Proiectarea Si Realizarea Unui Sistem de Monitorizare a Activitatii de Patrulare, cu Ajutorul Tehnologiei Rfid

PROIECT DE DIPLOMĂ

Proiectarea și realizarea unui sistem de monitorizare a activitatii de patrulare, cu ajutorul tehnologiei RFID.

Cuprins

1. Noțiuni generate despre activitățile de patrulare:

1.1. Importanta activităților de patrulare

1.1.1. Supravegherea (patrularea imobila):

1.1.2. Patrula pedestra (Foot Patrool)

1.1.3. Patrularea cu autovehicul

1.2. Sistematizarea activităților de patrulare

1.3. Metode de identificare automata

1.4. Sisteme de securitate, bazate pe metode de identificare automata

1.4.1. Sisteme de securitate bazate pe cititoare de coduri de bare

1.4.2. Sisteme de securitate bazate pe utilizarea ce card-uri smart

1.4.3. Sisteme de securitate bazate pe tehnologia RFID

1.4.4. Sisteme de securitate bazate pe biometrie

1.5. Tipuri de niveluri de siguranta

2. Tehnologia RFID

2.1. Generalitati cu prvire la tehnologia RFID

2.2. Caracteristici generale ale tehnologiei RFID in comparatie cu alte tehnologii

2.3. Elementele componente ale unui sistem bazat pe tehnologia RFI)

2.3.1. Transponderul RFID

2.3.2. Cititorul/interogatorul

2.3.3. Dispozitivul de programare a etichetelor (programatorul)

2.3.4. Antena

2.4. Cuplajul transponder – cititor .

2.5. Codificarea datelor în sistemele RFID

2.5.1. Metoda de codificare tip NRZ ( Non Return to Zero)

2.5.2. Metoda de codifcare tip diferențial bifazic

2.5.3. Metoda de codificare Manchester

2.6. Frecvențele de operare ale sistemului RFID

2.6.1. Banda de frecvente mici

2.6.2. Banda de frecvente medii:

2.6.3. Banda de frecvente mari

2.7. Standarde specifice tehnologiei RFID

3. Sistemul de monitorizare al activitatilor de patrulare

3.1. Caracterizarea microcontroller-ului Arduino Uno

3.1.1. 4.1.1. Generalități microcontrollere

3.1.2. 4.1.2. Caracterizarea Atmel AVR 328

3.1.3. 4.1.3 Caracterizare platformei de dezvoltare Arduino

3.2. Resursele software

3.2.1. Caracterizarea software Arduino

3.2.2. Notepad++

3.2.3. Xampp Server

3.2.4. HTML (Hypertext Markup Language)

3.2.5. Limbajul de programare PHP

3.2.6. MySQL (Structured Query Language)

3.3. Structurarea bazei de date

3.4. Incarcarea datelor in baza de date, respectiv afisarea acestora

4. Descrierea sistemului realizat

4.1. Descrierea secțiunii hardware.

4.2. Descrierea sectiunii software.

Introducere

Pentru desfășurarea, in mod confortabil, a activităților de zi cu zi, utilizam o gama larga de produse electronice, o parte dintre acestea fiind destinate exclusiv transmiterii de informație (telefoane mobile, terminale POS, computere personale, tablete conectate la Internet, antene TV).

Datorita evoluției forte rapide, din ultimii ani a domeniilor bazate pe tehnica avem la dispoziție destule dispozitive, dezvoltate la diferite nivele de performanta si complexitate, care sa faciliteze transmiterea informației intre doua puncte – indiferent de distanta la care acestea sunt situate unul de celalalt – intr-un timp foarte scurt sau chiar in timp real si prin metode la care nu implica utilizarea de medii de transport “vizibile”.

Prezenta lucrare reprezintă un punct de plecare pentru cercetări privind monitorizarea activităților de pază și patrulare. În cadrul lucrării … sunt prezentate metodele existente de monitorizare și se propune utilizarea tehnologiei RFID pentru obiectivizarea activității de patrulare. Această activitate poate fi considerate critică pentru asigurarea securității unor infrastructuri importante.

Monitorizarea personalului care desfășoară activități de patrulare vizează două direcții: asigurarea trasabilității acțiunilor, cunoașterea poziției, timpului de patrulaere, etc. și asigurarea protecției personalului, făcând posibilă intervenția rapidă în situații periculoase

Primul capitol este destinat prezentarii la scara mai amanuntita a activitatilor de patrulare. Care este importanta acestor activitati, ce metode de obiectivizare sunt disponibile astazi pe piata, ci care sunt cele mai intalnite metode de monitorizare a lor.

Al doile capitol al lucrarii este rezervat prezentarii tehnologiei RFID, alese si utilizate pentru monitorizarea activitatilor de patrulare. Se vor prezenta notiuni teoretice care stau la baza utilizarii acestei tehnologii, notiuni generale despre elementele componenete ale sistemelor bazate pe tehnologie RFID, notiuni despre inscriptionarea si citirea cardurilor si „tag”-urilor de acces, metode de administrare a accesului persoanelor in anumite zone, cu ajutorul „tag”-urilor si cardurilor de acces

In capitolul trei, sunt prezentate analiza si proiectarea soluției propuse, împreuna cu un studiu de caz, care aduce o privire de ansamblu asupra necesitații de implementare a unui asemenea sistem si o analiza economica.

Capitolul patru conține prezentarea in amănunt a elementelor componente (elementelor de „hardware”) a sistemului prezentat in capitolul anterior, alături de metode de imbunatatire a solutiei si prezentarea interfetei de utilizare acesteia.

In ultimul capitol, capitolul cinci, se vor prezenta metodele propriu-zise de realizare si testare a sistemului de monitorizare, impreuna cu concluziile.

Noțiuni generate despre activitățile de patrulare:

Patrularea este o activitate tactică de tip organizat, prin intermediul careia, un număr de agenți de patrulare, sunt dispusi intr-un perimetru ce trebuie inspectat, periodic, pe un itinerariu prestabilit, definit atat in functie de cerințele si conjuncturile operative cat si de perimetrul considerat.

Patrula este considerata ca fiind primul mecanism de contact si răspuns in cazul unui eveniment nedorit, precum breșele de securitate (de personal sau IT), forțarea accesului in diferite zone ale instituitei, falsificarea card-urilor si legitimațiilor de acces, fiind doar câteva exemple ce reamintesc faptul ca in paralel cu dezvoltarea tehnicilor folosite ca adjuvant in activitățile de patrulare, s-au dezvoltat si o serie de tehnici de fraudare.

Importanta activităților de patrulare

Despre importanta activităților de patrulare s-au scris destul de puține lucrări si articole, considerându-se in zilele noastre o activitate implicit necesara pentru paza obiectivelor, bunurilor, valorilor si protecția persoanelor.

Majoritatea companiilor, indiferent de mărimea si domeniul de activitate, ai incluse in programul zilnic si astfel de activitati prestate fie de angajați proprii, fie de firme specializate.

In majoritatea cazurilor, persoanele care presteaza activitati de patrulare, numiti in general agenti de patrulare, isi bazeaza activitatea a un cadru legislativ general (dezvoltat de ministerul Afacerii si internelor, impreuna cu diversele asociaitii din industria de securitate), pe codul de ordine interioara, dezvoltat de compania pentru care presteaza aceste activitati si ghidurile pe practica in domeniu pe care le detine compania prestatoare a acestui tip serviciu.

Asigurarea accesului intr-o clădire numai a persoanelor autorizare sau asigurarea la nivelul companiei a bunurilor atât personale cat si cele puse la dispoziție pentru desfășurarea lucrului, sunt necesare pentru dezvoltarea economica.

In funcție de mărimea obiectivului căruia i se asigura paza, patrularea se poate face dupa mai multe criterii:

Supravegherea (patrularea imobila):

Supravegherea cunoscuta si sub denumirea de patrulare vizuala sau fixa. Aici, cu ajutorul tehnologiei, un agent de securitate poate fi stationar si in acelasi timp sa supravegheze o zona. De exemplu, punctul de intrare/iesire poate fi tinut sub observatie permanenta, la fel cum un intreg complex de depozite ar putea fi supravegheat cu ajutorul camerelor de luat vederi, al oglinzilor sau al gardurilor.

Avantaje: intrarea si iesirea din zona de responsabilitate este usor de supravegheat, este aproape imposibil de agresat fizic agentul de securitate pentru a putea intra cu forta in incinta pazita, este necesar un numar foarte mic de agenti de securitate pentru a acoperi o zona relativ mare, iar plasarea camerelor de luat vederi poate descuraja potentialii atacatori.

Dezavantaje: camerele de luat vederi sau gardul pot fi distruse usor, nu pot fi tinute sub observatie permanenta toate zonele, astfel ca vor exista intotdeauna puncte oarbe in ciuda planificarii atente, agentul de paza trebuie sa se concentreze pe o singura suprafata pentru lungi perioade de timp, ceea ce poate deveni obositor, iar paza se bazeaza pe un singur simt, acela al vazului.

Patrula pedestra (Foot Patrool)

Supravegherea prin patrula pedestra, sau patrulare pedestra, este metoda cea mai utilizata in industria de securitate. Este folosita in cazurile in care nu este posibila furnizarea aceleiași acoperiri de protectie prin alte metode, cum ar fi patrularea prin monitorizare electronica. Aproape toate simturile agentului de securitate (vaz, auz, miros, etc) sunt solicitate in acest tip de patrulare.

Avantaje: tip de patrulare foarte vizibil, cunoasterea caracteristicilor zonei poate ajuta la anticiparea unui incident inainte ca acesta sa devina greu de controlat, toate simturile agentului de securitate pot fi folosite, posibilitatea de a accesa si spatii restranse, cum este, de exemplu, casa scarilor.

Dezavantaje: mobilitate si arie de acoperire reduse, durata timpului de patrulare mare, conditii meteorologice nefavorabile pot impiedica sau restrange anumite activitati de paza, necesitatea unui spatiu de depozitate a registrelor de raport, a trusei de prim ajutor, etc., comunicarea poate fi o problema daca nu exista statii, telefoane sau semnal, iar controlul (supervizarea) acestui de tip de patrulare este dificil.

Patrularea cu autovehicul

Patrularea cu autovehicul este un tip de patrulare , mecanizata, care acoperă, de cele mai multe ori, zone de dimensiuni mari ce nu pot fi acoperite prin mers. Cel mai frecvent, acest tip de patrulare, acopera depozite si curtile aferente, parcarile auto, orice perimetre exterioare care nu pot fi patrulate pedestru.

Pentru sporirea eficacității, autovehiculele (si echipajul de patrula) sunt dotate cu aparate radio si alte dispozitive mobile care permit menținerea unei legături permanente cu dispeceratul.

Atunci cand este folosit un autovehicul, agentii de securitate au o responsabilitate in plus, aceea de a verifica functionarea corecta a acestuia pentru ca el sa nu se transforme intr-o piedica in activitatea pe care o au de desfasurat.

Avantaje: vizibilitate foarte mare a autovehiculului, zone mari pot fi acoperite intr-o perioada scurta de timp, se poate transporta si echipament suplimentar, ofera protectie impotriva inteperiilor: vant, ploaie, temperaturi extreme, etc.

Dezavantaje: vizibilitatea poate fi partial restrictionata in interiorul unui autovehicul, vremea nefavorabila poate reduce anumite activitati, zgomotul motorului poate masca alte zgomote sau poate alerta prezenta agentului de securitate, autovehiculul inchis poate impiedica detectarea unor situatii periculoase (cum ar fi fumul potential periculos, pe care un agent de securitate care patruleaza pe jos l-ar detecta usor).

Sistematizarea activităților de patrulare

Prin sistematizare, se înțelege, ansamblul de măsuri tehnice, economice și legislative referitoare la spațiile de locuit, la desfășurarea activității, la repaus, la circulația oamenilor etc., care au drept scop asigurarea unor condiții de viață optime pentru populația de pe un anumit teritoriu.

Pentru a explica mai bine acest lucru, trebuie aduse in discuție noțiuni despre „Executarea Serviciului de Patrulare”, așa cum sunt ele stipulate in „Manualul de Tactica Polițieneasca”.

Activitatea de patrulare este organizată pe următoarele principii:

a) patrulele pedestre acționează cu preponderență pe timpul zilei, în zonele de patrulare cu situație operativă complexă, unde se concentrează un număr mare de persoane, unități comerciale, instituții publice, etc., ori unde accesul cu mijloace auto este dificil, pentru asigurarea vizibilității și prevenției;

b) patrulele auto desfășoară activități specifice pe raza sectorului/zonei de siguranță publ perimetre exterioare care nu pot fi patrulate pedestru.

Pentru sporirea eficacității, autovehiculele (si echipajul de patrula) sunt dotate cu aparate radio si alte dispozitive mobile care permit menținerea unei legături permanente cu dispeceratul.

Atunci cand este folosit un autovehicul, agentii de securitate au o responsabilitate in plus, aceea de a verifica functionarea corecta a acestuia pentru ca el sa nu se transforme intr-o piedica in activitatea pe care o au de desfasurat.

Avantaje: vizibilitate foarte mare a autovehiculului, zone mari pot fi acoperite intr-o perioada scurta de timp, se poate transporta si echipament suplimentar, ofera protectie impotriva inteperiilor: vant, ploaie, temperaturi extreme, etc.

Dezavantaje: vizibilitatea poate fi partial restrictionata in interiorul unui autovehicul, vremea nefavorabila poate reduce anumite activitati, zgomotul motorului poate masca alte zgomote sau poate alerta prezenta agentului de securitate, autovehiculul inchis poate impiedica detectarea unor situatii periculoase (cum ar fi fumul potential periculos, pe care un agent de securitate care patruleaza pe jos l-ar detecta usor).

Sistematizarea activităților de patrulare

Prin sistematizare, se înțelege, ansamblul de măsuri tehnice, economice și legislative referitoare la spațiile de locuit, la desfășurarea activității, la repaus, la circulația oamenilor etc., care au drept scop asigurarea unor condiții de viață optime pentru populația de pe un anumit teritoriu.

Pentru a explica mai bine acest lucru, trebuie aduse in discuție noțiuni despre „Executarea Serviciului de Patrulare”, așa cum sunt ele stipulate in „Manualul de Tactica Polițieneasca”.

Activitatea de patrulare este organizată pe următoarele principii:

a) patrulele pedestre acționează cu preponderență pe timpul zilei, în zonele de patrulare cu situație operativă complexă, unde se concentrează un număr mare de persoane, unități comerciale, instituții publice, etc., ori unde accesul cu mijloace auto este dificil, pentru asigurarea vizibilității și prevenției;

b) patrulele auto desfășoară activități specifice pe raza sectorului/zonei de siguranță publică de siguranță publică acoperind în special locurile unde frecvent se înregistrează in fracțiuni stradale;

c) în zonele cunoscute cu stare infracțională ridicată (violență, trafic și consum stradal de droguri etc.) pot fi folosiți agenți de poliție dotați cu câini de însoțire;

d) În zonele cunoscute cu stare infracțională ridicată, intervenția la evenimente și activitatea de patrulare se vor realiza prin suplimentarea componenței patrulei sau a numărului de echipaje auto.

La nivelul fiecărei subunități, în urma unei analize de risc, sunt stabilite zonele în care în mod obligatoriu vor fi folosite la intervenție mai multe patrule. Acestea sunt incluse în Planul de ordine și siguranță publică. Prin dispoziția șefului subunității se pot constitui zone speciale de siguranță publică, în care se instituie dispozitive suplimentare de ordine și siguranță, folosindu-se inclusiv polițiști de la alte formațiuni ale poliției (investigații criminale, detașamente de intervenție rapidă).

Constituirea zonei specia le de siguranță publică are loc atunci când, pe un spațiu restrâns, se concentrează un fenomen infracțional evident (violențe, trafic și consum de droguri, prostituție, etc.).

Patrularea se face în baza unei planificări, iar documentul întocmit în acest sens, numit fisa de patrulare, va cuprinde următoarele elemente:

parcursul (care va fi încadrat în timp, si deci va contine orele de incepere si finalizare a misiunii);

locurile in care s-a facut staționare;

mijloacele de deplasare folosite;

misiunile ce trebuie îndeplinite pe fiecare zonă a parcursului

Pentru a completa procesul de sistematizare al activităților de patrulare, si a creste eficienta lor, se recomanda instalarea de dispozitive si sisteme electronice de monitorizare si alarmare cu scopul de a preveni producerea de evenimente neplăcute si de a asigura un timp minim de răspuns in cazul in care acestea s-au produs deja.

Pe piața sunt disponibile o gama foarte larga si variata de astfel de dispozitive si sisteme electronice. Printre cele mai des folosite, amintim:

echipamente de securitate

sisteme de supraveghere

sisteme de inregistrare video

sisteme de alarma antiefractie

sisteme de control acces si pontaj electronic

sisteme de avertizare la incendiu.

Instalarea de astfel de dispozitive si sisteme de urgenta este reglementata de Inspectoratul General pentru Situatii de Urgenta (IGSU) in colaborare cu Centrul National de Securitate la Incendiu si Protectie Civila (CNSIPC).

Așadar, in scopul unei sistematizări corecte a acestui tip de activitate (in speta, activitatea de patrulare) prezenta lucrare, isi propune, proiectarea si implementarea unui sistem fiabil de monitorizare, utilizând o tehnologie foarte răspândita astăzi, si anume, tehnologia RFID, făcând astfel posibila identificarea cu usurinta atat a factorului uman cat si a parcursului acestuia pe durata activitatii.

In general, asigurare securității obiectivelor de importanță majoră, a sistemelor informatizate de comandă și control și a rețelelor de calculatoare, se face printr-o identificare corectă, sigură și rapidă a operatorului uman. Accesarea controlata a diferitelor spatii in interiorul unor clădiri (precum în depozitele de muniții, în laboratoarele în care se lucrează cu substanțe periculoase sau halucinogene și in majoritatea sediilor instituțiilor) implica verificarea (după diferite „scheme de acces securizat”) drepturilor de acces ale persoanelor care doresc sa pătrundă in interiorul ei.

Metode de identificare automata

Ca urmare a unei dezvoltări foarte rapide din punct de vedere tehnic, avem la dispoziție foarte multe metode de identificare automata. Aceste au devenit posibile odată cu punerea la dispoziția utilizatorilor, a diferitelor tehnologii,cu grade diferite de complexitate, utilizabile in aplicații la fel de diverse.

Tehnologiile de identificare cu cea mai pare priza la public, au fost pe rând, sistemele cu coduri de bare (utilizate la scara foarte larga si preponderent in comerț), sistemele de recunoașterea optică a caracterelor (OCR – sau Optical Character Recognition – utilizata in domenii care necesita extragere de date cheie si/sau portiuni de text, conversia fotografiilor, textelor dactilografiate sau fișierelor rezultate in urma scanării diverselor documente, in cod mașina sau text ce poate fi citit de un computer), sistemele de identificare prin radiofrecvență (RFID – una din aplicațiile cele mai întâlnite fiind implantarea de chip-uri de identificare la animate si chiar la utilizatori umani), Smart Card-urile (aici trebuind menționate card-urile cu chip sau card-urile cu circuite integrate – ICC – Integrated Circuit Card) și nu in ultimul rând, sistemele biometrice (multimodale – care identifica mai multe biocaracteristici in acelasi timp sau unimodale – care identifica o singura biocaracteristica).

Sisteme de securitate, bazate pe metode de identificare automata

Sisteme de securitate bazate pe cititoare de coduri de bare

Un cod de bare este considerat a fi o grupare de drepte (bare), de diverse grosimi, imprimate pe un fundal alb, care contin date cifrate (codificate) ce sunt destinate a fi citite pe cale optică. De cele mai multe ori, aceasta reprezentare este insotita de un cod numeric, asezat la baza setului de bare verticale.

Cifrele si literele sunt reprezentate prin combinatii de una sau mai multe bare care apoi sunt decodate (decifrate) prin introducerea acestora in campul luminos emis de un cititor (un scanner specializat), care dupa citirea ordonata a barelor, le interpreteaza si le transforma in caractere alfanumerice (cuvinte atasate acelui cod de bare), pe care le trimite unui calculator pentru inregistrarea lor intr-o baza de date.

Sisteme de securitate bazate pe utilizarea ce card-uri smart

Smart card-ul (card inteligent) reprezintă un sistem de stocare electronică a datelor ce integrează și capacități adiționale de calcul (microprocesor card), încorporat într-un card de plastic de mărimea card-ului de credit. Exista doua tipuri distincte de astfel de card-uri, si anume : card-uri cu memorie (are avantajul ca datele stocate pe el pot fi protejate la accesarea nedorită) și card-uri cu microprocesor.

Citirea acestui card se face prin incarnarea lui cu energie de la un dispozitiv de citire, printr-o conexiune galvanica cu suprafața card-ului, iar datele schimbate sunt trimise unui calculator sau dispozitivului unde aceste sunt stocate.

Pentru card-urile smart cu memorie, metoda de securizare de face cu ajutorul unor algoritmi simpli, de aceea sunt utilizate la scara foarte larga.

Cardurile cu microprocesor fac posibila integrarea diferitelor aplicații într-un singur card si au fost utilizate inițial în aplicații de securitate deosebită, așa cum sunt de exemplu card-urile smart pentru telefoanele mobile GSM și card-urile electronice de plată utilizate de bănci

Sisteme de securitate bazate pe tehnologia RFID

Spre deosebire de smart card-uri, energia necesară alimentării transporderului și energia necesară transferului de date între transponder și cititor este obținută fără contact galvanic, prin intermediul câmpului magnetic sau electromagnetic.

Sistemul RFID contine cel putin un cititor și cateva tag-uri, cartele sau etichete ce pot fi atasate diverselor obircte. Tag-ul conține un circuit integrat numit transponder, format dintr-un microcontroler cu memorie ROM sau RAM integrată pe cip și o antenă realizată ȋn diverse tehnologii ce depind de frecvența de operare a sistemului RFID

Sisteme de securitate bazate pe biometrie

In acest caz, modulul de strângere a datelor, se face cu un modul de înregistrare, care are rolul de a memora în sistem datele necesare pentru o identificarea corectă și sigură. Pe durata procesului de înregistrare (enrollement) se scanează de către un senzor o anumită caracteristică biometrică, de exemplu amprenta sau imaginea feței, în vederea obținerii reprezentării digitale a acesteia. O componentă software specializată, denumită extractor de caracteristică, procesează datele achiziționate de software pentru a genera o reprezentare compactă a acestora, cunoscută sub numele de șablon sau template. Această reprezentare este apoi comparată, de către un program specializat numit comparator de caracteristici, cu șablonul corespunzător extras din sistemul de gestiune al datelor.

Metoda descrisa mai sus, este considerata a avea, cel mai înalt grad de siguranța, datorita eliminarii erori cauzate de factorul uman (uitarea codurilor de acces, pierderea card-urilor si legitimațiilor). Singurele erori pot apărea din cauze pur biologice precum imbatranirea sau schimbări de ordin anatomic si fiziologic (modificarea infatisarii din alte cauze).

Tipuri de niveluri de siguranta

In funcție de aceste „scheme de acces securizat” sau „schema de securitate” si de nivelul de confidențialitate care trebuie menținut, utilizatorii acestor spatii sau resurse trebuie sa se autentifice, verificatu-li-se astfel identitatea.

Un exemplu de astfel de schema, poate fi una cu trei niveluri de securitate, care face identificarea persoanei astfel:

Nivelul 1 – identificarea persoanei se face cu ajutorul unui act de identitate, o legitimație, cartelă cu bandă magnetică, un „smart card” (cu cip) sau cod de bare. Se folosește deci un obiect care se afla in posesia persoanei care are nevoie de acces in zona respectiv protejata.

Nvelul 2 – aduce un plus de siguranța deoarece se bazează pe cunoștințele utilizatorului sau persoanei a cărei identificare se face, de exemplu, o parola, un cod PIN sau un număr de identificare. Foarte utilizate astăzi sunt si acele tipuri de coduri numerice, formate din mai mult de patru digiți, pe care utilizatorul nu trebuie sa le memoreze ca atare ci trebuie sa memoreze doar forma pe care acestea le formează in momentul introducerii lor. Ca exemplu pentru acest tip de coduri de acces sunt codurile si parolele tip „Pattern Lock”, altfel spus coduri sau parole tip șablon si sunt utilizate cel mai frecvent pentru blocarea accesului pe ecranele telefoanelor mobile si tabletelor, dar poate fi folosit pentru orice dispozitiv cu interfețe de utilizare de tip „touch screen”, cu condiția sa aibă instalata aceasta facilitate

Nivelul 3 – este considerat, in aceasta schema, cel mai înalt nivel de identificare. Pentru atingerea unui grad foarte mare de protecție la efracție, sistemul se va baza pe acele caracteristici care fac utilizatorul sau persoana care necesita accesul in acel spațiu, unica. Cele mai întâlnite astfel de caracteristici sunt cele anatomice (precum amprenta digitală, imaginea facială), fiziologice (precum timbrul vocal) sau comportamentale (precum semnătura olografă sau dinamica utilizării unei tastaturi.

In figura 1.1 este prezentata diagrama unui astfel de sistem de siguranța pe trei niveluri:

Fig 1.1: Diagrama nivelurilor de protecție pentru un sistem de securitate

Daca primele doua niveluri de securitate nu ar putea face un sistem sa fie foarte greu de compromis, deoarece card-urile, legitimațiile si documentele de identificare in general pot fi pierdute, sustrase si/sau copiate destul de ușor, iar parolele pot fi uitate sau intuite de persoanele care doresc sa acceseze zonele confidențiale in mod fraudulos, cel de-al treilea nivel asigura acel grad înalt de securizare necesar, deoarece copierea acestor tipuri de caracteristici este foarte dificila iar in unele cazuri aproape imposibila.

Literatura de specialitate, recomanda ca pentru sporirea nivelului de securitate in jurul unui obiectiv sa se proiecteze sisteme de protecție care, in funcție de cerințele stabilite de analiza de risc, sa combine cel puțin doua din cele trei niveluri menționate mai sus.

Sistemul proiectat in lucrarea de fata, va combina primele doua niveluri de securitate si anume, identificarea cu ajutorul unei legitimații, combinata cu o amprenta temporala alături de datele de pe un card RFID, care vor fi introduse automat intr-o baza de date, ce va genera un raport.

Tehnologia RFID

Generalitati cu prvire la tehnologia RFID

Tehnologia RFID este utilizata pe scara larga de la aplicații simple de tipul administrare drepturi de acces in incinta unei clădiri, administrare bunuri stocabile si nestocabile si pana la administrarea bunurilor mobile, a persoanelor sau orice combinații ale celor enumerate mai sus.

In principiu, termenul RFID este definit (in limba engleza) ca „Radio Frequency IDentification”, altfel spus, identificarea automata a unui „indicator” (care poate fi o cartela, o eticheta, un jeton etc.) cu scopul transferului de date, într-un câmp electromagnetic de radio-frecventa.

Altfel spus, tehnologia RFID se bazează pe identificarea (cu ajutorul unui număr unic, înregistrat pe un „suport”), a unui obiect folosind unde radio, emise de către o antena, atașată unui cititor (receptor), urmând ca informația preluata sa fie înregistrata, centralizata si prelucrata de un calculator.

De mentionat este si faptul ca tehnologia RFID face parte din categoria acelor tehnologii numite ADIC (Automatic Identification and Data Collection – tehnologii care fac identificare automatica de date si strangerea acestora in baze de date)

Caracteristici generale ale tehnologiei RFID in comparatie cu alte tehnologii

Diferenta dintre RFID si tehnologa bazata pe citirea de card-uri smart, este aceea ca citirea propriu-zisa se face, nu prin contact ci prin proximitate. Esta mai bine-zis, asemnatoare cu tehnologia bazata pe citire (scanarea) codurilor de bare, diferenta cu acesta din urma facandu-se la nivelul echipamentelor urilizate.

Sistemele ce utilizeaza coduri de bare necesită atat elemente tehnice corespunzatoare (cititorul optic calibrat corect) cat si etichete speciale, ce trebuie lipite pe obiecte.

Sistemele RFID au nevoie de echipamente de citire a „tag”-urilor alaturi de „tag-uri’’ RFID si etichete speciale RFID care se ataseaza articolelor de urmărit. De asemnea, comaparativ cu codul de bare (care este un cod tiarit ce va fi scanat de cititor, prin interpretarea intensitatii luminoase a unui fascicul reflectat de suprafata etichetei), tehnologia RFID citeste „tag”-urile folosind un câmp de radiofrecvență de putere mică. Daca in cazul codurilor de bare, poziționarea precisă a etichetei in campul de citire este imperativ necesara, in cazul etichetelor RFID, aceasta pozitionare a obiectului la citire, nu atrage dupa sine erori de citire, campul electromagnetic penetrand astfel orice material din care „tag”-ul poate fi alcatuit, cu conditia sa fie nemetalic.

Aplicabilitatea acestei tehnologi este atât de vasta încât atinge marea majoritate a domeniilor industriale si nu numai. Dintre domeniile de aplicare amintim:

Administrarea documentelor in biblioteci si arhive;

Administrarea flotelor si parcurilor auto;

Controlul accesului in diverse spatii comerciale si industriale;

Controlul transporturilor de bunuri;

Identificarea automata a bunurilor si valorilor;

Asigurarea securității mărfurilor in spatii comerciale;

Automatizarea proceselor de inventariere a mărfurilor;

Administrarea personalului in cadrul companiilor si instituțiilor;

Îmbunătățirea fluxurilor tehnologice in diferite industrii

De asemenea, nevoia de securizare a datelor si informației, a dus la standardizarea si crearea unor proceduri in cadrul companiilor, cu privire la alocarea drepturilor de acces ale angajaților la anumite documente.

Cea mai importantă caracteristică a acestei tehnologiei RFID, constă în faptul că face posibilă, prin intermediul unui microcip, atașarea unui identificator unic și a altor informații oricărui obiect, animal sau persoane, precum și citirea informației respective cu ajutorul unui dispozitiv fără fir.

Tehnologia RFID poate înlocui cu succes sistemele de codului de bare în majoritatea aplicatiilor care se bazeaza pe acestea, chiar daca acest lucru nu este neaparat de dorit.

Tehnologia RFID poate fi utilizara si aici ca o metodă adițională sau complementara de colectare a informatiei si inserarea datelor in baze de date, atat individual, cat si combinata cu alte metode.

Tehnologia RFID este considerată, asadar, a fi un spatiu de dtrecere către o nouă fază de dezvoltare a societății informaționale, adesea numită „internetul obiectelor”, în care internetul nu va mai lega numai calculatoare și terminale de comunicare, ci practic toate obiectele din jurul nostru.

Tehnologia RFID, in combinație cu tehnologia GPS, se folosește forte amplu si in cercetarea, de către zoologi, a migrării efectuate anual de diferite specii de animale. Posibilitatea este data de, deja uzuala implantare de chip-uri la animale, permițând astfel identificarea cu acuratețe a acestora. Tot din motive de identificare, se folosește implantarea de astfel de chip-uri si in documente de identificare (pașapoarte, buletine) pana la mai puțin uzuala si foarte controversata implantare a acestora, in mod experimental, la oameni.

Printre avantajele folosirii acestei tehnologii, se număra:

Automatizarea proceselor

Posibilitatea efectuării de identificări la distanța

Limitarea accesului persoanelor străini in diferite spatii

Sortarea si inventarierea in mod automat a diferitelor bunuri

Identificarea simultana a mai multor obiecte si persoane

Localizarea in timp real a bunurilor si persoanelor

Controlul si optimizarea activităților de verificare si reparare a diverselor utilaje

Din punct de vedere al investiției, aceasta tehnologie își propune creșterea eficientei activităților monitorizate si implicit reducerea costurilor aferente acestor activități.

Elementele componente ale unui sistem bazat pe tehnologia RFID

Sistemele bazate pe RFID sunt alcătuite, în marea lor majoritate, din trei componente principale, in functie de modul de lucru.

Sistemele care doar citesc tag-uri, sunt compuse din:

un cititor

un card ce poate fi citit cu RFID (un tag sau orice transponder care finctioneaza in camp de radiofrecvență )

un sistem computer (PC) care proceseaza datele.

Sistemele care scriu si citesc tag-uri (vorbim aici de sisteme mult mai complexe), sunt formate din următoarele componente

transponderul/ eticheta/ tag-ul;

dispozitivul de interogare/citire, cititorul;

dispozitivul de programare a etichetelor, scriitorul;

antena.

Pentru o mai buna înțelegere a celor de mai sus, o prezentare amănunțita a componentelor generale ale acestor sisteme, este necesara. Am ales, pentru prezentarea generala a componentelor, un sistem RFID cu funcții atât de citire cat si de scriere, datorita complexității mai ridicate a acestuia.

În figura de mai jos este prezentată schema unui sistem de identificare bazat pe RFID.

Figura 2.1 Schema unui sistem bazat pe tehnologia RFID

Transponderul RFID

Un „tag” sau „label” in relatie cu aceasta tehnologie reprezintă acea componenta care contine datele de identificare ale unei persoane sau ale unui bun, care necesita o identificare de acest gen.

Așadar, prima componenta a sistemului, este cardul RFID („tag-ul” – daca se foloseste termenul in limba englez, sau cum este cunoscut in literatura de specialitate transponderul) care aere functia de asigurare a stocarii informațiilor. La fel de utilizate, ce catre cei care sunt familiarizati cu tehnologia RFID sunt si descrieri ca jeton (in limba engleza „token”) sau eticheta (in limba engleza „label”). In acesta lucrare, se va folosi preponderent notiunea de „tag”.

Etichetele (sau „labels”), in general, sunt cunoscute drept un mod de identificare a produselor si conțin de obicei, informații uzuale (precum referințe, instrucțiuni, alte date considerate necesare) cu privire la produsul pe care il identifica

Un „tag” RFID (in cazul obiectelor) sau un card RFID (in cazul persoanelor), este o eticheta mult mai complexa si deoarece are atașat un „chip”, va conține informații si detalii folositoare despre obiectul de care este atasat.

Cardul RFID, este format de obicei dintr-unul sau mai multe circuite intergrate monolitice. La randul lor, circuitele integrate monolitice sunt formate din doua parti, una care face posibila stocarea datelor si a codurilor de identificare (memoria – care se activeaza in momentul stabilirii caii de comunicare cu cititorul) si una care face posibila comunicatia :tag”-ului cu cititorul.

Card-urile si tag-urile RFID sunt create astfel incat sa fie „citite” de către un cititor care operează la aceeași frecventa cu card-ul.

Pentru a functiona, „tag”-urile trebuie „alimentate” cu energie. Acesta alimentare se poate face, in functie de tipul „tag”-ului, prin punerea lui un proximitatea „alimentatorului” (pentru „tag”-urile de tip pasiv) sau prin inserarea in montajul acestuia a unei baterii de dimensiune mica (pentru „tag”-urile de tip semi-pasiv si activ).

Etichete („tag”-uri) active.

Figura 2.2. Exemple de „tag” active echipat cu antena si „tag” activ simplu

Sunt denumite astfel datorită faptului că sunt capabile să îndeplinească funcțiile de citire și scriere a datelor.

Tag-urile active au o baterie integrat care alimenteaza circuitul integrat, oferind astfel raza de citire mai mare, acuratete sportita, capacitati de procesare sporita si complexitate sporita informatiei. Acestea pot transmite date fara a fi introduse intr-un camp electromagnaetic. Neajunsul principal al acestora, este duarata de viata finita. Din aceasta cauza, durata de viață a etichetelor active este limitată de capacitatea de alimentare pe care o are bateria inclusa in circuitul ei. Durata de viata a bateriei variaza in functie de distanta entru care eticheta este proiectata sa faca transmisia.

Pot fi echipate cu antene sau nu, iar modelele performate pot chiar comunica intre ele, fara ajutorul antenelor/cititoarelor.

Etichetele active se folosesc in special la urmarirea, in timp real, a obiectelor de interes sporit, in sisteme de tip bucla inchisa (adica acele sisteme – RTLS Real Time Location Systems – pentru care se presupune ca „tag”-ul nu va parasi fizic perimetrul controlat sau persoana care il detine), sau localizarea prezentei unui bun, pe durata deplasarii acestuia, cum ar fi urmarirea si monitorizarea echipamentelor. militare.

Figura 2.3. Exemplu de „tag”-activ combinat cu „tag”-pasiv si „tag” activ sub forma de jeton

Acest tip de „tag-uri”, au avantajul ca pot fi refolosite. Așadar, desi pretul de fabricatie al acestora este mai mare in comparatie cu cel al unui tag pasiv sau semi-pasiv, amortizarea costurilor lui se face mult mai usor. Un la avantaj al etichetelor activre, este ca oferă distanță de citire mai mare decât etichetele pasive sau semi-pasive (distanta ce poate ajunge pana la 100 m), imunitate mai mare la zgomot și o rată de transmisie mai mare decat cele doua mentionate anterior.

Temperatura la care pot funcționa aceste „tag”-uri, este între -50°C…+90°C, in functie de locul unde urmeaza a fi aplicate.

Etichete („tag”-uri) semi-pasive

Figura 2.4 Exemple de „tag”-uti semi-pasive

Se mai numesc si etichete semi-active (in functie de producatorul sau fabricantul care le scoate pe piata), desi convingerea generala ar fi ca diferenta dintre cele doua notiuni estre data de urmatorul concept: etichetele semi-pasive sunt mai apropiate ca si constructie de etichetele pasive iar cele semi-active sunt construite asemanator cu etichetele active.

La fel ca etichetele active, acestea au o sursa de alimentare proprie (o baterie de mici dimensiuni), care ajuta la mentinerea datelor stocate pe acest tip de eticheta, dar care nu permite transmiterea in mod continuu a acestor date. Transmiterea propriu-zisa a informatiei stocate pe eticheta semi-pasiva se face la introducerea acesteia in campul electromagnetic generat de antena (interogator), insusire, care le face foarte asemanatoare cu etichetele pasive.

Etichete („tag”-uri) pasive.

Aceste etichete obțin energia din câmpul generat de dispozitivul de citire, deoarece ele nu au baterie. Etichetele pasive sunt mai ieftine, de dimensiuni mai mici și se pot utiliza un timp nelimitat.

Părțile principale ale unui „tag” pasiv sunt evidențiate in figura 2.5:

Figura 2.5 Schema unui „tag” RFID pasiv [3]

antena care colectează energia undelor radio de la cititor și emite semnalul propriu;

un microcip care stochează datele și demodulează semnalul radio frecventa (RF) de mica intensitate;

un strat de protecție care poate asigura și rolul de etichetă, aplicat peste un substrat de plastic.

Aria de aplicabilitate a acestor „tag”-uri este explicat in tabelul 2.1

Tabelul 2.1 Aria de aplicabilitate a „tag”-urilor RFID

Pentru stocarea datelor ,transponderul conține unul din următoarele tipuri de memorie:

memorie ROM (Read Only Memory) – memorie care poate fi doar citita, este nevolatila, si zeste in general utilizata pentru datele de siguranță și instrucțiunile sistemului de operare a transponderului. Este un tip de memorie care are rolul de a stoca datele pe perioada în care dispozitivul este în stare de repaus, economisind energia;

memorie RAM (Random Access Memory) – memoria accesata temporar, pe durata comunicării (respectiv a interogării și transmiterii /primirii răspunsului), este volatila si este memorie care păstrează doar temporar datele si programele pe care le executa, pe toata durata de funcționare a transponderului căruia ii este atașata, urmând ca datele sa se piardă odată cu închiderea comunicării acestuia cu cititorul;

Datele de identificare stocate pe „tag”-uri, pot fi:

date de identificare (date numerice sau alfanumerice în scopul identificării sau ca o cheie de acces la datele stocate)

fișiere portabile (date sub forma de fișiere)

În funcție de capacitatea de stocare pe care o au tag-urile putem diferenția următoarele tipuri de memorii:

memorie cu capacitatea de un bit utilizat pentru aplicații de supraveghere și de numărare;

memorii cu capacitatea de pana la 128 de biți pot stoca un număr de ordine sau un număr de identificare;

memorii cu capacitatea între 128 și 512 biți stochează date de identificare și date privind numere de ordine, conținutul ambalajului, instrucțiuni de proces, sau rezultatele unor interogări anterioare;

memorii cu capacitatea de minimum 64 kilobiți ce facilitează stocarea datelor personalizate de către utilizator.

Tabelul 2.2. Caracteristicile „tag”-urilor pasive in functie de frecventa si raza de actiune.

Cititorul/interogatorul

Catalogarea persoanelor, animalelor si bunurilor, se face astazi cu ajutorul tehnologiei RFID, prin citirea „tag”-urilor asociate scestora.

Componentele electronice ale cititorului, emit intai un semnal spre „tag”-ul ce se afla in imediata apropiere a lui și mai apoi il recepționează.

Cititorul are in componenta sa un microprocesor care, dupa receptionarea semnalului, va decodifica si verifica, datele recepționate dupa care le va inregistra intr-o memorie si le va fi transmise mai către o baza de date.

Atat transmisia semnalului catre „tag” cat si recepția datelor de la caelasi tag este posibila prin intermediul unei antene, conectate la cititor (separata de acesta situata la o distanta oarecare de cititor, integrata in cititor sau exterioara cititirorului dar atasata carcasei acestuia).

Figura 2.6 Exemple de cititoare RFID

Dispozitivul de interogare – are rolul de a citi informația stocată pe transponder și de a comunica datele unui calculator. Dispozitivul de interogare poate fi portabil sau poate avea o poziție fixă. Uzual,dispozitivul de interogare se numește „ Cititor”.

Distanța de citire este distanța la care trebuie să se afle eticheta ,față de dispozitivul de citire, astfel încât sa se realizeze citirea informațiilor stocate pe „tag” . Această distanță poate varia între câțiva centimetri și câteva zeci de metri, în funcție de frecvența de operare a sistemului sau de tipul de card (activ/pasiv) utilizat.

Figura 2.7. Raza de actiune a „tag”-urilor in functie de natura lor

Distanța este determinată de următorii factori:

puterea disponibilă în dispozitivul de interogare;

puterea disponibilă la nivelul etichetei sau dispersia semnalului transmis de eticheta, pentru a răspunde;

condițiile de mediu;

alte materiale aflate in preajma sistemului (metale, lichide)

poziția antenei transponderului față de dispozitivul de interogare.

Dispozitivul de programare a etichetelor (programatorul)

Dispozitivul de programare, sau dispozitivul de scriere („writer”-ul, cum este cunoscut in cercurile si industria utilizatorilor tehnologiei RFID), permite introducerea și programarea datelor pe etichetă.

Figura 2.8. Exemple de programatoare de card-uri si „tag”-uri

Exista si cazuri in care etichetele sunt furnizate deja „scrise” de catre producator, insa de cele mai multe ori aceste sunt procurate nescrise („blank” – termenul in limba engleza fiind foarte larg folosit si aici), urmand spre a fi „scrise” cu ajutorul programatorului, in functie de aplicatia pentru care au fost achizitionate.

Cele mai intalnite doua tipuri de etichete utilizate in conditiile descrise mai sus, sunt:

etichete lizibile doar (read-only) – preprogramate de către producător, ce pot fi doar citite

etichete resriptibile (writeable) – ce pot fi rescrise de către utilizator.

Deoarece exista foarte multe modele de „tag”-uri RFID rescriptibile, nu exista un sistem universal pentru programarea lor. In general, producatorii pun la dispozitie sisteme de scriere (programare) impreuna cu card-urile („tag”-urile, etichetele) aferente sau acceptate de sistelul respectiv, alături de aplicatii si interfete pe utilizare

Antena

Antena – este considerata uneori ca fiind parte distinctă a sistemului RFID,alteori ca fiind parte a transponderului. Ea face posibil transferul de informații între etichetă și dispozitivul de interogare.

Figura 2.9. Exemple de antene pentru RFID

Antenele RFID sunt de diferite forme si modele, pot fi montate in interiorul clădirilor, sau in exteriorul acestora si in functie de puterea campului electromagnetic emis pot crea zone in care raza de actiune sa fie mare (portaluri RFID – de genul celor intalnite la iesirea din magazine) sau mica (actiune locala, punct de acces – de genul celor intalnite la intrarea/iesurea din cladiri rezidentiale, sau puncte de inregistrare automata, centralizata electronic a pontajului, intalnita in general in cladirile de birouri).

In functie de dimensiunea si tipul antenei, dar si al lungimilor de unda si al frecventelor folosite, s-a constat ca antenele sistemelor LF și HF trebuie să fie mult mai mari decât cele pentru aplicațiile UHF și microunde, pentru a obține semnale comparabile

Figura 2.10. Tipuri de campuri si cuplaje RFID

Frecvența de lucru, dictează și ce tip de antenna va fi folosită. Dacă in cazul citirii „tag”-urilor LF (de joasa frecventa) și HF(de inalta frecventa) se folosesc cuplajele inductive și antenele de tip inductiv, care sunt deobicei antene in forma de spire (bucle), in cazul citirii „tag”-urilor UHF și „tag”-urilor bazate pe microunde se folosesc antene de tip dipol.

Antenele de tip inductiv, cum sunt cele de HF și L F radiază un câmp magnetic pe o zonă mai larga. Având în vedere și lungimile de undă mari, zona este inundată iar semnalul este uniform. Antenele dipol în schimb, cum sunt cele folosite in cazurile UHF și microunde, împreună cu lungimile de undă mici, cauzează „rip”-luri (goluri) mici ale câmpului magnetic în zona interogatorului, semnalul nefiind uniform pe întreaga zonă.

Foarte importanta este și direcția de radiație nulă care complică sistemul. Unele etichete care se află pe aceste direcții practice sunt invizibile pentru interogator. Direcțiile de radiație nulă pot aparea și datorită aprioprierii prea mari a „tag”-urilor de antena/cititor. Cele mai sensibile la aceste variatii de directe si distanta sunt sistemele cu microunde și UHF, după cum este prezentat în figura 2.11.

Figura 2.11. Directia de citire a „tag”-urilor RFID

Antenele inductive au o caracteristică de directivitate aproximativ constantă și uniformă în jurul sau, ceea ce inseamnă diferențe mici de amplitudine între diferitele poziții ale „tag”-urilor, pe când antenele dipol simetric au directivitate mai mare, ceea ce înseamnă diferențe mai mari ale semnalului între diferite poziții ale „tag”-urilor (deasupra, in lateral sau sub antenă).

Antenele RFID pot dotate cu sisteme de avertizare sonora (de tip buzzer), cu sisteme de avertizare vizuala (LED-uri) sau ambele.

Cuplajul transponder – cititor .

Cuplajul (cuplarea, transmisia), poate fi definit ca un transfer de energie intre doua sisteme in legatura. În cadrul sistemelor RFID se realizează un cuplaj radio între transponder și cititor, realizându-se practic un transfer de energie și, simultan, un transfer de informație așa cum este ilustrat în figura de mai jos.

Un factor definitoriu, in cazul discutiilor despre functionarea propriu-zisa a sistemelor RFID este tipul (felul) cuplajului transponder-cititor, mai bine zis, tipul câmpului prin intermediul caruia se face acest cuplaj.

Exista trei moduri prin care se poate face cuplajul transponder-cititor, in functie de tipul sursei care produce campul:

prin câmp electric;

prin câmp electro-magnetic;

prin câmp magnetic.

Figura 2.12 Realizarea cuplajului între tag și cititor in camp magnetic

Se considera ca fiind lungimea de undă a radiației:

Ecuația de calcul a lungimii de unda este:

Unde

frecvența oscilației care produce câmpul

este viteza de propagare în mediu

în vid (1.2)

într-o substanță (1.3)

Unda radio este o unda electromagnetica sinusoidală. Asta inseamna ca orice emisie radio se face cu semnale sinusoidale sau aproximabile ca atare, si pentru reducere la minim a lărgimii spectrului de frecvențe ocupat.

Campul de proximitate este considerat ca fiind un camp emis de surasa in jurul ei, ci are o lungine egala cu o fractiue de (lungimea de unda). Cel mai des aceasta distanata este sub

In funcție de sursa care produce câmpul descris mai sus, distingem următoarele doua situatii:

de către un condensator (câmp electric)

de către o bobină (câmp magnetic).

La distanțe mici, proprietățile electromagnetice (generarea reciprocă a câmpurilor electric și magnetic) rezultate din teoria lui Maxwell, nu au unde să se producă

Atunci cand distanta de la susra este mai mare decat , campul se considera departat iar natura lui este doar electromagnetica.

Există o zonă () în care este greu de spus despre ce fel de câmp este vorba – aici trebuie judecat în funcție de situația concretă (dimensiunile geometrice ale sursei și/sau ale receptorului, natura concretă a celor două dispozitive etc.).

Ȋn contextul celor de mai sus, se poate constata că pentru sistemele RFID care functioneaza pe baza de unde radio de frecventa joasa (LF) si unde radio de inalta frecventa (HF), functioneaza de fapt in limitele unui camp apropiat (cel mai des de natura magnetica, si creat de cititor cu ajutorul bobinei din componenta sa). La aceste frecvențe se obține evident , valori care sunt mult mai mari decât distanța uzuală dintre transponder și cititor.

Pentru domeniul de unde de frecventa ultra-inalta, adica doxmeniul de lungimi de unda cuprins intre , distanta dintre cititor si transponser este comparabila cu valorile lungimii de unda.

In figura 2.13, este evidentiata dispunerea domentilor de frecventa inalta (HF), joasa (LF) si ultrainalta (UHF), exprimate in KHz, MHz si GHz, in comparatie cu domeniul de unde radio numite microunde (Microwave).

Tot in figura de mai jos sunt evidentiate atat domeniile undelor radio de frecventa medie (MF) care sunt ujtilizate in principal in radiofonie si emisia operatorilor de telefonie mobila, cat si frecventa foarte inalta (VHF), utilizate pentru benzizle I, II si III de televiziune in regim analog.

Figura 2.13. Dispunerea domeniilor de frecventa

În cadrul sistemelor pasive RFID pentru transmiterea datelor se utilizează un fenomen de reflexie a undei electromagnetice. Semnalul reflectat este modulat de către circuitele specializate incluse în tag-uri. Datele sunt reprezentate sub forma unor semnale modulate în unul din standardele: NRZ, Manchester, FSK, PSK.

Purtătoarea de semnal radio este transmisă de către cititor către tag , aceasta realizează alimentarea cu energie a tag-ului și generează unda reflectată. În cazul sistemelor RFID pasive cele mai utilizate frecvențe sunt ; 125KHz, 13.56 MHz, 900 MHz si 2.4 GHz. În tabelul de mai jos sunt prezentate caracteristicile fiecărei benzi de frecvență utilizate.

Codificarea datelor în sistemele RFID

Codificarea datelor este una dintre operațiile fundamentale necesare funcționarii sistemelor RFID. Acesta se realizează în timpul transmisiei datelor, prin reflexie între tag și cititor. Datele sunt extrase din memoria tag-ului și sunt codificate cu ajutorul unor metode care au impact major asupra costurilor de implementare ale sistemelor și performanțelor acestora (lățimea de bandă, capacitatea de detecție și îndepărtarea erorilor). În literatura de specialitate sunt prezentate un număr mare de metode de codificare a datelor, dintre care putem aminti: NRZ, Diferențial bifazic si Manchester [6].

Metoda de codificare tip NRZ ( Non Return to Zero)

Aceasta este o metodă improprie de codificare a datelor: unui bit 1 din memorie îi corespunde un bit 1 din codificare, similar și pentru 0. În semnalul modulat un semnal HIGH corespunde unui bit 1, iar un semnal LOW corespunde unui bit 0 [6].

Metoda de codifcare tip diferențial bifazic

Acest tip de codificare a fost dezvoltat în mai multe variante dar principiul metodei este comun. Pentru fiecare bit transmis semnalul la ieșire este modificat pe fiecare front al semnalului de ceas. De obicei modificarea se realizează la jumătatea perioadei de ceas si pentru ca impune existența unei modificări a semnalului la fiecare perioadă de timp, se poate concluziona, ca metoda de codificare tip diferențial bifazic conține și informație de sincronizare cu timpul și poate fi folosită cu succes pentru detecția și eliminarea erorilor [6].

Metoda de codificare Manchester

Metoda se mai numește si mod Sincron, este folosita si in cazul retelelor Ethernet si reprezintă un caz special de utilizare a codificării diferențial bifazice, în care tranzițiile au loc exact la jumătatea perioadei de ceas. Un bit 1 este reprezentat printr-o tranziție din HIGH în LOW, iar un bit 0 printr-o tranziție din LOW in HIGH [6].

Figura 2.14. Metodele de codificare ale datelor in sistem RFID

Transmiterea datelor se face prin intermediul undelor electromagnetice. In acest scop, pentru transmiterea semnalelor digitale se prezinta urmatoarele tipuri de modulații:

Modulatia FSK – Frequency Shift Keying (manipulare prin deplasarea frecventei

FSK – este o mdulație în frecvență a unui semnal digital folosește 2 frecvențe diferite pentru transferul de date, cel mai comun FSK utilizat fiind Fc/8/10.

Un bit ’0’-este transmis ca o modulație în amplitudine a semnalului de ceas, pentru o perioadă egală cu a 8-a parte din frecvența purtătoarei. Un bit ’1’- este transmis ca o modulație în amplitudine a semnalului de ceas, pentru o perioada egala cu a 10-a parte din frecvența purtătoarei.

În figura 2.15. este prezentata codificarea NRZ cu modulația în frecvența a semnalului digital.

Figura 2.15 Modulația în frecvență (FSK) [6]17

Modulatia PSK – Phase Shift Keying (manipulare prin defazare)

Această metodă de modulație, este una de modulatie in faza si este asemănătoare cu modulația în frecvență (FSK), cu excepția faptului că folosește o singură frecvență, iar diferența între ’0’ si ’1’ se realizează prin schimbarea fazei cu 180°. Modulația în fază este prezentată în figura 2.16:

Figura 2.16 Modulația în fază (PSK) [6]

Funcționarea tag-urilor RFID se bazează pe fenomenul de inducție electromagnetică. Câmpul magnetic produs în jurul unui conductor de lungime finită străbătut de un curent se poate calcula cu următoarea relație [6]:

Unde:

– reprezintă curentul;

– distanța de la centrul firului;

– permeabilitatea magnetică a aerului, .

În cazul utilizării unui fir infinit de lung, în care constantele si , au valorile , relația anterioară devine:

Fluxul magnetic produs de o antenă circulară este dat de relația:

Unde:

– curent electric

– campul magnetic

– raza buclei;

– distanța de la centru buclei;

– permeabilitatea magnetică a aerului.

Relația de mai sus pune în evidență faptul că dependența dintre câmpul magnetic și distanța , față de centrul buclei, variază proporțional cu .

Figura 2.17 Geometria cuplajului tag – cititor [6]

Tensiunea electromotoare indusă pe o curbă închisă () este egală cu minus viteza de variație în timp a fluxului magnetic prin orice suprafață deschisă mărginită de curba închisă (). Exprimarea sa printr-o formulă este. Ținând seama de geometria prezentată în figura 2.17, atunci când un tag se află în proximitatea unui cititor RFID, câmpul magnetic generat variabil în timp generat de antena cititorului induce o tensiune electromotoare în antena tag-ului. Această tensiune poate fi calculată cu relația:

Unde:

reprezintă numărul de înfășurări

este fluxul magnetic prin fiecare înfășurare

Fluxul poate fi calculat cu relația:

Unde:

este câmpul magnetic (obținut folosind relația 1.5)

este aria bobinei.

Produsul vectorial din relația anterioară indică faptul că fluxul magnetic total este dependent de orientarea antenelor, fiind maxim atunci când cele două antene sunt dispuse în paralel. Cu cât fluxul magnetic este mai puternic, cu atât crește inductia curentul pe „tag” și o dată cu acesta distanța de citire a „tag”-ului. Practic cele mai bune performanțe se obțin dacă „tag”-ul și cititorul sunt dispuse în paralel.

Frecvențele de operare ale sistemului RFID

Sistemele RFID pot fi utilizate în diferite domenii de activitate, domeniile de frecvențe variiind în funcție de aplicația concretă.

Există trei benzi utilizate in principal si anume banda de frecvențe mici, cea de frecvențe medii și cea de frecvențe mari.

Banda de frecvente mici

Utilizarile cele mai frecvente ale benzii de frecvențe mici (100-500 kHz), LF, sunt:

controlul accesului

identificarea animalelor

controlul stocurilor

identificarea automobilelor.

În acest caz distanța de citire este mică spre medie, costul este mic, viteza de citire este mică.

Banda de frecvente medii:

Frecvențele medii (10-15 MHz), adica HF sunt utilizate în:

controlul accesului

la cardurile inteligente (Smart Card)

În acest caz,distanța de citire este mică spre medie, costul potențial este mic,viteza de citire este medie.

Banda de frecvente mari

Frecvențele mari (890-950 MHz;2,4-5,8 GHz), adica UHF si Microunde, sunt utilizate în:

monitorizarea vagoanelor de cale ferată

sistemele de colectare a taxelor pe autostrăzi.

În acest caz,distanța de citire este mare, viteza de citire este mare, costul este mare.

Din punct de vedere al utilizării globale ,distingem trei arii de reglementare a comunicării prin radiofrecvență:

Regiunea 1- Europa si Africa;

Regiunea 2- America de Nord și de Sud;

Regiunea 3- Extremul Orient și Australia.

Fiecare țara alocă frecvențele având în vedere liniile directoare stabilite de cele trei regiuni. Rezultă că sunt puține frecvențe care sunt disponibile la scară globală,pentru tehnologia RFID.

Standarde specifice tehnologiei RFID

Conform definiției ISO, un standard este un document ce cuprinde specificații tehnice și alte criterii exacte ce sunt folosite ca reguli pentru asigurarea calității unui produs sau serviciu. Prin intermediul standardelor se asigură interoperabilitatea sistemelor [11]. 20

Standardele stabilesc tipurile de etichete ce trebuie să fie utilizate ,frecvențele la care trebuie să lucreze etichetele și ratele de citire a etichetelor. Există numeroase inițiative nestandardizate. Marii utilizatori ai tehnologiei RFID,impun furnizorilor utilizarea unor anumite standarde proprii ale tehnologiei pentru o bună funcționare în interiorul companiei lor.

Utilizarea frecvențelor folosite de tehnologia RFID nu este guvernată de nici o organizație globală, fiecare țară putând formula propriul set de reguli de utilizare.

Sistemul de monitorizare al activitatilor de patrulare

Pentru realizarea sistemului de monitorizare a personalului de paza, dezvoltat in lucrare, sunt utilizate următoarele componente:

Microcontroller-ul Arduino Uno

RFID ID-12LA

Real Time Clock RTC DS1307Z+

Led

Calculatorul de proces

RFID ID-12LA – RFID este prescurtarea de la termenul Radio-Frequency Identification si este format din trei parti:

• o antena, alimenteaza cu energie tag-urile si stabileste comunicatia dintre cititor si tag.

• cititorul, cel ce interpreteaza datele.

• tag-ul, acel echipament cu un cod unic.

Atunci cand tag-ul se afla la mai putin de 5 cm de antena acesta raspunde cu un cod unic format din 12 digiti. Cititorul preia codul unic si il transmite mai departe catre Arduino.

Real Time Clock RTC DS1307Z+ – Placa de dezvoltare Arduino are la baza microcontroller-ul ATmega 328, acest microcontroller nu dispune de un "ceas de timp real", care sa retina timpul trecut, secunde, minute, ore, zile, luni, ani.

O componenta ce poate realiza acest lucru este DS1307. Aceasta componenta realizeaza comunicarea prin protocol i2c (2 fire active, SDA = intrare/iesire date, respectiv SCL = intrare seriala ceas). Ceasul intern are la baza un cristal de cuart de 32, iar partea de alimentare se realizeaza cu o baterie de 3V.

Caracterizarea microcontroller-ului Arduino Uno

Generalități microcontrollere

Un microcontroller reprezintă un computer mic inclus într-un circuit integrat, ce conține un procesor, memorie, intrări și ieșiri programabile. De regulă în microcontrollere sunt incluse memorii de tipul NOR Flash sau OTP Rom în același chip alături de o cantitate mică de memorie RAM.

Figura 4.1. Schema simplificata a unui microcontroller

Aceste microcontrollere sunt destinate de obicei aplicațiilor de tip embedded.

Un microcontroller poate conține un număr de pini de intrare-ieșire de uz general care variază de la câțiva la câteva zeci, configurabili din punct de vedere software ca pini de intrare sau pini de ieșire.

Atunci când sunt configurați ca pini de intrare aceștia pot citi senzori sau semnale externe. Dacă sunt configurați ca pini de ieșire aceștia pot conduce dispozitive externe cum ar fi motoare sau LED-uri.

Intrările pot fi digitale sau analogice. Intrările digitale realizeaza transmiterea unor semnale discrete, iar cele analogice realizeaza transmiterea unor semnale prin funcții continue de timp. Interpretarea datelor prelucrate de către microcontroller necesita prezența unor circuite ce se ocupa de transpunerea aceste informații, fie comparatoare analogice, fie convertoare analog-numerice.

Ieșirile pot fi digitale sau analogice. Cele digitale sunt cele în care informația este în general memorată pe acestea până la o nouă scriere operată de către UC la un port al MC, iar cele analogice reprezintă ieșiri ale convertoarelor numeric analogice.

Caracterizarea Atmel AVR 328

Prezentare generală

ATmega 328 reprezinta un microcontroller CMOS de 8 biți, bazat pe o arhitectură AVR RISC consolidată. Prin executarea unor instrucțiuni într-un singur ciclu orar ATmega 328 realizează debite ce apropie de 1 MIPS/MHz permițând proiectantului sistemului să optimizeze consumul de energie comparativ cu viteza de procesare.

Figura 4.2 Schema Bloc AVR Atmega 328

Procesorul AVR îmbină un bogat set de instrucțiuni de uz general cu 32 de registre de lucru, ilustrate în figura 4.3 ce sunt conectate direct la Arithmetic Logic Unit (ALU), unitate logica ce permite accesarea independentă a doua registre într-o singură instrucțiune.

Figura 4.3 Registre generale de lucru

Registrele generale de lucru RO-R31 sunt folosite ca registre acumulator, pentru majoritatea funcțiilor matematice și logice. Registrele X,Y,Z sunt registre pe 16 biți care se suprapun registrelor R26 – R31, folosite ca adrese de memorie pentru pointeri or conțin valori mari ( > 255).

Registrele cu funcții speciale ale microcontroller-ului Atmel AVR 328 sunt conectate direct la unitatea aritmetică și logică și sunt alcătuite din următoarele registre:

Registre de lucru cu stiva – ce stochează adresa de întoarcere a unei întreruperi. Stochează datele temporare și variabilele locale.

Contorul de program – memoreaza adresa următoarei instrucțiuni ce urmează a fi executată. În mod automat incrementează când unitatea aritmetică și logică execută o instrucțiune.

Regiștrii de stare – conțin informații rezultatul ultimei operații efectuată de unitatea aritmetică și logică.

Caracteristici

Atmel AVR microcontroller de 8 biți de înaltă performanta și cu consum redus de energie

Execută 131 de instrucțiuni la un nivel înalt.

Pe cip două apar cicluri multiplicatoare

Segmente de memorie de mare rezistență, nevolatile

4/8/16/32K Biți de memorie cu program Flash în sistem auto-programabil

256/512/512/1K Biți memorie EEPROM

512/1K/1K/2K Biți memorie internă SRAM

Sistem programabil de blocare pentru securizarea sistemului

Timp real de înregistrare cu oscillator separat

Serial programabil USART

Master/Slave SPI interfață serial

Bit orientat cu 2 fire interfață serial

Temporizator programabil ,,Watchdog,, cu un oscilator separat pe cip

Comparator analog pe cip

Mod Interrupt and Wake-up la schimbarea pin-ului

Caracteristici speciale ale microcontrolerului

Detecție programabilă ale funcțiilor Power on, Reset și Brown-out

Surse întrerupte interne și externe

6 moduri de hibernare: IDLE, reducerea zgomotului ADC, Power-Save, Power-down, Standby și Extended Standby

Pachete de Intrare – Iesire (I/O)

23 de linii programabile de I/O

28 de pini PDIP, 32 pini de conducere TQFP, 28 pini suport QFN/MLF și 32 pini tampon QFN/MLF

Caracterizare platformei de dezvoltare Arduino

Arduino Uno este o placă ce conține microcontrollerul Atmega 328.

Acest microcontroller are în componența sa 14 întrări respectiv ieșiri digitale, șase fiind folosite ca ieșiri PWM, șase intrări analogice, un cristal oscilator de 16 Mhz, o interfață USB, un jack pentru conectarea sursei de alimentare, un header ICSP și un buton pentru resetarea microcontroller-ului.

Conține tot ceea ce este necesar pentru un microcontroller, prin simpla conectare la calculator cu ajutorul unui cablu USB sau prin conectarea la o sursă de alimentare cu un adaptor AC/DC sau baterii.

Figura 4.4 – Platformei de dezvoltare Arduino Uno

Sumar

Microcontroller – ATmega328

Tensiunea de funcționare – 5V

Tensiunea de alimentare (recomandată) – 7 – 12V

Tensiunea de alimentare (limite) – 6 – 20V

14 Pini digitali de intrare, respectiv de ieșire (din care 6 prevăd PWM de ieșire)

Pini analogi de intrare – 6

Curent continuu (DC)/pini de intrare/ieșire – 40 mA

Curent continuu (DC)/pini de 3.3 V – 50 mA

Flash Memory – 32 KB (ATmega328) din care 0.5 Kb utilizate de către bootloader (încărcătorul de sistem)

SRAM – 2 KB (ATmega328)

EEPROM – 1 KB (ATmega328)

Viteza de ceas – 16 MHz

Arduino Uno poate fi alimentat prin intermediul unei conexiunii USB sau cu ajutorul unei surse de alimentare externă.

O sursă de putere externă poate fi realizată cu un adaptor AC/DC sau de la o baterie.

Microcontroller-ul se poate alimenta de la o sursa de 6-20 volți. În situatia subalimentarii (<7V), pinul 5V poate furniza mai puțin, iar placa devine instabila.

Toți pinii platformei de dezvoltare Arduino sunt:

VIN – Există posibilitatea de furnizare a tensiunii de alimentare prin intermediul acestui pin sau în cazul în care tensiunea de alimentare este prin intermediul unei prize de putere accesul este prin acest pin.

5V – Sursa de alimentare normală utilizată pentru alimentarea componentelor de pe placă.

3V3 – O alimentare de 3.3 volți generată de regulatorul situat pe placă. Curentul maxim este de 50 mA.

GND – Pini de masă.

Intrarea și ieșirea

Cei 14 pini digitali ai platformei de dezvoltare Arduino Uno pot fi utilizati ca intrări sau ieșiri folosind funcțiile pinMode (), digitalWrite () și digitalRead (). Functionalitarea fiind la 5 volți. Fiecare pin poate oferi sau primi un maxim de 40 mA și are un rezistor intern de 20-50 kOhms. Unii pini pot îndeplini funcții specializate:

Serial: 0 (RX) și 1 (TX). Sunt pini folosiți pentru a primi (RX) și transmite (TX) TTL date serial..

Întreruperile externe:2 și 3. Acești pini au posibilitatea de a fi configurați pentru a realiza o întrerupere pe o valoare scăzută a unui front crescător sau descrescător sau o schimbare a valorii;

PWM: 3 5 6 9 10 și 11. Ieșirea acestor pini este pe 8 biți si pot fi utilizați prin funcția analogWrite();

SPI: 10 (SS) 11 (Mosi) 12 (MISO) 13 (SCK). Acești pini asigură comunicarea SPI folosind biblioteca SPI.

LED-uri: 13 – Există încorporat un LED pe placă, conectat la pinul digital 13.

Arduino Uno are 6 intrări analogice etichetate de la A0 până la A5. În mod implicit ei măsoară de la 0 la 5 volți deși este posibil să se schimbe la sfârșitul intervalului pe partea superioară lor folosind funcția PIN-ul Aref și analogReference (). Unii pini pot îndeplini funcții specializate:

I2C: A4 (SDA) and A5 (SCL). Îi asigură lui I2C(TWI) comunicarea cu libraria WIRE;

Aref. Tensiunea de referință de la 0 la 5V numai pentru intrări analogice. Folosit cu analogReference ().

Resetare. Este utilizat pentu resetarea microcontroller-ului. De obicei este folosit pentru a adăuga un buton de resetare.

Comunicarea

Arduino Uno conține facilități de comunicare cu un computer, cu un alt Arduino, sau cu alte microcontrollere. ATmega328 oferă comunicație serială, ce poate fi utilizata folosind pinii digitali 0 (RX) și 1 (TX). În software-ul Arduino este inclus un monitor serial, ce permite datelor cu caracter simplu text să fie trimise la și de la placa Arduino.

O bibliotecă Software Serial permite comunicația serială pe oricare dintre pinii digitali.

ATmega328 suportă, de asemenea și comunicarea dintre I2C (DST) și SPI. Software-ul Arduino include o bibliotecă Wire pentru a simplifica utilizarea de I2C bus. Pentru comunicarea SPI se foloseste o biblioteca SPI.

Resursele software

Caracterizarea software Arduino

Microcontroller-ul Arduino reprezintă una din cele mai puternice plăci, o soluție “open-source”, proiectată pentru a fi folosită în diverse proiecte electronice. Datorită ușurinței în folosire, aceasta placă și-a câstigat remarcabil admirația amatorilor cât și a celor din domeniul tehnic.

Din punct de vedere software, Arduino necesită compilatorul limbajului de programare și boot loader-ul care rulează odată cu pornirea plăcii.

Setul de instrucțiuni Atmel AVR, al placii Arduino, reprezintă limbajul mașinii pentru AVR, o arhitectura Harvard pe 8 biți modificată, lansată de Atmel în anul 1996.

AVR-ul este un microcontroller pe 8 biți bazat pe arhitectura RISC (Reduced Instruction Set) și reprezintă una din primele familii de microcontrollere cu set redus de instrucțiuni (140 de instrucțiuni), care folosesc direct pe chip o memorie de tip Flash pentru stocarea programelor, față de alte familii precum PIC care este tot un microcontroller pe 8 biți bazat pe aceiași arhitectură de tip RISC având 40 de instrucțiuni. O altă familie părinte de microcontrollere este 8051, un microcontroller pe 8 biți bazat pe tehnologie CISC (Complex Instruction Set Computer) cu un număr complex al setului de instrucțiuni (250 de instrucțiuni).

Atmel AVR nu reduce în mod necesar numărul de instrucțiuni în set, dar reduce complexitatea circuitelor digitale necesar decodării fiecărei instrucțiuni.

Plăcile Arduino pot fi programate în limbaj de ansamblare, dar în mod uzual este preferată programarea cu ajutorul IDE-ului pus la dispoziție de către Arduino.

Arduino poate fi programat folosind un limbaj de programare numit „Wiring-based language”, ușor simplificat și modificat, similar limbajului C++.

Fiind vorba de un sistem open-source, codul sursă este inclus în versiunea compilată a acestuia, și prin urmare modificarea și personalizarea codului este încurajată.

Pentru a putea fi programat, putem folosi foarte ușor soluția propusă de producător și anume Arduino IDE. IDE provine de la Integrated Development Environment, și constă într-o aplicație software care furnizează resursele necesare pentru programatorii de calculatoare în scopul dezvoltării software. IDE-ul propus de către Arduino este scris în limbajul de programare Java, și poate comunica cu portul serial cu ajutorul librăriei Java RXTX.

O caracteristică importantă a lui Arduino, o reprezintă faptul că putem crea un program pe calculatorul gazdă, îl uploadăm în Arduino, după care placa îl va rula la pornire. Dacă vom înlătura cablul de conexiune USB între PC și microcontroller, programul va rula de la început de fiecare dată când apăsăm butonul Reset.

Pentru programarea efectivă a acestui microcontroller trebuie să avem un sistem funcțional compus din următoarele elemente:

Microcontroller Arduino Uno

Cablu USB (A-B)

O baterie de 9V sau o sursă externă de alimentare

Breadboard pentru circuite externe

Sistemul de operare pe care funcționează Arduino IDE poate fi Windows XP, Windows 7, Linux , Mac OS X

Se va lansa aplicația Arduino IDE. În limbajul de programare Arduino, toate programele pe care le vom scrie sunt numite schițe (sketches).

Înainte de a încarca programul în Arduino, este necesar să selectăm tipul microcontroller-ului și respectiv a portului serial din meniului Tools, submeniul Board. Asemănător, tot din meniul principal Tools, submeniul Serial Port vom alege portul serial de comunicație cu placa Arduino. În figura 4.5 am creat un program (schiță) de test pentru un microcontroller Arduino Uno / Atmega 328 conectat pe portul serial COM20.

Programul din figura 4.5, afisează pe portul serial la pornire respectiv la fiecare reset al plăcii Arduino șirul de caractere “Program de test Arduino”.

După cum se poate observa în figura 4.5, Arduino are la bază două funcții importante: functia de setare (setup) și funcția buclă infinită (loop).

Figura 4.5. – Fereastră pentru programul de test Arduino

În funcția de setup este necesar să declarăm baud rate, adică rata transferului de informație din canalul de comunicație. În cazul portului serial, aceasta este recomandat să fie setat la 9600, cu alte cuvinte portul serial este capabil să transfere maxim 9600 de biți per secundă. De asemenea tot în cadrul acestei funcții avem posibilitatea să inițializăm variabile, să setăm valorile inițiale ale pinilor și să declarăm librăriile necesare în cadrul proiectului nostru. Această funcție rulează o singură dată, după fiecare pornire respectiv reset al plăcii Arduino.

După crearea funcței setup(), funcția loop() , așa cum și numele o sugerează, execută în buclă continuă instrucțiunile pentru controlul acestei plăci.

Exemplu de program Arduino:

int pin = 1; // am definit pin-ul de conexiune al unui buton pe placa Arduino

// funcția setup inițializează portul serial și pin-ul butonului ca fiind de tip intrare

void setup()

{

Serial.begin(9600);

pinMode(pin, INPUT); // cu ajutorul funcției pinMode avem posibilitate să configurăm pin-ul ca intrare sau ieșire

}

// funcția loop verifică pin-ul butonului de fiecare și va transmite serial de fiecare dată când este apăsat butonul

void loop()

{

// cu ajutorul funcție digitalRead putem verifica starea pin-ului

// în cazul de mai jos acesta poate avea două valori: HIGH sau LOW

if (digitalRead(pin) == HIGH)

serialWrite('High');

else

serialWrite('Low');

}

Programul va fi afișa pe portul serial High dacă butonul este apăsat, în caz contrar aceasta va afișa Low.

După ce am scris programul în Arduino IDE, se realizează compiliarea programului, pentru a verifica dacă există sau nu erori în cod, iar apoi posibilitatea de a încărca programul în microcontroller. În partea de jos a meniului principal există o bară de comenzi rapide, cu butoanele necesare pentru compilarea și verificarea programului, respectiv încărcarea acestuia, ilustrată în figura 4.6.

Serial Monitor

Verificare Încărcare Program Nou Deschidere Program Salvare

Figura 4.6 – Bara de comenzi rapide Arduino IDE

Pentru a putea transmite și respectiv a observa activitatea serială a plăcii Arduino, IDE-ul ne pune la dispoziție o aplicație de monitorizare a portului serial, ce poate fi accesată din meniul Tools, submeniul Serial Monitor, sau din bara de comenzi rapide.

Figura 4.7 – Monitorizarea portului serial COM1

Limbajul de programare Arduino este caracterizat de următoarele elemente : structuri, valori și funcții.

Tabelul 4.1 – Structuri, valori și funcții ale limbajului de progamare Arduino

Proiectarea software Arduino

Arduino comunică cu calculatorul de proces prin intermediul bibliotecii SoftwareSerial ce este adăugată în proiect prin comanda:

#include <SoftwareSerial.h>

În secțiunea de început a programului, sunt declarate cele două porturi ce realizează comunicarea serială , Rx si Tx pentru rfid.

SoftwareSerial rfid(7, 6); // RX, TX

Achiziționarea datelor de la modulul rfid este realizata in urmadoare sectiune de program:

while (rfid.available()) {

reading = rfid.read(); // citeste byte-ul

if (reading == 2) {

stare = true; // '2' „reprezinta inceput de string”

Serial.print("010 ");

}

if (reading == 3) {

stare = false; // '3' „reprezinta sfarsit de string”

Serial.print("");

delay(100);

}

if (stare && reading != 2 && reading != 10 && reading != 13) { // transmite fiecare byte la serial monitor

Serial.write(reading);

}

}

Pentru fiecare cirire a unui tag rfid se aprinde unui led ce semminica relizearea citiri si se inregistreaza si momentul de timp in care s.a realizat citirea.

if ( reading == 13) {

Serial.print(" ");

printDate();

lightLED(13);

}

}

Obtinerea momentului de timp se realizeaza prin in urmadoare sectiune de program:

#include "Wire.h" „biblioteca pentru modulul Real time clock”

„Functia pentru initializarea modulului”

void printDate(){

Wire.beginTransmission(DS1307_ADDRESS);

byte zero = 0x00;

Wire.write(zero);

Wire.endTransmission();

Wire.requestFrom(DS1307_ADDRESS, 7);

„Definirea momentului de timp calendaristic si preluarea acestuia din biblioteca”

int second = bcdToDec(Wire.read());

int minute = bcdToDec(Wire.read());

int hour = bcdToDec(Wire.read() & 0b111111); //24 ore

int weekDay = bcdToDec(Wire.read());

int monthDay = bcdToDec(Wire.read());

int month = bcdToDec(Wire.read());

int year = bcdToDec(Wire.read());

„Afisarea momentului de timp”

Serial.print(year);

Serial.print(" ");

Serial.print(month);

Serial.print(" ");

Serial.print(monthDay);

Serial.print(" ");

Serial.print(hour);

Serial.print(" ");

Serial.print(minute);

Serial.print(" ");

Serial.println(second);

}

Notepad++

Notepad++ este un editor de cod gratuit ce permite scrierea, editarea fișierelor. Acest progam poate face diferența între mai multe limbaje de programare existente în același document, bazându-se pe citirea instrucțiunilor din fișier. La început, notepad++ găsește limbajul de programare analizând extensia fișierului ce se dorește a fi editat. Numărul de limbaje de programare ce sunt recunoscute de acest produs software depășește 50.

În meniul principal există și o secțiune de RUN astfel, în funcție de extensia fițierului poate exista posibilitatea de testare a codului scris. Notepad++ este util și în procesul de depanare deoarece, utilizând mesajele de eroare se pooate ajunge rapid la numarul liniei ce a generat eroarea, sau există posibilitatea de căutare după funcția respectivă.

Xampp Server

Xampp Server este un mediu de dezvoltare web. Aceasta vă permite să creați aplicații web cu Apache, PHP și baze de date MySQL. De asemenea, vine cu PHPMyAdmin pentru o mai bună gestionare a bazei de date. Xampp Server se instalează automat, iar utilizarea lui este foarte intuitivă. Odată ce Xampp Server este instalat, aveți posibilitatea de a adăuga cât mai multe module Apache, MySQL si PHP.

Versiunea de XAMPP Server folosită este 1.7.4 și include Apache 2.2.17, MySQL 5.5.8, PHP 5.3.5.

Apache este un server HTTP de tip open source cu o contribuție mare la dezvoltatea Internetului (world wide web). Apache Software Foundation este o comunitate deschisă de programatori ce au contribuit la dezvoltarea acestui soft. Aplicația ofera compatibilitatea pentru o vastă varietate de sisteme de operare incluzând Unix, FreeBSD, Linux, Solaris, Novell NetWare, Mac OS X, Microsoft Windows și OS/2. XAMPP Server vă permite să adăugați cu ușurință un alias la Apache.

Modulul PHP: XAMPP vă permite să vizualizați și să editați fișierul php.ini și vizualiza jurnalele de eroare generate de PHP. De asemenea, vă permite să adăugați sau să eliminați extensii la PHP prin simpla verificare a unei liste.

Modulul MySQL: la fel ca versiunea PHP si Apache, versiunea MySQL poate fi modificată foarte ușor, vă va avertiza dacă versiunea pe care o alegeți nu este compatibilă cu alte servește. XAMP dispune de comenzi ce realizează oprirea cu ușurință și repornirea MySQL, precum și instalare și eliminare servicii. WAMP poate deschide o consolă la MySQL din meniul său. De asemenea, permite editarea ușoară a fișierului my.ini și vizualizarea Activitate de eroare. Se instalează automat phpMyAdmin, care este un program web-based care permite administrarea facilă a bazelor de date MySQL.

HTML (Hypertext Markup Language)

Termenul Hypertext este o analogie la un concept science fiction – hiperspatiu , care permite unei nave spațiale de a ajunge imediat de la un sistem stelar la altul. Hypertext este un tip de text care conține hyperlink-uri care permit cititorului să sară de la pagina la alta. Un concept mai evoluat este hypermedia. Un sistem hypermedia funcționează la fel ca hipertext, cu excepția faptului că aceasta include grafica, sunete, videoclipuri și animație, precum și text. În contrast cu textul normal, hipertext oferă cititorilor posibilitatea de a alege propriul lor drum prin materialul pe care îl citește, după interesele acestora. O carte este proiectat să fie citită în secventa: pagina 2 urmează după pagina 1, și așa mai departe. Hypertext asistat de calculator permite cititorilor să sară unde toate doresc.

HTML deține propriul set de simboluri care impun Web browserelor cum va fi afișată pagina. Aceste simboluri, numite elemente, includ tot ce este necesar pentru a crea hyperlink-uri.

Etalonul oficial HTML este oferit de World Wide Web Consortium (W3C), afiliat la Internet Engineering Task Force (IETF). W3C enumeră câteva versiuni ale limbajului de programare HTML, printre care și HTML 2.0, HTML 3.0, HTML 3.2, HTML 4.0 și, cel mai recent, HTML 5.

Tipurile de elemente de marcare în HTML:

Marcare structurală (descrie scopul unui text)

<h1>exemplu</h1>

Textul exemplu va fi afișat de către browser ca cel mai important titlu, la fel ca în procesarea de text, există Heading 1 , Heading 2, Heading 3 etc.

Marcare pentru prezentare. (descrie cum apare un text, indiferent de funcțiile sale).

<strong>exemplu2</strong>

Textul apare în browser scris cu litere groase. O dată cu aparișia css s-a renunțat la folosirea acestor tip de elemente.

Marcare pentru hiperlink.(Leagă părți ale unui document cu alte documente)

<a href="index.html">Pagina principala</a>

Va reda Pagina principala ca hiperlink către pagina specificată.

Elemente speciale (widget). Creează obiecte, cum ar fi butoanele și listele.

Documente (X) HTML au un cap si un corp. Header-ul documentului conține informații cu privire la documentul propriu-zis, cum ar fi titlul său, stilurile care le folosește, script-uri, și alte tipuri de informații. Body conține informații de conținut care sunt afișate în fereastra de browser.

( Structura minimală a unui document HTML)

Puteți lăsa note în documentul sursă prin marcarea lor ca și comentarii. Orice este pus între tag-uri comentariu (<!– ->) nu va afișat în browser și nu va avea nici un efect asupra restului de cod.

Adăugarea unei imagini. O imagine se adaugă cu un element denumit <img>, care are atribute ce ajută la afișarea imaginii . Atributele sunt instrucțiuni care clasifică sau modifică un element. Pentru elementul img, atributul src (scurt pentru "sursă") este necesar, și oferă locația fișierului imagine prin URL-ul acesteia.

Limbajul de programare PHP

Tendința de globalizare și circulația informației au determinat schimbări majore în viata oamenilor, mai mult in viața celor care traiesc în partea de "vest" a lumii. În Romania se resimt fluxurile acestui val al informației. Sursa principala de informatii din Internet este constituita de pagini HTML.

Exista demult suport pentru "client-side scripting", implementat cu JavaScript. Concurentul OpenSource al acestora este PHP, un limbaj de scripting ce combină concepte de Perl, Java si C, facând învățarea acestuia o joacă.

Limbajul de programare PHP este un limbaj asemanator cu C++ sau Perl, ce poate fi executat pe serverele web (Apache, IIS, altele), sau server-side, care returnează cod HTML. Pot fi realizați algoritmi de generare a paginilor, scripturi stocate în baze de date, conectări la alte site-uri, etc.

Prelucrarea parametrilor paginilor PHP se poate realiza prin operațiuni GET sau POST disponibile folosind HTTP. In alt mod, exista posibilitatea de a prelucra valorile câmpurilor formelor HTML.

PHP nu este singurul limbaj de acest fel: ASP, ASP.NET, Perl, JSP, ColdFusion, HTML, CGI sau alte soluții. Acest limbaj este unul dintre cele mai stabile, cu o gamă largă de funcții disponibile și oferit de majoritatea hosting-urilor pe Linux / Unix. În mod normal se folosesc funcții pentru diverse operațiuni, însă se pot crea și folosi și clase. Tot codul PHP este pus între taguri specifice:
<?php … cod PHP … ?>
Acest cod se executa doar pe server, iar în browser este generat cod HTML. Paginile sunt cu extensia .php.

MySQL (Structured Query Language)

MySQL este un software Open Source. Desigur, o definiție simplă a software-ului open source este un software care este disponibil gratuit (inclusiv codul sursa). Codul sursă este „dictionarul” unui program; fișierele conțin codul original al limbajului de programare, care poate fi citit, discutat, și se poate învățat din el, la fel ca dintr-o carte.

Exista mai multe moduri de a accesa o instanță a mysqld (MySQL server daemon). Exista clienți de linie de comandă și clienți grafici pentru executarea interactivă de comenzi SQL. Unii dintre acești clienți pot rula, de asemenea, fișiere care conțin mai multe declarații SQL pentru utilizare non-interactivă. Un administrator de baze de date trebuie să fie capabil să utilizeze eficient aceste instrumente de zi cu zi, în scopul de a verifica integritatea datelor, depana problemele.

Un tabel dintr-o baza de date este o structură de date folosită pentru a stoca și organiza informațiile. Puteți imagina un tabel ca o matrice care constă din rânduri și coloane, la fel ca o foaie de calcul. MySQL suportă mai multe tipuri de tabele, fiecare cu propriul său scop specificație, avantaje și dezavantaje. În consecință, MySQL oferă, de asemenea, multe motoare diferite de stocare, care pot stoca datele într-un mod care se potrivește cel mai bine cerințelor.

Tipuri de date:

MySQL oferă o serie de tipuri de date care pot fi atribuite fiecărei coloane dintr-un tabel. Fiecare forțează datele să se conformeze unui set predeterminat de norme inerente tipului de date, cum ar fi dimensiunea, tipul și de format.

Tipul DATE este responsabil pentru stocarea de informații data. Deși MySQL afișează valori DATE într-un format standard AAAA-LL-ZZ, valorile pot fi inserate folosind fie numere sau siruri de caractere.

Tipul TIME este responsabil pentru stocarea de informații timp și suportă o gamă
suficient de mare nu numai pentru a reprezenta atât standard cât și în stil militar formate de timp, dar și intervale.

TIMESTAMP diferă de DATE și TIME deoarece MySQL actualizează automat data și ora curentă ori de câte ori o operație INSERT sau UPDATE ce afectează aceste înregistrări este executată. Valorile TIMESTAMP sunt afișate în format HH: MM: SS, și, la fel ca și DATA, aveți posibilitatea să atribuiți valori utilizând fie numere sau șiruri de caractere.

Tipul de date INT oferă o gamă MySQL de numere întregi.

Tipul de date FLOAT este un număr cu reprezentare în virgulă mobilă simplă precizie.

Tipul de date CHAR reprezentarea șirurilor de lungime fixă.

VARCHAR este o reprezentare de tip șir de lungime variabilă.

Atributele tipurilor de date:

Atributul AUTO_INCREMENT folosește un nivel de logica care este necesară în multe aplicații de baze de date: capacitatea de a atribui un număr întreg unic de identificare la rândurile nou introduse.

Atributul BINARY se utilizează numai în combinație cu CHAR si VARCHAR.

Cheia primară este utilizată pentru a garanta unicitatea pentru un anumit rând. Nici o valoare dintr-o coloană desemnată ca o cheie primară nu poate fi repetabilă sau nulă pe acea coloană.

Structurarea bazei de date

O baza de date reprezintă modalitatea de stocare a unor informații pe un suport extern, cu posibilitatea găsirii rapide a acestora.

Metodele și tehnicile de organizare a datelor au evoluat din necesitatea accesului rapid și usor la un volum din ce în ce mai mare de informații. Această evoluție a avut loc si în cazul echipamentelor de culegere, memorare, transmitere și prelucrare a datelor.

Ideea generala de bază de date poate fi definita ca una sau mai multe colecții de date, ce se află într-o interdependență, odată cu descrierea datelor și a relațiilor dintre ele.

O bază de date trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

să asigure independența datelor;

structura bazei de date trebuie realizată astfel încât să asigure informațiile

necesare utilizatorului pentru satisfacerea cerințelor;

să asigure o redundanță minimă și controlată a datelor;

să permită accesul rapid la informațiile stocate.

Organizarea datelor presupune efectuarea următoarelor activități:

definirea, structurarea, ordonarea și gruparea datelor;

stabilirea relațiilor între date, între elementele unei colecții de date și între

colecții de date;

stocarea datelor pe un sistem de calcul.

Organizarea datelor are ca scop regăsirea automată a datelor după diverse criterii și forme.

Bazele de date sunt variate în funcție de criteriile de apreciere considerate. Modalitațile de clasificare ale acestora sunt:

după orientare: specializate, generalizate;

după tipul de date folosit: ierarhice, în rețea, relaționale;

după amploarea geografică: locale, distribuite;

după limbajele utilizate: autonome, cu limbaj gazdă, mixte.

Mai jos este prezentată tabela „rfid”, în care sunt stocate datele cu referire la zonele in care sunt amplasate echipamentele rfid, id-ul tagurilor rfid si date cu referire la timp.

După cum se observa in acest tabel tipurile de tate sunt INT, deoarece se lucreaza numai cu nemere intregi.

Figura 4.8 Tabela cu informațiile referitoare la zone, tag-uri si timp

Următoarea tabela „tag” memorează informatii cu referire la tag-uri, tabela ce se afla in relatie cu tabela „rfid”.

Figura 4.9 Tabela cu informatii referire la tag-uri.

Următoarea tabela „zone” memorează informatii cu referire la zone, tabela ce se afla in relatie cu tabela „rfid”.

Figura 4.10 Tabela cu informatii referire la zone.

Incarcarea datelor in baza de date, respectiv afisarea acestora

Secțiunea de afisarea a datelor este implementata într-o pagina web care poate fi accesata de la ori ce dispozitiv conectat în rețea, care însă trebuie să dispună de un browser.

Pentru codificare s-au utilizat limbajele : html, php, si cod mysql. În continuare vor fi prezentate explicațiile unor segmente din cod.

Este necesar ca înainte de afișarea paginii să se facă conexiunea la baza de date. Aceasta conexiune este realizată cu ajutorul următoarelor instrucțiuni:

$con=mysqli_connect("localhost","root","","arduino"); //se realizeaza conectarea la serverul mysql la baza de date si se selectează baza de date „arduino”.

După ce s-a realizat conectarea, vor fi incarcate in baza de date, datele achizitionate de catre microcontroller-ul Arduino. Aceste date sunt stocate, in functie de fiecare zona in parte, intr-un fisier de tip txt.:

$file1 = fopen("rfid1.txt", "r");

while(!feof($file1)){

$line1 = fgets($file1);

$element1 = explode(' ',$line1);

mysqli_query($con,"INSERT INTO rfid (ID_ZONA, ID_TAG, AN, LUNA, ZI, ORA, MINUT, SECUNDA)

VALUES ('$rowz1[ID_Z]','$rowz11[ID_TAG]','$element1[2]','$element1[3]','$element1[4]','$element1[5]','$element1[6]','$element1[7]')");

Exista doua fisiere de tip txt: unul pentru echipamentul rfid1 si cel de-al doilea pentru echipamentul rfid2. In baza de date acestea sunt diferentiate prin codul din tabela „zone”. In programul Arduino fiecare zona are cate un cod asociat.

Datele din fisiere sunt preluate linie cu linie. Se foloseste functia php „explode” pentru a le salva intr-o variabila de tip sir.

Pentru o incarcare in baza de data a unei inregistrari noi rfid, este necesar sa fie indeplinita urmatoarea conditie:

momentul ultimei inregistrari sa fie mai mic decat cel ce va urma a fi incarcat in baza de date;

$dataora=$row['AN']*pow(10,10)+$row['LUNA']*pow(10,8)+$row['ZI']*pow(10,6)+$row['ORA']*pow(10,4)+$row['MINUT']*pow(10,2)+$row['SECUNDA']*pow(10,0);

$dataoraf=intval($element1[2])*pow(10,10)+intval($element1[3])*pow(10,8)+intval($element1[4])*pow(10,6)+intval($element1[5])*pow(10,4)+intval($element1[6])*pow(10,2)+intval($element1[7])*pow(10,0);

if ($dataora < $dataoraf )

Următoarea secțiune de cod este reprezentata de afisarea datelor. Afisarea datelor este reazilata astfel:

In prima sectiune sunt afisate toate datele incarcare

In sectiunile „zone” sunt afisate datepe pe fiecare zona in parte

$result = mysqli_query($con,"SELECT * FROM rfid");

$t=1;

echo" <table border='1'>";

while($row = mysqli_fetch_array($result)) {

$idz=$row['ID_ZONA'];

$resultz = mysqli_query($con,"SELECT * FROM zone WHERE ID_Z='$idz'");

$rowz = mysqli_fetch_array($resultz);

$idt=$row['ID_TAG'];

$resultt = mysqli_query($con,"SELECT * FROM tag WHERE ID_TAG='$idt'");

$rowt = mysqli_fetch_array($resultt);

echo "<tr><td>".$t . "</td><td>" . $rowz['NUME'] . "</td><td>" . $rowt['NUME'] . "</td><td>" . $row['AN'] . "-" . $row['LUNA'] . "-" . $row['ZI'] . "</td><td>" . $row['ORA'] . ":" . $row['MINUT'] . ":" . $row['SECUNDA']."</td></tr>";

$t=$t+1;

}

echo" </table>";

In ultimele trei sectiuni sunt afisate datele pe fiecare persoana in parte. In aceste sectiuni exista si un mesaj de avertizare pentru fiecare persoana, mesaj ce indica starea persoanei. Pentru fiecare persoana este creat un program de lucru si conditia ca atunci cand intra in program, cand iese din program si la cel mult doua ore sa execute o citire a tag-ului rfid.

if( $orap >= 17 )

{

$x = $orap – $rowt2['ORA'];

if ($x < 0) { echo "POPESCU NU ESTE LA SERVICIU "; }

if ($x >=2) { echo "POPESCU NU A PATRULAT "; }

}

else { echo " NU ESTE IN PROGRAM POPESCU";

}

Actualizarea datelor se poate realiza in doua moduri:

Prin apasarea butonului „Actualizare”, acesta aflandu-se in pagina web. Apasarea butonului realizeaza rularea scriptului de incarcare a datelor noi in baza de date.

Datele se actualizeaza si automat, o data la un minut prin rularea automata a unui „Task Scheduler”. Acest task realizeaza rularea scriptului de incarcare a datelor noi in baza de date.

Descrierea sistemului realizat

Ȋn acest capitol sunt prezentate, funcționarea și modalitatea de utilizare a aplicației și modulelor din cadrul proiectului, cu ajutorul cǎrora este realizat sistemul de monitorizare a personalului de paza.

Poza

Descrierea secțiunii hardware.

Sistemul hardware dezvoltat este format din urmatoarele entități:

Microcontroller-ul Arduino Uno

RFID ID-12LA

Real Time Clock RTC DS1307Z+

Led

Calculatorul de proces

În prima fază se realizează alimentarea placii de dezvoltare Arduino Uno, pentru a fi pus în funcțiune sistemul RFID si conectarea acesteia la calculatorului de proces, prin comunicatie seriala. În aceasta etapă este realizată achizitia și stocarea datelor.

Dupa ce sistemul a fost pus in functiune, alimentat si conectat la calculatorul de proces, poate fi realizata o prima citire a unui tag RFID.

Cand s-a realizat o citire a unui tag RFID, se inregistreaza si momentul de timp in care s-a realizat respectiva citire, iar datele stunt transmise catre calculatorul de proces.

Poza

Descrierea sectiunii software.

Sistemul software este format din aplicația Arduino, aplicație în care este programat microcontroller-ul ȋn vederea achiziționǎrii și prelucrǎrii datelor. În această aplicatie este inclus și un serial monitor, unde se poate observa activitatea de monitorizare seriala.

Figura 5.3. Aplicația Arduino

În figura 5.3. este reprezentat Serial monitor-ul din aplicația Arduino unde se poate observa activitatea serială.

Figura 5.4. Serial monitor din aplicatia Arduino

O a doua aplicatie este CoolTerm, Autor: Roger Meier. Cu ajutorul acestei aplicații realizez conectarea între calculatorul de proces și microcontroller-ul prin comunicatie seriala în vederea achiziționării și stocării datelor în calculatorul de proces. Datele vor fi stocate în timp real într-un fisier de tip text.

Figura 5.5. Aplicația CoolTerm si fișierul text creat de aplicația CoolTerm

Dupa ce stocarea datelor a fost realizata, acestea vor putea fi vizualizate într-o pagina web care poate fi accesata de la orice dispozitiv conectat în rețea.

Datele stocate in baza de date pot fi afisate in trei moduri:

Pot fi afisate in functie de persoana, in aceasta sectiune exista si un mesaj de informare, cu referire la starea in care se afla.

Pot fi afisate in functie de zone, in aceasta sectiune sunt selectate informatiile in functie de zona in care s-au realizat citiri rfid.

In ultimul mod informatiile sunt afisate integral.

Figura 5.6. Afisarea datelor in pagina web.