Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
2 Tổng quan về hệ thống nhận dạng tự động

2 Tổng quan về hệ thống nhận dạng tự động

Tải bản đầy đủ - 0trang

Hình 2. 4 Sơ đồ hệ thơng nhận dạng tự động

2.2.1 Các công nghệ nhận dạng tự động

Hiện nay việc nhận dạng tự động có thể sử dụng bằng nhiều phương pháp, công

nghệ khác nhau như bằng công nghệ GPS, sử dụng sóng RF, cơng nghệ RFID,…và mỗi

cơng nghệ, phương pháp lại có nhiều cách khác nhau. Và ở hiện tại, RFID đang là cơng

nghệ có nhiều tính ưu việt được sử dụng rộng rãi và phổ biến trông cuộc sống.



Hình 2. 5 Mơ hình các hệ thống nhận dạng tự động

2.2.1.1 Khái niệm hệ thống 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 RFID. Thẻ RFID có kích

thước nhỏ vàcó 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 phát đáp. Các thẻ thụ động khơng u cầu nguồn cơng suất nội bộ còn các thẻ tích

cực u cầu một nguồn cơng suất.

Hệ thống RFID lấy năng lượng từ trường điện từ của sóng radio và nhận dạng

dựa vào tần số sóng radio mang thơng tin đó. Có khả năng nhận diện các đối tượng từ

khoảng cách từ vài inch cho đến hàng trăm mét tùy vào nhu cầu sử dụng. Do những đặc

tính ưu việt về công nghệ của hệ thống RFID so với các hệ thống nhận dạng tự động khác

nên hầu hết các hệ thống cần tính bảo mật và an ninh cao thường chọn công nghệ này. Hệ

thống RFID ngày nay được ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực và ngày càng phát triển

vượt bậc hơn.



8



Cấu trúc cơ bản của một hệ thống RFID bao gồm Reader (đầu đọc), Tag ( thẻ )

và Middleware (phần mềm xử lý trung gian). Đầu đọc sẽ phát tín hiệu truy vấn thẻ, lấy

thơng tin từ tín hiệu thẻ gửi về và sau đó xử lý theo thông tin vừa nhận được bằng các

mạch giải mã,các phần mềm xử lí trung gian.



Hình 2. 6 Hệ thông RFID cơ bản

2.2.1.2 Phân loại hệ thống RFID

Hệ thống RFID có thể được phân loại dựa theo nhiều tiêu chí khác nhau như: tần

số hoạt động, khoảng đọc, nguồn cung cấp cho thẻ, và giao thức truyền dữ liệu giữa thẻ

và đầu đọc…

Theo thiết kế anten, hệ thống RFID có thể được phân loại thành RFID trường gần

và RFID trường xa.

RFID trường gần: Trường gần là một hiện tượng xảy ra trong truyền sóng vơ

tuyến, trong đó cường độ trường của trường điện từ đủ lớn để cảm ứng tạo ra một điện

trường trên cuộn dây anten của thẻ.Độ lớn của trường gần phụ thuộc vào bước sóng của

tín hiệu vơ tuyến được sử dụng (r = λ/2π).

-Trong các hệ thống RFID trường gần, công suất cũng như thơng tin cần truyền từ

đầu đọctới thẻ đều có thể thực hiện được bằng cách ghép cảm ứng qua tương tác với từ

trường, hoặcghép dung ứng qua tương tác với điện trường. Hệ thống RFID trường gần là

phương pháp đơn giản nhất để thực hiện một hệ thống RFID thụ động.Hạn chế chủ yếu



9



của nó là giới hạn về khoảng đọc (thường ngắn hơn 1.5m). Ngồi ra,cùng với tầm nhìn

của anten đầu đọc, cường độ trường trực giao với mặt phẳng anten đầu đọc thì rất mạnh,

trái lại cường độ từ trường song song với mặt phẳng anten đầu đọc thì lại rất yếu hoặc

thậm chí bằng khơng. Do đó, nếu thẻ được đặt song song với từ trường của anten đầu đọc,

đầu đọc sẽ không nhận biết được thẻ vì khơng có từ thơng chảy qua thẻ. RFID trường

gần thông thường hoạt động ở băng tần HF với tần số 13,56 MHz

RFID trường xa: Đối với hệ thống này, thông tin truyền từ đầu đọc tới thẻ được

thực hiện bằng cách phát và thu sóng EM. Đầu đọc sẽ phát ra năng lượng qua anten, một

phần năng lượng đã phát sau đó sẽ bị phản xạ trở lại từ thẻ và đầu đọc sẽ nhận biết được.

Biên độ năng lượng phản xạ từ thẻ có thể bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi trở kháng tải kết

nối tới anten của thẻ. Bằng cách thay đổi trở kháng tải của anten theo thời gian, thẻ có thể

phảnxạ nhiều hoặc ít so với tín hiệu tới và đó cũng là cách mã hoá ID của thẻ.

-Hoạt động ở các tần số lớn hơn 100MHz, chủ yếu là băng tần UHF như

868MHz, 915MHz hoặc 955MHz hay băng tần vi ba như 2.45GHz hoặc 5.8GHz. Khoảng

đọc của hệ thống RFID trường xa được xác định bởi mật độ năng lượng mà thẻ nhận được

và độ nhạy của phần thu đầu đọc đối với tín hiệu phản xạ từ thẻ.



Hình 2. 7 Dải tần chính dùng cho ứng dụng RFID

Theo phưong pháp cấp nguồn cho thẻ thì có thể phân loại hệ thống RFID thành

hệ thống RFID thụ động, tích cực và bán tích cực tương ứng với việc dùng các loại thẻ đã

được đề cập ở phần 2.1 Tag / thẻ.

Hệ thống RFID tích cực: Trong các hệ thống RFID tích cực, các thẻ điện tử đều

có máy phát điện và nguồn năng lượng vận hành của mình (dưới dạng pin). Các thẻ điện

từ khi hoạt động sẽ phát sóng tín hiệu riêng của mình để truyền tải các dữ liệu, thơng tin

được lưu trữ trên các vi mạch. Hệ thống RFID tích cực, thơng thường là loại UHF, có

băng tần số siêu cao và cung cấp một phạm vi quét khổng lồ có thể lên tới 100m. Nói

chung, các thẻ từ trong hệ thống RFID chủ động được sử dụng trong các trường hợp mà



10



đối tượng cần nhận dạng có kích cỡ lớn, ví dụ như xe hơi, container, đầu máy…và các đối

tượng có chiều dài hay cần theo dõi trong một phạm vi lớn. Đối với thẻ từ của hệ thống

RFID tích cực gồm có 2 bộ phận: bộ phát đáp tín hiệu sóng vơ tuyến ( transponder) và ra

đa. Bộ phát đáp sẽ “hoạt động ” khi chúng nhận được tín hiệu vơ tuyến truyền từ đầu đọc

của hệ thống RFID tích cực. Sau đó, bộ máy sẽ hoạt động và kết thúc bằng việc phát một

tín hiệu phản hồi lại tới bộ phận đầu đọc của hệ thống.



Hình 2. 8 Hoạt động của RFID dùng thẻ tích cực

Bộ phát tín hiệu của thẻ từ khơng chủ động phát tín hiệu liên tục, mà chúng chỉ

phát tín hiệu bằng sóng vô tuyến khi và chỉ khi chúng nhận được yêu cầu phát ra từ đầu

đọc. Cơ chế này, giúp tiết kiệm tối đa năng lượng của thẻ từ. Ngoài ra, anten của hệ thống

khơng giống như một bộ phận dò tín hiệu thơng thường mà được sử dụng như một hệ

thống định vị đồng thời xác định thời gian thực (RTLS), nhằm liên tục theo dõi vị trí

chính xác của đối tượng mà người dùng muốn kiểm sốt. Khơng giống bộ phận phát đáp

dữ liệu, anten của thẻ không hỗ trợ việc thu, quét tín hiệu của đầu đọc. Thay vào đó,

chúng sẽ phát ra tín hiệu trong một khoảng thời gian định trước. Tùy thuộc vào mức yêu

cầu, anten có thể được người dùng xác lập để phát tín hiệu vài giây/lần hay một ngày/lần.

Mỗi lượt tín hiệu để định vị đối tượng phát ra sẽ được anten của đầu đọc thu nhận, kiểm

định rồi truyền tải thông tin của thẻ đến đầu đọc của hệ thống.

Hệ thống RFID thụ động: Trong hệ thống RFID thụ động thì đầu đọc và anten

đọc sẽ tự động gửi tín hiệu vơ tuyến đến các thẻ từ. Thẻ từ RFID sẽ sử dụng chính các tín

hiệu này để khởi động thẻ và gửi thơng tin lại cho đầu đọc.



11



Hình 2. 9 Hoạt động của RFID dùng thẻ thụ động

-Hệ thống RFID thụ động có thể hoạt động ở tần số thấp trong LF, tần số cao HF

hay thậm chí cả tần số cực cao ở loại RFID UHF. Vì phạm vi hoạt động của dạng hệ

thống thụ động này bị giới hạn bởi khả năng tán xạ ngược các tín hiệu vơ tuyến của thẻ

từ đến đầu đọc, cho nên, phạm vi đọc của hệ thống thụ động này thưởng chỉ giới hạn tối

đa là 10m. Ưu điểm của loại hệ thống RFID này, đó là các thẻ từ, chúng khơng đòi hỏi

phải có nguồn điện hay máy phát, pin mà chỉ cần bộ vi xử lý và anten. Do đó, so với các

thẻ từ hệ thống RFID tích cực, loại thẻ từ này rẻ hơn, kích thước nhỏ hơn và dễ sản xuất

hơn.

-Thẻ thụ động có thể được thiết kế dưới nhiều hình thái khác nhau, tùy thuộc vào

yêu cầu ứng cụ thể của loại RFID mà nó ứng dụng vào. Thẻ có thể được gắn trên một chất

nền, hoặc kẹp giữa một lớp keo dính và một nhãn giấy để tạo thành một nhãn RFID thơng

minh. Ngồi ra, thẻ thụ động cũng có thể được bao bọc bởi các hóa chất hay vật thể, bao

bì.. nhằm làm thẻ tăng độ bền và khả năng chống nhiệt đối với môi trường nhiệt độ cao

hay có các hóa chất ăn mòn mạnh.

Hệ thống RFID bán thụ động (bán tích cực): Là hệ thống RFID kết hợp giữa hai

hệ thống trên. Loại thẻ RFID thụ động nhưng có sử dụng pin (BAP) cũng là một loại thẻ

từ trong hệ thống RFID thụ động nhưng được tích hợp thêm tính năng của thẻ từ RFID

chủ động, đó là có nguồn năng lượng bằng pin để vận hành. Hầu hết các thẻ RFID thụ

động thông thường chỉ thu nhận, sử dụng năng lượng của tín hiệu mà đầu đọc hệ thống

RFID phát ra rồi tán xạ ngược lại đến đầu đọc, còn thẻ BAP thì lại sử dụng một nguồn

điện tích hợp ( thường là pin) có trên chip, vì thế thẻ khơng cần lấy tín hiệu vơ tuyến từ

đầu đọc RFID làm năng lượng nữa, mà có thể trực tiếp tán xạ tín hiệu thẳng tới đầu đọc

RFID thụ động. Tuy nhiên, không giống như như thẻ RFID trong hệ thống tích cực, thẻ

BAP khơng có bộ phận phát đáp tín hiệu sóng.

2.2.1.3 ID của Tag/ thẻ ( Mã thẻ)

Đối với Tag/ thẻ RFID có hai hoạt động cơ bản là:

- Gắn Tag/ thẻ : bất kì tag nào cũng được gắn lên item theo nhiều cách.



12



- Đọc Tag/ thẻ :tag RFID phải có khả năng giao tiếp thơng tin qua sóng radio theo

nhiều các.

Một tag/thẻ về mặt vật lý thực tế có bộ nhớ trên tag/thẻ tùy nhà sản xuất và có cấu

trúc logic như sau:



Hình 2. 10 Cấu trúc vật lí của một tag/thẻ

Trong đó:

-CRC là một checksum.

-EPC là ID của tag ( Mã sản phẩm điện tử)

-Password là một “mã chết” để làm mất khả năng hoạt động của tag.

CRC (Cyclic Redundancy Check): là một phương pháp xác minh một khối dữ

liệu khơng thích hợp do đã bị sửa đổi. Người gửi khối dữ liệu này sẽ tính một giá trị bằng

cách xử lý toàn khối thành một số lớn và chia nó bởi một số được gọi là đa thức CRC. Số

dư của phép toán này là CRC. Người gửi sẽ gửi CRC này cùng với dữ liệu và người nhận

dùng phương pháp tương tự để tính CRC qua khối dữ liệu để so sánh. Nếu CRC từ người

gửi không thỏa với CRC đã được tính bởi người nhận thì người nhận yêu cầu dữ liệu

được gửi lại. Giao thức này dùng chuỗi 16 bit CRC sử dụng đa thức x 16+x12+x5+1. Nó có

thể bắt được 99.998% lỗi.

-Thuật tốn tính CRC: Đầu tiên tính giá trị hex cho đa thức. Thực hiện bằng cách

tính từ 15 xuống (vì đây là chuỗi CRC 16 bit) và đánh dấu 1 cho mỗi lũy thừa xuất hiện

trong đa thức. Đối với mỗi lũy thừa khơng có trong đa thức ta đánh dấu 0. Điều này có

nghĩa là ta có 1 ở vị trí 2 12 và 1 ở vị trí 25. Vì đa thức kết thúc là 1, ta cộng 1 vào cuối số,

số đó là một số 0001000000100001 hoặc số hex 1021. Lấy đa thức khối dữ liệu chia cho

đa thức này, số dư là CRC.

Dưới đây là bảng các từ định danh ứng dụng và ví dụ về ứng dụng của chúng.

Định danh

ứng dụng

(21)

(00)

(414)

(8003)



Định

danh

SGTIN

SSCC

GLN

GRAI



Tên



Mục đích sử dụng



Serialized Global Trade Item Number

Serial Shipping Container Code

Global Location Number

Global Returnable Asset Identifie



Đánh dấu item

Thùng chứa hàng hóa

Đánh dấu vị trí

Sản phẩm cho th hoặc

trong thư viện



13



(8004)



GIAI

GID



Global Individual Asset Identifier

General Identifier



Đánh dấu tài sản cá nhân

ID cá nhân



Bảng 2. 1: Bảng các từ định danh và ứng dụng

EPC ( Electronic Product Code ) : Mã sản phẩm điện tử (EPC) được lưu trữ trong

bộ nhớ chip của thẻ được ghi vào thẻ bằng một máy in RFID và có hình dạng của một

chuỗi 96-bit của dữ liệu. 8 bit đầu tiên là một tiêu đề trong đó xác định các phiên bản của

giao thức. 28 bit tiếp theo xác định các tổ chức quản lý dữ liệu cho thẻ nhớ; 24 bit tiếp

theo là một hệ dữ liệu ghi nhớ các đặc trưng của đối tượng, xác định các loại sản phẩm;

36 bit cuối cùng dành để ghi nhớ mã số đặc biệt của thẻ. Tổng số mã sản phẩm điện tử có

thể được sử dụng như một chìa khóa mà chúng ta có thể dùng nó để xác định duy nhất

một loại sản phẩm, đối tượng cụ thể trong toàn bộ cơ sở dữ liệu toàn cầu.

Nhận dạng Tag/ thẻ: Khi một tag/ thẻ có trong vùng qt dữ liệu của Reader thì

Reader sẽ truy xuất mã thẻ (ID) khi đó thẻ sẽ gửi tín hiệu phúc đáp và Reader sẽ thu được

mã thẻ ở dạng tín hiệu tương tự. Nhờ các vi mạch chuyển đổi thành tín hiệu số và so sánh

với cơ sở dữ liệu của Reader, do mỗi thẻ có một mã số duy nhất trên hệ thống toàn cầu

nên sẽ được nhận dạng nếu có trong bộ nhớ lưu trữ của Reader.

2.3 Tổng quan về vi điều khiển Arduino

Arduino là một bo mạch vi xử, gồm một Vi điều khiển AVR kết hợp với nhiều

linh kiện bổ sung, được dùng để lập trình tương tác với các thiết bị phần cứng như cảm

biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác. Vi điều khiển AVR do Viện thiết kế tương tác

Ivrea, Italia phát triển đầu tiên còn phần cứng được đóng góp bởi Herrando Barragan

người Colombia. Phần cứng Arduino gốc được sản xuất bởi công ty Italy tên là Smart

Projects. Một vài board dẫn xuất từ Arduino cũng được thiết kế bởi công ty của Mỹ tên là

SparkFun Electronics. Hiện nay các sản phẩm board Arduino rất phong phú và đa dạng

gồm rất nhiều loại Arduino như: Uno R3, Mega, Mega 2560 R3, Nano, Leonardo, Due,

Duemilanove, Lily pad, Diecimila,…



14



Hình 2. 11 Một số loại vi điều khiển AVR

Đặc điểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử

dụng, với một ngơn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít

am hiểu về điện tử và lập trình. Board Arduino được sử dụng phổ biến hiện nay là loại

Uno R3 và Mega 2560 dưới đây là Board Arduino Uno R3 sử dụng IC Atmega328 :



a) Sơ đồ nguyên lý IC Atmega328



b) Boar Arduino UNO



Hình 2. 12 Boar Arduino UNO



15



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

2 Tổng quan về hệ thống nhận dạng tự động

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×