Ứng dụng công nghệ RFID vào quản lý học sinh

Hệ thống quản lý học sinh bao gồm: Vi điều khiển PIC nhận mã thẻ từ thẻ RFID và gửi lên máy vi tính. Máy vi tính có chương trình VB quản lý dữ liệu học sinh.

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA ĐIỆN TỬ - TIN HỌC …    … ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RFID VÀO QUẢN LÝ HỌC SINH GVHD: LƯU VĂN ĐẠI SVTH: NGUYỄN TẤN LỢI NGUYỄN TRUNG NHÂN LỚP: CĐ ĐTVT 10A MSSV: 308101046 308101061 Tp. HCM, tháng 6 năm 2013 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay ngành 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 sản phẩm công nghệ thông tin đã len lỏi đến tất cả các ngành nghề trong xã hội từ ngành giáo dục, ngân hàng, tài chính đến các dịch vụ khác… Không những vậy chúng còn được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị gia dụng như máy giặt, tủ lạnh, đến các thiết bị gải trí truyền thông như điện thoại, Ipod, Ipad,… Trong tương lai, bên cạnh việc phát triển công nghệ vi điện tử để chế tạo ra các thế hệ bộ vi xử lí với tốc độ xử lí ngày càng nhanh, thì các hệ thống ứng dụng vẫn sẽ phát triển rất mạnh. Chính vì lẽ đó, chúng tôi đã chọn đề tài về ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ RFID VÀO QUẢN LÝ HỌC SINH. Công nghệ này đã xuất hiện khá lâu nhưng cho đến nay các ứng dụng của nó vẫn chưa được triển khai rộng rãi. Với việc chọn đề tài này, chúng tôi hy vọng sẽ góp phần công sức bé nhỏ của mình vào việc triển khai và ứng dụng nó. Tuy nhiên, do điều kiện kinh tế còn khó khăn và cũng do thời gian có hạn, nên ở đây chúng tôi chỉ thiết kế và thi công hệ thống đơn giản. Để có thể triển khai áp dụng nó vào thực tế thì sẽ phải đầu tư thêm nhiều tiền bạc và thời gian để hoàn thiện sản phẩm. Song, với việc thiết kế thành công hệ thống này, chúng tôi đã thu được rất nhiều kinh nghiệm để có thể thi công các sản phẩm hoàn thiện hơn trong tương lai. Qua đây chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Lưu Văn Đại và các Thầy Cô khác trong khoa Điện Tử - Tin Học Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng đã tận tình giúp đỡ chúng em thực hiện đề tài này. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân LỜI CẢM ƠN  Để hoàn thành đồ án môn học này, chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng, nơi đã tạo cho chúng em môi trường học tập tốt, đầy đủ cơ sở vật chất, môi trường học tập thân thiện, tạo mọi điều kiện để sinh viên được học và thực hành tốt hơn. Chúng em chân thành cảm ơn Khoa Điện Tử - Tin Học đã giúp chúng em có kiến thức và môi trường thực hành tốt với đầy đủ dụng cụ trang thiết bị để chúng em có thể thực hành tốt hơn. Các thầy cô hướng dẫn nhiệt tình, kinh nghiệm, đi sâu vào vấn đề cụ thể, chi tiết, giúp HSSV hiểu và nắm bắt được phần lý thuyết để làm tốt phần thực hành và ứng dụng vào cuộc sống. Chúng em chân thành biết ơn Thầy Lưu Văn Đại là giảng viên Khoa Điện tử - Tin Học Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng đã tận tình hướng dẫn và chỉnh sửa, đưa ra nhiều ý kiến đánh giá quý báu, cũng như cung cấp các tài liệu, số liệu thông tin để chúng em có thể hoàn thành tốt đồ án này. Chúng em cảm ơn thầy. Chúng em chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện Tử - Tin học trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng đã giảng dạy, hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập, giúp chúng em trang bị kiến thức và khoa học để hoàn thành đồ án và kinh nghiệm trong thực tiễn. Kính chúc quý thầy cô nhiều sức khỏe, thuận lợi trong công việc. ---------------------------------------------- Tp HCM, Ngày 20 Tháng 6 Năm 2013 HSSV: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân MỤC LỤC Chương 1: Dẫn nhập Trang 1 1.1. Đặt vấn đề . 1 1.2. Giới hạn đề tài . 1 1.3. Mục đích nghiên cứu . 2 Chương 2: Giới thiệu về công nghệ RFID 2.1. Công nghệ RFID . 3 2.2. Các khái niệm cơ bản. . 3 2.2.1. Sóng . 3 2.2.2. Tần số thấp LF 5 2.2.3. Tần số cao HF . 5 2.2.4. Tần số siêu cao UHF . 5 2.3. Mã hóa dữ liệu trên thẻ . 6 2.3.1.Mã hóa Manchester 6 2.3.2. Mã hóa hai pha (biphase) 6 2.3.3. Mã hóa PSK 7 2.4. Thành phần của một hệ thống RFID . 7 2.4.1. Các thẻ RFID 8 2.4.2. Thiết bị đọc thẻ (Reader) 9 2.4.3. Anten của thiết bị đọc thẻ . 11 2.5. Phương thức làm việc của RFID . 12 2.6. Các tiêu chuẩn công nghệ RFID . 14 2.7. Các ứng dụng RFID . 15 2.8. Xu hướng phát triển 16 2.9. Nhược điểm của hệ thống RFID . 16 Chương 3: Ngôn ngữ Visual Basic . 3.1.Giới thiệu . 17 3.1.1. Đối tượng và các khái niệm liên quan 18 3.1.2. Phương pháp lập trình hướng sự kiện 19 3.2. Giao tiếp máy tính bằng Visual Basic . 19 3.2.1. Mô Tả . 19 3.2.2Các thuộc tính . 22 3.2.3. Sự kiện OnComm . 26 Chương 4: Khảo sát linh kiện . 4.1. Giới thiệu vi điều khiển PIC16F877A 27 4.1.1. Cấu Trúc Của PIC 16F877a 27 4.1.2. Chức năng đặc biệt SFR thanh ghi 28 4.1.3. Các cổng xuất nhập của PIC16F877A 30 4.1.4. TIMER_0 32 4.1.5. TIMER_1 33 4.1.6. TIMER_2 34 4.1.7. ADC 36 4.2. Giới thiệu Chip EM4095 37 4.2.1. Mô tả 37 4.2.2. EM 4095 . 38 4.2.3. Mô tả chức năng chung 41 4.3. EM 4100 và EM4102 . 44 4.3.1. Mô tả 44 4.3.2. Chức năng 44 4.3.3. Giá trị cực đại định mức . 46 4.3.4. Đặc điểm về điện 46 4.3.5. Đặc điểm về thời gian . 47 4.3.6. Dạng sóng theo thời gian . 47 4.4. Truyền Thông Qua Cổng Giao Tiếp Nối Tiếp 47 4.4.1. Chuẩn RS232 47 4.4.2. Max232 . 51 Chương 5: Thiết kế hệ thống quản lí học sinh 5.1. Sơ đồ khối hệ thống 52 5.1.1. Khối xử lí trung tâm . 53 5.1.2. Khối nguồn . 53 5.1.3. Tag 53 5.1.4. Anten 53 5.1.5. Reader . 54 5.1.6. Khối giao tiếp máy tính 54 5.1.7. Khối hiển thị . 54 5.2. Sơ đồ nguyên lí . 54 5.3. Lưu đồ giải thuật chương trình chính . 56 Chương 6: Kết luận và hướng phát triển . 6.1. Kết luận . 57 6.2. Hướng phát triển . 57 Tài liệu tham khảo . 58 Phụ lục . Code Pic 16f877a 59 Code phần mềm Visual basic 63 Chương 1: Dẫn nhập GVHD: Lưu Văn Đại 1 SVTH: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP 1.1. Đặt vấn đề Ngày nay với những ứng dụng của khoa học công nghệ vào đời sống. Thế giới đã và đang ngày một thay đổi, văn minh, hiện đại hơn. Sự phát triển của điện tử đã tạo ra những thiết bị có đặc điểm nổi bật như: độ chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ và có phần ứng dụng cao góp phần nâng cao năng suất con người. Sự ra đời công nghệ RFID (Radio frequency identification) - công nghệ nhận dạng đối tượng bằng sóng radio) là ý tưởng độc đáo trên thế giới công nghệ RFID đã được áp dụng vào rất nhiều lĩnh vực như: an ninh, quân sự, giải trí, thương mại, bưu chính viễn thông .đem lại nhiều lợi ích to lớn. Còn ở Việt Nam khoảng vài năm trở lại đây chúng ta đã bắt đầu bắt gặp nhiều ứng dụng công nghệ RFID trong thực tiễn cuộc sống hàng ngày.Ví dụ như bãi giữ xe, hay máy chấm công nhân viên…, với mục đích tìm hiểu, nghiên cứu hoạt động và thiết kế các khối module sử dụng công nghệ RFID. Do đó mà nhóm em chọn đề tài: “Ứng dụng công nghệ RFID vào quản lí học sinh” làm đề tài tốt nghiệp. 1.2. Giới hạn đề tài Do những hạn chế khách quan như một số linh kiện chưa có trên thị trường Việt Nam, do kiến thức và thời gian có hạn đề tài chỉ giới hạn những điểm sau: Nghiên cứu công nghệ RFID. Nghiên cứu tag RFID (transponder – thẻ). Nghiên cứu Reader (bộ đọc). Thiết kế và thi công module thu phát sử dụng công nghệ RFID. Module giao tiếp giữa máy tính với reader ( EM4095 ), đọc và hiện thị nội dung thẻ ở khoảng cách gần. Thiết kế giao diện phần mền trên máy tính khi nhận được tín hiệu từ mạch điều khiển dữ liệu thẻ và hiển thị thông tin học sinh. Chương 1: Dẫn nhập GVHD: Lưu Văn Đại 2 SVTH: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân 1.3. Mục đích nghiên cứu Mục đích của thực hiện đề tài đã tiến hành nghiên cứu là: Trước tiên là để hoàn thành đồ án để đủ điều kiện tốt nghiệp. Với bản thân người thực hiện đề tài, đây chính là một cơ hội tốt để có thể tự kiểm tra lại kiến thức của mình, đồng thời có cơ hội để nỗ lực vận động tìm hiểu, tiếp cận nghiên cứu được với những vấn đề mình chưa biết, chưa hiểu rõ nhằm trang bị cho bản thân nhiều kiến thức bổ ích sau này có thể ứng dụng vào thực tế cuộc sống. Phát huy kỹ năng làm việc theo nhóm, khả năng tự suy nghĩ tìm tòi, học hỏi, phát huy năng lực của bản thân. Ngoài ra còn tạo được 1 sản phẩm có tính ứng dụng trong thực tế. Chương 2: Giới thiệu về công nghệ RFID GVHD: Lưu Văn Đại 3 SVTH: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ RFID 2.1. Công nghệ RFID Công nghệ RFID cho phép một thiết bị đọc thông tin chứa trong chip không tiếp xúc trực tiếp ở khoảng cách xa, không thực hiện bất kỳ giao tiếp vật lý nào. Hoặc giữa hai vật không nhìn thấy. Công nghệ này cho ta phương pháp truyền nhận dữ liệu từ một điểm đến điểm khác. Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để truyền dữ liệu từ các tag (thẻ) đến reader (bộ đọc). Tag có thể đựơc đính kèm hoặc gắn vào đối tượng được nhận dạng chẳng hạn sản phẩm, hộp hoặc giá kệ (pallet). Reader scan dữ liệu của tag và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu có lưu trữ dữ liệu của tag. Chẳng hạn các tag có thể được đặt trên kính chắn gió xe hơi để hệ thống thu phí đường có thể nhanh chóng nhận dạng và thu tiền trên các tuyến đường. Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay là hệ thống RFID bị động làm việc như sau: reader truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ qua anten của nó đến một con chip. Reader nhận thông tin trở lại từ chip và gửi nó đến máy tính điều khiển đầu đọc và xử lý thông tin lấy được từ chip. Các chip không tiếp xúc không tích điện, chúng hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng nhận từ tín hiệu được gửi bởi reader. 2.2. Các khái niệm cơ bản. 2.2.1. Sóng Sóng là một dao động vận chuyển năng lượng từ một điểm này tới điểm khác. Sóng điện từ là sóng được tạo ra bởi các electron chuyển động và dao động điện từ trường. Các sóng này có thể đi xuyên qua một số kiểu chất liệu khác nhau. Điểm có vị trí cao nhất trên một sóng được gọi là một đỉnh sóng, và điểm thấp nhất được gọi là một lõm sóng. Khoảng cách giữa hai đỉnh sóng liên tiếp hoặc hai lõm sóng liên tiếp thì được gọi là một bước sóng. Một bước sóng hoàn chỉnh của một dao động sóng được gọi là chu kỳ. Và thời gian cần thiết để một Chương 2: Giới thiệu về công nghệ RFID GVHD: Lưu Văn Đại 4 SVTH: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân sóng hoàn thành một chu kỳ, được gọi là chu kỳ dao động . Số các chu kỳ trong một giây được gọi là tần số của sóng. Tần số có đơn vị là hertz (ký hiệu Hz). Và nếu như tần số của một sóng là 1 Hz,thì có nghĩa là sóng đang dao động với tốc độ một chu kỳ trên giây. Các đơn vị khác thường được dùng là KHz (= 1,000 Hz), MHz (= 1,000,000 Hz), hoặc GHz (= 1,000,000,000 Hz). Hình dưới đây chỉ ra một vài bộ phận của một sóng Hình 2.1 Các thành phần của sóng Các sóng vô tuyến hay các sóng có tần số vô tuyến (RF) là các sóng điện từ với chiều dài bước sóng ở giữa khoảng 0.1 cm và 1,000 km hoặc là có tần số nằm trong khoảng giữa 30 Hz và 300 GHz.Ngoài ra còn có nhiều kiểu sóng điện từ khác như: tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia gamma, tia x, và các tia vũ trụ. Điều chế là quá trình thay đổi các đặc tính của một sóng vô tuyến để mã hóa một vài tín hiệu thông tin mang theo. Chương 2: Giới thiệu về công nghệ RFID GVHD: Lưu Văn Đại 5 SVTH: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân Công nghệ RFID chủ yếu dùng ba loại tần số là: tần số thấp LF, tần số cao HF, tần số siêu cao UHF .Còn loại tần số rất cao VHF thì chưa thấy có hệ thống RFID sử dụng, do vậy em không đề cập đến ở đây. 2.2.2. Tần số thấp LF: Là các tần số nằm trong khoảng giữa 30 KHz đến 300 KHz, hệ thống RFID thông thường chỉ sử dụng các tần số trong phạm vi từ 125 KHz tới 134 KHz.Còn với một hệ thống LF RFID điển hình thì thường hoạt động tại tần số là 125 KHz hoặc là 134.2 KHz. Hệ thống RFID hoạt động tại tần số thấp thường sử dụng các thẻ thụ động, nên tốc độ truyền dữ liệu từ thẻ tới thiết bị đọc thẻ là rất thấp. Song tuy nhiên, các thẻ tích cực LF cũng có thể được sử dụng bởi các nhà cung cấp. Ngày nay phạm vi tần số LF được chấp nhận sử dụng ở khắp mọi nơi trên thế giới. 2.2.3. Tần số cao HF: Là các tần số nằm trong phạm vi từ 3 MHz tới 30 MHz, trong đó 13.56 MHz là tần số điển hình thường được sử dụng cho các hệ thống RFID. Hệ thống HF RFID thường sử dụng các thẻ thụ động, nên có tốc độ truyền dữ liệu khá thấp từ thẻ tới thiết bị đọc thẻ. Ngày nay các hệ thống HF được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là trong các bệnh viện (vì ở đó nó không gây nhiễu cho các thiết bị y tế đang hoạt động khác). Và có lẽ do vậy mà phạm vi tần số HF đã được chấp nhận sử dụng hầu như khắp thế giới. 2.2.4. Tần số siêu cao UHF: Là các tần số nằm trong khoảng từ 300 MHz tới 1 GHz .Hệ thống UHF RFID thụ động thường hoạt động tại tần số 915 MHz tại Hoa Kỳ và tại 868 MHz ở các nước Châu Âu. Còn hệ thống UHF RFID tích cực hoạt động tại tần số 315 MHz và 433 MHz.Và vì vậy hệ thống UHF có thể sử dụng được cả hai loại thẻ tích cực và thụ động và có thể đạt được một tốc độ truyền dữ liệu khá nhanh giữa thẻ và thiết bị đọc thẻ. Các hệ thống UHF RFID hiện tại đã bắt đầu được triển khai rộng rãi trong các tổ chức chính phủ các nước như bộ quốc phòng Mỹ và các . công nghệ RFID GVHD: Lưu Văn Đại 3 SVTH: Nguyễn Tấn Lợi Nguyễn Trung Nhân Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ RFID 2.1. Công nghệ RFID Công nghệ RFID cho. RFID. Do đó mà nhóm em chọn đề tài: “Ứng dụng công nghệ RFID vào quản lí học sinh làm đề tài tốt nghiệp. 1.2. Giới hạn đề tài Do những hạn chế khách quan