Tài liệu Tìm hiểu công nghệ nhận dạng vô tuyến rfid

  • Số trang: 99 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 356 |
  • Lượt tải: 0
hoanggiang80

Đã đăng 20010 tài liệu

Mô tả:

Tìm hiểu công nghệ nhận dạng vô tuyến RFID
1 MỤC LỤC Danh mục các bảng Số hiệu bảng 2.1 2.2 2.3 Tên bảng Khoảng tần số RFID Khoảng đọc RFID Các memorybank của thẻ Trang 21 22 60 Danh mục hình vẽ Số hiệu hình vẽ 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.1 2.2 2.3 2.4 Tên hình vẽ Thiết bị IFF kề bên là thiết bị RFID ngày nay Các mốc quan trọng trong giai đoạn đầu của RFID Những mốc quan trọng từ 1960 đến 1990 Những mốc quan trọng từ 1990 đến nay Mô hình hệ thống RFID Một số mẫu thẻ thông dụng Hệ thống RFID với các thiết bị Hoạt động giứa các thẻ và đầu đọc RFID Mô hình hoạt động của hệ thống RFID Một số dạng anten Thẻ dạng nút và thẻ dạng chuỗi khóa Thẻ dạng thẻ Thẻ dán trên quần áo, thẻ thư viện, thẻ được tích hợp với nhãn hành lý Trang 9 9 11 13 13 14 15 16 17 19 22 23 23 2 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 2.23 2.24 2.25 2.26 2.27 2.28 2.29 2.30 2.31 2.32 2.33 2.34 2.35 2.36 2.37 2.38 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Thẻ cấy dưới da Một loại thẻ có kích thước rất nhỏ Tương quan về kích thước của “bột thẻ “ với sợi tóc Hoạt động của thẻ thụ động Các thành phần của thẻ thụ động Các thành phần của vi mạch Anten thẻ Một số loại thẻ thụ động Một loại thẻ tích cực Cấu tạo thẻ tích cực và bán tích cực Thẻ bán tích cực Thẻ SAW Hoạt động của thẻ SAW Một số dạng thẻ EAS Cách bố trí vật lý của bộ nhớ trên thẻ Mã hóa nhận dạng pure Mã vạch UPC Chuyển đổi từ GTIN sang SGTIN Sơ đồ trạng thái của đầu đọc Slotted Aloha Sơ đồ trạng thái của thẻ Slotted Aloha Cây nhị phân Sơ đồ trạng thái của giao thức Adaptive Binary Tree Khe STAC Sơ đồ trạng thái giao thức STAC Thủ tục master-slaver giữa Application, đầu đọc và thẻ Các thành phần logic của đầu đọc Một số loại đầu đọc cố định Các loại đầu đọc cầm tay Dòng thông tin trong hệ thống RFID Thông báo bất đồng bộ Thông báo đạt được đồng bộ Anten đầu đọc Mô hình anten đơn giản và loại méo, nhô Mô hình multipath Thẻ RFID dành cho nhân viên Dùng đầu đọc để kiểm tra bệnh nhân có đeo thẻ RFID trên tay Sử dụng RFID trong nhà kho Sử dụng đầu đọc để tìm sách Sử dụng RFID cho bò 24 24 24 25 26 26 28 29 31 33 34 36 36 38 40 42 43 43 45 46 47 48 49 50 56 59 62 63 64 65 66 68 69 69 72 74 76 77 79 3 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 Sử dụng thiết bị cầm tay để đọc thông tin từ thẻ gắn trên tai của bò Một chú gấu Bắc Cực được gắn thẻ để theo dõi RFID được sử dụng để tăng tốc cho các trạm thu phí Thẻ gắn trên ô tô và hệ thống thu phí FasTrack Hệ thống điều khiển truy nhập Một số hình ảnh về thiết bị điều khiển truy nhập Hệ thống kiemr soát ra vào bãi đậu xe Các thẻ RFID được tích hợp với nhãn hành lý tiêu chuẩn Hộ chiếu RFID của Mỹ Trạm thu phí tự động ở Hà Nội Gửi xe Dùng đầu đọc để kiểm tra vé khi khách lấy xe 80 81 82 83 85 86 87 88 88 90 92 92 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, nhiều công nghệ mới ra đời với mục đích làm cho mọi việc trở nên đơn giản, tiện lợi nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người trong mọi lĩnh vực. Do vậy các công nghệ mới càng hướng đến khả năng không dây làm cho con người được giải phóng, tự do và thoải mái hơn.Và nhận dạng tự động là một trong những công nghệ có thể đáp ứng được nhu cầu đó . Nhận dạng tự động (Automatic Identification) là công nghệ dùng để giúp các máy nhận dạng các đối tượng mà không cần nhập dữ liệu vào bằng nhân công. Các công nghệ nhận dạng tự động như : các mã vạch (Bar Codes), các thẻ thông minh, công nghệ sinh trắc học (biometric), nhận dạng đặc trưng quang học (Optical character Recognition-OCR) và nhận dạng tần số vô tuyến RFID (Radio Frequency Iditification). Trong đó, RFID được coi là một cuộc cách mạng của hệ thống nhúng và môi trường tương tác hiện nay. Công nghệ này đã và đang được phát triển mạnh ở nhiều nước trên thế giới với những ứng dụng rất đa dạng trong các lĩnh vực : sản xuất kinh doanh ( các 4 dây chuyền sản xuất công nghiệp, trong chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản, các của hàng, siêu thị, trạm thu phí, bãi đậu xe, …), an ninh, y tế, … Công nghệ RFID đã được nghiên cứu ( từ khoảng những năm 1930) và ứng dụng từ khá sớm, nhưng trong vòng khoảng mười năm trở lại đây công nghệ này mới thực sữ được phát triển rầm rộ. Công nghệ RFID sẽ hết sức cần thiết cho sự phát triển của thế giới do đó nhiều nước đã và đang xúc tiến các công tác triển khai công nghệ này. Việt Nam cũng không phải là ngoại lệ, tuy khái niệm RFID cũng chưa thực sự phổ biến nhưng với xu hướng chung của thế giới, Việt Nam cũng đang nghiên cứu và từng bước triển khai công nghệ này vào cuộc sống để phục vụ nhu cầu của người dân trong nước. Với mục đích giới thiệu về công nghệ mới này, đồ án “ Tìm hiểu công nghệ nhận dạng vô tuyến RFID” sẽ giúp người đọc hiểu rõ hơn về khái niệm, thành phần, phương thức hoạt động cũng như những ứng dụng của nó. Đồ án này bao gồm 3 chương : Chương 1 : Giới thiệu về công nghệ RFID Chương 2 : Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID Chương 3 : Ứng dụng của RFID Đồ án này cũng chỉ bước đầu tìm hiểu về công nghệ RFID nên nội dung thiên về phần lý thuyết. Trong quá trình thực hiện, tuy được sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn và có tham khảo nhiều tài liệu nhưng với kiến thức còn hạn chế nên có thể còn nhiều thiếu sót, tôi rất mong được các thầy cô và bạn bè góp ý để đồ án của tôi được tốt hơn. 5 Chương I :Giới thiệu về công nghệ RFID CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ RFID 1.1. Giới thiệu sơ lược về RFID : Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ cho phép một thiết bị đọc thông tin chứa trong chip không tiếp xúc trực tiếp ở khoảng cách xa, không thực hiện bất kỳ giao tiếp vật lý nào hoặc giữa hai vật không nhìn thấy nhau. Công nghệ này cho ta phương pháp truyền, nhận dữ liệu từ một điểm đến điểm khác. Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để truyền dữ liệu từ các thẻ (tag) đến các đầu đọc (reader). Thẻ có thể được đính kèm hoặc gắn vào đối tượng được nhận dạng (bao gồm cả con người). Đầu đọc scan dữ liệu của thẻ và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu có lưu trữ dữ liệu của thẻ. Công nghệ RFID cho phép nhận biết đối tượng thông qua thu phát sóng giúp cho con người có thể giám sát quản lý dễ dàng hơn ,ít mắc lỗi, tốn ít thời gian và giảm thiểu nhân lực quản lý. Ví dụ các công ty chỉ việc sử dụng máy tính để quản lý các sản phẩm của mình từ xa nhờ việc gắn thẻ lên sản phẩm nhờ đó họ có thể biết các thông tin về chúng (số lượng, nguồn gốc,đặc điểm,hạn sử dụng,…) không phải kiểm kho, không sợ giao nhầm hàng,…Hoặc khi đi siêu thị thay vì phải xếp hàng chờ tính tiền (bằng phương pháp code bar hay còn gọi là mã vạch ) thì chỉ cần đẩy xe hàng qua cổng giám sát , thiết bị tự động sẽ nhận dạng món hàng , các nhân viên không cần phải lướt mã vạch của sản phẩm qua đầu đọc nữa,…Đó chỉ là một vài ví dụ trong số rất nhiều ứng dụng của RFID. Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay là hệ thống RFID bị động làm việc như sau: đầu đọc truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ qua anten của nó đến một con chip. Đầu đọc nhận thông tin trở lại từ chip và gửi nó đến máy tính điều khiển đầu đọc 6 Chương I :Giới thiệu về công nghệ RFID và xử lý thông tin lấy được từ chip. Các chip không tiếp xúc không tích điện, chúng hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng nhận từ tín hiệu được gửi bởi đầu đọc. 1.2. Lịch sử phát triển của RFID : • Năm 1897 : Guglielmo Marconi phát hiện sóng vô tuyến làm nền tảng cho sự phát triển của RFID. Lịch sử RFID đánh dấu từ những năm 1930 nhưng công nghệ RFID có nguồn gốc từ năm 1897 khi Guglielmo Marconi phát hiện ra sóng radio. RFID áp dụng các nguyên tắc vật lý cơ bản như truyền phát radio một dạng năng lượng điện từ truyền và nhận dạng dữ liệu khác nhau. • Năm 1937 : phòng thử nghiệm nghiên cứu Naval U.S phát triển hệ thống IFF ứng dụng trong thế chiến thứ 2. Vào những năm 1930 cả Army và Navy đều gặp phải những thử thách khi xác định những mục tiêu trên mặt đất, trên biển và trên bầu trời. Vào năm 1937 phòng thử nghiệm nghiên cứu Naval U.S phát triển hệ thống xác định Friend-or-Foe (IFF) cho phép những đối tượng thuộc về quân ta (friend) ví dụ máy bay Allied có thể phân biệt với máy bay địch (foe). Kỹ thuật này trở nên phổ biến trong hệ thống điều khiển lưu thông hàng không bắt đầu vào cuối thập niên 50. • Những năm 50 : Những ứng dụng của sóng RF vào trong việc xác định vật thể trong suốt thập niên 50 giới hạn chủ yếu trong quân đội, phòng lab nghiên cứu, trong các doanh nghiệp lớn bởi vì những thiết bị này có giá rất cao và kích thước lớn. Những thiết bị to lớn và cồng kềnh này là tiền thân của những hệ thống gọi là RFID ngày nay. Hình 2.1 mô tả hình ảnh của một thiết bị IFF kề bên là thiết bị RFID ngày nay. 7 Chương I :Giới thiệu về công nghệ RFID Hình 1.1 - Thiết bị IFF và thiết bị RFID ngày nay. • Cuối những năm 60 đầu những năm 70 : nhiều công ty đưa ra nhiều sản phẩm tốt hơn nhờ những công nghệ tiên tiến. Những công nghệ mới giúp những sản phẩm này gọn hơn và giá rẻ hơn như: công nghệ tích hợp trong IC, chip nhớ lập trình được, vi xử lý, những phần mềm ứng dụng hiện đại ngày nay và những ngôn ngữ lập trình làm cho công nghệ RFID đang có xu hướng chuyển sang lĩnh vực thương mại rộng lớn. 1922 : Xuất hiện những ý tưởng giám sát tiến bộ bằng hệ thống Radar xung quanh 1880s : Những hiểu biết cơ công nghệ bản về năng lượng điện từ RFID 1897 : Guglielmo Marconi phat hiện ra sóng điện từ 1958 : Jack Kilby phát minh mạch tích ở Texas Instrument Đầu1950s : Công nghệ RFID được sử dụng trong các phòng lab nghiên cứu 1937 : NRF phát triển hệ thống IFF Cuối 1950s : IFF trở thành cơ sở cho những hệ thống điều khiển không lưu của thế giới Hình 1.2 - Các mốc quan trọng trong giai đoạn đầu của RFID 8 Chương I :Giới thiệu về công nghệ RFID Nhiều công ty như Sensormatic and Checkpoint Systems giới thiệu những sản phẩm mới ít phức tạp hơn và ứng dụng rộng rãi hơn.Những công ty này bắt đầu phát triển thiết bị giám sát điện tử (electronic article surveillance EAS)để bảo vệ và kiểm kê sản phẩm như quần áo trong cửa hàng, sách trong thư viện. Hệt hống RFID thương mại ban đầu này chỉ là hệ thống RFID thẻ một bit (1-bit thẻ) giá rẻ để xây dựng, thực hiện và bảo hành. Thẻ không đòi hỏi nguồn pin (loại thụ động)dễ dàng đặt vào sản phẩm và thiết kế để khởi động chuông cảnh báo khi thẻ đến gần bộ đọc, thường đặt tại lối ra vào, phát hiên sự có mặt của thẻ. • Suốt thập kỷ 70 : ngành công nghiệp sản xuất, vận chuyển bắt đầu nghiên cứu và phát triển những dự án để tìm cách dùng IC dựa trên hệ thống RFID. Có nhiều ứng dụng trong công nghiệp tự động, xác định thú vật, theo dõi lưu thông. Trong giai đoạn này thẻ có IC tiếp tục phát triển và có các đặc tính: bộ nhớ ghi được, tốc độ đọc nhanh hơn và khoảng cách đọc xa hơn. • Đầu thập niên 80 : công nghệ phức tạp RFID được áp dụng trong nhiều ứng dụng. Hệ thống RFID đặt tại đường ray ở Mỹ, đánh dấu thú vật trên nông trại ở châu Âu và còn dùng trong nghiên cứu động vật hoang dã đánh dấu các loài thú quý và nguy hiểm, … • Những năm 90 : RFID được ứng dụng ở nhiều nước đặc biệt là trong hệ thống thu phí điện tử. Hệ thống thu phí điện tử trở nên phổ biến ở Thái Bình Dương:Ý,Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha… và ở Mỹ: Dallas, New York và New Jersey. Những hệ thống này cung cấp những dạng truy cập điều khiển phức tạp hơn bởi vì nó còn bao gồm cả máy trả tiền. Đầu năm 1990, nhiều hệ thống thu phí ở Bắc Mỹ tham gia một lực lượng mang tên E-ZPass Interagency Group (IAG) cùng nhau phát triển những vùng có hệ thống thu 9 Chương I :Giới thiệu về công nghệ RFID phí điện tử tương thích với nhau. Đây là cột mốc quan trọng để tạo ra những ứng dụng tiêu chuẩn. Hầu hết những tiêu chuẩn tập trung các đặc tính kỹ thuật như tần số hoạt động và giao thức giao tiếp phần cứng. E-Zpass còn là một thẻ đơn tương ứng với một tài khoản trên một phương tiện. Thẻ của xe sẽ truy cập vào đường cao tốc của hệ thống thu phí mà không phải dừng lại. EZpass giúp lưu thông dễ dàng hơn và giảm lực lượng lao động để kiểm soát vé và thu tiền. Cùng vào thời điểm này, thẻ khóa (card RFID) sử dụng phổ biến thay thế cho các thiết bị máy móc điều khiển truy nhập truyền thống như khóa kim loại và khóa số. Những sản phẩm này còn được gọi là thẻ thông minh không tiếp xúc cung cấp thông tin về người dùng, trong khi giá thành thấp để sản xuất và lập trình. Điều khiển truy nhập RFID tiếp tục có những bước tiến mới. Các nhà sản xuất xe hơi đã dùng thẻ RFID trong gần một thập kỉ qua cho hệ thống đánh lửa xe hơi và nó đã làm giảm khả năng trộm cắp xe. 1960s : công ty Sensormatic and Checkpoint Systems đưa ra sản phẩm thiết bị giám sát điện tử EAS 1970s : nổi lên nhiều sáng chế về RFID 1970s : Giants RCA, Fairchild and Raytheon tích cực theo đuổi công nghệ RFID 1987 : Ứng dụng thương mại đầu tiên của hệ thống thu phí điện tử ở Norway 1970s và 1980s : những ứng dụng thưong mại của RFID dưới dạng phát triển của việc đánh dấu động vật và tự động hóa trong nhà máy 1989 : hệ thống thu phí điện tử qua Dallas North Turnpike Hình 1.3 - Những mốc quan trọng từ năm 1960 đến 1990 • Cuối thế kỉ 20 : RFID được phát triển trên phạm vi toàn cầu. Dưới đây là một vài bước tiến quan trọng góp phần đẩy mạnh sự phát triển này. Texas Instrument đi tiên phong ở Mỹ 10 Chương I :Giới thiệu về công nghệ RFID Vào năm 1991, Texas Instrument đã đi tiên phong trong hệ thống RFID ở Mỹ,công ty đã tạo ra một hệ thống xác nhận và đăng ký Texas Instrument (TIRIS). Hệ thống TI-RFID (Texas Instruments Radio Frequency Identification System) đã trở thành nền tảng cho phát triển và thực hiện những lớp mới của ứng dụng RFID. Châu Âu đã bắt đầu công nghệ RFID từ rất sớm Ngay cả trước khi Texas Instrument giới thiệu sản phẩm RFID, vào năm 1970 EM Microelectronic-Marin một công ty của The Swatch Group Ltd đã thiết kế mạch tích hợp năng lượng thấp cho những đồng hồ của Thụy Sỹ. Năm 1982 Mikron Integrated Microelectronics phát minh ra công nghệ ASIC và năm 1987 phát triển công nghệ đặc biệt liên quan đến việc xác định thẻ thông minh. Ngày nay EM Microelectronic và Philips Semiconductors là hai nhà sản xuất lớn ở châu Âu về lĩnh vực RFID. Phát triển thẻ thụ động trong thập niên 90 Cách đây một vài năm các ứng dụng chủ yếu của thẻ RFID thụ động (như điều khiển truy nhập, giám sát điện tử , thanh toán tiền, đánh dấu tài liệu, xác định hàng hóa trên máy bay, chống trộm cho xe hơi, xác định động vật, định thời cho thể thao,…) mới được ứng dụng ở tần số thấp (LF) và tần số cao (HF) của phổ RF. Cả LF và HF đều giới hạn khoảng cách và tốc độ truyền dữ liệu.Vì những mục đích thực tế khoảng cách của những ứng dụng này đo bằng inch. Việc giới hạn tốc độ ngăn cản việc đọc thẻ của ứng dụng khi hàng trăm thậm chí hàng ngàn thẻ cùng có mặt trong trường của bộ đọc tại một thời điểm. Cuối thập niên 90 thẻ thụ động cho tần số siêu cao (UHF) làm cho khoảng cách xa hơn, tốc độ cao hơn, giá cả rẻ hơn, thẻ thụ động này đã vượt qua những giới hạn của nó. Với những thuộc tính thêm vào hệ thống RFID dựa trên tần số UHF được lựa chọn cho những ứng dụng dây chuyền cung cấp như quản lý nhà kho, kiểm kê sản phẩm. • Cuối những năm 1990 đầu năm 2000 : 11 Chương I :Giới thiệu về công nghệ RFID Các nhà phân phối như Wal-Mart,Target, Metro Group và các cơ quan chính phủ như U.S. Department of Defense (DoD) bắt đầu phát triển và yêu cầu việc sử dụng RFID bởi nhà cung cấp. Vào thời điểm này EPCglobal được thành lập, EPCglobal đã hỗ trợ hệ thống mã sản phẩm điện tử (Electronic Product Code Network EPC) hệ thống này đã trở thành tiêu chuẩn cho xác nhận sản phẩm tự động. 1990 : E-Z Pass mở đường cho việc tạo nên các chuẩn mức độ ứng dụng cho 1990s : các ứng dụng RFID rất phát triển 1990s : đường sắt, xe hơi được trang bị RFID Cuối 1990s : các thẻ UHF mở ra những khả năng mới trong việc giải quyết quản lý dây chuyền cung cấp 1991 : Texas Instruments thành lập TIRIS (tên goi sau này của TI-Rfid) 2003 : công nghệ RFID được bộ quốc phòng Mỹ sủ dụng trong việc … quyền tự do của Irac 2000s : Wal- 2003 : EPCglobal được Mart, Target thành lập từ MIT và nhiều nhà Auto- ID labs bán lẻ khác yêu cầu sử dụng RFID cho các nhà cung cấp của họ Hình 1.4 - Những mốc quan trọng từ năm 1990 đến nay 1.3. Thành phần của hệ thống RFID : Một hệ thống RFID là một tập hợp các thành phần mà nó thực thi giải pháp RFID. Hình 1.5 - Mô hình hệ thống RFID. Một hệ thống RFID bao gồm các thành phần sau : 12 Chương I :Giới thiệu về công nghệ RFID  Thẻ (Tag) : (là một thành phần bắt buộc đối với mọi hệ thống RFID) gồm chip bán dẫn và anten nhỏ trong các hình thức đóng gói. Hình 1.6 - Một số mẫu thẻ thông dụng  Đầu đọc (Reader) : (là thành phần bắt buộc) thực hiện việc ghi đọc trên thẻ và giao tiếp với máy chủ.  Anten của đầu đọc : (là thành phần bắt buộc) làm nhiệm vụ bức xạ, thu sóng điện từ và gia công tín hiệu. Một vài đầu đọc hiện nay cũng đã có sẵn anten.  Mạch điều khiển (Controller): (là thành phần bắt buộc) cho phép các thành phần bên ngoài giao tiếp điều khiển chức năng của đầu đọc và các thành phần khác như annunciation, actuator,… Ngày nay mạch điều khiển thường được tích hợp sẵn trong đầu đọc .  Cảm biến (sensor) , cơ cấu chấp hành (actuator) và bảng tín hiệu điện báo (annunciator) : những thành phần này hỗ trợ nhập và xuất của hệ thống.  Máy chủ (host) và hệ thống phần mềm (software system) : về mặt lý thuyết, một hệ thống RFID có thể hoạt động độc lập không có thành phần này. Thực tế, một hệ thống RFID gần như không có ý nghĩa nếu không có thành phần này.  Cơ sở hạ tầng truyền thông (communication infrastructure) : là thành phần bắt buộc, gồm cả hai mạng có dây và không dây và các bộ phận kết nối tuần tự để 13 Chương I :Giới thiệu về công nghệ RFID kết nối các thành phần đã liệt kê ở trên với nhau để chúng truyền với nhau hiệu quả. Hình 1.7 - Hệ thống RFID với các thiết bị 1.4. Phương thức hoạt động của RFID : Một hệ thống RFID có ba thành phần cơ bản: thẻ, đầu đọc, và một máy chủ. Thẻ RFID gồm chip bán dẫn nhỏ và anten được thu nhỏ trong một số hình thức đóng gói. Mỗi thẻ được lập trình với một nhận dạng duy nhất cho phép theo dõi không dây đối tượng hoặc con người đang gắn thẻ đó vì các chip được sử dụng trong thẻ RFID có thể giữ một số lượng lớn dữ liệu, chúng có thể chứa thông tin về đối tượng được gắn thẻ. Cũng như phát sóng tivi hay radio, hệ thống RFID cũng sử dụng bốn băng thông tần số chính : tần số thấp (LF), tần số cao (HF), siêu cao tần (UHF) hoặc sóng cực 14 Chương I :Giới thiệu về công nghệ RFID ngắn (viba).Các hệ thống trong siêu thị ngày nay hoạt động ở băng thông UHF, trong khi các hệ thống RFID cũ sử dụng băng thông LF và HF. Băng thông vi ba đang được để dành cho các ứng dụng trong tương lai. Các thẻ có thể được cấp nguồn bởi một bộ pin thu nhỏ trong thẻ (các thẻ tích cực) hoặc bởi đầu đọc mà nó “wake up” (đánh thức) thẻ để yêu cầu trả lời khi thẻ đang trong phạm vi (thẻ thụ động). Đầu đọc gồm một anten liên lạc với thẻ và một đơn vị đo điện tử học đã được nối mạng với máy chủ. Đơn vị đo tiếp sóng giữa máy chủ và tất cả các thẻ trong phạm vi đọc của anten, cho phép một đầu đọc liên lạc đồng thời với hàng trăm thẻ. Nó cũng thực thi các chức năng bảo mật như mã hóa/ giải mã và xác thực người dùng. Đầu đọc có thể phát hiện thẻ ngay cả khi không nhìn thấy chúng. Khi thẻ đi vào vùng sóng điện từ nó sẽ phát hiện tín hiệu kích hoạt từ đầu đọc và nó sẽ phát thông tin nhận dạng đến đầu đọc. Đầu đọc giải mã dữ liệu được mã hóa trong chip (sóng vô tuyến phản xạ từ thẻ ) và đưa vào máy chủ để xử lý . Từ trường chịu ảnh hưởng bởi dữ liệu thẻ NĂNG LƯỢNG DỮ LIỆU (nếu thẻ có tính năng ghi) Dữ liệu theo sự thay đổi CUỘN cường độ từ trường DÂY Vùng trường gần Đóng gói bằng thủy tinh hoặc chất dẻo ( tương quan về kích thước của thẻ và đầu đọc được phóng đại để dễ quan sát) Vùng trường xa Hình 1.8 Hoạt động giữa thẻ và đầu đọc RFID Từ trường xoay chiều trong vùng trường gần Sự truyền sóng EM Hình 1.8 - Hoạt động của thẻ và đầu đọc RFID 15 Chương I :Giới thiệu về công nghệ RFID Hầu hết các mạng RFID gồm nhiều thẻ và nhiều đầu đọc được nối mạng với nhau bởi một máy tính trung tâm (máy chủ), hầu như thường là một trạm làm việc gọn để bàn. Máy chủ xử lý dữ liệu mà các đầu đọc thu thập từ các thẻ và dịch nó giữa mạng RFID và các hệ thống công nghệ thông tin lớn hơn, mà nơi đó quản lý dây chuyền hoặc cơ sở dữ liệu quản lý có thể thực thi. Middleware là phần mềm nối hệ thống RFID với một hệ thống IT quản lý luồng dữ liệu. Hình 1.9 - Mô hình hoạt động của hệ thống RFID 16 Chương II :Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID CHƯƠNG II CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG RFID 2.1. Thẻ RFID : 2.1.1. Giới thiệu chung : Thẻ RFID là một thiết bị có thể lưu trữ và truyền dữ liệu đến một đầu đọc trong một môi trường không tiếp xúc bằng sóng vô tuyến. Thẻ RFID mang dữ liệu về một vật, một sản phẩm (item) nào đó và gắn lên sản phẩm đó. Mỗi thẻ có các bộ phận lưu trữ dữ liệu bên trong và cách giao tiếp với dữ liệu đó. Dữ liệu có thể là một số nhận dạng đơn giản được lưu giữ trong một thẻ chỉ đọc hoặc dữ liệu một dòng phức tạp bao gồm dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ bổ sung của thẻ. Các thẻ này phức tạp hơn có thể chứa dữ liệu như các mục như ngày sản xuất, số lượng rất nhiều, số serial, hoặc thậm chí tích hợp cảm biến để theo dõi nhiệt độ trung bình hoặc lưu trữ dữ liệu khác. Thẻ RFID gồm chip bán dẫn nhỏ ( bộ nhớ của chip có thể chứa tới 96 bit đến 512 bit dữ liệu nhiều gấp 64 lần so với mã vạch ) và anten được thu nhỏ trong một số hình thức đóng gói. Vài thẻ RFID giống như những nhãn giấy và được ứng dụng để bỏ vào hộp và đóng gói. Một số khác được sáp nhập thành các vách của các thùng chứa plastic được đúc. Còn một số khác được xây dựng thành miếng da bao cổ tay. Mỗi thẻ được lập trình với một nhận dạng duy nhất cho phép theo dõi không dây đối tượng hoặc con người đang gắn thẻ đó Thông thường mỗi thẻ RFID có một cuộn dây hoặc anten nhưng không phải tất cả RFID đều có vi chip và nguồn năng lượng riêng. 17 Chương II :Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID Hình 2.1 Một số dạng anten 2.1.2. Dung lượng, tần số hoạt động và khoảng đọc của thẻ : 2.1.2.1. Dung lượng : Dung lượng thông tin RFID Thẻ có thể lưu trữ được phụ thuộc nhà cung cấp và loại ứng dụng, thông thường nó có thể mang lượng thông tin không lớn hơn 2 Kb - đủ để lưu trữ dữ liệu về món đồ đang nằm trong diện cần quản lý. Các công ty đang nỗ lực tìm kiếm sử dụng các miếng Thẻ đơn giản 96 bit các số thứ tự riêng, các vi chip đơn giản này chế tạo dễ và rẻ đồng thời tiện dụng hơn cho các ứng dụng ở nơi các món hàng cần phải đóng gói. 2.1.2.2. Tần số hoạt động : Tần số hoạt động là tần số điện từ thẻ dùng để giao tiếp hoặc thu được năng lượng. Các thẻ và đầu đọc phải được chỉnh về cùng một tần số để liên lạc với nhau vì vậycần phải chọn tần số đúng cho các ứng dụng cần triển khai. Phổ điện từ mà RFID thường hoạt động là tần số thấp (LF), tần số cao (HF), siêu cao tần (UHF) và vi sóng (Microwave). Các tần số khác nhau có đặc tính khác nhau nên thích hợp với các ứng dụng khác nhau. Ví dụ như thẻ làm việc ở tần số thấp thích hợp cho việc nhận dạng các 18 Chương II :Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID đối tượng phi kim và đối tượng chứa nhiều nước (hoa qua tươi,..) nhưng khoảng cách có thể nhận dạng lại ngắn. Còn thẻ hoạt động ở tần số cao thì thích hợp với việc nhận dạng đối tượng bằng kim loại (bao gói,…) và các món đồ chứa nhiều nước với khoảng cách nhận dạng lớn hơn. Đối với thẻ ở tần số siêu cao thì có thể chuyển dữ liệu nhanh hơn ở tần số cao và thấp (nhưng cần công suất lớn hơn và khả năng truyền qua kim loại thấp hơn ),… Bảng 2.1 - Khoảng tần số RFID Tên Khoảng tần số Tần số ISM LF 30300 kHz < 135 kHz HF 330 MHz 6.78 MHz, 13.56 MHz, 27.125 MHz, 40.680 MHz UFH 300 MHz-3 GHz 433.920 MHz, 869 MHz, 915 MHz Microwave > 3 GHz 2.45 GHz, 5.8 GHz, 24.125 GHz Vì hệ thống RFID truyền đi bằng sóng điện từ, chúng cũng được điều chỉnh như thiết bị radio.Hệ thống RFID không được gây cản trở các thiết bị khác, bảo vệ các ứng dụng như radio cho các dịch vụ khẩn cấp hoặc truyền hình. Trong hoạt động, tần số RFID thực tế bị giới hạn bởi những mức tần số nằm bên phần Industrial Scientific Medical (ISM). Tần số thấp hơn 135kHz không phải là tần số ISM, nhưng trong khoảng này hệ thống RFID dùng nguồn năng lượng từ trường và hoạt động ở khoảng cách ngắn vì vậy nhiễu phát ra ít hơn tại tần số khác. Hiện nay thế giới chưa có thống nhất được chuẩn chung cho tần số RFID. Phần lớn các nước ấn định vùng tần số vô tuyến 125 kHz hoặc 134Khz cho các hệ thống RFID ở tần số thấp, 13.56 MHz cho tần số cao. Nhưng hệ thống UHF RFID mới ra đời giữa thập kỉ 90 và các nước không đồng ý dùng vùng riêng của phổ UHF cho RFID nên ở châu Âu thì sử dụng tần số 868 MHz trong khi Mỹ thì sử dụng 915 MHz, còn Nhật đang tìm kiếm để mở băng tần 960 MHz,… 2.1.2.3. Khoảng đọc của thẻ : 19 Chương II :Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID Khoảng đọc của các RFID Thẻ thu động phụ thuộc rất nhiều tham số như : tần số làm việc, công suất bộ đọc, can nhiễu từ các thiết bị vô tuyến khác, . . . Thông thường các việc ở tần số thấp đọc được trong khoảng cách 50cm hoặc ngắn hơn thế. Các thẻ làm việc ở tần số cao đọc được từ khoảng cách 3m và các thẻ ở dải tần UHF đọc được từ 9m. Ở những nơi cần đọc ở khoảng cách dài hơn ví dụ như phải đeo bám các toa xe lửa cần sử dụng các thẻ tích cực có nguồn riêng, khoảng cách đọc có thể đến 100 m hoặc xa hơn thế nữa. Bảng 2.2 - Khoảng đọc RFID Tên Khoảng cách đọc lớn Ứng dụng nhất cho thẻ thụ động Xác định thú nuôi và các sản phẩm ở khoảng LF 50cm HF 3m Cổng vào các tòa nhà UFH 9m Hộp, kệ Microwave > 10m Phân loại xe hơi cách gần 2.1.3. Các thuộc tính và đặc điểm của thẻ : Các thẻ có 2 hoạt động cơ bản là :  Gắn thẻ: bất kì thẻ nào cũng được gắn lên item theo nhiều cách  Đọc thẻ: thẻ RFID phải có khả năng giao tiếp thông tin qua sóng radio theo nhiều cách. Nhiều thẻ còn có một hoặc nhiều thuộc tính hoặc đặc điểm sau:  Kill/disable: Nhiều thẻ cho phép bộ đọc ra lệnh cho nó ngưng các chức năng. Sau khi thẻ nhận chính xác “kill code”, thẻ sẽ không đáp ứng lại bộ đọc.  Ghi một lần (write once): Với thẻ được sản xuất có dữ liệu cố định thì các dữ liệu này được thiết lập tại nhà máy, nhưng với thẻ ghi một lần dữ liệu của thẻ có thể được thiết lập một lần bởi người dùng sau đó dữ liệu này không thể thay đổi. 20 Chương II :Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID  Ghi nhiều lần (write many): nhiều kiểu thẻ có thể được ghi dữ liệu nhiều lần.  Anti-collision : Khi nhiều thẻ đặt cạnh nhau, bộ đọc sẽ gặp khó khăn để nhận biết khi nào đáp ứng của một thẻ kết thúc và khi nào bắt đầu một đáp ứng khác. Với thẻ anticollision sẽ nhận biết được thời gian đáp ứng đến bộ đọc.  Mã hóa và bảo mật (Security and encryption): Nhiều thẻ có thể tham gia vào các giao tiếp có mật mã, khi đó thẻ chỉ đáp ứng lại bộ đọc chỉ khi cung cấp đúng password. Một số đặc điểm vật lý : Thẻ RFID mang dữ liệu được gắn lên sản phẩm có hình dạng và kích thước khác nhau và đặt trong những môi trường làm việc khác nhau. Càng ngày hình dạng của thẻ ngày càng phong phú, kích thước ngày càng được thu nhỏ để tiện lợi cho các mục đích sử dụng khác nhau. Dưới đây là một số dạng thẻ :  Thẻ hình cúc áo hoặc đĩa làm bằng PVC, nhựa thông thường có một lỗ ở giữa để móc. Thẻ này bền và có thể sử dụng lại được.  Thẻ nhỏ gắn vào các sản phẩm như: quần áo, đồng hồ, đồ trang sức...Những thẻ này có hình dạng chìa khóa và chuỗi khóa. Hình 2.2 - Thẻ dạng nút và dạng khóa  Thẻ RFID có hình dạng như thẻ tín dụng còn gọi là các thẻ thông minh không tiếp xúc.
- Xem thêm -