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.