Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID 1. Giới thiệu công nghệ RFID 1. Khái niệm Công nghệ RFID là một công nghệ nhận dạng đối tượng sử dụng sóng vô tuyến, cho phép thiết bị đọc được thông tin đối tượng qua con chip mà không cần tiếp xúc trực tiếp, không có giao tiếp vật lý và ở khoảng cách xa. Nói cách khác, RFID cung cấp phương pháp truyền, nhận dữ liệu điểm – điểm.
Công nghệ RFID Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để truyền dữ liệu từ các thẻ đến các đầu đọc. Thẻ RFID có kích thước nhỏ và có thể gắn vào sản phẩm, gắn trên người, động vật. Thẻ RFID chứa các chip silicon và các angten cho phép nhận lệnh và đáp ứng lại bằng tần số vô tuyến RF từ một RFID phát đáp. Reader quét dữ liệu của thẻ và gửi thông tin đến cơ sở dữ liệu có lưu trữ dữ liệu của thẻ.
Đều là công cụ nhận dạng nhưng RFID đã phát triển hơn mã vạch - công cụ dùng để chứa thông tin về sản phẩm như: nước sản xuất, tên doanh nghiệp, lô hàng, tiêu chuẩn chất lượng đăng ký, thông tin về kích thước sản phẩm, nơi kiểm tra. RFID sử dụng phương pháp truyền và nhận dữ liệu từ một điểm đến các điểm khác có khoảng cách và đầu đọc không nhất thiết phải thấy thẻ; khả năng 7 giả mạo gần như không thể (phương pháp mã vạch rất dễ giả mạo); có khả năng đọc/ghi khi cập nhật thông tin và dung lượng dữ liệu lớn; khả năng đồng thời quét nhiều thẻ một lúc. RFID tái sử dụng nhiều lần với thời gian lâu, chịu được các điều kiện khắc nghiệt hơn mã vạch. Lịch sử hình thành Bằng sáng chế đầu tiên được gắn liền với tên viết tắt RFID được cấp cho Charles Walton vào năm 1983, tuy nhiên RFID có nguồn gốc sớm hơn.
Năm 1945, Leon Theremin phát minh ra một công cụ nghe lén cho chính phủ Liên Xô cũ bằng cách truyền các sóng tần số vô tuyến được tạo thành do sự phản xạ của các sóng âm thanh. Thiết bị này là một thiết bị chuyển đổi âm thanh thụ động chứ không phải là một thẻ nhận dạng và chính là thiết bị đầu tiên sử dụng nguyên lý như một hệ thống RFID thụ động. Thiết bị của Leon Theremin cấp bằng sang chế vào ngày 23 tháng 1 năm 1973 là tổ tiên thực sự đầu tiên của hệ thống RFID hiện đại, vì nó là một transponder phát thanh thụ động được trang bị bộ nhớ. Những năm 1990, RFID trở nên phổ biến đến mức các tiêu chuẩn bắt đầu xuất hiện, được sử dụng rộng rãi bởi người tiêu dùng và các công ty trên toàn cầu.
Những cải tiến RFID năm 2000 là: cải tiến công nghệ dẫn đến thiết bị thu nhỏ, chi phí của RFID tiếp tục giảm và khả năng nhận diện được gia tăng. Với chi phí giảm, giá thành rẻ, độ tin cậy cao, RFID đang được phổ biến với đời sống thường nhật của chúng ta hơn. Phân loại Hệ thống RFID có thể phân loại dựa trên: nguồn cung cấp thẻ và tần số hoạt động. Phân loại dựa trên nguồn cung cấp thẻ: - RFID tích cực - RFID thụ động Phân loại dựa trên tần số hoạt động: Tần số hoạt động của RFID là tần số sóng điện từ phát ra từ đầu aten trên đầu đọc và thẻ, cho biết tốc độ và khoảng cách truyền/ nhận dữ liệu.
RFID hoạt động ở tần số cao tương đương với phạm vi đọc xa, tốc độ đọc nhanh nhưng tốn nhiều năng lượng. RFID sử dụng sóng từ 125 KHz đến 5,8GHz được chia làm 4 8 dải tần: Low – Frequency, High – Frequency, Ultrahigh – Frequency, Microware – Frequency. Các dải tần số hoạt động RFID - Low – Frequency: 125 KHz – 134 KHz, phù hợp với các ứng dụng phạm vi ngắn như hệ thống chống trộm, khóa tự động. - High – Frequency: 10 MHz – 15 MHz, với phạm vi quét khoảng 1m, thích hợp cho các ứng dụng đọc các item như quản lý hiệu sách, theo dõi hành lý trên máy bay.
- Ultrahigh – Frequency: 860 MHz – 960 MHz, cho phép khoảng cách đọc lên đến vài mét, thích ứng cho các ứng dụng dây chuyền vì tốc độ và phạm vi của nó, được ứng dụng trong quản lý hàng tại các nhà kho, các dây chuyền sản xuất tự động. - Microware – Frequency: 2,45 GHz – 5,8 GHz, cho phép khoảng cách truyền xa hơn, tốc độ nhanh, lên đến vài chục mét, giá thành đắt. Đặc điểm, giá thành và ứng dụng của các tần số RFID tương ứng Tần Giá Đặc điểm Ứng dụng số thành Low – Tốc độ đọc chậm Không đắt Điều khiển truy Frequency Dễ dàng xuyên qua các vật nhập phi kim Kiểm kê Khoảng cách đọc: ngắn- trung bình 9 High – Tốc độ đọc trung bình Không quá Điều khiển truy Frequency Khoảng cách đọc: ngắn – đắt nhập trung bình Ultrahigh – Khoảng cách đọc lớn Đắt Hệ thống nhận dạng Frequency Tốc độ đọc nhanh và điều khiển vào ra của xe cộ Yêu cầu tầm nhìn thẳng Kiểm kê hoàng hoá trước khi vào kho Microware – Khoảng cách đọc lớn Đắt Hệ thống nhận dạng Frequency Tốc độ đọc nhanh và điều khiển vào ra của xe cộ Yêu cầu tầm nhìn thẳng 1. Thành phần cấu tạo Một hệ thống RFID bao gồm 3 thành phần chính là : - Thẻ: thẻ điện tử có anten và chip chứa thông tin thẻ.
- Đầu đọc: chứa chip và anten để giao tiếp, đọc thông tin thẻ. - Máy chủ (Host computer – server) và cơ sở dữ liệu dùng để nhận, lưu trữ, xử lý các thông tin được truyền đến từ đầu đọc. Hệ thống RFID Đầu đọc và các thẻ giao tiếp qua các sóng điện từ, nơi mà các thông tin đã được mã hóa thành các tín hiệu điện từ. Tùy theo thiết kế mà ta có thể phân ra làm 2 chế độ trong giao tiếp đó là: đầu đọc nói trước (Reader talks first) và thẻ nói trước (Tag talks first).
10 Đầu đọc và máy tính giao tiếp với nhau thông qua một phần mềm điều khiển, phần mềm này giúp người điều khiển dễ dàng theo dõi, vận hành, quản lý và cập nhật các thông tin trong hệ thống RFID. Thẻ RFID (Tag) Thẻ RFID là thiết bị được gắn trên đối tượng cần nhận dạng, chứa thông tin về đối tượng đó. Nó sẽ truyền thông tin này về cho đầu đọc để định danh đối tượng hoặc truyền các thông tin tùy vào mục đích sử dụng của thẻ, khi đó nó sẽ truyền các thông tin mà các cảm biến này có được về cho đầu đọc. Các đặc điểm chính của thẻ RFID Thẻ RFID có những đặc điểm: - Tính đóng gói: các thẻ có thể được gắn vào các nút nhựa PVC, các lọ nhỏ bằng thủy tinh, các nhãn giấy hay các tấm nhựa.
Chúng có thể được gắn vào trang sức, treo vào xâu chìa khóa, hoặc gắn vào đầu các chìa khóa. Chuẩn DIN/ISO 69873 định nghĩa một chuẩn cho phép các thẻ có thể được gắn vào bên trong các thiết bị máy móc. Một số thẻ dùng trong các dây chuyền lắp ráp xe hơi được thiết kế và đóng gói để không bị phá hủy bởi nhiệt độ cao của những căn phòng làm khô sơn. Tóm lại, cách thức đóng gói thẻ là rất đa dạng.
Tính đóng gói của thẻ RF - Tính móc nối: Tính móc nối đề cập đến cách thức đầu đọc và thẻ truyền thông cho nhau. Các phương pháp móc nối khác nhau có những điểm mạnh-yếu riêng. Sự lựa chọn phương pháp đặc biệt ảnh hưởng tới phạm vi liên lạc, giá thành của thẻ và các điều kiện gây ra nhiễu. - Khả năng lưu trữ thông tin: Có nhiều loại thẻ có vùng nhớ khác nhau.
Thẻ chỉ đọc chỉ lưu trữ một giá trị cụ thể duy nhất tại nhà máy. Người dùng có thể ghi 1 giá trị vào các thẻ “ghi một lần”, trong khi các thẻ “ghi nhiều lần” cho phép thay đổi giá trị nhiều lần. Một số thẻ cũng có thể thu thập các thông tin mới, như nhiệt độ hay tần suất đọc, trên chính nó. Dung lượng vùng nhớ của thẻ 11 đi từ 1 bit dùng để chống trộm đến các thẻ có thể lưu trữ vài ngàn byte dùng trong các dây chuyền sản xuất xe hơi.
Phân loại thẻ RF Phân loại theo tiêu chí có năng lượng trực tiếp: thẻ có năng lượng trực tiếp (thẻ tích cực), thẻ không có năng lượng trực tiếp (thẻ thụ động) và thẻ bán tích cực. Thẻ thụ động Loại thẻ này không có nguồn bên trong, sử dụng nguồn nhận được từ đầu đọc để hoạt động và truyền dữ liệu được lưu trữ trong nó cho đầu đọc. Thẻ thụ động có thành phần đơn giản, giá thành rẻ nên dễ dàng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội như: y tế, quản lý cửa hàng, thư viện, giao thông vận tải,. Thẻ thụ động có cấu trúc đơn giản và không có các thành phần động.
Thẻ như thế có một thời gian sống dài và thường có sức chịu đựng với điều kiện môi trường khắc nghiệt. Chẳng hạn, một số thẻ thụ động có thể chịu đựng các hóa chất gặm mòn như acid, nhiệt độ lên tới 400°F (xấp xỉ 204°C) và cao hơn nữa. Thẻ RF thụ động Đối với loại thẻ này, khi thẻ và đầu đọc truyền thông với nhau thì đầu đọc luôn truyền trước rồi mới đến thẻ. Cho nên bắt buộc phải có đầu đọc để thẻ có thể truyền dữ liệu của nó.
Thẻ thụ động nhỏ hơn thẻ tích cực hoặc thẻ bán tích cực. Nó có nhiều phạm vi đọc, ít hơn 1 inch đến khoảng 30 feet (xấp xỉ 9 m). Nguyên lý hoạt động của thẻ RF thụ động Thẻ thụ động bao gồm những thành phần chính sau: - Vi mạch: Vi mạch thẻ thụ động thường bao gồm: bộ chỉnh lưu, máy tách xung, bộ điều chế, đơn vị logic, bộ nhớ vi mạch. - Anten: Anten thẻ thụ động được gắn vào vi mạch, dùng để lấy năng lượng từ tín hiệu của đầu đọc để làm năng lượng cho thẻ hoạt động và giao tiếp với đầu đọc.
Một anten được thiết kế dựa vào các nhân tố: khoảng cách đọc và hướng đọc của thẻ với đầu đọc, vận tốc của đối tượng gắn thẻ, loại sản phẩm riêng biệt,. Đặc điểm của thẻ thụ động: - Khoảng cách truyền ngắn. - Khung truyền của một gói dữ liệu là cố định - Giao thức truyền không thay đổi dẫn đến tính bảo mật kém. - Bù lại thẻ thụ động có giá thành rẻ hơn.
- Hoạt động tốt trong môi trường khắc nghiệt.