Xây dựng hệ thống RFID dải tần HF và LF

Công nghệ RFID là một công nghệ khá mới, đặc biệt là ở Việt Nam. Tuy nhiên, có thể khẳng định rằng: những ứng dụng mà nó mang lại giúp ích rất nhiều trong đời sống và cho sự phát triển của khoa học kỹ thuật. Hiện nay, kỹ thuật RFID được ứng dụng trên thế giới có thể được chia làm hai: một là ứng dụng đóng (close application) và ứng dụng mở (open application).

Kỹ thuật RFID và ứng dụng trong dải tần HF, LF BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -------------------------------------------------- Độc lập - Tự do - Hạnh phúc --------------------------------- NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thế Dũng Số hiệu sinh viên: 20040577 Trần Anh Dũng Số hiệu sinh viên: 20040615 Khoá: K49 Khoa: Điện tử - Viễn thông. Ngành: Viễn Thông 1. Đầu đề đồ án: ……………Kỹ thuật RFID và ứng dụng dải tần HF ……………………………………………………………. 2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: …………………………………… …………………………………………… …… …………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………….… ……………………… ………………………………………………………………………………………………………………. 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: Phần thuyết minh bao gồm 3 phần Phần 1 : Kỹ thuật RFID………………………………………………………………………… Phần 2 : Các chuẩn RFID ứng dụng trong các dải tần ………………………………………… Phần 3 : Xây dựng hệ thống RFID hoàn chỉnh………………………………………………… . 4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): ……………………………………………………………………………………………………………………… …. ………………………………………………………………………………………………………………………… ………. ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ………… 5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: ……TS Nguyễn Hữu Trung………………… ………………………… 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ………………………………………………………………… 7. Ngày hoàn thành đồ án: ……………………………………………………………………… ………………… Ngày tháng năm Chủ nhiệm Bộ môn Giảng viên hướng dẫn Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày … tháng … năm … Cán bộ phản biện Trần Anh Dũng Nguyễn Thế Dũng 1 ĐT5-K49 Kỹ thuật RFID và ứng dụng trong dải tần HF, LF BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------------------- BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thế Dũng Số hiệu sinh viên: 20040577 Trần Anh Dũng Số hiệu sinh viên: 20040615 Ngành: Viễn thông . Khoá: K49 Giảng viên hướng dẫn: Cán bộ phản biện: 1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp: . . . . . . . 2. Nhận xét của cán bộ phản biện: . . . . . . . . . . Ngày . tháng năm . Cán bộ phản biện ( Ký, ghi rõ họ và tên ) Trần Anh Dũng Nguyễn Thế Dũng 2 ĐT5-K49 Kỹ thuật RFID và ứng dụng trong dải tần HF, LF Lời nói đầu Được sự quan tâm ủng hộ của thầy giáo TS. Nguyễn Hữu Trung, ngay từ năm học thứ tư (2008) chúng em đã được tham gia nghiên cứu và tìm hiểu sâu về các hệ thống xử lý tín hiệu số cùng những ứng dụng thực tiễn đi kèm như hệ thống định vị GPS, hệ thống đèn giao thông thông minh . Trong hơn một năm qua, chúng em đã được tiếp xúc với nhiều công nghệ mới và những kiến thức chuyên ngành bổ ích. Sau quá trình nghiên cứu, nhận thấy được sự tiến bộ cũng như tiềm năng của công nghệ nhận dạng RFID (Radio Frequency Identification), được sự khích lệ động viên của thầy Nguyễn Hữu Trung, chúng em đã mạnh dạn chọn đề tài “Kỹ thuật RFID và ứng dụng trong dải tần HF và LF“ làm đồ án tốt nghiệp của mình. Qua đây, chúng em xin bày tỏ cảm ơn sâu sắc trước sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS.Nguyễn Hữu Trung và cô giáo TS.Nguyễn Thúy Anh trong suốt thời gian thực hiện đề tài khóa luận tốt nghiệp này. Đồng thời, chúng em cũng xin gửi lời chân thành cảm ơn tới các anh khóa K47 trong nhóm phát triển công nghệ đã giúp đỡ chúng em các kiến thức thực tiễn để hoàn thành tốt đề tài khóa luận tốt nghiệp này. Có được những kinh nghiệm và kiến thức quý báu để thực hiện đề tài cũng như để chuẩn bị hành trang bước vào cuộc sống, chúng em luôn ghi nhớ và cảm ơn về sự giảng dạy tần tình, sự ân cần quan tâm của các thầy cô giáo trong Khoa Điện Tử Viễn Thông - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trong suốt thời gian vừa qua. Chúng em cũng xin gừi lời cảm ơn tới bạn bè, người thân đã giúp đỡ động viên chúng em trong quá trình hoàn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp của mình. Hà Nội, ngày… tháng… năm … TÓM TẮT NỘI DUNG Công nghệ RFID là một công nghệ khá mới, đặc biệt là ở Việt Nam. Tuy nhiên, có thể khẳng định rằng: những ứng dụng mà nó mang lại giúp ích rất nhiều trong đời sống và Trần Anh Dũng Nguyễn Thế Dũng 3 ĐT5-K49 Kỹ thuật RFID và ứng dụng trong dải tần HF, LF cho sự phát triển của khoa học kỹ thuật. Hiện nay, kỹ thuật RFID được ứng dụng trên thế giới có thể được chia làm hai: một là ứng dụng đóng (close application) và ứng dụng mở (open application). Trong đó ứng dụng đóng thường được dùng trong công nghiệp hay trong các hệ thống bảo mật còn ứng dụng mở thường được dùng trong các hệ thống phục vụ nhu cầu xã hội như quản lý thư viện hay hàng hóa… Khóa luận có cấu trúc gồm bốn chương giúp cho người đọc có một cái nhìn tổng quan về công nghệ và đồng thời đi sâu vào phân tích thiết kế hệ thống quản lý truy nhập sử dụng công nghệ RFID ở dải tần HF và LF. Kỹ thuật RFID là kỹ thuật sử dụng sóng radio để trao đổi thông tin giữa hai bộ phát và thu. Trong đó cấu trúc thẻ gồm ba lớp được thiết kế đặc biệt có cấu trúc như một bộ phát siêu mỏng để giao tiếp với đầu đọc (reader). Dải tần số RFID dùng khá rộng bao gồm các dải tần LF, HF và UHF. Tùy tứng mục đích cụ thể mà các nhà nghiên cứu lựa chọn dải tần thích hợp cho ứng dụng của mình. Trong những ứng dụng quản lý con người hay tài sản, ứng dụng phổ biến là việc quản lý truy nhập trong các hệ thống vào ra hay bảo mật. Nhận biết được nhu cầu đó, bài khóa luận tập trung vào nghiên cứu và xây dựng hệ thống truy nhập ứng dụng công nghệ RFID ở dải tần LF ( tần số 125Khz ) và dải tần HF (tần số 13,56Mhz). Tại tấn số 125Khz, hệ thống sử dụng chip reader EM4095 (IC đọc tín hiệu) với phạm vi từ 5cm - 10cm. Tại tần số 13,56Mhz là IC TRF7960 của hãng TI phạm vi trong vòng 5m -10m. Bài khóa luận cũng mô tả hệ thống mô hình ứng dụng RFID ở dải tần 125Khz kết nối với máy tính kèm theo hệ thống cửa tự động, phần mềm cơ sở dữ liệu quản lý nhân sự và khối hiển thị LCD. Vi điểu khiến giao tiếp với chip đọc reader là PIC với ngôn ngữ C, phần mềm cơ sở dữ liệu được viết bằng ngôn ngữ C# (sử dụng VS2005). Phần cuối của khóa luận nêu ra các kết quả thực nghiệm và đánh giá kết quả thu được. ABSTRACT RFID really is a new techonogy, specially in Vietnam. There are many applications with RFID used in the worl. Nowadays, RFID is divided to 2 applycations : the close application and the open application. The close Trần Anh Dũng Nguyễn Thế Dũng 4 ĐT5-K49 Kỹ thuật RFID và ứng dụng trong dải tần HF, LF application is used in Industry or the secret system and the open application is used in demand of society such as library. These are the major contents of the project: Chapter 1 : RFID techology and system This chapter help us to see a basic of RFID techonogy . Chapter 2 : Standards in RFID and applycations There are many standards about RFID in the word. So, this chapter held for us to understand the most popular standards. Chapter 3 : constructing RFID system in RF and HF Chapter 4 : Summing up MỤC LỤC Lời nói đầu .3 ABSTRACT .4 1.1.1Hệ thống nhận dạng mã vạch (Barcode): .16 1.3 Nguyên lý kỹ thuật RFID .18 Tín hiệu được ghi vào một con chíp nhỏ nằm trong tấm thẻ rất mỏng. Dữ liệu được đọc ghi thông qua một thiết bị đọc ghi thẻ mà không phụ thuộc vào hướng hay phải sắp thẳng hàng, chỉ cần tấm thẻ đó nằm trong vùng phủ sóng của thiết bị là được. 18 Trần Anh Dũng Nguyễn Thế Dũng 5 ĐT5-K49 Kỹ thuật RFID và ứng dụng trong dải tần HF, LF Hình 1.3 : Cấu trúc thẻ tag RFID 18 Hình 1.4 Quá trình quản lý thẻ qua ănten .19 1.4 Cơ chế trao đổi năng lượng và dữ liệu 19 Cơ chế trao đổi năng lượng: .19 1.5 Hệ thổng RFID .24 1.5.1 Cấu trúc hệ thống 24 Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống RFID đơn giản 25 1.5.2.1. Thẻ thụ động: 27 Hình 1.13 Cấu trúc thẻ thụ động 27 1.5.2.2 Bán thụ động .28 1.5.2.3 Thẻ tích cực .29 Hình 1.14 Nguyên lý thẻ tích cực .29 1.5.3.1 Bộ đọc tuần tự .31 1.5.3.2 Bộ đọc mạng .31 1.5.3.3 Bộ đọc cố định 32 1.5.3.4 Bộ đọc cầm tay .33 1.5.5 Server 34 1.6 Những ưu điểm của hệ thống RFID .35 CHƯƠNG 2 .37 Trần Anh Dũng Nguyễn Thế Dũng 6 ĐT5-K49 Kỹ thuật RFID và ứng dụng trong dải tần HF, LF CÁC CHUẨN RFID VÀ ỨNG DỤNG 37 2.1 Các chuẩn RFID .37 2.1.1 Điều lệ và chuẩn hoá .37 2.1.2 Một số tiêu chuẩn xây dựng cho công nghệ RFID : .38 ISO 11784 & 11785 : Các chuẩn này qui định nhận dạng tần số vô tuyến cho động vật đưa ra khái niệm kỹ thuật và cấu trúc mã. .38 Các chuẩn ISO 11784,11785 và 14223 :được đề cập đến với việc xác định thú vật sử dụng hệ thống RFID system .38 - ISO 11784 Code dành cho việc xác định động vật gồm 64bít .38 - ISO 14223/1 - Nhận dạng tần số vô tuyến với động vật, bộ thu phát cao cấp – giao diện vô tuyến. .38 - ISO 11785 – Technical concept (khái niệm công nghệ ) : 38 2.2 Ứng dụng RFID vào thực tiễn .41 Hình 2.1 Dải tần ứng dụng .41 2.2.1 Trong hệ thống bưu chính viễn thông 42 Hình 2.2 Mô hình khai thác thông tin đối với thẻ RFID.46 2.2.2 Trong hệ thống giao thông .46 Hình 2.3 Cổng ra vào sử dụng công nghệ RFID 46 2.2.3 Trong kinh doanh .47 2.2.4 Trong hệ thống thư viện : .48 Hình 2.6 Ứng dụng RFID trong quản lý thư viện 48 2.2.5 Hệ thống theo dõi và quản lý động vật .49 3.1.2.1 Khối nguồn .54 Hình 3.3 Khối nguồn .55 Trần Anh Dũng Nguyễn Thế Dũng 7 ĐT5-K49 Kỹ thuật RFID và ứng dụng trong dải tần HF, LF 3.1.2.2 Khối hiển thị .55 Hình 3.4 Khối hiển thị .56 3.1.2.3 Khối xử lý trung tâm: .56 Hình 3.5 Khối xử lý trung tâm .57 3.1.2.4 Khối giao tiếp máy tính: 58 3.1.2.5 Khối rơle .59 Hình 3.7 Khối rơle .59 3.1.4 Thẻ (Tag) RFID .61 3.1.5 IC RFID 65 Hình 3.20 Mạch dao động LC .72 3.2.2.1 .Mô tả chức năng các chân của linh kiện 77 Hình 3.26 Sơ đồ chân của TRF796x 78 3.2.2.2 Cơ chế cấp nguồn .80 3.2.2.3 Các chế độ làm việc 81 3.2.2.4 Nhận tín hiệu 83 3.2.4 Kết luận 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Mô hình các hệ thống nhận dạng tự động . Error: Reference source not found 5 Trần Anh Dũng Nguyễn Thế Dũng 8 ĐT5-K49 Kỹ thuật RFID và ứng dụng trong dải tần HF, LF Hình 1.2 Minh họa công nghệ RFID . Error: Reference source not found 7 Hình 1.3 Cấu trúc thẻ tag RFID Error: Reference source not found 8 Hình 1.4 Quá trình quản lý thẻ qua ănten . Error: Reference source not found 9 Hình 1.5 Từ trường dao động 20 Hình 1.6 Năng lượng sinh ra từ từ trường dao động phía đầu đọc 21 Hình 1.7 Tín hiệu điều biên ASK 23 Hình 1.8 Tín hiệu điều tần FSK . 23 Hình 1.9 Tín hiệu điều pha PSK 24 Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống RFID đơn giản . 25 Hình 1.11 Các lớp thẻ RFID 26 Hình 1.12 Lớp mạch và anten 26 Hình 1.13 Cấu trúc thẻ thụ động . 27 Hình 1.14 Nguyên lý thẻ tích cực . 29 Hình 1.15 Trao đổi thông tin giữa reader và tag (bộ đọc và thẻ ) . 30 Hình 1.16 Ăngten thu phát giao tiếp với thẻ RFID 34 Hình 2.1 Dải tần ứng dụng . 41 Hình 2.2 Mô hình khai thác thông tin đối với thẻ RFID 46 Hình 2.3 Cổng ra vào sử dụng công nghệ RFID . 46 Hình 2.4 Ứng dụng hệ thống RFID trong dây truyền sản xuất 47 Hình 2.5 Ứng dụng hệ thống RFID trong quản lý kho hàng ……………… .48 Hình 2.6 Ứng dụng RFID trong quản lý thư viện 48 Hình 3.1 Tổng quan hệ thống 54 Hình 3. 2 Sơ đồ khối hệ thống . 54 Hình 3.3 Khối nguồn . 55 Trần Anh Dũng Nguyễn Thế Dũng 9 ĐT5-K49 Kỹ thuật RFID và ứng dụng trong dải tần HF, LF Hình 3.4 Khối hiển thị 56 Hình 3.5 Khối xử lý trung tâm 57 Hình 3.6 Khối giao tiếp máy tính 59 Hình 3.7 Khối rơle 59 Hình 3.8 Sơ đồ thuật toán khối xử lý trung tâm 60 Hình 3.9 Sơ đồ thuật toán trên PC 61 Hình 3.10 Sơ đồ chip EM4102 63 Hình 3.11 Sơ đồ khối của IC EM4102 63 Hình 3.12 Phân chia 64 bits trong bộ nhớ của EM4102 . 64 Hình 3.13 Mã hóa dữ liệu dạng mã Manchester . 65 Hình 3.14 Sơ đồ bố trí các chân của EM4095 66 Hình 3.15 Cấu hình EM4095 dùng trong chế độ Read Only . 69 Hình 3.16 Cấu hình EM4095 dùng trong chế độ Read Write 70 Hình 3.17 Sơ đồ khối của EM4095 . 71 Hình 3.18 Chế độ hoạt động Read Only . 71 Hình 3.19 Chế độ hoạt động Read Write 72 Hình 3.20 Mạch dao động LC . 73 Hình 3.21 Mô hình tổng thể hệ thống . 75 Hình 3.22 Giao diện hiển thị trên PC… .……………………………………76 Hình 3.23 Dải tần radio và ứng dụng RFID . 77 Hình 3.24 Sơ đồ khối hệ thống RFID dải tần HF . 7 7 Hình 3.25 Sơ đồ khối giao tiếp TRF7960 7 8 Hình 3.26 Sơ đồ chân của TRF796x 79 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT Trần Anh Dũng Nguyễn Thế Dũng 10 ĐT5-K49