Chương 1: Hệ thống RFID và các nguyên lý cơ bản Chương 2: Thiết kế anten cho thẻ RFID Chương 3: Mô phỏng và thiết kế anten trên máy tính. Chương 4: Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -2- CH¦¥NG 1 HÖ THèNG RFID Vµ C¸C NGUY£N Lý C¥ B¶n 1.1 Hệ thống RFID.1 Hệ thống nhận dạng tự động (Auto Identification-Auto ID): Trong vài 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.
Mã Vân vạch tay Quang Sinh học học Hệ thống nhận dạng Giọn tự động g nói Thẻ thông RFID minh Hình 1-1: Mô hình các hệ thống nhận dạng tự động. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -3- a) 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 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. b) 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.
c) 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. Qua đặc điểm của các hệ thống nhận dạng tự động trên, chúng ta có thể thấy rằng hầu hết các hệ thống nhận dạng tự động trên đều yêu cầu kết nối vật lý tiếp xúc với khoảng cách gần. Điều này gây rất nhiều bất tiện cho người sử dụng trong sử dụng hoặc quản lý. Với hệ thống RIFD, việc kết nối không dây giữa thiết bị mang thông tin và thiết bị đọc sẽ đem lại nhiều ứng dụng và tiện lợi hơn.
Trong thực tế, 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. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. So sánh các công nghệ nhận dạng tự động (Auto-ID) chính. Barcode Thẻ thông RFID thụ động RFID tích cực minh Thay đổi dữ Không thể Có thể thay Có thể thay đổi Có thể thay đổi liệu thay đổi đổi An toàn dữ Ở mức tối Ở mức cao Từ mức tối thiểu tới Ở mức cao liệu thiểu mức cao Dữ liệu 8 – 30 ký tự Lến tới 8MB Lên tới 64kB Lến tới 8MB truyền tải đến 7,200 số Chi phí Thấp Cao (hơn Trung bình (ít hơn Rất cao (10$ - 1$/thẻ) 25 cent/SP) 100$/thẻ) Tiêu chuẩn Ổn định và Độc quyền; Phát triển theo một Độc quyền và đã được quy không có tiêu quy chuẩn phát triển theo ước chuẩn.
một quy chuẩn mở. Tuổi thọ Ngắn Dài Không giới hạn 3 – 5 năm (pin) Khoảng Tầm nhìn Tiếp xúc trực Lên tới 1524cm Lên tới 100m và cách đọc thẳng (90 – tiếp (Không tiếp xúc) hơn nữa 180cm) Nhiễu tiềm Bụi hoặc vật Tiếp xúc mòn, Môi trường, địa Hầu như không ẩn cản giữa thẻ bẩn. hình ảnh hưởng tới do tín hiệu quảng và đầu đọc việc truyền sóng bá phát ra khá RF. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -5- Hình 1-2: Sơ đồ khối hệ thống RFID ứng dụng hoàn chỉnh 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -6- 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 thống RFID ngày nay được ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực và ngày càng phát triển. Hình trên cho thấy các thành phần một hệ thống RFID hoàn chỉnh [3], được ứng dụng tại các cửa hàng bán lẻ lớn. Phía dưới góc bên trái của hình là một tập hợp các thẻ RFID minh hoạ cơ chế nhận dạng của chúng. Reader được đặt bên trong và tại các dây chuyền đầu ra.
Các reader có thể đọc thẻ hàng trăm tới hàng ngàn lần một phút. Reader cũng phải được cấu hình và quản lý sao cho nó có thể phủ sóng hết các vùng mù, nơi mà khó nhận biết được thẻ. RFID middleware là phần mềm xử lý tất cả các quá trình trên. Edge applications là các ứng dụng bất kỳ của doanh nghiệp.
Dịch vụ thông tin RFID trình bày cơ chế lưu giữ các dữ kiện RFID và dữ liệu liên quan.3 Cấu trúc cơ bản của hệ thống RFID. Cấu trúc hệ thống RFID chủ yếu bao gồm một reader và một thẻ (hay còn gọi là label hoặc chip). Reader sẽ truy vấn thẻ, lấy thông tin, và sau đó xử lý theo thông tin vừa nhận được đó. Có thể chỉ đơn giản là hiển thị một con số nào đó trên một thiết bị cầm tay, hoặc chuyển thông tin đó tới một hệ thống POS , một cơ sở dữ liệu quản lý kho, hoặc chuyển tiếp tới một hệ thống thanh toán nào đó.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.1 Tag/ Thẻ Thẻ được sử dụng trong hệ thống RFID có chức năng như một bộ thu phát (transponder) [13], được thiết kế để có thể vừa có khả năng thu tín hiệu vô tuyến vừa có khả năng tự động phát đi trả lời. Kiểu hoạt động đơn giản nhất, đó là thẻ sẽ lắng nghe một tín hiệu vô tuyến, và sẽ gửi tín hiệu để trả lời (LBT – Listen before talk). Các hệ thống phức tạp hơn có thể phát đi một ký tự đơn hay một con số, hoặc có thể gửi một dãy ký tự hoặc dãy số. Và đối với những hệ thống tân tiến hơn, còn có thể cho phép tính toán, xác nhận và mã hoá đường truyền để bảo mật thông tin.
Cấu tạo một thẻ RFID thường bao gồm: Mạch giải mã, bộ nhớ, nguồn cung cấp, điều khiển giao tiếp và anten. Thẻ cũng có ba loại: đó là tích cực, thụ động và bán thụ động. Thẻ RFID thụ động bản thân không có pin hay nguồn cung cấp trong nó; do đó, nó phải lấy nguồn cung cấp từ tín hiệu của reader. Thẻ là một mạch cộng hưởng có khả năng hấp thụ nguồn cung cấp phát ra từ anten của reader.
Để nhận năng lượng từ reader, cần phải sử dụng một tính chất của trường điện từ gọi là trường gần. Tức là thẻ phải ở khoảng cách tương đối gần so với reader để có thể nhận được năng lượng từ reader. Năng lượng trường gần sẽ đảm bảo cung cấp đủ năng lượng cho thẻ sao cho ít nhất nó cũng có thể gửi được một đáp ứng cho reader. Ngược với thẻ thụ động là thẻ tích cực.
Thẻ tích cực bản thân đã có nguồn cung cấp bên trong, pin. Vì có năng lượng để cung cấp cho chính mạch điện tử của nó, nên nó có thể phát và thu độc lập mà không cần nguồn cung cấp từ trường gần của anten reader. Và cũng bởi vì nó không phụ thuộc vào nguồn cung cấp từ reader, nên chúng cũng không bị giới hạn hoạt động trong phạm vi trường gần. Nó có thể tương tác với reader ở khoảng cách xa hơn.
Một trong những lý do khiến thẻ tích cực ít được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới đó là do còn chưa có một tiêu chuẩn toàn cầu hoàn thiện dành cho nó. Thẻ bán thụ động cũng có pin để cung cấp năng lượng nhưng vẫn phụ thuộc vào trường gần để cấp nguồn cho mạch vô tuyến hoạt động trong quá trình phát và nhận dữ liệu. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -8- Một thẻ bao gồm hai thành phần chính bên trong: ASIC hay microchip và anten. Microchip là chip vi xử lý nhỏ lưu giữ một dãy số nhận dạng duy nhất cho chip đó.
Microchip còn có khả năng xử lý các tình huống khi thẻ giao tiếp với reader. Anten sẽ cấp năng lượng thu được cho microchip và microchip có thể trao đổi dữ liệu với reader. Thẻ cũng được chia ra thành các lớp và các thế hệ: Lớp 0, Lớp 1 và Thế hệ 1 (Gen 1), Thế hệ 2 (Gen 2) (Nhằm phân biệt so với thẻ của các công nghệ nhận dạng khác, và cũng như phân loại thẻ theo các tuỳ chọn riêng của chúng). • Thẻ lớp 0: Là loại thẻ chỉ-đọc, tức là dữ liệu trên thẻ được ghi bởi nhà sản xuất là không thể thay đổi được.
• Thẻ lớp 1: Thẻ có thể ghi/đọc, có thể ghi bất kỳ thông tin gì lên chúng theo mục đích của từng ứng dụng cụ thể và có thể đọc dữ liệu ra vô hạn định. Viết một lần, đọc nhiều lần (WORM). Về nguyên lý, kích thước thẻ càng lớn thì thẻ càng ít có đối tượng nhận dạng có kích thước phù hợp để gắn vào. Nhưng kích thước thẻ càng nhỏ thì khoảng đọc lại càng ngắn.2 Đầu đọc (Reader) Thành phần thứ hai trong hệ thống RFID cơ bản đó là reader.