Deux Serrures à Badges RFID

          Je propose ici la première des deux serrures avec ouverture par badges RFID (tags). Celle-ci a l'avantage de pouvoir se monter directement sur la poignée de porte et de commander le carré d'entraînement pour effacer le pêne si le tags est reconnu et autorisé . La fixation se fait par les vis de la plaque cache enjoliveur du côté de la porte à accès protégé . Le premier transpondeur lu sera déclaré et reconnu comme "Master" et une quarantaine d'esclaves peuvent être stockés . Il est évident que chaque tag peut être désactivé à tout moment et que le "maître" peut être remplacé aussi ! Trois leds assurent la communication homme/machine et indiquent par leurs états le statu de la serrure ...

• Led bleue : Attente de lecture
• Led rouge : Accès refusé
• led verte : Accès autorisé 

          L'alimentation électrique de l'ensemble (entre 7v à 12 v, sécurité oblige en cas de destruction ) est fournie par un bloc secteur à découpage, hors de portée, et dont le fil est passé par le trou de la clé, comme ça on ne voit rien .

          Le carré de commande est actionné par un servomoteur de radiocommande et une démultiplication à engrenage pour donner du couple et limiter le débattement à environ  1/6 ème ou 1/8 ème de tour ! (Course et sens de rotation à paramétrer dans le programme avant de faire une fixation trop costaud ; Si vous regardez ma vidéo d'entête, j'ai une course exagérée qui fait bouger l'ensemble ) .

          Lors de l'approche du badge "master" on passe en chenillard des 3 leds : mode "master " validé : En approchant un badge esclave, s'il n'est pas connu il sera autorisé ( clignotant de led verte ~2 secondes) Et si il est déjà connu, il sera effacé ( clignotant de led bleue ~2 secondes )...

Mieux que du baratin, ci-dessous l'organigramme des fonctionnalités de la serrure :

          Il est certain que l'inviolabilité n'est garantie que sur une utilisation normale et s'arrête à la destruction du boîtier ou a son démontage ! Les cartes ne peuvent être copiées, même si l'on écrit quoi que ce soit dedans ( Chose intéressante au possible pour d'autres applications), nous, nous utilisons là que l'UID en scannant le PICC de la carte ou du tag ; et ce numéro est buriné par le fabricant ... Pour la sortie, derrière la porte ou ailleurs, un bouton poussoir permet d'actionner le servo, car se servir de la poignée détruirait le réducteur ou pire, le servomoteur lui même.  Les pièces du boitier et du réducteur sont fabriquées à l'imprimante 3D et la solidité est relative à la matière extrudée . Une carcasse emboutie présentera une résistance supérieure mais n'est pas à la portée des amateurs et hobbystes que nous sommes !

          Encore une chose intéressante: vous pouvez connecter un smartphone ou tablette en mode terminal, sur la fiche USB du µcontrôleur, avec un protocole standard ( 9600,8,1N) et vous pourrez visualiser les états d'âmes de chaque badge ...

On regarde comment ça marche ?

          Un micro-contrôleur, Arduino Nano, pour limiter l'encombrement, gère toutes les fonctions du montage ! 3 Sorties en tout ou rien, sont attribuées aux leds et limitées en courant par les résistances R1 à R3. Une sortie PWM (modulation de largeur d'impulsion ) pilote le servo, dont l'alimentation est assurée par le régulateur 5 volts du Nano.

          Une entrée digitale, avec pull-up déclaré, est affectée au bouton poussoir qui va tirer sa pinuche à la masse si il est actionné : Deux cas de figure possible: Le bouton est enfoncé pendant 10 secondes à la mise sous tension et là, la totalité de l'eeprom est effacée (carte Master et tous les badges) et l'autre cas, si le bouton est enfoncé pendant 10" lors du fonctionnement, seule la carte Master sera effacée et une nouvelle pourra être refaite .

          Une autre entrée digitale (D4), déclarée également avec son pull-up, permet de recevoir les informations du bouton de sortie, depuis l'autre côté de la porte . L'action sur celui-ci va lancer le sous-programme d'un cycle du servomoteur .

          Un module RFID (RC522) s'occupe de la communication et alimentation des cartes ou tags ! Un couplage inductif fourni l'énergie à la carte et l'émetteur/récepteur contenu dans celle-ci dialogue avec le circuit RC522. Pour  commander ce circuit, on utilise le bus SPI de l'Arduino Nano... Attention, la tension d'alimentation du module RFID est de 3,3 volts ! Une poignée de composants inclus sur son circuit adapte les tensions des I/O a un niveau adéquat => donc on ne se fait pas trop de soucis avec ça .

Voilà pour ce qui est de l'extrême simplicité du schéma !

Le circuit imprimé :

          Un circuit simple face, avec des composants traversants et des CMS ... le bouton d'effacement est dissimulé juste sous le module RC522 et, est accessible  par un trou minuscule  dans le boitier en passant par celui inutilisé du lecteur de transpondeur. L'époxy du circuit a été volontairement laissé plus long que nécessaire afin d'ajuster, avec les deux vis de fixation et le support de réducteur, l'entraxe entre les trous de pose des caches où notre dispositif devra se monter en lieu et place. J'ai trouvé des serrures dont l'écart variait entre 195 et 220 mm. 

La mécanique : 

L'ensemble des pièces est réalisé à l'imprimante 3D :

• Le capot partie haute
• Le capot partie basse
• La platine support de servo et réducteur
• Le pignon 
• la couronne 

J'ai utilisé DesignSpark Méchanical pour dessiner ces pièces et exporter sous .STL , puis transformer en G-Code pour être reprises par le driver de mon imprimante 3D.

et la vue de l'ensemble monté :

Le programme ou sketch: 

          Le programme a le mérite d'exister sur le réseau et je n'ai eu qu'a le modifier pour l'adapter à ce que je voulais en faire ... Visiblement, le fonctionnement est conforme aux exigences ; j'ai rajouté la partie gestion du servomoteur et l'entrée " bouton de sortie "... Je ne l'ai pas édité sur cette page car il suffi de lire les commentaires abondants, pour comprendre tout de suite ce qui est fait ! Et si il y a des infos manquantes, je suis prêt à recevoir et répondre aux messages de ceux qui me solliciterons (voir plus bas) .

          Attention de ne pas oublier de "régler" la position du carré d'entrainement, et le sens de rotation (avant d'effectuer la fixation rigide de la serrure ) par les deux lignes de programme ci-dessous :

Pour tous ceux qui souhaitent les fichiers originaux pour cette première serrure, vous pouvez les trouver dans le ZIP ci-dessous .

Serrure rfid (416.47 Ko)

Voici donc cette première serrure à transpondeurs RFID . On va voir la deuxième ...

          Cette serrure RFID se présente en deux parties: un boitier interface Homme Machine (HMI ou MMI) pour permettre à l'utilisateur de dialoguer avec la serrure et savoir où il en est. Et un deuxième élément en boite inaccessible pour assurer le côté sécurisé de la chose . Tout piratage par destruction, bidouillage chirurgical, court circuit ou shuntage quelconque de l'interface HMI ne permettra pas d'ouvrir ou de forcer la porte !

          J'ai dis: "ouvrir la porte" mais on peut utiliser ce lecteur RFID pour une multitude d'autres choses: Alimentation de tableaux de commande, autorisations de marche de machine outil, ouverture de portail, démarrage de PC, de télé etc, etc ... La seule chose qu'il faudra faire, c'est adapter le contact de sortie à l'utilisation que l'on veut en faire ... Le petit relais sur la carte pilotera un relais temporisé, un contacteur de puissance, un télérupteur, une commande de ventouse magnétique, ou un verrou motorisé.

          La programmation de master carte, de tags, en reconnaissance ou en effacement est chose relativement aisée comme le montre la fin de la vidéo ; il suffit de lire ce qu'affiche le LCD 4 lignes 20 caractères ... Le montage sur cette porte d'essai n'a qu'un but démonstratif avec une ventouse magnétique; il est certain que si je devais laisser le montage en utilisation réelle j'aurais soigné un peu la mise en place  et surtout rendu invisible la partie relais/microcontrôleur... 

Le Schémas :

          Sur le fond, pas de grands changement par rapport à la première serrure; sur le lecteur RFID, un câble en nappe, avec connecteurs, va assurer l'alimentation et les signaux du bus SPI ! suivant la longueur (attention de ne pas dépasser les limites du raisonnable ), il sera parfois nécessaire de 'dépoussiérer' le 3,3 volt d'alimentation, par un électrochimique de 1000µF (C1) et 0,1µF (C2) pour absorber les éventuelles inductions le long des câbles .

          La sortie D4 se fait cette fois en tout ou rien, sur un relais, piloté par un transistor (BC547), dont la commutation inductive est absorbée par une diode en inverse (D2) aux bornes de la bobine. Une résistance limite le courant de base (R1) du transistor. Le contact du relais est un NO et sera évidement interfacé de manière adéquat en tension et intensité suivant ce que l'on doit commander afin de ne pas avoir de mauvaises surprises....

          Comme sur la précédente serrure le bouton  (S1) a deux fonctions: soit effacement total, soit effacement de la  Master Card suivant qu'il est actionné pendant 10 secondes, à la mise sous tension ou en cours d'utilisation ... Une résistance de pull-up programmée maintient l'entrée au niveau haut et tout appui sur celui-ci va tirer au "0 volt" l'entrée D3 de l'Arduino .

          Dans le but de limiter le nombre de fils et câbles qui se promènent, j'ai utilisé le bus I2C du nano pour aller sur l'afficheur via une unité de décodage montée sur la connectique du 4x 20 !

          Ce petit circuit, correctement adressé, va me limiter à 4 fils (GND,5Volt,SCL,et SDA) les 16 initialement nécessaires ! Pas de souci majeur pour la mise en route, le logiciel, correctement renseigné, appelle un sous programme dédié à cette fonction ...Pas d'exagération tout de même sur la longueur, il faut relire les limites du bus I2C, si l'on a des doutes  ... 

Le Circuit Imprimé :

          Le circuit imprimé est simple face, sans strap, avec des composants CMS montés coté soudure et des 'traversants' côté normal . La réalisation ne pose aucun problème et si ceci vous rebute, les Chinois vous feront le boulot pour quelques petits dollars (et 18 jours d'attente ) . Les fichiers se trouvent dans le ZIP joint, au format EAGLE accepté internationalement ... Si vous le faites sous-traiter, n'oubliez pas de supprimer la partie droite, afin de ne pas payer ce qui ne sert pas...

La mise en boite:

          Pour la sécurisation, vous l'avez compris, j'utilise deux boîtiers; l'un sera totalement in'accessible: c'est celui contenant le micro contrôleur, les alimentations et les relais de commande du dispositif associé (ventouses magnétiques, porte de garage, bloc de prises .... ) suivant ce que l'on veut protéger. Et un autre, où se trouve l'interface Homme/Machine qui, même si il était détruit, ne permet pas de commander le relais de sortie . Les deux boîtiers sont réalisés avec une imprimante 3D ... La box du processeur devra être ajustée aux organes de commandes contenus dedans ( Contacteurs, alimentations si nécessaire, etc ...)

le logiciel:

          La version complète est dans le fichier ZIP plus bas ... Les différent sous-programmes appelés permettent la gestion sans difficulté des éléments raccordés ...

L'interface I2C de l'afficheur est activée par les deux lignes soulignées en jaune ( la gestion et plus bas la déclaration adresse I2C, le type d'afficheur, et le tout se frise les moustaches, ça marche tout seul .... )

          Là non plus, je n'ai pas réinventé le fil à couper le beurre; j'ai utilisé une structure existante sans afficheur et je l'ai adaptée à mes désirs après essais et essais  ....

Attention, on est limite en contenu de EEPROM ! si vous rajoutez du baratin à afficher par le display, il faudra rester modéré ou enlever autres choses  pour ne pas gêner le fonctionnement ... Le compilateur vous en avisera ...

Egalement, l'utilisation de caractères accentué reste aléatoire; en effet tous ne sont pas universalisés dans le code ASCII

Les fichiers de réalisation :

          Tous les fichiers dont vous avez besoin sont dans le ZIP ci-dessous et en libre service ...

Serrure rfid 4x20 (239.58 Ko)