Sistem de Monitorizare de la Distanta a Accesului cu Cheie Rfid Si Terminal de Operare

Cuprins

CAPITOLUL I. Introducere……………………………………………………pag.7

CAPITOLUL II.Fundamente teoretice…………………………… ……pag.8

2.1.RFID-Radio Frecvency Identification………………………………………….pag.8

2.1.1Beneficiile unui sistem RFID ………………………………………………….pag.8

2.1.2 Cum functioneaza un sistem RFID ……………………………………………..pag.9

2.1.3Managementul proiectelor RFID………………………………………………….pag.11

2.1.4 Controlul accesului ……………………………………………………………………pag.11

2.1.5 Pontajul computerizat……………………………………………………………….pag.12

2.1.6 Controlul inventarului…………………………………………………………………pag.12

2.2 MFRC522( Mifare RFID RC522 )………………………………………………pag.13

2.2.1 Consideratii generale………………………………………………………………….pag.13

2.2.2 Trasaturi si beneficii ………………………………………………………………….pag.14

2.2.3 Diagrama bloc ………………………………………………………………………….pag.14

2.2.4 Detectarea automata a microcontrolerelor de interfata …………………..pag.15

2.3. ARDUINO………………………………………………………………………………..pag.16

2.3.1 Pinii de intrare si iesire……………………………………………………………….pag.18

2.3.2 Conectarea………………………………………………………………………………..pag.18

2.3.3 Comunicarea……………………………………………………………………………pag.18

2.3.4 Prezentarea microcontrolerului Atmega328…………………………………..pag.21

2.4 Motorul de curent continuu…………………………………………….pag.24

2.5 Servomotoare electrice…………………………………………………pag.31

2.6 Motorul servo SG90……………………………………………………pag.32

Capitolul III. Descrierea practica…………………………………………….pag.35

3.1. Schema bloc……………………………………………………………………………….pag.35

3.2.Descrierea lucrarii…………………………………………………………………………pag.35

3.3. Schema electrica a sistemului de monitorizare a accesului ……………….pag.47

3.4 Pozele implementarii practice………………………………………….pag.48

Capitolul IV. Concluzii……………………………………………………………..pag.49

Capitolul V. Anexe…………………………………………………………………….pag.51

Capitolul VI. Bibliografie…………………………………………………………pag.54

Capitolul I. Introducere

Viața modernă nu poate fi concepută fără energie electrică. Astfel, cea mai mare parte a descoperirilor din ultimul secol nu ar fi fost realizate dacă nu ar fi existat energia electrică. Această e folosită pretutindeni, iar accesul tot mai ușor și permisiv pentru fiecare dintre noi la utilizarea și folosirea tehnicilor și dispozitivelor moderne, la rapiditatea cu care acestea se dezvoltă și ținând cont de eficientizarea de zi cu zi a activităților, am considerat că alegerea unei teme din acest domeniu de activitate este importantă în societatea în care trăim.

Pentru a restrânge aria de interes, am încercat să pun în evidență acest proces de evoluție tehnologică într-un anumit domeniu și anume domeniul automatizărilor. Acest domeniu a avut parte de o dezvolatare continuă și foarte rapidă în ultimnii ani. Din acest motiv am încercat în lucrarea de față să realizez un proiect care să analizeze evoluția, dezvoltarea și utilitatea acestui domeniu.

Obiectivul dorit de atins a urmărit realizarea unui dispozitiv de acces automatizat cu scopul de a simplifica efortul fizic, a asigura securitatea în zona de acces acolo unde acestea vor fi montate precum și verificarea acelora care îl folosesc .

Scopul acestui proiect este acela de a demonstra utilitatea sistemelor de monitorizare a accesului în domeniile industriale sau private având un rol foarte important în diminuarea costurilor directe mai precis diminuarea forței de muncă și un proces tehnologic neîntrerupt și ușor de controlat.

În acest scop am realizat un proiect, în care am să prezint un sistem de monitorizare de la distanță a accesului cu cheie RFID și terminal de operare, acționat electric, prin intermediul cartelelor sau cardurilor de acces personalizate, acesta devenind foarte util și eficient pentru instituții publice sau private care doresc să folosească asemenea sisteme de monitorizare a accesului sau pentru securitatea zonelor în care acestea își desfășoară activitatea.

Am ales această temă ca modalitate de acces pentru că este utilă, prezentabilă din punct de vedere estetic, oferă siguranță în plus și poate să aibă un lung termen de funcționare fără importante lucrări de întreținere tehnică și mentenanță.

În concluzie, un sistem de monitorizare a accesului conferă o siguranță în plus acolo unde este folosit, aduce un profit semnificativ prin reducerea resursei umane, un control ușor si sigur de realizat, iar investiția sistemului de monitorizare a accesului nu este foarte costisitoare și poate fi folosit cu ușurință și eficace în orice loc .

Capitolul II. Fundamente teoretice

2.1 RFID-Radio Frequency Identification(Identificarea prin radio frecventa)

Identificarea prin Radio-Frecvența sau proximitate, este ultima și cea mai avansată metodă tehnologică de colectare automată a datelor, câștigând o largă acceptare pe măsură ce oamenii înțeleg și utilizează această tehnologie .

RFID este un sistem de identificare asemănător tehnologiei cu cod de bare. Sistemele cu cod de bare necesită un cititor și etichete adezive lipite pe obiecte, pe când RFID necesită un cititor și tag-uri speciale sau cartele atașate/integrate în obiecte. Prin comparație, codul de bare utilizează reflecția unui fascicul luminos peste eticheta ce conține tipărit codul, iar RFID folosește un câmp de radiofrecvență de putere mică. Acest câmp de radiofrecvență nu necesită o poziționare precisă a obiectului la citire, el penetrează orice material nemetalic nefiind necesar contactul direct cu echipamentul de citire .

Cele mai simple aplicații de proximitate pot fi comparate cu sistemele cod de bare, dar cele mai sofisticate produse RFID pot interfața cu senzori externi pentru măsurarea unor parametrii specifici, sau chiar sisteme GPS (Global Positioning Satellite system) pentru urmărirea poziției unor obiecte cu ajutorul sateliților .

Prin RFID nu se dorește înlocuirea codului de bare în toate aplicațiile, dar RFID trebuie să fie considerată o metodă adițională de colectare a datelor ce poate fi utilizată singular sau în combinație cu alte metode. Fiecare formă de colectare a datelor are avantaje proprii și un viitor utilizator trebuie să evalueze beneficiile fiecărei metode când dezvoltă un sistem ce rezolvă o problemă particulară [9].

2.1.1 Beneficiile unui sistem RFID

Ca și celelalte tehnologii de identificare RFID accelerează colectarea datelor și elimină intervenția umană în procesele de fabricație. Cantitatea mare de date necesară pentru automatizarea producției devine de necontrolat în cazul operatorilor umani, timpii de procesare crescând.

Singura metodă practică de colectare automată a acestor date este posibilă numai cu sisteme computerizate de identificare și urmărire. Achiziția automată a datelor crește valoarea informației din sistem prin accesul în timp real la aceasta. Spre exemplu, într-un flux de fabricație, dacă un lot de articole este lansat greșit spre o operație, informația respectivă devine valoroasă numai în timp util, altfel putând compromite lotul respectiv. Celelalte tehnologii de identificare necesită condiții speciale de operare, cazul cod-ului de bare unde este necesar un mediu curat fără interferențe optice. Cartelele cu memorie cu contact (gen cartelă de telefon) nu necesită condițiile menționate dar impun contacte curate pentru realizarea transferului datelor.

RFID este ideal pentru medii cu ulei, umezeală, praf ce se întâlnesc în procesele industriale.Tag-urile și cititoarele RFID nu conțin părți în mișcare, întreținerea fiind foarte redusă, pot opera în condițiile amintite lungi perioade de timp fără intervenție. Tag-urile pasive au o durată de funcționare extreme de mare, de obicei depășesc perioada de viață a obiectului gazdă. Datorită acestui motiv sistemele RFID devin cea mai ieftină soluție de identificare dacă este evaluată pe termen lung.

Față de cod-urile de bare sau suporții magnetici, tag-urile RFID sunt practic imposibil de copiat. Din acest motiv sunt ideale în aplicații cu un grad ridicat de securitate precum identificarea persoanelor sau a valorilor.

Tehnologia RFID este rapidă; viteza de citire a unui tag este de ordinal zecilor de milisecunde. Tag-urile sunt rezistente și la condiții grele de temperatură fiind posibilă operarea într-un interval de la – 40°C la + 200°C[14].

2.1.2 Cum funcționează un sistem RFID

Sistemele RFID sunt compuse, în general, din trei componente – un cititor , un transponder (tag de radiofrecvență) și un computer sau orice alt sistem de procesare a datelor.

Fig 2.1 Compunerea unui sistem RFID

Sistemele RFID utilizează transmisia prin radio frecvență pentru a identifica, cataloga, localiza persoane, animale și obiecte.

Cititorul conține componente electronice care emit și recepționează un semnal spre și de la tag-ul de proximitate, un microprocesor care verifică și decodifică datele recepționate și o memorie care înregistrează datele pentru o transmisie viitoare dacă este necesar. Cititorul are conectată o antenă pentru a fi posibilă recepția și transmisia datelor. Antena poate fi integrată în carcasa cititorului sau poate fi separată, situată la distanță de restul electronicii.

Un tag de proximitate conține un cip electronic ca element principal, acesta controlând comunicația cu cititorul. Acesta conține o secțiune de memorie cu rol de stocare a codurilor de identificare sau alte date, fiind activată odată cu comunicația.

În majoritatea cazurilor, cititorul emite un câmp electromagnetic într-o zonă a cărei mărime depinde de frecvența sistemului si dimensiunile antenei. Când un tag trece prin această zonă, acesta detectează semnalul generat de cititor si începe să comunice informațiile stocate în memorie. Semnalul generat de cititor oferă atât informații temporale cât si suficientă energie tagului pentru a-i asigura funcționarea. Informațiile de timp sincronizează comunicația dintre tag si cititor simplificând designul constructiv al acestora.

Atâta timp cât tag-ul este alimentat el parcurge o serie de secvențe ce permit adresarea unor locații de memorie, datele citite fiind transmise înapoi cititorului.

Când cititorul recepționează datele le decodifică și le supune unui test de validare (CRC – cyclic redundancy check). Dacă datele sunt valide, sunt transmise apoi unui computer prin intermediul unui protocol de comunicție.

Nu este necesar contactul direct sau o poziționare anumită la citire, deoarece câmpul generat penetrează prin materiale nemetalice, acest lucru permite ca tag-urile să fie atașate sau integrate în obiectele ce vor fi identificate.

Tag-urile pot fi active sau pasive. Un tag activ necesită conectarea la o baterie externă sau internă prin integrarea acesteia. Aceste sisteme au avantajul reducerii energie necesare generate de cititor, având o mai mare distanță de citire. Ca dezavantaj au o durată de viață scurtă datorită bateriei, fiind utilizate doar în aplicații specifice,prețul este mai mare decât al tagurile pasive.

Un tag pasiv operează pe baza energiei generate de cititor. Acestea sunt mai mici și mai ușoare decât cele active, mai ieftine iar durata de viață este teoretic nelimitată. Dezavantajul constă în distanța redusă de citire.

Tag-urile sunt divizate în trei grupe principale, citire-scriere, înscrise odată citite de mai multe ori, numai citire.

Tag-urile citire-scriere conțin o memorie ce stochează date ce pot fi modificate prin operații normale. Exemple de astfel de tag-uri sunt cartelele de telefon sau cărțile de credit bancar. Aceste tag-uri sunt mai scumpe decât celelalte tipuri.

Tag-urile ce pot fi numai citite conțin un cod unic programat ce nu poate fi modificat. Acest element conferă acestor tag-uri un nivel ridicat de securitate. Un sistem ce utilizează astfel de tag-uri necesită o compesare a procesării și stocării informației prin calculatoare și programe adecvate.

O ultimă clasificare a sistemelor RFID este după frecvențele radio de operare, acestea ar fi de joasă frecvență (100-500 KHz), frecvență intermediară (10-15MHz) și înaltă frecvență (850, 950 MHz până la 2,4-5 GHz) .

Sistemele de înaltă frecvență sunt utilizate în aplicații cu distanță și viteză foarte mare. Aplicații precum monitorizarea poziției autovehiculelor prin satelit, fac obiectul unor astfel de tag-uri. Dezavantajul constă în prețul foarte ridicat datorită gradului ridicat de execuție și exploatare.

Tag-urile de frecvență intermediară, nu sunt foarte comune, funcționând la o frecvență de 13,56 MHz. Aplicațiile specifice acestui segment fiind controlul accesului și cartelele inteligente, cărți de credit, unde sunt necesare cantități mari de date la transfer.

În majoritatea sistemelor utilizate astăzi, tag-urile pot fi citite numai câte unul, respectiv distanța dintre tag-uri trebuie să fie suficientă pentru a fi siguri că un singur tag este identificat. Distanța de citire depinde de dimensiunile antenei din interiorul tag-ului și de a celei conectate la cititor.

Ultimile dezvoltări în acest domeniu vizează sisteme anti-coliziune sau citire multiplă capacități ce permit citirea mai multor tag-uri aflate în câmpul de radiofrecvență[14].

Avantajele tagurilor RFID (față de etichetele cu cod de bare):

• tagurile de proximitate nu necesită contact direct pentru a funcționa;
• tagurile de proximitate sunt robuste și nu necesită întreținere;
• viteza de citire a tag-urilor este mult mai mare;
• unele tipuri de tag-urile pot fi și rescrise;
• prin reutilizare, prețul tagurilor reinscripționabile scade față de cel al etichetelor cu cod de bare;
• tagurile pot fi amplasate oriunde, unele pot fi chiar integrate în obiecte;
• nu necesită condiții bune de mediu, citirea tagurilor se poate realiza prin: praf, aburi, murdărie, noroi, apă …
• citirea se poate face și prin straturi de materiale nemetalice (vopsea, carton, plastic, lemn);
• datorită sistemelor de verificare încorporate, citirea unui tag de proximitate se face fără erori;
• tagurile pasive au o durată de funcționare practic nelimitată;
• tagurile sunt aproape imposibil de falsificat;
• tagurile cu scriere și citire pot fi inteligente (includ și procesări de date, cum ar fi cele pentru cărțile de credit);
• datorită memoriei interne, tagurile pot stoca mari cantități de date[14].

2.1.3 Managementul proiectelor RFID

Implementarea tehnologiei RFID necesită o atentă evaluare a cerințelor sistemului pentru o aplicație specifică. La momentul editării acestei broșuri, tehnologia RFID este livrată către client sub formă de sistem complet dedicate sau ca sistem specific aliniat cerințelor acestuia. Acesta din urmă necesită o analiză exactă, implementarea unui sistem client fiind posibil de realizat numai printr-o strânsă colaborare între beneficiar și un experimentat integrator de sistem. O firmă ce integrează astfel de sisteme trebuie să realizeze o analiză preliminară asupra mediului de lucru. Pentru a asigura distanța optimă de citire, fără interferențe, integratorul dispune alegerea și amplasarea cititoarelor și a tag-urilor.

Proiectele sistemelor client trebuie să includă un design conceptual care să ofere clientului o imagine de ansamblu înainte de implementare.

Ofertantul de sistem trebuie să fie capabil să prezinte un prototip care să demonstreze conceptele de bază ale aplicației. Acest prototip poate să fie urmat de un sistem pilot complet funcțional dar utilizat la o scară mai mică, extinderea acestuia fiind doar o problemă de timp[14].

2.1.4 Controlul accesului

Cea mai rapidă creștere pe piața control accesului este segmental cartelelor de proximitate și ariilor de citire. Cartelele de proximitate sunt purtate de angajați sau vizitatori iar cititoarele sunt montate la uși de acces, intrarea parcărilor sau în locuri de acces special amenajate unde este necesar controlul accesului. Când un posesor trece cartela prin apropierea unui cititor, ușa este deblocată numai dacă persoana este autorizată pentru acces.

Accesul în zone speciale poate fi limitat pentru anumiți angajați între anumite perioade de timp determinate. Sistemul permite modificarea permisului accesului în zile de sărbătoare sau în concedii. Vizitatorii pot primii acces numai în anumite zone și între anumite perioade de timp. Înregistrările timpilor de intrare și ieșire pentru fiecare persoană sunt păstrate în memoria cititorului pentru o examinare și procesare ulterioară, folosite la calculul pontajului sau pentru plata utilizării parcărilor auto. Sistemul poate determina dacă o persoană este în clădire astfel poate fi localizată în vederea comunicării unor mesaje urgențe. Pot fi generate rapoarte diverse, privind activitatea într-o zonă specifică, într-o perioadă de timp sau pentru o anumită persoană.

Sistemele de proximitate sunt ideale pentru persoanele cu handicap.

Când un de tag ce aparține unei persoane cu handicap se află în apropierea unui cititor este posibilă deschiderea automată a unei uși iar îngrijitorii sunt atenționați că este necesar ajutorul lor de către aceste persoane. Cartela poate fi montată pe un scaun cu rotile iar cititorul poziționat în apropiere astfel ca orice persoană ce se află în cărucior să i se permită accesul[14].

Fig 2.2 Controlul acces Rfid

2.1.5 Pontajul computerizat

Tag-urile RFID sunt ideale pentru identificarea angajaților. Cartelele de proximitate actuale sunt prezentate sub două moduri principale. O cartel laminată asemănătoare cu cartelele de credit bancare. O față a cartelei este tipărită și conține de obicei poza angajatului imprimată prin metoda transferului termic sau prin sublimare. Această cartelă oferă și avantajul unei securități prin compararea imaginii tipărite cu cea a posesorului.

Un alt tip de cartelă este construită prin integrarea tag-ului între două folii de plastic transparente. De grosime redusă, sub 1 mm, această cartelă oferă o durată de funcționare mare și multiple posibilități de imprimare.

Aceste cartele deosebit de versatile sunt ideale pentru înregistrarea timpiilor de intrare-iesire a angajațiilor informații obținute fiind ușor de prelucrat în vederea obținerii unor pontaje[14].

2.1.6 Controlul inventarului

Aproape fiecare magazie sau depozit poate beneficia de utilizarea sistemului de identificare prin proximitate în vederea urmăririi și gestiunii stocurilor. Articole individuale sau chiar grupe de produse pot fi urmărite cu ușurință. Un operator sau un stivuitor mecanic echipat cu un cititor poate identifica instantaneu produsul său grupa de produse necesare a fi încărcată. Pe parcursul intrărilor sau ieșirilor unor containere cu produse într-o magazie, pot fi actualizate liste de inventar a stocurilor sau livrărilor pe o perioadă de timp. Datorită faptului că tag-urile pot fi ascunse prin integrare în obiect, se reduce riscul distrugerii acestora prin manipulare sau accidental. Operatorul sau responsabilul depozitului nu mai este nevoit să identifice articolele vizual, astfel eliminând subiectivismul acestora în aprecierea unor repere cu aspect asemănător[14].

Fig 2.3 Control inventar Rfid

2.2 MFRC522( Mifare RFID RC522 )

2.2.1 Consideratii generale

MFRC522 este un puternic integrat cititor/scriitor IC pentru cititor de comunicare la 13.56 MHz. Cititorul de MFRC522 acceptă ISO/IEC 14443 A/MIFARE mod.

Transmițătorul intern MFRC522 este capabil să conducă un cititor/scriitor antenă , proiectat pentru a comunica cu ISO/IEC 14443 A/MIFARE cartele fără circuite active suplimentare. Receptorul modulului prevede o aplicare robustă și eficientă care permite demodulația semnalului și decodarea de semnale la ISO/IEC 14443 A/MIFARE a cardurilor compatibile. Modulul digital gestionează complet ISO/IEC 14443 o încadrare și detectare de erori și funcționalitate CRC.

MFRC522 acceptă produsele MF1xxS20, MF1xxS70 și MF1xxS50 . MFRC522 susține cititorul de comunicare și utilizează MIFARE cu o viteză mai mare de transfer de până la 848 kBd în ambele direcții[7].

Următoarele interfețe gazdă sunt furnizate:

• Serial Peripheral Interface (SPI)

• Serial UART (similar cu RS232 cu niveluri de tensiune ce depind de contactul tensiunii de alimentare)

• I2C-bus interface

2.2.2 Trăsături și beneficii

Circuitele analogice puternic integrate să demodulareze și decodeze răspunsurile

Drivere de ieșire pentru conectarea unei antene cu numărul minim de componente externe

Suportă ISO/IEC 14443 A/MIFARE

Distanța de operare tipică în modul de citire / scriere este de până la 50 mm în funcție de

Dimensiunea și de reglarea antenei.

Suportă MF1xxS20, MF1xxS70 și MF1xxS50 și criptarea din modul de citire / scriere

Suportă ISO/IEC 14443 un transfer mai mare de comunicare de până la 848 kBd

Suportă MFIN/MFOUT

Moduri de întrerupere flexibilă

Alimentare joasă prin modul de software

Temporizator programabil

Sursă de alimentare între 2,5 V și 3,3 V

Coprocesor CRC

Pini programabili I/O

Autotest intern[7]

2.2.3. Diagrama bloc

Interfața analogică se ocupă de modularea și demodularea de semnale analogice.

Contactul UART gestionează cerințele protocolului pentru protocoalele de comunicare în cooperare cu gazda. FIFO asigură un transfer de date rapid și comod la și de la gazdă și cititor de UART și vice versa.

Diferitele interfețe gazdă sunt aplicate pentru a satisface diferitele cerințele ale clientului[11].

Fig. 2.4 Diagrama bloc MFRC522

Modulul de transmisie MFRC522 acceptă modul de citire / scriere pentru ISO/IEC 14443 A/MIFARE utilizând diferite viteze de transfer și protocoale de modulație.

Fig.2.5 Modul citire/scriere a lui MFRC522

2.2.4 Detectarea automata a microcontrolerelor de interfata

MFRC522 suportă interfațarea directă gazdei cu ajutorul SPI, I2C-bus sau interfețe UART. MFRC522 își resetează interfața și verificări tipul de interfață gazdă curentă automat după efectuarea unei alimentarari sau resetări a hardului. MFRC522 identifică interfața gazdă prin sesizarea logică la nivelul pinilor de control după faza de resetare. Aceasta se realizează cu ajutorul unei combinații de fixat conexiunea pinilor. Tabelul următor prezintă diferite configurații de conectare[11].

Tabelul 1. Protocolul de conexiune pentru detectarea diferitelor tipuri de interfață

2.3 ARDUINO

Arduino Uno este o placă microcontroler bazată pe ATmega328. Ea are 14 pini digitali de intrare/ieșire dintre care 6 pot fi utilizați ca ieșiri PWM, 6 intrări analogice, un rezonator ceramic de 16 MHz, o conexiune USB, un jack de putere, în afara ICSP și un buton de resetare. Acesta conține tot ce este necesar pentru a sprijini microcontroler, trebuie conectat la un computer cu un cablu USB sau de alimentare cu un adaptor sau baterie AC-DC pentru folosirea acestuia.

Uno diferă de toate plăcile precedente care nu utilizează chip driver FTDI USB serial. În schimb, este dotat cu Atmega16U2 , programat ca un convertor USB serial.

În al 2-lea rând Uno are o rezistență trăgând linia 8U2 CAF la sol, ceea ce face mai ușor de pus în modul DFU.

În al 3-lea rând are următoarele caracteristici noi:

1.0 pin-out: SDA adăugat și pini ȘCL care sunt aproape la pinul AREF și alți doi pini noi amplasați în apropiere de pinul RESET, IOREF care permit scuturile pentru a se adapta la tensiunea furnizată de la bord. În viitor, scuturile vor fi compatibile atât cu placa care utilizează AVR,cât și cu cea care operează cu 5V și cu Arduino Due care operează cu 3.3V. Al doilea este un pin care nu este conectat, și care este rezervat pentru scopuri viitoare.

Circuit RESET puternic.

ATMEGA 16U2 înlocuiți 8U2[6].

"Uno" înseamnă unul în italiană și este numit pentru a marca lansarea viitoare de Arduino 1,0. Uno și Versiunea 1.0 va fi versiunile de referință ale Arduino, merge mai departe. Uno este ultimul dintr-o serie de placi Arduino USB, iar modelul de referință pentru platforma Arduino; pentru o comparație cu versiunile anterioare, a se vedea indicele de placi Arduino[6] .

Fig. 2.6 Placa Arduino UNO – vedere fata

Fig. 2.7 Placa Arduino UNO – vedere spate

Specificații

Tip releu electromagnetic

Tensiune nominală bobină 12V DC

Tensiune min. bobină 9V DC

Curent comutat 10A

Tensiune comutată max 120V AC, max 30V DC

Rezistență bobină 360Ω

Timp acționare 10ms

Timp descărcare 5ms

Curent bobină 33.3mA

Rezistență contact max. 100mΩ

Consum propriu 400 mW

Pas pini 2mm

Dimensiuni exterioare 22.5 x 16.5 x 19mm

Montare PCB

Configurație pini SPDT [6]

2.3.1 Pinii de intrare și ieșire

Fiecare dintre cei 14 pinii digital de pe Uno poate fi utilizat ca intrare sau ieșire, folosind funcțiile pinMode () , digitalWrite () , și digitalRead () aceștia funcționează la 5 volți. Fiecare pin poate oferi sau primi un maxim de 40 mĂ și au o rezistență pull-up internă (deconectată implicit) de 20-50 kohmi. În plus, unii pini au funcții specializate:

Serial: 0 (RX) și 1 (TX) este folosit pentru a primi (RX) și transmite date seriale (TX) TTL. Acești pini sunt conectați la pinii corespunzători ai ATmega328U2 USB-to-TTL cip Serial. Întreruperile externe: 2 și 3 acești pini pot fi configurați pentru a declanșa o întrerupere pe o valoare scăzută, o margine în creștere sau în scădere, sau o modificare a valorii.

PWM: 3, 5, 6, 9, 10, și 11 furnizează 8-biți iar PWM furnizează o ieșire analogWrite () .

SPI:. 10 (SS), 11 (Moși), 12 (MISO), 13 (SCK) acești pini sprijină comunicare SPI folosind biblioteca SPI .

Există un built-in LED conectat la pinul digital 13 atunci când PIN-ul are valoarea ridicată, LED-ul este aprins, atunci când pinul este LOW, este oprit.

Uno are 6 intrări analogice, etichetate A0 prin A5, fiecare oferă 10 de biți de rezoluție (de exemplu, 1024 valori diferite). În mod implicit se măsoară de la sol la 5 volți, deși este posibil să se schimbe capătul de sus a gamei lor, folosind PIN-ul AREF și funcția analogReference (). În plus, unii pini au funcționalitate de specialitate: Pin A4 sau SDA și A5 sau pin ȘCL: TWI.

Există o serie de alți pini de pe placa: AREF tensiune de referință pentru intrări analogice, folosit cu analogReference()[6].

2.3.2 Conectarea:

Arduino Uno poate fi alimentat prin intermediul conexiunii USB sau cu o sursă de alimentare externă. Sursa de alimentare este selectată automat.

O sursă Non-USB de alimentare externă poate veni fie de la un adaptor AC-DC sau baterie. Adaptorul poate fi conectat prin conectarea unei mufe de 2.1mm.

Placa poate opera pe o sursă externă de 6 până la 20 de volți. Dacă este alimentată cu mai puțin de 7V, pinul de 5V poate furniza mai puțin de cinci volți și placa poate fi instabilă.

Dacă se conectează la o sursă de mai mult de 12V, regulatorul de tensiune se poate supraîncălzi și deteriora placa. Intervalul recomandat este de 7-12 volți[6].

2.3.3 Comunicarea:

Arduino Uno are o serie de facilități pentru comunicarea cu un calculator, altă placă Arduino, sau alte microcontrolere. ATmega328 oferă UART TTL (5V) serial de comunicare, care este disponibil pe pinii digitali 0 (RX) și 1 (TX). Un ATmega16U2 pe canalele plăcuței, acest serial de comunicare USB apare ca un port COM virtual pentru software-ul de pe calculator. Firmware 16U2 folosește driverele standard de USB COM, și nu este nevoie de driver extern. Cu toate acestea, pe Windows, este necesar un fișier .inf . Software-ul Arduino,care include un monitor serial care permite date textuale simple pentru a fi trimise la și de la placa Arduino. RX și TX LED-urile de pe placă vor palpaii atunci când datele sunt transmise prin intermediul CIP și USB de la computer.O bibliotecă SoftwareSerial permite comunicarea în serie pe oricare dintre pini plăcii Arduino[6].

ATmega328 sprijină, de asemenea comunicarea I2C (DST) și SPI . Software-ul Arduino include o bibliotecă pentru a simplifica utilizarea I2C, și o bibliotecă SPI.

Fig. 2.8 Arduino Uno

2.3.4 Prezentarea microcontrolerului ATmega328:

ATmega328 este un cip microcontroler creat de către Atmel și face parte din seria de megaAVR.

Atmega328 AVR 8-bit este un circuit integrat de înaltă performanță ce se bazează pe un microcontroler RISC, combinând 32 KB ISP flash o memorie cu capacitatea de a citi în timp ce scrie, 1 KB de memorie EEPROM, 2 KB de SRAM, 23 linii E/S de uz general, 32 inregistrari procese generale, trei cronometre flexibile/contoare în comparație cu, întreruperi internă și externă, programator de tip USART, orientate interfață serială byte de 2 cabluri, SPI port serial, 6-canale 10-bit Converter A/D (8-chanale în TQFP și QFN/MLF packages), "watchdog timer" programabil cu oscilator intern, și cinci moduri de software-ul intern de economisire a energiei selectabil. Dispozitivul funcționează 1,8-5,5 volți.

Prin executarea instrucțiuni puternice într-un singur ciclu de ceas, aparatul realizează un răspuns de 1 MIPS.

ATmega328 acesta este frecvent utilizat în mai multe proiecte și sisteme autonome unde un microprocesor simplu, de consum redus si cost scăzut. Poate cea mai comună implementare acest chip este populara platforma pentru Arduino, pentru modelele Uno și Nano[5].

Tabel 2. Parametrii tehnici Atmega 328

Fig 2.9 Schema bloc Atmega328

Microcontrolerul Atmega328 are înalta performanță cu un consum redus de energie, cu o arhitectură RISC(Reduced instruction set computing) avansată.

Miezul AVR combină un set bogat de regiștrii cu 32 de regiștrii uzuali. Toți cei 32 de regiștrii sunt conectați la unitatea logică aritmetică(ALU), permițând ca doi regiștrii independenți să fie accesați într-o singură instrucțiune realizată într-un singur ciclu de ceas. Codul arhitecturii realizate este de până la 10 ori mai rapid decât microcontrolerele CISC convenționale[5].

Fig. 2.10 Microcontroler Atmega

Descrierea pinilor:

VCC – Tensiune de alimentare

GND – Pamantare

Port B (PB7:0) XTAL1/XTAL2/TOSC1/TOSC2 – este un port I/O pe 8 biți bidirecțional cu rezistențe interne „pull-up” (selectate pentru fiecare bit).

Port C (PC5:0) – Port C este un port I/O 7-bit bi-directional cu rezistențe interne pull-up (selectate pentru fiecare bit).

PC6/RESET – Este un pin pentru RESET, dacă RSTDISBL este programat pinul PC6 este folosit ca si un pin I/O, iar daca RSTDISBL nu este programat atunci este folosit ca si pin de resetare.

Port D (PD7:0) – este un port I/O pe 8 biți bidirecțional cu rezistențe interne „pull-up” (selectate pentru fiecare bit).

AVCC – este pin-ul de tensiune de alimentare pentru convertorul A/D, PC3: 0, și ADC7: 6.

AREF – este pin-ul de referință analogic pentru convertorul A/D.

ADC7:6 (TQFP and QFN/MLF Package Only) – pachetul QFN / MLF, ADC7: 6 servesc drept intrări analogice la convertorul A/D, acesti pini sunt alimentati de la rețeaua analogică și servesc drept canale ADC de 10-biți[5].

Fig. 2.11 Imaginea capsulei si semnificatia pinilor

2.4. Motorul de curent continuu

În construcția actuală, motorul de curent continuu este un dispozitiv ce transformă energia electrică în energie mecanică, acesta se compune în principal dintr-un inductor heteropolar, care formează statorul mașinii și un indus care constituie rotorul. În figura 2.11. s-au reprezentat secțiunile principale printr-o mașină de curent continuu[2] .

Fig. 2.11. Secțiunea longitudinală printr-un motor de curent continuu

1 – carcasă; 2 – scut suport; 3 – scut tracțiune; 4 – polul principal; 5 – polul de comutație; 6 – pachetul de tole rotoric; 7 – bandaj rotor; 8 – înfașurarea rotorului; 9 – ax (arbore) ;

10 – suport portperii; 11 – portperie; 12 – colector; 13 – căpăcel exterior; 14 – rulment cu bile; 15 – rulment cu role; 16 – cutie de borbe; 17 – bulonul de fixarea scutului; 21 – ventilator; 22 – perie; 23 – colier port-perie.

Fig. 2.12 Secțiunea transversală printr-un motor de curent continuu

18 – bobină de comutație; 19 – bobină de excitație; 20 – inel de ridicare.

Statorul este echipat cu 2p poli inductori denumiți polii principali. În construcția uzuală, miezul feromagnetic al polilor inductori este realizat din oțel masiv, sau din tole de tablă feromagnetică cu grosimea de 0,5 … 2 mm asamblate împreună prin buloane de strângere nituite. Miezul feromagnetic al polilor inductori realizat din tole se execută mai ușor și prezintă avantaje în funcționare prin faptul că pierderile suplimentare de suprafață datorită pulsațiilor câmpului magnetic sunt mai reduse decât în cazul folosirii pieselor polare masive.

Pe miezul polilor inductori sunt așezate bobinele de excitație realizate cu conductor de cupru izolat cu email, bumbac, fibre de sticlă etc.

Bobinele sunt conectate în serie astfel, încât polii de un nume să alterneze la periferia armăturii cu polii de nume contrar, pentru a se obține un inductor heteropolar[1].

La mașinile de puteri mijlocii și mari între polii inductori se așează polii de comutație denumiți și poli auxiliari. Grosimea miezului polilor auxiliari este mai mică decât la polii principali. Polii auxiliari se realizează, de asemenea, din oțel masiv sau din tole. Pe miez sunt așezate bobine realizate cu conductor de cupru izolat, bobinele polare sunt conectate în serie astfel, încât polii de comutație să formeze de asemenea un sistem heteropolar.

Mașinile de puteri mari și foarte mari, precum și mașinile destinate acționărilor electrice rapide, se mai echipează cu o înfășurare de compensație, așezată în crestăturile prevăzute în acest scop în piesele polare ale polilor principali. Axa magnetică a acestei înfășurări coincide cu axa periilor. Înfășurarea de compensație se conectează în serie cu indusul și are rolul de a compensa reacțiunea indusului.

Jugul inductorului se execută din oțel turnat sau din produse laminate din oțel (tablă sau țeavă). Lungimea axială a jugului inductor este mai mare decât lungimea polului inductor. În acest fel, jugul îndeplinește și rolul de carcasă, protejând mecanic părțile frontale ale înfășurărilor statorului.

La mașinile de construcție specială, jugul este executat din tole de tablă silicioasă, izolate între ele, fiind stanțate odată cu polii inductori. La aceste mașini, protecția mecanică a bobinelor statorului este asigurată de scuturile frontale.

Pe carcasă sunt prevăzute elementele constructive comune tuturor mașinilor electrice: cutia de borne, plăcuța indicatoare, borna de legătură la masă, dispozitivele de ridicare, tălpile de fixare etc.

În părțile frontale, statorul este echipat cu două scuturi port-lagăre pentru susținerea și centrarea rotorului.

Sistemul de perii colectoare este așezat într-unul din scuturile frontale și se compune din colierul periilor de care se fixează tijele portperiilor, portperiile și periile.

La mașinile mici, mijlocii și mari portperiile se realizează din tablă de alamă sau sunt turnate din aliaje neferomagnetice (bronz, aliaj de aluminiu etc.) pentru a nu fi supuse proceselor de coroziune. Suportul periei trebuie să permită o mobilitate ușoară a acesteia și să contribuie la transmisia căldurii dezvoltate în zona de contact dintre perie și colector.

La micromotoare, portperiile se execută din materiale izolante prin presare la cald sau prin turnare.

Periile se realizează din electrografit, la mașinile cu tensiunea nominală la bornele indusului până la 24 V, periile se execută din cupru grafitat.

Sistemul de perii se poate decala din exterior în raport cu scutul în care este așezat, pentru a permite reglarea poziției periilor pe colector în raport cu polii inductori.

Rotorul constituie indusul mașinii, miezul feromagnetic al acestuia este realizat din tole ștanțate din tablă silicioasă normal aliată, de 0,5 mm grosime, izolate între ele. La periferia tolelor sunt ștanțate crestături repartizate uniform, tolele sunt împachetate fie direct pe axul mașinii, fie pe butucul rotorului. Pentru a asigura o bună răcire a rotorului, miezul feromagnetic este prevăzut cu canale axiale de partea interioară între jug și ax.

Înfășurarea indusului este o înfășurare repartizată, închisă, construită în două straturi. Înfășurarea se execută din conductor de cupru izolat cu bumbac și se împregnează. Conductorul se poate izola și cu fibră de sticlă, folii sau benzi pe bază de mică, în funcție de clasa de izolație a mașinii.

Înfășurarea este așezată în crestăturile prevăzute la periferia indusului și este racordată la lamelele colectorului .

La o lungime a miezului feromagnetic mai mare de 15-20 cm, miezul se execută sub formă de pachete de 4-6 cm lungime, între care se prevăd canale radiale de răcire având lărgimea de 1-1,2 cm, pentru a mări suprafața de transmisie a căldurii.

Tolele sunt presate între ele cu o presiune de 50-100 N/cm2.

În tole sunt ștanțate crestăturile (fig. 2.13) în care se așează înfășurarea indusului. Crestăturile se construiesc de obicei deschise, pentru a rezulta o inductivitate de scăpări a bobinei mai mică. La mașinile cu canale radiale de răcire se prevăd și canale axiale prin care mediul de răcire poate avea acces spre canalele radiale[3].

Fig. 2.13 Tolă pentru indus

Colectorul este format din lamele conductoare ștanțate din bandă de cupru de profil trapezoidal și izolate între ele cu lamele izolante din micanită. Lamelele sunt asamblate împreună pe un butuc și sunt izolate față de acesta cu ajutorul unor conuri de micanită, fixarea lamelelor de butuc se face prin sistemul numit coadă de rândunică. La mașinile de puteri foarte mici lamelele au forma literei H. Strângerea colectorului se realizează cu inele metalice, izolate față de lamelele conductoare printr-o masă turnată din rășini sintetice.

În partea exterioară, lamela de cupru prezintă un steguleț la care se conectează capătul de sfârșit al unei secții și capătul de început al secției succesive în circuitul electric al înfășurării, sau o priză a înfășurării indusului[2] .

Polii inductori. Miezul feromagnetic al polilor inductori denumiți și poli principali este construit la mașina de curent continuu din tablă de oțel, de grosime 0,5—1,5 mm. Tolele (fig. 2.14) nu se izolează și sunt asamblate împreună prin buloane nituite. Secțiunea miezului polului inductor executat din tole este de formă dreptunghiulară sau pătrată. La mașinile de puteri mici, polii inductori se execută de obicei din oțel masiv. Secțiunea polului poate fi în acest caz și de formă circulară. Avantajele polilor inductori construiți din tole sunt următoarele: se asigură o omogenitate a polului, se reduc simțitor pierderile de suprafață în piesa polară, iar procesul tehnologic este mai ușor (se evită prelucrări mecanice după profile speciale).

Înfășurarea de excitație se execută sub forma unor bobine concentrate așezate pe polii inductori.

Polii de comutație. Miezul feromagnetic al polilor do comutație este executat din oțel masiv. În mașinile de curent continuu cu variații bruște ale sarcinii, polii de comutație se excută lamelați

Fig. 2.14 Tolă pentru polul inductor

Scuturile. Pentru centrarea și susținerea rotorului față de stator, mașina de curent continuu este prevăzută cu scuturi frontale executate fie din oțel sau fontă turnată, fie din tablă de oțel sudată. În scuturi sunt prevăzute lagărele în care se învârtește axul mașinii. Pe scutul situat de partea colectorului este montat colierul cu tijele portperiilor, portperiile și periile.

Lagărele mașinii de curent continuu sunt de alunecare (la generatoare și la mașini de puteri mari), sau de rulare (la mașini de puteri mici și mijlocii – îndeosebi la motoare)[3] .

Fig. 2.15 Elemente constructive ale mașinii de curent continuu

În figura 2.16 sunt reprezentate secțiuni parțiale ale colectorului.

După modul de alimentare a înfășurării de excitație, mașinile de curent continuu se clasifică astfel:

Mașini cu excitație separată sau independentă, la acestea înfășurarea de excitație este alimentată de la o sursă separată.

Mașini cu autoexcitație, la care înfășurarea de excitație este alimentată de la bornele indusului. Din această categorie fac parte următoarele: mașina, de curent continuu derivație, care are înfășurarea de excitație conectată în paralel cu înfășurarea indusului, mașina de curent continuu serie, care are înfășurarea de excitație conectată în serie cu înfășurarea indusului și mașina de curent continuu compund care prezintă două înfășurări de excitație, una conectată în serie cu indusul, iar cea de-a doua în paralel.

Mașini cu excitație mixtă, care prezintă două sau mai multe înfășurări de excitație, dintre care cel puțin una este alimentată de la o sursă separată, iar alta este alimentată în serie sau în paralel cu indusul[2] .

Fig. 2.16 Secțiuni parțiale prin colector

1 – lamela ; 2 – conul izolat din micanită ; 3 – bandajul ; 4 – butucul colectorului ; 5 – inelul

de strângere ; 6 – bulonul de strângere ; 7 – lamela izolantă.

În schemele electrice, mașina de curent continuu se reprezintă prin semne convenționale conform CU STAS 1590/5-71 ca în figura 2.17. Marcarea extremităților libere ale înfășurărilor, respectiv a bornelor, este standardizată (STAS 3 539-71), după cum urmează:

– pentru înfășurarea din indus — litera A ;

– pentru înfășurarea polilor auxiliari — litera B;

– pentru înfășurarea de compensare— litera C;

– pentru înfășurarea de excitație serie — litera D;

– pentru înfășurarea de excitație derivație — litera E;

– pentru înfășurarea de excitație separată — litera F .

Fig. 2.17 Semne convenționale pentru mașina de curent continuu

a – mașina cu excitație independentă; b – mașina derivație; c – mașina serie; d – mașina compund; e – mașina cu excitație mixtă, cu poli de comutație și înfășurare de compensare.

2.5 SERVOMOTOARE ELECTRICE

În literatura sub denumirea de servomotoare se cuprind motoarele electrice executate special pentru a fi utilizate în sistemele automate de poziționare și care în general sunt de puteri reduse (până la puteri de ordinul câtorva [kW]).

Pentru puteri mai mari se folosesc motoarele electrice convenționale,care sunt elemente de execuție mai lente, cu constante de timp mai mari dar și cu randament mai bun.

 Servomotoarele sunt motoare electrice speciale, de curent continuu sau curent alternativ cu viteză de rotație reglabilă într-o gamă largă în ambele sensuri având ca scop deplasarea într-un timp prescris a unui sistemmecanic (sarcina) de-a lungul unei traiectorii date, realizând totodată și poziționarea acestuia la sfârșitul cursei cu o anumită precizie[16].

Sistemele de reglare automată moderne impun servomotoarelor următoarele performanțe:

 1.gamă largă de modificare a vitezei în ambele sensuri;

 2.funcționare stabilă la viteză foarte mică;

 3.constante de timp cât mai reduse;

4.fiabilitate și robustețe ridicate;

 5.raport cuplu/moment de inerție cât mai mare;

 6.suprasarcină dinamică admisibilă mare;

 7.caracteristici de reglare liniare.

Servomotoarele electrice se folosesc în cele mai diverse aplicații cum ar fi acționarea roboților industriali universali, a mașinilor unelte cu comandă numerică, a perifericelor de calculator , în acționarea imprimantelor rapide, în tehnica aerospațială, instalații medicale etc[16].

Din punct de vedere constructiv, servomotoarele cuprind aceleasi elemente ca si masinile

clasice de curent continuu, particularitatile constructive fiind dictate de gabaritele mici, constantele de timp reduse, gama de viteza impusa etc.

Se disting urmatoarele tipuri constructive de servomotoare:

– cu rotor cilindric cu crestaturi;

o cu rotor disc (întrefier axial);

o cu rotor în forma de pahar;

– cu rotor cilindric fara crestaturi.

În ceea ce priveste tipul de excitatie folosit, exista variantele:

o cu excitatie electromagnetica (separata, serie);

o cu excitatie cu magneti permanenti;o cu excitatie hibrida (electromagnetica si cu magneti permanenti)[15].

Servomotoarele cu excitatie electromagnetica se construiesc, în general, pentru puteri mari, dar, în ultimul timp, se utilizeaza, tot mai frecvent, magnetii permanenti, datorita unor avantaje: dimensiuni mai mici, randamente mai bune, probleme de racire mai simple[15].

2.6 Motorul servo SG90

Mic și ușor cu un randament ridicat. Servo-ul se poate roti cu aproximativ 180 de grade (90 în fiecare direcție) și funcționează la fel ca tipurile standard, dar este mai mic.

Puteți utiliza orice cod pentru servo, echipament sau colecție de programe pentru a controla aceste servo-uri. Bun pentru începătorii care doresc să facă lucrurile să se miște fără a construi un aparat de comandă, cu feedback și cutie de viteze, mai ales că încape în locuri mici. Este alcătuit din trei brațe și hardware[12] .

Specificații:

Greutate: 9 gr.

Dimensiune: 22.2 x 11.8 x 31 mm aprox.

Cuplu de torsiune: 1.8 kgf x cm

Viteză de operare: 0.1 s/ 60 grade

Tensiune de operare: 4.8 V (~5V)

Latime de banda: 10 µs

Interval de temperatură: 0 – 55 C

Fig.2.18 Motor servo SG90

Fig. 2.19 Schema Motor servo SG90

Fig.2.20 Schema conectare motor servo SG90

Poziția: ”0” (1.5 pulse ms) este mediu, ”90” (~2 pulse ms) este tocmai la dreapta ”-90„ (~ 1 pulse ms) este tocmai la stânga[12].

Capitolul III. Descriere practica

3.1 Schema bloc

Fig. 3.1 Schema bloc a sistemului de monitorizare a accesului

3.2 Descrierea lucrarii

Am ales să discut și totodată să realizez monitorizarea de la distanță a accesului cu cheie RFID și terminal de operare, datorită faptului că este o metodă foarte simplă care permite accesul în anumite unități ( instituții, scara de bloc, parcare, fabrici etc ) printr-o cartelă/card. Prin această metodă se permite verificarea și monitorizarea accesului în unități. Spre exemplu, în momentul în care se face intrarea într-o unitate care este dotată cu un astfel de sistem , se transmite informația în programul Kepwere server. Intrarea într-o unitate se face pe baza cartelei autorizate. Indiferent dacă persoana care folosește o asemenea cartelă/card , autorizată sau neautorizată, informația va fi transmisă automat către serverul de monitorizare „Kepwere server „ .

În cele ce urmează voi vorbi despre Kepwere server. Acest server a fost realizat pentru monitorizarea și verificarea intrărilor și ieșirilor din unități.

Kepwere server

Kepwere server este o aplicație Windows pe 32 de biți, care asigură un mijloc de aducere a datelor și informațiilor de la o gamă largă de dispozitive și sisteme industriale în aplicațiile client de pe Windows PC-ul dvs.

Kepwere server se încadrează în categoria de aplicație "Server". Termenul de "client / server de aplicare" este foarte des auzit în mai multe discipline de software și în segmente de afaceri. În piața industrială, acesta este utilizat, de obicei, pentru a înțelege schimbul de fabricație sau datele de producție între o varietate de aplicații, de la software-ul de interfață om-mașină și istoricul de date, la aplicații largi de MES și ERP.

Indiferent de segmentul de business servit, aplicațiile client / server au un lucru în comun:

-o metodă standardizată de schimb de date. În segmentul industrial, multe tehnologii client / server au fost dezvoltate în ultimii zece ani. Inițial, unele dintre aceste tehnologii au fost brevetate.

În multe cazuri, aceste arhitecturi client / server brevetate au fost utilizate pe scară largă, dar au rămas indisponibile pentru aplicațiile de la terți. Mai devreme în dezvoltarea Windowsului, Microsoft a furnizat un generic de tehnologie client / server numită DDE sau Dynamic Data Exchange. DDE a furnizat o arhitectură de bază, care ar permite mai multe aplicații Windows de schimb de date de la o gamă largă de furnizori, însă există o problemă. DDE nu a fost proiectat pentru piața industrială. Îi lipsește viteza și robustețea dorită într-un decor industrial. Cu toate acestea, acest lucru nu a fost o piedică pentru ca DDE să devină o arhitectură dominantă client / server, în mare parte datorită disponibilității sale în cele mai multe aplicații Windows. În timp, variații de Microsoft DDE au fost dezvoltate de către unii dintre furnizorii importanți de pe piață. Aceste variații au abordat unele dintre problemele de viteză și fiabilitate ale DDE, însă mulți oameni din segmentul industrial au fost de acord că este necesar să se dezvolte un sistem mai bun.

Odată cu apariția sistemelor de operare pe 32 de biți, precum și utilizarea de Ethernet pentru a oferi comunicații între dispozitive, a fost nevoie de transfer rapid și curat de date între aplicațiile software. Astfel s-a înființat OPC-ul în industrie.

Serverele OPC

Un server OPC este o aplicație software, un driver standardizat, conceput în conformitate cu una sau mai multe specificații OPC. Aplicațiile OPC server asigură „traducerea” informațiilor din limbajele specifice surselor de date și elementele componente ale arhitecturii OPC. Transferul de date într-un sistem bazat pe specificațiile OPC este bidirecțional, de aceea o aplicație OPC server are atât posibilitatea de a citi date din dispozitive, cât si de scrie date în memoria acestora. Relația dintre aplicațiile client și server

OPC sunt de tip master-slave, ceea ce înseamnă că serverul OPC va transfera date de la sau către sursa de date doar dacă aplicația client o cere.

Din punctul de vedere al dispozitivelor cu care o aplicație OPC server poate realiza comunicarea, gama acestora este foarte variată, putându-se stabili o conexiune cu orice dispozitiv care dispune de o ieșire în semnal electric: PLC-uri, echipamente de achiziție de date, echipamente distribuite de monitorizare și control, cântare electronice, baze de date, dispozitive de stocare, pagini web etc. În vederea realizării unei conexiuni cu astfel de dispozitive este necesară utilizarea unei aplicații OPC server compatibilă cu protocoalele sau interfețele de comunicații proprii acestora. O astfel de aplicație OPC server odată implementată, comunicare cu dispozitivele poate fi realizată de către orice aplicație de tip client, indiferent de caracteristicile native ale surselor de date. Majoritatea producătorilor de dispozitive și aplicații oferă utilizatorilor aplicații de tip OPC server pentru produsele lor, însă există și producători de aplicații OPC care acoperă o gama variată de produse compatibile.

Structura internă a unei aplicații OPC server este compusă din următoarele module:

Modul de comunicații OPC: Acest element al aplicației OPC sever este responsabil de realizarea comunicației cu o aplicație OPC client. O aplicație OPC server performantă trebuie să fie compatibilă în totalitate cu specificațiile OPC în vederea unei comunicări eficiente cu aplicațiile OPC client.

Modul de comunicații cu sursele de date: Aplicația OPC server are rolul de a realiza comunicarea cu sursa de date conform unor standarde. În unele cazuri, conexiunea se realizează prin intermediul protocoalelor proprii surselor de date, însă comunicarea se poate realiza și prin intermediul unor aplicații de interfațare programabile – Application Programming Interface (API). Atât modalitatea de conectare a aplicației OPC server cu sursele de date, cât și calitatea conexiunii realizate depind de experiența producătorului aplicației OPC server.

Fig.3.2 Structura aplicațiilor OPC server

Modul de traducere și cartografiere (Translation and mapping module): Acest modul are sarcina de a interpreta in mod corect cererile de interogare pe care le primește de la aplicațiile OPC client, de a le traduce în limbajul propriu al surselor de date și de a asigura comunicarea bidirecțională cu acestea. Funcționara eficientă a acestui modul previne încărcarea inutilă a interfeței sursei de date și duce la maximizarea volumul de date transferat.

Aplicațiile OPC server și OPC client pot stabili conexiuni indiferent de producătorii sau dispozitivele cu care au fost lansate, cu condiția ca ambele aplicații să fie bazate pe aceleași versiuni ale specificațiilor OPC. Comunicarea între două aplicații OPC server nu se poate realiza direct, acestea fiind concepute special pentru comunicarea cu aplicații OPC client, însă există aplicații dedicate realizării conexiunii și transferului de date între aplicații OPC server.

Serverul OPC (OLE pentru proces și control), este un standard industrial pentru interconectarea sistemelor. Această platformă, utilizează tehnologiile COM (Component Object Model) și DCOM (Distributed Component Object Model), dezvoltate de compania Microsoft, pentru a permite aplicațiilor să realizeze schimbul de date pe unul sau mai multe computere, folosind o arhitectură „client/server”. Platforma OPC definește un set comun de instrucțiuni folosite pentru interfațarea aplicațiilor. Astfel, acestea preiau date într-un format abstract, indiferent de sursa de la care sunt colectate. Sursele de informații pot fi analizori, PLC (Programmable Logic Controller), DCS (Distributed Control System), senzori sau alte aplicații software. Ca rezultat, OPC este o platformă deschisă, utilizatorii având posibilitatea de a configura canalele de acces la date, în funcție de cerințele sistemului.

Intermedierea procesului de comunicație între cele două terminale se realizează prin intermediul a două elemente specializate ale arhitecturii OPC: Clientul OPC și Serverul OPC, care vor fi descrise în cele ce urmează. Se menționează faptul că, deși terminalele reprezintă sursa, respectiv destinația datelor, comunică între ele prin intermediul OPC, protocoalele native ale acestora nu trebuie considerate ca fiind depășite sau nefolositoare.

Protocoalele și modulele de comunicație ale dispozitivelor sunt utilizate în comunicarea cu una din cele două componente OPC, acestea închizând circuitul datelor între sursă și destinație.

Fig.3.3 Arhitectura platformei OPC

În aparență, renunțarea la un driver personalizat în favoarea a două elemente – serverul și clientul, poate părea a fi un dezavantaj, însă experiența practică a demonstrat contrariul. În continuare vor fi prezentate principalele avantaje ale conectării dispozitivelor prin intermediul standardelor OPC:

aplicație care conectată prin OPC poate comunica fără nici o restricție cu orice sursă de date conectată la rândul ei prin OPC, fără a mai fi necesară utilizarea unor drivere specializate pentru sursa de date.

aplicațiile conectate prin OPC pot stabili simultan legături de comunicație cu câte surse de date este necesar, fără a întâmpina vreo restricție în acest sens din partea nivelului intermediar reprezentat de standardele OPC.

răspândirea suitei de standarde OPC este atât de mare încât există posibilități de conectare prin OPC a tuturor echipamentelor de automatizare disponibile pe piață, indiferent de producător sau de generația din care fac parte.

sursele de date apelate prin OPC pot fi schimbate sau modificate fără a fi necesară modificarea driverelor aplicațiilor care interoghează aceste surse, fiind necesară doar actualizarea componentelor OPC care interacționează cu sursele de date.

utilizatorii au libertatea de a alege aplicațiile și dispozitivele care consideră că sunt cele mai potrivite pentru sistemele care se doresc a fi realizate, fără a mai exista constrângeri din punctul de vedere al comunicației dintre acestea

Datele care se transmit între dispozitivele de monitorizare și control și aplicații într-un sistem de automatizare se împart în trei mari categorii: date în timp real, date istorice (valori stocate ale parametrilor monitorizați) și date cu privire la alarme și evenimente. Fiecare dintre categoriile menționate anterior suportă o gamă variată de tipuri de date, dintre care se amintesc: valori întregi, în virgulă mobilă, șir de caractere, dată etc. În cadrul standardelor OPC se specifică modul în care fiecare dintre aceste tipuri de date se transmit între componentele de tip server și client. Există trei specificații corespunzătoare celor trei categorii de date transmise în cadrul sistemelor de monitorizare și contro:

OPC Data Access Specification (OPC DA) – utilizată pentru transferul datelor în timp real

OPC Historical Data Access Specification (OPC HDA) – utilizată pentru transferul datelor istorice

OPC Alarms&Events Specification – utilizată la transferul informațiilor cu privire la alarme și alte evenimente speciale

În practică există aplicații OPC client și server care utilizează doar anumite specificații dintre cele amintite anterior, cel mai frecvent întâlnite fiind cele pentru transferul datelor în timp real, urmate de cele pentru transferul datelor istorice. Din acest motiv, este necesară informarea asupra caracteristicilor aplicațiilor înainte de a le utiliza pentru un anumit proiect. Este de asemenea important să se țină cont de versiunea specificațiilor pe care aplicațiile le utilizează, pentru evitarea eventualelor conflicte ce pot să apară datorită diferențelor de versiune.

Clienții OPC

Clienții OPC sunt aplicații software concepute pentru a realiza comunicarea cu serverele OPC, fiind bazate pe specificațiile OPC. Aceste aplicații reprezintă destinațiile datelor în conexiunile care se realizează, ele inițiind și controlând conexiunile cu serverele OPC în funcție de aplicațiile cărora le sunt subordonate. Aplicațiile OPC client convertesc cererile de deschidere a conexiunii lansate de către aplicații din limbajul propriu al acestora în limbajul conform specificațiilor OPC și le transmite aplicațiilor server OPC. Când răspunsurile se întorc de la server în format OPC, aplicația client are rolul de a o traduce în limbajul propriu al aplicației care a lansat cererea, astfel încât aceasta să poată procesa datele în mod corespunzător. Clienții OPC sunt doar module software implementate în aplicații de tip HMI, de monitorizare și stocare a datelor, de generare de rapoarte etc., însă în practică aceste aplicații sunt denumite generic „clienți OPC”.

Se menționează faptul că aplicațiile OPC client pot realiza conexiuni doar cu serverele OPC, evitându-se astfel problema driverelor și protocoalelor proprii fiecărei aplicații sau fiecărui dispozitiv.

La fel ca și în cazul aplicațiilor OPC server, structura internă a unei aplicații OPC client este compusă din trei module: Modulul de comunicații OPC, Modulul de comunicații cu aplicațiile și Modulul de traducere și cartografiere. Funcțiunile acestora vor fi descrise în cele ce urmează:

Modul de comunicații OPC: Acest element component al aplicației OPC client asigură conexiunea cu o aplicație OPC server, mijlocind transferul de date și procedurile de conectare și deconectare.

Modul de comunicații cu aplicația: Clientul OPC este conceput în cadrul fiecărei aplicații, bazându-se pe o serie de proceduri de comunicare cu aplicațiile de interfațare programabile (API) pentru a permite transferul datelor dintre aplicație și ansamblul format din serverul OPC și sursa de date. Comunicarea dintre clientul OPC și aplicație se poate realiza și prin intermediul unor protocoale standardizate, în cazul în care aplicațiile suportă aceste protocoale.

Modul de traducere și cartografiere: Acest modul îndeplinește funcția de bază a aplicației OPC client și anume aceea de a asigura traducerea bidirecțională a datelor transmise între aplicația pe care o reprezintă și sursa de date în vederea citirii, respectiv a scrierii datelor în aceasta.

Fig. 3.4 Structura aplicațiilor OPC client

În figurile de mai jos este prezentată aplicația OPC server „KepserverEx”, fiind detaliate secvențele de configurare ale:

„canalului” care reprezintă un mediu de comunicație de la PC la dispozitivul extern folosit. O aplicație poate conține unul sau mai multe canale. Un canal reprezintă o interfață de comunicație (port serial, Ethernet, Profibus etc)

Fig. 3.5 Proprietațile canalului

“dispozitivului” folosit. Acestuia i se vor atribui informații de identificare (adresa) și parametri de comunicație (ex IP , port number etc.) după cum se va observa în figurile următoare.

Fig 3.6 Numele noului dispozitiv creat

Fig 3.7 Alegerea modelului de dispozitiv

Fig 3.8 ID-ul de identificare al dispozitivului

Fig. 3.9 Proprietățile dispozitivului

“tag-urilor”. Fiecare dispozitiv conține mai multe blocuri de tag-uri, aferente comenzilor și variabilelor de monitorizat. Fiecare tag reprezintă o variabilă de intrare-ieșire (instrucțiune sau parametru de monitorizare).

Fig. 3.10 Configurarea tag-urilor

Pentru inchiderea sau deschiderea sistemului de acces am folosit card reader-ul RFID-RC522.

Fig.3.11 Conectarea RFID-RC522 la placa Arduino

Liniile de cod pentru RFID-RC522 sunt:

#include <AddicoreRFID.h>

#include <SPI.h>

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

uchar serNumA[5];

uchar fifobytes;

uchar fifoValue;

const int chipSelectPin = 10;

const int NRSTPD = 5;

#define MAX_LEN 16

void setup() {

Serial.begin(9600);

SPI.begin();

pinMode(chipSelectPin,OUTPUT);

digitalWrite(chipSelectPin, LOW);

pinMode(NRSTPD,OUTPUT);

digitalWrite(NRSTPD, HIGH);

myRFID.AddicoreRFID_Init();

}

void loop()

{

uchar i, tmp, checksum1;

uchar status;

uchar str[MAX_LEN];

uchar RC_size;

uchar blockAddr; String mynum = "";

str[1] = 0x4400;

//Find tags, return tag type

status = myRFID.AddicoreRFID_Request(PICC_REQIDL, str);

if (status == MI_OK)

{

Serial.println("RFID tag detected");

Serial.print(str[0],BIN);

Serial.print(" , ");

Serial.print(str[1],BIN);

Serial.println(" ");

}

status = myRFID.AddicoreRFID_Anticoll(str);

if (status == MI_OK)

{

checksum1 = str[0] ^ str[1] ^ str[2] ^ str[3];

Serial.println("The tag's number is : ");

Serial.print(str[0]);

Serial.print(" , ");

Serial.print(str[1],BIN);

Serial.print(" , ");

Serial.print(str[2],BIN);

Serial.print(" , ");

Serial.print(str[3],BIN);

Serial.print(" , ");

Serial.print(str[4],BIN);

Serial.print(" , ");

Serial.println(checksum1,BIN);

if(str[0] == 156) {

Serial.print("Hello Craig!\n");

} else if(str[0] == 244)

{

Serial.print("Hello Erin!\n");

}

Serial.println();

delay(1000);

}

myRFID.AddicoreRFID_Halt();

}

Datele colectate de la card reader-ul sunt afișate pe display-ul LCD care are dimensiunea 2*16 caractere și este conectat la placa Arduino prin 4 fire datorită modulului I2C.

I2C constă fizic în 2 linii active și o conexiune de împământare. Liniile active sunt denumite SDA și ȘCL ambele linii sunt bidirecționale: SDA este Serial Date Line iar ȘCL este Serial Clock Line.

Orice device conectat la bus are adresa sa unica fără a conta dacă este MMU , driver LCD , memorie sau ASIC. Fiecare din aceste cipuri poate primi și/sau transmite depinzând de funcționalitatea dorită. Evident un driver LCD poate doar primi, în timp ce o memorie sau un dispozitiv I/O poate primi și transmite date.

I2C este un bus multi-master. Astfel pe ÎN I2C buș pot fi conecate mai multe circuite integrate capabile să inițieze transferuri de date. Protocolul I2C specifică că integratul care inițializează conexiunea este considerat Buș Master . În consecință restul circuitelor conectate la I2C sunt privite ca Buș Slaves.

Cum Buș Master sunt microcontrolere “MCU” iată cum arată o secvență de comunicație pe I2C:

“ MCU trimite secvența START . În acest moment toate circuitele de pe buș trec în modul recepție.

MCU trimite ADRESA circuitului cu care vrea să comunice împreună cu flagul operației ( READ / WRITE ) .

Circuitele compara ADRESA cu adresa proprie si daca nu ii este destinat mesajul asteapta conditia de STOP

Daca un circuit are ADRESA dorita de MCU atunci chipul va produce un mesaj ACKNOWLEDGE

Apoi se trece la transferul datelor. Cind s-au terminat de transferat datele se trimite secventa de STOP”.

Fig.3.12 I2C Master

Conectarea este făcută astfel : pinul 1 (SDA) la pinul analogic 4 al Arduino, pinul 2 (ȘCL) la pinul 5 analogic al Arduino, pinul 3 (VCC) la pinul 5V al Arduino și pinul 4 (GND) la pinul GND al Arduino.

Protocolul I2C a fost dezvoltat pentru a crea un canal de comunicație între circuite integrare ( CI ).

Pe primul rând de 16 caractere este afișată temperatura în grade Celsius și umiditatea, iar pe celalalte 16 caractere este afișată umiditatea solului și nivelul apei din recipient.

Fig.3.13 Conectarea LCD-ului la placa Arduino

Liniile de cod pe care le-am folosit sunt:

#include "Wire.h"

#include "LiquidCrystal.h"

// Connect via i2c, default address #0 (A0-A2 not jumpered)

LiquidCrystal lcd(0);

void setup() {

// set up the LCD's number of rows and columns:

lcd.begin(16, 2);

lcd.setBacklight(HIGH);

lcd.print("hello, world 0 !");

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print("hello, world 1 !");

}

void loop() { }

3.3 Schema electrică a sistemului de monitorizare de acces

Fig.3.14 Schema electrica a sistemului de acces

3.4 Pozele implementării practice:

Fig.3.15 Vedere sistem de monitorizare de sus

Fig.3.16 Vedere sistem de monitorizare din fata

Fig.3.17 Conectarea sistemului de monitorizare la Arduino

Capitolul IV. Concluzii

Prin această lucrare am încercat să prezint utilitățile sistemului de monitorizare a accesului cu cheie RFID, metodele de programare și funcționare ale acestuia. Scopul aplicației a fost monitorizarea de la distanță a sistemului de acces cu ajutorul card readearului RFID-RC522, iar datele au fost colectate în KepwareServer și afișate în Infilink. De aceea, am decis să realizez un sistem de monitorizare a accesului care să ne ajute să economisim timp, resurse materiale și umane și util în orice domeniu de activitate și pentru orice categorie socială fiind în definitiv un sistem ușor de folosit, eficient și nu foarte costisitor.

Sistemele de monitorizare a accesului sunt din ce în ce mai căutate, fiind o tehnologie la îndemâna tuturor care ne ușurează foarte mult munca, asigură o securitate crescută și putem economisi mai mult timp.

În cadrul proiectului cea mai importantă componenta este componenta tehnologică, formată din placă Arduino, card readerul RFID-RC522 și motorul servo SG90 . Cu aceste componente reușim să economisim timp, resurse materiale și umane și totodată să se asigure securitatea pentru care a fost utilizat.

Folosirea card readerului RFID-RC522 și a microcontrolerului Arduino Uno permite recepționarea unei informații în sistemul de stocare a datelor pe serverul KepwareServer la distanța ceea ce conferă un plus de siguranță și control.

Sistemul de monitorizare a accesului la configurarea de bază poate fi foarte ușor îmbunătățit prin adăugarea opțională cu diferite componente cum ar fi camere video de supravegheat, senzori de mișcare, microfoane pentru ambient sau recunoaștere vocală, amprentă digitală, sistem de recunoaștere facială sau poate fi configurat ca să recunoască anumite grupuri de coduri ale card readerului care pot fi utilizate de un număr limitat de persoane.

În concluzie, aș vrea să subliniez faptul că tehnologia este în continuă dezvoltare și transformare, creând o dependență din în ce mai mare pentru majoritatea populației. Acest sistem de monitorizare a accesului este creat exact pentru a ne creea confortul, controlul și siguranță dorită, pentru a ne ușura munca și cu costuri minime permite îmbunătățirea opțională a acestui sistem.

Capitolul V. Anexe

#include <MFRC522.h>

#include <SPI.h>

#include <Servo.h>

#include <Wire.h>

#include <LiquidCrystal_I2C.h>

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);

Servo myservo;

int pos=0;

/*

Pins SPI UNO

1 (NSS) SAD (SS) 10

2 SCK 13

3 MOSI 11

4 MISO 12

5 IRQ *

6 GND GND

7 RST 5

8 +3.3V (VCC) 3V3

* Not needed

1 on ICPS header

*/

#define SAD 10

#define RST 9

MFRC522 nfc(SAD, RST);

#define ledPinOPEN 5

#define ledPinCLOSE 6

void setup() {

myservo.attach(3);

lcd.init();

lcd.backlight();

pinMode(ledPinOPEN , OUTPUT);

pinMode(ledPinCLOSE, OUTPUT);

SPI.begin();

Serial.begin(115200);

Serial.println("CAUTA MFRC522.");

nfc.begin();

byte version = nfc.getFirmwareVersion();

if (! version) {

Serial.print("NU A FOST GASIT MFRC522 ");

while(1); //halt

}

myservo.write(180);

Serial.print("CAUTA CIP MFRC522 ");

Serial.print("FIRMWARE VERSION. 0x");

Serial.print(version, HEX);

Serial.println(".");

}

#define CARD 1

#define KEY 1

//CARD KEY

byte Aurizat[CARD][6] = {{0x54, 0xCC, 0xB4, 0x96, 0xFF, 0xFF, }};

byte Aurizat2[KEY][6] = {{0x33, 0x58, 0x3A, 0x13, 0xFF, 0xFF, }};

void imprimeClave(byte *serial);

boolean esIgual(byte *key, byte *serial);

boolean chekaKey(byte *serial);

void loop() {

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("Sistem de acces");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("INCHIS ");

byte status;

byte data[MAX_LEN];

byte serial[5];

boolean OPEN = false;

digitalWrite(ledPinOPEN, OPEN);

digitalWrite(ledPinCLOSE, !OPEN);

status = nfc.requestTag(MF1_REQIDL, data);

myservo.write(180);

if (status == MI_OK) {

status = nfc.antiCollision(data);

memcpy(serial, data, 5);

if(chekaKey(serial)){

Serial.println("AUTORIZAT");

imprimeClave(serial);

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("AUTORIZAT ");

OPEN = true;

myservo.write(90);

}else{

imprimeClave(serial);

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("NEAUTORIZAT ");

Serial.println("NEAUTORIZAT");

OPEN = false;

}

nfc.haltTag();

digitalWrite(ledPinOPEN, OPEN);

digitalWrite(ledPinCLOSE, !OPEN);

delay(2000);

}

delay(500);

}

boolean esIgual(byte *key, byte *serial){

for (int i = 0; i < 4; i++){

if (key[i] != serial[i]){

return false;

}

}

return true;

}

boolean chekaKey(byte *serial)

{

for(int i = 0; i<CARD; i++)

{

if(esIgual(serial, Aurizat[i]))

return true;

}

for(int i = 0; i<KEY; i++)

{

if(esIgual(serial, Aurizat2[i]))

return true;

}

return false;

}

void imprimeClave(byte *serial)

{

Serial.print("CLAVE: ");

for (int i = 0; i < 4; i++) {

Serial.print(serial[i], HEX);

Serial.print(" ");

}

}

Capitolul VI. Bibliografie

1. AUREL, CÂMPEAN. VASILE, IANCU. MIRCEA, N. RĂDULESCU. Mașini Electrice în Acționări. Craiova. Editura Scrisul Românesc. 1996.

2. CONSTANTIN, V. BĂLĂ. Mașini Electrice: Teorie și încercări. Ediția a doua, București. Editura Didactică și Pedagogică. 1982.

3. CONSTANTIN, V. BĂLĂ. Proiectarea Mașinilor Electrice. București. Editura Didactică și Pedagogică. 1967.

4. CONSTANTIN, ILIESCU. CARMEN, IONESCU-GOLOVANOV. WILIBALD, SZABO. IULIU, SZÉKELY. DUMITRU, BARBULESC. Măsurări electrice și electronice. București. Editura Didactică și Pedagogică. 1983.

5. . http://ro.wikipedia.org/wiki/Atmega328

6. http://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno

7. http://www.nxp.com/documents/data_sheet/MFRC522.pdf

8. https://ro.wikipedia.org/wiki/RFID

9. http://despretot.info/2012/10/ce-inseamna-rfid-radio-frequency-identification/

10. „KEPServerEX”, http://www.kepware.com/kepserverex

11. http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=Mfrc522

12. http://datasheet.sparkgo.com.br/SG90Servo.pdf

13. http://www.electronica-azi.ro/print.php?id=564

14. http://www.rollsoft.ro/wp-content/uploads/2013/06/RFID1.pdf

15. http://www.emie.ugal.ro/doc/me/Capitolul%208.pdf

16. http://ro.scribd.com/doc/93204860/SERVOMOTOARE-ELECTRICE#scribd