RFID Система безопасности на базе | Доступна принципиальная схема

Система контроля доступа на основе радиочастотной идентификации (RFID) позволяет только авторизованным лицам входить в определенную часть заведения. Авторизованным пользователям предоставляются уникальные теги, с помощью которых они могут получить доступ к этой области. Данная система безопасности на базе RFID построена на базе микроконтроллера AT89C52 и состоит из модуля RFID, модуля LCD для отображения состояния и реле открытия двери. На рис. 1 показано, как пользователь пытается открыть дверь, разместив тег RFID рядом со считывателем RFID.

Радиочастотная идентификация

Возможно, вы знакомы с системами RFID, которые используются в системах контроля доступа, системах бесконтактных платежей, отслеживании товаров и управлении запасами и т. д. По сути, система RFID состоит из трех компонентов: антенны или катушки, приемопередатчика (с декодером) и транспондера (радиочастотной метки), запрограммированного электронным способом с уникальной информацией.

На рис.2 показана типичная система RFID. В каждой системе RFID метки транспондера содержат уникальную идентификационную информацию. Эта информация может представлять собой всего лишь один двоичный бит или большой массив битов, представляющих такие вещи, как идентификационный код, личная медицинская информация или буквально любой тип информации, которая может храниться в цифровом двоичном формате.

Приемопередатчик RFID обменивается данными с помощью пассивного тега. Пассивные метки не имеют собственного источника питания и вместо этого получают энергию от падающего электромагнитного поля. Обычно в основе каждой метки лежит микрочип. Когда метка входит в сгенерированное радиочастотное поле, она может получить от поля достаточно энергии для доступа к своей внутренней памяти и передачи сохраненной информации. Когда метка транспондера потребляет энергию таким образом, результирующее взаимодействие радиочастотных полей приводит к падению значения напряжения на антенне трансивера. Этот эффект используется тегом для передачи информации читателю. Метка способна контролировать количество энергии, потребляемой от поля, и тем самым модулировать напряжение, воспринимаемое приемопередатчиком, в соответствии с битовой комбинацией, которую он желает передать.

Антенна

На рис.3 показана внутренняя схема типовой антенны RFID. Антенна RFID состоит из катушки с одной или несколькими обмотками и согласующей сети. Он излучает электромагнитные волны, генерируемые считывателем, чтобы активировать метку и читать/записывать с нее данные.

Антенны — это каналы между меткой и приемопередатчиком, которые управляют сбором и передачей данных системы. Они доступны в различных формах и размерах. Часто антенна поставляется в комплекте с приемопередатчиком и декодером и превращается в считывающее устройство, которое можно настроить как ручное, так и стационарное устройство. Считыватель излучает радиоволны в диапазоне от 2,54 см (один дюйм) до 30 метров и более, в зависимости от его выходной мощности и используемой радиочастоты. Когда метка RFID проходит через электромагнитную зону, она обнаруживает сигнал активации считывателя. Считыватель декодирует данные, закодированные в интегральной схеме метки (кремниевый чип), и данные передаются на главный компьютер для обработки.

Теги (транспондеры)

На рис.4 показана внутренняя структура типичного тега RFID. Тег RFID состоит из микрочипа, содержащего идентификационную информацию, и антенны, которая передает эти данные по беспроводной сети считывателю. По сути, чип будет содержать серийный идентификатор или номерной знак, который однозначно идентифицирует этот предмет, подобно тому, как сегодня используются многие штрих-коды.

Существует три типа тегов: активные, пассивные и полупассивные.

Пассивные теги не имеют внутреннего источника питания. Они черпают энергию из электромагнитного поля, создаваемого считывателем RFID, а затем микрочип может отправлять обратно информацию на той же волне. Диапазон чтения ограничен при использовании пассивных тегов.

Активные транспондеры имеют собственные передатчики и источник питания, обычно в виде небольшой батареи. Они остаются в состоянии ожидания с низким энергопотреблением до тех пор, пока не обнаружат присутствие радиочастотного поля, посылаемого считывателем. Когда метка покидает зону считывателя, она снова переходит в состояние ожидания для экономии заряда батареи. В результате активные теги могут быть обнаружены на большем расстоянии, чем пассивные.

Полупассивные метки имеют собственный источник питания, питающий только микрочип. У них нет передатчика. Для передачи данных они полагаются на изменение радиочастотного поля трансивера.

Существует три способа кодирования данных в теги:

1. Теги, доступные только для чтения, содержат данные, предварительно записанные в них производителем или дистрибьютором тегов. 2. Теги с однократной записью позволяют пользователю записывать данные в тег один раз в процессе производства или распространения. 3. Теги с полным чтением и записью позволяют записывать в тег новые данные по мере необходимости, а позже другие данные можно перезаписать поверх исходных данных.

РЧ-трансивер

РЧ-трансивер является источником радиочастотной энергии, используемой для активации и питания пассивных тегов RFID. Он может быть помещен в тот же шкаф, что и считыватель, или может представлять собой отдельное оборудование. Если трансивер предоставляется как отдельное оборудование, его обычно называют радиочастотным модулем. Радиочастотный трансивер контролирует и модулирует радиочастоты, которые передает и принимает антенна. Трансивер фильтрует и усиливает сигнал обратного рассеяния от пассивного тега RFID.

Схема системы безопасности на базе RFID

На рис.5 показана схема системы безопасности на базе RFID. Компактная схема построена на микроконтроллере Atmel AT89C52. AT89C52 — это маломощный, высокопроизводительный 8-битный микрокомпьютер с КМОП-матрицей и 8 КБ Flash программируемой и стираемой постоянной памяти (PEROM). Он имеет 256 байт RAM, 32 линии ввода/вывода (I/O), три 16-битных таймера/счетчика, шестивекторную двухуровневую архитектуру прерываний, полнодуплексный последовательный порт, встроенный генератор и тактовую схему. Системные часы также играют значительную роль в работе микроконтроллера.

Кварцевый кристалл с частотой 11,0592 МГц, подключенный к контактам 18 и 19, обеспечивает базовую тактовую частоту микроконтроллера. Сброс по включению питания обеспечивается комбинацией электролитического конденсатора С4 и резистора R1. Переключатель S1 используется для ручного сброса. Выводы порта P2.0–P2.7 микроконтроллера подключены к выводам порта данных D0–D7 LCD соответственно. Выводы порта P3.7 и P3.6 микроконтроллера подключены к выводам выбора регистра (RS) и включения (E) LCD соответственно. Вывод чтения/записи LCD заземлен, чтобы разрешить операцию записи.

Все данные отправляются на LCD в формате ASCII для отображения. Только команды передаются в шестнадцатеричной форме. Сигнал выбора регистра (RS) используется для различения данных (RS=1) и команды (RS=0). Предустановка VR1 используется для управления контрастностью LCD. Резистор R6 ограничивает ток через подсветку LCD. Выводы порта P3.0 (RXD) и P3.1 (TXD) микроконтроллера используются для взаимодействия со считывателем RFID.

Работа схемы

Когда уполномоченное лицо, имеющее метку, входит в радиочастотное поле, генерируемое считывателем RFID, считывателем RFID генерируется радиочастотный сигнал для передачи энергии метке и извлечения данных из метки. Затем считыватель RFID связывается через контакты RXD и TXD микроконтроллера для дальнейшей обработки.

Таким образом, при идентификации уполномоченного лица на выводе порта P3.2 устанавливается высокий уровень, транзистор T2 переходит в состояние насыщения, а реле RL1 включается, открывая дверь для человека. Одновременно LCD отображает сообщение «доступ разрешен», а вывод порта P1.7 управляет пьезозуммером PZ1 через транзистор T1 для звуковой индикации.

Если у пользователя нет авторизации, LCD показывает «доступ запрещен», и дверь не открывается. Светодиоды 2 и LED3 показывают наличие метки в электромагнитном поле считывателя RFID.

Для получения питания напряжение сети переменного тока 230 В, 50 Гц понижается трансформатором X1, чтобы обеспечить вторичный выходной сигнал 15 В, 500 мА. Выходной сигнал трансформатора выпрямляется двухполупериодным выпрямителем, содержащим диоды D1–D4, фильтруется конденсатором C1 и регулируется микросхемами 7812 (IC2) и 7805 (IC3). Конденсатор С2 шунтирует пульсации, присутствующие в регулируемом источнике питания. LED1 действует как индикатор питания, а R2 ограничивает ток через LED1.

Ниже для скачивания приведен односторонний PCB для системы безопасности на базе RFID. Соберите схему на PCB, так как это сводит к минимуму время и ошибки сборки. Тщательно соберите компоненты и дважды проверьте их на наличие пропущенных ошибок.

Программное обеспечение

Программное обеспечение для этого проекта приведено в конце статьи. Он написан на языке C и скомпилирован с использованием компилятора Keil μVision4. Окончательно полученный код «.hex» записывается в микроконтроллер с помощью подходящего программатора. Программа проста для понимания.

Примечание EFY. Полный комплект этого проекта доступен в Kits’n’Spares. Исходный код этого проекта доступен по ссылке ниже.

Загрузите PCB и PDF-файлы компоновки компонентов: нажмите здесь

Загрузить исходный код: нажмите здесь