trung tâm kiểm soát Từ những dữ liệu này sẽ giúp kiểm soát tốtcác sản phẩm ở điều kiện tối ưu …

Với sự phát triển theo trào lưu cách mạng công nghệ 4.0, trong thời gian sắp tới RFID và các ứng dụng của công nghệ này sẽ tiếp tục được áp dụng giúp hình thành

nên nhiều nhà máy thông minh

Hình 1 6 Ứng dụng RFID trong hệ thống kiểm soát ra vào.

1.1.7 Ưu, nhược điểm của RFID trong sản xuất

Ưu điểm:

 Không cần thiết lập đường ngắm Để theo dõi các hội đồng nơi nhãn

mã vạch có thể được che hoặc trong các ứng dụng mà một phần được sơn hoặc tiếpxúc với các quy trình (như bảo dưỡng) sẽ làm hỏng hoặc phá hủy nhãn mã

vạch, RFID là lựa chọn tốt hơn Thẻ RFID sẽ giữ nguyên vị trí và người đọc sẽ nắm

bắt mã mà không phải lo lắng về tầm nhìn

 Dễ dàng viết lại hoặc sửa đổi dữ liệu thẻ Đối với các ứng dụng mà thẻ

RFID di chuyển bằng thùng hoặc nhà cung cấp thay vì với một bộ phận hoặc sản

phẩm cụ thể, việc linh hoạt sửa đổi dữ liệu trên sàn cửa hàng có thể giúp thẻ trở nênhữu ích hơn để theo dõi trong các hoạt động sản xuất rất năng động

 Hợp lý hóa theo dõi tài sản Một loạt các công ty sử dụng RFID để

theo dõi các container, pallet và các tài sản đắt tiền khác Lợi tức đầu tư được tạo rathông qua tối ưu hóa tài sản và không mua các tài sản không cần thiết, đồng thời cungcấp khả năng truy nguyên nguồn gốc của cả container và nội dung của nó

 Tăng cường khả năng hiển thị chuỗi cung ứng Quét mã vạch yêu cầu

hành động của con người để cung cấp cập nhật vị trí và những lần quét đó chỉ xảy ra

không liên tục Với RFID, việc theo dõi có thể được tự động hóa và xảy ra thường

xuyên hơn Điều này cung cấp khả năng hiển thị chi tiết hơn cho các hoạt động sảnxuất thông qua các cập nhật thời gian thực.

 Số lượng hàng tồn kho dễ dàng hơn Việc RFID trong sản xuất giúp tự

động hóa các tác vụ thủ công truyền thống có thể giúp giảm chi phí lao động đắt

đỏ Số lượng hàng tồn kho có thể được hoàn thành trong vài phút, với nhân viên tốithiểu

 Tiết kiệm chi phí Phần cứng RFID có xu hướng đi kèm với chi phí

thấp hơn

Không chỉ vậy, RFID còn tỏ ra vượt trội hơn so với hình thức mã vạch Barcode truyền thống Bảng dưới đây chỉ ra mức độ chênh lệch về hiệu quả của RFID so với Barcode.

Hình 1 7 Ưu điểm RFID với bar code

Nhược điểm:

 RFID vẫn đắt hơn mã vạch Việc gắn thẻ RFID ở cấp độ vật phẩm cho

các sản phẩm hoàn chỉnh rẻ tiền là rất tốn kém 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 hợpcác ứng dụng vòng kín liên quan đến các tài sản có thể tái sử dụng (như pallet), chi phícủa 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 các cơ sở của họ Nếu không có sự

tham gia của họ (đi kèm với một số chi phí), sẽ có những khoảng trống trong tầm nhìn

 RFID phức tạp hơn mã vạch Trình đọc RFID phải được cấu hình cẩn

thận để đảm bảo bạn có thể quét thành công 100 phần trăm các thẻ Do đó, nhiều thử

nghiệm phải được thực hiện với RFID hơn là với mã vạch để đảm bảo giải pháp hoạt

động đúng Môi trường sản xuất thường bao gồm rất nhiều kim loại, chất lỏng và hóa

chất - tất cả những thứ có thể cản trở hiệu suất của công nghệ RFID Tuy nhiên, tốc

độ đọc và hiệu suất khoảng cách cũng có thể khó khăn để hoàn thiện

 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 tinkinh doanh hữu ích Nếu không, hệ thống của bạn có thể bị tràn ngập thông tin vôdụng

1.2 Giới thiệu về module NRF24L01

Module NRF24L01 là một module truyền nhận dữ liệu nâng cao với khả năng kết nối point-to-point (2 node mạng), hoặc network (mạng lưới nhiều node mạng), sử dụng sóng radio 2.4GHz Khoảng cách đạt được của module không khuếch đại công suất trong không gian không vật cản là 100m và của module có khuếch đại công suất lên tới 1km

Có khả năng truyền tín hiệu 2 chiều Tức là một module vừa có thể là transmitter vừa

có thể là receiver Khác biệt so với loại 433Mhz là phải có 2 module riêng biệt

– Nhà thông minh và tự động hóa

– Hệ thống giám sát không dây

– Hệ thống cảm biến tiết kiệm điện

 Truyền được 100m trong môi trường mở với 250kbps baud

 Tốc độ truyền dữ liệu qua sóng: 250kbps to 2Mbps

 Tự động bắt tay (Auto Acknowledge)

 Tự động truyền lại khi bị lỗi (auto Re-Transmit)

 Multiceiver – 6 Data Pipes

 Bộ đệm dữ liệu riêng cho từng kênh truyền nhận: 32 Byte separate TX and RX FIFOs

 Lập trình được kênh truyền sóng trong khoảng 2400MHz đến 2525MHz (chọn được 125 kênh).

 Thứ tự chân giao tiếp : GND,VCC,CS,CSN,SCK,MOSI,MISO,IQR

 Module nRF24L01 hoạt động ở tần số sóng ngắn 2.4G nên Module này

khả năng truyền dữ liệu tốc độ cao và truyền nhận dữ liệu trong điều kiện môi trường

có vật cản

 Module nRF24L01 có 126 kênh truyền Điều này giúp ta có thể truyền

nhận dữ liệu trên nhiều kênh khác nhau

 Module khả năng thay đổi công suất phát bằng chương trình, điều này

giúp nó có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng lượng

 Chú ý: Điện áp cung cấp cho là 1.9V đến 3.6V Điện áp thường cung

cấp là 3.3V Nhưng các chân IO tương thích với chuẩn 5V Điều này giúp nó giao tiếp rộng dãi với các dòng vi điều khiển

Bảng 1 1 Chức năng chân NRF24L01

5 MISO Ngõ ra số SPI Slave Data output, với 3 lựa

chọn

6 IRQ Ngõ ra số Pin kết nối ngắt, tích cực mức

thấp

Hình 1 9 Tần số hoạt động của NRF24L01

1.3.Giới thiệu về Arduino

- Arduino Uno là một board mạch vi điều khiển được phát triển bởi

Arduino.cc, một nền tảng điện tử mã nguồn mở chủ yếu dựa trên vi điều khiển AVR Atmega328P Với Arduino chúng ta có thể xây dựng các ứng dụng điện tử tương tác với nhau thông qua phần mềm và phần cứng hỗ trợ

Giới thiệu và tổng quát về các loại Arduino

- Hiện nay trên thị trường có rất nhiều phiên bản Arduino như Arduino UnoR3, Arduino Uno R3 CH340, Arduino Mega2560, Arduino Nano, Arduino ProMino, Arduino Lenadro, Arduino Industrial

- Arduino Uno R3 là một board mạch vi điều khiển được phát triển bởi Arduino.cc, một nền tảng điện tử mã nguồn mở chủ yếu dựa trên vi điều khiển AVR Atmega328P

- Phiên bản hiện tại của Arduino Uno R3 đi kèm với giao diện USB, 6 chân đầu vào analog, 14 cổng kỹ thuật số I / O được sử dụng để kết nối với các mạch điện tử, thiết bị bên ngoài Trong đó có 14 cổng I / O, 6 chân đầu ra

xung PWM cho phép các nhà thiết kế kiểm soát và điều khiển các thiết bị mạch điện tử ngoại vi một cách trực quan

- Arduino Uno R3 được kết nối trực tiếp với máy tính thông qua USB

Linux Systems, tuy nhiên, Windows thích hợp hơn để sử dụng Các ngôn ngữ lập trình như C và C ++ được sử dụng trong IDE.

- Ngoài USB, người dùng có thể dùng nguồn điện ngoài để cấp nguồn cho bo mạch

- Các bo mạch Arduino Uno khá giống với các bo mạch khác trong cácloại Arduino về mặt sử dụng và chức năng, tuy nhiên các bo mạch Uno không đi kèm với chip điều khiển FTDI USB to Serial

- Có rất nhiều phiên bản bo mạch Uno, tuy nhiên, Arduino Nano V3 vàArduino Uno là những phiên bản chính thức nhất đi kèm với vi điều khiển

Atmega328 8 bit AVR Atmel trong đó bộ nhớ RAM là 32KB

- Khi tính chất và chức năng của nhiệm vụ trở nên phức tạp, thẻ nhớ

SD Micro có thể được kết nối thêm vào Arduino để lưu trữ được nhiều thông tin hơn

Hình 1 10 Arduino Uno R3

Các tính năng Arduino trên Board

- Arduino Uno đi kèm với giao diện USB tức là cổng USB được thêm vào bo mạch Arduino để phát triển giao tiếp nối tiếp với máy tính

- Bộ vi điều khiển Atmega328 sử dụng trên bo mạch đi kèm với một sốtính năng như hẹn giờ, bộ đếm, ngắt, chân PWM, CPU, chân I / O và dựa trên xung