Progetto di un controllo accessi da remoto tramite impronte digitali rilevate da smartphone

controllo remoto

In questo articolo, viene descritto il progetto/tutorial di un controllo accessi da remoto basato sulla verifica delle impronte digitali controllate dal lettore di impronte di uno smartphone. Lo smartphone funge da sottosistema biometrico di autorizzazione all’accesso. L’impronta digitale viene acquisita direttamente dal lettore di impronte digitali dello smartphone della persona che richiede l’accesso e il risultato viene inviato tramite collegamento bluetooth al sistema di controllo accessi. Questo metodo di rilevare l’impronta digitale da remoto senza utilizzare uno scanner lettore di impronte digitali a contatto, consente di evitare il potenziale diffondersi di contagi (rischio alto di questi tempi) in quanto la persona che richiede l’accesso utilizza il proprio smartphone per la lettura della sua impronta digitale. In questo progetto, viene utilizzata una serratura a solenoide per il blocco e lo sblocco della porta di accesso all’area protetta. Le normali serrature stanno diventando obsolete, mentre le nuove serrature basate su dati biometrici e RFID sono sempre più diffuse. Le serrature intelligenti controllate da impronte digitali sono utilizzate nella maggior parte degli uffici e dei locali delle istituzioni, quindi con questo progetto si potrà realizzare un sistema di controllo accessi con una serratura a solenoide biometrica controllata tramite uno smartphone Android utilizzando la tecnologia Bluetooth.

Introduzione

Il controllo degli accessi biometrico può essere utilizzato per migliorare i sistemi di sicurezza di un edificio o di una struttura aggiungendo un ulteriore livello di verifica. A differenza dei normali sistemi di controllo degli accessi che utilizzano tessere di accesso e/o codici, un sistema di controllo degli accessi biometrico utilizza i tratti fisici di una persona, come impronte digitali, viso, vene palmari e iride. I tratti fisici non possono essere riprodotti poiché sono caratteristiche uniche di una persona, quindi migliorano la precisione dell'identificazione e dell'autenticazione di un soggetto. Oltre a ciò, il controllo degli accessi biometrico consente anche l'opzione del controllo degli accessi senza contatto. Riguardo l’identificazione tramite rilevamento di impronte digitali, esistono vari tipi di lettori di impronte per un'ampia gamma di applicazioni, sia indoor che outdoor, a contatto e senza contatto. I dispositivi lettori di impronte digitali sono in grado di resistere ad un elevato livello di impatto, rendendoli anti vandalismo, e consentono una protezione superiore contro umidità invasiva, polvere e anche liquidi. Il lettore di impronte digitali di uno smartphone è una valida alternativa all’utilizzo dei dispositivi lettori di impronte digitali in commercio.

La tecnologia biometrica delle impronte digitali è il sistema più ampiamente utilizzato poiché tende ad avere un elevato grado di precisione ed è facile da applicare. In generale, il controllo degli accessi è una barriera di restrizioni per chi vuole entrare in una determinata area e impedisce di accedervi a chi non ne ha diritto. Normalmente, questa tecnologia prevede l’utilizzo di uno scanner di impronte digitali, un dispositivo elettronico che scansiona l'immagine dell’impronta digitale e la confronta con modelli di impronte digitali contenuti in un database dedicato. Successivamente, questi dati biometrici sono elaborati da diversi dispositivi elettronici che hanno il compito di stabilire se l’impronta è riconosciuta oppure no. Pertanto, quando lo scanner per impronte digitali rileva i dati validi delle impronte digitali di una persona, la porta di accesso all’area protetta viene aperta automaticamente e i dati della persona vengono registrati e archiviati in un database di registrazione di dati personali del sistema.

Descrizione del progetto

In Figura 1 è mostrato lo schema elettrico del sistema di accesso controllato da smartphone via bluetooth.

Schema elettrico del sistema di accesso controllato da remoto

Figura 1: Schema elettrico del sistema di accesso controllato da remoto

Il funzionamento del circuito si può riassumere nel controllare una serratura a solenoide con il microcontrollore Arduino Nano tramite un MOSFET. Come mostrato nello schema del circuito di Figura 1, il modulo bluetooth HC-05 (U2) è collegato alle linee RX e TX dell’interfaccia USART di Arduino Nano (U1). Il modulo bluetooth HC-05 e Arduino sono alimentati a +5 V tramite il circuito integrato regolatore di tensione 7805 (U3), a sua volta alimentato da un alimentatore esterno a +12 V in corrente continua. Il circuito include un LED rosso (LD2) per indicare lo stato di alimentazione di Arduino Nano e un LED verde (LD1) per segnalare lo stato di apertura/chiusura della porta di accesso, ovvero se è sbloccata o bloccata la serratura (S1). È inoltre previsto l’impiego di un cicalino (BUZ1) per segnalare con un bip l’avvenuto sblocco della porta, oppure per avvisare con tre bip che non è stata riconosciuta l’impronta digitale di un soggetto richiedente l’accesso.

Per controllare la serratura a solenoide è necessario utilizzare un circuito di controllo che comprende il transistor NPN BC547 (Q2) e il MOSFET a canale N IRF540N (Q1). La base del transistor è collegata al pin digitale D9 di Arduino tramite una resistenza da 510 Ohm (R1) che controlla la corrente che scorre nel transistor. Quando il pin D9 è portato a livello alto, il transistor va in conduzione (transistor acceso), il pin gate del MOSFET è portato a livello basso, prossimo a GND, e il MOSFET si spegne (resistenza Source-Drain molto alta); di conseguenza, si disattiva il blocco del solenoide in quanto non può richiudersi a terra il morsetto negativo del solenoide tramite il MOSFET. Quando il pin D9 è a livello basso, il transistor va in interdizione (transistor spento), il gate del MOSFET è portato a +12 V tramite la resistenza pull-up da 2 kohm (R2), quindi il MOSFET si accende (resistenza Source-Drain molto bassa) richiudendo a terra il morsetto negativo del solenoide che così può essere alimentato. In questo modo, è possibile controllare la serratura della porta di accesso mediante Arduino Nano. Si noti che il MOSFET IRF540N non è controllato direttamente alla tensione di 5 V da Arduino Nano poiché non è un MOSFET controllabile con livello logico, quindi con una tensione di 5 V non si accenderebbe o spegnerebbe completamente, questo è stato il motivo per cui è stato utilizzato il transistor NPN BC547 per controllare il MOSFET.

Principio di funzionamento del sistema di controllo accessi

Il microcontrollore Arduino Nano legge i dati seriali provenienti dal modulo bluetooth HC-05 e verifica se corrispondono al comando di blocco o sblocco della serratura inviato dallo smartphone che ha effettuato la lettura dell’impronta digitale. Nella logica del software del progetto, se l'impronta digitale viene riconosciuta correttamente, il modulo bluetooth invierà il valore "1" ad Arduino, mentre se l'impronta digitale non viene riconosciuta, il modulo bluetooth invierà il valore "0". Se il valore letto da Arduino Nano è "1", la porta verrà sbloccata e il cicalino emetterà un segnale sonoro per un secondo e la porta resterà sbloccata per 7 secondi, dopodiché la porta verrà nuovamente bloccata. Se il valore letto è "0", il che significa che l'impronta digitale non viene riconosciuta, il cicalino emetterà un segnale sonoro di allarme per tre volte della durata di un secondo per ciascuna volta, per avvisare gli addetti alla sicurezza che è in corso un tentativo di accesso non autorizzato. Nello smartphone occorre installare un’App Android per gestire la lettura delle impronte digitali e l’invio dei comandi al modulo HC-05. E’ possibile scaricare l’app dal sito https://circuitdigest.com/sites/default/files/arduino-solenoid-door-lock-android-app.zip.

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