Luận văn Nghiên cứu, thiết kế, thi công khóa điện tử thông minh sử dụng RFID giám sát hành trình container (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu, thiết kế, thi công khóa điện tử thông minh sử dụng RFID giám sát hành trình container (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM CÔNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, THI CÔNG KHÓA ĐIỆN TỬ THÔNG MINH SỬ DỤNG RFID GIÁM SÁT HÀNH TRÌNH CONTAINER NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203 S K C0 0 4 6 7 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM CÔNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, THI CÔNG KHÓA ĐIỆN TỬ THÔNG MINH SỬ DỤNG RFID GIÁM SÁT HÀNH TRÌNH CONTAINER NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203 Hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Trần Thu Hà TP. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ và tên: Phạm Công Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 12/12/1990 Nơi sinh: Đồng Nai Quê quán: Thừa Thiên Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: 60, Tổ 2, Ấp 3, Xã Phước Bình, Huyện Long Thành, Tỉnh Đồng Nai. Điện thoại cơ quan: Di động: 0128 444 1181 Fax: Email: phamcongspk@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ: 08/2008 đến 08/2012 Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Tên luận văn tốt nghiệp: Ứng dụng công nghệ GPS và lập trình nhúng định vị đối tượng Ngày bảo vệ luận văn : 07 /2012 tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Trang i
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu ra trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp.Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 09 năm 2015 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Phạm Công Trang ii
5. LỜI CẢM ƠN Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến PGS. TS. Trần Thu Hà đã tận tình hướng dẫn tôi thực hiện luận văn. Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến toàn thể quí thầy cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh đã giảng dạy, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện, môi trường học tập tốt cho tôi. Xin kính chúc sức khỏe và chân thành cảm ơn. Học viên Phạm Công LỜI CẢM ƠN Trang iii
6. MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH SÁCH CÁC HÌNH vii DANH SÁCH CÁC BẢNG viii TÓM TẮT LUẬN VĂN ix Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc 1 1.3. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc 3 1.4. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài 4 1.4.1. Mục tiêu của đề tài 4 1.4.2. Nhiệm vụ của đề tài 4 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5 2.1. Hệ thống định vị toàn cầu GPS và chuẩn NMEA 5 2.1.1. Hệ thống định vị toàn cầu GPS 5 2.1.2. Chuẩn NMEA 5 2.2. Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM 8 2.3. Công nghệ RFID 9 2.3.1. Thành phần của một hệ thống RFID 9 2.3.1.1. Thẻ (Tag) 9 2.3.1.2. Đầu đọc (Reader) 9 2.3.2. Tần số vô tuyến mà RFID hoạt động 10 Chƣơng 3: THIẾT KẾ 11 3.1. Sơ đồ khối 11 3.1.1. Sơ đồ khối hệ thống 11 3.1.2. Sơ đồ khối thiết bị 12 3.2. Tính năng thiết bị. 13 3.2.1. Giám sát hành trình 13 3.2.2. Giám sát vị trí và trạng thái hoạt động bằng SMS 13 3.2.3. Mở khóa bằng công nghệ RFID 13 3.2.4. Cảnh báo khi khóa bị cắt 14 3.2.5. Cập nhật firmware từ xa 14 3.2.6. Mã hóa thông tin truyền nhận giữa thiết bị và server trung tâm 14 3.2.7. Giám sát tài khoản SIM 14 3.2.8. Cảnh báo khi Pin yếu 14 3.2.9. Thay đổi các thông số cài đặt thông qua tin nhắn SMS 14 3.3. Giao thức truyền/nhận giữa thiết bị và server 15 Trang iv
7. 3.3.1. Mô hình giao thức đóng gói data 15 3.3.2. Định dạng thông điệp truyền từ thiết bị đến server 15 3.3.3. Cấu trúc 1 (gửi theo định kỳ hoặc khi có sự kiện) 15 3.3.4. Cấu trúc 2 (chỉ gửi khi dùng thẻ để mở khóa) 18 3.4. Cú pháp cấu hình thiết bị bằng tin nhắn SMS 21 3.5. Thiết kế sơ đồ nguyên lý 24 3.5.1. Khối nguồn 24 3.5.2. Khối MCU 25 3.5.3. Khối bộ nhớ 25 3.5.3.1. Khối EEPROM 26 3.5.3.2. Khối SD Card 26 3.5.4. Khối GSM 27 3.5.5. Khối GPS 29 3.5.6. Khối RFID 29 Chƣơng 4: LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT 32 4.1. Chƣơng trình chính 32 4.2. Chƣơng trình khởi tạo hệ thống 33 4.3. Chƣơng trình quét thẻ. 34 4.4. Chƣơng trình xử lý tin nhắn 38 4.5. Chƣơng trình kiểm tra tài khoản 39 4.6. Chƣơng trình kiểm tra gửi GPRS 40 Chƣơng 5: THUẬT TOÁN MÃ HÓA AES 42 5.1. Khóa mã hóa và phần mở rộng của nó 43 5.2. Cấu trúc tổng quát của AES 44 5.3. Bốn bƣớc trong mỗi vòng xử lý 45 5.4. Bƣớc Thay thế Byte (SubBytes) 46 5.5. Bƣớc dịch hàng (ShiftRows) 49 5.6. Bƣớc trộn cột (MixColumns) 50 5.7. Thuật toán mở rộng khóa 51 Chƣơng 6: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 55 6.1. Kết quả 55 6.2. Đánh giá 58 6.2.1. Đánh giá sai số GPS 58 6.2.2. Đánh giá sai số RFID 61 Chƣơng 7: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 63 7.1. Kết luận 63 7.2. Hƣớng phát triển 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 Trang v
8. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu GSM Global System for Hệ thống thông tin di động toàn Mobile Communications cầu GPRS General packet radio service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp RFID Radio-frequency identification Nhận dạng tần số sóng vô tuyến MCU Microcontroller Unit Đơn vị vi điều khiển ATQ Answer To Request Trả lời yêu cầu ATQA Answer To Request of Type A Trả lời yêu cầu loại A CLn Cascade level n, 3≤ n ≤1 Mức độ phân tầng n, 3≤ n ≤1 CT Cascade Tag, „ 88‟ Thẻ phân tầng, „88‟ PCD Proximity Coupling Device Thiết bị tương tác gần (Đầu đọc) (Reader) PICC Proximity Card Thẻ gần REQA Request Command, Type A Lệnh yêu cầu, loại A S Start of communication, Type A Bắt đầu sự giao tiếp, loại A SAK Select AcKnowledge Lựa chọn ACK SEL Select Command Lệnh lựa chọn UID Unique IDentification Sự nhận diện duy nhất UIDn Byte number n of unique Byte số n của UID, n≥0 identification, n ≥ 0 Trang vi
9. DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1. 1: Kết quả khảo sát việc sử dụng công nghệ RFID năm 2008 2 Hình 3. 1: Sơ đồ khối hệ thống 11 Hình 3. 2: Bản đồ server giám sát hành trình Container. 11 Hình 3. 3: Sơ đồ khối của khóa Container 12 Hình 3. 4: Giao thức truyền dữ liệu giữa thiết bị và server 15 Hình 3. 5: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn chuyển từ 12V – 4,2 V. 24 Hình 3. 6: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn chuyển từ 4,2 V sang 3,3 V. 24 Hình 3. 7: Sơ đồ nguyên lý khối MCU 25 Hình 3. 8: Sơ đồ nguyên lý khối EEPROM 26 Hình 3. 9: Sơ đồ nguyên lý khối SD Card 26 Hình 3. 10: Sơ đồ nguyên lý khối GSM. 27 Hình 3. 11: Sơ đồ nguyên lý đường STATUS và NETLIGHT của module GSM. . 28 Hình 3. 12: Sơ đồ nguyên lý khối SIM HOLDER. 28 Hình 3. 13: Sơ đồ nguyên lý đường RI của module GSM. 28 Hình 3. 14: Sơ đồ nguyên lý khối GPS 29 Hình 3. 15: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển nguồn module GPS 29 Hình 3. 16: Sơ đồ nguyên lý khối RFID 30 Hình 3. 17: Sơ đồ nguyên lý mạch phối hợp trở kháng module RFID 30 Hình 3. 18: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển nguồn module RFID. 31 Hình 4. 1: Lưu đồ hoạt động chính của thiết bị. 32 Hình 4. 2: Lưu đồ chương trình khởi tạo hệ thống 33 Hình 4. 3: Lưu đồ chống xung đột cho PCD 37 Hình 4. 4: Lưu đồ chương trình xử lý tin nhắn 38 Hình 4. 5: Lưu đồ chương trình kiểm tra tài khoản. 39 Hình 4. 6: Lưu đồ chương trình kiểm tra gửi GPRS. 41 Hình 6. 1: Một số hình ảnh về thiết bị 55 Hình 6. 2: Bản đồ server với tính năng giám sát 56 Hình 6. 3: Bản đồ server với tính năng xem lại hành trình 56 Hình 6. 4: Giao tiếp với thiết bị thông qua SMS 57 Hình 6. 5: Minh họa dữ liệu lưu trong SD Card 58 Hình 6. 6: Biểu đồ biểu diễn sai số thu tín hiệu GPS của thiết bị 60 Hình 6. 7: Antenna RFID với kích thước 4 x 8 cm 61 Trang vii
10. DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 3. 1: Mô tả các trường trong gói dữ liệu theo cấu trúc 1. 15 Bảng 3. 2: Bảng mã trạng thái 17 Bảng 3. 3: Mô tả các trường trong gói dữ liệu theo cấu trúc 2. 18 Bảng 3. 4: Bảng tóm tắt các cấu trúc tin nhắn gửi/nhận từ thiết bị 21 Bảng 4. 1: Các bước thực hiện chống xung đột. 35 Bảng 6. 1: Bảng kết quả thống kê tọa độ đo được từ thiết bị khi đặt ngoài trời 59 Bảng 6. 2: Bảng kết quả thống kê tọa độ đo được từ thiết bị khi đặt trong nhà 59 Bảng 6. 3: Đánh giá độ chính xác RFID dựa vào khoảng cách đọc 61 Bảng 6. 4: Đánh giá sai số RFID với khoảng cách 3 cm 62 Bảng 6. 5: Đánh giá sai số RFID với khoảng cách 3,5 cm 62 Trang viii
11. TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài này thực hiện thiết kế thiết bị khóa điện tử thông minh dùng cho Container với hai chức năng chính là giám sát hành trình và mở khóa bằng công nghệ RFID. Hai thuật toán quan trọng được trình bày chi tiết trong luận văn này là thuật toán mã hóa AES dùng trong bảo mật dữ liệu gửi về server trung tâm và thuật toán chống xung đột chuẩn ISO 14443-A dùng trong đọc thẻ RFID. Kết quả đã thi công được thiết bị với khả năng hoạt động chính xác, ổn định, bảo mật tốt. Abstract This subject designs intelligent electronic lock for the container with two main functions is tracking the journey and unlocking by RFID technology. Two important algorithms are presented in detail in this thesis is the AES encryption algorithm used in security and the ISO 14443-A anti-collision algorithm used in reading an RFID tag. The device operates precise, stability, good security. Trang ix
12. Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1. Đặt vấn đề Trước những đổi mới công nghệ của thế giới trong ngành vận tải hàng hóa, đồng thời Việt Nam đang trong quá trình hội nhập toàn cầu nên việc nghiên cứu ứng dụng các công nghệ mới vào thực tiễn cuộc sống là cần thiết và phù hợp với tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Nước ta có rất nhiều cảng, kho bãi lớn nên tiềm năng phát triển ngành vận tải hàng hóa sẽ còn rất cao, vấn đề đặt ra là việc đảm bảo an toàn, kiểm soát hàng hóa thậm chí giám sát quá trình vận chuyển, cài đặt khai báo thông tin nguồn hàng nhanh chóng sẽ góp phần phát triển lĩnh vực này. Ngày nay các thiết bị điện tử đang dần thay thế các thiết bị cơ truyền thống vì tính tiện dụng, nhanh chóng, lưu trữ được thông tin chính xác. Và theo chỉ thị số 23/CT-TTg của Thủ tướng chính phủ thì các mặt hàng kinh doanh tạm nhập tái xuất sẽ quản lý bằng Seal điện tử. (Nguồn: hải quan online - Cơ quan của Tổng cục hải quan). Vì vậy việc nghiên cứu, ứng dụng ổ khóa có tích hợp các chức năng Seal điện tử, lưu trữ nhận dạng thông tin qua RFID, giám sát hành trình hàng hóa qua GPS là rất cần thiết trong giai đoạn hiện nay. Việc nghiên cứu này sẽ thay đổi quan điểm trong vận chuyển hàng hóa, giúp cho độ tin cậy của hàng hóa trên lộ trình cao hơn, bên cạnh đó giúp cho việc khai báo thủ tục hải quan được nhanh chóng hơn, đồng thời chính phủ cũng sẽ đảm bảo được các tiêu chí an ninh, bảo mật trong xuất nhập hàng hóa. 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc Container là hệ thống vận chuyển hàng hóa đa phương thức sử dụng các container theo tiêu chuẩn ISO để có thể sắp xếp trên các tàu, toa xe lửa hay xe tải chuyên dụng. Có ba loại độ dài tiêu chuẩn của container là 20 ft (6,1 m), 40 ft (12,2 Trang 1
13. m) và 45 ft (13,7 m) (hình 1.1). Sức chứa container (của tàu, cảng v.v.) được đo theo TEU (viết tắt của twenty-foot equivalent units “đơn vị tương đương 20 foot”). TEU là đơn vị đo của hàng hóa được container hóa tương đương với một container tiêu chuẩn 20 ft (dài) × 8 ft (rộng) × 8,5 ft (cao) (khoảng 39 m³ thể tích). Phần lớn các container ngày nay là các biến thể của loại 40 ft và do đó là 2 TEU. Các container 45 ft cũng được tính là 2 TEU. Hai TEU được quy cho như là 1 FEU, hay forty-foot equivalent unit. Các thuật ngữ này của đo lường được sử dụng như nhau. Các container cao (“High cube”) có chiều cao 9,5 ft (2,9 m), trong khi các container bán cao, được sử dụng để chuyên chở hàng nặng, có chiều cao là 4,25 ft (1,3 m). Khóa container điện tử là thiết bị bảo vệ đồng thời thay thế cho seals khi niêm phong thùng hàng container. Tuy nhiên trong lĩnh vực logistics ngày nay ở Việt Nam việc sử dụng công nghệ RFID để nhận biết vị trí, thông tin hàng hóa qua khảo sát kết quả như sau: Hình 1. 1: Kết quả khảo sát việc sử dụng công nghệ RFID năm 2008 [11] Qua kết quả khảo sát ta thấy trong năm 2008 việc ứng dụng công nghệ RFID trong vận tải hàng hóa là khá thấp so với các phương thức khác, cho thấy việc ứng dụng công nghệ cao vào lĩnh vực này chưa được quan tâm nhiều. Tuy nhiên gần đây việc ứng dụng công nghệ RFID trong các hệ thống siêu thị, quản lý nhà kho được Trang 2
14. ứng dụng khá rộng rãi, đây là dấu hiệu khả quan khi đưa công nghệ mới vào vận tải hàng hóa. 1.3. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc Trước những yêu cầu, đòi hỏi tính an toàn, bảo mật của hàng hóa trong quá trình vận chuyển trên container, đã có nhiều phương thức an ninh ra đời để đáp ứng những yêu cầu cho một container thông minh. Chương trình này được sự khởi xướng bởi cơ quan an ninh nội địa của Mỹ (HSARPA), nhằm hỗ trợ cho chính phủ trong việc theo dõi an ninh, giám sát hành trình, nhận dạng một số hàng hóa nhất định thuộc danh mục cấm, điều kiện môi trường hoặc ghi lại những thay đổi trong quá trình vận chuyển. Seal điện tử (E-seal) Seal điện tử được phát triển dựa trên nền tảng công nghệ RFID (Radio frequency identification) và được sử dụng thay thế cho các Seal thông thường khác. Seal điện tử không dán trực tiếp hoặc niêm chì nhưng seal điện tử vẫn đảm bảo tính an toàn, bảo mật hoàng hóa được niêm phong. Ngoài ra Seal điện tử được cài đặt nhiều tính năng về thông tin hàng hóa, mã số điện tử nên phù hợp cho tất cả các dạng vận tải biển, hàng không. Lợi ích từ việc ứng dụng Seal điện tử - Các Seal điện tử được sử dụng để theo dõi vận chuyển hàng hóa và thu thập các dữ liệu cần thiết để đánh giá hoặc xác định rủi ro, ngăn ngừa trốn thuế hải quan - Giảm quá trình cho công chức hải quan kiểm tra, cũng làm giảm lỗi do con người trong quá trình thực hiện . -Tăng hiệu quả vận chuyển và giảm thời gian chờ đợi. - An toàn cho thương mại trong nước và quốc tế. - Giảm tham nhũng và hối lộ trong quá trình làm thủ tục hải quan. Các công trình nghiên cứu: Trang 3
15. - Trong bài báo “Development of vehicle tracking system using GPS and GSM modem” [4] đã nói về việc thiết kế hệ thống giám sát phương tiện giao thông sử dụng module GPS và GSM. - Trong bài báo “How to solve collision and authentication issues using RFID protocol technology” [5] đã chỉ cách giải quyết vấn đề xung đột và xác thực sử dụng công nghệ RFID. - Bài báo “The Role of Electronic Container Seal (E-Seal) with RFID Technology in the Container Security Initiatives” [12] đã chỉ ra được vai trò của E-Seal ứng dụng công nghệ RFID trong việc bảo vệ cho Container. 1.4. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài 1.4.1. Mục tiêu của đề tài Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, thiết kế và thi công thiết bị khóa điện tử sử dụng công nghệ GSM, GPS và RFID để quản lý container. Dữ liệu truyền từ thiết bị về server được bảo mật bằng mã hóa AES. Thiết bị sẽ thực hiện việc đóng/mở bằng công nghệ RFID và giám sát hành trình di chuyển cũng như việc đóng/mở khóa, góp phần hỗ trợ công tác quản lý và tránh các thất thoát hàng hóa không mong muốn. 1.4.2. Nhiệm vụ của đề tài Tìm hiểu cơ sở lý thuyết liên quan đến công nghệ GPS, GSM, RFID, mã hóa AES Thiết kế Sơ đồ khối cho hệ thống và thiết bị Tính năng của thiết bị Sơ đồ nguyên lý Giao thức truyền/nhận giữa thiết bị và server Cú pháp cấu hình thiết bị bằng tin nhắn SMS Viết chương trình thực hiện các tính năng của thiết bị Kiểm tra hoạt động của thiết bị và thực hiện chỉnh sửa phần cứng và phần mềm. Trang 4
16. Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Hệ thống định vị toàn cầu GPS và chuẩn NMEA 2.1.1. Hệ thống định vị toàn cầu GPS GPS (Global Positioning System) hay còn được gọi là NAVSTAR (NAVigation Satellite Timing And Ranging) là hệ thống dẫn đường vệ tinh dùng để cung cấp thông tin về vị trí, tốc độ và thời gian cho các máy thu GPS ở khắp mọi nơi trên trái đất, trong mọi thời điểm và mọi điều kiện thời tiết. Hệ thống GPS có thể xác định vị trí với sai số từ vài trăm mét đến vài centimet. Tất nhiên với độ chính xác càng cao thì cấu tạo của máy thu tín hiệu GPS càng phức tạp và giá thành càng cao. Hệ thống được phát triển bởi chính phủ Mỹ, quản lý bởi không lực Mỹ (U.S Air Force) và giám sát bởi ủy ban định vị - Dẫn đường bộ quốc phòng Mỹ. Hệ thống GPS bao gồm ba thành phần: Trạm không gian (Space Segment), trung tâm điều khiển (Control Segment) và máy thu tín hiệu GPS (User Segment) 2.1.2. Chuẩn NMEA 2.1.2.1 Giới thiệu về chuẩn NMEA NMEA là một chuẩn giao thức cho truyền thông giữa các thiết bị điện tử dùng cho tàu thủy cũng như các thiết bị đo tốc độ gió, la bàn, máy lái tự động, thiết bị thu GPS và rất nhiều các thiết bị khác được định nghĩa và phát triển bởi Hiệp hội điện tử tàu thủy quốc gia Hoa Kỳ (National Marine Electronics Association). Chuẩn NMEA sử dụng các ký tự ASCII đơn giản, phương thức truyền tuần tự. Dữ liệu sẽ truyền đi một câu theo một chiều duy nhất từ một máy phát đến một máy thu tại một thời điểm. Trên cơ sở đó, người ta cũng đã mở rộng để một máy phát có thể đến nhiều máy thu, cũng như một máy thu có thể nhận thông tin từ nhiều máy phát. Trang 5
17. Ở tầng ứng dụng, chuẩn NMEA quy định nội dung các kiểu câu dữ liệu cho phép thiết bị nhận có khả năng phân tích dữ liệu một cách chính xác. Các câu dữ liệu đều bắt đầu bằng ký tự “$” và kết thúc bằng . Đối với các các thiết bị GPS, tất cả các câu dữ liệu đều bắt đầu bằng “$GPxxx” trong đó xxx là loại bản tin. Một số loại câu dữ liệu thường sử dụng: GGA: Global positioning system fixed data GLL: Geographic position-latitude/longitude GSA: GNSS DOP and active satellites GSV: GNSS satellites in view RMC: Recommended minimum specific GNSS data VTG: Course over ground and ground speed Cấu hình truyền thông nối tiếp (tầng liên kết dữ liệu) Tốc độ bit: 4800 bps Số bit dữ liệu: 8 Bit chẵn lẻ: None Bit dừng: 1 hoặc nhiều hơn Cơ chế bắt tay thiết bị: không Hầu hết các máy GPS hiện nay đều giao tiếp dựa trên chuẩn NMEA 0183, một số thì vẫn có thể dùng được với chuẩn NMEA 0180 và NMEA 0182 với tốc độ truyền dữ liệu chỉ có 1200 bps. 2.1.2.2 Giải mã một số đoạn mã NMEA Những đoạn mã NMEA quan trọng nhất bao gồm GGA, RMC, GSA, GLL. GGA: cung cấp dữ liệu hiện thời. RMC: cung cấp những đoạn mã thông tin về thiết bị thu GPS một cách tối thiểu. GSA: cung cấp dữ liệu về tình trạng vệ tinh. GLL: cung cấp thông tin về vị trí của các thiết bị thu GPS. Thông thường cấu trúc chuỗi NMEA được định nghĩa thống nhất như sau: Trang 6
18. Mỗi chuỗi bắt đầu bằng ký tự $. Năm ký tự đầu tiên biểu hiện loại của chuỗi: hai ký tự đầu định nghĩa thiết bị sử dụng chuỗi, ba ký tự tiếp theo xác định ý nghĩa của chuỗi trả về. Các trường dữ liệu nối tiếp nhau bởi dấu “,”. Khi trường dữ liệu cuối cùng kết thúc, ký tự tiếp sau nó là dấu “*”. Sau dấu “*” là 2 ký tự số checksum biểu diễn dưới dạng số hex. Checksum được tính bằng cách XOR tất cả các mã ASCII của tất cả các trường giữa 2 dấu “$” và “*” kể cả mã ASCII của dấu “*”. Checksum không bắt buộc đối với hầu hết các câu dữ liệu nhưng bắt buộc đối với RMA, RMB và RMC. Các ký tự kết thúc câu dữ liệu. Nếu dữ liệu cho một trường nào đó không có thì trường đó trống và dấu “,” ngăn cách giữa các trường vẫn được truyền đi. Trong đề tài, người thực hiện đã chọn đoạn mã NMEA là RMC, cấu trúc của RMC như sau: RMC – Cung cấp dữ liệu về vị trí, vận tốc, thời gian GPS - GPS PVT (position, velocity, time). Ví dụ ta có bản tin dạng RMC: $GPRMC,161229.487,A,3723.2475,N,12158.3416,W,0.13,309.62,120515, *10 Giải thích bản tin: RMC Recommended minimum specific GNSS data 161229.487 Giờ phút giây (% giây) hhmmss.sss A Active – Tín hiệu hợp lệ (có tín hiệu) V Void – Tín hiệu không hợp lệ (không có tín hiệu) 3723.2475 Latitude (Vĩ độ) – ddmm.mmmm N North (Bắc) S South (Nam) 12158.3416 Longitude (Kinh độ) – dddmm.mmmm E East (Đông) W West (Tây) Trang 7
19. 0.13 Speed over the ground in knots (Tốc độ trên mặt đất tính bằng đơn vị hải lý) 309.62 Track angle in degrees True (Hướng bám trên mặt đất tính theo đơn vị độ) – True: Đúng 120515 ddmmyy – Ngày tháng năm *10 The checksum data – Kiểm tra mã truyền tin 2.2. Hệ thống thông tin di động toàn cầu GSM Hệ thống thông tin di động toàn cầu (Global System for Mobile Communications, viết tắt: GSM) là một công nghệ dùng cho mạng thông tin di động. Dịch vụ GSM được sử dụng bởi hơn hai tỷ người trên 212 quốc gia và vùng lãnh thổ. Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể roaming với nhau do đó những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới. GSM là chuẩn phổ biến nhất cho điện thoại di động trên thế giới. Khả năng phủ sóng rộng khắp nơi của chuẩn GSM làm cho nó trở nên phổ biến trên thế giới. GSM khác với các chuẩn tiền thân của nó về cả tín hiệu và tốc độ, chất lượng cuộc gọi. Nó được xem như là một hệ thống điện thoại di động thế hệ thứ hai (second generation, 2G). Lợi thế chính của GSM là chất lượng cuộc gọi tốt hơn, giá thành thấp và dịch vụ tin nhắn. Thuận lợi đối với nhà điều hành mạng là khả năng triển khai thiết bị từ nhiều người cung ứng. GSM cho phép nhà điều hành mạng có thể sẵn sàng dịch vụ ở khắp nơi, vì thế người sử dụng có thể sử dụng điện thoại của họ ở khắp nơi trên thế giới. Các tiêu chuẩn mới sau này ra đời như General Packet Radio Service – GPRS (năm 1997) và Enhanced Data Rates for GSM Evolution – EDGE (năm 1999), mang lại các dịch vụ giá trị gia tăng phong phú và các mức cước phí hấp dẫn. Trang 8
20. 2.3. Công nghệ RFID 2.3.1. Thành phần của một hệ thống RFID RFID là một kỹ thuật thu thập dữ liệu tự động được dùng để nhận dạng, theo dõi và lưu thông tin trong một thẻ (tag). Một hệ thống RFID không thể thiếu hai thành phần quan trọng cấu tạo nên là: thẻ (Tag) và đầu đọc (Reader) 2.3.1.1. Thẻ (Tag) Gồm có 2 phần: Chip: lưu trữ một số thứ tự duy nhất hoặc thông tin khác dựa trên loại thẻ: chỉ đọc (read only), đọc – ghi (read - write), hoặc ghi một lần - đọc nhiều lần (write once - read many) Anten được gắn với vi mạch truyền thông tin từ chip đến reader. Anten càng lớn cho biết phạm vi đọc càng lớn. Thẻ được đính kèm hoặc gắn vào đối tượng được nhận dạng như sản phẩm, hộp hoặc pallet và được quét bởi các đầu đọc di động hoặc cố định bằng sóng radio. 2.3.1.2. Đầu đọc (Reader) Để hệ thống RFID hoạt động cần có một đầu đọc hoặc thiết bị quét có khả năng đọc các thẻ và chuyển kết quả đến một cơ sở dữ liệu. Đầu đọc sử dụng anten của nó để liên lạc với thẻ. Khi đầu đọc phát sóng radio thì tất cả các thẻ được định rõ để đáp lại tần số đó và trong phạm vi sẽ đáp lại. Đầu đọc cũng có khả năng liên lạc với thẻ mà không trực tiếp nhìn thấy tùy thuộc vào tần số radio và kiểu thẻ (tích cực, thụ động hoặc bán thụ động). Đầu đọc có thể di động như thiết bị cầm tay để scan những đối tượng như pallet và các thùng, hộp hoặc cố định như các thiết bị tính được sử dụng trong siêu thị. Các đầu đọc cũng có dung lượng lưu trữ, dung lượng xử lý khác nhau và các tần số chúng có thể đọc. Trang 9
21. 2.3.2. Tần số vô tuyến mà RFID hoạt động Việc chọn tần số radio là đặc điểm hoạt động chính của hệ thống RFID. Tần số xác định tốc độ truyền thông và khoảng cách đọc thẻ. Nói chung, tần số cao hơn cho biết phạm vi đọc dài hơn. Mỗi ứng dụng phù hợp với một kiểu tần số cụ thể do ở mỗi tần số thì sóng radio có đặc điểm khác nhau. Chẳng hạn sóng có tần số thấp (low frequency) có thể xuyên qua tường tốt hơn sóng có tần số cao hơn nó, nhưng tần số cao có tốc độ đọc nhanh. Hệ thống RFID dùng phạm vi tần số không có đăng ký gồm thiết bị y học, khoa học, công nghiệp được FCC cho phép (FCC cho phép sử dụng tần số 2,4 GHz và 902-908 MHz cho các thiết bị y học, khoa học, công nghiệp bao gồm công nghệ RFID). Các thiết bị hoạt động trong dải tần không đăng ký này không gây ra tác hại nhiễu và phải chấp nhận bất kỳ nhiễu nào nhận được. FCC cũng quy định giới hạn năng lượng cụ thể kết hợp với mỗi tần số. Việc kết hợp giữa tần số và các mức năng lượng cho phép xác định phạm vi thiết thực của một ứng dụng riêng biệt, ví dụ như công suất năng lượng của các đầu đọc. Có 4 tần số chính được sử dụng cho hệ thống RFID : low (băng tần từ 125 KHz - 134 KHz), high (13,56 MHz), ultrahigh (băng tần 900 MHz và băng tần 433 MHz), microwave (băng tần 2,45 và 5,8 GHz). Tần số càng lớn thì khoảng cách đọc càng xa, tùy thuộc vào từng ứng dụng cụ thể mà có thể chọn băng tần phù hợp. Trang 10
22. S K L 0 0 2 1 5 4