В данном уроке мы научимся делать простую систему, которая будет отпирать замок по электронному ключу (Метке).
В дальнейшем Вы можете доработать и расширить функционал. Например, добавить функцию "добавление новых ключей и удаления их из памяти". В базовом случае рассмотрим простой пример, когда уникальный идентификатор ключа предварительно задается в коде программы.
В этом уроке нам понадобится:
Для реализации проекта нам необходимо установить библиотеки:
Сборка:
1) RFID-модуль RC522 подключается к arduino проводами Папа-Мама в следующей последовательности:
| MFRC522 | Arduino Uno | Arduino Mega | Arduino Nano v3 | Arduino Leonardo/Micro | Arduino Pro Micro |
| RST | 9 | 5 | D9 | RESET/ICSP-5 | RST |
| SDA(SS) | 10 | 53 | D10 | 10 | 10 |
| MOSI | 11 (ICSP-4) | 51 | D11 | ICSP-4 | 16 |
| MISO | 12 (ICSP-1 ) | 50 | D12 | ICSP-1 | 14 |
| SCK | 13 (ICSP-3) | 52 | D13 | ICSP-3 | 15 |
| 3.3V | 3.3V | 3.3V | Стабилизатор 3,3В | Стабилизатор 3,3В | Стабилизатор 3,3В |
| GND | GND | GND | GND | GND | GND |
2) Теперь нужно подключить Зуммер, который будет подавать сигнал, если ключ сработал и замок открывается, а второй сигнал, когда замок закрывается.
Зуммер подключаем в следующей последовательности:
| Arduino | Зуммер |
|---|---|
| 5V | VCC |
| GND | GND |
| pin 5 | IO |
3) В роли отпирающего механизма будет использоваться сервопривод. Сервопривод может быть выбран любой, в зависимости от требуемых вам размеров и усилий, который создает сервопривод. У сервопривода имеется 3 контакта:
| Arduino | Сервопривод |
|---|---|
| 5V * | Красный (Центральный) |
| GND | Черный или Коричневый (Левый) |
| pin 6 | Белый или Оранжевый (Правый) |
*Сервопривод рекомендуется питать от внешнего источника питания, если запитать сервопривод от ардуины, то могут возникнуть помехи и перебои в работе arduino. Организовать это можно с помощью источника питания 9V и комбинированного стабилизатора 5V ,3.3V.
Более наглядно Вы можете посмотреть, как мы подключили все модули на картинке ниже:
Теперь, если все подключено, то можно переходить к программированию.
Скетч:
Разберем скетч более детально:
Для того, что бы узнать UID карточки(Метки), необходимо записать данный скетч в arduino, собрать схему, изложенную выше, и открыть Консоль (Мониторинг последовательного порта). Когда вы поднесете метку к RFID, в консоли выведется номер
Полученный UID необходимо ввести в следующую строчку:
У каждой карточки данный идентификатор уникальный и не повторяется. Таком образом, когда вы поднесете карточку, идентификатор которой вы задали в программе, система откроет доступ с помощью сервопривода.
Видео:
На форумах периодически возникают желающие слепить из arduino starter kit свою СКУД для машины, офиса. По схождению звёзд и при поддержке вдохновения, черпаемого из новостей о Free and open-source software (FOSS), именно этим мы решили заняться в свободное от учёбы время. Описание промежуточного результата работы оформили для подачи заявки на публикацию в почти небезызвестный журнал. Окромя воды и кратких определений составных частей, в нём собрано описание всего необходимого для написания, успешной компиляции и прошивания скетча, управляющего моделью. Заявленная цель работы – создание аналога того, что сейчас на эту тему можно найти на рынке, который был бы конкурентоспособен за счёт низкой цены.
Системы контроля и управления доступом (СКУД) – это эффективная контрольно-пропускная система, которая позволяет управлять безопасностью объекта и осуществлять контроль доступа. Целью работы является демонстрация возможности реализации модели СКУД на базе программно совместимого аналога arduino, которая будет существенно более выгодной в коммерческом плане по сравнению с существующими промышленными аналогами.
Ключевые слова. Безопасность, инженерно-техническая защита информации, защита информации, предохранительные устройства и мероприятия, контроль территории, носимые устройства авторизации, RFID, токен, Arduino.
Одним из направлений обеспечения информационной безопасности на предприятии или в организации является инженерно-техническая защита, в рамках которой используются системы контроля и управления доступом.
Перед проектирующим систему информационной защиты организации специалистом нередко ставится задача обеспечения для сотрудников защиты на некоторой территории, внутри которой возможен свободный обмен. В качестве элемента такой системы можно предложить устройства, разрабатываемые на базе плат Arduino.
Используемая для реализации системы технология Radio Frequency IDentification (радиочастотная идентификация – РЧИ) — это метод удаленного хранения и получения информации путем передачи радиосигналов с помощью устройств, называемых RFID-метками [Технология 13.56 МГц, Принцип работы RFID]. Данная технология является одной из тех, элементами которых являются носимые пользователями систем, построенных на этих технологиях, специальные высокотехнологичные идентификаторы — токены(англ. token).
Использованный нами архитектурный тип метки – «пассивная». Пассивные RFID-метки не имеют встроенного источника энергии. Чип, обеспечивающий работу метки, питается от индуцируемого в антенне сигналом запроса электрического тока.
Пассивные RFID — метки
| Функциональные возможности. | Только прочтение/прочтение-запись. |
| Частота. | 125KHz / 13.56MHz / 915 МHz / 2.45GHz прочтение-запись. |
| Расстояние прочтения. | До 6 м + (с установленной антенной). |
| Размеры. | Разные, |
0,8 мм в диаметре.
Ниже приведён пример распределения характеристик РЧИ-меток по рабочим частотным диапазонам:
Таблица 2
Классификация RFID по диапазонам частот:
| Характеристика | Низкие частоты (НЧ, LF) – 125-134 КГц | Высокие частоты (ВЧ, HF) – 13,56 МГц | Ультра-высокие частоты (УВЧ, UHF) – 860-960 МГц | Микроволны (SHF) – 2,4 ГГц |
|---|---|---|---|---|
| Максимальное расстояние считывания | от 3 до 70 см. | от 3 до 100 см. | от 10 см до 4 м. | 2-10 м. |
| Скорость передачи данных радиометка-считыватель | около 9600 бит/сек. | до 64 кбит/сек. | до 128 кбит/сек. | до 128 кбит/сек. |
| Наличие антиколлизии | Есть, но не у всех микросхем. | Есть. | Есть. | Есть. |
| Объем памяти радиометки | 32-1024 байта. | 8-16384 байт. | 64-1024 бит (ISO), 64 или 96 бит (EPC). | от 64 бит до 32 кбит. |
Сферы применения RFID
СКУД на основе РЧИ устанавливаются повсюду, где целесообразно оные устанавливать. Это территории, доступ на которые должен предоставляться строго ограниченному кругу лиц. Кроме того, RFID применяются при изготовлении европейских и американских паспортов, различных кредитных карт; в животноводстве, системах охраны автомобилей.
Пользовательский интерфейс системы
Далее описывается сценарий взаимодействия с системой (рис. 1). Сотрудник предприятия или предполагаемый злоумышленник, проходя на контролируемую территорию, предоставляет свою RFID-метку. Модуль системы, отвечающий за получение информации с RFID-метки должен выполнить считывание и проанализировать полученные данные, используя базу данных системы, содержащую соответствия между записями на метках и сотрудниками, которым метки принадлежат. Если предоставленная метка зарегистрирована в базе, то система должна пропустить работника. В ином случае – опционально просигнализировать о неудаче авторизации.
Рис. 1. Модульная диаграмма.
Стрелками указаны пути обмена информацией между компонентами.
Разработка модели
Устройством управления будет выступать плата Arduino с записанной в её контроллер программой. Чтением информации с RFID-метки займётся специальная схема RFID-RC522[Mifare RC522 RFID Модуль], а сигналы о работе модели системы будут подаваться при помощи светодиода и элементарного аудиоустройства (buzzer)[Buzzer Arduino Example Code]. Работу модуля контроля доступа будет исполнять сервомотор SG90 [SG 90 9g Micro Servo].
Arduino
Выбранная в качестве базы для разработки системы платформа Arduino обеспечена разработанным для использования именно с ней ПО[Arduino code tutorials and examples].
Бесплатно распространяющаяся интегрированная среда разработки Arduino IDE 1.0.6 решает задачу удобных написания, компилирования и загрузки управляющего кода.
Для работы с модулем RFID-RC522 была задействована библиотека [Arduino library for MFRC522]. Использование методов из объявленного в ней класса MFRC522 – это возможность считывания информации с RFID-меток. В данном случае мы определяем «своих» при помощи только uid метки. Это четыре байта, при совпадении которых с записанными будет подаваться сигнал об успешной авторизации и производиться действия, символизирующие предоставление доступа.
Для управления сервомотором понадобилась поставляемая вместе с IDE , содержащая, кроме прочих, описание класса Servo. Данный класс «подключается» к указываемому по номеру порту и позволяет при помощи предоставляемого им методов attach(int port) и write(int val) выбирать порт для работы с сервомотором и задавать положение ротора сервомотора соответственно.
Рис. 2. Принципиальная схема
Рис. 3. Внешний вид результата сборки Уроки Fritzing
Подведение итогов
По окончании процесса проектирования, сборки и тестирования можно подвести итог – подсчитать наши немодельные затраты и сравнить их с уже, предлагаемыми на рынке. Под немодельными затратами понимаем реально обеспечивающие должную работу системы модули. В данном случае используемые нами компоненты не будут заменены, но система требует модуля контроля доступа. Примером может послужить магнитный замок.
Приведённые в таблице цены получены в процессе анализа рынка данных компонентов на момент выполнения работы и признаны авторами «умеренными».
Таблица 3
Список компонентов и цены:
| Обозначение | Кол-во | Тип | Свойства | Стоимость |
|---|---|---|---|---|
| LED1 | 1 | RGB LED | 4х контактный RGB светодиод с общим анодом | 10-20р / шт |
| R1,R2,R3 | 3 | 220Ωрезистор | допуск ± 5% сопротивление 220Ω | 30р / 50шт |
| SG1 | 1 | Buzzer 12mm | Зуммер 12мм | 5р / шт |
| Часть1 | 1 | Arduino Uno (Rev3) | микроконтроллер платы на основе ATmega328 | 300-400р / шт |
| Часть 2 | 1 | RFID-RC522 | Модуль чтения-записи RFID карт на частоте 13,56 Мгц | 250-350р / шт |
Вывод
Результатом нашей работы стала модель СКУД, не претендующая на статус прототипа готового коммерческого продукта. Данный программно-аппаратный комплекс не завершен, что делает затруднительным оценку результирующей стоимости нашего устройства. Но уже на основе имеющихся у нас данных можно сказать, что материальные затраты на техническую сторону реализации данной системы (предполагается написание комплекса программных решений, предоставляющих управление ею с помощью ПК), незначительные по сравнению с существующими промышленными аналогами. А труд, приложение которого необходимо для окончательной реализации всей СКУД, является студенческим, то есть бесплатным.
В этом руководстве мы разберем принцип работы считывателей RFID в паре с Arduino.
Шаг 1. Компоненты
Нам понадобятся 3 вещи – плата Ардуино, RFID считыватель и RFID карта.
Шаг 2. Предыстория
Что такое считыватель RFID?
RFID — это система идентификации, которая использует небольшие устройства радиочастотной идентификации для идентификации и отслеживания. Система RFID-меток включает в себя, устройство чтения / записи и приложение хост-системы для сбора, обработки и передачи данных.
Проще говоря, RFID использует электромагнитные поля для передачи данных на короткие расстояния. RFID полезен для идентификации людей, осуществления транзакций и т. д.
Вы можете использовать систему RFID, для открытия двери. Например, только лицо, имеющее правильную информацию на своей карте, может войти. Система RFID использует:
>> теги (например карта или брелок), прикрепленные к идентифицируемому объекту, в этом примере мы используем брелок для ключей и электромагнитную карту. Каждый тег имеет свою собственную идентификацию (UID).
>> двусторонний радиопередатчик-приемник, считыватель, который отправляет сигнал на метку и считывает её ответ.
Шаг 3. Основные характеристики:
- Входное напряжение: 3.3 В
- Частота: 13,56 МГц
Прежде чем начать писать код, вам необходимо скачать библиотеку для этого датчика из этого хранилища.
Извлеките содержимое из zip-папки «rfid-master» и добавьте эту папку с библиотекой в существующие библиотеки Arduino IDE.
После этого перезапустите Arduino IDE.
Теперь наш Arduino готов воспринимать команды и выполнять их првильно.
Код Arduino будет представлен в конце этого урока. Скомпилируйте код и исправьте ошибки «опечатки» (если есть).
Теперь пришло время подключить наш Arduino к считывателю RFID. Ознакомьтесь с правильным подключением контактов ниже, а также воспользовавшись принципиальной схемой подлючения.
Загрузка...
