MỤC LỤC
 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP I
 PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP II
 PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP III
 LỜI CẢM ƠN IV
 TÓM TẮT LUẬN VĂN V
GIỚI THIỆU 11
PHẦN I:CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID 15
1.1 Sơ lược về hệ thống nhận diện tự động 15
1.1.1 Hệ thống mã vạch: 15
1.1.2 Nhận diện ký tự quang học (Optical character recognition – OCR) 15
1.1.3 Phương pháp sinh trắc học(Biometric – procedures) 16
1.1.4 Thẻ thông minh (Smart card) 16
1.1.5 Hệ thống RFID (RFID system) 17
1.2 Giới thiệu chung về hệ thống nhận dạng vô tuyến RFID 18
1.2.1 Lịch sử phát triển của hệ thống RFID 18
1.2.2 Khái niệm RFID 20
1.2.3 So sánh các hệ thống ID khác nhau 21
1.3 Các thành phần của hệ thống RFID 21
1.4 Phân loại thẻ RFID 22
1.4.1 Dựa vào nguồn cung cấp cho thẻ 23
1.4.1.1 Thẻ thụ động 23
1.4.1.2 Thẻ tích cực 25
1.4.1.3 Thẻ bán tích cực (bán thụ động) 26
1.4.2 Dựa vào việc lưu trữ dữ liệu 27
1.4.2.1 Thẻ read only (RO) 27
1.4.2.2 Thẻ write once, read many (WORM) 27
1.4.2.3 Thẻ read write (RW) 27
1.5 Đầu đọc (reader) 27
1.5.1 Sơ lược về đầu đọc: 27

1.5.2 Các thành phần chính của reader: 28
1.5.3 Phân loại reader: 30
1.5.3.1 Serial reader: 30
1.5.3.2 Network reader: 30
1.5.4 Cơ chế truyền cơ bản giữa thẻ và reader: 30
1.6 Tần số vô tuyến hoạt động của RFID: 32
1.7 Ứng dụng của RFID 33
1.7.1 RFID trong xử phạt 34
1.7.2 RFID trong an ninh quốc gia 34
1.7.3 Ứng dụng trong quản lý thư viện 34
1.7.4 Ứng dụng trong quản lý bán hàng 35
1.8 Ưu, nhược điểm của hệ thống RFID 36
1.8.1 Ưu điểm 36
1.8.2 Nhược điểm 36
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT XỬ LÝ ẢNH 38
2.1 Các khái niệm và nền tảng xử lý ảnh 38
2.1.1 Các loại ảnh cơ bản 38
2.1.2 Không gian màu, chuyển đổi giữa các không gian màu 38
2.2 Các thuật toán xử lý ảnh cơ bản 41
2.2.1 Kỹ thuật chuyển ảnh sang ảnh mức xám (Gray Level) 41
2.2.2 Ảnh nhị phân, nhi phân hóa với ngưỡng động 41
2.2.3 Lược đồ mức xám (Histogram) 42
2.2.4 Phóng to, thu nhỏ và xoay ảnh 43
2.2.5 Lọc số trong ảnh 45
2.2.6 Các phép toán hình thái học trong ảnh 47
2.2.7 Tìm biên ảnh dựa trên bộ lọc Canny 49
2.3 Thư viện xử lý ảnh OpenCV – EmguCV 50
2.4 Nhận dạng ký tự quang học OCR 51
2.4.1 Khái niệm nhân dạng ký tự quang học OCR 51
2.4.2 Các phần mềm mã nguồn mở OCR hiện nay 52

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU MODULE MINI PC RASPBERRY PI 55
3.1 Giới thiệu chung: 55
3.1.1 Raspberry PI là gì? 55
3.1.1.1 Tác giả 55
3.1.1.2 Sự ra đời của Raspberry PI 55
3.2 Tổng quan phần cứng của Raspberry Pi 56
3.2.1 Sơ đồ khối và cấu tạo 56
3.2.2 Header và IO 59
3.3 Cài đặt hệ điều hành cho Raspberry Pi 60
3.3.1 Hệ điều hành cho Raspberry Pi 60
3.3.2 Cài đặt hệ điều hành và khởi động Raspberry Pi 60
3.3.2.1 Cài đặt hệ điều hành 60
3.3.2.2 Khởi động Raspberry Pi 61
3.3.2.3 Khởi động Raspberry Pi không cần màn hình LCD 61
3.4 Cấu hình cơ bản cho Raspberry Pi sau khi khởi động 64
3.5 Real time clock (RTC) cho Raspberry Pi 65
3.5.1 Giới thiệu module thời gian thực DS1307 65
3.5.2 Cấu hình giao thức I2C giữa module DS1307 và Raspberry Pi 66
3.6 Cấu hình serial port trên Raspberry Pi 69
3.7 Cài đặt GPIO cho Raspberry Pi 71
3.8 Webserver cho bộ access control 72
3.8.1 Cài đặt webser trên Raspberry Pi 72
3.8.1.1 Cài đặt Apache web server 72
3.8.1.2 Cài đặt PHP 72
3.8.2 Cài đặt cơ sở dữ liệu 73
3.8.2.1 Cài đặt MySQL 73
3.8.2.2 Cài đặt phpmyadmin 73
3.8.2.3 Cấu hình IP tĩnh (static IP cho Raspberry Pi): 75
3.8.2.4 Cài đặt thư viện MySQLdb 76
CHƯƠNG 4 : TỔNG QUAN VỀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH 76

4.1 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình C# 76
4.1.1 Tổng quan về ngôn ngữ lập trình C# 76
4.1.2 Đặc điểm ngôn ngữ lập trình C# 77
4.1.2.1 C# là ngôn ngữ khá đơn giản 77
4.1.2.2 C# là ngôn ngữ hướng đối tượng 77
4.1.2.3 Khai báo lớp trong C# 78
4.1.2.4: Hỗ trợ cấu trúc trong C# 78
4.1.2.5 Cung cấp những đặc tính hướng thành phần 78
4.1.2.6 Hỗ trợ việc truy cập bộ nhớ trực tiếp 79
4.2 Giới thiệu các ngôn ngữ lập trình web 79
4.2.1 Ngôn ngữ HTML 79
4.2.2: Ngôn ngữ PHP 80
4.2.2.1 PHP là gì? 80
4.2.2.2 Tại sao phải sử dụng PHP?: 81
4.2.2.3 Sự khác nhau giữa web tĩnh (HTML) và web động (PHP) 81
4.2.2.4 Những điểm mạnh của PHP 82
4.2.3 Ngôn ngữ JavaScript 82
4.2.3.1 Java, JavaScript và Jscript 83
4.2.3.2 Ứng dụng 83
4.3 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình Python 84
4.3.1 Lịch sử 84
4.3.2 Đặc điểm 85
4.3.3 Khả năng mở rộng 85
4.3.4 Lệnh và cấu trúc điều khiển 85
PHẦN II: THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG 86
CHƯƠNG 5: MÔ HÌNH TỔNG QUÁT HỆ THỐNG 86
5.1 Mô hình hệ thống 86
5.2 Mô tả hoạt động hệ thống 88
5.2.1 Hệ thống bãi giữ xe thông minh 88
5.2.2 Hệ thống access control 89

5.2.3 Server 89
5.3 Phần cứng hệ thống 90
5.3.1 Phần cứng bộ access control 90
5.3.2 Phần cứng tại bãi giữ xe 100
5.4 Lưu đồ giải thuật hệ thống 103
5.4.1 Lưu đồ giải thuật hệ thống access control 103
5.4.2 Lưu đồ giải thuật bãi giữ xe 105
5.4.2.1 Lưu đồ chính 105
5.3.2.2 Lưu đồ giải thuật xử lý ảnh bản số xe 106
5.3.2.3 Lưu đồ giải thuật đọc thẻ RFID 112
PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 113
CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 113
6.1 Hệ thống access control 113
6.1.1 Cơ sở dữ liệu trên Raspberry Pi (local database): 113
6.1.2 Webserver nhúng trên Raspberry Pi 114
6.2 Hệ thống bãi giữ xe 120
6.2.1 Mô tả hoạt động 120
6.2.2 Cách sử dụng phần mềm 121
6.3 Server và chương trình quản lý nhân viên 123
6.3.1Cấu trúc cơ sở dữ liệu trên server 123
6.3.2 Chương trinh quản lý nhân viên 124
6.3.2.1 Tab thông tin nhân viên 126
6.3.2.2 Tab quản lý nhân viên 126
6.3.2.3 Tab Quản lý bãi giữ xe 129
CHƯƠNG 7: TỔNG KẾT, ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 131
7.1 Công việc hoàn thành 131
7.2 Hạn chế 131
7.3 Hướng phát triển 131
TÀI LIỆU THAM KHẢO 132








DANH SÁCH HÌNH MINH HỌA
PHẦN I:CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID 15
Hình 1.1 Mã vạch 15
Hình 1.2 Bảng ký tự quang học 15
Hình 1.3 Kiến trúc tiêu biểu của thẻ bộ nhớ có logic bảo mật. 16
Hình 1.4 Kiến trúc cơ bản thẻ vi xử lý 17
Hình 1.5 Hệ thống RFID 18
Hình 1.6 Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1880 -1960 19
Hình 1.7 Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1960 -1990 19
Hình 1.8 Lịch sử phát triển RFID 1990 -2009 20
Hình 1.9 Hệ thống RFID toàn diện 22
Hình 1.10 Layout thiết bị mang dữ liệu 22
Hình 1.11 Cấu trúc bên trong thẻ thụ động 23
Hình 1.12 Thẻ RFID tích cực 25
Hình 1.13 Cấu trúc thẻ bán tích cực 26
Hình 1.14 Cấu trúc layout cơ bản của một reader 28
Hình 1.15 Cơ chế truyền ở trường gần, trường xa giữa thẻ và reader 31
Hình 1.16 Mô hình truyền modulated backscatter của thẻ thụ động 31
Hình 1.17 Mô hình truyền modulated backscatter của thẻ bán thụ động 32
Hình 1.18 Cơ chế truyền kiểu máy phát của thẻ tích cực 32
Hình 1.19 Ứng dụng công nghệ RFID vào thư viện 35
Hình 1.20 Ứng dụng RFID trong siêu thị 36
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT XỬ LÝ ẢNH 38

Hình 2.1 Không gian màu RGB 38
Hình 2.2 Không gian màu CMYK 39
Hình 2.3 Không gian màu HSV 39
Hình 2.4 Ảnh nhận từ camera (a) và ảnh đã chuyển sang ảnh mức xám (b) 41
Hình 2.5 Ảnh xám - Ảnh nhị phân 41
Hình 2.6 nhị phân với ngưỡng động trong một vùng cửa sổ 5x5 42
Hình 2.7 Lược đồ mức xám của các loại ảnh. 43
Hình 2.8 Hình mô tả phép biến đổi với tỉ lệ α = β= 2 43
Hình 2.9 Phép quay ảnh 44
Hình 2.10 Phép toán giãn nở (dilation) 48
Hình 2.11 Phép toán co (erosion) 48
Hình 2.12 Tổng quan về kiến trúc của EmguCV 51
Hình 2.13 TOCR 52
Hình 2.14 VietOCR 53
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU MODULE MINI PC RASPBERRY PI 55
Hình 3.1 Eben Upton 55
Hình 3.2 Logo Raspberry Pi 56
Hình 3.3 Cấu tạo Raspberry Pi model B+ (mặt trên) 57
Hình 3.4 Cấu tạo Raspberry Pi model B và model B+ (mặt dưới) 57
Hình 3.5 GPIO và Header của Raspberry Pi 59
Hình 3.6 Sơ đồ chân GPIO của Raspberry Pi 59
Hình 3.7 Module camera dành riêng cho Raspberry Pi 60
Hình 3.8 Hệ điều hành Raspbian 60
Hình 3.9 Ghi hệ điều hành vào thẻ nhớ 61
Hình 3.10 Giao diện phần mềm Advanced IP Scanner 62
Hình 3.11 Địa chỉ IP Raspberry Pi 62
Hình 3.12 Xming sau khi mở hiển thị ở khay đồng hồ 62
Hình 3.13 Các bước cấu hình Putty để kết nối Raspberry Pi 63
Hình 3.14 Nhập Username và password (như mặc định) 63
Hình 3.15 Gõ lệnh “lxsession” để hiển thị màn hình Raspberry Pi 64

Hình 3.16 màn hình Raspberry Pi sau khi khởi động 64
Hình 3.17 Giao diện terminal Raspberry Pi 64
Hình 3.18 Setup Raspberry Pi 65
Hình 3.19 Thay đổi password cho root user 65
Hình 3.20 Module thời gian thực DS1307 66
Hình 3.221 Mở file modules trên Raspberry Pi 66
Hình 3.22 Sửa file modules 67
Hình 3.23 Mở file raspi-blacklist.conf 67
Hình 3.24 Bỏ chọn 2 dòng 67
Hình 3.25 Kiểm tra kết nối module DS1307 68
Hình 3.26 Kết nối DS1307 với Raspberry Pi thành công 68
Hình 3.27 Run module DS1307 68
Hình 3.28 Thêm DS1307 vào kernel Raspberry Pi 69
Hình 3.29 Cấu hình file rc.local 69
Hình 3.30 Tập tin pyserial-2.7.tar.gz 70
Hình 3.31 Thư mục sau khi giải nén 70
Hình 3.32 Các câu lệnh mở file và cài đặt 70
Hình 3.33 File cmdline.txt sau khi chỉnh sửa 71
Hình 3.34 File /etc/inittab sau khi chỉnh sửa 71
Hình 3.35 Các câu lệnh cài đặt Rpi.GPIO-0.2.0 72
Hình 3.36 Cài đặt Apache 72
Hình 3.37 Cài đặt Apache thành công 72
Hình 3.38 Cài đặt PHP 73
Hình 3.39 Cài đặt MySQL 73
Hình 3.40 Mật khẩu root MySQL 73
Hình 3.41 Cài đặt phpmyadmin 73
Hình 3.42 Chọn Apache là default webserver cho phpmyadmin 74
Hình 3.43 Configure phpmyadmin 74
Hình 3.44 Lệnh mở file cấu hình Apache 74
Hình 3.45 Sửa file cấu hình Apache 75

Hình 3.46 Cấu hình IP tĩnh cho Raspberry Pi 75
Hình 3.47 Cài đặt thư viên mysqld 76
CHƯƠNG 4 : TỔNG QUAN VỀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH 76
Hình 4.1 Anders Hejsberg 76
Hình 4.2 Logo HTML5 79
Hình 4.3 Rasmus Lerdorf 80
Hình 4.4 Quá trình thông dịch trang PHP 81
Hình 4.5 Phương thức hoạt động web tĩnh HTML 81
Hình 4.6 Phương thức hoạt động của web động PHP 82
Hình 4.7 Guido van Rossum 84
PHẦN II: THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG 86
CHƯƠNG 5: MÔ HÌNH TỔNG QUÁT HỆ THỐNG 86
Hình 5.1 Mô hình hệ thống chính 86
Hình 5.2 Mô hình tại bãi giữ xe 88
Hình 5.3 Mô hình access control 88
Hình 5.4 Phần cứng bộ access control 90
Hình 5.5 Cấu tạo Raspberry Pi model B+ (mặt trên) 91
Hình 5.6 Cấu tạo Raspberry Pi model B và model B+ (mặt dưới) 91
Hình 5.7 GPIO và Header của Raspberry Pi 94
Hình 5.8 Sơ đồ chân GPIO của Raspberry Pi 94
Hình 5.9 Reader RFID RDM880 95
Hình 5.10 Module thời gian thực DS1307 98
Hình 5.11 Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển RS232 -TTL 99
Hình 5.12 layout Mạch RS232-TTL 99
Hình 5.13 Laptop Asus X550Lb 100
Hình 5.14 Camera A4tech 100
Hình 5.15 Camera Logitech 100
Hình 5.16 Đầu Đọc Thẻ RFID 101
Hình 5.17 Sơ đồ nguyên lý reader RFID 102
Hình 5.18 Layout reader RFID 102

Hình 5.19 Lưu đồ giải thuật hệ thống access control 104
Hình 5.20 Lưu đồ bãi giữ xe 105
Hình 5.21 Lưu đồ giải thuật xử lý ảnh 106
Hình 5.22 Ảnh chứa vùng bản số xe 106
Hình 5.23 Ảnh bản xố chụp từ camera 106
Hình 5.24 Lưu đồ xử lý ảnh tách vùng bản số 107
Hình 5.25 Ảnh chụp từ camera 108
Hình 5.26 Ảnh xám 108
Hình 5.28 Sau erosion and dilation 108
Hình 5.27 Ảnh nhị phân 108
Hình 5. 30 Tìm hình chữ nhật phù hợp 109
Hình 5. 29 Tìm cạnh (canny) 109
Hình 5.31 Ảnh vùng ảnh chứa biển số 109
Hình 5.32 Lưu đồ giải thuật tách vùng ảnh chứa từng ký tự 110
Hình 5.33 Hình bản số ban đầu 111
Hình 5.34 Biển số sau khi ThresholdBinary 111
Hình 5.35 Biển số sau khi Erosion 111
Hình 5.36 Hình chữ nhật bao các ký tự 111
Hình 5.37 Sắp xếp ký tự 111
Hình 5.38 Lưu đồ giải thuật đọc thẻ RFID 112
Hình 5.39 Chọn cổng com kết nối đầu đọc thẻ RFID Error! Bookmark not defined.
PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 113
CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 113
Hình 6.1 Các bảng trong cơ sở dữ liệu của Raspberry Pi (local database) 113
Hình 6.2 Cấu trúc bảng IP 113
Hình 6.3 Bảng tt_control 113
Hình 6.4 Bảng time 114
Hình 6.5 Hình giao diện trang đăng nhập dùng HTML – Javascript 114
Hình 6.6 Trang menu – tab Nhân viên 115
Hình 6.7 Trang Menu – tab Thiết bị 115

Hình 6.8 Trang thông tin nhân viên 116
Hình 6.9 trang chi tiết nhân viên 116
Hình 6.10 Trang cập nhật thông tin nhân viên 117
Hình 6.11 Trang xóa thông tin nhân viên 117
Hình 6.12 Trang thêm mới nhân viên 118
Hình 6.13 Trang tìm kiếm thông tin nhân viên 118
Hình 6.14 Trang thông tin thời gian ra – vào cấu hình trên thiết bị 119
Hình 6.15 Trang cập nhật thời gian ra – vào 119
Hình 6.16 Giao diện đăng nhập bãi giữ xe thông minh 121
Hình 6.17 Giao diện chương trình bãi giữ xe 121
Hình 6.18 Chọn file huấn luyện 122
Hình 6.19 Chọn kết nối với 2 camera 122
Hình 6.20 Các bảng trong cơ sở dữ liệu 123
Hình 6.21 Cấu trúc bảng tt_nhanvien 123
Hình 6.22 Cấu trúc bảng tt_nhaxe 124
Hình 6.23 Cấu trúc bảng tt_control 124
Hình 6.24 Cấu trúc bảng login 124
Hình 6.25 Giao diện trang đăng nhập 125
Hình 6.26 Giao diện trang đổi username và password 125
Hình 6.27 Giao diện Chương trình Quản lý nhân viên 126
Hình 6.28 Tab thông tin nhân viên 126
Hình 6.29 Tab quản lý nhân viên 127
Hình 6.30 Xóa một phòng 129
Hình 6.31 Tab Quản lý bãi giữ xe 129
Hình 6.32 Thay đổi giá tiền 129
Hình 6.33 Danh sách thông tin ra vào 130
Hình 6.34 Chi tiết xe ra vào 130








DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 So sánh một số hệ thống nhận dạng 21
Bảng 1.2 Tần số hoạt động RFID 33
Bảng 2.3 Tổng hợp các phần mềm mã nguồn mở OCR. 54
Bảng 3.1 Trạng thái led của Raspberry Pi 58
Bảng 4.1 Các kiểu cũa C# 77
Bảng 4.2 Từ khóa của ngôn ngữ C# 78
Bảng 5.1 Trạng thái led của Raspberry Pi 93
Bảng 5.2 Thông số kỹ thuật RDM 880 96
Bảng 5.3 Data format 96


GIỚI THIỆU

a. Tình hình trong nước và nước ngoài
Ở trong nước cũng như nước ngoài đã có nhiều đề tài nghiên cứu về vấn đề này và cũng
có nhiều sản phẩm bán trên thị trường ví dụ điển hình nhất đó là bộ access control của tập
đoàn Bosch…với nhiều chức năng đáp ứng đươc yêu cầu sử dụng đối với công ty, xí
nghiệp. Hệ thống bãi giữ xe thông minh cũng đã khá phổ biến ở các công ty, trung tâm
thương mại lớn. Tuy nhiên các sản phẩm này hiện nay có giá thành khá cao và hoạt động
một cách riêng lẽ. Điều này dẫn đến việc một người phải sử dụng nhiều thẻ RFID cho từng
hệ thống gây khó chịu và dễ thất lạc.
b. Tổng quan
Đề tài luận văn nghiên cứu và thiết kế một hệ thống tích hợp bãi giữ xe thông minh và
access control ứng dụng công nghệ RFID. Điều này cho phép chỉ dùng một thẻ RFID duy

nhất. Với các giao diện phần mềm, người dùng sẽ được cung cấp đầy đủ thông tin cũng
như thao tác điều khiển thiết bị.



Mô hình hệ thống

Hình I Mô hình tổng quát hệ thống



Database
Chương trình quản lý
nhân viên

Cổng
Cổng
Reader
Phần mềm nhận
dạng biển số
Camera
Cổng
Cổng
Reader
Phần mềm
nhận dạng
biển số
Camera
Bộ Access
control (RPi)

Reader
Embedded web
server

Hình II Mô hình hệ thống access control

Hình III Mô hình bãi giữ xe thông minh
Nghiên cứu
 Công nghệ RFID
 Xử lý ảnh nhận diện biển số xe
 Giao tiếp giữa reader RFID, máy tính và module access control
 Ngôn ngữ web (HTML, PHP, Javascript) và cơ sở dữ liệu (MySQL)
Phần cứng
 Hệ thống có khả năng kết nối đến server thông qua mạng Lan
 Hệ thống kết nối với camera, module thời gian thực, reader RFID và mạch chuyển
đổi giữa RS232 ↔ TTL
 Hệ thống điều khiển thiết bị điện thông qua việc đóng ngắt các relay nối với thiết
bị.
Phần mềm trên thiết bị (Firmware)
 Lập trình để người dùng có thể cấu hình, điều khiển thiết bị qua web nhúng
 Lập trình để đọc thẻ RFID của người dùng và lưu thông tin vào cơ sở dữ liệu.
Phần mềm, dịch vụ:
 Cung cấp một phần mềm nhận diện biển số xe cho bãi giữ xe thông minh
 Cung cấp phần mềm quản lý nhân viên, quản lý bãi giữ xe và thông tin nhân viên
c. Thực hiện:
 Thiết kế và thi công module phần cứng:
- Module thời gian thực
- Mạch giao tiếp giữa RS232 ↔ TTL
 Viết chương trình xử lý ảnh nhận diện biển số xe
 Viết chương trình đọc thẻ RFID cho module access control

 Viết chương trình quản lý nhân viên, quản lý bãi giữ xe cho server
 Viết web nhúng trên module access control để điều khiển thiết bị từ xa













PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RFID
1.1 Sơ lược về hệ thống nhận diện tự động:
1.1.1 Hệ thống mã vạch:
Mã vạch là hình gồm nhiều vạch sọc đứng, rộng và hẹp để đại diện cho các mã số dưới dạng
máy có thể đọc được. Các mã sọc phù hợp với tiêu chuẩn Universal Product Code (UPC) được in
trên hầu hết các sản phẩm được bày bán tại siêu thị hiện nay. Khi hình mã sọc được kéo quét qua
các dụng cụ quan học ở quầy kiểm tra thu tiền, máy tính sẽ đối chiếu số hiệu sản phẩm với cơ sở
dữ liệu danh sách giá và in ra giá tiền ứng với sản phẩm đó.

Hình 1.1 Mã vạch
1.1.2 Nhận diện ký tự quang học (Optical character recognition – OCR):
Nhận diện kí tự quang học là sự cảm nhận bằng máy các chữ in và chữ đánh máy. Bằng phần
mềm OCR, các máy quét có thể quét trên một trang chữ in và các kí tự sẽ biến thành văn bản theo
qui cách tài liệu của chương trình xử lý từ.


Hình 1.2 Bảng ký tự quang học
1.1.3 Phương pháp sinh trắc học(Biometric – procedures):
 Nhận dạng giọng nói (Voice identification): là phương thức được thực hiện bằng cách kiểm
tra đặc trưng giọng nói của người nói với một mẫu có trước, nếu tương thích thì đáp ứng lại
yêu cầu của người nói.
 Nhận dạng vân tay (Fingerprinting procedures): tiến trình này được thực hiện dựa trên mẫu
nhũ và lớp da trên đầu ngón tay. Hệ thống sẽ phân tích từ các mẫu mà nó đọc được và đem so
sánh với mẫu đã được lưu trữ.
1.1.4 Thẻ thông minh (Smart card):
Thẻ thông minh là một hệ thống lưu trữ điện tử. Nó có kích thước bằng thẻ tín dụng có thể
chưa thông tin và trong hầu hết trường hợp nó chứa một bộ vi xử lý điều kiển nhiều chức năng đáp
ứng nhu cầu người dùng. Không giống như thẻ từ có nhiều vạch ngoài mặt thẻ, thẻ thông minh lưu
trữ thông tin bên trong nó vì thế an toàn hơn nhiều. Thẻ thông minh thường được dùng cho những
thiết bị cần xác minh chủ quyền của người sử dụng và nó tạo ra những mã truy cập cho hệ thống
bảo an. Thẻ thông minh đầu tiên là thẻ điện thoại trả trước được đưa vàosử dụng năm 1984.
Có hai loại thẻ thông minh cơ bản khác nhau dựa vào tính năng bên trong nó: thẻ nhớ và thẻ
vi xử lý.
Thẻ nhớ: trong thẻ nhớ thường là bộ nhớ EEPROM được truy cập sử dụng bộ nhớ logic tuần
tự, nó cũng có thể kết hợp với giải thuật bảo mật đon giản bằng việc sử dụng hệ thống này.Các
chức năng của thẻ nhớ thường được tối ưu hóa bởi một ứng dụng cụ thể. Tính linh hoạt của nó bị
giới hạn, tuy nhiên về mặt tích cực thẻ nhớ có ưu thế về giá. Chính vì lý do đó mà thẻ nhớ được
sử dụng rộng rãi.

Hình 1.3 Kiến trúc tiêu biểu của thẻ bộ nhớ có logic bảo mật.
Thẻ vi xử lý (Microprocessor card): chứa một bộ vi xử lý được kết nối tới các ô nhớ (RAM,
ROM, EFPROM). Thẻ xi xử lý rất linh hoạt, trong hệ thống thẻ thông minh hiện đại, nó cũng có
thể tích hợp nhiều ứng dụng trong một thẻ (đa ứng dụng).

Hình 1.4 Kiến trúc cơ bản thẻ vi xử lý

 ROM: được lập trình mặt nạ kết hợp thành hệ thống hoạt động ( mã lập trình cao hơn) cho bộ
vi xử lý và được chèn trong quá trình sản xuất chip. Nội dung của nó được xác lập trong quá
trình sản xuất và chúng không thể lập trình được.
 EEPROM: của chip chứa dữ liệu ứng dụng và các mã chương trình liên quan tới ứng dụng.
Việc đọc hay ghi dữ liệu được điều khiển bởi hệ điều hành.
 RAM: là bộ nhớ làm việc tạm thời của vi xử lý, dữ liệu sẽ mất đi khi mất điện.
Các loại thè vi xử lý được ứng dụng trong các ứng dụng có độ bảo mật. Các loại thẻ thông
minh được sử dụng trong hệ thống điện thoại GSM. Tùy chọn việc lập trình vi xử lý cũng thuận
lợi cho việc tạo ra ứng dụng mới.
1.1.5 Hệ thống RFID (RFID system)
Hệ thống RFID rất gần với thẻ thông minh. Cũng như hệ thống thẻ thông minh dữ liệu được
lưu trữ trên thiết bị mang dữ liệu điện tử là bộ phát đáp. Tuy nhiên không giống như thẻ thông
minh, năng lượng được cung cấp cho thiết bị mang dữ liệu và cho việc thay đổi giữa nó và đầu
đọc/phát tín hiệu không dựa trên sự tiếp xúc điện mà thay vào đó là sử dụng từ tính và trường điện
từ.

Hình 1.5 Hệ thống RFID
1.2 Giới thiệu chung về hệ thống nhận dạng vô tuyến RFID:
1.2.1 Lịch sử phát triển của hệ thống RFID:
Công nghệ ngày nay hướng tới sự đơn giản, tiện lợi và đặc trưng lun ưu tiên hàng đầu là khả
năng không dây. Thiết bị không dây ngày càng phát triển rộng rãi giúp con người được giải phóng,
tự do và thoải mái hơn. Công nghệ RFID ra đời tạo nên cuộc cách mạng trong môi trường tương
tác hiện nay.
RFID là công nghệ được đánh giá cao và phát triển nhanh chóng trong thời gian ngắn. Lần
đầu tiên một công nghệ tương tự đó là bộ tách sóng IFF(Identification Friend or Foe) được phát
minh được phát mình năm 1937 bời người Anh và quân đồng minh, sử dụng trong thế chiến thứ II
để nhận dạng máy bay ta và địch. Kỹ thuật này trở thành nền tảng cho hệ thống kiểm soát không
lưu cho thập niên 50. Nhưng trong thời gian này, do chi phí quá cao và kích thước quá lớn của hệ
thống nên chúng chỉ được sử dụng trong quân đội, phòng nghiên cứu và trung tâm thương mại lớn.




Hình 1.7 Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1960 -1990
Cuối thập niên 60 đầu thập niên 70, bắt đầu xuất hiện những ứng dụng RFID mới mà không
quá phức tạp và đắt tiền. Ban đầu phát triển những thiết bị giám sát điện tử (Electronic Article
Surveillance – EAS) để kiểm soát hàng hóa chẳng hạn như quần áo hay sách trong thư viện.
Kỹ thuật RFID ngày càng được nhiều người biết đến, trong thập niên 60 và 70 bắt đầu xuất
hiện nhiều hơn những ứng dụng của kỹ thuật này trong nhiều mặt của cuộc sống. Kỹ thuật này
ngày càng được hoàn thiện từ nhận biết đến nhận dạng.
Đến năm 1973, Mario Cadullo (USA) chính thức trở thành người đầu tiên hoàn thiện công
nghệ RFID.
Việc khảo sát tỉ mỉ kỹ thuật radio được nghiên cứu và phát triển cho đến thập niên 1960 và
tiến triển rõ rệt trong thập niên 1970 bời các công ty, học viện và chính phủ Mỹ. Chẳng hạn bộ
năng lượng Los Alamos Nation Laboratory đã phát triển hệ thống theo dõi nguyên liệu hạt nhân
bằng cách đặt thẻ vào xe tải và đặt các reader tại các cổng bảo vệ. Đây là hệ thống được sử dụng
Hình 1.6 Lịch sử phát triển RFID giai đoạn 1880 -1960
ngày nay, ở hệ thống trả tiền lệ phí tự động. Kỹ thuật này cải tiến so với kỹ thuật trước như mã
vạch trên hàng hóa và thẻ card viền có từ tính.
RFID tiên tiến vào đầu những năm 80, có những ứng dụng rộng rãi trong việc kiểm soát xe
tại Mỹ hay đánh dấu đàn gia súc tại châu Âu, hệ thống RFID cũng được ứng dụng trong nghiên
cứu đời sống hoang dã, các thẻ RFID được gắn vào con vật nhờ đó có thể theo vết chúng trong
môi trường hoang dã. Đến thập niên 90 khi mà tần số UHF được sử dụng mà chứng tỏ được ưu
điểm của mình về khoảng cách và tốc độ truyền thì RFID đã đạt được những thành công rực rỡ.

Hình 1.8 Lịch sử phát triển RFID 1990 -2009
Mặc dù nguyên lý cơ bản của RFID kỹ thuật RFID tồn tại từ thời Marconi nhưng chúng ta
chỉ mới bàn tới tiềm năng to lớn của nó từ cuối thế kỷ 20. Những năm đầu thế kỷ 21 đã đánh dấu
mốc chuyển biến quan trong của RFID. Kỹ thuật RFID hiện nay được sử dụng cả trong kinh tế
nhà nước và tư nhân, từ việc theo dõi sách trong thư viện đến việc xác nhận chìa khóa khởi động
xe. Các nhà bán lẽ tầm cỡ đang yêu cầu nhà cung cấp lớn sử dụng thẻ RFID, cùng với sự tiến bộ

của kỹ thuật và giảm giá đã thúc đẩy sự phát triển của RFID.
Tại Việt Nam hiện nay, nhu cầu sử dụng RFID ngày càng nhiều và mở ra một thị trường vô
cùng tiềm năng cho các nhà nghiên cứu sinh viên và các nhà sản xuất. Tuy nhiên để có thể vận
dụng và phát triển một hệ thống, chúng ta cần có những hiểu biết nhất định về chúng.
1.2.2 Khái niệm RFID:
Là công nghệ xác định dữ liệu đối tượng bằng sóng vô tuyến để nhận dạng, theo dõi và lưu
thông tin trong một thẻ.
Kỹ thuật RFID có liên quan đến hệ thống không dây cho phép một thiết bị đọc thông tin
được chứa trong một chip, không tiếp xúc trực tiếp, ở khoảng cách xa mà không thực hiện bất kì
giao tiếp vật lý nào hoặc yêu cầu sự nhìn thấy giữa hai cái. Nó cho ta phương thức truyền và nhận
dữ liệu từ điểm này đến điểm khác.
Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay là hệ thống RFID bị động hoạt động như sau:
một RFID reader truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ qua anten đến một con chip không
tiếp xúc. Reader nhận được thông tin trả lịa từ chip và gửi nó đến máy tính điều khiển đầu đọc và
xử lý thông tin tìm được từ chip. Các chip không tiếp xúc, không tích điện, chúng hoạt động bằng
cách sử dụng năng lượng nhận được từ tín hiệu gửi bởi reader.
Kỹ thuật RFID sử dụng truyền thông tin không dây trong giải tầng vô tuyến để truyền dữ
liệu từ thẻ đến các reader. Thẻ có thể được đính kèm hoặc gắn vào đối tượng nhận dạng chẳng hạn
sán phẩm, hộp….
1.2.3 So sánh các hệ thống ID khác nhau:
Từ việc phân tích các hệ thống nhận dạng mô tả ở trên cho ta thấy ưu điểm và nhược điểm
của RFID và các hệ thống khác:
Các thông số
Mã vạch
OCR
Nhận dạng
giọng nói
Thẻ thông
minh
RFID

Số lượng dữ
liệu byte
1 – 100
1 – 100

16 – 64k
96 bits đến
96k
Mật độ dữ
liệu
Thấp
Thấp
Cao
Rất cao
Rất cao
Khả năng
đọc của thiết
bị
Tốt
Tốt (đắt
tiền)
Tốt
Tốt
Tốt
Đọc được
user
Hạn chế
Đơn giản
Đơn giản
Không thể

Không thể
Tác động
của độ ẩm/
chất bẩn
Rất cao
Rất cao

Ít
Không ảnh
hưởng
Tác động
của vỏ bọc
Sai hoàn
toàn
Sai hoàn
toàn

Ít
Không ảnh
hưởng
Tác động
theo chiều
Thấp
Thấp

Một chiều
Không ảnh
hưởng
Sự suy thoái
Hạn chế

Hạn chế

Tiếp xúc
Không ảnh
hưởng
Chi phí mua
Rất thấp
Trung bình
Rất cao
Thấp
Trung bình
thấp
Tốc độ đọc
~4s
~3s
>5s
~4s
~0.5s
Khoảng cách
tối đa giữa
đầu đọc và
thiết bị mang
dữ liệu
0 – 50 cm
<1cm
0 – 50 cm
Chiều tiếp
xúc
0 – 60 m


Bảng 1.1 So sánh một số hệ thống nhận dạng
1.3 Các thành phần của hệ thống RFID:
Các thành phần chính của hệ thống RFID là thẻ, reader và cơ sở dữ liệu
Một hệ thống RFID toàn điện gồm 4 phần:
 Thẻ RFID được lập trình điện tử với thông tin duy nhất
 Các reader hoặc sensor để truy vấn các thẻ
 Anten thu và phát sóng vô tuyến
 Host – computer server, máy chủ và hệ thống phần mềm giao diện với hệ thống được tải. Nó
cũng phân phối phần mềm trong các reader và cảm biến. Cơ sở hạ tầng tuyền thông: là phần
bắt buộc, nó là một tập gồm 2 mạng là có dây và không dây và các bộ phận kết nối tuần tự để
kết nối những phần liệt kê trên với nhau để chúng truyền với nhau hiệu quả.

Hình 1.9 Hệ thống RFID toàn diện
1.4 Phân loại thẻ RFID:
Thẻ RFID, là thiết bị lưu trữ dữ liệu thực tế của một hệ thống RFID, bao gồm một phần từ
kết nối và một vi chip điện tử.

Hình 1.10 Layout thiết bị mang dữ liệu
Thẻ có hai phần chính:
 Chip: lưu trữ số thứ tự duy nhất hoặc thông tin khác dựa trên loại thẻ
 Antenna được gắn với vi mạch truyền thông từ chip đến reader. Anten càng lớn thì phạm vi
đọc càng lớn.
1.4.1 Dựa vào nguồn cung cấp cho thẻ:
1.4.1.1 Thẻ thụ động:

Hình 1.11 Cấu trúc bên trong thẻ thụ động
 Loại thẻ này không có nguồn bên trong (on – board), sử dụng nguồn nhận trực tiếp từ
reader để tiếp sinh lực hoạt động và truyền dữ liệu được lưu trữ trong nó cho reader. Thẻ
thụ động có cấu trúc đơn gian và không có các thành phần động. Thẻ có thể có thời gian
sống dài và thường có sức chịu đựng với môi trường khắc nghiệt.

 Đối với loại thẻ này khi thẻ và reader truyền thông với nhau thì reader lun lun truyền trước
ròi mới đến thẻ do đó bắt buộc phải có reader để thẻ có thể truyền dữ liệu của nó.Thẻ thụ
động đọc từ khoảng cách 11 cm ở trường gần (ISO 14443) đến 10m ở trường xa (ISO
18000-6) và có thể lên đến 183m nếu kết hợp với ma trận
 Thẻ thụ động nhỏ hơn và cũng rẻ hơn thẻ tích cực hoặc bán tích cực. Các thẻ thụ động có
thể thực thi ở tần số low, high, ultrahigh hoặc microwave.
 Thẻ thụ động bao gồm những thành phần chính sau:
- Vi mạch: thường gồm có:
 Bộ chỉnh lưu (power control/rectifier): chuyển nguồn AC từ tín hiệu anten của reader
thành nguồn DC. Nó cung cấp nguồn đến các thành phần khác của vi mạch.
 Máy tách xung (clock extractor): rút tín hiệu xung từ tín hiệu anten của reader.
 Bộ điều chế (modulator): điều chỉnh tín hiệu nhận được từ reader, Đáp ứng của thẻ
được gắn trong tín hiệu đã điều chế, sau đó nó được truyền trở lại reader.
 Bộ nhớ vi mạch (memory): được dùng lưu trữ dữ liệu. Bộ nhớ này thường được phân
đoạn (gồm vài block hoặc field). Addressability có nghĩa là có khả năng phân tích (đọc
hoặc ghi) vào bộ nhớ riêng của một vi mạch của thẻ. Một block nhớ của thẻ có thể giữ
nhiều loại dữ liệu khác nhau, ví dụ như một phần của dữ liệu nhận dạng đối tượng được
gắn thẻ, các bit checksum (chẳng hạn kiểm tra lỗi CRC) kiểm tra độ chính xác của dữ
liệu được truyền…Sự tiến bộ của kỹ thuật cho phép kích thước của vi mạch nhỏ đến
mức bé hơn hạt cát. Tuy nhiên kích thước thẻ không được xác định bởi kích thước vi
mạch mà bởi chiều dài anten của nó.
 Anten:
Anten của thẻ được dùng để lấy năng lượng từ tín hiệu của reader để làm tăng sinh
lực cho thẻ hoạt động, gửi hoặc nhận dữ liệu từ reader. Anten này được gắn vào vi
mạch, anten là trung tâm hoạt động của thẻ.
Có thể có nhiều dạng anten, nhất là UHF, chiều dài anten tương ứng với bước sóng
hoạt động của thẻ. Một anten lưỡng cực bao gồm một dây dẫn điện (chẳng hạn dây
đồng) mà nó bị ngắt ở trung tâm. Chiều dài tổng cộng của một anten lưỡng cực
bằng nữa bước sóng tần số được dùng, nhằm tối ưu năng lượng truyền từ tín hiệu
anten của reader đến thẻ. Reader có thể đọc thẻ này ở nhiều hướng khác nhau. Chiều

dài anten của thẻ thường lớn hơn nhiều so với vi mạch của thẻ vì vậy nó quyết định
kích thước vật lý của thẻ.
Một anten có thể được thiết kế đựa trên một số nhân tố sau đây: khoảng cách đọc
của thẻ với reader, hướng cố định của thẻ đối với reader, hướng tùy ý của thẻ đối
với reader, loại sản phẩm riêng biệt, vận tốc của đối tượng được gắn thẻ, độ phân
cực anten của reader.
Những điểm kết nối giữa vi mạch của thẻ và anten là những kết nối yếu nhất của
thẻ. Nếu có bất kỳ điểm kết nối nào bị hỏng thì xem như thẻ không làm việc được
hoặc hiệu suất giảm đáng kể.
Hiện tại, anten của thẻ được xây dựng bằng một mảnh kim loại mỏng (chẳng hạn
như đồng, bạc, nhôm). Tuy nhiên, trong tương lai có thể sẽ in trực tiếp anten lên
nhãn thẻ, hộp và sản phẩm đóng gói bằng cách sử dụng một loại mực dẫn có chứa
đồng, cacbon và niken.
1.4.1.2 Thẻ tích cực:

Hình 1.12 Thẻ RFID tích cực
Thẻ tích cực có một nguồn năng lượng bên trong (chẳng hạn pin hoặc sử dụng năng lượng
mặt trời) và điện tử học để thực thi những nhiệm vụ chuyên dụng. Thẻ tích cực sử dụng nguồn
năng lượng bên trong để truyền dữ liệu cho reader. Nó không cần nguồn năng lượng từ reader
để truyền dữ liệu. Điện tử học bên trong gồm bộ vi mạch, cảm biến và các cổng ra/vào được
cung cấp nguồn bời nguồn năng lượng bên trong nó.
Đối với loại thẻ này, trong quá trình truyền giữa thẻ và reader, thì thẻ luôn truyền trước, rồi
mới đến reader. Vì sự hiện diện của reader không cần cho việc truyền dữ liệu nên thẻ tích cực
có thể phát dữ liệu của nó cho vùng lân cận nó thậm chí trong cả trường hợp không có ở nơi
đó. Khoảng cách đọc thẻ tích cực là 100 feet (xấp xỉ 30.5m) hoặc hơn nữa khi máy phát tích
cực của loại thẻ này được dùng đến.
Thẻ tích cực gồm 4 thành phần chính sau:
 Vi mạch: kích cỡ và khả năng làm việc của vi mạch thường lớn hơn vi mạch trong thẻ thụ
động
 Anten: có thể truyền tín hiệu của thẻ và nhận tín hiệu của reader. Đối với thẻ bán tích cực,

gồm một hoặc nhiều mảnh kim loại như đồng, tương tự thẻ thụ động
 Nguồn: cung cấp bên trong
 Điện tử học: bên trong
Hai thành phần vi mạch và anten đã đươc mô tả ở trên. Sau đây, là hai thành phần sau
sẽ được trình bày:
 Nguồn năng lượng bên trong: tất cả các thẻ tích cực đều mang một nguồn năng lượng bên
trong để cung cấp cho điện tử học bên trong và truyền dữ liệu. Nếu sử dụng bộ pin thì thẻ
tích cực thường kéo đài tuổi thọ từ 2 đến 7 năm tùy thuộc vào thời gian sống của một bộ
pin. Một trong những nhân tố quyết định thời gian sống của bộ pin là tốc độ truyền dữ liệu