Progetto di un dispositivo di controllo di un accesso di sicurezza con RFID e Arduino – Parte 2

RFID

Nel precedente articolo abbiamo fatto una panoramica sulla tecnologia RFID con la descrizione delle varie tipologie di sistemi e di tag RFID. In questo articolo descriveremo il progetto attraverso l’analisi dello schema elettrico e del funzionamento. Inoltre, inizieremo a descrivere i principali componenti del dispositivo iniziando dal lettore RFID-RC522.

Il progetto

Riportiamo subito in Figura 1 lo schema elettrico del progetto, così possiamo vedere la composizione del dispositivo di controllo accessi RFID.

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Figura 1: Schema elettrico del dispositivo di controllo accessi RFID

Lo scopo di questo progetto è il controllo del blocco/sblocco in sicurezza di una serratura di una porta d’ingresso ad un’area riservata il cui accesso viene autorizzato mediante l’utilizzo di un sistema di controllo accessi RFID. Il controllo accessi RFID di questo progetto è costituito da un lettore RFID e relativa scheda delle credenziali tag RFID, un sensore magnetico ad effetto Hall, un magnete, un relè, una elettro-serratura, un alimentatore e microcontrollore Arduino UNO. Nella condizione iniziale, la serratura della porta è bloccata e la porta di accesso è chiusa in sicurezza. Il lettore RFID1, dopo la scansione della scheda tag, trasmette i dati della lettura al microcontrollore Arduino UNO mediante la comunicazione seriale SPI. Se l’utente è autorizzato ad accedere all’area riservata, il sistema RFID riconosce e autentica l’utente. Di conseguenza, Arduino, tramite l’uscita digitale D2 di livello alto, attiva il relè RL1 che chiude il contatto COM-NO. La chiusura del contatto COM-NO consente la chiusura del circuito dell’alimentazione fornita dal Power Supply a 12 V PS1, attivando così lo sblocco della serratura SER1. Diversamente, se l’utente non è autorizzato, il sistema RFID non lo riconoscerà, il relè riceverà dal microcontrollore un livello basso e aprirà il contatto COM-NO interrompendo l’alimentazione della serratura. La serratura, non più alimentata, tornerà nella condizione iniziale di blocco e la porta sarà chiusa in sicurezza. Durante queste fasi, riveste un ruolo importante il sensore magnetico ad effetto Hall HM1. Il sensore HM1 e un magnete, installati rispettivamente nel telaio della porta e sulla porta stessa, vengono utilizzati per rilevare la posizione della porta e dare il consenso di blocco/sblocco della serratura.

Quando il sensore ad effetto Hall e il magnete sono vicini ad una distanza corrispondente alla posizione di porta chiusa (ma non ancora bloccata), l’uscita del sensore ad effetto Hall collegata alla porta d’ingresso digitale D3, sarà a livello basso segnalando al microcontrollore la posizione di porta chiusa, dando così il consenso all’attivazione del blocco della porta che si chiuderà automaticamente in sicurezza. Viceversa, se il sensore ad effetto Hall si allontana dal magnete, l’uscita del sensore commuterà a livello alto e il microcontrollore riceverà l’informazione della posizione di porta aperta. Quindi, il sistema costituito dal sensore ad effetto Hall e magnete viene utilizzato per monitorare la posizione della porta e fornire il consenso o meno all’azione di blocco o di sblocco della serratura. Il cicalino BUZ1 viene utilizzato per segnalare acusticamente con un beep della durata di 2 secondi, che è stata chiusa la porta, ovvero, quando il sensore di Hall riporta in uscita un segnale basso. Il cicalino è collegato con il pin positivo al pin digitale di uscita D4 di Arduino e con il pin GND a massa. Riguardo al funzionamento dell’elettro-serratura, quando all’elettromagnete della serratura viene applicata l'alimentazione, la corrente continua crea un campo magnetico nel solenoide e, conseguentemente, si sposta verso l’interno della serratura il blocchetto di chiusura mantenendo la porta in posizione sbloccata, quindi in apertura. Il blocchetto di chiusura manterrà la sua posizione fino a quando non verrà interrotta l'alimentazione, dopodiché il blocchetto di chiusura si sposterà verso l’esterno della serratura bloccando la porta. Per azionare l'elettro-serratura è necessaria una sorgente di alimentazione in grado di fornire 12V con una corrente erogabile di almeno 500mA.

I componenti del progetto

Come accennato nell’anteprima dell’articolo, inizieremo la descrizione dei principali componenti del progetto con il lettore RFID-RC522.

Il modulo lettore RFID-RC522

Il modulo RC522 è un lettore/scrittore di schede tag RFID conforme all’ISO/IEC 14443 come A/MIFARE e NTAG. La scheda dispone di interfacce di comunicazione UART, SPI e I2C. Il modulo RFID-RC522 è un lettore/scrittore contactless di schede tag RFID basato sull'integrato MFRC522 della NXP. Questo modulo, compatibile con Arduino, può essere utilizzato in una varietà di applicazioni come la gestione degli accessi, monitoraggio delle merci, monitoraggio di persone e animali. La scheda RFID-RC522 riportata in Figura 2 integra il chip MFRC522.

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Figura 2: La scheda RFID-RC522 con MFRC522

Specifiche del modulo RC522

Card tag supportate: Mifare
Tensione di alimentazione: da 2,5 V a 3,3 V
Corrente di funzionamento: da 13 mA a 26 mA
Corrente di stand-by: minore di 80 uA
Corrente di picco: 30 mA massima
Frequenza operativa: 13.56 MHz
Interfaccia di comunicazione: UART, SPI, I2C
Microcontrollore: MFRC522
Massima Velocità di trasmissione dati: 10 Mbit/s
Dimensioni (mm): 60x40x6
Temperatura di funzionamento: da -20 °C a +80 °C

Compatibilità della libreria RFID di Arduino con l’MFRC522

Considerando il diffuso utilizzo del modulo RFID-RC522 in molti progetti con Arduino, riteniamo utile indicare la compatibilità della libreria RFID di Arduino con le schede di Arduino. Questa libreria è compatibile con le architetture dei microcontrollori AVR, MegaAVR, STM32F1, teensy, ESP8266, ESP32, Samd e Atmelsam, quindi il modulo RFID-RC522 è possibile utilizzarlo con le seguenti schede di Arduino:

• Arduino Micro
• Arduino Leonardo
• Arduino Mega
• Arduino MKR FOX 1200
• Arduino MKR GSM 1400
• Arduino MKR NB 1500
• Arduino MKR VIDOR 4000
• Arduino MKR WAN 1300 (LoRa connectivity)
• Arduino MKR WAN 1310
• Arduino MKR WiFi 1010
• Arduino MKR ZERO (I2S bus & SD for sound, music & digital audio data)
• Arduino MKR1000 WiFi
• Arduino Nano
• Arduino Nano 33 IoT
• Arduino Nano Every
• Arduino Uno
• Arduino Uno WiFi REV2
• Arduino Yún
• Arduino Zero

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