đồ án vi điều khiển thiết kế máy chấm công dùng công nghệ RFID

đồ án vi điều khiển thiết kế máy chấm công dùng công nghệ RFID

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay nghành công nghệ điện tử đã có những bước phát triển vượt bậc Chỉ từ việc phát minh ra con transistor đầu tiên năm 1947,cho đến nay các sản phẩm công nghệ thông tin đã len lỏi đến tất cả các nghành nghề trong xã hội từ nghành 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 tính, ti vi đến các thiết bị giải trí truyền thông Trong tương lai, bên cạnh việc phát triển công nghệ vi điện tử để chế tạo ra các thế hệ bộ vi xử lý với tốc độ xử lý ngày càng nhanh, thì các hệ thống ứng dụng vẫn sẽ phát triển rất mạnh

Vì vậy đồ án vi điều khiển thiết kế máy chấm công dùng công nghệ RFID đã được ra đời Công nghệ này đã xuất hiện khá lâu nhưng cho đến nay các ứng dụng của nó đã được triển khai rộng rãi Với việc chọn đề tài này, chúng em hi vọng mình sẽ góp phần công sức bé nhỏ của mình vào công việc triển khai nó Qua đây chúng em xin chân thành cảm ơn cô Bùi Thị Duyên cùng các thầy cô khác đã giúp đỡ tận tình để chúng em hoàn thành đề tài này

Hà Nội, ngày 5/12/2013

MỤC LỤC

Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THƯ 3

I Đặt vấn đề. 3

II Nhiệm vụ thiết kế. 4

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI MÁY CHẤM CÔNG 5

I Giới thiệu chung về máy chấm công 5

1 Máy chấm công là gì ? 5

2 Phân loại máy chấm công 5

II Giới thiệu một số máy chấm công hiện nay 6

1 Giới thiệu máy chấm công vân tay 6

2 Giới thiệu máy chấm công thẻ mã vạch 10

3 Giới thiệu máy chấm công thẻ sóng tần số vô tuyến dùng công nghệ RFID 12

4 Giới thiệu máy chấm công thẻ giấy 26

III Đánh giá chung và lựa chọn phương án thiết kế. 28

1 Đánh giá chung 28

2 Lựa chọn phương án thiết kế 29

Chương 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 30

I Yêu cầu thiết kế 30

II Sơ đồ khối hệ thống 30

1 Khối xử lý trung tâm 31

2 Khối đọc 34

3 Khối nguồn 35

4 Khối đầu ra (Output) 35

5 Khối giao tiếp máy tính 36

6 Thẻ tag 36

III Nguyên lí hoạt động của các khối : 1.Khối điều khiển :PIC 16F886 2.Khối đọc : 2.1 Giao tiếp giữa thẻ thụ động EM4100 và chip EM4095 57

2.1.1 Hoạt động của chip EM4095 57

2.1.2 Hoạt động của thẻ thụ động EM4100 62

2.1.2.1 Sơ đồ các khối của chip EM4100 63

2.1.2.2 Tổ chức bộ nhớ của chip EM4100 64

2.1.2.3 Mã hóa dữ liệu trên thẻ 64

2.1.2.3.1 Mã hóa Manchester 65

2.1.2.3.2 Mã hóa hai pha 65

2.1.2.3.3 Mã hóa PSK 65

2.1.3 Sơ đồ khối mạch RF và tính toán các thông số 66

2.1.4 Thiết kế anten cho reader 68

2.1.5 Phương pháp điều chế sóng mang OOK 74

2.2 Giao tiếp chuẩn USB giữa reader và máy vi tính 77

2.2.1 Chuẩn giao tiếp USB 77

2.2.1.1 Quy trình làm việc trong giao tiếp USB 78

2.2.1.2 Các đặc trưng của giao tiếp USB 78

2.2.1.3 Chuẩn giao tiếp USB 2.0 79

2.2.1.4 Chuẩn giao tiếp USB 3.0 79

2.2.2 Lớp định nghĩa HID 80

2.2.2.1 Tổng quan về quản lý chung của lớp HID 81

2.2.2.2 Mô hình hoạt động 82

2.2.3 Vi điều khiển PIC18F2550 và sơ đồ khối mạch điều khiển 83

2.3 Thiết kế phần mềm quản lý 86

2.3.1 Xây dựng giao diện 86

2.3.4 Quản lý kết nối USB giữa reader và máy tính 95

2.4 Kết luận 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 98

BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ VIỆT – ANH 99

PHỤ LỤC A 102

PHỤ LỤC B 110

PHỤ LỤC C 112

Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THƯ

I Đặt vấn đề.

Với xu thế công nghiệp hóa đang diễn ra nhanh chóng, cùng với sự phát triển của nền kinh

tế Việt nam hiện nay, đồng thời các khu công nghiệp, nhà máy, văn phòng với đủ loại quy mô

và nghành nghề khác nhau đang ngày một tăng lên cả về số lượng và quy mô hoạt động

Để vận hành một đơn vị sản xuất kinh doanh, cần đòi hỏi rất nhiều hạng mục như vật tư, máy móc, thiết bị, công nghệ, con người và kèm theo đó là rất nhiều những tài nguyên hay những quy trình nhằm đảm bảo quá trình sản xuất kinh doanh diễn ra một cách bài bản và có hiệu quả cao Một phần không thể thiếu để quản lý con người và hiệu suất làm việc chính là hệ thống máy chấm công Mục tiêu này về cơ bản là nhằm đảm bảo cho quá trình điều hành sản xuất được hiệu quả, và cao hơn nữa là tối ưu hóa nguồn tài nguyên về con người và chi phí lao động trên mỗi đơn vị thời gian làm việc

Tính năng mà máy chấm công đem lại:

- Hệ thống đáp ứng được việc làm giảm tối đa thời gian chấm công cho các nhân viên chấm công

- Bảo mật và chính xác tuyệt đối: Sai sót trong việc chấm công bằng phương pháp thủ công thường xuất phát từ yếu tố con người Giải pháp máychấm công sẽ giúp các doanh nghiệp hạn chế tối đa các sai sót không đáng có Hàng trăm ngàn doanh nghiệp sử dụng máy chấm công trên thế giới đều cho ta một kết quả chung là: cho ta các biểu thống kê theo yêu cầu của hệ thống tính lương trong nhiều loại hình doanh nghiệp

- Bất kỳ thời điểm nào người quản lý cũng có thể biết được tình trạng đi làm của của nhân viên của công ty, kịp thời có những biện pháp nhắc nhở đối với những nhân viên kém tích cực trong khi làm việc

- Tạo cho nhân viên ý thức làm việc chuyên nghiệp: Theo lý thuyết quản lý của các nướctiên tiến, ý thức làm việc quan trọng hơn trình độ Điều này ngày càng đúng khi bản thâncác doanh nghiệp hướng tới việc chuyên môn hóa cao độ Các nhân viên thay vì một lúcphải làm nhiều việc thì nay chỉ phải tập trung giải quyết những công đoạn cụ thể trongguồng công việc và được đào tạo liên tục Việc đi làm đúng giờ theo đúng tác phongcông nghiệp trở thành 1 yêu cầu hàng đầu và bắt buộc đối với 1 nhân viên chuyên nghiệp.Qua việc sử dụng máy chấm công, tất cả các lần đăng nhập của nhân viên thể hiện rõ anh/chị ta đang ở mức độ nào về ý thức làm việc và lỡ trong tháng anh/chị ta có lỡ đi làmmuộn thì cũng sẽ có những thống kê để nhân viên đó có thể tự điều chỉnh bản thân.

Ngoài việc tạo cho nhân viên có tác phong công nghiệp và ý thức làm việc, việc sử dụngmáy chấm công cũng đồng thời làm tăng tính chuyên nghiệp của doanh nghiệp trước các đốitác, bạn hàng

- Bổ sung được nhiều thông tin phục vụ cho công tác quản lý tra cứu về số liệu chấm côngcủa nhân viên

Lợi ích máy chấm công đem lại:

- Tiết kiệm chi phí quản lý cho doanh nghiệp

- Quản lý nhân sự nhanh, dễ dàng truy vấn thông tin

- An toàn, hiệu quả, chính xác, khách quan, công bằng

- Nâng cao ý thức người nhân viên góp phần nâng cao năng suất công việc

II Nhiệm vụ thiết kế.

Máy chấm công ngày phổ biến trong các doanh nghiệp: là một thiết bị không thể thiếu trongviệc quản lý nhân sự Với sự công nghệ tiên tiến như hiện nay việc thiết kế một máy chấmcông quẹt thẻ không phải là điều khó khăn Để làm được điều đó ta cần thiết kế một máy chấmcông với các chức năng sau:

1 Máy chấm công quẹt thẻ

Mỗi một nhân viên sẽ sử dụng một chiếc thẻ được lưu dữ các thông tin cá nhân trên thẻ vàdùng dể truy nhập mỗi khi quẹt thẻ

2 Bộ nhớ lưu trữ dữ liệu trong vòng 1 năm

Các phím chức năng cho phép truy cập vào các dữ liệu có trong máy.

4 Màn hình hiển thị LCD

Màn hình LCD hiển thị các thông tin dữ liệu của chủ thẻ giúp cho người quản lý có thể tra cưu thông tin, quản lý các nhân viên một cách dễ dàng

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI MÁY CHẤM CÔNG

I Giới thiệu chung về máy chấm công

1 Máy chấm công là gì ?

Máy chấm công là một thiết bị dùng để ghi nhận thời gian ra vào của các nhân viên trongmột công ty Máy chấm công là công cụ giải quyết triệt để tình trạng chấm công hộ, hiện tượngphổ biến hiện nay trong các doanh nghiệp, đặc biệt là các doanh nghiệp có số lượng nhân viênlớn

Hình 1: Một số hình ảnh của máy chấm công vân tay và thẻ từ

2 Phân loại máy chấm công.

Máy chấm công có 2 loại cơ bản nhất:

Máy chấm công cơ học: Dữ liệu chấm công được lưu trên các thẻ chấm công làm bằng giấy.

Khi cần xử lí dữ liệu chấm công, người xử lí cần phải tự đọc bằng máy và thêm vào hệ thốngdata như máy chấm công thẻ giấy

Máy chấm công điện tử: Máy chấm công điện tử có bộ nhớ để lưu các dữ liệu chấm công.

Người sử dụng có thể dùng phần mềm để kết nối với máy và lấy các dữ liệu chấm công màmình muốn biết Máy chấm công điện tử có nhiều thể loại như sau:

- Máy chấm công vân tay

- Máy chấm công thẻ mã vạch

- Máy chấm công thẻ sóng tần số vô tuyến RFID

- Máy chấm công thẻ từ ( magnetic card )

- Máy chấm công thẻ cảm ứng (proximity card )

II Giới thiệu một số máy chấm công hiện nay

1 Giới thiệu máy chấm công vân tay.

1.1 Đôi nét về công nghệ vân tay

Với nhu cầu cấp bách đối với bảo mật cao ngày càng tăng, sinh trắc học đã được nhắm vào

để tạo ra một phương pháp nhận dạng cho thế hệ tiếp nối Trong số hàng loạt công nghệ sinh

Nhận dạng vân tay có thể là phương pháp phức tạp nhất của tất cả công nghệ sinh trắc vàđược xác nhận qua nhiều ứng dụng Nhận dạng vân tay đã chứng thực một cách đặc biệt vềtính hiệu quả cao của nó và là công nghệ được đề cao xa hơn nữa trong ngành điều tra tộiphạm hơn một thế kỷ Thậm chí như dáng đi con người, gương mặt, hoặc chữ ký có thể thayđổi với thời gian và có thể được làm giả hoặc mô phỏng theo Tuy nhiên, vân tay là duy nhấthoàn hảo theo từng riêng lẻ và cố định không thay đổi theo thời gian Tính riêng biệt này đãminh chứng rằng nhận dạng vân tay là chính xác và hiệu quả hơn các phương pháp nhận dạngkhác.

Ngoài ra, Vân tay có thể được chụp ảnh lại và được số hóa bằng những thiết bị giá thànhthấp và nén một cách hiệu quả nên chỉ mất một dung lượng nhỏ để lưu trữ một lượng dữ liệulớn của thông tin Với những sức mạnh này, nhận dạng vân tay là một phần chủ yếu trên thịtrường an ninh và tiếp tục cạnh tranh hơn những cái khác trên khắp thế giới ngày nay

1.2 Lịch sử phát triển

Việc bắt đầu sử dụng vân tay là ở thời gian rất xa xưa Theo lịch sử tìm thấy, vân tay đãđược sử dụng trên những tấm thẻ bằng đất sét cho việc giao dịch kinh doanh ở thời Babylon cổxưa Ở Trung Quốc, dấu vân tay được tìm thấy trên những con dấu bằng đất sét Nhưng mãiđến thế kỷ 19 những kết quả nghiên cứu khoa học mới được phổ biến và công nghệ vân taymới bắt đầu được xem xét hàng loạt Vào đầu những năm 1900, công nghệ vân tay đã gặp mộtbước ngoặt lớn khi nó cho ra đời “live-scan”, một phương pháp đạt được hình ảnh vân taykhông sử dụng mực in Khi FBI loan báo rằng đó là kế hoạch để ngưng sử dụng những thẻ vântay bằng giấy cho những thành viên mới gia nhập AFIS (IAFIS) nội bộ của họ Đó là thực tếđang công bố gây một bước nhảy vọt cho công nghệ Live-Scan ngày hôm nay

Những công nghệ công nghệ nhận dạng vân tay không dừng lại chỉ cho mục đích pháp lý

Nó đã được sử dụng một cách chính thức cho mục đích kinh doanh vào năm 1968 tại mộtnhóm kinh doanh về an ninh tại đường Wall Vân tay ngày nay đang được sử dụng như là mộtphương pháp nhận dạng hiệu quả và chắc chắn trong nhiều lĩnh vực, bao gồm tài chính, y học,kinh tế điện tử và ứng dụng điều khiển truy nhập và khóa cửa Ứng dụng hiện đại nhất củacông nghệ vân tay là nhờ vào phần lớn của sự phát triển của mắt đọc vân tay dạng nén mộtcách phi thường

1.3 Xử lí nhận dạng vân tay

Hình 2: Máy chấm công vân tay

Xử lý nhận dạng vân tay bao gồm hai quy trình thiết yếu: Sự đăng ký (Enrollment ) và sựnhận dạng (Authentication) Hệ thống nhận dạng vân tay so sánh giữa hình ảnh vân tay đầuvào và dữ liệu đã đăng ký trước để xác định vân tay đúng Tất cả các bước được mô tả ở trên làchỉ ra tính hoàn thiện của hệ thống toàn vẹn, nhưng gánh nặng của máy điện toán của các bướcsau đây có thể được cắt giảm một phạm vi lớn bằng việc thu được một hình ảnh vân tay chấtlượng cao cho bước đầu tiên

Hình 3: Phương thức nhận dạng vân tay Bước 1 Thu gom hình ảnh vân tay

Phương pháp thu gom hình ảnh thời gian thực là sự phân lớp một cách đại khái là thuộcquang học (optical) và không thuộc quang học (non-optical) Phương pháp thuộc về quang học

là dựa vào hiện tượng phản xạ tuyệt đối trên bề mặt kiến hoặc tăng cường thêm một lớp chấtdẽo ở nơi mà ngón tay tiếp xúc Mắt đọc thông thường bao gồm một lăng kính và một khốiCCD(Charged Coupled Device) hoặc là mắt đọc hình ảnh CMOS Trong sự tương phản, mắtđọc bán dẫn, ví dụ tiêu biểu như những mắt đọc không thuộc quang học, khai thác những đặctính thuộc về điện của ngón tay chẳn hạn như là điện dung Sóng siêu âm, nhiệt, và áp suất

với sự sản xuất qui mô lớn và hạn chế về kích thước chẳn hạng như tích hợp với thiết bị diđộng.

Xem bản 1 là chi tiết so sánh

Phương pháp

đo lường Ánh sáng Ánh sáng, nhiệt độ, điệndung, sóng siêu âm

và hình ảnh chất lượng cao

Giá thành thấp với tích hợpkích cỡ nhỏ, tiêu thụ nguồnthấp

Dễ bị hư bề mặt điện vàgặp khó khăn với nhiệt độ

và ngón tay khô

Ứng dụng

Hệ thống chấm công và điềukhiển ra vào, điều khiển dịch

vụ ngân hàng và bảo mật máy

vi tính

Bảo mật máy vi tính, nhậndạng tài chính điện tử, thiết

bị cầm tay và thẻ thôngminh

Bước 2 Sự rút trích đặc điểm riêng.

Có hai cách chính để so sánh hình ảnh đầu vào và dữ liệu đã đăng ký Một là so sánh mộthình ảnh này với hình ảnh khác một cách trực tiếp Cách khác là so sánh đặc tính đoạn trích từmỗi hình ảnh vân tay Sau cùng là được gọi là việc kết nối so sánh đặc tính cơ bản (feature-based)/ minutia-based Mỗi ngón tay có duy nhất một hình thể riêng theo các đường nổi thànhdòng gọi là “ridges” và những vùng lổ giữa chúng gọi là “valleys” Như thể hiện ở hình bêndưới, ridges được đại diện là những đường màu đen, trong đó valleys là trắng

Hình 4: So sánh các đặc điểm riêng của vân tay

Bước 3 Sự kết nối so sánh– Matching

Bước Matching được phân lớp thành matching 1:1 và matching 1:N theo như mục đích của

nó hoặc số mẫu tham khảo Macthing 1:1 cũng được gọi là sự kiểm tra và sự nhận dạng riêngbiệt Nó là một thủ tục đòi hỏi người dùng khai báo rõ anh ta hay cô ta, có nghĩa là chỉ rõ IDvới vân tay Sự so sánh xảy ra chỉ một lần giữa hình ảnh vân tay đầu vào và một cái được chọn

từ dữ liệu theo sự khai báo của người dùng Trái lại, matching 1:N biểu thị lại một thủ tục nơi

mà hệ thống xác định rõ của người dùng bằng việc so sánh vân tay đầu vào với thông tin trong

dữ liệu mà không cần đòi hỏi sự khai báo của người dùng Một ví dụ hoàn hảo của việc này làAFIS (Automated Fingerprint Indentification System) được sử dụng thường xuyên trong việcđiều tra tội phạm

Kết quả đầu ra của bước Matching là có hay không có vân tay đầu vào đúng với một cáiđược so sánh trong dữ liệu Vậy, làm thế nào có thể xác định chính xác của thủ tục matchingđược đại diện bằng con số? Sự đo lường đơn giản nhất là FRR (False Reject Rate) and FAR(False Accept Rate) Đầu tiên là tỉ lệ từ chối người dùng đích thực và sau cùng là tỉ lệ chấpnhận kẻ mạo danh

1.4 Thị trường ứng dụng vân tay

Thị trường ứng dụng vân tay đối với công nghệ vân tay bao gồm điều khiển truy nhập vàứng dụng khóa cửa, chuột nhận dạng vân tay, điện thoại di động vân tay, và nhiều ứng dụngkhác Thị trường vân tay được phân lớp như hình bên dưới:

Theo công nghệ tiến bộ cho phép kích cỡ mắt đọc vân tay ngày càng thu nhỏ nhiều hơn,dãy ứng dụng được trải rộng cho thị trường di động Xem xét kênh phát triển của thị trường diđộng hiện tại, tiềm năng của nó là lớn nhất của toàn bộ thị trường ứng dụng

Hình 5: Ứng dụng của vân tay.

2 Giới thiệu máy chấm công thẻ mã vạch.

Với nhu cầu của xã hội ngày càng cao cùng với sự phát triển của kinh tế thị trường các nhàquản lý cần có các công cụ để có thể quản lý cả về con người lẫn hàng hóa.

Và hơn nữa, sự phát triển toàn diện của khoa học kỹ thuật cuối thế kỷ XX về nhiều lĩnhvực trong đó có công nghệ số - vi xử lý và công nghệ quang điện tử, đã góp phần không nhỏvào việc hoàn thiện dần máy chấm công Máy chấm công thế hệ mới hiên nay đã có thể giaotiếp trực tiếp với máy vi tính hữu tuyến thông qua các cổng và các chuẩn giao tiếp truyềnthông hoặc vô tuyến viễn thông Dẫn đến việc xuất hiện các thế hệ máy chấm công kỹ thuật số

sử dụng laser hoặc hông ngoại đọc các thẻ khoét lỗ hoặc các thẻ mang mã vạch Bên cạnh đó,

hệ thống mã vạch cũng phát triển không ngừng và ngày càng được ứng dụng rộng rãi

Cùng với sự phát triển nhanh của mã vạch, mã 2 chiều ra đời và phát triển đã cho phép ứngdụng mã vạch trong nhiều lĩnh vực khác nhau như : quản lý hồ sơ nhân sự, quản lý và trao đổithông tin, tài liệu nghiên cứu khoa học

Đặc biệt mã vạch được sử dụng trong lĩnh vực hàng hóa thương mại Trên thị trường quốc

tế mỗi nước đều có một mã số riêng trên các hàng hóa để nhằm kiểm tra kiểm soát các loại mặthàng của nước đó khi được đem xuất khẩu

Mã số mã vạch đầu tiên được chế tạo và đưa vào sử dụng trên thế giới từ những năm thập

kỷ 70 của thế kỷ 20 Do yêu cầu phát triển sản xuất và kinh doanh thương mại, công nghệ mã

số mã vạch ngày càng được nghiên cứu hoàn thiện, phát triển và được ứng dụng rộng rãi trong

đa ngành kinh tế và trên toàn thế giới Năm 1973 tổ chức MSMV đầu tiên được thành lập, đó

là Hội đồng mã thống nhất của Mỹ (viết tắt tên tiếng Anh là UCC) Năm 1977, Hội mã số vậtphẩm Châu âu (EAN) ra đời do sáng kiến của 12 nước Châu Âu, đến năm 1984 đổi thành EANInternational, là một tổ chức phi lợi nhuận, hoạt động trên cơ sở trung lập với mục đích chính

là đẩy mạnh áp dụng hệ thống EAN trên toàn cầu trong tất cả các ngành kinh tế - xã hội nhằm

cung cấp ngôn ngữ chung cho thương mại quốc tế (đặc biệt là thương mại điện tử .) Từ năm

2005, hai tổ chức EAN International và UCC hợp nhất thành một tổ chức phân định toàn cầu

có tên là GS1

Mã số GS1 (ví dụ như mã thương phẩm, viết tắt là GTIN) là một dãy chữ số nguyên, trong

đó có các nhóm số để chứng minh về xuất xứ hàng hoá: đây là sản phẩm gì? Do công ty nàoxuất? Công ty đó thuộc quốc gia nào? Do cách đánh số như vậy, mỗi loại hàng hoá sẽ có dãy

số duy nhất để nhận dạng đơn nhất trên toàn thế giới Đây là một cấu trúc mã số tiêu chuẩndùng để nhận dạng sản phẩm hàng hoá trên các quốc gia (vùng) khác nhau, tương tự như cấutrúc mã số điện thoại để liên lạc quốc tế

Mã vạch GS1 (bar Code) là một dãy các vạch và khoảng trống song song xen kẽ được thiết

kế theo một nguyên tắc mã hoá nhất định để thể hiện mã số (hoặc cả chữ lẫn số) dưới dạng cácthiết bị đọc có gắn đầu Laser (Scanner) nhận và đọc được Thiết bị đọc được kết nối với máytính và mã vạch được giải mã thành dãy số một cách tự động, gọi ra tiệp dữ liệu liên quan đếnhàng hoá đang lưu trữ trong cơ sở dữ liệu về sản phẩm hàng hóa

Như vậy, mã số GS1 đóng vai trò “chìa khoá” để thu nhận và tra cứu dữ liệu một cách tự

Hình 7: Sơ đồ cấu trúc mã vạch

Để đọc mã vạch, người ta sử dụng một máy quét, trong máy quét có một nguồn sáng laser,một bộ phận cảm biến quang điện (cảm quang photo-Diode ), một bộ giải mã Máy quét đượcnối với máy tính bằng đường dây dẫn hoặc bộ phận truyền tín hiệu vô tuyến

Nguyên tắc hoạt động như sau: nguồn sáng laser phát chùm tia sáng quét lên khu vực mã

Về hình dáng, máy quét có thể có dạng như một cái bút, có loại có hình dạng như một cáihộp đặt cố định trên bàn, có loại máy quét cầm tay Máy quét thường sử dụng tia sáng laserphát tia sáng màu đỏ hoặc phát tia sáng hồng ngoại.

3 Giới thiệu máy chấm công thẻ sóng tần số vô tuyến dùng công nghệ RFID

3.1 Tổng quan về công nghệ RFID

3.1.1 RFID là gì ?

Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ nhận dạng đối tượngbằng sóng vô tuyến, cho phép một thiết bị đọc thông tin chứa trong chip ở khoảng cách xa,không cần tiếp xúc trực tiếp, không thực hiện bất kì giao tiếp vật lý nào giữa hai vật khôngnhìn thấy Công nghệ này cho ta phương pháp truyền, nhận dữ liệu từ một điểm đến mộtđiểm 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 các reader (bộ đọc) Tag có thể được đính kèm hoặc gắn vàođối tượng được nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc giá kê (pallet) Reader scan dữliệu 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 nhậndạng và thu tiền trên các tuyến đường

Ba thành phần tag, reader và anten là những khối chính của một hệ thống RFID Khi thayđổi về năng lượng, kích thước, thiết kế anten, tần số hoạt động, số lượng dữ liệu, phần mềm

để quản lý và xuất dữ liệu tạo ra rất nhiều ứng dụng Công nghệ RFID có thể giải quyếtrất nhiều bài toán kinh doanh thực tế

Tần số vô tuyến mà RFID hoạt động

Việc chọn tần số radio là đặc điểm hoạt động chính của hệ thống RFID Tần số xácđịnh 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 sóngradio có đặc điểm khác nhau Chẳng hạn sóng có tần số thấp (low-frequency) có thể xuyênqua tường tốt hơn sóng có tần số cao hơn nó, nhưng tần số cao có tốc độ đọc nhanh Hệthống RFID dùng phạm vi tần số không có đăng ký, gồm thiết bị y học-khoa học-côngnghiệp được FCC cho phép (FCC cho phép sử dụng tần số 2,4 GHz và 902-908 MHz chocác thiết bị y học-khoa học-công nghiệp bao gồm công nghệ RFID)

Các thiết bị hoạt động trong dải tần không đăng ký này không gây ra tác hại nhiễu vàphải chấp nhận bất kỳ nhiễu nào nhận được FCC cũng quy định giới hạn năng lượng cụ thểkết hợp với mỗi tần số Việc kết hợp giữa tần số và các mức năng lượng cho phép xác địnhphạm vi thiết thực của một ứng dụng riêng biệt, ví dụ như công suất năng lượng của cácreader

Có 4 tần số chính được sử dụng cho hệ thống RFID : low, high, ultrahigh, microwave

Low-frequency: băng tần từ 125 KHz - 134 KHz Băng tần này phù hợp với phạm vi ngắn

như hệ thống chống trộm, nhận dạng động vật và hệ thống khóa tự động

High-frequency: băng tần 13,56 MHz Tần số cao cho phép độ chính xác cao hơn với

phạm vi 3 foot (3*0,3048m ≈ 1m), 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

ở phạm vi 3 feet Các thẻ high-frequency được dùng trong việc theo dõi vật liệu trong cácthư viện và kiểm soát hiệu sách, theo dõi pallet, truy cập, theo dõi hành lý vận chuyển bằngmáy bay và theo dõi item đồ trang sức

Ultrahigh-frequency: các thẻ hoạt động ở 900 MHz và có thể được đọc ở khoảng cách dài

hơn các thẻ high-frequency, phạm vi từ 3 đến 15 feet Tuy nhiên các thẻ này dễ bị ảnhhưởng bởi các nhân tố môi trường hơn các thẻ hoạt động ở các tần số khác Băng tần 900MHz thực sự phù hợp cho các ứng dụng dây chuyền cung cấp vì tốc độ và phạm vi của nó.Các thẻ thụ động ultrahigh-frequency có thể được đọc ở tốc độ 100 đến 1000 thẻ trên giây.Các thẻ này thường được sử dụng trong việc kiểm tra pallet và container, xe chở hàng vàtoa trong vận chuyển tàu biển Ngoài ra băng tần 433 MHz được sử dụng để nhận dạng phầntrong của các container vận chuyển tàu biển trong các khu vực công nghiệp và thương mạicho phép việc truyền dữ liệu chính xác và đúng lúc hơn

Theo FCC, nhận dạng ngay các container có thể cho phép nhận ra bên trong của nó

có bị lục trong suốt quá trình vận chuyển hay không, đồng thời việc làm như thế này cũnggiúp cho các nhà xuất nhập khẩu tăng lợi nhuận và góp phần tăng chứng khoán của đấtnước một cách đáng kể

Microwave frequency: băng tần 2,45 và 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 thẻ tag Các thẻ microwaveRFID thường được dùng trong quản lý dây chuyền cung cấp

3.1.2 Dạng đơn giản của hệ thống RFID

Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay là hệ thống RFID bị động (passiveRFID) làm việc như sau: reader truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ qua anten của

nó đến một con chip33 Reader nhận thông tin trở lại từ chip và gửi nó đến máy tính điềukhiển đầu đọc và xử lý thông tin tìm được từ con chip

Các con chip không tiếp xúc không tích điện, chúng hoạt động bằng cách sử dụng nănglượng chúng nhận từ tín hiệu được gửi bởi reader Đây là một phương pháp đáng tin cậy đểphát hiện và giám sát điện tử, một dạng mới của phương pháp truyền thông tin vô tuyến Cũng có thể hiểu RFID như một loại mã vạch điện tử, trong đó dữ liệu được mã hóa dướidạng bít, được truyền đi và nhận biết thông qua sóng vô tuyến

Hình 9:Sơ đồ hoạt động của hệ thống RFID

3.2 Lịch sử công nghệ RFID

RFID không phải là một khái niệm mới ,mà lịch sử của nó đã bắt đầu từ thế chiến thứ II.Thời đó các nước như Mỹ, Anh, Đức và Nhật Bản đã sử dụng radar để xác định máy bay đivào lãnh thổ của họ bởi vậy việc nhận dạng máy bay đối phương đã trở thành mộtnhiệm vụ tối quan trọng Nhận thức được vấn đề này, người Đức đã tìm ra được rằngnếu như các phi công lộn vòng máy bay của họ trong khi quay trở lại căn cứ thì nó sẽ thayđổi tín hiệu phản xạ trở lại và cái này có thể coi như là hệ thống RFID thụ động đầu tiên Bêncạnh đó ,Watson-Watt đã phát triển được việc nhận dạng tích cực đối tượng bạn/kẻ thù đầutiên hay còn được gọi là hệ thống IFF cho nước Anh trong cùng thời gian đó

Năm 1973 Mario W Cardullo đã được nhận bằng sáng chế cho việc chế tạo thành côngthẻ tích cực RFID với bộ nhớ có thể ghi được Và cũng trong năm đặc biệt đó ở California,một doanh nhân có tên là Charles Walton đã được nhận giải thưởng nhờ việc sáng chế ra các

transponder thụ động để mở cửa mà không cần sử dụng tới chìa khóa Thời kỳ này chứng kiến

các công ty phát triển các hệ thống tần số thấp với các transponder nhỏ và nó vẫn còn

được sử dụng trong ngành chăn nuôi gia súc cho tới ngày nay

Các hệ thống 125 kHz đã được thương mại hóa trong khoảng thời gian đó và từ đó cáccông ty bắt đầu tiến tới các tần số cao hơn để có thể sử dụng được tại một vài vùng trên thế

Các công ty lớn bắt đầu nhận thấy tầm quan trọng của RFID là vào những năm chín mươicủa thế kỷ trước,cụ thể là IBM đã phát triển và sáng chế ra các hệ thống UHF RFID Tuynhiên nửa đầu những năm chín mươi có thể được coi là quá trình học tập công nghệ bởi cácsản phẩm sản xuất ra có giá thành rất cao và không có các tiêu chuẩn cụ thể nào

Năm 1999 có thể coi là năm vàng của công nghệ này khi mà các tổ chức như : tổ chứcquốc tế EAN, Gillette, Uniform Code Council và P&G đã tạo ra một quỹ cho việc thành lậptrung tâm Auto-ID tại học viện công nghệ MIT Hai giáo sư của MIT là Sanjay Sharma vàDavid Brock, là những người đầu tiên nghĩ ra việc đưa các mã số lên trên các thẻ RFID đểcho biết giá trị của chúng và điều này có thể làm thay đổi cách thức ứng dụng công nghệ nàytrong một chuỗi cung ứng

Trong khoảng giữa những năm từ 1999 tới 2003 trung tâm Auto-ID đã nhận được sự trợgiúp từ hơn một ngàn công ty , các nhà cung cấp RFID chính và Bộ Quốc Phòng Hoa Kỳ.Các phòng nghiên cứu được mở ra ở nhiều nước và sau đó không lâu công nghệ đã được cấpphép cho Uniform Code Council vào năm 2003 để thực hiện thương mại hóa Đi đầu trongviệc ứng dụng công nghệ này trong thực tế có thể kể đến các tên tuổi lớn như Wal-Mart,Metro.Ngày nay công nghệ này đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như ứng dụngvào việc chấm công tại các công ty, hay ứng dụng vào việc ghi nhớ nguồn gốc thủy sản đônglạnh xuất khẩu, Và theo nhận định của nhiều chuyên gia thì trong tương lai gần công nghệnày vẫn luôn là một lựa chọn tối ưu

3.3 Các đặc điểm của một hệ thống RFID

Các hệ thống RFID có thể được phân biệt với nhau theo ba cách khác nhau dựa trên cácthuộc tính đặc trưng dưới đây:

động trong dải tần UHF và phạm vi tần số vi ba thuộc nhóm này.

3.3.3 Phương pháp ghép nối vật lý

Việc ghép nối vật lý mà ta đề cập tới ở đây là nói tới phương pháp sử dụng để ghép nốigiữa thẻ và anten (tức là, đó là một cơ chế mà theo đó năng lượng được dịch chuyển từ thẻtới anten) Dựa trên tiêu chí này, có ba kiểu hệ thống RFID khác nhau dưới đây:

Từ trường : Đó là các kiểu hệ thống RFID được biết tới như là các hệ thống được ghépnối theo kiểu điện kháng Một vài hệ thống RFID LF và HF là thuộc về nhóm này.Điện trường : Đó là các kiểu hệ thống RFID được biết tới như là các hệ thốngđược ghép nối theo kiểu điện dung Nhóm này cũng chủ yếu bao gồm các hệ thốngRFID LF và HF

Điện từ trường : Phần lớn các hệ thống RFID thuộc lớp này cũng được gọi là các hệthống backscatter Các hệ thống RFID hoạt động trong phạm vi dải tần số UHF và

vi ba thuộc về nhóm này

3.4 Các thành phần của hệ thống RFID

Một hệ thống RFID là một tập hợp các thành phần nhằm thực hiện một giải phápRFID.Nói chung một hệ thống RFID bao gồm các thành phần dưới đây:

- Thẻ : Đây là một thành phần bắt buộc của bất cứ hệ thống RFID nào

- Thiết bị đọc thẻ: Đây cũng là một thành phần bắt buộc

- Anten của thiết bị đọc thẻ : Đây là cũng là một thành phần bắt buộc phải có.Ngày naymột số reader đã được tích hợp anten lên trên nó,vì vậy kích thước của nó đã giảm đirất nhiều

- Khối điều khiển : Đây là một thành phần quan trọng Tuy nhiên hầu hết các reader thế

hệ mới đều đã tích hợp thành phần này lên trên chúng

- Các cảm biến, bộ truyền động ,bộ báo hiệu : Đây là các thành phần tùy chọn, được sửdụng ở đầu vào và đầu ra hệ thống RFID

- Máy chủ và hệ thống phần mềm :Về mặt lý thuyết ,một hệ thống RFID có thể hoạtđộng một cách độc lập mà không cần tới thành phần này.Tuy nhiên trong thực tế, nếukhông có thành phần này thì hệ thống RFID gần như vô giá trị

- Cơ sở hạ tầng truyền thông: Thành phần quan trọng này là một tập hợp bao gồm cảmạng có dây và không dây và cơ sở hạ tầng kết nối nối tiếp, để có thể kết nối cácthành phần đã liệt kê phía trên với nhau

Dưới đây là biểu đồ một hệ thống RFID:

các chức năng đặc biệt mà nó cung cấp:

- Thẻ thụ động

- Thẻ tích cực

- Thẻ bán tích cực (hoặc bán thụ động)

a) Thẻ thụ động

Kiểu thẻ RFID này không có nguồn nuôi tích hợp cùng trên bảng mạch thẻ (ví dụ,pin),thay

vì vậy nó sử dụng năng lượng được phát ra từ reader để làm nguồn năng lượng cho bảnthân nó hoạt động và thực hiện truyền dữ liệu mà nó lưu trữ tới reader Thẻ thụ động khá đơngiản về cấu tạo và không có các bộ phận rời rạc.Và có lẽ chính vì vậy các thẻ thụ động tồn tạikhá lâu trong điều kiện môi trường khắc nghiệt

Đối với loại thẻ này,để thực hiện truyền thông tin giữa thẻ và reader thì reader luôn luônphải liên lạc trước tiên,tiếp sau đó mới tới lượt thẻ Vì vậy sự hiện diện của reader là bắtbuộc để thẻ có thể truyền được dữ liệu của nó

Thẻ thụ động thông thường nhỏ hơn so với thẻ tích cực và thẻ bán tích cực Nó có mộtphạm vi đọc khá đa dạng từ 1 inch (=2.54cm) tới khoảng 30 feet (xấp xỉ 9 mét) Có lẽ bởi vậy

mà thẻ thụ động bao giờ cũng rẻ hơn thẻ tích cực hay thẻ bán tích cực

Một thẻ thụ động bao gồm các thành phần chính dươi đây: thành phần vi chip và thànhphần anten

Dưới đây là hình ảnh minh họa các thành phần thẻ thụ động trong thực tế:

Hình 12: Các thành phần của thẻ thụ động

b) Thẻ tích cực

Các thẻ RFID tích cực có sẵn một nguồn năng lượng ở trên bảng mạch thẻ (ví dụ như ,cópin kèm theo;hoặc là dạng nguồn năng lượng khác) và các bộ phận điện tử để thực hiện cácchức năng đặc biệt Một thẻ tích cực sử dụng nguồn năng lượng ở trên bảng mạch thẻ củachính nó để truyền dữ liệu của nó tới reader Nó không phải cần đến năng lượng phát ra từreader để truyền dữ liệu Các bộ phận điện tử ở trên bảng mạch thẻ có thể bao gồm bộ vi xử lý,cảm biến, và các cổng vào/ra Ví dụ, các thành phần điện tử này thực hiện đo một khoảng nhiệt

độ nào đó và sinh ra dữ liệu về giá trị nhiệt độ trung bình.Sau đó chúng sẽ sử dụng dữ liệunày để quyết định các tham số khác chẳng hạn như ngày kết thúc của mặt hàng được gắnthẻ Rồi tiếp đó thẻ có thể truyền thông tin này tới reader Chúng ta có thể hình dung thẻ

tích cực giống như một chiếc máy tính không dây cộng thêm với vài thuộc tính khác (ví dụ, cóthể bao gồm thêm một cảm biến hoặc một tập hợp các cảm biến).

Trong giao tiếp truyền thông tin giữa thẻ và reader, thì thẻ luôn luôn phải thực hiện liênlạc trước tiên, tiếp sau đó mới tới phiên reader Bởi vậy sự hiện diện của reader không cầnthiết cho sự truyền đi của dữ liệu, một thẻ tích cực có thể phát đi dữ liệu lưu trữ trong nó tớicác khu vực xung quanh ngay cả khi không có reader Có lẽ vì vậy mà kiểu thẻ này cũngđược gọi là một bộ phát tín hiệu Khoảng cách đọc thẻ của một thẻ tích cực có thể là 100 feet(xấp xỉ 30.5 mét) hoặc lớn hơn

Một thẻ tích cực bao gồm các thành phần: vi chip, anten, nguồn nuôi thẻ, các thành phầnđiện tử

Hình 13: Các thẻ tích cực dải UHF tần số thấp (303.8 MHz) của hãng RFCode, Inc

c) Thẻ bán tích cực (hoặc bán thụ động)

Các thẻ bán tích cực cũng có một nguồn năng lượng nằm trên nó và có kèm thêm cácthành phần điện tử để thực hiện các chức năng đặc biệt Nguồn năng lượng nằm trênbảng mạch thẻ cung cấp năng lượng cho các hoạt động của thẻ

Tuy nhiên,để truyền dữ liệu đi, thẻ bán tích cực phải sử dụng năng lượng phát ra từ reader.Đây là một đặc điểm giống với thẻ thụ động Vì vây kiểu thẻ này cũng được gọi dưới cái tên

khác là “thẻ được trợ giúp bởi pin” Trong việc giao tiếp truyền thông tin giữa thẻ và reader,

thì reader luôn luôn phải thực hiện liên lạc trước tiên, tiếp sau đó mới tới phiên thẻ Cũng cócác đặc điểm tương tự như trên là các thẻ bán thụ động

Vậy tại sao lại dùng thẻ bán thụ động mà không dùng thẻ thụ động ? Là bởi vì thẻ bán tíchcực không sử dụng các tín hiệu của reader để kích thích bản thân nó như các thẻ thụ động,

và nó có thể đọc được từ một khoảng cách xa hơn so với thẻ thụ động Và cũng bởi lý do cácthẻ bán thụ động có thể tự kích thích chính bản thân nó Do vậy, ngay cả khi đối tượngđược gắn thẻ đang di chuyển với một tốc độ lớn,thì dữ liệu trên thẻ vẫn có thể đọc được khi ta

sử dụng thẻ bán thụ động (hoặc bán tích cực)

Hình 14: Các thẻ bán tích cực 915 MHz/2.45 GHz của hãng TransCore

Ngoài cách phân loại trên còn có cách phân loại dựa trên cơ sở về việc hỗ trợ khả năng ghi lại dữ liệu như dưới đây :

Chỉ đọc (RO)

Ghi một lần ,đọc nhiều lần (RW) Đọc, ghi (WORM)

Ta cần chú ý rằng cả hai loại thẻ thụ động và tích cực đều có thể là RO, WORM, và RW

3.4.2 Thiết bị đọc thẻ (Reader)

Một RFID reader là một thiết bị cho phép đọc hoặc ghi tới các thẻ RFID thích hợp.Hành động ghi dữ liệu lên thẻ bởi một reader được gọi là công đoạn tạo thẻ Công đoạn tạothẻ cùng với việc gắn thẻ đó lên một đối tượng nào đó được gọi là quy trình đưa thẻ đi vàohoạt động Quãng thời gian một reader có thể phát xạ năng lượng RF để đọc các thẻ được gọi

là chu trình hoạt động của reader

Reader là hệ thống thần kinh trung tâm của toàn bộ phần cứng hệ thống RFID

Một reader có các thành phần chính dưới đây:

- Bộ truyền tín hiệu

- Bộ nhận tín hiệu

- Bộ vi xử lý

- Bộ nhớ

- Các kênh vào/ra cho các cảm biến, bộ truyền động và bộ báo hiệu ở bên ngoài

- Khối điều khiển

- Khối giao tiếp truyền thông

- Khối nguồn

Dưới đây là hình minh họa cụ thể các thành phần đó trong một reader:

Hình 15: Các thành phần bên trong reader

a) Khối truyền tín hiệu

Bộ truyền tín hiệu của reader được sử dụng để truyền năng lượng điện xoay chiều và chu

kỳ xung thông qua anten của chính nó tới các thẻ nằm trong phạm vi đọc của nó Đây là mộtphần của bộ thu phát tín hiệu, là thành phần mà chịu trách nhiệm gửi tín hiệu của reader tớimôi trường xung quanh và nhận thông tin trả lại từ thẻ thông qua anten của reader Các cổnganten của reader sẽ được kết nối tới thành phần thu phát của chính nó Hiện nay, một vàireader có thể hỗ trợ nên tới bốn cổng anten Điều đó có nghĩa là reader có thể nhận dạng đượcnhiều thẻ tại cùng một thời điểm

d) Khối bộ nhớ

Bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ dữ liệu chẳng hạn như các thông số cấu hình của reader

và danh sách các thẻ có thể đọc được Nếu như kết nối giữa reader và thành phần điềukhiển hoặc hệ thống phần mềm bị ngắt,thì tất cả dữ liệu đọc được từ thẻ sẽ bị mất

e) Các kênh vào/ra cho các cảm biến, bộ truyền động và bộ báo hiệu ở bên ngoài

phần này Nó cung cấp một kết cấu cơ học để bật hay tắt reader phụ thuộc vào các sự kiện ởbên ngoài Thông thường ta hay gặp các loại cảm biến, chẳng hạn như một cảm biến chuyểnđộng hay một cảm biến ánh sáng, để phát hiện sự hiện diện của các đối tượng được gắn thẻtrong vùng đọc của reader Sau đó cảm biến có thể thiết lập reader để đọc thẻ này Tương tự,thành phần này cũng cho phép reader cung cấp một vài đầu ra nội bộ phụ thuộc vào một vàiđiều kiện nào đó qua một bộ báo hiệu (ví dụ như, phát ra một âm thanh cảnh báo).

f) Khối điều khiển

Khối điều khiển là một thực thể mà cho phép một thực thể ở bên ngoài, hoặc là con ngườihoặc là một chương trình máy tính, thực hiện liên lạc với reader và điều khiển các chứcnăng của nó cũng như điều khiển bộ báo hiệu và bộ truyền động được kết hợp với reader

đó Thông thường,các nhà sản xuất sẽ tích hợp thành phần này vào bên trong bản thân reader(ví dụ như firmware) Tuy nhiên, nó cũng có thể được đóng gói lại như một thành phần phầncứng hoặc phần mềm riêng biệt mà người sử dụng sẽ phải mua nó đi kèm cùng với reader

g) Khối giao tiếp truyền thông

Thành phần giao tiếp truyền thông cung cấp cách thức truyền thông tin tới reader, chophép nó tương tác với các thực thể ở bên ngoài, thông qua một thành phần điều khiển, đểchuyển dữ liệu lưu trữ trong nó và để nhận lệnh và gửi trở lại các phản hồi tương ứng Thựcthể này có các đặc tính quan trọng khiến nó cần phải được chế tạo ra như một thành phần độclập Một reader cũng có thể có kiểu truyền thông nối tiếp giống như giao tiếp mạng máy tính

ta thường thấy Đó là kiểu giao tiếp có khả năng phổ biến thịnh hành nhất trong các kiểugiao tiếp có thể của reader , tuy nhiên các phiên bản reader sắp tới đây lại đang phát triển cácgiao diện mạng như là các chuẩn đặc trưng tiến tiến của tương lai

h) Khối nguồn

Thành phần này thực hiện việc cung cấp năng lượng để nuôi các thành phần khác trênreader

3.4.3 Giao tiếp giữa thiết bị đọc thẻ và thẻ

Tùy thuộc vào kiểu thẻ sử dụng,giao tiếp truyền thông tin giữa một reader và một thẻ cóthể là một trong các cách dưới đây:

- Kiểu điều chế backscatter

- Kiểu transmitter

- Kiểu transponder

a) Kiểu điều chế backscatter

Phương pháp truyền thông tin theo kiểu điều chế backscatter được triển khai với cả cácthẻ thụ động cũng như là với các thẻ bán tích cực Trong kiểu truyền thông tin này, reader

gửi đi một tín hiệu sóng liên tục (CW) RF có bao gồm thêm tín hiệu năng lượng điện xoay

chiều và tín hiệu xung tới thẻ tại tần số của sóng mang (là tần số mà tại đó reader hoạt động).Thông qua đầu nối vật lý , anten của thẻ sẽ cung cấp năng lượng tới vi chip trên thẻ Thôngthường để phục vụ cho mục đích đọc thẻ,thành phần vi chip phải được đưa lên tới mức điện áp1.2 vôn Còn để thực hiện ghi, vi chip thường phải đưa lên khoảng 2.2 vôn từ tín hiệu của

reader Sau đó vi chip thực hiện điều chế hoặc phân chia tín hiệu đầu vào thành một dãy các

mẫu on và off biểu thị dữ liệu của nó và thực hiện truyền dữ liệu đó trở lại Khi reader nhận

được tín hiệu đã được điều chế này, nó thực hiện giải mã mẫu và nhận được dữ liệu trên thẻ

Do đó, trong phương pháp truyền thông tin theo kiểu điều chế backscatter, reader luônluôn phải thực hiện "bắt chuyện" trước ,tiếp sau đó mới tới phiên thẻ Thẻ sử dụng kiểutruyền thông này sẽ không thể liên lạc được tại các thời điểm vắng mặt reader bởi vì nóphụ thuộc vào lượng năng lượng có trên reader để truyền dữ liệu của bản thân nó Hình dướiminh họa kiểu truyền thông backscatter

Hình 16: Điều chế backscatter

b) Kiểu điều chế transmitter

Kiểu truyền thông tin này chỉ được triển khai với các thẻ tích cực Trong kiểu truyền thôngnày, thẻ phát đi các thông điệp của nó tới môi trường xung quanh theo các khoảng cách chuẩn,bất chấp có sự hiện diện hay vắng mặt reader Do đó,trong kiểu truyền thông tin này, thẻ luônluôn phải thực hiện "bắt chuyện" trước reader Hình dưới minh họa phương pháp truyền thông

tin theo kiểu transmitter.

Hình 17: Kiểu transmitter

c) Kiểu điều chế transponder

Kiểu truyền thông tin này được triển khai với kiểu thẻ đặc biệt có tên gọi là

transponder Trong kiểu truyền thông tin này, thẻ thường ở trạng thái "ngủ" khi không có truy

vấn từ bất cứ reader nào Trong trạng thái này, thẻ phải gửi đi theo chu kỳ một thông điệp

như một thẻ transmitter ở trên Dữ liệu trên thẻ chỉ được gửi đi khi có một reader cụ thể truy vấn nó Hình dưới chỉ ra kiểu truyền thông tin transponder.

3.4.4 Các tiêu chuẩn công nghệ RFID

Nhiều tiêu chuẩn công nghệ RFID đã đượcđề xuất từ nhiều tổ chức khác nhau trên thếgiới Để mô tả đầy đủ về các tiêu chuẩn đó , có lẽ phải cần đến cả một cuốn sách về nó Nên ởđây ta chỉ đề cập sơ qua về một số tiêu chuẩn đang sử dụng ngày nay và được đa số các công

ty sản xuất các thiết bị RFID tuân thủ theo Dưới đây là tên các tiêu chuẩn chính cùng tên cáccác tổ chức định nghĩa nó đi kèm theo:

ANSI (American National Standards Institute) AIAG (Automotive Industry ActionGroup)

EAN.UCC (European Article Numbering Association International, Uniform

Code Council)

EPCglobal

ISO (International Organization for Standardization)

ETSI (European Telecommunications Standards Institute) ERO (EuropeanRadiocommunications Office)

UPU (Universal Postal Union)

ASTM (American Society for Testing and Materials)

CEN (Comité Européen Normalisation (European Comite for Standardization )

4 Giới thiệu máy chấm công thẻ giấy

Hình 18: Máy chấm công thẻ giấy

Máy chấm công thẻ giấy có 2 loại in kim và in búa Hãng sản xuất Nideka (Japan) đã bắtđầu sản xuất từ 32 năm trước Tuy nhiên bây giờ nhiều nhà máy doanh nghiệp cửa hàng vẫncòn sử dụng vì giờ ra và vào đều in trên giấy nên không có sự tranh luận về giờ giấc giữa chủ

và thợ Không cần kết nối máy vi tính và phần mềm nên không cần nhân viên công nghệ thôngtin (I.T.) Độ bền cao nhất là máy in búa, ai cũng có thể bảo trì thường xuyên nên không phảinhờ đến chuyên viên đặc biệt để sửa chữa bảo trì, tranh luận về chấm công dùm Đa số doanhnghiệp đặt máy ở phòng bảo vệ ngoài cổng hoặc ngay quầy tiếp tân luôn có người túc trực, khảnăng chấm dùm bị hạn chế Thị trường Việt Nam vẫn còn tiêu thụ mạnh loại máy này đặc biệttại các khu công nghiệp có xưởng sản xuất

Hình 19: Thẻ giấy dùng cho máy chấm công.

Tùy thuộc vào loại máy chấm công dùng in kim hay in búa mà người ta sử dụng các loạithẻ giấy khác nhau như : các loại thẻ mỏng – dày, có khuyết - không khuyết, có xén - khôngxén …

Trên chiếc thẻ giấy, người ta chia sẵn 30 ngày trong tháng (15 ngày cho một mặt giấy) vớicác ô giờ vào, giờ ra, giờ làm thêm… trong một ngày Ngoài ra cũng có sẵn các chỗ trống đểghi tên nhân viên, bộ phận, công ty, v.v… trên thẻ Khi chấm công, người ta sẽ đút thẻ giấyvào máy, sử dụng một cần gạt để điều chỉnh giờ chấm công hoặc không tùy theo loại máychấm công nếu không có cần gạt tức là chiếc máy đó có khả năng lập trình tự động nhận diện

ca làm việc Sau đó máy sẽ in giờ ở thời điểm chấm công lên thẻ ở ô tương ứng (theo ô đãchọn hoặc đã được lập trình)

Đến cuối tháng, nhân viên có trách nhiệm sẽ thu các thẻ giấy đó lại và sử dụng các phươngtiện tùy theo điều kiện (số sách hoặc máy vi tính) để tính công cho nhân viên Công việc nàyđòi hỏi doanh nghiệp phải tốn không ít thời gian và sức người cho nó

Ngày nay, khoa học công nghệ ngày càng phát triển đã mang lại cho con người những cảitiến cùng nhiều sự lựa chọn khác nhau Máy chấm công thẻ giấy chưa phải là tối ưu và chỉ cóthể đáp ứng nhu cầu trong một môi trường phạm vi các nhà máy, xí nghiệp nhỏ lẻ

III Đánh giá chung và lựa chọn phương án thiết kế.

vô tuyến

Sử dụng đầu in để in lên thẻ Sử dụng công nghệ vân tay Sử dụng công nghệ RFID

chấm công

Ổn định trong quá trìnhchấm công

LAN, internet

Kết nối máy tính qua mạng

LAN, internet

tính

Nhận xét :

Dựa vào bảng thống kê ở trên ta thấy được sự hoàn thiện hơn của các loại máy chấm cônghiện nay Máy chấm công thẻ giấy đã không còn đáp ứng được những tính năng công nghệ củahiện nay so với máy chấm công thẻ sóng tần số vô tuyến và máy chấm công vân tay với cáctính năng :

- Ổn định trong quá trình chấm công

- Khả năng kết nối dữ liệu với máy tính thông qua mạng LAN, internet

- Chức năng phân quyền quản lý

- Tổng hợp công và báo cáo trên máy tính

Hiện nay, hai loại máy chấm công vân tay và thẻ sóng tần số vô tuyến với các tính năng vàtiện ích tối ưu hơn là hai lựa chọn hàng đầu thường được sử dụng trên thị trường

2 Lựa chọn phương án thiết kế

Tứ bảng đánh giá chung cùng với nhận xét chúng em đã quyết định lựa chọn phương ánthiết kế má chấm công thẻ sóng tần số vô tuyến sử dụng công nghệ RFID ( công nghệ nhậndạng đối tượng bằng sóng vô tuyến ) dựa vào các yếu tố :

- Sử dụng công nghệ tiên tiến RFID

- Khả năng nhận dạng và đọc dữ liệu nhanh chóng

- Có khoảng cách nhận dạng cao

- Thiết bị nhỏ gọn phù hợp với điều kiện hiện nay

- Có khả năng truyền dẫn tín hiệu tốt

- Với giá thành và chi phí lắp đặt vừa phải

- Sử dụng và khắc phục sự cố dễ dàng

-Chương 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

Ở chương này đây ta sẽ bắt đầu đi vào thiết kế một hệ thống quản lý nhân viên hoànchỉnh ở mức độ thử nghiệm Hệ thống sẽ bao gồm một reader ,một thẻ RFID chuẩn, mộtlaptop có cài đặt trên đó một phần mềm quản lý viết bằng visual C sharp và reader sẽ giaotiếp với laptop thông qua chuẩn giao tiếp USB2.0

Để có thể triển khai được hệ thống trong thực tế, thì mỗi nhân viên khi công ty phảiđược đeo vào tay một chiếc vòng mà trên đó có gắn thẻ RFID.Thẻ RFID đơn giản chỉgồm có một chip nhỏ và một anten kèm theo,nội dung bên trong chip đó chỉ chứa mã sốcủa nhân viên Ở cửa ra vào sẽ được trang bị một thiết bị đọc thẻ (hay còn gọi là reader)

và một laptop hoặc PDA có cài đặt sẵn phần mềm quản lý được viết bằng visual Csharp Reader sẽ được nối với laptop qua một cáp USB để truyền kết quả về laptop

Đầu tiên ,mỗi nhân viên sẽ để tay mình gần Reader.Thiết bị này sẽ thực hiện đọc mã số của bệnh nhân và truyền mã số này về laptop qua đường USB.Phần mềm trên laptop dựa vào mã

số đó để truy cập cơ sở dữ liệu nhân viên và hiển thị thông tin cá nhân cũng như thông tin của nhân viên

I Yêu cầu thiết kế

Thiết kế phần cứng máy chấm công thẻ sóng tần số vô tuyến là ta đi thiết kế hệ thống RFID cókhả năng :

- Lưu dữ liệu trên máy trong vòng 1 năm

- Có cá phím chức năng để đọc mọi dữ liệu trên máy

Hình 20: Sơ đồ nguyên lý chung của hệ thống.

1 Khối xử lý trung tâm

Hình 21: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm

Với khối xử lý trung tâm ta chọn dùng vi điều khiển PIC vừa có tốc độ cao, giá thành vừaphải so với họ điều khiển AVR Ngoài ra còn được tích hợp sẵn ADC, PWM … đồng thời hỗtrợ các chuẩn giao tiếp thông dụng như: UART, I2C và có thể sử dụng ngôn ngữ C trong lậptrình cho vi điều khiển

Trong đồ án này ta sử dụng PIC 16F886 làm vi điều khiển chính của hệ thông

Hình 22: Sơ đồ chân của vi điều khiển PIC 16F886

Dưới đây là bảng hệ thông các chân của PIC 16F886 và các chức năng của chúng:

năng

Đầu vào loại

Đầu ra

RA0/AN0/ULPWU/

C12IN0- RA0AN0 TTLAN CMOS Tổng mục đính I/O.— A/D kênh 0 đầu vào.

ULPWU AN — Ultra Low-Power Wake-up đầu vào.

C12IN0- AN — So sánh C1 hay C2 tiêu cực.

RA1/AN1/C12IN1- RA1 TTL CMOS Tổng mục đích I/O Riêng kích hoạt kéo lên.

AN1 AN — A/D Channel 1 đầu vào.

C12IN1- AN — So sánh C1 hay C2 tiêu cực đầu vào.

RA2/AN2/VREF-/

CVREF/C2IN+

RA2 TTL CMOS Tổng mục đích I/O.

VREF- AN — A/D Tiêu cực tham chiếu điện áp đầu vào CVREF — AN So sánh sản lượng điện áp tham chiếu C2IN+ AN — So sánh C2 tích cực đầu.

C1IN+ AN — So sánh C1 tích cực đầu vào.

RA4/T0CKI/C1OUT RA4 TTL CMOS Tổng mục đích I/O Riêng kích joatj kéo lên.

T0CKI ST — Timer0 đồng hồ đầu vào.

C1OUT — CMOS So sánh C1 đầu ra.

RA5/AN4/SS/C2OUT RA5 TTL CMOS Tổng mục đích I/O.

SS ST — Slave chọn đầu vào.

C2OUT — CMOS So sánh C2 đầu ra.

RA6/OSC2/CLKOUT RA6 TTL CMOS Tổng mục đích I/O.

OSC2 — XTAL Master Clear kéo lên bên trong.

CLKOU — CMOS FOSC/đầu ra 4.

RA7/OSC1/CLKIN RA7 TTL CMOS Tổng mục đích I/O.

OSC1 XTAL — Crystal/hhoopj cộng hưởng CLKIN ST — Bên ngoài đồng hồ kết nối đầu vào/đầu dao RB0/AN12/INT RB0 TTL CMOS Tổng mục đích I/O Riêng kiểm soát ngắt-on-

thay đổi Riêng kích hoạt kéo lên.

INT ST — Bên ngoài gián đoạn.

RB1/AN10/P1C/

C12IN3-RB1 TTL CMOS Tổng mục đích I/O Riêng kiểm soát

ngắt-on-thay đổi Riêng kích hoạt kéo lên.

C12IN3- AN — So sánh C1 hay C2 tiêu cực.

RB2/AN8/P1B RB2 TTL CMOS Tổng mục đích I/O Riêng kiểm soát

ngắt-on-thay đổi Riêng kích hoạt kéo lên.

Tên Chức

năng

Đầu vào loại

Đầu ra

RB3/AN9/PGM/C12IN2- RB3 TTL CMOS Tổng mục đích I/O riêng kiểm soát

ngắt-on-thay đôi Cá nhân cho phép kéo lên.

PGM ST — Điện áp thấp ICSP™ Lập trình cho phép pin C12IN AN — So sánh C1 hay C2 tiêu cực dầu vào.

RB4/AN11/P1D RB4 TTL CMOS Tổng mục đích I/O riêng kiểm soát

ngắt-on-thay đôi Cá nhân cho phép kéo lên.

AN11 AN — A/D Channel 11.

P1D — CMOS Đầu ra PWM RB5/AN13/T1G RB5 TTL CMOS Tổng mục đích I/O riêng kiểm soát ngắt-on-

thay đôi Riêng kích hoạt kéo lên.

AN13 AN — A/D Channel 13.

T1G ST — Cổng đầu vào Timer1.

RB6/ICSPCLK RB6 TTL CMOS Tổng mục đích I/O riêng kiểm soát

ngắt-on-thay đôi Riêng kích hoạt kéo lên.

ICSPCL ST — Nối tiếp lập trình đồng hồ.

RB7/ICSPDAT RB7 TTL CMOS Tổng mục đích I/O riêng kiểm soát

ngắt-on-thay đôi Riêng kích hoạt kéo lên.

ICSPD ST CMOS ICSP™ dữ liệu I/O.

RC0/T1OSO/T1CKI RC0 ST CMOS Tổng mục đích I/O.

T1OS — CMOS Dao động đầu ra Timer1 T1CKI ST — Đầu vào thời gian Timer1.

RC1/T1OSI/CCP2 RC1 ST CMOS Tổng mục đích I/O.

T1OSI ST — Dao động đầu vào Timer1.

CCP2 ST CMOS Capture/Compare/PWM2.

RC2/P1A/CCP1 RC2 ST CMOS Tổng mục đích I/O.

P1A — CMOS Đầu ra PWM CCP1 ST CMOS Capture/Compare/PWM1.

ST — Dữ liệu đầu vào SPI SDA ST OD Dữ liệu đầu vào / đầu ra I2C

SDO — CMOS Dữ liệu đầu ra SPI.

T X

— CMOS Truyền không đồng bộ EUSART

C K

ST CMOS Đồng bộ thời gian EUSART

R X

ST — Đầu vào không đồng bộ EUSART

D T

ST CMOS Đồng bộ dữ liệu EUSART

MCLR ST — Kéo lên bên trong Master Clear VP

Chú thích: AN = Analog đầu vào hoặc đầu ra

CMOS = CMOS tương thích đầu vào hoặc đầu ra

OD = mở cống

TTL = TTL tương thích đầu vào

ST = Schmitt Trigger đầu vào với mức độ CMOS

HV = High Voltage

XTAL = tinh thể

2 Khối đọc

Trong đồ án ta sử dụng chip reader là con EM4095 của hãng EM Microelectronic, là laoij chip

có thể đọc/ghi tag, giá thành thấp, tần số từ 100 đến 150 KHz, khoảng cách đọc gần từ 5 đến 7cm

Hình 23: Sơ đồ nguyên lý của khối đọc chip reader EM4095

3 Khối nguồn

Hình 25: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn

Khối nguồn gồm có một nguồn mộ chiều DC-12V ( I=1A), diot, các tụ C 470µF/25V, ổn ápnguồn LM7805

4 Khối đầu ra (Output)

Hình 26: Sơ đồ nguyên lý khối đầu ra (Output)

Khối đầu ra gồm có hai đèn LED đỏ và xanh, một loa SPEAKER phát tín hiệu khi nhậnthẻ

5 Khối giao tiếp máy tính

Hình 27: Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp máy tính RS232

Khối giao tiếp máy tính RS232 dùng chuẩn kết nối RS232 để kết nối giao tiếp với máy tính

6 Thẻ tag

Thẻ tag mà chúng ta sử dụng là loại thẻ khoa Proximity-key Em4100

Hình 28: Thẻ tag Proximity-key Em4100

III.Nguyên lí hoạt động của các khối hệ thống.

1.Khối điều khiển trung tâm vi điều khiển PIC 16F886

Code:

; Ten chuong trinh : Mach test den LED_1

; Phien ban : 1.0

; Ngay kiem tra : 23/05/2005

; -; Chu thich : Mo ta cac diem khac nhau cua cac phien ban khac nhau

<P16F886A.inc>

TITLE: dùng để các bạn ghi chú thích tên chương trình TITLE là ten chương trình chính

Cú pháp ghi TITLE như trên Nhớ phải có dấu nháy kép khi viết tên chương trình

PROCESSOR: dùng để khai báo dòng vi điều khiển mà các bạn sử dụng

INCLUDE: dùng để đưa thêm vào các file mà bạn viết trong chương trình Mặc định, trong

MPLAB

đường dẫn đến thư mục chứa file P16F886A.inc đã có sẵn

Để MPASM dịch được, các bạn phải đặt đường dẫn từ thư mục gốc đến hết tên file (kể cả phần mở rộng của file) không được quá 60 ký tự.

CONFIG: dùng để thiết lập các chế độ hoạt động của PIC Các bạn có thể xem để hiểu

Mỗi directive để đặt chế độ, cách nhau một ký tự &

Nếu ghi chế độ hoạt động vào đây, các chế độ hoạt động sẽ ở trạng thái mặc định khi khởi động Các bạn cũng có cách khác để đặt chế độ hoạt động bằng cách tác động trực tiếp vàocác thanh ghi khởi tạo Tuy nhiên, việc này là việc làm không cần thiết, khi chúng ta đã có các directive để viết tắt

Như vậy, chúng ta đặt ở đây chế độ _CP_OFF, tức là khôngđặt chế độ bảo vệ source code khi nạp vào PIC, sau khi nạp vào sẽ có thể đọc ngược lại từ PIC ra Chúng ta không cần bảo vệ chương trình này, để bạn có thể đọc ngược bằng IC-PROG và kiểm tra lại.Chế độ _PWRITE_ON, tức là cho timer 0 chạy khi Power On Reset Thực ra timer0 có chạy hay không cũng không quan trọng, vì nó chẳng liên quan gì đến công việc của chúng

ta Nếu sau này muốn dùng timer0, thì các bạn vẫn phải khởi tạo lại giá trị cho nó, chứ đâu thể sử dụng giá trị ngẫu nhiên của nó được, thành ra cứ để cho nó chạy, sau này cần dùng khỏi phải khởi tạo

_WDT_OFF, tại thời điểm này, tôi tắt Watch Dog Timer vì lý do các bạn chưa nên tìm hiểu phần này vội

_HS_OSC, chúng ta dùng thạch anh 10MHz, tức là chạy chế độ dao động HS Tham khảo tại:

Cột thứ nhất dùng để viết các [NHÃN], cột thứ hai để viết mã lệnh, cột thứ ba lại dùng

để viết chi tiết các tham số của lệnh, và cột thứ tư bỏ trống để tạo khoảng cách với cột thứ năm Cột thứ năm dùng để viết các chú thích

Các chú thích bắt đầu bằng dấu chấm phẩy Trên một dòng, tất cả các ký tự viết sau dấu chấm phẩy đều vô nghĩa Chính vì vậy, khi viết phần chú thích ban đầu, các bạn thấy rằng tất cả nội dung đó đều bắt đầu bằng dấu chấm phẩy Như vậy, một dòng lệnh được cụ thể như sau:

Interrupt vector được đặt ở địa chỉ 0x0004

Program memory được đặt ở địa chỉ 0x0005

Khi PIC được reset, nó lập tức nhảy về địa chỉ 0x0000 Rồi cứ sau một chu kỳ máy, nó nhảyđến địa chỉ tiếp theo, xem xem trong địa chỉ đó yêu cầu nó làm gì, nó thực hiện việc đó, xong rồi lại nhảy tiếp Cứ làm như thế cho đến khi hết chương trình Tất nhiên, khi chúng ta thực hiện một số lệnh điều khiển vị trí nhảy, thì nó sẽ nhảy không theo thứ tự nữa, nhưng việc này chưa bàn vội

Như vậy, nếu không sử dụng ngắt, thì chúng ta viết chương trình từ địa chỉ 0x0000 luôn, vì nó cứ thế là nhảy từ 0x0000 khi khởi động, cho đến hết chương trình Tuy nhiên, nếu làm như

vậy, sau này chúng ta sử dụng chương trình ngắt, thì chúng ta sẽ gặp trục trặc vì thói quenviết từ địa chỉ 0x0000