TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN
GIỚI THIỆU
1.1 Lý do chọn đề tài
Ngày nay, đất nước đang phát triển mạnh mẽ, dẫn đến sự cải thiện trong đời sống và cơ sở hạ tầng của người dân Việc áp dụng công nghệ tự động hóa trở nên cần thiết hơn bao giờ hết Vì lý do đó, tôi quyết định chọn đề tài về hệ thống đóng mở cửa tự động sử dụng công nghệ RFID.
Mục tiêu nghiên cứu của tôi là thiết kế một mô hình cửa tự động, sử dụng vi điều khiển để lập trình hệ thống Mô hình này nhằm giảm thiểu những bất tiện trong cuộc sống hàng ngày.
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu:
- Dùng phương pháp truyền, lưu và sắp xếp dữ liệu từ Arduino.
Trong quá trình học tập và làm việc tại trường, tôi đã tích lũy nhiều kiến thức hữu ích để áp dụng vào nghiên cứu đề tài Bên cạnh đó, tôi cũng tham khảo ý kiến từ giảng viên hướng dẫn, sách báo và internet, giúp tôi hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của các module trong đề tài nghiên cứu.
1.5 Kết cấu đề tài Đề tài gồm 5 chương:
Chương 1: Giới thiệu sơ lược về đề tài.
Chương 2: Tìm hiểu đưa ra các khái niệm lý thuyết về vấn đề nghiên cứu,linh kiện sử dụng trong đề tài.
Chương 3: Tính toán và thiết kế để chọn thiết bị và linh kiện.
Chương 4: Thi công vầ kết quả đạt được.
Chương 5: Nêu ra ưu nhược điểm của hệ thống và hướng phát triển cho đề tài
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Một số nghiên cứu liên quan đến đề tài
Ứng dụng RFID trong lĩnh vực an ninh
Ứng dụng RFID trong lĩnh vực thư viện
Ứng dụng RFID trong quản lý và bảo quản tài sản
Ứng dụng RFID trong y tế, giáo dục, vui chơi giải trí
2.2 Các khái niệm lý thuyết liên quan đến vấn đề nghiên cứu
RFID (Nhận dạng tần số vô tuyến) là công nghệ sử dụng sóng vô tuyến để xác nhận và theo dõi dữ liệu của đối tượng thông qua thẻ (Tag) Thiết bị Reader sẽ quét thông tin từ thẻ và truyền tải dữ liệu này đến cơ sở dữ liệu để lưu trữ.
Kỹ thuật RFID là một hệ thống không dây cho phép đọc thông tin từ chip mà không cần tiếp xúc trực tiếp hoặc nhìn thấy giữa thiết bị đọc và chip Công nghệ này cung cấp phương pháp hiệu quả để truyền và nhận dữ liệu từ xa.
Hệ thống RFID bị động hoạt động bằng cách sử dụng một RFID reader để phát tín hiệu tần số vô tuyến qua anten của nó đến một con chip không tiếp xúc Khi chip nhận tín hiệu, nó phản hồi thông tin về reader, và thông tin này sau đó được gửi đến máy tính điều khiển để xử lý Các con chip này không tích điện mà hoạt động nhờ năng lượng từ tín hiệu mà reader phát ra.
Kỹ thuật RFID sử dụng công nghệ truyền thông không dây trong dải tần sóng vô tuyến để truyền tải dữ liệu từ các thẻ đến thiết bị đọc Các thẻ RFID có thể được gắn vào các đối tượng cần nhận dạng, như sản phẩm, hộp hoặc pallet.
Hệ thống RFID có mối liên hệ chặt chẽ với thẻ thông minh, trong đó dữ liệu được lưu trữ trên thiết bị mang dữ liệu điện tử gọi là bộ phát đáp Khác với thẻ thông minh, RFID không sử dụng tiếp xúc điện để cung cấp năng lượng cho thiết bị và trao đổi dữ liệu với đầu đọc, mà thay vào đó, nó sử dụng từ tính và trường điện từ.
Trong hệ thống RFID cơ bản, các thẻ được gắn vào các danh mục cần theo dõi, với mỗi thẻ chứa một bảng vi mạch nhỏ (IC) kết nối với ăng-ten Hệ thống RFID được ứng dụng rộng rãi trong các loại thẻ như thẻ bảo vệ, thẻ nhân viên, nhãn mác, và thẻ kiểm soát hàng hóa Bảng vi mạch này lưu trữ mã sản phẩm điện tử (EPC) và thông tin khác, cho phép người dùng theo dõi và đọc dữ liệu mọi lúc, mọi nơi.
Các thành phần của hệ thống RFID:
Các thành phần chính trong hệ thống RFID là thẻ, reader và cơ sở dữ liệu.
Một hệ thống RFID toàn diện bao gồm bốm thành phần:
- Thẻ RFID (RFID Tag, Transponder - bộ phát đáp) được lập trình điện tử với thông tin duy nhất.
- Các reader (đầu đọc) hoặc sensor (cái cảm biến) để truy vấn các thẻ.
- Antenna thu, phát sóng vô tuyến.
Máy chủ, hay còn gọi là máy tính chủ, là nơi mà hệ thống phần mềm giao diện với hệ thống được tải và có khả năng phân phối phần mềm cho các thiết bị đọc và cảm biến Cơ sở hạ tầng truyền thông là một thành phần thiết yếu, bao gồm cả mạng có dây và không dây, cùng với các bộ phận kết nối tuần tự, giúp kết nối các thành phần này để đảm bảo chúng có thể truyền thông hiệu quả với nhau.
Thẻ RFID, hay còn gọi là bộ phát đáp (transponder), là thiết bị lưu trữ dữ liệu trong hệ thống RFID Nó thường bao gồm một phần tử kết nối (Coupling element) và một vi chip điện tử, giúp truyền tải thông tin hiệu quả.
Hình 2.1: Cấu tạo thẻ thụ động
Thẻ gồm có 2 phần chính:
- Chip: lưu trữ một số thứ tự duy nhất hoặc thông tin khác dựa trên loại thẻ: read-only, read-write, hoặc write-once-read-many.
- Antenna được gắn với vi mạch truyền thông tin từ chip đến reader Antenna càng lớn cho biết phạm vi đọc càng xa.
Các thẻ RFID được phân loại dựa trên việc thẻ có chứa một cung cấp nguồn gắn bên trong hay là được cung cấp bởi thiết bị chuyên dụng:
+ Bán tíc cực (Semi-active, còn gọi bán thụ động - semi-passive)
Thẻ thụ động không có nguồn bên trong và sử dụng năng lượng từ reader để hoạt động, truyền dữ liệu lưu trữ đến reader Với cấu trúc đơn giản và không có thành phần động, thẻ này có thời gian sống dài và khả năng chịu đựng tốt trong điều kiện môi trường khắc nghiệt Khi thẻ và reader giao tiếp, reader luôn truyền dữ liệu trước, do đó, cần có reader để thẻ có thể truyền dữ liệu của mình.
Thẻ thụ động được đọc ở khoảng cách từ 11cm ở trường gần (ISO 14443), đến 10m ở trường xa (ISO 18000-6), và có thể lên đến 183m khi 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:
Hình 2.2: Cấu tạo thẻ tích cực
Thẻ tích cực sở hữu nguồn năng lượng bên trong, chẳng hạn như pin hoặc năng lượng mặt trời, cùng với hệ thống điện tử học để thực hiện các nhiệm vụ chuyên dụng Chúng sử dụng năng lượng này để truyền dữ liệu đến thiết bị đọc mà không cần nguồn năng lượng từ thiết bị đó Hệ thống điện tử bên trong bao gồm vi mạch, cảm biến và các cổng vào/ra, tất cả đều được cấp nguồn từ năng lượng nội tại Trong quá trình truyền dữ liệu, thẻ tích cực luôn gửi thông tin trước, sau đó mới đến thiết bị đọc Do đó, thẻ có khả năng phát dữ liệu cho các khu vực lân cận ngay cả khi không có thiết bị đọc hiện diện.
Khoảng cách đọc của thẻ tích cực là 100 feet (xấp xỉ 30,5 m) hoặc hơn nữa khi máy phát tích cực của loại thẻ này được dùng đến.
Thẻ tích cực bao gồm 4 thành phần chính sau:
+ Vi mạch: Kích cỡ và khả năng làm việc vi mạch thường lớn hơn vi mạch trong thẻ thụ động.
Antenna có khả năng truyền tín hiệu từ thẻ và nhận tín hiệu từ reader Đối với thẻ bán tích cực, nó bao gồm một hoặc nhiều mảnh kim loại, chẳng hạn như đồng, tương tự như thẻ thụ động.
+ Cung cấp nguồn bên trong.
+ Điện tử học bên trong
Hình 2.3: Cấu tạo thẻ bán tích cực
Thẻ bán tích cực, hay còn gọi là thẻ hỗ trợ pin, có nguồn năng lượng nội bộ giúp thực hiện các nhiệm vụ chuyên dụng và sử dụng nguồn từ reader trong quá trình truyền dữ liệu Khác với thẻ thụ động, thẻ bán tích cực tự kích động, cho phép đọc ở khoảng cách xa hơn và không cần thời gian tiếp sinh lực lâu Điều này đặc biệt hữu ích khi đối tượng gắn thẻ di chuyển nhanh, đảm bảo dữ liệu vẫn được đọc chính xác Thêm vào đó, thẻ bán tích cực hoạt động hiệu quả ngay cả khi gắn trên các vật liệu chắn tần số vô tuyến, điều mà thẻ thụ động gặp khó khăn Phạm vi đọc của thẻ bán tích cực có thể đạt đến 100 feet (khoảng 30,5m) trong điều kiện lý tưởng.
Việc phân loại tiếp theo dựa trên khả năng hỗ trợ ghi chép dữ liệu:
+ Ghi một lần, đọc nhiều lần (WORM)
Một reader điển hình bao gồm một module tần số vô tuyến (máy phát và máy thu), đóng vai trò là đơn vị điều khiển và kết nối với bộ phát đáp Bên cạnh đó, các reader còn được trang bị giao diện bổ sung như RS232, RS485, cho phép chuyển tiếp dữ liệu đọc được đến các hệ thống khác như PC hoặc hệ thống điều khiển robot.
An RFID reader, also known as an interrogator, is a device that reads and writes data to compatible RFID tags The process of writing data to a tag using the reader is referred to as tag creation This tag creation process, along with associating the tag with an object, is known as commissioning the tag.
Reader là trung tâm điều khiển của hệ thống RFID, đảm nhiệm việc thiết lập và điều phối kết nối với các thành phần phần cứng Việc thao tác với Reader là yếu tố quan trọng nhất cho bất kỳ thực thể nào muốn tương tác với hệ thống này.
Hình 2.4: Sơ đồ khối của reader Các thành phần chính của reader bao gồm:
NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ
TÍNH TOÁN VẦ THIÊT KẾ
Hình 3.1: Sơ đồ khối của toàn mạch
Hình 3.2: Lưu đồ giải thuật cho mạch
3.3 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý
3.4 Sơ đồ kết nối từng khối
THI CÔNG VÀ KẾT QUẢ
4.2 Kết quả kiểm thử mạch
- Hệ thống nhận thẻ theo đúng yêu cầu đề ra
