Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Tính toán và thiết kế hệ thống Chương 4: Kết quả Chương 5: Kết luận và hướng phát triển 2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 ĐỊNH NGHĨA VỀ RFID Thế giới đang dần đổi mình và phát triển mạnh mẽ, trong đó nền công nghiệp hóa và tự động hóa ngày càng được phổ biến ứng dụng rộng rãi. Ngành công nghệ tự động hóa cho nhận dạng (Auto-ID) đang trở nên phổ biến trong các ngành công nghiệp, thương mại và sản xuất. Công nghệ nhận dạng giúp người dùng thu thập thông tin về đối tượng nhận dạng như con người, tài sản và vật nuôi [2]. Mặc dù công nghệ mã vạch (barcode) đã đem lại những thay đổi khá lớn, nhưng công nghệ đó chỉ là bước đầu của công nghệ nhận dạng và còn nhiều hạn chế khi số lượng đối tượng cần cho việc nhận dạng ngày càng tăng [3].
Ưu điểm chính của mã vạch là giá thành thấp, nhưng điểm yếu là khả năng cho việc lưu trữ hạn chế và không thể cập nhật lại ID mới [5]. Các thiết bị lưu trữ dữ liệu điện tử phổ biến được sử dụng trong cuộc sống ngày nay là các loại thẻ tín dụng, thẻ ngân hàng ,thẻ sim dựa trên việc tiếp xúc giữ thẻ với đầu đọc. Tuy nhiên, việc sử dụng loại thẻ này thường gây bất tiện vì phải tiếp xúc gần với đầu đọc. Hệ thống RFID đã ra đời để khắc phục những yếu điểm này [2].
Việc truyền nhận dữ liệu không cần tiếp xúc giữa thiết bị đầu đọc và thẻ RFID sẽ thuận tiện hơn nhiều. Kỹ thuật nhận dạng RFID đã trở nên phổ biến trong các năm thập niên 60 và 70 [9], và bắt đầu được ứng dụng mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực của đời sống. Kỹ thuật nhận dạng này đang dần được hoàn thiện hơn, từ việc nhận biết đơn giản đến nhận dạng duy nhất. Trong đầu những năm 80, RFID được ứng dụng phổ biến trong kiểm soát xe cộ tại Mỹ và đánh dấu nhận biết gia súc ở Châu Âu.
Hệ thống RFID cũng được sử dụng trong việc nghiên cứu đời sống hoang dã, cho phép theo dõi dấu vết của động vật trong tự nhiên [9]. Hệ thống RFID là một thiết bị nhận dạng các dữ liệu tự động và không dây, cho phép người sử dụng đọc và ghi dữ liệu mà không cần tiếp xúc trực tiếp. Ở Việt Nam, việc ứng dụng các hệ thống có tích hợp công nghệ RFID ngày càng tăng, mở ra một thị trường phát triển đầy tiềm năng cho các nghiên cứu và ứng dụng sản xuất [5]. 3 Hiện nay, các công nghệ mới luôn hướng đến sự đơn giản, tiện lợi và không dây.
Một thiết bị quan trọng trong xu hướng này là "Bộ nhận dạng tần số bằng sóng vô tuyến" (RFID), mang lại sự tự do và tiện lợi nhờ khả năng tự động hóa cao [10].2 MỘT SỐ LOẠI RFID Trong nhiều lĩnh vực tự động hóa, khác nhau tổ chức mô hình và quản lý, việc sử dụng RFID đang được áp dụng để cung cấp giải pháp tự động nhận dạng dữ liệu một cách hiệu quả và tối ưu hơn [11]. Công nghệ nhận dạng bằng RFID được phân chia theo từng loại tần số mà chúng hoạt động như là: tần số thấp (LF), tần số cao (HF) và tần số cực cao (UHF). Tần số này nó còn phụ thuộc vào độ lớn của sóng radio mà nó sử dụng trong việc giao tiếp của các thành phần của hệ thống [8]. Giới thiệu về RFID tần số thấp (LF RFID): - Tần số của hệ thống RFID LF được bao phủ khoảng từ 30 KHz đến 300 KHz, với các hệ thống phổ biến hoạt động ở 125 KHz, mặc dù cũng có một số hệ thống số ít hoạt động ở 134 KHz [6].
Nhóm mã tần số này cung cấp phạm vi đọc tầm ngắn, chỉ tầm dưới 10 cm và có tốc độ đọc dữ liệu chậm hơn nhiều so với các tần số cao hơn. Tuy nhiên, LF RFID lại ít bị ảnh hưởng bởi sự tác động của sóng radio. Hiện tại, LF RFID được ứng dụng phổ biến trong việc quản lý tài sản [7]. Giới thiệu về RFID tần số cao (HF RFID): - Công nghệ nhận dạng RFID sử dụng tần số cao HF có nhiều các ưu điểm nổi trội hơn so với công nghệ LF, đặc biệt là trong việc giám sát các vật thể bằng kim loại và các vật dụng có chứa nước.
HF RFID không chỉ có phạm vi đọc tần số lớn hơn mà còn có khả năng đọc qua nhiều thẻ cùng lúc. Tuy nhiên, công nghệ này cũng gặp một số bất tiện trong việc quản lý các khu vực có giá trị cao. - Hệ thống RFID HF hoạt động dãy tần trong phạm vi từ 3 MHz đến 30 MHz, đáp ứng với hầu hết các hệ thống RFID HF ở tần số hoạt động ở tần số 13,56 MHz. Phạm vi đọc được nâng cấp hơn so với LF có thể đọc xa hơn từ 10cm cho đến 1 mét.
Độ nhạy với nhiễu sóng vô tuyến được đáp ứng chấp nhận 4 ở mức độ trung bình. Hệ thống RFID HF thường được sử dụng trong các ứng dụng truyền dữ liệu, thanh toán và đặt vé. Thẻ HF còn được ứng dụng trong thẻ tín dụng, sách thư viện, hành lý của hãng hàng không để tiện cho việc theo dõi tài sản [11] [14]. - Một số tiêu chuẩn quan trọng cho HF RFID bao gồm: ⚫ ISO 15693: Tiêu chuẩn này dành cho việc truy xuất nguồn gốc đối tượng [13].
⚫ ECMA-340 và ISO/IEC 18092: Các tiêu chuẩn này dành cho NFC (Giao tiếp trường gần), một công nghệ có phạm vi đọc tầm hoạt động ngắn, được dùng để truyền nhận dữ liệu với các thiết bị [13]. ⚫ ISO/IEC 14443 B và ISO/IEC 14443 A: Ứng dụng trong các thẻ thông minh [11]. ⚫ JIS X 6319-4: Dành cho FeliCa, thường được ứng dụng trong thẻ có hệ thống thanh toán [10]. - Do không bị hạn chế nhiều về tần số và sự phổ biến tiện lợi của hệ thống thẻ thông minh, thẻ HF hiện là loại thẻ được sử dụng nhiều nhất trên thế giới.
Với khả năng hoạt động tốt trong nhiều môi trường, không gian khác nhau, công nghệ HF RFID ngày càng khẳng định vị thế và tầm quan trọng trong các ứng dụng quản lý và theo dõi hiện đại [15]. Giới thiệu về RFID tần số siêu cao (UHF RFID) - Hệ thống RFID tần số siêu cao hoạt động trong phạm vi 300 MHz - 3 GHz, với khoảng cách đọc có thể đạt tới 12 mét. Các hệ thống theo quy chuẩn UHF Gen2 cho RFID sử dụng dải tần từ 860MHz đến 960 MHz. Mặc dù có một số khác biệt về tần số giữa các khu vực, nhưng hầu hết các hệ thống UHF Gen2 RFID trên thế giới đều hoạt động từ 900MHz đến 915 MHz [16] [13].
- Tần số này đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Tần số UHF được quy chuẩn là tiêu chuẩn EPCglobal Gen2 (ISO 18000- 6C) UHF [12]. 5 Ngoài cách phân chia các dải tần số, công nghệ RFID còn được phân loại theo hai hệ thống đó là: thụ động và chủ động: - Hệ thống RFID chủ động: hoạt động chủ yếu trong dải tần số UHF. Trong hệ thống các thẻ RFID chủ động tự có nguồn năng lượng riêng.
Thẻ RFID chủ động được kích hoạt khi nó nhận được tín hiệu từ đầu đọc, sau đó sử dụng nguồn điện riêng để truyền tín hiệu quay về đầu đọc. Nhờ cơ chế khởi động này giúp tiết kiệm năng lượng. - Hệ thống RFID thụ động: hoạt động ở các dãi tần số siêu cao (UHF), tần số cao (HF) và tần số thấp (LF). Đầu đọc và antenna phát từ trường và tín hiệu đến thẻ RFID, và thẻ này sử dụng từ trường đó để lấy năng lượng và gửi lại phản hồi lại đầu đọc.
Các thẻ RFID thụ động có thể được thiết kế theo nhiều cách thức khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu của từng ứng dụng cụ thể nào đó. Chức năng RFID trong mỗi dải phạm vi tần số khác nhau: - Các tần số khác nhau có chức năng và mức độ tương thích không giống nhau, nên sẽ phù hợp với các lĩnh vực và ứng dụng riêng biệt. • Tần số thấp (LF): Thẻ này tiêu thụ ít năng lượng hơn và có thể đâm xuyên vật liệu phi kim, tuy nhiên nó chỉ đọc thẻ phạm vi ngắn, thường chỉ dưới 0. • Tần số cao (HF): Thẻ có thể đâm xuyên qua được những vật liệu kim loại giống tần số LF, phạm vi đọc khoảng 1m.
• Tần số siêu cao (UHF): Thẻ UHF có phạm vi hoạt động rộng hơn, truyền các dữ liệu nhanh so với các tín hiệu trên và xa hơn, nhưng khả năng đâm xuyên qua kim loại kém và yêu cầu công suất lớn hơn. Do đó, giữa thẻ và đầu đọc được khuyên dùng trong môi trương không có vật cản. Sự lựa chọn tần số phù hợp sẽ phụ thuộc các yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng.3 HỆ THỐNG RFID Một hệ thống nhận dạng thẻ RFID gồm các bộ phận chính sau: 6 - Thẻ RFID : Đây là thành phần cốt lõi của hệ thống RFID và được sử dụng trong tất cả các hệ thống RFID. Là nơi lưu trữ thông tin ID của thẻ, một thẻ có thể thay đổi ID nhiều lần theo mục đích sử dụng.
1: Cấu tạo của tag [9] - Đầu đọc: là bộ phận dùng để phát và thu nhận tín hiệu từ thẻ RFID phát ra khi nhận được năng lượng của đầu đọc đối với thẻ thụ động và khi nhận được tín hiệu khởi động đối với thẻ chủ động. 2: Đầu đọc RFID [9] - Mạch điều khiển (RFID Reader): dùng để điều khiển đầu đọc phát tín hiệu, giải mã tín hiệu đầu đọc nhận được từ tag RFID quét được. 3: Sơ đồ hệ thống RFID[11] 2.4 THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG RFID 2.1 Đặc trưng của hệ thống RFID Một hệ thống RFID cần 2 thành phần là: thẻ RFID và đầu đọc Hình 2. 4: Hệ thống RFID cơ bản [6].
Thẻ RFID dùng để gắn lên đối tượng cần nhận dạng. Khi thẻ RFID không ở trong phạm vi quét của đầu đọc thì nó sẽ không hoạt động và chỉ hoạt động khi nằm trong phạm vi của đầu đọc [9]. Đầu đọc được sử dụng tùy theo mục đích, vị trí, nó có thể chỉ đọc hoặc có khả năng ghi và đọc tùy theo yêu cầu mục đích chế tạo. Đầu đọc bao gồm chức năng thu phát sóng vô tuyến, một khối điều khiển và antenna để kết nối với thẻ RFID [12] .2 Thẻ RFID Thẻ RFID bao gồm hai thành phần chính: một ăng-ten và một chip điện tử.
Ăng-ten kết nối với đầu đọc RFID để nhận và truyền tín hiệu, trong khi chip điện tử thì lưu trữ dữ liệu.