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 hãng TransCore.
Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền dữ liệu giữa thẻ và reader thì reader luôn truyền trƣớc. Thẻ bán tích cực không dùng tín hiệu từ reader nhƣ thẻ thụ động, nó tự kích hoạt và có thể đọc ở khoảng cách xa hơn thẻ thụ động. Thẻ bán tích cực có thể nằm trong phạm vi đọc của reader ít hơn thời gian đọc quy định, vì vậy nếu đối tƣợng đƣợc gắn thẻ đang di chuyển với tốc độ cao thì dữ liệu trên thẻ vẫn có thể đọc đƣợc. Thẻ bán tích cực cũng cho phép đọc tốt hơn thẻ thụ động trong trƣờng hợp thẻ bị che bởi các vật liệu chắn tần số vô tuyến.
Cao Văn Đức – KTVT –K 52
2.1.4. Thẻ RO
Thẻ RO có thể đƣợc lập trình ghi dữ liệu lên thẻ chỉ một lần. Dữ liệu có thể đƣợc lƣu vào thẻ tại nhà máy trong lúc sản xuất. Ngƣời sử dụng không thể ghi bất kỳ một dữ liệu nào khác hay chỉnh sửa dữ liệu đã đƣợc lƣu trên loại thẻ này. Loại thẻ này chỉ tốt đối với những ứng dụng nhỏ mà không thực tế đối với quy mô sản xuất lớn hoặc khi dữ liệu của thẻ cần đƣợc làm theo yêu cầu của khách hàng. Thẻ RO đƣợc sử dụng trong các ứng dụng kinh doanh và các ứng dụng trong hàng không nhỏ.
2.1.5. Thẻ WORM
Thẻ WORM có thể đƣợc ghi dữ liệu một lần, thƣờng thực hiện bởi nhà sản xuất. Tuy nhiên trong thực tế, thẻ có thể đƣợc ghi vài lần. Nếu ghi quá số lần cho phép, thẻ có thể bị hỏng vĩnh viễn. Loại thẻ này có giá cả và hiệu suất tốt, có an toàn dữ liệu và là loại thẻ phổ nhất trong lĩnh vực kinh doanh ngày nay.
2.1.6. Thẻ RW
Thẻ RW có thể đƣợc ghi dữ liệu nhiều lần, khoảng từ 10000 đến 100000 lần hoặc có thể nhiều hơn. Việc ghi dữ liệu có thể đƣợc thực hiện bởi nhà sản xuất, reader hoặc thẻ (nếu là thẻ tích cực). Sự an toàn dữ liệu là một thách thức đối với thẻ RW, giá thành của loại thẻ này thƣờng rất đắt nên chúng không đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng ngày nay.
Cao Văn Đức – KTVT –K 52
2.2. Reader (đầu đọc)
Reader RFID còn đƣợc gọi là vật tra hỏi, là một thiết bị kết nối không dây với thẻ để nhận dạng đối tƣợng thẻ. Nó là thiết bị đọc và ghi dữ liệu lên thẻ RFID tƣơng thích. Thời gian mà reader có thể phát năng lƣợng RF để đọc thẻ đƣợc gọi là chu kỳ làm việc của reader.
Reader có nhiệm vụ kích hoạt thẻ, truyền nhận dữ liệu bằng sóng vô tuyến với thẻ, thực hiện giải điều chế và giải mã tín hiệu nhận đƣợc từ thẻ ra dạng tín hiệu cần thiết để truyền về máy chủ, đồng thời cũng nhận lệnh từ máy chủ để thực hiện các yêu cầu truy vấn hay đọc/ghi thẻ.
Reader là hệ thần kinh trung ƣơng của toàn bộ hệ thống phần cứng RFID, thiết lập việc truyền với thành phần này và điều khiển nó là thao tác quan trọng nhất của bất kỳ thực thể nào muốn liên kết với thực thể phần cứng này.
Thẻ thụ động đƣợc kích thích nguồn năng lƣợng bằng quá trình truyền sóng vô tuyến và bộ phận thu sẽ lắng nghe quá trình này. Các thẻ tích cực cũng cần có giao tiếp với bộ phận thu đƣợc gắn vào hệ thống. Trong quy trình RFID, điểm cuối của thiết bị truyền/hệ thống đƣợc gọi là bộ đọc. Reader đƣợc đặt giữa thẻ và bộ lọc sự kiện trong một hệ thống RFID. Reader đóng vai trò