Ứng dụng công nghệ RFID vào quản lý nhân sự

Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để truyền dữ liệu từ các tag thẻ đến reader bộ đọc.. Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay là hệ thống RFID bị

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG



ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ RFID VÀ

ỨNG DỤNG TRONG QUẢN LÝ NHÂN SỰ

GVHD: ThS Đào Thị Thu Thủy SVTH:

Lớp: DHDT6B

TP.Hồ Chí Minh, 07/2014

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014

Giáo viên phản biện

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Công nghệ điện tử, nhất

là các thầy cô trong bộ môn Viễn thông đã cung cấp những kiến thức nền tảng giúp chúng

em hoàn thiện đồ án này

này Cô đã rèn luyện cho chúng em tính tự lập và nhiều kinh nghiệm trong nghiên khoa học.

Kính chúc quý thầy cô nhiều sức khỏe và thuận lợi trong công việc

TP Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Lương Quang TàiHoàng Ngọc Quang

PHẦN I: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ RFID 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID 1

1.1. Giới thiệu chung về RFID 1

1.2. Phân loại hệ thống RFID 2

1.2.1. Phân loại theo tần số 3

1.2.2. Phân loại theo tiêu chuẩn 5

1.3. RFID và các hệ thống nhận dạng 6

1.3.1. Hệ thống mã vạch 6

1.3.2. Nhận dạng quang học 7

1.3.3. Nhận dạng sinh trắc học 8

1.3.4. Thẻ thông minh 8

1.3.5. Ưu và nhược điểm của hệ thống RFID 9

1.4. Một số ứng dụng của RFID 10

CHƯƠNG 2: CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG RFID 12

2.1. Thẻ (tag) 12

2.1.1. Thẻ thụ động 12

2.1.2. Thẻ tích cực 13

2.1.3. Thẻ bán thụ động 14

2.1.4. Mã hóa dữ liệu trên thẻ 15

2.2. Reader RFID 16

2.2.1. Máy phát 18

2.2.2. Máy thu 18

2.2.3. Vi mạch 18

2.2.4. Bộ nhớ 19

2.2.5. Các kênh nhập – xuất của cảm biến, cơ cấu chấp hành

và bảng tín hiệu 19

2.2.6. Mạch điều khiển 19

2.2.7. Giao diện truyền thông 19

2.2.8. Nguồn năng lượng 20

2.2.9. Các thành phần logic 20

2.3. Cơ cấu truyền dữ liệu giữa thẻ và reader 21

2.3.1. Điều chế tán xạ ngược 22

2.3.2. Kiểu máy phát 22

PHẦN II: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 23

1.1. Vi điều khiển PIC 16F887 23

1.1.1. Cấu trúc của PIC 16F887 23

1.1.2. Một số đặc tính của PIC 16F887 25

1.1.3. Tổ chức bộ nhớ 26

1.1.4. Các cổng xuất nhập của PIC 16F887 27

1.1.5. Timer0 28

1.2. Chip EM4095 29

1.2.1. Tổng quan 29

1.2.2. Sơ đồ khối 31

1.3. Thẻ thụ động 34

1.3.1. Cấu trúc 34

1.3.2. Sơ đồ khối 35

1.3.3. Tổ chức bộ nhớ của EM4100 36

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ NHÂN SỰ DÙNG RFID 37

2.1. Sơ đồ khối hệ thống 37

2.2. Mạch đọc RFID 37

2.2.1. Tính toán các thông số 37

2.2.2. Thiết kế anten cho mạch đọc 41

2.2.3. Sơ đồ mạch 43

2.3. Mạch vi xử lý 44

2.4. Khối nguồn 44

2.5. Lưu đồ giải thuật của chương trình chính 45

PHỤ LỤC 48

DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU PHẦN I Hình 1.1 Hệ thống RFID toàn diện 2

Hình 1.2 Phân loại hệ thống RFID theo tần số 3

Bảng 1.1 Chuẩn hoạt động của RFID 3

Hình 1.4 Mã vạch 7

Hình 1.5 Một phần mềm nhận dạng kí tự quang học 7

Hình 1.6 Nhận dạng dấu vân tay 8

Hình 1.7 Thẻ thông minh 9

Hình 1.8 Một số ứng dụng của RFID 11

Hình 2.1 Một số loại thẻ thụ động 13

Hình 2.2 Một số loại thẻ tích cực 14

Hình 2.3 Thẻ bán thụ động 14

Hình 2.4 Mã hóa Manchester 15

Hình 2.5 Mã hóa hai pha (biphase) 15

Hình 2.6 Mã hóa PSK 16

Hình 2.7 Một loại reader RFID 17

Hình 2.8 Các thành phần vật lý của reader 18

Hình 2.9 Các thành phần logic của reader 20

Hình 2.10 Cơ chế truyền ở trường gần và trường xa của reader 21

Hình 2.11 Cơ chế tán xạ ngược 22

Hình 2.12 Cơ chế truyền kiểu máy phát 22

PHẦN II Hình 1.1 Sơ đồ chân PIC 16F887 23

Hình 1.2 Sơ đồ khối của PIC 16F887 24

Hình 1.3 Bộ nhớ chương trình của PIC 16F887 26

Hình 1.4 Bộ nhớ dữ liệu của PIC 16F887 27

Hình 1.6 Sơ đồ chân EM4095 30

Bảng 1.1 Chức năng các chân của EM4095 30

Hình 1.7 Sơ đồ khối của EM4095 31

Hình 1.8 Cấu hình EM4095 chế độ chỉ đọc 33

Hình 1.9 Cấu hình EM4095 chế độ đọc/ghi 34

Hình 1.10 Cấu hình hoạt đồn của EM4095 34

Hình 1.11 Chức năng từng chân của EM4100 35

Hình 1.12 Sơ đồ khối của EM4100 35

Hình 1.13 Tổ chức bộ nhớ của EM4100 36

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát mạch đọc RFID 37

Hình 2.2 Tín hiệu anten tại DEMOD_IN đã được phân chia với hệ số dc 39

Hình 2.3 Cuộn dây đồng được cuốn thành N vòng 42

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý mạch đọc RFID 43

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý mạch vi xử lý 44

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 44

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

YÊU CẦU ĐỒ ÁN

 Tìm hiểu công nghệ RFID và các ứng dụng trong thực tế

 Thiết kế thi công mạch đọc thẻ RFID

 Kết hợp phần mềm và vi xử lý để ứng dụng RFID trong quản lý nhân sự

 Thiết kế và thi công được mạch đọc thẻ RFID tần số 125 kHz dùng IC EM4095.

 Kết hợp với mạch vi xử lý dùng PIC 16F887 để hiển thị lên LCD và điều khiển thiết bị

 Kiểm soát ra vào đơn giản: nếu đúng thẻ thì cho vào, nếu sai thì không cho vào

PHẦN I: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ RFID

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID

1.1. Giới thiệu chung về RFID

Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification – nhận dạng đối tượng bằng sóng radio) cho phép một thiết bị đọc thông tin chứa trong chip không 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 điểm khác

Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để truyền dữ liệu từ các tag (thẻ) đến reader (bộ đọc) Tag có thể được đính kèm hoặc gắn vào đối tượng được nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc giá kệ (pallet) Reader quét dữ liệu của tag và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu có lưu trữ dữ liệu của tag Chẳng hạn 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 làm việc như sau: reader truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ 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.Tại Việt Nam hiện nay, nhu cầu sử dụng RFID ngày càng nhiều và mở ra một thị trường vô cùng tiềm năng cho các nhà nghiên cứu, sinh viên và các nhà sản xuất Một

số doanh nghiệp Việt Nam đã bắt đầu ứng dụng các tiện ích của công nghệ RFID

Hình 1.1 Hệ thống RFID toàn diện

1.2. Phân loại hệ thống RFID

Một hệ thống RFID bao gồm một đầu đọc (Reader), một bộ phát đáp hay còn gọi

là thẻ RFID (RFID Tags), và hệ thống anten Thẻ RFID được gắn vào vật thể cần nhận dạng, chứa thông tin của vật thể đó và giao tiếp với đầu đọc bằng sóng vô tuyến,thu phát qua hệ thống anten Người dùng có thể xử lý trực tiếp thông tin trên đầu đọc, hoặc thông tin này được này đầu đọc đưa về bộ xử lý trung tâm, tự động xử lý Anten của đầu đọc có thể được tích hợp trên nó hoặc có thể là tách biệt dùng cáp để kết nối Trong khi anten của thẻ phải được tích hợp ngay trên thẻ Hầu hết thẻ RFID

có một chip IC( silicon chip), thường chứa đựng thông tin nhận dạng thẻ đồng thời xử

lý các thông tin đến từ đầu đọc

Người ta phân loại hệ thống RFID chủ yếu dựa vào tần số hoạt động, bởi cách cung cấp năng lượng cho thẻ RFID hoặc bởi các giao thức sử dụng để liên lạc giữa thẻ

và đầu đọc Sự lựa chọn tần số, công suất nguồn và giao thức truyền dữ liệu phụ thuộc

cơ bản vào dải tần cho phép, chi phí và đặc trưng của ứng dụng cụ thể

1.2.1. Phân loại theo tần số

Hình 1.2 Phân loại hệ thống RFID theo tần số

Bảng 1.1 Chuẩn hoạt động của RFID

Có 4 loại tần số chính được sử dụng cho hệ thống RFID:

 Tần số thấp LF (Low Frequency): băng tần từ 125 – 150 kHz Băng tần này phùhợp với phạm vi ngắn như hệ thống chống trộm, nhận dạng động vật, hệ thống khóa tự động

 Tần số cao HF (High Frequency): băng tần 13,56 MHz Tần số cao cho phép độchính xác cao hơn với phạm vi 3 feet (0.9m), vì thế giảm rủi ro đọc sai thẻ Vì vậy nó thích hợp với việc đọc item Các thẻ thụ động 13,56 MHz được đọc ở tốc độ 10 đến 100 thẻ trên giây và trong phạm vi 3 feet Các thẻ HF được dùng trong việc theo dõi vật liệu trong các thư viện và kiểm soát hiệu sách, theo dõi pallet, truy cập, theo dõi hành lý vận chuyển trong máy bay và theo dõi item

đồ trang sức

 Tần số siêu cao UHF (Ultra-hight Frequency): các thẻ hoạt động ở tần số 900 MHz và có thể được đọc ở khoảng cách dài hơn các thẻ HF, phạm vi từ 0.9 – 4.5m Tuy nhiên các thẻ này dễ bị ảnh hưởng bởi các nhân tố môi trường hơn các thẻ hoạt động ở tần số thấp Băng tần 900 MHz thực sự phù hợp cho các ứng dụng dây chuyền cung cấp vì tốc độ và phạm vi của nó Các thẻ này thường được sử dụng trong việc kiểm ta pallet và container, xe chở hàng và toa trong vận chuyển tàu biển

 Microwave: băng tần 2.45 – 5.8 GHz, có nhiều sóng radio bức xạ từ các vật thể

ở gần có thể cản trở khả năng truyền thông giữa reader và tag Các thẻ

microwave RFID thường được dùng trong quản lý dây chuyền cung cấp

Các tần số UHF (UHF: 868 MHz-928 MHz) không được sử dụng toàn cầu do nó không có chuẩn toàn cầu riêng Ở Bắc Mỹ, UHF có thể được sử dụng không cần cấp phép băng tần từ 908 - 928 MHz nhưng bị hạn chế do công suất phát Ở châu Âu, UHF được cho phép trongkhoảng 865.6 - 867.6 MHz Nhưng chỉ sử dụng dải không cấp phép từ 869.40 - 869.65 MHz, nhưng bị hạn chế công suất phát Chuẩn UHF cho Bắc Mỹ không được chấp nhận ở Pháp do nó ảnh hưởng tới dải tần số của quốc phòng Đối với Trung Quốc và Nhật, không có qui định nào cho UHF Mỗi ứng dụng cho UHF ở hai quốc gia này đều yêu cầu được cấp phát thông qua uỷ ban địa phương Còn đối với Úc và Newzealand, băng tần 918 - 926 MHz không cần xin cấp phép, nhưng bị hạn chế về công suất phát Các tần số này được xem là băng ISM (IndustrialMedical Scientific – Khoa học & Y học & Công nghiệp) Tín hiệu phản hồi của thẻ

có thể làm nhiễu người dùng vô tuyến khác

Việc chọn tần số radio là đặc điểm hoạt động chính của hệ thống RFID Tần số xác định tốc độ truyền thông và khoảng cách đọc thẻ Nói chung, tần số cao hơn cho biết phạm vi đọc dài hơn Mỗi ứng dụng phù hợp với một kiểu tần số cụ thể do ở mỗi

tần số thì sóng radio có đặc điểm khác nhau Chẳng hạn sóng có tần số thấp frequency) có thể xuyên qua tường tốt hơn sóng có tần số cao hơn nó, nhưng tần số cao có tốc độ đọc nhanh hơn.

(low-Hiện này không có tổ chức toàn cầu nào quản lý tần số sử dụng cho RFID Về nguyên tắc, mọi quốc gia đều có thể thiết lập các qui định cho riêng mình Tại Việt Nam, các băng tần dùng cho RFID bao gồm 13.533 – 15.567 MHz, 433.05 – 434.79 MHz, 866 – 868 MHz và 920 – 925 MHz

1.2.2. Phân loại theo các tiêu chuẩn

Mỗi nhà sản xuất thẻ RFID có những giải pháp khác nhau cho việc giao tiếp giữa thẻ và reader Kết quả là những thẻ và reader thuộc những nhà sản xuất khác nhau không thể giao tiếp với nhau Do đó, một số tổ chức đã cố gắng tạo ra những chuẩn giao tiếp chung có thể được sử dụng chung

 Chuẩn ISO: Các chuẩn ISO được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới

Sử dụng tiêu chuẩn ISO, sản phẩm sẽ tương thích ở mọi quốc gia

 ISO 14443 hỗ trợ thẻ thông minh tại tần số 13.56MHz Tiêu chuẩn này có hai loại không tương thích là A và B Một loại sử dụng điều chế PPM (Pulse Position Modulation) độ sâu 100%, và một loại sử dụng điều chế on-off độ sâu 10% khi gửi lệnh đến thẻ Loại A sử dụng cây nhị phân (binary tree walk) để giải quyết xung đột giữa các thẻ, trong khi loại

B sử dụng các khung Aloha

 Chuẩn ISO 15693 cũng hỗ trợ thẻ thông minh tại 13 MHz, nhưng vẫn còn sử dụng các cấu trúc khung cho luồng xuống và luồng lên theo một loại khác, cũng như việc giải quyết các xung đột

 ISO 18000 sử dụng ở các tần số 135 KHz ( 18000 – 1 tần số thấp), 13.56 MHz (18000 – 2 tần số cao), 860-930 MHz (18000 – 6 tần

số thấp), 2.45 GHz (18000 – 4 tần số siêu cao), 5.8 GHz ( 18000 – 5), 433.92 MHz (18000 – 7)

 ISO 11748/11785 cho theo dõi động vật, nhận dạng vật nuôi Một đầu đọc cấp nguồn, gần thẻ với 50ms truyền không điều chế tại tần số 134kHz, truyền bán song công Sau đó đầu đọc sẽ lắng nghe tần số điều chế đáp lại tại 125/134 kHz

Nhìn chung, một thẻ chỉ hiểu được một giao thức, bởi vì cần tối thiểu chi phí cũng như độ phức tạp Khi các ứng dụng đòi hỏi khả năng tương tác đa giao thức, gánh nặng thường rơi vào đầu đọc

Mã vạch có thể được đọc theo các hình ảnh quang học gọi là máy đọc mã vạch quang học hay được quét bằng các phần mềm chuyên dụng.

Các dữ liệu chứa trong mã vạch thay đổi tùy theo ứng dụng Trong trường hợp đơn giản nhất là một chuỗi số định danh được sử dụng như là chỉ mục trong cơ

sở dữ liệu trong đó toàn bộ các thông tin khác được lưu trữ Các mã EAN-13và UPC tìm thấy phổ biến trên hàng bán lẻ làm việc theo phương thức này

Hình 1.4 Mã vạch

1.3.2. Nhận dạng quang học

Nhận dạng quang học hay còn gọi là nhận dạng OCR (Optical character Regconition) sử dụng một loại chữ đặc biệt sao cho có thể vừa đọc bằng mắt thường vừa đọc tự động bằng máy móc OCR được hình thành từ một lĩnh vực nghiên cứu về nhận dạng mẫu, trí tuệ nhân tạo và machine vision

Mặc dù công việc nghiên cứu học thuật vẫn tiếp tục, một phần công việc của OCR đã chuyển sang ứng dụng trong thực tế được hiện thực qua các phần mềm nhận dạng được các công ty trên thế giới phát triển và đã dược chứng minh với tính hiệu quả của nó

Nhận dạng ký tự quang học (dùng các kỹ thuật quang học chẳng hạn như gương và ống kính) và nhận dạng ký tự số (sử dụng máy quét và các thuật toán máy tính) lúc đầu được xem xét như hai lĩnh vực khác nhau Bởi vì chỉ có rất ít các ứng dụng tồn tại với các kỹ thuật quang học thực sự, bởi vậy thuật ngữ Nhận dạng ký tự quang học được mở rộng và bao gồm luôn ý nghĩa nhận dạng ký tự số

Hình 1.5 Một phần mềm nhận dạng kí tự quang học

1.3.3. Nhận dạng sinh trắc học

Nhận dạng sinh trắc học chỉ áp dụng cho vật sống, cụ thể là dùng cho con người Dựa trên những đặc điểm sinh học có tính duy nhất của cơ thể con người như vân tay, mọng mắt, vân tay Đây được coi là công cụ xác thực nhân thân hữu

hiệu nhất mà người ta sử dụng phổ biến vẫn là nhận dạng vân tay bởi đặc tính ổn định và độc nhất của nó và cho đến nay, nhận dạng dấu vân tay vẫn được xem là một trong những phương pháp sinh trắc tin cậy nhất.

Mỗi người có một đặc điểm sinh học duy nhất Dữ liệu sinh trắc học của từng cá nhân với đặc điểm khuôn mặt, ảnh chụp võng mạc, giọng nói sẽ được kết hợp với nhau bằng phần mềm để tạora mật khẩu dành cho những giao dịch điện tử,phương thức đó là “công nghệ sinh trắc đa nhân tố”

Công nghệ nhận dạng vân tay hoạt động theo nguyên tắc: Khi đặt ngón tay lên trên một thiết bị đọc dấu vân tay, ngay lập tức thiết bị này sẽ quét hình ảnh ngón tay đó và đưa vào hệ thống Hệ thống sẽ xử lý dấu vân tay, chuyển sang dạng dữ liệu số rồi đối chiếu các đặc điểm của vân tay đó với dữ liệu đã được lưu trữ trong hệ thống Nếu dấu vân tay này khớp với dữ liệu sẽ cho phép hệ thống thực hiện các chức năng tiếp theo

Hình 1.6 Nhận diện bằng dấu vân tay

1.3.4. Thẻ thông minh

Thẻ thông minh, có kích thước giống như một chiếc thẻ ATM nhưng đượcgắn bên trong một con chip điện tử, có khả năng xử lý như một máy tính thu nhỏ Các thiết bị giao tiếp với thẻ (để cấp năng lượng điện và trao đổi dữ liệu với thẻ)

có nhiều dạng nhưng thông thường là đầu đọc thẻ (Card Reader)

Điểm quan trọng nhất của thẻ thông minh là khả năng bảo mật cao, bởi các thành phần vật lý của con chip đều ở dạng siêu nhỏ và chúng đều có khả năng chống lại các tấn công vật lý Ngoài ra, thẻ thông minh còn có ưu điểm là độ bền cao và thuận tiện trong sử dụng

Hình 1.7 Thẻ thông minh

1.3.5. Ưu và nhược điểm của hệ thống RFID

So với các hệ thống tự động nhận dạng khác RFID có các ưu điểm vượt trội sau:

 Không cần tiếp xúc vật lý khi truyền nhận dữ liệu giữa thẻ và đầu đọc, điều này tránh được các hư hỏng, vết xước gặp phải khi sử dụng thẻ thông minh

 Có thể đọc và ghi dữ liệu nhiều lần Trung bình từ 10.000 đến 100.000 lần tùy từng loại thẻ

 Đầu đọc có thể lấy thông tin mà không cần nhìn thấy thẻ Ưu điểm so với công nghệ mã vạch khi ta phải tháo rời các thùng hàng, linh kiện khi nhận dạng Giảm chi phí đáng kể về thời gian và tiền bạc

 Tầm đọc của RFID linh hoạt Tùy vào các ứng dụng cụ thẻ mà tầm đọc

có thể thay đổi từ vài chục centimet đến vài chục mét

 Thẻ RFID có thể lưu trữ thông tin đang dạng Từ những thông tin đơn giản như mã vạch ( nông sản, loại sản phẩm…) đến những thông tin phức tạp như: tài khoản cá nhân, thông tin chi tiết cá nhân… như các thẻ thông minh khác

 Khi được áp dụng những giải thuật chống đụng độ Các đầu đọc có thể đọc được nhiều thẻ trong phạm vi quản lý của nó trong khoảng thời gian rất ngắn

 RFID có thể hoạt động trong nhiều môi trường khắc nghiệt như nóng ẩm,hóa chất ăn mòn Tùy vào những ứng dụng cụ thể mà hệ thống sẽ đượcthiết kế theo môi trường đó

Song song với các ưu điểm trên, công nghệ RFID vẫn còn tồn tại những khuyết điểm cần được nghiên cứu và khắc phục:

 Giá cả vẫn còn khá cao Những thẻ RFID giá rẻ thường đi đôi với việc có rất nhiều lỗ hổng về bảo mật, ngược lại những thẻ có bảo mật tốt thì lại khá đắt Vì thế

ta phải cân đối giữa 2 vấn đề bảo mật và giá cả Ta không thể gắn 1 chip RFID cógiá 5USD lên 1 cuốn sách giá chỉ có 50.000VNĐ

 Các thông tin bên trong RFID của sản phẩm có thể đọc được ở khoảng cách xa

Vì thế phát sinh các vấn đề như thông tin cá nhân bị lộ, bị giới hacker lợi dụng Không chỉ đe dọa thông tin cá nhân của người tiêu dùng, các lỗ hổng công nghệ của RFID còn có thể "tiếp tay" cho những kẻ bất lương đánh lừa người bán hàng chỉ bằng cách đơn giản là thay đổi mã hàng, giá sản phẩm

 Đụng độ đầu đọc: Tín hiệu từ một đầu đọc có thể giao tiếp với tín hiệu từ nơi khác mà nơi đó tin tức chồng chéo nhau Điều này được gọi là đụng độ đầu đọc Một phương pháp tránh vấn đề này là sử dụng kỹ thuật phân chia thời gian đa truy cập (TDMA)

 Thiếu chuẩn chung Tại thời điểm hiện tại công nghệ RFID có xu hướng sử dụng chuẩn Electronic Product Code Generation 2 (EPC Generation 2) Chuẩn EPC Generation 2 được thiết kế để nâng cao khả năng tương thích của RFID được xuất phát từ các nhà cung cấp khác nhau Giao thức EPC Generation 2 được cấp bằng sáng chế của hãng thiết bị RFID Intermec Technologies (Mỹ) Tuy nhiên RFID Intermec Technologies giữ bản quyền sản phẩm và yêu cầu phải trả phí nếu sử dụng công nghệ của họ làm cho chi phí cho hệ thống RFID tăng cao, cản trở quá trình phát triển ứng dụng RFID Hiện nay một chuẩn RFID EPC Global miễn phí đang được xây dựng trên phạm vị toàn cầu để giải quyết vấn đề trên

1.4. Một số ứng dụng của RFID

 Quản lý kho, quản lý đăng nhập ra/vào cho nhân viên tại xí nghiệp, nơi côngsở

 Mua hàng hóa trong siêu thị, thẻ thanh toán điện tử

 Ứng dụng trong y tế: bệnh án điện tử, quản lý thuốc, quản lý thông tin bệnh nhân

 Ứng dụng trong hệ thống bảo mật, cảnh báo: thẻ ra vào, thẻ giữ xe, cảnh báo mất

đồ vật

 Ứng dụng trong lĩnh vực bưu điện, hàng không: quản lý, theo dõi bưu phẩm, hàng hóa, trạm thu phí và kiểm soát giao thông

Hình 1.8 Một số ứng dụng của RFID

CHƯƠNG 2: CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG RFID

2.1. Thẻ (tag)

Thẻ RFID là một thiết bị có thể lưu trữ và truyền được được dữ liệu tới reader không phải theo cách tiếp xúc trực tiếp mà bằng cách sử dụng các sóng vô tuyến Các thẻ RFID

có thể được phân loại theo hai cách khác nhau Dưới đây là cách phân loại thứ nhất, dựa trên cơ sở thẻ đó có chứa nguồn năng lượng ngay trên bảng mạch thẻ hay không hoặc dựa trên cơ sở các chức năng đặc biệt mà nó cung cấp:

Các thẻ thụ động có thể thực thi ở tần số LF, HF hoặc UHF

Hình 2.1 Một số loại thẻ thụ động

2.1.2. Thẻ tích cực

Các thẻ RFID tích cực có nguồn cấp bên trong để cung cấp cho các IC tạo thành tín hiệu đầu ra Các thẻ tích cực thường ổn định hơn (ít lỗi hơn) các thẻ thụ động do khả năng kết nối "phiên" với đầu đọc

Nhờ có nguồn cung cấp onboard nên các thẻ tích cực có thể phát công suất cao hơn các thẻ thụ động, cho phép chúng hoạt động hiệu quả hơn trong các môi trường có

"tần số vô tuyến thay đổi" (người, gia xúc) như nước, kim loại nặng (xe tải, container chởhàng) hoặc ở các khoảng cách xa hơn Nhiều thẻ tích cực có khoảng cách hoạt động vài trăm mét ( tùy vào tần số sử dụng ) và thời gian pin nên tới 10 năm

Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và reader, thẻ luôn truyền trước, rồi mới đến reader Vì sự hiện diện của reader không cần thiết cho việc truyền dữ liệu nên thẻ tích cực có thể phát dữ liệu của nó cho những vùng lân cận ngay cả trong trường hợp reader không có ở nơi đó

Một số thẻ loại này còn được tích hợp các bộ cảm biến để đo độ ẩm, độ rung, độphóng xạ, ánh sáng, nhiệt độ

Hình 2.2 Một số loại thẻ tích cực

2.1.3. Thẻ bán thụ động

Thẻ bán thụ động RFID là rất giống với thẻ thụ động trừ phần thêm một pin nhỏ Pin này cho phép IC của thẻ được cấp nguồn liên tục, giảm bớt sự cần thiết trong thiết kếanten thu năng lượng từ tín hiệu quay lại Các thẻ này không tích cực truyền một tín hiệuđến bộ đọc Nó không chịu hoạt động (mà nó bảo tồn pin) cho tới khi chúng nhận tín hiệu từ bộ đọc Thẻ bán thụ động RFID nhanh hơn trong sự phản hồi lại và vì vậy khỏe hơn trong việc đọc số truyền so với thẻ thụ động Phạm vi đọc của loại thẻ này có thể lên đến 30,5m trong điều kiện lý tưởng

Hình 2.3 Thẻ bán thụ động

2.1.4. Mã hóa dữ liệu trên thẻ

Với mỗi loại thẻ RFID khác nhau thì có kiểu mã hóa dữ liệu của nó khác nhau Nhìn chung, trong thực tế có ba kiểu mã hóa dữ liệu hay được sử dụng nhất là: mã hóa Manchester, mã hóa hai pha (biphase), mã hóa PSK

 Mã hóa Manchester

Đó là một kiểu mã hóa mà luôn luôn có sự chuyển đổi từ ON tới OFF hoặc từ OFF tới ON ở chính giữa chu kì bit Tại s ự chuyển tiếp từ bit logic “1” tới bit logic “0” hoặc từ bit logic “0” tới bit logic “1” thì có sự thay đổi về pha Giá trị

“high” của dạng dữ liệu được biểu thị chuyển mạch điều biến OFF (ở hình phía dưới), còn giá trị “low” được biểu thị bằng khóa ON

Hình 2.4 Mã hóa Manchester

 Mã hóa hai pha (biphase)

Tại thời điểm bắt đầu của mỗi bit, một sự chuyển đổi sẽ xuất hiện Một bit logic “1” sẽ giữ trạng thái của nó trong toàn bộ khoảng thời gian bit và bit logic

“0” sẽ chỉ ra một sự chuyển đổi ở chính giữa khoảng thời gian bit

Hình 2.5 Mã hóa hai pha (biphase)

 Mã hóa PSK

Trong quá trình điều chế các chuyển mạch ON và OFF được thực hiện luân phiên cứ mỗi chu kỳ tần số sóng mang Khi một pha xuất hiện sự thay đổi, thì Bit logic "0" được đọc từ bộ nhớ Nếu không có bất cứ sự thay đổi về pha nào sau một chu kỳ dữ liệu, thì bit logic "1" sẽ được đọc

Hình 2.6 Mã hóa PSK

2.2. Reader RFID

Để hệ thống RFID hoạt động, cần có một reader (bộ đọc) hoặc thiết bị scan có khả năng đọc các thẻ tag và chuyển kết quả đến một cơ sở dữ liệu Reader RFID được gọi làvật tra hỏi (interrogator), là một thiết bị đọc và ghi dữ liệu các thẻ RFID tương thích

Hoạt động ghi dữ liệu lên thẻ bằng reader được gọi là tạo thẻ Quá trình tạo thẻ và kết hợp thẻ với một đối tượng được gọi là đưa thẻ vào hoạt động

Một reader điển hình chứa một module tần số vô tuyến ( transceiver), một đơn vị điều khiển và phần tử kết nối đến Tag Ngoài ra reader còn được gắn với 1 giao diện bổ sung RS232,RS485…) để chúng có thể chuyển tiếp dữ liệu đọc được đến một hệ thống khác

RFID reader là hệ thần kinh của toàn hệ thống RFID Việc phần cứng của reader thiết lập các việc truyền phát dữ liệu và điều khiển nó là thao tác quan rất quan trọng trong hệ thống

Hình 2.7 Một loại reader RFID

 Giao diện truyền thông (Communicatuon Interface)

 Nguồn năng lượng (Power)

Hình 2.8 Các thành phần vật lý của reader

2.2.1. Máy phát

Máy phát của reader truyền nguồn AC và chu kỳ xung đồng hồ qua anten của nó đến tag trong phạm vi đọc cho phép Đây là một phần của máy thu phát, thành phần chịu trách nhiệm gửi tín hiệu của reader đến môi trường xung quanh và nhận lại đáp ứng của tag qua anten của reader Anten của reader được kết nối với thành phần thu phát của nó Anten của reader có thể được gắn với mỗi cổng anten Hiện tại thì một số reader có thể

hỗ trợ đến 4 cổng anten

2.2.2. Máy thu

Thành phần này cũng là một phần của máy thu phát Nó nhận tín hiệu tương tự từ tag qua anten của reader Sau đó nó gởi những tín hiệu này cho vi mạch của reader, tại nơinày nó được chuyển thành tín hiệu số tương đương (có nghĩa là dữ liệu mà tag đã truyền cho reader được biểu diễn ở dạng số)

2.2.3. Vi mạch

Thành phần này chịu trách nhiệm cung cấp giao thức cho reader để nó truyền thông với tag tương thích với nó Nó thực hiện việc giải mã và kiểm tra lỗi tín hiệu tương

tự nhận từ máy thu Thêm nữa là vi mạch có thể chứa luận lý để thực hiện việc lọc và

xử lý dữ liệu đọc được từ tag

2.2.4. Bộ nhớ

Bộ nhớ dùng lưu trữ dữ liệu như các tham số cấu hình reader và một bản kê khai các lần đọc tag Vì vậy nếu việc kết nối giữa reader và hệ thống mạch điều khiển/phần mềm bị hỏng thì tất cả dữ liệu tag đã được đọc không bị mất Tuy nhiên, dung lượng của

bộ nhớ sẽ giới hạn số lượng tag đọc được trong một khoảng thời gian Nếu trong quá trìnhđọc mà việc kết nối bị hỏng thì một phần dữ liệu đã lưu sẽ bị mất (có nghĩa là bị ghi đè bởi các tag khác được đọc sau đó)

2.2.5. Các kênh nhập – xuất của cảm biến, cơ cấu chấp hành và bảng tín hiệu

Các reader không cần bật suốt Các tag có thể chỉ xuất hiện lúc nào đó và rời khỏi reader mãi mãi cho nên việc bật reader suốt sẽ gây lãng phí năng lượng Thêm nữa là giới hạn vừa đề cập ở trên cũng ảnh hưởng đến chu kỳ làm việc của reader Thành phần này cung cấp một cơ chế bật và tắt reader tùy thuộc vào các sự kiện bên ngoài Có một số loạicảm biến như cảm biến về ánh sáng hoặc chuyển động để phát hiện các đối tượng được gắn tag trong phạm vi đọc của reader

2.2.6. Mạch điều khiển

Mạch điều khiển là một thực thể cho phép thành phần bên ngoài là con người hoặc chương trình máy tính giao tiếp, điều khiển các chức năng của reader, điều khiển bảng tín hiệu điện báo và cơ cấu chấp hành kết hợp với reader này Thường thì các nhà sản xuất hợp nhất thành phần này vào reader (ví dụ như phần mềm hệ thống firmware)

2.2.7. Giao diện truyền thông

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

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 đáp ứng Thành phần giao diện này cũng có thể xem là một phần của mạch điều khiển hoặc là phương tiện truyền giữa mạch điều khiển và các thực thể bên ngoài.Reader có thể có một giao diện tuần tự Các reader phức tạp có các tính năng như tự phát hiện bằng chương trình ứng dụng, có gắn các Web server cho phépreader nhận lệnh và trình bày kết quả dùng một trình duyệt Web chuẩn v.v…

2.2.8. Nguồn năng lượng

Thành phần này cung cấp nguồn năng lượng cho các thành phần của reader Nguồnnăng lượng được cung cấp cho các thành phần này qua một dây dẫn điện được kết nối vớimột ngõ ra bên ngoài thích hợp

2.2.9. Các thành phần logic

Hình 2.9 Các thành phần logic của reader

 Reader API: Mỗi Reader lập trình một giao diện ứng dụng API cho phép

các ứng dụng khác để yêu cầu kiểm tra tag, kiểm soát tình trạng của reader hoặc kiểm soát thiết lập cấu hình như mức năng lượng, thời gian hiện hành Thành phần này đề cập đến việc tạo ra mẫu tin để gởi đến hệ thống RFID

và phân tích mẫu tin nhận từ hệ thống

 Communication: Hệ thống giao tiếp sẽ điều khiển việc truyền thông của

bất cứ giao thức reader nào dùng để giao tiếp với phần mềm trung gian (middleware) Đây là bộ phận có thể thực thi Bluetooth, Ethernet hoặc các giao thức cá nhân cho quá trình nhận và gởi tin đến API

 Envent manager: Khi Reader nhận ra Tag gọi là giám sát (observation)

Khi một giám sát khác với giám sát tước đó người ta gọi là sự kiện Phân biệt giữa các sự kiện gọi là loại sự kiện Hệ thống phụ quản lý sự kiện gọi

là xác định kiểu giám sát để xét xem có cần gửi sự kiện này đến các ứng dụng bên ngoài của hệ thống Với reader thông minh, chúng ta có thể ứng dụng vào các xử lý phức tạp ở mức này để tạo ra lưu thông hệ thống Về bản chất một vài phần thiết bị quản lý sự kiện của middleware tự di chuyển và kết hợp với thành phần quản lý sự kiện của reader