Phương pháp luận và nghiên cứu khoa học_Xây dựng hệ thống quản lý tài sản trường học bằng công nghệ rfid

Phương pháp luận và nghiên cứu khoa học_Xây dựng hệ thống quản lý tài sản trường học bằng công nghệ RFID

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

BÀI TIỂU LUẬN Môn: Phương pháp luận NCKH

Đ

Ề TÀI : Xây dựng hệ thống quản lý tài sản trường học

bằng công nghệ RFID

Giảng viên hướng dẫn : Đặng Hoài Bắc

I ĐẶT VẤN ĐỀ:

Hiện nay công tác kiểm soát quản lý tài sản, con người ở các trường học vẫn còn nhiều bất cập, thủ tục rườm rà mất nhiều thời gian gây phiền phức rác rối cho người quản lý thậm chí là đối với cả học sinh sinh viên trong trường.Trong khi đó các ứng dụng khoa học công nghệ hiện đại ngày một phát triển mạnh mẽ nhanh chóng va được áp dụng vào nhiều lĩnh vực như hiện nay thì 1 giải pháp để khắc phục việc quản lý tài sản là điều tất yếu Công nghệ RFID đang trở thành một công nghệ được nhiều Trường học, thư viện trên thế giới cũng như ở Việt Nam sử dụng nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng và quản lý tài sản an toàn Đây là công nghệ mới tiên tiến hơn so với công nghệ mã vạch đang được sử dụng hiện nay.Các ứng dụng phổ biến của RFID trong trường học như: Quản

lý tài sản, quản lý ra vào-điểm danh học sinh sinh viên, quản lý thư viện,…

II MỤC ĐÍCH: Xây dựng hệ thống quản lý tài sản trong trường học

III.NỘI DUNG:

1.Sơ lược về RFID:

RFID (Radio Frequency Identification, nhận dạng bằng sóng vô tuyến) là một phương pháp nhận dạng tự động dựa trên việc lưu trữ dữ liệu từ xa, sử dụng thiết bị thẻ RFID và một đầu đọc RFID

Thẻ RFID có thể thay thế cho các mã vạch trên các sản phẩm có bán tại các siêu thị bán lẻ Thay vì phải đưa thiết bị vào sát mã vạch để quét, RFID cho phép thông tin có thể được truyền qua những khoảng cách nhỏ mà không cần một tiếp xúc vật lý nào cả Thẻ RFID được đưa vào sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực như: Quản lý nhân sự, quản

lý hàng hóa vào/ra siêu thị, nhà kho, theo dõi động vật, quản lý xe cộ qua trạm thu phí, làm thẻ hộ chiếu …

a Lịch sử phát triển.

Thế giới ta trong giai đoạn đổi mới và phát triển mà trong đó nền công nghiệp hóa,tự động hóa ngày càng được ứng dụng nhiều và đặc biệt nền công nghệ tự động hóanhận dạng (Auto-ID) đang trở nên phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp dịch vụ,công nghiệp thương mại và trong nhiều nhà máy sản xuất Công nghệ nhận dạng tồn tại

giúp cho chúng ta có thể nhận được các thông tin về đối tượng nhận dạng : con

người,tài sản,vật nuôi, …

Công nghệ mã vạch (Barcode) đã mang lại sự thay đổi đáng kể, nhưng nó chỉ manglà bước đầu của một ngành công nghệ và còn có nhiều thiếu sót khi mà số lượng

đốitượng cần nhận dạng ngày một tăng lên Ưu điểm của công nghệ mã vạch là giá thành thấp, khuyết điểm là khả năng lưu trữ thấp, không có khả năng lập trình lại Các thiết bị mang dữ liệu điện tử phổ biến nhất trong cuộc sống hàng ngày là loại thẻ thông minh dựa trên một môi trường tiếp xúc (ví dụ: thẻ điện thoại, thẻ tín dụng, thẻ ngân hàng …).Tuy nhiên thiết bị tiếp xúc với thẻ thông minh thường không linh hoạt

Hệ thống RFID ( RFID : Radio Frequency Identification) ra đời nhằm khắc phục những nhược điểm trên Sự truyền dữ liệu không cần phải tiếp xúc giữa thiết bị mang

dữ liệu và

Kỹ thuật RFID ngày càng được nhiều người biết đến trong những thập niên 60 và 70, bắt đầu xuất hiện nhiều hơn ứng dụng này trong nhiều mặt của cuộc sống Kỹ thuật đầu đọc của nó trong hệ thống RFID sẽ linh hoạt hơn.này ngày càng được hoàn thiện,

từ nhận biết trở thành nhận dạng (from detection to unique identification) RFID tiên tiến vào đầu những năm 80, có những ứng dụng rộng rãi trong

việc kiểm soát xe tại Mỹ hay đánh dấu đàn gia súc ở Châu Âu Hệ thống RFID cũng đựơc ứng trong đời sống hoang dã, các thẻ RFID được gắn vào con vật, nhờ thế mà có thể lần theo dấu vết của chúng trong môi trường thiên nhiên hoang dã

Hệ thống RFID là hệ thống nhận dạng dữ liệu tự động và không dây, cho phép việc đọc và ghi dữ liệu và không cần tiếp xúc trực tiếp với hệ thống Chúng tỏ ra rất hữu ích trong sản xuất và hoạt động được trong những điều kiện môi trường mà kỹ thuật khác không thể làm được

Tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng các hệ thống RFID ngày càng nhiều và mở ra một thị trường đầy tiềm năng cho các nhà nghiên cứu và sản xuất Tuy nhiên, để đón nhận , vận dụng và phát triển 1 hệ thống mới này, chúng ta cần có sự hiểu biết nhất định về chúng

b Thành phần hệ thống :

Một hệ thống RFID toàn diện gồm những thiết bị sau:

1/Thẻ RFID (RFID Tag, còn được gọi là transponder): là một thẻ gắn chíp + Anten

có 02 loại: RFID passive tag và active tag:

o Passive tags: Không cần nguồn ngoài và nhận nằng lượng từ thiết bị đọc

Khoảng cách đọc ngắn

o Active tags: Được nuôi bằng PIN, sử dụng với khoảng cách đọc lớn

2/ Reader hoặc sensor (cái cảm biến): để đọc thông tin từ các thẻ, có thể đặt cố định

hoặc lưu động

3/ Antenna: là thiết bị liên kết giữa thẻ và thiết bị đọc

Thiết bị đọc phát xạ tín hiệu sóng để kích họat và truyền nhận với thẻ

4/Server: nhu nhận, xử lý dữ liệu, phục vụ giám sát, thống kê, điều khiển,

Điểm nổi bật của RFID là công nghệ không sử dụng tia sáng như mã vạch, không tiếp xúc trực tiếp Một vài loại thẻ có thể được đọc xuyên qua các môi trường, vật liệu như Bê tông, tuyết, sương mù, băng đá, sơn, và các điều kiện môi trường thách thức khác mà mã vạch và các công nghệ khác không thể phát huy hiệu quả

Thẻ RFID có thể đọc trong khoảng thời gian < 10ms Và sẽ còn có hiệu quả trong

các ứng dụng thực tiễn phát sinh trong đời sống

RFID có phải là mới ?

Công nghệ RFID được bắt đầu đề cập tới từ khi lâu từ những năm thế chiến II khi Không quân hoàng gia Anh - British Royal Air Force (RAF) sử dụng để nhận dạng phân biệt máy bay của RAF và máy bay Đức Ngày nay nó được ứng dụng trong cuộc sống vì tính cạnh tranh với các khía cạnh hấp dẫn của RFID

Các khoảng cách đọc chuẩn của thiết bị RFID?

Khoảng cách đọc phụ thuộc vào một số thông số và điều kiện cụ thể, tùy thuộc vào

thẻ là Active hay Passive Tag Phần lớn thẻ RFID Passive có khoảng cách đọc < 3 feet, tùy thuộc vào giải tần số của đầu đọc.

Hệ thống RFID sử dụng dải tần UHF sẽ có khoảng cách đọc lớn hơn.thậm chí có những hệ thống khoảng cách đọc có thể lên tới 300 feet ( 100 m ) phụ thuộc vào từng

ứng dụng cụ thể

Dải tần hoạt động của hệ thống RFID ?

Khi phải lựa chọn một hệ thống RFID, yêu cầu đầu tiên là chọn dải tần hoạt động của hệ thống

Tần số thấp - Low frequency 125 KHz: Dải đọc ngắn tốc độ đọc thấp

Dải tần cao - High frequency 13.56 MHz: Khoảng cách đọc ngắn tốc độ đọc trung

bình

Phần lớn thẻ Passive sử dụng dải này.

Dải tần cao hơn - High frequency: Dải đọc từ ngắn đến trung bình, tốc độ đọc trung bình đến cao

Phần lớn thẻ Active sử dụng tần số này.

Dải siêu cao tần - UHF frequency 868-928 MHz: Dải đọc rộng Tốc độ đọc cao

Phần lớn dùng thẻ Active và một số thẻ Passive cao tần sử dụng dải này

Dải vi sóng - Microwave 2.45-5.8 GHz: Dải đọc rộng tốc độ đọc lớn

RFID liệu có đe dọa đến an ninh cá nhân và bảo mật thông tin khách hàng?

RFID không khác gì so với hệ thống thẻ ghi nợ, máy điện thoại di động, thẻ thu phí, thẻ tín dụng vè phương diện bảo mật thông tin cá nhân Các nhà cung cấp sản phẩm RFID đang cố gắng tăng cường tính bảo mật và cân bằng giữa sự tiện dụng và

các khả năng đe dọa đến bảo mật cá nhân thông qua các giao thức như over-the-air

protocols, chống giả mạo -Anticounterfeit - tamper detection, mã hóa dữ liệu để tăng tính an toàn cho công nghệ và sản phẩm thương mại hóa

c Phương thức hoạt động

Chip trên thẻ nhãn RFID được gắn kèm với một ăngten chuyển tín hiệu đến một máy cầm tay hoặc máy đọc cố định Các máy này sẽ chuyển đổi sóng radio từ thẻ RFID sang một mã liên quan đến việc xác định các thông tin trong một cơ sở dữ liệu máy tính do cơ quan quản lý kiểm soát

Một hệ thống RFID có ba thành phần cơ bản: thẻ, đầu đọc, và một host computer Thẻ RFID gồm chip bán dẫn nhỏ và anten được thu nhỏ trong một số hình thức đóng gói Vài thẻ RFID giống như những nhãn giấy và được ứng dụng để bỏ vào hộp và đóng gói Một số khác được sáp nhập thành các vách của các thùng chứa plastic được đúc Còn một số khác được xây dựng thành miếng da bao cổ tay

Mỗi thẻ được lập trình với một nhận dạng duy nhất cho phép theo dõi không dây đối tượng hoặc con người đang gắn thẻ đó Bởi vì các chip được sử dụng trong thẻ RFID

có thể giữ một số lượng lớn dữ liệu( từ 96 đến 512 bit nhiều gấp 64 lần so với bít mã vạch ), chúng có thể chứa thông tin như chuỗi số, thời dấu, hướng dẫn cấu hình, dữ liệu kỹ thuật, sổ sách y học, và lịch trình Cũng như phát sóng tivi hay radio, hệ

thốngs RFID cũng sử dụng bốn băng thông tần số chính: tần số thấp (LF), tần số cao (HF), siêu cao tần (UHF) hoặc sóng cực ngắn (viba)

Các hệ thống trong siêu thị ngày nay hoạt động ở băng thông UHF, trong khi các hệ thốngs RFID cũ sử dụng băng thông LF và HF Băng thông viba đang được để dành cho các ứng dụng trong tương lai

Các thẻ RFID có thể được cấp nguồn bởi một bộ pin thu nhỏ trong thẻ (các thẻ active) hoặc bởi một RFID reader mà nó “wake up” thẻ để yêu cầu trả lời khi thẻ đang trong phạm vi (thẻ passive)

Thẻ active RFID có thể được đọc xa 30 mét từ RFID reader và có thể là thẻ “thông minh” (với bộ nhớ được viết lên và xóa như một ổ cứng máy tính) hoặc là thẻ chỉ đọc Thẻ passive RFID có thể được đọc xa RFID reader 6 mét và có nói chung là bộ nhớ chỉ đọc Kích thước thẻ và giá cả, dải đọc, độ chính xác đọc/ghi, tốc độ dữ liệu và chức năng hệ thống thay đổi theo đặc điểm nêu ra trong thiết kế và dải tần hệ thống FRID sử dụng

RFID reader gồm một anten liên lạc với thẻ RFID và một đơn vị đo điện tử học đã được nối mạng với host computer Đơn vị đo tiếp sóng giữa host computer và tất cả các thẻ trong phạm vi đọc của anten, cho phép một đầu đọc liên lạc với hàng trăm thẻ đồng thời Nó cũng thực thi các chức năng bảo mật như mã hóa/ giải mã và xác thực người dùng Đầu đọc RFID có thể phát hiện thẻ ngay cả khi không nhìn thấy chúng Hầu hết các mạng RFID gồm nhiều thẻ và nhiều đầu đọc được nối mạng với nhau bởi một máy tính trung tâm, hầu như thường là một trạm làm việc gọn để bàn Host xử lý

dữ liệu mà các đầu đọc thu thập từ các thẻ và dịch nó giữa mạng RFID và các hệ thống kỹ thuật thông tin lớn hơn, mà nơi đó quản lý dây chuyền hoặc cơ sở dữ liệu quản lý có thể thực thi “Middleware” phần mềm nối hệ thống RFID với một hệ thống

IT (Information Technology) quản lý luồng dữ liệu

Nguyên lý làm việc của một hệ thống RFID:

Một hệ thống RFID toàn diện gồm bốn thành phần:

1 Thẻ RFID được lập trình điện tử

2 Các reader hoặc sensor để truy vấn các thẻ

3 Anten

4 Host Computer

Kỹ thuật RFID có liên quan đến hệ thống không dây cho phép một thiết bị đọc thông tin được chứa trong một chip không tiếp xúc trực tiếp ở khỏang cách xa, mà không thực hiện bất kỳ giao tiếp vật lý nào Nó cho ta phương pháp truyền và nhận dữ liệu từ một điểm đến điểm khác

Sơ đổ khối 1 Reader và 1 bộ Reader dải tần HF:

Thẻ RFID gồm chip bán dẫn nhỏ và anten được thu nhỏ dưới hình thức đóng gói Giống như phát sóng tivi hay radio, hệ thốngs RFID cũng sử dụng bốn băng thông tần

số chính: tần số thấp (LF), tần số cao (HF), siêu cao tần (UHF) hoặc sóng cực ngắn (viba) Các hệ thống trong siêu thị ngày nay hoạt động ở băng thông UHF, trong khi các hệ thốngs RFID cũ sử dụng băng thông LF và HF Băng thông viba đang được để dành cho các ứng dụng trong tương lai

Kết nối trong RFID và 1 RFID printer

RFID reader gồm một anten liên lạc với thẻ RFID đã được nối mạng với host computer Đơn vị đo tiếp sóng giữa host computer và tất cả các thẻ trong phạm vi đọc của anten, cho phép một đầu đọc liên lạc với hàng trăm thẻ đồng thời Nó cũng thực thi các chức năng bảo mật như mã hóa/ giải mã và xác thực người dùng Đầu đọc RFID có thể phát hiện thẻ ngay cả khi không nhìn thấy chúng Hầu hết các mạng RFID gồm nhiều thẻ và nhiều đầu đọc được nối mạng với nhau bởi một máy tính trung tâm Host sẽ xử lý dữ liệu mà các đầu thu thu thập từ các thẻ gửi về

Hệ thống RFID hỗ trợ TCP/IP cho phép giám sát từ xa qua Internet

2.Ứng dụng của RFID trong quản lý tài sản trường học:

a Quản lý đồ dùng trang thiết bị nhà trường:

Thay vì dán các mã vạch lên các tài sản thì bây giờ dán các con Chip RFID lên các tài sản và sử dụng một đầu đọc RFID để thu thập thông tin các tài sản Sau đó dùng phần mềm quản lý để truy vấn, đưa ra các báo cáo

b Quản lý ra vào và điểm danh học sinh sinh viên:

HSSV( Học sinh sinh viên ) sẽ đeo thẻ HSSV có gắn con Chip RFID Trên thẻ này có thể lưu trữ thông tin của HSSV như là tên HSSV, ngày sinh, mã số HSSV, Bằng việc quẹt thẻ cho mỗi lần vào cổng và ra cổng sẽ giúp nhà trường xác định được số lần và thời gian đến trường của HSSV Ngoài ra với tính năng định vị thì các quản sinh có thể biết được HSSV đó hiện đang ở đâu trong khuôn viên trường Đây được coi là biện pháp tối ưu để kiểm soát ra vào của HSSV trong trường

Các giảng viên và nhân viên trong trường cũng có thẻ RFID của riêng họ trên thẻ cũng ghi các thông tin cá nhân như họ tên, chức vụ, mã số cá nhân của từng người,…

c.Quản lý thư viện:

Quy trình hoạt động:

Bao gồm các công đoạn nhập thông tin vào thẻ, Mượn/trả tài liệu, Phân loại tài liệu

tự động, Kiểm kê kho Thông tin ở mỗi công đoạn này đều được cập nhật vào hệ thống quản trị thư viện tích hợp

Nhập thông tin vào thẻ:

- Mỗi tài liệu cần quản lý sẽ được dán một thẻ RFID Trong thẻ RFID chứa các thông tin về đối tượng mà nó được dán lên Thông tin lưu trên các thẻ RFID có thể là

số hiệu biểu ghi, nhan đề tài liệu, tác giả, số đăng ký cá biệt,… tùy thuộc vào mục đích quản lý tài liệu của thư viện và khả năng lưu trữ của thẻ

- Các thiết bị để nhập thông tin bao gồm: máy tính chứa phần mềm ứng dụng, máy đọc, anten và tài liệu đã được dán thẻ

Mượn/trả tài liệu:

- Khi ứng dụng cộng nghệ RFID, quá trình mượn/trả tài liệu có thể được tiến hành bằng 2 cách: Mượn/Trả tại bàn hoặc Mượn /trả tự động

Các thẻ RFID dán lên tài liệu, sách, DVD

* Mượn/Trả tại bàn: Khi tiến hành mượn/trả một tài liệu bạn đọc tới trực tiếp bàn của

thủ thư Quá trình mượn/trả gần giống với mượn/trả sử dụng công nghệ mã vạch Thủ thư sẽ dùng máy đọc để nhận biết thông tin trên thẻ bạn đọc và trên tài liệu để ghi nhận một phiên mượn vào phần mềm ứng dụng

* Mượn/Trả tự động: Khi mượn/trả một tài liệu bạn đọc sẽ không cần đến sự hỗ trợ

của thủ thư Cách này thường được áp dụng đối với kho sách tổ chức theo hình thức kho mở Để tiến hành mượn một tài liệu, bạn đọc chỉ cần mang thẻ bạn đọc và tài liệu tới các máy mượn sách Thao tác đầu tiên là đưa thẻ vào máy để máy nhận biết thông tin của người mượn sau đó bạn đọc để sách lên máy để anten của máy đọc kích hoạt thẻ gửi thông tin về tài liệu tới bộ đọc Thông tin về bạn đọc và tài liệu sẽ được các phần mềm trung gian và phần mềm thư viện điện tử xử lý sau đó hiện thông tin lên màn hình để người mượn theo dõi Nếu thông tin mượn trên màn hình là đúng thì người mượn thực hiện thao tác chấp nhận mượn và sẽ nhận được một tờ giấy biên nhận do máy tính in ra

Khi tiến hành trả sách bạn đọc chỉ cần đi tới trạm trả sách tự động và cho sách vào khoang trả Trong trạm trả sách có gắn thiết bị đọc tích hợp anten sẽ nhận dữ liệu có

từ thẻ gắn trong sách để chuyển dữ liệu tới phần mềm thư viện điện tử Nếu quyển sách đó được quyền mượn, một phiên mược được kết thúc và bạn đọc có thể mang sách đi qua cổng an ninh Một trạm trả sách tự động có thể thực hiện được khoảng 20.000 lượt trả mỗi tháng

Kiểm kê tài liệu thư viện tự động:

Khi tiến hành kiểm, thủ thư sử dụng một máy gom di động cho phép lưu dữ liệu kiểm kê Thủ thư sẽ đi đến từng giá sách và quét lên từng quyển sách Việc tập hợp thông tin từ sách sử dụng công RFID khá nhanh và không cần phải dí sát máy gom vào từng quyển sách hoặc di chuyển sách ra khỏi giá sách Với việc sử dụng công nghệ không dây, kết nối dữ liệu kiểm kê với trực tiếp máy chủ sử dụng phần quản trị thư viện, nó cho phép không chỉ cập nhật thông tin về kiểm kê mà còn cho phép biết được ngay vị trí đúng của tài liệu trên giá sách

Chống trộm:

Hệ thống cổng an ninh sử dụng công nghệ RFID có gắn một bộ cảm ứng phát ra sóng radio khi thẻ RFID đi qua vùng phủ sóng của nó và nhận thông tin từ thẻ chuyển tới phần mềm trung gian và phần mềm ứng dụng để xử lý Trường hợp tài liệu mượn chưa hoàn thành thủ tục mượn tại bàn thủ thư hoặc tại hệ thống mượn tự động, nghĩa

là, thông tin tài liệu mượn chưa được hệ thống thư viện điện tử chấp nhận mượn thì khi bạn đọc mang tài liệu ra khỏi thư viện, cổng an ninh sẽ phát ra tín hiệu báo động