В настоящее время системы контроля и управления доступом (СКУД) играют важную роль среди технических систем безопасности, предлагаемых на рынке. Последние оценки рынка свидетельствуют, что темпы роста продаж оборудования СКУД составляют 15 %, а остальных систем охраны в два раза меньше – 7 % [1].
Сегодня на рынке имеется достаточно большой выбор систем контроля и управления доступом иностранного и российского производства. Наиболее целесообразным основным параметром для оценивания оптимальности модели СКУД является стоимость системы конкретного производителя для реализации типовых или одинаковых функций [2].
Система Контроля и Управления Доступом нужна для решения следующих задач или их совокупности:
• учет входов и выходов персонала и/или посетителей
• контроль за временем, проведенным на объекте
• разграничение доступа в пределах объекта в зависимости от полномочий субъекта [3].
В общем виде СКУД может иметь в своем составе следующие элементы:
• исполнительные механизмы (замки, турникеты, шлюзы);
• электронные идентификаторы (пластиковые карточки, «электронные таблетки» и другие устройства);
• считыватели (пластиковых карточек и прочих электронных идентификаторов);
• устройства ввода персонального кода (PIN-кода);
• биометрические устройства идентификации личности;
• устройства управления исполнительными механизмами (контроллеры, концентраторы);
• оборудование сопряжения локальной сети СКУД с компьютером;
• программное обеспечение администратора системы [4].
Arduino представляет собой линейку электронных блоков-плат, которые можно подключать к компьютеру по USB, а в качестве периферии – любые устройства от светодиодов до механизмов радиуоправляемых моделей и роботов.
Краткие характеристики микроконтроллера ATmega2560 представлены в табл. 1.
Таблица 1
Краткие характеристика микроконтроллера ATmega2560
Рабочее напряжение |
5 В |
Входное напряжение (рекомендуемое) |
7–12 В |
Цифровые Входы/Выходы |
54 (14 из которых могут работать также как выходы ШИМ) |
Аналоговые входы |
16 |
Постоянный ток через вход/выход |
40 mA |
Постоянный ток для вывода |
3,3 В mA |
Флеш-память |
256 KB (из которых 8 КB используются для загрузчика) |
ОЗУ |
8 KB |
Энергонезависимая память |
4 KB |
Тактовая частота чипа |
16 MHz |
Размеры (длина, ширина) |
10,2 и 5,3 см |
Система контроля и управления доступом, установленная на предприятии представлена в автоматизации проходных.
На двух проходных предприятия установлены контроллеры PERCo-CT/L04, турникеты – триподы PERCo-TTR-04, считыватели PERCo-IR03.
Имеющаяся на целевом предприятии СКУД имеет ряд недостатков:
• низкая отказоустойчивость;
• неудобный для администрирования системы интерфейс;
• отсутствие возможности масштабирования;
• дорогостоящие комплектующие;
• отсутствие функции ограничения входа/выхода в неположенное время [5].
Проектируемая система призвана компенсировать имеющиеся недостатки аналогичных эксплуатируемых систем.
Основные процессы, протекающие в рамках системы отображены на диаграмме вариантов использования (use case diagram) (рис. 1).
Рис. 1. Диаграмма вариантов использования
Рассмотреть алгоритм работы аппаратной части СКУД позволяет диаграмма состояний (statechart diagram) (рис. 2) [6].
Рис. 2. Диаграмма состояний
Согласно данной диаграмме при прикладывании пропуска сотрудником и считывании данных происходит аутентификация, в результате которой на основании полученных данных система тем или иным образом реагирует на событие: открывает запирающий механизм или игнорирует действия сотрудника, переходя в изначальное состояние. При выполнении вышеуказанных действий система записывает все события в журнал.
Физическое состояние системы отображает диаграмма развертывания (deployment diagram) (рис. 3).
Рис. 3. Диаграмма развертывания
На данный момент для размещения программной части программно-аппаратного комплекса (ПАК) планируется задействовать один физический сервер и 4 АРМ. В качестве архитектуры для ПАК выбрана клиент-серверная архитектура. Сервер приложений выполняет функцию управления ресурсами. На сервере приложений устанавливается ядро программной части ПАК. Сервер обменивается информацией с клиентами по сети Ethernet по протоколу UDP. В процессе работы серверного приложение выступает посредником между клиентами и СУБД (SQL сервером). На компьютер пользователя устанавливается клиент программной части ПАК. Клиент может работать автономно (ограниченный функционал). Аппаратная часть СКУД также является клиентом, и подключается к серверу аналогичным образом. Количество клиентов ограничивается вычислительной мощностью сервера [6].
Аппаратная часть проектируемого ПАК будет состоять из следующих элементов:
1. Плата Arduino Mega 2560 R3 – 1 шт.
2. Плата расширения Ethernet W5100 – 1 шт.
3. Считыватель меток RFID RC522 – 2 шт.
4. Управляемое реле keyes_srly – 1 шт.
5. Светодиод Красный/Зеленый – 2 шт.
6. Резистор 220 Ом – 2 шт.
7. Печатная плата 9×15 – 1 шт.
На рис. 4 представлена принципиальная электрическая схема, которая отображает взаимосвязь элементов в проектируемой системе.
Рис. 4. Принципиальная электрическая схема
Пользовательский интерфейс выступает в качестве звена взаимодействия между СКУД и конечным пользователем. Он представляет собой окно, на котором расположены различные элементы взаимодействия: кнопки, таблицы, изображения, графический указатель, элементы прокрутки [7].
Рис. 5. Пользовательский интерфейс
Внешне устройство будет выполнено в виде металлической коробки (рис. 6). В качестве корпуса будет выступать настенный оптический кросс 8 портов FC/ST.
Рис. 6. Корпус СКУД
У данного корпуса имеется целый ряд преимуществ:
• металлическая конструкция толщиной 0,8–1,0 мм обеспечивает необходимую жесткость изделия;
• четыре кабельных ввода/вывода защищены резиновыми заглушками и обеспечивают различные варианты ввода/вывода кабелей;
• металлическую cплайс-пластину можно использовать для расположения контроллера и других элементов аппаратной части СКУД (за исключением Rfid-считывателей);
• наличие замка предотвращает несанкционированный доступ;
• небольшие габариты (244×224×62 мм) позволяют разместить устройство без использования полезного пространства помещений.
На корпусе изделия будут расположены:
• один разъем USB Type-B – для загрузки управляющей программы;
• один разъем DC 5,5х2,1х14 для питания устройства;
• два разъема 8 pin для подключения Rfid- считывателей;
• колодка с болтовым соединением для подключения запирающего устройства;
• один разъем Rj-45 для подключения устройства к сети Ethernet.
Рассмотренный в данной статье материал доказывает, что проектирование системы контроля и управления доступом на базе микроконтроллера Arduino имеет существенные преимущества и лидируют в перечне технических систем безопасности, предлагаемых на рынке. Микроконтроллер Arduino – весьма гибкая и функциональная платформа для разработки различных приложений. Она имеет огромные возможности для обеспечения взаимодействия с периферийными устройствами.
Библиографическая ссылка
Искандаров Р.Н., Шубина Н.В. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ДОСТУПОМ НА БАЗЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА ARDUINO // Научное обозрение. Педагогические науки. – 2019. – № 3-2. – С. 18-23;URL: https://science-pedagogy.ru/ru/article/view?id=1947 (дата обращения: 03.10.2024).