RFID терминал доступа 2.0

В продолжении темы контроля на основе системы RFID меток была разработана еще одна схема системы контроля доступа (контроллер электронного замка). Устройство получило звуковое оповещение при попытке пройти. При этом микроконтроллер был использован Atmega328, работающий от внутреннего генератора 8 МГц. Выбор в сторону этой микросхемы был сделан по большей части из-за необходимости достаточно большого количества флеш памяти. Дело в том, что библиотека для работы с картами памяти microSD требует не малого количества флеш памяти. Помимо всего этого система включает в себя датчик движения на PIR элементе (загрубленный по чувствительности, чтобы налево и направо не кричал с просьбами приложить карту к считывателю). В начале планировалось использовать датчик ультразвукового дальномера, но его исполнение не предусматривает защиты от внешних факторов таких как пыль, влага и так далее.

Итак, схема устройства будет следующей:

Для питания этой схемы будет необходим отдельный источник питания на 12 вольт и мощность, позволяющую работать самому электрозамку. Микроконтроллер питается от стабилизатора AMS1117 на 3,3 вольта. Данное напряжение обусловлено необходимостью его применения для питания модуля RFID карт RC522, а также для питания micro-SD карты памяти. Так как микроконтроллер и карта памяти подключены к одному и тому же напряжению 3,3 вольта нет необходимости в согласовании уровней SPI интерфейса. Однако если микроконтроллер подключить к напряжению в 5 вольт, то очень желательно использовать схему согласования уровней между микроконтроллером и картой памяти. Перед стабилизатором на 3,3 вольта присутствует стабилизатор на 5 вольт (L7805 или его отечественная замена КР142ЕН5А), который необходим для питания LCD дисплея. Микроконтроллер используется Atmega328, так как необходимо достаточно много flash для данного проекта. Данный микроконтроллер можно применять как в DIP корпусе, так и в SMD. Резистор R4 необходим для предотвращения самопроизвольного перезапуска микроконтроллера в случае появления случайных помех на выводе PC6. Резистор R4 подтягивает плюс питания к этому выводу, надежно создавая потенциал на нем, дело в том, что при низком уровне на этом выводе контроллер перезапустится. Для индикации используется жидко кристаллический (ЖК или LCD) дисплей. Индикатор выбирался большой - 4 строки по 20 символов для возможности отображения большого количества информации при сохранении карточек в память устройства.  ЖК дисплей подключается к микроконтроллеру по четырех битной системе. Переменный резистор R2 необходим для регулировки контраста символов на дисплее. Вращением движка этого резистора добиваемся наиболее четких для нас показаний на экране. Подсветка ЖК дисплея организована через вывод "А" и "К" на плате дисплея. Подсветка включается через резистор, ограничивающий ток - R1. Чем больше номинал, тем более тускло будет подсвечиваться дисплей. Однако пренебрегать этим резистором не стоит во избежание порчи подсветки. Для управления исполнительным устройством (электро замок или что-то другое) используется цепь с реле. При разрешении доступа по карточке на выводе PB0 микроконтроллера появится высокий потенциал на 5 секунд, транзистор T1 откроется и замкнет цепь катушки реле. Диод VD1 предохраняет транзистор от выхода из строя при выключении катушки - в этот момент ЭДС самоиндукции может пробить транзистор без диода.

Звуковой сигнал формируется ШИМ'ом в контроллере, однако уровень громкости не всегда годится, поэтому используется усилитель на двух транзисторах Т2 и Т3. L1 и C11 образуют высокочастотный фильтр, чтобы убрать помехи, конденсатор C10 ограничивает ток, проходящий через динамик. Динамик можно использовать любой, подходящий по размеру и мощности. Транзисторы усилителя можно также использовать любые в зависимости от мощности динамика - на маленькие динамики можно брать транзисторы малой мощности, динамики от нескольких ватт нужно использовать с транзисторами средней мощности или больше.

Мощность всех резисторов 0,25 Вт, можно использовать как выводные, так и резисторы в SMD исполнении типоразмера 1206. Конденсаторы емкостью 100 нФ можно также использовать или выводные, или SMD типоразмера 1206. Можно и 0805. Электролитические конденсаторы можно брать все на напряжение от 16 вольт и выше, в цепях 3,3 и 5 вольт можно взять конденсаторы на напряжение от 6,3 вольт и выше.

Звуковые сообщения при разрешении доступа для каждой сохраненной карты свои, например 5-я карточка была выдана Петрову и при открытии им двери будет сообщение "Здравствуйте господин Петров, проходите" или что-то подобное, и так для каждой из 10 карт. При появлении в области двери человека будет раздаваться голосовое сообщение с предложением приложить карту к замку, чтобы пройти через дверь. Эту функцию можно не использовать просто не используя датчик движения. Если приложить карту, не сохраненную в памяти микроконтроллера, раздастся голосовое сообщение об отказе в доступе.

Для настройки датчика движения используются следующие опции:

В модуле HC-SR501 есть два подстроечных резистора, один настраивает чувствительность, другой время сброса сработки (фактически будет регулировать паузу между сообщениями о предложении приложить карту, если в зоне видимости долго кто-то находится или часто проходит кто-нибудь).

Другим уровнем загрубления чувствительности датчика движения является ограничение зоны направленности линзы Френеля:

Ячейки линзы можно заклеивать или заградить зону снаружи.

При создании собственных звуковых треков необходимо задавать следующие настройки при конвертации в wav формат:

• частота 32 кГц
• моно
• 8 бит

Названия файлов аудио:

• Сообщение при отказе в доступе: Denied.wav
• Сообщение при сработке датчика движения: Pro.wav
• Allowed_1.wav
• Allowed_2.wav
• Allowed_3.wav
• Allowed_4.wav
• Allowed_5.wav
• Allowed_6.wav
• Allowed_7.wav
• Allowed_8.wav
• Allowed_9.wav
• Allowed_10.wav (сообщения для каждой из 10 карт, записанной в память микроконтроллера, при разрешении доступа)

Устройство собиралось и отлаживалось на макетной плате для микроконтроллеров Atmega328 (и совместимых с ней по конфигурации выводов):

Управление устройством происходит при помощи трех кнопок (управление или настройка заключается только в том, чтобы сохранить карты в память микроконтроллера или удалить все из памяти, вся информация хранится в EEPROM памяти микроконтроллера):

• S1 - reset или выход - при нажатии выходит из настроек и применяет все сохраненные изменения в памяти ключей
• S2 - стирает все сохраненные ключи при положении на первой странице меню (где отображается версия ПО микросхемы RC522)
• S3 - перелистывает страницы меню

Для программирования микроконтроллера необходимо задать конфигурацию фьюз битов:

К статье прилагается прошивка для микроконтроллера Atmega328, исходный код в программе AVR Studio 4, архив с базовыми звуковыми файлами, а также видео работы устройства.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• AVR
• Микроконтроллер
• LCD
• RFID
• SD card
• WAV
• Atmel Studio