Thạc Sĩ Ứng Dụng Công Nghệ RFID Vào Hệ Thống Quản Lý Nhân Sự

MỤC LỤC
Trang bìa . i
Nhiệm vụ luận văn
Lời cảm ơn . ii
Tóm tắt iii
Mục lục . iv
Danh sách hình vẽ . v
Danh sách bảng biểu vi
Danh sách các từ viết tắt . vii
PHẦN 1
TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG VÔ TUYẾN - RFID
-----------------------
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID
1.1. Sơ lược về các hệ thống nhận dạng tự động 1
1.1.1. Hệ thống mã vạch (Barcode system) . 1
1.1.2. Nhận dạng ký tự quang học (Optical character recognition - OCR) 1
1.1.3. Phương thức sinh trắc học (Biometric procedures) 2
1.1.4. Thẻ thông minh (Smart Cards) . 2
1.1.5. Hệ thống RFID (RFID System) 4
1.2. Giới thiệu chung về nhận dạng vô tuyến RFID 5
1.2.1. Lịch sửù phát triển của hệ thống RFID . 5
1.2.2. Khái niệm RFID . 8
1.2.3. So sánh các hệ thống ID khác nhau . 8
1.3. Các thành phần của một hệ thống RFID 9
1.3.1. Thẻ RFID . 10
iv
1.3.2. Reader 17
1.3.3. Database . 25
1.4. Giao thức thẻ RFID . 25
1.4.1. Thuật ngữ và khái niệm . 25
1.4.2. Phương thức lưu trữ dữ liệu trên thẻ 27
1.4.3. Thủ tục SINGULATION và ANTI-COLLISION . 28
1.5. Điều lệ và chuẩn hóa 33
1.6. Một số tiêu chuẩn xây dựng cho công nghệ RFID . 33
1.7. Tần số vô tuyến hoạt động của RFID . 34
1.8. Các ứng dụng RFID hiện hành . 35
1.8.1. RFID trong việc xử phạt . 36
1.8.2. RFID trong an ninh quốc gia 36
1.8.3. Trong hệ thống viễn thông . 37
1.8.4. Ứng dụng trong quản lý thư viện . 37
1.8.5. Ứng dụng trong quản lý bán hàng 38
1.8.6. Nhận dạng động vật . 39
1.8.7. Cấy ghép vào con người 39
1.8.8. Tính phí trong giao thông . 40
1.9. Ưu, nhược điểm của hệ thống RFID . 40
1.9.1. Ưu điểm 40
1.9.2. Nhược điểm 41
1.10. Phương thức làm việc của RFID 42
Chương 2. CÁC HỆ THỐNG RFID CƠ BẢN
2.1. Hệ thống 1 bit . 46
2.1.1. Tần số vô tuyến 46
2.1.2. Sóng viba 48
iv
2.1.3. Bộ chia tần số . 50
2.1.4. Transponder trường điện từ . 51
2.2. Hệ thống song công và bán song công . 53
2.2.1. Ghép cảm ứng 54
2.2.2. Ghép điện từ tán xạ lùi 57
2.2.3. Ghép gần 59
2.2.4. Ghép điện . 61
2.2.5. Truyền dữ liệu từ reader đến transponder . 62
2.3. Hệ thống tuần tự 62
2.3.1. Ghép cảm ứng 62
Chương 3. CẤU TRÚC CỦA THIẾT BỊ MANG DỮ LIỆU
3.1. Transponder có bộ nhớ . 66
3.1.1. Giao tiếp HF . 67
3.1.2. Address and security logic . 68
3.1.3. Cấu trúc bộ nhớ 69
3.2. Bộ vi xử lý 74
3.2.1. Thẻ có hai giao tiếp . 76
3.3. Bộ nhớ . 77
3.4. Đo lường các biến vật lý 77
3.4.1. Transponder có cảm biến . 77
Chương 4. CẤU TRÚC CỦA READER
4.1. Luồng dữ liệu trong ứng dụng . 79
4.2. Các thành phần của reader . 80
4.2.1. Mạch HF 81
4.2.2. Đơn vị điều khiển . 84
4.3. Kết nối antenna trong hệ thống liên kết cảm ứng . 86
4.3.1. Kết nối sử dụng dòng điện phối hợp 86
4.3.2. Cung cấp thông qua cáp . 87
4.3.3. Aûnh hưởng của hệ số Q 88
Chương 5. MÃ HOÁ VÀ ĐIỀU CHẾ DỮ LIỆU
5.1. Các loại mã biểu diễn tín hiệu nhị phân . 89
5.2. Các kỹ thuật điều chế số 91
5.2.1. Điều chế ASK 91
5.2.2. Điều chế 2FSK . 92
5.2.3. Điều chế PSK . 92
5.2.4. Điều chế với sóng mang phụ . 93
Chương 6. SỰ CHÍNH XÁC CỦA DỮ LIỆU
6.1. Phương pháp kiểm tra lỗi 95
6.1.1. Kiểm tra chẵn lẻ 95
6.1.2. Phương pháp LRC 95
6.1.3. Phương pháp CRC 96
6.2. Đa truy cập, chống xung đột dữ liệu . 97
6.2.1. SDMA 98
6.2.2. FDMA 99
6.2.3. TDMA 99

PHẦN 2
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
-----------------------
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
1.1. Giới thiệu 105
1.1.1. Giới thiệu đề tài . 105
1.1.2. Yêu cầu đề tài 105
1.1.3. Nội dung của đề tài 106
1.2. Yêu cầu hệ thống 106
1.2.1. Nhu cầu hệ thống . 106
1.2.2. Quản lý dự án . 106
1.3. Tổng quan về sơ đồ khối của hệ thống . 107
1.3.1. Các thông số của Reader (DL910) . 107
1.3.2. Các thông số của thẻ 108
1.4. Kết quả đo đạc thực tế việc đọc thẻ . 115
Chương 2. PHÂN TÍCH HỆ THỐNG
2.1. Khảo xác hiện trạng 117
2.1.1. Giới thiệu chung . 117
2.1.2. Các vấn đề đặt ra cho hệ thống mới 117
2.1.3. Phạm vi nghiên cứu 118
2.1.4. Giới hạn hệ thống 118
2.1.5. Các chức năng của hệ thống mới . 118
2.2. Thiết kế sơ đồ . 119
2.2.1. Sơ đồ chức năng 119
2.2.2. Sơ đồ ngữ cảnh . 120
2.2.3. Sơ đồ luồng dữ liệu 120
2.2.4. Mô hình cơ sở dữ liệu . 121
Chương 3. CHƯƠNG TRÌNH VÀ KẾT QUẢ THI CÔNG
3.1. Mục Quản lý hệ thống 123
3.1.1. Lưu đồ giải thuật 123
3.1.2. Kết quả thi công . 123
3.2. Giao diện chương trình chính 125
3.3. Mục Đọc, ghi thẻ . 125
3.3.1. Lưu đồ giải thuật . 125
3.3.2. Kết quả thi công . 126
3.4. Mục chấm công . 127
3.4.1. Lưu đồ giải thuật 127
3.4.2 Kết quả thi công 127
3.4. Các Danh mục khác 128
Chương 4. TỔNG KẾT VÀ ĐÁNH GIÁ
4.1. Đánh giá 129
4.2. Hạn chế . 129
4.3. Hướng phát triển đề tài . 129
TÀI LIỆU THAM KHẢO 130



DANH SÁCH HÌNH VẼ
PHẦN 1
TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG VÔ TUYẾN – RFID
-----------------------
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID
Hình 1.1. Mã vạch 1
Hình 1.2. Ký tự quang học 2
Hình 1.3. Kiến trúc tiêu biểu của thẻ bộ nhớ có logic bảo mật 3
Hình 1.4. Kiến trúc cơ bản của một thẻ vi xử lý . 3
Hình 1.5. Hệ thống RFID . 4
Hình 1.6. Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1880-1960 5
Hình 1.7. Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1960-1990 6
Hình 1.8. Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1990-2009 7
Hình 1.9. Hệ thống RFID toàn diện 10
Hình 1.10. Layout của thiết bị mang dữ liệu, transponder. Hình bên trái transponder ghép cảm
ứng với antenna cuộn dây, hình bên phải transponder viba với antenna dipole . 10
Hình 1.11.Cấu trúc của một thẻ thụ động 11
Hình 1.12. Một số loại thẻ tích cực 14
Hình 1.13. Cấu trúc của một thẻ bán tích cực 15
Hình 1.14. Cấu trúc layout cơ bản của một reader . 18
Hình 1.15. Cơ chế truyền ở trường gần, trường xa giữa thẻ và reader . 22
Hình 1.16. Cơ chế truyền modulated backscatter của thẻ thụ động 24
Hình 1.17. Cơ chế truyền modulated backscatter của thẻ bán thụ động . 24
Hình 1.18. Cơ chế truyền kiểu máy phát của thẻû tích cực 24
Hình 1.19. Layout bộ nhớ của một thẻ minh họa 27
Hình 1.20. Sơ đồ cây nhị phân 31
Hình 1.21. Ứng dụng công nghệ RFID vào thư viện . 38
Hình 1.22. Ứng dụng công nghệ RFID trong siêu thị . 39
Hình 1.23. Ứng dụng công nghệ RFID vào cấy ghép 40
Hình 1.24. Quá trình làm việc của thẻ và reader . 43
Hình 1.25. Quá trình truyền nhận dữ liệu giữa thẻ và reader . 44
Chương 2. CÁC HỆ THỐNG RFID CƠ BẢN
Hình 2.1. Các hệ thống RFID khác nhau 45
Hình 2.2. Giới thiệu hoạt động của hệ thống EAS tần số vô tuyến . 47
Hình 2.3. Antenna khung của hệ thống RF (cao 1,2 - 1,6m) và transponder . 48
Hình 2.4. Mạch cơ bản và hình dạng cụ thể của transponder viba . 49
Hình 2.5. Transponder viba nằm trong vùng truy vấn của detector 49
Hình 2.6. Sơ đồ mạch điện và hoạt động của EAS sử dụng bộ chia tần số . 50
Hình 2.7. Antenna của hệ thống RFID điện từ (cao 1.40 m) và transponder 52
Hình 2.8. Truyền dữ liệu trong hệ thống song công, bán song công và tuần tự 53
Hình 2.9. Năng lượng cung cấp cho transponder thông qua từ trường phát ra của reader . 54
Hình 2.10. Truyền dữ liệu bằng load modulation từ transponder đến reader . 55
Hình 2.11. Phổ của điều chế sóng mang phụ 56
Hình 2.12. Sơ đồ mạch của transponder hài phụ 57
Hình 2.13. Hoạt động của transponder tán xạ lùi 59
Hình 2.14. Transponder ghép gần được đưa vào trong reader . 60
Hình 2.15. Hệ thống ghép điện sử dụng điện trường để truyền năng lượng và dữ liệu . 61
Hình 2.16. Sơ đồ mạch tương đương của hệ thống RFID ghép điện . 62
Hình 2.17. Sơ đồ khối của transponder tuần tự sử dụng ghép cảm ứng 64
Hình 2.18. Sơ đồ điện áp của tụ nạp 64
Chương 3. CẤU TRÚC CỦA THIẾT BỊ MANG DỮ LIỆU
Hình 3.1. Sơ đồ phân loại các thiết bị mang dữ liệu dùng trong RFID . 66
Hình 3.2. Sơ đồ khối của tranpsonder có bộ nhớ 67
Hình 3.3. Sơ đồ khối của một mạch HF của transponder liên kết cảm ứng với bộ load
modulator . 67
Hình 3.4. Sơ đồ khối của Address and Security logic 68
Hình 3.5. Sơ đồ khối của một transponder chỉ đọc . 69
Hình 3.6. Sơ đồ khối của một transponder ghi được có chức năng bảo mật để thực hiện xác
nhận giữa transponder và reader . 71
Hình 3.7. Transponder có 2 bộ nhớ khoá để cấp quyền truy xuất khác nhau .
Hình 3.8. Một transponder có thể dùng cho nhiều ứng dụng bằng cách phân đoạn bộ nhớ của
nó . 72
Hình 3.9. Sự khác nhau giữa segment cố định và segment tự do . 74
Hình 3.10. Sơ đồ khối của một transponder có dùng bộ vi xử lý 74
Hình 3.11. Quá trình xử lý lệnh trong hệ điều hành thẻ thông minh 75
Hình 3.12. Sơ đồ khối của một thẻ hai giao tiếp . 76
Hình 3.13. Transponder liên kết cảm ứng có thêm cảm biến nhiệt độ 78
Chương 4. CẤU TRÚC CỦA READER
Hình 4.1. Nguyên lý Master-Slave giữa phần mềm, reader và tranpsonder 79
Hình 4.2. Sơ đồ khối của một reader gồm có hệ thống điều khiển và mạch HF. Toàn bộ hệ
thống được điều khiển bằng những lệnh . 81
Hình 4.3. Sơ đồ khối mạch HF của hệ thống RFID liên kết cảm ứng . 82
Hình 4.4. Sơ đồ khối của một mạch HF trong hệ thống viba 83
Hình 4.5. Hoạt động của một bộ directional coupler với hệ thống RFID tán xạ lùi . 83
Hình 4.6. Sơ đồ khối HF của reader trong hệ thống SEQ . 84
Hình 4.7. Sơ đồ khối đơn vị điều khiển của reader . 85
Hình 4.8. Quá trình mã hoá và giải mã tín hiệu bằng đơn vị điều khiển của reader 85
Hình 4.9. Kết nối cuộn dây antenna bằng kỹ thuật 50 .87
Hình 4.10. Mạch điện phối hợp trở kháng cho cuộn dây antenna . 87
Chương 5. MÃ HOÁ VÀ ĐIỀU CHẾ DỮ LIỆU

Hình 5.1. Sơ đồ khối hệ thống viễn thông số 89
Hình 5.2. Các loại mã đường truyền trong hệ thống RFID . 90
Hình 5.3. Mã Pulse-pause 91
Hình 5.4. Điều chế ASK 92
Hình 5.5. Điều chế FSK 92
Hình 5.6. Điều chế PSK 93
Hình 5.7. Sơ đồ điều chế ghép kênh với kiểu điều chế ASK sóng mang phụ .93
Hình 5.8. Phổ của tín hiệu điều chế sóng mang phụ. 94
Chương 6. SỰ CHÍNH XÁC CỦA DỮ LIỆU
Hình 6.1. Kiểm tra LRC 95
Hình 6.2. Truyền dữ liệu đến nhiều thẻ 97
Hình 6.3. Nhận dữ liệu từ nhiều thẻ . 97
Hình 6.4. Các phương pháp tránh xung đột dữ liệu 98
Hình 6.5. SDMA, anten định hướng chỉ lần lượt đến các transponder 98
Hình 6.6. FMDA, vài kênh truyền với các tần số khác nhau dùng cho việc truyền dữ liệu giữa
transponder và reader 99
Hình 6.7. Các phương pháp điều khiển reader . 100
Hình 6.8. Mã NRZ 101
Hình 6.9. Mã hoá NRZ không thể phát hiện sự xung đột dữ liệu giữa các transponder . 101
Hình 6.10. Mã Manchester . 102
Hình 6.11. Mã hoá Manchester giúp phát hiện bit xung đột . 102
Hình 6.12. Quá trình tìm kiếm transponder hợp lệ . 103
Hình 6.13. Số lần thực hiện trung bình để xác định địa chỉ transponder 104

PHẦN 2
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
-----------------------
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
Hình 1.1. Reader (DL910) 107
Hình 1.2. Sơ đồ khối của thẻ SL3 ICS10 . 111
Hình 1.3. Mô hình thực tế khảo sát 116
Chương 2. PHÂN TÍCH HỆ THỐNG
Hình 2.1. Sơ đồ chức năng 119
Hình 2.2. Sơ đồ ngữ cảnh . 120
Hình 2.3. Sơ đồ luồng dữ liệu . 121
Chương 3. CHƯƠNG TRÌNH VÀ KẾT QUẢ THI CÔNG
Hình 3.1. Lưu đồ giải thuật quản lý hệ thống . 123
Hình 3.2. Giao diện đăng nhập hệ thống 124
Hình 3.3. Giao diện chương trình chính 125
Hình 3.4. Lưu đồ giải thuật mục Đọc ghi . 126
Hình 3.5. Giao diện Đọc ghi . 126
Hình 3.6. Lưu đồ giải thuật mục Chấm công 127
Hình 3.7. Giao diện Chấm công . 128


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
PHẦN 1
TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG VÔ TUYẾN - RFID
-----------------------
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID
Bảng 1.1: So sánh một số hệ thống nhận dạng 9
Bảng 1.2: Tần số hoạt động của RFID 35
Chương 2. CÁC HỆ THỐNG RFID CƠ BẢN
Bảng 2.1: Các tham số hệ thống cho các hệ thống RF 48
Bảng 2.2: Dải tần số của các hệ thống bảo mật khác nhau . 48
Bảng 2.3: Các thông số cơ bản của hệ thống 50
Bảng 2.4: Suy hao đường truyền trong không gian tự do ứng với những tần số khác nhau (độ
lợi của antenna transponder là 1,64, của antenna reader là 1) 58
Chương 4. CẤU TRÚC CỦA READER
Bảng 4.1: Ví dụ về quá trình thực thi một lệnh đọc bởi phần mềm, reader và transponder .
. 80

PHẦN 2
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
-----------------------
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
Bảng 1.1: Kế hoạch thực hiện và phân công nhiệm vụ . 106
Bảng 1.2: Các thông số cơ bản của Reader (DL910) 107
Bảng 1.3: Các thông số về đọc ghi của Reader (DL910) 107
Bảng 1.4: Cổng hỗ trợ của Reader (DL910) 108
Bảng 1.5: Các thông số về điện của Reader (DL910) . 108
Bảng 1.6: Kích thước Reader (DL910) 108
Bảng 1.7: Mã kết nối, ngắt kết nối, đọc ghi thẻ 108
Bảng 1.8: Tần số hoạt động theo chuẩn của thẻ SL3 ICS10 . 111
Bảng 1.9: Khoảng cách hoạt động của thẻ UCODE HSL trong các băng tần số 113
Bảng 1.10: Kết quả đo đạc thực tế tầm đo thẳng góc cực đại của Reader
(UHF_R_G2_232_2A) với hai loại thẻ thụ động (SL3 ICS10 và SL3 ICS30 chuẩn UCODE
EPC GEN2) di chuyển với vận tốc cực đại 116
Chương 2. PHÂN TÍCH HỆ THỐNG
Bảng 2.1: Mô hình cơ sở dữ liệu 122