Tài liệu Nghiên cứu về các dải tần số ứng dụng trong kỹ thuật rfid

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Đinh Xuân Phi NGHIÊN CỨU VỀ CÁC DẢI TẦN SỐ ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT RFID Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Mã số: 2.07.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. TRẦN MINH Hà Nội - ... - ii - MỤC LỤC Lời cam đoan ……………………………………………………………………i Mục lục …………………………………………………………………………ii Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ………………………………………...iv Danh mục các biểu bảng ………………………………………………………..v Danh mục các hình vẽ ………………………………………………………… vi MỞ ĐẦU ……………………………………………………...…………… viii CHƢƠNG 1 ............................................................................................................ 1 HỆ THỐNG RFID VÀ CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN ............................................ 1 1.1 Hệ thống RFID. ....................................................................................... 1 1.1.1 Hệ thống nhận dạng tự động (Auto Identification-Auto ID). ................ 1 1.1.1.1 Hệ thống nhận dạng mã vạch (Barcode): ...................................... 1 1.1.1.2 Hệ thống nhận dạng sinh học:....................................................... 3 1.1.1.3 Hệ thống nhận dạng thẻ thông minh(smart card): ......................... 3 1.1.2 Khái niệm về hệ thống RFID. ............................................................... 4 1.1.3 Cấu tạo chung của hệ thống RFID. ....................................................... 5 1.1.4 Phân loại hệ thống RFID. ..................................................................... 6 1.1.5 Hệ thống RFID thụ động. ..................................................................... 7 1.1.6 Ƣu điểm, nhƣợc điểm và ứng dụng của hệ thống RFID. ....................... 8 1.1.6.1 Ƣu điểm: ...................................................................................... 8 1.1.6.2 Nhƣợc điểm:................................................................................. 9 1.1.7 Ứng dụng. ............................................................................................ 9 1.2 Anten trong hệ thống RFID. ................................................................... 10 1.2.1 Lý thuyết anten trong hệ thống RFID. ................................................ 10 1.2.1.1 Độ lớn của từ trƣờng: ................................................................. 10 1.2.1.2 Từ thông và mật độ từ trƣờng: .................................................... 12 1.2.1.3 Dòng điện và từ trƣờng: ............................................................. 13 1.2.1.4 Điện áp cảm ứng trong vòng anten: ............................................ 15 1.2.1.5 Xác định đƣờng kính anten: ........................................................ 17 1.2.2 Các loại anten dùng trong hệ thống RFID. ......................................... 18 1.3 Nguyên lý hệ thống RFID thụ động. ...................................................... 19 1.3.1 Mạch tƣơng đƣơng của anten. ............................................................ 20 1.3.2 Năng lƣợng cung cấp cho thẻ thụ động............................................... 21 1.3.3 Sự phản xạ và sự khử. ........................................................................ 23 1.3.4 Điều chế  . ....................................................................................... 24 CHƢƠNG 2 .......................................................................................................... 26 CÁC DẢI TẦN ĐANG SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG RFID .......................... 26 2.1 Tần số và quy định. ................................................................................ 26 - iii - 2.1.1 Dải tần số thấp(LF). ........................................................................... 28 2.1.2 Dải tần số cao(HF). ............................................................................ 28 2.1.3 Dải tần số siêu cao tần(UHF). ............................................................ 28 2.1.4 Dải tần viba( Microwave Frequency). ................................................ 29 2.2 Thực trạng sử dụng tần số trong RFID. .................................................. 31 2.3 Các điều lệ và tiêu chuẩn ....................................................................... 34 2.3.1 Các điều lệ ......................................................................................... 34 2.3.2 Các tiêu chuẩn.................................................................................... 36 2.3.3 Các pháp chế cho RFID ..................................................................... 38 2.4 Quy định về việc sử dụng dải tần đối với hệ thống RFID ở Việt Nam. ... 39 2.4.1 Điều kiện về tần số. ............................................................................ 39 2.4.2 Điều kiện về phát xạ........................................................................... 40 2.4.2.1 Phát xạ chính: ............................................................................. 40 2.4.2.2 Phát xạ giả: ................................................................................. 40 2.4.3 Một số nhận xét đánh giá. .................................................................. 40 CHƢƠNG 3 .......................................................................................................... 45 NGHIÊN CỨU VỀ CÁC KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÁC DẢI TẦN CHO HỆ THỐNG RFID ....................................................................................................... 45 3.1 Tag trƣờng-gần ............................................................................................ 45 3.1.1 Tác động của chất liệu kim loại lên anten tag ........................................ 45 3.1.2 Tác động của nƣớc lên hoạt động của anten tag.................................... 48 3.2 Tag trƣờng-xa ............................................................................................. 49 3.2.1 Tác động của chất liệu kim loại lên anten tag ....................................... 50 3.2.2 Tác động của nƣớc lên anten tag ........................................................... 53 3.3 Ví dụ thiết kế .............................................................................................. 56 3.4 Đo đạc thực nghiệm. ................................................................................... 59 KẾT LUẬN ........................................................................................................... 63 Kết luận. ............................................................................................................ 63 Hƣớng nghiên cứu trong tƣơng lai ..................................................................... 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………….65 -v- DANH MỤC BIỂU BẢNG Bảng 2-1: Các đặc tính của RF đối với một số loại vật liệu khác nhau ................... 27 Bảng 2-2: Các quy định tần số cho RFID trên thế giới. .......................................... 30 Bảng 2-3: Các tần số vô tuyến sử dụng trong RFID. .............................................. 31 Bảng 2-4: Tóm tắt các đặc tính và các ứng dụng thông dụng nhất đối với các dải tần số cho RFID. ......................................................................................................... 32 Bảng 2-5: Ứng dụng sóng vô tuyến ở Đức trong dải tần từ 9 đến 135kHz ............. 41 Bảng 3-1: Tác động của kim loại lên anten Tag làm việc tại tần số 915MHz ......... 53 Bảng 3-2: Tác động của nước lên anten Tag làm việc tại tần số 915MHz .............. 56 Bảng 3-3: Kết quả đo đạc tại dải tần HF của Tag khi gắn lên các vật chất khác nhau .............................................................................................................................. 58 Bảng 3-4: Kết quả đo đạc tại dải tần UHF của Tag khi gắn lên các vật chất khác nhau ...................................................................................................................... 58 Bảng 3-5: Kết quả đo đạc tại dải tần UHF của Tag khi gắn lên hai vật chất khác nhau là kim loại và nước........................................................................................ 61 - vi - DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mô hình các hệ thống nhận dạng tự động. ................................................ 1 Hình 1.2: Các bước đọc mã vạch. ............................................................................ 2 Hình 1.3: Thẻ thông minh. ....................................................................................... 4 Hình 1.4: Bộ đọc và bộ thu phát tự động là các thành phần không thể thiếu trong hầu hết các hệ thống RFID. ..................................................................................... 5 Hình 1.5: Mô hình hệ thống RFID thụ động. ........................................................... 8 Hình 1.6: Các phương pháp xử lý dữ liệu. ............................................................... 9 Hình 1.7: Mô hình cơ bản của anten. ..................................................................... 14 Hình 1.8: Đồ thị từ trường của anten. .................................................................... 14 Hình 1.9: Ảnh hưởng của góc hoạt dộng đối với điện áp cảm ứng trên anten. ........ 17 Hình 1.10: Các loại anten dùng trong hệ thống RFID. ........................................... 19 Hình 1.11: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của anten thụ động..................................... 20 Hình 1.12: Mạch tương đương của anten trên thẻ thụ động. ................................... 20 Hình 1.13: Mô hình năng lượng của anten. ............................................................ 22 Hình 1.14: Cấu trúc và mạch tương đương của điốt Schottky. ............................... 22 Hình 1.15: Sự phụ thuộc của năng lượng vào và điện áp ra trên anten. .................. 23 Hình 1.16: Nguyên lý điều chế . .......................................................................... 25 Hình 2.1: Dải tần chính dành cho ứng dụng RFID. ................................................ 26 Hình 2.2: Dải tần cho RFID hoạt động tại dải UHF trên thế giới. .......................... 29 Hình 2.3: Sự phân bố ước tính của thị trường toàn cầu về các bộ phát đáp ở những dải tần số khác nhau (đơn vị: triệu cái) .................................................................. 44 Hình 3.1: Anten cuộn gần với bề mặt kim loại: (a) phân bố từ trường của anten cuộn với một bề mặt kim loại; (b) Sử dụng hộp ferit để làm giảm tác động của kim loại. .............................................................................................................................. 46 Hình 3.2: Sự thay đổi về độ tự cảm theo kim loại, được tính toán bằng phần mềm IE3D; kích thước của kim loại là 200mm x 200mm. .............................................. 48 - vii - Hình 3.3: Cho thấy độ tự cảm của anten cuộn dưới ảnh hưởng của tấm kim loại với sự có mặt của chất liệu ferit giữa chúng. Độ tự cảm của anten cuộn là 2,7µH tại tần số 13,56MHz khi sử dụng một miếng ferit dày 1mm. ............................................ 48 Hình 3.4: Độ tự cảm của anten cuộn với sự tác động của nước. ............................. 49 Hình 3.5: Tăng ích của anten là một hàm của khoảng cách so với tấm kim loại (tính toán bởi phần mềm IE3D). .................................................................................... 51 Hình 3.6: Phần thực của trở kháng đầu vào anten là một hàm của khoảng cách tính từ tấm kim loại (tính toán bởi phần mềm IE3D)..................................................... 52 Hình 3.7: Phần ảo của trở kháng đầu vào của anten là một hàm của khoảng cách tính từ tấm kim loại (tính toán bởi IE3D). .............................................................. 52 Hình 3.8: Hệ số truyền công suất của anten là một hàm của khoảng cách từ tấm kim loại (tính toán bởi IE3D)........................................................................................ 53 Hình 3.9: Độ tăng ích của anten là một hàm của khoảng cách so với nước (tính toán bởi IE3D). ............................................................................................................. 54 Hình 3.10: Phần thực của trở kháng đầu vào anten là một hàm của khoảng cách so với nước (tính toán bởi phần mềm IE3D). ............................................................. 55 Hình 3.11: Phần ảo của trở kháng đầu vào anten là một hàm của khoảng cách so với nước (tính toán bởi phần mềm IE3D). ................................................................... 55 Hình 3.12: Hệ số truyền công suất của anten là một hàm của khoảng cách so với nước (tính toán bởi phần mềm IE3D). ................................................................... 56 Hình 3.13: Thiết lập đo đạc để đánh giá tác động của các đối tượng lên tag RFID: (a) thiết lập đo đạc và các đối tượng được chọn; (b) tag được sử dụng để đánh giá. .............................................................................................................................. 57 Hình 3.14: Hệ thống thực nghiệm. ......................................................................... 59 Hình 3.15: Hệ thống báo là chưa có thẻ. ................................................................ 60 Hình 3.16: Hệ thống báo là đã phát hiện được thẻ.................................................. 60 Hình 3.17: Hệ thống báo là đã phát hiện được nhiều thẻ. ....................................... 61 - iv - DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CLK Clock Xung nhịp CPU Central Processor Unit Bộ xử lý trung tâm DOC Department of Communication Bộ Viễn thông EM Electromagnetic Trường điện từ EPC Electronic Product Code Mã sản phẩm điện tử ERP Effective Radiated Power Công suất phát xạ chính FCC Federal Communications Commision Uỷ ban Viễn thông liên bang HF High Frequency Tần số cao ISM Industrial- Scientific- Medical Ytế- Khoa học- Công nghiệp ISO International Standards Organization Tổ chức chuẩn quốc tế LBT Listen Before Talk Nghe trước khi nói LF Low Frequency Tần số thấp MPHPT Ministry of Public Management, Bộ quản lý công cộng, Bộ nội Home Affairs, Posts and vụ, Bộ Bưu chính Viễn thông Telecommunication RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy cập trực tiếp RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RFID Radio Frequency Identification Nhận dạng vô tuyến điện ROM Read Only Memory Bộ nhớ chỉ đọc RST Reset Khởi động lại SAC Standardization Administration of Tổ chức quản lý chuẩn quốc China gia Trung Quốc SHF Super High Frequency Tần số quá cao UHF Ultra High Frequency Tần số siêu cao - viii - MỞ ĐẦU Trong nhiều thập niên gần đây (1950- 2007), nhờ có sự phát triển của công nghệ điện tử, công nghệ thông tin mà nền kinh tế (văn minh nhân loại) phát triển mạnh mẽ như hiện nay và giúp loài người có được nhiều sự thuận tiện trong sản xuất, quản lý, theo dõi và kiểm tra. Trước đây sự quản lý, giám sát thường do chính con người thực hiện. Nhưng ngày nay do nhu cầu của sự phát triển, con người muốn thoát ra khỏi công việc này để nhường chỗ cho các thiết bị, máy móc khác. Chính vì vậy hệ thống nhận dạng tự động đã ra đời. Ngày nay các hệ thống nhận dạng tự động phát triển rất mạnh mẽ và trở nên khá phổ biến trong các ngành như công nghiệp, dịch vụ, mua sắm, phân phối, quản lý và được sử dụng tại rất nhiều các cơ quan, nhà máy, bệnh viện và các tổ chức khác. Các hệ thống nhận dạng tự động bao gồm: mã vạch, thẻ từ, …và hệ thống RFID. Chúng cung cấp cho chúng ta các thông tin về con người, hàng hoá, động vật trong việc di chuyển. Sự ra đời của công nghệ nhận dạng tần số vô tuyến (Radio Frequency Identification- RFID) thực sự là một cuộc cách mạng mới trong quản lý tài sản nói chung và công nghệ đeo bám phục vụ mục đích quản lý trở thành mối quan tâm của thế giới thương mại. Việc ứng dụng hệ thống RFID vào thực tế cuộc sống là rất cần thiết và phù hợp. Nó cần được nghiên cứu kỹ để áp dụng vào trong từng lĩnh vực cụ thể sao cho đạt được hiệu quả cao nhất. Chính vì vậy việc đầu tư nghiên cứu để tìm ra các giải pháp nhằm tăng tính hiện thực và hiệu quả sử dụng là hết sức cần thiết. Điều này đã được các nhà sản xuất, các nhà cung cấp hết sức quan tâm. Dải tần số theo quy định của thế giới thì rất rộng, nhưng có nhiều dải tần số trong dải tần tổng thể đã được quy định cho các lĩnh vực khác, vậy dải tần dành cho hệ thống RFID sẽ quy định ra sao? Hệ thống RFID làm việc tại các dải tần theo quy định có những đặc điểm gì? Ảnh hưởng của môi trường xung quanh đến hoạt động của hệ thống này như thế nào? Từ những suy nghĩ đó, em đã quyết định chọn đề tài: “ Nghiên cứu về các dải tần số ứng dụng trong kỹ thuật RFID”. - ix - Nội dung của đề tài được chia làm 3 chương như sau: Chương 1: Hệ thống RFID và các nguyên lý cơ bản. Mở đầu bằng cách trình bày về hệ thống RFID (Cấu tạo, hoạt động, phân loại, hệ thống RFID thụ động,…). Phần tiếp theo nêu nội dung về cách xây dựng anten trong hệ thống RFID. Sau cùng là phần trình bày về nguyên lý của hệ thống RFID thụ động. Chương 2: Các dải tần đang sử dụng trong hệ thống RFID. Chương này trình bày chi tiết đặc điểm của từng loại dải tần đang được sử dụng cho RFID trên Thế Giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng Chương 3: Nghiên cứu về các khả năng ứng dụng các dải tần cho hệ thống RFID. Đây được coi là chương quan trọng và có ý nghĩa nhất của luận văn. Trong chương này trình bày ảnh hưởng của môi trường mà thực chất là hai yếu tố quan trọng (nước và kim loại) lên hoạt động của Tag trường gần và Tag trường xa. Tóm lại, đề tài nghiên cứu về các dải tần số ứng dụng trong kỹ thuật RFID là một đề tài mới. Tuy nhiên do sự áp dụng của hệ thống RFID còn hạn chế ở nước ta nên nội dung của đề tài chưa thực sự sâu rộng. Trong nội dung của luận văn chắc sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong quý thầy cô và các bạn đọc quan tâm đóng góp ý kiến để luận văn được hoàn thiện hơn. -1- CHƢƠNG 1 HỆ THỐNG RFID VÀ CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN 1.1 Hệ thống RFID. 1.1.1 Hệ thống nhận dạng tự động (Auto Identification-Auto ID). Trong những năm gần đây, các hệ thống nhận dạng tự động ngày càng phát triển và trở nên khá phổ biến trong các ngành như công nghiệp dịch vụ, mua sắm, phân phối, quản lý và được sử dụng tại rất nhiều các cơ quan, nhà máy, bệnh viện và các tổ chức khác. Chúng cung cấp cho chúng ta các thông tin về con người, hàng hoá, động vật trong việc di chuyển. Ví dụ: mã vạch, thẻ từ, …và hệ thống RFID. [9] Mã vạch Vân tay Sinh học Quang học Hệ thống nhận dạng tự động Thẻ thông minh Giọng nói RFID Hình 1.1: Mô hình các hệ thống nhận dạng tự động. 1.1.1.1 Hệ thống nhận dạng mã vạch (Barcode): Hệ thống nhận dạng tự động bằng mã vạch đã đạt được nhiều thành công và được ứng dụng, phát triển mạnh mẽ nhất. Mã vạch là hệ thống mã nhị phân được tạo nên bởi các vạch và khoảng trống xắp xếp song song với nhau. Chúng được xắp xếp theo một quy ước định trước, các phần của mã vạch đại diện cho dữ liệu cần mã -2- hóa. Mã vạch có thể được đọc bởi đầu đọc laser thông qua sự phản xạ khác nhau của dòng laser đối với các vạch đen và khoảng trống màu trắng. Hướng quét Mã vạch Chùm sáng Mã vạch được quét bởi máy quét Tín hiệu tương tự đã được mã hoá Tín hiệu số đã được mã hoá để tạo ra dữ liệu mã vạch Hình 1.2: Các bước đọc mã vạch. Bộ đọc mã vạch hay còn được gọi là máy quét sẽ đọc các mã vạch. Bộ quét mã vạch thường sử dụng chùm sáng để quét ngang qua mã vạch. Thông thường việc quét trực tiếp là không thích hợp. Tuy nhiên, trong suốt quá trình quét chùm ánh sáng không được dịch chuyển khỏi vùng có mã vạch. Vì thế nếu muốn tăng độ dài mã vạch thì phải tăng độ rộng của chùm sáng để vùng mã vạch không nằm ngoài -3- chùm sáng trong quá trình quét. Trong suốt quá trình xử lý quét, bộ đọc sẽ đọc độ lớn mật độ phản xạ ánh sáng bởi các vùn đen trắng của mã vạch. Vạch đen hấp thụ ánh sáng, vùng trắng phản xạ ánh sáng. Một linh kiện điện tử được gọi là photodiode hoặc photocell sẽ chuyển đổi giá trị chùm sáng này thành dòng điện (còn được gọi là tín hiệu tương tự). Sau đó mạch điện tử sẽ giải mã dòng điện này ra dữ liệu số. Dữ liệu này được biểu diễn dưới dạng mã ASCII. Một bộ đọc mã vạch đơn có thể đọc được vài ký hiệu. Hình 1.2 chỉ ra quá trình mô tả ở trên. [5] 1.1.1.2 Hệ thống nhận dạng sinh học: Hệ thống nhận dạng sinh học thường dùng để nhận dạng các sinh vật sống trong đó nhận dạng con người là chủ yếu. Trong hệ thống nhận dạng tự động, nhận dạng sinh học có độ chính xác khá cao qua việc so sánh các đặc điểm riêng của mỗi người. Trong thực tế, có rất nhiều các hệ thống nhận dạng sinh học như: nhận dạng vân tay, nhận dạng giọng nói và nhận dạng võng mạc. 1.1.1.3 Hệ thống nhận dạng thẻ thông minh (smart card): Thẻ thông minh là thiết bị lưu trữ dữ liệu điện tử, có loại có thêm một chip để xử lý thông tin. Chúng thường được thiết kế trong một thẻ nhựa có kích thước như thẻ điện thoại. Để hoạt động, thẻ thông minh phải được đưa vào đầu đọc thẻ, thẻ được kết nối với đầu đọc thông qua các tiếp xúc điện. Thẻ được cung cấp năng lượng và xung đồng bộ bởi đầu đọc thông qua tiếp xúc điện đó. Dữ liệu truyền giữa đầu đọc và thẻ được truyền theo dạng nối tiếp hai chiều. Thẻ thông minh gồm có hai loại: thẻ chỉ có bộ nhớ và thẻ có bộ nhớ và vi xử lý. -4- a) Thẻ nhớ b) Thẻ vi xử lý Hình 1.3: Thẻ thông minh. Qua đặc điểm của các hệ thống nhận dạng tự động trên, chúng ta có thể thấy hầu hết các hệ thống nhận dạng tự động trên đều có cách kết nối vật lý hay quang học. Điều này gây rất nhiều bất tiện cho con người khi sử dụng hoặc quản lý. Việc kết nối không dây giữa thiết bị mang thông tin và thiết bị đọc sẽ đem lại nhiều thoải mái và tiện lợi hơn. Trong thực tế, không những chúng ta có thể truyền dữ liệu không dây mà chúng ta còn có thể truyền năng lượng từ đầu đọc cho thiết bị di động thông qua việc sử dụng công nghệ không dây này. Các thiết bị sử dụng công nghệ không dây để truyền đạt năng lượng và dữ liệu được gọi là hệ thống RFID (Radio frequency identification - hệ thống nhận dạng dùng sóng radio). 1.1.2 Khái niệm về hệ thống RFID. Hệ thống nhận dạng tự động RFID cũng tương tự như hệ thống nhận dạng bằng thẻ thông minh trên. Nó cũng là thiết bị lưu trữ dữ liệu rất thuật tiện, có thể mang theo được, đó chính là thẻ RFID. Tuy nhiên, điểm khác biệt của hệ thống RFID đó chính là năng lượng cung cấp cho thẻ và việc truyền dữ liệu giữa đầu đọc và thẻ không phải thông qua các kết nối vật lý hay quang học mà thông qua điện trường do đầu đọc phát ra. Hệ thống RFID lấy năng lượng từ trường điện từ của sóng radio, và nhận dạng dựa vào tần số sóng radio mang thông tin đó. Do những đặc tính ưu việt của công nghệ của hệ thống RFID so với các hệ thống nhận dạng tự động khác, hệ -5- thống RFID ngày nay được ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực và ngày càng phát triển. 1.1.3 Cấu tạo chung của hệ thống RFID. Một hệ thống RFID bao giờ cũng gồm có hai thành phần chính đó là: Bộ đọc và bộ thu phát tự động (Hình 1.4).  Bộ thu phát tự động (còn gọi là thiết bị nhận và phát lại sóng_ Transponder-tag): thường gọi là thẻ được gắn trên đối tượng cần nhận dạng. Thẻ cấu tạo bởi một anten và một chip có cấu trúc bao gồm các mạch điều chế cơ bản và một bộ nhớ. Bộ thu phát tự động Bộ đọc RFID Ứng dụng Thành phần ghép (cuộn cảm, sóng của anten) Hình 1.4: Bộ đọc và bộ thu phát tự động là các thành phần không thể thiếu trong hầu hết các hệ thống RFID. Mục đích của mạch anten là cảm ứng năng lượng và gửi tín hiệu đã điều chế đi. Giới hạn đọc của thẻ phụ thuộc vào mạch anten và kích thước của anten đó. Mạch anten làm từ một mạch cộng hưởng LC hoặc một anten dipol tuỳ thuộc vào tần số sóng mang. Mạch cộng hưởng LC dùng cho trường hợp tần số sóng mang nhỏ hơn 100MHz. Trong dải tần số này, giao tiếp giữa đầu đọc và thẻ xảy ra tại vùng từ trường lai ghép giữa hai anten. Mạch anten được thiết kế để mở rộng tối đa vùng từ trường giữa hai anten đó phụ thuộc các lý do sau: +) Mạch LC phải được chỉnh tới tần số sóng mang của đầu đọc. +) Tăng tối đa từ thông Q -6- +) Tăng tối đa kích thước của anten trong giới hạn cho phép tuỳ theo ứng dụng. Thẻ được chia làm hai loại đó là thẻ tích cực và thẻ thụ động. Thẻ tích cực là thẻ mà cấu tạo của nó bao gồm cả nguồn điện, cung cấp năng lượng trực tiếp cho hoạt động của thẻ. Thẻ thụ động là thẻ mà cấu tạo của nó không có nguồn năng lượng đi kèm. Thẻ thụ động hoạt động dựa vào nguồn năng lượng từ năng lượng cảm ứng thông qua sóng mang do đầu đọc phát ra. Thông tin lưu trữ trên thẻ có thể chỉ được đọc hoặc vừa đọc vừa ghi lại tuỳ thuộc vào thiết kế của thẻ.  Bộ đọc (Reader): Các đầu đọc RFID dùng để kích hoạt các thẻ thụ động với năng lượng từ sóng radio và lấy thông tin từ thẻ đó. Để thực hiện chức năng này, đầu đọc bao gồm các khối cơ bản như bộ phận phát và thu sóng radio và bộ phận mã hoá/giải mã tín hiệu dữ liệu. Ngoài ra, đầu đọc còn phải có cả bộ phận giao tiếp với máy tính (COM hoặc USB). Dựa vào độ phức tạp và mục đích ứng dụng, đầu đọc có thể có thêm nhiều các bộ phận khác. Bộ phận truyền dẫn sóng bao gồm một bộ tạo sóng mang, anten và một mạch điều chỉnh. Anten và mạch điều chỉnh phải được thiết kế và điều chỉnh sao cho hoạt động tốt nhất. Tín hiệu sau khi nhận sẽ được giải mã và hoàn thiện bởi bộ vi xử lý. Bằng thuật toán mã hoá, bộ vi xử lý sẽ xử lý và giải mã tín hiệu, sau đó dữ liệu có thể được truyền tới máy tính. 1.1.4 Phân loại hệ thống RFID. Hệ thống RFID có thể được phân loại theo hai cách sau:  Theo chức năng đọc, ghi của thẻ: Theo chức năng trên, hệ thống RFID được chia làm hai loại đó là: Hệ thống RFID chỉ có thể đọc nội dung trên thẻ và hệ thống RFID có khả năng vừa đọc vừa ghi nội dung trên thẻ.  Theo nguồn năng lượng cung cấp cho thẻ: -7- Hệ thống được chia làm hai loại đó là hệ thống RFID tích cực và hệ thống RFID thụ động tương ứng với thẻ tích cực và thẻ thụ động. Hệ thống RFID tích cực và thụ động có cấu tạo tương tự nhau, chỉ khác nhau vể nguồn cung cấp năng lượng. Mặt khác, hệ thống RFID tích cực không thể hiện hết các đặc tính và chức năng của anten trong trường điện từ. Trong khi đó, hệ thống RFID thụ động khá đơn giản để sử dụng và có chi phí thấp hơn so với hệ thống RFID tích cực. Không những thế chúng còn thể hiện được hết các đặc tính của anten và cũng đáp ứng được hầu hết các yêu cầu của các ứng dụng thông thường. Vì vậy, hệ thống RFID thụ động được ứng dụng và triển khai rộng rãi trong rất nhiều các tổ chức, công ty và ngày càng phát triển mạnh. 1.1.5 Hệ thống RFID thụ động. Hệ thống RFID thụ động bao gồm 2 thành phần chính đó là: đầu đọc, thẻ thụ động . Thẻ cấu tạo bởi một anten và một chip có cấu trúc bao gồm các mạch điều chế cơ bản và một bộ nhớ không sử dụng điện. Thẻ được cung cấp năng lượng bởi điện trường do sóng mang tần số radio phát ra từ đầu đọc. Tín hiệu sóng radio này gọi là tín hiệu mang. Khi sóng mang RF tới từ đầu đọc anten trên thẻ thì sinh ra một dòng điện xoay chiều trên anten ở thẻ. Dòng điện xoay chiều này sẽ được chỉnh lưu thành dòng một chiều cung cấp năng lượng cho thiết bị hoạt động. Các chức năng của thiết bị sẽ hoạt động khi dòng điện một chiều đó đạt tới một giá trị nhất định. Thông tin lưu trữ trong bộ nhớ lúc đó sẽ được truyền tới đầu đọc thông qua việc phản xạ hoặc hấp thụ sóng mang được phát từ đầu đọc. Bằng cách xác định tín hiệu phản hồi, thông tin lưu trữ trong thẻ sẽ được xác định chính xác. Trong vài năm gần đây, số lượng các nhu cầu sử dụng hệ thống tăng vọt. Hầu hết các ứng dụng đều có yêu cầu riêng đối với hệ thống RFID như yếu tố hình dạng, giao thức truyền thông, tần số sử dụng, v.v…Mặt khác, thẻ thụ động là thiết bị không sử dụng nguồn năng lượng đi theo mà sử dụng năng lượng do tín hiệu từ đầu đọc cung cấp bởi nó chỉ yêu cầu nguồn năng lượng hoạt động rất nhỏ (vài micro ampre). Do đó, phạm vi hoạt động (khoảng cách để giao tiếp giữa đầu đọc và thẻ) là vấn đề quan tâm hàng đầu. Phạm vi hoạt động thay đổi tuỳ theo các yếu tố trong -8- thiết kế như tần số, mức năng lượng, khả năng cảm nhận của đầu đọc, kích thước của anten, tỷ số truyền dữ liệu, giao thức truyền, dòng tiêu thụ của chip, v.v… Trong vài năm gần đây, các ứng dụng sử dụng tần số cao (4-20Mhz) và sóng viba (2.45GHz) đã bắt đầu phát triển bởi sự tiến bộ của công nghệ chế tạo chip. Đối với mỗi giải tần số đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Nhưng dải tần số cao (420Mhz) có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với dải tần số thấp và sóng vi ba. Do đó, dải tần này ngày nay được sử dụng nhiều trong các ứng dung của hệ thống RFID. Một ví dụ cơ bản về hệ thống RFID thụ động: Máy tính Kích hoạt và đáp ứng Anten thẻ Vi chíp Bộ đọc Anten đọc Thẻ Error! Hình 1.5: Mô hình hệ thống RFID thụ động. 1.1.6 Ƣu điểm, nhƣợc điểm và ứng dụng của hệ thống RFID. 1.1.6.1 Ưu điểm:  Khả năng xử lý đồng thời: RFID có khả năng xử lý đồng thời nhiều đối tượng cùng một lúc trong khi các hệ thống nhận dạng tự động khác xử lý đơn hoặc xử lý theo chuỗi. Điều này làm tăng đáng kể tốc độ kiểm tra và giảm lượng ách tắc hơn các hệ thống khác. -9- a) xử lý đơn b) xử lý nối tiếp c) xử lý đồng thời Hình 1.6: Các phương pháp xử lý dữ liệu.  Khả năng xử lý không cần nhân công: Trong khi các hệ thống khác đòi hỏi phải có nhân công trực tiếp thao tác để có thể nhận dạng thì hệ thống RFID có thể nhận dạng mà không cần đến sự hỗ trợ của con người.  Khả năng cập nhật, thay đổi dữ liệu trực tiếp: Hệ thống RFID có khả năng đọc/ghi thông tin trên thẻ một cách dễ dàng. 1.1.6.2 Nhược điểm:  Giá thành của hệ thống RFID hiện nay vẫn còn cao, chưa thể áp dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực cần nhận dạng.  Các chuẩn của công nghệ RFID hiện nay vẫn chưa được thống nhất. 1.1.7 Ứng dụng.  Ứng dụng trong quản lý và theo dõi nhân sự, hàng hóa: - Quản lý nhân sự (công nhân, nhân viên, sinh viên,…) - Kiểm kê hàng hóa xuất nhập qua cửa khẩu hoặc kho hàng. - Quản lý thư viện, bảo tàng.  Ứng dụng trong hệ thống mua sắm và thanh toán. - Mua hàng hoá trong siêu thị - Vé xe bus  Ứng dụng trong y tế. - Bệnh án điện tử - 10 -  Ứng dụng trong hệ thống bảo vệ, cảnh báo. - Ô tô, xe máy.  Ứng dụng trong giao thông - Xác định vị trí của tàu - Xác định lưu lượng xe  Ứng dụng trong thể thao. - Điền kinh - Bóng đá 1.2 Anten trong hệ thống RFID. 1.2.1 Lý thuyết anten trong hệ thống RFID. [9] Hầu hết các hệ thống RFID hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng lai ghép. Do đó, để hiểu được cách năng lượng và dữ liệu truyền như thế nào chúng ta cần phải hiểu rõ về các nguyên lý vật lý của hiện tượng từ trường. Phần này sẽ trình bày về các nguyên lý của trường điện từ theo quan điểm của RFID. 1.2.1.1 Độ lớn của từ trường: Mọi điện tích chuyển động hay dòng điện chạy trong vật dẫn đều kèm theo nó một điện trường xung quanh nó. Cường độ của từ trường có thể được chứng minh bằng thực nghiệm bởi lực tác động lên một cái kim từ hay dòng điện thứ hai. Cường độ của từ trường được xác định bởi độ lớn H của từ trường không phụ thuộc vào tính chất của môi trường xung quanh.    I   H  ds (1.45) Chúng ta có thể dùng công thức trên để tính độ lớn H của từ trường đối với các loại vật dẫn khác nhau. - 11 - Đối với vật dẫn thẳng, độ lớn của từ trường tại khoảng cách r được tính theo công thức: H 1 2r Vòng dây dẫn thường được dùng làm anten để tạo ra từ trường biến thiên ứng dụng trong các thiết bị đọc/ghi dựa trên hiện tượng lai ghép cảm ứng trong hệ thống RFID.