Ứng dụng công nghệ NFC xây dựng hệ thống thư viện mở quản lý sinh viên đến thư viện bằng thẻ thư viện đa năng

30
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(64).2019
Ứng dụng công nghệ NFC xây dựng hệ thống thư viện mở 
quản lý sinh viên đến thư viện bằng thẻ thư viện đa nĕng
Application of NFC technology building a system of opening 
library of students to the library by multiple library card
Hoàng Bá Đại Nghĩa1, Trần Quốc Ân1, Nguyễn Trọng Các2
Email: hbdnghia@ute.udn.vn
1Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng 
2Trường Đại học Sao Đỏ
Ngày nhận bài: 15/2/2019
Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 26/3/2019
Ngày chấp nhận đĕng: 28/3/2019 
Tóm tắt
Hiện nay, thư viện tại các trường đại học, cao đẳng đều là thư viện đóng. Tại mỗi phòng thư viện đều 
phải có nhân viên trực để quản lý sinh viên. Vì vậy, hệ thống thư viện mở phục vụ sinh viên ngày càng 
trở nên cần thiết. Với sự phát triển mạnh mẽ hiện nay về công nghệ, việc xây dựng hệ thống thư viện 
mở sẽ trở nên dễ dàng. Ứng dụng kỹ thuật mới như các hình thức cảm biến, công nghệ xử lý dữ liệu, 
các cách thức mới trong kết nối và trao đổi thông tin (như IoT, RFID, NFC) trong lĩnh vực thư viện, cho 
phép biến đổi các dữ liệu số trở thành các sản phẩm thực tế, có giá trị, đem lại phong cách quản lý mới. 
Vì vậy, trong bài báo này, chúng tôi đề xuất giải pháp xây dựng hệ thống thư viện mở cho sinh viên bằng 
thẻ thư viện đa nĕng sử dụng công nghệ thẻ NFC cho hệ thống thông tin cung cấp các dịch vụ hỗ trợ 
và quản lý sinh viên.
Từ khóa: RFID; NFC; thẻ thư viện đa nĕng; SAM; thư viện mở.
Abstract
Currently, the Library of University of Technology and Education or Danang University in general are 
closed libraries. At each library room, there must be a duty officer to manage students. Therefore, 
the open library system serving students is becoming increasingly necessary. With the current strong 
development of technology, building an open library system will become easy. Application of new 
techniques such as sensors, data processing technology, new ways of connecting and exchanging 
information (such as IoT, RFID, NFC) in the library field, allowing the transformation of digital data 
becomes real, valuable products, bringing new management style. Therefore, in the article, we propose 
a solution to build a library system for students using student cards using NFC card technology for 
information systems to provide support and student management services.
Keywords: RFID; NFC; multiple library card; SAM; opening library.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, công nghệ NFC (Near Field 
Communication) được sử dụng nhiều trong các 
ứng dụng trong thanh toán điện tử là một giải 
pháp đã được đưa vào sử dụng tại nhiều nước 
trên thế giới trong các lĩnh vực như thu phí giao 
thông công cộng, thanh toán tiền tại các hiệu ĕn 
nhanh, siêu thị, máy bán hàng tự động. 
Trong những nĕm gần đây, giải pháp này cũng đã 
và đang được áp dụng tại một số địa phương ở 
Việt Nam qua các dịch vụ thanh toán phí trạm thu 
phí không dừng, máy bán hàng tự động, dịch vụ 
cĕng - tin trường học, công sở, hệ thống giữ xe 
[2]. Giải pháp này mang đến sự tiện lợi và nhanh 
chóng trong thanh toán, giúp tiết kiệm thời gian, 
giảm lượng tiền mặt lưu thông trên thị trường, 
quản lý các dịch vụ tập trung, đồng thời tạo nên bộ 
mặt hiện đại cho xã hội. 
Một số nghiên cứu sử dụng thẻ RFID [6, 7] và thẻ 
NFC[1, 3]. Tuy nhiên, hiện nay chưa có đơn vị nào 
Người phản biện: 1. GS. TSKH. Thân Ngọc Hoàn 
 2. PGS.TS. Bạch Long Giang
31
LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(64).2019
xây dựng hệ thống thư viện mở. Sử dụng thẻ với 
công nghệ NFC để quản lý ra/vào và mượn trả 
sách trong thư viện bằng thẻ thư viện đa nĕng (thẻ 
sinh viên). Với RFID, thông tin tài khoản được 
lưu trữ trên máy chủ. Yêu cầu hệ thống phải kết 
nối online liên tục giữa đầu đọc thẻ và máy chủ. 
Đối với thẻ NFC, thông tin tài khoản được lưu trữ 
trực tiếp trên thẻ. Vì vậy, kết nối trực tiếp giữa 
thẻ và đầu đọc sau đó cập nhật lên máy chủ theo 
chu kỳ.
Trong bài báo này, chúng tôi xây dựng hệ thống 
thư viện mở phục vụ sinh viên thông qua thẻ thư 
viện đa nĕng sử dụng công nghệ NFC để giải 
quyết bài toán quản lý sinh viên đến thư viện tự 
học hay mượn, trả sách. Hệ thống thư viện mở sẽ 
giúp sinh viên thuận tiện trong việc ra/vào hay quá 
trình mượn trả sách tại thư viện, từ đó nâng cao 
chất lượng phục vụ sinh viên, khuyến khích sinh 
viên đến thư viện. 
2. GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ NFC
Hiện nay, công nghệ NFC (Near Field 
Communication) được sử dụng nhiều trong các 
ứng dụng trong thanh toán điện tử là một giải pháp 
đã được đưa vào sử dụng tại nhiều nước trên 
thế giới trong các lĩnh vực như thu phí giao thông 
công cộng, thanh toán tiền tại siêu thị, máy bán 
hàng tự động và tại các điểm du lịch
Hình 1. Ứng dụng NFC trong thương mại điện tử
NFC là công nghệ kết nối không dây trong phạm 
vi tầm ngắn trong khoảng cách 5 cm. Công nghệ 
này sử dụng cảm ứng từ trường để thực hiện 
kết nối giữa các thiết bị khi có sự tiếp xúc trực 
tiếp (chạm).
NFC hoạt động trên dải bĕng tần 13,56 MHz và 
có tốc độ truyền tải dữ liệu tối đa 424 Kbps [4]. 
Do khoảng cách truyền dữ liệu khá ngắn nên giao 
dịch bằng công nghệ NFC được xem là an toàn.
Kiến trúc thẻ NFC:
- Giao tiếp NFC qua sóng RFID, không cần pin - 
nguồn cấp.
- Khoảng cách đọc: lên tới 10 cm. Ổn định 5 cm.
- Tần số hoạt động: 13,56 MHz.
+ Giao tiếp dữ liệu với đầu đọc: ISO/IEC 14443, 
tốc độ106 kbit/s, 212 kbit/s, 424 kbit/s.
+ Thuật toán: DES/3DES 56/112/168 bit keys, 8 
byte CMAC, hoặc AES 128 bit keys, 8 byte CMAC.
+ Khả nĕng lưu trữ dữ liệu: lên tới 10 nĕm.
+ Khả nĕng đọc ghi: lên tới 500 000 lần.
Hình 2. Sơ đồ khối chip NFC [4]
Ưu, nhược điểm của thẻ NFC
Ưu điểm: 
Các thiết bị NFC có được những ưu thế của việc 
giới hạn tần số sóng radio trong khoảng cách gần. 
Chính bởi các thiết bị NFC phải được tiếp xúc với 
nhau trong khoảng cách gần, thường là không 
hơn vài centimet, nó trở thành sự lựa chọn thông 
dụng cho các truyền thông bảo mật giữa các thiết 
bị với nhau.
Nhược điểm: 
Việc hủy dữ liệu NFC có thể xảy ra khi sử dụng 
các thiết bị phá sóng RFID. Tuy nhiên, nếu thiết 
bị NFC kiểm tra trường dữ liệu RF khi gửi dữ liệu, 
nó có thể nhận diện được hành vi tấn công này. 
Việc thay đổi dữ liệu NFC thì khó hơn tiêu hủy khá 
là nhiều. Nên người dùng yên tâm về vấn đề này.
Để sử dụng được thì người dùng sẽ buộc phải giữ 
cho thiết bị của họ bảo mật và an toàn bằng những 
mã PIN bảo mật. 
Nhận dạng 
cá nhân
Thẻ chấm 
công
Làm chìa 
khóa vật lý
Đĕng nhập 
máy tính
Sử dụng phương 
tiện công cộng
Thanh toán 
thay cho thẻ
Giảm giá 
khuyến 
mại
Mua vé
32
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(64).2019
Quy trình sinh Key trên thẻ 
Hệ thống quản lý khóa (KMS) sinh khóa nạp vào 
ví điện tử (E-Purse) và thẻ SAM (Security Access 
Modules). Tất cả các thiết bị thanh toán để tương 
tác với ví điện tử cần có SAM để thực hiện đảm 
bảo an ninh từ các chương trình ứng dụng.
Thẻ SAM được nạp ứng dụng bảo mật, các quá 
trình mã hóa, giải mã đều được thực hiện trong 
CPU của SAM (theo tiêu chuẩn ISO7816). Các 
khóa bảo mật độc lập với chương trình ứng dụng.
Các khóa bảo mật được sinh ngẫu nhiên bởi 
người vận hành và nó được kiểm soát bởi nhiều 
người (mỗi người giữ một thành phần).
Nhiều khóa được tạo ra cho các mục đích khác 
nhau: xác thực ví điện tử, xác thực giao dịch.
Thuật toán xác thực DES/3DES: nhanh và an toàn. 
Quy trình sinh Key trên thẻ NFC qua các bước sau:
- Bước 1: Thiết bị thanh toán (POS) yêu cầu lấy 
mã thử thách từ thẻ người dùng. Thẻ trả lại mã thử 
thách trong phiên làm việc.
- Bước 2: POS gửi mã thử thách tới thẻ bảo mật 
(thẻ SAM). Thẻ SAM trả lại khóa phiên với thẻ 
người dùng cho POS.
- Bước 3: POS truyền key & các lệnh thực hiện 
giao dịch vào thẻ (giao dịch thanh toán Payment). 
- Bước 4: POS truyền lại data lệnh ghi lại số dư 
thẻ ví điện tử; Yêu cầu thay đổi số dư trên thẻ 
(tĕng, giảm số dư hoặc các các yêu cầu truy cập 
bộ thẻ NFC).
yêu cầu truy cập bộ thẻ NFC)Bước 5: POS thực hiện cập nhật lại số dư trên thẻ ví điện tử.Bước 6: Thẻ ví điện tử trả lại kêt quả giao dịch. Kết thúc 1 giao dịch với thẻ NFC
Hình 3. Quy trình sinh Key trên trên thẻ SAM
3. XÂY DỰNG HỆ THỐNG THƯ VIỆN MỞ BẰNG 
THẺ THƯ VIỆN ĐA NĔNG
3.1. Mô hình hệ thống thư viện mở
Trong hình 4, chúng tôi đề xuất mô hình thư viện 
mở quản lý sinh viên ra/vào và mượn sách thư 
viện. Mô hình thư viện mở thẻ sinh viên đa nĕng 
sử dụng công nghệ NFC có cấu tạo gồm bốn 
phần chính: 
+ Thẻ thư viện đa nĕng; 
+ Đầu đọc thẻ;
+ Hệ thống cửa tự động; 
+ Hệ thống server lưu trữ. 
Hình 4. Mô hình hệ thống thư viện mở bằng thẻ 
thư viện đa nĕng sử dụng công nghệ NFC
3.1.1. Thẻ thư viện đa nĕng
Thẻ thư viện đa nĕng có thể dùng để vào phòng 
thí nghiệm, điểm danh Đối với việc sử dụng thẻ 
thư viện đa nĕng để thực hiện ra/vào và mượn 
trả sách tại thư viện: Sinh viên muốn ra/vào thư 
viện phải dùng thẻ được cấp quét qua đầu đọc ở 
cửa tự động. Các chức nĕng thẻ được thể hiện ở 
hình 5.
Hình 5. Sơ đồ khối chức nĕng thẻ thư viện đa nĕng
33
LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(64).2019
3.1.2. Hệ thống vào/ra
Hệ thống cửa tự động thư viện nơi đọc thông tin 
của thẻ thư viện đa nĕng NFC thông qua thiết bị 
đầu đọc và gửi dữ liệu về máy chủ để xử lý. Thông 
tin của chủ thẻ được server gửi trả về hệ thống 
cửa sẽ được hiển thị trên màn hình.
Hệ thống cửa sẽ kết nối đến hệ thống server với 
các chức nĕng được thể hiện trong hình 6.
Các thiết bị tại điểm thanh toán kết nối hệ thống 
thanh toán được thể hiện trong hình 6 với ba 
chức nĕng:
+ Cập nhật hệ thống: cập nhật software và cập 
nhật key.
+ Vào/ra: tiếp nhận, đồng bộ lịch sử vào/ra và cập 
nhật card blacklist.
Hình 6. Sơ đồ khối hệ thống kiểm vào/ra
3.1.3. Hệ thống server
Hệ thống server là máy chủ có nhiệm vụ lưu trữ 
thông tin sinh viên và lịch sử giao dịch. Hệ thống 
có chức nĕng xử lý và phản hồi đến sinh viên gồm 
các tính nĕng chính:
+ Xác nhận của giao dịch.
+ Kiểm soát giao dịch thẻ
+ Quản lý Key
+ Tính toàn vẹn dữ liệu
+ Xác thực, ủy quyền.
3.1.4. Kho sách thư viện
Kho sách thư biện là để lưu trữ dữ liệu sách có 
trong thư viện.
3.2. Xây dựng hệ thống thực nghiệm thư viện 
mở bằng thẻ thư viện đa nĕng
Để thực hiện việc xây dựng hệ thống thư viện mở, 
chúng tôi xây dựng hệ thống thử nghiệm với các 
chức nĕng: phần quản lý thẻ thư viện đa nĕng, 
phần mềm kiểm soát vào/ra, ứng dụng tự động 
mượn sách tại phòng tự học.
3.2.1. Tạo tài khoản thư viện
Phần quản lý thẻ thư viện đa nĕng: Ứng dụng ghi 
thông tin lên thẻ NFC của sinh viên. Thông tin về 
tài khoản sinh viên sẽ được ghi trực tiếp lên thẻ và 
lưu trữ trên hệ thống server. 
Chức nĕng đọc ghi thẻ như sau:
+ Đặt thẻ lên đầu đọc thẻ
+ Nhập các thông tin chủ thẻ: tên, mã sinh vào thẻ.
+ Nhấn nút “Ghi thẻ” để khởi tạo thông tin chủ thẻ. 
+ Chương trình sẽ báo ghi thẻ thành công.
3.2.2. Quản lý sinh viên
- Phần mềm kiểm soát vào/ra tại cửa tự động.
Khi sinh viên sử dụng thẻ đã được đĕng ký sẽ 
được ra/vào thư viện. Chỉ cần chạm thẻ vào 
đầu đọc.
Hình 8. Quét thẻ mở cửa
- Phần mềm quản lý sinh viên mượn sách tại 
phòng đọc.
Hình 9. Chức nĕng đọc thông tin trên thẻ
Hình 7. Chức nĕng ghi thông tin lên thẻ
34
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(64).2019
+ Sau khi sinh viên vào phòng sẽ quét thẻ lên ứng 
dụng đặt tại thư viện. Lúc này sinh viên mới có thể 
mượn sách trường thư viện.
+ Chức nĕng đọc thẻ: Khi đặt thẻ lên đầu đọc 
thông tin về chủ thẻ sẽ hiển thị lên màn hình.
- Chức nĕng mượn và trả sách
+ Khi sinh viên mượn sách, hệ thống tự động lưu 
thông tin lên server.
+ Đặt thẻ lên đầu đọc thẻ.
+ Nhập số nhập mã sách cần mượn.
+ Nhấn nút “Mượn sách” để thực hiện mượn sách.
Hình 10. Chức nĕng mượn sách
Trong hình 11, khi sách mượn vượt quá số lượng 
cho phép, chương trình sẽ thông báo trả bớt sách 
để có thể mượn tiếp sách khác. 
Hình 11. Chức nĕng cảnh báo trả sách
- Trả sách
+ Đặt thẻ lên đầu đọc thẻ.
+ Nhập mã sách cần trả.
Hình 12. Chức nĕng trả sách
+ Nhấn nút “Nạp tiền” để thực hiện nạp tiền; 
chương trình thông báo nạp tiền thành công và số 
dư sau khi nạp tiền.
+ Trên giao diện chương trình sinh viên chọn thẻ 
“Trả sách”. Đặt sách lên đầu đọc và bấm trả sách.
- Chức nĕng lịch sử giao dịch thẻ
Với chức nĕng này hệ thống sẽ quản lý tất cả 
các giao dịch thẻ trên hệ thống: giao dịch mượn 
trả sách.
Hình 13. Tra cứu lịch sử giao dịch thẻ có ID 
7AF014E9
4. KẾT LUẬN
Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất giải pháp 
xây dựng hệ thống thư viện mở. Quản lý sinh viên 
ra/vào thư viện sử dụng thẻ thư viện đa nĕng sử 
dụng công nghệ thẻ NFC. Với hệ thống server lưu 
trữ toàn bộ cơ dữ liệu về tài khoản thẻ, lịch sử 
mượn/trả sách, dữ liệu sách. Hệ thống kết nối trực 
tiếp đến đầu đọc thẻ. Kết nối giữa thẻ và thiết bị 
ở chế độ offline. Cập nhập lịch sử của thiết thị lên 
server theo chu kỳ. Phần mềm quản lý tại thư viện 
với các chức nĕng ứng dụng phần mềm đọc, ghi 
thẻ, mượn trả sách tại thư viện. 
Trên cơ sở bài bào này, trong tương lai, chúng tôi 
sẽ nghiên cứu triển khai thực nghiệm hệ thống hỗ 
trợ quản lý sinh viên bằng thẻ thư viện đa nĕng kết 
hợp với thẻ sinh viên thành một thẻ dùng chung. 
Đồng thời thực hiện chức nĕng đĕng ký mượn 
sách online và xây dựng chức nĕng thẻ sinh viên 
đa nĕng NFC ứng dụng trên smartphone.
Lời cảm ơn
“Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Phát triển 
Khoa học và Công nghệ của Trường Đại học Sư 
phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng trong đề tài có 
mã số T2018-06-95”.
35
LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(64).2019
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Paris City Pass - Book your activities online - 
getyourguide.com
[2]. New York City PASS, http:// www.newyorkcity.fr/
cartes-reduction
[3]. Trần Hoàng Vũ, Chử Đức Hoàng, Phan Cao Thọ 
(2017), Giải pháp tổng thể cung cấp hệ thống dịch 
vụ hỗ trợ và quản lý du khách theo định hướng 
thành phố thông minh tại Việt Nam, Tạp chí Khoa 
học Công nghệ ĐHĐN; Số 11(120). 2017, Quyển 2 
trang 145.
[4]. MIFARE DESFire EV1 (2015), Contactless multi-
application IC Rev, Product short data sheet 
COMPANY PUBLIC.
[5]. MIFARE (2013), Secure access module SAM AV2 
Rev, Product short data sheet COMPANY PUBLIC. 
[6]. Đặng Vũ Minh Dũng, Đoàn Quốc Nam, Lương Vinh 
Quốc Danh (2013), Thiết kế hệ thống thanh toán 
các dịch vụ công cộng ứng dụng công nghệ RFID 
và NFC, Tạp chí Khoa học Trường ĐH Cần Thơ 
Số chuyên đề: Công nghệ Thông tin; trang 28-38, 
2013.
[7]. Trần Duy Chung, Hoàng Bá Đại Nghĩa (2017), Ứng 
dụng công nghệ RFID tích hợp IoT trong quản lý 
phòng thí nghiệm đa chức nĕng, Tạp chí KHCN 
ĐHĐN, Số 11(120).2017, Quyển 2 trang 24-27.
Hoàng Bá Đại Nghĩa
- Tóm tắt quá trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp và chương trình đào tạo, 
nghiên cứu): 
+ Nĕm 2006: Tốt nghiêp Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng ngành Sư phạm kỹ thuật 
chuyên ngành Điện - Điện tử
+ Nĕm 2017: Tốt nghiệp Thạc sĩ ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa Trường Đại 
học Bách khoa Đà Nẵng
- Tóm tắt công việc hiện tại: Tổ thư viện, Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng
- Lĩnh vực quan tâm: Mạng máy tính, Scada
- Email: hoangnghia041082@gmail.com, hbdnghia@ute.udn.vn
- Điện thoại: +84-917981020
THÔNG TIN TÁC GIẢ
Trần Quốc Ân
- Tóm tắt quá trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp và chương trinh đào tạo, 
nghiên cứu): 
+ Nĕm 2009: Tốt nghiệp Đại học Liên bang miền Nam nước Nga chuyên ngành Viễn thông
+ Nĕm 2011: Tốt nghiệp Thạc sĩ ngành Viễn thông, Đại học Liên bang miền Nam 
nước Nga
- Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên khoa Điện - điện tử - Trường Đại học Sư phạm 
Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng
- Lĩnh vực quan tâm: Khoa học dữ liệu, Mạng máy tính
- Email: tranquocan117@gmail.com
- Điện thoại: 0905436527
36
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(64).2019
Nguyễn Trọng Các
- Tóm tắt quá trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp và chương trình đào tạo, 
nghiên cứu): 
+ Nĕm 2002: Tốt nghiệp Đại học ngành Điện, chuyên ngành Điện nông nghiệp,Trường 
Đại học Nông nghiệp I Hà Nội
+ Nĕm 2005: Tốt nghiệp Thạc sĩ ngành Kỹ thuật tự động hóa, chuyên ngành Tự động 
hóa, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
+ Nĕm 2015: Tốt nghiệp Tiến sĩ ngành Kỹ thuật điện tử, chuyên ngành Kỹ thuật điện tử,
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
- Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên khoa Điện Trường Đại học Sao Đỏ
- Lĩnh vực quan tâm: DCS, SCADA, NCS
- Email: cacdhsd@gmail.com
- Điện thoại: 0904369421