b. Nhược điểm
2.4 Ứng dụng trong giao thông công cộng
Giao thông công cộng là một trong những ứng dụng tiềm năng lớn nhấtcủaRFID. Ở châu Âu và Mỹ, các công ty vận chuyểnphảichịu chi phí lớn cho việc bán vé bằng máy bán tự động. Nguyên nhân là chi phí cho việc bảo trì sửa chữa. Đơi lúc người sốt vé là các tài xế do vậy làm tăng thời gian chờđợi cho hành khách. Thêm vào đó các vé giấy lại đượcvấtđi sau khi sử dụng mặc dù chi phí cho các loại vé này ngày càng cao. ỞĐức thất thoát lên đến 25% cho các trườnghợp trốn vé. Chính vì vậy mà các công ty vận chuyển hành khách địi hỏi phải có một hệthống kiểm sốt vé khắc phục các thất thoát trên. Hệ thống RFID đáp ứng được các yêu cầu đó. Việc sử dụng RFID làm tốithiểu đượcthời gian hành khách khởi hành. Các thẻ được thiết kế với thời gian sống lên đến 10 năm. Các vấn đề môi trườngnhưthờitiết không ảnh hưởngnhiềuđếnthẻ và đầuđọc. Việc thay thế các vé giấy truyền thống bằng RFID mang đến nhiều lợi ích. Mặc dù chi phí mua một hệ thống RFID như vậy vẫn còn khá cao. Nhưng các khảo sát cho thấy có thể thu lại trong một thời gian ngắn.
69 2.4.1 Ứng dụng trong hàng không
Dự án Lufthansa “ bay không vé ” ở Đức cũng là một trường hợpsử dụng công nghệ RFID. Với 600 chuyến bay đều đặn, vào tháng 3 năm 1996 chương trình “Mile & More” được mở rộng cho tất cả các thẻ Lufthansa. Tất cả 250000 các chuyến bay đều đặn được sử dụng thẻ RFID. Thẻ sẽ được liên kết với máy tính trung tâm Lufthansa ở Munich-Erding, thay thếviệc sử dụng thẻ giấy.
Hệ thống RFID được sử dụng trong dự án này cũng là MIFARE của Philips/Mickror. Từ góc độ của hành khách, hệthống được hoạtđộng như sau : chủ thẻđăng ký một chuyến bay bằng điện thoại thông qua một đại lý du lịch, trích dẫn số thẻ cá nhân của mình. Việc đăng ký được có thể được thực hiện khi khởi hành một giờ. Giải pháp sử dụng thẻ thông minh công nghệ RFID mang lại lợi cho cả hành khách lẫn hãng hàng khơng. Hành khách vui mừng vì khơng phải xếp hàng chờ đợi.Việcđăng ký diễn ra nhanh gọn. Quá trình đơn giảnthuận tiện, điều này sẽ thu hút ngày càng nhiều khách hàng và tăng thêm lợi thế cho các hãng hàng không. 2.4.2 RFID điều khiển lối vào
Các hệ thốngđiện tửđiềukhiển lối vào được dùng đểtự động kiểm tra quyền ra vào cửa của các cá nhân của một tòa nhà xây dựng hay một phòng riêng. Khi thiết kế các hệ thống như vậy cần phân tách ra hai loạicơ bản : hệthống có liên kết mạng và hệthống khơngđộclập.
Việc điều khiển ra vào có thể kết hợp với bộ ghi giờ trong một đầu đọc RFID. Thẻ RFID sẽ có nhiều dạng khác nhau. Có thể tích hợp vào đồng hồ đeo tay, hoặc có dạng các chìa khóa… so vớiviệc sử dụng các chìa khóa và ổ khóa truyền thống, hệ thống RFID có các ưu thế sau : Những người cơng nhân có thể nhận được chìa khóa sử dụng trong khoảngthời gian hữu hạn, giá trị củadữ liệu có thể thay đổi dễ dàng. Việc đánh mất thẻ RFID khơng cịn là một vấn đề bởi dữ liệu trong đó sẽ được xóa đi và một thẻkhác đượclập trình thay thế.
2.4.3 Ứng dụng trong vận chuyển hàng hóa
Việc vận chuyển hàng hóa quốc tế từ lâu đã được được áp dụng thủ tục nhận dạng chữ số, theo tiêu chuản ISO6346. Dấu hiệu nhận dạng bao gồm bốm chữ số
70
của chủsở hữu, một chuỗisố sáu chữ số theo sau và cuối cùng là một chữ số kiểm tra. Tấtcảđượcsơn trên hàng tạimộtvị trí cụthể. Việc truyền dữ liệu tự động sẽ giải quyết được vấn đề này. Bằng cách sửdụng công nghệ RFID, các thẻđược dán vào mỗi kiện hàng, việcnhận dạng trở lên thuận tiện và chính xác hơn. Năm 1991 tiêu chuẩn ISO10374 đãđược soạn thảo vàtạo cơsở cho việcứng dụng trên toàn thế giới.
Các dải tần 888-889 MHZ và 902-928 MHz (Bắc Mỹ) và 2.4-2.5 (Châu Âu) đã sử dụng cho RFID. Thẻphải đáp ứng cả ba dải trên. Khoảng cách lớnnhất mà đầu đọc có thể đọc dữ liệu từ thẻ là 13m. Chuẩn ISO10374 chỉ định các thông tin sau được lưu trữ trong thẻ :
Mã củachủ sở hữu, chuỗi seri và bit kiểm tra. Chiều dài,rộng,caocủa kiện hàng.
Loạikiện hàng (hành lý, thực phẩm , thuốc…) Trọng lượng
Thẻ RFID sử dụng dạng chủđộng với năng lượng do pin cung cấp. Thời gian sống của pin cũng tương đương với thời gian sống của kiện hàng đó khoảng 10 đến 15 năm. Công nghệ này cũng được áp dụng cho nhận dạng xe thồ hàng hóa ở Bắc Mỹ, cũngnhư vận chuyển đườngsắtở Châu Âu.
Ngồi ra RFID cịn đượcứng dụng trong nhậndạng vật ni như : cho ăn tự động, năng suất tính tốn,nhận dạng bầy đàn, kiêm sốt dịch bệnh đản bảo chất lượng và truy tìn ngn gốc động vật….Ứng dụng trong y học, trong các thư viện lớnđể quản lý hiệu quả sách.
2.5 Kết luận
Qua các phân tích trên ta có thể thấy,với những ưu nhược điểm của hệ thống RFID cũng như cấu tạo của anten RFID thì RFID được ứng dụng rất rộng rãi trong cuộc sống của con người. Đặc biệt trong các hệ thống giao thông thông minh, RFID đang ngày càng khẳng định được vị trí quan trọng của mình.
71 CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ANTEN RFID 3.1 Yêu cầu đặt ra đối với anten thu
STT Tham số Đặc điểm kỹ thuật Đơnvị
1 Tầnsố (Frequency) 2.82 GHz 2 VSWR 2.77-2.88 Tỷlệ (Ratio) 3 Trở kháng (Impedance) 50 Ohm 4 Độlợi (Typical Gain) 4.3 dBi 5 Phân cực (Polarization) RHCP 6 Góc mở (beam width) 90 Độ (deg) 7 Điện môi FR4 mm 8 Chiềudầy lớp điện môi h = 4.8 mm 9 Chiều dầy miếng patch Mt = 0.1 mm
Bảng 3.1: Yêu cầu kỹ thuật khi thiết kế anten 3.2 Lý thuyết thiết kế anten patch
72
Hình 3.1 Cấu tạo anten patch Cơng thức tính tốn thiết kế W = (3.1) (3.2) (3.3) (3.4) Trong đó: STT Ký hiệu Ý nghĩa
1 f = Operating frequency Tần số hoạt động
2 εr = Permittivity of the dielectric Hằng số εr của tấm điện môi
73 4 εreff = Effective permittivity of the
dielectric
εreff Hiệu quả của hằng số điện môi
5 μ0 = Permeability in free space Hằng số từ môi μ0 của môi trường
6 W = Patch’s width Độrộng miếng vá
7 L = Patch’s length Chiều dài miếng vá
8 h = Thickness of the dielectric Chiều dày tấm điện môi
Bảng 3.2: Các tham số khi thiết kế anten patch (3.5) (3.6) (3.7) (3.8) \ (3.9) (3.10) (3.11)
74
3.3 Kết quả thực hiện thiết kế anten bằng phần mềm CST3.3.1 Tham số anten 3.3.1 Tham số anten
Dựa vào các công thức trên ta thiết kế anten micro strip patch từng bước như sau: Bước 1: Tính tốn độ rộng của anten
W = (3.1)
Với c= 3*10*^8 m/s;
Ta có: W = 0.04790m 47.90 mm
Bước 2: Tính hằng số hiệu ứng điện mơi
(3.4)
Với ta có:
3.7813
Bước 3:Tính tốn chiều dài Leff
(3.11) Thay số: 3.7813, fo = 2.72 GHz, c= 3*10^8m/s
Leff =0.02836 m = 28.36 mm
Bước 4: Tính tốn chiều dài
(3.3)
Thay số: W = 47.90 mm, h = 4.5mm, 3.7813 Ta thu được 2.047 mm
75 Thay số ta thu được: L = 26.31mm
Các ký hiệu khi thiết kế anten
Hình 3.2 Các ký hiệu kích thước khi thiết kế anten patch Kết quả mơ
phỏng
76
Hình 3.4 Độ tăngích của anten mơ phỏng theo lý thuyết
Qua kết quả mô phỏng ta nhận thấy, theo cơng thức lý thuyết đã tính tốn ở trên, anten không được phối hợp trở kháng. Ta tiến hành tối ưu và mơ phỏng lại từng bước. Khi đó ta có bảng thơng số kỹ thuật như dưới
Thơng số kỹ thuật khi thiết kế anten:
STT Ký hiệu Giá trị (mm) 1 Fi 7.89 2 Gpf ( 0.6078 3 L 24 4 Lf 19.89 5 Mt 0.1 6 W 40 7 Wf 7.03 8 h 4.5
77 3.3.2 Hình dạng anten
Hình 3.5 Hình dạng anten mặttrước 3.3.3 Băng thơng anten
78 3.3.4 VSWR
Hình 3.6 VSWR của anten 3.3.5 Phối hợp trở kháng của anten
Hình 3.7 Phối hợp trở kháng của anten
Phối hợp trở kháng của anten tại -32.402dB. Khi đó anten sẽ: Lấy được công suất cực đại trên tải, giảm thiểu công suất tổn hao trên đường truyền. và tăng được tỷ số tín hiệu/nhiễu. Với băng thông xấp xỉ 47MHz, cho phép anten có thể truyền được nhiều thông tin để xác thực hơn so với sử dụng mã vạch thơng thường. Bên cạnh đó cịn có thể bổ trợ vào đó một số băng bảo vệ, sửa lỗi nhất là khi đối tượng tham gia giao thông đang di chuyển trên đường.
79 3.3.6 Góc mở của anten
Hình 3.8 Góc mở của anten
Góc mở anten là 96.2 độ, có thể thấy, anten có độ định hướng cao, giúp cho thiết bị nhận biết dễ dàng nhận được thông tin của đối tượng tham gia giao thông khi tới các điểm kiểm tra, thu sốt vé v.v..
3.3.7 Tăng ích của anten
HÌnh 3.9 Độ tăng ích của anten
Độ tăng ích của anten là 4.606dB cho thấy theo hướng bức xạ của anten, khả năng thu được tín hiệu là rất cao. Điều này rất hợp lý cho việc xác thực thông tin của đối tượng tham gia giao thông.
80 3.3.8 Kết lượng chương
Qua mô phỏng anten bằng phần mềm mô phỏng CST Studio 2013 có thể thấy nếu thiết kế theo đúng cơng thức thì anten cần thiết kếkhơng đạt được những u cầu kỹ thuật đã đặt ra ban đầu. Để hoạt động ở tần số 2.72GHz và đạt được các yêu cầu kỹ thuật cần thay đổi cấu trúc anten. Trong đó anten mới vẫn giữ ngun hình dạng và thay đổi về kích thước và hiệu chỉnh dần để đạt được kết quả như yêu cầu thì dừng.
81
KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN
Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện luận vănđã đạt được một số kết quả như sau: + Tìm hiểu tồn bộ hệ thống ITS (hệ thống giao thông thông minh) và các phần hành liên quan của nó. Trong đó có thể thấy rõ các ứng dụng hiệu quả của hệ thống ITS vào cuộc sống. Việc đưa hạ tầng giao thông thông minh vào triển khai sẽ đạt được các hiệu quả to lớn: giảm ùn tắc giao thông, giảm thiểu tai nạn, phịng chống tiêu cực trong giao thơng v.v..Tất cả mọi phần hành đều được đồng bộ xử lý tại trung tâm điều hành chung. Do vậy để nhận biết và xác thực được đối tượng tham gia giao thơng với tốc độ cao thì RFID là một ván đề cấp thiết.
+ Tìm hiểu về lý thuyết anten, anten áp dụng cho RFID. Việc thiết kế anten RFID chạy ở tần số trung tâm là 2.72 GHz với băng thông 49MHz là một băng thông rộng cho phép xác thực được cùng lúc nhiều đối tượng khác nhau. Điều này phù hợp với việc triển khai trên các tuyến đường quốc lộ khi muốn kiểm soát, xác thực đối tượng tham gia giao thông.
+ Sử dụng phần mềm mô phỏng CST để mô phỏng và tối ưu kích thước cho anten. + Thiết kế anten RFID kiểu patch
KIẾN NGHỊ
RFID với những ưu điểm nổi bật so với các hệ thống nhận dạng tự động khác đã ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống. ỞViệt Nam việc đưa RFID vào ứng dụng trong phát triển hệ thống giao thông thông minh ITS là điều rất phù hợp đặc biệt trong bối cảnh giao thông hỗn loạn như hiện nay. Anten trong luận vănnày đã đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật đề ra, phù hợp với việc ứngdụng trong quản lý giao thông.
82
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. http://www.thongtincongnghe.com 2. http://www.giaothongvantai.com.vn 3. http://mt.gov.vn
4. http://git4you.com
5. Traffic engineering - Roger P.Roess, Elena S.Prassas, William R.McShane - Pearson prentice Hall, 2004.
6. Introduction to Intelligient Transportation Systems – China Communication Press, 2008.
7. A universal UHF RFID Reader Antenna – Zhi Ning Chen, Fellow, IEEE, Xianming Qing, Member, IEEE and Hang Leong Chung
8. Design of circular polarized dual band patch antenna – Thomas Edling - Uptec E11008 Exemnsarbete 30hp Maj 2012
9. Design & Analysis of Micro Strip Patch Antenna – Arpit Nagar and Khem Singh Solanki – International Journal of Scientific Reaseach in Network Security and Communication – Vol 1.1 March-April 2013.E-ISSN: 2321- 3256
10. Bus management System Using RFID in WSN – Ben Ammar Hatem and Hamman Habib- Faculty of Engineering, University of Moncton, NB, Canada. 11. Applycations of Intelligent Transportation Systems using RFID Systems. – Satheesh Kumar M, Prof. Ramesh Y.Mali University of Pune
12. Using passive RFID tags for vehicle-assisted data dissemination in intelligent transportation system – Ali, K, Hassanein – IEEE conference publication, Octorber 2009
13. Design of Antennas for RFID Application – Ming – Tao Zhang, Yong – Chang Jiao, Fun-Shun Zhang and Wu- Tu Wang, China Academy of Space Technology, National Laboratory of Antennas and Microwave Technology, Xidian University, Xi’an Shannxi, P.R China
83
14. Compact microstrip antenna for RFID application – G. Monti, L. Catarinucci, and L. Tarricone – Department of Innovation Engineering University of Salento, Via Monternoni, Lece 73100, Italy
15. RFID System design using 3D EM simulation tools – Marc Rutschlin, Tilmann Wittig, Franz Hirtenfelder –CST European User Group Meeting, Darmstadt, March 2009
16. RFID UHF tag Antenna design – Gert Doodeman TNO Science and Industry The Netherland 26 March 2009 CST USG 2009
17. Design and study of wideband single feed circularly polarized microstrip antennas – SLS Yang, KF lee and AA Kishk – Department of Electrical Engineering University of Mississipi, University, MS38677, USA.
18. Modern Antenna Design – Second Edition – Thomas A. Milligan- IEEE Press, Wiley Interscience