Đồ án Ứng dụng RFID trong an ninh công ty (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Ứng dụng RFID trong an ninh công ty (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ỨNG DỤNG RFID TRONG AN NINH CÔNG TY GVHD: TS. PHAN VĂN CA SVTH: TÔ TRỌNG QUÝ MSSV: 10117058 SVTH: NGUYỄN THỊ MINH NGỌC MSSV: 10117046 S K L 0 0 3 3 1 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08/2014
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG RFID TRONG AN NINH CÔNG TY GVHD: TS. PHAN VĂN CA SVTH: TÔ TRỌNG QUÝ MSSV: 10117058 SVTH: NGUYỄN THỊ MINH NGỌC MSSV: 10117046 TP.HCM THÁNG 8 NĂM 2014
3. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang i LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp, nhóm thực hiện đề tài trải qua không ít khó khăn. Nhờ sự giúp đỡ tận tình của TS. PHAN VĂN CA, quý thầy/cô cùng các bạn sinh viên trong Khoa Điện-Điện tử, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh, nhóm thực hiện đề tài đã hoàn thành tốt nhiệm vụ của mình đƣợc giao. Nhóm thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: TS. PHAN VĂN CA – GVHD đã định hƣớng và chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp. Quý thầy/cô trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM nói chung và quý thầy/cô khoa Điện – Điện Tử nói riêng - những ngƣời đã tận tình truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho nhóm thực hiện đề tài. Những ngƣời thân trong gia đình đã luôn luôn bên cạnh ủng hộ, động viên cả về vật chất lẫn tinh thần giúp nhóm thực hiện đề tài có đƣợc điều kiện tốt nhất để hoàn thành đề tài đƣợc giao. Tất cả bạn bè trong lớp DTV10117, các bạn sinh viên trên các diễn đàn đã nhiệt tình giúp đỡ nhóm thực hiện đề tài trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành đề tài đƣợc giao. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 Sinh viên thực hiện đề tài
4. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii LIỆT KÊ BẢNG iv LIỆT KÊ HÌNH v LIỆT KÊ TỪ VIẾT TẮT vii TÓM TẮT viii ABSTRACT ix Chƣơng 1: GIỚI THIỆU 1 1.1 Vai trò và ứng dụng của công nghệ RFID hiện nay 1 1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của đề tài 2 1.3 Bố cục của Đồ Án Tốt Nghiệp 3 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4 2.1 Tổng quan về công nghệ RFID và ứng dụng RFID 4 2.1.1 Giới thiệu về RFID 4 2.1.2 Phân loại 5 2.1.3 Các thành phần cơ bản của một hệ thống RFID 7 2.1.4 Ứng dụng RFID trong hệ thống quản lý vào ra 9 2.2 Các kiến thức liên quan 9 2.2.1 Sơ lƣợc về vi điều khiển PIC 16F887 9 2.2.2 Tìm hiểu về IC EM4095 17 2.2.3 Tìm hiểu về IC PL2303 19 2.2.4 Chuẩn giao tiếp bằng cổng USB (Universal Serial Bus) 23 2.2.5 Tổng quát về màn hình LCD 16x2 (Liquid Crystal Display) 26 2.2.6 Chuẩn giao tiếp cổng COM RS232 29 Chƣơng 3: PHÂN TÍCH – THIẾT KẾ HỆ THỐNG 37 3.1 Yêu cầu 37 3.2 Lựa chọn phƣơng án thiết kế 37 3.2.1 Khối xử lý trung tâm 37 3.2.2 Khối hiển thị 38 3.2.3 Khối đọc (Reader) 38 3.2.4 Thẻ RFID 38
5. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang iii 3.2.5 Khối giao tiếp máy tính 38 3.3 Sơ đồ khối của hệ thống 39 3.3.1 Sơ đồ khối 39 3.3.2 Thiết kế phần cứng và chức năng từng khối 39 3.4 Nguyên lý hoạt động 45 3.5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 46 3.6 Lập trình cho vi điều khiển 47 3.6.1 Lƣu đồ giải thuật 47 3.6.2 Viết chƣơng trình 47 3.7 Lập trình giao diện phần mềm C# 48 3.7.1 Lƣu đồ giải thuật 48 3.7.2 Viết chƣơng trình trên C# 49 3.8 Tạo cơ sở dữ liệu trên Microsoft SQL Server 2005 50 3.9 Các công cụ vẽ mạch – viết chƣơng trình 51 Chƣơng 4: THI CÔNG – KẾT QUẢ THỰC HIỆN 52 4.1 Nội dung thi công, thực hiện 52 4.1.1 Thi công phần cứng 52 4.1.2 Thiết kế giao diện, lập trình trên C# 52 4.2 Kết quả thực hiện 53 4.2.1 Kết quả thi công phần cứng 53 4.2.2 Kết quả giao diện giao tiếp 56 Chƣơng 5: KẾT LUẬN – HƢỚNG PHÁT TRIỂN 62 5.1 Kết luận 62 5.2 Hƣớng phát triển 62 PHỤ LỤC A: MÃ CHƢƠNG TRÌNH 64 PHỤ LỤC B: HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81
6. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang iv LIỆT KÊ BẢNG Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Bảng 2.1: Phân loại RFID theo dải tần số 6 Bảng 2.2: ANSEL - Analog select register 11 Bảng 2.3: ANSELH – Analog select high register 11 Bảng 2.4: TRISA – port A tri-state register 11 Bảng 2.5: Thanh ghi port A 12 Bảng 2.6: Bảng tóm tắt các thanh ghi 12 Bảng 2.7: Các chế độ hoạt động của Timer 12 Bảng 2.8: Cách sử dụng khối CCP tƣơng ứng với sự kết hợp Timer 13 Bảng 2.9: Thanh ghi quy định chế độ truyền 15 Bảng 2.10: Thanh ghi quy định chế độ nhận 16 Bảng 2.11: Chức năng từng chân của PL2303 20 Bảng 2.12: Chức năng các chân của LCD 16x2 26 Bảng 2.13: Các lệnh điều khiển của LCD 27
7. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang v LIỆT KÊ HÌNH Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.1: Một hệ thống RFID đơn giản 4 Hình 2.2: Thẻ RFID 7 Hình 2.3: Sơ đồ chân của PIC 16F887 10 Hình 2.4: Sơ đồ chân của EM4095 18 Hình 2.5: Sơ đồ chân của IC PL2303 20 Hình 2.6: Sơ đồ khối chức năng của PL2303 22 Hình 2.7: Sơ đồ chân cổng USB 23 Hình 2.8: Hình dạng của một LCD 16x2 26 Hình 2.9: Cáp cổng COM 30 Hình 2.10: Sơ đồ chân cổng COM 32 Hình 2.11: Mạch chuẩn giao tiếp RS232 dùng IC MAX232 34 Hình 2.12: Mạch chuẩn giao tiếp RS232 dùng DS275 34 Hình 2.13: Mạch chuẩn giao tiếp RS232 dùng transistor 35 Hình 2.14: Giao diện phần mềm Terminal 36 Chƣơng 3: PHÂN TÍCH – THIẾT KẾ HỆ THỐNG Hình 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống 39 Hình 3.2: Khối RFID 39 Hình 3.3: Mạch RFID reader 42 Hình 3.4: Khối vi điều khiển 43 Hình 3.5: Khối hiển thị 44 Hình 3.6: Khối chuyển đổi cổng COM sang cổng USB 44 Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý hệ thống 46 Hình 3.8: Lƣu đồ giải thuật cho vi điều khiển đọc thẻ RFID 47 Hình 3.9: Lƣu đồ giải thuật nhận thiết bị 48 Hình 3.10: Lƣu đồ giải thuật kết nối/ ngắt kết nối 48 Hình 3.11: Lƣu đồ giải thuật nhận dữ liệu 49 Hình 3.12: Kết nối đến Microsoft SQL Server 2005 50 Hình 3.13: Giao diện làm việc với SQL 2005 50 Hình 3.14: Cơ sở dữ liệu lƣu thông tin nhân viên 51 Chƣơng 4: THI CÔNG – KẾT QUẢ THỰC HIỆN Hình 4.1: Layout của khối đọc RFID và khối điều khiển hiển thị LCD 52
8. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang vi Hình 4.2: Thiết kế giao diện 53 Hình 4.3: Cáp kết nối và nguồn cấp 54 Hình 4.4: Mạch thực tế và thẻ RFID 54 Hình 4.5: Mã thẻ 1 55 Hình 4.6: Mã thẻ 2 55 Hình 4.7: Mã thẻ 3 55 Hình 4.8: Mã thẻ 4 56 Hình 4.9: Mã thẻ 5 56 Hình 4.10: Cổng COM kết nối với phần cứng 57 Hình 4.11: Kết nối với phần cứng 57 Hình 4.12: Thông tin nhân viên của mã thẻ 1 58 Hình 4.13: Thông tin nhân viên của mã thẻ 2 58 Hình 4.14: Thông tin nhân viên của mã thẻ 3 59 Hình 4.15: Thông tin nhân viên của mã thẻ 4 59 Hình 4.16: Mã thẻ 5 khi chƣa có thông tin nhân viên 60 Hình 4.17: Mã thẻ 5 sau khi đƣợc cập nhật thông tin của nhân viên mới 60 Hình 4.18: Ngắt kết nối phần cứng 61
9. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang vii LIỆT KÊ TỪ VIẾT TẮT ADC : Analog to Digital Converter AM : Amplitude Modulation AVR : Advanced Virtual RISC BOR : Brown – out Reset CCP : Capture – Compare – PWM CPU : Central Processing Unit EEPROM : Electrically Erasable Programmable Read – Only Memory HF : High Frequency LF : Low Frequency IC : Integrated Circuit LCD : Liquid Crystal Display LF : Low Frequency LPT : Local Property Tax LSB : Least Significant Bit MSB : Most Significant Bit OOK : On – Off Keying OST : Oscillator start – up Timer PCB : Printed Circuit Board PLL : Phase – Locked Loop POR : Power – on Reset PWM : Pulse-Width Modulation PWRT : Power – up timer RFID : Radio Frequency Identification SIE : Serial Interface Engine UHF : Ultra High Frequency USART : Universal Synchronous and Asychronous serial Receiver and Transmitter USB : Universal Serial Bus VHS : Video Home System WDT : Watchdog timer
10. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang viii TÓM TẮT Công nghệ RFID đƣợc thiết kế nhằm cho phép các thiết bị đọc ghi bắt đƣợc dữ liệu trên thẻ thông minh và tự động chuyển các dữ liệu này sang hệ thống máy tính. Ứng dụng công nghệ này vào quản lý nhân viên, an ninh công ty để giảm thiểu các rủi ro mất mát của công ty khi ngƣời lạ xâm nhập. Đề tài này tìm hiểu về công nghệ RFID và thi công ứng dụng của nó trong việc quản lý nhân viên, an ninh công ty. YÊU CẦU LUẬN VĂN  Tìm hiểu về công nghệ RFID.  Đọc mã thẻ bằng mạch đọc RFID, hiển thị mã thẻ lên LCD và giao tiếp với máy tính.  Thiết kế và tạo giao diện quản lý nhân viên trong công ty, tránh ngƣời lạ xâm nhập. CÔNG VIỆC ĐÃ THỰC HIỆN ĐƢỢC  Hoàn thành mạch đọc mã thẻ hiển thị LCD và giao tiếp với máy tính thông qua cổng USB.  Giao diện quản lý nhân viên trong công ty hoạt động tƣơng đối ổn định. Nhƣng muốn ứng dụng và thực tế với những hệ thống lớn và thời gian lâu dài thì cần phải cải tiến nhiều hơn nữa. ĐIỂM MỚI CỦA ĐỀ TÀI  Đề tài có sử dụng webcam tích hợp trên laptop để thực hiện chụp và lƣu ảnh nhân viên, ít tốn chi phí hơn trong việc sử dụng webcam rời.  Sử dụng phần mềm để lƣu cơ sở dữ liệu Microsoft SQL server 2005 kết nối với C# để thuận tiện hơn trong việc sửa đổi dữ liệu của các nhân viên. NỘI DUNG BÁO CÁO  Tìm hiểu về công nghệ RFID: Trình bày tổng quan về lý thuyết, các thành phần liên quan đến công nghệ RFID và các ứng dụng của nó trong thực tế.  Thiết kế và thi công sản phẩm: Trình bày về sơ đồ khối, giải thuật, chƣơng trình và kết quả thi công.
11. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang ix ABSTRACT RFID technology is designed to enable readers to capture data on tags and transmit it automatically to a computer system. Application of this technology to the management staff, security company to minimize the risk of loss of the company when strangers invade. This subject learned about RFID technology and executed its applications in managing staff and security company. REQUIREMENTS OF THE SUBJECT  Learn about RFID technology.  Read the code tags with RFID reader circuit, display them on the LCD and interact with computer.  Design and write staff management interface in companies, avoid intrusion of strangers. WORKS ARE DONE  Completed code tags reader circuit, displayed on the LCD and interacted with computer by a USB port.  Staff management interface in companies operated relatively stabe. But, to actual applications with large systems and long time, they need to improve more. NEW POINTS OF SUBJECT  This subject used the intergrated webcam on laptop to capture and save the staff pictures, it’s less the cost than when using webcam is left.  Used the Microsoft SQL server 2005 software to save the database and connected with C# will be more comfortable in the modification of staff data. REPORT CONTENTS  Learned about RFID technology: Presenting an overview of the theory, components related to RFID technology and its application in fact.  Designed and executed products: Presenting of block diagrams, algorithms, programs and execution results.
12. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 1 Chƣơng 1: GIỚI THIỆU 1.1 Vai trò và ứng dụng của công nghệ RFID hiện nay Ngành Điện Tử - Viễn Thông là một trong những ngành quan trọng góp phần vào sự phát triển của đất nƣớc, sự phát triển nhanh chóng của Khoa Học – Công Nghệ làm cho ngành Điện Tử - Viễn Thông ngày càng phát triển và đạt đƣợc nhiều thành tựu mới. Nhu cầu của con ngƣời ngày càng cao là điều kiện thuận lợi để cho ngành Điện Tử - Viễn Thông phải không ngừng phát minh ra các sản phẩm mới có tính ứng dụng cao, các sản phẩm có tính năng, có độ bền và độ ổn định ngày càng cao . Trong thời gian gần đây, một số tổ chức, hãng nổi tiếng trên thế giới nhƣ Gartner Dataquest, Maker Reseach, đã nghiên cứu và khuyến cáo các công ty ở mọi quy mô khác nhau nên ứng dụng các giải pháp nhận dạng không dây, trong đó RFID là một trong số các công nghệ mới. Những hệ thống nhận dạng không dây nhƣ RFID hoàn toàn có thể giảm thiểu sai sót về địa điểm, dây chuyền cung ứng và đánh cắp sản phẩm lên tới 90%, gia tăng hiệu suất từ 12 đến 15% và giảm thời gian kiểm đếm tồn kho từ 35 đến 40%, qua đó tạo dựng đƣợc một lợi thế cạnh tranh rõ nét. Chính vì thế mà RFID là một công nghệ đang nổi. Về mặt lâu dài, RFID có thể sẽ phổ biến nhƣ việc sử dụng các máy tính cá nhân trong các tổ chức doanh nghiệp. Ta có thể tham khảo ứng dụng của RFID trong một số lĩnh vực sau:  Trong hệ thống bƣu chính viễn thông: Ngày nay, các hoạt động bƣu chính đã triển khai RFID trên hệ thống khép kín khác nhau để đo kiểm, giám sát và nâng cao hoạt động Bƣu chính. Một ví dụ điển hình nhƣ: RFID đƣợc sử dụng để giám sát dịch vụ bƣu phẩm quốc tế giữa các trung tâm bƣu chính lớn. Cứ bƣu phẩm nào có gắn nhãn đƣợc đƣa vào khay chia chọn, thời gian chuyển phát có thể đƣợc tính toán. Điều này cho phép các vấn đề về dịch vụ đƣợc xác định và đƣợc giải quyết tin cậy và tiết kiệm. Các hoạt động bƣu chính khác là theo dõi container bƣu phẩm để đánh giá việc sử dụng ngƣời theo dõi và để theo dõi các vị trí container. Các hệ thống theo dõi container bằng tay có xu hƣớng ít dần khi khối lƣợng tăng và có thời hạn chót để đáp ứng các thời điểm khởi hành. Bằng cách cho phép thông tin đƣợc lƣu tự động, RFID đảm bảo và thậm chí hoạt động trong những điều kiện căng thẳng. Các giám đốc bƣu chính có thể dựa trên thông tin để quyết định nâng các chi phí vận tải và xác định lại các container khi cần. Hay một ứng dụng khác nữa trong lĩnh vực này có thể kể đến là các túi bƣu phẩm đƣợc theo dõi bằng RFID sẽ thông báo tình trạng phát đã đƣợc dành cho các dịch vụ bƣu phẩm ƣu tiên. Các túi bƣu phẩm đƣợc gắn thẻ sẽ tự động đƣợc Chƣơng 1: GIỚI THIỆU
13. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 2 đọc ở một số điểm cụ thể trên mạng để cung cấp khả năng định vị và theo dõi đƣợc tự động hóa.  Trong hệ thống giao thông: Ở Anh, các hệ thống trả trƣớc cho các dịch vụ giao thông công cộng ra đời nhờ sử dụng công nghệ RFID. Thiết kế này đƣợc nhúng trong một thẻ tín dụng (giấy thông hành) và khi đƣợc quét, nó sẽ cho biết thông hành có hợp lệ hay không và thời gian thông hành còn lại bao lâu.  Trong kinh doanh: Các thẻ RFID tần số UHF hiện đƣợc sử dụng rộng rãi trong thƣơng mại để tìm các tủ, palet, các container chuyển hàng hay tìm các toa hàng trong các kho hàng vận chuyển. Hay, các thẻ RFID sóng cực ngắn đƣợc sử dụng trong việc giám sát ra vào của các xe có trọng tải lớn.  Trong hệ thống thƣ viện: Các thẻ RFID đƣợc sử dụng trong các thƣ viện, chẳng hạn nhƣ thẻ đọc sách vuông, thẻ CD/DVD tròn và thẻ chữ nhật VHS. Các thẻ RFID tần số cao đƣợc sử dụng trong thƣ viện sách hoặc để tìm sách trong kho, để tìm palet, điều khiển ra vào tòa nhà, tìm hành lý ở sân bay hay tìm các mặt hàng thuốc, trang trí Các thẻ tần số cao đƣợc sử dụng rộng rãi trong các huy hiệu nhận dạng và thay thế cho các thẻ từ. Những huy hiệu này chỉ cần giữ trong phạm vi một khoảng cách xác định với đầu đọc để nhận dạng. Ngoài những lĩnh vực trên, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật công nghệ hiện nay, RFID có nhiều tiềm năng để mở rộng lĩnh vực ứng dụng. Hiện nay, việc quản lý cơ cấu, tổ chức là những vấn đề đã và đang đƣợc các công ty chú trọng quan tâm. Đặc biệt là việc quản lý lực lƣợng nhân viên trong công ty. Đối với những địa điểm nhƣ các cơ quan, trụ sở lớn, vấn đề về bảo mật, kiểm soát an ninh thƣờng rất phức tạp và đặt ra nhiều thử thách. Để giải quyết đƣợc vấn đề này, công nghệ RIFD đã tạo ra một thiết bị có chức năng kiểm thông tin nhân viên cũng nhƣ đảm bảo an ninh cho công ty tránh ngƣời lạ xâm nhập. Vì thế, nhóm chọn nghiên cứu về hệ thống RFID làm Đồ Án Tốt Nghiệp. 1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của đề tài Hệ thống quản lý kiểm soát nhân viên vào ra bằng công nghệ RFID có khả năng kiểm soát hoàn toàn tình hình di chuyển của con ngƣời cũng nhƣ hàng hóa hay thiết bị qua các khu vực khác nhau, cho phép đi qua hay không đi qua. Từ đó giúp cho việc giám sát an ninh của lực lƣợng quản lý trở nên đơn giản hơn nhƣng vẫn không kém phần hiệu quả. Chƣơng 1: GIỚI THIỆU
14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 3 Hệ thống RFID đƣợc tạo ra nhằm quản lý thông tin của nhân viên trong công ty, tránh những ngƣời lạ xâm nhập vào khuôn viên làm việc của công ty bằng hình thức quét thẻ. Vì thế, mô hình này có thể kiểm soát đƣợc tình hình an ninh của công ty cũng nhƣ lịch trình làm việc của nhân viên.  Mục tiêu của đề tài: Hiểu và nắm đƣợc cách thức hoạt động của công nghệ RFID. Ứng dụng đƣợc RFID trong việc quản lý nhân sự ra/vào công ty. Rèn luyện khả năng thực hành, vận dụng các kiến thức đã học vào một ứng dụng thực tế. Nâng cao kỹ năng nghiên cứu, tổ chức làm việc nhóm  Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Kiểm soát đƣợc việc ra/vào của nhân viên công ty thông qua cơ sở dữ liệu thông tin nhân viên. Sử dụng thẻ RFID để xác nhận ngƣời ra/vào có phải là nhân viên công ty hay không, đƣợc phép hay không đƣợc phép ra vào công ty. Cho phép chỉnh sửu, thêm hay xóa thông tin nhân viên khi có sự đổi mới nhân sự. 1.3 Bố cục của Đồ Án Tốt Nghiệp Nội dung chính của đề tài bao gồm các phần sau: Chƣơng 1: GIỚI THIỆU Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chƣơng 3: PHÂN TÍCH – THIẾT KẾ HỆ THỐNG Chƣơng 4: THI CÔNG – KẾT QUẢ THỰC HIÊN Chƣơng 5: KẾT LUẬN – HƢỚNG PHÁT TRIỂN Chƣơng 1: GIỚI THIỆU
15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 4 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về công nghệ RFID và ứng dụng RFID 2.1.1 Giới thiệu về RFID RFID là chữ viết tắt của Radio Frequency Identification (nhận dạng theo tần số vô tuyến), là công nghệ nhận dạng sử dụng các thiết bị điện tử mang thông tin và thƣờng đi kèm với các đối tƣợng cần đƣợc nhận dạng. Công nghệ này ứng dụng sóng cao tần hoặc từ trƣờng để giao tiếp với các thiết bị điện tử. Một hệ thống RFID gồm các thành phần chính: Tag: Là các thiết bị điện tử mang thông tin về đối tƣợng, thƣờng đƣợc đính vào đối tƣợng cần nhận dạng. Reader: Là thiết bị phát hiện các tag và đọc thông tin đƣợc lƣu trong tag, đồng thời, reader cũng có nhiệm vụ thông báo cho một hệ thống khác về sự hiện diện của đối tƣợng cần nhận dạng để hệ thống xử lý theo một yêu cầu nhất định. RFID Middleware: Là phần mềm xử lý thông tin gửi vể từ Reader trƣớc khi đƣa vào từng ứng dụng cụ thể. Cơ sở hạ tầng truyền thông: Là một tập hợp, gồm hai mạng (có dây và không dây) và các bộ phận kết nối tuần tự để kết nối các thành phần với nhau để chúng có thể truyền thông với nhau. Hình 2.1: Một hệ thống RFID đơn giản CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
16. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 5 So với các công nghệ nhận dạng khác thì RFID có những ƣu điểm vƣợt trội. Có thể kể đến một số ƣu điểm sau: Tốc độ xử lý cao: một hệ thống RFID có thể nhận dạng cùng lúc nhiều đối tƣợng. Đây là điều mà chƣa một công nghệ nào khác làm đƣợc. Khả năng thích ứng cao: các tag RFID có thể đƣợc chế tạo với kích thƣớc nhỏ gọn (có thể nhỏ nhƣ một hạt gạo để có thể dễ dàng đính kèm với đối tƣợng cần nhận dạng), có tính chắc chắn và chống thấm nƣớc, bền bỉ về thời gian tùy theo yêu cầu sử dụng. Điều này giúp cho hệ thống RFID có thể len lõi vào tất cả các ứng dụng. Khả năng mang thông tin: tùy thuộc vào dung lƣợng bộ nhớ của tag mà một hệ thống RFID có thể quản lý một số lƣợng lớn các đối tƣợng. Tối ƣu hơn, thông tin trong tag có thể thay đổi đƣợc một cách dễ dàng. Bên cạnh những ƣu điểm đạt đƣợc, hệ thống RFID vẫn tồn tại một số nhƣợc điểm sau: Giá thành khá cao. Tín hiệu từ đầu đọc có thể giao tiếp với tín hiệu từ nơi khác nên tin tức có thể sẽ bị chồng chéo lên nhau. Điều này đƣợc gọi là đụng độ đầu đọc. Trong khi các đầu đọc phạm vi ngắn đƣợc sử dụng cho việc thanh toán tiền và việc kiểm kê để đọc các thẻ 100% thời gian, hiệu xuất của bộ cảm ứng cổng exit cũng khó giải quyết. Không có thƣ viện thực hiện một việc kiểm kê trƣớc và sau để xác định tỷ lệ mất mát khi RFID sử dụng cho việc đảm bảo an toàn. 2.1.2 Phân loại Tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà hệ thống RFID có thể đƣợc phân loại dựa trên các tiêu chí sau:  Tần số hoạt động: Tần số hoạt động sẽ quyết định tất cả các đặc điểm của một hệ thống RFID. Một cách tƣơng đối, tần số hoạt động càng cao thì khoảng cách nhận dạng càng xa, tốc độ xử lý càng cao nhƣng tiêu hao năng lƣợng sẽ càng lớn và giá thiết bị càng cao. Nhƣ vậy, khi phải lựa chọn một hệ thống RFID, yêu cầu đầu tiên là chọn dải tần hoạt động của hệ thống sao cho phù hợp. Có thể tham khảo tần số hoạt động của các hệ thống RFID qua bảng dƣới đây. CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 6 Bảng 2.1: Phân loại RFID theo dải tần số Dải tần số Đặc điểm Ứng dụng Khoảng cách: dƣới 50 cm Quản lý ra vào Tốc độ đọc: thấp Nhận dạng thú vật LF Giá thành: rẻ Quản lý kho hàng (125 – 134 khz) Có thể đọc xuyên qua chất lỏng Chìa khóa điện tử Làm việc tốt khi ở gần kim loại Phát hiện kẻ trộm Khoảng cách: 1 -3m Quản lý cổng ra vào Tốc độ đọc: trung bình Thẻ thông minh Giá thành: tƣơng đối Dò tìm sách ở thƣ viện HF (13,56 mhz) Có thể đọc xuyên qua chất lỏng Theo dõi container ở cảng Làm việc tốt ở môi trƣờng ẩm ƣớt Phát hiện kẻ cắp ở siêu thị Không làm việc tốt khi ở gần kim loại Hệ thống tính tiền ở siêu thị Khoảng cách: 3 - 9m Hệ thống thu phí giao thông tự động Tốc độ đọc: cao UHF Giá thành: khá cao (850 - 950 mhz) Có khả năng xử lý một lúc nhiều đối tƣợng Bị cản trở bởi chất lỏng và kim loại Khoảng cách: dƣới 1m Hệ thống thu phí giao thông tự động Microware Tốc độ đọc: cao hơn hệ thống UHF Hệ thống quản lý hành lý ở sân (2.4 – 6.0 ghz) Các đặc điểm còn lại tƣơng tự nhƣ hệ thống bay UHF  Khoảng cách nhận dạng: Không phải khoảng cách nhận dạng lúc nào cũng tốt. Tùy thuộc vào từng ứng dụng mà yêu cầu hệ thống RFID có cự ly hoạt động thế nào là tốt nhất. Để quyết định khoảng cách hoạt động, ngƣời ta dựa vào các tiêu chí sau: Khả năng định vị đối tƣợng cần chính xác tới mức nào? Khoảng cách ngắn nhất giữa hai đối tƣợng. Tốc độ di chuyển của đối tƣợng trong vùng truy vấn.  Năng lƣợng: Dựa trên tính năng cung cấp năng lƣợng, ngƣời ta chia thành hai loại: CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 7 Active transponder: thẻ tag có sẵn một nguồn pin bên trong cung cấp năng lƣợng cho việc xử lý. Vì thế, các thẻ tag có thể chủ động liên lạc với reader hoặc đóng vai trò nhƣ một reader thứ cấp để quản lý các tag khác. Passive transponder : thƣờng đƣợc dùng hơn nhờ kích thƣớc nhỏ gọn và giá thành phù hợp. 2.1.3 Các thành phần cơ bản của một hệ thống RFID Một hệ thống RFID luôn cần có 2 thành phần quan trọng sau: Thẻ RFID. Đầu đọc (Reader).  Thẻ RFID: Thẻ RFID bao gồm một anten kết nối với đầu đọc và một vi mạch điện tử. Thẻ chỉ hoạt động khi đang ở trong phạm vi dò tìm. Dữ liệu đọc ghi thông qua bộ Reader mà không phải phụ thuộc vào hƣớng hay vị trí của thẻ. Khi thẻ không nằm trong phạm vi dò tìm của đầu đọc thì nó không hoạt động. Hình 2.2: Thẻ RFID Bộ nhớ chip trong thẻ RFID có thể chứa từ 96 đến 512 bit dữ liệu, nhiều gấp 64 lần mã vạch. Thông tin lƣu trữ trên chip có thể thay đổi đƣợc bởi sự tƣơng tác của bộ đọc. Dung lƣợng lƣu trữ cao có thể cho phép ta lƣu trữ nhiều thông tin đa dạng cùng một lúc. CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 8 Các thẻ RFID rất mỏng và với kích thƣớc vừa phải, tƣơng đƣơng nhƣ một thẻ tín dụng thông thƣờng nên khá tiện dụng. Phân loại: Dựa theo chức năng và các chuẩn:  Thẻ thụ động (Passive tag)  Thẻ tích cực (Active tag)  Thẻ bán thụ động (Semi – Passive tag) Dựa theo khả năng ghi/ đọc dữ liệu:  Thẻ chỉ đọc ( Read only)  Thẻ ghi/ đọc (Write – Read)  Thẻ cho phép ghi một lần, đọc nhiều lần (Write once Read many - WORM)  Đầu đọc (Reader) Đây là thành phần tự thiết kế và áp dụng vào tùy hoàn cảnh cũng nhƣ vị trí, có thể chỉ đọc hoặc có thể đọc/ ghi tùy theo yêu cầu trong từng ứng dụng cụ thể. Bộ Reader gồm một anten liên lạc với thẻ RFID đã đƣợc nối mạng với máy tính chủ. Đơn vị đo tiếp sóng giữa máy tính chủ và tất cả các thẻ trong phạm vi đọc của anten, cho phép một đầu đọc liên lạc với hàng trăm thẻ đồng thời. Bên cạnh đó, bộ Reader cũng thực thi các chức năng bảo mật nhƣ mã hóa, giải mã và xác thực ngƣời dùng. Đầu đọc thẻ có thể phát hiện thẻ ngay cả khi không nhìn thấy thẻ. Hầu hết các mạng RFID gồm nhiều thẻ và nhiều đầu đọc đƣợc nối mạng với nhau bởi một máy tính trung tâm. Host sẽ xử lý dữ liệu mà các đầu đọc thu thập từ các thẻ gửi về. Các bộ đọc trong tất cả các hệ thống RFID có thể đƣợc quy về hai khối chức năng chính: Đơn vị điều khiển Giao diện HF (bao gồm một bộ truyền và một bộ nhận dữu liệu) Giao diện HF của đầu đọc có chức năng: Tạo công suất để tạo hoạt động transponder và cung cấp cho nó Điều chỉnh tín hiệu truyền để gửi dữ liệu đến transponder Tiếp nhận và giải mã tín hiệu tần số cao đƣợc truyền bởi một transponder. CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 9 2.1.4 Ứng dụng RFID trong hệ thống quản lý vào ra Hòa chung với xu thế phát triển của khoa học kỹ thuật trên thế giới, RFID đang ngày càng đƣợc ứng dụng rộng rãi vào các trong đời sống. Song, ở Việt Nam, công nghệ RFID chỉ mới mon men ứng dụng trong một số lĩnh vực nhất định. Ở nhiều doanh nghiệp, Các hệ thống RFID quy mô nhỏ nhƣ quản lý việc ra vào đang dần đƣợc thay thế cho hoạt động quản lý nhân viên công ty. So với các công nghệ khác, RFID giúp đồng bộ dữ liệu của thẻ với hệ thống quản lý trên máy tính. Nhƣ vậy, nhân viên quản lý không cần phải tiếp xúc với các thiết bị chuyên môn kỹ thuật mà chỉ cần sử dụng các chƣơng trình máy tính thƣờng dùng. Phát triển thêm, có thể quản lý trên diện rộng, với hệ cơ sở dữ liệu quy mô lớn và có thể quản lý trực tuyến trên hệ thống mạng internet, sẽ thuận lợi hơn cho các nhà quản lý. Việc quản lý ra vào có thể đƣợc ứng dụng vào hệ thống chấm công của công ty hay việc quản lý nhân viên trong công ty, quản lý sinh viên trong lý túc xá Tuy nhiên, tính bảo mật của hệ thống trong ứng dụng này chỉ ở mức tƣơng đối. Vì vậy, nhà sản xuất cần đƣa ra các biện pháp cải tiến và có biện pháp khắc phục trong một số trƣờng hợp sau: Thẻ giả Bám đuôi Ngƣời ngoài nhặt đƣợc thẻ của nhân viên công ty Trƣờng hợp xảy ra các sự cố khẩn cấp nhƣ: hỏa hoạn, thiên tai, Nhƣ vậy, bên cạnh việc lấy thông tin từ thẻ đối chiếu với hệ cơ sở dữ liệu quản lý, hệ thống quản lý ra vào cần kết hợp với hệ thống nhận diện. Có thể kể đến nhƣ nhận diện khuôn mặt hay nhận diện dấu vân tay Việc nâng cấp, tối ƣu hệ thống luôn là vấn đề đáng quan tâm của những nhà quản lý. 2.2 Các kiến thức liên quan 2.2.1 Sơ lƣợc về vi điều khiển PIC 16F887 Cũng giống nhƣ những thế hệ PIC khác, PIC16F887 cũng có những đặc tính cần thiết để thuận tiện hơn cho việc thiết kế hệ thống RFID. Dƣới đây là đôi nét về dòng vi điều khiển này. Module port I/O của PIC16F887 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
21. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 10 Hình 2.3: Sơ đồ chân của PIC 16F887 Module I/O của PIC16F887 có 35 I/O, trong đó có 1 input. Tất cả các chân của PIC có khả năng cấp và rút dòng khoảng 25mA, đủ để có thể điều khiển 2 led mắc song song. Tuy nhiên, giới hạn của mỗi Port (8 chân) chỉ là 90mA. Do đó, khi thiết kế cần tính toán cẩn thận để tránh quá tải cho từng chân (không đƣợc vƣợt quá 25mA) và tránh quá tải cho toàn Port (tức không vƣợt quá 90mA). Ứng với mỗi Port sẽ có 2 thanh ghi chính để điều khiển là TRIS và PORT. Tƣơng ứng với 5 Port sẽ có 5 thanh ghi TRISA, TRISB, TRISC, TRISD và TRISE để điều khiển hƣớng xuất nhập của Port. Lƣu ý, nếu TRIS cấu hình cho Port là input thì lúc này, chân đƣợc cấu hình input có trở kháng cao, có thể đọc đƣợc logic điện áp trên chân đó, và có thể coi nhƣ chân đó cách ly với mạch bên ngoài. Không phải tất cả các Port đều có đầy đủ 8 bit. Port B còn có thêm tính năng interrupt on change và interrupt pull up.  Các tính năng đặc biệt, các bit cấu hình của PIC16F887: PIC16F887 có một loạt các tính năng nhằm tối đa hóa độ tin cậy của hệ thống, giảm thiểu chi phí qua việc loại bỏ các linh kiện bên ngoài, các tính năng bảo vệ mã, tiết kiệm năng lƣợng. Ở đây có thể kể đến các tính năng nhƣ: Reset Power – on Reset (POR) Power – up timer (PWRT) Oscillator start – up Timer (OST) Brown – out Reset (BOR) Interrupts Watchdog timer (WDT) CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
22. S K L 0 0 2 1 5 4