Nguồn năng lượng

4. Ứng dụng công nghệ RFID vào đời sống

2.2.8. Nguồn năng lượng

Thành phần này cung cấp nguồn năng lượng cho các thành phần của reader. Nguồn năng lượng được cung cấp cho các thành phần này qua một dây dẫn điện được kết nối với một ngõ ra bên ngoài thích hợp

2.3.Các thành phần logic

Hình II. 22. Thành phần logic Reader. 2.3.1. Reader API

Mỗi Reader lập trình một giao diện ứng dụng API cho phép các ứng dụng khác để yêu cầu kiểm tra tag, kiểm soát tình trạng của reader hoặc kiểm soát thiết lập cấu hình như mức năng lượng, thời gian hiện hành. Thành phần này đề cập đến việc tạo ra mẫu tin để gởi đến hệ thống RFID và phân tích mẫu tin nhận từ hệ thống. API có thể đồng bộ hoặc không đồng bộ.

2.3.2. Communication

Hệ thống giao tiếp sẽ điều khiển việc truyền thông của bất cứ giao thức reader nào dùng để giao tiếp với phần mềm trung gian (middleware). Đây là bộ phận có thể thực thi Bluetooth, Ethernet hoặc các giao thức cá nhân cho quá trình nhận và gởi tin đến API.

Page 29

2.3.3. Event manager

Khi Reader nhận ra Tag gọi là giám sát (observation). Khi một giám sát khác với giám sát tước đó người ta gọi là sự kiện. Phân biệt giữa các sự kiện gôi là loại sự kiện. Hệ thống phụ quản lý sự kiện gọi là xác định kiểu giám sát để xét xem có cần gửi sự kiện này đến các ứng dụng bên ngoài của hệ thống. Với reader thông minh, chúng ta có thể ứng dụng vào các xử lý phức tạp ở mức này để tạo ra lưu thông hệ thống. Về bản chất một vài phần thiết bị quản lý sự kiện của middleware tự di chuyển và kết hợp với thành phần quản lý sự kiện của reader.

2.3.4. Antenna subsystem

Anten phụ bao gồm giao diện và logic giúp reader RFID giao tiếp với tag RFID và điều khiển các anten vật lý.

2.4.Phân loại Reader

2.4.1. Phân loại theo giao diện của Reader

Cũng như tag, reader cũng có thể được phân loại bằng hai tiêu chuẩn khác nhau. Tiêu chuẩn đầu tiên là giao diện mà reader cung cấp cho việc truyền thông. Trong tiêu chuẩn này, reader có thể được phân loại ra như sau:

 Serial

 Network

Serial reader sử dụng liên kết nối tiếp để truyền trong một ứng dụng. Reader kết nối đến

cổng nối tiếp của máy tính dùng kết nối RS-232 hoặc RS-485. Cả hai loại kết nối này đều có giới hạn về chiều dài cáp sử dụng kết nối reader với máy tính. RS-485 cho phép cáp dài hơn RS-232

Ưu điểm của serial reader là có độ tin cậy hơn network reader. Vì vậy sử dụng reader loại này được khuyến khích nhằm làm tối thiểu sự phụ thuộc vào một kênh truyền.

Nhược điểm của serial reader là phụ thuộc vào chiều dài tối đa của cáp sử dụng để kết nối một reader với một máy tính. Thêm nữa là thường thì trên một máy chủ thì số cổng nối tiếp bị hạn chế, có thể phải cần nhiều máy chủ (nhiều hơn số máy chủ đối với các network reader) để kết nối tất cả các serial reader. Một vấn đề nữa là việc bảo dưỡng nếu phần mềm hệ thống cần được cập nhật chẳng hạn, nhân viên bảo dưỡng phải xử lý mỗi reader. Tốc độ truyền dữ liệu nối tiếp thường thấp hơn tốc độ truyền dữ liệu mạng. Những nhân tố này dẫn đến chi phí bảo dưỡng cao hơn và thời gian chết đáng kể.

Page 30

Network reader kết nối với máy tính sử dụng cả có dây và không dây. Thực tế, reader

hoạt động như thiết bị mạng. Tuy nhiên, chức năng giám sát SNMP (Simple Network Management Protocol) chỉ sẵn có đối với một vài loại network reader. Vì vậy, đa số reader loại này không thể được giám sát như các thiết bị mạng chuẩn

Ưu điểm của network reader là không phụ thuộc vào chiều dài tối đa của cáp kết nối reader với máy tính. Sử dụng ít máy chủ hơn so với serial reader. Thêm nữa là phần mềm hệ thống của reader có thể được cập nhật từ xa qua mạng. Do đó có thể giảm nhẹ khâu bảo dưỡng và chi phí sở hữu hệ thống RFID loại này sẽ thấp hơn

Nhược điểm của network reader là việc truyền không đáng tin cậy bằng serial reader. Khi việc truyền bị rớt, chương trình phụ trợ không thể được xử lý. Vì vậy hệ thống RFID có thể ngừng lại hoàn toàn. Nói chung, reader có bộ nhớ trong lưu trữ các lần đọc tag. Chức năng này có thể làm cho việc chết mạng trong thời gian ngắn đỡ hơn một ít.

2.4.2. Phân loại dựa trên tính chuyển động của Reader

Việc phân loại theo chuyển động này gồm:

 Cố định một chỗ ( stationary)

 Cầm tay (hand-held)

3.

Tùy thuộc vào loại thẻ việc truyền giữa thẻ và reader có thể theo một trong những cách sau đây:

- Điều chế tán xạ ngược (Modulated backscatte). - Kiểu máy phát

Khái niệm trường xa (far-field) và trường gần (near-field):

Phạm vi giữa antenna reader và một bước sóng của RF được phát bưởi antenna được gọi là trường gần. Phạm vi ngoài bước sóng của RF đã phát từ antenna của reader được gọi là trường xa. Các hệ thống RFID thụ động hoạt động ở tần số LF và HF sử dụng việc truyền thông trường gần trong khi băng tần UHF và sóng vi ba sử dụng trường xa. Cường độ tín hiệu trong truyền thông yếu đi lập phương khoảng cách từ antenna của reader. Cho nên truyền thông trường xa được kết hợp đọc dài hơn trường gần

Việc đọc và ghi thẻ trường xa mất nhiều thời gian hơn việc đọc thẻ trong cùng điều kiện vì hoạt động ghi gồm nhiều bước, bao gồm việc xác minh ban đầu , xóa dữ liệu còn tồn tại

Page 31

trên thẻ,ghi dữ liệu mới lên thẻ , và giai đoạn xác minh lần cuối. Thêm nữa là việc ghi dữ liệu lên thẻ là theo khối gồm nhiều bước

Vì vậy, việc đọc ghi thẻ có thể mất vài chục giây mới hoàn thành cùng với việc tăng kích thước dữ liệu . Ngược lại, có một số thẻ được đọc trong khoảng thời gian này với cùng reader. Việc ghi thẻ là một quá trình dễ bị ảnh hưởng do đó nên đặt thẻ gần reader hơn là khoảng cách khi quét thẻ mặc dù nó vẫn nằm trong vùng phủ sóng của antenna. Việc đặt gần cho phép antenna của thẻ có thể nhận đủ năng lượng từ antenna của reader để cấp nguồn cho vi mạch của nó giúp nó thực hiện các lệnh ghi. Nhu cầu năng lượng đối với quá trình ghi thường cao hơn quá trình đọc.

Hình II. 23: Cơ chế truyền ở trường gần và trường xa của reader 3.1.Kiểu tán xạ ngược

Việc truyền theo kiểu điều chế tán xạ ngược áp dụng cho cả hệ thống thẻ thụ động và bán tích cực . Trong kiểu truyền thông này reader gửi đi tín hiệu RF sóng liên tục (continous wave CW) gồm có nguồn AC và tín hiệu xung cho thẻ cùng tần số sóng mang (carrier frequency- tần số mà reader hoạt động ).Nhờ việc kết nối (nghĩa là cơ chế truyền năng lượng giữa reader và thẻ) mà antenna của thẻ cấp nguồn cho vi mạch. Thẻ thụ động nhận năng lượng từ tín hiệu của reader. Vi mạch cần 1.2V từ tín hiệu của reader để thực hiện việc đọc việc đọc .Còn đối với việc ghi thì vi mạch cần khoảng 2.2V của reader. Hiện nay vi mạch điều chỉnh, thay đổi tín hiệu nhập thành một chuỗi mô hình mở , tắt trình bày dữ liệu của nó

Page 32

và truyền nó trở lại. Khi reader nhận được tín hiệu đã điều chế nó giải mã mô hình và thu được dữ liệu thẻ

Vì vậy, trong mô hình điều chế tán xạ ngược, reader luôn “talk” trước sau đó mới tới thẻ. Thẻ sử dụng mô hình này không thể truyền khi không có reader vì nó phụ thuộc vào năng lượng của reader để truyền dữ liệu của nó.

Hình II. 24.Cơ chế truyền kiểu tán xạ ngược của thẻ tích cực

Hình II. 25. Cơ chế truyền kiểu tán xạ ngược của thẻ thu động 3.2.Kiểu máy phát

Kiểu truyền này chỉ áp dụng cho thẻ tích cực. Trong kiểu truyền này,thẻ phát tán thông điệp xung quanh môi trường với khoảng cách theo quy định, bất kể reader có mặt hay không có mặt ở đó. Vì vậy trong kiểu truyền này thẻ luôn luôn “talk” trước reader

Có nhiều điều khiện khác nhau được xem xét khi lựa chọn loại mã thích hợp cho hệ thống RFID. Điều quan trọng nhất là phổ của tín hiệu sau khi điều chế có khả năng truyền không lỗi. Hơn nữa, trong trường hợp các transponder thụ động, năng lượng cung cấp không được ngắt quãng bởi một mã không phù hợp.

Page 33

PHẦN III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN CỨNG CỦA HỆ THỐNG

1. READER VÀ TAG RFID 1.1.RFID READER RDM880 1.1.RFID READER RDM880

1.1.1. THÔNG SỐ CỦA RFID READER RDM880

Hình III. 1.RFID READER RDM880 Pin definition :

Page 34

Page 35

1.1.2. Các hàm điều khiển Reader RDM880.

Khi lập trình với MCU để điều khiển Reader không sử dụng được các hàm trong thư viên ALL.DLL đính kèm,mà chúng ta điều khiển Reader thông qua các mã lệnh Hex.Ở đây chúng em chỉ trình bày một vài lệnh cơ bản

 Set Baudrate(0x81): thiết lập tốc độ baud cho reader

Lệnh gửi :

Data[0] : qui định tốc độ baud 0x00 : 9600 bps 0x01 : 19200 bps 0x02 : 38400 bps 0x03 :57600 bps 0x04 : 115200 bps

Hồi đáp : STATUS : 0x00 : Câu lệnh thực hiện tốt Data[0] : giá trị tốc độ baud mới

Ví dụ :

Send Data： AA 00 02 81 01 82 BB

Response Data： AA 00 02 00 01 03 BB (19200,N,8,1)

 REQA ( 0x03) : kiểm tra các thẻ trong vùng hoạt động

Lệnh gửi:

Data[0] : mode Request 0x26 : Request Idle

0x52 : Request All (Wake up all) Hồi đáp: STATUS : 0x00 : Câu lệnh thực hiện tốt

Data[0...1] : 2 byte báo hiệu loại thẻ Ví dụ:

Send Data ： AA 00 02 03 26 27 BB Response Data： _{AA 00 03 00 04 00 07 BB}

 AnticollA ( 0x04 ): chống đụng độ

Hồi đáp: STATUS : 0x00 : Câu lệnh thực hiện tốt Data[0] : cờ báo hiệu có nhiều thẻ

Data[1…4] : Serial Number(SNR) của thẻ Ví dụ:

Page 36

Khí chỉ có một thẻ trong vùng :

Send Data： AA 00 01 04 05 BB

Response Data： AA 00 06 00 00 06 61 62 AE AD BB Khi có nhiều hơn một thẻ trong vùng :

Send Data： AA 00 01 04 05 BB

Response Data： AA 00 06 00 01 06 61 62 AE AD BB Ở đây “ 0x01” có nghĩa là có nhiều thẻ trong vùng.

 SelectA( 0x05 ) : chọn thẻ

Lệnh gửi:

DATA[0..3]: Serial Number của thẻ được chọn Hồi đáp: STATUS: 0x00 – OK

DATA[0..3]: Serial Number của thẻ được chọn Ví dụ:

Send Data ： AA 00 05 05 86 69 F3 7F 63 BB Response Data：AA 00 05 00 86 69 F3 7F 66 BB

 MF_Read ( 0x20 ) : đọc dữ liệu từ một block

Lệnh gửi :

DATA[0]: Chế độ điều khiển

Bit0 : Request Mode. 0=Request Idle, 1 = Request All

Bit1 : Key Select. Select use KeyA or Key B for Authenticaiton 0=KeyA, 1=KeyB

DATA[1]: Số block muốn đọc ( tối đa 4 block) DATA[2]: Địa chỉ của block đầu tiên muốn đọc. DATA[3-8]: 6 byte key : FF FF FF FF FF FF Hồi đáp:

STATUS: 0x00 : OK

DATA[0-3]: Card Serial Number DATA[4..N] Dữ liệu đọc về từ thẻ. Ví dụ :

Send Data：_{AA 00 0A 20 01 01 10 ff ff ff ff ff ff 3A BB}

“01” đầu tiên : Request all và dùng key A để authentication.

Page 37

“10” : địa chỉ block cần đọc “ff ff ff ff ff ff” là key A

Response Data： AA 00 45 00 16 0F F4 7F

00 00 00 00 00 00 FF 07 80 69 FF FF FF FF FF FF C6 BB

 MF_Write ( 0x21 ) : ghi dữ liệu vào thẻ

Lệnh gửi:

DATA[0]: Chế độ điều khiển

Bit0 : Request Mode. 0=Request Idle, 1 = Request All

Bit1 : Key Select. Select use KeyA or Key B for Authenticaiton 0=KeyA, 1=KeyB

DATA[1]: Số block muốn ghi ( tối đa 4 block) DATA[2]: Địa chỉ của block đầu tiên muốn đọc. DATA[3-8]: 6 byte key : FF FF FF FF FF FF Hồi đáp:

STATUS: 0x00 : OK

DATA[0-3]: Card Serial Number Ví dụ:

Send Data： AA 00 1A 21 01 01 10 ff ff ff ff ff ff FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF 11 11 2B BB

“01” đầu tiên : Request all và dùng key A để authentication.

“01” tiếp theo: chỉ đọc 1 block “10” : địa chỉ block cần đọc “ff ff ff ff ff ff” là key A

“FF…….FF” dữ liệu được ghi vào thẻ.

Page 38

1.1.3. Mạch giao tiếp RFID Reader RDM880

Hình III. 2.Sơ đồ mạch giao tiếp với Reader RDM880

Reader RDM800 giao tiếp theo chuẩn RS232.Để kết nối với Board STM32 ,cần thêm mạch chuyển đổi RS232 sang TTL,phụ hợp với chuẩn kết nối của Board STM.

1.2.Thẻ RFID Mifare 13.56Mhz

 Đây là một loại thẻ RFID thụ động ( passive RFID tag ),không cần nguồn cung cấp.

 Giao tiếp RF theo chuẩn ISO/IEC 14443A

 Tầm hoạt động lên đến 100mm ( tùy vào cấu trúc của anten đính kèm ).

 Tần số hoạt động : 13,56Mhz

 Dữ liệu truyền với tốc độ 108kbit/s

 Có khả năng chống xung đột thẻ ( true anticollision)

 Thời gian cho việc gán nhãn bình thường khoảng <100ms

 Bộ nhớ tùy vào loại thẻ (thường được chia thành các sector và block):

 Mifare s70 : 4 Kbyte

 Mifare s50 : 8Kbit

 Mifare ultralight : 512bit

 Dữ liệu có thể được duy trì trong vòng 10 năm.

 Có khả năng ghi 100.000 lần.

Page 39

Hình III. 3.Thẻ Mifare

 Sơ đồ khối :

Hình III. 4.Sơ đồ khối của thẻ Mifare

 RF-Interface : bao gồm các khối :

 Điều chế/giải điều chế.

 Bộ tách sóng

 Bộ tạo xung clock

 Nguồn

 Anticollision ( chống đụng độ thẻ ) : Nếu có nhiều thẻ trong vùng hoạt động của hệ thống RFID thì chức năng của bộ trên sẽ cho phép ta truy cập chọn và xử lý từng thẻ một mà dữ liệu không bị chồng chéo lên các thẻ khác.

 Authentication (truy cập ): bất kì một ứng dụng nào muốn truy cập vào bộ nhớ của thẻ đều phải thực hiện thủ tục xin phép truy cập đối với từng sector và block.

 Control and Arithmetic Logic Unit : ở đây dữ liệu sẽ được trả về ở những kiểu đặc biệt và có thể tăng hay giảm dữ liệu bất kì.

 EEPROM interface : khối giao tiếp với bộ nhớ của thẻ

Page 40

 EEPROM ( bộ nhớ thẻ)

 Cách sắp xếp bộ nhớ :

 Thẻ Mifare s50: có 8192Bits EEPROM được chia thành 16sector,mỗi sector gồm 4 block.Một block sẽ có 16 bytes

( 1 byte=8bit)

Hình III. 5..Cách sắp xếp bộ nhớ của thẻ MFs50

 Thẻ Mifare s70: 4kByte EEPROM được sắp xếp thành 32 sectors với 4block và 8 sector với 16 blocks.Một block bao gồm 16byte

Page 41

1.3.Giao thức truyền thông giữa Reader – Thẻ

 ANSWER TO REQUEST : sau khi nguồn của thẻ được bật(POR : Power On Reset) , thẻ sẽ trả lời yêu cầu,được gửi bởi reader cho tất cả các thẻ nằm trong vùng hoạt động.

 ANTICOLLISION LOOP:

Trong vòng lặp chống va chạm thì số serial của thẻ sẽ được đọc về.Reader muốn làm việc với thẻ nào thì sẽ gửi lệnh chọn thẻ (Select Card) ( tương ứng với số serial của thẻ đó) và những thẻ còn lại nằm trong vùng phủ sóng của reader sẽ chuyển sang chế độ nghỉ , đợi tiếp lệnh chọn tiếp theo của Reader.

 AUTHENTICATION :

Sau khi đã chọn thẻ, Reader muốn truy cập một vùng nhớ cụ thể sẽ phải làm thủ tục xin phép truy cập.Nếu thành công thì reader có thể toàn quyền sử dụng vùng nhớ trên thẻ cho những ứng dụng như : ghi,đọc,tăng giảm giá trị...

Page 42

2. Giới thiệu ARM Cortex–M3 ,board OPENCMX-STM3210D và board STM32ZET6

2.1 ARM Cortex–M3

Giải pháp Soc (System-on-chip) dựa trên bộ vi xử lý nhúng ARM được ứng dụng vào rất nhiều thị trường khác nhau bao gồm các ứng dụng doanh nghiệp, các hệ thống ô tô, mạng gia đình và công nghệ mạng không dây... Dòng vi xử lý ARM Cortex dựa trên một kiến trúc chuẩn đủ để đáp ứng hầu hết các yêu cầu về hiệu năng làm việc trong tất cả các lĩnh vực trên.

ARM Cortex là dòng vi xử lý thế hệ mới 32 bit, được phát triển dựa trên kiến trúc của dòng trước đó là ARMv7 và được thiết kế đặc biệt để đạt được hiệu suất cao trong các ứng