Электромеханический замок с сенсорной RFID панелью — ограничиваем доступ к своей мастерской.

RFID метки стали неотъемлемой частью нашей жизни, без них немыслимы современные системы автоматизации и умные устройства. Ардуино предоставляет нам отличные возможности использовать современные технологии даже в начальных проектах. В этой статье мы расскажем, что такое RFID, сделаем обзор стандартов , типов карточек, узнаем как подключать популярные RFID-считыватели RC522 и RDM3600 к Arduino.

Что такое RFID

RFID (радиочастотная идентификация) – это метод обеспечения передачи, записи и хранения данных при помощи радиосигналов. Каждая RFID-система включает в себя считыватель/ридер и RFID-метку, в которой хранятся данные. Метки состоят из двух частей – интегральной схемы и антенны. Интегральная схема позволяет хранить и обрабатывать данные, антенна – принимать и передавать информацию.

Все RFID-системы можно разделить по дальности действия:

• Ближней идентификации – расстояние не более 20 см;
• Средней идентификации – расстояние от 20 см до 5 м;
• Дальней идентификации – максимум 300 м.

С точки зрения частот можно выделить:

• Системы, работающие в низкочастотном диапазоне (125 кГц, 134 кГц);
• Работающие в среднечастотном диапазоне (13,56 МГц);
• Работающие в высокочастотном диапазоне (800 МГц – 2, 4 ГГц).

Наиболее популярным диапазоном является среднечастотным – он широко используется в транспортных приложениях и других проектах, где требуется перезаписывание карт. Основными стандартами являются ISO 14443, ISO 15693 и EPC. На основе стандарта ISO 14443 изготавливаются смарт-карты. ISO 15693 используется для перезаписывания меток. EPC – аналог штрихкодов, имеет более простую и понятную структуру.

ВЧ диапазон начали использовать недавно, в основном его применяют для складских приложений. Для этого диапазона используются стандарты ISO 18000 и EPC. Стандарты ISO 18000 вызывают наибольший интерес, они используются в приложениях с метками с увеличенной дальностью. Для ISO 18000 также можно выделить несколько стандартов, различающихся по  частоте:

• ISO 18000-1 (определение тех параметров, которые необходимо стандартизировать);
• ISO 18000-2 (для параметров с бесконтактным интерфейсом связи менее 135 кГц);
• ISO 18000-3 (для бесконтактного интерфейса на частоте 13,56 МГц);
• ISO 18000-4 (для частоты 2, 45 ГГц);
• ISO 18000-6 (для частоты 860-930МГц);
• ISO 18000-7 (для частоты 433 МГц).

Преимущества RFID

• Не требуется прямая видимость;
• Практически 100% идентификация сигнала;
• Возможность применения в агрессивной среде;
• Долгий срок службы;
• RFID-метку трудно подделать;
• Возможность хранения и передачи большого объема информации.

Области применения RFID идентификации

RFID-технология часто используется в розничной торговле, библиотеках и архивах, логистике, системах контроля и управления доступом (СКУД), инициализации людей, удостоверении подлинности товаров.

Для идентификации персонала самым популярным форматом являются пластиковые бесконтактные карты и бесконтактные брелки. С их помощью можно регистрировать вход/выход объектов на территории через точки прохода – ворота, КПП. Основной задачей СКУД является управление доступом – например, ограничение в доступе на какую-либо территорию, идентификация лиц, которые могут попадать на территорию. Также могут решаться и дополнительные задачи – контроль рабочего времени для персонала, ведение базы посетителей, работа с системами безопасности, расчет заработной платы.

RFID-брелки используются и для подъездных домофонов. Для открытия дверей чаще всего используются брелки Proximity, то есть брелки ближнего действия, работающие на расстоянии 10-15 см.  Proximity также делятся на несколько форматов – наиболее популярные на сегодняшний день EM-Marin, HID для бесконтактных ключей и MIFARE, к которым относятся бесконтактные смарт карты.

Краткое описание Arduino модулей

Модуль Arduino RFID RC522

Модуль RFID RC522 выполнен на основе схемы MFRC522, которая обеспечивает беспроводную коммуникацию на частоте 13,56 МГц. Подключать микросхему можно по интерфейсу SPI, I2c и UART. Стандарт протокола NFC Reader ISO 14443.

Технические характеристики модуля RFID RC522:

• Напряжение питания 3,3 В;
• Максимальный потребляемый ток 30 мА;
• Частотная полоса 13,55-13,57 МГц;
• Расстояние считывания до 25 мм;
• Рабочая температура от -20С до 80 С.

Распиновка модуля изображена на рисунке. Контакт SDA (SS, CS, NSS) отвечает за выбор ведомого устройства. Выход SCK является тактовым сигналом SPI. MOSI – отвечает за передачу данных от мастера к ведомому, MISO – от ведомого к мастеру. IRQ – выполняет прерывание. RST – выполняет прерывание.

RDM6300 – бесконтактный считыватель, который используется для дистанционного считывания номера RFID брелка и передачи номера через UART на микроконтроллер, управляющий замком в системах доступа. Устройство обладает несколькими преимуществами – невысокая цена и простота в установке. Чаще всего используется в системах контроля доступа в дома, гаражи, офисы, квартиры и другие здания с электромеханическим замком.  Считыватель используется для чтения карт EM4100/TK4100. RDM6300 может монтироваться в стену или в корпус. В качестве микроконтроллера обычно применяется Ардуино.

Технические характеристики RDM6300:

• Максимальный потребляемый ток 50 мА;
• Напряжение питания 5 В;
• Рабочая частота 125 кГц;
• Рабочие температуры от -10С до 70 С.

Распиновка изображена на рисунке.

Пин TX отвечает за передачу данных, RX – за прием. 3 выход не используется.

Для P2 выходы ANT1 и ANT2 используются для подключения антенны.

Подключение RC522 к Ардуино

Для подключения понадобятся плата Ардуино, считыватель RC522, компьютер, провода и беспроводная RFID метка.

Подключается модуль RC522 к ардуино по следующей схеме:

Напряжение питания обеспечивается от 2,5 до 3,3 В. Выход RST подключается к D9 пину на ардуино, SDA – к D10, MOSI – D11, MISO – D12, SCK – D13. В данном случае рассмотрены платы Arduino Nano v3 и Arduino Uno. После того как все будет подключено, на RC522 загорится индикатор.

Плата Ардуино оснащена дополнительным разъемом ICSP, который используется для работы по интерфейсу  SPI. Распиновка для него изображена на рисунке, выводы с модуля RC522 можно подключить к этому разъему.

Для работы с модулем нужно установить библиотеку RFID Library for MFRC522. После установки нужно загрузить тестовый скетч для считывания номера карты cardRead, включить мониторинг последовательного порта. Затем метку нужно поднести к ридеру, произойдет инициализация метки и на мониторе появится следующее:

В данном примере произведено считывание трех различных меток.

Можно выбрать другой пример – DumpInfo, который также считает данные с карты. В результате на экране появятся тип карты и информация, которая состоит из 16 сектором памяти по 4 блока.

• Цена: 51$(купон в конце обзора)

Всем привет. У вас есть друзья, которые постоянно что-то просят или берут без разрешения? А жена, которая помешана на чистоте и ей просто необходимо было разгрести мусор на столе — макетка, ардуина, пара шилдов, с настройкой которых ты возился несколько дней? Устали винить членов семьи в исчезновении всякой мелочевки из своего ящика? Решить все эти проблемы можно с помощью обычного дверного замка, который в хоз магазинах стоит от 200 рублей. Ну или купить сабж, который в глазах гостей превратит ваш кабинет в секретную лабораторию =). В зависимости от настроек пропуском может быть ключ-карта, пинкод, карта+пинкод.Доставка заняла месяц, да, получил давно, все руки не доходили =)Упаковка и внешний видКак всегда черный пакет В нем 3 коробочки и 6 ключей Не хватает кнопки и 4 ключа, но думаю они исчезли во время доставки через вот эту «дырочку» Из всех упаковок принт есть только у блока управления. Вот, собственно, и он Сзади выходит провод и виднеется фоторезистор. Провод намертво залит компаундом. Сенсорная панель пластиковая, с защитной пленкой. Не стал ее снимать Взвешиваем, около 270 грамм. Корпус алюминиевый, задняя пластина стальная, довольно жесткая. Замок тоже не отстает — 290 грамм Ну и блок питания около 330 грамм. Увесистый наборчик, никакого пластика в корпусах — только хардкор =)МакулатураЗамок. Он бывает двух типов: Нормально открытый(NO) — при отсутствии питания язычок свободно гуляет. Нормально закрытый(NC) — при отсутствии питания язычок заблокирован.

Схема подключения блока питания. Муська поворачивает сама на бок, извиняйте. Ну и блок управления. С одной стороны список команд, с обратной — распиновка проводов. Судя по схеме, к нему можно подключать дополнительные модули авторизации. Далее спойлеров не будет, т.к. в картинках невозможно показать работу, поэтому распишу основной функционал, а как работает на практике можно будет посмотреть в видео ближе к концу обзора.

Подключение проще некуда.

Питаем блок питания от сети, далее расправляем охапку проводов от блока управления и подключаем:«+» — красныйGND(«-«) — черный и один из проводов кнопки открытияPUSH — синий и второй провод кнопки открытия Управление осуществляется всего тремя проводами, замок подключается к блоку питания, в котором установлено реле помощнее. Логика подключения лично мне чужда. У меня Нормально Открытый(NO) замок, соответственно я его накинул на клеммы NO. Но судя по всему, NO означает, что в режиме закрытия напряжение не подается. Ну или тупо перепутали надписи. Перекинул на NC и все заработало как надо. Остальные провода могут использоваться для подключения дополнительных средств авторизации и для управления блоками автоматических дверей/шлагбаумов. Чуть не забыл за серый и фиолетовый провода — они служат для подключения звонка, на сенсорной панели есть соответствующая кнопка. При нажатии выдается напряжение порядка 3 мВ, так что просто повесить любую свистелку нельзя, но нам звонок и не обещали. Ах да, кнопку открытия можно подключить к черному и жёлтому проводу блока управления, тогда она будет симулировать принятие ключа/пин-кода, а не активировать реле через блок питания.

Настройка:

Первым делом мы должны сменить стоковый пароль администратора(не критично). Во время настроек мы всегда должны начинать ввод с «#» и заканчивать ей же.# Текущий пароль администратора(ПА) # 0 новый пароль # Остальные команды:# ПА # 1 прочитать ключ/карту# — добавляем ключи, можно по несколько штук за раз.# ПА # 3 прочитать ключ/карту… ввести пин# — добавляем одного пользователя, присваивая ему карту и пин-код(3-6 символов). Далее пользователь сможет входить используя одно из двух по своему усмотрению(по стоку). Можно сменить пин-код если в течении 5 секунд после открытия двери нажать и удерживать #, а после того как индикатор замигает зеленым, ввести новый пин#новый пин## ПА # 5 xx# — хх — время удержания замка в открытом состоянии. Комплектный блок питания игнорирует это значение и опирается на свой настраиваемый таймер, хотя блок управления и выдает сигнал положенное время.# ПА # 6 хх# — настройка типа доступа. 01(только карта)/ 02(карта или пин-код)/03(и карта и пин-код)# ПА # 6 04# — разрешить использовать для чтения(выход W26). Немного не понятно, похоже работа совместно с другими считывателями, но не понятно в качестве приемника или передатчика.# ПА # 7 хх# — «антивзлом». 01/02(защита от подбора пина/карт) и 03/04(защита при снятии панели со стены).Защита от брута — блокировка на 5 минут после 10 неудачных попыток ввода ключа/пин-кода.Защита при снятии панели — если фоторезистору становится слишком светло, блок управления пищит(не очень громко) и блокирует ввод ключей/пин-кодов/пароль администратора пока корпус не вернут на место.# ПА # 8 хх# — подсветка панели. 01(вкл)/02(выкл)/03(авто)# ПА # 8 99# — сброс настроек модуля(не пользователей)# ПА # 21 новый общий пароль доступа# — аналог пин-кода, можно выдать доверенным лицам и сменить при измене, в отличие от пин-кодов, он может быть только один.# ПА # 22 пин-код# — добавление пользователя по пин коду. Для неудачников, которым не хватило ключей.# ПА # 23 номер ключа# — добавление пользователя по номеру ключа# ПА # 24 номер начальной картыколичество# — добавление нескольких ключей. Отсчет от введенного номера, количество — четырехзначное число. Например, команда:# ПА # 24 12345678000040# добавит 40 ключей с номерами 1234567800 — 1234567840.# ПА # 40 0000# — Паяльник лежит не на своем месте? Удаляем всех пользователей на время расследования.# ПА # 41 прочитать ключ# — удалить пользователя его же ключем.# ПА # 42 номер пользователя# — удалить пользователя по его номеру. Присваивается по порядку, начиная с 0001, удаленные игнорируются.# ПА # 43 номер ключа# — удалить пользователя по номеру ключа.# ПА # 44 пин-код# — удалить пользователя по пин-коду.# ПА # 45 1111# — удалить все пин-коды.# ПА # 91 прочитать MACпрочитать MDC# — выбираем два избранных ключа и добавляем им функции менеджера добавления и удаления ключей. В данном случае они заменяют функцию #АП#1прочитать карту#. Пример: подносим MAC, регистрируем новые ключи и снова подносим MAC — карты добавлены. Удаляется аналогично, с использованием второго ключа MDC. Фуух, вроде по функционалу расписал, что там дальше то, разборка? Провод блока управления, как и говорил ранее, залит компаундом намертво, благо к плате подключается по-человечески, через коннектор. Пайка аккуратная, отсутствующих элементов не обнаружено. Видна уплотнительная резинка по периметру задней крышки. Сердце — микроконтроллер STC11F16XE

Есть разъем для программирования Реле стоит с запасом, учитывая характеристики замка. Так же видно фоторезистор и обильно залитый герметиком тач. Блок питания. Так же все аккуратнено Даже приклеили отдельный радиатор на шим контроллер с диодом. Слева вверху подстроечник времени открытия реле. А вот замок я не смог разобрать, разобрал =) Температура: Блок питания и управления после нескольких часов работы остались холодными, замок из за своих особенностей постоянно в работе и нагрелся до 37,3 градусов. Кому недостаточно текста — я подготовил коротенький видеоролик. Смотреть с 9 минуты =)

Итоги:

Я хотел прикупить еще и нормально закрытый замок, наткнулся в магазине на похожий набор от 5600 рублей за кнопочную панель с RFID и до 20, так что сравнивая с нашими ценами, вроде недорого. Так же панели продаются отдельно, начиная от 10$ за простенькую, вместо комплектного блока питания можно использовать свой + реле, дабы разгрузить модуль управления. NC замки в сети от 2$ за горсть небольших или пару средних. В итоге можно очень хорошо сэкономить. NO замок я выбрал сам, т.к. устанавливать планирую в доме и при отключении света в кабинете все равно нечего делать, к тому же никто не запрещает использовать портативные источники питания вместо комплектного блока. На данный момент единственный минус — дверь кабинета тоньше накладки, а это значит, что край будет так или иначе выступать или дверь придется углублять в короб. Поэтому и тестировал макет. Но в этом сам виноват — никогда не вникаю в размеры(не будьте как я), придется поискать тоньше или устанавливать в гараж. Кстати, об уличной установке — влагозащита действительно неплохая, правда уплотнительная резинка не полностью замыкается на нижней части. Возможно это сделано специально для избежания накопления конденсата, но в люки подводных хранилищ установка уже нежелательна. Корпус можно назвать антивандальным — все кроме сенсорной панели металлическое, пластина для крепления на стене довольно крепкая, с 6 точками фиксации. Единственное — замок не выглядит очень надежным и если в помещении можно смело ставить(обычную межкомнатную дверь можно вынести с любым замком), то на улице нужно что-то более массивное. Отдельно плюсы и минусы в столбик расписывать не буду, чтобы Вы могли составить собственное мнение.Купон на скидку 10%: Elec Ну вот и всё, надеюсь обзор будет полезен =) Если возникли вопросы, не стесняйтесь, я всегда с удовольствием отвечаю на объективные комментарии. Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта. Используемые источники:

• https://arduinomaster.ru/datchiki-arduino/podklyuchenie-rfid-k-arduino/
• https://mysku.ru/blog/china-stores/56630.html