đồ án công nghệ thông tin TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RFID

Hình 1- Hệ thống RFID Thẻ RFID không cần tiếp xúc với đầu đọc để được nhận dạng mà có thể bịđọc từ khoảng cách xa tùy thuộc vào dải tần số hoạt động của thẻ và đầu đọc.. Đáp ứng của một

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay nghành công nghệ thông tin đã có những bước phát triển vượt bậc.Chỉ từ việc phát minh ra con transistor đầu tiên năm 1947, cho đến nay các sảnphẩm công nghệ thông tin đã len lỏi đến tất cả các nghành nghề trong xã hội từnghành ngân hàng, tài chính đến các nghành bán lẻ Không những vậy chúng cũng

đã len lỏi vào mọi gia đình từ các sản phẩm gia dụng như máy giặt, tủ lạnh đếncác thiết bị giải trí truyền thông như ipod, Trong tương lai, bên cạnh việc pháttriển công nghệ vi điện tử để chế tạo ra các thế hệ bộ vi xử lý với tốc độ xử lý ngàycàng nhanh, thì các hệ thống ứng dụng vẫn sẽ phát triển rất mạnh Chính vì lẽ đó,tôi đã chọn đề tài về “Tìm hiều công nghệ RFID và ứng dụng trong quản lý bệnhnhân” Công nghệ này đã xuất hiện khá lâu nhưng cho đến nay các ứng dụng của nóvẫn chưa được triển khai rộng rãi Với việc chọn đề tài này, tôi hi vọng mình sẽ gópphần công sức bé nhỏ của mình vào công việc triển khai nó Tuy nhiên, ở mức độmột đồ án tốt nghiệp và cũng do thời gian có hạn, nên ở đây tôi chỉ thiết kế và thicông hệ thống ở mức kiểm thử Còn để có thể triển khai áp dụng nó vào thực tế thì

sẽ phải đầu tư thêm nhiều thời gian và tiền bạc Song với việc thiết kế thành công hệthống này, tôi đã thu được thêm khá nhiều kinh nghiệm làm bước đệm cho tôi trởthành kỹ sư sau khi ra trường

Qua đây em xin chân thành cám ơn thầy giáo Tiến Sĩ Lâm Hồng Thạch, làgiảng viên hướng dẫn đã nhiệt tình giúp đỡ em trong suốt thời gian thực tập và làm

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Đồ án tập trung nghiên cứu về công nghệ nhận dạng tự động RFID, nghiêncứu nguồn năng lượng trường điện từ nuôi thẻ RFID và ứng dụng nó trong quản lýbệnh nhân trong bệnh viện Công nghệ này đã xuất hiện khá lâu nhưng cho đến naycác ứng dụng của nó vẫn chưa được triển khai rộng rãi tương lai nó còn phát triểnrộng rãi hơn Tuy nhiên trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp và do thời gian có hạn tôichỉ xây dựng hệ thống quản lý bệnh nhân ở mức kiểm thử và phần mềm quản lýbệnh nhân còn đơn giản Còn để có thể triển khai áp dụng nó vào thực tế thì sẽ phảiđầu tư thêm nhiều thời gian và tiền bạc

Nội dung chính của đồ án bao gồm:

 Chương 1: Tổng quan về hệ thống RFID

 Chương 2: Lựa chọn và tính toán thiết kế

 Chương 3: Thiết kế anten cho đầu đọc RFID

 Chương 4: Phần mềm quản lý và hướng phát triển đồ án

ABSTRACT OF THESIS

Research projects focused on automatic identification technology RFID,studying energy electromagnetic fields adopter RFID tags and its application in themanagement of patients in the hospital This technology has appeared for quitesome time but until now its application has not been widely deployed it’s futuredevelopment more widely However, in the framework of graduation thesis and mytime is limited by only buiding management system at the patient testing and patientmanagement software is even simpler Also can be deployed to apply it in practicewill have to invest more time and money

The contents of the scheme include:

 Chapter 1: Overviwe of RFID System

 Chapter 2: Selection and design calculations

 Chapter 3: Designing antennas for RFID reader

 Chapter 4: Software management and development projects

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RFID 1

-1.1 Khái niệm về hệ thống RFID 1

-1.1.1 Thẻ RFID (RFID Tag) 3

-1.1.2 Đầu đọc (Reader) 10

-1.1.3 Cơ chế trao đổi năng lượng và dữ liệu 17

-1.1.4 Các dải tần số hoạt động 22

-1.1.5 Ưu nhược điểm của hệ thống RFID 25

-1.2 Tình hình phát triển của công nghệ RFID hiện nay 26

-1.2.1 Tình hình phát triển 26

-1.2.2 Các ứng dụng RFID hiện nay 28

-1.3 Mục tiêu và nhiệm vụ của Đồ án 30

-1.3.1 Mục tiêu 30

-1.3.2 Nhiệm vụ thiết kế 30

-CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 32

-2.1 Lựa chọn linh kiện 32

-2.1.1 Thẻ (Tag) RFID 32

-2.1.2 IC sử dụng trong đầu đọc RFID 37

-2.1.3 Vi điều kkhiển PIC 16F877A 44

-2.1.4 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 51

-CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ANTEN CHO ĐẦU ĐỌC RFID 54

-3.1 Nghiên cứu nguồn năng lượng trường điện từ nuôi thẻ RFID 54

-3.1.1 Từ trường do anten tạo ra 54

-3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến năng lượng nuôi thẻ RFID 58

-3.1.3 Khảo sát cường độ từ trường của anten 61

-3.2 Thiết kế anten cho đầu đọc ở tần số 125 kHz 67

-3.3 Điều chỉnh thiết kế anten cho phù hợp 69

-3.3.1 Điều chỉnh tín hiệu trên anten 69

-3.3.2 Quan hệ giữa bán kính anten và khoảng cách đọc 70

-CHƯƠNG 4: PHẦN MỀM QUẢN LÝ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỒ

ÁN… ……… 72 -4.1 Giao diện phần mềm quản lý 72

-4.2 Đánh giá hệ thống 84

-4.3 Hướng phát triển 85

-4.4 Áp dụng cho quản lý bệnh nhân trong bệnh viện Thanh Nhàn Hà Nội: - 86

-4.4.1 Thông tin bệnh viện 86

-4.4.2 Tính toán chi phí cần thiết trang bị hệ thống quản lý bệnh nhân sử dụng công nghệ RFID cho bệnh viện 87

KẾT LUẬN 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

CÁC THUẬT NGỮ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN 92

-PHỤ LỤC… 94

-DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1 Các kỹ thuật nhận dạng tự động 1

Hình 1 2 Hệ thống RFID 2

Hình 1 3 Đầu đọc và thẻ không tiếp xúc RFID trong ứng dụng thực tế 3

Hình 1 4 Các thành phần của Tag RFID 4

Hình 1 5 Sơ đồ khối vi mạch của Tag RFID thụ động 5

Hình 1 6 Thủ tục masterslave giữa Application software, reader và tag 11

Hình 1 7 Các thành phần của đầu đọc 14

Hình 1 8 Sơ đồ khối của khối HF cho hệ thống RFID ghép nối cảm ứng 15

Hình 1 9 Sơ đồ khối của khối điều khiển 16

-Hình 1- 10 Từ trường dao động (magnetic alternating field) do cuộn dây anten trên thẻ sinh ra 18

-Hình 1- 11 Năng lượng sinh ra từ từ trường dao động phía đầu đọc cung cấp năng lượng cho thẻ qua ghép nối cảm ứng 19

Hình 1 12 Tín hiệu điều biên ASK 20

Hình 1 13 Tín hiệu điều tần FSK 21

Hình 1 14 Tín hiệu điều pha PSK 21

Hình 1 15 Các cơ chế truyền dữ liệu FDX, HDX, SEQ 22

Hình 2 1 Sơ đồ chip EM4102 33

Hình 2 2 Sơ đồ khối của IC EM4102 33

Hình 2 3 Phân chia 64 bits trong bộ nhớ của EM4102 35

Hình 2 4 Mã hóa dữ liệu dạng mã Manchester 35

Hình 2 5 Sơ đồ bố trí các chân của EM4095 38

Hình 2 7 Cấu hình EM4095 dùng trong chế độ Read Write 39

Hình 2 8 Sơ đồ khối của EM4095 40

Hình 2 9 Chế độ hoạt động Read Only 43

Hình 2 10 Chế độ hoạt động Read Write 44

Hình 2 11 Sơ đồ chân của PIC 16F877A 45

Hình 2 12 Cấu trúc và dung lượng bộ nhớ của PIC16F877A 47

Hình 2 13 Bộ nhớ chương trình PIC16F877A 48

Hình 2 14 Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A 50

Hình 2 15 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 51

Hình 2 16 Layout mạch thiết bị đọc thẻ 53

Hình 3 1 Từ trường H sinh ra bởi dòng điện I 54

Hình 3 2 Từ trường H sinh ra bởi cuộn dây 55

Hình 3 3 Mạch điện mô tả hiện tượng cảm ứng từ 57

Hình 3 4 Mạch điện tương đương của thẻ RFID 58

-Hình 3- 5 Vị trí của anten đầu đọc và anten thẻ tạo nên góc  59

-Hình 3- 6 Vùng từ trường của anten đầu đọc với các vị trí khác nhau của anten thẻ…… 60

Hình 3 7 Mạch tương đương đơn giản hóa của anten phía đầu đọc 61

Hình 3 8 Sơ đồ thay thế của anten phía đầu đọc 62

-Hình 3- 9 Khảo sát sự phụ thuộc của cường độ từ trường H vào các yếu tố R và x 64

-Hình 3- 10 Sự phụ thuộc của cường độ từ trường vào bán kính vòng dây anten của đầu đọc 65

-Hình 3- 11 Sự phụ thuộc của cường độ từ trường vào khoảng cách từ thẻ đến anten đầu đọc 66

Hình 3 12 Mạch anten của đầu đọc 68 Hình 3- 13 Công thức tính toán giá trị điện cảm của cuộn cảm anten đầu đọc - 68 -Hình 3- 14 Đo tín hiệu bằng Osciloscope - 70 -

Hình 4 1 Giao diện phần mềm quản lý 74 Hình 4- 2 Đầu đọc thẻ RFID sử dụng trong bệnh viện - 88 -

-CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RFID

Khái niệm về hệ thống RFID

Nhận dạng nhãn vô tuyến (Radio Frequency Identification – RFID) là một dạng của kỹ thuật nhận dạng tự động (Automatic Identification) Trước khi tìm hiểu

về nhận dạng nhãn vô tuyến, chúng ta cần biết qua về nhận dạng tự động Nhận

dạng tự động (Automatic Identification) gọi tắt là “ID tự động” là một thuật ngữ chỉ

các công nghệ chủ dùng để giúp các máy nhận dạng các đối tượng Nhận dạng tựđộng thường được thực hiện bằng cách tự động bắt dữ liệu Đó là cách mà các công

ty muốn nhận dạng các món đồ, bắt thông tin về chúng và bằng cách nào đó thunhận dữ liệu đưa vào máy tính mà không cần nhập dữ liệu bằng tay Mục tiêu của

“ID tự động” là tăng tính hiệu quả, giảm lỗi dữ liệu đầu vào và giảm sức lao độngtrong việc nhận dạng Các công nghệ chủ được xếp dưới dạng “ID tự động” như:

mã vạch (Bar codes), nhận dạng tiếng nói, một số công nghệ sinh trắc học (biometric), nhận dạng đặc trưng quang học (Optical character Recognition – OCR)

và nhận dạng nhãn vô tuyến (RFID)

Hình 1- Các kỹ thuật nhận dạng tự động

RFID là thuật ngữ chung chỉ các công nghệ dùng sóng vô tuyến để nhậndạng tự động con người và đồ vật từ xa Hệ thống RFID bao gồm nhãn/thẻ RFID

(RFID Tag) được tạo nên bằng vi chip (IC) có gắn anten và đầu đọc (Reader) có

gắn anten Trên vi chip lưu giữ các thông tin để nhận dạng con người hoặc đồ vậtdưới dạng số theo thứ tự Đầu đọc phát ra sóng điện từ và anten của thẻ thu các sóngđiện từ số, trong trường hợp các thẻ là thẻ thụ động thì nó hấp thụ năng lượng từtrường điện từ do đầu đọc tạo nên và sử dụng năng lượng đó để nuôi các mạch vichip Vi chip sau đó điều chế sóng để thẻ phát lại về phía đầu đọc và đầu đọc biếnđổi các sóng đó thành tín hiệu và từ đó nhận dạng đồ vật có gắn thẻ ở khoảng cách

từ 5cm đến 10m tùy vào loại thẻ thẻ

Để tạo thành một hệ thống RFID hoàn chỉnh thì đầu đọc RFID cần nối với

máy chủ (host computer) Sau khi thu thập được dữ liệu từ thẻ, đầu đọc sẽ truyền dữ liệu lên máy chủ nơi chứa phần mềm trung gian (middleware) để xử lý dữ liệu và

nối hệ thống RFID với hệ thống kỹ thuật thông tin lớn hơn để quản lý dữ liệu

(database, applications, ).

Hình 1- Hệ thống RFID

Thẻ RFID không cần tiếp xúc với đầu đọc để được nhận dạng mà có thể bịđọc từ khoảng cách xa tùy thuộc vào dải tần số hoạt động của thẻ và đầu đọc

Không giống với thẻ thông minh (smart card) mà ta thường thấy sử dụng trong

dạng thẻ điện thoại hay thẻ ATM, nguồn năng lượng cấp cho thẻ RFID hoạt động

và trao đổi dữ liệu giữa thẻ RFID và đầu đọc không thông qua kết nối điện trực tiếp

mà nhờ sự cảm ứng trường điện từ trong quá trình truyền sóng vô tuyến Hệ thốngnhận dạng RFID vì vậy còn được hiểu là hệ thống nhận dạng không tiếp xúc

(contactless RFID system).

Hình 1- Đầu đọc và thẻ không tiếp xúc RFID trong ứng dụng thực tế

1.1.1. Thẻ RFID (RFID Tag)

1.1.1.1. Các thành phần của thẻ RFID

Thẻ RFID (thường gọi là Tag hay Transponder) là những thẻ điện tử nhỏ có

thể dùng độc lập hoặc được dán lên đồ vật Mỗi thẻ có một mã nhận dạng duy nhất

và có thể gắn kèm theo bộ nhớ để lưu trữ thêm dữ liệu, cảm biến môi trường hoặc

các cơ cấu bảo vệ Thẻ RFID là loại thẻ không tiếp xúc (contactless card) gồm có 2

thành phần:

- Vi mạch (Tag IC): Lưu giữ một số thứ tự duy nhất hoặc thông tin khác

dựa trên loại thẻ: Read-Only (RO), Read-Write (RW) hoặc Write OnceRead Many (WORM)

- Anten: được gắn với vi mạch truyền thông từ chip đến đầu đọc, Antencàng lớn cho biết phạm vi đọc càng lớn

Hai thành phần này được gắn lên trên lớp nền (Substrate) và sau đó sẽ được

đóng gói dưới nhiều hình dạng khác nhau tùy thuộc vào kích thước và ứng dụng

Hình 1- Các thành phần của Tag RFID

Sơ đồ khối của 2 thành phần vi mạch (Tag IC) và anten trong thẻ RFID như

sau:

Tag IC

Anten Substrate

- Vi mạch:

o Bộ chỉnh lưu (power control/rectifier): chuyển nguồn AC từ tín

hiệu anten của reader thành nguồn DC Nó cung cấp nguồn đếncác thành phần khác của vi mạch

o Máy tách xung (Clock extractor): rút tín hiệu xung từ tín hiệu

anten của đầu đọc

o Bộ mã hóa (Encoder): mã hóa tín hiệu từ bộ nhớ và từ đầu đọc để

chuyển sang điều chế

o Bộ điều chế (Modulator): tín hiệu nhận sau khi đã mã hóa được

điều chế và trở thành đáp ứng của thẻ, sau đó nó được truyền trởlại reader

o Đơn vị logic (Logic unit): chịu trách nhiệm cung cấp giao thức

truyền giữa thẻ và đầu đọc

o Bộ nhớ vi mạch (Memory): được dùng lưu trữ dữ liệu Bộ nhớ này

thường được phân đoạn (gồm vài block hoặc field) Một block nhớcủa thẻ có thể giữ nhiều loại dữ liệu khác nhau, ví dụ như mộtphần của dữ liệu nhận dạng đối tượng được gắn thẻ, các bit

AC/DC Rectifier

Power Control

CLOCK EXTRACTOR

ENCODER MODULATOR

LOGIC UNIT

checksum (chẳng hạn kiểm tra lỗi CRC) kiểm tra độ chính xác của

dữ liệu được truyền v.v…

Sự tiến bộ của kỹ thuật cho phép kích thước của vi mạch nhỏ đến mứcnhỏ hơn hạt cát (0,3mm2) Tuy nhiên, kích cỡ của thẻ không được xácđịnh bởi kích thước vi mạch của nó mà bởi chiều dài anten của nó

• Khoảng cách đọc của thẻ với đầu đọc

• Hướng cố định của thẻ đối với đầu đọc

• Hướng tùy ý của thẻ đối với đầu đọc

• Loại sản phẩm riêng biệt

• Vận tốc của đối tượng được gắn thẻ

• Độ phân cực anten của đầu đọc

Hiện tại, anten của thẻ được xây dựng bằng một mảnh kim loại mỏng (chẳnghạn đồng, bạc hoặc nhôm) Tuy nhiên, trong tương lai có thể sẽ in trực tiếp antenlên nhãn thẻ, hộp và sản phẩm đóng gói bằng cách sử dụng một loại mực dẫn cóchứa đồng, cacbon và niken

1.1.1.2. Phân loại thẻ RFID

a) Phân loại theo nguồn cung cấp cho thẻ

Theo cách phân loại này thẻ RFID có 3 loại thẻ khác nhau: thẻ thụ động

(passive tag), thẻ bán thụ động (semi-passive tag) và thẻ tích cực (active tag).

 Thẻ thụ động (passive tag)

Thẻ thụ động là loại thẻ không có nguồn cung cấp bên trong Nó hoạt độngnhờ năng lượng sóng vô tuyến cảm ứng thu được qua anten mà không cần nguồnnuôi Dòng điện xoay chiều cảm ứng này được chỉnh lưu để cung cấp nguồn điệncho thẻ Thẻ bắt đầu hoạt động khi dòng một chiều sau chỉnh lưu đạt được một giátrị xác định Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và đầu đọc, thì đầuđọc luôn truyền trước rồi đến thẻ Cho nên bắt buộc phải có đầu đọc để thẻ có thểtruyền dữ liệu của nó Bằng việc cung cấp một tín hiệu sóng vô tuyến mang nănglượng, đầu đọc có thể giao tiếp từ xa với một thiết bị không có nguồn nuôi Dòngđiện này chỉ đủ cung cấp công suất cho mạch tích hợp CMOS trong thẻ phát đi tínhiệu đáp ứng Hầu hết các thẻ thụ động nhận tín hiệu nhờ tín hiệu sóng mang tán xạngược lại từ đầu đọc Điều này nghĩa là anten phải được thiết kế để vừa nhận côngsuất từ tín hiệu đến và truyền đi tín hiệu tán xạ Đáp ứng của một thẻ thụ động RFID

không chỉ là một số dạng nhận dạng ID (mã ID duy nhất – Unique UID) mà nhiều dạng dữ liệu khác do con chip của thẻ có thể chứa bộ nhớ EEPROM

Identification-để lưu trữ dữ liệu Do không có bộ nguồn cung cấp gắn liền trên mạch nên thẻ cókích thước khá nhỏ, ví dụ như các sản phẩm gắn dưới lớp da kích thước chỉ khoảng0,15mm x 0,15mm và còn mỏng hơn độ dày của một trang giấy (7,5μm) Thêm vàom) Thêm vào

đó anten cũng tạo cho thẻ có kích thước thay đổi từ kích thước con tem bưu điệnđến kích thước của một thẻ ATM Các thẻ thụ động có khoảng cách đọc thực tế từ2mm (ISO 14443) lên đến vài mét (EPC và ISO 18000-6) tùy thuộc vào tần số vôtuyến lựa chọn và kích thước/thiết kế của anten Các thẻ thụ động RFID không yêucầu nguồn và có thể nhỏ hơn nữa với thời gian tồn tại không giới hạn do nó chịuđược các hóa chất ăn mòn như axít và nhiệt độ cao (xấp xỉ 2040oC) Thẻ thụ động

có chi phí sản xuất rẻ hơn (khoảng 0,5USD/chiếc) và không có pin nên phần lớn thẻRFID tồn tại ở dạng thụ động

lượng không đổi và loại bỏ nhu cầu thiết kế anten để lấy nguồn từ tín hiệu đầu đọcđưa đến Vì thế các anten được tối ưu với tín hiệu bị tán xạ Do đó các thẻ RFID bánthụ động sẽ đáp ứng nhanh hơn mặc dù kém ổn định và không hiệu quả bằng cácthẻ tích cực

Ưu điểm của thẻ bán thụ động so với thẻ thụ động là thẻ bán thụ động không

sử dụng tín hiệu của đầu đọc như thẻ thụ đông mà nó tự kích hoạt, nó có thể đọc ởkhoảng cách xa hơn thẻ thụ động Vì không cần thời gian tiếp năng lượng cho thẻbán thụ động, thẻ có thể nằm trong phạm vi đọc của đầu đọc ít hơn thời gian đọcquy định (không giống như thẻ thụ động), nên nếu đối tượng gắn thẻ bán thụ độngđang di chuyển ở tốc độ cao, dữ liệu thẻ vẫn có thể đọc được Thẻ bán thụ độngcũng cho phép đọc tốt hơn ngay cả khi gắn thẻ bằng những vật liệu chắn và hấp thụ

sóng vô tuyến (RF-opaque và RF-absorbent) Sự có mặt của những vật liệu này có

thể ngăn không cho thẻ thụ động hoạt động đúng dẫn đến việc truyền dữ liệu khôngthành công

Phạm vi đọc của thẻ bán thụ động có thể lên đến 10m với điều kiện lý tưởng

bằng cách sử dụng mô hình tán xạ đã được điều chế (modulated back scatter) trong

sóng UHF và sóng vi ba

 Thẻ tích cực (active tag)

Không như các thẻ thụ động, 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 địnhhơn (ít lỗi hơn) các thẻ thụ động do khả năng kết nối "phiên" với đầu đọc Đối vớiloại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và đầu đọc, thẻ luôn truyền trước, rồimới đến đầu đọc Vì sự hiện diện của đầu đọc không cần thiết cho việc truyền dữliệu nên thẻ tích cực có thể phát dữ liệu của nó cho những vùng lân cận nó thậm chítrong cả trường hợp đầu đọc không có ở nơi đó Nhờ có nguồn cung cấp onboardnên các thẻ tích cực có thể phát công suất cao hơn các thẻ thụ động, cho phép chúnghoạt 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 trở hàng) hoặc ở các khoảngcách xa hơn Nhiều thẻ tích cực có khoảng cách hoạt động vài trăm mét và thời gianpin nên tới 10 năm Một số thẻ tích cực còn bao gồm các bộ cảm biến (sensor) như

cảm biến nhiệt độ dùng để giám sát độ chín hoặc giám sát nhiệt độ của các sản phẩn

dễ bị hỏng Các cảm biến khác cũng được gắn với thẻ RFID tích cực như: độ ẩm,

va đập/biến động, ánh sáng, phóng xạ, nhiệt độ và không khí như etylen Các thẻtích cực cũng thường có dải hoạt động dài hơn (xấp xỉ khoảng 30,5 m) và bộ nhớlớn hơn các thẻ thụ động và do đó có thể lưu trữ thêm các thông tin từ bộ phát đáp.Hiện tại, thẻ tích cực nhỏ nhất có kích thước tương đương một đồng xu và được bánvới giá khá đắt khoảng 20USD nên loại thẻ này chỉ được sử dụng trong trường hợpthật cần thiết

b) Phân loại theo khả năng hỗ trợ ghi dữ liệu của thẻ

Theo cách phân loại này thẻ RFID phân ra làm 3 loại: thẻ chỉ đọc (Read Only-RO), thẻ ghi một lần-đọc nhiều lần (Write Once Read Many-WORM), thẻ đọc- ghi (Read Write-RW).

 Read Only (RO)

Thẻ RO có thể được lập trình (tức là ghi dữ liệu lên thẻ RO) chỉ một lần Dữliệu có thể được lưu vào thẻ tại xí nghiệp trong lúc sản xuất Việc này được thực

hiện như sau: các cầu chì (fuse) riêng lẻ trên vi mạch của thẻ được lưu cố định bằng

cách sử dụng chùm tia laser Sau khi thực hiện xong, không thể ghi đè dữ liệu lên

thẻ được nữa Thẻ này được gọi là factory programmed Nhà sản xuất loại thẻ này

sẽ đưa dữ liệu lên thẻ và người sử dụng thẻ không thể điều chỉnh được Thẻ RO códung lượng lưu trữ rất nhỏ (thường 64bits) Các thẻ thụ động đặc trưng là các thẻ

RO.Loại thẻ này chỉ tốt đối với những ứng dụng nhỏ mà không thực tế đối với quy

mô sản xuất lớn hoặc khi dữ liệu của thẻ cần được làm theo yêu cầu của khách hàngdựa trên ứng dụng Loại thẻ này được sử dụng trong các ứng dụng kinh doanh vàhàng không nhỏ

Do ứng dụng đơn giản trên qui mô nhỏ nên hệ thống RFID được thiết kếtrong luận văn này bước đầu thực hiện trên thẻ RO

 Write Once Read Many (WORM)

Thẻ WORM có thể được ghi dữ liệu một lần, mà thường thì không phải đượcghi bởi nhà sản xuất mà bởi người sử dụng thẻ ngay lúc thẻ cần được ghi Tuy nhiên

trong thực tế thì có thể ghi được vài lần (khoảng 100 lần) Nếu ghi quá số lần cho

phép, thẻ có thể bị phá hỏng vĩnh viễn Thẻ WORM được gọi là user programmable

Loại thẻ này có giá cả và hiệu suất tốt, có an toàn dữ liệu và là loại thẻ phổbiến nhất trong lĩnh vực kinh doanh ngày nay

 Read Write (RW)

Thẻ RW có thể ghi dữ liệu được nhiều lần, khoảng từ 10.000 đến 100.000lần hoặc có thể hơn nữa Việc này đem lại lợi ích rất lớn vì dữ liệu có thể được ghibởi reader hoặc bởi thẻ (nếu là thẻ tích cực) Thẻ RW gồm thiết bị nhớ Flash và

FRAM (Ferroelectric RAM) để lưu dữ liệu nên có dung lượng bộ nhớ lớn (thường trên 1 Kbit) Thẻ RW được gọi là field programmable hoặc reprogrammable Sự an

toàn dữ liệu là một thách thức đối với thẻ RW Hơn nữa, loại thẻ này thường đắtnhất Thẻ RW không được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng ngày nay, trongtương lai có thể công nghệ thẻ phát triển thì chi phí thẻ giảm xuống

1.1.2. Đầu đọc (Reader)

1.1.2.1. Nhiệm vụ và chức năng

Đầu đọc (Reader) là thiết bị kết nối không dây với thẻ RFID để nhận dạng

các đồ vật/đối tượng được gắn thẻ RFID Đầu đọc có nhiệm vụ kích hoạt thẻ RFID,truyền và nhận 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 truyền về máy chủ, đồngthời cũng nhận lệnh từ máy chủ để thực hiện các yêu cầu truy vấn hay đọc/ghi thẻ.Tất cả các đặc điểm của truyền thông không dây như tạo kết nối, thực hiện chốngxung đột và các thủ tục xác thực quyền đều được thực thi bởi đầu đọc

Đầu đọc thực hiện được những nhiệm vụ này là do phần mềm ứng dụng

(Application software) nằm trên máy chủ (PC) chỉ huy các lệnh đến đầu đọc theo

thủ tục master-slave, điều đó có nghĩa là trong cấu trúc phân cấp của hệ thống thì

Application software đóng vai trò là master còn đầu đọc đóng vai trò là slave chỉ hoạt động khi có lệnh từ Application software Để thực hiện một lệnh từ Application software thì trước tiên đầu đọc phải thực hiện kết nối với thẻ Lúc này

đầu đọc đóng vai trò là master trong mối quan hệ với thẻ Sau đó thẻ sẽ trả lời cáclệnh của đầu đọc.

Hình 1- Thủ tục master-slave giữa Application software, reader và tag

Một lệnh đọc đơn giản từ Application software gửi đến đầu đọc có thể bắt

đầu từ một chuỗi các bước giao tiếp giữa đầu đọc và thẻ Trong bảng 1.1, một lệnhđọc đầu tiên được bắt đầu bởi việc kích hoạt thẻ theo sau đó là thủ tục xác thực vàcuối cùng là truyền các dữ liệu yêu cầu

Application software ↔ Reader Reader ↔ Tag Nội dung

Đọc địa chỉ bộnhớ của tag

Hỏi tag có trongvùng phủ sóng ?Tag hoạt động vớiserial numberBắt đầu xác thực

Xác thực thànhcông

Lệnh đọc (địa chỉ)

Dữ liệu nhận từtag

Dữ liệu truyền đếnaplication

- Anten

a) Khối HF (HF Interface)

 Chức năng:

- Sản sinh năng lượng để kích hoạt và nuôi thẻ (thụ động)

- Điều chế tín hiệu phát đi để gửi tới thẻ

- Nhận và giải điều chế tín hiệu HF nhận từ thẻ

 Cấu hình:

- Cấu hình khác nhau phụ thuộc vào:

o Sự ghép nối (từ trường hoặc điện trường): thường ở dải tần số thấp(Low Frequency < 135 KHz), tần số cao (High Frequency 13,56MHz)

o Giao tiếp tuần tự (HDX, FDX hoặc SEQ): thường ở dải sóng cựcngắn (Microwave 2,45GHz)

- MoDem (2 đường truyền tín hiệu độc lập):

o Bộ phát (Transmitter)

o Bộ thu (Receiver)

Control Unit

(giao thức mã hóa tín hiệu)

 Sơ đồ khối

Hệ thống RFID thiết kế trong đồ án hoạt động ở dải tần số thấp (125KHz)

dựa trên nguyên lý ghép nối cảm ứng (inductively coupled system) có sơ đồ khối

của khối HF như sau:

Hình 1- Sơ đồ khối của khối HF cho hệ thống RFID ghép nối cảm ứng

Tín hiệu được truyền tới thẻ đi theo đường truyền dữ liệu (tranmission data), ngược lại tín hiệu nhận từ thẻ được xử lý trên đường nhận tín hiệu (received data)

Đầu tiên, tần số hoạt động của hệ thống (125KHz) được phát ra theo đường

truyền dữ liệu bởi một khối thạch anh tạo dao động ổn định (quartz oscillator) Để

tránh việc làm tăng tỉ lệ nhiễu so với tín hiệu rất yếu nhận được từ thẻ thì bộ tạo daođộng này tùy thuộc vào yêu cầu cao về sự ổn định pha và nhiễu các dải tần xung

quanh Tín hiệu do oscillator tạo ra được đưa vào khối điều chế (modulator) được điều khiển bởi tín hiệu dải tần cơ bản (baseband signal) của hệ thống mã hóa tín

hiệu Tín hiệu dải tần cơ bản là tín hiệu có khóa điện áp trực tiếp (ở mức TTL) trong

đó dữ liệu nhị phân được biểu diễn bằng mã nối tiếp (Machester, Miller, NRZ) Cácdạng điều chế (ASK, PSK, FSK) sẽ thực hiện trên tín hiệu do oscillator tạo ra Tínhiệu sau khi đã được điều chế được chuyển sang mức điện áp yêu cầu bởi khối

nguồn đầu ra (output module) và đưa vào khối anten (antenna box)

Đường nhận dữ liệu bắt đầu từ khối anten với thành phần đầu tiên là bộ lọc

giải thông (bandpass filter) hoặc một bộ lọc notch Trong hệ thống truyền song

công/bán song công (FDX/HDX) bộ lọc này có nhiệm vụ chặn phần lớn các tín hiệu

mạnh từ đường truyền qua khối output module và chỉ lọc lấy các tín hiệu đáp ứng từ thẻ Trong các hệ thống tần số thấp LF với điều biến tải và không có tín hiệu mang phụ (subcarrier) sử dụng một bộ lọc notch (notch filter) để tăng chiều sâu điều chế

- Thực hiện xác thực giữa thẻ và đầu đọc

Để thực hiện các chức năng phức tạp này khối điều khiển thường dựa trênmột vi điều khiển Phần mã hóa tín hiệu thường được thực hiện bởi một khối ASIC

(Application Specific Intergrated Circuit) để giúp xử lý các chu trình tính toán

chuyên sâu Khối ASIC thường được truy nhập thông qua đường bus của vi điềukhiển

 Sơ đồ khối:

Hình 1- Sơ đồ khối của khối điều khiển

Dữ liệu trao đổi giữa phần mềm ứng dụng (application software) và khối

điều khiển của đầu đọc được thực hiện qua giao diện truyền thông nối tiếp RS-232hoặc RS-485 Truyền thông giữa khối HF và khối điều khiển biểu diễn trạng tháicủa khối HF như một số nhị phân Trong hệ thống dùng điều chế ASK số logic “1”

ở đầu vào điều chế khối HF thể hiện trạng thái “HF signal on”, số logic ”0” tương ứng với trạng thái “HF signal off”.

1.1.3. Cơ chế trao đổi năng lượng và dữ liệu.

1.1.3.1. Cơ chế trao đổi năng lượng

Có nhiều cơ chế trao đổi năng lượng tùy thuộc vào nguyên tắc ghép nối giữađầu đọc và thẻ và dải tần số hoạt động Có thể chia ra làm 4 cơ chế như sau:

- Ghép nối cảm ứng (Inductive Coupling): thường dùng ở dải tần số thấp

LF (<135Khz) và tần số cao HF (13.56 MHz)

- Ghép nối tán xạ điện từ (Electromagnetic Backscatter Coupling): thường

dùng ở dải siêu cao tần UHF (868÷915MHz) và sóng vi ba microwave(2.5 GHz)

- Ghép nối gần (Close Coupling): phạm vi đọc rất nhỏ (< 1 cm) thường

dùng ở dải tần 1÷10MHz

- Ghép nối điện (Electrical Coupling)

Ở đây chúng ta chỉ tập trung nghiên cứu hệ thống ghép nối cảm ứng do dảitần hoạt động ở tần số thấp 125 KHz Hệ thống này thường áp dụng với thẻ thụđộng luôn cần cấp năng lượng từ đầu đọc Ghép nối cảm ứng tức là cơ chế hoạtđộng dựa trên nguyên lý cộng hưởng điện từ do mạch LC trên 2 thành phần thẻ vàđầu đọc tạo ra Như đã trình bày ở phần thẻ RFID (1.1.1), thẻ thụ động là một thiết

bị điện tử chứa dữ liệu gồm một vi mạch đơn và một cuộn dây lớn có chức năngnhư một anten Phía đầu đọc cũng có một cuộn dây là anten, khi cấp nguồn cho đầuđọc thì sẽ có dòng điện đi qua cuộn dây này tạo nên một trường điện từ dao động

(Magnetic alternating field H) bao quanh cuộn dây (vì trong trường hợp này thẻ

luôn hoạt động thụ động cần đến năng lượng cấp từ đầu đọc nên cuộn dây anten của

đầu đọc phải tạo ra được trường điện từ ở tần số cao và mạnh sao cho có thể xuyênqua cuộn dây và phủ kín không gian xung quanh cuộn dây điều này phụ thuộc vàothiết kế của anten phía đầu đọc – Hình 1.10) Do bước sóng của dải tần hoạt độnglớn gấp nhiều lần so với khoảng cách giữa anten của đầu đọc và anten của thẻ nêntrường điện từ có thể được hiểu đơn giản như một từ trường dao động liên quan đếnkhoảng cách giữa thẻ và đầu đọc.

Hình 1- Từ trường dao động (magnetic alternating field) do cuộn dây anten trên thẻ sinh ra

Khi thẻ đi vào vùng từ trường của đầu đọc thì năng lượng từ từ trường daođộng có thể cảm ứng sang mạch cộng hưởng qua các cuộn dây theo định luật

Faraday Nếu tần số dao động f G của từ trường dao động tương ứng với tần số cộng hưởng f R của mạch cộng hưởng LC thì trên cuộn cảm phía thẻ sẽ xuất hiện một dòng

điện cảm ứng Dòng điện cảm ứng này gây ra một điện áp Ui giữa hai đầu cuộn dâytrên thẻ Điện áp sau đó được chỉnh lưu và cung cấp năng lượng nuôi các vi mạch

và các khối chức năng khác bên trong thẻ

Phía đầu đọc có một tụ điện Cr nối song song với cuộn dây anten, điện dungcủa tụ điện được lựa chọn sao cho nó cùng với điện cảm của cuộn dây tạo thành mộtmạch cộng hưởng song song với tần số cộng hưởng tương ứng với tần số truyền củađầu đọc Phía thẻ có tụ điện C1 hợp với cuộn dây anten tạo thành một mạch cộnghưởng được điều chỉnh theo tần số truyền của đầu đọc Điện áp Ui trên cuộn dâyanten phía thẻ đạt được cực đại phụ thuộc vào mức tăng cộng hưởng trên mạchcộng hưởng song song

Hình 1- Năng lượng sinh ra từ từ trường dao động phía đầu đọc cung cấp năng lượng cho thẻ qua

ghép nối cảm ứng

Hiệu suất truyền năng lượng giữa hai cuộn dây anten phía đầu đọc và phía

thẻ tỉ lệ với tần số hoạt động f, số vòng dây cuốn n, góc đặt giữa hai cuộn dây và khoảng cách giữa chúng Khi tần số f tăng thì điện cảm của cuộn dây trên thẻ và số

vòng dây quấn giảm (<135 KHz: 100 ÷ 1000 vòng, 13.56 KHz: 3 ÷10 vòng) Vì

điện áp cảm ứng trên cuộn dây phía thẻ cũng tỉ lệ với tần số f nên giảm số vòng dây

cũng ít ảnh hưởng đến hiệu suất truyền năng lượng ở các tần số cao hơn

1.1.3.2. Truyền dữ liệu từ thẻ sang đầu đọc

Như đã miêu tả ở trên, hệ thống ghép nối cảm ứng hoạt động dựa trênnguyên tắc kiểu máy biến áp với cuộn sơ cấp phía đầu đọc và cuộn thứ cấp phía thẻ,khi khoảng cách giữa hai cuộn dây này không vượt quá 0,16λ (384m) thì thẻ sẽ nằm

trong trường gần (near field) của anten phát của đầu đọc Kết quả trả lời của thẻ

trên anten đầu đọc được thể hiện thông qua trở tháng biến đổi ZT của cuộn dâyanten đầu đọc Đóng và ngắt điện trở tải trên cuộn dây anten của thẻ sẽ làm thay đổitrở kháng ZT và làm thay đổi điện áp trên cuộn dây anten đầu đọc Điều này dẫn đếnviệc điều chế biên độ điện áp UL trên cuộn dây anten đầu đọc bởi một thẻ từ xa Nếuthời điểm đóng ngắt điện trở tải được điều khiển bởi dữ liệu thì dữ liệu có thể

Các mạch cộng hưởng song song

Tag

Từ trường H

chuyển từ thẻ sang đầu đọc Dạng truyền dữ liệu như thế này gọi là điều biến tải Đểphục hồi dữ liệu trên đầu đọc, điện áp trên anten đầu đọc được chỉnh lưu Điều nàythể hiện việc giải điều chế một tín hiệu đã được điều biên.

1.1.3.3. Cơ chế truyền dữ liệu từ đầu đọc sang thẻ

Tất cả các phương pháp điều biến số đều có thể sử dụng trong việc truyền dữ

liệu từ thẻ sang đầu đọc bằng cơ chế truyền song công (Full Duplex – FDX) và bán song công (Half Duplex – HDX) hoặc truyền tuần sự (Sequential – SEQ), không phụ

thuộc vào tần số hoạt động hay nguyên tắc ghép nối

 Các phương pháp điều chế thường dùng:

- Điều chế dịch biên (Amplitude Shift Keying)

ASK là một dạng của điều chế tín hiệu số mà ở đó tín hiệu số được biểu diễnbằng sự thay đổi biên độ của sóng mang Biên độ của tín hiệu mang thay đổi theochuỗi bit 1 và 0 mà vẫn giữ nguyên tần số và pha Mức của biên độ biểu diễn chobít logic 0 hay 1 Chúng ta có thể hiểu rằng tín hiệu mang như là một khóa đóng cắt

Ở dạng tín hiệu điều chế, bit logic 0 được biểu diễn bởi sự vắng mặt của sóng mang,bit logic 1 được biểu diễn bởi sự có mặt của sóng mang và từ đó thông tin đượctruyền đi Cũng giống như AM, ASK cũng nhạy với nhiễu, bị biến dạng trong khitruyền đi Sự điều chế và giải điều chế tương đối ít tốn kém Công nghệ ASKthường được dùng để truyền tín hiệu số trên cáp quang

Hình dưới đây mô tả bit 1 được truyền đi bằng sóng mang có biên độ E1 vàbit 0 được truyền đi bằng sóng mang có biên độ là E2

Hình 1- Tín hiệu điều biên ASK

Do cách giải điều chế đơn giản nên hầu hết các hệ thống đều dùng phương phápđiều chế ASK.

- Điều chế tần số (Frequency Shift Keying)

FSK là nguyên lý điều chế tần số mà ở đó thông tin số được truyền đi qua sựthay đổi rời rạc của tần số FSK đơn giản nhất là FSK nhị phân gọi là BFSK, sửdụng hai tần số riêng biệt để truyền đi hai bit 0 và 1

Hình 1- Tín hiệu điều tần FSK

- Điều chế pha tín hiệu (Phase Shift Keying): tín hiệu có dạng sóng dao

động có tần số f (sóng mang), thay đổi pha để biểu diễn các giá trị của tínhiệu: mỗi bit đặc trưng bởi góc pha khác nhau của tín hiệu VD: pha = 90o

cho bit 0, pha = -90o cho bit 1

Hình 1- Tín hiệu điều pha PSK

 Các cơ chế truyền thông:

- Truyền song công (FDX): tín hiệu truyền theo hai chiều đồng thời: thẻ và

bộ đọc nói cùng lúc

- Truyền bán song công (HDX): tín hiệu truyền theo hai hướng nhưngkhông đồng thời, ở chế độ phát thì phần thu bị vô hiệu hóa và ngược lại.Trong cả hai cơ chế truyền trên thì việc truyền năng lượng từ đầu đọcsang thẻ là liên tục, độc lập với việc truyền dữ liệu

- Truyền tuần tự (SEQ): quá trình truyền năng lượng từ đầu đọc sang thẻchỉ diễn ra theo một chu kỳ thời gian nhất định (theo hoạt động củaxung) Dữ liệu truyền từ thẻ sang đầu đọc xảy ra tại các quãng dừng tronglúc truyền năng lượng từ đầu đọc sang thẻ

Hình 1- Các cơ chế truyền dữ liệu FDX, HDX, SEQ

- Tốc độ truyền dữ liệu: < 1 Kbits/s, không thể đa truy nhập đồng thời

- Cường độ từ trường: 72 dBµA/m trong phạm vi 10m

- Chuẩn: ISO/IEC 18000-2

- Ưu điểm: hoạt động tốt trong môi trường nước và các đồ vật kim loại

- Nhược điểm: phạm vi đọc ngắn, tốc độ truyền dữ liệu chậm

- Phạm vi ứng dụng:

o Điều khiển truy nhập cá nhân (Personal ID Access Control)

o Theo dõi động vật (Animal Tracking)

o Giám sát xe cộ (Vehicle Immobilizer)

- Tốc độ truyền dữ liệu: 25 Kbits/s, có thể đa truy nhập đồng thời

- Cường độ từ trường: 42 dBµA/m trong phạm vi 10m

- Chuẩn: ISO 14443(A/B), ISO 15693, ISO/IEC 18000-3

- Ưu điểm: giá thành tag rẻ

- Nhược điểm: hoạt động trong môi trường nước kém hơn dải tần LFnhưng tốt hơn UHF

- Phạm vi ứng dụng:

o Thẻ thông minh (Smart Cards)

o Điều khiển truy nhập (Access Control)

o Kiểm soát sách trong thư viện (Library Books)

o Kiểm soát hành lý tại sân bay (Airline Baggage)

o Duy trì thu thập dữ liệu (Maintainance data logging)

 Siêu cao tần (Ultra High Frequency – UHF):

- Băng tần : 860 ÷ 930 MHz

- Phạm vi đọc : 3 ÷ 9 m

- Dùng thẻ RFID: thụ động (passive) và tích cực (active) dùng E-FieldBackscatter

- Tốc độ truyền dữ liệu: 28 Kbits/s, có thể đa truy nhập đồng thời

- Công suất phát xạ: 25 mW ERP 10%

- Dùng thẻ RFID: thụ động (passive) và tích cực (active) dùng E-FieldBackscatter

- Tốc độ truyền dữ liệu: 100 Kbits/s

- Phạm vi ứng dụng:

o Kiểm soát hành lý tại sân bay (Airline Baggage)

o Thu phí giao thông điện tử trên đường cao tốc (Electronic toll collection)

1.1.5. Ưu nhược điểm của hệ thống RFID

1.1.5.1. Ưu điểm

So với các công nghệ cùng loại (nhận dạng tự động) như mã vạch thì RFID

có nhiều ưu điểm nổi trội như:

- RFID là công nghệ định vị, nhận dạng đối tượng và thu thập dữ liệu tựđộng từ xa

- Các thẻ RFID có thể đọc gần như đồng thời với khối lượng lớn trongkhông gian nhất định

- Các thẻ RFID bền, chúng được chế tạo từ các hợp chất đặc biệt để chốnglại sự phá hủy của hóa chất và nhiệt độ

- Các thẻ RFID không những có thể đọc mà còn có thể ghi thông tin, có thểchứa lượng thông tin lớn hơn nhiều so với mã vạch

- Việc đọc mã vạch yêu cầu tác động của con người còn thẻ RFID thìkhông.

- Tiết kiệm năng lượng

- Quá nhiều chuẩn: Cần phải có chuẩn chung để mở rộng khả năng khaithác thẻ Hiện có nhiều hãng cạnh tranh đưa ra các chuẩn khác nhau Ví

dụ, Nokia đã sử dụng chuẩn EPCGlobal và hệ thống siêu thị Wal-Mart sửdụng ISO 14443

- Chưa có phương pháp bảo mật hiệu quả, tính riêng tư của các sản phẩmkhi sử dụng RFID còn gây nhiều tranh cãi

- Chi phí cao hơn so với sử dụng mã vạch

Do vậy khi ứng dụng RFID, cần cân nhắc giữa lợi ích thu được và chi phíđầu tư để có thể đem lại hiệu quả đầu tư tốt nhất

1.2. Tình hình phát triển của công nghệ RFID hiện nay

1.2.1. Tình hình phát triển

1.2.1.1. Tiềm năng sử dụng

Các thẻ RFID thường được hình dung như là sự thay thế cho mã vạch UPChoặc EAN và có một số ưu điểm so với công nghệ mã vạch trước đây Chúng khônghoàn toàn thay thể được mã vạch một phần là do giá thành quá cao và phần còn lại

là do có nhiều nguồn dữ liệu độc lập cho cùng một đối tượng để khai thác chúng

Hơn nữa, EPC kiểu mới cùng với một số nguyên lý khác hiện rất phổ biến mà lại cógiá thành hợp lý Việc lưu trữ dữ liệu của các mục tin cần theo dõi sẽ yêu cầu rấtnhiều terabyte trên tất cả các mức Giải pháp là lọc (không ai lưu trữ dữ liệu màkhông có mục đích xác định) Điều này giống như các sản phẩm sẽ được theo dõi

nhờ các palét (pallet) sử dụng các thẻ RFID và mã UPC hoặc EAN với các mã vạch

duy nhất ở mức đóng gói Sự duy nhất của thẻ RFID có nghĩa là một sản phẩm cóthể được theo dõi một cách độc lập khi nó được chuyển từ vị trí này đến vị trí khác

và cuối cùng là đến tay khách hàng Điều này giúp các công ty chống lại kẻ trộm vàcác hình thức mất mát sản phẩm khác Hơn nữa, việc theo dõi sản phẩm như thếcũng là một đặc điểm quan trọng mà RFID hỗ trợ không chỉ gồm thông tin nhậndạng duy nhất mà còn gồm cả số hiệu (serial number) của sản phẩm Và điều nàygiúp cho các công ty không chỉ đối phó với sự thiếu chất lượng mà còn góp phầntìm theo dõi và tìm hiểu khách hàng sau bán hàng Thẻ RFID tích cực cũng có tiềmnăng thực hiện chức năng như những cảm biến từ xa giá thành thấp dùng để loanbáo thông tin từ một trạm gốc Các ứng dụng có thể gồm: cảm biến về tình trạngđường nhờ các đèn báo, bản tin thời tiết, giám sát mức ồn

1.2.1.2. Thế hệ thứ 2 (Gen 2 )

EPCglobal hiện đang làm việc về các chuẩn quốc tế sử dụng RFID và EPCtrong việc nhận dạng bất kỳ đối tượng gì cho các công ty trên toàn cầu Cơ cấu bangiám đốc gồm đại diện của GS1, GS1 US, công ty Gillette, Procter&Gamble, Wal-Mart, Hewlett-Packard, Johnon&Johson, Chackpoint Systems và Auto-ID Labs vàcác thành viên khác

Chuẩn EPCglobal thế hệ 2 được đệ trình tháng 12/2004, và gần như tạothành một xương sống các chuẩn thẻ RFID đi lên Chuẩn này được đề xuất sau mộtcuộc tranh cãi từ Intermec do nó có thể xâm phạm đến một số chuẩn tiền thân củaRFID Cuối cùng người ta quyết đinh: chuẩn này bản thân nó không xâm phạm đếncác chuẩn tiền thân, nhưng nó cần thiết phải tra tiền bản quyền cho Intermec nếunhư thẻ loại này được đợc ở theo một cách cụ thể EPC Gen2 chính là viết tắt củaEPCglobal UHF thế hệ 2 Việc chuẩn hoá EPC dẫn đến được chấp nhận là ISO,cùng với các chuẩn bổ sung dựa trên chuẩn ISO 18000-6

1.2.1.3. Các chuẩn xây dựng cho công nghệ RFID

 ISO 11784 & 11785 - Các chuẩn này qui định nhận dạng tần số vô tuyếncho động vật đưa ra khái niệm kỹ thuật và cấu trúc mã

 ISO 14223/1 - Nhận dạng tần số vô tuyến với động vật, bộ thu phát cao cấp– giao diện vô tuyến

1.2.2. Các ứng dụng RFID hiện nay

- Trong vận chuyển và 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 theochuẩn công nghiệp cho phép xác định loại xe/toa hàng, chủ sở hữu, số xe Các thẻnày được gắn vào gầm xe, toa hàng Các anten được cài đặt ở giữa hoặc bên cạnhđường ray vận chuyển, các đầu đọc và các thiết bị hiển thị được lắp theo chuẩntrong vòng khoảng 40 đến 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 Mụcđích chính trong các ứng dụng vận chuyển theo ray là cải tiến kích thước và tốc độvận chuyển nhanh chóng cho phép giảm kích thước xe hàng hoặc giảm thiểu chi phícho việc đầu tư các thiết bị mới RFID còn được ứng dụng trong hệ thống thu phícầu đường bộ hay cho phép các hãng hàng không kiểm soát hành lý của hànhkhách

- 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 môitrường thời tiết khắc nghiệt nên thích hợp để định danh các vật chứa, lưu giữ sảnphẩm lâu dài như container, cần cẩu, xe kéo v.v… Một mặt, các thẻ RFID cho phép

xác định sản phẩm mà nó được gắn vào (ví dụ: part number, serial number, trong hệthống đọc/ghi, hướng dẫn quy trình lắp ráp xử lý sản phẩm) Mặt khác, thông tinđầu vào được nhập bằng tay (hoặc bằng các đầu đọc mã vạch) cho phép hệ thốngđiều khiển/kiểm soát Sau đó những thông tin này có thể được truy xuất bởi các đầuđọc RFID.

- 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 siêuthị lớn đã sử dụng các thẻ RFID mỏng dán lên hàng hóa thay cho mã vạch, giúpviệc thanh toán nhanh chóng, dễ dàng hơn Nếu hàng hóa nào chưa thanh toán tiền

đi qua cửa, máy nhận dạng vô tuyến RFID sẽ phát hiện ra và báo cho nhân viên anninh Ngoài ra, các công ty bách hóa không còn phải lo kiểm kho, không sợ giaonhầm hàng và thống kê số đầu sản phẩm đang kinh doanh của cả tổ hợp cửa hàng.Hơn nữa họ còn có thể biết chính xác bên trong túi khách hàng vào, ra có những gì

- 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 hoạtđộng hiệu quả trong các môi trường khắc nghiệt những nơi bụi bẩn, ẩm ướt quámức hay có phạm vi quan sát bị hạn chế Một trong các lợi ích nổi bật của RFID làkhả năng đọc trong các môi trường khắc nghiệt với tốc độ đáng chú ý: trong hầu hếtcác trường hợp thời gian phản ứng dưới 100 mili giây

- Trong công tác quản lý bảo quản sản phẩm: 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 sựhiệu 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 loạitừng 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 kếsách cuối ngày càng trở lên đơn giản Các hạt giống có giá trị, động vật thí nghiệmliên 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 củacông nghệ 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 đọcthẻ (không phải nhét vào), ngay lập tức máy phát ra một tiếng bíp, dữ liệu vào, racủa nhân viên đó đã được ghi nhận và lưu trữ trên máy chấm công Trong trườnghợp nếu những nhân viên nghỉ việc, thẻ nhân viên sẽ được thu hồi và tái sử dụng màkhông ảnh hưởng đến chất lượng thẻ Ưu điểm nổi bật của thẻ RFID so với thẻ mãvạch (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 báocáo thống kê nhanh để ban giám đốc biết số lượng nhân viên đang có mặt, số nhânviên nghỉ hoặc biết được trình độ tay nghề từng nhân viên; nhân viên nào hết hạnhợp đồng lao động; bảo hiểm xã hội, bảo hiểm y tế

- 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 trẻmới sinh và bệnh nhân cao tuổi mất trí Ngoài ra còn ứng dụng trong việc quản lý

hồ sơ bệnh án

1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ của Đồ án

1.3.1. Mục tiêu

Đồ án này được thực hiện với các mục tiêu sau:

 Nghiên cứu công nghệ nhận dạng tự động RFID

 Nghiên cứu nguồn năng lượng trường điện từ nuôi thẻ RFID

 Ứng dụng công nghệ RFID vào công tác quản lý bệnh nhân

1.3.2. Nhiệm vụ thiết kế

 Thiết kế chế tạo thử nghiệm hệ thống đầu đọc thẻ ứng dụng trong quản lýbệnh nhân Lựa chọn giải pháp công nghệ thích hợp

o Tần số hoạt động của đầu đọc RFID: 125 KHz

o Giới hạn sử dụng thẻ RFID: thẻ thụ động, Read-Only, 64 bits

o Phương thức điều chế: ASK

o Phạm vi đọc thẻ ~ 10 cm

o Thiết kế anten cho đầu đọc, nghiên cứu trường điện từ cung cấp nănglượng cho anten đầu đọc

 Lập trình các chương trình quản lý và điều khiển hệ thống

 Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến trong toàn bộ hệ thống thông tin

 Lắp đặt thử nghiệm hệ thống, đánh giá chất lượng của hệ thống