MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Chúng ta đang sống trong thế kỷ XXI - kỷ nguyên của khoa học công nghệ phát triển. Con ngƣời đã tạo ra đƣợc rất nhiều các công cụ phục vụ cho đời sống của mình. Tuy nhiên, thực tế cho thấy, môi trƣờng sống của chúng ta đang bị suy thoái nghiêm trọng. Sức khỏe của con ngƣời luôn bị đe dọa bởi dịch bệnh, ô nhiễm.
Số bệnh nhân nhập viện ngày càng tăng.Ở Việt Nam, các bệnh viện thƣờng xảy ra tình trạng quá tải bệnh nhân, mỗi lần đi khám bệnh và điều trị, bệnh nhân phải chuẩn bị một khoảng thời gian khá dài(Phụ lục 1: Một số hình ảnh về tình trạng quá tải tại bệnh viện hiện nay – trang 76). Theo đề tài nghiên cứu “Đánh giá tình hình quá tải của một số bệnh viện tại Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh và đề xuất giải pháp khắc phục” của TS. Khƣơng Anh Tuấn và cộng sự tại Khoa nghiên cứu Quản lý hệ thống cung ứng dịch vụ y tế, thuộc Viện chiến lƣợc và Chính sách Y tế, đã nêu rõ:“Ngoài những nguyên nhân nhƣ: tình trạng vƣợt tuyến, tâm lý bệnh nhân, uy tín của các bệnh viện. Một nguyên nhân quan trọng đƣợc đề cập đó là: Thủ tục hành chính quá rƣờm rà và chƣa áp dụng nhiều công nghệ vào trong quản lý, khám-xét nghiệm và điều trị”.
Đối với các nƣớc phát triển, việc nghiên cứu và triển khai ứng dụng công nghệ nhận dạng đối tƣợng bằng sóng vô tuyến (RFID - Radio Frequency Identification)để ứng dụng trong các bệnh viện nhằm tối ƣu hóa trong việc khám chữa bệnh và cấp phát thuốc khá phổ biến. Tại Việt Nam, mặc dù đã có những xu hƣớng tự động hóa quá trình điều khiển các thiết bị nhận dạng sử dụng công nghệ RFID, xong cho tới thời điểm này, việcthiết kế và làm chủ công nghệ thiết kế đầu đọc thẻ RFID, đặc biệt ứng dụng trong lĩnh vực y học vẫn là lĩnh vực mới và cần thiết phải triển khai. Với những luận cứ trên, tác giả đã lựa chọn thực hiện đề tài này với mục đích thiết kế, chế tạo đầu đọc thẻ công nghệ RFID tần số 125kHz và ứng dụng trong lĩnh vực y dƣợcnhằm đáp ứng nhu cầu khám chữa bệnh và cấp phát thuốc. Việc ứng dụng công nghệ RFID trong y học sẽ giảm đƣợc rất nhiều thời gian và chi phí quản lý.
Ngoài ra, sản phẩm của đề tài này có tính mở, có thể áp dụng cho nhiều đối tƣợng thuộc các lĩnh vực khác nhau trong xã hội. Mục tiêu và phƣơng pháp nghiên cứu: Luận văn đƣợc thực hiện với mục đích thiết kế đầu đọc thẻ công nghệ RFID tần số 125kHz và ứng dụng trong y dƣợcvới mong muốn giải quyết nhu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 12 cầu cấp thiết hiện nay tại các bệnh viện là việc có đƣợc một hệ thống quản lý bệnh nhân thông minh, trợ giúp cho việc khám, theo dõi và điều trị một cách nhanh chóng, thuận tiện. Phƣơng pháp nghiên cứu đƣợc lựa chọn để thực hiện đề tài của luận văn là thống kê, phân tích, thiết kế hệ thống; thực nghiệm và đánh giá kết quả với mục tiêu là thiết kế đầu đọc thẻ công nghệ RFID tần số 125kHz có thể áp dụng trong thực tế. Cấu trúc luận văn Luận văn đƣợc trình bày với nội dung gồm 4 chƣơng: Chƣơng 1: Cơ sở lý thuyết.
Chƣơng 2: Thiết kế đầu đọc thẻ công nghệ RFID tần số 125KHz. Chƣơng 3: Thiết kế bộ điều khiển trung tâm để thu nhận dữ liệu từ đầu đọc thẻ. Chƣơng 4: Thử nghiệm và ứng dụng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 13 CHƢƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Công nghệ RFID là gì? RFID (Radio Frequency Identification) là phƣơng pháp nhận dạng tự động dựa trên giao tiếp không tiếp xúc giữa đầu đọc và thẻ chíp.
Thẻ RFID có kích thƣớc nhỏ gọn và có thể gắn vào sản phẩm, tích hợp vào thẻ sinh viên, thẻ nhân viên. Thẻ có chứa chíp và antenna cho phép giao tiếp với đầu đọc (Reader) thông qua sóng vô tuyến (Radio Frequency). Cấu trúc cơ bản của một hệ thống RFID Hình 1.1: Mô hình một hệ thống RFID đơn giản Cấu trúc cơ bản của một hệ thống RFID bao gồm: + Thẻ chíp (Tag) đƣợc gắn vào vật cần nhận dạng (hàng hoá, sách vở, thƣ tín…) + Đầu đọc (Reader) là một thiết bị điện tử tích hợp với các chức năng giao tiếp và xử lý thông tin nhận đƣợc từ thẻ và gửi về Server. + Server là một máy tính cá nhân hoặc máy chủ lớn để lƣu trữ Cơ sở dữ liệu cũng nhƣ quản lý hệ thống nhờ các phần mềm.
Thẻ RFID (Tags) Thẻ RFID phải đƣợc thiết kế sao cho nó có chức năng nhƣ một bộ thu phát (transponder), vừa thu tín hiệu vô tuyến từ đầu đọc, vừa tự động phát đi tín hiệu trả lời. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 14 Cấu tạo của thẻ thƣờng bao gồm các thành phần: - Mạch giải mã - Bộ nhớ - Nguồn cung cấp - Điều khiển giao tiếp - Antenna Thẻ RFID đƣợc chia thành 3 loại: Thẻ thụ động, thẻ bán thụ động và thẻ tích cực. Thẻ thụ động (passive Tags) Các thẻ RFID thụ động không có nguồn cung cấp bên trong. Do vậy, nó phải lấy nguồn cung cấp từ tín hiệu sóng vô tuyến mà đầu đọc gửi đến.
Trong thẻ cần có một mạch cộng hƣởng có khả năng hấp thụ năng lƣợng từ đầu đọc phát ra. Để thu đƣợc năng lƣợng này, thẻ phải có một khoảng cách gần nhất định so với đầu đọc. Điều này phụ thuộc vào độ lớn hay nhỏ của tần số RF.2: Hoạt động của Hệ thống RFID sử dụng Thẻ thụ động 1. Thẻ bán thụ động (Semi – Passive Tags) Loại thẻ này có thêm một pin nhỏ để cung cấp nguồn ổn định cho chip trên thẻ.
Tuy nhiên trong khi giao tiếp với đầu đọc nó vẫn cần lấy nguồn nuôi từ tín hiệu sóng vô tuyến của đầu đọc gửi đến. Thẻ tích cực (Active Tags) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 15 Ngƣợc lại với thẻ thụ động, thẻ tích cực đƣợc trang bị sẵn nguồn nuôi bên trong dùng để cung cấp năng lƣợng ổn định cho các IC, mạch thu phát. Do vậy, chúng có thể tƣơng tác với Reader ở khoảng cách xa hơn, trong các môi trƣờng mà sóng vô tuyến bị thay đổi ( nhƣ nƣớc, gỗ, thép…) Hình 1.3: Thẻ tích cực 1. Đầu đọc thẻ (Reader) Đầu đọc thẻ RFID là một thiết bị điện tử tích hợp.
Nó gồm các module nhƣ: Module giao tiếp vô tuyến sử dụng Antenna, Module mã hoá và giải mã, Module xử lý tín hiệu từ thẻ, Module truyền thông ( Hỗ trợ kết nối RS232, USB, LAN…) Các antenna có thể gắn trong đầu đọc hoặc gắn rời. Chúng có nhiệm vụ thu và phát tín hiệu sóng radio giao tiếp với thẻ. Các tần số quy định trong công nghệ RFID Hệ thống RFID hoạt động tốt hay xấu phụ thuộc vào dải tần số tƣơng ứng với cấu tạo của chúng (Tần số hoạt động). Tần số hoạt động sẽ ảnh hƣởng tới khoảng đọc, tốc độ trao đổi dữ liệu,…Vì hệ thống RFID cùng tồn tại và hoạt động với các hệ thống thông tin khác nhƣ: Hệ thống di động, truyền hình, thông tin vệ tinh.
nên tần số của nó bị giới hạn. 400kHz 3MHz 30MHz 300MHz 1GHz 10GHz LFHFUHFMicroware 125KHz 13.4: Dải tần hoạt động của hệ thống RFID LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 16 Các tần số từ 30kHz – 400kHz đƣợc coi là dải tần thấp (LF). Hệ thống LF RFID hoạt động chủ yếu ở tần số 125kHz hoặc 134. Các hệ thống này thƣờng sử dụng các loại thẻ thụ động, có tốc độ truyền dữ liệu thấp và thích hợp cho các ứng dụng mà môi trƣờng hoạt động có các đối tƣợng cần nhận dạng là kim loại.
Đối với dải tần số từ 3MHz- 30MHz gọi là dải tần số cao (HF). Các hệ thống HF RFID cũng hoạt động tốt trong các môi trƣờng kim loại, chất lỏng và cũng dùng thẻ thụ động. Băng siêu cao tần (UHF) có dải tần số từ 300MHz tới 1GHz. Các hệ thống UHF RFID sử dụng cả thẻ thụ động và thẻ tích cực, tốc độ truyền dữ liệu cao.
Tuy nhiên dải tần này chƣa đƣợc chấp nhận rộng rãi trên thế giới. Băng tần viba (MWF) có dải tần số trên 1GHz. Hệ thống MWF RFID hoạt động tại một trong các tần số 2.45GHz là tần số đƣợc sử dụng phổ biến nhất. Hệ thống sử dụng dải tần này có thể dùng cả thẻ tích cực và thụ động.
Chúng có tốc độ giao tiếp nhanh nhất trong tất cả các hệ thống trên. RFID Server Máy chủ quản lý hệ thống RFID giao tiếp với đầu đọc thông qua cổng COM, USB, hay LAN/Wireless. Chúng có chức năng xử lý và lƣu trữ dữ liệu gửi lên từ đầu đọc, gửi lệnh phản hồi tới bộ Vi xử lý của đầu đọc. RFID Sever đơn giản có thể là một máy tính cá nhân lƣu trữ thông tin và giao tiếp, quản lý hệ thống RFID thông qua một phần mềm chuyên dụng đƣợc lập trình phù hợp với từng ứng dụng cụ thể.
Ưu nhược điểm của hệ thống dùng RFID 1. Ưu điểm Hệ thống RFID có khả năng xử lý đồng thời nhiều đối tƣợng cùng một lúc. Trong khi các hệ thống nhận dạng tự động khác xử lý đơn hoặc xử lý theo chuỗi. Không phải sắp xếp: Lƣu dấu, kiểm soát các đối tƣợng mà không cần phải sắp xếp.
Điều này tiết kiệm thời gian xử lý dữ liệu hệ thống RFID rất nhiều. Kiểm kê với tốc độ cao mà không cần tiếp xúc: Nhiều đối tƣợng có thể đƣợc quét tại cùng một thời điểm, có thể lên đến 40 thẻ trong 1-2 giây. Kết quả là thời gian để đếm các đối tƣợng đã giảm thực sự. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 17 Khả năng đọc ghi dữ liệu nhiều lần: Một số loại thẻ cho phép ghi và ghi lại nhiều lần.
Trong trƣờng hợp tái sử dụng thẻ RFID đây là cơ hội để tiết kiệm chi phí. Thẻ RFID hoạt động đáng tốt trong môi trƣờng không thuận lợi (ví dụ nóng, ẩm, bụi, bẩn, môi trƣờng ăn mòn hay có sự va chạm…) Triển khai hệ thống RFID sẽ tăng năng suất lao động, tự động hóa nhiều quá trình sản xuất, tăng sự thỏa mãn khách hàng và tăng lợi nhuận. - Tốn ít nhân lực quản lý và vận hành hệ thống - Thích ứng cho nhiều môi trƣờng khác nhau - Khả năng lƣu trữ lớn, độ chính xác cao. - Tuổi thọ của hệ thống cũng dài hơn, đối với thẻ thụ động thì không cần nguồn nuôi.
Nhược điểm - Chi phí triển khai cao: giá thành của hệ thống RFID hiện nay vẫn rất cao, chƣa thể đáp ứng rộng rãi trong các lĩnh vực của cuộc sống.