Progetto di un dispositivo di controllo di un accesso di sicurezza con RFID e Arduino – Parte 4

Nel precedente articolo “Progetto di un dispositivo di controllo di un accesso di sicurezza con RFID e Arduino - Parte 3” abbiamo riepilogato il progetto e abbiamo fatto una panoramica sui sensori magnetici ad effetto Hall e descritto il sensore magnetico ad effetto Hall 44E. In questo articolo rivedremo il funzionamento del progetto, descriveremo la scheda di sviluppo Arduino UNO e realizzeremo il prototipo del progetto.

Il progetto

Anche in questo articolo riproponiamo la descrizione del progetto, sia per rinfrescare la memoria di chi ha seguito i precedenti articoli, che per chi non ha potuto seguirli. Il controllo accessi RFID di questo progetto è costituito da un lettore RFID e relativa scheda tag RFID, un sensore ad effetto Hall magnetico, un magnete, un relè, una elettro-serratura, un alimentatore e il microcontrollore Arduino UNO. In Figura 1 è riportato lo schema elettrico del dispositivo di controllo di un accesso di sicurezza con RFID.

Figura 1: Schema elettrico del dispositivo di controllo accessi RFID

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 U1 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.

La scheda di sviluppo Arduino UNO R3

La scheda Arduino è un compatto dispositivo hardware open source con molte librerie open source disponibili per interfacciare il suo microcontrollore con molti altri componenti esterni come LED, motori, LCD, tastiera, modulo Bluetooth, modulo GSM e molte altre cose che si desidera interfacciare con la scheda Arduino. Fondamentalmente basato su un microcontrollore, ha tutte le principali interfacce per connettersi con altri dispositivi ed ha anche un programmatore integrato che viene utilizzato per programmare Arduino dal computer. Arduino UNO R3 è una scheda basata sul microcontrollore ATmega328P di Atmel che può essere alimentata e programmata tramite connessione USB. L'Atmega328 è dotato di bootloader integrato che rende molto semplice eseguire la programmazione della scheda con il codice di un progetto. Come tutte le schede Arduino, si può programmare il software in esecuzione sulla scheda utilizzando un linguaggio derivato da C e C++. L'ambiente di sviluppo è l'IDE (Integrated Development Environment), l’ambiente integrato di sviluppo di Arduino. In Figura 2 è riportato il layout della scheda Arduino UNO con la disposizione e funzione dei pin.

Figura 2: Disposizione e funzione dei pin della scheda di sviluppo Arduino UNO R3

Specifiche tecniche del microcontrollore ATmega328p

CPU AVR 8-bit
Tensione di funzionamento 5V
Tensione di funzionamento minima 2,7V
Tensione di funzionamento massima 5,5V
14 I/O Digitali (di cui 6 con funzione PWM)
6 Ingressi analogici (ADC)
Massima corrente continua per ogni I/O 20 mA
Risoluzione ADC 10 bit (da 0 a 1023 step)
Memoria Flash 32 KB
SRAM 2 KB
EEPROM 1 KB
Frequenza di clock fino a 20 MHz
2 timer/contatori a 8 bit 1x timer/contatore a 16 bit
1 USART
1 SPI
1 I2C
1 Comparatore analogico (AC) con ingresso di riferimento scalabile
Watchdog Timer con oscillatore su chip dedicato

Specifiche tecniche del microcontrollore ATMega16U2

Microcontrollore basato su RISC AVR a 8 bit
Memoria Flash 16 KB
EEPROM 512B
SRAM 512B
Interfaccia debugWIRE per il debug e la programmazione su chip
Tensione di funzionamento 5V
Tensione di funzionamento minima 2,7V
Tensione di funzionamento massima 5,5V

Specifiche tecniche della Scheda Arduino UNO R3

VINMax Tensione di ingresso massima al pin VIN 20 V
VINMin Tensione di ingresso minima al pin VIN 6 V
VUSBMax Massima tensione di ingresso dal connettore USB 5,5 V
Alimentazione via VIN 7V-12V
Massima corrente continua al pin 3V 150 mA
Regolatore di tensione 5V (NCP1117ST50T3G)
Tensione di uscita 5V
Tensione di uscita 3,3V
Programmazione con IDE Arduino

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