Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh

  • Số trang: 121 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 33 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 26946 tài liệu

Mô tả:

Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ RFID..............................................................4 1. Lịch sử công nghệ RFID .....................................................................................................4 2. Các khái niệm cơ bản ..........................................................................................................6 3. Các đặc điểm của một hệ thống RFID .........................................................................10 3.1 Tần số hoạt động....................................................................................... 10 3.2 Phạm vi đọc .............................................................................................. 11 3.3 Phương pháp ghép nối .............................................................................. 11 4. Các thành phần hệ thống RFID ......................................................................................12 4.1 Thành phần thẻ ......................................................................................... 14 4.2 Thiết bị đọc thẻ (Reader) .......................................................................... 25 4.3 Giao tiếp giữa thiết bị đọc thẻ và thẻ......................................................... 33 4.5 Máy chủ và hệ thống phần mềm ............................................................... 44 4.6 Cơ sở hạ tầng truyền thông ....................................................................... 47 4.7 Các thành phần phụ khác .......................................................................... 47 5. Các tiêu chuẩn công nghệ RFID ....................................................................................49 5.1 Tiêu chuẩn ANSI ...................................................................................... 50 5.2 Tiêu chuẩn EPCglobal .............................................................................. 50 5.3. Tiêu chuẩn ISO....................................................................................... 52 6. Quyền riêng tư và tính bảo mật trong công nghệ RFID ..........................................53 6.1. Quyền riêng tư ........................................................................................ 53 6.2. Tính bảo mật........................................................................................... 55 7. So sánh giữa công nghệ RFID và công nghệ mã vạch.............................................58 PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3 1 Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh 8. Kết luận.................................................................................................................................63 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ......64 1. Một số khái niệm về hệ thống giao thông vận tải thông minh ................................64 2. Mối quan hệ giữa Dòng vật chất và Dòng thông tin ..................................................65 3. Ứng dụng trong công nghệ cao trong hệ thống GTVT .............................................66 4. Mục tiêu chủ yếu của ITS .................................................................................................67 5. Kiến trúc thượng tầng ITS ................................................................................................69 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ RFID ...............................................................................71 1. Sơ đồ khối ............................................................................................................................71 2. Mô tả hoạt động chung của hệ thống ............................................................................71 3. Client/Server .........................................................................................................................74 3.1. Mô hình Client/ Server............................................................................ 74 3.2. Các kiến trúc Client / Server .................................................................... 74 3.3. Giao thức TCP ......................................................................................... 76 3.4. Kết nối Server – Client sử dụng socket hướng kết nối (TCP socket) ........ 77 4. Giao tiếp giữa thẻ thụ động EM4001 và Chip EM4095 ...........................................77 4.1. Hoạt động của chip EM4095:................................................................... 77 4.2 Hoạt động của thẻ thụ động EM4001 ........................................................ 84 4.3 Sơ đồ khối mạch RF và tính toán các thông số.......................................... 85 4.4 Thiết kế anten cho reader: ......................................................................... 89 4.5 Phương pháp điều chế sóng mang OOK: .................................................. 96 5. Vi điều khiển Atmega128 và thiết kế mạch điều khiển: .........................................100 PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3 2 Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh 5.1 Giới thiệu Vi điều khiển Atmega128....................................................... 100 5.2 Thiết kế mạch điều khiển ........................................................................ 102 6. Thiết kế hệ thống ..............................................................................................................105 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ ĐÁNH GIÁ...............................................115 1. Module xác thực RFID và phần mềm thu nhận và chuyển tiếp dữ liệu ........ 115 2. Đánh giá kết quả đạt được........................................................................... 117 3. Hướng phát triển của đề tài ......................................................................... 118 KẾT LUẬN .................................................................................................................................120 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................................121 PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3 3 Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh Chương 1 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ RFID Khoảng chục năm trở lại đây chúng ta đã bắt đầu bắt gặp nhiều ứng dụng công nghệ RFID trong thực tiễn cuộc sống hàng ngày. Đơn giản nhất có thể thấy, mỗi khi chúng ta vào bất kì một siêu thị nào để mua hàng, khi ra ta chỉ cần đưa từng sản phẩm lại gần một thiết bị đọc và sau đó thực hiện trả tiền. Đó chính là một hệ thống RFID điển hình mà đã được Walmart triển khai cho chuỗi siêu thị của họ trên khắp thế giới. Từ đây chúng ta có thể thấy một điều rằng, công nghệ RFID đã giúp chúng ta tiện lợi hơn rất nhiều trong cuộc sống hằng ngày. Bây giờ chúng ta hãy cùng đi tìm hiểu một hệ thống RFID nói chung để hiểu rõ hơn hoạt động của nó. 1. Lịch sử công nghệ RFID RFID không phải là một khái niệm mới, mà lịch sử của nó đã bắt đầu từ thế chiến thứ II. Thời đó các nước như Mỹ, Anh, Đức và Nhật Bản đã sử dụng radar để xác định máy bay đi vào lãnh thổ của họ bởi vậy việc nhận dạng máy bay đối phương đã trở thành một nhiệm vụ tối quan trọng. Nhận thức được vấn đề này, người Đức đã tìm ra được rằng nếu như các phi công lộn vòng máy bay của họ trong khi quay trở lại căn cứ thì nó sẽ thay đổi tín hiệu phản xạ trở lại và cái này có thể coi như là hệ thống RFID thụ động đầu tiên. Bên cạnh đó, Watson-Watt đã phát triển được việc nhận dạng tích cực đối tượng bạn/kẻ thù đầu tiên hay còn được gọi là hệ thống IFF cho nước Anh trong cùng thời gian đó. Năm 1973 Mario W. Cardullo đã được nhận bằng sáng chế cho việc chế tạo thành công thẻ tích cực RFID với bộ nhớ có thể ghi được. Và cũng trong năm đặc biệt đó ở California, một doanh nhân có tên là Charles Walton đã được nhận giải thưởng nhờ việc sáng chế ra các transponder thụ động để mở cửa mà không cần sử dụng tới chìa khóa. Thời kỳ này chứng kiến các công ty phát triển các hệ thống tần số thấp với các transponder nhỏ và nó vẫn còn được sử dụng trong ngành chăn PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3 4 Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh nuôi gia súc cho tới ngày nay. Các hệ thống 125 kHz đã được thương mại hóa trong khoảng thời gian đó và từ đó các công ty bắt đầu tiến tới các tần số cao hơn để có thể sử dụng được tại một vài vùng trên thế giới. Các công ty lớn bắt đầu nhận thấy tầm quan trọng của RFID là vào những năm chín mươi của thế kỷ trước, cụ thể là IBM đã phát triển và sáng chế ra các hệ thống UHF RFID. Tuy nhiên nửa đầu những năm chín mươi có thể được coi là quá trình học tập công nghệ bởi các sản phẩm sản xuất ra có giá thành rất cao và không có các tiêu chuẩn cụ thể nào. Năm 1999 có thể coi là năm vàng của công nghệ này khi mà các tổ chức như: tổ chức quốc tế EAN, Gillette, Uniform Code Council và P&G đã tạo ra một quỹ cho việc thành lập trung tâm Auto-ID tại học viện công nghệ MIT. Hai giáo sư của MIT là Sanjay Sharma và David Brock, là những người đầu tiên nghĩ ra việc đưa các mã số lên trên các thẻ RFID để cho biết giá trị của chúng và điều này có thể làm thay đổi cách thức ứng dụng công nghệ này trong một chuỗi cung ứng. Trong khoảng giữa những năm từ 1999 tới 2003 trung tâm Auto-ID đã nhận được sự trợ giúp từ hơn một ngàn công ty, các nhà cung cấp RFID chính và Bộ Quốc Phòng Hoa Kỳ. Các phòng nghiên cứu được mở ra ở nhiều nước và sau đó không lâu công nghệ đã được cấp phép cho Uniform Code Council vào năm 2003 để thực hiện thương mại hóa. Đi đầu trong việc ứng dụng công nghệ này trong thựctế có thể kể đến các tên tuổi lớn như Wal-Mart, Metro. Ngày nay công nghệ này đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như ứng dụng vào việc chấm công tại các công ty, hay ứng dụng vào việc ghi nhớ nguồn gốc thủy sản đông lạnh xuất khẩu... Và theo nhận định của nhiều chuyên gia thì trong tương lai gần công nghệ này vẫn luôn là một lựa chọn tối ưu. PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3 5 Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh 2. Các khái niệm cơ bản Sóng là một dao động vận chuyển năng lượng từ một điểm này tới điểm khác. Sóng điện từ là sóng được tạo ra bởi các electron chuyển động và dao động điện từ trường. Các sóng này có thể đi xuyên qua một số kiểu chất liệu khác nhau. Điểm có vị trí cao nhất trên một sóng được gọi là một đỉnh sóng, và điểm thấp nhất được gọi là một lõm sóng. Khoảng cách giữa hai đỉnh sóng liên tiếp hoặc hai lõm sóng liên tiếp thì được gọi là một bước sóng. Một bước sóng hoàn chỉnh của một dao động sóng được gọi là chu kỳ. Và thời gian cần thiết để một sóng hoàn thành một chu kỳ, được gọi là chu kỳ dao động. Số các chu kỳ trong một giây được gọi là tần số của sóng. Tần số có đơn vị là hertz (ký hiệu Hz). Và nếu như tần số của một sóng là 1 Hz, thì có nghĩa là sóng đang dao động với tốc độ một chu kỳ trên giây. Các đơn vị khác thường được dùng là KHz (= 1,000 Hz), MHz (= 1,000,000 Hz),hoặc GHz (= 1,000,000,000 Hz). Hình dưới đây chỉ ra một vài bộ phận của một sóng. Hình 1.1 Các thành phần của sóng PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3 6 Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh Các sóng vô tuyến hay các sóng có tần số vô tuyến (RF) là các sóng điện từ với chiều dài bước sóng ở giữa khoảng 0.1 cm và 1,000 km hoặc là có tần số nằm trong khoảng giữa 30 Hz và 300 GHz. Ngoài ra còn có nhiều kiểu sóng điện từ khác như: tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia gamma, tia x, và các tia vũ trụ. Điều chế là quá trình thay đổi các đặc tính của một sóng vô tuyến để mã hóamột vài tín hiệu thông tin mang theo . Công nghệ RFID chủ yếu dùng ba loại tần số là : tần số thấp LF, tần số cao HF,tần số siêu cao UHF .Còn loại tần số rất cao VHF thì chưa thấy có hệ thống RFIDsử dụng, do vậy tôi không đề cập đến ở đây. Tần số thấp LF: là các tần số nằm trong khoảng giữa 30 KHz đến 300 KHz ,hệthống RFID thông thường chỉ sử dụng các tần số trong phạm vi từ 125 KHz tới 134KHz.Còn với một hệ thống LF RFID điển hình thì thường hoạt động tại tần số là125 KHz hoặc là 134.2 KHz. Hệ thống RFID hoạt động tại tần số thấp thường sử dụng các thẻ thụ động, nên tốc độ truyền dữ liệu từ thẻ tới thiết bị đọc thẻ là rấtthấp. Song tuy nhiên, các thẻ tích cực LF cũng có thể được sử dụng bởi các nhà cung cấp. Ngày nay phạm vi tần số LF được chấp nhận sử dụng ở khắp mọi nơi trên thế giới. Tần số cao HF: là các tần số nằm trong phạm vi từ 3 MHz tới 30 MHz, trong đó13.56 MHz là tần số điển hình thường được sử dụng cho các hệ thống RFID. Hệ thống HF RFID thường sử dụng các thẻ thụ động, nên có tốc độ truyền dữ liệu khá thấp từ thẻ tới thiết bị đọc thẻ. Ngày nay các hệ thống HF được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là trong các bệnh viện (vì ở đó nó không gây nhiễu cho các thiết bị y tế đang hoạt động khác). Và có lẽ do vậy mà phạm vi tần số HF đã được chấp nhận sử dụng hầu như khắp thế giới. Tần số siêu cao UHF: là các tần số nằm trong khoảng từ 300 MHz tới 1GHz. Hệ thống UHF RFID thụ động thường hoạt động tại tần số 915 MHz tại Hoa Kỳ và tại 868 MHz ở các nước Châu Âu. Còn hệ thống UHF RFID tích cực hoạt động tại tần số 315 MHz và 433 MHz. Và vì vậy hệ thống UHF có thể sử dụng được cả hai PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3 7 Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh loại thẻ tích cực và thụ động và có thể đạt được một tốc độ truyền dữ liệu khá nhanh giữa thẻ và thiết bị đọc thẻ. Các hệ thống UHF RFID hiện tại đã bắt đầu được triển khai rộng rãi trong các tổ chức chính phủ các nước như bộ quốc phòng Mỹ và các tổ chức quốc tế, ... Tuy nhiên phạm vi tần số UHF vẫn không được chấpnhận sử dụng trên toàn thế giới. Dưới đây hình ảnh minh họa phạm vi các tần số mà ta đã nói ở trên Hình 1.2 Phổ tần số vô tuyến Bây giờ ta sẽ nói thêm về các nguyên nhân gây nhiễu cho sóng điện từ. Nói chung, sóng điện từ thường bị nhiễu từ nhiều nguồn khác nhau, song chủ yếu là các nguồn dưới đây: • Các điều kiện thời tiết như mưa ,tuyết, ... Tuy nhiên, như đã nói trước đó, nguồn nhiễu này ít ảnh hưởng với các phạm vi tần số LF và HF. • Sự có mặt của một vài nguồn sóng vô tuyến khác chẳng hạn như cell phone, mobile radio,... • Các dòng tĩnh điện (ESD). ESD là một luồng dòng điện bất ngờ đi qua một chất liệu trong tình huống chất liệu đó có sự cách điện ở dưới mức chuẩn. Nếu như có một sự khác nhau lớn về điện áp tồn tại giữa hai điểm trên chất liệu, thì các nguyên tử ở giữa hai điểm này có thể trở thành các điện tích vàtạo thành dòng điện. Ngoài ra chúng ta cũng cần biết thêm các khái niệm khác dưới đây có liên quan đến hệ thống RFID. Sự xung đột thẻ : PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3 8 Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh Một reader chỉ có thể liên lạc được với một thẻ tại một thời điểm. Khi có nhiều hơn một thẻ cố gắng liên lạc với reader, thì lúc đó xuấthiện hiện tượng có tên gọi là “ sự xung đột thẻ”. Trong trường hợp này, để đáp lại truy vấn từ reader, nhiều thẻ sẽ phản hồi các tín hiệu của chúng tới reader tại cùng một thời điểm. Reader cần thiết phải liên lạc sau đó với các thẻ bằng cách sử dụng một giao thức có ứng dụng một thuật toán đặc biệt. Thuật toán mà được sử dụng để hòa giải các xung đột thẻ thì được gọi với cái tên là “các thuật toán chống xung đột”. Hiện tại, hai kiểu thuật toán chống xung đột dưới đây là được sử dụng rộng rãi nhất: • ALOHA cho các kiểu tần số HF • Tree Walking cho các kiểu tần số UHF Bằng cách sử dụng một trong các thuật toán chống xung đột ở trên, một reader có thể nhận dạng được vài thẻ trong vùng đọc của nó với một chu kỳ thời gian rất ngắn. Chính vì vậy, mà nó khiến cho ta có cảm giác reader đó liên lạc với các thẻ gần như là đồng thời Sự xung đột reader: Khi vùng đọc (hoặc là cửa sổ đọc) của hai hoặc nhiều reader chồng lên nhau, thì tín hiệu từ một reader có thể giao thoa với tín hiệu từ các reader khác, gây ra nhiễu tín hiệu. Hiện tượng này được gọi“sự xung đột reader ”. Tình trạng này có thể phát sinh nếu như các anten hai reader này được cài đặt theo cách thức nào đó mà dẫn đến sự can thiệp phá hoại lẫn nhau (ví dụ như, vùng phủ sóng của anten). Dẫn đến một hệ quả là, năng lượng RF từ một trong các anten của một reader sẽ bị loại ra ngoài vì năng lượng RF từ một trong các anten của reader khác. Để tránh vấn đề này, ta phải điều chỉnh lại vị trí các anten của các reader để sao cho anten của một reader không đối diện trực tiếp với anten của reader khác. Nếu như không thể tránh khỏi việc có hai anten đối diện nhau, thì giải pháp nên làm là phân chia khoảng cách hiệu quả cho chúng để vùng đọc của chúng không chồng lên nhau. Ngoài ra, hai anten của cùng một reader cũng có thể tạo ra sự chồng lấp lên nhau nhưng nó không tạo sự xung đột reader, bởi vì năng lượng đi tới các anten PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3 9 Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh là các chuyển dịch vật lý được thực hiện bởi reader theo cách mà chỉ có một anten hoạt động tại một thời điểm. Điều đó dẫn đến, sẽ không có cơ hội để hai hay nhiều anten của reader này phát ra các tín hiệu cùng lúc. Chúng ta cũng có thể sử dụng kỹ thuật khác, có tên gọi là TDMA ,để tránh sự xung đột reader.Trong kỹ thuật này, các reader sẽ được hướng dẫn để đọc tại các thời điểm khác nhau chứ không phải tất cả cùng đọc một lúc. Và như vậy, chỉ có anten của một reader là được hoạt động tại một thời điểm. Nhưng có một vấn đề phát sinh với phương pháp này là, một thẻ có thể được đọc nhiều hơn một lần bởi các reader khác nhau trong vùng đọc chồng chéo lên nhau. Do đó, cần phải áp dụng một vài cơ chế lọc thông minh bởi khối điều khiển để lọc ra các thẻ đã được đọc. Khả năng đọc thẻ: của một hệ thống RFID trong một môi trường hoạt động phổ biến có thể được định nghĩa là khả năng của hệ thống để đọc thành công dữ liệutừ một thẻ cụ thể. Khả năng đọc thẻ phụ thuộc vào một số các yếu tố. Để cung cấp khả năng đọc thẻ tốt thì hệ thống RFID cần phải đọc thành công một thẻ ít nhất một lần. Để đảm bảo điều này, thì hệ thống nên được thiết kế sao cho số lần đọc một thẻ vừa đủ để ngay cả khi thẻ đọc lỗi vài lần thì vẫn có cơ hội tốt để một trong số lần đọc đó thành công. Tức là xác suất thành công sẽ cao hơn. 3. Các đặc điểm của một hệ thống RFID Các hệ thống RFID có thể được phân biệt với nhau theo ba cách khác nhau dựa trên các thuộc tính đặc trưng dưới đây: • Tần số hoạt động • Phạm vi đọc • Phương pháp ghép nối vật lý 3.1 Tần số hoạt động Tần số hoạt động là thuộc tính quan trọng nhất của một hệ thống RFID. Đó là tần số mà tại đó, reader sẽ truyền đi các tín hiệu của nó. Nó gắn kết chặt chẽ với PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3 10 Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh một thuộc tính điển hình, đó là đọc từ một khoảng cách xa. Trong hầu hết các trường hợp, tần số của một hệ thống RFID được quyết định bởi khoảng cách cần thiết để việc thực hiện đọc thành công . 3.2 Phạm vi đọc Phạm vi đọc của một hệ thống RFID được xác định là khoảng cách giữa thẻ và reader. Từ đây ta thấy một hệ thống RFID có thể được phân chia thành ba kiểu dưới đây: • Trực tiếp: Đó là các hệ thống có phạm vi đọc thấp hơn 1 cm. Một vài hệ thống LF và HF RFID thuộc về nhóm này. • Tầm gần: Đó là các hệ thống có phạm vi đọc từ 1 cm tới 100 cm. Đa phần các hệ thống RFID hoạt động tại các dải tần LF và HF thuộc về nhóm này. • Tầm xa : Đó là các hệ thống có phạm vi đọc lớn hơn 100 cm. Các hệ thống RFID đang hoạt động trong dải tần UHF và phạm vi tần số vi ba thuộc về nhóm này. 3.3 Phương pháp ghép nối Việc ghép nối vật lý mà ta đề cập tới ở đây là nói tới phương pháp sử dụng để ghép nối giữa thẻ và anten (tức là, đó là một cơ chế mà theo đó năng lượng được dịch chuyển từ thẻ tới anten). Dựa trên tiêu chí này, có ba kiểu hệ thống RFID khác nhau dưới đây: • Từ trường: Đó là các kiểu hệ thống RFID được biết tới như là các hệ thống được ghép nối theo kiểu điện kháng. Một vài hệ thống RFID LF và HF là thuộc về nhóm này. • Điện trường: Đó là các kiểu hệ thống RFID được biết tới như là các hệ thống được ghép nối theo kiểu điện dung. Nhóm này cũng chủ yếu bao gồm các hệ thống RFID LF và HF. PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3 11 Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh • Điện từ trường: Phần lớn các hệ thống RFID thuộc lớp này cũng được gọi là các hệ thống backscatter. Các hệ thống RFID hoạt động trong phạm vi dải tần số UHF và vi ba thuộc về nhóm này. 4. Các thành phần hệ thống RFID Một hệ thống RFID là một tập hợp các thành phần nhằm thực hiện một giải pháp RFID. Nói chung một hệ thống RFID bao gồm các thành phần dưới đây: • Thẻ: Đây là một thành phần bắt buộc của bất cứ hệ thống RFID nào • Thiết bị đọc thẻ: Đây cũng là một thành phần bắt buộc • Anten của thiết bị đọc thẻ: Đây là cũng là một thành phần bắt buộc phải có. Ngày nay một số reader đã được tích hợp anten lên trên nó,vì vậy kích thước của nó đã giảm đi rất nhiều. • Khối điều khiển: Đây là một thành phần quan trọng. Tuy nhiên hầu hết cácreader thế hệ mới đều đã tích hợp thành phần này lên trên chúng. • Các cảm biến, bộ truyền động ,bộ báo hiệu: Đây là các thành phần tùy chọn, được sử dụng ở đầu vào và đầu ra hệ thống RFID. • Máy chủ và hệ thống phần mềm: Về mặt lý thuyết, một hệ thống RFID có thể hoạt động một cách độc lập mà không cần tới thành phần này. Tuy nhiên trong thực tế, nếu không có thành phần này thì hệ thống RFID gần như vô giá trị. • Cơ sở hạ tầng truyền thông: Thành phần quan trọng này là một tập hợp bao gồm cả mạng có dây và không dây và cơ sở hạ tầng kết nối nối tiếp, để có thể kết nối các thành phần đã liệt kê phía trên với nhau. Dưới đây là biểu đồ một hệ thống RFID : PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3 12 Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh Hình 1.3 Biểu đồ hệ thống RFID Còn dưới đây là mô hình một mẫu của biểu đồ trên với các thành phần cụ thể trong thực tế: Hình 1.4 Một ví dụ về hệ thống RFID trong thực tế PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3 13 Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh Bây giờ ta sẽ đi chi tiết vào từng thành phần của hệ thống RFID. 4.1 Thành phần thẻ Một thẻ RFID là một thiết bị có thể lưu trữ và truyền được được dữ liệu tới reader không phải theo cách tiếp xúc trực tiếp mà bằng cách sử dụng các sóng vô tuyến. Các thẻ RFID có thể được phân loại theo hai cách khác nhau. Dưới đây là cách phân loại thứ nhất, dựa trên cơ sở thẻ đó có chứa nguồn năng lượng ngay trên bảng mạch thẻ hay không hoặc dựa trên cơ sở các chức năng đặc biệt mà nó cung cấp: • Thẻ thụ động • Thẻ tích cực • Thẻ bán tích cực (hoặc bán thụ động) 4.1.1 Thẻ thụ động Kiểu thẻ RFID này không có nguồn nuôi tích hợp cùng trên bảng mạch thẻ (vídụ, pin), thay vì vậy nó sử dụng năng lượng được phát ra từ reader để làm nguồn năng lượng cho bản thân nó hoạt động và thực hiện truyền dữ liệu mà nó lưu trữ tới reader. Thẻ thụ động khá đơn giản về cấu tạo và không có các bộ phận rời rạc. Và có lẽ chính vì vậy các thẻ thụ động tồn tại khá lâu trong điều kiện môi trường khắc nghiệt. Đối với loại thẻ này, để thực hiện truyền thông tin giữa thẻ và reader thì reader luôn luôn phải liên lạc trước tiên, tiếp sau đó mới tới lượt thẻ. Vì vậy sự hiện diện của reader là bắt buộc để thẻ có thể truyền được dữ liệu của nó. Thẻ thụ động thông thường nhỏ hơn so với thẻ tích cực và thẻ bán tích cực. Nó có một phạm vi đọc khá đa dạng từ 1 inch (=2.54cm) tới khoảng 30 feet (xấp xỉ 9mét). Có lẽ bởi vậy mà thẻ thụ động bao giờ cũng rẻ hơn thẻ tích cực hay thẻ bán tích cực. Một thẻ thụ động bao gồm các thành phần chính dưới đây: • Thành phần vi chip • Thành phần anten PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3 14 Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh Dưới đây là hình ảnh minh họa các thành phần thẻ thụ động trong thực tế: Hình 1.5 Các thành phần của thẻ thụ động Còn tiếp theo đây là một số hình ảnh thực tế về các thẻ thụ động của một vài hãng sản xuất lớn khác nhau: PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3 15 Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh Hình1.6 Các thẻ LF của hãng Texas Hình1.7 Các thẻ 2.45 GHz của hãng Alien Hình1.8 Các thẻ 915 MHz của hãng Intermec 4.1.1.1 Thành phần vi chip Một vi chip của thẻ thụ động bao gồm các khối như chỉ ra ở hình vẽ dưới đây PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3 16 Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh Hình 1.9 Sơ đồ các khối của vi chip Khối Power control/rectifier thực hiện chuyển đổi nguồn điện xoay chiều thu được từ tín hiệu phát ra ở anten của reader thành nguồn điện một chiều. Chính nguồn điện một chiều này sẽ cung cấp năng lượng tới các thành phần khác của vichip. Xung từ khối Clock Extractor thực hiện tách xung tín hiệu từ tín hiệu thu được do anten của reader phát ra. Sau đó khối Modulator sẽ điều chế tín hiệu nhận được. Thông tin mà thẻ trả lại để truyền tới reader được nhúng vào bên trong tínhiệu đã được điều chế. Bộ nhớ của vi chip được sử dụng để lưu trữ dữ liệu. Bộ nhớ này thường được chia thành các phần (bao gồm các khối hoặc là các trường). Ở đây ta cần chú ý đến thuật ngữ addressability, nghĩa là khả năng đánh địa chỉ (đọc hoặc ghi) các vị trí bộ nhớ riêng lẻ của một vi chip. Một khối bộ nhớ của thẻ có thể lưu trữ được nhiều kiểu dữ liệu khác nhau, chẳng hạn như một phần của đối tượng dữ liệu được sử dụng để nhận dạng thẻ, các bit kiểm tra tổng (ví dụ, cyclic redundancycheck [CRC]) để kiểm tra độ chính xác của dữ liệu đã được truyền,.. PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3 17 Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh 4.1.1.2 Thành phần anten Anten của thẻ được sử dụng để đưa tín hiệu thu được từ reader thành năng lượng cho thẻ, phục vụ cho việc gửi hoặc nhận dữ liệu tới reader. Anten này được gắn tiếp xúc vật lý với vi chip của thẻ. Trong thực tế có rất nhiều cách thiết kế anten, tuy nhiên chúng ta cần phải chú ý rằng chiều dài của anten tỷ lệ trực tiếp với chiều dài bước sóng hoạt động của thẻ. Ngoài ra còn có một khái niệm nữa cũng rất quan trọng, đó là “ lưỡng cực ” (dipole). Một anten lưỡng cực có thể là một dây điện thẳng (ví dụ, với chất liệu là đồng) bị đứt quãng tại điểm giữa. Chiều dài tổng cộng của một anten lưỡng cực bằng một bước sóng của tần số được sử dụng để tối ưu hóa năng lượng chuyển từ tín hiệu của anten reader tới thẻ. Với một anten lưỡng cực kép (dual dipole) thì nó bao gồm hai lưỡng cực, nên có thể giảm đi rất nhiều tính nhạy cảm thẳng hướng của thẻ. Chính vì vậy mà, reader có thể đọc thẻ tại nhiều hướng khác nhau. Còn một lưỡng cực gấp (folded dipole) là bao gồm hai hoặc nhiều dây điện thẳng kết nối song song và mỗi cái có chiều dài bằng nửa chiều dài bước sóng (của tần số được sử dụng). Khi hai dây được nối lại, thì kết quả tạo ra“một lưỡng cực gấp-2 dây”.Tương tự như vậy ba dây kết nối song song sẽ tạo ra“một lưỡng cực gấp-3 dây”. Hình dưới chỉ ra hình dạng minh họa một vài kiểu anten này. PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3 18 Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh Hình 1.10 Các kiểu anten lưỡng cực Chiều dài anten của thẻ thường lớn hơn rất nhiều so với microchip của thẻ, và do đó nó quyết định đến kích thước vật lý sau cùng của thẻ. Ngoài ra có một vài thông số ta cần chú ý khi thiết kế thẻ: • Khoảng cách đọc thẻ được tính từ reader • Hướng nhận biết thẻ so với reader • Hướng bất kỳ của thẻ so với reader • Các kiểu riêng biệt của sản phẩm PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3 19 Giám sát phương tiện trong hệ thống giao thông thông minh • Tốc độ di chuyển của đối tượng được gắn thẻ • Các điều kiện hoạt động đặc thù • Sự phân cực của anten reader 4.1.2 Thẻ tích cực Các thẻ RFID tích cực có sẵn một nguồn năng lượng ở trên bảng mạch thẻ (ví dụ như, có pin kèm theo; hoặc là dạng nguồn năng lượng khác) và các bộ phận điện tử để thực hiện các chức năng đặc biệt. Một thẻ tích cực sử dụng nguồn năng lượng ở trên bảng mạch thẻ của chính nó để truyền dữ liệu của nó tới reader. Nó không phải cần đến năng lượng phát ra từ reader để truyền dữ liệu. Các bộ phận điện tử ở trên bảng mạch thẻ có thể bao gồm bộ vi xử lý, cảm biến, và các cổng vào/ra. Ví dụ, các thành phần điện tử này thực hiện đo một khoảng nhiệt độ nào đó và sinh ra dữ liệu về giá trị nhiệt độ trung bình. Sau đó chúng sẽ sử dụng dữ liệu này để quyết định các tham số khác chẳng hạn như ngày kết thúc của mặt hàng được gắn thẻ. Rồi tiếp đó thẻ có thể truyền thông tin này tới reader. Chúng ta có thể hình dung thẻ tích cực giống như một chiếc máy tính không dây cộng thêm với vài thuộc tính khác (ví dụ, có thể bao gồm thêm một cảm biến hoặc một tập hợp các cảm biến). Trong giao tiếp truyền thông tin giữa thẻ và reader, thì thẻ luôn luôn phải thực hiện liên lạc trước tiên, tiếp sau đó mới tới phiên reader. Bởi vậy sự hiện diện của reader không cần thiết cho sự truyền đi của dữ liệu, một thẻ tích cực có thể phát đi dữ liệu lưu trữ trong nó tới các khu vực xung quanh ngay cả khi không có reader. Có lẽ vì vậy mà kiểu thẻ này cũng được gọi là một bộ phát tín hiệu. Khoảng cách đọc thẻ của một thẻ tích cực có thể là 100 feet (xấp xỉ 30.5 mét) hoặc lớn hơn. Một thẻ tích cực bao gồm các thành phần: • Vi chip • Anten • Nguồn năng lượng nuôi thẻ PHẠM QUỐC TUÂN: Cao học ĐT K3 20
- Xem thêm -