Control de Acceso Usando la RFid - Parte II

Se muestra en esta entrada la parte II del proyecto de RFid, esta parte habla del diseño del hardware del sistema, como se verá enseguida.

Diagrama esquemático del sistema a desarrollar

El sistema propuesto se muestra en la figura siguiente, el cual consta de, una pantalla LCD 2x16 caracteres, el lector  RFID, el microcontrolador PIC16F73, y un actuador, en este caso una cerradura electrónica activada por medio de un arreglo de opto-acoplador y un tiristor.

El funcionamiento es bien simple, el lector de RFid, recibe la señal de la etiqueta de RF cuando está se encuentra al alcance, los circuitos internos del lector envían el número de la etiqueta en formato serial, llega al PIC por su terminal RX, y esté lo muestra en el LCD y checa si activa o desactiva el SCR dependiendo de si la etiqueta está registrada o no. Se muestra a continuación el detalle de cada componente del diagrama esquemático.

Lector de RFid

El módulo lector  Parallax  RFID es la solución de bajo costo para la lectura de etiquetas pasivas, con un alcance de hasta  7 cm de distancia, el lector usado se muestra enseguida.

Tiene como puede verse 4 terminales para su conexión, estas terminales son descritas en la tabla siguiente:

Pin	Nombre Pin	Tipo	Función
1	Vcc	Alimentación	Alimentación al circuito interno del lector (5V)
2	/ENABLE	Entrada	Terminal de habilitación del módulo. Entrada digital activado en BAJO. Poner  esta terminal tierra nivel BAJO para habilitar el lector y activar la antena.
3	SOUT	Salida	Salida serial. Interfaz de TTL, 2400bps 8 bits de datos no-paridad, un bit de parada.
4	GND	Tierra	Tierra del sistema (GND).

Protocolo Serial del lector

El módulo lector RFID es controlado con un simple nivel TTL, activado en bajo en la terminal /ENABLE. Cuando la terminal /ENABLE es puesta a nivel bajo, el módulo entrara en su estado activo y habilita la antena para interrogar las etiquetas.

Solamente una etiqueta transponder debe ser mantenida cerca de la antena para lectura en cualquier momento. El uso de múltiples etiquetas en un mismo momento podría causar colisión entre etiquetas y confundir al lector. Las dos tipos de etiquetas disponibles en la tienda Parallax tienen una distancia de lectura de aproximadamente 3’’ (7 cm). La distancia actual puede variar ligeramente dependiendo del tamaño de la etiqueta transponder y las condiciones del medio ambiente de la aplicación.

Cuando una etiqueta transponder RFID válida es colocada dentro del rango del lector activo, el ID (identificador) único sera transmitido como una cadena de 12 bytes ASCII, por la terminal SOUT(salida serial) con niveles TTL en el siguiente formato.

El byte start (comienzo, 0x0A) y  el byte stop (alto, 0x0D) son usados para identificar fácilmente que una cadena correcta ha sido recibida por el lector (ellos corresponden a un salto de línea y un retorno de carro de Caracteres, respectivamente). Los 10 bytes que restan son el ID único de la etiqueta.

Toda comunicación es de 8 bits, no-paridad, 1 bit de stop y el primer bit es el menos significativo (8N1). La tasa de baudios está configurada para 2400 bps ( bits por segundo) , una velocidad de comunicación estándar soportada por cualquier microcontroladores o PC, y no puede ser cambiada.

Microcontrolador PIC16F73

El microcontrolador usado en el sistema es el PIC16F73 de la familia PIC16 de la empresa Microchip. El PIC16F73, dispone de 22 líneas de E/S, conversor A/D de 8 bits y cinco canales, tres temporizadores, memoria flash, la cual es idónea puesto que se puede borrar y grabar mediante un software adecuado muchas veces.

El PIC tiene un módulo de comunicación serial, por eso fue elegido para este proyecto, la USART (universal synchronous asynchronous receiver transmitter, Transmisor/Receptor Síncrono/Asíncrono Serie)

Las principales características con que cuenta el 16F73 son: Procesador de arquitectura RISC,  frecuencia de 20 Mhz, Hasta 8K palabras de 14 bits para la memoria de programa, tipo flash.Hasta 368 x 8 bytes de memoria de datos RAM, modo Sleep de bajo consumo, voltaje de alimentación comprendido entre 2 y 5.5 voltios,etc.

Descripción de terminales.

La figura siguiente muestra el diagrama de terminales del PIC16F73:

Y la siguiente tabla muestra la descripción de cada una de las términales

Pin	Nombre	Función
1	MCLR*/VPP	Reset
9	OSC1/CLKIN(9)	Entrada para el oscilador o cristal externo.
10	OSC2/CLKOUT	Salida del oscilador. Este pin debe conectarse al cristal o resonador. En caso de usar una red RC este pin se puede usar como tren de pulsos o reloj cuya frecuencia es 1/4 de OSC1.
8,19	VSS	Tierra
20	VDD	Alimentación 5v
2	RA0/AN0	Entrada/salida o entrada analógica
3	RA1/AN1	Entrada/salida o entrada analógica
4	RA2/AN2	Entrada/salida o entrada analógica
5	RA3/AN3/VREF	Entrada/salida o entrada analógica o VREF
6	RA4/TOCKI	Entrada/salida o entrada de reloj externo de TIMER0
7	RA5/SS/AN4	Entrada/salida o entrada de selección esclavo para puerto serial asíncrono o entrada analógica
21	RB0/INT	Pin Entrada / Salida o entrada externa de interrupción. Resistencia interna pull-up programable por software
22	RB1	Pin Entrada / Salida. resistencia interna de pull-up programable por software
23	RB2	Pin Entrada / Salida. resistencia interna de pull-up programable por software
24	RB3	Pin entrada / salida. resistencia interna de pull-up programable por software
25	RB4	Pin entrada / salida(con interrupción en cambio). resistencia interna de pull-up programable por software
26	RB5	Pin Entrada/salida(con interrupción en cambio). resistencia interna de pull-up programable por software
27	RB6	Pin Entrada/salida (con interrupción en cambio). Resistencia interna de pull-up programable por software. Reloj de programación serial
28	RB7	Pin Entrada/salida(con interrupción en cambio).Resistencia interna de pull-up programable por software. Datos de programación serial.
11	RC0/T1OSO/T1CKI	Pin Entrada / Salida o salida de oscilador de TIMER1/ entrada de reloj TIMER1
12	RC1/T1OSI/CCP2	Pin Entrada / Salida. Entrada de oscilador de TIMER1 o entrada capture2/salida compare2/ salida PWM2
13	RC2/CCP1	Pin Entrada / Salida o entrada capture1/salida compare1/ salida PWM1
14	RC3/SCK/SCL	RC3 puede también ser el reloj de comunicación serial para los modos SPI y I2C
15	RC4/SDI/SDA	RC4  puede también ser la entrada de datos SPI (modo SPI) o E/S de datos (modo I2C)
16	RC5/SDO	Pin Entrada / Salida o salida de datos del puerto serial sincrono.
17	RC6/TX/CK	Pin Entrada / Salida o modulo trasmisor asíncrono USART o reloj sincrono
18	RC7/RX/DT	Pin Entrada / Salida o modulo receptor asíncrono USART o datos sincrono.

Módulo de potencia

Este modulo se compone de un tiristor TRIAC Triodo para Corriente Alterna TIC226D y un opto-acoplador (MOC3011), además de una resistencia para alimentar la parte de “alto voltaje “, que a la vez sirve para disparar al TRIAC.

Los tiristores son dispositivos sólidos de conmutación (es decir, no son mecánicos); tienen tres terminales (MT1,MT2, G). Mientras no se aplique ninguna tensión en la compuerta G  (Gate) puerta del TRIAC no se inicia la conducción y en el instante en que se aplique dicha tensión, el tiristor comienza a conducir. El pulso de disparo ha de ser de una duración considerable, o bien, repetitivo. Según se atrase o adelante éste, se controla la corriente que pasa a la carga.

Los TRIAC’s se utilizan en aplicaciones de electrónica de potencia, en el campo del control, debido a que puede ser usado como interruptor de tipo electrónico. En la figura siguiente se observa de manera clara como es la configuración de terminales del  tiristor TRIAC.

El TRIAC actúa como interruptor de estado sólido, que es controlado por el opto-acoplador MOC3011, un opto-acoplador, está constituido por la asociación dentro de una misma cápsula de un fototiristor o fototransistor y un diodo LED. Este tipo de dispositivos va a permitir un buen aislamiento entre el circuito principal (circuito de potencia) y el circuito de control.

En la figura siguiente se muestra el diagrama de terminales del MOC3011 usado en el proyecto

Es de notar que el usos de estos elementos para el control de la activación de nuestro dispositivo actuador (cerradura eléctrica), proveen  confiabilidad por el hecho de ser elementos de estado sólido que en el caso de optar por ejemplo de un relevador, por el hecho de tener partes móviles este relevador puede causar ruido eléctrico o un mal funcionamiento además de ser de un tamaño considerablemente mas grande en comparación con estos elementos usados.

Diagrama esquemático del módulo de potencia

El diagrama del módulo de potencia se puede observar en el diagrama esquemático visto arriba, pero aún así aqui es mostrado de nueva cuenta, para que el lector lo vea más claramente, la carga (qué en nuestro caso es una cerradura electrica) se muestra como A1 en el diagrama

El conjunto RC colocado en paralelo con el TRIAC hace las veces de filtro de posibles perturbaciones que se puedan producir durante la conmutación.

El último gran componente del hardware del sistema, es la pantalla LCD; El  LCD es uno de los periféricos mas empleados para la presentación de mensajes, variables cualquier información proveniente de un microcontrolador; gracias a su flexibilidad, buena visibilidad y precio reducido se han introducido de manera determinante en el mercado, existe ya en Internet muchisima información acerca de este componente así que no creo necesario entrar en detalles a cerca de él.

Bueno hasta aquí dejamos esta entrega, la próxima se hablará del software con el que se programo el PIC.

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Control de Acceso Usando la Identificación por Radio Frecuencia – Parte I

Hoy se va a mostrar la primera parte de un proyecto que habla sobre la identificación por radio frecuencia, el proyecto fue realizado por el alumno Víctor Hugo Ordaz Mosqueda, obviamente de la carrera de Ingeniería en Electrónica y de la especialidad de sistemas digitales.

Objetivo

El objetivo del proyecto es el de diseñar un control de acceso usando un sistema de identificación por radio-frecuencia (RFid).

Existe muchísima información en la red sobre la teoría de la RFid, la historia, los componentes de un sistema de RFid, sus aplicaciones, la comparación entre la RFid y el código de barras, etc, por ejemplo dando clic aquí se puede ingresar a un enlace desde la wikipedia, para empezar te puede dar una buena idea de lo que es, así que no creo necesario repetir lo mismo, por lo que mejor vamos a ver lo que se hizo en el proyecto con la RFid.

Diagrama a bloques del sistema

El sistema propuesto para el control de acceso utilizando la identificación por radiofrecuencia se muestra en la figura siguiente

Descripción de los componentes de hardware.

En este apartado se da una breve descripción de los componentes necesarios para llevar a cabo la implementación del sistema de control de acceso propuesto.

Etiquetas de Radiofrecuencia

La etiqueta o tag se compone de un dispositivo electrónico o “chip” de radio frecuencia, que posee una memoria interna para almacenar un número de identificación y una antena, ambos encapsulados en un mismo sustrato que puede ser de distintos formatos y materiales dependiendo de la aplicación.

Rol de la etiqueta dentro del sistema.

La etiqueta tiene un numero de identificación (ID) preestablecido, el cual es obtenido y registrado por el modulo lector RFID, el proceso para la adquisición de este identificador (numero) se realiza de la siguiente manera, la etiqueta recibe una señal de radio, esta se interpreta y devuelve el número identificador u otro tipo de información identificativa.

Etiqueta RFID empleada.

La etiqueta usada es rectangular cuyas dimensiones son 54 mm X 85 mm. Es una etiqueta RFID pasiva (solo es de lectura) diseñaday distribuida por la empresa Parallax de USA; esta tarjeta está pre-programada con un número de identificación único. La figura siguiente muestra la etiqueta RFID empleada en el proyecto.

Lector RFID.

Los lectores RFID son los encargados de leer el número de identificación de la etiqueta.

Rol del lector dentro del sistema.

El lector utiliza su antena para enviar información digital codificada a la etiqueta RFID por medio de ondas de radiofrecuencia. Así este componente permite leer el número serial de la etiqueta RFID que se encuentre en su rango de alcance y envía la información con el número de la etiqueta al microcontrolador.

Lector RFID empleado.

El Lector RFID usado es el denominado RFID Reader Module (Módulo Lector de RFID) de la compañía Parallax . La figura 2.3 muestra el lector de RFID.

Microcontrolador.

Es un circuito integrado capaz de ejecutar instrucciones almacenadas en su memoria se usa para el control de procesos o para alguna función específica; continente todas las partes de una computadora pero dentro de un solo integrado.

Rol del microcontrolador dentro del sistema.

El microcontrolador se encarga de leer el dato que es enviado por el lectorde RFid, dicha información es almacenada en algunos de sus registros de memoria y si la etiqueta es autorizada activara el actuador (cerradura electrónica), además el microcontrolador envia información relevante al LCD.

Microcontrolador empleado.

El microcontrolador empleado es el PIC16F73 de la compañía Microchip, la figura 2.4 muestra el microcontrolador empleado.

Pantalla LCD estándar.

Las pantallas LCD (Liquid crystal display) pantallas de cristal liquido en su mayoría son tipo estándar y se controlan de formas muy parecidas, incluso cuando no coincide el número de caracteres. Su función es la de mostrar información para el usuario.

Rol de la pantalla LCD estándar dentro del sistema.

La pantalla LCD, funge como interfaz de usuario en la cual puede darse cuenta del estado del sistema (activo ó en espera), modo de programación, además permite la visualización del numero ID de la etiqueta RFID.

Pantalla LCD empleada.

La pantalla empleada es una LCD estándar de dos renglones por 16 columnas como la mostrada en la figura siguiente

Actuador.

Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y/o gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control.

Rol del actuador dentro del sistema.

Este es el componente a controlar, mediante la programación establecida en el PIC, para llevar esto acabo este componente está sujeto a reaccionar cuando en el lector RFID detecte una etiqueta valida o autorizada, el componente que se pretendía usar en este caso es una cerradura eléctrica, al final esta parte fue simulada simplemente con un foco con el voltaje que se les inyecta a las cerraduras eléctricas.

Hasta aquí dejamos la primera entrega de este proyecto, la próxima vez se hablará del diseño del hardware con detalles más técnicos de cada uno de los componentes.

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Felicitación a Marco Antonio Castro Cespedes

El Grupo de Sistemas Digitales, felicita al alumno Marco Antonio Castro Céspedes

Por haber obtenido el grado de Ingeniero en Electrónica el jueves 30 de septiembre de 2010, el examen recepcional fue realizado en el auditorio del edificio "E" del Instituto tecnológico Superior de Irapuato.

La siguiente foto muestra el jurado que estuvo integrado por profesores del Grupo de Sistemas Digitales, M. en I. Emma Gutierrez Quintanilla, M. en I. Heber Bernabé Pérez Márquez y el M. en I. Raúl Rodríguez Doñate.

El trabajo realizado por Marco Antonio fue “Estudio de la plataforma de Hardware Libre Arduino”, este es el primer trabajo que se presenta relacionado con la popular plataforma Arduino, se espera que sea la punta de lanza para muchos trabajos relacionados con ese microcontrolador, el trabajo fue presentado por la opción de II de titulación "Libro de texto o prototipos didácticos.

En esta foto quí se ve a Marco Antonio con sus familiares:

Felicidades a Marco Antonio y le deseamos el mejor de los éxitos en su vida profesional.

Con Marco Antonio el Grupo lleva ya más de 30 alumnos titulados, siendo uno de los grupos de trabajo en el ITESI, con más alumnos graduados.

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Alumnos del grupo participan en el XII foro regional de vinculación de la ANUIES

Uno de los objetivos del blog es mostrar los proyectos y prácticas realizadas en el Grupo de Sistemas Digitales, pero aparte, lo usaremos también para mostrar los eventos y actividades donde participan alumnos y profesores del grupo con la finalidad de motivar a los demás alumnos de la carrera para que se integren al grupo. El último de estos eventos donde participan alumnos fue en el XII foro regional de vinculación.

XII Foro Regional de Vinculación

La sección Centro-Occidente de la ANUIES (Asociación Nacional de Universidades e Instituciones de Educación Superior) organizó el XII Foro Regional de Vinculación celebrado esta vez en la Universdad Autonoma de Aguascalientes, dando clic aquí puedes ver la página web del foro.

El foro se realizó el 23 y 24 de septiembre de 2010, dentro del foro se realizo el “Concurso Regional de Proyectos Emprendedores 2010” con la finalidad de motivar y reconocer el espíritu emprendedor y la creatividad, la fotografía siguiente muestra la inaguración del foro por autoridades de la ANUIES y de la Universidad de Aguascalientes

El evento tuvo la participación de más de 20 instituciones de nivel superior de la región Centro-Occidente de la ANUIES, universidades y tecnológicos por igual mostraron sus novedosos proyectos

La siguiente fotografía muestra a los alumnos del grupo de sistemas digitales, que participaron ya en su respectivo stand

Ellos son Edgar Eduardo Franco Arguijo y Efrain Luis Romero Corrales, aquí se ven otras fotos de ellos:

Ellos participaron con el proyecto: “Monitoreo de ritmo cardiaco”, proyecto que ya fue mostrado en el blog dando clic aquí puedes verlo.

La siguiente foto muestra justo cuando los está evaluando el juez.

Al final el resultado no nos favoreció y no se obtuvo ningún premio, pero eso es bueno, no siempre se gana, nuestros jóvenes ya habían ganado en dos eventos anteriores y hoy si no se pudo, pero bueno, quién nunca ha caído, no sabe levantarse, esperemos que la siguiente vez les vaya mejor, aún así les mandamos una calurosa felicitación por llegar al evento regional.

Al final por cierto gano otro proyecto de nuestro Instituto, eran del ITESI extensión Purísima del Rincón, ellos llevaban un proyecto bastante interesante, su proyecto usaba visión artificial para realizar mediciones de piel, ellos lograron el primer lugar en el evento aquí se ve a la alumna Viridiana Guadalupe Alcocer en plena exposición del proyecto.

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