Tổng quan về công nghệ RFID

Phần 1:Tổng quan về công nghệ RFID Lịch sử phát triển của hệ thống RFID Thế giới ta trong giai đoạn đổi mới và phát triển mà trong đó nền công nghiệp hóa, tự động hóa ngày càng được ứng dụng nhiều và đặc biệt nền công nghệ tự động hóa nhận dạng (Auto-ID) đang trở nên phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp dịch vụ, công nghiệp thương mại và trong nhiều nhà máy sản xuất. Công nghệ nhận dạng tồn tại giúp cho chúng ta có thể nhận được các thông tin về đối tượng nhận dạng : con người, tài sản,vật nuôi, … Công nghệ mã vạch (Barcode) đã mang lại sự thay đổi đáng kể, nhưng nó chỉ mang là bước đầu của một ngành công nghệ và còn có nhiều thiếu sót khi mà số lượng đối tượng cần nhận dạng ngày một tăng lên. Ưu điểm của công nghệ mã vạch là giá thành thấp, khuyết điểm là khả năng lưu trữ thấp, không có khả năng lập trình lại. Các thiết bị mang dữ liệu điện tử phổ biến nhất trong cuộc sống hàng ngày là loại thẻ thông minh dựa trên một môi trường tiếp xúc (ví dụ: thẻ điện thoại, thẻ tín dụng, thẻ ngân hàng …).Tuy nhiên thiết bị tiếp xúc với thẻ thông minh thường không linh hoạt . Hệ thống RFID ( RFID : Radio Frequency Identification) ra đời nhằm khắc phục những nhược điểm trên. Sự truyền dữ liệu không cần phải tiếp xúc giữa thiết bị mang dữ liệu và đầu đọc của nó trong hệ thống RFID sẽ linh hoạt hơn. Kỹ thuật RFID ngày càng được nhiều người biết đến trong những thập niên 60 và 70, bắt đầu xuất hiện nhiều hơn ứng dụng này trong nhiều mặt của cuộc sống. Kỹ thuật này ngày càng được hoàn thiện, từ nhận biết trở thành nhận dạng (from detection to unique identification). RFID tiên tiến vào đầu những năm 80, có những ứng dụng rộng rãi trong việc kiểm soát xe tại Mỹ hay đánh dấu đàn gia súc ở Châu Âu. Hệ thống RFID cũng đựơc ứng trong đời sống hoang dã, các thẻ RFID được gắn vào con vật, nhờ thế mà có thể lần theo dấu vết của chúng trong môi trường thiên nhiên hoang dã. Hệ thống RFID là hệ thống nhận dạng dữ liệu tự động và không dây, cho phép việc đọc và ghi dữ liệu và không cần tiếp xúc trực tiếp với hệ thống. Chúng tỏ ra rất hữu ích trong sản xuất và hoạt động được trong những điều kiện môi trường mà kỹ thuật khác không thể làm được. Tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng các hệ thống RFID ngày càng nhiều và mở ra một thị trường đầy tiềm năng cho các nhà nghiên cứu và sản xuất. Tuy nhiên, để đón nhận , vận dụng và phát triển 1 hệ thống mới này, chúng ta cần có sự hiểu biết nhất định về chúng. Ngày nay các công nghệ mới đều hướng đến sự giản đơn, tiện lợi và một cách đặc trưng quan trọng là khả năng không dây (wireless). Một thiết bị chủ yếu trong hướng phát triển này là “Bộ nhận dạng tần số bằng sóng vô tuyến:RFID” (RFID: Radio Frequency Identification) làm cho con người được giải phóng, tự do và thỏa mái hơn về khả năng tự động của nó. 2. Phân loại các hệ thống nhận dạng 2.1 Hệ thống nhận dạng bằng mã vạch (Barcode system) Mã vạch là một chuỗi mã nhị phân gồm có các vạch và các khoảng trống được sắp xếp song song. Chúng được sắp xếp theo mẫu định trước và tương ứng với dữ liệu cơ sở. Dãy các chữ số tạo nên các mã vạch và các khoảng trống lớn nhỏ khác nhau. Mã vạch được đọc bởi các thiết bị quang học dựa trên phản xạ của tia laze từ các vạch đen và các khoảng trắng. Các mã vạch là tương tự nhau nhưng chúng lại khác nhau về cách sắp xếp và định nghĩa sẵn của người chế tạo. Nội dung mã vạch là các thông tin về sản phẩm được định nghĩa sẵn như: tên nhà sản xuất, nước sản xuất, vị trí để, tiêu chuẩn, thông tin về kích thước sản phẩm, nơi kiểm tra… Hình 1.1: Barcode Nhận dạng bằng công nghệ sinh trắc học Hệ thống nhận dạng trên thì thuật ngữ sinh trắc học là chỉ chung cho tất cả các thủ tục để nhận dạng con người bằng cách so sánh các đặc điểm đặc trưng nhất của mỗi người. Thông thường như: dấu vân tay, giọng nói, khuôn mặt, hình dáng , võng mạc mắt, thân nhiệt và thậm chí nhịp đập tim.. Ví dụ nhận dạng dấu vân tay: Dấu vân tay là một dạng nhận dạng phổ biến nhất được sử dụng và áp dụng trong khoa học hình sự để tìm ra tội phạm thông qua dấu vân tay để lại hiện trường. Về mặt công nghiệp thì dấu vân tay cũng được sử dụng nhận dạng con người trong quản lý vào ra. Nguyên lý của hệ thống là dùng các photodiode truyền các tia hồng ngoại tới các ngón tay đặt trên đầu đọc và chúng được hấp thụ bởi hồng cầu trong máu. Vùng bị hấp thụ trở thành vùng tối trong hình ảnh và được chụp lại bằng camera sau đó được quét lên máy tính và truy xuất dữ liệu trong bộ nhớ để tìm được đối tượng cần tìm. 2.3 Hệ thống RFID ( Radio Frequency Identification ) Tên thông dụng của công nghệ này là RFID (Radio Frequency Identification). Thẻ RFID là những tấm thẻ plastic có gắn các microchip bé chỉ bằng một nửa hạt cát. Chúng bắt được các tín hiệu sóng radio và đáp ứng bằng cách phát ra mã số nhận diện tương ứng. Hầu  như tất cả các thẻ RFID không dùng nguồn pin để cung cấp năng lượng hoạt động mà sử dụng năng lượng từ sóng radio kích hoạt để hoạt động. Đây là loại phương tiện để nhận diện người hoặc vật qua việc truyền sóng vô tuyến. Hệ thống thu dữ liệu nhận diện tự động không dây này rất chú trọng đến việc đọc và ghi thông tin mà không cần tiếp xúc và là một lọai công nghệ rất hiệu quả trong môi trường sản xuất cũng như các môi trường không thân thiện khác khi mã vạch không còn phát huy tác dụng được nữa. Hình 1.2 Bảng so sánh đặc điểm 1 số hệ thống nhận dạng 3. Hệ thống RFID ( Radio Frequency Identification ) 3.1 Các thành phẩn cơ bản của hệ thống RFID Một hệ thống RFID bao gồm các bộ phận : Thẻ RFID (Transponder/Tag ): Đây là bộ phận quan trọng cấu thành lên hệ thống RFID và được sử dụng trong tất cả các hệ thống RFID Hình 1.3 các tag Bộ đoc (Reader): Cùng với thẻ thì nó cũng là bộ phận không thể thiếu trong hệ thống RFID Hình 1.4 Reader Reader Angten : Là thành phần bắt buộc. Một vài reader hiện hành ngày nay cũng đã có sẵn anten Mạch điều khiển (Controller): Là thành phần bắt buộc. Tuy nhiên, hầu hết các reader mới đều có thành phần này gắn liền với chúng Cảm biến (sensor), cơ cấu truyền động đầu từ (actuator) và bảng tín hiệu điện báo (annunciator): Những thành phần này hỗ trợ nhập và xuất của hệ thống Máy chủ và hệ thống phần mềm: Về mặt lý thuyết, một hệ thống RFID có thể hoạt động độc lập không có thành phần này. Thực tế, một hệ thống RFID gần như không có ý nghĩa nếu không có thành phần này. Cơ sở hạ tầng truyền thông: là thành phần bắt buộc, nó là một tập gồm cả hai mạng có dây và không dây và các bộ phận kết nối tuần tự để kết nối các thành phần đã liệt kê ở trên với nhau để chúng truyền với nhau hiệu quả Hình 1.5 : Sơ đồ 2 hệ thống RFID 3.2 Tần số hoạt động của hệ thống 3.2.1 Tần số hoạt động của RFID Thẻ RFID và đầu đọc giao tiếp với nhau ở cùng một tần số. Do hệ thống RFID truyền nhận với nhau thông qua sóng vô tuyến và khoảng cách cũng như khả năng truyền nhận phụ thuộc rất nhiều vào tần số chính vì vậy mà các hệ thống RFID sử dụng rất nhiều tần số khác nhau. Nhưng theo thực tiễn thì phạm vi tần số thông dụng nhất, đó là: Tần số thấp ( LF ) ( khoảng 100kHz – 150 kHz ) Tần số cao ( HF ) ( 10 – 15 MHz ) Siêu cao tần ( UHF ) ( 850 – 950 MHz ). Với những tần số khác nhau thi sẽ thích hợp với những ứng dụng khác nhau. 3.2.2 Ứng dụng của hệ thống RFID trong mỗi dải tần số khác nhau Các tần số khác nhau có các đặc tính cũng như sự tương thích khác nhau cho nên nó phù hợp với một số lĩnh vực ứng dụng riêng. Ví dụ: Ở tần số thấp các thẻ sử dụng công suất ít hơn và có khả năng xuyên qua phi kim tốt hơn, nhưng chúng có nhược điểm là phạm vi đọc thẻ ngắn thường dưới 0.5m. Các thẻ làm việc ở tần số cao thì có khả năng đi qua được những vật thể làm bằng kim loại, nhưng phạm vi đọc của chúng cũng chỉ khoảng 1m. Các tấn số cao tần UHF có phạm vi đọc tốt hơn cũng như có thể truyền dữ liệu nhanh và xa hơn so với tần thấp và tần cao ( LF và HF ), nhưng chúng cần có công suất lớn hơn và khả năng xuyên qua kim loại kém. Vì vậy giữa đầu đọc và thẻ phải không có vật cản Băng tần và các ứng dụng tương ứng của RFID Tần số Đặc điểm Giá thành Ứng dụng 100-150 kHz Tốc độ đọc chậm Xuyên qua các vật liệu phi kim dễ dàng Khoảng cách đọc từ ngắn đến trung bình Không đắt Điều khiển truy nhập Kiểm kê 10-15 mHz Tốc độ đọc trung bình Khoảng cách đọc từ ngắn đến trung bình Không qua đắt Điều khiển truy nhập 850-950mHz Khoảng cách đọc lớn Tốc độ đọc nhanh Yêu cầu tầm nhìn thẳng Đắt Hệ thống nhận dạng và điều khiển vào ra của xe cộ. Kiểm kê hàng hóa trước khi vào kho 2.4-2.8gHz Khoảng cách đọc lớn Tốc độ đọc nhanh Yêu cầu tầm nhìn thẳng Đắt Hệ thống nhận dạng và điều khiển sự vào ra của xe cộ 3.3 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống RFID 3.3.1 Ưu điểm Hệ thống RFID có những tiện lơi mang lại như : Không phụ thuộc vào con người các hoạt động đều được tự động Phạm vi hoạt động lớn có thể đến vài chục mét Vật có thể chuyển động nhưng vẫn có thể xác định được vật và đọc/ghi lên thẻ nếu nó mang thẻ RFID Có thể đọc/ghi thẻ không cần tiếp xúc, trong hộp kín(trừ kim loại) Có thẻ chèn thêm hoặc xóa thông tin và ghi thông tin mới lên Có thể sử dụng được ở nhiều vị trí cũng như môi trường Các thẻ được nhận dạng không cần trong tầm nhìn thẳng Có thể sử dụng kết hợp với các hệ thống nhận dạng khác như mã vạch để bù trừ, hoàn thiện lẫn nhau Có thể chống làm giả, chịu được bụi bẩn và sử dụng trong môi trường có nhiệt độ cao Kết hợp tốt với các phần mềm ở đầu cuối với sự cung cấp đảm bảo thời gian thực Ưu điểm cơ bản của RFID là an toàn, chính xác và độ tin cậy cao. Thẻ RFID có thể được đọc hoặc ghi trong khoảng cách vài feet (1 feet= 0,3048 m) dù trong trạng thái động hay ở bất cứ hướng nào, bất chấp bụi bẩn, xuyên giữa các loại vật liệu như giấy, nhựa, bìa cát tông hay gỗ. Có lẽ điều rất quan trọng là nhiều thẻ RFID có thể được đọc hoặc ghi tự động cùng một lúc, trong khi mã vạch phải dùng đầu đọc đọc từng chiếc một. Thẻ RFID có thể bao gồm chức năng chống trộm như những chiếc thẻ chống trộm điện từ truyền thống và yếu tố an ninh của chúng có thể được trang bị tự động ngay. Và cuối cùng thẻ RFID có thể cùng tồn tại với bất cứ cơ sở hạ tầng an ninh điện từ nào, chúng liên kết được ưu điểm của hệ thống an ninh sẵn có và ưu điểm vượt trội của hệ thống RFID. 3.3.2 Nhược điểm của hệ thống RFID Giá cao: Nhược điểm chính của kỹ thuật RFID là giá cao. Trong khi các đầu đọc và bộ cảm ứng được dùng để đọc thông tin,tag là giá cao so với mã vạch(0.6$/tag) Dễ bị ảnh hưởng gây tổn thương ; nếu phủ vật liệu bảo vệ từ 2 đến 3 lớp kim loại thông thường để ngăn chặn tín hiệu radio. Việc thủ tiêu các thẻ phô ra: các thẻ RFID được dán bên trong bao bì và được phô ra dễ thủ tiêu. Điều này có nghĩa là sẽ có nhiều vấn đề khi người sử dụng biết rõ hơn về vai trò của thẻ Đụng độ đầu đọc: Tín hiệu từ một đầu đọc có thể giao tiếp với tín hiệu từ nơi khác mà nơi đó tin tức chồng chéo nhau. Điều này được gọi là đụng độ đầu đọc. Một phương pháp tránh vấn đề là sử dụng một kỹ thuật được gọi là phân chia thời gian đa truy cập (TDTM) Các vấn đề đầu đọc, bộ cảm ứng cổng exit: trong khi các đầu đọc phạm vi ngắn được sử dụng cho việc thanh toán tiền và việc kiểm kê xuất hiện để đọc các thẻ 100 % thời gian, hiệu suất của bộ cảm ứng cổng exit thì khó giải quyết hơn. Chúng luôn luôn không đọc thẻ quá hai lần khoảng cách của các đầu đọc khác. Không có thư viện thực hiện một việc kiểm kê trước và sau để xác định tỉ lệ mất mát khi RFID sử dụng cho việc bảo đảm an toàn. Đụng độ thẻ. Thiếu chuẩn Tuy nhiên ta vẫn có thể khắc phục tốt các nhược điểm này 3.4 Các ứng dụng của hệ thống RFID Trong công nghiệp: RFID rất thích hợp cho việc xác định sản phẩm có giá trị đơn vị cao thôngqua quá trình lắp ráp chặt chẽ. Hệ thống RFID rất bền vững trong môi trường thời tiết khắc nghiệt nên thích hợp để định danh các vật chứa, lưu giữ sản phẩm lâu dài như container, cần cẩu, xe kéo v.v… Một mặt, các thẻ RFID cho phép xác định sản phẩm mà nó được gắn vào (Ví dụ: part number, serial number, trong hệ thống đọc/ghi, hướng dẫn quy trình lắp ráp xử lý sản phNm). Mặt khác, thông tin đầu vào được nhập bằng tay (hoặc bằng các đầu đọc mã vạch) cho phép hệ thống điều khiển/kiểm soát. Sau đó những thông tin này có thể được truy xuất bởi các đầu đọc RFID. Trong vận chuyển và phân phối và lưu thông: Hệ thống RFID phù hợp nhất với phương thức vận tải đường ray. Các thẻ có thể nhận dạng toàn bộ 12 ký tự theo chuẩn công nghiệp cho phép xác định loại xe/toa hàng, chủ sở hữu, số xe...Các thẻ này được gắn vào gầm xe, toa hàng; Các ăng-ten được cài đặt ở giữa hoặc bên cạnh đường ray vận chuyển, các đầu đọc và các thiết bị hiển thị được lắp trong vòng khoảng 40 đến 100 feet dọc theo đường ray cùng các thiết bị viễn thông và thiết bị kiểm soát khác, do vậy có thể kiểm soát được các toa hàng trên ray. Mục đích chính trong các ứng dụng vận chuyển theo ray là cải tiến kích thước và tốc độ vận chuyển nhanh chóng cho phép giảm kích thước xe hàng hoặc giảm thiểu chi phí cho việc đầu tư các thiết bị mới.RFID còn được ứng dụng trong hệ thống thu phí cầu đường bộ hay cho phép các hãng hàng không kiểm soát hành lý của hành khách. Trong kinh doanh bán lẻ: RFID có thể thay thế kỹ thuật mã vạch hiện nay, vì nó không chỉ có khả năng xác định nguồn gốc sản phẩm mà còn cho phép nhà cung cấp và đại lý bán lẻ biết chính xác mặt hàng trên quầy và trong kho của họ. Một số siêu thị lớn đã sử dụng các thẻ RFID mỏng dán lên hàng hóa thay cho mã vạch, giúp việc thanh toán nhanh chóng, dễ dàng hơn. Nếu hàng hóa nào chưa thanh toán tiền đi qua cửa, máy nhận dạng vô tuyến RFID sẽ phát hiện ra và báo cho nhân viên an ninh. Ngoài ra, các công ty bách hóa không còn phải lo kiểm kho, không sợ giao nhầm hàng và thống kê số đầu sản phẩm đang kinh doanh của cả tổ hợp cửa hàng. Hơn nữa họ còn có thể biết chính xác bên trong túi khách hàng vào, ra có những gì. Trong lĩnh vực an ninh: RFID không đòi hỏi tầm nhìn giữa bộ thu phát và máy đọc, hệ thống này khắc phục được những hạn chế của các phương pháp nhận dạng tự động khác, ví dụ như mã vạch. Điều này có nghĩa là hệ thống RFID có thể hoạt động hiệu quả trong các môi trường khắc nghiệt những nơi bụi bẩn, ẩm ướt quá mức hay có phạm vi quan sát bị hạn chế. Một trong các lợi ích nổi bật của RFID là khả năng đọc trong các môi trường khắc nghiệt với tốc độ đáng chú ý: trong hầu hết các trường hợp thời gian phản ứng dưới 100 mili giây. Trong công tác quản lý bảo quản sản phẩm: Việc quản lý sách tại thư viện hiện rất vất vả, việc tìm kiếm sách thủ công làm tốn thời gian và quản lý cũng chưa thực sự hiệu quả. Nhờ công nghệ RFID, mỗi cuốn sách được gắn với một thẻ lưu thông tin về cuốn sách, mỗi khi cần tìm một cuốn sách nào đó, thay vì việc dò tìm phân loại từng cuốn sách, thủ thư chỉ việc dùng một đầu đọc có khả năng đọc các thẻ RFID từ xa có thể giúp định vị cuốn sách cần tìm rất nhanh chóng, ngoài ra việc thống kế sách cuối ngày càng trở lên đơn giản. Các hạt giống có giá trị, động vật thí nghiệm liên quan tới các dự án nghiên cứu lâu dài và chi phí cao, thịt và bơ sữa động vật, thú vật hoang dã và giống động vật quý hiếm, các loại gen...hiện nay vấn đề xác định tính duy nhất có thể được giải quyết thông qua ứng dụng các sáng kiến của công nghệ RFID. Trong quản lý nhân sự và chấm công: Khi vào, ra công ty để bắt đầu hay kết thúc một ngày hoặc ca làm việc, nhân viên chỉ cần đưa thẻ của mình đến gần máy đọc thẻ (không phải nhét vào), ngay lập tức máy phát ra một tiếng bíp, dữ liệu vào, ra của nhân viên đó đã được ghi nhận và lưu trữ trên máy chấm công. Trong trường hợp nếu những nhân viên nghỉ việc, thẻ nhân viên sẽ được thu hồi và tái sử dụng mà không ảnh hưởng đến chất lượng thẻ. Ưu điểm nổi bật của thẻ RFID so với thẻ mã vạch (Barcode) hay thẻ mã từ (Mag.Stripe card) là thẻ RFID không bị trầy xước, mài mòn khi dùng. Sử dụng thẻ chấm công loại cảm ứng, người phụ trách hệ thống sẽ lấy toàn bộ dữ liệu từ database của máy tính hoặc các máy đọc thẻ về, sau khi cập nhật dữ liệu sẽ có ngay báo cáo thống kê nhanh để ban giám đốc biết số lượng nhân viên đang có mặt, số nhân viên nghỉ hoặc biết được trình độ tay nghề từng nhân viên; nhân viên nào hết hạn hợp đồng lao động; bảo hiểm xã hội, bảo hiểm y tế... Trong y tế, giáo dục, vui chơi giải trí: Công nghệ RFID có thể sử dụng cho người cũng như đồ vật. Vì vậy, một số bệnh viện đang sử dụng vòng đeo tay RFID cho trẻ mới sinh và bệnh nhân cao tuổi mất trí. Ngoài ra còn ứng dụng trong việc quản lý hồ sơ bệnh án... Học sinh một trường đông học sinh ở Nhật dùng thẻ RFID để báo cho cha mẹ biết mình đã ra tới. Các công viên giải trí ở Mỹ bán ra vé RFID sẽ bật-nháy báo cho khách biết đến lượt mình vào cuộc chơi... Phần 2 : ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG RFID Các thành phần cơ bản của hệ thống RFID Một hệ thống RFID không thể thiếu 2 thành phần quan trọng cấu tạo nên là : Thẻ RFID (Transponder ) Đầu đọc (Reader) Hình 2.1 : Transponder và Reader là hai thành phần chính của hệ thống RFID Thẻ RFID là thành phần luôn gắn lên đối tượng cần nhận dạng .Nó bao gồm một ăngten kết nối với đầu đọc và một vi mạch điện tử. Khi thẻ RFID không nằm trong phạm vi dò tìm của đầu đọc thì nó không hoạt động mà chỉ hoạt động trong phạm vi đâu đọc. Đầu đọc là thành phần tự thiết kế và áp dụng vào tùy hoàn cảnh cũng như vị trí có thể chỉ đọc và cũng có thể ghi/đọc tùy theo yêu cầu chế tạo. Đầu đọc thường bao gồm module thu phát sóng vô tuyến, có một khối điều khiển và ăngten dùng để kết nối Transponder. Ngoài ra còn được tích hợp thêm RS232 và RS485 để truyền dữ liệu qua các hệ thống khác. Thẻ RFID 2.1 Giới thiệu tổng quát thẻ RFID Thành phần của thẻ (tag) RFID bao gồm một anten dùng kết nối với đầu đọc và một con chip dùng để lưu trữ dữ liệu.Dữ liệu được đọc ghi thông qua một đầu đọc thẻ (đầu đọc RFID) mà không phụ thuộc vào hướng hay vị trí chỉ cần thẻ RFID nằm trong vùng phủ sóng (phạm vi của đầu đọc) Hình 2.2 dạng của 1 số loại Transponder tiêu biểu Bộ nhớ chip trong thẻ RFID có thể chứa từ 96 đến 512 bit dữ liệu nhiều gấp 64 lần mã vạch. Thông tin lưu trữ trên chip có thể thay đổi được bởi sự tương tác của bộ đọc. Dung lượng lưu trữ cao có thể cho phép ta lưu trữ nhiều thông tin đa dạng cùng một lúc. Chíp trên thẻ được gắn kèm với một ăngten chuyển tín hiệu đến máy đọc và máy này chuyển đổi sóng điện từ từ thẻ RFID cung cấp sang một dạng mã liên quan để xác định thông tin và xử lý cơ sở dữ liệu trên máy tính do người điều hành quản lý giám sát. Các thẻ RFID rất mỏng và có kích cỡ vừa phải tương đương như một thẻ tín dụng bình thường vì nó đơn giản cũng chỉ cần một anten và một diode 2.2 Phân loại thẻ RFID Tùy thuộc vào chức năng và các chuẩn mà thẻ RFID được phân loại thành nhiều loại khác nhau : Thẻ thụ động ( Passive tag). Thẻ tích cực ( Active tag). Thẻ bán thụ động (Semi-Pasive tag). Phân loại theo khả năng ghi/ đọc dữ liệu : Thẻ chỉ đọc ( Read Only). Thẻ cho phép ghi một lần, đọc nhiều lần (Write once Read many, WORM). Thẻ ghi – đọc (Write - Read) 2.2.1 Thẻ thụ động (Passive tag) Không có nguồn điện bên trong. Sóng vô tuyến phát ra từ đầu đọc sẽ truyền một dòng điện nhỏ đủ để kích hoạt hệ thống mạch điện trong thẻ giúp nó gửi lại tín hiệu hồi đáp. Có thể truyền mã số nhận dạng và lưu trữ một số thông tin về đối tượng được nhận dạng. Có kích thước rất nhỏ và mỏng hơn một tờ giấy bình thường, do vậy nó có thể được cấy vào dưới da. Có tuổi thọ rất cao vì không dùng pin. Tầm hoạt động : từ 10 cm đến vài mét, tùy theo tần số sử dụng. 2.2.2 Thẻ chủ động (Active tag) Được tích hợp một nguồn giúp nó tự gửi tín hiệu đến đầu đọc.Cường độ tín hiệu của loại thẻ này, do vậy mạnh hơn tín hiệu của thẻ thụ động, cho phép nó hoạt động có hiệu quả hơn trong môi trường nước (trong cơ thể con người hay động vật) hay kim loại (xe cộ, container). Một số thẻ còn được tích hợp các bộ cảm biến để đo độ ẩm, độ rung, độ phóng xạ, ánh sáng, nhiệt độ... Tuổi thọ của pin lên đến 10 năm. Tầm hoạt động: vài trăm mét, tùy theo tần số sử dụng Thẻ thụ động Thẻ tích cực Nguồn công suất Lấy từ bên ngoài (Do đầu đọc cung cấp) Bên trong(Pin) Khả năng đọc thẻ Chỉ trong phạm vi bao phủ của bộ đọc, thông thường có thể lên tới 3m. Có thể phát tín hiệu qua một khoảng cách khá xa, thường thì có thể lên tới 100m. Năng lượng Một thẻ thụ động được cấp năng lượng chỉ khi nó nằm trong phạm vi của đầu đọc. Một thẻ tích cực thì luôn có năng lượng. Cường độ trường điện từ Cao, khi thẻ từ lấy công suất từ trường điện từ được cung cấp bởi đầu đọc. Thấp, khi thẻ cho phép tín hiệu sử dụng nguồn pin nội bộ. Tuổi thọ Rất cao. Dưới 5 năm, vì bị giới hạn bởi tuổi thọ của pin. Lượng dữ liệu lưu trữ Lưu trữ dữ liệu có giới hạn, thường khoảng 128 bytes. Có thể lưu trữ một lượng dữ liệu lớn hơn. 2.2.3 Thẻ bán thụ động (Semi –Passive tag) Thẻ bán thụ động có một nguồn năng lượng bên trong(chẳng hạn là bộ pin) và điện tử học bên trong để thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng. Nguồn bên trong cung cấp sinh lực cho thẻ hoạt động. Tuy nhiên trong quá trình truyền dữ liệu, thẻ bán tích cực sử dụng nguồn từ reader. Thẻ bán tích cực được gọi là thẻ có hỗ trợ pin (battery-assisted tag). Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và reader thì reader luôn truyền trước rồi đến thẻ. Tại sao sử dụng thẻ bán tích cực mà không sử dụng thẻ thụ động? Bởi vì thẻ bán tích cực không sử dụng tín hiệu của reader như thẻ thụ động, nó tự kích động, nó có thể đọc ở khoảng cách xa hơn thẻ thụ động. Bởi vì không cần thời gian tiếp sinh lực cho thẻ bán tích cực, thẻ có thể nằm trong phạm vi đọc của reader ít hơn thời gian đọc quy định (không giống như thẻ thụ động). Vì vậy nếu đối tượng được gắn thẻ đang di chuyển ở tốc độ cao, dữ liệu thẻ có thể vẫn được đọc nếu sử dụng thẻ bán tích cực. Thẻ bán tích cực cũng cho phép đọc tốt hơn ngay cả khi gắn thẻ bằng những vật liệu chắn tần số 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. Tuy nhiên, đây không phải là vấn đề khó khăn đối với thẻ bán tích cực. Phạm vi đọc của thẻ bán tích cực có thể lên đến 100 feet (xấp xỉ 30.5 m) với điều kiện lý tưởng bằng cách sử dụng mô hình tán xạ đã được điều chế (modulated back scatter) (trong UHF và sóng vi ba). 2.2.4 Thẻ chỉ đọc (Read Only) 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 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. 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 khác hàng dựa trên ứng dụng. Loại thẻ này được sử dụng trong các ứng dụng kinh doanh và hàng không nhỏ. 2.2.5 Thẻ cho phép ghi một lần, đọc nhiều lần (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 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 field 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. 2.2.6 Thẻ đọc-ghi(Read - Write) 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 để lưu dữ liệu. Thẻ RW được gọi là field programmable hoặc reprogrammable. Sự an toàn dữ liệu là một thách thức đối với thẻ RW. Thêm vào nữa là 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. Đầu đọc (Reader) Hình 2.4 : Tương tác giữa Application-Reader và Reader-Transponder (mô hình Master-Slave) Các bộ đọc trong tất cả các hệ thống RFID có thể được quy về hai khối chức năng cơ bản: Đơn vị điều khiển Giao diện HF, bao gồm một bộ truyền và một bộ nhận dữ liệu Hình 2.5: Các khối chức năng của một bộ đọc Giao diện HF của đầu đọc thực hiện các chức năng sau: Tạo ra công suất để làm hoạt động transponder và cung cấp công suất cho nó. Điều chỉnh tín hiệu truyền để gửi dữ liệu đến transponder. Sự tiếp nhận và giải mã tín hiệu tần số cao được truyền bởi một transponder. Hình 2.6: Cấu trúc của giao diện HF Đơn vị điều khiển của reader thực hiện các chưc năng sau Thực hiện giao tiếp với phần mềm ứng dụng và thực hiện các lệnh từ phần mềm ứng dụng. Điều khiển sự giao tiếp với một transponder ( nguyên lý Master – Slave ). Mã hóa và giải mã tín hiệu. Hình 2.7: Sơ đồ phần phần HF của chip reader em 4095 4. Sự mã hóa (coding) và sự điều biến (Modulation) Hình 2.8: Dữ liệu và dòng dữ liệu trong hệ thống truyền thông số Sự trao đổi dữ liệu giữa đầu đọc và transponder trong một hệ thống RFID yêu cầu ba khối chức năng chính. Từ đầu đọc đến transponder – chiều trao đổi dữ liệu, gồm có: khối mã hóa tín hiệu và " điều biến" trong đầu đọc, khối trao đổi trung gian (transmission medium), và khối "giải điều biến" và giải mã tín hiệu trong transponder . Một hệ thống mã hóa tín hiệu mang thông tin được truyền và tín hiệu tương ứng của nó và làm cho nó phù hợp nhất với các đặc điểm của khối truyền phát trung gian. Quá trình này cung cấp thông tin có độ bảo vệ để chống lại nhiễu hoặc sự xung đột và chống lại sự thay đổi đặc điểm của một tín hiệu nào đó. Sự mã hóa tín hiệu không được nhầm lẫn với sự “điều biến”, và vì vậy nó mã hóa dựa trên dải cơ bản. “ Điều biến ” là quá trình làm thay đổi các thông số của tín hiệu của bộ mang tần số ví dụ như biên độ, tần số, và pha của nó trong mối quan hệ với tín hiệu “ điều biến “ và dải tín hiệu cơ bản. Sự truyền trung gian một thông tin trên một khoảng cách định trước. Trong các hệ thống RFID, từ trường và sóng điện từ được sử dụng làm phương tiện truyền tin. Sự “giải điều biến “ là một thủ tục “ điều biến “ thêm vào để phục hồi lại tín hiệu ở giải cơ bản. Như là thông tin nguồn ( tín hiệu đầu ) trong cả transponder và reader, và vì vậy thông tin được truyền lần lượt theo cả hai chiều “ điều biến “ và “ giải điều biến ”. Chức năng của giải mã tín hiệu là khôi phục lại thông tin nguồn ở dạng mã cơ bản và để phát hiện ra lổi truyền và sự mất mát của tín hiệu. Các dạng mã hóa: + Trong mã vạch sử dụng các số “0” và “1” để biểu diển. Trong các hệ thống RFID thường sử dụng các thủ tục mã hóa sau: NRZ, Manchester, Unipolar RZ , DBP, Miller… + Mã NRZ , một số “1” nhị phân đại diện cho một tín hiệu mức cao, và một số “0” đại diện cho một tín hiệu ở mức thấp. Mã NRZ được sử dụng hầu như không phù hợp với sự điều biến FSK hay PSK. Hình 2.9 Mã NRZ + Mã Manchester, một số nhị phân “1” đại diện cho sự chuyển đổi tín hiệu từ mức cao sang mức thấp và một số nhị phân “0” đại diện cho sự chuyển đổi tín hiệu từ mức thấp sang mức cao. Mã Manchester thường được sử dụng để truyền dữ liệu từ transponder đến reader. Hình 2.10 Mã Manchester + Mã RZ đơn cực, một số “1” nhị phân đại diện cho một tín hiệu ở mức cao trong thời gian nửa chu kỳ đầu tiên, và một số “0” nhị phân đại diện cho một tín hiệu ở mức thấp trong toàn bộ thờ gian còn lại của chu kỳ. Hình 2.11 Mã RZ đơn cực + Mã DBP, một số “0” nhị phân được mã hóa bởi sự chuyển đổi tín hiệu từ mức này sang mức khác trong một nửa chu kỳ, và một số “1” nhị phân được mã hóa bởi phần còn lại của chuyển đổi. Hơn nữa, mức tín hiệu bị đảo ngược ở thời điểm ban đầu của mỗi khoảng thời gian trích mẫu, vì vậy tín hiệu mẫu có thể dễ dàng được khôi phục ở bộ nhận. Hình 2.12 Mã DBP + Mã Miller, một số “1” nhị phân đại diện bởi một sự chuyển đổi mức tín hiệu trong một nửa thời gian trích mẫu, một số “0” nhị phân đại diện bởi sự kéo dài của mức “1” sang khoảng thời gian trích mẫu tiếp theo. Một chuổi các con số “0” tạo nên một sự chuyển đổi ở thời điểm bắt đầu của một thời gian trích mẫu, vì vậy mà tín hiệu mẫu có thể dễ dàng được khôi phục ở bộ nhận. Hình 2.13 Mã Miller + Mã Miller biến thể, trong dạng biển thể này của mã Miller mỗi sự chuyển đổi được thay bằng một xung “tiêu cực”.Dạng mã này rất phù hợp với các hệ thống RFID kết nối cảm ứng để truyền dữ liệu từ reader tới transponder. Hình 2.14: Mã Miller ( dạng biến thể ) Các hệ thống RFID cơ bản Trong phần này chúng tôi sẽ giới thiệu các hệ thống RFID cơ bản, cách thức hoạt động cũng như mối liên hệ giữa Transponder và Reader. Chúng ta quan tâm đến 2 vấn đề chính: năng lượng cung cấp cho Transponder và phương thức truyền dữ liệu giữa Transponder và Reader. Trong thực tế có 3 hệ thống RFID cơ bản: Hình 2.15: Các hệ thống RFID khác nhau. - Hệ thống 1 bit. - Hệ thống song công và bán song công. - Hệ thống tuần tự. 5.1 Transponder 1 bit Một bit là đại lượng nhỏ nhất của thông tin, nó có 2 trạng thái: 1 hay 0. Điều này có nghĩa là chỉ có 2 trạng thái được trình bày bởi Transponder 1 bit: “transponder trong vùng thẩm vấn” và “không có transponder trong vùng thẩm vấn”. Mặc dầu bị giới hạn, các Transponder 1 bit vẫn rất phổ biến, ứng dụng chính của chúng là các thiết bị chống trộm trong các cửa hàng (EAS: giám sát hàng hoá điện tử). Một hệ thống EAS được làm bởi các linh kiện sau: Anten của Reader hay bộ dò hỏi, phần tử bảo mật hay thẻ bảo mật và một thiết bị vô hiệu hoá hệ thống sau khi kết thúc giao dịch. Trong các hệ thống hiện đại, việc vô hiệu hoá được thực hiện khi mã của món hàng được đăng ký tại quầy tính tiền. Một vài hệ thống cũng đặt thêm bộ kích hoạt để kích hoạt lại phần tử bảo mật sau khi vô hiệu hoá hệ thống. Một đặc điểm quan trọng của hệ thống là tốc độ phát hiện phục thuộc vào độ rộng của cổng (khoảng cách lớn nhất giữa Transponder và Anten của Reader). Transponder 1 bit gồm 5 thành phần: Tần số vô tuyến. Sóng vi ba. Bộ chia tần số. Điện từ. Acoustomagnetic. 5.2 Hệ thống song công và bán song công Trái với các Transponder 1 bit thường khai thác những hiệu ứng vật lý đơn giản cho quá trình nhận dạng, các Transponder dưới đây sử dụng một vi mạch làm thiết bị mang dữ liệu. Nó có một vùng lưu trữ dữ liệu lên tới vài kB. Để đọc hay ghi dữ liệu vào thiết bị mang dữ liệu này thì phải thực hiện việc truyền dữ liệu giữa Transponder và Reader. Việc truyền dữ liệu này có thể là song công hoặc bán song công. Trong truyền bán song công: dữ liệu từ Transponder đến Reader được truyền xen kẽ với dữ liệu từ Reader đến Transponder. Ở tần số dưới 30 MHz, hệ thống thường sử dụng phương pháp Load modulator có hay không có sóng mang phụ để điều chế dữ liệu. Trong truyền song công: dữ liệu từ Transponder và Reader có thể truyền cùng một lúc. Tuy nhiên, cả 2 phương pháp đều phải truyền năng lượng liên tục từ Reader đến Transponder và độc lập với hướng truyền luồng dữ liệu. Trái lại trong các hệ thống tuần tự (SEQ: Sequential system), việc truyền năng lượng từ Transponder đến Reader được giới hạn trong một chu kỳ thời gian. Dữ liệu truyền từ Transponder đến Reader xuất hiện trong những khoảng dừng của năng lượng cung cấp cho Transponder. Hình 2.16 : Truyền dữ liệu trong hệ thống song công, bán song công và tuần tự. Trong hình trên, dữ liệu được truyền từ Reader đến Transponder theo đường downlink. Ngược lại, dữ liệu truyền từ Transponder đến Reader theo đường uplink. 5.3 Hệ thống tuần tự: Ghép cảm ứng (inductive coupling) Ghép điện từ tán xạ lùi ( Electromagnetic backscatter) Ghép gần (close coupling) Ghép điện (Electrical coupling) Phần 3 : HỆ THỐNG CỬA THÔNG MINH SDS (SMART DOOR SYSTEM) DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ RFID Giới thiệu chung về hệ thống cửa thông minh Hệ thống RFID đã đang ngày càng phát triển và đã được đa số các nước trên thế giới ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực: vận chuyển, trong lĩnh vực an ninh, quản lý nhân sự, y tế, giáo dục, quản lý sản phẩm cũng như lưu thông sản phẩm trong công nghiệp… Trong các ứng dụng trên thì lĩnh vực quản lý nhân sự đang được rất nhiều doanh nghiệp áp dụng bởi vì những tính năng thuận lợi của nó. Điển hình những hình thức ứng dụng áp dụng hệ thống này gồm có : Hệ chấm công tự động, hệ thống kiểm soát nhân sự, hệ thống kiểm soát vào ra. Hình 3.1 Sơ đồ Smart Door System Hệ thống bao gồm: Phần cứng SMARTDOOR Database,phần mềm giao tiếp,quản lý trên máy tính Các thẻ RFID Bộ chấp hành khoá từ Ma trận phím Mỗi nhân viên được công ty cấp cho một thẻ RFID, thẻ này đã chứa sẵn mã số của thẻ và được nhà quản lý lưu trữ trong hồ sơ nhân sự. Khi thẻ được đưa vào phạm vi đọc của SMARTDOOR thẻ được đọc và kiểm tra với dữ liệu được lưu trong bộ nhớ EEPROM của SMARTDOOR. Hồ sơ nhân sự được thực hiện trên phần mềm SDMS (Smart Door Management Software) Trong hệ thống máy tính có vai trò thu thập dữ liệu từ SMARTDOOR gửi về, và đăng ký nhân viên mới, tìm kiếm, làm báo cáo, và gửi thông tin xuống SMARTDOOR… Máy tính không cần phải thường trực hoạt động sự đóng mở cửa do SMARTDOOR hoạt động độc lập đó chính là khả năng đặc biệt của hệ thống khi không cần có máy tính thường trực, không cần có người giám sát, tiết kiệm điện và tiết kiệm thời gian… Phân tích yêu cầu thiết kế hệ thống Hệ thống thiết kế cần đảm bảo các yêu cầu sau: Số nhân viên tối đa mà hệ thống có khả năng quản lý . Thời gian đưa ra quyết định mở cửa nhanh. Hệ thống hoạt động phải tin cậy. Có khả năng kết nối máy tính qua chuẩn giao tiếp RS232. Có thể mở rộng kết nối mạng qua chuẩn giao tiếp RS485, Ethernet, … Có khả năng hoạt động độc lập với máy tính Có khả năng ghi lại lịch sử ra vào cơ quan của nhân viên trong thời gian càng dài càng tốt Có khả năng dự phòng nguồn điện cung cấp để có thể làm việc ngay cả khi mất điện Phân tích các yêu cầu thiết kế Thời gian đưa ra quyết định mở cửa là một phần quan trọng của hệ thống, thời gian mở cửa phải nhanh nhất có thể và phải nằm trong khoảng thời gian hạn chế vì nếu nhân viên đông thì tổng thời gian sẽ lớn. Hệ thống hoạt động trong thời gian ngắn vì vậy đòi hỏi hệ thống phải đưa ra nhưng quyết định nhanh chính xác. Hệ thống phải có khả năng kết nối máy tính và truyền dữ liệu giao tiếp với các hệ thống khác hay trong một mạng lưới máy tính trong cơ quan vì vậy phải có một chuẩn giao tiếp được sử dụng như:USB, RS232, RS485… Hệ thống có thể kết nối mạng qua chuẩn RS485, Ethernet,…đây là điều kiện quan trọng đối với những cơ quan có quy mô lớn và có sự điều khiển quan sát từ xa cũng như có thể thay đổi vị trí hệ thống mà không cần thay đổi hệ thống mạng. Hệ thống có khả năng hoạt động độc lập với máy tính sẽ giúp tiết kiệm điện bởi nguồn điện tiêu thụ chỉ do bộ SMARTDOOR, còn máy tính có thể tắt trong thời gian dài, máy tính chỉ sử dụng khi tải (download) các thông tin lịch ra vào của nhân viên. Mặt khác quan trọng hơn là người quản lý không phải bận tâm giám sát việc ra vào của nhân viên, mọi hoạt động ra vào của nhân viên được SMARTDOOR ghi lại vào bộ nhớ. Hệ thống có khả năng lưu trữ dữ liệu ra vào của cơ quan của nhân viên trong một thời gian dài để có thể xem xét đối chiếu. Và để lưu lại một thời gian dài chỉ cần một bộ nhớ với dung lượng lớn. Hệ thống có khả năng dự phòng nguồn điện cung cấp để có thể làm việc ngay cả khi mất điện. Nguồn điện dự phòng có thể sử dụng là ácquy, đủ cung cấp năng lượng cho hệ thống hoạt động trong 12h đồng hồ. Việc ra vào đang được quản lý tự động bởi hệ thống, vì vậy khi mất điện việc ra vào của cơ quan sẽ xảy ra lộn xộn, khó kiểm soát. UART I2C 1 WIRE PARALLEL ATMEGA16L /DSPIC30F4011 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động 3.1 Sơ đồ khối Hình 3.2 :Sơ đồ khổi phần cứng SMARTDOOR Giải thích các thành phần của sơ đồ khối phần cứng SMARTDOOR dsPIC30F4011 : Bộ vi điều khiển thực hiện xử lý trung tâm AT28C64B : Bộ nhớ EEPROM DS1307 : là Chip đồng hồ thời gian thực U2270B : là Chip đóng vai trò là trạm đọc ghi cơ bản RFID Anten : được ghép nối với U2270B để thu nhận tín hiệu do thẻ RFID phát ra MAX232 : là chíp chuyển giữa mức logic TTL và mức điện áp RS232 SN75176: là Chíp chuyển giữa mức logic TTL và mức điện áp RS485 Màn hình LCD : màn hình hiển thị các thông tin cần thiết cho nhân viên Rơ le : dùng để nối với khóa từ, là phần tử chấp hành thực hiện việc đóng mở khóa từ. Chiều các mũi tên để chỉ chiều dữ liệu giữa các thành phần ngoại vi với vi điều khiển dsPIC30F4011. Trên hình chỉ ra các giao diện truyền thông : DS1307 giao tiếp với vi điều khiển dsPIC30F4011 qua giao diện truyền thông I2C, EEPROM AT28C64B giao tiếp với vi điều khiển qua giao diện truyền thông SPI, U2270B giao tiếp với vi điều khiển qua giao diện 1 dây, máy tính giao tiếp với vi điều khiển qua giao diện truyền thông USART. 3.2 Nguyên lý hoạt động của bộ SMARTDOOR Trong phần cứng của SMARTDOOR thì vi xử lý đóng vai trò quan trong nhất ảnh hưởng đến toàn bộ hoạt động của hệ thống và là bộ xử lý trung tâm, điều khiển dòng dữ liệu từ U2270B về cũng như điều khiển ghi đọc DS1307 để hiện thị cũng như lưu trữ được thời gian thực, vi xử lý còn có trách nhiệm điều khiển đọc ghi hoặc xóa dữ liệu trong EEPROM AT28C64B, gửi dữ liệu lên màn hình LCD hiển thị những vấn đề quan tâm trong quá trình hoạt động, kết nối máy tính bằng RS232 cũng như giao tiếp với các bộ SMARTDOOR khác trong mạng cũng như các thiết bị khác trong mạng bằng RS485, điều khiển bộ khóa từ bằng rơle... Thẻ RFID dùng trong nghiên này là loại thẻ thụ động, thẻ này thì bản thân thẻ RFID không chứa nguồn cung cấp cho chip chứa trong thẻ, thẻ sẽ chỉ hoạt động khi nằm trong phạm vi của đầu đọc và nhận được năng lượng do đầu đọc phát ra dưới dạng sóng điện từ, và thẻ là thẻ chỉ đọc nên mã số thẻ được ghi sẵn trong bộ nhớ của thẻ. Khi thẻ RFID được đưa vào phạm vi của SMARTDOOR, Anten trong thẻ sẽ thu năng lượng do đầu đọc cung cấp để cho chip bên trong thẻ hoạt động. Khi chip hoạt động nó sẽ gửi dữ liệu ra và được Anten trong phần cứng SMARTDOOR cùng với mạch đầu đọc kết hợp với mạch U2270B sẽ nhận tín hiệu do thẻ gửi tới, và tín hiệu này được mạch U2270B xử lý và chuyển đổi tín hiệu ra chân output của U2270B, tín hiệu từ U2270B được truyền đến vi điều khiển để vi điều khiển xử lý và đưa ra những hoạt động cho hệ thống.Vi điều khiển dsPIC30F4011 nhận dữ liệu từ U2270B gửi tới, thực hiện phân tích để lấy được mã số thẻ, sau khi lấy được mã số thẻ ví điều khiển sẽ đọc dữ liệu từ EEPROM AT28C64B so sánh với mã thẻ nhận được và đưa ra quyết định đóng mở cửa đến rơle cũng như hiển thị thông báo ra màn hình LCD đồng thời dsPIC còn đọc giá trị thời gian hiện tại trong DS1307 so sánh dữ liệu về khoảng thời gian cho phép nhân viên ra vào cũng như biết chính xác thời gian ra vào của nhân viên.Xong các công việc trên vi điều khiển ghi lại lịch sử về thời gian ra vào của nhân viên vào bộ nhớ dữ liệu. Ngoài ra khi thực hiện xong các tác vụ của phần cứng SMARTDOOR thì SMARTDOOR khi được kết nối máy tính thông qua RS232, và thực hiện giao tiếp với phần mềm quản lý nhân viên trên máy tính.Khi máy tính yêu cầu gửi dữ liệu lịch sử thì dsPIC sẽ đọc dữ liệu lịch sử nhân viên lên từ bộ nhớ EEPROM và các thao tác còn lại được máy tính thực thi. Bắt đầu So sánh mã thẻ nhận được với lần lượt các mã thẻ lưu trong 6264 Đọc thông tin nhân viên đó : ngày giờ cho phép ra vào Đúng Đọc mã thẻ từ U2270B hoặc từ ma trận phím Sai Đọc thời gian từ DS1307 Ngày ,giờ, phút hiện tại thỏa mãn ngày ,giờ , phút cho phép Hiển thị LCD “ không được vào” Hiển thị LCD “ được vào “ Loa kêu bíp , đóng rơle mở cửa Lưu lại ngày giờ ra vào ở 28C64 Sao chép mã thẻ lưu trữ từ 28c64 vàoRAM6264 Sai Đúng Kết thúc Hình 3.3: Lưu đồ thuật toán hoạt động quá trình đọc thẻ 3.3 Cấu trúc phần mềm quản lý hệ thống cửa thông minh Hệ thống cửa thông minh Quản lý nhân sự Báo cáo, thống kê Bảo vệ , cảnh báo Quản lý và cập nhật thông tin cá nhân Thiết lập quyền cho phép vào ra công ty Truy vấn , sắp xếp , tìm kiếm Kết nối máy tính , in báo cáo,sql Chống tra mã số, chống trộm phá hoại Phát hiện cửa mở khi chưa nhập mã Chấm công,ghi lại thời gian vào ra của nhân viên Chức năng quản lý nhân sự Quản lý nhân sự là yêu cầu đặt ra đầu tiên cho hệ thống, mục đích đặt ra cho hệ thống là phải phân biệt rõ thông tin cá nhân của mỗi nhân viên với nhau.Các thông tin cá nhân, thông tin về ngày tháng, thời gian cho phép ra vào phòng, hay tổng hợp tất cả những thời gian ra vào của nhân viên trong mộ thời gian dài và tất cả lịch sử ra vào này được lưu trong cơ sở dữ liệu của hệ thống.Cơ sở dữ liệu là Microsoft Access hoặc Database, tất cả thông tin được liệt kê trong các bảng dữ liệu và lưu trong một file hoặc SQL Một số bảng dữ liệu cơ bản trong chức năng quản lý nhân sự Bảng thông tin cá nhân Tên trường Kiểu dữ liệu Ghi chú STT AutoNumber Số thứ tự (khóa chính) HoVaTen Text Họ và tên NgaySinh Date/Time Ngày sinh GioiTinh Yes/No Giới tính MaSoNhanVien Text Mã số nhân viên SoDienThoai Text Số điện thoại ChucVu Text Chức năng công việc CoQuan Text Cơ quan làm việc QueQuan Text Quê quán HoKhauThuongTru Text Hộ khẩu thường trú Các thông tin giới hạn quyền ra vào của nhân viên Tên trường Kiểu dữ liệu Ghi chú MaSoThe Text Mã số thẻ được gán QuyenRaVao Yes/No Quyền cho thẻ hoạt động T2 Yes/No Thứ 2 T3 Yes/No Thứ 3 T4 Yes/No Thứ 4 T5 Yes/No Thứ 5 T6 Yes/No Thứ 6 T7 Yes/No Thứ 7 CN Yes/No Chủ nhật ThoiGianTu Date/Time Thời gian biên đầu ThoiGianDen Date/Time Thời gian biên cuối 3.4 Các chức năng quản lý của SMARTDOOR SMARTDOOR có khả năng lưu trữ nạp dữ liệu và có thể xóa dữ liệu… Cái này được lập trình sẵn và nạp chương trình vào vi điều khiển trung tâm. Vì vậy hoạt động nạp thông tin về mã thẻ hay thông tin quyền ra vào, cũng như đọc các thông tin này về để kiểm tra đối chiếu được quyết định bởi người lập trình. Bộ nhớ SMARTDOOR được chia làm hai vùng : vùng ghi nhớ danh sách thông tin các nhân viên về mã thẻ và thông tin hạn chế quyền ra vào (gọi là Vùng I), và vùng ghi nhớ các thông tin lịch sử ra vào của nhân viên mỗi khi nhân viên đó quẹt thẻ (gọi là Vùng II). Phần mềm SDMS có quyền xóa bất kì vùng nhớ nào : có thể xóa vùng I để nạp lại danh sách mới, hoặc xóa vùng II để SMARTDOOR có không gian lưu trữ lịch sử của những lần vào ra tiếp theo. Phần mềm quản lý SDMS có khả năng thay đổi thời gian của SMARTDOOR vì mặc dù có chip thời gian thực nhưng cũng có thể chip thời gian thực tính toán sai giờ và cần phải điều chỉnh và SDMS có thể làm chức năng đó. Chức năng của phần mềm phải có khả năng lập báo cáo thống kê chi tiết số lần ra vào, thời gian ra vào của nhân viên. Ngoài ra phần mềm cũng cung cấp nhiều chức năng khác nhau như: tìm kiếm, lập báo cáo, lập danh sách, tạo hồ sơ, in hồ sơ … Mô hình thực tế tự thiết kế: 4.1 Sơ đồ hệ thống Tag Reader Command CPU Database Code bits Relay mở cửa Báo động action action Sóng điện từ Code Rs 232 Sever Hình 3.4 4.2 Lưu đồ giải thuật Begin Tín hiệu từ tag Giải mã chuỗi bits databits có trong database Truyền lên sever thông qua RS-232 Y N Cập nhập database ở table check_2 Send lệnh cho phép Send lệnh cấm Y N Cho phép Y N Báo động Mở cửa Delay Đóng cửa End Hình 3.5 4.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống trên Reader luôn phát ra sóng vô tuyến.Khi nhân viên cầm thẻ (tag rfid) lại gần reader,tag nhận được năng lượng từ reader kích hoạt truyền code trong chip nhớ của tag.Reader nhận được tín hiệu đó tiến hành giải mã về dạng byte dữ liệu.Dữ liệu này thông qua vi xử lý trong reader truyền qua chuẩn RS-232 lên máy tính.Sau khi máy tính nhận xong khung byte dữ liệu tiếng hành kết nối với hệ thống SQL rồi kiểm tra.Nếu khung dữ liệu đó có trong database của hệ thống SQL thì tiến hành ghi lại thời gian rồi gởi lệnh cho phép nhân viên đó vào xuống CPU của hệ thống xử lý dưới chuẩn RS-232.Nếu khung đó không có trong database của hệ thống.Máy tính tiến hành gởi lệnh báo động có đột nhập. Sau khi nhận được command từ máy tính.Hệ CPU tiến hành giải mã và thực hiện theo yêu cầu của máy tính đề ra: Cho phép nhân viên đó vào hoặc báo động có xự xâm nhập. 4.4 Một số chi tiết về thành phần chính của hệ thống tự thiết kế 4.4.1 Cơ sở dữ liệu trong database Table danhsach: Vai trò:Chứa thông tin của tất cả các nhân viên trong công ty Các Fields: [ID] [Mã số nhân viên] [Họ và tên nhân viên] [NgaySinh] [GioiTinh] [Số điện thoại] [ChucVu] [CoQuan] [QueQuan] [HoKhauthuongTru] Code tạo các fields: USE [DAMH] GO /****** Object: Table [dbo].[danhsach] Script Date: 12/26/2010 09:07:18 ******/ SET ANSI_NULLS ON GO SET QUOTED_IDENTIFIER ON GO CREATE TABLE [dbo].[danhsach]( [ID] [nchar](10) NULL, [Mã số nhân viên] [nchar](20) NULL, [Họ và tên nhân viên] [nchar](21) NULL, [NgaySinh] [datetime] NULL, [GioiTinh] [nchar](10) NULL, [Số điện thoại] [nchar](15) NULL, [ChucVu] [nchar](10) NULL, [CoQuan] [nchar](10) NULL, [QueQuan] [nchar](50) NULL, [HoKhauthuongTru] [nchar](50) NULL ) ON [PRIMARY] Table check_2: Vài trò: Chứa thông tin cập nhập thời gian ra,vào của các nhân viên Các Field: [Mã số nhân viên] [Họ và tên nhân viên] [Số điện thoại] [Thời gian vào] Code tạo các fields: USE [Bai2] GO /****** Object: Table [dbo].[check_2] Script Date: 12/26/2010 09:08:51 ******/ SET ANSI_NULLS ON GO SET QUOTED_IDENTIFIER ON GO SET ANSI_PADDING ON GO CREATE TABLE [dbo].[check_2]( [Mã số nhân viên] [nchar](20) NULL, [Họ và tên nhân viên] [nchar](21) NULL, [Số điện thoại] [varchar](15) NULL, [Thời gian vào] [datetime] NULL ) ON [PRIMARY] GO SET ANSI_PADDING OFF Chương trình giao tiếp Vai trò: Nhận thông tin từ reader thông qua cổng com,xử lý thông tin nhân được,tiến hành kết nối với database,truyền lệnh xuống bộ xử lý Ngôn ngữ lập trình : Visual Basic Các phần chính trong source code: Phần Com driver:Connect tới cổng com.Có chức năng gởi và nhận thông tin. Phần SQL:Connect với database.Có chức năng đọc.Bổ sung dữ liệu và database Phần xử lý trung tâm:Phân tích dữ liệu truyền lệnh điều khiển hệ thống ở dưới. Phần giao diện:Hiện thông tin cập nhập khi nhận được dữ liệu từ reader. Khối xử lý ( CPU ) Chức năng: nhận & xử lý dữ liệu nhận được từ sever rồi điều khiển các thành phần chấp hành Sơ đồ mạch: Hình 3.6 Layout: Hình 3.7 Phần Source C: #include #FUSES NOWDT #FUSES XT #FUSES PUT #FUSES NOPROTECT #use delay(clock=4000000) #use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_a0,rcv=PIN_a1) int32 c; byte i; void start() { output_low(pin_a3); for (i=1;i<5;++i) { output_low(pin_a2); delay_ms(20); output_high(pin_a2); delay_ms(180); } output_low(pin_a2); delay_ms(300); output_high(pin_a2); delay_ms(20); output_low(pin_a2); delay_ms(50); output_high(pin_a2); output_high(pin_a3); output_b(0x00); } void cond() { if(c==0x77) output_toggle(Pin_a2);//w:warm //anti if (c==0x6F) //open { output_low(Pin_a3); delay_ms(5000); output_high(Pin_a3); } if (c==0x1b) output_b(0x00);//ESC if (c==0x72) start(); //r:reset } void main() { set_tris_b(0b00000000); putc(0xff); start(); while(TRUE) { c=getc(); putc(c); cond(); } } Các chức năng bổ sung có thể đi kèm với khối xử lý Vì dùng vi xử lý 16f84 có 18 pin nên sau các cài đặt cơ bản thì dư tới 1 port B (8 pin) nên ta có thể lợi dụng port B để bổ sung các chức năng khác theo yêu cầu của công ty chẳng hạn như: LCD: Hiện tên hoặc câu chào nhân viên. Camera:Khi nhân viên vào thì camera bắt đầu quay.Sau khi vào xong thì camera được tự động tắt đề tiết kiệm dung lượng. Xử lý ảnh: Chụp lấy khuôn mặt của nhân viên so sánh với dữ liệu trong database đề phòng kẻ gian trộm thể của nhân viên để vào trong. Các điều khiển khác:Đèn,quạt,thông báo,báo động… Danh mục tài liệu tham khảo (có thể vào trang htp://books.google.com.vn search rừ khóa"principles RFID"). Emerging Trends in RFID/Manish Bhuptani, Shahram Moradpour. 11/3/2005. FAQs. Tạp chí RFID. Khái niệm RFID. Bách khoa thư Wiki Library Protocols. Giải pháp bảo vệ & quản lý thư viện, hệ dây từ Tattle Tape + tem RFID: Brochure sản phẩm/3M * Personal Privacy and Use of RFID Technology in Libraries /Vinod Chachra, CEO VTLS Inc, Daniel McPherson, FASTRAC Project Manager. - VTLS Inc., October 31, 2003 RFID Applications For Libraries//Rfid Gazette . RFID Data Model for Libraries/RFID Working Group.- 24/11/2005 RFID in libraries - introduction to the issues/Mats G. Lindquist.-Berlin: IFLA, 2003.- 4 tr. RFID Market $2.77Bn in 2006 to $12.35Bn in 2010:RFID Forecasts 2006 to 2016: The latest research from IDTechEx/IDtechEx. RFID System Components and Costs. Tạp chí RFID Jounal RFID Technology in the Library of Congress. Shrouds of Time: The history of RFID. An AIM Publication. TI-RFid™ Library Application Solutions. Nguyễn Đức Bình. RFID công nghệ tương lai cho thư viện//Tạp chí thư viện Việt nam.- Số 04.2006 RFID, coming to a library near you/Alorie Gilbert. CNET News.com Published. 37… Ngoài ra còn có các trang khác phục vụ cho việt tìm kiếm: rfid-entertainment-ppt-powerpoint/ …