Access control system

Demo: Control gate and door with ESP8266 via web interface | PM2021 @ ACS, UPB
Wiki: Access Control System Tutorial

Dragus Alexandru
Linkedin
Grupa: 334CB

• Prezentul proiect este realizat in cadrul materiei de PM 2021, la Facultatea de Automatica si Calculatoare, Universitatea Polithenica Bucuresti
• Proiectul presupune realizarea unui sistem wireless de acces, prin transmiterea de semnale unor device-uri third-party din viata reala: un interfon care deschide o usa si un controller care deschide automat (cu motor) o poarta de acces auto.
• Scopul: dupa implementarea proiectului, controlul sistemelor mentionate se va face de pe un telefon sau un calculator din reteaua locala, fara a mai fi nevoie de telecomanda fizica cu infrarosu (pentru poarta auto → reducere costuri) sau de deplasarea pana la interfon (pentru usa → accesibilitate)

• Sistemul presupune controlul unor componente (releu → intrerupator → interfon) sau a unor device-uri (tranzistor → remote controller poarta auto/ garaj) de la distanta
• Scalabilitatea este un factor important, pentru ca sistemului i se pot adauga alte functionalitati (smarthome)
• Pentru device-urile de controlat din apropierea celor deja implementate, se pot trasa doar fire, costul fiind foarte mic. Pentru device-uri la distanta (cum este poarta exterioara), costul este acela al elementelor hardware (NodeMCU ESP8266)
• Se foloseste NodeMCU ESP8266 pentru server-ul web si pentru controlul releelor sau a semnalelor.
• Server-ul web este in reteaua locala a locuintei, practic securizarea fiind in grija access point-ului wireless.

Device-ul din partea de sus, conectat la interfon, va fi referit in continuare prin Device interfon, si reprezinta un server care asculta pe /door si activeaza un releu.

Device-ul de jos este Device hub si reprezinta webserver-ul principal, cel care ofera interfata utilizatorului. Totodata, hub-ul transmite si semnale remote controller-ului pentru poarta.

Toate piesele au denumiri comune si se pot gasi printr-o cautare scurta pe internet.

Acestea sunt echipamentele folosite in dezvoltarea prezentului proiect. Sistemul final se poate realiza si pe breadboard, fara a fi nevoie de lipituri.

Scurta descriere a sistemelor reale cu care este conectat produsul finit:

Device-ul interfon se poate alimenta direct la 3.3V sau la o tensiune intre 7 si 24V. Acesta are atasat un modul de relee prin care poate controla dispozitive cu tensiuni mari. In cazul de fata, releul face contactul la butonul pentru deschiderea portii, semnalul venind printr-un tranzistor, pentru a putea transmite 5V.

Device-urile se pot produce si pe placi PCB proiectate in software, dupa cum se vede in exemplul de mai jos, realizat in Eagle. Totodata, Eagle ofera suport pentru proiectarea 3D a placutei, cu ajutorul Fusion360.

Imaginile de proiectare PCB/ 3D sunt exemplificative, placa finala avand atasate modulele de releu si regulator 5V in plus.

Device-ul hub este alimentat de la 8V prin incarcatorul unui telefon fix, lipit cu un conector Jack. Acesta are atasata o telecomanda pentru poarta care are butoanele conectate la colectorul si emitorul tranzistorilor, astfel facandu-se contact atunci cand se transmite semnal in baza.

Imagini din timpul procesului de lipire:

• Mediu de dezvoltare: Arduino IDE
• Placute de dezvoltare: NodeMCU ESP8266
• Biblioteci folosite: ESP8266WiFi, ESPAsyncWebServer, ESP8266HTTPClient (link la resurse)

Aplicatia trebuie sa fie cat mai usor de folosit de catre un utilizator obisnuit, astfel ca am ales o interfata web simpla, cu 3 butoane, cate unul pentru fiecare 'usa' de deschis. Programarea se realizeaza Arduino-like pe placutele NodeMCU ESP8266.

Codul are urmatoarea logica:

1. Se conecteaza dispozitivul la reteaua de wifi setata
2. Se initializeaza un server HTTP, pe portul 80
3. Se asteapta un request GET /door
4. La request, se transmite un semnal HIGH pe pinul D2, care va activa tranzistorul si, in consecinta, releul. Astfel, butonul interfonului va face contact si se va deschide poarta.
5. Se returneaza o pagina HTML care redirecteaza utilizatorul la adresa IP statica a Device Hub

GET /door handler:

server.on("/door", HTTP_GET, [](AsyncWebServerRequest *request) {
    // Send webpage
    request->send(200, "text/html", doorWebpage());
    Serial.println("Door pressed");
    timePressDoor = millis();
    doorState = "on";
    
    // Send signal for door (relay)
    digitalWrite(doorPin, HIGH);
});

Codul are urmatoarea logica:

1. Se conecteaza dispozitivul la reteaua de wifi setata
2. Se initializeaza un server HTTP, pe portul 80
3. Se asteapta request-uri: GET /garage, GET /carGate, GET /door
4. Pentru fiecare request, exista un handler care se apeleaza
5. Pentru request-urile garage si carGate, se returneaza o pagina care confirma actiunea, redirecteaza utilizatorul la home si seteaza pin-ul corespunzator pe HIGH
6. Pentru request-ul GET /door, se redirecteaza utilizatorul spre adresa Device interfon pentru a face GET acolo
7. Dupa un delay prestabilit, se reseteaza pe LOW toti pinii, dupa ce a fost apasat un buton

Exemplu handler GET request:

server.on("/cargate", HTTP_GET, [](AsyncWebServerRequest *request) {
    // Send webpage
    request->send(200, "text/html", buttonWebpage("cargate"));
    Serial.println("Car gate pressed");
    timePressCarGate = millis();
    carGateState = "on";

    // Send signal for Car gate
    digitalWrite(carGatePin, HIGH);
});

Functie care returneaza o pagina web simpla:

String buttonWebpage(String which) {
  String webpage = "";
  webpage = webpage + ("<!DOCTYPE html><html>");
  webpage = webpage + ("<head><meta name=\"viewport\" content=\"width=device-width, initial-scale=1\">");
  webpage = webpage + ("");
  webpage = webpage + ("<style>html { font-family: Helvetica; display: inline-block; margin: 0px auto; text-align: center;}");
  webpage = webpage + ("</style>");
  webpage = webpage + ("<meta http-equiv=\"refresh\" content=\"1;url=http://192.168.0.103\" />");
  webpage = webpage + ("</head>");
  webpage = webpage + ("<body><h1>Access system</h1>");
  webpage = webpage + ("<h2>Se deschide ");
  if (which == "garage")
    webpage = webpage + "garajul";
  else if (which == "cargate")
    webpage = webpage + "poarta auto";
  else
    webpage = webpage + "poarta mica";
  webpage = webpage + ("</h2>");
  webpage = webpage + ("<br></br><br></br><br></br>");
  webpage = webpage + ("<h3>Proiect realizat in cadrul materiei<br></br>");
  webpage = webpage + ("Proiectarea pe Microprocesoare<br></br>");
  webpage = webpage + ("</body></html>");
  return webpage;
}

Snippet cod care reseteaza butonul la starea 'neapasat':

  currentTime = millis();
  // Release button if delay time passed
  if (garageState == "on" && currentTime - timePressGarage > timeoutButtons) {
    garageState = "off";
    digitalWrite(garagePin, LOW);
    Serial.println("Garage unpressed");
  }

Demo: Control gate and door with ESP8266 via web interface | PM2021 @ ACS, UPB

Proiectul a fost finalizat cu succes si este implementat intr-o situatie din viata reala. Mai jos este o imagine cu Device-ul interfon montat intr-un interfon real.

Consider ca proiectul la PM a fost o activitate placuta, care mi-a adus mai multa experienta hands-on in domeniul embedded.

Code and schematics (GitHub)
Pagina wiki PDF
Arhiva cod si scheme

• 31 mai: Finalizare documentatie
• 30 mai: Video demo
• 30 mai: Conectare device-uri in configuratia finala la sistemele real-life
• 29 mai: Cod final si conectare intre device-uri
• 26 mai: Realizare scheme placute
• 25 mai: Placa prototipare device Interfon
• 23 mai: Cod test
• 21 mai: Comanda #2 componente (inca un NodeMCU ESP8266)
• 16 mai: Placa prototipare device Hub
• 15 mai: Prototip breadboard
• 10 mai: Lipire fire telecomanda si interfon
• 9 mai: Comanda #1 componente
• 7 mai: Research componente
• 4 mai: Research fezabilitate aplicare real-life
• 25 aprilie: Pagina wiki
• 20 aprilie: Alegere tema proiect

• Demo: Control gate and door with ESP8266 via web interface | PM2021 @ ACS, UPB
• Pagina wiki Final
• Pagina wiki Etapa 1
• Access control system
• Code and schematics (GitHub)
• NodeMCU ESP8266 Client and Server tutorial
• Biblioteca ESPAsyncWebServer
• Biblioteca ESPAsyncTCP
• Schema conectare tranzistor
• Pinout NodeMCU ESP8266

Export to PDF