Đề tài Xây dựng hệ thống RFID dải tần LF

Xây dựng hệ thống RFID dải tần LF LỜI NÓI ĐẦU Được sự quan tâm ủng hộ của cô giáo TS. Nguyễn Thúy Anh, ngay từ năm học thứ tư (2008) em đã được tham gia nghiên cứu và tìm hiểu về các hệ thống xử lý tín hiệu số cùng những ứng dụng thực tiễn đi kèm như hệ thống định vị GPS, hệ thống đèn giao thông thông minh... Trong hơn một năm qua, em đã được tiếp xúc với nhiều công nghệ mới và những kiến thức chuyên ngành bổ ích. Sau quá trình nghiên cứu, nhận thấy được sự tiến bộ cũng như tiềm năng của công nghệ nhận dạng RFID (Radio Frequency Identification), được sự khích lệ động viên của cô giáo Nguyễn Thúy Anh, em đã mạnh dạn chọn đề tài “Thiết kế hệ thống RFID trong dải tần LF“ làm đồ án tốt nghiệp của mình. Qua đây, em xin bày tỏ cảm ơn sâu sắc trước sự hướng dẫn tận tình của cô giáo TS.Nguyễn Thúy Anh và thầy giáo TS.Nguyễn Hữu Trung trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp này. Đồng thời, em cũng xin gửi lời chân thành cảm ơn tới các anh khóa K47 trong nhóm phát triển công nghệ đã giúp đỡ em các kiến thức thực tiễn để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này. Có được những kinh nghiệm và kiến thức quý báu để thực hiện đồ án cũng như để chuẩn bị hành trang bước vào cuộc sống, em luôn ghi nhớ và cảm ơn về sự giảng dạy tận tình, sự ân cần quan tâm của các thầy cô giáo trong Khoa Điện Tử Viễn Thông - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trong suốt thời gian vừa qua. Em cũng xin gừi lời cảm ơn tới bạn bè, người thõn đã giúp đỡ động viên em trong quá trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình. Hà Nội, ngày… tháng… năm ... TÓM TẮT NỘI DUNG Công nghệ RFID là một công nghệ khá mới, đặc biệt là ở Việt Nam. Tuy nhiên, có thể khẳng định rằng: những ứng dụng mà nó mang lại giúp ích rất nhiều trong đời sống và cho sự phát triển của khoa học kỹ thuật. Hiện nay, kỹ thuật RFID được ứng dụng trên thế giới có thể được chia làm hai ứng dụng: một là ứng dụng đóng (close application) và ứng dụng mở (open application). Trong đó ứng dụng đóng thường được dùng trong công nghiệp hay trong các hệ thống bảo mật còn ứng dụng mở thường được dùng trong các hệ thống phục vụ nhu cầu xã hội như quản lý thư viện hay hàng húa… Đồ án có cấu trúc gồm bốn chương giúp cho người đọc có một cái nhìn tổng quan về công nghệ RFID trong dải tần 125 KHz. Kỹ thuật RFID là kỹ thuật sử dụng sóng radio để trao đổi thông tin giữa hai bộ phát và thu. Trong đó cấu trúc thẻ gồm ba lớp được thiết kế đặc biệt có cấu trúc như một bộ phỏt siờu mỏng để giao tiếp với đầu đọc (reader). Dải tần số RFID dùng khá rộng bao gồm các dải tần LF, HF và UHF. Tùy từng mục đích cụ thể mà các nhà nghiên cứu lựa chọn dải tần thích hợp cho ứng dụng của mình. Trong những ứng dụng quản lý con người hay tài sản, ứng dụng phổ biến là việc quản lý truy nhập trong các hệ thống vào ra hay bảo mật. Nhận biết được nhu cầu đó, đồ án tập trung vào nghiên cứu và xây dựng hệ thống truy nhập ứng dụng công nghệ RFID ở dải tần LF ( tần số 125 Khz ). Tại tấn số 125Khz, hệ thống sử dụng chip reader EM4095 (IC đọc tín hiệu) với phạm vi từ 5cm - 10cm. Phần cuối của đồ án tốt nghiệp nêu ra các kết quả thực nghiệm và đánh giá kết quả thu được. ABSTRACT In recent years automatic identification procedures (Auto-ID) have becom very popular in many service industries, purchasing and distribution logistics, industry, manufacturing companies and material flow systems. Automatic identification procedures exist to provide information about people, animals, goods and products in transit. A contactless transfer of data between the data-carrying device and its reader is far more flexible. In the ideal case, the power required to operate the electronic data-carrying device would also be transferred from the reader using contactless technology. Because of the procedures used for the transfer of power and data, contactless ID systems are called RFID systems (Radio Frequency Identification). RFID really is a new techonogy, specially in Vietnam. There are many applications with RFID used in the worl. Nowadays, RFID is divided to 2 applycations : the close application and the open application. The close application is used in Industry or the secret system and the open application is used in demand of society such as library. These are the major contents of the project: Chapter 1 : RFID techology and system This chapter help us to see a basic of RFID techonogy . Chapter 2 : Standards in RFID and applycations There are many standards about RFID in the word. So, this chapter held for us to understand the most popular standards. Chapter 3 : constructing RFID system in LF. Chapter 4 : Summing up DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Thuật ngữ 1 RFID Radio Frequency Identification (Nhận dạng bằng sóng radio) 2 ATM Automatic Teller Machine (Máy thông báo tự động) 3 AC Alternating Current (Dòng xoay chiều) 4 DC Direct Current (Dòng môt chiều) 5 RO Read Only (Chế độ chỉ đọc) 6 RW Read Write (Chế độ ghi và đọc) 7 WORM Write Once Read Many (Chế độ ghi một lần đọc nhiều lần) 8 CRC Cyclic Redundancy Check (Thuật toán CRC) 9 ID Identification (Nhận dạng) 10 CMOS Complementary Metal-Oxide Semiconductor (Vi mạch tích hợp) 11 EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (Bộ nhớ vật lý ghép ngoài chỉ đọc) 12 ISO International Organization for Standardization (Tiêu chuẩn của tổ chức quốc tế) 13 EPC Electrical Product Code (Mã điện tử của sản phẩm) 14 HDX Half Duplex (Phương thức truyền bán song công) 15 FDX Full Duplex (Phương thức truyền song công) 16 SEQ Sequential (Truyền tuần tự) 17 LF Low frequency (Tần số thấp) 18 HF High frequency (Tần số cao) 19 AM Amplitude Modulation (Điều biên) 20 OOK On-off Keying 21 ASK Amplitude Shift Keying (Điều chế biên độ) 22 FSK Frequency Shift Keying (Điều chế tần số) 23 PSK Phase Shift Keying (Điều chế pha) 24 FCC Federal Communications Commision (Ủy ban viễn thông liên bang) 25 DOC Department of Communication (Bộ viễn thông) 26 VICC Vicinity card (Họ thẻ, tập hợp các thẻ có cùng tính chất) 27 DST Digital Signature Transponder (Bộ phát đáp dấu hiệu số) 28 RSSI Received singal sthength indicator (Tín hiệu chỉ thị độ lớn tín hiệu thu) 29 SOF Start of frame (Bắt đầu một khung) 30 EOF End of frame (Kết thúc một khung) MỞ ĐẦU Trong vài năm gần đây thủ tục nhận dạng tự động (Auto-ID) đã trở nên rất phổ biến trong nhiều dịch vụ công nghiệp, trong công việc liên quan tới thu thập và phân loại sản phẩm, trong công nghiệp, trong các công xưởng sản xuất và hệ thống phân phối sản phẩm. Thủ tục nhận dạng tự động đó giỳp chúng ta thoát khỏi việc phải cung cấp thông tin và vất vả kiểm tra về con người, động vật, và các sản phẩm trong quá trình lưu chuyển. Các biểu tượng mã vạch có ở khắp nơi làm nổ ra cuộc cách mạng trong việc xác định các hệ thống trong khoảng thời gian lớn, khiến cho không đáp ứng đủ nhu cầu khi số lượng gia tăng quá lớn của các mã vạch. Mã vạch có thể thực sự rất rẻ, nhưng điểm sai lầm là số lượng lưu trữ thấp và thực tế là chúng không thể lập trình lại hay sửa lại được. Giải pháp tối ưu nhất là lưu trữ dữ liệu trong chip silicon. Thông thường các thiết bị mang dữ liệu dưới dạng tín hiệu điện được sử dụng trong cuộc sống là các thẻ thông minh tích hợp cỏc vựng tiếp xúc (thẻ điện thoại đa năng, thẻ tài khoản ngân hàng, …). Tuy nhiên, tiếp xúc cơ đơn thuần sử dụng trong thẻ thông minh thường không thực tế, nhu cầu trao đổi dữ liệu giữa thiết bị nhận và phát không cần tiếp xúc còn lớn hơn. Trong chuỗi ý kiến đưa ra, yêu cầu đòi hỏi phải xây dưng một thiết bị mang dữ liệu tín hiệu điện có thể trao đổi với một bộ đọc sử dụng công nghệ không cần phải tiếp xúc. Bởi vậy thủ tục sử dụng trong việc trao đổi dữ liệu, không cần tiếp xúc, hệ thống nhận dạng bằng sóng radio ra đời, được gọi là hệ thống RFID (Radio Frequency Identification). Đồ án tốt nghiệp với kết cấu logic sẽ giúp cho chúng ta tìm hiểu về công nghệ RFID trong dải tần LF. Chương 1 : Kỹ thuật và hệ thống RFID Chương này giúp cho chúng ta có một cái nhìn tổng quan về kỹ thuật RFID từ nguyên lý hoạt động đến các cấu trúc thẻ tag ( thẻ thông minh ứng dụng trong kỹ thuật RFID). Chương 2: Các chuẩn RFID và ứng dụng Trên thế giới có rất nhiều các nhà nghiên cứu và các công ty phát triển công nghệ nhận dạng sử dụng RFID. Chương II cho chúng ta thấy được cái nhìn về các chuẩn giao thức và các tiêu chuẩn đặt ra khi xây dựng công nghệ RFID. Chương 3: Xây dựng hệ thống RFID dải tần LF. Trình bày một hệ thống RFID ở dải tần LF (125 KHz). Các giải pháp và mô hình hoàn chỉnh đươc đưa ra với những đánh giá và nhận xét gắn với thực tiễn sau thời gian nghiên cứu công nghệ RFID. Chương 4: Kết luận CHƯƠNG 1 KỸ THUẬT VÀ HỆ THỐNG RFID Khi đề cập đến khái niệm RFID trong lĩnh vực kỹ thuật, đối với nhiều chuyên gia lâu năm thì có thể nghĩ ngay đến khái niệm xác định hay nhận dạng có liên quan đến sóng radio. Tuy nhiên, RFID là một công nghệ khá mới đối với những ai ít chú ý đến lĩnh vực kỹ thuật, mặc dù nú đó được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khỏc nhau.Vỡ vậy, trong chương 1 này, các vấn đề được đưa ra tập trung vào giải thích khái niệm RFID và các thành phần của một hệ thống RFID thông thường. Các khái niệm sẽ giúp cho chúng ta hiểu được tổng thể công nghệ và nguyên lý hoạt động của một hệ thổng RFID. 1.1 Hệ thống nhận dạng tự động (Auto Identification-Auto ID): Mã vạch RFID Thẻ thông minh Quang học Giọng nói Hệ thống nhận dạng tự động Sinh học Vân tay Hình 1.1 : Mụ hỡnh cỏc hệ thống nhận dạng tự động 1.1.1 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. 1.1.2 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. 1.1.3 Hệ thống nhận dạng thẻ thông minh (smart card): Thẻ thông minh là thiết bị lưu trữ dữ liệu điện tử, có loại cú thờm 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. 1.2 Kỹ thuật RFID RFID (Radio Frequency Identification) là phương pháp nhận dạng tự động dựa trên khả năng lưu trữ và nhận dữ liệu từ xa bằng các thiết bị thẻ thông minh. 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 anten cho phép nhận lệnh và đáp ứng lại bằng tần số vô tuyến RF từ một RFID phỏt đỏp. Hình 1.2 : Minh họa công nghệ RFID. 1.3 Nguyên lý kỹ thuật RFID Tín hiệu được ghi vào một con chíp nhỏ nằm trong tấm thẻ rất mỏng. Dữ liệu được đọc ghi thông qua một thiết bị đọc ghi thẻ mà không phụ thuộc vào hướng hay phải sắp thẳng hàng, chỉ cần tấm thẻ đó nằm trong vùng phủ sóng của thiết bị là được. Hình 1.3 : Cấu trúc thẻ tag RFID. Hình trên là cấu tạo của một tấm thẻ RFID mã hiệu V720-D52P01 của hãng OMRON, ta có thể thấy là nó bao gồm một ăng ten là các đường mạch bằng đồng rất mảnh và một con chíp rất nhỏ. Tất cả dữ liệu đều nằm trong con chíp này. Quá trình trao đổi thông tin diễn ra như sau: Khi một thẻ RFID tiến đến gần thiết bị đọc ghi thẻ, năng lượng của sóng điện từ đủ để cung cấp cho chớp trờn thẻ và kể từ đó quá trình truyền thông bắt tay giữa thẻ và thiết bị đọc ghi bắt đầu. Trong quá trình này, thiết bị có thể đọc ghi thông tin trên thẻ, và sau khi đã hoàn tất việc trao đổi dữ liệu, chiếc thẻ đó sẽ được chỉ thị là không tiếp nhận thêm thông tin gì nữa cho tới khi được lọt vào vùng phủ sóng lần tiếp theo. Hình dưới đây sẽ mô tả kỹ hơn về quá trình này. Hình 1.4 Quá trình quản lý thẻ qua ănten. Khi có nhiều thẻ nằm trong vùng phủ súng thỡ bộ V720 của OMRON cũng cho phép người dùng thiết lập các lựa chọn về chế độ truyền thông mà ở đó thiết bị đọc ghi có thể giao tiếp ngẫu nhiên với các thẻ RFID, hoặc có thể giao tiếp với một thẻ RFID được chỉ định rõ. 1.4 Cơ chế trao đổi năng lượng và dữ liệu Cơ chế trao đổi năng lượng: Có nhiều cơ chế trao đổi năng lượng tùy thuộc vào nguyên tắc ghộp nối giữa đầu đọc và thẻ và dải tần số hoạt động. Có thể chia ra làm 4 cơ chế như sau: Ghép nối cảm ứng (Inductive Coupling): thường dùng ở dải tần số thấp LF (<135Khz) và tần số cao HF (13.56 MHz). Ghép nối tán xạ điện từ (Electromagnetic Backscatter Coupling): thường dùng ở dải siêu cao tần UHF (868ữ915MHz) và sóng vi ba microwave (2.5 GHz). Ghép nối gần (Close Coupling): phạm vi đọc rất nhỏ (< 1 cm) thường dùng ở dải tần 1ữ10MHz. Ghép nối điện (Electrical Coupling). Ở đây chúng ta chỉ tập trung nghiên cứu hệ thống ghép nối cảm ứng do dải tần hoạt động ở tần số thấp 125 KHz. Hệ thống này thường áp dụng với thẻ thụ động luôn cần cấp năng lượng từ đầu đọc. Ghép nối cảm ứng tức là cơ chế hoạt động dựa trên nguyên lý cộng hưởng điện từ do mạch LC trên 2 thành phần thẻ và đầu đọc tạo ra. Như đã trình bày ở phần thẻ RFID (1.1.1), thẻ thụ động là một thiết bị điện tử chứa dữ liệu gồm một vi mạch đơn và một cuộn dây lớn có chức năng như một anten. Phía đầu đọc cũng có một cuộn dây là anten, khi cấp nguồn cho đầu đọc thì sẽ có dòng điện đi qua cuộn dây này tạo nên một trường điện từ dao động (Magnetic alternating field H) bao quanh cuộn dây (vì trong trường hợp này thẻ luôn hoạt động thụ động cần đến năng lượng cấp từ đầu đọc nên cuộn dây anten của đầu đọc phải tạo ra được trường điện từ ở tần số cao và mạnh sao cho có thể xuyên qua cuộn dây và phủ kín không gian xung quanh cuộn dây điều này phụ thuộc vào thiết kế của anten phía đầu đọc – Hình 1.10). Do bước sóng của dải tần hoạt động lớn gấp nhiều lần so với khoảng cách giữa anten của đầu đọc và anten của thẻ nên trường điện từ có thể được hiểu đơn giản như một từ trường dao động liên quan đến khoảng cách giữa thẻ và đầu đọc. Hình 1.5 Từ trường dao động (magnetic alternating field) do cuộn dây anten trên thẻ sinh ra. Khi thẻ đi vào vùng từ trường của đầu đọc thì năng lượng từ từ trường dao động có thể cảm ứng sang mạch cộng hưởng qua các cuộn dây theo định luật Faraday. Nếu tần số dao động fG của từ trường dao động tương ứng với tần số cộng hưởng fR của mạch cộng hưởng LC thỡ trờn cuộn cảm phía thẻ sẽ xuất hiện một dòng điện cảm ứng. Dòng điện cảm ứng này gây ra một điện áp Ui giữa hai đầu cuộn dây trên thẻ. Điện áp sau đó được chỉnh lưu và cung cấp năng lượng nuụi cỏc vi mạch và các khối chức năng khác bên trong thẻ. Các mạch cộng hưởng song song Phía đầu đọc có một tụ điện Cr nối song song với cuộn dây anten, điện dung của tụ điện được lựa chọn sao cho nó cùng với điện cảm của cuộn dây tạo thành một mạch cộng hưởng song song với tần số cộng hưởng tương ứng với tần số truyền của đầu đọc. Phía thẻ có tụ điện C1 hợp với cuộn dây anten tạo thành một mạch cộng hưởng được điều chỉnh theo tần số truyền của đầu đọc. Điện áp Ui trên cuộn dây anten phía thẻ đạt được cực đại phụ thuộc vào mức tăng cộng hưởng trên mạch cộng hưởng song song. Tag Từ trường H Hình 1.6 Năng lượng sinh ra từ từ trường dao động phía đầu đọc cung cấp năng lượng cho thẻ qua ghép nối cảm ứng. Hiệu suất truyền năng lượng giữa hai cuộn dây anten phía đầu đọc và phía thẻ tỉ lệ với tần số hoạt động f, số vòng dây cuốn n, góc đặt giữa hai cuộn dây và khoảng cách giữa chúng. Khi tần số f tăng thì điện cảm của cuộn dây trên thẻ và số vòng dây quấn giảm (<135 KHz: 100 ữ 1000 vòng, 13.56 KHz: 3 ữ10 vũng). Vỡ điện áp cảm ứng trên cuộn dây phía thẻ cũng tỉ lệ với tần số f nên giảm số vòng dây cũng ít ảnh hưởng đến hiệu suất truyền năng lượng ở các tần số cao hơn. 1.4.1 Truyền dữ liệu từ thẻ sang đầu đọc Như đã miêu tả ở trên, hệ thống ghép nối cảm ứng hoạt động dựa trên nguyên tắc kiểu máy biến áp với cuộn sơ cấp phía đầu đọc và cuộn thứ cấp phía thẻ, khi khoảng cách giữa hai cuộn dây này không vượt quá 0,16λ (384m) thì thẻ sẽ nằm trong trường gần (near field) của anten phát của đầu đọc. Kết quả trả lời của thẻ trên anten đầu đọc được thể hiện thông qua trở tháng biến đổi ZT của cuộn dây anten đầu đọc. Đóng và ngắt điện trở tải trên cuộn dây anten của thẻ sẽ làm thay đổi trở kháng ZT và làm thay đổi điện áp trên cuộn dây anten đầu đọc. Điều này dẫn đến việc điều chế biên độ điện áp UL trên cuộn dây anten đầu đọc bởi một thẻ từ xa. Nếu thời điểm đóng ngắt điện trở tải được điều khiển bởi dữ liệu thì dữ liệu có thể chuyển từ thẻ sang đầu đọc. Dạng truyền dữ liệu như thế này gọi là điều biến tải. Để phục hồi dữ liệu trên đầu đọc, điện áp trên anten đầu đọc được chỉnh lưu. Điều này thể hiện việc giải điều chế một tín hiệu đã được điều biên. 1.4.2 Cơ chế truyền dữ liệu từ đầu đọc sang thẻ Tất cả các phương pháp điều biến số đều có thể sử dụng trong việc truyền dữ liệu từ thẻ sang đầu đọc bằng cơ chế truyền song công (Full Duplex – FDX) và bán song công (Half Duplex – HDX) hoặc truyền tuần sự (Sequential – SEQ), không phụ thuộc vào tần số hoạt động hay nguyên tắc ghép nối. 1.4.3 Các phương pháp điều chế thường dùng Điều chế dịch biên (Amplitude Shift Keying) ASK là một dạng của điều chế tín hiệu số mà ở đó tín hiệu số được biểu diễn bằng sự thay đổi biên độ của sóng mang. Biên độ của tín hiệu mang thay đổi theo chuỗi bit 1 và 0 mà vẫn giữ nguyên tần số và pha. Mức của biên độ biểu diễn cho bít logic 0 hay 1. Chúng ta có thể hiểu rằng tín hiệu mang như là một khúa đúng cắt. Ở dạng tín hiệu điều chế, bit logic 0 được biểu diễn bởi sự vắng mặt của sóng mang, bit logic 1 được biểu diễn bởi sự có mặt của sóng mang và từ đó thông tin được truyền đi. Cũng giống như AM, ASK cũng nhạy với nhiễu, bị biến dạng trong khi truyền đi. Sự điều chế và giải điều chế tương đối ít tốn kém. Công nghệ ASK thường được dùng để truyền tín hiệu số trên cáp quang. Hình dưới đây mô tả bit 1 được truyền đi bằng sóng mang có biên độ E1 và bit 0 được truyền đi bằng sóng mang có biên độ là E2. Hình 1.7 Tín hiệu điều biên ASK. Do cách giải điều chế đơn giản nên hầu hết các hệ thống đều dùng phương pháp điều chế ASK. Điều chế tần số (Frequency Shift Keying) Hình 1.8 Tín hiệu điều tần FSK. FSK là nguyên lý điều chế tần số mà ở đó thông tin số được truyền đi qua sự thay đổi rời rạc của tần số. FSK đơn giản nhất là FSK nhị phân gọi là BFSK, sử dụng hai tần số riêng biệt để truyền đi hai bit 0 và 1. Điều chế pha tín hiệu (Phase Shift Keying): Tín hiệu có dạng sóng dao động có tần số f (sóng mang), thay đổi pha để biểu diễn các giá trị của tín hiệu: mỗi bit đặc trưng bởi góc pha khác nhau của tín hiệu. VD: pha = 90o cho bit 0, pha = -90o cho bit 1. Hình 1.9 Tín hiệu điều pha PSK. 1.5 Hệ thổng RFID 1.5.1 Cấu trúc hệ thống Một hệ thống RFID có thể gồm một số phần tử: thẻ, bộ đọc thẻ, máy chủ, middleware và phần mềm ứng dụng. Mục đích của một hệ thống RFID là cho phép dữ liệu được truyền bởi một thiết bị di động, thẻ đến được một bộ đọc RFID và bộ đọc xử lý thông tin theo yêu cầu của ứng dụng cụ thể. Dữ liệu truyền từ thẻ có thể chứa thông tin nhận dạng hoặc thông tin định vị hoặc những chi tiết về sản phẩm được đánh thẻ như giá, màu, ngày mua, ... RFID lần đầu xuất hiện trong các ứng dụng truy nhập và theo dõi những năm 1980 và nhanh chóng thu hút sự chú ý bởi khả năng theo dõi các đối tượng đang chuyển động. Khi công nghệ được cải tiến, càng có nhiều ứng dụng sử dụng thẻ RFID. Trong một hệ thống RFID cụ thể, các đối tượng riêng lẻ được trang bị một thẻ nhỏ có giá thành thấp. Thẻ này chứa một bộ phỏt đỏp (transponder) với một chip nhớ có mã sản phẩm điện tử duy nhất. Bộ tích hợp, anten được đóng gói với bộ phỏt đỏp và bộ giải mã, phát ra tín hiệu kích hoạt thẻ RFID nhờ đó nó có thể đọc và ghi dữ liệu. Khi một thẻ RFID đi vào vùng điện từ trường, nó sẽ phát hiện tín hiệu kích hoạt của thẻ đọc. Bộ đọc giải mã dữ liệu được mó hoỏ từ mạch tích hợp (chip silicon) của thẻ và dữ liệu dược đưa vào một máy chủ. Phần mềm ứng dụng trên máy chủ sẽ xử lý dữ liệu và thường sử dụng ngôn ngữ đánh dấu vật lý. Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống RFID đơn giản. Lấy ví dụ về các quyển sách trong thư viện. Các cổng an ninh có thể phát hiện ra khi nào có hoặc không có một quyển sách được kiểm tra trước khi ra khỏi thư viện. Khi người sử dụng mang trở lại, bít bảo mật được reset và bản ghi trong hệ thống thư viện sẽ tự động cập nhật. Trong một số giải pháp RFID, một biên lai nhận lại sẽ được tạo ra. Ở điểm này, các vật liệu có thể được lưu trữ trong các hộp nhờ thiết bị trả lại. Que dò trong kho sẽ xác định chi tiết vị trí lưu sách trong kho. Công cụ này được dùng để cất sách theo đúng thứ tự. 1.5.2 Thẻ RFID Kiến trúc thẻ: Hình 1.11 Các lớp thẻ RFID. Hình 1.12 Lớp mạch và anten. Kiến trúc thẻ RFID gồm 3 phần chính : - 1 bộ nhớ: lưu giữ ID khách hàng. - 1 bộ vi xử lý: + Read-Write. + Mã hóa, giải mã thông tin. + Có tớnh năng bảo mật chống ghi chép. - 1 anten vòng quanh thẻ: + Thu tín hiệu từ trường điện từ mà đầu đọc phát. + Gửi lại thông tin ID khách hàng cho Reader. - Dựa trên cấu trúc thẻ, chia làm 2 loại thẻ: + Active Tag: thẻ tự cấp nguồn thông qua pin gắn trên thẻ. + Passive Tag: thẻ tự động được nạp năng lượng khi đưa vào trong trường của Reader. Tần số sử dụng: - LF: 30 – 300KHz Thường sử dụng ở tần số 125, 134.2 KHz - HF: 3 – 30 MHz Thường sử dụng ở tần số 13.56MHz - UHF : 433.920mhz, 869mhz, 915mhz - Microwave : 2.45ghz, 5.8ghz, 24.125ghz 1.5.2.1. Thẻ thụ động: Hình 1.13 Cấu trúc thẻ thụ động. Các thẻ RFID thụ động không có nguồn cung cấp bên trong. Dòng điện cảm biến bên trong anten từ tín hiệu tần số vô tuyến đến chỉ đủ cung cấp công suất cho mạch tích hợp CMOS trong thẻ để phát đi đáp ứng. Hầu hết các thẻ thụ động nhận tín hiệu nhờ tín hiệu sóng mang tán xạ ngược lại từ bộ đọc thẻ. Điều này có nghĩa là anten phải được thiết kế để vừa nhận công suất từ tín hiệu đến và truyền đi tín hiệu tán xạ. Đáp ứng của một thẻ thụ động RFID không chỉ là một số nhận dạng ID (GUID), con chíp của thẻ có thể chứa bộ nhớ EEPROM để lưu trữ dữ liệu. Do không có bộ nguồn cung cấp gắn liền trên mạch nên thẻ có kích thước khá nhỏ: đó là các sản phẩm thương mại sẵn có có thể được gắn dưới lớp da. Kích thước của những thiết bị như vậy chỉ khoảng 0.15 mm x 0.15 mm, và còn mỏng hơn độ dày của một trang giấy (7.5 àm). Thêm vào đó anten cũng tạo cho thẻ có kích thước thay đổi từ kích thước con tem bưu điện đến kích thước của một thẻ ATM. Các thẻ thụ động có khoảng cách đọc thực tế khoảng 2 mm lên đến một vài mét tùy thuộc vào tần số vô tuyến lựa chọn và kích thước, thiết kế của anten. Nhờ sự đơn giản trong thiết kế mà các anten này cũng rất thích hợp để sản xuất. Các thẻ thụ động RFID không yêu cầu nguồn và có thể nhỏ hơn nữa với thời gian tồn tại không giới hạn. Các thẻ không phải là silicon được làm từ các chất bán dẫn polime đang được phát triển bởi một số công ty toàn cầu. Năm 2005, PolyIC (Đức) và Philips (Hà Lan) đã hợp tác thử nghiệm in các thẻ polime hoạt động ở băng tần 13.56MHz. Nếu thương mại hoá thành công, các thẻ polime sẽ trở nên dễ in, giống như một tờ tạp chí và có chi phí ít hơn các thẻ silicon. 1.5.2.2 Bán thụ động Các thẻ RFID bán thụ động rất giống với các thẻ thụ động ngoại trừ chi tiết pin nhỏ hơn. Loại pin này cho phép IC của thẻ được cấp nguồn năng lượng không đổi, và loại bỏ nhu cầu thiết kế anten để lấy nguồn từ tín hiệu đưa đến. Vì thế các anten được tối ưu với tín hiệu bị tán xạ. Do đó các thẻ RFID bán thụ động sẽ đáp ứng nhanh hơn mặc dù kém ổn định và không hiệu quả bằng các thẻ tích cực. 1.5.2.3 Thẻ tích cực Hình 1.14 Nguyên lý thẻ tích cực. Không như các thẻ thụ động, các thẻ RFID tích cực có nguồn cấp bên trong để cung cấp cho các IC tạo thành tín hiệu đầu ra. Các thẻ tích cực thường ổn định hơn (ít lỗi hơn) các thẻ thụ động do khả năng kết nối "phiên" với đầu đọc. Nhờ có nguồn cung cấp onboard nờn cỏc thẻ tích cực có thể phát công suất cao hơn các thẻ thụ động, cho phép chúng hoạt động hiệu quả hơn trong