Rfid считыватель своими руками uhf

Электронный RFID замок на микроконтроллере своими руками. Схема

Преимущества электронных замков нельзя недооценить, как пример этому, использование электронных замков позволяет нам освободиться от целой связки тяжелых ключей.

Самое главное для рядового пользователя — это удобство в эксплуатации и надежность электронного замка. Этим требованиям удовлетворяют устройства, основанные на RFID (от англ. Radio Frequency IDentification — радиочастотная идентификация) — бесконтактной радиочастотной идентификации.

Подобная система идентификации состоит из стационарного приемника и носимого передатчика (транспондера).

Представленный в данной статье RFID замок работает подобным образом. Идентификация осуществляется на основе чтения 40-битного серийного номера карты Unique. Рабочее состояние сигнализируется звуковым сигналом. Замок может работать в двух основных режимах: чтения и регистрация карт Unique в памяти микроконтроллера. Всего в память можно записать 4 карты.

Краткие характеристики RFID замка;

Невидимый

Специалисты рекомендуют устанавливать именно такие замки, получившие название «невидимка» из-за отсутствия замочной скважины. Это достаточно надёжный вариант, управляемый с помощью брелка или пульта управления. Невидимый замок служит гарантией безопасности, ведь его нельзя высверлить или повредить. Преимуществом замка является автономная система питания, которая позволяет работать несколько дней без подключения к электричеству.

Найти электронный замок без специальных приборов невозможно. Прочный засов так встроен в дверь, что снаружи узнать, в каком месте он находится, нельзя. Хозяин открывает входную дверь или пластиковой картой, или брелком. Фирмы, устанавливающие такие замки, часто оборудуют двери сигнализацией, которая оповестит о несанкционированном входе охрану и владельца.

Теперь о конструкции замка

Схема простейшая, испытанная, работает она уже полтора года без проблем, в условиях жары и холода. И самое главное, проста в повторении! Покупаешь радиодетали, плату можно использовать монтажную.

В качестве привода для замка, применил простой автомобильный электропривод (актуатор). В комплект идут и крепления – металлические полоски, которые нужно переделать, так как видно на фотографиях. Все зависит от того, какой замок применяется для переделки. Можно ставить готовую электрозащелку фирмы FASS LOCK Itemno:2369 (8-12V,12W). В таком случае меняется емкость конденсатора С1, так чтобы получить временную задержку таймера в 0,5-1с.

Работа проекта

Наша система работы с радиочастотными (RFID) метками состоит из двух компонентов – из самих меток и модуля их чтения. Метка состоит из интегрированной в нее схемы и антенна. Схема служит для хранения данных, а антенна – для передачи данных модулю чтения меток. Когда радиочастотная метка оказывается в диапазоне действия модуля чтения меток, радиочастотный сигнал запитывает электронную схему метки и метка начинает последовательно передавать данные. Эти данные принимаются модулем чтения меток и затем в нашем проекте передаются в плату Arduino. В зависимости от номера принятой метки плата Arduino выполняет соответствующие действия.

В нашем проекте правильный номер метки мы уже заранее сохранили внутри программы. Поэтому когда к модулю чтения меток будет подноситься метка с этим номером будет срабатывать реле. В целях демонстрации работы проекта мы к выходу реле подключили светодиод, однако в реальных схемах его достаточно просто заменить на электронный механизм замка, которым и будет управлять реле.

Если к модулю чтения меток подносится карта с неправильным номером будет срабатывать зуммер. Открывающее напряжение на реле подается только на 5 секунд, после чего реле снова закрывается.

Преимущества электронных замков

Безусловно — это надежность. Вскрыть такой замок сложно и требует немало времени, а система оповещения о несанкционированном проникновении подает сигнал охране мгновенно. При утере ключа устройство легко перепрограммируется владельцем. Для удобства можно установить специальное приложение на смартфон и ключ вовсе не понадобится, дверь открывается сигналом телефона.

Удобство в применении дистанционного управления: брелок или карта. Не нужно в темноте искать ключ и замочную скважину.

Возможность оснащать устройство дополнительными функциями: блокировки двери или отключение замка в случае ЧС.

Замок может находиться в любой части двери, что не дает взломщикам шансов. Если работают профессионалы, взломать они смогут, но это займет много времени и потребует использования специальной аппаратуры. А сигнализация срабатывает мгновенно, при попытке взлома.

Для кодовых замков можно установить время срабатывания, по истечению которого двери блокируются до следующего дня. Удобно для определения рабочего дня, после окончания никто не может попасть в здание по коду, только с использованием брелока или карты.

Особенности установки замочного механизма

В зависимости от сложности электромонтажных работ можно установить кодовый замок своими руками или доверить сложные этапы работ фирме, которая занимается установкой электронных замков. Самостоятельная установка вполне реальна с накладными замками. Здесь ничего придумывать не надо:

Прикрепить замок к двери.
Устроить на дверной коробке углубление для засова.
Вставить батарейки.
Установить код.

В более сложных системах установка электронного замка сопряжена с навыками электромонтажных работ и применения специального оборудования. Поэтому лучше всю работу доверить специалистам:

Они правильно проложат кабеля питания, провода управления.
Смогут провести скрытую проводку.
Установят и сам замок, и систему управления.
Проведут окончательную настройку.

Примерная схема подключения электронного замка.

Настройки механизма

Теперь, когда электронный кодовый замок успешно установлен, его необходимо настроить. Тут все просто. В память устройства необходимо ввести код на открывание. При выборе комбинации надо следовать простым правилам:

Легкие комбинации, типа 1234, 1111 и тому подобные, лучше не применять. Также не подходят и даты рождения, номера телефонов и вообще любые личные данные. Именно такие комбинации пытаются использовать злоумышленники.
Если код выбран, его лучше запомнить. Записывать куда-либо не стоит.
Также стоит ограничить круг посвященных. Близкие родственники это максимум, кому следует знать, как можно попасть в дом.

Все эти меры призваны максимально защитить дом или квартиру от непрошеных гостей.

Подключение

Некоторые столкнуться с проблемой — название пинов в большинстве уроков и руководств может не соответствовать распиновке на вашем модуле. Если в скетчах указан пин SS, а на вашем модуле его нет, то скорее всего он помечен как SDA. Ниже я приведу таблицу подключения модуля для самых распространенных плат.

MFRC522	Arduino Uno	Arduino Mega	Arduino Nano v3	Arduino Leonardo/ Micro	Arduino Pro Micro
RST	9	5	D9	RESET/ICSP-5	RST
SDA(SS)	10	53	D10	10	10
MOSI	11 (ICSP-4)	51	D11	ICSP-4	16
MISO	12 (ICSP-1 )	50	D12	ICSP-1	14
SCK	13 (ICSP-3)	52	D13	ICSP-3	15
3.3V	3.3V	3.3V	Стабилизатор 3,3В	Стабилизатор 3,3В	Стабилизатор 3,3В
GND	GND	GND	GND	GND	GND

Распределение памяти MIFARE Classic 1K

Память метки 1 КБ организована в 16 секторов (от 0 до 15). Каждый сектор дополнительно делится на 4 блока (блоки 0–3). Каждый блок может хранить 16 байтов данных (от 0 до 15).

Это говорит нам, что у нас точно

16 секторов x 4 блока x 16 байтов данных = 1024 байта = 1 КБ памяти

Весь 1 килобайт памяти с секторами, блоками и данными показан ниже.

Рисунок 9 – Вывод скетча DumpInfo. Структура памятиРисунок 10 – Трехмерное представление структуры памяти MIFARE Classic 1K

Блок 3 каждого сектора называется Sector Trailer и содержит информацию, называемую Access Bits (биты доступа), для предоставления доступа на чтение и запись к остальным блокам в секторе. Это означает, что в каждом секторе на самом деле для хранения данных доступны только 3 нижних блока (блоки 0, 1 и 2), а это означает, что в 64 байтовом секторе у нас есть только 48 байтов, доступных для нашего собственного использования.

Блок 0 сектора 0 также известен как Manufacturer Block / Manufacturer Data содержит данные производителя микросхемы и уникальный идентификатор (UID). Блок производителя выделен ниже красным цветом.

Рисунок 11 – Вывод скетча DumpInfo. Блок производителя

Предупреждение: перезаписывать блок производителя очень рискованно, и это может навсегда заблокировать карту.

Корпус

очень

С работающим станком мы получили возможность протестировать наш проект в реальной жизни. Корпус для нашей RFID-метки сделали из 2-миллиметрового огрстекла. Этот корпус — первый объект, сделанный на PhotonSaw, да!

Родилась идея расположить катушку на внешней стороне корпуса. Сперва было решено использовать половину высоты корпуса, но это не работало на практике (дополнительные отверстия в длинных сторонах, таким образом, не используются). Катушка просто великолепно разместилась по периметру всего корпуса, хотя у меня были сомнения, не будет ли прямоугольная обмотка (105×55 мм) слишком большой для нормальной электромагнитной связи.

Тестовая катушка была намотана, без всяких расчетов, проводом 0,4 мм в 66 витков. И, очевидно, нам опять повезло, потому что катушка получилась точно такой как надо, индуктивностью 645 мкГн, с подключенной меткой давая резонансную частоту 125,2 кГц. Тест на дверном считывателе показал, что прототип работает просто прекрасно с этой катушкой.

С катушкой снаружи корпуса толщину последнего можно уменьшить. Внутренняя толщина теперь зависит только от высоты деталей на плате, и с учетом толщины платы должна составлять около 6 мм. Кроме того, было бы хорошо добавить гравировку. Флемминг предложил скруглить боковые стороны корпуса из эстетических и эргономических соображений. Изогнутый корпус также будет лучше защищать боковые стороны катушки, потому что там, где нет сильного натяжения, витки провода любят вылезать наружу.

Станок PhotonSaw еще не совсем в нормальном состоянии: гравировка на верхней крышке значительно съехала. Необходимо его окончательно отладить перед изготовлением финальной версии корпуса. Изогнутые контуры также подверглись ошибке расчета в программном обеспечении, так как луч не вернулся в начальное положение после прохода замкнутой траектории. Но во всяком случае, кривые выглядят действительно гладкими.

Заливка кнопок

Настало время закрепить кнопки на свое место в заранее просверленных отверстиях. Вставляем кембрик в кнопки и ставим их на свое место, как это видно на фото. После, нужно скрепить их каплями клея или термоклея. Но делать это надо аккуратно, так чтобы не осталось щелей, в том случае если заливать кнопки эпоксидной смолой! Потому что у меня, первая панелька, залитая эпоксидкой, осталась в качестве музейного экспоната. Эпоксидка, очень текучая, и она просочилась в кнопки и склеила их. Вот так. Пришлось делать все по новому и на этот раз, заливал панель термоклеем. Кнопки можно предварительно клеить, так чтобы закрепить их на свои места, двухкомпонентным, мгновенным клеем применяемым мебельщиками для склеивания МДФ, продается там же где и алюминиевые профиля – в магазинах мебельной фурнитуры.

Необходимые Материалы

Arduino nano
OLED дисплей
Энкодер
Луза
Пищалка buzzer
RGB светодиод
Микро выключатель
Контакт для батарейки
Готовая катушка на 340 мкГн (10 шт) и от RDM (1шт)
3D модель корпуса STL
Gerber файл печатной платы
Кондесатор 4.7 нФ — 1 шт
Кондесатор 2.2 нФ — 2 шт
Кондесатор 10 нФ — 1 шт
Резистор 0.25 Вт, 220 Ом — 3 шт
Резистор 0.25 Вт, 2.4 кОм — 1 шт
Резистор 0.25 Вт, 10 кОм — 1 шт
Резистор 0.25 Вт, 120 кОм — 1 шт
Резистор 0.25 Вт, 510 кОм — 1 шт
Диод 1N4148 — 1 шт
Заготоква rfid-ключа T5557
Заготовка dallas-ключа RW1990
Универсальная заготовка для метаком, цифрал и dallas TM-01a

Конденсаторы любые неполярные. Я использовал керамические на 50В.

https://youtube.com/watch?v=rx6r7vtkwQs

Шаг 7. Разработка приложения для Android

Я покажу вам, как разработать приложение Bluetooth на Aandroid с помощью приложения MIT App Inventor. Я использую App Inventor, потому что он не требует каких-либо навыков программирования и установки программного обеспечения. Вам нужна только учетная запись google. Перейдите по адресу http://ai2.appinventor.mit.edu/ и войдите в систему, используя учетную запись google.

Войдите в приложение Inventor с помощью gmail и выполните следующие действия.

I	Принять условия	Картинка 1
II	Нажмите «take survey later», а затем «продолжить», чтобы закрыть экран заставки	Картинка 2, 3
III	Начните новый проект	Картинка 4
IV	Назовите проект “BluetoothControlDoorLock” (без пробелов)	Картинка 5

Теперь вы находитесь в Дизайнере, где вы делаете «пользовательский интерфейс» вашего приложения (изображение 6). В окне конструктора вы найдете внешний вид вашего приложения и укажете, какие функции он должен иметь. Вы можете выбрать для пользовательского интерфейса кнопки, изображения, ярлыки, текстовые поля и функциональные возможности, такие как Text-to-Speech, Bluetooth, датчики и GPS.

Теперь, следуйте рисунку 7 и добавьте “List Picker” в программу просмотра. Переименуйте его в «Подключение к устройству Bluetooth» (рисунок 8). Добавьте одну метку, одно текстовое поле пароля и две кнопки, показанные на рисунке 10. Измените текстовые свойства компонентов как «Введите пароль», «Открыть дверь» и «Закрыть дверь» соответственно. Конечный пользовательский интерфейс должен выглядеть так, как показано на рисунке 11. Теперь добавьте клиент Bluetooth в программу просмотра. Это невидимый компонент, и он не имеет интерфейса. См. Изображение 12.

Переключитесь на редактор блоков

Пришло время сказать вашему приложению что делать! Нажмите «Блоки» (Blocks), чтобы перейти к редактору блоков (рис. 13). Подумайте о кнопках Designer и Blocks, таких как вкладки, – вы используете их для перемещения вперед и назад между двумя областями App Inventor. Редактор блоков – это программа, в которой вы программируете поведение своего приложения. Есть встроенный блок, который обрабатывает такие вещи, как математика, логика и текст. Ниже перечислены блоки, которые идут с каждым из компонентов вашего приложения. Чтобы заставить блоки для определенного компонента отображаться в редакторе блоков, сначала нужно добавить этот компонент в свое приложение через конструктор.

Давайте создадим блоки для List Picker. List Picker – это элемент пользовательского интерфейса при нажатии на него показывается список соответствующих элементов, здесь – это сопряженное устройство Bluetooth. Мы должны добавить два блока ListPicker.BeforePicking и ListPicker.AfterPicking (изображение 14). Законченные блоки показаны на рисунках 18 и 19.

Сделайте файл .apk

Наш дизайн завершен, теперь нам нужно собрать файл apk для нашего телефона Android. Нажмите, чтобы создать меню и выберите «Приложение (сохранить .apk на мой компьютер)». Подождите минуту. Файл apk загрузится в папку загрузки по умолчанию. Установите и используйте его.

Пример №1: Считывание номера карты

Рассмотрим пример из библиотеки RFID — cardRead. Он не выдает данные из карты, а только ее номер, чего обычно бывает достаточно для многих задач.

Скетч залился, светодиод питания на модуле загорелся, но модуль не реагирует на карту? Не стоит паниковать, или бежать искать «правильные» примеры работы. Скорее всего, на одном из пинов просто нет контакта — отверстия на плате немного больше чем толщина перемычки, так что стоит попробовать их переставить. На плате не горит светодиод? Попробуйте переставить перемычку, ведующую в 3.3В, и убедитесь, что на плате она подключена именно к 3.3В, подача питания в 5В может вашу плату запросто убить.

Допустим, все у вас заработало. Тогда, считывая модулем RFID метки, в мониторе последовательного порта увидим следующее:

Здесь я считывал 3 разных метки, и как видно все 3 он успешно считал.

Особенности установки замочного механизма

Прикрепить замок к двери.
Устроить на дверной коробке углубление для засова.
Вставить батарейки.
Установить код.

Они правильно проложат кабеля питания, провода управления.
Смогут провести скрытую проводку.
Установят и сам замок, и систему управления.
Проведут окончательную настройку.

Примерная схема подключения электронного замка.

Настройки механизма

Легкие комбинации, типа 1234, 1111 и тому подобные, лучше не применять. Также не подходят и даты рождения, номера телефонов и вообще любые личные данные. Именно такие комбинации пытаются использовать злоумышленники.
Если код выбран, его лучше запомнить. Записывать куда-либо не стоит.
Также стоит ограничить круг посвященных. Близкие родственники это максимум, кому следует знать, как можно попасть в дом.

Все эти меры призваны максимально защитить дом или квартиру от непрошеных гостей.

Особенности электронных замков кодового типа

Одна из главных отличительных черт кодовых замков на дверь электронного типа – возможность установить блок управления им в любое место, вдали от самого запирающего устройства. Благодаря данной особенности появилось понятие замок-невидимка. Вор не сможет вскрыть замок, если не видит его и не понимает, каким образом он устроен.

В устройство встроена плата с процессором, который может запрограммировать невообразимое количество комбинаций. Код будет сложно подобрать даже с применением вычислительных машин. Комбинаций может быть не один миллион, или даже миллиард. Обычный человек точно не справится с процедурой подбора. Электронные замки можно условно разделить на несколько видов.

Первый вид — устройства, которые управляются при помощи обычных кнопок. Именно такие изделия получили максимальное распространение, поскольку являются наиболее привычными для пользователей. Причиной того, что такие замки наименее качественные, как и в случае с механическими замками, является легкая стираемость кнопок, возможность их западания при частом использовании механизма.

Поэтому такие замки не устанавливаются на двери, которые охраняют доступ к ценным вещам, ведь их достаточно просто взломать. Чаще всего блок управления встраивается непосредственно в запирающий механизм, однако бывают модели, где они разделены.

Второй вид – устройства, где код нанесен на магнитную ленту. Это самые взломостойкие замки, поскольку без специального кода на магнитном носителе доступ к двери получить невозможно. Роль носителя кода выполняет либо карта (похожа на обычную карту Visa), либо брелок, либо пульт, работающий дистанционно. В случае с пультом код передается с помощью радиосигнала. Минусом таких устройств является возможность отследить и перехватить код. Замки с магнитным носителем чаще всего используются как замки-невидимки.

Ежегодно технологии идут вперед – новые заменяют устаревшие, в которых находят различные уязвимости. В связи с этим есть возможность, что даже самый передовой электронный замок через какое-то время будет легко взломать благодаря новым технологиям. Это как компьютерные вирусы, которые постоянно совершенствуются.

Установка подобных кодовых замок на дверь представляет собой достаточно сложную задачу даже для профессионала, потому маловероятно, что простой человек сможет произвести монтаж самостоятельно, что тоже можно отнести к минусам подобных устройств.

Шаг 2

Сначала я намотал проволоку на основу примерно 10 см в диаметре (я больше чем уверен, что пара сантиметров плюс-минус роли не сыграют).

Когда проволока была намотана на основание, я сравнил катушку с другими катушками, которые у меня уже были. Так я примерно оценил индуктивность новой катушки – у меня вышло около 330 мкгн.

Я подставил значение 330 мкгн в формулу и полученный результат значил, что для этой катушки нужен 0,005 мкФ конденсатор, чтобы пара катушка-конденсатор «резонировала» на частоте 125 кГц, а тока было достаточно для питания диода.

Прежде чем приступить к пайке, я сделал предварительную сборку на макетной плате.

Недостатки электронных замков

Электронные замки имеют и ряд недостатков. Основной из них — это зависимость от наличия напряжения сети, что нужно учитывать при установке.

Многие устройства имеют встроенный источник питания, который позволяет открыть входную дверь при отсутствии сетевого напряжения. На замки без внутренних аккумуляторов рекомендуют устанавливать аварийные блоки питания, позволяющие работать системе несколько дней.

Основная трудность происходит при отказе системы. Доступ в помещение без специального оборудования будет невозможен. Для открытия двери придется вызывать специальную службу. Но такая ситуация крайне редкая. Она может возникнуть при грубом нарушении правил эксплуатации.

Запорные системы надежны (степень надежности выше, чем у механических устройств). Безопасность использования зависит только от хозяина. Он не должен сообщать посторонним код, передавать брелоки или магнитные карты. Но даже в этом случае достаточно установить новые коды доступа для защиты помещения.

Сборка печатной платы

Сборка была не очень сложной. На плату по трафарету нанесли паяльную пасту, разместили все детали, а затем запаяли в самодельной печи.

Через разделительную емкость (47 пФ имеют сопротивление примерно 27 кОм на частоте 125 кГц) и защитные диоды ток поступает на шины питания. Энергии, поступающей с катушки, хватает на поддержание напряжения питания около 1 В. Ток может достигать 250-500 мкА. Удивительно, но микросхемы 74HC, похоже, работают при таком питании. К сожалению, при таком напряжении происходят довольно странные вещи. Микросхемы 74HC имеют внутреннюю схему сброса, и нужно убедиться, что она срабатывает

Обратите внимание, что отключение защитных диодов не помогает. На входах микросхем есть внутренние защитные диоды, которые в этом случае открываются и выполняют ту же работу

Сброс по питанию срабатывает только если напряжение питания падает ниже определенного уровня в течение некоторого периода времени. Если напряжение остается слишком высоким, то внутренняя логика может запутаться, потому что некоторые ее части могут быть в неопределенном состоянии, в то время как другие работают должным образом. Необходим внутренний сброс для установки всех микросхем в согласованное состояние. Таким образом, схема будет неустойчиво работать при очень низком напряжении питания.

Симптомы наблюдались следующие: метка работает некоторое время, при этом посылая корректные данные. Если катушку убрать от считывателя, а затем вернуть обратно, можете делать ставки, выключится ли при этом метка. Иногда срабатывает, иногда — нет. Отключение ФАПЧ ухудшает ситуацию. Низкое энергопотребление приводит к тому, что ридер время от времени будет принимать данные от выключенной метки. Вот что значит «энергоэффективная система».

Существует два решения: 1) уменьшить конденсатор в цепи восстановления тактового сигнала до 15 пФ, и 2) включить между питанием и землей резистор 22-100 кОм для сброса лишней энергии. Второй метод приводит к росту утечек во время работы и на самом деле не требуется при уменьшении емкости конденсатора. Тем не менее, он предусмотрен как опция, и это все равно лучше, чем неопределенное состояние микросхем.

Способы установки

Кроме принципа действия, замки различаются и по установке: накладные и врезные. Первый вид считается более надежным, но более трудоемкий и влияет на эстетический вид двери.

Самостоятельно установить электронный замок сложно, нужны определенные навыки, требует специальных инструментов и есть риск испортить устройство. Для гарантированно качественной работы следует пригласить профессионалов.

Как происходит установка электрозамка

Мастер определяет будущее местонахождение замка в двери и лутке;
Наносит разметку, где будут находиться все элементы устройства, многие замки комплектуются специальным трафаретом для упрощения задачи;
С помощью специальных инструментов делаются необходимые отверстия для крепления устройства;
Все детали тщательно подгоняются друг к другу и крепятся на свои места

Важно чтобы прилегание пластины замка плотно и беспрепятственно прилегала к ведущему блоку;
Прокладываются провода для питания электрозамка. Тип кабеля указывается в инструкции, защищается провод коробом или гофрированной трубой;
Подключение устройства и проверка работоспособности.

Вся процедура с первого взгляда не кажется сложной, но если учитывать опасность сломать замок, при его довольно высокой стоимости, обратиться к мастерам — это разумно и выгодно.

Шаг 5: Код проекта

Чтобы код проекта был скомпилирован, нам нужно включить некоторые библиотеки. Прежде всего, нам нужна библиотека MFRC522 Rfid.

Нам также нужна библиотека Adafruit SSD1306 и библиотека Adafruit GFX для отображения.

Сначала мы объявляем значение метки RFID, которую должен распознать Arduino. Это массив целых чисел:

Затем мы инициализируем считыватель RFID и дисплей:

После этого в функции цикла мы проверяем тег на считывателе каждые 100 мс.

Если на считывателе есть тег, мы читаем его UID и печатаем его на дисплее. Затем мы сравниваем UID тега, который мы только что прочитали, со значением, которое хранится в кодовой переменной. Если значения одинаковы, мы выводим сообщение UNLOCK, иначе мы не будем отображать это сообщение.

Конечно, вы можете изменить этот код, чтобы сохранить более 1 значения UID, чтобы проект распознал больше RFID-меток. Это просто пример.

Код проекта: