1. Introducere

Proiectul se intituleaza “ Sistem de control acces intr-o cladire ” si consta in realizarea unei simulari hardware al unui sistem de acces intr-o cladire pe baza de smart card-uri. Comanda data de „smart card-uri” este inlocuita cu o comanda de la PC. Sistemul poate actiona pana la patru usi simultan, comandand 4 zavoare de tip normal inchis.

Se foloseste tot mai des conceptul de „Smart House” sau „Casa Inteligenta”. Dar oare ce implica acest concept? Ce asteptari au oamenii de la o „casa inteligenta”? Ce functii trebuie sa indeplineasca un sistem menit sa controleze o astfel de locuinta? Acestea sunt doar cateva intrebari ce ne vin in minte cand ne referim la acest concept din era informaticii pe care o traim.

O cladire inteligenta are componente active (inteligente) care actioneaza in cadrul subsistemelor din alcatuirea spatiului, mai multe astfel de subsisteme fiind capabile de interactiuni in interiorul unui sistem central.

Sistemele ce pot fi integrate intr-o casa inteligenta sunt:

sistemul de securitate
sistemul de supraveghere video
sistemul de control acces
sistemul de climatizare
echipamentele audio video & home cinema
sistemul de lumini
reteaua de telefonie si Internet
dispozitive hrana animale
diverse dispozitive automatizabile ( jaluzele, rulouri, lifturi electrice, sistem irigatii, centrale meteo )

O casa inteligenta presupune existenta unui sistem central ce controleaza dispozitivele enuntate mai sus. Proiectul isi propune sa fie un mic prim pas in autoamtizarea unei case inteligente, si anume controlul sistemului de acces, implementand cateva din functionalitatile unui astfel de sistem.

2. Descriere generala

Sistemul de control acces presupune controlul unor zavoare electrice. Majoritatea zavoarelor electrice prezente in comert sunt alimentate cu 12V si sunt de tip normal inchis (cand sunt alimentate cu 12V, zavorul este inchis) sau normal deschis (cand sunt alimentate cu 12V, zavorul este deschis). Eu am folosit un zavor de tip normal inchis. Cat timp zavorul nu este alimentat, el va fi deschis; cand microcontrollerul ATMEGA 16 va primi comanda sa inchida zavorul, atunci va comanda in baza un tranzistor BD-135 in conexiune emitor comun, iar acesta va inchide un circuit de 12V, aflat intre colectorul si emitorul sau, alimentand astfel zavorul.

Comandarea tranzistorului presupune injectia in baza sa a unei tensiuni de 5V. Microcontrollerul va realiza acest lucru trecand portul la care este conectata baza tranzistorului din starea de Low in starea de High. Astfel, portul va avea 5V si va comanda in baza tranzistorul folosit. Cand acesta va primi un curent suficient de mare (5V/1kΩ), va inchide circuitul aflat intre colector si emitor. Colectorul este legat la 12V, iar emitorul la masa. Zavorul va fi conectat intre colectorul si emitorul tranzistorului. Cand circuitul dintre cele doua va fi inchis, zavorul va fi alimentat, deci se va bloca (inchide). Zavorul va fi mentinut in stare de blocare pana cand de la microcontroller se primeste comanda de deschidere.

Microcontrollerul va primi comenzi prin intermediul portului serial. Utilizatorul va putea transmite comenzi prin intermediul unei aplicatii dezvoltate in Java ce va comunica cu microcontrollerul folosind portul serial al calculatorului. Cum nivelele de tensiune ale portului serial sunt intre -12V si +12V, iar cele ale microcontrollerului sunt de tip TTL (0V ~ 5V), avem nevoie de o componenta intermediara ce realizeaza conversia intre cele doua niveluri de tensiune; acest lucru se realizeaza prin intermediul circuitului integrat MAX 232. Comandarea zavoarelor electrice nu este dependenta in totalitate de aplicatia Java. Microcontrollerul poate primi comenzi si direct de la un Terminal. Pentru a se verifica starea conexiunii, microcontrollerul va transmite inapoi catre terminal comanda primita.

3. Hardware Design

Circuitul de baza pentru controlul unei singure usi cuprinde un tranzistor BD-135 in conexiune emitor comun.In colector este legat zavorul care este conectat la Vcc=12V. Atunci cand tranzistorul este comanadat din baza circuitul se inchide si zavorul este actionat.

Deoarece microcontroler-ul lucreaza in intervalul de tensiune 0V – 5V este necesara folosirea circuitului integrat MAX232 care se conecteaza ca in figura de mai jos:

Cum zavoarele electrice necesita 12V pentru a fi comandate, iar microcontrollerul are nevoie de 5V pentru alimentare, placuta trebuie sa prezinte un circuit de 5V pentru microcontroller si altul de 12V pentru zavoare. Am decis ca alimentarea placutei sa se faca de la o sursa de calculator deoarece aceasta prezinta atat 5V, 12V cat si masa.

Placuta prezinta deasemenea un circuit SPI folosit pentru a programa microcontrollerul. Schema sa este urmatoarea:

Display-ul folosit este de tip DEM 16101. Schema pinilor este urmatoarea:

Caracteristicile acestui display sunt:

Interfata cu microcontrolere pe 4, respectiv 8 biti
ROM ce genereaza caractere: 192 matrice diferite de 5×8 caractere
RAM ce genereaza caractere: 8 matrici programabile de catre user de 5×8 caractere
RAM-ul generator de caractere si ROM-ul ce afiseaza date sunt accesibile microcontrolerului
Instructiuni numeroase de genul: Clear Display, Cursor Home, Display ON/OFF,, Blink Character, Cursor Shift, Display Shift.
Oscilator integrat de 270kHz
Circuitul de reset integrat este actionat la comutarea pe ON.

Schema de interconecatare cu microcontrolerul este urmatoarea:

Schema hardware generala a proiectului este urmatoarea:

Lista de componente folosite:

Microcontroller ATMEGA 16 + soclu
MAX 232 + soclu
Condensatoare de 10 uF
Oscilator quartz de 16 MHz
Condensatoare de 15 pF
Conector DB9 mama
Led-uri (1 pentru alimentare, 4 pentru zavoare)
Rezistenta 1KΩ pentru baza tranzistorului
Rezistente de 3.3kΩ pentru led-urile de la zavoare
4 diode 1N4007 pentru zavoare
4 tranzistoare BD135 pentru zavoare
Un push-up button pentru resetarea microcontrolerului
Mufa sursa ATX tata
Mufa pentru alimentare zavor
Mufa 10 pini pentru programarea microcontrollerului
Un zavor electric de tip normal inchis
Sursa alimentare ATX
Un LCD + bareta de 16 pini

4. Software Design

Aplicatia folosita pentru a transmite comenzi catre microcontroller este realizata in Java. S-a utilizat Java datorita independentei de platforme, orientarea catre programarea orientata pe obiect, dar mai ales datorita pachetelor numeroase ce ofera diverse functii precum cele pentru a transmite pe portul serial. Astfel s-a folosit pachetul javax, mai exact API-ul pentru comunicatii (javax.comm). Pentru a face aplicatia usor de utilizat, s-a realizat si o interfata grafica cu ajutorul NetBeans. La lansarea aplicatiei se initializeaza modulul de “Log In”, iar apoi in functie de numele utilizatorului ales, se va lansa fereastra de control aferenta drepturilor acestuia. Initial sunt in numar de 3 utilizatori (un administrator ce are drepturi depline asupra sistemului si alti 2 utilizatori cu drepturi limitate).

Exemplu:

Userul logat poate selecta ce usi doreste sa inchida si pana la ce ora. Aplicatia ii va arata cate secunde sunt pana la momentul respectiv, iar dupa ce utilizatorul va apasa butonul “inchide”, comanda va fi transmisa prin intermediul portului serial catre microcontroller.

Dupa ce utilizatorul a apasat comanda de “inchide”, asupra aplicatiei nu se mai poate interveni, atat butonul de “inchide”, butonul de Log out (Change), check box-urile corespunzatoare usilor, cat si campul unde se introduce ora de inchidere a usilor devin inactive. Toate aceste componente vor deveni active la expirarea timpului.

Anularea comenzii transmise catre zavoare se poate face doar din butonul de reset prezent pe placuta. Din orice fereastra, utilizatorul se poate de-loga folosind butonul de change. Astfel se va reveni la meniul de Log In.

Programarea microcontrollerului s-a realizat folosind mediul de programare Code Vision AVR. S-a programat in C, fiindca ni se pun la dispozitie numeroase librarii ce au implementate diverse functii precum afisarea pe LCD, citirea de pe portul serial ( getchar() ), functii de trimitere pe portul serial precum si functii care faciliteaza controlarea porturilor microcontrollerului.

Exemplu: « PORTA=0b00000001; », unde pinul 0 al portului A (PA0) este trecut in starea de High; aceasta comanda ne este foarte utila in comandarea zavoarelor electrice.

Exista deasemenea functii pentru controlul LCD-ului prezente in biblioteca LCD.h (exemplu: lcd_clear(), lcd_init(), lcd_putsf(“aici”)). Toate aceste functii se aplica doar pentru modele LCD compatibile cu Hitachi HD 44780.

5. Rezultate obtinute

Partea de control a zavoarelor a fost implementata cu succes, deasemenea si realizarea aplicatiei in Java si a comunicatiei cu microcontrollerul. Utilizatorul poate transmite comenzi atat din aplicatie, cat si dintr-un terminal catre microcontroller, iar acesta va inchide zavoarele in functie de comanda primita.

Singura functionalitate ce nu am reusit sa o implementez a fost afisarea comenzilor pe LCD. Nu am reusit acest lucru deoarece modelul LCD-ului meu nu este compatibil cu Hitachi HD 44780.

Comenzile ce se pot transmite din terminal sunt urmatoarele:

6. Concluzii

Intr-o lume in continua dezvoltare, noi metode de lucru si noi angajati “obliga” si securitatea sa evolueze pentru a tine pasul. Prin urmare, cladirile si spatiile de lucru trebuie sa fie flexibile si adaptabile, pregatite pentru a include noi tehnologii folosind sisteme de inchidere de sine statatoare.

Dezvoltari ulterioare:

Datorita faptului ca smartcard-urile pot oferi suportul necesar pentru multiaplicatie, multifunctie, un sistem bazat pe smartcard nu este un sistem închis, ci o platforma deschisa, care poate fi utilizata pentru implementarea de functii de control al accesului, , carnet de sanatate, permis de conducere, card de plata etc. Datorita faptului ca durata fizica de viata a unui smartcard poate atinge 10 ani, costul total al proprietatii sistemului este scazut.