NGHIÊN cứu và xây DỰNG hệ THỐNG THU PHÍ ĐƯỜNG bộ DÙNG CÔNG NGHỆ RFID (có code)

NGHIÊN cứu và xây DỰNG hệ THỐNG THU PHÍ ĐƯỜNG bộ DÙNG CÔNG NGHỆ RFID (có code)

NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG

HỆ THỐNG THU PHÍ ĐƯỜNG BỘ

DÙNG CÔNG NGHỆ RFID

DANH MỤC BẢNG BIỂU

CSDL Cơ Sở Dữ Liệu

DCE Data Circuit Terminating Equipment

DTE Data Terminal Equipment

EAS Electronic Artcle Surveillance

EIA Electronic Industry Association

EPC Electronic Product Code Network

IFF Identification Friend or Foe

RFID Radio Frequency Identification

TIA Telecommunications Industry Association UART Universal Asynchronous Receiver - Transmitter UHF Ultra High Frequency

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THU PHÍ ĐƯỜNG BỘ 1.1 Giới thiệu đề tài

Hệ thống mạng lưới giao thông đường bộ đóng một vai trò hết sức quan trọng trong quá trình phát triển và hội nhập, sau khi xây dựng thì một trong những vấn đê quan trọng là làm sao quản lý đạt hiệu quả Trong những năm qua, hầu hết các trạm thu phí của nước ta được thực hiện theo phương pháp thủ công, việc bán và soát vé phải có nhân viên trực mỗi làn đường Điêu này đã làm chậm lại quá trình lưu thông của xe khi qua trạm, chi phí nhân công cao, khó khăn trong quản lý và số thu thực tế,… với sự phát triển không ngừng của cuộc các mạng công nghệ lần thứ tư Công nghệ thông tin được ứng dụng trong rất nhiêu lĩnh vực khác nhau Với khả năng ứng dụng rộng rãi cùng với những chính sách phát triển, nâng cao chất lượng dịch vụ Việc đưa công nghệ tin học vào hỗ trợ các công việc quản lý đăng kiểm các phương tiện giao thông đã được mọi người chú ý tới Ứng dụng này nhằm giảm tải được công việc đăng kiểm, quản lý một cách hiểu quả và khoa học Và hệ thống thu phí đường bộ tự động hiện đang là mô hình phổ biến tại nhiêu quốc gia trên thế giới.

Xuất phát từ những nhu cầu đó, đê tài nghiên cứu và xây dựng hệ thống thu phí đường bộ dùng công nghệ RFID đã được em tìm hiểu và thực hiện Hệ thống trên giúp nâng cao chất lượng quản lý, thu phí đường bộ và hổ trợ trong việc kiểm soát và cập nhật thông tin quản lý vê phương tiên giao thông Sử dụng công nghệ nhận dạng bằng tần số vô tuyến là công nghệ cho phép đọc dữ liệu lưu trữ trong thẻ ở phạm vi ngắn mà không cần tiếp xúc trực tiếp Trọng tâm của đê tài nghiên cứu là phân tích hệ thống quản lý phương tiện giao thông và thu phí đường bộ ứng dụng công nghệ RFID.

1.2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

• Trình bày lượng kiến thức mà em đã tích luỹ được trong thời gian học tập tại trường.

• Tìm hiểu vê ứng dụng của công nghệ trong công việc thu phí đường bộ.

• Nâng cao khả năng tư duy và nghiên cứu của bản thân, khả năng tiếp cận và giải quyết vấn đê.

• Qua đó có được cái nhìn sâu sắc hơn và rõ nét hơn vê hệ thống thu phí đường bộ thông minh dùng công nghệ RFID.

chủ sở hữu phương tiện và cơ quan kiểm soát

Hình 1.1: Trạm thu phí đường bộ kiểu cũ.

Việc kiểm soát các phương tiện và chủ sở hữu còn khá bất cập: Các cơ quan kiểm

soát (công an giao thông, quản lý đường bộ ) còn gặp nhiêu khó khăn trong việc cập nhật và kiểm soát thông tin vê các phương tiện cũng như chủ sở hửu phương tiện.Việc kiểm soát sẽ được thực hiện dễ dàng hơn khi cơ sở dữ liệu mang tính thống nhất và toàn diện.

Hình thức thu phí thủ công không còn hiệu quả trong thời kì đổi mới: Chính sách

thu phí đường bộ của nước ta hiện nay còn mang tính địa phương Gây nhiêu tranh cải trong thời gian gần đây Việc thu phí gặp nhiêu khó khăn cho cả bên thu lẫn bên đóng Các phương tiện chờ qua trạm thu phí gây ùn tắc giao thông

Hình 1.2: Hệ thống thu phí đường bộ có thể gây ùn tắc.

1.3.2 Các giải pháp hợp lý được kiến nghị

Để đáp ứng và khắc phục các nhược điểm của hệ thống thu phí kiểu cũ thì:

• Hệ thống quản lý phương tiện giao thông phải mang tính chất đồng bộ và thống nhất giữa các ban ngành và địa phương.

• Đối với các cơ quan kiểm soát cần phải có thiết bị truy cập vào hệ thống thông tin.

• Chủ phương tiện sẽ được tiếp xúc và hướng dẫn cách sử dụng công nghệ mới, việc qua trạm thu phí sẽ nhanh và đơn giản hơn.

1.4 Hệ thống thu phí đường bộ dùng công nghệ mới

1.4.1 Những yêu cầu của hệ thống thu phí đường bộ cần

Hệ thống phải lưu trữ thông tin liên quan đến phương tiện: Chủ phương tiện, thông tin phương tiện, … đảm bảo lưu trữ dữ liệu chặt chẽ, truy cập nhanh chóng Việc tìm kiếm và cập nhật thông tin phương tiện được thực hiện một cách dễ dàng và động bộ

Hệ thống thu phí đường bộ được thực hiện một cách minh bạch Thống kê được quá trình đăng kí và báo cáo thu phí.

1.4.2 Mô tả về hệ thống

Đăng nhập hệ thống: Chức năng này bắt đầu khi người dùng muốn cập nhật và tra cứu thông tin Hệ thống yêu cầu người dùng nhập tên và mật khẩu để truy cập vào hệ thống

Quản lý nhân viên: Chức năng dùng để quản lý người dùng hệ thống khi người dùng muốn cập nhật hoặc tra cứu thông tin.

Quản lý người sử dụng và phương tiện giao thông: Chức năng này bao gồm quản lý chủ sở hữu phương tiện, quản lý phương tiện, tra cứu thông tin, thay đổi và cập nhật thông tin, …

Quản lý thu phí đường bộ: bao gồm quản lý phí, thống kê và báo cáo thu phí, …

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ RFID 2.1 Giới thiệu lịch sử hình thành và phát triển của công nghệ RFID

2.1.1 Giai đoạn từ năm 1880 đến năm 1960

Bảng 2.1: Giai đoạn từ năm 1880 đến năm 1960.

1880 Bắt đầu xuất hiện nên tản vê năng lượng điện từ.

1897 Gulielmo Marconi sáng chế ra radio.

1922 Sự ra đời của kĩ thuật RFID đầu tiên.

1937 NRL đã phát triển hệ thống IFF.

1950 RFID được nghiên cứu trong labs.

1958 Jack Kibly đã chế tạo được mạch tích hợp.

Công nghệ RFID có nguồn gốc từ năm 1897 khi Guglielmo Marconi đã phát hiện ra sóng radio RFID áp dụng các nguyên tắc vật lý cơ bản như truyên phát radio, sóng radio một dạng năng lượng điện từ truyên và nhận dạng dữ liệu khác nhau Dần sau đến 1930 lịch sử phát triển RFID có sự chuyển biến rõ rệt.

Lần đầu tiên một công nghệ tương tự RFID ra đời, đó là bộ tách sóng IFF (Identification Friend or Foe) được phát minh năm 1937 bởi người Anh và được quân đồng minh sử dụng trong Thế Chiến lần thứ II để nhận dạng máy bay ta và địch Kỹ thuật này trở thành nên tảng cho hệ thống kiểm soát không lưu.

2.1.2 Giai đoạn từ năm 1960 đến năm 1990

Bảng 2.2: Giai đoạn từ năm 1960 đến năm 1990.

1960 Xuất hiện hệ thống nhận biết điện từ Electronic Artcle Surveillance.

1970 Những bằng sáng chế vê RFID liên tục được cấp.

1970-1980 Phát triển hệ thống quản lý đàn gia súc bằng RFID.

1987 Ứng dụng thương mại đầu tiên trong việc thu phí giao thông tại Nauy.

1989 Thu phí điện tử của hãng Dallas North Turnpike.

Cuối thập niên 60 đầu thập niên 70, bắt đầu xuất hiện những công ty giới thiệu những ứng dụng mới cho RFID mà không quá phức tạp và đắt tiên Ban đầu phát triển những thiết bị giám sát điện tử (Electronic Artcle Surveillance – EAS) để kiểm soát hàng (quần áo, sách, …)

Kỹ thuật RFID ngày càng được nhiêu người biết đến trong những thập niên 60

70 Bắt đầu xuất hiện nhiêu hơn những ứng dụng và kỹ thuật này càng được hoàn thiện

từ nhận biết trở thành nhận dạng.

Đến năm 1973, MarioCardullo (USA) chính thức trở thành người đầu tiên hoàn thiện công nghệ RFID.

Việc khảo sát tỉ mỉ kỹ thuật radio được đem nghiên cứu và phát triển trong các hoạt động thương mại cho đến thập niên 1960 và tiến triển rõ ràng vào những năm

1970 bởi các công ty, học viện và chính phủ Mỹ Bộ năng lượng Los Alamos Nation Laboratory đã phát triển hệ thống theo dõi nguyên liệu hạt nhân băng cách đặt thẻ vào

xe tải và đặt các đầu đọc tại các cổng của bộ phận bảo vệ Đây là hệ thống được sử dụng ngày nay trong các hệ thống tiển trả tiên lệ phí tự động.

RFID càng phát triển vào đầu những năm 80, có những ứng dụng rộng rãi trong việc kiểm soát xe tại Mỹ hay đánh dấu đàn gia súc tại Châu Âu Hệ thống RFID cũng được ứng dụng trong việc nghiên cứu đời sống hoang dã, các thẻ RFID được gắn vào trong những con vật, nhờ đó có thể lần theo dấu vết của chúng trong môi trường hoang dã.

Đến thập niên 90, khi mà tần số UHF được sử dụng và thể hiện được những ưu điểm của mình vê khoảng cách và tốc độ truyên dữ liệu thì công nghệ RFID đã đạt được những thành tựu rực rỡ.

2.1.3 Giai đoạn từ năm 1990 – đến nay

Bảng 2.3: Giai đoạn từ năm 1990 đến nay.

1990 Hệ thống tàu lửa được trang bị công nghệ RFID tại Mỹ.

Thẻ UHF ra đời mở ra giải pháp sản xuất hàng loạt.

1991 Hãng Texas Instrument thành lập ra TIRIS (TI_RFID).

2000 Hệ thống bán hàng Wal-Mart đã ứng dụng công nghệ RFID.

2003 Kỹ thuật RFID đươc quân đội Mỹ sử dụng trong chiến tranh

IRAC.

Chuẩn EPCglobal được ra đời.

Cuối thế kỉ 20, số lượng các ứng dụng RFID hiện đại bắt đầu mở rộng theo hàm

mũ trên phạm vi toàn cầu Dưới đây là một vài bước tiến quan trọng góp phần đẩy mạnh sự phát triển này.

Texas Instrument đi tiên phong ở Mỹ.

Vào năm 1991, Texas Instrument đã đi tiên phong trong hệ thống RFID ở Mỹ, công ty này đã tạo ra một hệ thống xác nhận và đăng kí Texas Instrument (TIRIS) Hệ

thống TI-RFID đã trở thành nên tảng cho phát triển và thực hiện những lớp mới của ứng dụng RFID.

Châu Âu đã bắt đầu công nghệ RFID từ rất sớm với nhiêu công ty có thành công trong lĩnh vực RFID như Texas Instrument (giới thiệu sản phẩm RFID), EM Microelectronic-Marin công ty của The Swatch Group Ltd (đã thiế kế mạch tích hợp), Microelectronic và Philips Semiconductors là hai nhà sản xuất lớn ở Châu Âu vê lĩnh vực này.

Phát triển thẻ thụ động trong thập niên 90.

Các đây một vài năm các ứng dụng chủ yếu của thẻ RFID thụ động, thẻ dần được

sử dụng tần số siêu cao UHF là cho khoảng cách đo dần xa ra, tốc độ cũng được cải thiện vào thời điểm này EPCglobal được thành lập, EPCglobal đã hỗ trợ hệ thống mã sản phẩm điện tử (Electronic Product Code Network EPC) hệ thống này đã trở thành tiêu chuẩn cho xác nhận sản phẩm tự động.

2.2 Công nghệ RFID

RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ nhận dạng đối tượng bằng công nghệ sóng vô tuyến, cho phép thiết bị đọc được thông tin chứa trong chip ở khoảng cách xa mà không cần tiếp xúc trực tiếp, không thực hiện bất kì giao tiếp vật lý nào giữa hai thẻ lưu trữ và thiế bị đọc Công nghệ này cho ta phương pháp truyên nhận dữ liệu từ một điểm đến một điểm khác.

Tần số hoạt động là một trong những thuộc tính quan trọng nhất của một hệ thống RFID Tại đó reader sẽ truyên đi các tín hiệu của nó Trong hầu hết các trường hợp thì tần số của một hệ thống RFID được quyết định bởi khoảng cách cần thiết để việc thực hiện đọc thành công Công nghệ này chủ yếu dùng ba loại tần số là: Tần số thấp LF, tần số cao HF và tần số siêu cao là UHF.

Tần số thấp LF (Low Frequency): là các tần số nằm trong khoảng từ 30 KHz đến

300 KHz Hệ thống dùng công nghệ RFID thông thường chỉ sử dụng trong phạm vi tần số từ 125 KHz đến 134 KHz Hệ thống dùng RFID ở tần số thấp này thường được sử dụng các thẻ thụ động nên tốc độ truyên dữ liệu từ thẻ tới thiết bị đọc thẻ là rất thấp Tần số cao HF (High Frequency): là các tấn số nằm trong phạm vi từ 3 MHz đến

30 MHz Trong đó tần số 13.56 MHz là tần số điển hình thường được sử dụng cho các hệ thống RFID Cũng giống như hệ thống RFID dùng tần số LF thì hệ thống HF dùng RFID thường sử dụng các thẻ thụ động nên tốc độ truyên dữ liệu từ thẻ tới thiết bị đọc cũng khá thấp Ngày nay thì hệ thống dùng tần số HF được sử dụng khá rộng rãi.

Tần số siêu cao UHF (Ultra High Frequency): là các tần số nằm trong khoảng từ

300 MHz đến 1 GHz Với tần số này thì hệ thống RFID dùng tần số UHF có thể sử dụng được cả hai loại thẻ thụ động và tích cực Hệ thống dùng tần số UHF RFID thụ động thường hoạt động tại tần số 915 MHz tại Hoa Kì và 868 MHz tại các nước Châu

Âu Còn ở hệ thống dùng UHF RFID tích cực hoạt động tại tần số 315 MHz và 433MHz Hệ thống UHF có lợi thế có thể đạt được một tốc độ truyên nhận dữ liệu khá nhanh giữa thẻ và thiết bị đọc Tuy nhiên, phạm vi hoạt động của tần số này vẫn không được chấp nhận sử dụng trên toàn thế giới

Hình 2.1: Phổ tần số vô tuyến.

Một hệ thống RFID có ba thành phần cơ bản bao gồm: tag, đầu đọc và một máy chủ Dưới đây là chi tiết các thành phần trong một hệ thống RFID.

• Thẻ (tag).

• Thiết bị đọc thẻ.

• Anten của thiết bị đọc: Ngày nay một số đầu đọc đã được tích hợp anten trực tiếp vào mạch Kích thước của anten đã được giảm đi rất nhiêu.

• Các cảm biến, bộ truyên động, bộ báo hiệu

• Máy chủ và hệ thống phần mêm quản lý: Vê mặt lý thuyết một hệ thống dùng công nghệ RFID có thể hoạt động độc lập mà không cần tới các thành phần này Tuy nhiên trong thực tế, nếu không có các thành phần này thì hệ thống gần như vô giá trị.

• Cơ sở hạ tầng truyên thông: thành phần quan trọng này là một tập hợp cả mạng có dây và không dây Cơ sở hạ tầng nối tiếp để có thể kết nối các thành phần đã liệt kê ở trên với nhau.

2.2.1 Thẻ Tag RFID

Chip nhớ là một chip thông minh cho phép lưu trữ dữ liệu và trao đổi thông tin với bộ đọc Các chip nhớ được sản xuất với những hình dáng khác nhau, đặc tính kỹ thuật khác nhau để phù hợp với yêu cầu thực tế của các hệ thống tự động Các thẻ RFID có thể được phân thành hai loại khác nhau là thẻ thụ động, thẻ tích cực và thẻ bán tích cực

Thẻ thụ động không có nguồn nuôi tích hợp trên bảng mạch thẻ, nó sử dụng năng lượng được phát ra từ đầu đọc để là nguồn năng lượng cho bản thân nó hoạt động Thẻ thụ động khá đơn giản vê cấu tạo và không có các bộ phận rời rạc.Thẻ thụ động có phạm vi đọc khá đa dạng từ 1 inch (2.54 cm) đến 30 feet (xấp xỉ 9 mét) Thẻ thụ động bao gồm: vi chip và anten.

Hình 2.2: Các thành phần của thẻ thụ động.

Các thẻ tích cực thì được tích hợp sẵn một nguồn năng lượng ở bên trong bảng mạch thẻ Một thẻ tích cực sử dụng nguồn năng lượng của chính nó để truyên dữ liệu đến đầu đọc Các bộ phận bên trong bao gồm vi xử lý, cảm biến và các cổng ra/vào Chúng ta có thể hiểu đơn giản nó giống như một chiếc máy tính không dây cộng thêm một vài thuộc tính khác Một thẻ tích cực bao gồm các thành phần như: vi chip, anten, nguồn năng lượng nuôi thẻ và các thành phần điện tử

Hình 2.3: Các loại thẻ đã được sản xuất hiện nay.

Thẻ bán tích cực còn gọi là thẻ bán thụ động cũng có một nguồn nuôi nằm trong đó và cũng có các thành phần điện tử để thực hiện các chức năng đặc biệt Tuy nhiên, để truyên dữ liệu đi thẻ bán tích cực phải sử dụng nguồn năng lượng phát ra từ các đầu đọc Đây là một đặc điểm giống thẻ thụ động Vậy tại sao lại dùng thẻ bán thụ động là vì thẻ không sử dụng các tín hiệu của đầu đọc để kích thích bản thân nó Do vậy, ngay cả khi đối tượng được 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.

2.2.2 Thiết bị đọc Reader RFID

Một thiết bị đọc thẻ RFID (reader) ngoài nhiệm vụ trao đổi thông tin với chip nhớ, module reader còn cung cấp nguồn cho chip nhớ hoạt động dưới dạng sóng radio Module reader cũng được chế tạo với nhiêu chủng loại khác nhau để phù hợp với yêu cầu công nghệ của các hệ thống tự động Một Reader gồm các thành phần sau:

Hình 2.4: Các thành phần cấu tạo một thiết bị đọc RFID.

• Bộ truyên tín hiệu.

• Bộ nhận tín hiệu.

• Bộ vi xử lý.

• Bộ nhớ.

• Các kênh vào/ra cho các cảm biến, bộ truyên động, bộ báo hiệu.

• Khối điêu khiển.

• Khối giao tiếp truyên thông.

• Khối nguồn.

Bộ truyên tín hiệu được sử dụng để truyên năng lượng điện xoay chiêu và chu ky xung thông qua anten tới các thẻ trong phạm vi đọc của nó Đây là thành phần trong khối thu phát tín hiệu Hiện nay, một vài đầu đọc có thể đọc được nhiêu thẻ tại cùng một thời điểm nhất định

Bộ nhận tín hiệu cũng là một thành phần trong khối thu phát Nó nhận các tín hiệu từ thẻ thông qua anten Sau đó gửi các tín hiệu này tới bộ vi xử lý Ở đó nó có thể thực hiện chuyển đổi sang định dạng số.

Bộ vi xử lý chịu trách nhiệm thực hiện các giao thức của đầu đọc để liên lạc với từng loại thẻ phù hợp Nó thực hiện giải mã và kiểm tra lỗi các các tín hiệu nhận được Ngoài ra nó còn có thêm các logic tuy chỉnh để lọc mức thấp và xử lý các dữ liệu đọc được từ thẻ.

Bộ nhớ của một reader được sử dụng để lưu trữ dữ liệu như các thông số cấu hình của đầu đọc và danh sách các thẻ có thể nhận được Nếu như kết nối giữa reader đó với các thành phần điêu khiển hoặc phần mêm bị ngắt thì tất cả các dữ liệu đọc được từ thẻ

sẽ bị mất.

Các reader không phải lúc nào cũng thực hiện công việc gửi và nhận dữ liệu liên tục Chính vì lý do đó mà kênh vào/ra cho cảm biến, bộ truyên động, bộ báo hiệu được xuất hiện bên trong một mạch RFID nhằm tiết kiệm năng lượng khi nó hoạt động Thông thường ta hay gặp các loại cảm biến như cảm biến chuyển động, cảm biến ánh

sáng khi phát hiện có sự hiện diện của các thẻ trong vùng đọc của reader đó Tương tự với bộ cảm biến thì bộ báo hiệu được thiết lập phụ thuộc vào một vài điêu kiện nào đó nhằm báo hiệu cho người sử dụng biết mạch hoạt động nhận và đọc thẻ thông qua báo hiện đèn hoặc âm thanh.

Khối điêu khiển là một thực thể cho phép một chương trình máy tính thực hiện liên lạc với reader đó điêu khiển các chức năng Thông thường các nhà sản xuất sẽ tích hợp thành phần này vào trong (ví dụ như firmware).

Khối giao tiếp truyên thông là thành phần giao tiếp cung cấp cách thức truyên thông tin, cho phép nó tương tác với các thực thể bên ngoài thông qua thành phần điêu khiển để truyên và nhận dữ liệu lưu trữ.

Khối nguồn thực hiện việc cung cấp năng lượng để nuôi các thành phần khác hoạt động trên reader.

Hình 2.5: Hình mô tả cách mạch RFID hoạt động.

RFID hoạt động trên nguyên tắc: Dữ liệu được chứa trong Chip nhớ (Tag), dữ liệu này được truyên thông qua tần số sóng vô tuyến trong phạm vi đọc của Reader nhờ anten tích hợp sẵn trong nó Module ASM là module trung gian có chức năng như một bộ chuyển đổi, cho phép trao đổi thông tin giữa module reader và PC.

2.3 Ứng dụng của công nghệ RFID

RFID được ứng dụng trong các lĩnh vực: quản lý đối tượng, nhận sự; quản lý hàng hoá bán lẻ trong siêu thị; nghiên cứu động vật học; quản lý hàng hoá trong xí nghiệp, kho hàng…; quản lý các phương tiện giao thông qua trạm thu phí; lưu trữ thông tin bệnh nhân trong y khoa; làm thẻ hộ chiếu, chứng minh nhân dân,… Nhiêu công ty đã đang áp dụng thẻ RFID vào quản lý kinh doanh, kiểm soát tồn kho như: Wal-Mart, Boeing, Toyota, Harley Davidson,…

Còn trong thu phí và kiểm soát giao thông thì RFID đúng nghĩa là một cuộc cách mạng.Công nghệ RFID được đưa vào trạm thu phí để thực hiện những công việc sau: Mỗi Chip nhớ sẽ chứa một mã số mang thông tin vê xe và chủ xe đang lưu thông Khi

xe đi qua trạm thu phí thì đầu đọc được bố trí xung quanh trạm sẽ đọc mã số này và truyên vê PC, sau đó mã số này sẽ được PC so sánh với mã số đã có sẵn trong cơ sở dữ liệu của máy tính.

Sau đó toàn bộ thông tin vê xe mang Chip nhớ tương ứng sẽ được so sánh và hiển thị Chương trình lúc này sẽ tự động đối chiếu các thông tin vê xe và kiểm tra tài khoản của chủ xe Như vậy xe qua trạm sẽ bỏ qua được giai đoạn mua và soát vé đồng thời, thời gian trao đổi dữ liệu giữa Chip nhớ và PC được diễn ra trong thời gian rất ngắn do đó sẽ giảm thời gian lưu thông của xe khi qua trạm.

2.4 Mạch đọc và ghi thẻ RFID

2.4.1 Module đọc thẻ RC522

Module RFID-RC522 sử dụng IC MFRC522 có thể đọc được các loại thẻ có kết nối không dây như NFC, thẻ từ (loại dùng làm thẻ giảm giá, thẻ xe bus, tàu điện ngầm…)

Thông số kỹ thuật:

• Điện áp hoạt động: 3.3V

• Dòng điện hoạt động: 13-26 mA

• Dòng tiêu thụ ở chế độ Stand by: 3.3V ; 10-13 mA

• Sleep-mode: < 80uA

• Tải tối đa: 30mA

• Tần số hoạt động: 13.56 MHz

• Khoảng cách hoạt động: 0~60 mm

• Cổng giao tiếp SPI, tốc độ tối đa 10Mbps

• Nhiệt độ hoạt động: -20 đến 80 độ C

• Độ ẩm hoạt động: 5% - 95%

• Hỗ trợ ISO/ IEC14443A/ MIFARE

Bảng 2.4: Sơ đồ chân module RFID-RC522.

1 SDA (SS) Chân lựa chọn chip khi giao tiếp SPI (kích hoạt ở mức thấp)

2 SCK Chân xung trong chế độ SPI

3 MOSI (SDI) Master Data Out – Slave In trong chế độ giao tiếp SPI

4 MISO (SDO) Master Data In – Slave Out trong chế độ giao tiếp SPI

Hình 2.6: Module RFID-RC522.

2.4.2 Mạch chuyển RFID-RC522 sang UART

Mạch chuyển RFID-RC522 sang UART đã tích hợp sẵn tập lệnh AT giúp cho việc giao tiếp với thẻ RFID trở nên cực kì đơn giản Bất kì người sử dụng phổ thông nào cũng có thể làm chủ mạch RFID RC522 với vài tập lệnh AT thông qua giao tiếp UART quen thuộc Mạch rất thích hợp với những người muốn tiếp cận thật nhanh với các dự án vê thẻ RFID

Mạch có 2 hàng rào kết nối Hàng rào 8 chân dùng để kết nối với đầu đọc thẻ MFRC522 (module RFID-RC522) Còn lại hàng rào 5 chân có sơ đồ chân như sau:

Bảng 2.5: Sơ đồ chân mạch chuyển RFID - RC522 sang UART.

Châ

1 GND Chân nối đất

2 3v3 Điện áp 3.3V

3 RXD Chân nhận dữ liệu

4 TXD Chân truyên dữ liệu

Mạch chuyển có hai LED trạng thái dùng để báo hiệu, LED 1 chớp tắt với chu kì

1 giây giúp báo hiệu mạch sẵn sàng hoạt động LED 2 sẽ sáng khi phát hiện có thẻ được đọc qua thiết bị.

Hình 2.7: Mạch chuyển RFID-RC522 sang UART.

Mạch chuyển này có những thông số kĩ thuật như sau:

• Nguồn hoạt động: 3.3V

• Chuẩn giao tiếp UART, baudrate 9600 hỗ trợ tập lệnh AT

• Điện áp giao tiếp: hỗ trợ 3.3V hoặc 5V

• Dòng điện tiêu thụ: < 10mA

• Chip điêu khiển: STM8S003F3P6

2.4.3 Mạch chuyển USB UART CP2102

Mạch chuyển USB UART CP2102 sử dụng con chip CP2102 của hãng SILICON LABS dùng để chuyển giao tiếp USB sang UART TTL và ngược lại Hỗ trợ tốc độ truyên: 300, 600, 1200, 1800, 2400, 4000, 4800, 7200, 9600, 14400, 16000, 19200,

28800, … và các loại tốc độ khác.

Bảng 2.6: Sơ đồ chân mạch chuyển USB UART CP2102.

LED 2 LED 1

Chân Kí hiệu Mô tả

2 DTR RST Chân reset để nạp cho vi điêu khiển

3 5v Nguồn điện dương (tối đa 500mA)

5 RXD Chân truyên dữ liệu UART, dùng kết nối

đến chân Rx của module khác.

6 TXD Chân nhận dữ liệu UART, dùng kết nối

đến chân Tx của module khác.

Hình 2.8: Mạch chuyển USB UART CP2102.

Led nguồn trên mạch sẽ sáng khi được kết nối với máy tính, led Tx/Rx sẽ sáng khi module nhận và gửi dữ liệu.

Để sử dụng module này cần cài đặt driver từ chính hãng Silicon labs.

2.4.4 Thẻ RFID 13.56MHz

Thẻ nhựa NFC 13.56 MHz dùng để đọc/ghi dữ liệu với tốc độ rất cao Thẻ được ứng dụng trong nhiêu lĩnh vực Thẻ tương thích với module RFID RC522 13.56MHz và các module tương tự.

Thông số kỹ thuật:

• Tương thích với thẻ philip S50

• Bộ nhớ: 8Kbits, chia thành 16 vùng

• Tần số hoạt động: 13.56MHz

• Khoảng cách đọc: 2.5-10cm

• Thời gian đọc: 1-2ms

• Độ bên: 100.000 lần

• Thời gian đảm bảo không mất dữ liệu: 10 năm

• Kích thước: 0.87 × 85.5 × 54 mm (dày x dài x rộng)

• Chuẩn : ISO 14443, ISO 10536

Hình 2.9: Thẻ nhựa NFC RFID 13.56MHz.

Mỗi thẻ NFC 13.56MHz có một ID duy nhất, ngoài ra nó có bộ nhớ riêng cho phép ghi dữ liệu vào bên trong Thẻ có độ bảo mật khá an toàn nhờ vào mã khoá KeyA, khi người dùng thiết lập key này trên thẻ thì yêu cầu đầu đọc cũng phải cài đặt key này mới có thể đọc và ghi được dữ liệu.

2.5 Giao tiếp mạch đọc ghi thẻ qua RS-232 của máy tính

Chuẩn truyên thông RS-232 được phát hiện bởi được phát triển bởi the Electronic Industry Association and the Telecommunications Industry Association (EIA/TIA) là một trong những kỹ thuật được sử dụng rộng rãi để ghép nối truyên dữ liệu nối tiếp giữa một DTE (Data Terminal Equipment) và một ngoại vi DCE (Data Circuit Terminating Equipment) Đa số các bộ DTE và DCE hiện nay đêu có các bộ truyên

nhận bất đồng bộ đa dụng (UART – Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) ở dạng module phần cứng.

RS-232 là chuẩn giao tiếp dùng định dạng không đồng bộ, kết nối nhiêu nhất là hai thiết bị chiêu dài kết nối lớn nhất cho phép để đảm bảo dữ liệu là 15m, với tốc độ 20kbit/s Ngày nay tộc độ có thể cao hơn.

Các hệ thống logic hiện nay chủ yếu sử dụng các chuẩn logic TTL hay CMOS, do đó khi cần giao tiếp bằng chuẩn RS-232 sẽ phải dùng mạch lái và thu (RS-232 driver và receiver, hay RS-232 transceiver) để chuyển đổi giữa TTL/CMOS và RS-232 vật lý Các bộ phận transceiver hiện nay đã có sẵn các bơm điện tích (charge pump) để tạo ra các mức áp RS-232 vật lý (phổ biến là +12V và -12V) từ một điện áp nguồn đơn cực giá trị nhỏ (từ 3.3V đến 5V).

Vì chuẩn RS-232 chỉ dành cho giao tiếp giữa DTE và DCE do đó khi hai máy tính (là các DTE) cần giao tiếp với nhau thông qua RS-232 thì cần phải có các RCE (ví dụ như các modem) là trung gian Các DCE này là các ngoại vi nên có thể giao tiếp trực tiếp với nhau thông qua một chuẩn giao tiếp nào đó Hình 2.10: hình ảnh trực quan

vê giao tiếp RS-232 giữa 2 thiết bị DTE.

Hình 2.10: Giao tiếp giữa 2 thiết bị DTE thông qua cổng RS-232.

Truyên dữ liệu qua cổng nối tiếp RS232 được thực hiện không đồng bộ nên tại

một thời điểm chỉ có một bit được truyên đi Ở trạng thái nghỉ, các đường dữ liệu ở trạng thái mark Bộ truyên dữ liệu gửi một bit luôn bắt đầu bằng một bit start để thông báo cho bộ nhận biết một kí tự sẽ được gửi đến Bit start luôn bắt đầu bằng mức 0 (là một space) Tiếp thao đó là các biết dữ liệu (bit data) được gửi dưới dạng mã ASCII (có thể là 5,6,7 hoặc 8 bit dữ liệu) Sau đó là một bit parity nếu có (là bit kiểm tra bit chẵn, bit lẻ) và cuối cùng là bit stop có thể là 1 hoặc 2 bit Hình 2.12 minh hoạ vê quá trình truyên dữ liệu thông qua cổng RS-232.

Hình 2.11: Mô tả quá trình truyền dữ liệu qua cổng RS-232.

Việc đọc một bit được truyên tới thường được thực hiện tại gữa bit Nên các bộ thu và phát thường sử dụng xung 16 lần tốc độ Baud (số bit truyên được trong mỗi giây trên một đường tín hiệu) Bộ thu sẽ dò start bit, và sẽ đọc bit đầu tiên sau 24 chu kì xung clock khi đã phát hiện được bit start Các bit sau đó sẽ được đọc sau mỗi 16 chu kì xung clock Như vậy việc đồng bộ xung clock giữa phía thu và phía phát được thực hiện ở mỗi bit start cho mỗi kí tự được truyên Do đó trong trường hợp xấu nhất là truyên 12 bit (1 start bit, 8 bit dữ liệu, 1 parity bit và 2 stop bit) chúng ta có thể chấp nhận việc lệch giá trị xung clock giữa phía thu và phát tối đa là khoảng 3% Do đó, không nhất thiết phải sử dụng các bộ dao động thật chính xác để tạo xung clock cho

các bộ thu phát RS-232 Hay nói theo một cách khác thì chúng ta không cần độ sai lệch xung clock là 0% đối với giao tiếp chuẩn RS-232.

Đặc trưng cho quá trình truyên dữ liệu qua cổng RS-232 là tốc độ truyên nhận dữ liệu hay còn gọi là tốc độ bit Được định nghĩa là số bit truyên được trong 1 giây Ngoài ra tốc độ truyên còn được mô tả bằng tốc độ baud Các giá trị tốc độ baud thường dùng: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 28800,

38400, … 56600, 115200 bps.

Giao tiếp chuẩn RS-232 và vi điêu khiển phải thông qua phần mêm giao diện để nhận biết được dữ liệu được truyên lên và nhận xuống như thế nào Hiện nay, có rất nhiêu các lập trình giao tiếp cho RS-232 với vi xử lý Trong đó có bộ công cụ Visual Studio C#.

2.6 Tập Lệnh giao tiếp mạch AT – RFID

Mạch AT được tích hợp tập lệnh AT nhằm giúp cho việc giao tiếp với thẻ RFID trở nên đơn giản hơn Mang đến cho người sử dụng tiện lợi nhất có thể Một thẻ RFID có cấu trúc bộ nhớ bao gồm 16 vùng nhớ (sector), được đánh số từ 0 đến 15 Trong mỗi sector lại chứa 4 block được đánh số từ 0 đến 3 Block 0,1,2 của mỗi sector có thể đọc và ghi sau khi đăng nhập thẻ thông qua mã key mặc định của hãng Riêng đối với block

3 chưa các byte cấu hình quyên truy xuất sector đó Nên việc ghi lên block 3 có thể sẽ

vô tình hỏng sector đó Tất cả các lệnh chỉ thực hiện được khi có thẻ trong phạm vi đầu đọc thẻ phát hiện được Khi phát hiện ra có thẻ trong tầm giao tiếp, mạch AT-RFID sẽ

thông báo bằng chuỗi \r\nTAG:1\r\n, đồng thời Khi thẻ ra khỏi tầm giao tiếp, mạch AT-RFID sẽ thông báo bằng chuỗi \r\nTAG:0\r\n.

Hình 2.12: Sơ đồ cấu trúc bộ nhớ của thẻ RFID.

Để có thể đọc block (0 – 3) và ghi dữ liệu lên block (0 – 2) hoặc đổi Key của

sector (0 –15) cần đăng nhập vào thẻ với tập lệnh: AT+LI=<sector>\r , nếu chưa đăng

nhập thành công mạch sẽ báo lỗi Mã key đăng nhập mặc định của nhà sản xuất thẻ là 6 byte 0xFF

Bảng 2.8: Lệnh đăng nhập thẻ.

- AT+LI=X\r

Với X là mã ASCII từ

0-15.

- Sau khi nhận được kí tự >

- \r\n> với > là kí tự báo hiệu mạch RFID

bắt đầu nhận dữ liệu key để đăng nhập.

- \r\n\r\nOK\r\n

- \r\nERR:X\r\n với X là mã lỗi xảy ra

thì master gửi 6 byte Key

để đăng nhập

Để tăng tính bảo mật cho thẻ chúng ta có thể đổi mã đăng nhập bằng tập lệnh

AT+KEYA\r.

Bảng 2.9: Lệnh đổi mã key thẻ.

- Sau khi nhận được kí tự >

thì master gửi 6 byte Key mới

thay cho Key cũ

- \r\n> với > là kí tự báo hiệu mạch RFID

bắt đầu nhận dữ liệu key mới.

Với X là giá trị block

cần đọc (từ 0 đến 3)

XXXXXXXXXXXXXXXX là 16 byte chứa

trong block cần đọc.

Với X là giá trị

block(0-2) cần ghi Y là chiêu dài dữ

liệu ghi vào(tối đa 16)

Sau khi nhận được kí tự

> thì Master gửi Y byte dữ

- \r\n>

với > là kí tự báo hiệu mạch RFID bắt

đầu nhận dữ liệu muốn ghi vào thẻ.

- \r\n\r\nOK\r\n

- \r\nERR:X\r\n với X là mã lỗi xảy ra

liệu để ghi vào

Các lệnh có chứa dữ liệu sẽ có thời gian nhận dữ liệu tối đa là 5 giây, sau 5 giây nếu không có dữ liệu hoặc dữ liệu bị thiếu thì mạch sẽ báo lỗi và tự động huỷ lệnh.

Bảng 2.12 : Bảng mã lỗi của mạch AT.

ERR:1 Lỗi cú pháp ERR:2 Không có thẻ ERR:3 Giá trị Sector không hợp lệ

ERR:4 Giá trị block không hợp lệ

ERR:5 Lỗi giao tiếp giữa đầu đọc và thẻ ERR:6 Hết thời gian nhận dữ liệu

CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH QUẢN LÝ ĐĂNG KÍ VÀ THU PHÍ

NGƯỜI SỬ DỤNG PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG

3.1 Thiết lập cơ sở dữ liệu sử dụng Microsoft SQL Server Management Studio

Để xây dựng một hệ thống quản lý các phương tiện danh sách người sử dụng phương tiện chúng ta cần xây dựng thiết lập database (Cơ Sở Dữ Liệu - CSDL) CSDL dùng để tổ chức và truy xuất những thông tin cần thiết nhằm hỗ trợ các hoạt động quản lý kinh doanh, nhân sự,

Cài đặt CSDL trong SQL server bao gồm các thao tác tạo cơ sở dữ liệu, tạo bảng, thêm dữ liệu, xoá dữ liệu và xem dữ liệu.

Một database là tập hợp của rất nhiêu dữ liệu, có cấu trúc và được lưu trữ tuân theo các quy tắc dựa trên các lý thuyết toán học Dữ liệu trong database có liên quan đến nhau một cách cụ thể được lập trình để có thể lưu trữ, tìm kiếm và trích xuất dữ liệu Để khởi tạo database trong SQL server Đầu tiên bạn cần cài đặt Microsoft SQL Server Management Studio Mở lên > Connect với hệ thống của máy tính.

Hình 3.1: Connect SQL server với máy tính.

3.1.1 Tạo Database (CSDL)

Để tạo database có 2 cách thực hiện: bằng giao diện hoặc bằng code.

Tạo database bằng giao diện nhấp chuột phải vào Databases > Chọn New Database… Sau đó đặt tên (tên database không được trùng với tên đã có sẵn) > Ok.

Hình 3.2: Tạo Database trong SQL bằng giao diện.

Tạo database bằng Code nhấp chuột trái vào New Query hoặc phím Ctrl + N.

Hình 3.3: Tạo database bằng Code.

Nhập câu lệnh tạo database như sau: CREATE DATABASE <Tên Database> Sau đó, nhấn phím F5 (Excute) Hộp thoại Message sẽ báo lệnh khởi tạo database thành công.

Ví dụ: CREATE DATABASE QLHT_TPDB

Hình 3.4: Khởi tạo thành công một Database.

Hình 3.5: Tạo bảng trong SQL server.

Xuất hiện cửa sổ < Tên PC > < Tên Database > - dbo.Table_1* trong đó có các cột Column Name (tên trường thuộc tính trong bảng), Data Type (Kiểu dữ liệu của các trường thuộc tính), Allow Null (Trường thuộc tính có nhận giá trị Null hay không) Thiết lập các trường thuộc tính, kiểu dữ liệu Lưu bảng bằng cách nhấn biểu tưởng Save hoặc nhấn tổ hợp phím Ctrl + S.

Với hệ thống quản lý thu phí đường bộ này, Tôi đã khởi tạo 4 bảng với các tên tương ứng như: dbo.Bang_HoaDon, dbo.Bang_KhachHang, dbo.Bang_NhanVien và dbo.Bang_ThuBOT Nhằm mục đích quản lý Nhân Viên thu phí, dữ liệu Khách Hàng

sử dụng dịch vụ thu phí, hoá đơn thanh toán của khách hàng và biên lai thu tiên khi qua trạm thu phí BOT.

3 1

2

Bảng 3.1: Bảng trường thuộc tính và kiểu dữ liệu của Bang_HoaDon.

MaHD (Khoá chính) varchar(10)

Bảng 3.2: Bảng trường thuộc tính và kiểu dữ liệu của Bang_KhachHang.

MaKH (Khoá chính) varchar(10)

Bảng 3.3: Bảng trường thuộc tính và kiểu dữ liệu của Bang_NhanVien.

MaNV (Khoá chính) varchar(10)

Bảng 3.4: Bảng trường thuộc tính và kiểu dữ liệu của Bang_ThuBOT.

MaTP (Khoá chính) varchar(10)

MaKH varchar(10) 

3.1.3 Thiết Lập Database Diagrams

Hình 3.6: Database Diagrams trong SQL server.

Database Diagrams là mô hình quan hệ dữ liệu Việc tạo mối quan hệ giữa các bảng nhằm trao đổi và chia sẻ thông tin qua lại gữa các bảng với nhau Đồng thời cũng giúp kiểm tra tính tồn tại của dữ liệu Ở hệ thống này dữ liệu được liên kết với nhau nhằm quản lý nhân viên lặp ra hoá đơn đó và khách hàng đã thanh toán hoá đơn đó Bằng cách sử dụng khoá ngoại để liên kết dữ liệu.

Bắt đầu

Kết thúc

Đăng nhập hệ thống bằng tài khoản nhân viên

Thành công HỆ THỐNG QUẢN LÝ THU PHÍ ĐƯỜNG BÔ

Có tiếp sử dụng hệ

thống hay không ?

Đúng

Sai

Đăng xuất để kết thúc

Tiếp tục sử dụng hệ thống

Quản lý nhân viên Quản lý khách hàng

Quản lý hoá đơn thu phí Cài đặt thẻ mới để sử dụng theo hệ thống

Lập các báo cáo danh sách nhân viên, khách hàng, thu phí Nhân viên có thẻ tự đổi mật khẩu của tài khoản cá nhân.

3.2 Chương trình quản lý và thu phí người sử dụng phương tiện giao thông

3.2.1 Lưu đồ giải thuật hệ thống quản lý thu phí.

mêm khác nhau Trong đó có Visual Studio là một trong những phần mêm được nhiêu người sử dụng

Hình 3.7: Giao diện khởi động Microsoft Visual Studio 2017.

Để tạo mới Project ta nhấp chuột vào: Create new project… Hoặc vào File => New => Project… Hoặc nhấn tổ hợp phím tắt là Ctrl+Shift+N Cửa sổ New Project xuất hiện Đặt tên cho Project mới, chọn Location địa điểm để lưu Project đó và đặt tên cho Solution Để phân biệt Project và Solution nói đơn giản một Project có thể chứa nhiêu file code và một Solution có thể chứa nhiêu Project Để thiết kế giao diện cho hệ thống chọn Windows Forms App (.NET Framework).

Hình 3.8: Cửa sổ New Project.

Để thiết kế một giao diện Visual Studio đã cung cấp các công cụ (ToolBox) để người lập trình có thể thiết kế giao diện một các trực quan hơn Một số đối tượng

thường dùng để thiết kế giao diện trong ToolBox gồm: Button, Label, TextBox, Combobox, ListBox, PictureBox, GroupBox, CheckBox,… Có thể thay đổi các thuộc tính của các công cụ này trong Properties.

Mỗi đối tượng giao diện chứa khá nhiêu thuộc tính liên quan đến nhiêu loại trạng thái khác nhau :

• (Name) là thuộc tính đặc biệt, xác định tên nhận dạng của đối tượng, giá trị của thuộc tính này sẽ trở thành biến tham khảo đến đối tượng, code của ứng dụng sẽ dùng biến này để truy xuất đối tượng

• Các thuộc tính xác định vị trí và kích thước (Layout): Location, Size, Margin

• Các thuộc tính xác định tính chất hiển thị : Text, Font, ForeColor, BackColor,

• Các thuộc tính xác định hành vi (Behavoir) : Enable, Visible

• Các thuộc tính liên kết dữ liệu database : DataBindings,

Hình 3.9: Tạo giao diện cho hệ thống.

3.2.2.1 Đăng nhập hệ thống

Mỗi nhân viên của hệ thống thu phí được cấp cho một tài khoản và mật khẩu dùng để đăng nhập vào hệ thống quản lý thu phí đường bộ Nhập tên tài khoản và mật

khẩu ở giao diện đăng nhập nếu đúng ứng dụng sẽ xuất hiện ra giao diện chính của hệ thống Nếu sai, giao diện sẽ thông báo cho nhân viên biết họ đã nhập sai vui lòng thử lại.

Hình 3.10: Giao diện đăng nhập.

Hình 3.11: Thông báo đăng nhập sai.

3.2.2.2 Quản lý nhân viên

Giao diện quản lý nhân viên chỉ xuất hiện khi người đăng nhập là admin dùng để quản lý nhân viên của trạm thu phí Ở giao diện này, admin có quyên được thêm; xoá; sửa nhân viên Trong giao diện nhân viên sẽ có thông tin chi tiết từng nhân viên và danh sách các nhân viên Mỗi nhân viên được quản lý thông tin bao gồm: Mã nhân viên, tên nhân viên, số điện thoại, giới tính, tài khoản đăng nhập và mật khẩu đăng nhập.

Để thêm mới nhân viên bấm vào “THÊM” Mã nhân viên được hệ thống tự động tạo mã mới theo quy tắc NV<mã số nhân viên> Điên thêm thông tin nhân viên mới vào các ô còn lại Sau đó, bấm “LƯU” ứng dụng sẽ thông báo thành công Nhấn vào nút “XOÁ” để xoá một nhân viên, hệ thống sẽ xuất hết một thông báo xác nhận có chắc chắn muốn xoá nhân viên hay không Nhấn vào nút “SỬA” để chỉnh sửa thông tin nhân viên Sau đó bấm vào nút “LƯU” để việc sửa thông tin được lưu lại.

Hình 3.12: Giao diện quản lý nhân viên.

Nhân viên của trạm thu phí khi đăng nhập vào hệ thống sẽ không thể thấy giao diện này Thay vào đó, nhân viên sẽ thấy giao diện đổi lại một mật khẩu mới cho tài khoản đăng nhập của riêng mình