Để nâng cao tinh thần tự học của sinh viên, nhất là các nhóm nghiên cứu học tập của sinh viên hoạt động hiệu quả, việc xây dựng các phòng thí nghiệm đa chức năng quản lý thông minh bằng công nghệ RFID ứng dụng công nghệ IoT là một hướng nghiên cứu và triển khai cần thiết. Các phòng thí nghiệm này cũng sẽ giúp giảm nhẹ công việc giám sát của giáo viên hướng dẫn thí nghiệm và thu hút nhiều sinh viên tự giác tham gia vào các bài tập thực hành, thí nghiệm. Đặc biệt là mọi hoạt động thí nghiệm của sinh viên đều được giáo viên giám sát qua các ứng dụng trên điện thoại và website.
Trần Duy Chung, Hoàng Bá Đại Nghĩa 24 ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ RFID TÍCH HỢP IOT TRONG QUẢN LÝ PHỊNG THÍ NGHIỆM ĐA CHỨC NĂNG APPLYING RFID INTEGRATED IOT TECHNOLOGY TO THE MANAGEMENT OF MULTI-FUNCTIONAL LABORATORY FACILITIES Trần Duy Chung, Hồng Bá Đại Nghĩa Trường Cao đẳng Cơng nghệ - Đại học Đà Nẵng tdchung@dct.udn.vn; hoangnghia041082@gmail.com Tóm tắt - Hiện nay, phịng thí nghiệm Trường Cao đẳng Cơng nghệ - Đại học Đà Nẵng quản lý cán phụ trách phịng thí nghiệm Sinh viên làm thí nghiệm theo học trường giáo viên hướng dẫn phải có mặt chỗ theo dõi bước tiến hành thí nghiệm sinh viên Điều gây số hạn chế khó khăn sinh viên giáo viên Để nâng cao tinh thần tự học sinh viên, nhóm nghiên cứu học tập sinh viên hoạt động hiệu quả, việc xây dựng phịng thí nghiệm đa chức quản lý thông minh công nghệ RFID ứng dụng công nghệ IoT hướng nghiên cứu triển khai cần thiết Các phịng thí nghiệm giúp giảm nhẹ công việc giám sát giáo viên hướng dẫn thí nghiệm thu hút nhiều sinh viên tự giác tham gia vào tập thực hành, thí nghiệm Đặc biệt hoạt động thí nghiệm sinh viên giáo viên giám sát qua ứng dụng điện thoại website Abstract - Currently, laboratories at the College of Technology are generally managed by laboratory staff Students can only experiments on school timetables and instructors must be on-site to follow the progress of the students’ experiments This has created some drawbacks and difficulties for students and teachers In order to enhance the self-learning spirit of students, especially effective student researching teams (SRT) Therefore, the construction of multi-functional laboratories smartly managed by RFID technology is a necessary research and development direction These laboratories will also alleviate the instructor’s supervision of the experiments Besides, it will attract more students to exercises of experimental practice Especially, all tasks of students are observed by Smart phone and Website Từ khóa - hệ thống RFID; IoT; RFID tích hợp IoT; Ứng dụng Arduino; phịng thí nghiêm đa chức Key words - IoT; Arduino; RFID systems; RFID and IoT; MultipleLaboratoryfacilities Đặt vấn đề Trước đây, mơ hình phịng thí nghiệm truyền thống gặp nhiều bất cập việc quản lý vật tư, trang thiết bị, vào, phịng thí nghiệm, kết thí nghiệm, tìm tài liệu hay quản lý tài liệu Việc quản lý sinh viên làm thí nghiệm thường thời gian vào việc cung cấp thiết bị thí nghiệm, theo dõi tiến độ thực đánh giá kết hoàn thành thí nghiệm Nhiều nơi giới khắc phục vấn đề cách ứng dụng hệ thống công nghệ thông tin, công nghệ tự động hóa vào phịng thí nghiệm đa chức năng, đặc biệt công nghệ RFID kết hợp với IoT Khi công nghệ áp dụng cung cấp cho phịng thí nghiệm mơi trường tốt nhất, việc triển khai thí nghiệm thuận lợi hơn, tiết kiệm thời gian người dạy, người quản lý phịng thí nghiệm Nâng bước từ phịng thí nghiệm truyền thống sang phịng thí nghiệm điện tử, thí nghiệm số đa chức với thiết bị tự động hóa tối ưu hợp tác hãng IDTECK, Hàn Quốc ứng dụng RFID chấm công điện tử, kiểm sốt thang máy [2] Viện Cơng nghệ thơng tin giới thiệu chào bán hệ thống ứng dụng RFID như: hệ thống kiểm soát xâm thực AC200 sử dụng thẻ RFID; khóa thẻ điện tử RFID K400R [3] Trung tâm Công nghệ cao Việt Nam, thuộc Viện Điện tử – Tin học – Tự động hóa nghiên cứu thiết kế xây dựng hệ phần mềm cho hệ thống quản lý tự động thẻ RFID để ứng dụng hệ thống thu phí cầu đường, Thành phố Hồ Chí Minh, cơng nghệ RFID triển khai ứng dụng trạm thu phí xa lộ Hà Nội hệ thống kiểm soát bãi đỗ xe tự động hầm đậu xe tòa nhà The Manor [4] Bộ Khoa học Công nghệ hai nước Việt Nam Thái Lan thống triển khai “Chương trình xây dựng hệ thống theo dõi, giám sát truy xuất sản phẩm tơm RFID”[5], ngồi ra, cịn có nghiên cứu “Nghiên cứu xây dựng hệ thống quản lý, điều hành kho thông minh Smart Warehouse dựa công nghệ RFID hệ thống nhúng” (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên) [5] “Nghiên cứu công nghệ xác định, nhận dạng sử dụng RFID mạng Internet” (Trung tâm Internet Việt Nam) [6] Việc nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm công nghệ thẻ RFID để ứng dụng công nghệ IoT cho việc xây dựng hệ thống quản lý phịng thí nghiệm tích hợp đa với đặc điểm riêng trường đại học Việt Nam mẻ Hình Quy trình hoạt động chung phịng thí nghiệm đa chức đại [1] Các ứng dụng RFID triển khai Việt Nam bước ứng dụng tiện ích cơng nghệ RFID Điển cơng ty TECHPRO, Việt Nam, Công nghệ RFID RFID (Radio Frequency Identification) công nghệ định danh chip điện tử sóng vơ tuyến, nhiều quốc gia, cơng ty, tập đồn ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(120).2017, QUYỂN giới nghiên cứu sử dụng Đây cơng nghệ tiên tiến để kiểm sốt liệu, có nhiều ưu điểm vượt trội so với công nghệ mã vạch Khác với công nghệ mã vạch công nghệ định danh trực diện (line-of-sight technology), nghĩa để nhận dạng đối tượng, máy đọc cần phải tiếp xúc trực tiếp đối tượng khoảng cách gần Đối với cơng nghệ RFID, xác định đối tượng khoảng cách xa từ vài mét tới hàng trăm mét môi trường không gian chiều (3D) Một hệ thống RFID thường bao gồm thành phần thẻ tag (chip RFID chứa thơng tin) đầu đọc (reader) đọc thông tin chip [7] RFID ứng dụng lần lĩnh vực quân Trong chiến thứ II, quân đội nước Mỹ, Nga, Đức ứng dụng công nghệ RFID để xác định máy bay khơng phận địch hay kẻ thù, cịn có tên IFF (Identify friend or foe) … Tuy nhiên, đến năm 1980 bắt đầu ứng dụng lĩnh vực thương mại từ năm 1990 đến [8], RFID mục tiêu trọng phát triển nhiều lĩnh vực hàng khơng, quốc phịng, lĩnh vực kiểm kê, kiểm sốt hàng hóa, kiểm sốt động vật, giao thông (thẻ trả tiền tàu xe, gắn vào lốp xe để đánh giá điều kiện đường xá,…), quản lý việc truy cập hệ thống bảo mật, quản lý nhân viên, dược phẩm, siêu thị đặc biệt lĩnh vực quản lý phịng thí nghiệm đa chức Cơng nghệ RFID tích hợp IoT Có nhiều dịch vụ IoT phù hợp với việc sử dụng RFID công nghệ bước vào giai đoạn phát triển hồn tồn kĩ thuật Ví dụ ứng dụng chuỗi cung ứng sản phẩm với khả truy xuất nguồn gốc, hay theo dõi lượng hàng kho hỗ trợ điểm tốn POS tự phục vụ người dùng nhanh chóng Hiện tại, ứng dụng phổ biến RFID tập trung vào lĩnh vực quản lý lượng hàng hóa, với IoT kết hợp sức mạnh Internet với thành phần cảm biến hay điện toán đám mây giúp việc định danh thiết bị theo phương thức sóng vơ tuyến, mang lại nhiều ứng dụng hữu ích, phổ biến giảm chi phí đầu tư công nghệ Công nghệ cập nhật cho hệ thống thẻ tag thụ động nhằm phục vụ cho việc thu thập liệu Bên cạnh xác định vị trí, tín hiệu RFID sử dụng biết tình trạng đối tượng Ví dụ hồi đầu năm 2015, RFMicron phát hành chip RFID có khả xác định thơng tin nhiệt độ, độ ẩm, trọng lượng, khoảng cách đối tượng định danh Tiềm lớn RFID IoT khả theo dõi người dùng đối tượng trang bị công nghệ Nhiều phủ nước giới tích hợp chip RFID cách rộng rãi vào hộ chiếu hay giấy phép lái xe Ngồi ra, q trình chờ đợi phát triển tồn diện giới kinh doanh phổ biến cơng nghệ sóng vơ tuyến vào số ngành nghề định quản lý phòng khách sạn hay thẻ tag thuê xe nhỏ gọn [9] Đầu năm 2015, hãng nghiên cứu chứng minh thẻ RFID với giá thành rẻ sử dụng để xác định đối tượng cách kín đáo có khả tương tác liên tục Điều giúp ngành cơng nghiệp trị chơi phát triển Với tính ưu việt nói trên, nhóm tác giả Trường Cao đẳng Công nghệ, Đại học Đà Nẵng 25 xây dựng mơ hình phịng thí nghiệm thơng minh ứng dụng cơng nghệ RFID có tích hợp cơng nghệ IoT để giám sát tồn q trình hoạt động diễn phịng thí nghiệm Đồng thời, q trình giám sát đồng với nhiều loại thiết bị thông minh khác thông qua điện thoại thông minh website Mơ hình hoạt động hệ thống RFID tích hợp IoT Hình Mơ hình hoạt động RFID tích hợp IoT Khi có tương tác thiết bị đọc ghi (kết nối với PC) với thẻ RFID, thiết bị đọc ghi truyền liệu vào phần mềm điều khiển thiết bị đọc ghi Phần mềm điều khiển đọc ghi (được cài máy tính, điện thoại di động) tạo thành yêu cầu Nhờ giao thức SIP2 (Session Initiation Protocol 2) [10], yêu cầu chuyển đổi thành câu lệnh truy vấn vào sở liệu phần mềm quản lý phịng thí nghiệm (được cài SERVER) Phần mềm quản lý phịng thí nghiệm xử lý trả lại giá trị ứng với câu lệnh truy vấn cho phần mềm điều khiển đọc ghi thông qua SIP2 thông tin sinh viên, thông tin thí nghiệm thực hiện, … Đồng thời, cho phép mở cửa, kích hoạt hệ thống điện cho bàn thí nghiệm, kích hoạt camera giám sát, kiểm sốt tiến độ hồn thành thí nghiệm quản lý thời gian vào phịng thí nghiệm sinh viên… Mơ hình hóa theo hướng IoT Internet of things (IoT) hình dung bao gồm nhiều mạng, thiết bị kết nối với dựa hàng loạt thông số kĩ thuật tiêu chuẩn Các hệ thống kết nối bao gồm RFID phát triển để ứng dụng vào IoT chưa đạt kết tối ưu Và thời điểm RFID ứng dụng cách đơn giản trở thành kênh liệu IoT Kết nối vạn vật có ý nghĩa liệu tích hợp thiết bị có khả tương tác chia sẻ với nhiều nguồn khác nhau, sử dụng cho giải pháp tương lai RFID trở thành yếu tố đầu vào hệ thống thu thập liệu Hầu tất ứng dụng IoT có yếu tố chung, kết nối vật lý kỹ thuật số RFID trở thành cầu nối cách cung cấp liệu xác định đối tượng địa điểm cụ thể thời gian xác Thẻ tag đảm bảo thiết bị có định danh để nhận dạng đặc tính Đó mức độ giao tiếp đặc trưng RFID điều hoàn toàn phù hợp với mà IoT địi hỏi Trần Duy Chung, Hoàng Bá Đại Nghĩa 26 6.1 Giới thiệu điều khiển tích hợp IoT 6.1.1 Cơ chế truyền đầu đọc RFID thẻ RFID Đầu đọc RFID truyền tín hiệu tần số vơ tuyến điện từ qua ăng-ten đến chip gắn thẻ RFID Reader nhận thông tin trở lại từ chip gửi đến máy tính điều khiển đầu đọc xử lý thơng tin tìm từ chip Các chip khơng tiếp xúc khơng tích điện, chúng hoạt động cách sử dụng lượng chúng nhận từ tín hiệu gửi reader Đây phương pháp đáng tin cậy để phát giám sát điện tử, dạng phương pháp truyền thông tin vơ tuyến Cũng hiểu RFID loại mã vạch điện tử, liệu mã hóa dạng bít, truyền nhận biết thơng qua sóng vơ tuyến dễ dàng để thực ứng dụng như: GSM, GPS, Wifi, Bluetooth, Ngồi ra, Shield có hỗ trợ Switch cho phép nạp chương trình cho Arduino mà khơng cần phải tháo board thiết bị lắp Shield Bên cạnh đó, với kích thước tương đương với Arduino UNO [13], ngõ liệu tương thích với cổng vào máy tính Mơ hình giao tiếp Arduino máy tính thơng qua cổng nối tiếp với máy tính: máy tính mở cổng COMx ( /dev/tty ), sau nội dung output buffer Arduino truyền qua máy tính lưu input buffer Máy tính đọc dịng quy lệnh (Serial Command), đồng thời Arduino tồn song song phương thức truyền dẫn giống máy tính nêu 6.2 Quá trình thiết kế lắp đặt hệ thống điều khiển phịng thí nghiệm thơng minh Quá trình điều khiển Hình Đầu đọc thẻ RFID Hình Sơ đồ khối thiết kế hệ thống điều khiển điện Hình Thẻ RFID Lưu đồ thuật tốn trình điều khiển thể Hình Bộ đầu đọc RFID nhận thông tin từ thẻ tag, sau truyền cho máy tính theo chuẩn RS232 (truyền nối tiếp) Dữ liệu tag mã hóa theo chuẩn EM4100 [11] 6.1.2 Hệ thống kết nối đầu đọc thẻ vào máy tính thơng qua boad Arduino Atmega2560 Ethernet shield Hình Dùng Arduino Atmega2560 Ethernet shield [12] Hình Lưu đồ thuật tốn hệ thống Hình Mơ hình giao tiếp Arduino máy tính [14] Arduino UNO Easy Shield board mở rộng cho Arduino UNO board tương thích với Arduino Sản phẩm hỗ trợ ATCBus socket cho phép người dùng kết nối Easy Board với Arduino UNO cách nhanh chóng Khi hệ thống hoạt động, đầu đọc RFID truyền tín hiệu tần số vơ tuyến điện từ qua ăng-ten đến chip gắn thẻ RFID Đầu đọc nhận thông tin trở lại từ chip gửi đến máy tính điều khiển, đầu đọc xử lý thơng tin tìm từ chip máy chủ nhận thông tin sinh viên vào phịng thí nghiệm Nếu với thông tin cập nhập vào máy chủ trước cửa mở sinh viên vào phịng thí nghiệm (theo thứ tự người một), sai cửa không mở Hệ thống tiếp tục hiển thị web ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(120).2017, QUYỂN thông tin sinh viên như: tên, ngày tháng năm sinh, mã sinh viên, số lần thực thí nghiệm trước đó, số hồn thành thí nghiệm trước đó, ngày vào phịng thí nghiệm, ngày khỏi phịng thí nghiệm Hệ thống tiếp tục kích hoạt điện thiết bị thí nghiệm bàn tương ứng để sinh viên tiến hành thí nghiệm Kết đưa máy in, lưu vào nhớ kết thúc 6.3 Kết đọc Hình Kết hiển thị thông tin sinh viên điện thoại di động 27 đồng thời cán quản lý xem sinh viên làm bàn thí nghiệm Điều khiển đóng mở cửa: thể trạng thái cửa vào, phịng thí nghiệm Nhiệt độ phịng thí nghiệm hiển thị web Kết luận Tính đến thời điểm tại, RFID công nghệ phù hợp áp dụng cho việc quản lý vận hành thí nghiệm phịng thí nghiệm đa chức Chính vậy, phịng thí nghiệm định hướng phát triển theo hướng tự động hóa hướng tới người dùng nên cân nhắc việc triển khai cơng nghệ RFID tích hợp IoT xây dựng kế hoạch cho phịng thí nghiệm đại Khi hội tụ yếu tố: hệ thống thí nghiệm phù hợp, đa dạng tài nguyên thông tin, hạ tầng thiết bị đại, chất lượng dịch vụ tốt, tính mở cao, thân thiện, hướng tới người dùng phịng thí nghiệm trở thành điểm đến lý tưởng cho bạn sinh viên đam mê nghiên cứu khoa học ứng dụng Hướng phát triển: Tích hợp thêm cơng nghệ nhận dạng mặt người theo phương pháp PCA (Principal Component Analysis) RFID khắc phục hạn chế vốn có hệ thống có nhiều người dùng thẻ mà RFID trở thành công nghệ ứng dụng rộng rãi tương lai, ví dụ ứng dụng vào robot cho phép xây dựng hệ thống kiểm soát vào tự động toán liên quan đến việc xác thực TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình 10 Kết hiển thị thông tin sinh viên web Đây kết hiển thị thông tin cá nhân sinh viên web điện thoại, cán quản lý cập nhập vào kết để xem thơng tin Hình 11 Kết hiển thị thơng tin thí nghiệm Kết hiển thị web điều khiển hoạt động phịng thí nghiệm thể sau: Cấp điện bàn thí nghiệm: nút điều khiển nhằm báo cho cán quản lý biết cho phép sinh viên vào bàn thí nghiệm theo trình tự sinh viên đăng ký mơn học hay hồn thành thí nghiệm mơn học Bài thí nghiệm: sinh viên đưa thẻ RFID vào bàn thí nghiêm mở, kết trả cho máy chủ [1] Internet of Things, Strategic Research Roadmap, http://www.sintef.org/upload/IKT/9022/CERPIoT%20SRA_IoT_v11_pdf.pdf59 [2] http://ungdungrfid.com/news/Tim-hieu-ve-RFID/Tim-hieu-cacvan-de-lien-quan-den-RFID-15/ [3] http://www.nhandan.com.vn/khoahoc/khoa-hoc/item/12031202-.html [4] http://xpt.com.vn/he-thong-kiem-soat-bai-do-xe-toa-nha-themanor-1 [5] http://cesti.gov.vn/tai-lieu/203703/4/-Nghiên-cứu-xây-dựng-hệthống-quản-lý,-điều-hành-kho-thông-minh-Smart-Warehouse-dựatrên-công-nghệ-RFID-và-hệ-thống-nhúng [6] http://maviet.com.vn/tu-van/cong-nghe-rfid.html [7] Bùi Thị Quỳnh Phương, Phát triển quy trình xác thực hộ chiếu điện tử Việt Nam, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2010, trang [8] INTERNATIONAL STANDARD © ISO/IEC, Final Committee Draft, ISO/IEC 14443-3 Part 3: Initialization and anticollision, 1999 [9] Nguyễn Thanh Thủy, Ứng dụng công nghệ RFID quản lý logistics cảng khả phát triển ứng dụng cảng Việt Nam, Trung tâm Đào tạo Logistics, Trường Đại học Hàng hải [10] INTERNATIONAL STANDARD © ISO/IEC, Final Committee Draft, ISO/IEC 14443-4 Part 4: Transmission protocol, 1998 [11] INTERNATIONAL STANDARD © ISO/IEC, Final Committee Draft, ISO/IEC 14443-2 Part 2: Radio frequency power and signal interface, 1999 [12] Arduino Ethernet Shield, 2015, https://www.arduino.cc/en/Main/Arduino Ethernet Shield [13] Arduino Mega 2560, 2015, https://www.arduino.cc/en/Main/Arduino Board Mega 2560 [14] http://arduino4proịects.com/, truy nhập cuối ngày 15/3/2017 (BBT nhận bài: 02/10/2017, hoàn tất thủ tục phản biện: 30/10/2017) ... xá,…), quản lý việc truy cập hệ thống bảo mật, quản lý nhân viên, dược phẩm, siêu thị đặc biệt lĩnh vực quản lý phịng thí nghiệm đa chức Cơng nghệ RFID tích hợp IoT Có nhiều dịch vụ IoT phù hợp. .. vào, phịng thí nghiệm Nhiệt độ phịng thí nghiệm hiển thị web Kết luận Tính đến thời điểm tại, RFID cơng nghệ phù hợp áp dụng cho việc quản lý vận hành thí nghiệm phịng thí nghiệm đa chức Chính... Cao đẳng Công nghệ, Đại học Đà Nẵng 25 xây dựng mơ hình phịng thí nghiệm thơng minh ứng dụng cơng nghệ RFID có tích hợp cơng nghệ IoT để giám sát tồn q trình hoạt động diễn phịng thí nghiệm Đồng