Công nghệ RFID (Radio-Frequency Identification) là công nghệ sử dụng thẻ điện tử chứa thông tin được lưu trữ bằng điện tử, đối tượng cần theo dõi. Thẻ có mạch thu thập năng lượng từ các sóng vô tuyến của máy đọc RFID phát ra khi truy vấn, dùng năng lượng này phát sóng mang mã thông tin của thẻ. Công nghệ RFID sử dụng tại nhiều nước trên thế giới trong các lĩnh vực như thu phí giao thông công cộng, thanh toán tiền tại các hiệu ăn nhanh, siêu thị, máy bán hàng tự động. Trong vài năm gần đây, giải pháp này cũng đã và đang được áp dụng tại một số địa phương ở Việt Nam qua các dịch vụ thanh toán phí giữ xe, máy bán hàng tự động, dịch vụ căng-tin trường học, công sở... Công nghệ RFID mang đến sự tiện lợi và nhanh chóng trong thanh toán, giúp tiết kiệm thời gian, giảm lượng tiền mặt lưu thông trên thị trường, quản lý các dịch vụ tập trung đồng thời tạo nên bộ mặt hiện đại cho xã hội. Trong bài báo này giới thiệu công nghệ RFID ứng dụng trong việc thiết kế hệ thống chống trộm cho xe gắn máy với độ an toàn cao và tiện dụng.
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM CHO XE GẮN MÁY SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ RFID DESIGN, SET UP ANTI-THEFT WARNING SYSTEM FOR MOTOBIKE USING RFID TECHNOLOGY Nguyễn Tiến Hán1,*, Trịnh Đắc Phong1, Nguyễn Văn Tồn1, Lê Đình Đạt2 TĨM TẮT Công nghệ RFID (Radio-Frequency Identification) công nghệ sử dụng thẻ điện tử chứa thông tin lưu trữ điện tử, đối tượng cần theo dõi Thẻ có mạch thu thập lượng từ sóng vơ tuyến máy đọc RFID phát truy vấn, dùng lượng phát sóng mang mã thơng tin thẻ Công nghệ RFID sử dụng nhiều nước giới lĩnh vực thu phí giao thơng cơng cộng, tốn tiền hiệu ăn nhanh, siêu thị, máy bán hàng tự động Trong vài năm gần đây, giải pháp áp dụng số địa phương Việt Nam qua dịch vụ tốn phí giữ xe, máy bán hàng tự động, dịch vụ căng-tin trường học, công sở Công nghệ RFID mang đến tiện lợi nhanh chóng tốn, giúp tiết kiệm thời gian, giảm lượng tiền mặt lưu thông thị trường, quản lý dịch vụ tập trung đồng thời tạo nên mặt đại cho xã hội Trong báo giới thiệu công nghệ RFID ứng dụng việc thiết kế hệ thống chống trộm cho xe gắn máy với độ an toàn cao tiện dụng Kết nghiên cứu cho thấy việc thiết kế, chế tạo mạch điện hệ thống hoàn toàn khả thi với kỹ thuật Việt Nam Từ khóa: Hệ thống chống trộm xe gắn máy, RFID, thẻ điện tử ABSTRACT Radio frenquency identification (RFID) uese electromagnetic fields to automatically identify and track tags attached to objects The tags contain electonically stored information Passive tags collect energy from a nearby RFID reader’s interrogating radio waves RFID technology have been employed in many countries around the world for a variety of areas such as paying fees in public transportations, buying foods at fast food restaurants, at super markets, and buying soft drink at vending machines In recent years, these technology solutions have been used in some regions in Vietnam through paying bills at parking services, vending machines, school and company canteens… RFID technologies make our life easier and more convenient for consumers, save people’s times, reduce cash transactions, centrally manage public services, and modernize our daily life This paper presents the prospects of applying the RFID technology to design anti-theft warning system for motobike The results of this work have demonstrated the feasibility of implementing the system’s hardware in Vietnam Keyword: Anti-theft waring system for motobike, RFID, electromagnetic fields Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Trường Cao đẳng Cơ khí nơng nghiệp * Email: hannt@haui.edu.vn Ngày nhận bài: 15/7/2019 Ngày nhận sửa sau phản biện: 20/8/2019 Ngày chấp nhận đăng: 20/02/2020 ĐẶT VẤN ĐỀ RFID phương thức nhận dạng tự động, cho phép lưu trữ lấy liệu từ xa dựa vào cộng hưởng tần số vô tuyến Tần số RFID đa dạng thẻ NFC, dải tần RFID 125KHz LF, 13,56MHz HF, dải tần UHF dải tần microwave [1] Một hệ thống RFID cấu tạo hai thành phần thiết bị đọc (READER) thiết bị phát mã RFID có gắn chip hay gọi TAG READER gắn antenna để thu - phát sóng điện từ, TAG gắn với vật cần nhận dạng, TAG chứa mã số định không trùng lặp TAG thẻ gắn Chip Antenna lập trình với thơng tin nhất: Chip (bộ nhớ chip chứa tới 96 bit đến 512 bit liệu gấp 64 lần so với mã vạch) lưu trữ số thứ tự thông tin khác dựa loại thẻ: read-only, read-write Antenna: gắn với vi mạch truyền thông tin từ chip đến READER Antenna có cơng suất lớn phạm vi (khoảng cách hữu hiệu) đọc lớn [3] Mỗi thẻ TAG có phần lưu trữ liệu bên cách giao tiếp với liệu Mỗi thẻ lập trình với nhận dạng cho phép theo dõi không dây đối tượng người gần thẻ Thẻ chip RFID chứa tỷ mã số khác nhau, khả trùng mã chép mã gần không xảy Xác suất nhận dạng nhầm vật với thẻ chip RFID khác phần tỷ Vì cơng nghệ RFID có độ bảo mật an toàn cao, việc sử dụng thẻ RFID việc chế tạo thiết bị chống trộm cho xe máy khả thi độ an tồn cao [2] Hình Sơ đồ ngun lý hệ thống RFID Với ưu điểm đó, RFID áp dụng nhiều lĩnh vực Thiết bị chống trộm cho xe máy sử dụng công nghệ RFID lưu hành Việt Nam Tuy nhiên chưa có nhiều nghiên cứu chế hoạt động lập trình chế độ hoạt động để khai thác, tối ưu hóa ưu điểm RFID 80 Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ● Tập 56 - Số (02/2020) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 THIẾT KẾ, LẬP TRÌNH HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM CHO XE GẮN MÁY SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ RFID 2.1 Giải pháp thiết kế Công nghệ RFID nghiên cứu ứng dụng nhiều lĩnh vực Việt Nam [1] Trong khuôn khổ báo này, nhóm tác giả áp dụng lý thuyết cơng nghệ RFID [8] ứng dụng việc phân tích tốn đưa giải pháp thiết kế cho hệ thống chống trộm sử dụng công nghệ Thiết bị chống trộm bao gồm: - Chip RFID lưu trữ thông tin (mã ID thiết bị): Chip RFID sử dụng loại thẻ thụ động bao gồm Antena Chip (không nguồn riêng), định vị bảo vệ lớp nhựa, phía ngồi gắn lơ gơ, số hiệu hình ảnh + Antena gồm vòng dây đồng với đường kính 30cm cách điện với nhau, nhận lượng từ đầu đọc phát dòng cảm ứng đủ để kích hoạt Chip + Chip gắn mã nối với Antena để nhận truyền thông tin đến đầu đọc - ECU điểu khiển trung tâm có nhiệm vụ thu thập xử lý thơng tin nhận từ Chip RFID thơng qua Antenna, từ đưa tín hiệu điều khiển đóng mở mạch điện hay phát tín hiệu cảnh báo - Giắc nối: Để lắp ghép với mạch điện xe, đầu giắc Cosse hóa để thuận tiện cho việc đấu nối + Rơ le còi: Rơ le còi loại rơ le chân, đóng chân số còi nhịp nhanh 0,5s/lần, đóng chân số còi nhịp chậm 1s/lần Bộ điều khiển trung tâm cấp dòng điều khiển rơ le thực cảnh báo phát mã Unlock + Mô đun cách ly quang học: Mơ đun cách ly quang học có sơ đồ nguyên lý sử dụng để phát khóa điện chế độ ON hay OFF - Bo mạch điều khiển trung tâm ECU Bo mạch điều khiển trung tâm ECU thiết kế mạch in hồn thiện hình 3, Hình Bo mạch điều khiển trung tâm 2.2 Lập trình mơ điều khiển ECU Hình Mơ hình 3D bo mạch điều khiển 2.3 Sơ đồ thuật toán hệ thống chống trộm cho xe máy sử dụng RFID 2.3.1 Chế độ bảo vệ/ chống trộm Hình Sơ đồ nguyên lý xử lý trung tâm Trong phần này, nhóm tác giả sử dụng phần mềm Altium 18 để mô phỏng, viết sơ đồ nguyên lý vẽ mạch in điều khiển trung tâm ECU Mạch Ecu bao gồm: 1-Các chân vào điều khiển rơ le; 2-Chân reset; 3-Bộ tạo dao động; 4-Antenna; 5-Bộ lọc nguồn (hình 2) - Một số mơ đun hệ thống: + Khối nguồn: Khối nguồn đảm bảo cung cấp điện áp ổn định, không nhiễu thiết bị điện tử trạng thái hoạt động tốt + Rơ le khóa điện: Rơ le thiết kế để đóng, ngắt dòng điện từ khóa điện đến hệ thống thiết bị xe, dòng điều khiển đóng ngắt điều khiển trung tâm ECU Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Kết thúc Hình Sơ đồ thuật tốn chế độ bảo vệ/chống trộm Hình thể sơ đồ thuật toán chế độ bảo vệ chế độ chống trộm Khi khóa điện ON, thiết bị cấp nguồn 12 vôn từ ắc quy, hệ thống bắt đầu đọc so sánh liệu Vol 56 - No (Feb 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 81 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 (mã) từ thẻ RFID, mã ID trùng với ID lưu nhớ, ECU điều khiển đóng rơ le, nguồn điện nối từ khóa điện đến ECU hệ thống khác, xe sẵn sàng để khởi động Khi khơng nhận tín hiệu ID khơng trùng khớp ECU khơng điều khiển đóng rơ le, khơng có nguồn điện đến hệ thống xe, động không khởi động Nếu sau giây hệ thống khơng nhận tín hiệu trùng khớp với ID lưu nhớ, ECU khơng điều khiển đóng rơ le, đồng thời điều khiển đóng rơ le còi cấp nguồn 12 Vơn từ ắc quy đến (+) còi theo tần suất định sẵn, giúp cảnh báo chống trộm cắp xe Còi kêu khóa điện OFF nhận tín hiệu trùng khớp với ID lưu nhớ 2.3.2 Chế độ emergency Trong trường hợp chìa khóa khơng có chìa dự phòng thẻ bảo hành, kích hoạt thiết bị đóng rơ le cấp nguồn cho xe, sử dụng mã số cấp theo thiết bị Mã số kích hoạt chế độ Emergency bao gồm chữ số thập phân tương ứng mã 1, mã 2, mã Hình Sơ đồ thuật tốn lập trình thẻ RFID Sử dụng gơn ngữ lập trình C để lập phần mềm cho ECU Phần mềm sau xử lý nạp vào Chip Hàn chân giắc vào bo mạch trung tâm ta thiết bị chống trộm xe máy sử dụng cơng nghệ RFID hồn chỉnh Mỗi sản phẩm bao gồm: 01 thiết bị chống trộm; 02 thẻ RFID dự phòng; 02 chìa RFID; 01 thẻ bảo hành KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 3.1 Cấu tạo hoạt động thiết bị chống trộm sử dụng công nghệ RFID 3.1.1 Thiết bị hoàn chỉnh Thiết bị hoàn chỉnh chế tạo hình Hình Sơ đồ thuật tốn chế độ khẩn cấp Khi khóa điện ON, thiết bị khơng nhận tín hiệu từ thẻ RFID sau giây, ECU điều khiển phát tín hiệu còi báo động, sau hai lần phát tín hiệu còi với tần suất khác (30 giây với nhịp 0,5 giây/1 lần sau với tần suất 1giây/1lần), tắt/ bật khóa điện (OFF/ON) thiết bị phát mã (số lần còi kêu tương ứng), tiếp tục tắt/bật khóa điện (OFF/ON) thiết bị phát mã 2, tiếp tục tắt/bật khóa điện (OFF/ON) thiết bị phát mã 3, sau phát mã kết thúc, tắt khóa điện bật lại, lúc hệ thống chế độ Unlock xe hoạt động lúc chưa lắp thiết bị chống trộm Khi quẹt thẻ RFID thẻ bảo hành thiết bị lại kích hoạt chế độ bảo vệ bình thường 2.3.3 Lập trình thẻ RFID Khi khóa điện bật ON, khoảng thời gian giây, không nhận tín hiệu trùng khớp với ID nhớ ECU điều khiển đóng rơ le kích hoạt còi, sau quẹt thẻ bảo hành (thẻ cấp theo thiết bị), hệ thống nhận tín hiệu (trùng với ID lưu máy), ECU kích hoạt chế độ mã hóa thẻ RFID từ thẻ trắng Hình Sản phẩm khóa chống trộm hồn thiện 3.1.2 Hoạt động thiết bị Toàn hệ thống chống trộm lắp sau khóa điện, tắt khóa điện tồn hệ thống ngắt khỏi nguồn điện, khơng tiêu tốn điện dự trữ ắc qui - Cơ chế đóng mở nguồn điện + Trường hợp 1: Khi khóa điện chế độ ON (trong trường hợp bị bẻ khóa), khơng nhận thơng tin thẻ từ thông tin nhận không trùng khớp, hệ thống ngắt nguồn từ khóa điện đến ECU động (đồng thời ngắt mạch đèn táp lô, đèn không sáng), động khởi động + Trường hợp 2: Khi khóa điện chế độ ON, tiến hành quẹt thẻ RFID vào vị trí đặt antenna, thiết bị nhận tín hiệu trùng khớp từ thẻ RFID, điều khiển đóng mạch cấp 82 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Tập 56 - Số (02/2020) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn SCIENCE - TECHNOLOGY P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 nguồn cho ECU động (đèn táp lô sáng), động sẵn sàng để khởi động - Tính chống trộm Khi kẻ gian mở khóa điện, khơng có thẻ RFID, hệ thống khơng nhận thơng tin trùng khớp từ thẻ RFID, sau 3s điều khiển cấp nguồn cho còi còi kêu báo động với tần suất 0,5s/lần, sau 30s tần suất báo động 1s/lần tắt khóa điện hệ thống nhận tín hiệu trùng khớp từ thẻ RFID - Chế độ khẩn cấp (emergency) Đối với sản phẩm xuất xưởng có mã số gồm chữ số tương ứng với mã 1, mã mã Mã số sử dụng để mở vơ hiệu hóa tính chống trộm thiết bị trường hợp quên hay thẻ RFID Khi người dùng thực theo bước để kích hoạt tính Hình Tín hiệu còi chế độ khẩn cấp - Lập trình chìa khóa Cần có thẻ RFID trắng (chưa mã hóa, mua thị trường) Hình 10 Tín hiệu còi chế độ làm việc bình thường Khi thiết bị chế độ cảnh báo, tiến hành quẹt thẻ bảo hành (thẻ theo thiết bị), thiết bị sẵn sàng chế độ lập trình chìa khóa, tiến hành quẹt thẻ RFID từ thẻ số 1, thẻ số thẻ số (được phép lập trình làm lại tối đa thẻ RFID, làm lại thẻ phải làm đồng thời thẻ để đảm bảo tất thẻ kích hoạt với mã đồng nhất), cuối tắt khóa điện kiểm tra lại hoạt động thẻ vừa làm đầu); thực hiên 20 lần kích hoạt thiết bị chế độ Unlock, với tỉ lệ thành cơng 18/20, có lần khơng thành cơng đếm sai số lần tín hiệu còi cảnh báo KẾT LUẬN Thiết bị chống trộm xe máy sử dụng công nghệ RFID thiết kế chế tạo hoạt động tin cậy, độ xác cao, độ bền lâu dài, tính vượt trội so với sản phẩm phân khúc với giá thành cạnh tranh Sản phẩm hồn tồn thương mại hóa Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu khiển từ xa, tìm xe tính định vị, mở xe mật khẩu, đọc tốc độ xe… Với ứng dụng cơng nghệ RFID chế tạo thành cơng khóa chống trộm xe máy, nhóm tác giả mong muốn mở rộng phạm vi ứng dụng công nghệ lĩnh vực khác như: quản lý thư viện, quản lý học sinh, quản lý cán bộ, nhân viên trường, quản lý xe vào quan… TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Hiệp, 2014 Giáo trình Cơng nghệ nhận dạng sóng vơ tuyến Nhà xuất Đại học Quốc gia TP HCM [2] Nguyễn Sơn, 2014 Kỹ thuật RFID hiểu biết [3] Phan Anh, 2006 Lý thuyết kỹ thuật anten NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [4] Lê Ngọc Bích, Phạm Quang Huy, 2012 Ứng dụng vi xử lý vi điều khiển Nhà xuất Bách khoa Hà Nội [5] Sean Westcott; Jean Riescher Westcott, 2018 Basic electronics theory and practice Mercury learning and information LLC [6] Bhuptani Manish, Moradpour Shahram, 2005 RFID Field Guide: Deploying Radio Frequency Identification Systems Prentice Hall PTR [7] Klaus Finkenzeller, 2003 RFID Handbook, Second Edition Giesecke & Devrient DmbH, Munich, Germany [8] Jerry Banks et al, 2007 RFID Applied John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey AUTHORS INFORMATION Nguyen Tien Han1, Trinh Dac Phong1, Nguyen Van Toan1, Le Dinh Dat2 Hanoi University of Industry Vocational College of Agricultural Mechanics 3.2 Thử nghiệm thiết bị Thiết bị chế tạo thử thử nghiệm xe HONDA Lead, SCR, Wave α, Wave RS, YAMAHA Sirius, thời gian tháng, với số lần kích hoạt 400 lần Kết cho thấy hệ thống làm việc với độ xác 100%; làm lại thẻ RFID tất hoạt động tốt (kích hoạt hệ thống thẻ ban Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol 56 - No (Feb 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 83 ... P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 THIẾT KẾ, LẬP TRÌNH HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM CHO XE GẮN MÁY SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ RFID 2.1 Giải pháp thiết kế Công nghệ RFID nghiên cứu ứng dụng nhiều lĩnh vực Việt Nam [1]... nhóm tác giả áp dụng lý thuyết công nghệ RFID [8] ứng dụng việc phân tích tốn đưa giải pháp thiết kế cho hệ thống chống trộm sử dụng công nghệ Thiết bị chống trộm bao gồm: - Chip RFID lưu trữ thông... xa, tìm xe tính định vị, mở xe mật khẩu, đọc tốc độ xe Với ứng dụng công nghệ RFID chế tạo thành cơng khóa chống trộm xe máy, nhóm tác giả mong muốn mở rộng phạm vi ứng dụng công nghệ lĩnh vực