دستگاه ACCESS CONTROL
محمد مسعودی نژاد
کارشناس فنی شرکت مهندسی بازرگانی رای تک پویا
ایران
واژه های کلیدی Rfid- tag- reader : - میدان مغناطیسی-کنترل تردد
فناوری RFID (شناسایی از طریق فرکانسهای رادیویی) انقلابی عظیم در عرصه لجستیک، زنجیره تامین و سیستمهای امنیتی به شمار می آید. اگر چه بیشینه این فناوری به جنگ جهانی دوم بر می گردد، از استفاده گسترده از محصولات و تجهیزات RFID چند سالی بیشتر نمی گذرد و آن نیز منحصر به کشور های صنعتی و پیشرفته می باشد. در چند ساله اخیر، این فناوری به شدت مورد توجه متخصصین و محققین علم IT و علم الکترونیک قرار گرفته است. دلیل اصلی این رویکرد کاربردهای وسیع الطیف سیتم های RFID می باشد. در حال حاضر در ایران نیز تلاشهایی برای شناخت و استفاده از این فناوری صورت گرفته است. بنا بر نیاز بسیار زیاد کشور به این تکنولوژی، در این پروژه یک نمونه ساده و آزمایشگاهی دستگاه
access control طراحی و ساخته شذه است. در این سیستم 5 نفر در نظر گرفته شده است که اجازه ی ورود و خروج آنها، توسط نمایش Accept و Deny بر روی صفحه ی نمایش (LCD) و روشن شدن دیودهای سبز و قرمز، صادر می شود. از مزایای این پروژه می توان به کنترل تردد افراد، ثبت ساعت ورود و خروج افراد و امکان حفاظت محلهای خاص و طبقه بندی دسترسی افراد به محلهای خاص اشاره کرد.
در سالهای اخیر پروسه های شناسایی اتوماتیک (Auto-ID) در خدمات صنعتی، خرید و پخش لوجستیک، صنعت، کارخانه ها، سیستمهای سیال مواد بسیار رایج گردیده است. پروسه های شناسایی اتوماتیک امروزه در شناسایی، انسانها، حیوانها و حمل و نقل کالاها و تولیدات به کار می روند.
برچسب های بارکد رایج که شروع یک انقلاب در سیستمهای شناسایی و از دیرباز قابل توجه بودند دارای مشکلات بسیاری بودند. این مطلب درست است که بارکدها بسیار ارزان قیمت هستند و از نظر اقتصادی به صرفه می باشند، اما نقطه ضعف اساسی آنها ظرفیت ذخیره سازی کم و عدم امکان برنامه نویسی مجدد آنها می باشد. راه حل فنی بهینه می تواند ذخیره سازی اطلاعات در یک چیپ سیلیکونی باشد. یک نمونه بسیار رایج از ابزار الکترونی اطلاعات که استفاده از آن در بین جوامع بشری بسیار رایج گردیده است کارت های هوشمند می باشد. اساس کار این کارت ها قرار گرفتن در یک میدان تماس است. بدین معنی که کارت تنها هنگامی قادر به رد و بدل اطلاعات خواهد بود که در میدان دستگاه reader قرار گیرد. هر چند که این گونه کارتها در اغلب موارد به مفهوم واقعی تماس مکانیکی با میدان ندارند اما انتقال اطلاعات بدون تماس ابزارهای الکترونیکی حمل اطلاعات ودستگاه خواننده استفاده از این گونه ابزار را انعطاف پذیرتر خواهد کرد.
به طور ایده آل توانی برای عمل کردن یک وسیله انتقال داده الکترونیکی نیاز است تا اطلاعات از وسیله موردنظر به خواننده با تکنولوژی بدون تماس صورت گیرد. به دلیل نوع پورسه ها و فرایندهایی که در انتقال توان و داده در این گونه سیستمها استفاده می شود، سیستمهای شناسایی بدون تماس، سیستمهای RFID (شناسایی توسط فرکانس های رادیویی) نامیده می شوند.
تعداد شرکتهایی که به طور فعال در توسعه و فروش سیستمهای RFID درگیر هستند، مبین این مطلب است که سیستمهای RFID بازار قابل توجهی را به خود اختصاص داده اند. بازار محصولات RFID متعلق به سریعترین بخش در حال رشد صنعت
فن آوری رادیویی که شامل تلفن های موبایل و بی سیم است می باشد. علاوه بر آن در سالهای اخیر شناسایی بدون تماس به عنوان یک زمینه علمی و مستقل به چنان پیشرفتی رسیده است که نمی توان آن را با دیگر رشته های هم ارزش برابر دانست. این رشته توانسته عناصری از شاخه های بسیار متفاوت را در کنار هم جمع آوری کند که می توان از این میان به شاخه های تکنولوژیEMC,HF، تکنولوژی نیمه هادی، حفاظت اطلاعات، ارتباط از راه دور، تکنولوژی ساخت و بسیاری از شاخه های مربوط به آن اشاره کرد.
سیستم های RFID بسیار شبیه کارتهای هوشمند هستند. مانند سیستم های کارت هوشمند داده در یک دستگاه الکترونیکی انتقال داده ذخیره می شوند. (دستگاه گیرنده، فرستنده مخابراتی خودکار) با وجود این برخلاف کارت هوشمند تغذیه دستگاه انتقال داده و تبادل اطلاعات بین این دستگاه و دستگاه خواننده بدون استفاده از تماس برقی و در عوض با استفاده از
میدان مغناطیسی صورت می گیرد. پروسه اساسی برای این سیستم ها مربوط به شاخه های مهندسی رادار و رادیو می باشد. حروف اختصاصی RFID شناسایی از طریق فرکانس رادیویی می باشد. یعنی اطلاعاتی که به وسیله امواج رادیویی منتقل می شوند. با توجه به مزایای متعدد سیستم های RFID در مقایسه با دیگر سیستم های شناسایی، سیستم های RFID امروزه بازارهای جهانی را تسخیر کرده اند. یک نمونه از این کاربردها استفاده از کارت های هوشمند بدون تماس به عنوان بلیط برای حمل و نقل عمومی در مسافت های کوتاه می باشد. [1]
یک سیستم RFID همواره از دو قسمت تشکیل شده است.
Reader و Transponder دو بخش مهم یک سیستم RFID هستند
یک Transponder، که در هدفی که می خواهیم آن را شناسایی کنیم واقع است.
یک Reader یا خواننده که، با توجه به طراحی و نوع فن آوری مورد استفاده می تواند یک دستگاه فقط خواننده یا هم خواننده
و هم نویسنده باشد. (در این مقاله با توجه به استفاده رایج همان دستگاه گیرنده اطلاعات یا داده همواره با عنوان خواننده READER)) به آن اشاره می شود).
همواره به جای دستگاه گیرنده اطلاعات از عبارت، READER استفاده می شود، بدون توجه به آنکه آن دستگاه تنها خواننده اطلاعات باشد یا علاوه بر آن قابلیت نوشتن را نیز داشته باشد. یک نمونه عملی در شکل زیر نشان داده شده است. [1]
Reader RFID و یک کارت هوشمند بدون تماس در حال استفاده
انواع tag ها
1- passive
این نوع tag ها منبع تغذیه داخلی ندارند . بوسیله ورود سیگنال و فرکانس رادیویی جریان الکتریکی درآنتن ایجاد می شود که نیروی کافی برای IC را در داخل tag برای انتقال یک پاسخ آماده می کند بیشتر passive-tag ها بوسیله سیگنال کریری که از reader انتقال می یابد مخابره می شوند . یعنی آنتن باید برای دریافت نیرو ازسیگنال ورودی و همچنین برای انتقال سیگنال خروجی طراحی شود .[2]
2-Semi-passive
درپاسخ سریع ترند ولی ازنظرقدرت و قابلیت اعتماد مانند passive-tag ها هستند و باتری نیزدارند. این باتری اجازه
می دهد که tag همیشه تغذیه داشته باشد و به طراحی آنتن برای دریافت تغذیه ازسیگنال ورودی نیازی نیست. این tag ها همچنین نسبت به اکتیوها کم ارزش تراند. این tag ها درمحیط های سخت که پر از فلزات و مواد سیال است که باعث ازبین رفتن میدان RFمی شوند قابل استفاده اند. دراین گونه محیط ها passive-tag ها قابل خواندن نیستند. این گونه tag ها بخاطرداشتن تغذیه درمحیطهای سخت بطورقابل اعتمادی خوانده می شوند.[2]
3-Active
این tag ها دارای منبع تغذیه داخلی هستند که برای تغذیه هرIC ایی که سیگنال خروجی تولید می کند مورداستفاده قرارمی گیرند . این گونه tag ها به خاطرخطای کمترنسبت به passive ها قابل اعتماد ترند .
این tag ها براساس توانایی منبع تغذیه خود می توانند نسبت به passive ها نیروی بیشتری انتقال دهند . بسیاری ازاین نوع tag ها محدوده کاری درحدود چند صد متردارند و عمرباتری آنها درحدود ده سال است .
این گونه tag ها رنج طولانی تری نسبت به passive ها دارند درحال حاضر سایز کوچکترین active-tag ها درحدود یک سکه است و با قیمت کمی عرضه می گردد.[2]
یک Reader معمولا شامل یک ماژول فرکانس رادیویی(گیرنده و فرستنده)، یک واحد کنترل و یک عنصر تزویج می باشد که از عنصر تزویج برای کوﭘل کردن Reader بر Transponder استفاده می شود. علاوه بر اینها بسیاری از دستگاههای خواننده با یک واسط جانبی RS485 ، RS232 و غیره سازگاری دارند. به این منظور اطلاعات دریافت شده را به سیستمی دیگر (pc) سیستم کنترل که قابلیت انتقال داشته باشد می دهند. Transponder که در واقع نشان دهنده یک دستگاه انتقال داده یک سیستم RFID است معمولا شامل یک عنصر تزویج و یک میکرو چیپ الکترونیکی است. هنگامی که Transponder (که معمولا منبع تغذیه(باطری) برای خود ندارد). درون حوزه فعالیت Reader نباشد به طور کلی پسیو است Transponder فقط هنگامی فعال است که در حوزه فعالیت Reader قرار داشته باشد. توان مورد نیاز برای راه اندازی Transponder از طریق واحد تزویج (بدون تماس) تأمین می شود. همان گونه که کلاک پالس و اطلاعات نیز از طریق واحد تزویج به آن اعمال می شوند.
نمای ساده بخش حامل داده یک سیستم RFID . سمت چپ ، Transponder تزویج القایی همراه با سیم پیچ آنتن و در سمت راست
اهداف سیستم RFID
هدف یک سیستم RFID آماده سازی اطلاعات برای ارسال آنها بوسیله یک وسیله سیارکه tag نامیده می شود
می باشد. این tag ها توسط Rreader خوانده می شوند و براساس نیازهای شخص یک عملیات پردازش می شود. اطلاعات ارسال شده توسط tag ممکن است نشان دهنده شناسایی یا اطلاعات مکان باشد. بصورت جزئی محصولاتی که دارای tag هستند مشخصاتی درباره قیمت، رنگ، تاریخ خرید و غیره به ما می دهد. [1]
Access control
این سیستم یکی از سیستمهایی است که امروزه بسیار متداول بوده و اکثر شرکتها، کارخانجات و ادارات از آن استفاده می کنند. اساس کار این سیستم کنترل تردد و حضور و غیاب افراد می باشد. که از گذشته با سیستمهایی مثل بارکد و کارتهای مغناطیسی انجام می شده است. اما اکنون با رشد سریع تکنولوژی این سیستم نیز پیششرفت کرده و از کارتهای contact less با تکنولوژی RFID استفاده می کند.
معرفی پروژه :
در پروژه ای که انجام شده است یک نمونه ی بسیار کوچک و در حد آزمایشگاهی ارائه شده است. در این پروژه فرض شده است که 5 نفر در این سیستم وجود دارند. از این 5 نفر، 3 نفر اجازه ی عبور دارند و به 2 نفر دیگر اجازه ی ورود داده
نمی شود. هر بار که کارتی توسط Reader خوانده می شود، اطلاعات آن به میکرو کنترلر ارسال می شود. و توسط برنامه ی میکرو با مقایسه ی کد کارتها تشخیص accept و deny داده می شود. و بر روی lcd نمایش داده می شود. علاوه بر این
دیود های سبز و قرمز رنگ نیز به ترتیب برای accept و deny روشن خواهند شد. در ضمن در lcd تعداد افرادی که به آنها اجازه ی ورود داده شده و داده نشده نیز نمایش داده می شود.
مدار کلی:
مدار کلی به صورت زیر ارائه می شود :
نمای کلی مدار
معرفی ID12 :
مهمترین و اساسی ترین قطعه ای که مورد استفاده قرار گرفته است ID12 می باشد که به عنوان readerدر مدار کار خواهد کرد. در ادامه توضیح مفصلی درباره ی سری ID داده خواهد شد.
ID2 ، ID12 و ID20 reader هایی چند منظوره هستند که می توانند به صورت ساده مورد استفاده قرار گیرند. این reader ها کارتهای موجود در بازار را برای شناسایی افراد می توانند بخوانند.
با اضافه شدن ساده ی یک آنتن و یک خازن می توان به طراحی مناسب و دقیق رسید. و برای تجهیزاتی مثل سیستم های کنترل تردد access control)) یا ساعت حضور و غیاب می توانند به خوبی مورد استفاده قرار گیرند. این reader ها برای استاندارد EM4001 برای tag های 125Khz مورد استفاده قرار می گیرند. برد این reader ها متفاوت بوده و برای ID12 بین
cm 12-1 و برای ID20 بین cm 16- 1، برای ID2 نیز با طراحی درست آنتن بردی حدود 25cm خواهد داشت.
در ضمن سری ID12 و ID20 آنتن داخلی دارند و نیازی به آنتن خارجی ندارند. ولی ID2 آنتن داخلی ندارد و باید یک آنتن مناسب برای آن طراحی شود.
این reader ها سه شکل کاری دارند که عبارتند از:
1- Serial ASCII
2- wiegand 26
3- magnetic emulation
علاوه بر این، این reader ها در مقابل اثرات محیطی، صدمات بالقوه یا تغییرات در هنگام کار کردن محافظت شده هستند.
ID series
درون ID12 یک اسیلاتور 125Khz، یک سیم پیچ به عنوان آنتن، سیستم آشکارسازی دامنه برای دمدوله کردن رشته دریافتی اطلاعات و یک میکروکنترلر برای دیکد کردن رشته دریافتی اطلاعات و ارسال آن به صورت سریال با سرعت
9600 bd وجود دارد.
مشخص است که مدولاسیون این reader ها ASK( amplitude shift keying) می باشد.
ساده ترین شکل مداری که می توان برای ID12 داشت به صورت زیر است.
ساده ترین مدار ی که می توان برای ID12 داشت
پیکره بندی پایه های ID12 به صورت زیر است.
پیکره بندی پایه های ID12
جدول زیر نشان دهنده ی خصوصیات فیزیکی و عملیاتی سری ID می باشد .
برای ID12 توضیحاتی در مورد پایه ها و چگونگی شکل خروجی در جدول زیر آمده است.
همانگونه که گفته شد ID12 سه مد کاری دارد که در زیر به اختصار درباره ی آنها توضیح خواهیم داد.
1- ASCII Serial : اگر پایه ی 7 به زمین وصل شده باشد ، ID12 در این مد کار می کند. در این
حا لت رشته ی ارسالی اطلاعات به صورت زیر می باشد.
که در این پروژه از این مد استفاده شده است.
برای مثال اگر بخواهیم خروجی ID12 را در یک محیطTerminal Emulator ببینیم به صورت زیر خواهد بود.
2 بایتی که برای checksum به رشته اضافه می شود حاصل XOR کردن 10 بایت اطلاعاتی است.
2- magnetic emulation : اگر پایه ی 7 به پایه ی 10 وصل شده باشد، ID12 در این مد کار
می کند.در این حالت رشته ی ارسالی اطلاعات به صورت زیر می باشد.
3- wiegand 26 : اگر پایه ی 7 به +5V وصل شده باشد، ID12 در این مد کار می کند. در این حالت رشته ی ارسالی اطلاعات به صورت زیر می باشد.
در این حالت D0 و D1 به ترتیب 0 و 1 منطقی خواهند بود. و هر سطح منطقی به یکی از پایه ها نسبت داده می شود.
در بالا توضیحات کاملی در باره ی ID12 داده شد.[3]
نتیجه گیری
همانطور که در قبل گفته شد RFID اکنون به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد . از کاربرد های آن می توان به طرح موبایل پارک ، مترو تهران و ... حداقل در کشور خودمان اشاره کرد . کاربردهایی مانند انبار داری ، برچسب گذاری روی چمدان های مسافرت هوایی و ... در تمام دنیا می توان اشاره کرد .
این تکنولوژی در کشور ما هنوز بسیار جای رشد و گسترش دارد. این سیستم با کارت های contactless می تواند به خوبی جایگزین دستگاه هایی مثل کارتزن های چاپی و کارت های مغناطیسی در ادارات و کارخانجات شود . برای ثبت ساعت عبورو تردد کارمندان و حضور غیاب آنها این سیستم به خوبی کارآمد است . امکان تقلب وجود ندارد چون این کارت ها کد های منحصر به فرد دارند و فرد از کد کارت خود خبر ندارد از امکاناتی که می توان به این پروژه اضافه کرد می توان به موارد زیر اشاره کرد .
- ایجاد حافظه جانبی که بتواند سات ورود و خروج افراد را در خود ذخیره کند و نیز بتواند نشان دهد که چه تعداد افراد از امروز در محل کار حاضر هستند .
- توسط این حافظه می توان ساعت کارکرد ماهانه و اضافه کاری افراد را محاسبه کرده و به کمک آن حقوق آنها محاسبه شود .
- امکان اتصال به اینترنت و قرار دادن اطلاعات این حافظه در سایت مشخصی امکان دسترسی مدیر در هر موقع به حضور افراد امکان پذیر است .
منابع و مراجع
[1] RFID Handbook: Fundamentals and Applications in Contactless Smart Cards and
Identification,Second Edition،Klaus FinkenzellerCopyright 2003 John Wiley & Sons, Ltd.
[2]- en.wikipedia.org/wiki/RFID
http://www.leso.ir/access-control-rfid/rfid-access-control-device.aspx
ممنون از سایت خوبتون