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基于RFID的創(chuàng)客空間訪問控制系統(tǒng)

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資料介紹

描述

我需要一個基于 RFID 的創(chuàng)客空間訪問控制系統(tǒng)，它允許成員訪問門和一些設(shè)備。在在線閱讀了一些指南之后，我將它們組合在一起。

該系統(tǒng)包括一個通過 USB 電纜連接到 Raspberry Pi 的廉價 USB RFID 閱讀器，以及一個 12V 繼電器板，當(dāng) Raspberry Pi 的 GPIO 引腳觸發(fā)時，該繼電器板為電擊供電，如下所示。

設(shè)計過程

挑選一個 RFID 閱讀器

我在構(gòu)建它時面臨的障礙之一是 DIY RFID 市場明顯不成熟。截至我在 2019 年撰寫本文時，如果我們對不適合我們用例的手持式閱讀器和其他設(shè)備打折，RFID 閱讀器有三種形式。

第一個是來自傳統(tǒng) DIY 賣家的天線和電路板。SparkFun 有幾個RFID 天線和兼容的RFID 板。Adafruit 有一個用于 Arduino 的 RFID 擴(kuò)展板，以及一個帶有 PS/2 接口的組裝好的RFID 閱讀器。這些都至少要花費 40 美元左右，并且需要一些技術(shù)知識來設(shè)置。

第二類包括來自專注于 RFID 的工程公司的超優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，例如來自 AtlasRFIDstore.com 的Thingmagic Elara USB RFID 閱讀器。 這是 475 美元。

最后一類是通過亞馬遜、新蛋、阿里巴巴等平臺銷售的數(shù)十種相同的、廉價的中國電子產(chǎn)品。如果你在其中任何一個或只是谷歌上搜索 RFID 閱讀器，你會看到下面看到的幾十個小黑盒子，價格從 5 美元到 20 美元不等。這是一個價格非常低廉的即用型解決方案，所以這是我推薦的。

我試圖避免在亞馬遜和其他剝削性市場購物，但我不知道這些低成本中國 RFID 閱讀器的信譽(yù)良好的來源，所以我選擇了 NewEgg。歡迎提出更好來源的建議。

你會一遍又一遍地看到這個確切的產(chǎn)品。

選擇你的頻率

這個問題在我使用的教程和大多數(shù)指南中沒有得到很好的解決令人困惑。然而，我發(fā)現(xiàn)基本應(yīng)用有兩個主要標(biāo)準(zhǔn)：125kHz 和 13.56MHz。還有許多其他高級應(yīng)用，例如汽車遙控鑰匙鏈中使用的有源 RFID 技術(shù)，但如果您想解鎖一扇門，只需獲取其中一個即可。我建議的廉價、可疑的制造產(chǎn)品有兩種。我建議13.56MHz。我使用 125kHz，因為那是我最初購買的，兩者在功能上似乎相同，但 13.56 似乎更常見，因此更容易購買標(biāo)簽。無論您采用哪種選項，本指南的其余部分都應(yīng)適用，只需注意您的所有 RFID 標(biāo)簽和所有 RFID 閱讀器都需要匹配。您還可以獲得可寫標(biāo)簽來存儲信息，但我只是使用帶有簡單 ID 號的永久標(biāo)簽。也許 writable 在未來的項目中會很酷，但我認(rèn)為在這個項目中不需要它。

設(shè)置 RFID 閱讀器

首先，通過 USB 將您的 RFID 閱讀器連接到運行 Windows 的計算機(jī)。它的電源燈會亮起，如果你在上面刷一個標(biāo)簽，閱讀器會發(fā)出嗶嗶聲，燈會閃爍一次。如果您打開記事本并滑動，您會看到標(biāo)簽的代碼出現(xiàn)。這是因為這些 USB RFID 閱讀器模擬鍵盤。他們讀取 RFID 編號，然后按順序?qū)⑵漭敵鰹?ASCII 字符。

接下來，使用最新版本的 Raspbian OS 設(shè)置您的 Raspberry Pi，并創(chuàng)建一個工作目錄。創(chuàng)建一個包含用戶列表及其 ID 的文本文件，并復(fù)制提供的測試代碼以開始使用。Python 腳本需要 root 權(quán)限才能從通過 USB 插入的 RFID 閱讀器讀取信號，因此請使用“sudo”前綴運行腳本。

運行時，腳本應(yīng)持續(xù)監(jiān)控 RFID 閱讀器。找到代碼后，它將檢查它是否在已批準(zhǔn)代碼列表中，并報告相關(guān)用戶的名稱或報告未在列表中找到代碼。

設(shè)置繼電器

由于此時您應(yīng)該已經(jīng)讓 RFID 閱讀器工作，我建議將繼電器板連接到 Pi，如下圖所示。電源和接地連接可以連接到任何 5V 和 GND 引腳，但是我將引腳 2 用于 5V 引腳，將引腳 4 用于接地。我使用 Pin 11 (GPIO17) 作為我的信號。如果您使用不同的信號引腳，請務(wù)必在 python 腳本中進(jìn)行更改。

繼電器板的電源線、地線和信號線

現(xiàn)在，當(dāng)你刷一個標(biāo)簽時，如果它被批準(zhǔn)，那么繼電器板應(yīng)該激活 3 秒鐘，點亮一個 LED 并在關(guān)閉之前發(fā)出咔噠聲。

設(shè)置電擊

通過將其連接到 12V 電源來測試?yán)讚簟?/font>如果您愿意，您可以添加一個筒形插孔連接器，但是我只是將連接器從電源上切斷并剝?nèi)ル娋€。檢查電源以確定哪根線是正極，哪根是接地線，然后用鱷魚夾將電線臨時連接到電擊。您可以插入電源或打開插入電源的電涌保護(hù)器，并且罷工應(yīng)該會發(fā)出微弱的嗡嗡聲，并且門應(yīng)該從固定過渡到可移動。

根據(jù)您的型號，您的電擊可能有兩根或四根電線。我發(fā)現(xiàn)的罷工有四個，因為它被設(shè)計為與 12V 或 24V 電源兼容。在數(shù)據(jù)表中，每個都有一個連接指南，所以我為 12V 進(jìn)行了必要的連接。

一旦你確信它可以工作，將電源的地線焊接到罷工的地線或通過其他方式將它們永久連接。將正極引線連接到繼電器的中心連接器，即公共連接器。它應(yīng)該被標(biāo)記為“COM”。然后將罷工的正極連接到繼電器的常閉門。它應(yīng)該標(biāo)記為“NC”，而不是標(biāo)記為“NO”的常開門。

現(xiàn)在大部分工作已經(jīng)完成。如果 Raspberry Pi 已打開且 12V AC-DC 轉(zhuǎn)換器已插入，則運行讀取 RFID 閱讀器的 python 腳本（以 root 用戶身份，如前所述）。現(xiàn)在，在 RFID 閱讀器上刷一個經(jīng)過批準(zhǔn)的 RFID 標(biāo)簽應(yīng)該會像之前一樣激活繼電器，但它應(yīng)該在啟動時啟動門鎖，讓門打開。

設(shè)置腳本以在啟動時運行

根據(jù)你的需要，你可以稱之為完成，但至少有兩件事你可能仍然想做。首先，您需要設(shè)置一種跟蹤徽章的方法，其次，您需要將系統(tǒng)設(shè)置為在插入 Pi 時自動啟動。否則，如果出現(xiàn)電源故障，門鎖定將保持關(guān)閉，直到手動重置。

Dexter Industries在此頁面上找到了設(shè)置 Python 腳本以在啟動時運行的說明。以 root 用戶身份在 Nano 中編輯文件“/etc/rc.local”：

sudo nano /etc/rc.local

添加命令以啟動程序，使用其完整路徑名。

sudo python /home/YOUR_DIRECTORY_PATH/sample.py &

在末尾包含 & 以指示它在后臺運行，并確保文本文件的最后一行保持原來的“exit 0”（顯然沒有引號）。

重啟測試。python 腳本應(yīng)在啟動時立即運行。

跟蹤 RFID 滑動事件

如果您希望能夠查看誰在什么時間使用了門，您可以通過查看日志文件來實現(xiàn)。每次通過 python 腳本檢查徽章時，日志文件都會附加時間、ID 號和關(guān)聯(lián)的用戶。但是您可能希望能夠在不使用 SSH 訪問 Raspberry Pi 的情況下讀取文件。為此，我們需要設(shè)置一個自動化流程，以在每次徽章滑動事件發(fā)生時將日志文件復(fù)制到云存儲驅(qū)動器。為此，我建議使用Rclone 。

要使用 Rclone，您首先需要獲取 Google Drive 文件夾的 API 密鑰。這個過程最好在 Annis Souames 在 Medium 上的一篇文章中描述：“如何使用 Python 自動上傳文件以驅(qū)動” 。他的指南介紹了使用 PyDrive python 庫設(shè)置文件同步的過程。您可能想嘗試完成他的教程，看看它是否適合您。我使用 Rclone 是因為我無法讓 Python 識別 PyDrive 命令，但如果對你有用，那就太好了。

如果沒有，那么只需確保您生成了 Annis 引導(dǎo)您在 Google 開發(fā)者控制臺上生成的 API 密鑰。有很多按鈕，但是如果您按照他的指示進(jìn)行操作，它應(yīng)該可以工作。

克隆

獲得 API 密鑰后，運行

sudo rclone config

如果你在沒有 sudo 的情況下運行它，它看起來工作正常，但是當(dāng)你嘗試在 python 腳本中運行 rclone 命令時，它將失敗，因為 python 腳本以 root 用戶身份運行。

rclone config 命令將生成并保存 rclone 配置文件。我發(fā)現(xiàn)如果它不是以 root 權(quán)限生成的，那么你的 python 腳本將找不到它，因為它以 root 用戶身份運行。

完全按照用于設(shè)置 Google Drive 同步的 rclone 文檔中的描述運行配置過程。

完成后，嘗試測試命令。登錄到關(guān)聯(lián)的 Google Drive 帳戶并檢查文件是否已上傳。現(xiàn)在，取消注釋在每次徽章滑動后運行 rclone 的行。這會將日志文件復(fù)制到 Google Drive。

我建議為此項目創(chuàng)建一個與您的個人 Google Drive 帳戶不同的專用 Google 帳戶，然后與您的常規(guī)帳戶共享用于復(fù)制日志文件的文件夾。原因是 rclone 功能強(qiáng)大，可以刪除或覆蓋 Google Drive 上的任何文件。在發(fā)生事故或某種黑客攻擊的情況下，Rclone 理論上可用于竊取或勒索它所連接的相關(guān)云存儲位置中的數(shù)據(jù)。我使用我的 Google Drive 來存儲敏感信息，所以我采取了這一步來隔離我寶貴的云存儲空間中的日志文件同步過程。

更進(jìn)一步，第一部分：門開關(guān)

一旦閱讀器工作，我還將一個磁性門傳感器連接到 Raspberry Pi，它會讀取門狀態(tài)何時從打開變?yōu)殛P(guān)閉或反之亦然，并將其記錄在日志文件中。它在圖中表示為一個按鈕，因為它的工作方式相同：當(dāng)門關(guān)閉時，電路關(guān)閉，當(dāng)門打開時，電路也是如此。它需要一個上拉電阻，我將它連接到 Pi 的第一個引腳，它提供恒定的 3V。

這是添加了一個簡單按鈕的電路，因為磁性門傳感器根據(jù)相同的原理工作。

更進(jìn)一步，第二部分：LCD

LCD 允許 Pi 向用戶提供反饋。事實證明，這對用戶體驗產(chǎn)生了巨大影響：人們避免使用該系統(tǒng)，因為它不透明且缺乏清晰的反饋。LCD 允許 Pi 聲明“ACCESS GRANTED”，然后是人們似乎喜歡的用戶名。

Circuit Basics有一個關(guān)于將 LCD 連接到 Pi 的很好的指南。我連接了以下引腳：

LCD 1 (GND) 到 Pi 39 (GND)
LCD 2 (VCC) 至 Pi 4 (5V)
LCD 3 (V0) 連接到 2 kOhm 電阻，然后連接到 GND
LCD 4 (RS) 到 Pi 37 (GPIO26)
LCD 5 (R/W) 至 GND
LCD 6 (E) 至 Pi 35 (GPIO19)
LCD 7、8、9、10：未使用
LCD 11 (D4) 到 Pi 33 (GPIO13)
LCD 12 (D5) 到 Pi 31 (GPIO6)
LCD 13 (D6) 至 Pi 29 (GPIO5)
LCD 14 (D7) Pi 23 (GPIO11)
LCD 15 (K) 至 GND
LCD 16 (A-Red) 到 Pi 11 (GPIO17) 的 330 歐姆電阻
LCD 17 (A-Green) 到 Pi 27 (GPIO13) 的 330 歐姆電阻
LCD 18 (A-Blue) 到 Pi 22 (GPIO15) 的 330 歐姆電阻

大多數(shù)傳統(tǒng) LCD 都有一個 LED 背光，但這個有三種不同的顏色，這使得 Pi 可以隨文本更改 LCD 背景顏色。我真的很喜歡這個效果，因為它在正常使用時呈藍(lán)色，但在授予訪問權(quán)限時變?yōu)榫G色，在拒絕訪問時變?yōu)榧t色。

更進(jìn)一步，第三部分：門鈴

像許多工業(yè)設(shè)施一樣，我們的創(chuàng)客空間變得響亮，敲門聲聽不見。當(dāng)無法進(jìn)入的人要求進(jìn)入時，一個按鈕會向里面的人發(fā)出警報。該按鈕的操作方式與門開關(guān)相同。一端連接到 LCD 使用的共享 GND 連接，以減少穿過墻上小孔的電線數(shù)量。另一端連接到 Pi 引腳 12 (GPIO18)。它也被連接到引腳 1 的上拉電阻拉高。然后 Pi 可以使用另一個繼電器激活蜂鳴器或通過其音頻插孔激活聲音，或通過 SMS 文本消息或許多其他選項發(fā)送通知。