Lời Nói Đầu
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay nghành công nghệ thông tin đã có những bước phát triển vượt bậc.
Chỉ từ việc phát minh ra con transistor đầu tiên năm 1947, cho đến nay các sản
phẩm công nghệ thông tin đã len lỏi đến tất cả các nghành nghề trong xã hội từ
nghành ngân hàng, tài chính đến các nghành bán lẻ... Không những vậy chúng cũng
đã len lỏi vào mọi gia đình từ các sản phẩm gia dụng như máy giặt, tủ lạnh... đến
các thiết bị giải trí truyền thông như ipod,... Trong tương lai, bên cạnh việc phát
triển công nghệ vi điện tử để chế tạo ra các thế hệ bộ vi xử lý với tốc độ xử lý ngày
càng nhanh, thì các hệ thống ứng dụng vẫn sẽ phát triển rất mạnh. Chính vì lẽ đó,
tôi đã chọn đề tài về “Tìm hiều công nghệ RFID và ứng dụng trong quản lý bệnh
nhân”. Công nghệ này đã xuất hiện khá lâu nhưng cho đến nay các ứng dụng của nó
vẫn chưa được triển khai rộng rãi. Với việc chọn đề tài này, tôi hi vọng mình sẽ góp
phần công sức bé nhỏ của mình vào công việc triển khai nó. Tuy nhiên, ở mức độ
một đồ án tốt nghiệp và cũng do thời gian có hạn, nên ở đây tôi chỉ thiết kế và thi
công hệ thống ở mức kiểm thử. Còn để có thể triển khai áp dụng nó vào thực tế thì
sẽ phải đầu tư thêm nhiều thời gian và tiền bạc. Song với việc thiết kế thành công hệ
thống này, tôi đã thu được thêm khá nhiều kinh nghiệm làm bước đệm cho tôi trở
thành kỹ sư sau khi ra trường.
Qua đây em xin chân thành cám ơn thầy giáo Tiến Sĩ Lâm Hồng Thạch, là
giảng viên hướng dẫn đã nhiệt tình giúp đỡ em trong suốt thời gian thực tập và làm
đồ án tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy giáo, cô giáo của trường Đại Học
Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy và dìu dắt em trong suốt những năm học đại học để
em có được những kiến thức cơ bản trước mắt, có thể hoàn thành tốt đồ án tốt
nghiệp và tiếp đó, là nền tảng cho quá trình học tập, công tác của em sau này.
Hà Nội, ngày 28/05/2011
Snh viên: Trần Trọng Tuân
i
Tóm Tắt Đồ Án
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Đồ án tập trung nghiên cứu về công nghệ nhận dạng tự động RFID, nghiên
cứu nguồn năng lượng trường điện từ nuôi thẻ RFID và ứng dụng nó trong quản lý
bệnh nhân trong bệnh viện. Công nghệ này đã xuất hiện khá lâu nhưng cho đến nay
các ứng dụng của nó vẫn chưa được triển khai rộng rãi tương lai nó còn phát triển
rộng rãi hơn. Tuy nhiên trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp và do thời gian có hạn tôi
chỉ xây dựng hệ thống quản lý bệnh nhân ở mức kiểm thử và phần mềm quản lý
bệnh nhân còn đơn giản. Còn để có thể triển khai áp dụng nó vào thực tế thì sẽ phải
đầu tư thêm nhiều thời gian và tiền bạc.
Nội dung chính của đồ án bao gồm:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống RFID
Chương 2: Lựa chọn và tính toán thiết kế
Chương 3: Thiết kế anten cho đầu đọc RFID
Chương 4: Phần mềm quản lý và hướng phát triển đồ án
ii
Abstract Of Thesis
ABSTRACT OF THESIS
Research projects focused on automatic identification technology RFID,
studying energy electromagnetic fields adopter RFID tags and its application in the
management of patients in the hospital. This technology has appeared for quite
some time but until now its application has not been widely deployed it’s future
development more widely. However, in the framework of graduation thesis and my
time is limited by only buiding management system at the patient testing and patient
management software is even simpler. Also can be deployed to apply it in practice
will have to invest more time and money.
The contents of the scheme include:
Chapter 1: Overviwe of RFID System.
Chapter 2: Selection and design calculations.
Chapter 3: Designing antennas for RFID reader.
Chapter 4: Software management and development projects.
iii
Mục Lục
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ..............................................................................................
CHƯƠNG 1:
1.1.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RFID.................................- 1 -
Khái niệm về hệ thống RFID.......................................................................- 1 -
1.1.1.
Thẻ RFID (RFID Tag)............................................................................- 3 -
1.1.2.
Đầu đọc (Reader)...............................................................................- 10 -
1.1.3.
Cơ chế trao đổi năng lượng và dữ liệu...............................................- 17 -
1.1.4.
Các dải tần số hoạt động....................................................................- 22 -
1.1.5.
Ưu nhược điểm của hệ thống RFID...................................................- 25 -
1.2.
Tình hình phát triển của công nghệ RFID hiện nay..................................- 26 -
1.2.1.
Tình hình phát triển............................................................................- 26 -
1.2.2.
Các ứng dụng RFID hiện nay............................................................- 28 -
1.3.
Mục tiêu và nhiệm vụ của Đồ án...............................................................- 30 -
1.3.1.
Mục tiêu.............................................................................................- 30 -
1.3.2.
Nhiệm vụ thiết kế...............................................................................- 30 -
CHƯƠNG 2:
2.1.
LỰA CHỌN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ..............................- 32 -
Lựa chọn linh kiện....................................................................................- 32 -
2.1.1.
Thẻ (Tag) RFID.................................................................................- 32 -
2.1.2.
IC sử dụng trong đầu đọc RFID.........................................................- 37 -
2.1.3.
Vi điều kkhiển PIC 16F877A.............................................................- 44 -
2.1.4.
Sơ đồ nguyên lý toàn mạch................................................................- 51 -
CHƯƠNG 3:
3.1.
THIẾT KẾ ANTEN CHO ĐẦU ĐỌC RFID....................- 54 -
Nghiên cứu nguồn năng lượng trường điện từ nuôi thẻ RFID..................- 54 -
3.1.1.
Từ trường do anten tạo ra...................................................................- 54 -
iv
Mục Lục
3.1.2.
Các yếu tố ảnh hưởng đến năng lượng nuôi thẻ RFID.......................- 58 -
3.1.3.
Khảo sát cường độ từ trường của anten..............................................- 61 -
3.2.
Thiết kế anten cho đầu đọc ở tần số 125 kHz............................................- 67 -
3.3.
Điều chỉnh thiết kế anten cho phù hợp......................................................- 69 -
3.3.1.
Điều chỉnh tín hiệu trên anten............................................................- 69 -
3.3.2.
Quan hệ giữa bán kính anten và khoảng cách đọc.............................- 70 -
CHƯƠNG 4:
PHẦN MỀM QUẢN LÝ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỒ
ÁN…..……………………………………………………………………………..........
72 4.1.
Giao diện phần mềm quản lý....................................................................- 72 -
4.2.
Đánh giá hệ thống....................................................................................- 84 -
4.3.
Hướng phát triển......................................................................................- 85 -
4.4.
Áp dụng cho quản lý bệnh nhân trong bệnh viện Thanh Nhàn Hà Nội:.....- 86
4.4.1.
Thông tin bệnh viện...........................................................................- 86 -
4.4.2.
Tính toán chi phí cần thiết trang bị hệ thống quản lý bệnh nhân sử
dụng công nghệ RFID cho bệnh viện...............................................................- 87 -
KẾT LUẬN...........................................................................................................- 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................- 90 CÁC THUẬT NGỮ SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN.........................................- 92 PHỤ LỤC…...........................................................................................................- 94 -
v
Mục Lục
vi
Mục Lục
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1- 1
Các kỹ thuật nhận dạng tự động............................................................- 1 -
Hình 1- 2
Hệ thống RFID......................................................................................- 2 -
Hình 1- 3
Đầu đọc và thẻ không tiếp xúc RFID trong ứng dụng thực tế................- 3 -
Hình 1- 4
Các thành phần của Tag RFID...............................................................- 4 -
Hình 1- 5
Sơ đồ khối vi mạch của Tag RFID thụ động..........................................- 5 -
Hình 1- 6
Thủ tục master-slave giữa Application software, reader và tag...........- 11 -
Hình 1- 7
Các thành phần của đầu đọc................................................................- 14 -
Hình 1- 8
Sơ đồ khối của khối HF cho hệ thống RFID ghép nối cảm ứng...........- 15 -
Hình 1- 9
Sơ đồ khối của khối điều khiển............................................................- 16 -
Hình 1- 10
Từ trường dao động (magnetic alternating field) do cuộn dây anten
trên thẻ sinh ra.........................................................................................................- 18 Hình 1- 11
Năng lượng sinh ra từ từ trường dao động phía đầu đọc cung cấp năng
lượng cho thẻ qua ghép nối cảm ứng.......................................................................- 19 Hình 1- 12
Tín hiệu điều biên ASK.....................................................................- 20 -
Hình 1- 13
Tín hiệu điều tần FSK........................................................................- 21 -
Hình 1- 14
Tín hiệu điều pha PSK.......................................................................- 21 -
Hình 1- 15
Các cơ chế truyền dữ liệu FDX, HDX, SEQ................................................................- 22 -
Hình 2- 1
Sơ đồ chip EM4102.............................................................................- 33 -
Hình 2- 2
Sơ đồ khối của IC EM4102.................................................................- 33 -
Hình 2- 3
Phân chia 64 bits trong bộ nhớ của EM4102.......................................- 35 -
Hình 2- 4
Mã hóa dữ liệu dạng mã Manchester...................................................- 35 -
Hình 2- 5
Sơ đồ bố trí các chân của EM4095......................................................- 38 -
Hình 2- 6
Cấu hình EM4095 dùng trong chế độ Read Only................................- 39 vii
Danh Mục Hình Vẽ
Hình 2- 7
Cấu hình EM4095 dùng trong chế độ Read Write...............................- 39 -
Hình 2- 8
Sơ đồ khối của EM4095......................................................................- 40 -
Hình 2- 9
Chế độ hoạt động Read Only...............................................................- 43 -
Hình 2- 10
Chế độ hoạt động Read Write............................................................- 44 -
Hình 2- 11
Sơ đồ chân của PIC 16F877A............................................................- 45 -
Hình 2- 12
Cấu trúc và dung lượng bộ nhớ của PIC16F877A.............................- 47 -
Hình 2- 13
Bộ nhớ chương trình PIC16F877A....................................................- 48 -
Hình 2- 14
Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A....................................................- 50 -
Hình 2- 15
Sơ đồ nguyên lý toàn mạch................................................................- 51 -
Hình 2- 16
Layout mạch thiết bị đọc thẻ.......................................................................................- 53 -
Hình 3- 1 Từ trường H sinh ra bởi dòng điện I......................................................- 54 Hình 3- 2 Từ trường H sinh ra bởi cuộn dây..........................................................- 55 Hình 3- 3 Mạch điện mô tả hiện tượng cảm ứng từ...............................................- 57 Hình 3- 4 Mạch điện tương đương của thẻ RFID..................................................- 58 Hình 3- 5 Vị trí của anten đầu đọc và anten thẻ tạo nên góc ..............................- 59 Hình 3- 6
Vùng từ trường của anten đầu đọc với các vị trí khác nhau của anten
thẻ……....................................................................................................................- 60 Hình 3- 7
Mạch tương đương đơn giản hóa của anten phía đầu đọc....................- 61 -
Hình 3- 8
Sơ đồ thay thế của anten phía đầu đọc.................................................- 62 -
Hình 3- 9
Khảo sát sự phụ thuộc của cường độ từ trường H vào các yếu tố R và x
................................................................................................................................. - 64 Hình 3- 10
Sự phụ thuộc của cường độ từ trường vào bán kính vòng dây anten
của đầu đọc..............................................................................................................- 65 Hình 3- 11
Sự phụ thuộc của cường độ từ trường vào khoảng cách từ thẻ đến
anten đầu đọc...........................................................................................................- 66 -
viii
Danh Mục Hình Vẽ
Hình 3- 12
Mạch anten của đầu đọc....................................................................- 68 -
Hình 3- 13
Công thức tính toán giá trị điện cảm của cuộn cảm anten đầu đọc....- 68 -
Hình 3- 14
Đo tín hiệu bằng Osciloscope.....................................................................................- 70 -
Hình 4- 1
Giao diện phần mềm quản lý...............................................................- 74 -
Hình 4- 2
Đầu đọc thẻ RFID sử dụng trong bệnh viện.........................................- 88 -
ix
Chương 1 : Tổng Quan Về Hệ Thống RFID
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RFID
Khái niệm về hệ thống RFID
Nhận dạng nhãn vô tuyến (Radio Frequency Identification – RFID) là một
dạng của kỹ thuật nhận dạng tự động (Automatic Identification). Trước khi tìm hiểu
về nhận dạng nhãn vô tuyến, chúng ta cần biết qua về nhận dạng tự động. Nhận
dạng tự động (Automatic Identification) gọi tắt là “ID tự động” là một thuật ngữ chỉ
các công nghệ chủ dùng để giúp các máy nhận dạng các đối tượng. Nhận dạng tự
động thường được thực hiện bằng cách tự động bắt dữ liệu. Đó là cách mà các công
ty muốn nhận dạng các món đồ, bắt thông tin về chúng và bằng cách nào đó thu
nhận dữ liệu đưa vào máy tính mà không cần nhập dữ liệu bằng tay. Mục tiêu của
“ID tự động” là tăng tính hiệu quả, giảm lỗi dữ liệu đầu vào và giảm sức lao động
trong việc nhận dạng. Các công nghệ chủ được xếp dưới dạng “ID tự động” như:
mã vạch (Bar codes), nhận dạng tiếng nói, một số công nghệ sinh trắc học
(biometric), nhận dạng đặc trưng quang học (Optical character Recognition – OCR)
và nhận dạng nhãn vô tuyến (RFID).
Hình 1-
Các kỹ thuật nhận dạng tự động
RFID là thuật ngữ chung chỉ các công nghệ dùng sóng vô tuyến để nhận
dạng tự động con người và đồ vật từ xa. Hệ thống RFID bao gồm nhãn/thẻ RFID
1
Chương 1 : Tổng Quan Về Hệ Thống RFID
(RFID Tag) được tạo nên bằng vi chip (IC) có gắn anten và đầu đọc (Reader) có
gắn anten. Trên vi chip lưu giữ các thông tin để nhận dạng con người hoặc đồ vật
dưới dạng số theo thứ tự. Đầu đọc phát ra sóng điện từ và anten của thẻ thu các sóng
điện từ số, trong trường hợp các thẻ là thẻ thụ động thì nó hấp thụ năng lượng từ
trường điện từ do đầu đọc tạo nên và sử dụng năng lượng đó để nuôi các mạch vi
chip. Vi chip sau đó điều chế sóng để thẻ phát lại về phía đầu đọc và đầu đọc biến
đổi các sóng đó thành tín hiệu và từ đó nhận dạng đồ vật có gắn thẻ ở khoảng cách
từ 5cm đến 10m tùy vào loại thẻ thẻ.
Để tạo thành một hệ thống RFID hoàn chỉnh thì đầu đọc RFID cần nối với
máy chủ (host computer). Sau khi thu thập được dữ liệu từ thẻ, đầu đọc sẽ truyền dữ
liệu lên máy chủ nơi chứa phần mềm trung gian (middleware) để xử lý dữ liệu và
nối hệ thống RFID với hệ thống kỹ thuật thông tin lớn hơn để quản lý dữ liệu
(database, applications,...).
Hình 1-
Hệ thống RFID
Thẻ RFID không cần tiếp xúc với đầu đọc để được nhận dạng mà có thể bị
đọc từ khoảng cách xa tùy thuộc vào dải tần số hoạt động của thẻ và đầu đọc.
Không giống với thẻ thông minh (smart card) mà ta thường thấy sử dụng trong
dạng thẻ điện thoại hay thẻ ATM, nguồn năng lượng cấp cho thẻ RFID hoạt động
và trao đổi dữ liệu giữa thẻ RFID và đầu đọc không thông qua kết nối điện trực tiếp
2
Chương 1 : Tổng Quan Về Hệ Thống RFID
mà nhờ sự cảm ứng trường điện từ trong quá trình truyền sóng vô tuyến. Hệ thống
nhận dạng RFID vì vậy còn được hiểu là hệ thống nhận dạng không tiếp xúc
(contactless RFID system).
Hình 1-
Đầu đọc và thẻ không tiếp xúc RFID trong ứng dụng thực tế
1.1.1. Thẻ RFID (RFID Tag)
1.1.1.1. Các thành phần của thẻ RFID
Thẻ RFID (thường gọi là Tag hay Transponder) là những thẻ điện tử nhỏ có
thể dùng độc lập hoặc được dán lên đồ vật. Mỗi thẻ có một mã nhận dạng duy nhất
và có thể gắn kèm theo bộ nhớ để lưu trữ thêm dữ liệu, cảm biến môi trường hoặc
các cơ cấu bảo vệ. Thẻ RFID là loại thẻ không tiếp xúc (contactless card) gồm có 2
thành phần:
-
Vi mạch (Tag IC): Lưu giữ một số thứ tự duy nhất hoặc thông tin khác
dựa trên loại thẻ: Read-Only (RO), Read-Write (RW) hoặc Write Once
Read Many (WORM).
-
Anten: được gắn với vi mạch truyền thông từ chip đến đầu đọc, Anten
càng lớn cho biết phạm vi đọc càng lớn.
3
Chương 1 : Tổng Quan Về Hệ Thống RFID
Hai thành phần này được gắn lên trên lớp nền (Substrate) và sau đó sẽ được
đóng gói dưới nhiều hình dạng khác nhau tùy thuộc vào kích thước và ứng dụng.
Tag IC
Substrate
Anten
Hình 1-
Các thành phần của Tag RFID
Sơ đồ khối của 2 thành phần vi mạch (Tag IC) và anten trong thẻ RFID như
sau:
4
Chương 1 : Tổng Quan Về Hệ Thống RFID
CLOCK
EXTRACTOR
Tag
anten
AC/DC
Rectifier
Power
Control
MODULATOR
Hình 1-
-
LOGIC
UNIT
MEMORY
ENCODER
Sơ đồ khối vi mạch của Tag RFID thụ động
Vi mạch:
o Bộ chỉnh lưu (power control/rectifier): chuyển nguồn AC từ tín
hiệu anten của reader thành nguồn DC. Nó cung cấp nguồn đến
các thành phần khác của vi mạch.
o Máy tách xung (Clock extractor): rút tín hiệu xung từ tín hiệu
anten của đầu đọc.
o Bộ mã hóa (Encoder): mã hóa tín hiệu từ bộ nhớ và từ đầu đọc để
chuyển sang điều chế.
o Bộ điều chế (Modulator): tín hiệu nhận sau khi đã mã hóa được
điều chế và trở thành đáp ứng của thẻ, sau đó nó được truyền trở
lại reader.
o Đơn vị logic (Logic unit): chịu trách nhiệm cung cấp giao thức
truyền giữa thẻ và đầu đọc.
o Bộ nhớ vi mạch (Memory): được dùng lưu trữ dữ liệu. Bộ nhớ này
thường được phân đoạn (gồm vài block hoặc field). Một block nhớ
của thẻ có thể giữ nhiều loại dữ liệu khác nhau, ví dụ như một
phần của dữ liệu nhận dạng đối tượng được gắn thẻ, các bit
5
Chương 1 : Tổng Quan Về Hệ Thống RFID
checksum (chẳng hạn kiểm tra lỗi CRC) kiểm tra độ chính xác của
dữ liệu được truyền v.v…
Sự tiến bộ của kỹ thuật cho phép kích thước của vi mạch nhỏ đến mức
nhỏ hơn hạt cát (0,3mm2). Tuy nhiên, kích cỡ của thẻ không được xác
định bởi kích thước vi mạch của nó mà bởi chiều dài anten của nó.
-
Anten:
o Anten của thẻ được dùng để lấy năng lượng từ tín hiệu của đầu
đọc để làm tăng sinh lực cho thẻ hoạt động, gửi hoặc nhận dữ liệu
từ đầu đọc. Anten này được gắn vào vi mạch. Anten là trung tâm
đối với hoạt động của thẻ.
o Chiều dài anten của thẻ thường lớn hơn nhiều so với vi mạch của
thẻ vì vậy nó quyết định kích cỡ vật lý của thẻ. Một anten có thể
được thiết kế dựa trên một số nhân tố sau đây:
• Khoảng cách đọc của thẻ với đầu đọc.
• Hướng cố định của thẻ đối với đầu đọc.
• Hướng tùy ý của thẻ đối với đầu đọc.
• Loại sản phẩm riêng biệt.
• Vận tốc của đối tượng được gắn thẻ.
• Độ phân cực anten của đầu đọc.
Hiện tại, anten của thẻ được xây dựng bằng một mảnh kim loại mỏng (chẳng
hạn đồng, bạc hoặc nhôm). Tuy nhiên, trong tương lai có thể sẽ in trực tiếp anten
lên nhãn thẻ, hộp và sản phẩm đóng gói bằng cách sử dụng một loại mực dẫn có
chứa đồng, cacbon và niken.
1.1.1.2. Phân loại thẻ RFID
a) Phân loại theo nguồn cung cấp cho thẻ
Theo cách phân loại này thẻ RFID có 3 loại thẻ khác nhau: thẻ thụ động
(passive tag), thẻ bán thụ động (semi-passive tag) và thẻ tích cực (active tag).
6
Chương 1 : Tổng Quan Về Hệ Thống RFID
Thẻ thụ động (passive tag)
Thẻ thụ động là loại thẻ không có nguồn cung cấp bên trong. Nó hoạt động
nhờ năng lượng sóng vô tuyến cảm ứng thu được qua anten mà không cần nguồn
nuôi. Dòng điện xoay chiều cảm ứng này được chỉnh lưu để cung cấp nguồn điện
cho thẻ. Thẻ bắt đầu hoạt động khi dòng một chiều sau chỉnh lưu đạt được một giá
trị xác định. Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và đầu đọc, thì đầu
đọc luôn truyền trước rồi đến thẻ. Cho nên bắt buộc phải có đầu đọc để thẻ có thể
truyền dữ liệu của nó. Bằng việc cung cấp một tín hiệu sóng vô tuyến mang năng
lượng, đầu đọc có thể giao tiếp từ xa với một thiết bị không có nguồn nuôi. Dòng
điện này chỉ đủ cung cấp công suất cho mạch tích hợp CMOS trong thẻ phát đi tín
hiệu đáp ứng. Hầu hết các thẻ thụ động nhận tín hiệu nhờ tín hiệu sóng mang tán xạ
ngược lại từ đầu đọc. Điều này nghĩa là anten phải được thiết kế để vừa nhận công
suất từ tín hiệu đến và truyền đi tín hiệu tán xạ. Đáp ứng của một thẻ thụ động RFID
không chỉ là một số dạng nhận dạng ID (mã ID duy nhất – Unique IdentificationUID) mà nhiều dạng dữ liệu khác do con chip của thẻ có thể chứa bộ nhớ EEPROM
để lưu trữ dữ liệu. Do không có bộ nguồn cung cấp gắn liền trên mạch nên thẻ có
kích thước khá nhỏ, ví dụ như các sản phẩm gắn dưới lớp da kích thước chỉ khoảng
0,15mm x 0,15mm và còn mỏng hơn độ dày của một trang giấy (7,5μm). Thêm vào
đó anten cũng tạo cho thẻ có kích thước thay đổi từ kích thước con tem bưu điện
đến kích thước của một thẻ ATM. Các thẻ thụ động có khoảng cách đọc thực tế từ
2mm (ISO 14443) lên đến vài mét (EPC và ISO 18000-6) tùy thuộc vào tần số vô
tuyến lựa chọn và kích thước/thiết kế của anten. Các thẻ thụ động RFID không yêu
cầu nguồn và có thể nhỏ hơn nữa với thời gian tồn tại không giới hạn do nó chịu
được các hóa chất ăn mòn như axít và nhiệt độ cao (xấp xỉ 2040 oC). Thẻ thụ động
có chi phí sản xuất rẻ hơn (khoảng 0,5USD/chiếc) và không có pin nên phần lớn thẻ
RFID tồn tại ở dạng thụ động.
Thẻ bán thụ động (semi-passive tag)
Thẻ bán thụ động rất giống với thẻ thụ động trừ chi tiết nó có thêm nguồn
năng lượng bên trong (chẳng hạn như pin) nên nó còn được gọi là thẻ hỗ trợ pin
(battery-assited tag). Loại pin này cho phép IC của thẻ được cung cấp nguồn năng
7
Chương 1 : Tổng Quan Về Hệ Thống RFID
lượng không đổi và loại bỏ nhu cầu thiết kế anten để lấy nguồn từ tín hiệu đầu đọc
đưa đến. Vì thế các anten được tối ưu với tín hiệu bị tán xạ. Do đó các thẻ RFID bán
thụ động sẽ đáp ứng nhanh hơn mặc dù kém ổn định và không hiệu quả bằng các
thẻ tích cực.
Ưu điểm của thẻ bán thụ động so với thẻ thụ động là thẻ bán thụ động không
sử dụng tín hiệu của đầu đọc như thẻ thụ đông mà nó tự kích hoạt, nó có thể đọc ở
khoảng cách xa hơn thẻ thụ động. Vì không cần thời gian tiếp năng lượng cho thẻ
bán thụ động, thẻ có thể nằm trong phạm vi đọc của đầu đọc ít hơn thời gian đọc
quy định (không giống như thẻ thụ động), nên nếu đối tượng gắn thẻ bán thụ động
đang di chuyển ở tốc độ cao, dữ liệu thẻ vẫn có thể đọc được. Thẻ bán thụ động
cũng cho phép đọc tốt hơn ngay cả khi gắn thẻ bằng những vật liệu chắn và hấp thụ
sóng vô tuyến (RF-opaque và RF-absorbent). Sự có mặt của những vật liệu này có
thể ngăn không cho thẻ thụ động hoạt động đúng dẫn đến việc truyền dữ liệu không
thành công.
Phạm vi đọc của thẻ bán thụ động có thể lên đến 10m với điều kiện lý tưởng
bằng cách sử dụng mô hình tán xạ đã được điều chế (modulated back scatter) trong
sóng UHF và sóng vi ba.
Thẻ tích cực (active tag)
Không như các thẻ thụ động, các thẻ RFID tích cực có nguồn cấp bên trong
để cung cấp cho các IC tạo thành tín hiệu đầu ra. Các thẻ tích cực thường ổn định
hơn (ít lỗi hơn) các thẻ thụ động do khả năng kết nối "phiên" với đầu đọc. Đối với
loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và đầu đọc, thẻ luôn truyền trước, rồi
mới đến đầu đọc. Vì sự hiện diện của đầu đọc không cần thiết cho việc truyền dữ
liệu nên thẻ tích cực có thể phát dữ liệu của nó cho những vùng lân cận nó thậm chí
trong cả trường hợp đầu đọc không có ở nơi đó . Nhờ có nguồn cung cấp onboard
nên các thẻ tích cực có thể phát công suất cao hơn các thẻ thụ động, cho phép chúng
hoạt động hiệu quả hơn trong các môi trường có "tần số vô tuyến thay đổi" (người,
gia xúc) như nước, kim loại nặng (xe tải, container trở hàng) hoặc ở các khoảng
cách xa hơn. Nhiều thẻ tích cực có khoảng cách hoạt động vài trăm mét và thời gian
pin nên tới 10 năm. Một số thẻ tích cực còn bao gồm các bộ cảm biến (sensor) như
8
Chương 1 : Tổng Quan Về Hệ Thống RFID
cảm biến nhiệt độ dùng để giám sát độ chín hoặc giám sát nhiệt độ của các sản phẩn
dễ bị hỏng. Các cảm biến khác cũng được gắn với thẻ RFID tích cực như: độ ẩm,
va đập/biến động, ánh sáng, phóng xạ, nhiệt độ và không khí như etylen. Các thẻ
tích cực cũng thường có dải hoạt động dài hơn (xấp xỉ khoảng 30,5 m) và bộ nhớ
lớn hơn các thẻ thụ động và do đó có thể lưu trữ thêm các thông tin từ bộ phát đáp.
Hiện tại, thẻ tích cực nhỏ nhất có kích thước tương đương một đồng xu và được bán
với giá khá đắt khoảng 20USD nên loại thẻ này chỉ được sử dụng trong trường hợp
thật cần thiết.
b) Phân loại theo khả năng hỗ trợ ghi dữ liệu của thẻ
Theo cách phân loại này thẻ RFID phân ra làm 3 loại: thẻ chỉ đọc (Read
Only-RO), thẻ ghi một lần-đọc nhiều lần (Write Once Read Many-WORM), thẻ đọcghi (Read Write-RW).
Read Only (RO)
Thẻ RO có thể được lập trình (tức là ghi dữ liệu lên thẻ RO) chỉ một lần. Dữ
liệu có thể được lưu vào thẻ tại xí nghiệp trong lúc sản xuất. Việc này được thực
hiện như sau: các cầu chì (fuse) riêng lẻ trên vi mạch của thẻ được lưu cố định bằng
cách sử dụng chùm tia laser. Sau khi thực hiện xong, không thể ghi đè dữ liệu lên
thẻ được nữa. Thẻ này được gọi là factory programmed. Nhà sản xuất loại thẻ này
sẽ đưa dữ liệu lên thẻ và người sử dụng thẻ không thể điều chỉnh được. Thẻ RO có
dung lượng lưu trữ rất nhỏ (thường 64bits). Các thẻ thụ động đặc trưng là các thẻ
RO. Loại thẻ này chỉ tốt đối với những ứng dụng nhỏ mà không thực tế đối với quy
mô sản xuất lớn hoặc khi dữ liệu của thẻ cần được làm theo yêu cầu của khách hàng
dựa trên ứng dụng. Loại thẻ này được sử dụng trong các ứng dụng kinh doanh và
hàng không nhỏ.
Do ứng dụng đơn giản trên qui mô nhỏ nên hệ thống RFID được thiết kế
trong luận văn này bước đầu thực hiện trên thẻ RO.
Write Once Read Many (WORM)
Thẻ WORM có thể được ghi dữ liệu một lần, mà thường thì không phải được
ghi bởi nhà sản xuất mà bởi người sử dụng thẻ ngay lúc thẻ cần được ghi. Tuy nhiên
9
Chương 1 : Tổng Quan Về Hệ Thống RFID
trong thực tế thì có thể ghi được vài lần (khoảng 100 lần). Nếu ghi quá số lần cho
phép, thẻ có thể bị phá hỏng vĩnh viễn. Thẻ WORM được gọi là user
programmable.
Loại thẻ này có giá cả và hiệu suất tốt, có an toàn dữ liệu và là loại thẻ phổ
biến nhất trong lĩnh vực kinh doanh ngày nay.
Read Write (RW)
Thẻ RW có thể ghi dữ liệu được nhiều lần, khoảng từ 10.000 đến 100.000
lần hoặc có thể hơn nữa. Việc này đem lại lợi ích rất lớn vì dữ liệu có thể được ghi
bởi reader hoặc bởi thẻ (nếu là thẻ tích cực). Thẻ RW gồm thiết bị nhớ Flash và
FRAM (Ferroelectric RAM) để lưu dữ liệu nên có dung lượng bộ nhớ lớn (thường
trên 1 Kbit). Thẻ RW được gọi là field programmable hoặc reprogrammable. Sự an
toàn dữ liệu là một thách thức đối với thẻ RW. Hơn nữa, loại thẻ này thường đắt
nhất. Thẻ RW không được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng ngày nay, trong
tương lai có thể công nghệ thẻ phát triển thì chi phí thẻ giảm xuống.
1.1.2. Đầu đọc (Reader)
1.1.2.1. Nhiệm vụ và chức năng
Đầu đọc (Reader) là thiết bị kết nối không dây với thẻ RFID để nhận dạng
các đồ vật/đối tượng được gắn thẻ RFID. Đầu đọc có nhiệm vụ kích hoạt thẻ RFID,
truyền và nhận dữ liệu bằng sóng vô tuyến với thẻ, thực hiện giải điều chế và giải
mã tín hiệu nhận được từ thẻ ra dạng tín hiệu cần thiết để truyền về máy chủ, đồng
thời cũng nhận lệnh từ máy chủ để thực hiện các yêu cầu truy vấn hay đọc/ghi thẻ.
Tất cả các đặc điểm của truyền thông không dây như tạo kết nối, thực hiện chống
xung đột và các thủ tục xác thực quyền đều được thực thi bởi đầu đọc.
Đầu đọc thực hiện được những nhiệm vụ này là do phần mềm ứng dụng
(Application software) nằm trên máy chủ (PC) chỉ huy các lệnh đến đầu đọc theo
thủ tục master-slave, điều đó có nghĩa là trong cấu trúc phân cấp của hệ thống thì
Application software đóng vai trò là master còn đầu đọc đóng vai trò là slave chỉ
hoạt động khi có lệnh từ Application software. Để thực hiện một lệnh từ
Application software thì trước tiên đầu đọc phải thực hiện kết nối với thẻ. Lúc này
10
Chương 1 : Tổng Quan Về Hệ Thống RFID
đầu đọc đóng vai trò là master trong mối quan hệ với thẻ. Sau đó thẻ sẽ trả lời các
lệnh của đầu đọc.
Hình 1-
Thủ tục master-slave giữa Application software, reader và tag
Một lệnh đọc đơn giản từ Application software gửi đến đầu đọc có thể bắt
đầu từ một chuỗi các bước giao tiếp giữa đầu đọc và thẻ. Trong bảng 1.1, một lệnh
đọc đầu tiên được bắt đầu bởi việc kích hoạt thẻ theo sau đó là thủ tục xác thực và
cuối cùng là truyền các dữ liệu yêu cầu.
11
- Xem thêm -