Các chíp RFID đƣợc cấy ghép cho động vật để giúp nhận dạng chúng. RFID đang đƣợc ứng dụng trong nền công nghiệp chăn nuôi gia súc với hy vọng có thể giúp phát hiện ra các mầm mống bệnh tật, ví dụ nhƣ bệnh bò điên. Việc cấy các chíp RFID có chứa thông tin về tiền sử bệnh tật của gia súc không chỉ giúp chúng đƣợc chăm sóc khỏe mạnh mà còn cần thiết trong việc tự động hóa quản lý trong chăn nuôi.
1.6.7. RFID cấy ghép vào cơ thể người
Các chip RFID cấy vào mô đƣợc thiết kế để quản lý động vật hiện đang đƣợc sử dụng cho con ngƣời. Ở Tây Ban Nha và Hà Lan, ngƣời ta sử dụng
Cao Văn Đức – KTVT –K 52
một con chíp cấy mô để nhận dạng khách hàng VIP, những vị khách này sử dụng chíp đó để thanh toán hóa đơn trong nhà hàng. Một số văn phòng làm việc đã cấy chíp RFID vào nhân viên của mình để giám sát việc truy nhập cơ sở dữ liệu mật.
1.6.8. RFID trong giao thông
Ở Anh, các hệ thống trả trƣớc cho các dịch vụ giao thông công cộng ra đời nhờ sử dụng công nghệ RFID. Thiết kế này đƣợc nhúng trong một thẻ tín dụng (giấy thông hành) và khi đƣợc quét nó sẽ cho biết việc thông hành có hợp lệ hay không và thời gian thông hành còn lại bao lâu.
Thẻ RFID đƣợc sử dụng trong thu phí giao thông điện tử theo mô hình dừng hoặc không dừng. Phƣơng tiện đi qua trạm thu phí đƣợc xác định số ID của thẻ RFID để tính phí. Tại dự án đƣờng cao tốc Cầu Giẽ – Ninh Bình, công nghệ thẻ RFID với tiêu chuẩn ISO 18000-6C đã đƣợc áp dụng triển khai cho hệ thống thu phí điện tử. Ƣu điểm của công nghệ này là có giá thành thiết bị (thẻ) rẻ và dễ dàng triển khai trên số lƣợng lớn phƣơng tiện.
Quản lý giám sát hành trình vận chuyển của các toa xe hoặc container có gắn thẻ RFID. Hiện tại, hệ thống quản lý toa xe đang đƣợc triển khai áp dụng thử nghiệm tại Tổng Công ty Đƣờng sắt Việt Nam đem lại các lợi ích:
Tự động nhận biết số hiệu toa xe tại các điểm kiểm tra trên mạng đƣờng sắt Việt Nam khi đoàn tàu chạy qua;
Quản lý đƣợc các thông tin về sự điều chuyển của từng toa xe, nơi đi, nơi đến, thời gian đi qua… Nếu tại điểm kiểm tra số hiệu toa xe đƣợc gắn kết hợp với các thiết bị cân, xác định nhiệt độ trục xe thì các thông tin này cũng đƣợc cập nhật cùng với số hiệu toa xe;
Truyền các thông tin trên trong thời gian thực về máy chủ cơ sở dữ liệu của Tổng Công ty Đƣờng sắt Việt Nam và cung cấp cho các đơn
Cao Văn Đức – KTVT –K 52
vị quản lý khai thác thông tin nhằm nhiệm vụ quản lý và theo dõi điều hành chạy tàu;
Tiết kiệm hàng tỷ đồng mỗi năm riêng tiền phạt lƣu xe quá cảnh quá hạn.
Quản lý vào/ra bến của các phƣơng tiện vận tải đƣợc gắn thẻ RFID. Tại Hà Nội đang triển khai dự án thí điểm kiểm soát xe buýt vào/ra các bến bằng thẻ RFID. Cụ thể, tại điểm trung chuyển Long Biên gồm 2 tuyến bến cho các xe đi về 2 hƣớng của đƣờng Yên Phụ, sẽ lắp đặt 2 điểm chốt trên 2 điểm đầu mái nhà chờ để đọc các xe đi vào bến xe buýt. Các sự kiện đọc thẻ khi xe qua chốt đƣợc ghi vào hộp đen và gửi về trung tâm điều hành để giám sát. [2]
1.7. Ƣu, nhƣợc điểm của hệ thống RFID
1.7.1. Ưu điểm
Hệ thống RFID mang lại những tiện ích nhƣ sau:
- Không phụ thuộc vào con ngƣời, các hoạt động đều đƣợc tự động; - Phạm vi hoạt động lớn, có thể đến vài chục mét;
- Vật có thể chuyển động nhƣng vẫn có thể xác định đƣợc vật và thực hiện đọc/ghi lên thẻ nếu nó mang thẻ RFID;
- Có thể đọc/ghi không cần tiếp xúc, trong hộp kín (trừ kim loại) và cho cả vật thể đang chuyển động với vận tốc hàng trăm km/h;
- Có thể chèn thêm hoặc xóa thông tin và ghi thông tin mới; - Có thể sử dụng ở nhiều vị trí và môi trƣờng khác nhau;
- Thẻ đƣợc nhận dạng không cần trong tầm nhìn thẳng, không cần định hƣớng tia chiếu;
- Có thể chống làm giả, chịu đƣợc bụi bẩn và sử dụng trong môi trƣờng có nhiệt độ cao;
Cao Văn Đức – KTVT –K 52
- Kết hợp tốt với các phần mềm ở đầu cuối với sự cung cấp đảm bảo thời gian thực;
- An toàn, chính xác và độ tin cậy cao, nhiều thẻ RFID có thể đƣợc đọc hoặc ghi cùng một lúc;
- Thẻ RFID có thể bao gồm chức năng chống trộm.
1.7.2. Nhược điểm
Bên cạnh những ƣu điểm vƣợt trội, hệ thống RFID cũng có các nhƣợc điểm nhƣ sau:
- Giá cao: đây là nhƣợc điểm chính của công nghệ RFID. Tuy nhiên, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, vấn đề này đang dần đƣợc khắc phục;
- Dễ bị ảnh hƣởng bởi các vật chắn bằng kim loại; - Đụng độ thẻ, đụng độ đầu đọc;
- Chƣa có chuẩn RFID thống nhất;
Cao Văn Đức – KTVT –K 52
1.8. Kết luận chƣơng
Chƣơng này đã cho ta cái nhìn tổng quan nhất về lịch sử hình thành và khái niệm cơ bản về công nghệ RFID, thấy đƣợc những ƣu điểm vƣợt trội của RFID so với các công nghệ nhận dạng khác. Đồng thời, với việc đƣa ra cấu trúc của một hệ thống RFID điển hình trong chƣơng này đã cho ta cái nhìn tổng quan về hệ thống RFID.
Để thấy đƣợc những thành phần cũng nhƣ các kỹ thuật đƣợc sử dụng trong công nghệ RFID thì ta sẽ đi tìm hiểu ở chƣơng sau.
Cao Văn Đức – KTVT –K 52
CHƢƠNG 2. CÔNG NGHỆ RFID
Từ cái nhìn tổng quan về hệ thống RFID giới thiệu ở chƣơng 1, chƣơng này sẽ trình bày cụ thể về các thành phần cơ bản của hệ thống RFID và các kỹ thuật đƣợc sử dụng trong công nghệ RFID.
2.1. Thẻ RFID
Thẻ RFID mang dữ liệu gắn lên sản phẩm có hình dạng và kích thƣớc khác nhau đƣợc đặt trong môi trƣờng làm việc khác nhau. Thẻ RFID có những hình dạng nhƣ sau:
- Thẻ hình cúc áo hoặc đĩa làm bằng PVC, nhựa và thƣờng có một lỗ ở giữa để móc, thẻ này bền và có thể sử dụng lại;
- Thẻ RFID có hình dạng nhƣ thẻ tín dụng, còn đƣợc gọi là thẻ thông minh không tiếp xúc;
- Thẻ nhỏ gắn vào các sản phẩm nhƣ quần áo, đồng hồ, đồ trang sức… những thẻ này có hình dạng chìa khóa và chuỗi khóa;
- Thẻ trong hộp thủy tinh có thể hoạt động trong các môi trƣờng ăn mòn hoặc trong chất lỏng.
Cao Văn Đức – KTVT –K 52
Hình 2.1. Các kiểu hình dạng và kích thước của thẻ RFID.
Các thẻ RFID có thể đƣợc phân loại theo 2 phƣơng pháp: - Dựa vào phƣơng thức cấp nguồn cho thẻ:
Thẻ thụ động
Thẻ tích cực
Thẻ bán tích cực
- Dựa trên khả năng hỗ trợ ghi chép dữ liệu trên thẻ:
Thẻ chỉ đọc RO
Thẻ ghi một lần – đọc nhiều lần WORM
Thẻ đọc – ghi RW
Ngoài ra còn một số loại thẻ khác nhƣ thẻ SAW, thẻ non-RFID, thẻ EAS… [3]
Cao Văn Đức – KTVT –K 52
2.1.1. Thẻ thụ động
Thẻ thụ động không có nguồn bên trong, nó sử dụng nguồn nhận đƣợc từ các reader để hoạt động và truyền dữ liệu đƣợc lƣu trữ trong nó cho reader. Thẻ thụ động có cấu trúc đơn giản, có thời gian sống dài và thƣờng có sức chịu đựng với môi trƣờng khắc nghiệt. Một số thẻ có thể chịu đƣợc các hóa chất ăn mòn nhƣ axit, nhiệt độ lên tới > 200oC.
Đối với loại thẻ này, khi thẻ và reader truyền thông với nhau thì reader luôn truyền trƣớc rồi mới đến thẻ. Nên bắt buộc phải có reader thì thẻ mới có thể truyền dữ liệu cho nó.
Thẻ thụ động nhỏ hơn thẻ tích cực và bán tích cực. Nó có thể đƣợc đọc dữ liệu trong khoảng 9m.
Thẻ thụ động cũng rẻ hơn thẻ tích cực và bán tích cực. Thẻ thông minh là một loại thẻ RFID thụ động, nó đƣợc sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau, dữ liệu trên thẻ đƣợc đọc khi nó ở gần reader. Thẻ này không cần tiếp xúc trực tiếp với reader trong quá trình đọc.
Thẻ thụ động bao gồm các thành phần chính sau: - Vi mạch (microchip)
Cao Văn Đức – KTVT –K 52
Hình 2.2. Các thành phần của thẻ thụ động.
a) Vi mạch
Cao Văn Đức – KTVT –K 52 Trong đó:
Bộ chỉnh lƣu (Power Control/Rectifier): chuyển nguồn AC từ tín hiệu
anten của reader thành nguồn DC. Nó cung cấp nguồn đến các thành phần khác của vi mạch.
Bộ tách xung (Clock Extractor): tách tín hiệu xung từ tín hiệu anten của reader.
Bộ điều chế (Modulator): điều chỉnh tín hiệu nhận đƣợc từ reader. Thông tin trả lời của thẻ đƣợc gắn trong tín hiệu đã điều chế, sau đó nó đƣợc truyền trở lại reader.
Khối logic (Logic Unit): chịu trách nhiệm cung cấp giao thức truyền giữa thẻ và reader.
Bộ nhớ (Memory): đƣợc dùng để lƣu trữ dữ liệu. Bộ nhớ này thƣờng đƣợc phân đoạn. Bộ nhớ của thẻ có thể đƣợc lƣu giữ nhiều loại dữ liệu khác nhau nhƣ dữ liệu nhận dạng đối tƣợng đƣợc gắn thẻ, các bit kiểm tra độ chính xác của dữ liệu đƣợc truyền… Sự tiến bộ của kỹ thuật cho phép chế tạo ra các loại vi mạch có kích thƣớc cực nhỏ. Tuy nhiên, kích thƣớc của thẻ không đƣợc xác định bởi kích thƣớc của vi mạch gắn vào nó mà bởi chiều dài anten của nó.
b) Anten
Anten của thẻ đƣợc dùng để lấy năng lƣợng từ tín hiệu của reader để cung cấp nguồn cho thẻ hoạt động, gửi hoặc nhận dữ liệu từ reader. Anten này đƣợc gắn vào vi mạch.
Có nhiều loại anten và việc thiết kế anten cho một thẻ là việc rất quan trọng, vì nó là trung tâm đối với hoạt động của thẻ. Thiết kế của một anten phụ thuộc vào các yếu tố sau:
Cao Văn Đức – KTVT –K 52
- Hƣớng cố định của thẻ với reader - Hƣớng tùy chỉnh của thẻ đối với reader - Loại sản phẩm
- Vận tốc chuyển động của đối tƣợng đƣợc gắn thẻ - Độ phân cực anten của reader
Có nhiều loại anten khác nhau dùng cho thẻ RFID:
- Anten lƣỡng cực: Cấu tạo gồm một dây dẫn điện (thƣờng là đồng) bị ngắt ở chính giữa. Chiều dài anten lƣỡng cực bằng một nửa bƣớc sóng của tần số đƣợc dùng nhằm tối ƣu năng lƣợng truyền từ tín hiệu của anten reader đến thẻ.
- Anten lƣỡng cực kép: Gồm 2 anten lƣỡng cực. Điều này có thể làm giảm độ nhạy của thẻ, nhƣng bù lại thẻ có thể đƣợc đọc ở nhiều hƣớng khác nhau.
- Anten cực xếp: Bao gồm 2 hoặc nhiều dây dẫn điện đƣợc nối song song nhau và mỗi dây bằng nửa chiều dài bƣớc sóng của tần số đƣợc dùng.
Những điểm nối giữa vi mạch và anten là những điểm kết nối yếu nhất của thẻ. Nếu có bất kỳ điểm nối nào bị hỏng thì thẻ có thể không làm việc đƣợc hoặc hiệu suất của nó giảm đáng kể. Anten đƣợc thiết kế cho một nhiệm vụ riêng biệt nhƣ gắn thẻ vào một hộp có thể hoạt động kém hơn khi thực hiện một nhiệm vụ khác nhƣ gắn thẻ vào một sản phẩm riêng lẻ trong hộp.
Cao Văn Đức – KTVT –K 52
Hình 2.4. Thẻ thụ động 2.45 GHz của hãng Alien Technology.
2.1.2. Thẻ tích cực
Thẻ tích cực luôn có một nguồn năng lƣợng trong (nhƣ một bộ pin hoặc có thể là những nguồn năng lƣợng khác nhƣ năng lƣợng mặt trời) và điện tử học để thực hiện những nhiệm vụ chuyên dụng. Thẻ tích cực sử dụng nguồn năng lƣợng bên trong để truyền dữ liệu cho reader mà không cần nguồn năng lƣợng từ reader.
Thành phần bên trong của thẻ tích cực gồm bộ vi mạch, cảm biến và các cổng vào/ra đƣợc cấp năng lƣợng bởi bộ nguồn bên trong nó. Thẻ tích cực có thể đo đƣợc nhiệt độ môi trƣờng xung quanh, xác định hạn sử dụng của sản phẩm đƣợc gắn thẻ và truyền các thông tin này đến reader thông qua ID định danh duy nhất của nó.
Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền dữ liệu giữa thẻ và reader thì thẻ luôn truyền trƣớc. Vì sự có mặt của reader là không cần thiết trong việc truyền dữ liệu của thẻ tích cực, nên nó có thể phát dữ liệu cho các vùng lân cận kể cả khi không có reader trong khu vực đó. Loại thẻ này cũng đƣợc gọi là máy phát.
Cao Văn Đức – KTVT –K 52
Một loại thẻ tích cực khác luôn ở trạng thái ngủ hoặc nguồn yếu khi không có reader. Reader đánh thức các thẻ này bằng việc phát một lệnh thích hợp, trạng thái này tiết kiệm năng lƣợng, loại thẻ này có tuổi thọ lâu hơn loại thẻ phát liên tục kể trên, nó giúp làm giảm số nhiễu RF trong môi trƣờng. Loại thẻ tích cực này hoạt động ở cả chế độ máy phát và máy thu. Thẻ này chỉ truyền khi đƣợc yêu cầu và ở trạng thái ngủ hoặc nguồn yếu khi không đƣợc yêu cầu truyền dữ liệu, do đó tất cả các thẻ này đƣợc gọi là transponder.
Khoảng cách đọc của thẻ tích cực là khoảng 30m. Thẻ tích cực gồm các thành phần chính sau:
- Vi mạch - Anten
- Nguồn năng lƣợng bên trong - Bộ xử lý trong
a) Nguồn năng lƣợng bên trong
Tất cả các thẻ tích cực đều mang một nguồn năng lƣợng bên trong để cung cấp nguồn và truyền dữ liệu. Nếu sử dụng pin thì tuổi thọ của thẻ tích cực thƣờng kéo dài 2-7 năm tùy thuộc vào thời gian sống của pin. Một trong những yếu tố quyết định thời gian sống của pin là khoảng thời gian giữa các lần truyền dữ liệu của thẻ. Nếu khoảng thời đó càng dài thì tuổi thọ của pin càng lâu. Chẳng hạn, thẻ tích cực cứ vài giây lại truyền dữ liệu một lần, nếu tăng khoảng thời gian này lên vài phút hoặc vài giờ thì thời gian sống của pin cũng đƣợc kéo dài. Bộ xử lý trong sử dụng nguồn năng lƣợng có thể làm giảm thời gian sống của pin.
Trong quá trình reader đang đọc dữ liệu từ thẻ, nếu pin chết thì thẻ ngừng truyền dữ liệu, quá trình đọc kết thúc. Khi này, reader không thể biết
Cao Văn Đức – KTVT –K 52
pin của thẻ chết hay thẻ đi ra khỏi phạm vi đọc của nó, trừ khi các tham số về tình trạng pin đƣợc ghi trong thẻ và truyền cho reader trong quá trình đọc.
b) Bộ xử lý trong
Bộ xử lý trong cho phép thẻ hoạt động nhƣ một máy phát và cho phép nó thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng nhƣ tính toán, hiển thị các giá trị tham số động nào đó, hoặc hoạt động nhƣ một cảm biến… Thành phần này cũng có thể cho phép kết nối với các cảm biến ngoài. Vì vậy, thẻ có thể thực hiện các nhiệm vụ thông minh, tùy thuộc vào loại cảm biến đƣợc gắn vào. Khả năng làm việc tăng đồng nghĩa với kích thƣớc của bộ xử lý trong tăng, do đó kích thƣớc thẻ cũng tăng.
Hình 2.5. Thẻ tích cực UHF 303.8 MHz với máy dò chuyển động được cài đặt sẵn của hãng RFCode, Inc.
2.1.3. Thẻ bán tích cực
Thẻ bán tích cực có một nguồn năng lƣợng bên trong (nhƣ pin) và bộ xử lý bên trong để thực hiện những nhiệm vụ chuyên dụng. Nguồn bên trong
Cao Văn Đức – KTVT –K 52
cung cấp năng lƣợng cho thẻ hoạt động. Tuy nhiên, trong quá trình truyền dữ liệu, thẻ bán tích cực sử dụng nguồn từ reader.
Hình 2.6. Các thẻ bán tích cực 925 MHz/2.45 GHz của